JP4262514B2 - 光学部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の反射を防止する反射防止格子を有する光学部材の製造方法に関し、より詳細には光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズや回折格子などの光学部材において、光学面における反射を防止する方法としては、光学部材の光学面に多層の反射防止膜を形成することが一般的である。しかし、光学部材に反射防止膜を形成するためには、低温で密着性の高い誘電体多層膜を蒸着しなければならず、有効に反射防止を行うためには反射防止膜の屈折率、膜厚を厳密にコントロールしなければならないため、光学部材の製造コストが上昇してしまう。
【０００３】
このような反射防止膜に代わる反射防止処理として、光学部材の光学面に格子の周期（間隔）、溝深さが入射光の波長よりも小さい反射防止格子を設ける方法がある。このような反射防止格子によれば、入射光の回折光は生じず、光学面で屈折率が徐々に下がるのと同じ効果となり、光学素子の反射防止を図ることができる。
このような反射防止格子を形成する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、光学部材を成形する金型の光学面に対応する部分に対して、バイトなどによって切削加工を施して、反射防止格子と凹凸が反対の同心円状の格子部を形成し、この金型を用いて光学部材を成形することにより、光学部材の光学面に反射防止格子を形成する方法がある。あるいは光学部材に直接、反射防止格子を形成する方法もある。
また他の方法としては、光学部材の表面にエッチング加工を施すことにより反射防止格子を形成する方法がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４８０１号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射防止格子の周期、溝深さは通常の回折格子よりも小さいため、金型あるいは光学部材に対して同心円状の反射防止格子を形成する場合、反射防止格子の半径が小さくなる中央部領域では、同心円状の反射防止格子を切削することは困難である。
また、エッチング処理によって反射防止格子を形成する場合、必要な部分だけをエッチングするために、エッチングを行う前に光学面にエッチングマスクとなるレジストパターンを形成する必要がある。このレジストパターンは、光学面にレジストを塗布し、このレジストに対して電子ビームなどで露光して原画パターンを形成し、その後現像する。ここで、光学部材の表面が凸状、あるいは凹状である場合には、露光の際の電子ビームの焦点が光学面上のレジスト全体には合わないので、レジストパターンを表面全体にうまく形成できず、従ってエッチングによって所望の形状の反射防止格子を形成することも難しい。
【０００６】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、光学部材の光学面の中央部領域及び周辺部領域に容易に反射防止格子を形成可能な光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、型材料に上記光学面に適合する光学面成形部を形成する第一の工程と、上記光学面成形部の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記光学面成形部の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に型材料に対し加工を行って成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴として構成されている。
【０００８】
また本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、上記光学部材の光学面と同形状の模写面を有する模型部材を形成する第一の工程と、上記模写面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記模写面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に模型部材に対し加工を行って光学部材模型を形成し、該光学部材模型に対して電鋳加工を施すことにより成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴として構成されている。
【０００９】
また本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、光学材料に上記光学面を形成する第一の工程と、上記光学面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記光学面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に光学材料に対し加工を行うことにより光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することを特徴として構成されている。
【００１０】
また本発明は、上記中央格子部と周辺格子部は入射光の波長の半分以下の周期で形成することを特徴として構成されている。
【００１１】
また本発明は、上記周辺格子部は略同心円状の溝状に形成することを特徴として構成されている。
【００１２】
また本発明は、上記中央格子部は凸状又は凹状の略円錐形状に形成することを特徴として構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態におけるレンズの正面図、図２は本発明の実施形態におけるレンズの断面図である。
本実施形態においては図１、図２に示すような、一方の面が球面凸状、他方の面が平面のレンズ１０の製造方法について説明する。このレンズ１０は透明な光学樹脂で形成され、凸レンズ面１１、平レンズ面１２、及びその周縁部１３からなる。凸レンズ面１１は中心部を頂部として球面状に形成されている。また凸レンズ面１１には、凸レンズ面１１における光の反射を防ぐ反射防止格子１４が形成されている。本実施形態では、レンズ１０の反射防止格子１４の周期（間隔）、溝深さが入射光の波長λの半分以下として形成されている。例えば入射光にＤＶＤ、ＣＤで使用される６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯の入射光に対して、周期を０．２０μｍ、溝深さを０．２５μｍとする。これにより入射光の反射率を２％以下に抑えることができる。
【００１４】
ここで本実施形態においては、この反射防止格子１４は中央部領域１１ａと周辺部領域１１ｂで形状が異なる。中央部領域１１ａの反射防止格子（以下、中央格子１４ａとする）は略円錐状に形成された複数の凸部からなる。一方、周辺部領域の反射防止格子（以下、周辺格子１４ｂとする）は同心円状の複数の溝部からなる。
本発明はこのような反射防止格子１４の形成に特徴を有するものである。以下、このようなレンズ１０の製造方法について説明する。
【００１５】
まず第一の実施形態について説明する。本実施形態においては、レンズをシリコンからなる成形型によって成形する。以下、まずこの成形型の形成方法について説明する。図３は本発明の第一の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。まずシリコンからなる型部材に、光学材料に凸レンズ面１１、平レンズ面１２及びその周縁部１３を転写するためのレンズ成形部を切削加工などにより形成する。具体的には、一方の型部材２０ａに凸レンズ面成形部２１及び周縁成形部２３、もう一方の型部材（図示せず）に平レンズ面成形部をバイトによる切削加工などで形成する（図３（ａ））。
【００１６】
この型部材２０ａの凸レンズ面成形部２１に対して、レンズ１０に中央格子１４ａを転写するための中央格子部２４ａ、及び周辺格子１４ｂを転写するための周辺格子部２４ｂからなる格子部２４を形成する。本実施形態では、まず中央格子部２４ａを形成する。この中央格子部２４ａは、中央格子１４ａと凹凸が反対の形状、すなわち略円錐状に形成された複数の凹部からなる。
【００１７】
このような中央格子部２４ａは、フォトリソグラフィ法により凸レンズ面成形部２１にレジストパターン３０を形成し、このレジストパターン３０をエッチングマスクとして、中央部領域２１ａに対してエッチング加工を施すことにより形成する。具体的はまず、凸レンズ面成形部２１にレジスト３１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン３２を描画し、この原画パターン３２を現像してレジストパターン３０を形成する（図３（ｂ））。ここでレジストパターン３０は、型部材２０ａにおいてエッチング加工を施したときに除去したい部分、つまり本実施形態においては略円錐形状の凹部を形成する部分が露出するような形状となっている。
この凸レンズ面成形部２１の中央部領域２１ａでは、周辺部領域２１ｂに比べて厚さ方向の変化が少ないので、電子ビームの露光の焦点を中央部領域２１ａ略全体に合わせることができ、したがって所望の形状のレジストパターン３０を中央部領域２１ａ略全体に形成することが可能である。
【００１８】
次に、レジストパターン３０によってエッチングマスクを施した型部材２０ａに対して、塩素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う（図３（ｃ））。これにより、凸レンズ面成形部２１上のレジストパターン３０によって保護されていない部分は浸食されて除去され、レジストパターン３０の形状に応じて、複数の略円錐状の凹部からなる中央格子部２４ａが形成される。
なお、中央格子部２４ａを形成した後、レジストパターン３０は除去する。
【００１９】
このようにして中央格子部２４ａを形成した型部材２０ａに対して、周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成して成形型２０が完成する（図３（ｄ））。この周辺格子部２４ｂは、周辺格子１４ｂと凹凸が反対の形状である同心円状の複数の溝部からなる。このような周辺格子部２４ｂは、通常の回折格子を形成するのと同様、型部材２０ａを旋盤に固定して回転させ、バイトにより切削することにより形成する。凸レンズ面成形部２１の周辺部領域２１ｂでは、切削する溝部の半径が溝部の周期、溝深さに比べて十分大きいことから、バイトの刃先が型部材２０ａに切込みやすく、したがって切削加工は十分可能である。
この成形型２０によってレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
【００２０】
なお本実施形態においては、型部材２０ａに対して、まず中央部領域２１ａに中央格子部２４ａを形成し、その後周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成することとした。しかし、この行程の順番は特にこれに限られるものではなく、まず周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成し、その後中央部領域２１ａに中央格子部２４ａを形成することとしてもよい。
【００２１】
以上、本発明の第一の実施形態について説明した。上記第一の実施形態においては、シリコンから成形型を形成したが、耐久性や切削加工の容易性などの点から、金属製の成形型が求められる場合がある。以下、部分的に金属製とした成形型によってレンズ１０を成形する第二の実施形態について説明する。
【００２２】
図４は本発明の第二の実施形態における成形型の形成工程を示す図である。本実施形態においては、まずNiやその他の合金などからなる金属製の型部材に、光学材料に凸レンズ面１１、平レンズ面１２及びその周縁部１３を転写するためのレンズ成形部を切削加工などにより形成する。具体的には、一方の型部材４０ａに凸レンズ面成形部４１及び周縁成形部４３、もう一方の型部材（図示せず）に平レンズ面成形部をバイトによる切削加工などで形成する（図４（ａ））。
また、凸レンズ面成形部４１の中央部領域４１ａを一定の厚さで彫り込み、膜形成部４５を形成する。
【００２３】
この膜形成部４５に対してシリコンからなる格子形成膜４６を成膜する。この格子形成膜４６は凸レンズ面成形部４１と同一平面を形成するように成膜する。その後、この中央部領域４１ａに格子形成膜４６を成膜した凸レンズ面成形部４１に対して、レジスト５１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン５２を描画し、この原画パターン５２を現像してレジストパターン５０を形成する（図４（ｂ））。
次に、レジストパターン５０によってエッチングマスクを施した型部材５０ａに対してドライエッチングを行い、格子形成膜４６に複数の略円錐状の凹部からなる中央格子部４４ａが形成される（図４（ｃ））。中央格子部４４ａを形成した後、レジストパターン５０は除去する。
【００２４】
このようにして格子形成膜４６に中央格子部４４ａを形成した型部材４０ａの周辺部領域４１ｂに、周辺格子１４ｂと凹凸が反対の形状である同心円状の複数の溝部からなる周辺格子部４４ｂを、バイトを用いた切削加工によって形成し、成形型４０が完成する（図４（ｄ））。
この成形型４０によってレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
なお、まず周辺格子部４４ｂを形成し、その後に中央格子部４４ａを形成することとしてもよいのは、第一の実施形態と同様である。
【００２５】
このように、中央部領域４１ａに格子形成膜４６を成膜することにより、金属では不可能なエッチング加工が行えるようになり、中央部領域４１ａにエッチング加工により中央格子部４４ａを形成することが可能となる。また、周辺部領域４１ｂは金属製であることから切削加工が行いやすく、耐久性も高い。
【００２６】
以上、本発明の第二の実施形態について説明した。上記第二の実施形態においては、金属製の型部材を切削加工等することにより成形型を形成した。しかしこれ以外の方法でも金属製の成形型を形成することは可能である。以下、他の方法により金属製の成形型を形成し、この成形型でレンズ１０を成形する第三の実施形態について説明する。
【００２７】
本実施形態においてはまず、シリコンによってレンズ１０と同形状のレンズ模型を形成する。図５は本発明の第三の実施形態におけるレンズ模型の形成工程を示す図である。具体的には、まずシリコンからなる模型部材６０ａを切削加工などにより、レンズ１０の凸レンズ面１１、平レンズ面１２、及びその周縁部１３と同形状の凸レンズ模写面６１、平レンズ模写面６２及びその周縁模写面６３をバイトによる切削加工などで形成する（図５（ａ））。
【００２８】
この模型部材６０ａの凸レンズ模写面６１に対して、レンズ１０に形成する中央格子１４ａと同形状の中央格子模写部６４ａ、及び周辺格子１４ｂと同形状の周辺格子模写部６４ｂからなる格子模写部６４を形成する。本実施形態では、まず中央格子模写部６４ａを形成する。形成方法は第一の実施形態とほぼ同様で、まず凸レンズ模写面６１にレジスト７１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン７２を描画し、この原画パターン７２を現像してレジストパターン７０を形成する（図５（ｂ））。ここで本実施形態ではレジストパターン７０は、形成しようとする略円錐形状の凸部以外の部分が露出するような形状となっている。
次に、レジストパターン７０によってエッチングマスクを施した模型部材６０ａに対してドライエッチングを行い、複数の略円錐状の凸部からなる中央格子模写部６４ａが形成される（図５（ｃ））。中央格子模写部６４ａを形成した後、レジストパターン７０は除去する。
【００２９】
このようにして中央格子模写部６４ａを形成した模型部材６０ａの周辺部領域６１ｂに、レンズ１０に形成する周辺格子１４ｂと同形状、つまり同心円状の溝部からなる周辺格子模写部６４ｂを、バイトを用いた切削加工によって形成し、レンズ模型６０が完成する（図５（ｄ））。
なお、まず周辺格子模写部６４ｂを形成し、その後に中央格子模写部６４ａを形成することとしてもよいのは、第一の実施形態と同様である。
【００３０】
次に、このレンズ模型６０を電鋳母型として電鋳加工を行って、金属製の成形型を形成し、この成形型でレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
【００３１】
このように、まずレンズ１０と同形状のレンズ模型６０を形成し、これを電鋳母型として電鋳加工によって金属製の成形型を形成することで、耐久性の高い金属製の成形型を形成することができる。また、電鋳加工によれば、転写精度が高いので、成形型にレンズ模型６０の表面形状が忠実に転写され、したがってこの成形型を用いて精度の高いレンズ１０を成形することができる。
【００３２】
以上、本発明の第三の実施形態について説明した。上記第一、第二、第三の実施形態においては、いずれも成形型を用いてレンズ１０を成形することとした。しかし、例えばレンズ１０が小ロット品などの場合には、成形型を使用しないことも考えられる。このような場合は、上記第三の実施形態においてレンズ模型６０を形成したのと同じ方法で、ガラスなどの光学材料を直接加工することにより、反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成することも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態においては、片面凸レンズを成形する場合を例に挙げて説明した。しかし本発明は特にこれに限られることなく、凹レンズや、凸状又は凹状の回折格子など、様々な光学部材に適用可能である。
さらに、上記実施形態においては、中央部領域に略円錐状の凸状の中央格子を有するレンズを成形する場合について説明したが、中央格子の形状は特にこれに限られることなく、略円錐状の凹状や、周辺格子と同様に略同心円状の溝状に形成するようにするなど、反射防止格子として機能する他の形状でもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、光学面成形部の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、光学面成形部の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより成形型を形成し、この成形型によって光学部材を成形することから、成形する光学部材の光学面が凸状あるいは凹状であっても、成形型の光学面成形部の略全面に光学部材の反射防止格子に対応した格子部を形成することができ、したがって反射防止格子を光学部材の光学面の略全面に形成することができるので、反射防止効果を高めることができる。
【００３５】
また本発明によれば、模写面の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、模写面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより光学部材模型を形成し、この光学部材模型に対して電鋳加工を施すことにより成形型を形成することから、耐久性の高い金属製の成形型を形成することができる。また電鋳加工によれば、転写精度が高いので、成形型に光学部材模型の表面形状が忠実に転写され、したがってこの成形型を用いて反射防止格子を光学面の略全面に有する精度の高い光学部材を成形することができる。
【００３６】
また本発明によれば、光学面の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、光学面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより、光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することから、成形型を形成しない場合でも凸状又は凹状の光学面略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することが可能となり、反射防止効果を高めることができる。
【００３７】
また本発明によれば、中央格子部と周辺格子部は入射光の波長の半分以下の周期で形成することから、光学面における入射光の反射率を低く抑えることができる。
【００３８】
また本発明によれば、周辺格子部は略同心円状の溝状に形成することから、通常の回折格子と同様の方法で形成することができ、したがって周辺格子部の形成が容易となる。
【００３９】
また本発明によれば、中央格子部は凸状又は凹状の略円錐形状に形成することから、エッチング加工による形成が容易であるとともに、中央部領域における入射光の反射を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるレンズの正面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるレンズの断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第三の実施形態におけるレンズ模型の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ レンズ
１１ 凸レンズ面
１１ａ 中央部領域
１１ｂ 周辺部領域
１４ 反射防止格子
１４ａ 中央格子
１４ｂ 周辺格子
２０ 成形型
２１ 凸レンズ面成形部
２１ａ 中央部領域
２１ｂ 周辺部領域
２３ 周縁成形部
２４ 格子部
２４ａ 中央格子部
２４ｂ 周辺格子部
３０ レジストパターン
４０ 成形型
４１ 凸レンズ面成形部
４１ａ 中央部領域
４１ｂ 周辺部領域
４４ 格子部
４４ａ 中央格子部
４４ｂ 周辺格子部
４５ 膜形成部
４６ 格子形成膜
５０ レジストパターン
６０ レンズ模型
６１ 凸レンズ模写面
６１ａ 中央部領域
６１ｂ 周辺部領域
６４ 格子模写部
６４ａ 中央格子模写部
６４ｂ 周辺格子模写部
７０ レジストパターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の反射を防止する反射防止格子を有する光学部材の製造方法に関し、より詳細には光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズや回折格子などの光学部材において、光学面における反射を防止する方法としては、光学部材の光学面に多層の反射防止膜を形成することが一般的である。しかし、光学部材に反射防止膜を形成するためには、低温で密着性の高い誘電体多層膜を蒸着しなければならず、有効に反射防止を行うためには反射防止膜の屈折率、膜厚を厳密にコントロールしなければならないため、光学部材の製造コストが上昇してしまう。
【０００３】
このような反射防止膜に代わる反射防止処理として、光学部材の光学面に格子の周期（間隔）、溝深さが入射光の波長よりも小さい反射防止格子を設ける方法がある。このような反射防止格子によれば、入射光の回折光は生じず、光学面で屈折率が徐々に下がるのと同じ効果となり、光学素子の反射防止を図ることができる。
このような反射防止格子を形成する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、光学部材を成形する金型の光学面に対応する部分に対して、バイトなどによって切削加工を施して、反射防止格子と凹凸が反対の同心円状の格子部を形成し、この金型を用いて光学部材を成形することにより、光学部材の光学面に反射防止格子を形成する方法がある。あるいは光学部材に直接、反射防止格子を形成する方法もある。
また他の方法としては、光学部材の表面にエッチング加工を施すことにより反射防止格子を形成する方法がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４８０１号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射防止格子の周期、溝深さは通常の回折格子よりも小さいため、金型あるいは光学部材に対して同心円状の反射防止格子を形成する場合、反射防止格子の半径が小さくなる中央部領域では、同心円状の反射防止格子を切削することは困難である。
また、エッチング処理によって反射防止格子を形成する場合、必要な部分だけをエッチングするために、エッチングを行う前に光学面にエッチングマスクとなるレジストパターンを形成する必要がある。このレジストパターンは、光学面にレジストを塗布し、このレジストに対して電子ビームなどで露光して原画パターンを形成し、その後現像する。ここで、光学部材の表面が凸状、あるいは凹状である場合には、露光の際の電子ビームの焦点が光学面上のレジスト全体には合わないので、レジストパターンを表面全体にうまく形成できず、従ってエッチングによって所望の形状の反射防止格子を形成することも難しい。
【０００６】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、光学部材の光学面の中央部領域及び周辺部領域に容易に反射防止格子を形成可能な光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、型材料に上記光学面に適合する光学面成形部を形成する第一の工程と、上記光学面成形部の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記光学面成形部の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に型材料に対し加工を行って成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴として構成されている。
【０００８】
また本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、上記光学部材の光学面と同形状の模写面を有する模型部材を形成する第一の工程と、上記模写面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記模写面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に模型部材に対し加工を行って光学部材模型を形成し、該光学部材模型に対して電鋳加工を施すことにより成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴として構成されている。
【０００９】
また本発明は、中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、光学材料に上記光学面を形成する第一の工程と、上記光学面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、上記光学面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に光学材料に対し加工を行うことにより光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することを特徴として構成されている。
【００１０】
また本発明は、上記中央格子部と周辺格子部は入射光の波長の半分以下の周期で形成することを特徴として構成されている。
【００１１】
また本発明は、上記周辺格子部は略同心円状の溝状に形成することを特徴として構成されている。
【００１２】
また本発明は、上記中央格子部は凸状又は凹状の略円錐形状に形成することを特徴として構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態におけるレンズの正面図、図２は本発明の実施形態におけるレンズの断面図である。
本実施形態においては図１、図２に示すような、一方の面が球面凸状、他方の面が平面のレンズ１０の製造方法について説明する。このレンズ１０は透明な光学樹脂で形成され、凸レンズ面１１、平レンズ面１２、及びその周縁部１３からなる。凸レンズ面１１は中心部を頂部として球面状に形成されている。また凸レンズ面１１には、凸レンズ面１１における光の反射を防ぐ反射防止格子１４が形成されている。本実施形態では、レンズ１０の反射防止格子１４の周期（間隔）、溝深さが入射光の波長λの半分以下として形成されている。例えば入射光にＤＶＤ、ＣＤで使用される６５０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯の入射光に対して、周期を０．２０μｍ、溝深さを０．２５μｍとする。これにより入射光の反射率を２％以下に抑えることができる。
【００１４】
ここで本実施形態においては、この反射防止格子１４は中央部領域１１ａと周辺部領域１１ｂで形状が異なる。中央部領域１１ａの反射防止格子（以下、中央格子１４ａとする）は略円錐状に形成された複数の凸部からなる。一方、周辺部領域の反射防止格子（以下、周辺格子１４ｂとする）は同心円状の複数の溝部からなる。
本発明はこのような反射防止格子１４の形成に特徴を有するものである。以下、このようなレンズ１０の製造方法について説明する。
【００１５】
まず第一の実施形態について説明する。本実施形態においては、レンズをシリコンからなる成形型によって成形する。以下、まずこの成形型の形成方法について説明する。図３は本発明の第一の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。まずシリコンからなる型部材に、光学材料に凸レンズ面１１、平レンズ面１２及びその周縁部１３を転写するためのレンズ成形部を切削加工などにより形成する。具体的には、一方の型部材２０ａに凸レンズ面成形部２１及び周縁成形部２３、もう一方の型部材（図示せず）に平レンズ面成形部をバイトによる切削加工などで形成する（図３（ａ））。
【００１６】
この型部材２０ａの凸レンズ面成形部２１に対して、レンズ１０に中央格子１４ａを転写するための中央格子部２４ａ、及び周辺格子１４ｂを転写するための周辺格子部２４ｂからなる格子部２４を形成する。本実施形態では、まず中央格子部２４ａを形成する。この中央格子部２４ａは、中央格子１４ａと凹凸が反対の形状、すなわち略円錐状に形成された複数の凹部からなる。
【００１７】
このような中央格子部２４ａは、フォトリソグラフィ法により凸レンズ面成形部２１にレジストパターン３０を形成し、このレジストパターン３０をエッチングマスクとして、中央部領域２１ａに対してエッチング加工を施すことにより形成する。具体的はまず、凸レンズ面成形部２１にレジスト３１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン３２を描画し、この原画パターン３２を現像してレジストパターン３０を形成する（図３（ｂ））。ここでレジストパターン３０は、型部材２０ａにおいてエッチング加工を施したときに除去したい部分、つまり本実施形態においては略円錐形状の凹部を形成する部分が露出するような形状となっている。
この凸レンズ面成形部２１の中央部領域２１ａでは、周辺部領域２１ｂに比べて厚さ方向の変化が少ないので、電子ビームの露光の焦点を中央部領域２１ａ略全体に合わせることができ、したがって所望の形状のレジストパターン３０を中央部領域２１ａ略全体に形成することが可能である。
【００１８】
次に、レジストパターン３０によってエッチングマスクを施した型部材２０ａに対して、塩素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う（図３（ｃ））。これにより、凸レンズ面成形部２１上のレジストパターン３０によって保護されていない部分は浸食されて除去され、レジストパターン３０の形状に応じて、複数の略円錐状の凹部からなる中央格子部２４ａが形成される。
なお、中央格子部２４ａを形成した後、レジストパターン３０は除去する。
【００１９】
このようにして中央格子部２４ａを形成した型部材２０ａに対して、周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成して成形型２０が完成する（図３（ｄ））。この周辺格子部２４ｂは、周辺格子１４ｂと凹凸が反対の形状である同心円状の複数の溝部からなる。このような周辺格子部２４ｂは、通常の回折格子を形成するのと同様、型部材２０ａを旋盤に固定して回転させ、バイトにより切削することにより形成する。凸レンズ面成形部２１の周辺部領域２１ｂでは、切削する溝部の半径が溝部の周期、溝深さに比べて十分大きいことから、バイトの刃先が型部材２０ａに切込みやすく、したがって切削加工は十分可能である。
この成形型２０によってレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
【００２０】
なお本実施形態においては、型部材２０ａに対して、まず中央部領域２１ａに中央格子部２４ａを形成し、その後周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成することとした。しかし、この行程の順番は特にこれに限られるものではなく、まず周辺部領域２１ｂに周辺格子部２４ｂを形成し、その後中央部領域２１ａに中央格子部２４ａを形成することとしてもよい。
【００２１】
以上、本発明の第一の実施形態について説明した。上記第一の実施形態においては、シリコンから成形型を形成したが、耐久性や切削加工の容易性などの点から、金属製の成形型が求められる場合がある。以下、部分的に金属製とした成形型によってレンズ１０を成形する第二の実施形態について説明する。
【００２２】
図４は本発明の第二の実施形態における成形型の形成工程を示す図である。本実施形態においては、まずNiやその他の合金などからなる金属製の型部材に、光学材料に凸レンズ面１１、平レンズ面１２及びその周縁部１３を転写するためのレンズ成形部を切削加工などにより形成する。具体的には、一方の型部材４０ａに凸レンズ面成形部４１及び周縁成形部４３、もう一方の型部材（図示せず）に平レンズ面成形部をバイトによる切削加工などで形成する（図４（ａ））。
また、凸レンズ面成形部４１の中央部領域４１ａを一定の厚さで彫り込み、膜形成部４５を形成する。
【００２３】
この膜形成部４５に対してシリコンからなる格子形成膜４６を成膜する。この格子形成膜４６は凸レンズ面成形部４１と同一平面を形成するように成膜する。その後、この中央部領域４１ａに格子形成膜４６を成膜した凸レンズ面成形部４１に対して、レジスト５１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン５２を描画し、この原画パターン５２を現像してレジストパターン５０を形成する（図４（ｂ））。
次に、レジストパターン５０によってエッチングマスクを施した型部材５０ａに対してドライエッチングを行い、格子形成膜４６に複数の略円錐状の凹部からなる中央格子部４４ａが形成される（図４（ｃ））。中央格子部４４ａを形成した後、レジストパターン５０は除去する。
【００２４】
このようにして格子形成膜４６に中央格子部４４ａを形成した型部材４０ａの周辺部領域４１ｂに、周辺格子１４ｂと凹凸が反対の形状である同心円状の複数の溝部からなる周辺格子部４４ｂを、バイトを用いた切削加工によって形成し、成形型４０が完成する（図４（ｄ））。
この成形型４０によってレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
なお、まず周辺格子部４４ｂを形成し、その後に中央格子部４４ａを形成することとしてもよいのは、第一の実施形態と同様である。
【００２５】
このように、中央部領域４１ａに格子形成膜４６を成膜することにより、金属では不可能なエッチング加工が行えるようになり、中央部領域４１ａにエッチング加工により中央格子部４４ａを形成することが可能となる。また、周辺部領域４１ｂは金属製であることから切削加工が行いやすく、耐久性も高い。
【００２６】
以上、本発明の第二の実施形態について説明した。上記第二の実施形態においては、金属製の型部材を切削加工等することにより成形型を形成した。しかしこれ以外の方法でも金属製の成形型を形成することは可能である。以下、他の方法により金属製の成形型を形成し、この成形型でレンズ１０を成形する第三の実施形態について説明する。
【００２７】
本実施形態においてはまず、シリコンによってレンズ１０と同形状のレンズ模型を形成する。図５は本発明の第三の実施形態におけるレンズ模型の形成工程を示す図である。具体的には、まずシリコンからなる模型部材６０ａを切削加工などにより、レンズ１０の凸レンズ面１１、平レンズ面１２、及びその周縁部１３と同形状の凸レンズ模写面６１、平レンズ模写面６２及びその周縁模写面６３をバイトによる切削加工などで形成する（図５（ａ））。
【００２８】
この模型部材６０ａの凸レンズ模写面６１に対して、レンズ１０に形成する中央格子１４ａと同形状の中央格子模写部６４ａ、及び周辺格子１４ｂと同形状の周辺格子模写部６４ｂからなる格子模写部６４を形成する。本実施形態では、まず中央格子模写部６４ａを形成する。形成方法は第一の実施形態とほぼ同様で、まず凸レンズ模写面６１にレジスト７１を塗布し、電子ビームを露光して原画パターン７２を描画し、この原画パターン７２を現像してレジストパターン７０を形成する（図５（ｂ））。ここで本実施形態ではレジストパターン７０は、形成しようとする略円錐形状の凸部以外の部分が露出するような形状となっている。
次に、レジストパターン７０によってエッチングマスクを施した模型部材６０ａに対してドライエッチングを行い、複数の略円錐状の凸部からなる中央格子模写部６４ａが形成される（図５（ｃ））。中央格子模写部６４ａを形成した後、レジストパターン７０は除去する。
【００２９】
このようにして中央格子模写部６４ａを形成した模型部材６０ａの周辺部領域６１ｂに、レンズ１０に形成する周辺格子１４ｂと同形状、つまり同心円状の溝部からなる周辺格子模写部６４ｂを、バイトを用いた切削加工によって形成し、レンズ模型６０が完成する（図５（ｄ））。
なお、まず周辺格子模写部６４ｂを形成し、その後に中央格子模写部６４ａを形成することとしてもよいのは、第一の実施形態と同様である。
【００３０】
次に、このレンズ模型６０を電鋳母型として電鋳加工を行って、金属製の成形型を形成し、この成形型でレンズ１０を成形することにより、凸レンズ面１１の略全面に反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成する。
【００３１】
このように、まずレンズ１０と同形状のレンズ模型６０を形成し、これを電鋳母型として電鋳加工によって金属製の成形型を形成することで、耐久性の高い金属製の成形型を形成することができる。また、電鋳加工によれば、転写精度が高いので、成形型にレンズ模型６０の表面形状が忠実に転写され、したがってこの成形型を用いて精度の高いレンズ１０を成形することができる。
【００３２】
以上、本発明の第三の実施形態について説明した。上記第一、第二、第三の実施形態においては、いずれも成形型を用いてレンズ１０を成形することとした。しかし、例えばレンズ１０が小ロット品などの場合には、成形型を使用しないことも考えられる。このような場合は、上記第三の実施形態においてレンズ模型６０を形成したのと同じ方法で、ガラスなどの光学材料を直接加工することにより、反射防止格子１４を有するレンズ１０を形成することも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態においては、片面凸レンズを成形する場合を例に挙げて説明した。しかし本発明は特にこれに限られることなく、凹レンズや、凸状又は凹状の回折格子など、様々な光学部材に適用可能である。
さらに、上記実施形態においては、中央部領域に略円錐状の凸状の中央格子を有するレンズを成形する場合について説明したが、中央格子の形状は特にこれに限られることなく、略円錐状の凹状や、周辺格子と同様に略同心円状の溝状に形成するようにするなど、反射防止格子として機能する他の形状でもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、光学面成形部の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、光学面成形部の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより成形型を形成し、この成形型によって光学部材を成形することから、成形する光学部材の光学面が凸状あるいは凹状であっても、成形型の光学面成形部の略全面に光学部材の反射防止格子に対応した格子部を形成することができ、したがって反射防止格子を光学部材の光学面の略全面に形成することができるので、反射防止効果を高めることができる。
【００３５】
また本発明によれば、模写面の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、模写面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより光学部材模型を形成し、この光学部材模型に対して電鋳加工を施すことにより成形型を形成することから、耐久性の高い金属製の成形型を形成することができる。また電鋳加工によれば、転写精度が高いので、成形型に光学部材模型の表面形状が忠実に転写され、したがってこの成形型を用いて反射防止格子を光学面の略全面に有する精度の高い光学部材を成形することができる。
【００３６】
また本発明によれば、光学面の中央部領域にフォトリソグラフィ法とエッチング加工により中央格子部を形成し、光学面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成することにより、光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することから、成形型を形成しない場合でも凸状又は凹状の光学面略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することが可能となり、反射防止効果を高めることができる。
【００３７】
また本発明によれば、中央格子部と周辺格子部は入射光の波長の半分以下の周期で形成することから、光学面における入射光の反射率を低く抑えることができる。
【００３８】
また本発明によれば、周辺格子部は略同心円状の溝状に形成することから、通常の回折格子と同様の方法で形成することができ、したがって周辺格子部の形成が容易となる。
【００３９】
また本発明によれば、中央格子部は凸状又は凹状の略円錐形状に形成することから、エッチング加工による形成が容易であるとともに、中央部領域における入射光の反射を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるレンズの正面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるレンズの断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における成形型の形成工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第三の実施形態におけるレンズ模型の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ レンズ
１１ 凸レンズ面
１１ａ 中央部領域
１１ｂ 周辺部領域
１４ 反射防止格子
１４ａ 中央格子
１４ｂ 周辺格子
２０ 成形型
２１ 凸レンズ面成形部
２１ａ 中央部領域
２１ｂ 周辺部領域
２３ 周縁成形部
２４ 格子部
２４ａ 中央格子部
２４ｂ 周辺格子部
３０ レジストパターン
４０ 成形型
４１ 凸レンズ面成形部
４１ａ 中央部領域
４１ｂ 周辺部領域
４４ 格子部
４４ａ 中央格子部
４４ｂ 周辺格子部
４５ 膜形成部
４６ 格子形成膜
５０ レジストパターン
６０ レンズ模型
６１ 凸レンズ模写面
６１ａ 中央部領域
６１ｂ 周辺部領域
６４ 格子模写部
６４ａ 中央格子模写部
６４ｂ 周辺格子模写部
７０ レジストパターン
Claims (6)
- 中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、
型材料に上記光学面に適合する光学面成形部を形成する第一の工程と、
上記光学面成形部の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、
上記光学面成形部の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、
第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に型材料に対し加工を行って成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、
上記光学部材の光学面と同形状の模写面を有する模型部材を形成する第一の工程と、
上記模写面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、
上記模写面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、
第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に模型部材に対し加工を行って光学部材模型を形成し、該光学部材模型に対して電鋳加工を施すことにより成形型を形成し、該成形型によって光学部材を成形することにより光学部材の光学面の略全面に反射防止格子を形成することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 中央部領域に凸状の頂部又は凹状の底部を有する光学面に反射防止格子を形成してなる光学部材の製造方法において、
光学材料に上記光学面を形成する第一の工程と、
上記光学面の中央部領域にフォトリソグラフィ法により上記反射防止格子に対応したレジストパターンを形成してエッチング加工を施して中央格子部を形成する第二の工程と、
上記光学面の周辺部領域に切削加工により溝状の周辺格子部を形成する第三の工程を有し、
第一・第二・第三の工程の順に又は第一・第三・第二の工程の順に光学材料に対し加工を行うことにより光学面の略全面に反射防止格子を有する光学部材を形成することを特徴とする光学部材の製造方法。 - 上記中央格子部と周辺格子部は入射光の波長の半分以下の周期で形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
- 上記周辺格子部は略同心円状の溝状に形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
- 上記中央格子部は凸状又は凹状の略円錐形状に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学部材の製造方法。
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