(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）移動可能な基板を準備するステップと、
（ｂ）上記の移動可能な基板に球面形又は非球面形のモールドキャビティを形成するための、上記モールドキャビティの形状に対応する輪郭を有する切削面を備えている、上記の移動可能な基板にマイクロレンズアレー用モールド型を形成するための、回転可能な硬質の切削部材を有する成形要素を準備するステップと、
（ｃ）上記の移動可能な基板を、上記の回転可能な硬質の切削部材に対して相対的に、上記回転可能な切削部材の回転軸が上記基板と垂直となるようにして、第１の回転切削位置に移動させるステップと、
（ｄ）上記の回転可能な切削部材をその回転軸のまわりに回転させることにより、上記の移動可能な基板の上記第１の回転切削位置を回転切削して、上記マイクロレンズアレー用モールド型内に複数のマイクロレンズ用モールド型のうちの１つを形成するステップと、
（ｅ）上記の回転可能な硬質の切削部材を、複数のマイクロレンズ用モールド型のうちの上記１つから移動させるステップと、
（ｆ）上記の移動可能な基板を移動させて、第２の回転切削位置を露出させるステップと、
（ｇ）上記の回転可能な硬質の切削部材を、上記回転可能な切削部材の回転軸が上記基板と垂直となるようにして、上記第２の回転切削位置に関連する回転切削機の中に移動させるステップと、
（ｈ）上記の回転可能な切削部材をその回転軸のまわりに回転させることにより、上記の移動可能な基板の上記第２の回転切削位置を回転切削して、上記マイクロレンズアレー用モールド型内に、上記複数のマイクロレンズ用モールド型の他の１つを形成するステップと、
（ｉ）上記の移動可能な基板上の異なる回転切削位置に対して、順次、上記ステップ（ｆ）〜（ｈ）を繰り返して、複数のマイクロレンズ用モールド型を有する上記マイクロレンズアレー用モールド型を形成するステップとを含んでいる、マイクロレンズアレー用モールド型を製造する方法。
【請求項２】
上記の回転可能な硬質の切削部材がダイヤモンドを備えている、請求項１に記載のマイクロレンズアレー用モールド型を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、改良されたマイクロレンズ用モールド型及びマイクロレンズに関するものである。より詳しくは、本発明は、マイクロレンズやマイクロレンズアレーなどの高品質で微小サイズの光学製品の形成に適した精密モールド型を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出モールド成形用や圧縮モールド成形用のモールド型における回転対称形光学面は、典型的には、研削法又はダイヤモンド旋削法で形成される。光学面が大きければこのような技法も充分なものであるが、光学面が高品質であったり、微小であったり、それがアレーをなしているような場合は、このような技法が適しているとはいえない。小型単一レンズやアレーの製造法は、この他にも種々あるが、いずれも充填率、光学精度、及び／又は、レンズの幾何学的構成の高さないし球欠高さが、充分には実現されないといった問題点がある。
【０００３】
研削法の場合、傷を付けないで精密光学面を形成するには、研削面の軌道運動が重要である。しかしながら、この軌道運動と研削面とは、寸法が数ミリメートル以下の光学面を形成するには、実用上適していない。また、レンズアレー用の複合面を研削するには、互いにはめ合わせた複数の研削片を利用して光学面を１つずつ研削している。
【０００４】
ダイヤモンド旋削法は、２ミリメートルまでの光学面を形成するのに利用できるが、機構設定が困難である。つまり、機構設定が複数あり、複数の光学面を精密に位置決めするのは無理である。そればかりではなくて、機構設定が複数あれば、アレーの研削時間も増加し、コストの観点からダイヤモンド旋削法が利用できなくなることもある。
【０００５】
２ミリメートル以下のマイクロレンズの形成に適した方法として、ポリマーリフロー（polymer reflow）法がある。このポリマーリフロー法では、ポリマーの液滴を表面に落とし、その後加熱して溶融させることにより、溶融ポリマーが表面張力の影響の下で球面状へと還流するようになっている。歪みのない球面状の光学面を得るには、リフローによるレンズを互いに分離して、円形パターンとなって支持面に接触するようにする。各レンズを支持面で円形パターンの状態に維持するためには、レンズを互いに分離する必要があり、そのためにアレーでの充填率（fill factor）がほぼ限られてくる。１９９６年７月１６日に発行された、発明の名称を「Method Of Manufacturing Lens Array(レンズアレーの製造方法)」とする、アオヤマらによる米国特許第５,５３６,４５５号は、高充填率でリフローによるレンズを製造する二段製造法を開示している。この方法を利用することにより、第１群のレンズの間にできる隙間に第２群のレンズが置けるようになっている。この方法によれば、１００％に近い充填率を達成することができるが、第２群のレンズは支持面に対して円形状接触をなすようにはなっていないので、それに最終的に形成される光学面は球面状ではない。また、一般にリフロー法では、重力作用の影響もあって球欠高さ（sag）が１００ミクロン未満に限られている。このポリマーリフロー法では非球面を形成することはできない。
【０００６】
２ミリメートル以下のマイクロレンズを製造するには、グレースケールリソグラフィ（grayscale lithography）も利用できる。グレースケールリソグラフィでは、ほとんど、どのような形状にでもすることもでき、レンズアレーにおいて高充填率を達成することができる。しかし、このグレースケールリソグラフィで使われている反応性イオンビームエッチング法やその他のエッチング法では、光学面に正確に形成できる深さが限られており、一般に球欠高さは３０ミクロン以下に限られている。
【０００７】
球欠高さの大きいレンズとは、高倍率ないし高パワー屈折レンズのことであって、一般に撮像用に使われている。高パワー屈折レンズは、内包角(included angle)と、大球欠高さに関わりのある集光能ないし光拡散能を最大化するために曲率がしっかりしている(tight curvature)とともに、急勾配の側面を有している。画像形成の場合では、屈折レンズとしては像の等位相面(wave front of the image)を保つことのできるものが望まれている。等位相面を保つ必要のない照明のような他の場合では、レンズ全体としての球欠高さを小さくするために光学カーブが輪状断片にカットされているフレネルレンズないし回折レンズが使われている。マイクロレンズの場合では、球欠高さの小さい、高パワーのマイクロレンズを製造するのに要するエッジでの輪状断片の勾配がきつく、また、その間の間隔が小さいので、高パワー回折レンズは望ましくない。
【０００８】
発明の名称を「Microlens Arrays With Microlenses Having Modified Polygon Perimeters(変形ポリゴン周回を有するマイクロレンズによるマイクロレンズアレー)」とし、１９９６年５月２１日にフープマン（Hoopman）らに付与された米国特許第５,５１９,５３９号や、発明の名称を「Method of Making A Microlens Array and Mold(マイクロレンズアレーの製法と成形型)」とし、１９９４年４月５日にフープマン（Hoopman）らに付与された米国特許第５,３００,２６３号は、表面張力によりポリマーの表面をほぼ球状に形成するようにした一群の小型容器にポリマーを流し込んでレンズアレーを製造する方法を開示している。表面をもっと球状にするには形状矯正ができるようになっているが、これではフットボール状交差パターン(football-shaped intersections)になってしまって、有効充填率が限られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この技術分野では、マイクロレンズやマイクロレンズアレーなどといった高品質で、微小寸法の光学製品の形成に適した精密マイクロレンズ用モールド型が望まれている。
【００１０】
それゆえ、本発明の１つの目的は、微小寸法（microsized）の光学製品のための精密モールド型（precision mold）を製造する方法を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、モールド型（モールド品）表面に損傷を与えない精密モールド型を製造する方法を提供することである。
本発明のさらなる１つの目的は、貫通（penetration）の深さが制限されない切削部材を利用するモールド型を製造する方法を提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、微小寸法の光学製品のアレー（array）を形成するのに用いることができる精密モールド型を製造する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高速回転可能な半半径ダイヤモンド切削部材(half radius diamond cutting member)を備えた成形要素（forming element）が、所定の切削パターンで基板（substrate）と回転的に係合して、該基板に精密モールド型表面を形成するようにしている点に特徴がある。
【００１２】
本発明の１つの態様にかかる、マイクロレンズアレー用モールド型を製造する方法は、（ａ）移動可能な基板を準備するステップと、（ｂ）上記の移動可能な基板にマイクロレンズアレー用モールド型を形成するための、回転可能な硬化した切削部材を有する成形要素を準備するステップと、（ｃ）上記の移動可能な基板を、上記の回転可能な硬化した切削部材に対して相対的な第１の回転切削位置に移動させるステップと、（ｄ）上記第１の回転切削位置を回転切削して、上記マイクロレンズアレー用モールド型内に複数のマイクロレンズ用モールド型のうちの１つを形成するステップと、（ｅ）上記の回転可能な硬化した切削部材を、複数のマイクロレンズ用モールド型のうちの上記１つから除去するステップと、（ｆ）上記の移動可能な基板を移動させて、第２の回転切削位置を露出させるステップと、（ｇ）上記の回転可能な硬化した切削部材を、上記第２の回転切削位置に関連する回転切削機の中に移動させるステップと、（ｈ）上記の移動可能な基板の上記第２の回転切削位置を回転切削して、上記マイクロレンズアレー用モールド型内に、上記複数のマイクロレンズ用モールド型の他の１つを形成するステップと、（ｉ）上記の移動可能な基板上の異なる回転切削位置に対して、順次、上記ステップ（ｆ）〜（ｈ）を繰り返して、複数のマイクロレンズ用モールド型を有する上記マイクロレンズアレー用モールド型を形成するステップとを含んでいる。
【００１３】
本発明のもう１つの態様においては、本発明にかかる方法により製造されたマイクロレンズ及びマイクロレンズアレーは、球形の表面、非球面形（aspheric shaped）の表面又はアナモルフィック形（anamorphic shaped）の表面を有している。
【００１４】
本発明は、次のような利点を有している。
精密マイクロレンズ用モールド型が用いられることができ、急勾配の側部（steep side）を伴った対称表面と高い球欠高さ（sag）とを有する、高品質で微小寸法のマイクロレンズなどの光学製品をモールド成形することができる。
成形要素（forming element）が輪郭を定め（contour）、単一のマイクロレンズ又はアレー内に非常に高精度の光学面を形成することができる。アレーの場合、モールド成形された製品は、ほぼ１００％の充填率（fill factor）を実現することができる。
【００１５】
本発明の、上記の及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の記述と添付の図面とを参照すれば、より明確なものとなるであろう。添付の図面において、同一の特徴を有する部材ないしは共通な部材については、可能な限り、同一の参照番号が用いられている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
添付の図面、とくに図１から図３には、本発明にかかる方法により製造された改良マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０が示されている。図１に示すように、マイクロレンズ用モールド型１０は、詳細については後述する基板１４（substrate）内に、複数の微小寸法のモールドキャビティ１２（mold cavity）が互いに隣接して四角交差パターンないし碁盤目パターン（interconnecting square intersection）で配置された状態で形成されている。図２においては、マイクロレンズ用モールド型１６は、詳細については後述する基板１４内に、複数の微小寸法のモールドキャビティ１８が、互いに隣接して六角交差パターンないし蜂巣状パターン（interconnecting hexagonal shaped intersection）に配置された状態で形成されている。さらに、図３に示したマイクロレンズ用モールド型２０は、詳細については後述する基板１４内に、複数の微小寸法のモールドキャビティ２２がランダム配置パターンに配置された状態で形成されている。
【００１７】
本発明にかかる精密マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０が形成されている基板１４は、ダイヤモンド切削具などの非常に硬質の切削工具に適合する材料で作られている。本発明の好ましい実施の形態では、基板１４は、銅、ニッケル、ニッケル合金、ニッケル鍍金、黄銅、シリコンの群から選ばれる材料で構成されているのが望ましく、ことに硬化ニッケル鍍金が最も望ましい。
【００１８】
図４と図５とに示すように、マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０は、本発明にかかる新規なダイヤモンド切削法で実現されたものである。図４に示すように、半半径(half-radius)ダイヤモンド切削部材２６を有する球面成形要素２４（spherical forming element）を利用して、マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０のそれぞれの基板１４をダイヤモンド掘削することによりモールドキャビティ１２、１８、２２（mold cavity）を形成している。このダイヤモンド切削部材２６は、ほぼ平坦な第１面２８と、該第１面２８に対して直交して交差するほぼ平坦な第２面３０と、第１面及び第２面２８、３０と交差する球面状切削面３２とを備えている。第１面２８は、ダイヤモンド切削部材２６を後述のように基板１４の研削に備えて制御部材３６に連結すると、当該ダイヤモンド切削部材２６の回転軸心３４を規定するようになっている。前述の成形要素２４は、図１から図３に示す基板１４に球面状マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０を形成するのに利用できる。球面状マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０は、球面マイクロレンズ製品の製造に利用することができる。
【００１９】
図５は、非球面成形要素４０（aspheric forming element）を示している。この非球面成形要素４０は、非球面状ダイヤモンド切削部材４１を備えている。このダイヤモンド切削部材４１は、ほぼ平坦な第１面４２と、該第１面４２に直交して交差するほぼ平坦な第２面４６と、前記第１面及び第２面４２、４６の両方に対接する非球面状切削面４４とを備えている。第１面４２は、ダイヤモンド切削部材４１を後述のように基板１４の研削に備えて制御部材４８に連結すると、当該ダイヤモンド切削部材４１の回転軸心４９を規定するようになっている。制御部材４８を備えた前述の成形要素４０は、図１から図３に示す基板１４に球面状マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０を形成するのに利用できる。非球面マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０は、非球面マイクロレンズ製品の製造に利用することができる。
【００２０】
図６に、本発明の別の態様における、微小寸法の光学製品の製造に利用することができる、図１から図３に示したそれぞれの精密単一マイクロレンズ用モールド型を形成する装置５０を示す。この装置５０は、ホルダー５６に取り付けた成形要素２４又は４０と回転制御部材５８とを備えている。成形要素２４又は４０には、図４と図５とにそれぞれ示した、好ましくはダイヤモンドからなる回転自在硬化切削部材２６又は４１を備えており、この切削部材２６は、矢印方向Ｚに沿って直線変移自在な基板１４に対して調芯状態でホルダー５６に固定されている。制御部材６４に連結された基板１４は、硬化切削部材２６又は４０に対して近づいたり、遠ざかったりできるように配置されている。成形要素２４又は４０を構成する制御部材３６又は４８と制御部材６４とは、ニューハンプシャー州キーン所在のPrecitech社から入手できる、高精密部品のダイヤモンド旋削に特に構成されている精密空気ベアリング式旋盤の構成部品となっているのが望ましい。本実施の形態では、装置５０で基板１４に所定形状の単一マイクロレンズ用モールド型５２を研削するようにしている。プラットホーム５４（platform）は、モールド成形プロセス時に成形要素２４又は４０と基板１４とを載置した装置５０を支持するものにして、当該装置５０に振動が伝わらない無振動型強固支持台となっている。
【００２１】
図６と図７とに示すように、基板１４は、固定した成形要素２４又は４０に対して前後進自在の装着するのが望ましい。図６に示したものでは、装置５０は前述したように基板１４に単一マイクロレンズ用モールド型５２を形成するようになっている。しかし、図７においては、装置６０に装着した基板１４は、単一マイクロレンズ用モールド型のアレー(鋳型アレー)６２が形成されるようになっているので、３次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに変移自在となっている。このように３次元方向に移動自在にされている基板１４は、該基板１４の移動を制御する制御部材６４に取り付けられている。この場合、制御部材６４は、図７においてＸ、Ｙ、Ｚで示した方向に基板１４を精密制御移動させることができるようになっているのが望ましい。精密Ｘ-Ｙ-Ｚ移動テーブルを備えた精密空気ベアリング式旋盤は、前掲のニューハンプシャー州キーン所在のPreciteck社から入手できる。
【００２２】
制御部材６４のＸ-Ｙ-Ｚ移動テーブル移動は、基板１４を成形要素２４又は４０に対してフレキシブルに移動させるのに利用できる。前出した如くの回転自在制御部材５８に固定してあって、前述したダイヤモンド切削部材２６又は４１が取り付けられている工具ホルダー５６は、基板１４にアレーモールド型６２（array mold）を研削形成するように位置決めされている。このように基板１４を変移自在とすることにより、単一マイクロレンズ用モールド型のキャビティアレーが基板１４に形成されるのである。変移自在基板１４は、先ず、複数のモールドキャビティ内の６２ａで示した１つのキャビティを研削するように位置決めする。このモールドキャビティ６２ａを形成した後、成形要素２４又は４０をモールドキャビティ６２ａから離間させ、その後基板１４を制御部材６４により側方(Ｘ-Ｙ)に変移させて、別のモールドキャビティ６２ｂを形成する位置へと位置決めする。この手順を、基板１４に所望数のモールドキャビティが形成され、かくてアレーモールド型６２が完成するまで繰り返す。よって、前記のステップを繰り返すことにより、変移自在な基板１４を備えた装置６０で、図１から図３に示した如くの高品質の単一マイクロレンズ用モールド型アレー６２を製造することができる。
【００２３】
なお、当業者には、マイクロレンズ面の如くの回転対称形光学面が前述の方法で作成できるのは容易に理解されよう。球状面は、円形セグメント型ダイヤモンドのある半半径ダイヤモンド(a half radius diamond with a circular segment diamond)を利用することにより作製することができる。非球面の場合は、非球面切削エッジを有するダイヤモンドを用いることにより作製することができる。
【００２４】
また、アナモルフィック面（anamorphic surface）の如くの一部の回転非対称形レンズ面も、前述の技法の変形を利用することにより形成することができる。この場合では、ダイヤモンド切削工具を切削時に側方へ移動させて、球面ないし非球面を半径方向に伸ばすことにより形成することができる。
【００２５】
高品質レンズ面を得るためには、機械加工についての基本的な考え方に従うのが重要であることは、当業者には理解されているところである。作製されるレンズ面での中心欠陥(center defect)を最小限にするには、図４と図５にそれぞれ示したダイヤモンド切削部材２６又は４１の調芯が重要である。つまり、ダイヤモンド切削部材２６、４１の回転軸心３４、４９を回転制御部材５８(図６と図７)における工具ホルダー５６の回転軸心(図示せず)に対して５ミクロンよりも良好に、即ち、５ミクロン以下の許容範囲で調芯しておけば、マイクロレンズ用モールド型１０、１６、２０の品質を最大化にすることができる。また、工具ホルダー５６の回転にバランスを持たせ、振動しないようにすれば、チャッタリング（chatter）を最小限にすることができる。強固なプラットホーム５４は、操作時に装置５０、６０の安定をよくする上で役立っている。更に、ダイヤモンド切削部材２６、４１の回転速度、送り速度(即ち、ダイヤモンド切削部材２６、４１が基板１４に斬り込む速度)、潤滑などを適当に組み合わせて選択すれば、最もクリーンなカットを得ることができる。
【００２６】
また、図８に示したように、前述した如くのダイヤモンド切削部材２６又は４１を備える成形要素２４又は４０は、基板１４に引きずり痕（drag mark）ができるのを避けるためにダイヤモンド切削部材２６又は４１の後面７２に充分なクリアランス７０が形成されるように作製するのが望ましい。一般に引きずり痕は、図示していないが、マイクロレンズ用モールド型７６の作製時におけるダイヤモンド切削部材２６、４１の後面７２と基板１４との干渉により生ずる。
【００２７】
本発明の方法を利用することにより、直径が３０ミクロン以下にして、表面粗さが０.５０ウエーブ(０.２５ミクロン)よりも良好な球面マイクロレンズ用モールド型を作製することができるのが判明している。また、マイクロレンズ用モールド型アレーも、直交レイアウトにおいて２５０ミクロンピッチおきに１００％に近い充填率で、８０×８０個のマイクロレンズ用モールド型を備えたものとすることができる。
【００２８】
さらに、本発明（図７）にかかる繰り返し式のフライスプロセス（repeated milling process）は、高精度のマイクロレンズアレーを製造するのに非常に適しているといったことが理解されるべきである。このアレー中の各マイクロレンズを製造するためのプロセスは該アレー中の他のレンズとは無関係であるので、該アレーにおいてはほぼ１００％の充填率を実現することができる。
【００２９】
さらに、本発明の技法を利用することで非球面状レンズ面も形成できる。この場合、回転対称型非球面状レンズ面を形成するのに必要なのは、図５に示した非球面ダイヤモンド切削部材４１だけである。アナモルフィックレンズ面の場合では、本発明の方法の変形を利用することによって形成できる。この場合、符号４１で示したのと同一、又は、類似のダイヤモンド切削部材４１を、切削時に側方に変移させて側方の延びたレンズ面を形成すればよい。
【００３０】
本発明の方法と装置５０又は６０を利用して作製する精密モールド型１０、１６、２０(それぞれ図１から図３に示す)は、マイクロレンズの如くの光学製品を大量製造することができる。一般に、一般にガラス製又はプラスチック製マイクロレンズを形成するには、一般に射出生成法または圧縮成形法が望ましい。一部の場合では、鋳込み法が望ましいこともある。
【００３１】
前述したマイクロレンズ用モールド型をモールドベースに組み込んで、プラスチック製マイクロレンズを成形するための射出成形装置ないし圧縮成形装置について、図９から図１１を参照しながら説明する。とくに図９と図１１に示した成形装置８０は、両凸面マイクロレンズアレーの作製を意図しているもので、その場合、それぞれが分割面８３を有する２個の比較的大型のブロックないしモールドベース８２を備えている。各モールドベース８２は、一般に鋼材又はその他の金属材料で構成されている。アラインメント部材として、案内ピン８８と位置決め用テーパー状ブッシュ８８とが一方の分割面８３に、それぞれと協働する案内ピン受承孔と位置決め用テーパー状ブッシュ受承孔とが他方の分割面８３に設けられている。マイクロレンズ用モールド型８４とモールドキャビティ８５とは、前述の本発明の方法により本発明の装置を用いて作製されたものである。
【００３２】
図１１において、操作時にあっては、成形装置８０のモールドベース８２は、油圧式、空圧式、又は電動式のプレス１０８が備える２個のプラテン１０４、１０６（platen）のそれぞれに配置する。成形装置８０の一方側はプレス１０８のプラテン１０４に、また、他方側はプラテン１０６に連結されている。そこで、プレスが閉塞すると、即ち、プラテン１０４、１０６が互いに接近して成形位置に設定されると、案内ピン８８は案内ピン受承孔に係入して両モールドベース８２を整合させる。この閉塞過程の最終段階では、位置決め用テーパー状ブッシュ８６も対応するブッシュ受承孔に係入し、かくて、両モールドベース８２、ひいては、マイクロレンズ用モールド型８４が所定通りに調芯された状態で合体する。図示の実施の形態におけるが如く両凸面マイクロレンズアレーの製造の場合では、両側のレンズ面が共に正確に調芯した状態で形成されているのが重要である。マイクロレンズの両面を形成する両方のモールドベース８２におけるレンズ面形成表面が互いに調芯されるのを促進するために、マイクロレンズ用モールド型８４を図１０に示すように矩形基板１００に形成して、対応するモールドベース８２において回転しないようにするのが通常である。
【００３３】
射出成形の場合では、プレスを閉塞し、モールドベースを合体した後、モールドキャビティに溶融状態のプラスチック材を加圧射出する。射出したプラスチック材が凝固するところまで冷却すると、プレスを開放して、モールドベースを離間させ、その後形成されたマイクロレンズアレーを取り出す。
【００３４】
圧縮成形の場合では、プレスを閉塞するに先立ち、加熱されているモールドキャビティに加熱したプラスチックプリフォームを挿入する。その後、プレスを閉塞してモールドベースを合体させることで、プラスチックプリフォームを圧縮してモールドキャビティとマイクロレンズアレー用モールド型の形状になじませる。その状態でモールド型とプラスチック材とを冷却した後、プレスを開放しモールド型を離間させて、形成されたマイクロレンズアレーをモールド型から取り出す。
【００３５】
平凸面マイクロレンズアレーないし平凸面単一マイクロレンズを射出成形ないし圧縮成形する場合では、マイクロレンズ用モールド型の互いに対峙する成形面は一方は平坦状で、他方は凸面状にしておくとともに、面同士の回転アラインメントはそれ程重要ではないので、マイクロレンズ用モールド型としては円形基板に形成しておくこともできる。
【００３６】
図１０は、マイクロレンズアレー用モールド型９６(図９にも示す)を示すものであって、基板１００は、そのモールド型９６の鋳型面９８が装置８０のモールドベース８２において回転するのを阻止するために矩形になっている。この鋳型面９８と、モールドキャビティ８５の深さと、成形されるマイクロレンズアレー製品の厚みなどについては、基板１００の全高と、基板１００の底部にあるより大きい円形基板１０２の高さとを調節することにより、正確に定めることができる。
【００３７】
鋳込み法が望ましい製法である場合では、材料を成形空洞に流し込むだけでよく、後は冷却よりは、化学反応で凝固されるようにすればよい。部品が凝固した後は、モールド型から取り出す。
【００３８】
本発明者らは、本発明によるマイクロレンズ用モールド型を射出成形に用いたところ、球欠高さが、後で説明するように限られないマイクロレンズ表面を得ることができた。また、側面が急激に傾斜するほぼ半球形レンズを得ることもできた。さらに、ニッケルや銅、アルミ、黄銅、ニッケル鍍金、シリコンの如くのモールド型材料に直接、光学面を研削することができることも判明している。
【００３９】
ダイヤモンド切削部材２６、４１を有する成形２４、４０を備えた装置５０、６０は非常に精密で、正確なものであるから、球欠高さが２ミクロンで直径が１０ミクロンか、それ以下までのレンズ面を作製することができることも判明している。直径２５ミリメートルまでのレンズも、球欠高さを１２.５ミリメートル以上として作製することもできる。以下、実施例を以て本発明を示す。
【００４０】
(実施例１)
８０×８０個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレー用モールド型をアルミニウムで作製した。ノースカロリナ州オーデン所在のST&F Precision Technologies and Tools社から半半径ダイヤモンド工具を入手した。マイクロレンズ表面は碁盤目パターンに０.２５０ミリメートルおきに位置決めされていた。これらのマイクロレンズ面は曲率半径を０.５００ミリメートルとする球形状で、球欠高さは３３ミクロンであった。図４において、制御部材３６でのダイヤモンド切削部脚２６のセンターリングは、試験的な切削結果を顕微鏡で調べ、中心ズレ(center defect)の大きさに基づいてダイヤモンド切削部材２６の位置を調整するインターラクティブ方法を利用して行った。使用したダイヤモンド切削部材２６の回転速度は約１０００ｒｐｍであった。切削液としては精製鉱油を利用した。この方法による結果は、研削したモールド型の中心ズレは２ミクロンで、表面粗さは１ウェーブ(０.５ミクロン)であった。その後、研削鋳型面を利用して射出成形によりポリメツルメタクリレート製のマイクロレンズアレーを製造した。
【００４１】
(実施例２)
研削鋳型面に硬化ニッケル鍍金基板を利用したこと以外は、上記実施例１の場合と同様である。
【００４２】
(実施例３)
１３×１３個のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレー用モールド型を硬化ニッケル鍍金基板で作製した。マイクロレンズ表面は、碁盤目パターンに１.３０ミリメートルおきに位置決めされていた。ノースカロリナ州オーデン所在のST&F Precision Technologies and Tools社から半半径ダイヤモンド工具を得た。マイクロレンズ面は曲率半径を３.２０ミリとする球形状で、球欠高さは２１３ミクロンであった。ダイヤモンド切削部脚２６のセンターリングは、実施例１と同様に行った。この方法による結果は、研削したモールド型の中心ズレは１.５ミクロンで、表面粗さは０.３０ウエーブ(０.１５ミクロン)であった。
【００４３】
(実施例４)
一群の単一マイクロレンズ面を７１５ニッケル合金性基板で作製した。作製したマイクロレンズ面は全て０.５００ミリメートルの半径ダイヤモンド工具を利用して作製した。直径は０.０６２から０.５６８ミリメートルの間で変えた。研削法は実施例１で説明したのと同一であった。
【００４４】
(実施例５)
６３.５×８８.９ミリのより大きいマイクロレンズアレーを、１２５×１７５個の碁盤目パターンで合計２１７６０個のマイクロレンズで作製した。オハイオ州シャードン所在のChardon Tool社から入手した、半径を０.５００８ミリメートルとするダイヤモンド半半径工具を利用した。アレーは０.５０９３２ピッチを有し、球欠高さは０.１６６０９であった。基板はニッケル鍍金鋼製であった。研削法は実施例１で説明したのと同一であった。
【００４５】
(実施例６)
モールド型用の合わせ光学面(matched optical surfaces)を研削することにより、大量の両面型マイクロレンズアレーが成形できるようにすることも本発明の範囲内である。図９によれば、２つの合わせマイクロレンズアレー面は硬化ニッケル鍍金基板に形成した。半半径ダイヤモンド工具ないしダイヤモンド切削部材２６(図４)をニューハンプシャー州マルボロー所在のContour Fine Tooling社から入手した。マイクロレンズ面は半径が１.４７５ミリメートルで、０.７５０ミリメートルのピッチの碁盤目パターンに、球欠高さを９９ミクロンとして作製した。研削法は実施例１と同様に実施した。中心ズレは２ミクロンで、表面粗さが０.３ウエーブ(０.１５ミクロン)のが得られた。この場合、２つの合わせマイクロレンズアレー面を、両者が対峙するようにモールドベースに装着した。各側のマイクロレンズ面を芯合わせするために、モールドベースに装着するに先立ってマイクロレンズ面を矩形基板に研削して、回転によるミスアラインメントをなくした。テーパー所のロックブッシュを利用して横ズレを防いだ。このプロセスに続いて、両面型マイクロレンズアレーをポリメチルメタクリレートで射出成形した。両面型アレーにおける成形されたマイクロレンズは、３０ミクロンの誤差範囲で互いに芯合わせできた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複数の四角配置のマイクロレンズモールドキャビティを有する、本発明にかかる基板の斜視図である。
【図２】  本発明にかかる方法により形成された複数の六角配置のモールドキャビティを有する基板の斜視図である。
【図３】  本発明にかかる方法により形成された複数のランダム配置のモールドキャビティを有する基板の斜視図である。
【図４】  精密マイクロレンズ用モールド型を形成するための、直立した球面切削部材の斜視図である。
【図５】  本発明にかかる非球面切削部材の斜視図である。
【図６】  単一マイクロレンズ用モールド型を形成するための、本発明にかかる装置の斜視図である。
【図７】  マイクロレンズアレー用モールド型を形成するための、本発明にかかる装置の斜視図である。
【図８】  モールドキャビティ内のクリアランス示す、本発明にかかる成形要素の拡大された斜視図である。
【図９】  本発明にかかる方法で製造された両面型マイクロレンズ用モールド型の斜視図である。
【図１０】  射出モールド成形用又は圧縮モールド成形用のモールドベースに取り付けられるマイクロレンズアレイ用モールド型の拡大された斜視図である。
【図１１】  両面型マイクロレンズを製造するための装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０…四角交差配置のマイクロレンズ用モールド型、１２…四角周辺配置のモールドキャビティ、１４…基板、１６…六角交差配置のマイクロレンズ用モールド型、１８…六角周辺配置のモールドキャビティ、２０…ランダム配置のマイクロレンズ用モールド型、２２…ランダム配置のモールドキャビティ、２４…球面成形要素、２６…球面ダイヤモンド切削部材、２８…ダイヤモンド切削部材２６の第１面、３０…ダイヤモンド切削部材２６の第２面、３２…ダイヤモンド切削部材２６の球形切削面、３４…ダイヤモンド切削部材２６の回転軸芯、３６…ダイヤモンド切削部材２６の制御部材、４０…非球面成形要素、４１…非球面ダイヤモンド切削部材、４２…非球面ダイヤモンド切削部材４１の実質的に平坦な第１面、４４…非球面ダイヤモンド切削部材４１の非球面切削面、４６…非球面ダイヤモンド切削部材４１の実質的に平坦な第２面、４８…ダイヤモンド切削部材４１の制御部材、５０…精密単一マイクロレンズ用モールド型を形成するための装置、５２…単一マイクロレンズ用モールド型、５４…プラットホーム、５６…成形要素２４又は４０の工具ホルダー、５８…回転制御部材、６０…マイクロレンズアレー用モールド型を製造するための装置の代替的な実施の形態、６２…マイクロレンズアレー用モールド型、６２ａ…単一マイクロレンズモールドキャビティ、６２ｂ…もう１つの単一マイクロレンズモールドキャビティ、６４…制御部材、７０…クリアランス、７２…ダイヤモンド切削部材の後側、７６…マイクロレンズ用モールド型、８０…両面型マイクロレンズアレーをモールド成形するための装置、８２…モールドベース、８４…マイクロレンズ用モールド型、８５…モールドキャビティ、８６…テーパ状の位置決め用ブッシュ、８８…案内ピン、９６…マイクロレンズアレー用モールド型、１００…矩形基板、１０２…円形基板、１０４…プラテン、１０６…プラテン、１０８…プレス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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