專利名稱：光學元件的制造裝置以及制造方法、控制程序和記錄介質的制作方法
技術領域：
本發明涉及包含被轉印了期望的光學功能面的樹脂部分的光學元件的制造裝置 以及制造方法。
背景技術：
以往，存在對將樹脂夾在成形模間進行成形的裝置進行成形模的位移控制的技 術。在這樣的技術中，利用驅動軸的位置或速度的控制、定時器(timer)的時間控制、或者 溫度控制等來控制作用于成形模的驅動力。
此外，在專利文獻I中公開了以下方法由伺服電機(servo motor)進行成形模的 驅動，進行該伺服電機的轉矩控制，以成為成形模的自重被消除了的偽浮動狀態的方式進 行控制。
現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本國公開專利公報“特開2009-190250號公報(2009年8月27日公開)”; 專利文獻2 :日本國公開專利公報“特開2008-183827號公報(2008年8月14日公開)”。
發明要解決的問題可是，在利用驅動軸的位置或速度的控制、定時器的時間控制、或者溫度控制等來控制 作用于成形模的驅動力的方法中，若欲縮短生產節拍(tact)來提高生產率，則難以提取成 形條件。此外，成形條件的提取的困難性越是在像晶片級透鏡(wafer-level lens)那樣對 大面積進行成形的情況下越變得顯著。在未適當地提取成形條件并且成形模不能完全對樹 脂的固化收縮進行追隨的情況下，在樹脂表面產生微小的氣孔。
此外，在專利文獻I的控制方法中，也由于固化單元的制約而不得不在遠離成形 模的位置設置重量控制單元，因此若提高生產率，則缺乏響應性、成形不合格的可能性高。發明內容
本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供一種能夠提高生產率并且防 止氣孔的產生、使光學功能面的面精度提高的光學元件的制造裝置以及制造方法。
用于解決問題的手段為了解決上述問題，本發明的光學元件的制造裝置是將樹脂夾在一對成形模之間進行 成形的光學元件的制造裝置，其特征在于，具備驅動部，定位所述成形模的位置；壓力檢 測部，檢測從所述樹脂作用于所述成形模的壓力；以及控制部，在由所述壓力檢測部檢測到 作用于所述成形模的壓力變為負壓的時間點使所述驅動部驅動來控制所述成形模的位置， 使得在將作用于所述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持所述正壓。
根據上述結構，在作用于上述成形模的壓力變為負壓的時間點，開始控制，使得在 將作用于上述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持上述正壓。在此，作用于成形模的 壓力變為負壓的時間點是樹脂的溫度到達凝膠化點的時間點，通過從樹脂的溫度到達凝膠化點起開始對成形模的壓力控制，從而能夠在樹脂為軟質固體的適當的期間對樹脂施加壓 力，即使與以往的控制方法相比提高升溫速率，也容易提取在進行上述控制的期間的設定 條件。由此，本發明的制造方法能夠兼顧制造時間的縮短和光學功能面的面精度的提高。
為了解決上述問題，本發明的光學元件的制造方法是將樹脂夾在一對成形模之間 進行成形的光學元件的制造方法，其特征在于，包含第一工序，對所述成形模的一個涂敷 樹脂；第二工序，使另一個成形模與所述樹脂接觸，使所述樹脂固化直到所述樹脂的溫度到 達凝膠化點；以及第三工序，在所述樹脂的溫度到達了凝膠化點的時間點，一邊控制所述成 形模的位置，一邊使所述樹脂固化，以使進行固化收縮的樹脂作用于所述成形模的壓力維 持規定值。
根據上述結構，由于在上述樹脂溫度到達了凝膠化點之后，一邊控制上述成形模 的位置，一邊使上述樹脂固化，以使進行固化收縮的樹脂作用于上述成形模的壓力維持規 定值，所以能夠在樹脂為軟質固體的適當的期間施加壓力，即使與以往的控制方法相比提 高升溫速率，也容易提取在進行上述控制的期間的設定條件。由此，本發明的制造方法能夠 兼顧制造時間的縮短和光學功能面的面精度的提高。
發明效果本發明從樹脂的溫度到達了凝膠化點的時間點起，開始成形模的位置控制，以使作用 于上述成形模的壓力維持固定的正壓，由此能夠在樹脂為軟質固體的適當的期間施加壓 力，即使與以往的控制方法相比提高升溫速率，也容易提取在進行上述控制的期間的設定 條件。由此，本發明的制造方法起到能夠兼顧制造時間的縮短和光學功能面的面精度的提聞等的效果。


圖1是表示本發明的一個實施方式的圖，是表示光學元件的制造裝置的概略的圖。
圖2是表示本發明的一個實施方式的圖，是表示光學元件的制造方法的流程圖。
圖3是表示本實施方式的光學元件的制造方法中的在檢測負壓的前后的壓力波形的圖。
圖4是表示本實施方式的光學元件的制造方法中的被加熱的樹脂的PVT特性的圖。
圖5是表示對于升溫速率的從升溫開始起的時間與金屬模溫度的關系的圖表。
圖6是表示對于升溫速率的工藝窗口(process window)的圖。
具體實施方式
〔光學元件的制造裝置〕以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示本實施方式的光學元件的 制造裝置的概略結構的圖。
如圖1所示，制造裝置I是將樹脂夾在一對相向的成形模10、11之間進行成形的 裝置。成形模10、11安裝在未圖示的框架上，并且沿著成形模10、11的框架以能移動的方 式進行定位，使得成形模10、11之間的距離能夠相對地變化。在此，固定下側的成形模10，利用由伺服電機13以及滾珠螺桿(ball screw) 14構成的驅動部能對上側的成形模11進 行位移驅動。由此，成形模11能夠相對于成形模10接近和背離。當然，也可以與此相反地 為將上側的成形模11固定、使下側的成形模10相對于成形模11接近或背離的結構，還可 以采用能移動成形模10、11雙方的結構。此外，將成形模11或成形模10的移動方向設定 為鉛垂方向。
此外，本發明的光學元件的制造裝置也能應用于復合光學元件的制造。復合光學 元件是將由玻璃或塑料材料構成的成為基材的光學元件(以下，僅稱為基材)和被轉印了期 望的光學功能面的合成樹脂層一體形成的光學元件。在用制造裝置I形成這樣的復合光學 元件的情況下，對形成為期望的形狀的上述基材涂敷樹脂，向該樹脂推壓成形模并使其固 化，形成合成樹脂層。因此，在該情況下，作為成形模10來使用的是安裝于制造裝置I的成 為復合光學元件的一部分的上述基材，對該基材的上表面涂敷規定量的樹脂，向該樹脂推 壓成形模11。在以下的說明中，例示制造復合光學元件的情況并進行說明。
利用由伺服控制器12控制的伺服電機13以及滾珠螺桿14驅動成形模11。制造 裝置I還具有編碼器15，檢測伺服電機13的位置和速度；以及測力傳感器(load cell) (壓力檢測部)16，檢測作用于成形模11的壓力。
制造裝置I為了執行進行成形模11的驅動控制的控制程序，還具有運算部(控制 部)17、存儲部18、以及設定部19。從編碼器15向運算部17輸入伺服電機13的位置和速 度信息，從測力傳感器16向運算部17輸入作用于成形模11的壓力信息。在存儲部18中 記錄有用于進行成形模的驅動控制的程序以及設定信息。設定部19是用于輸入向存儲部 18寫入的上述設定信息的單元。
〔光學元件的制造方法〕參照圖2的流程圖對光學元件的制造方法進行說明。
在由制造裝置I制造復合光學元件時，首先，作為第一工序，將涂敷了規定量的樹 脂的基材作為成形模10安裝于制造裝置I。再有，在制造的光學元件不是復合光學元件的 情況下，對制造裝置I所具備的成形模10涂敷樹脂。此時，樹脂的涂敷面為與成形模11相 向的一側。關于上述樹脂，能夠使用熱固性或光固化性的樹脂，但是在此，以使用熱固性的 樹脂的情況為例進行說明。
在第二工序中，從上述的狀態起，為了使成形模11與樹脂接觸，運算部17向伺服 控制器12輸出金屬模下降指令(SI)。在成形模11下降的期間，測力傳感器16檢測作用于 成形模11的壓力，并將該壓力信息輸入至運算部17。運算部17基于從測力傳感器16輸入 的壓力信息，監視作用于成形模11的壓力，在該壓力變為正壓的時間點向伺服控制器12輸 出金屬模下降停止指令(S2)，使成形模11停止。在成形模11最初與樹脂接觸的時間點，該 樹脂為液體狀態，因此不能作用大的壓力。因此，優選在使成形模11停止時的壓力為盡可 能地接近于O的壓力，例如，考慮在由測力傳感器16檢測到能檢測出的最小限度的正壓的 時間點使成形模11停止。此外，當利用上述金屬模下降停止指令使成形模11停止時，由編 碼器15檢測在該時間點的伺服電機13的位置，并將檢測到的位置信息經由運算部17存儲 到存儲部18中。
像這樣，當成形模11暫時停止時，開始用于使樹脂固化的加熱(在S3為“是”)。此 外，在第二工序的期間，測力傳感器16檢測作用于成形模11的壓力，并將該壓力信息輸入至運算部17。運算部17基于該壓力信息，監視作用于成形模11的壓力，在該壓力變為負壓 的時間點(在S4為“是”)切換對成形模11的壓力控制(S5)。即，在檢測到上述負壓之前， 成形模11處于停止狀態、或者對其進行不伴隨將作用于成形模11的壓力維持在固定壓力 那樣的壓力控制的位置控制。作為這樣的位置控制，例如，存在使成形模11以固定速度下 降的那樣的控制。
當檢測到上述負壓時，轉移至第三工序。在第三工序中，伺服控制器12 —邊進行 壓力控制，一邊驅動成形模11，以使如圖3所示那樣將作用于成形模11的壓力增加到規定 的正壓并且在樹脂的固化完成之前維持該正壓。由此，對成形模11以追隨于上述樹脂的固 化收縮并且對樹脂施加規定的壓力的方式進行驅動控制。再有，在檢測到上述負壓之后，用 于將作用于成形模11的壓力維持在規定的正壓的壓力控制能通過進行向運算部17輸入測 力傳感器16的輸出并將該輸出維持在規定的值的那樣的反饋控制來實現。
或者，用于將作用于成形模11的壓力維持在規定的正壓的壓力控制也可以通過 基于預先存儲在存儲部18中的設定信息來控制伺服電機的位置或速度而進行。即，將從加 熱開始后經過規定時間的伺服電機的位移或速度作為設定信息存儲到存儲部18中并基于 該設定信息來控制伺服電機的位置或速度即可。關于在該情況下的伺服電機的一種控制， 只要對加熱開始前的成形模11的初始位置加上作為設定信息而存儲的伺服電機的位移來 計算出從加熱開始后經過規定時間的伺服電機的位置即可。此外，關于上述設定條件，只要 預先在多個不同的條件下進行試制，使用在得到成為合格品的光學元件時的條件即可。
當完成樹脂的固化并停止加熱時(在S6為“是”)，運算部17對冷卻單元(未圖示) 輸出金屬模冷卻指令(S7)。像這樣，當成形模11冷卻到規定的溫度時，運算部17對伺服控 制器12輸出金屬模上升指令(S8)。之后，將由基材和合成樹脂層構成的復合光學元件從成 形模11脫模，完成復合光學元件，該合成樹脂層由固化后的樹脂構成。
〔上述制造方法的效果〕被加熱的樹脂的狀態按照圖4所示的PVT特性進行轉變。PVT特性是表示壓力(P)-比 容(V)-溫度(T)的相互關系的特性。當通過加熱進行樹脂的反應時，樹脂的狀態按照液體 —不穩定固體一軟質固體一硬質固體進行變化。
在圖4所示的成形工藝中，從初始狀態(L)到凝膠化點(G)，與由升溫引起的熱膨 脹一起，產生伴隨著凝膠化前的固化反應的固化收縮。從凝膠化點(G)到固化工藝點(P)， 樹脂與成形模緊貼，面內方向的尺寸變化被限制。在固化工藝點(P)，根據固化時間而產生 應力松弛。從固化工藝點(P)到脫模點(R)，尺寸變化被金屬模限制。從脫模點(R)到成形 完成點(S)，在釋放殘存的應力的形態下產生尺寸變化(由冷卻引起的收縮)。在上述成形工 藝中，金屬模尺寸與在成形完成點的尺寸的差異為收縮效應。
為了對上述樹脂進行利用成形模11的形狀轉印，需要在軟質固體時施加壓力。此 時，在以往的驅動力控制方法中，若提高升溫速率，則難以適當地設定對樹脂開始施加壓力 的定時。這是由于在以往的控制方法中從對樹脂的加熱開始時起開始控制，若對樹脂開始 施加壓力的定時過早，則由于在樹脂變為軟質固體之前壓力進行作用，所以樹脂的變形量 過大，若對樹脂開始施加壓力的定時過遲，則在開始施加壓力的時間點樹脂的固化進展得 過多，容易發生成形不合格(轉印不合格)。因此，在以往的控制方法中，需要抑制升溫速率 來進行成形。
例如，如圖5所示，假設金屬模溫度為130°C 140°C的時間點是應該對樹脂作用 壓力的期間，在升溫速率是2°C /s的情況下，該期間僅為5秒，與此相對地，在升溫速率是 O. 5°C /s的情況下，該期間變為20秒。由此可知，雖然升溫速率高的一方生產率提高，但應 該對樹脂作用壓力的期間變短，難以適當地設定對樹脂開始施加壓力的定時。此外，圖6是 表示對于升溫速率的工藝窗口的圖。從該圖可知，在從升溫開始到對樹脂開始施加壓力的 時間中，升溫速率越高，用于得到合格的余裕(margin)越少,升溫速率越低,余裕越多。
在本實施方式的制造方法中，監視作用于成形模11的壓力，在該壓力變為負壓的 時間點開始伺服電機13的驅動控制(對成形模11的壓力控制)。作用于成形模11的壓力 變為負壓的時間點是圖4所示的凝膠化點(G)，通過從該凝膠化點(G)開始驅動控制，從而 能夠在樹脂是軟質固體的適當的期間施加規定的壓力，即使與以往的控制方法相比提高升 溫速率，也容易提取在進行上述驅動控制的期間的設定條件。由此，本實施方式的制造方法 能夠兼顧制造時間的縮短和光學功能面的面精度的提高。此次，即使是熱固性樹脂所使用 的加熱器的升溫速率為2°C /s的結構，也能夠確保生產率并防止在光學功能面中的氣孔、 使光學功能面的面精度提高。
再有，雖然在上述說明中，說明了使用熱固性樹脂的情況，但是在使用光固化性樹 脂的情況下，通過加大為了使樹脂固化而照射的光的強度，從而能夠加快樹脂的固化，提高 生產率。在本實施方式的光學元件的制造方法中，即使是在使用光固化性樹脂的情況下，也 能夠確保生產率并防止在光學功能面中的氣孔、使光學功能面的面精度提高。
再有，上述實施方式的光學元件的制造裝置的各部分、各處理步驟能夠通過以下 方式來實現，即，CPU等的運算單元執行在ROM (Read Only Memory :只讀存儲器)、RAM等的 存儲單元中存儲的程序來控制鍵盤等的輸入單元、顯示器等的輸出單元、或者接口電路等 的通信單元。因此，具有這些單元的計算機僅通過讀取記錄有上述程序的記錄介質并執行 該程序，從而能夠實現本實施方式的制造裝置的各種功能以及各種處理。此外，通過將上述 程序記錄在可移動的記錄介質中，從而能夠在任意的計算機上實現上述的各種功能以及各 種處理。
作為該記錄介質，用于由微型計算機進行處理的未圖示的存儲器、例如像ROM那 樣的存儲器是程序介質也可，此外，雖然未圖示但作為外部存儲裝置，是通過設置程序讀取 裝置并在此處插入記錄介質而能進行讀取的程序介質也可。
此外，在所有的情況下，優選儲存的程序是微處理器訪問并執行的結構。進而，優 選為以下方式，即，讀出程序，將讀出的程序下載到微型計算機的程序存儲區域中，執行該 程序。再有，將該下載用的程序預先儲存到主體裝置中。
此外，作為上述程序介質，是以能與主體分離的方式構成的記錄介質，有包含以 下類型的固定地擔載程序的記錄介質等磁帶、盒式磁帶等磁帶類；軟盤、硬盤等磁盤、 CD/M0/MD/DVD等盤的盤類；IC卡(包含存儲卡)等卡類；或者掩模ROM、EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory :可擦可編程只讀存儲器)、EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory :電可擦可編程只讀存儲器)、閃速ROM等的半 導體存儲器。
此外，如果是能夠連接包含因特網的通信網絡的系統結構，那么優選是以從通信 網絡下載程序的方式流動地擔載程序的記錄介質。
進而，在像這樣從通信網絡下載程序的情況下，優選該下載用的程序是預先儲存 在主體裝置中、或從另外的記錄介質安裝的程序。
本發明不被上述的各實施方式限定，在權利要求書所示出的范圍內能進行各種變 更，對于適當地組合在不同的實施方式中分別公開的技術手段而得到的實施方式也包含在 本發明的技術范圍內。
本發明的實施方式的制造裝置采用以下結構也可上述光學元件是在具有光學功 能的基材上形成被轉印了期望的光學功能面的合成樹脂層而成的復合光學元件，上述成形 模的一個是上述基材。
在本發明的實施方式的光學元件的制造方法中，在上述第二工序的期間，監視從 上述樹脂作用于上述成形模的壓力，在檢測到作用于上述成形模的壓力變為負壓的時間 點，從上述第二工序切換成上述第三工序，在上述第三工序中，控制上述成形模的位置使得 在將作用于上述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持上述正壓也可。
在本發明的實施方式的光學元件的制造方法中，上述光學元件是在具有光學功能 的基材上形成被轉印了期望的光學功能面的合成樹脂層而成的復合光學元件，上述成形模 中的涂敷有上述樹脂的成形模是上述基材也可。
本發明的實施方式的控制程序是將樹脂夾在一對成形模之間進行成形的光學元 件的制造裝置的控制程序，上述制造裝置具備驅動部，定位上述成形模的位置；壓力檢測 部，檢測作用于上述成形模的壓力；以及計算機，控制上述驅動部，上述控制程序使上述計 算機實現以下功能在由上述壓力檢測部檢測到從上述樹脂作用于上述成形模的壓力變為 負壓的時間點使上述驅動部驅動來控制上述成形模的位置使得在將作用于上述成形模的 壓力增加到規定的正壓之后，維持上述正壓。
本發明的實施方式的記錄介質是記錄有該控制程序的計算機能讀取的記錄介質。
產業上的可利用性本發明能夠在由被轉印了期望的光學功能面的樹脂構成的光學元件、在由玻璃或塑料 材料構成的成為基材的光學元件上形成被轉印了期望的光學功能面的合成樹脂層而成的 復合光學元件的制造中利用。
附圖標記的說明10成形模(基材)；11成形模；12伺服控制器；13伺服電機(驅動部)；14滾珠螺桿(驅動部)；15編碼器；16測力傳感器(壓力檢測部)；17運算部(控制部)；18存儲部(控制部)；19設定部。
權利要求
1.一種光學元件的制造裝置，在所述制造裝置中，將樹脂夾在一對成形模之間進行成形，其特征在于，具備驅動部，定位所述成形模的位置；壓力檢測部，檢測從所述樹脂作用于所述成形模的壓力；以及控制部，在由所述壓力檢測部檢測到作用于所述成形模的壓力變為負壓的時間點使所述驅動部驅動來控制所述成形模的位置，使得在將作用于所述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持所述正壓。
2.根據權利要求1所述的制造裝置，其特征在于，所述光學元件是在具有光學功能的基材上形成被轉印了期望的光學功能面的合成樹脂層而成的復合光學元件，所述成形模的一個是所述基材。
3.一種光學元件的制造方法，在所述制造方法中，將樹脂夾在一對成形模之間進行成形，其特征在于，包含第一工序，對所述成形模的一個涂敷樹脂；第二工序，使另一個成形模與所述樹脂接觸，使所述樹脂固化直到所述樹脂的溫度到達凝膠化點；以及第三工序，在所述樹脂的溫度到達了凝膠化點的時間點，一邊控制所述成形模的位置，一邊使所述樹脂固化，以使進行固化收縮的樹脂作用于所述成形模的壓力維持規定值。
4.根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述第二工序的期間，監視從所述樹脂作用于所述成形模的壓力，在檢測到作用于所述成形模的壓力變為負壓的時間點，從所述第二工序切換成所述第三工序，在所述第三工序中，控制所述成形模的位置，使得在將作用于所述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持所述正壓。
5.根據權利要求3或4所述的制造方法，其特征在于，所述光學元件是在具有光學功能的基材上形成被轉印了期望的光學功能面的合成樹脂層而成的復合光學元件，所述成形模中的涂敷有所述樹脂的成形模是所述基材。
6.一種將樹脂夾在一對成形模之間進行成形的光學元件的制造裝置的控制程序，其特征在于，所述制造裝置具備驅動部，定位所述成形模的位置；壓力檢測部，檢測作用于所述成形模的壓力；以及計算機，控制所述驅動部，所述控制程序使所述計算機實現以下功能在由所述壓力檢測部檢測到從所述樹脂作用于所述成形模的壓力變為負壓的時間點使所述驅動部驅動來控制所述成形模的位置，使得在將作用于所述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持所述正壓。
7.一種計算機能讀取的記錄介質，記錄有將樹脂夾在一對成形模之間進行成形的光學元件的制造裝置的控制程序，其特征在于，所述制造裝置具備驅動部， 定位所述成形模的位置；壓力檢測部，檢測作用于所述成形模的壓力；以及計算機，控制所述驅動部，所述控制程序使所述計算機實現以下功能在由所述壓力檢測部檢測到從所述樹脂作用于所述成形模的壓力變為負壓的時間點使所述驅動部驅動來控制所述成形模的位置，使得在將作用于所述成形模的壓力增加到規定的正壓之后，維持所述正壓。
全文摘要
本發明涉及光學元件的制造裝置以及制造方法、控制程序和記錄介質。在將樹脂夾在成形模(10、11)之間來制造光學元件時，在使成形模(11)與上述樹脂接觸的狀態下，進行固化直到上述樹脂的溫度到達凝膠化點。在此期間，由測力傳感器(16)監視作用于成形模(11)的壓力，在檢測到該壓力變為負壓的時間點，一邊控制成形模(11)的位置，一邊使上述樹脂固化，使得將作用于成形模(11)的壓力增加到規定的正壓，之后維持上述正壓。
文檔編號B29C39/02GK103029246SQ20121036773
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月30日
發明者仲橋孝博, 花戶宏之 申請人:夏普株式會社