JP4243779B2

JP4243779B2 - Diffusion plate manufacturing method, diffusion plate, microlens array manufacturing method, and microlens array

Info

Publication number: JP4243779B2
Application number: JP31406897A
Authority: JP
Inventors: 正明山崎; 泰央冨田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: JPH11142609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器のスクリーンや一眼レフカメラなどに用いられる拡散板やマイクロレンズアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より光学機器のスクリーンや拡散板などに多数のマイクロレンズを配列したもの（以下、マイクロレンズアレイという）を設けることが知られている。マイクロレンズアレイのスクリーンは、金型の砂掛け面から微細凹凸を転写したスクリーンに比べてザラツキ感がなく、見えが明るいという利点があるが、マイクロレンズを周期的に配列した場合には、回折光の方向が特定方向に限定されてボケ味が不自然になったり、フレネルレンズと併用した時にフレネルレンズの輪帯構造との干渉を引き起こしてモアレ縞が発生したりするといった欠点もある。
【０００３】
また、金属板に微小の凹部を形成して、スクリーン全体に均一に光を拡散させる拡散板にしても、同様な現象が発生してしまいスクリーンに映し出された像を見えにくくしてしまっている。
ところで、この様なマイクロレンズアレイおよび拡散板を製造する際に用いられる金型や被加工物に凹部を形成する方法として、圧痕法という方法がある。この方法は、マイクロレンズアレイを形成する金型表面または拡散板となる金属板の表面に圧子を押しつけ、圧痕を形成する方法である。これを実現するためには、マシニングセンタを用いて、ＸＹ軸方向に移動可能に設けられたテーブルに金型や金属板を固定し、油圧シリンダやムービングコイルによりＺ方向に移動可能に設けられた圧子を押し当てて、圧痕を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の用途に用いられるマイクロレンズアレイや拡散板は、マイクロレンズや微小の凹部の配列をランダムにすることで、上述した問題を解消することができる。そのため、規則性が無くなる様に圧痕を形成する必要がある。
ところで、複数の径が異なる圧子を利用して、大小異なる圧痕を規則性無く形成する場合には、例えば、圧痕形成をコンピュータ制御で行える機械である場合には、機械全体の制御を司るマシニングセンタに各々個々に圧痕位置を入力しなくてはならず、制御するためのソフトウェアーを作成するのに多大な費用と時間を費やすことになってしまう。また、この様にコンピュータ制御で行えない機械で圧痕形成を行う場合は、人間が目視で一つ一つ位置を確かめながら、圧痕形成を行わなければならない。この様にどちらにしても、作業者に多大な労力と時間が割かれてしまう。
【０００５】
そこで本発明は、形成される個々の圧痕の位置を入力若しくは人間がその位置を確かめながら、工作機械を制御させること無しに、機械加工で形成される配列がランダムであってもムラがなく、拡散性のよい拡散板またはマイクロレンズアレイ及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
したがって、上記の課題を解決するために、本発明では、それぞれ径の違う複数の圧子をもって、表面に凹凸形状を有した拡散板、または複数のレンズ形状を有したマイクロレンズアレイを製造する方法で、複数の径の異なる圧子を用いて製造する次の方法を提供する。
【０００７】
最初に、拡散板の基板やマイクロレンズアレイを成形する金型などの被加工物に、第１の圧子でもって圧痕を形成する際には、第１列目の第１の開始位置から所定方向に等間隔で被加工物に圧痕を形成する。
第１の圧子でもって形成されるべき圧痕が第１列目に全て形成されたら、次に第１列目の隣の第２列目において、第１の開始位置に存在する圧痕と隣合わない位置から圧痕形成を開始し、所定の方向に第１列目で形成された圧痕の間隔と同じ間隔で圧痕を形成させる。
【０００８】
この様な動作を繰り返し、被加工物に第１の圧子で形成する圧痕を形成する。
次に、第１の圧子とは異なる径の第２の圧子でもって圧痕を被加工物に形成する際には、前記第１列目上で既に圧痕が形成されていない第２の開始位置から、所定方向でかつ前記第１の圧子でもって形成された圧痕の間隔と同じ間隔で圧痕を形成する。
【０００９】
そして、第２の圧子でもって形成されるべき圧痕が第１列目に全て形成されたら、次に第２列目では、前記第１列目での第１の圧子による圧痕と第２の圧子による圧痕との位置関係とは異なる位置関係になる位置から開始し、所定の方向にかつ前記第１の圧子でもって形成された圧痕の間隔と同じ間隔で、第２の圧子による圧痕を形成させる。
【００１０】
更に、そのほかの圧子でもって圧痕を形成する際には、各列における圧痕形成の開始位置を任意に決定して、圧痕形成を開始し、所定の方向にかつ第１の圧子でもって形成された圧痕の間隔と同じ間隔で圧痕を形成させ、被加工物に圧痕を形成することとした。
更に本発明の第２の態様では、圧痕の間隔は、前記被加工物への圧痕形成で用いられる圧子の径を全ての種類足し合わせた長さよりも短いこととし、圧痕が形成されていない部分を極力少なくするようにした。
【００１１】
また、本発明の第３の態様では、径または深さの異なる複数種類の凹部、または径または高さの異なる複数種類のレンズを二次元方向に配置してなる拡散板またはマイクロレンズアレイにおいて、径及び深さの等しい凹部同士の配列間隔が一方向において等間隔で、一方向と垂直な方向には、径及び高さの等しい凹部同士が隣り合わないように形成することとした。この様にすることで周期的な圧痕の配列を極力すくなすることができ、かつマシングセンターに入力するデータを少なくすることが出来るようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について実施の形態を例示しながら詳細に説明する。ところで、本発明に係る実施の形態では、拡散板の凹部形状やマイクロレンズアレイのレンズの形状は全て圧痕法によって形成されている。この圧痕法とは、金型や拡散板の基板に対して圧子を所定の荷重で押圧して圧痕を所定の間隔で多数形成し、圧子の圧痕を形成する方法である。そして、マイクロレンズアレイを作製する場合には、圧痕が形成された金型を用いて射出成形、圧縮成型、注型成形等によりマイクロレンズアレイが形成される。次に、本発明の第１の実施の形態として、本発明に係るマイクロレンズアレイを挙げて、説明することにする。
【００１３】
本発明に係るマイクロレンズアレイは、図２に示した装置構成でもって製作される。なお、図２は、本発明に係る焦点板を製作するための圧子押圧装置の概略図である。圧痕法により圧痕が形成されら金型母材５は、機械式あるいは接着等の固定方法によりＸＹステージ６上に載置される。このＸＹステージは、Ｘ方向駆動用ステージモータ７Ｘと、Ｙ方向駆動用ステージモータ７Ｙにより、２次元的に金型母材５を移動可能としている。なお、ステージ移動用モータ７Ｘ、７Ｙは、ステージ駆動回路２０により制御される。また、Ｘ方向用デジタルマイクロメータ８Ｘと、Ｙ方向用デジタルマイクロメータ８Ｙによって、ＸＹステージ６の位置を検出することができるようになっている。なお、デジタルマイクロメータ８Ｘ，８Ｙから得られる出力信号は、ステージ移動量検知回路２１に入力され、ステージ移動量検出回路２１でステージ移動用モータ７Ｘ、７Ｙの駆動量をモニターすることができる。
【００１４】
次に、図２に示めされたムービングコイル装置２は、圧子押圧装置の臥体４に固定され、金型母材５に押圧するための力を圧子１に与えている。ところで、ムービングコイル装置２は図３に示す構造を有している。ムービングコイル装置２には、図３に示されているようにシャフト１１が取り付けられ、そのシャフト１１に圧子１が取り付けられている。そして、ムービングコイル装置２は、圧子１が取り付けられたシャフト１１を回転するためのモータ３を備えている。このモータ３はステッピングモータであり、図２に示すように、回転角割り出し回路２３からのパルス数により回転角が制御される。なお、ムービングコイル駆動回路２２はムービングコイル装置２のシャフトを上下方向に駆動するための回路であり、コンピュータ２４からの出力信号により制御される。また、他のステージ駆動回路２０，移動量検知回路２１，回転角割り出し回路２３に対しても同様に、制御するための信号を出力している。また、コンピュータ２４には図示されていない入力装置が備えられているので、この入力装置により作業条件を入力することができる。なお、この入力装置には、キーボードや記録媒体読み取り装置など挙げられる。
【００１５】
ところで、ムービングコイル駆動装置２の構造を図３を用いて説明する。このムービングコイル駆動装置２には、円筒状の永久磁石１２が備えられており、シャフト１１に外挿するように設けられ、かつベース板１０ｃに固定されている。そして、コイル支持枠１３が永久磁石に外挿するようにシャフト１１に取り付けられおり、コイル１４がこのコイル支持枠１３に環状に巻き付けられている。また、コイル１４に外挿するように環状の永久磁石１５が設けられ、この永久磁石１５はベース板１０ａに固定されている。
【００１６】
また、ムービングコイル駆動装置２には、板バネ９ａ，９ｂが備えられ、板バネ９ａの基端は、ベース板１０ｃに固定されたブロック１７に押さえ板１７ａとボルトにより固定されている。そして、板バネ９ａの先端は、ピン１８ａによりシャフト１１と一体となっている連結リング１８とともに押さえ板１６ａとブロック１６とで挟み込むことによりシャフト１１と連結されている。一方、板バネ９ｂの基端は、ベース板１０ａに固定されたブロック１７に押さえ板１７ａとボルトにより固定されている。そして、板バネ９ｂの先端は、連結リング１８とともに押さえ板１３ａと支持枠１３とで挟み込むことにより、シャフト１１と連結されている。
【００１７】
したがって、シャフト１１は板バネ９ａ，９ｂによって鉛直線上を往復移動可能に弾性支持されているが、シャフト１１自体は回転できるようになっている。シャフト１１の上端にはジョイント１９を介して圧子回転用モータ３に接続されている。ジョイント１９は回転（ラジアル）方向に対して剛性をもち、上下（スラスト）方向に関してはフレキシブルな構造になっているため、モータ３の回転はシャフト１１に伝わるが、シャフト１１の上下方向の動きはモータ３に伝わることはない。
【００１８】
次に、図４を用いてムービングコイル装置２のシャフト駆動部の詳細を説明する。図４に示すように、永久磁石１５は下部がＳ極、上部がＮ極に、一方、永久磁石１２は下部がＮ極、上部がＳ極に着磁されており、シャフト１１の中心軸では矢印Ｂで示すように磁力線の向きは鉛直下方である。ここで、コイル１４で発生する磁力線がシャフト１１の中心軸で矢印Ｂのように鉛直下向きとなるように電流を与えると、コイル１４に対して鉛直下向きの力が働いてシャフト１１が鉛直下方へ移動する。一方、逆向きの電流をコイル１４に与えると、鉛直上方の力が働いてシャフト１１が鉛直上方へ移動する。ムービングコイル駆動回路２２は図示されていない可変パルス電流発生器を有しており、周期的に極性が変化するパルス波形状の電流をコイル１４へ出力することにより圧子１を高速で上下動させることができる。この上下動の周期は０．１〜５０Ｈｚにすることができる。なお、上下のストロークは５０μｍ程度である。また、コイル１４に供給する電流の大きさを変えることにより、圧子１の押し付け力を変えることができる。
【００１９】
この様にして圧子１を金型母材５に押し付け、金型母材５に圧痕を形成することができる。なお、本発明では、圧痕が形成される度にＸＹステージを移動させ、金型母材が所定量で所定の方向移動させてから、次の圧痕を形成するようにしている。
次に、金型母材５に圧痕を形成する方法について説明する。
【００２０】
本発明に係るマイクロレンズアレイは、モアレ縞などの現象が起こらない程度に、マイクロレンズの配列がランダムでかつ拡散する光にムラが出ないようにするため、次のようにして製造される。
まず、最初に本発明のマイクロレンズアレイ３０を形成するために、金型基材５の圧痕形成面を金属研磨により鏡面状態に仕上げる。なお、金型基材の材料としては、結晶質の材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼が適している。また、光学設計により決定されたマイクロレンズアレイを得るために、予め金型に用いる材料と同じ材質のテストピースを使って試し打ちを行い、所定の押し込み深さを得るのに必要なコイルへの供給電圧値を確認しておく。なお、本発明の実施の形態であるマイクロレンズアレイには、拡散する光にムラが無く、モアレ縞などが発生しないようにするため、複数種類の圧痕を形成することが必要となる。したがって、圧痕を形成する種類毎に応じて、コイルへの供給電圧値を確認しておくことが必要である。
【００２１】
次に、入力装置を用いてコンピュータ２４に、各圧子毎における各列で最初に圧痕を形成する位置と、同じ圧子で形成される圧痕の間隔を入力する。また、同じ圧子を用いて各列における最初に圧痕を形成する位置は、ある列で最初に形成される圧痕と、ある列と隣合う列で最初に形成される圧痕とが極力隣り合わないようにすればよい。しかしながら、同じ圧痕が全て隣合わないようにしなくとも、それで製造されるマイクロレンズアレイの必要な性能が確保される場合が多い。
【００２２】
そこで、本発明の第１の実施の形態では、最初の用いられる一番大きな圧子で形成される圧痕Ａ１同士が隣合わないように圧痕Ａ１の形成開始位置を設定し、かつ２番目に大きな圧子で形成される圧痕Ａ２と一番大きな圧子で形成される圧痕Ａ１の位置関係がそれぞれ隣合う列で異なるように、圧痕Ａ２の形成開始位置を設定する。
【００２３】
ちなみに、図１は本発明の第１の実施の形態で金型母材５に圧痕が形成された様子を示しているが、形成された圧痕は図１を見てもわかるように、Ｘ軸と平行に列んでいる。この様に同一直線上に列んでいる一つの並びを「列」と言い表している。
なお、マイクロレンズアレイの形成方法では、同じ圧子で形成される圧痕の間隔は、それぞれ同じとしている。また、各列におけるそれぞれの圧子の最初に圧痕を形成する位置は、同じ列の隣合う圧痕と少なくとも一部が重なり合うように設定している。この様に、圧痕が形成されていない領域を極力少なくすることで、拡散性の良いマイクロレンズアレイが作製出来るためである。そして、列と列との間隔も、同様な理由で圧痕同士が一部重なり合うように設定する。
【００２４】
ところで、本発明の実施の形態では、４種類の圧子を用いて、圧痕を形成するので、各列毎に、最初に圧痕形成する位置をそれぞれの圧子毎に入力し、そして、更に同じ圧子で形成される圧痕の間隔を入力している。
具体的には、図１に示すとおり、まず、コンピュータ２４にムービングコイル装置２への供給電圧値Ｖ１（圧痕Ａ１加工用），Ｖ２（圧痕Ａ２加工用），・・・，Ｖｎ（圧痕Ａｎ加工用）、Ｘ方向への移動距離Ｐμｍ（一定）、圧痕Ａ１の一列目の開始位置の座標（ｘ11，ｙ1）、圧痕Ａ１の二列目の開始位置の座標（ｘ12，ｙ2）、・・・、圧痕Ａ１のｍ列目の開始位置の座標（ｘ1m，ｙm）、つづいて圧痕Ａ２の一列目の開始位置の座標（ｘ21，ｙ１）、圧痕Ａ２の二列目の開始位置の座標（ｘ22，ｙ2）、・・・、圧痕Ａ２のｍ列目の開始位置の座標（ｘ2m，ｙm）、・・・、圧痕Ａｎの一列目の開始位置の座標（ｘn1，ｙ1）、圧痕Ａｎの二列目の開始位置の座標（ｘn2，ｙ2）、・・・、圧痕Ａｎのｍ列目の開始位置の座標（ｘnm，ｙm）を入力する。なお、本発明の第１の実施の形態では、圧子の種類が４種類なので、ｎ＝４となる。そして、Ｘ方向への移動距離Ｐμｍという距離は、圧痕Ａ１、Ａ２、〜Ａｎまでの全ての圧痕の大きさの総和よりも、短めに設定している。なぜなら、それぞれ同じ列で隣り合った圧痕は、一部が重なり合うように形成するためである。また、開始位置の決定には、本発明の第１の実施の形態では、圧痕Ａ１の場合のみ、隣の列の同じ圧痕と隣合わないように設定した。他の圧痕については、少なくともＸ軸方向と平行に、またはＹ軸方向と平行に同じ圧痕同士が並ばないようにしている。
【００２５】
また同時に、金型母材５に圧痕を形成する範囲も、コンピュータ２４に入力する。
次に、金型母材５をＸＹステージ６上の所定の位置に載置し、スタートをかける。そして、金型母材５上における原点出しを行った後に、圧痕Ａ１の一列目の開始位置の座標（ｘ11，ｙ1）上に圧子１が位置するように移動する。移動が完了したら、ムービングコイル装置２に電圧Ｖ１が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ１が形成される。ＸＹステージ６により金型母材５をＸ方向にＰマイクロメートル（μｍ）移動する。金型母材５が所定の範囲内にあれば、再びムービングコイル装置２に電圧Ｖ１が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ１が形成される。この様にしてＸ方向への移動が圧痕を形成する範囲内であれば前述した動作を繰り返すが、その範囲を越えるとＸＹステージ６は圧痕Ａ１の二列目（図１のＹ軸上では、ｙ２）の開始位置の座標（ｘ12，ｙ2）上に圧子１が位置するように移動する。
【００２６】
そして、ムービングコイル装置２に電圧Ｖ１が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ１が形成される。ＸＹステージ６により金型母材５をＸ方向にＰμｍ移動する。そして、圧痕を形成する範囲か否かを判定し、その範囲を越えるような場合は、更に隣の列に移動の開始位置に移動させる。以上の動作をｍ列まで繰り返して圧痕Ａ１が金型母材表面の所望の範囲に形成される。
【００２７】
次に、圧痕Ａ２を形成する圧子に変えて、ムービングコイル装置２にその圧子を装着する。そして、ＸＹステージ６は圧痕Ａ２の一列目の開始位置の座標（ｘ21，ｙ1）上に圧子１が位置するように移動する。ムービングコイル装置２に電圧Ｖ２が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ２が形成される。次に、ＸＹステージ６により金型母材５をＸ方向にＰマイクロメートル（μｍ）移動する。そして、金型母材５が所定の範囲内にあれば、再びムービングコイル装置に電圧Ｖ２が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ２が形成される。この様にしてＸ方向への移動が圧痕を形成する範囲内であれば前述した動作を繰り返すが、その範囲を越えるとＸＹステージ６は圧痕Ａ２の二列目（図１のＹ軸上では、ｙ２）の開始位置の座標（ｘ２2，ｙ2）上に圧子１が位置するように移動する。その後、ムービングコイル装置２に電圧Ｖ２が供給され、圧子１によって金型母材５の鏡面に圧痕Ａ２が形成される。そして、ＸＹステージ６により金型母材５をＸ方向にＰμｍ移動する。
【００２８】
以下同様にして圧痕Ａｎまでが金型母材表面の所望の範囲に形成される。
この様にして圧痕が形成された金型母材５は、図１に示す形状を有する。
次に、金型母材５を金型の一部として用い、金型を形成する。そして、形成された金型にアクリル樹脂を封入し圧縮成形することで、マイクロレンズアレイが製造される。
【００２９】
ところで、入射光を反射しつつ拡散させる拡散板の製造方法は、金型の代わりに、拡散板を構成する金属を用い、圧痕が拡散板の所定の面に形成されるまで、マイクロレンズアレイの製造方法と同様な工程を行えばよい。この様にして作製された拡散板は、図１と同形状を有する。
なお、圧痕形成位置の座標入力は光学設計で得られたＣＡＤデータをそのままコンピュータ２４に入力することにより簡略化できる。なお、この様な場合でも、コンピュータ２４に入力されるデータ数が、従来のものと比較して格段に少ないので、転送時間が短縮化することができる。
【００３０】
また、圧痕Ａ１〜Ａｎの加工を連続して行わず、圧痕Ａ１が終了したら形成状態を確認し、再度スタートをかけて圧痕Ａ２の加工を始めるというような断続的運転を行うこともできる。
また、本発明においては、各列毎に一種類の圧痕が形成し終わったら、圧子を替えて、一列毎に圧痕を形成しても構わない。しかし、この様に圧痕を形成する場合は、圧子を替える回数が増加してしまうという欠点があるが、各列毎に位置補正を行う場合には、この様な方法でも構わない。
【００３１】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を説明する。図５は本発明に係るマイクロレンズの一実施例の平面図である。金型の圧痕加工には、先端が曲率３０μｍの半球状をしたダイヤモンド圧子を用いている。この圧子により、圧痕Ａ１大きさφ２２μｍ，深さ２．１μｍ、圧痕Ａ２大きさφ２０μｍ，深さ１．７μｍ、圧痕Ａ３大きさφ１８μｍ，深さ１．４μｍ、圧痕Ａ４大きさφ１６μｍ，深さ１．１μｍの４種類の圧痕をそれぞれＸ方向のピッチ６８μｍで縦２７ｍｍ，横４４ｍｍの範囲で金型表面に形成している。この金型を用いてアクリル樹脂を圧縮成形することにより、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の４種類のマイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレイ３０を製作した。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ムラがなく拡散性のよいマイクロレンズアレイを簡単な方法で製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロレンズアレイを製造するのに用いた金型の平面図である。
【図２】圧子押圧装置の概略を示す斜視図である。
【図３】ムービングコイル装置２の詳細を示す断面図である。
【図４】ムービングコイル装置２の動作を説明する図である。
【図５】本発明によるマイクロレンズアレイの一実施例の平面図である。
【符号の説明】
１・・・圧子
２・・・ムービングコイル装置
３・・・モータ
５・・・金型母材，金型
６・・・ＸＹステージ
２０・・・ステージ駆動回路
２１・・・ステージ移動量検知回路
２２・・・ムービングコイル駆動回路
２３・・・回転角割出し回路
２４・・・コンピュータ
３０・・・マイクロレンズアレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diffusing plate or a microlens array used for a screen of an optical device, a single-lens reflex camera, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is known to provide an array of microlenses (hereinafter referred to as a microlens array) on a screen or a diffusion plate of an optical device. The screen of the microlens array has the advantage that it is not rough and bright compared to the screen where the fine irregularities are transferred from the sanding surface of the mold, but when the microlenses are arranged periodically, diffraction is difficult. There are also disadvantages that the direction of light is limited to a specific direction and blurring becomes unnatural, or when used together with a Fresnel lens, it causes interference with the ring zone structure of the Fresnel lens and causes moire fringes.
[0003]
In addition, even if a diffusing plate is formed by forming minute recesses in the metal plate and uniformly diffusing light over the entire screen, the same phenomenon occurs, making it difficult to see the image projected on the screen. .
By the way, there is a method called an indentation method as a method for forming a recess in a mold or workpiece used when manufacturing such a microlens array and a diffusion plate. In this method, an indenter is formed by pressing an indenter against the surface of a mold forming a microlens array or the surface of a metal plate serving as a diffusion plate. To achieve this, a die or metal plate is fixed to a table that can be moved in the XY-axis direction using a machining center, and an indenter that can be moved in the Z direction by a hydraulic cylinder or moving coil. Is pressed to form an indentation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the microlens array and the diffuser plate used for the above-mentioned application can solve the above-described problems by randomizing the arrangement of the microlenses and the minute concave portions. Therefore, it is necessary to form indentations so that regularity is lost.
By the way, when indentations with different sizes are formed without regularity using a plurality of indenters having different diameters, for example, in the case of a machine that can perform indentation formation by computer control, a machining center that controls the entire machine is used. Each indentation position must be entered individually, which can be very expensive and time consuming to create software for control. In addition, when forming an indentation with a machine that cannot be controlled by a computer as described above, the indentation must be formed while a human being visually confirms the position one by one. In either case, a great deal of labor and time is spent on the operator.
[0005]
Therefore, the present invention is not uneven even if the arrangement formed by machining is random, without inputting the position of each indentation to be formed or allowing the human to check the position and controlling the machine tool. It is an object of the present invention to provide a diffusing plate or microlens array having good diffusibility and a method for manufacturing them.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a method of manufacturing a diffuser plate having a concavo-convex shape on the surface or a microlens array having a plurality of lens shapes, with a plurality of indenters each having a different diameter. The following method of manufacturing using a plurality of indenters having different diameters is provided.
[0007]
First, when forming an indentation with a first indenter on a workpiece such as a mold for forming a diffusion plate substrate or a microlens array, a predetermined direction from the first start position in the first row is used. Indentations are formed on the workpiece at regular intervals.
If all the indentations to be formed with the first indenter are formed in the first row, then in the second row next to the first row, the indentation existing at the first start position is not adjacent. Indentation formation is started from the position, and indentations are formed at the same intervals as the indentations formed in the first row in a predetermined direction.
[0008]
Such an operation is repeated to form an indentation formed on the workpiece with the first indenter.
Next, when forming the indentation on the workpiece with the second indenter having a diameter different from that of the first indenter, from the second start position where the indentation is not already formed on the first row. Indentations are formed in the predetermined direction and at the same intervals as the indentations formed by the first indenter.
[0009]
When all the indentations to be formed with the second indenter are formed in the first row, then in the second row, the indentation by the first indenter in the first row and the second indenter The indentation by the second indenter is formed in a predetermined direction and at the same interval as that of the indentation formed by the first indenter. .
[0010]
Furthermore, when forming the indentation with other indenters, the indentation formation start position in each row was arbitrarily determined, the indentation formation was started, and the indentation was formed in the predetermined direction and with the first indenter. Indentations were formed at the same intervals as the indentations, and indentations were formed on the workpiece.
Furthermore, in the second aspect of the present invention, the indentation interval is shorter than the length of all the indenter diameters used for forming the indentation on the workpiece, and no indentation is formed. Was reduced as much as possible.
[0011]
Further, in the third aspect of the present invention, in a diffusion plate or microlens array in which a plurality of types of concave portions having different diameters or depths, or a plurality of types of lenses having different diameters or heights are arranged in a two-dimensional direction, The arrangement intervals of the recesses having the same diameter and depth are equal in one direction, and the recesses having the same diameter and height are not adjacent to each other in the direction perpendicular to the one direction. By doing so, it is possible to reduce the arrangement of the periodic indents as much as possible, and to reduce the data input to the machining center.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. By the way, in the embodiment according to the present invention, the concave shape of the diffusion plate and the shape of the lens of the microlens array are all formed by the indentation method. This indentation method is a method of forming indentations of indenters by pressing indenters against a substrate of a mold or a diffusion plate with a predetermined load to form a large number of indentations at predetermined intervals. And when producing a microlens array, a microlens array is formed by injection molding, compression molding, cast molding, etc. using the metal mold | die in which the impression was formed. Next, a microlens array according to the present invention will be described as a first embodiment of the present invention.
[0013]
The microlens array according to the present invention is manufactured with the apparatus configuration shown in FIG. FIG. 2 is a schematic view of an indenter pressing device for manufacturing a focusing screen according to the present invention. After the indentation is formed by the indentation method, the mold base material 5 is placed on the XY stage 6 by a mechanical method or a fixing method such as adhesion. In this XY stage, the mold base material 5 can be moved two-dimensionally by an X-direction drive stage motor 7X and a Y-direction drive stage motor 7Y. The stage moving motors 7X and 7Y are controlled by the stage drive circuit 20. Further, the position of the XY stage 6 can be detected by the X direction digital micrometer 8X and the Y direction digital micrometer 8Y. The output signals obtained from the digital micrometers 8X and 8Y are input to the stage movement amount detection circuit 21, and the stage movement amount detection circuit 21 can monitor the drive amounts of the stage movement motors 7X and 7Y.
[0014]
Next, the moving coil device 2 shown in FIG. 2 is fixed to the housing 4 of the indenter pressing device, and gives the indenter 1 a force for pressing the mold base material 5. Incidentally, the moving coil device 2 has a structure shown in FIG. A shaft 11 is attached to the moving coil device 2 as shown in FIG. 3, and an indenter 1 is attached to the shaft 11. The moving coil device 2 includes a motor 3 for rotating the shaft 11 to which the indenter 1 is attached. The motor 3 is a stepping motor, and the rotation angle is controlled by the number of pulses from the rotation angle indexing circuit 23 as shown in FIG. The moving coil drive circuit 22 is a circuit for driving the shaft of the moving coil device 2 in the vertical direction, and is controlled by an output signal from the computer 24. Similarly, signals for control are output to the other stage drive circuits 20, the movement amount detection circuit 21, and the rotation angle indexing circuit 23. Further, since the computer 24 is provided with an input device (not shown), it is possible to input work conditions using this input device. Examples of the input device include a keyboard and a recording medium reading device.
[0015]
By the way, the structure of the moving coil drive device 2 will be described with reference to FIG. This moving coil drive device 2 is provided with a cylindrical permanent magnet 12, is provided so as to be externally attached to the shaft 11, and is fixed to the base plate 10c. The coil support frame 13 is attached to the shaft 11 so as to be extrapolated to the permanent magnet, and the coil 14 is wound around the coil support frame 13 in an annular shape. Further, an annular permanent magnet 15 is provided so as to be extrapolated to the coil 14, and this permanent magnet 15 is fixed to the base plate 10a.
[0016]
Further, the moving coil driving device 2 is provided with plate springs 9a and 9b, and the base end of the plate spring 9a is fixed to a block 17 fixed to the base plate 10c by a pressing plate 17a and bolts. And the front-end | tip of the leaf | plate spring 9a is connected with the shaft 11 by pinching | pinching with the pressing plate 16a and the block 16 with the connection ring 18 integrated with the shaft 11 with the pin 18a. On the other hand, the base end of the leaf spring 9b is fixed to the block 17 fixed to the base plate 10a by a pressing plate 17a and a bolt. And the front-end | tip of the leaf | plate spring 9b is connected with the shaft 11 by pinching | pinching with the press plate 13a and the support frame 13 with the connection ring 18. FIG.
[0017]
Accordingly, the shaft 11 is elastically supported by the plate springs 9a and 9b so as to be reciprocally movable on the vertical line, but the shaft 11 itself can be rotated. The upper end of the shaft 11 is connected to the indenter rotating motor 3 via a joint 19. Since the joint 19 has rigidity in the rotation (radial) direction and has a flexible structure in the vertical (thrust) direction, the rotation of the motor 3 is transmitted to the shaft 11, but the movement of the shaft 11 in the vertical direction is There is no transmission to the motor 3.
[0018]
Next, details of the shaft drive section of the moving coil device 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the permanent magnet 15 is magnetized in the lower part with the S pole and the upper part with the N pole, while the permanent magnet 12 is magnetized with the lower part with the N pole and the upper part with the S pole. As indicated by arrow B, the direction of the magnetic field lines is vertically downward. Here, when a current is applied so that the magnetic field lines generated in the coil 14 are vertically downward as indicated by an arrow B on the central axis of the shaft 11, a vertically downward force acts on the coil 14 and the shaft 11 moves downward vertically. Moving. On the other hand, when a reverse current is applied to the coil 14, a vertically upward force works and the shaft 11 moves vertically upward. The moving coil drive circuit 22 has a variable pulse current generator (not shown), and moves the indenter 1 up and down at high speed by outputting to the coil 14 a pulse wave current whose polarity changes periodically. Can do. The period of this vertical movement can be set to 0.1 to 50 Hz. The vertical stroke is about 50 μm. Further, the pressing force of the indenter 1 can be changed by changing the magnitude of the current supplied to the coil 14.
[0019]
In this way, the indenter 1 can be pressed against the mold base material 5 to form indentations on the mold base material 5. In the present invention, the XY stage is moved each time an indentation is formed, and the next indentation is formed after the mold base material is moved in a predetermined direction by a predetermined amount.
Next, a method for forming indentations on the mold base 5 will be described.
[0020]
The microlens array according to the present invention is manufactured as follows in order to prevent irregularities in the diffused light and the arrangement of the microlenses to be random so that a phenomenon such as moire fringes does not occur.
First, in order to form the microlens array 30 of the present invention, the indentation forming surface of the mold base 5 is finished to a mirror state by metal polishing. As a material for the mold base, martensitic stainless steel which is a crystalline material is suitable. In addition, in order to obtain a microlens array determined by the optical design, trial placement is performed using a test piece made of the same material as that used in advance for the mold, and the coil is necessary to obtain a predetermined indentation depth. Check the supply voltage value. Note that in the microlens array according to the embodiment of the present invention, it is necessary to form a plurality of types of indentations so that the diffused light is not uneven and moire fringes are not generated. Therefore, it is necessary to confirm the supply voltage value to the coil in accordance with the type of indentation.
[0021]
Next, the position where the indentation is first formed in each row in each indenter and the interval between the indentations formed with the same indenter are input to the computer 24 using the input device. In addition, the position where the indentation is first formed in each row using the same indenter is such that the indentation first formed in one row and the indentation formed first in a row adjacent to a row are not adjacent to each other as much as possible. You can do it. However, it is often the case that the necessary performance of the microlens array manufactured with it is ensured without making all the same indentations next to each other.
[0022]
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the formation start position of the indentation A1 is set so that the indentations A1 formed by the first used indenter are not adjacent to each other, and the second largest indenter is used. The formation start position of the indentation A2 is set so that the positional relationship between the indentation A2 formed in step 1 and the indentation A1 formed by the largest indenter is different between adjacent rows.
[0023]
Incidentally, FIG. 1 shows a state in which an indentation is formed on the mold base material 5 in the first embodiment of the present invention, but the formed indentation can be seen from FIG. Lined up in parallel. In this way, one row arranged on the same straight line is referred to as a “column”.
In the microlens array forming method, the intervals between the indentations formed with the same indenter are the same. Further, the position at which the indentation is formed at the beginning of each indenter in each row is set so that at least a part of the indentation in the same row overlaps. This is because a microlens array with good diffusibility can be manufactured by reducing the area where no indentation is formed as much as possible. The interval between the rows is also set so that the indentations partially overlap for the same reason.
[0024]
By the way, in the embodiment of the present invention, the indentation is formed by using four types of indenters. Therefore, for each row, the position where the indentation is first formed is input for each indenter, and further, the same indenter is used. The interval between the formed indentations is entered.
Specifically, as shown in FIG. 1, first, the computer 24 supplies the moving coil device 2 with the supply voltage values V1 (for indentation A1 processing), V2 (for indentation A2 processing),..., Vn (indentation An processing). ), Movement distance P in the X direction (constant), coordinates (x11, y1) of the start position of the first row of indentation A1, coordinates (x12, y2) of the start position of the second row of indentation A1,. , The coordinates of the start position of the mth row of the indentation A1 (x1m, ym), the coordinates of the start position of the first row of the indentation A2 (x21, y1), the coordinates of the start position of the second row of the indentation A2 (x22, y2), ..., the coordinates of the start position of the mth row of the impression A2 (x2m, ym), ..., the coordinates of the start position of the first row of the impression An (xn1, y1), the second row of the impression An Start coordinates (xn2, y2), ..., the coordinates (xnm, ym) of the start position of the mth column of the impression An . In the first embodiment of the present invention, since there are four types of indenters, n = 4. The distance of P μm in the X direction is set to be shorter than the sum of the sizes of all the indentations up to the indentations A1, A2,. This is because the indentations adjacent to each other in the same row are formed so as to partially overlap. In the first embodiment of the present invention, the start position is determined not to be adjacent to the same indentation in the adjacent row only in the case of the indentation A1. For the other indentations, at least the same indentations are not arranged in parallel to the X-axis direction or in parallel to the Y-axis direction.
[0025]
At the same time, the range in which the impression is formed on the mold base 5 is also input to the computer 24.
Next, the mold base material 5 is placed at a predetermined position on the XY stage 6 to start. Then, after the origin is found on the mold base material 5, the indenter 1 is moved so as to be positioned on the coordinates (x11, y1) of the start position of the first row of the indentation A1. When the movement is completed, the voltage V 1 is supplied to the moving coil device 2, and an indentation A 1 is formed on the mirror surface of the mold base 5 by the indenter 1. The die base material 5 is moved by P micrometers (μm) in the X direction by the XY stage 6. If the mold base 5 is within a predetermined range, the voltage V1 is again supplied to the moving coil device 2, and an indentation A1 is formed on the mirror surface of the mold base 5 by the indenter 1. In this way, if the movement in the X direction is within the range in which the indentation is formed, the above-described operation is repeated, but if the range is exceeded, the XY stage 6 moves to the second row of the indentation A1 (on the Y axis in FIG. It moves so that the indenter 1 is positioned on the coordinates (x12, y2) of the start position of y2).
[0026]
Then, the voltage V 1 is supplied to the moving coil device 2, and an indentation A 1 is formed on the mirror surface of the mold base material 5 by the indenter 1. The die base material 5 is moved by P μm in the X direction by the XY stage 6. Then, it is determined whether or not it is a range where an indentation is to be formed, and when the range is exceeded, it is further moved to the start position of movement in the adjacent row. The above operation is repeated up to m rows so that the indentation A1 is formed in a desired range on the surface of the mold base material.
[0027]
Next, instead of the indenter forming the indentation A2, the indenter is mounted on the moving coil device 2. Then, the XY stage 6 moves so that the indenter 1 is positioned on the coordinates (x21, y1) of the start position of the first row of the indentation A2. A voltage V 2 is supplied to the moving coil device 2, and an indentation A 2 is formed on the mirror surface of the mold base material 5 by the indenter 1. Next, the die base material 5 is moved in the X direction by P micrometers (μm) by the XY stage 6. If the mold base 5 is within a predetermined range, the voltage V2 is supplied again to the moving coil device, and the indenter A2 is formed on the mirror surface of the mold base 5 by the indenter 1. In this way, if the movement in the X direction is within the range in which the indentation is formed, the above-described operation is repeated, but if the range is exceeded, the XY stage 6 moves to the second row of the indentation A2 (on the Y axis in FIG. The indenter 1 moves so as to be positioned on the coordinates (x22, y2) of the start position of y2). Thereafter, a voltage V2 is supplied to the moving coil device 2, and an indentation A2 is formed on the mirror surface of the mold base 5 by the indenter 1. Then, the die base material 5 is moved by P μm in the X direction by the XY stage 6.
[0028]
Similarly, up to the impression An is formed in a desired range on the surface of the mold base material.
The mold base material 5 in which the indentation is formed in this way has a shape shown in FIG.
Next, the mold base material 5 is used as a part of the mold to form a mold. Then, the microlens array is manufactured by enclosing an acrylic resin in the formed mold and compression-molding it.
[0029]
By the way, the manufacturing method of the diffusing plate that reflects and diffuses incident light uses a metal constituting the diffusing plate instead of a mold, and the microlens array is made until the indentation is formed on a predetermined surface of the diffusing plate. What is necessary is just to perform the process similar to a manufacturing method. The diffuser plate manufactured in this way has the same shape as FIG.
The coordinate input of the indentation formation position can be simplified by inputting CAD data obtained by optical design to the computer 24 as it is. Even in such a case, since the number of data input to the computer 24 is much smaller than that of the conventional one, the transfer time can be shortened.
[0030]
Further, the indentation A1 to An may not be continuously processed, and an intermittent operation may be performed in which the formation state is confirmed after the indentation A1 is completed, and the processing of the indentation A2 is started again.
In the present invention, when one type of indentation is formed for each row, the indenter may be changed to form an indentation for each row. However, when forming an indentation in this way, there is a disadvantage that the number of times the indenter is changed increases. However, when position correction is performed for each column, such a method may be used.
[0031]
【Example】
Next, an Example is given and this invention is demonstrated. FIG. 5 is a plan view of an embodiment of a microlens according to the present invention. A diamond indenter with a hemispherical tip having a curvature of 30 μm is used for indentation processing of the mold. With this indenter, the indentation A1 size φ22 μm, the depth 2.1 μm, the indentation A2 size φ20 μm, the depth 1.7 μm, the indentation A3 size φ18 μm, the depth 1.4 μm, the indentation A4 size φ16 μm, the depth 1. Four types of indentations of 1 μm are formed on the mold surface in a range of 27 mm in length and 44 mm in width with a pitch of 68 μm in the X direction. A microlens array 30 composed of four types of microlenses L1, L2, L3, and L4 was manufactured by compression molding of acrylic resin using this mold.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a microlens array having no unevenness and good diffusibility can be manufactured by a simple method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a mold used to manufacture a microlens array according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an indenter pressing device.
3 is a cross-sectional view showing details of the moving coil device 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the moving coil device 2;
FIG. 5 is a plan view of an embodiment of a microlens array according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Indenter 2 ... Moving coil apparatus 3 ... Motor 5 ... Mold base material, Die 6 ... XY stage 20 ... Stage drive circuit 21 ... Stage movement amount detection circuit 22 ... Moving coil drive circuit 23 ... Rotation angle indexing circuit 24 ... Computer 30 ... Micro lens array

Claims

In the manufacturing method of the diffusion plate manufactured by forming indentations on the workpiece by the indentation method using three or more types of indenters with different diameters,
When forming an indentation on the workpiece with the first indenter, form an indentation on the workpiece at regular intervals in a predetermined direction from the first start position in the first row,
After all the indentations to be formed with the first indenter are formed in the first row, the indentation existing at the first start position in the second row next to the first row is next. Indentation is started from a position that is not adjacent to, and indentations are formed at the same intervals as the indentations formed in the first row in the predetermined direction,
Next, when forming an indentation on the workpiece with a second indenter having a diameter different from that of the first indenter, a second start in which no indentation has already been formed on the first row. From the position, indentations are formed at the same intervals as the indentations formed in the predetermined direction and with the first indenter,
When all the indentations to be formed with the second indenter are formed in the first row, then in the second row, the indentation by the first indenter in the first row and the second indentation Indentation formation is started from a position that is different from the positional relationship with the indentation by the indenter, and the second indentation is formed in the predetermined direction and at the same interval as the indentation formed by the first indenter. Forming an indentation with an indenter,
Further, when forming an indentation using another indenter having a different indentation diameter from the first indenter and the second indenter, an indentation start position in each row is arbitrarily determined, and the indentation is determined. The diffusion plate is characterized in that formation is started, indentations are formed in the predetermined direction and at the same intervals as the indentations formed by the first indenter, and the indentations are formed on the workpiece. Production method

The method for manufacturing a diffusion plate according to claim 1, wherein the interval between the indentations is shorter than a length obtained by adding all kinds of indenter diameters used for forming indentations on the workpiece.

The type of indentation formed on the workpiece on the coordinates where the direction parallel to the predetermined direction is the X-axis and the Y-axis is a direction perpendicular to the predetermined direction on the workpiece surface. The x-coordinate component of the position of the indentation formed by the other indenters from the first row to the n-th row is formed so as to be different in the case of n. Manufacturing method of diffusion plate of 1

In a method of forming an indentation on a mold base by an indentation method using three or more types of indenters with different diameters, and manufacturing a microphone lens array using the mold base,
When forming an indentation on the mold base with the first indenter, form an indentation on the mold base at regular intervals in a predetermined direction from the first start position of the first row,
Once all the indentations to be formed with the first indenter are formed in the first row, the second row next to the first row is not next to the first start position. Indentation formation is started from a position, and indentations are formed at the same intervals as the indentations formed in the first row in the predetermined direction,
Next, when forming an indentation on the workpiece with a second indenter having a diameter different from that of the first indenter, a second start in which no indentation is already formed on the first row. From the position, forming an indentation by the second indenter in the predetermined direction and at the same interval as the interval of the indentation formed by the first indenter,
When all the indentations to be formed with the second indenter are formed in the first row, the indentation by the first indenter in the first row and the second indentation are then performed in the second row. Indentation formation is started from a position that is different from the positional relation with the indentation by the indenter, and the second indenter is formed in the predetermined direction and at the same interval as the indentation formed by the first indenter. Form an indentation due to
Further, when forming an indentation with another indenter having a diameter different from the diameters of the first indenter and the second indenter, an indentation start position in each row is arbitrarily determined, and the indentation is determined. A microlens that starts forming, forms indentations in the predetermined direction and at the same intervals as the indentations formed by the first indenter, and forms indentations on the mold base Array manufacturing method

5. The interval between the indentations formed by the first indenter is the same as a length obtained by adding all kinds of indenter diameters used for forming the indentation to the workpiece. Method for manufacturing microlens array

An indentation formed on the mold base material on a coordinate having an X axis in a direction parallel to the predetermined direction and a Y axis in a direction perpendicular to the predetermined direction on the mold base material. When the number of types is n, X-coordinate components at positions where the other indenters from the first column to the n-th column are formed are formed to be different from each other. 4. A manufacturing method of the microlens array according to 4

In a diffuser plate in which three or more types of recesses having different diameters or depths are arranged in a two-dimensional direction,
Having a plurality of rows each including a plurality of each of the three or more types of recesses in one direction;
The arrangement interval between the recesses having the same diameter and height is equal in the one direction, and the recesses having the same diameter and height are not adjacent to each other.
In the direction perpendicular to the one direction, recesses having the same diameter and height are not adjacent to each other,
All the concave portions are formed so that at least a part of the region overlaps another adjacent concave portion.

In a microlens array in which three or more types of microlenses having different diameters or heights are arranged in a two-dimensional direction,
A plurality of rows each including a plurality of each of the three or more types of microlenses in one direction;
At equal intervals arrangement intervals equal microlenses each other diameter and height in the one direction, and is equal microlenses each other diameter and height is formed so as not adjacent,
In the direction perpendicular to the one direction, microlenses having the same diameter and height are not adjacent to each other,
All the microlenses are formed so that at least a part of the region overlaps another adjacent microlens.