JP7503475B2

JP7503475B2 - 光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法

Info

Publication number: JP7503475B2
Application number: JP2020181638A
Authority: JP
Inventors: 誠大坪
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2024-06-20
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: JP2022072280A

Description

本発明は、一側の面に垂直に所定間隔で平行配置された多数の光反射層を有する対となる光反射素子をそれぞれの光反射層が直交するようにして配置した光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法に関する。

出願人は、特許文献１に示すように、透明平板の内部に、透明平板の一方側の面に垂直に多数かつ帯状の平面光反射層を一定のピッチで並べて形成した第１及び第２の光制御パネルを用い、第１及び第２の光制御パネルのそれぞれの一面側を、平面光反射層を直交させて向かい合わせて形成した光学結像装置を提案した。そして、特許文献２には、対象物を反対側の面対称となる位置に実像として結像させるための光学結像装置の製造方法が開示されている。また大型の光学結像装置については特許文献３、４に開示されている。

国際公開第２００９／１３１１２８号特許第５０８５７６７号公報国際公開第２０１３／１７９４０５号特開２０１３－１０１２３０号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の光学結像装置の製造方法においては、光学結像装置に使用する光反射素子（光制御パネル）の精度が多少相違しても、一枚の光学結像装置では隅の部分は使用しないので問題は生じなかったが、特許文献３、４に記載のように複数の光学結像装置を貼り合わせて（タイリングして）大型の光学結像装置を製造すると、個々の光学結像装置の端面を正確に一致させる必要があった。
更に、光学結像装置が一応完成した後に縦横の寸法を合わせるために研磨すると、光反射素子が欠けたり、光学結像装置を構成する光反射素子がずれたりするなどの問題が生じていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、光反射素子の端面の寸法精度を向上し、複数の光反射素子又は光学結像装置を並べても、隣合う光反射素子又は光学結像装置の光反射層が正しく並んで鮮明な実像を提供できる光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る光反射素子の製造方法は、一側空間に配置された対象物の像を他側空間に実像として形成する光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法であって、
少なくとも一方の面に光反射層が形成された複数（通常は２００～１０００枚程度）の矩形（正方形が好ましい）透明板を、前記光反射層に対して直交する方向に難剥離性の第１の接着剤を介して積層固着して原積層体を形成し、該原積層体の厚み方向上下の面Ａと面Ｂ、及びこれに直交して対向する面Ｃと面Ｄにそれぞれ第１～第４の支持部材を剥離可能な第２の接着剤を介して押圧固着した第１の積層ブロックを形成する第１工程と、
前記第１の積層ブロックを前記光反射層と直交する方向に前記第１～第４の支持部材と共に等間隔で切断して光反射素子原材を製造する第２工程と、
切断した前記光反射素子原材の切断面を前記第１～第４の支持部材の切断片が固着された状態で研磨する（これにより製造された光反射素子原材の厚みをtとする）第３工程と、
前記第３工程で研磨され、前記第１～第４の支持部材の切断片を除去した光反射素子材を複数枚重ねて剥離可能な第３の接着剤で固着して第２の積層ブロックを形成する第４工程と、
前記第２の積層ブロックの対向する面Ｃ′、面Ｄ′を研磨して、前記光反射素子材の幅を規定値に合わせる第５工程と、
前記第３の接着剤を解いて前記光反射素子を形成する第６工程とを有する。

この後、２枚の光反射素子をそれぞれの光反射層が平面視して直交するようにして透明な第５の接着剤で接合して光学結像装置とすることも可能であり、光反射素子の端部を合わせてより大型の光反射素子を作り、この後２枚の大型の光反射素子をその反射面（光反射層）を直交させて接合し大型の光学結像装置を形成することもできる。また、複数枚の光学結像装置を端部を当接させながら並べて大型の光学結像装置とすることもできる。
本発明に係る光反射素子の製造方法において、前記第４工程の後、前記第５工程の前に、前記第２の積層ブロックの研磨する前記面Ｃ′及び前記面Ｄ′に直交して囲む面Ｅ～面Ｈの少なくとも端部を剥離可能な第４の接着剤で補強してもよい（研磨面周囲の補強工程４Ａ）。

本発明に係る光反射素子の製造方法において、前記第５工程の前に前記面Ｃ′及び前記面Ｄ′に直交して囲む面Ｅ～面Ｈに剥離可能な第４の接着剤で第５～第８の補強用の支持部材を接合し、前記第２の積層ブロックの疵の発生を防止するのが好ましい。この場合は
研磨面周囲の補強工程４Ａは行わない。

本発明に係る光反射素子の製造方法において、前記第２の積層ブロックを囲む又は挟持する前記対向する第６、第８の補強用の支持部材が前記対向する第５、第７の補強用の支持部材を挟んだ状態で配置されているのが好ましい。

本発明に係る光反射素子の製造方法において、前記原積層体の厚みをｈとすると、研磨された前記第２の積層ブロックから得られた前記光反射素子の幅ｗは、ｈ±０．５ｍｍの範囲にあって、前記光反射素子の平面視した形状は正方形であるのが好ましい。これによって光学結像装置に使用する対となる光反射素子を同時に製造できる。

また、本発明に係る光反射素子の製造方法において、前記第１、第２の支持部材の切断片の除去は、前記第５工程の後に行われる場合もある。
なお、本発明において、第１の接着剤（第５の接着剤）は例えば自硬性又は熱硬化性を有する熱硬化性樹脂系、エポキシ系、エラストマー系などの接着剤が利用できるが、矩形透明板を強固に接合できるものであれば他の接着剤であってもよい。また、第２～第４の接着剤は加熱（例えば、８０℃に加熱）すると溶ける熱可塑性の接着剤、水溶性の接着剤を使用するのがよいが、本発明はこれら接着剤の種類に限定されない。

本発明に係る光反射素子の製造方法においては、光反射素子材の端部を研磨する場合、矩形透明板の欠けやずれなどが発生し難く、寸法精度の高い光反射素子を製造できる。これによって大型の光学結像装置を容易に製造できる。即ち、同じ寸法の光反射素子を製造できるので、複数の光反射素子を並べて大型の光反射素子を製造でき、この光反射素子を各光反射層が直交するように貼り合わせて大型の光学結像装置を構成することができる。
また、各光反射素子の精度が高いので、例えば、４枚、９枚、１６枚の光反射素子を平面上に並べてより大型の光反射素子を形成できる。更に、光反射素子を組み合わせた光学結像装置をタイリングして大型の光学結像装置を製造することも容易となる。

（Ａ）はガラス板材の説明図、（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る光反射素子の製造方法の第１工程の説明図である。同光反射素子の製造方法の第２工程の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同第２工程で製造された光反射素子原材の斜視図、側面図である。（Ａ）は同光反射素子原材から第１～第４の支持部材の切断片を除去した光反射素子材の斜視図、（Ｂ）は同光反射素子材を複数枚重ねて形成した第２の積層ブロックの斜視図である。（Ａ）は第２の積層ブロックに第５～第８の補強用の支持部材を接合する説明図、（Ｂ）は第５～第８の補強用の支持部材が接合された第２の積層ブロックの斜視図である。（Ａ）は対となる光反射素子の斜視図、（Ｂ）は光反射層が直交する状態で光反射素子を接合した光学結像装置の斜視図を示す。複数の光反射素子を並べて接合しようとする平面図である。

続いて、図１～図７を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、最終的に光反射素子１０（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）を製造するために、矩形の透明板の一例である透明なガラス板１１と、ガラス板１１の一面に設けられた光反射層１２とを有するガラス板材１２ａが用いられる。ガラス板１１は、例えば一辺が約８０～５００ｍｍの略正方形を成しているが、長方形であってもよい。ガラス板１１の厚さは例えば０．１～４．０ｍｍである。なお、矩形透明板は、例えばアクリル樹脂等の透明な合成樹脂材料（プラスチック）によって形成してもよい。

ガラス板１１は両面が平面であって可能な範囲で厚みが均一なものを使用する。ガラス板１１にはアルミニウムや銀等の金属蒸着によって光反射層１２が形成される。金属蒸着の代わりに、スパッタ、スプレー、メッキ等の手法によって光反射層１２が形成されてもよい。なお、光反射層１２の厚みは例えば５０～４００ｎｍ程度であるのがよいが、この数字には限定されない。なお、光反射層１２はガラス板１１の両面に形成してもよい。

光反射層１２が形成されたガラス板１１（即ち、ガラス板材１２ａ）を所定枚数（例えば５００～１０００枚用意して透明な第１の接着剤を介して光反射層１２に対して直交する方向に積層して原積層体１３とするが、各ガラス板材１２ａは第１の接着剤が固まる前にプレス等の平面体で面Ａと面Ｂ、及び面Ｃと面Ｄを十分な押圧力で押圧されて第1の接着剤を均一に伸ばし、厚みｈ（面Ａと面Ｂの距離）と、面Ｃと面Ｄのできる限りの平面性及び平行性を保っているのが好ましい（図示せず）。第１の接着剤としては、時間の経過と共に硬化する自硬型又は加熱硬化型の接着剤を使用するのが好ましい（難剥離型の接着剤）。これによって原積層体１３の寸法である高さｈと幅ｗが決定される（ｗ＞ｈ）。なお、高さｈは変更しないが、ｗは研磨によって小さくなる。

ここで、原積層体１３の厚み方向上下の面Ａ、面Ｂには第１、第２の支持部材１５、１６が第２の接着剤を介して押し当てられ、面Ａ、面Ｂとは直交する原積層体１３の対向する面Ｃ、面Ｄには第３、第４の支持部材１７、１８が第２の接着剤を介して押し当てられる。ここで、第１、第２の支持部材１５、１６の幅を原積層体１３の面Ｃ、面Ｄ間の幅より小さくして、第３、第４の支持部材１７、１８の間に隙間を有して入るようにしておくのがよい。ここで、第２の接着剤としては加熱（例えば、８０℃に加熱）すれば溶解（液化）し常温では強固に固化する接着剤（通常、ワックスと称されている）、又は水溶性の接着剤（以上、剥離可能型の接着剤）を使用するのが好ましい。
なお、原積層体１３の厚みｈはガラス板材１２ａの枚数を調整して、面Ｃ及び面Ｄの幅（面間距離）ｗより小さくしておく。これにより、最終製品である光反射素子１０の形状をｈ＝ｗ（±０．１ｍｍ以内まで許容とするのが好ましいが必須の要件ではない）として正方形に調整できる。この理由は面Ｃ及び面Ｄ間の幅ｗは研磨過程で減少する方向に調整できるからである。これによって、図２に示す第１の積層ブロック１９となる（以上、第１工程）。

次に、ガラス板材１２ａが積層固着された原積層体１３に対する第１～第４の支持部材１５～１８の接合（押圧固着）が完了した第１の積層ブロック１９を第１の支持部材１５を上にして載置台（図示せず）に固定し、図２に示すように、第１の支持部材１５の上方から各ガラス板材１２ａの光反射層１２に直交する方向に、第１の積層ブロック１９を第１～第４の支持部材１５～１８と共に、所定厚み（等間隔）にマルチワイヤーソー２０で同時に切断（スライス）して、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように周囲に第１～第４の支持部材１５~１８の切断片２１～２４が固着した複数枚の光反射素子原材２５を形成する（以上、第２工程）。

この後、光反射素子原材２５を水平にして、周囲の切断片２１～２４が固着した状態で光反射素子原材２５の両面を光学研磨（鏡面研磨）し、好ましくは表面の算術平均粗さＲａを１～０．１μｍ程度又はそれ以下とする（以下の研磨においても同じ）。この場合、光反射素子原材２５の周囲には支持部材１５～１８の切断片２１～２４が固着されているので、切断及び研磨時にガラス板材１２ａが欠けたり、捲れたりすることがないという利点がある。各光反射素子原材２５の厚みｔは、切断時の厚みと研磨時の研磨代を考慮して一定に調整する（以上、第３工程）。図において、４連の▽マークは超精密な光学研磨であることを示す。

次に、図４（Ａ）に示すように光反射素子原材２５の周囲に設けられている切断片２１～２４を加熱して又は液体（溶剤）を用いて外し、光反射素子材２５ａを、図４（Ｂ）に示すように剥離可能な第３の接着剤(第２の接着剤と同じ)を介して積層して第２の積層ブロック２７を形成する（以上、第４工程）。なお、光反射素子材２５ａを単に重ねただけでは、第２の積層ブロック２７の対向する面Ｃ′、面Ｄ′の平面度が悪いので第３の接着剤が固まる前に、図示しない平板で面Ｃ′、面Ｄ′を押圧するのが好ましい。面Ｃ′、面Ｄ′がある程度揃った状態で、図４（Ｂ）に示すように、この第２の積層ブロック２７の対向する面Ｃ′、面Ｄ′の光学研磨を行う。このとき光学研磨された面Ｃ″、面Ｄ″の間隔ｗ（光反射素子１０の幅）を原積層体１３の厚みｈに±０．５ｍｍの範囲、好ましくは、±０．１ｍｍの範囲で一致させる（以上、第５工程）のがよい。

この後、第３の接着剤の接合を解いて第２の積層ブロック２７を複数の光反射素子１０に分解する。この光反射素子１０は厚みがｔで、平面視した（切断面を正面視した）形状が一辺がｈ（＝ｗ）の正方形となる（以上、第６工程）。そこで、図６（Ａ）に示すように２枚の光反射素子１０を用意し、それぞれの光反射層１２が平面視して直交するように配置して透明な第５の接着剤（第１の接着剤と同じ）で接合し厚みが２ｔの光学結像装置３０が完成する。この光学結像装置３０により一側空間に配置された対象物の像を他側空間に実像として形成することができる。

上記実施の形態では、第２の積層ブロック２７の周囲に支持部材（保護部材）を設けずに面Ｃ′、面Ｄ′の研磨を行ったが、第２の積層ブロック２７の周囲に補強用の支持部材を設けて研磨すると研磨時の欠けが無くなるので、これを防止した実施の形態について図５（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。即ち、第４工程で又は第４工程と第５工程の間に、複数枚の光反射素子材２５ａを第５の補強用の支持部材３５の上に剥離容易な第３の接着剤を介して積層し第２の積層ブロック２７を形成する。第２の積層ブロック２７の面Ｃ′、面Ｄ′に直交する側面で第２の積層ブロック２７を囲む第５～第８の面（面Ｅ～面Ｈ）３１～３４に第５～第８の補強用の支持部材３５～３８を剥離可能な第４の接着剤を介して貼り付ける（なお、第５の補強用の支持部材３５は底板となる）。ここで、第５、第７の補強用の支持部材３５、３７それぞれの幅はｈ（又は僅少の範囲でｈより短く）とし、第６、第８の補強用の支持部材３６、３８で挟持状態とするのが好ましい。これによって、研磨時に第２の積層ブロック２７の疵や捲れの発生を防止することになる。

なお、第３工程で切断片２１～２４を除去したが、切断片２３、２４のみを除去することもできる。
前記実施の形態においては、矩形透明板をガラス板を用いて説明したが、透明樹脂等も使用できる。また、前記実施の形態においては、光反射素子は平面視して正方形であったが、矩形であってもよい。
また、前記実施の形態においては、各ガラス板に光反射層を設けたが、端部のガラス板に対して光反射層を形成しないこともできる。
更に、第４工程の後、第５工程の前に、第２の積層ブロックの面Ｃ′及び面Ｄ′に直交して第２の積層ブロックを囲む面Ｅ～面Ｈの端部を剥離可能な第４の接着剤（例えば、ワックス）で補強して、第５工程で、面Ｃ′及び面Ｄ′を研磨してもよい。これによって、第２の積層ブロックの側面が更に補強され研磨時の欠けが無くなる。

図７には、以上の工程で製造された光反射素子１０を複数枚（この実施の形態では４枚、更に９枚、１６枚、その他の枚数でもよい）、光反射層１２の向きを揃えて、水平に横並びして接合した大型の光反射素子４０を示すが、透明な平面基台４１の上に載置され、直角配置された２つの位置決め部材４３、４４、押圧部材４５、４６によって所定位置に保持されている。この場合、各光反射素子１０の形状が同じであるので、隣合う光反射素子１０の光反射層１２の位置を合わせることができ、より大型の光学結像装置を製造できる。

１０：光反射素子、１１：ガラス板、１２：光反射層、１２ａ：ガラス板材、１３：原積層体、１５：第１の支持部材、１６：第２の支持部材、１７：第３の支持部材、１８：第４の支持部材、１９：第１の積層ブロック、２０：ワイヤーソー、２１～２４：切断片、２５：光反射素子原材、２５ａ：光反射素子材、２７：第２の積層ブロック、３０：光学結像装置、３１～３４：第５～第８の面、３５～３８：第５～第８の補強用の支持部材、４０：大型の光反射素子、４１：平面基台、４３、４４：位置決め部材、４５、４６：押圧部材

Claims

一側空間に配置された対象物の像を他側空間に実像として形成する光学結像装置に用いる光反射素子の製造方法であって、
少なくとも一方の面に光反射層が形成された複数の矩形透明板を、前記光反射層に対して直交する方向に第１の接着剤を介して積層固着して原積層体を形成し、該原積層体の厚み方向上下の面Ａと面Ｂ、及びこれに直交して対向する面Ｃと面Ｄにそれぞれ第１～第４の支持部材を剥離可能な第２の接着剤を介して押圧固着した第１の積層ブロックを形成する第１工程と、
前記第１の積層ブロックを前記光反射層と直交する方向に前記第１～第４の支持部材と共に等間隔で切断して光反射素子原材を製造する第２工程と、
切断した前記光反射素子原材の切断面を前記第１～第４の支持部材の切断片が固着された状態で研磨する第３工程と、
前記第３工程で研磨され、前記第１～第４の支持部材の切断片を除去した光反射素子材を複数枚重ねて剥離可能な第３の接着剤で固着して第２の積層ブロックを形成する第４工程と、
前記第２の積層ブロックの対向する面Ｃ′、面Ｄ′を研磨して、前記光反射素子材の幅を規定値に合わせる第５工程と、
前記第３の接着剤を解いて前記光反射素子を形成する第６工程とを有する光反射素子の製造方法。
請求項１記載の光反射素子の製造方法において、前記第５工程の前に前記面Ｃ′及び前記面Ｄ′に直交して囲む面Ｅ～面Ｈに剥離可能な第４の接着剤で第５～第８の補強用の支持部材を接合し、前記第２の積層ブロックの疵の発生を防止することを特徴とする光反射素子の製造方法。
請求項２記載の光反射素子の製造方法において、前記第２の積層ブロックを囲む前記対向する第６、第８の補強用の支持部材が前記対向する第５、第７の補強用の支持部材を挟持していることを特徴とする光反射素子の製造方法。
請求項１～３のいずれか１項記載の光反射素子の製造方法において、前記原積層体の厚みをｈとすると、研磨された前記第２の積層ブロックから得られた前記光反射素子の幅ｗは、ｈ±０．５ｍｍの範囲にあって、前記光反射素子の平面視した形状は正方形であることを特徴とする光反射素子の製造方法。