JP2016177140A - 光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い生産性を有する光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】光学素子の製造方法は、芯材2と被覆部3とを有する複数の線材1を準備する工程と、被覆部3同士が隣接するように複数の線材1を面状に並べるとともに、複数の線材の面状に並んでいる面方向に対して交差する方向に複数の線材1を加圧することで複数の線材を変形させる工程と、複数の線材1の被覆部3同士を互いに接合させた状態で、被覆部3のうちの上記交差する方向の一方側および他方側に位置している部分を除去することにより、芯材2を上記一方側および上記他方側において露出させる工程と、を備える。【選択図】図6
Description
本発明は、反射機能を有する帯状の面が内部に多数配列された光学素子の製造方法に関する。
反射機能を有する帯状の面が内部に多数配列された光学素子が知られている。国際公開第2009/131128号(特許文献1)に開示されているように、このような光学素子を2枚用いることによって、たとえば、物体を見る観察者側の空中に、立体像を形成することが可能となる。
国際公開第2009/131128号(特許文献1)に開示された光学素子の製造方法においては、まず、一面側に金属反射面が形成された複数の透明板(アクリル樹脂板またはガラス板)を準備する。複数の透明板を、金属反射面が一方側に配置されるように積層することで、積層体を形成する。各金属反射面に対して垂直な切り出し面が形成されるように積層体を切り出すことにより、光学素子(光制御パネル)が作製される。この製造方法は、透明板を積層する工程や、各金属反射面に対して垂直な方向に積層体を切り出すというやや複雑な工程を含んでおり、生産性という点において改善の余地が残されている。
本発明は、従来に比して高い生産性で光学素子を製造することが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に基づく光学素子の製造方法は、光透過性を有する芯材と上記芯材の周囲を覆うように設けられた被覆部とを有する、複数の線材を準備する工程と、上記被覆部同士が隣接するように複数の上記線材を面状に並べるとともに、複数の上記線材の面状に並んでいる面方向に対して交差する方向に複数の上記線材を加圧することで複数の上記線材を変形させる工程と、複数の上記線材の上記被覆部同士を互いに接合させた状態で、上記被覆部のうちの上記交差する方向の一方側および他方側に位置している部分を除去することにより、上記芯材を上記一方側および上記他方側において露出させる工程と、を備える。
好ましくは、上記線材は、プラスチック光ファイバーから構成される。
好ましくは、複数の上記線材は、上記プラスチック光ファイバーの上記被覆部同士を熱溶着させることによって互いに接合される。
好ましくは、複数の上記線材は、上記プラスチック光ファイバーの上記被覆部同士を熱溶着させることによって互いに接合される。
好ましくは、上記芯材は、プラスチックファイバーから構成される。
好ましくは、上記被覆部は、上記プラスチックファイバーの表面に形成され、内部で光を反射させる反射膜である。
好ましくは、上記被覆部は、上記プラスチックファイバーの表面に形成され、内部で光を反射させる反射膜である。
好ましくは、上記反射膜の材料は、誘電体または金属を含む。
好ましくは、複数の上記線材は、接着剤によって互いに接合される。
好ましくは、複数の上記線材は、接着剤によって互いに接合される。
好ましくは、上記線材を加圧する際には、上記芯材が軟化あるいは溶融する温度以上となるように上記線材が加熱される。
上記の製造方法は、透明板を積層したり、積層体を切り出したりするといった工程を含んでいないため、生産性の向上を図りやすい。
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
[実施の形態1]
図1〜図9を参照して、実施の形態1における光学素子の製造方法について説明する。詳細は後述するが、当該製造方法を実施することによって光学素子としてのファイバーアレイシート10A(図9および図10参照)が作製される。ファイバーアレイシート10Aは、一方側の面2M(図9および図10参照)から入射した光を、他方側の面2N(同図)から出射させる。さらに、2つのファイバーアレイシート10Aを用いることによって、図11に示すようなマイクロミラーアレイ100を作製することもできる。
図1〜図9を参照して、実施の形態1における光学素子の製造方法について説明する。詳細は後述するが、当該製造方法を実施することによって光学素子としてのファイバーアレイシート10A(図9および図10参照)が作製される。ファイバーアレイシート10Aは、一方側の面2M(図9および図10参照)から入射した光を、他方側の面2N(同図)から出射させる。さらに、2つのファイバーアレイシート10Aを用いることによって、図11に示すようなマイクロミラーアレイ100を作製することもできる。
図1を参照して、実施の形態1の製造方法においては、まず複数の線材1が準備される。図2は、本実施の形態の製造方法で用いられる線材1を示す断面図である。図3は、図2におけるIII−III線に沿った矢視断面図である。線材1は、光透過性を有する芯材(2)と、芯材の周囲を覆うように設けられた被覆部(3)とを有し、内部で光を伝搬させることができる(図3中の黒色矢印を参照)。本実施の形態の線材1は、プラスチック光ファイバーから構成される。
図2および図3に示すように、プラスチック光ファイバーとしての線材1は、光透過性を有するコア層2(芯材)と、コア層2の周囲を覆うように設けられたクラッド層3(被覆部)とを有する。本実施の形態の線材1は、φ1mmの線径を有する。コア層2およびクラッド層3は、いずれも熱可塑性樹脂から形成される。たとえば、コア層2は、クラッド層3よりも高い屈折率を有しており、コア層2はポリメチルメタクリレート樹脂から形成され、クラッド層3はフッ素系ポリマーから形成される。クラッド層3の厚みは、たとえば10μmである。
図4を参照して、線材1は、次のような特徴を有している。すなわち、線材1を図4に示すような加圧具4Aの内側に配置したとする。加圧具4Aは、平坦な加圧面4Sと、加圧面4Sに対して垂直な一対の加圧面4T,4Uとを有する。加圧具5Aも、平坦な加圧面5Sを有する。線材1の温度がたとえば160℃になるように、線材1を加熱しながら加圧具4A,5Aを用いて線材1を加圧する。線材1(コア層2およびクラッド層3)は軟化し、加圧によって変形する。線材1は、加圧面4S,4T,4Uおよび加圧面5Sの形状に倣うように変形し、線材1A(図5参照)を形成する。
図5に示すように、線材1Aは、加熱および加圧を解除した状態において、4つの角部が丸みを帯びた、略長方形の断面形状を呈する。変形により得られた線材1Aは、変形前の線材1のコア層2およびクラッド層3の断面構成(クラッド層3がコア層2の周囲を覆うように位置しているという構成)を維持している。線材1Aも、線材1(図4)と同様に、内部で光を伝搬させるという機能を有している。本実施の形態では、変形によって線材1がこのような形状を有する線材1Aを形成できるという特徴が使用される。
図1を再び参照して、上記のような特徴を有する複数の線材1は、加圧具4の加圧面4Sの上に配置され、クラッド層3(被覆部)同士が隣接するように面状に並べられる。本実施の形態においては、複数の線材1は、X−Y平面状に並べられる。複数の線材1が矢印Y方向に沿って直線状に延在しているとすると、複数の線材1は、矢印Yに対して交差する矢印X方向(本実施の形態では矢印Yに対して直交する矢印X方向)に順に並べられる。加圧具4に対向するように、加圧面5Sを有する加圧具5が配置される。加圧面4S,5Sは、互いに平行である(図6参照)。
図1および図6を参照して、複数の線材1は、複数の線材1が面状に並んでいる面方向(本実施の形態では、X−Y平面方向)に対して交差する矢印Z方向から加圧される。本実施の形態においては、複数の線材1は、X−Y平面に対して直交する矢印Z方向に加圧される。必要に応じて、線材1が矢印X方向およびその反対方向に移動することを規制するために、規制具6,7(図6)が用いられるとよい。規制具6,7の内表面6S,7Sは、加圧面4S,5Sに対していずれも直交している。内表面6S,7Sも、加圧面として機能することができる。
本実施の形態においては、加圧具4,5にヒーター等が内蔵されており、複数の線材1を加熱しながら加圧する。複数の線材1は、コア層2(芯材)が軟化あるいは溶融する温度以上となるように加熱される。複数の線材1は、線材1の各々の温度がたとえば160℃になるように加熱される。線材1の材質および純度にもよるが、複数の線材1の温度が110℃以上270℃以下の範囲内となるように加熱するのが好ましい。複数の線材1(コア層2およびクラッド層3)の各々は軟化し、周辺への移動(矢印X方向およびその反対方向への移動)が規制された状態で、加圧によって変形する。複数の線材1の各々は、加圧面4S,5S(および内表面6S,7S)の形状に倣うように変形し、線材1の隣り合う面は、加圧面4S,5Sに直交するように形成される(図7参照)。
図7および図8を参照して、本実施の形態においては、加熱によってクラッド層3が軟化ないし溶融すると、隣り合う線材1Aのクラッド層3(被覆部)同士が熱溶着によって一体化し、複数の線材1Aは互いに接合される。これにより、図8に示すファイバーアレイ10が得られる。ファイバーアレイ10は、加熱および加圧を解除した状態において、薄板状(シート状)の形状を呈する。ファイバーアレイ10は、クラッド層3同士が互いに接合された状態を維持している。加熱および加圧を解除した後、必要に応じて冷却工程が実施されてもよい。
図9を参照して、クラッド層3を互いに接合することにより形成されたファイバーアレイ10には、研削処理および/または研磨処理が施される。クラッド層3(被覆部)のうち、矢印Z方向の一方側に位置している部分3Aと、矢印Z方向の他方側に位置している部分3Bとが除去される。これにより、コア層2の一部を、矢印Z方向における一方側および他方側において露出させることができる。ここでいう矢印Z方向とは、複数の線材1Aが面状に並んでいる面方向に対して交差する方向(本実施の形態では、X−Y平面方向に対して直交する方向)である。
本実施の形態においては、コア層2(芯材)の一部も除去される。具体的には、コア層2のうち、矢印Z方向の一方側に位置している部分2Aと、矢印Z方向の他方側に位置している部分2Bとが除去される。これにより、コア層2の一部を、矢印Z方向における一方側および他方側においてさらに露出させることができる。露出したコア層2の一方側の面2Mおよび他方側の面2Nには、鏡面処理が施されることが好ましい。面2M,2Nは、互いに平行であることが好ましい。
図10を参照して、以上のような各工程を経ることによって、ファイバーアレイシート10A(光学素子)が得られる。ファイバーアレイシート10Aのクラッド層3は、矢印Z方向における上記の部分3A,3B(図9)においては除去されたことによって反射機能を有していないが、隣接する線材1Aとの間において残存している帯状の部分は反射機能を発揮することができる。ファイバーアレイシート10Aは、コア層2およびクラッド層3の残存している部分が等ピッチで配列された構成を有しており、一方側の面2Mから入射した光を、内部で反射させ、他方側の面2Nから出射させることができる(図10中の黒色矢印を参照)。
図11を参照して、2つのファイバーアレイシート10Aを用いることによって、図11に示すようなマイクロミラーアレイ100を作製することもできる。マイクロミラーアレイ100においては、ファイバーアレイシート10Aの各々に設けられた複数本のコア層2が、互いに90°の角度(直角)で交差している。ファイバーアレイシート10A(10A1)の一方側の面2Mから入射した光は、ファイバーアレイシート10A(10A1)および10A(10A2)のコア層2の内部を通して導光され、コア層2とクラッド層3との間の界面で反射され、ファイバーアレイシート10A(10A2)の他方側の面2Nから出射される。
このようなマイクロミラーアレイ100は、マイクロミラーアレイ100の一方側の面に配置された被投影物の鏡映像を、マイクロミラーアレイ100に対して面対称となる他方側の面の空間位置に結像させることができる。マイクロミラーアレイ100は、3次元または2次元の物体および画像などを空間に結像するための結像光学素子として機能することができる。本実施の形態では、φ1mmの線径を有する線材1(プラスチック光ファイバー)を用いているが、所望される画質に応じて線径を最適化させるとよい。
(作用および効果)
本実施の形態における光学素子の製造方法は、複数の線材1を加圧によって変形および接合させることでファイバーアレイ10(図8)を形成し、コア層2の一部を露出させることでファイバーアレイシート10A(図9,図10)を得ることができる。冒頭で説明したように、国際公開第2009/131128号(特許文献1)に開示された光学素子の製造方法は、透明板を積層する工程や、各金属反射面に対して垂直な方向に積層体を切り出すという工程を含んでいる。
本実施の形態における光学素子の製造方法は、複数の線材1を加圧によって変形および接合させることでファイバーアレイ10(図8)を形成し、コア層2の一部を露出させることでファイバーアレイシート10A(図9,図10)を得ることができる。冒頭で説明したように、国際公開第2009/131128号(特許文献1)に開示された光学素子の製造方法は、透明板を積層する工程や、各金属反射面に対して垂直な方向に積層体を切り出すという工程を含んでいる。
本実施の形態の製造方法は、透明板を積層したり、積層体を切り出したりするといった工程を含んでいない。透明板を準備するための設備も不要であり、切り出しのための設備も不要である。本実施の形態の製造方法は、特許文献1に比べて材料費や生産設備のための費用の増加を抑えることができるだけでなく、光学素子を簡素な工程にて製造でき、生産性の向上を図りやすいと言える。線材1としてプラスチック光ファイバーを用いれば、材料費の一層の低減を図ることが可能である。
上述の実施の形態では、隣り合う線材1Aのクラッド層3(被覆部)同士を熱溶着によって一体化させることで、複数の線材1Aを接合している。熱溶着に限られず、隣り合う線材1A(クラッド層3)同士は、接着剤(たとえばエポキシ系接着剤)によって接合してもよい。熱溶着および接着剤が組み合わされて実施されても構わない。あるいは、複数の線材1Aは、熱変形の際にクラッド層3に生じた微小なクラックを利用して、クラッド層3を部分的に溶解させる溶剤を用いて隣り合う線材1Aのクラッド層3同士を接合しても良い。
[実施の形態2]
図12〜図14を参照して、実施の形態2における光学素子の製造方法について説明する。実施の形態2は、実施の形態1と比較すると、プラスチック光ファイバーが用いられず、接着剤9が用いられるという点において主として相違している。
図12〜図14を参照して、実施の形態2における光学素子の製造方法について説明する。実施の形態2は、実施の形態1と比較すると、プラスチック光ファイバーが用いられず、接着剤9が用いられるという点において主として相違している。
図12に示すように、本実施の形態においては、まず光透過性を有する芯材2Cが準備される。芯材2Cは、プラスチックファイバーから構成される。芯材2Cは、クラッド層3(実施の形態1)に相当する部材を有しておらず、たとえば、アクリル樹脂から形成される。芯材2Cとしては、ポリメタクリルスチレン(MS)樹脂、メタクリルブタジエンスチレン(MBS)樹脂、透明なアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(透明ABS)樹脂、スチレン・ブタジエン共重合体(SBC)樹脂などから形成されていてもよい。
図13を参照して、次に、芯材2Cの周囲を覆うように、被覆部としての反射膜3Cが形成される。反射膜3Cは、芯材2C(プラスチックファイバー)の表面に形成され、内部で光を反射させる(内部に光を閉じ込める)ことができる(図13中の黒色矢印を参照)。図13に示すように、芯材2Cおよび反射膜3Cを含む線材1Cが得られる。
反射膜3Cの材料としては、誘電体または金属を含んでいることが好ましい。具体例を挙げると、アクリル樹脂から形成されたφ1mmの直径を有する芯材2Cの表面に、真空蒸着により、反射膜3Cとして0.5μmの膜厚を有するアルミ膜を設けることができる。
図14を参照して、実施の形態1の場合と同様に、複数の線材1Cは、加圧具4の加圧面4Sの上に配置され、反射膜3C同士が隣接するように面状に並べられる。本実施の形態では、隣り合う線材1C(反射膜3C)の間に、スプレーやディスペンサーなどによって微量の接着剤9が供給ないし塗布される。接着剤9としては、たとえばエポキシ系接着剤が用いられる。複数の線材1Cは、複数の線材1Cが面状に並んでいる面方向(本実施の形態では、X−Y平面方向)に対して交差する矢印Z方向から加圧される。
この際、複数の線材1Cは、芯材2Cが軟化あるいは溶融する温度以上となるように加熱される。複数の線材1Cは、実施の形態1の場合と同様に変形し、薄板状(シート状)のファイバーアレイを形成する(図8参照)。反射膜3Cを互いに接合することにより形成されたファイバーアレイには、研削処理および/または研磨処理が施される。反射膜3C(被覆部)のうち、矢印Z方向の一方側に位置している部分と、矢印Z方向の他方側に位置している部分とが除去される。
必要に応じて、芯材2Cのうち、矢印Z方向の一方側に位置している部分と、矢印Z方向の他方側に位置している部分とが除去される。露出した芯材2Cの一方側の面および他方側の面には、鏡面処理が施されることが好ましい。これらの面は、互いに平行であることが好ましい。
(作用および効果)
本実施の形態においては、隣り合う線材1Cの反射膜3C同士が、接着剤9によって強固に接合される。接着剤9を用いる場合、実施の形態1における熱溶着に比べて強い接合強度を得やすい。反射膜3Cの材料として誘電体または金属(アルミ膜)などを用いる場合には、各種の接着剤を使用することができ、アルミ膜が用いられる場合には接着剤の選択肢も広い。
本実施の形態においては、隣り合う線材1Cの反射膜3C同士が、接着剤9によって強固に接合される。接着剤9を用いる場合、実施の形態1における熱溶着に比べて強い接合強度を得やすい。反射膜3Cの材料として誘電体または金属(アルミ膜)などを用いる場合には、各種の接着剤を使用することができ、アルミ膜が用いられる場合には接着剤の選択肢も広い。
実施の形態1の熱溶着の場合には、クラッド層3を溶着可能な程度に溶融させるだけの加熱が必要となる。本実施の形態においては、線材1Cを加圧する際には、芯材2Cが軟化あるいは溶融して変形が可能な温度以上となるように線材1Cが加熱されればよい。芯材2Cが軟化あるいは溶融して変形が可能な温度は、熱溶着に必要な温度に比べて低い。したがって、芯材2Cへの熱的な影響は、実施の形態1の場合に比べて少なくすることができる。
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A,1C 線材、2 コア層(芯材)、2A,2B,3A,3B 部分、2C 芯材、2M,2N 面、3 クラッド層(被覆層)、3C 反射膜(被覆層)、4,4A,5,5A 加圧具、4S,4T,4U,5S 加圧面、6,7 規制具、6S,7S 内表面、9 接着剤、10 ファイバーアレイ、10A ファイバーアレイシート、100 マイクロミラーアレイ。
Claims (8)
- 光透過性を有する芯材と前記芯材の周囲を覆うように設けられた被覆部とを有する、複数の線材を準備する工程と、
前記被覆部同士が隣接するように複数の前記線材を面状に並べるとともに、複数の前記線材の面状に並んでいる面方向に対して交差する方向に複数の前記線材を加圧することで複数の前記線材を変形させる工程と、
複数の前記線材の前記被覆部同士を互いに接合させた状態で、前記被覆部のうちの前記交差する方向の一方側および他方側に位置している部分を除去することにより、前記芯材を前記一方側および前記他方側において露出させる工程と、を備える、
光学素子の製造方法。 - 前記線材は、プラスチック光ファイバーから構成される、
請求項1に記載の光学素子の製造方法。 - 複数の前記線材は、前記プラスチック光ファイバーの前記被覆部同士を熱溶着させることによって互いに接合される、
請求項2に記載の光学素子の製造方法。 - 前記芯材は、プラスチックファイバーから構成される、
請求項1に記載の光学素子の製造方法。 - 前記被覆部は、前記プラスチックファイバーの表面に形成され、内部で光を反射させる反射膜である、
請求項4に記載の光学素子の製造方法。 - 前記反射膜の材料は、誘電体または金属を含む、
請求項5に記載の光学素子の製造方法。 - 複数の前記線材は、接着剤によって互いに接合される、
請求項1から6のいずれかに記載の光学素子の製造方法。 - 前記線材を加圧する際には、前記芯材が軟化あるいは溶融する温度以上となるように前記線材が加熱される、
請求項1から7のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
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