JP2005181361A

JP2005181361A - 反射防止構造を有する光学部材

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Publication number: JP2005181361A
Application number: JP2003417453A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nishida; 直樹西田; Hiroaki Ueda; 裕昭上田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】優れた成型性により高い反射防止効果を達成できる光学部材を提供する。
【解決手段】レンズ１０は多数のＶ溝３を整列して成る反射防止構造２を両面Ｓ１，Ｓ２に有し、その両面Ｓ１，Ｓ２について互いの溝方向の成す角度が４５°未満となるように設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は反射防止構造を有する光学部材に関するものであり、更に詳しくは光学面両面に反射防止構造が施された光学部材に関するものである。

光学部材の表面反射を抑えるための反射防止構造として、使用波長以下の微細な凹凸から成るものが従来より知られており、その製法が特許文献１で提案されている。光の反射は屈折率の急激な変化に起因して生じるため、微細な凹凸で屈折率を徐々に変化させる構成は反射防止に有効である。そのような凹凸は微細な円錐状突起を多数並べて構成されることが多いが、例えば非特許文献１に記載されているように、多数のＶ溝から成る１次元周期構造でも同様の効果を得ることは可能である。また、１次元周期構造には製造・加工を容易に行うことができるというメリットもある。
特開２００１−２７２５０５号公報 D.H.Raguin,G.M.Morris,Applied Optics,Vol.32(14),pp.2582-2598

しかし、反射防止構造に１次元周期構造を用いることには以下のような問題がある。反射防止構造を有する光学部材の製造には、その量産性の点で射出成型が適している。射出成型では一方向のゲートから金型に樹脂を注入するのが一般的であるため、１次元周期構造を形成する場合には樹脂の流れ方向を溝方向に一致させるのが望ましい。一方、反射防止を効果的に行うためには、反射防止構造を光学部材の両面に施すことが望ましい。反射防止構造を両面に施す場合、一方の面と他方の面とで溝方向が異なる(例えば直交する)と、一方の面の転写性は良いが他方の面の転写性は悪い、というような不具合が生じてしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた成型性により高い反射防止効果を達成できる光学部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の光学部材は、多数の溝を整列して成る反射防止構造を両面に有する光学部材であって、前記両面について互いの溝方向の成す角度が４５°未満であることを特徴とする。

第２の発明の光学部材は、上記第１の発明において、前記溝がＶ溝であることを特徴とする。

第３の発明の光学部材は、上記第１又は第２の発明において、前記溝方向が略０°の角度を成すことを特徴とする。

本発明によれば、反射防止構造を両面に有する光学部材において、その両面について互いの溝方向の成す角度が４５°未満に設定されているため、両面の均一な成型が可能である。その優れた成型性により高精度の反射防止構造が得られるため、高い反射防止効果を達成することができる。

以下、本発明に係る光学部材の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明に係る光学部材の両面(すなわち第１面Ｓ１と第２面Ｓ２)を模式的に示す。図１(Ａ)は第１面Ｓ１を光軸に沿って見た状態を示しており、図１(Ｂ)は第２面Ｓ２を光軸に沿って見た状態を示している。第１面Ｓ１と第２面Ｓ２には反射防止構造が設けられており、その反射防止構造はいずれも多数のＶ溝を整列させた１次元周期構造で構成されている。図１中の平行線はＶ溝を構成している面と面との境界線(すなわち谷線と稜線)を表しており、２つの光学面Ｓ１，Ｓ２での互いのＶ溝方向は略０°の角度を成している。なお、各光学面Ｓ１，Ｓ２自体は巨視的に見て曲面，平面のいずれでもよい。

光学部材を製造する際の射出成型において、例えば、図２(Ａ)に示すように樹脂の流れ方向ＦＬを金型２０のＶ溝方向に一致させる(平行にする)と、樹脂は金型２０のＶ溝にスムーズに入り込むことができる。このため、転写性・成型性は良好になり、図２(Ｂ)に示すように精度の高い光学部材１０ａを得ることができる。また、図３(Ａ)に示すように樹脂の流れ方向ＦＬを金型２０のＶ溝方向に直交させる(垂直にする)と、樹脂は金型２０のＶ溝にスムーズに入り込めなくなる。このため、転写性・成型性は悪くなり、図３(Ｂ)に示すように得られる光学部材１０ｂは精度の低いものとなる。上記のように両面Ｓ１，Ｓ２の溝方向が互いに略０°の角度を成す光学部材では、それを製造する際の射出成型において、両面Ｓ１，Ｓ２の溝方向に対し樹脂の流れ方向ＦＬを一致させることができる。したがって、両面Ｓ１，Ｓ２とも均一な成型が可能となる。その優れた成型性により高精度の反射防止構造が得られるため、高い反射防止効果を達成することができる。

両面Ｓ１，Ｓ２の溝方向が互いに異なれば、少なくとも一方の面に対しては樹脂の流れ方向ＦＬを一致させることができなくなる。したがって、その溝方向の成す角度に応じて転写性・成型性の低下が生じることになる。例えば、光学材料：ポリオレフィン系の樹脂，Ｖ溝の周期：２００ｎｍ，Ｖ溝の高さ：４００ｎｍ，成型条件：射出成型法，樹脂温度：３１０℃，金型材料：電鋳ニッケル，金型温度：１３３℃，射出速度：１５０ｍｍ²／ｓｅｃ，充填圧力：１８００ｋｇ／ｃｍ²とする。この場合、図２(Ｂ)に示す光学部材１０ａの金型２０に対する充填率は９８％、図３(Ｂ)に示す光学部材１０ｂの金型２０に対する充填率は８０％となった。

成型品の反射防止効果に関しては、溝方向の成す角度が５０°を超えると劣化が認められたが、溝方向の成す角度が４５°未満になると劣化は許容範囲内のものとなった。したがって、多数の溝を整列して成る反射防止構造を両面に有する光学部材においては、その両面について互いの溝方向の成す角度を４５°未満とすることが好ましく、図１に示すように、溝方向が略０°の角度を成すようにすることが更に好ましい。また、１次元周期構造には製造・加工を容易に行うことができるというメリットがあるので、反射防止構造をＶ溝で構成することは光学部材の低コスト化を達成する上でも有効である。反射防止構造を構成する溝は直線的なＶ溝等に限らない。例えば、うねりを持った溝や断面形状が台形の溝であっても、上述した効果を得ることは可能である。

次に、光学面両面に反射防止構造が施された光学部材とその製造方法を更に具体的に説明する。図４に、光学部材の具体例としてのレンズ１０を模式的に示す。このレンズ１０は、一方のレンズ面(第１面)Ｓ１が巨視的に見て曲面から成っており、そのレンズ面Ｓ１上には多数の微細なＶ溝３から成る反射防止構造２が形成されている(ただし、レンズ１０に対するＶ溝３の相対的なサイズは極端に拡大して図示してある。)。他方のレンズ面(第２面)Ｓ２にも同様に多数の微細なＶ溝３から成る反射防止構造２が形成されているが、その面は巨視的に見て平面から成っている。Ｖ溝３は光軸ＡＸに対して垂直な方向に一定の周期Λ＝２００ｎｍ，高さｈ＝４００ｎｍで形成されており、全てのＶ溝３の全ての部位において頂角を２等分する直線はいずれも光軸ＡＸに対して平行になっている。図５(Ａ)に反射防止構造２の光軸ＡＸ近傍の部位を拡大して示し、図５(Ｂ)に反射防止構造２の光軸ＡＸから大きく離れた部位を拡大して示す。

レンズ１０は、ガラス，樹脂(例えばＰＭＭＡ：polymethyl methacrylate)等の光学材料から成るレンズ基板に対し直接加工を施すことによっても製造可能である。しかし、図６に示す金型２０を用いて射出成型を行えば、レンズ１０の量産が容易になるため、その低コスト化を効果的に達成することが可能である。金型２０の製造工程を図７に示す。

図７に示す金型２０の製造では、まずＳＵＳ製の金型ブランク２１を粗加工して、レンズ面Ｓ１と概ね相補的な曲面を形成する(ａ)。次に、その曲面上に電鋳によりニッケル層２２を設け(ｂ)、ニッケル層２２を切削してレンズ面Ｓ１と相補的な曲面に仕上げる(ｃ)。そして、スパッタ法によりニッケル層２２の表面に窒化チタン(ＴｉＮ)膜２３を設け(ｄ)、さらに、スピンコート法によりＴｉＮ膜２３上にレジスト膜２４を設ける(ｅ)。このレジスト膜２４を２光束干渉法により露光して(ｆ)、レジスト膜２４にスリット２４ａを形成する(ｇ)。スリット２４ａの形成後、レジスト膜２４上及びスリット２４ａから露出しているＴｉＮ膜２３上に、真空蒸着法によりクロム膜２５を形成する(ｈ)。そして、リフトオフ法によりレジスト膜２４をその上のクロム膜２５と共に除去する(ｉ)。その結果、ＴｉＮ膜２３上のクロム膜２５のみが残る。

次に、クロム膜２５をマスクとするドライエッチングによって、ＴｉＮ膜２３を加工する(ｊ)。ＴｉＮ膜２３のエッチングには等方的に進む成分と異方的に進む成分とがある。等方的に進む成分は、深さ方向と水平方向とにエッチングを進行させる。異方的に進む成分は、深さ方向にのみエッチングを進行させる。これらの等方的成分と異方的成分との組み合わせにより、ＴｉＮ膜２３は次第に所望の畝状になっていく。最後に、ウエットエッチングによってクロム膜２５を除去する(ｋ)。これで、断面三角形状の畝状凸部２６を曲面の表面に有する金型２０が得られる。なお、ここではドライエッチングのマスクとしてクロム膜２５を用いたが、ある程度の速度でエッチングされる材料でマスクを作製し、マスクが消失した時点でドライエッチングを終了するようにしてもよい。このようにすると、畝状凸部２６の頂部を一層先鋭にすることができる。

他方のレンズ面Ｓ２を構成する金型も上記と同様の方法で作製可能である。得られた金型２０を用いて光学樹脂(例えばポリオレフィン系樹脂)の射出成型を行うことにより、２つのレンズ面Ｓ１，Ｓ２に反射防止構造２が施されたレンズ１０(図４)を作製することができる。例えば、光学材料：ポリオレフィン系の樹脂，成型条件：射出成型法，樹脂温度：３１０℃，金型材料：電鋳ニッケル，金型温度：１３３℃，射出速度：１５０ｍｍ²／ｓｅｃ，充填圧力：１８００ｋｇ／ｃｍ²とすればよい。レンズ面Ｓ１，Ｓ２上の全てのＶ溝３が同一方向を向いているため、この製法によればレンズ１０の金型２０からの離型(図６)が極めて容易になる。

なお、上述した実施の形態には以下の構成(A1),(A2),…が含まれており、その構成によると、優れた成型性により高い反射防止効果を達成できる光学部材を実現することができる。

(A1) 複数の溝から成る１次元周期構造を反射防止構造として２つの光学面に有する光学部材であって、前記２つの光学面において一方の光学面の溝方向と他方の光学面の溝方向とが４５°未満の角度を成すことを特徴とする光学部材。

(A2) 前記２つの光学面において一方の光学面の溝方向と他方の光学面の溝方向とが略０°の角度を成すことを特徴とする上記(A1)記載の光学部材。

(A3) 複数の溝から成る１次元周期構造を反射防止構造として２つの光学面に有する光学部材であって、前記複数の光学面が、以下の条件式(C1)を満たすように配置されていることを特徴とする光学部材。
α≦４５ …(C1)
ただし、
α：一方の光学面の溝方向と他方の光学面の溝方向とが成す角度(°)、
である。

(A4) 複数の溝から成る１次元周期構造を反射防止構造として２つの光学面に有する光学部材であって、前記複数の光学面が、以下の条件式(C2)を満たすように配置されていることを特徴とする光学部材。
α≒４５ …(C2)
ただし、
α：一方の光学面の溝方向と他方の光学面の溝方向とが成す角度(°)、
である。

(A5) 前記溝がＶ溝であることを特徴とする上記(A1)〜(A4)のいずれか１項に記載の光学部材。

本発明を実施した光学部材の両面を示す正面図。金型のＶ溝方向に対し樹脂の流れ方向を一致させた場合に得られる反射防止構造を説明するための図。金型のＶ溝方向に対し樹脂の流れ方向を直交させた場合に得られる反射防止構造を説明するための図。光学面両面に反射防止構造が施されたレンズの構造を模式的に示す断面図。図４の反射防止構造の一部を拡大して示す斜視図。図４のレンズとその作製に用いる金型を模式的に示す断面図。図６の金型の製造工程を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０レンズ(光学部材)
２０金型
Ｓ１第１面(レンズ面)
Ｓ２第２面(レンズ面)
１０ａ，１０ｂ光学部材
２反射防止構造
３Ｖ溝
ＡＸ光軸

Claims

多数の溝を整列して成る反射防止構造を両面に有する光学部材であって、前記両面について互いの溝方向の成す角度が４５°未満であることを特徴とする光学部材。
前記溝がＶ溝であることを特徴とする請求項１記載の光学部材。
前記溝方向が略０°の角度を成すことを特徴とする請求項１又は２記載の光学部材。