JP4345539B2 - 光学素子成形型の製造方法及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子成形型の製造方法、及びこの方法により製造される光学素子の製造方法に関する。

従来、微細形状を有する光学素子の製品成形型を製造する場合、一つの光学素子に対応する成形部を寄せ集め、反転させることで製品成形型を製造している。例えば、以下の特許文献１に開示されている技術では、一つの光学素子に対応する成形部を製造し、この成形部を多数、隣接状態に配置して、光学素子の表面形状に対応する型を多数有する製品成形型を得ている。

特開２０００−１５８４５８号公報 図4

しかし、従来の方法では、一つの元型から、一つの光学素子を成形する成形部を多数製造する際に、各成形部の高さを揃えることが困難で、複数の成形部相互の高さのバラツキが生じ易い。このため、複数の成形部を有する製品成形型を用いて、複数の光学素子を成形すると、各光学素子の厚みが正確に一致しないことがあり、同一形状の光学素子を得ることが難しい。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、形状の揃った光学素子を効率よく多数製造することができる成形型の製造方法、及びこの製造方法により製造された成形型を用いた光学素子の製造方法を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１に係る発明の光学素子成形型の製造方法は、
光学素子と同形状の転写部、及び、該転写部の周辺に配置されている土台受け部を有する元型と、溶融樹脂が充填される樹脂溜り、及び、該樹脂溜りの周辺に配置され、前記土台受け部の配置間隔と同じ間隔で配置された元型受け部を有する樹脂成形型土台を複数備えている土台型と、を準備する準備工程と、複数の樹脂成形型土台の前記樹脂溜りのそれぞれに、順次、溶融樹脂を充填する樹脂充填工程と、前記溶融樹脂を充填した該樹脂溜りの周辺に配置されている前記元型受け部に、前記元型の前記土台受け部を突き合せて、該元型の前記転写部の反転形状を前記溶融樹脂に形成する突合せ工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明の光学素子成形型の製造方法は、
請求項１に記載の光学素子成形型の製造方法において、
前記土台型が有している複数の前記元型受け部は、全て同じ高さであることを特徴とする。

請求項３に係る発明の光学素子成形型の製造方法は、
請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子成形型の製造方法において、
前記樹脂溜りは、前記溶融樹脂が貯まる領域を囲む堤防壁を有していることを特徴とする。

ここで、前記樹脂溜まりを間に挟んで、互いに対向している一対の元型受け部を有し、前記堤防壁は、前記樹脂溜りに対して前記元型受け部が設けられている方向において互いに対向している一対の堤防壁部を有している場合、前記一対の元型受け部のうち一方の元型受け部と、前記一対の堤防壁部のうち該一方の元型受け部に近い方の堤防壁部との間隔、他方の元型受け部と、該他方の元型受け部に近い方の堤防壁部との間隔、及び前記一対の堤防壁部の間隔は、いずれも同じであってもよい。この場合、以上の各元型受け部及び各堤防壁部の高さは、いずれも同じであることが好ましい。

請求項４に係る発明の光学素子成形型の製造方法は、
請求項３に記載の光学素子成形型の製造方法において、
前記光学素子成形型で得られる前記光学素子の厚さを調節するために、前記元型の土台受け部の高さと、前記土台型の前記元型受け部の高さ及び前記堤防壁の高さとを変えることを特徴とする。

なお、以上の光学素子成形型の製造方法において
複数の前記樹脂成形型土台は、一方向にのみ配置されていてもよし、２次元的に配置されていてもよい。

また、請求項５に係る発明の光学素子の製造方法は、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子成形型の製造方法で、前記光学素子成形型を製造し、
前記光学素子成形型の前記樹脂成形型に、前記光学素子を形成する素材の溶融樹脂を充填して、該光学素子を形成すること
を特徴とする光学素子の製造方法である。

本発明によれば、形状が揃った複数の成形部を有する成形型を製造することができ、結果として、形状の揃った多数の成形品、特に成形品としての光学素子を効率よく製造することができる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について、説明する。

先ず、本発明の一実施形態に係る製品成形型の製造方法をステップ１〜ステップ５に分けて説明する。

図１は、本実施形態に係る製品成形型の製造方法のステップ１およびステップ２において形成される土台型用の型１、元型用の型２、元型３および土台型４、の概略断面図である。

土台型用の型１は、例えば、真鍮板であり、その片側表面部に複数の凹部１１〜１８を有している。凹部１２と凹部１３は、凹部１２ａ（図１に示す断面とは異なる断面位置の存在する）で連結されており、これらの凹部１２、凹部１３、凹部１２ａで、環状の凹部を形成している。また、凹部１６と凹部１７は、凹部１６ａ（図１に示す断面とは異なる断面位置の存在する）で連結されており、これらの凹部１６、凹部１７、凹部１６ａで、環状の凹部を形成している。図１に示す断面図では、各凹部１１〜１８は同一形状であり、隣り合う凹部同士の間隔は、全て等しく設定されている。また、凹部１１〜１８の深さは、全て等しく設定されている。

元型用の型２は、例えば石英板であり、その片側表面部に同形の凹部２１および２３と凹型状の型部２２とを有している。凹型状の型部２２は、製造される光学素子の表面形状に対応した型である。本実施形態では、凹部２１と凹部２３との間隔が、凹部１１と凹部１４との間隔、及び凹部１５と凹部１８との間隔と等しく設定されている。また、凹部２１と凹部２３との深さは、等しく設定されている。

元型３は、元型用の型２の反転型形状を、その片側表面に備えている。その構成は、元型ガラス基板３１、樹脂で形成された元型樹脂層３２を有し、この土台型樹脂層３２の表面に、凹部２１，２３を転写した土台受け部３３および３５、凹型状の型部２２を転写した元型転写部３４が形成されている。元型転写部３４は、更に、周辺部３４１，３４３と、パターン転写部３４２とを備える。また、元型３の元型樹脂層３２側の表面全面には、ニッケル薄膜３６が成膜されている。本実施形態では、土台受け部３３および３５との間隔が、例えば、凸部４１と凸部４４との間隔、及び凸部４５と凸部４８との間隔と等しく設定されている。また、土台受け部３３および３５の高さは等しく設定されている。

土台型４は、土台型用の型１の反転形状を、その片側表面に備えている。その構成は、土台ガラス基板４０、樹脂で形成された土台型樹脂層４９を有し、この土台型樹脂層４９の表面に、凹部１１〜１８の型を転写した凸部４１〜４８が形成されている。凸部４２と凸部４３は、凸部４２ａ（図１に示す断面とは異なる断面位置の存在する）で連結されており、これらの凸部４２、凸部４３、凸部４２ａで、環状の凸部を形成し、樹脂溜まりＬを成している。また、凸部４６と凸部４７は、凸部４６ａ（図１に示す断面とは異なる断面位置の存在する）で連結されており、これらの凸部４６、凸部４６ａ、凸部４７で、環状の凸部を形成し、樹脂溜まりＬを成している。凸部４１〜４８のうち、隣り合う凸部同士の間隔は、全て等しく設定されている。また、凸部４１〜４８の高さは、全て等しく設定されている。

以下、凸部４１，４４，４５および４８を、元型受け部４１、４４、４５および４８とも呼ぶ。また、凸部４２，４２ａ，４３，４６，４６ａおよび４７を、堤防壁４２，４２ａ，４３，４６，４６ａおよび４７とも呼ぶ。

土台型４のうち、元型受け部４１，４４と、堤防壁４２，４２ａ，４３で形成される樹脂溜りＬと、を備える部分を一単位として、樹脂成形型土台Ａとする。同様に、元型受け部４５，４８と、堤防壁４６，４６ａ，４７で形成される樹脂溜りＬと、を備える部分を一単位として、樹脂成形型土台Ｂとする。

なお、樹脂成形型土台Ａの構成要素である元型受け部４１，４４と、樹脂成形型土台Ｂの構成要素であると元型受け部４５，４８とは、高さ、形状、設置間隔共に同じである。また、堤防壁４２，４２ａ，４３と、堤防壁４６，４６ａ，４７に関しても、高さ、形状、設置間隔共に同じである。したがって、樹脂成形型土台Ａと樹脂成形型土台Ｂとは、合同であるといえる。

次に、本実施形態に係る製品成形型の製造方法のステップ１およびステップ２を説明する。

ステップ１では、図１に示すように、土台型用の型１および元型用の型２が形成される。土台型用の型１の複数の凹部１１〜１８は、切削加工によって順次、あるいは一度に形成される。

元型用の型２の凹部２１および２３と凹型状の型部２２とは、例えば、以下の方法によって形成される。（１）元型用の型２の片側表面にレジストを塗布する。（２）ステッパ若しくは電子ビームの描画装置等によって、元型用の型２の片側表面部上のレジスト膜に、凹部２１および２３と凹型状の型部２２のパターンを作成する。（３）物理エッチング（反応性イオンエッチングあるいは誘導結合方式を用いた高密度プラズマエッチング等）により、元型用の型２の片側表面部に、凹部２１および２３と凹型状の型部２２を形成する。

ステップ２では、図１に示すように、土台用の型１を使って土台型４が形成され、元型用の型２を使って元型３が、形成される。

土台型４は、以下の方法で、土台用の型１から形成される。（１）硼珪酸ガラス（例えば、BK7）からなる土台ガラス基板４０の片側表面の汚れを落とした上で、その片側表面全面に、シランカップリング剤を塗布する。（２）ディスペンサを用いて土台用の型１の凹部１１〜１８に紫外線硬化樹脂５０を充填し、更に、凹部１１〜１８が設けられた側の表面全面に、紫外線硬化樹脂５０を塗布する。（３）土台ガラス基板４０のシランカップリング処理が施された側を下にして、土台ガラス基板４０を片側からゆっくり、紫外線硬化樹脂５０に接液させる。（４）土台ガラス基板４０に均等に荷重を加え、紫外線硬化樹脂５０とシランカップリング剤とを、土台用の型１と土台ガラス基板４０との間に挟む形で、密着させ、固定する。（５）土台ガラス基板４０に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂５０を硬化させる。（６）紫外線硬化樹脂５０の硬化後、紫外線硬化樹脂５０を、土台型用の型１から剥離する。土台ガラス基板４０の片側表面には、図１に示すような形状の土台型４が形成される。

同様にして、元型３を、元型用の型２から成形し、剥離する。元型３を成形・剥離後、更に、元型３の成形表面にニッケル薄膜３６をスパッタ等により成膜する。

図２は、本実施形態に係る製品成形型の製造方法のステップ３、４、および５の概略説明図である。

ステップ３（図２（A））では、以下、の動作を行なう。
（１）土台型４に設けられた堤防壁４２，４２ａ，４３で形成される樹脂溜りＬに、及び堤防壁４６，４６ａ，４７で形成される樹脂溜りＬに、ディスペンサを用いて紫外線硬化樹脂５０を、充填する。（２）微動ステージによって、元型３を、樹脂成形型土台Ａと対向する位置に移動させる。つまり、土台受け部３３，３５は元型受け部４１，４４と各々対向し、周辺部３４１，３４３は堤防壁４２，４３に各々対向する。

ステップ４（図２（B））では、元型３の土台受け部３３，３５と土台型４の元型受け部４１，４４とが接するように、元型３を土台型４に対して位置決めし、元型転写部３４を土台型２上の紫外線硬化樹脂５０に押し込む。そして、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂５０を硬化させる。

なお、元型転写部３４のパターン転写部３４２が、土台型２上の紫外線硬化樹脂５０に接液するため、元型３と土台型４は次の条件(「接液条件」と呼ぶ)、を満たしている。その条件は、ａ）堤防壁４３の高さｈ４３とパターン転写部３４２の高さｈ３４２との和は、土台受け部３５の高さｈ３５と元型受け部４４の高さｈ４４との和よりも大きくする、ｂ）周辺部３４１の高さｈ３４１と堤防壁４３の高さｈ４３との和は、土台受け部３５の高さｈ３５と元型受け部４４の高さｈ４４との和よりも小さくする、である。

以下、更にステップ４の詳細を述べる。

（１）ステップ３で定められた位置から、微動ステージの操作により、元型３をゆっくり鉛直に降下させ、土台受け部３３，３５と元型受け部４１，４４とを密着させる。（２）更に、元型転写部３４を、堤防壁４２，４２ａ，４３で形成される樹脂溜りＬの中の紫外線硬化樹脂５０に接液させる。（３）その結果、紫外線硬化樹脂５０の一部は、堤防壁４２，４３から、元型受け部４１と堤防壁４２との間の空間、および、元型受け部４３と堤防壁４４との間の空間へと溢れ出る。（４）土台型４の下部から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂５０を硬化させ、成形部５１を形成する。

ステップ５（図２（Ｃ））では、元型３を、樹脂成形型土台Ａから樹脂成形型土台Ｂへと移動させ、新たな成形部を樹脂成形型土台Ｂ上に形成する。以下、詳細に述べる。
（１）微動ステージを操作し、元型３を、ゆっくり、鉛直に引き上げる。（２）更に、微動ステージを操作し、元型３を、スライドさせ、樹脂成形型土台Ｂと対向する位置に移動させる。その位置では、土台受け部３３と元型受け部４５、土台受け部３５と元型受け部４８、周辺部３４１と堤防壁４６、周辺部３４３と堤防壁４７、が各々対向する。（３）以下、ステップ４と同様に、土台型４上の樹脂成形型土台Ｂに、新たな成形部５２を形成する。

以上、ステップ１〜ステップ５によって、土台型４上の樹脂成形型土台Ａに成形部５１、樹脂成形型土台Ｂに成形部５２が、各々形成され、同一形状となる。

したがって、本実施形態の製品成形型の製造方法によって、複数の成形部の形状が揃った製品成形型５を形成することが可能となる。

また、土台用の型１上の凹部１１〜１８が、全て等間隔に設けられているので、凹部１１〜１８を切削加工する際に、より効率のよい方法で、切削加工ができる。

次に、本実施形態に係る製品成形型の製造方法によって製造された製品成形型５を用い、光学素子を製造する方法を説明する。

図３（A）は、土台型４上に成形部５１及び５２を有する製品成形型５の概略構成図である。成形部５１，５２は、所望の光学素子の反転型となっている。成形部５１は、成形部周辺部５１１，５１３と、成形部凹部５１２とを有する。また、製品成形型５の表面には、ニッケル薄膜３６が成膜されている。

次に、ステップ６〜ステップ８に分け、製品成形型５から光学素子６３を成形する方法を説明する。

ステップ６(図３（Ｂ）)では、以下のプロセスにより、製品成形型５上に製品樹脂部６１を成形する。
（１）ディスペンサによって、製品成形型５の表面に紫外線硬化樹脂５０を塗布する。（２）シランカップリング処理をした石英ガラス基板６２を、微動ステージにより処理面を下にして紫外線硬化樹脂５０に接液させる。（３）ロードセルにより石英ガラス基板６２に均等に荷重をかけると共に、所望の光学素子厚に応じて微動ステージにより石英ガラス基板６２の高さ制御を行なう。（４）石英ガラス基板６２の上部から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂５０を硬化させ、製品樹脂部６１とする。この製品樹脂部６１と石英ガラス基板６２とで、型抜き製品列６を構成する。

ステップ７(図３（Ｃ）)では、微動ステージにより、微動ステージに固定された型抜き製品列６を、製品成形型５から分離する。

型抜き製品列６の製品樹脂部６１は、製品成形型５の元型受け部４１，４４が各々転写された凹部６１０，６１４、製品成形型５の成形部周辺部５１１，５１３が各々転写された光学素子周辺部６１１，６１３、および、成形部凹部５１２の型が転写された光学素子凸部６１２を有している。

ステップ８(図３（Ｄ）)では、型抜き製品列６を所定の形状に切り出し、光学素子６３を取得する。

光学素子６３は、素子部６３１および石英ガラス部６３２を含んで構成される。また、切り出される光学素子６３は全て高さが揃っている。

以上、ステップ６〜ステップ８によって、製品成形型５から光学素子６３を成形する方法を説明した。

本製造方法によれば、先に説明した製品成形型５により、同じ高さで同形状の多数の光学素子６３を得ることができる。

次に、図４において、本実施形態の変形例１として、肉厚の薄い光学素子６３を成形する製品成形型５の製造方法を説明する。また、本実施形態の変形例２として、肉厚の厚い光学素子６３を成形する製品成形型５の製造方法を説明する。

図４（A）〜（C）により、変形例１の製品成形型５の製造方法を説明し、得られる製品成形型５、型抜き製品列６、及び、光学素子６３の構成を説明する。

図４（A）は、成形部５１を成形するステップにおける、各構成要素の右側断面図を示している。

土台型４の構成は前述の実施形態と同一であり、元型受け部４４の高さｈ４４と堤防壁４３の高さｈ４３とは等しい。

元型３の構成は、前述の実施形態と同様に、土台受け部３５が元型受け部４４と対向し、周辺部３４３が堤防壁４３と対向して配置されている。しかし、前述の実施形態の「接液条件」に加えて、土台受け部３５の高さｈ３５は、元型３の周辺部３４３の高さｈ３４３よりも、ｈ１だけ高くなるように調節されている。

なお、元型３および土台型４は、各々左右対称であるので、図４（A）で示された構成は、不図示の左側に折り返すことができる。即ち、元型受け部４１の高さは、周辺部３４１の高さよりも、ｈ１だけ高い。

本ステップでは、上記構成の元型３および土台型４を用いて、前述の実施形態のステップ４（図２（Ｂ））と同様な操作を行なう。その結果、成形部周辺部５１３の高さｈ５１３が、元型受け部４４の高さｈ４４よりも、ｈ１だけ高い成形部５１が形成される。なお、元型３および土台型４の左右対称性から、成形部５１の構成は不図示の左側部分に折り返すことができる。すなわち、成形部周辺部５１１の高さｈ５１１は、元型受け部４１の高さｈ４１よりも、ｈ１だけ高い
図４（B）は、図４（A）で成形された製品成形型５、および、製品成形型５を用いて成形された型抜き製品列６の、断面図である。

型抜き製品列６は、製品樹脂部６１、石英ガラス基板６２を有して構成される。製品樹脂部６１は、更に、元型受け部４１，４４の型が各々転写された凹部６１０，６１４と、成形部周辺部５１１，５１３の型が各々転写された光学素子周辺部６１１，６１３と、成形部凹部５１２の型が転写された光学素子凸部６１２と、を有している。

製品成形型５に紫外線硬化樹脂５０を塗布し、石英ガラス基板６２を密着させて型抜き製品列６を成型する際には、成形部周辺部５１１，５１３が、元型受け部４１，４４よりもｈ１だけ高い位置にあり（図４（Ａ）参照）、石英ガラス基板６２と成形部周辺部５１１，５１３とが接触することはあっても、石英ガラス基板６２と元型受け部４１，４４とが接触することはない。したがって、成形部周辺部５１１，５１３上に塗布する紫外線硬化樹脂５０の量を制御することによって、成形部周辺部５１１，５１３と石英ガラス基板６２との間に、極めて薄い層を形成することが可能となる。

この結果、図４（C）に示すように型抜き製品列６から切り出した光学素子６３の素子部６３１の肉厚を非常に薄くすることが可能となる。

次に、図４（D）〜（F）により、変形例２の素子部６３１の肉厚が厚い光学素子６３の製造方法を説明する。なお、素子部６３１の肉厚が薄い光学素子６３の変形例１の製造方法（図４（A）〜（C））と素子部６３１の肉厚が厚い光学素子６３の変形例２の製造方法（図４（D）〜（F））との各プロセスは対応している。すなわち、図４（D）は図４（A）に、図４（E）は図４（B）に、図４（F）は図４（C）に対応している。対応する各図において、同様な構成要素に対しては、共通の番号を付加し、重複した説明を省略する。

図４（Ｄ）は、製品成形型５の製造方法のうち成形部５１を成形するステップにおける、各構成要素の右側断面図を示している。

元型３の構成は、前述の実施形態の「接液条件」に加えて、周辺部３４３の高さｈ３４３が元型受け部３５の高さｈ３５よりも、ｈ２だけ高く設定されている。

土台型４の元型受け部４４は、元図４（Ｄ）に示すように、対向する元型受け部３５の一端に接触する高さｈ４４を有している。

このようにして、パターン転写部３４２が紫外線硬化樹脂５０に十分接する程度に、パターン転写部３４２と紫外線硬化樹脂５０との位置関係を保つことができる。

本ステップでは、上記構成の元型３および土台型４を用いて、前述の実施形態のステップ４（図２（Ｂ））と同様な操作を行なう。その結果、成形部周辺部５１３の高さｈ５１３が、元型受け部４４の高さｈ４４よりも、ｈ２だけ低い成形部５１が形成される。なお、元型３および土台型４の左右対称性から、成形部５１の構成は不図示の左側部分に折り返すことができる。すなわち、成形部周辺部５１１の高さｈ５１１は、元型受け部４１の高さｈ４１よりも、ｈ２だけ低い。

図４（Ｅ）は、図４（Ｄ）に示す工程で成形された製品成形型５、および、製品成形型５を用いて成形された型抜き製品列６の、断面図である。

製品成形型５に紫外線硬化樹脂５０を塗布し、石英ガラス基板６２を密着させて型抜き製品列６を成型する際には、成形部周辺部５１１，５１３が、元型受け部４１，４４よりもｈ２だけ低い位置にあり、石英ガラス基板６２と元型受け部４１，４４とが接触し、成形部周辺部５１１，５１３が石英ガラス基板６２に接触することはない。したがって、図４（Ｅ）に示すように、石英ガラス基板６２と光学素子周辺部６１１，６１３との間には、層厚ｈ２の層が形成される。なお、層厚ｈ２は、図４（Ｄ）を見ても分かるように、周辺部３４３の高さｈ３４３の値を越えない範囲で、調節が可能である
この結果、図４（Ｆ）に示すように型抜き製品列６から切り出した光学素子６３の素子部６３１の肉厚を厚くすることが可能となる。

次に、図５、６および７を用いて、本発明の本実施形態の変形例３を説明する。本変形例３は、前述の実施形態の薄い光学素子を成形する方法（図４（Ａ）〜（Ｃ））を２次元に拡張した一例である。

本変形例３の製造方法において、前述の実施形態と異なるのは、土台型および元型の構成、土台型上に成形部を形成し製品成形型を製造するステップ（前述の実施形態のステップ４に対応する：図２（B））、である。したがって、以下では、図５において土台型４０１の構成を、図６において元型７０１の構成を、そして、図７で土台型４０１上に元型７０１を用いて成形部を形成し製品成形型を製造するステップを説明する。

図５（Ａ）は、土台型４０１の上面における概略構成を示している。土台型４０１は、透明な材料（ガラス等）で形成され、縦、横にそれぞれ３つずつ合計９個の同形の樹脂成形型土台形状Ｐを有して構成されている。本変形例３において、樹脂成形型土台形状Ｐが９個集まったパターンの大きさは、長辺方向の長さｄ３が７４ｍｍであり、短辺方向の長さｄ４が５８ｍｍであり、そのパターンの深さ(高さ)ｄ０は０．５ｍｍである。

土台型４０１の中央部に形成された樹脂成形型土台形状Ｐ（図５（Ａ））は、堤防壁４０２２，４０２３，４０３５，４０３６で形成される略矩形環状凸部と、この環状凸部の内側に形成される凹部Ｃ２と、環状凸部の外側にこれを囲むように配置された元型受け部４０２１，４０２４，４０３４，４０３７と、各元型受け部と環状凸部との間に形成された凹部Ｃ１と、を有して構成される。元型受け部４０２１，４０２４，４０３４，４０３７上には図示するような＋印のアラインメントマークが、４点付けられている。また、図５（Ａ）で示すように、凹部Ｃ２の対角線上にも＋印のアラインメントマークが、２点付けられている。また、土台型４０１の中央部以外に形成された各樹脂成形型土台形状Ｐにも、それぞれ、同様な堤防壁、環状凸部、元型受け部、凹部Ｃ１，Ｃ２が形成され、アライメントマークが付されている。

図５（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。その断面図には、土台型外縁部４０１８，４０２７、元型受け部４０２１，４０２４、堤防壁４０１９，４０２０，４０２２，４０２３，４０２５，４０２６、凹部Ｃ１、及び凹部Ｃ２、が現れる。本変形例３では、各構成要素の長さ、幅および高さなどの形状は、以下に定められる。

元型受け部４０２１，４０２４のＢ−Ｂ線と平行な方向の幅をｄ１３、凹部Ｃ１の上記方向の幅をｄ５、堤防壁４０１９，４０２０，４０２２，４０２３，４０２５，４０２６の上記方向の幅をｄ１４、凹部Ｃ２の上記方向の幅をｄ６とする。また、上記元型受け部・堤防壁の高さは全て等しく調整されており、高さｄ０である。

本変形例３では、ｄ１３は２ｍｍ、ｄ５は４ｍｍ、ｄ１４は２ｍｍ、ｄ６は６ｍｍ、そして、ｄ０は０．５ｍｍである。

図５（Ｃ）は、同図（Ａ）におけるＣ−Ｃ線の断面図である。その断面図には、土台型外縁部４０３１，４０４０、元型受け部４０３４，４０３７、堤防壁４０３２，４０３３，４０３５，４０３６，４０３８，４０３９、凹部Ｃ１、及び凹部Ｃ２が現れる。

元型受け部４０３４，４０３７のＣ−Ｃ線と平行な方向の幅をｄ１２、凹部Ｃ１の上記方向の幅をｄ８、堤防壁４０３２，４０３３，４０３５，４０３６，４０３８，４０３９の上記方向の幅をｄ１１、凹部Ｃ２の上記方向の幅をｄ９とする。また、上記土台型外縁部、元型受け部および堤防壁の高さは全て等しく調整されており、高さｄ０である。

本変形例３では、ｄ１２は２ｍｍ、ｄ８は４ｍｍ、ｄ１１は２ｍｍ、ｄ９は１０ｍｍ、そして、ｄ０は０．５ｍｍである。

土台型４０１の中央部に形成された樹脂成形土台形状Ｐの凹部Ｃ１は、元型受け部４０２１，４０２４，４０３４，４０３７と堤防壁４０２２，４０２３，４０３５，４０３６との間を占め、その深さは一定でｄ０（０．５ｍｍ）である。

同様に、凹部Ｃ２は、堤防壁４０２２，４０２３，４０３５，４０３６に周囲を囲まれており、その深さは一定でｄ０（０．５ｍｍ）である。

図６（Ａ）は、本変形例３における元型７０１の上面図である。元型７０１は、土台受け部７０２、元型凹部７０３、元型転写部７０４、および、パターン転写部７０５、を備えて構成される。なお、アラインメントマーク（＋）は、図６（Ａ）が示すように、土台受け部７０２上に４点、元型転写部７０４に２点、表示されている。

図６（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。土台受け部７０２のＢ−Ｂ線と平行な方向の幅ｄ２３、元型凹部７０３の上記方向の幅ｄ２４、元型転写部７０４の上記方向の幅ｄ２５、とする。また、元型凹部７０３底部からの、土台受け部７０２の高さをｄ２６とする。更に、土台受け部７０２は、元型転写部７０４よりも、ｄｄ１だけ高いとする。すなわち、本変形例３は、前述の実施形態の、薄い光学素子を成形する場合（図４（Ａ）〜（Ｃ））に相当する。なお、本変形例３では、ｄ２３は６ｍｍ、ｄ２４は２ｍｍ、ｄ２５は２ｍｍ、ｄ２６は任意の深さ寸法、ｄｄ１は０．０３ｍｍである。

図６（Ｃ）は、同図（Ａ）におけるＣ−Ｃ線の断面図である。土台受け部７０２のＣ−Ｃ線と平行な方向の幅ｄ２７、元型凹部７０３の上記方向の幅ｄ２９、元型転写部７０４の上記方向の幅ｄ２８、とする。また、土台受け部７０２の、元型凹部７０３底部からの高さをｄ２６とする。更に、土台受け部７０２は、元型転写部７０４よりも、ｄｄ１だけ高いとする。本変形例３では、ｄ２７は６ｍｍ、ｄ２９は２ｍｍ、ｄ２８は１６ｍｍである。

パターン転写部７０５は、元型転写部７０４上にあり、製造する回折格子の反転形状を有している。

図７は、本変形例３における、３次元の製品成形型を形成するステップの、説明図である。

なお、本ステップにおいて、土台型４０１の構成要素は図５と同様であり、元型７０１の構成要素も図６と同様である。したがって、共通の構成要素には同じ番号を振り、その重複する説明も省略する。

図７（A）は、上記ステップにおける土台型４０１と、元型７０１と、パターン転写部７０５が転写された成形部とを、土台型４０１の短辺側から見た断面図である。
上記ステップでは、（１）土台型４０１側から光学顕微鏡を使って、土台型４０１上のアラインメントマーク（＋）と、対応する元型７０１上のアラインメントマーク（＋）とが重なるように、微動ステージにより元型７０１を水平に移動させる。（２）微動ステージを垂直に降下させ、土台受け部７０２と土台型４０１の元型受け部４０２１，４０２４とが突き合うように、元型７０１を土台型４０１上に設置する。その際、パターン転写部７０５は、堤防壁４０２２、４０２３の間の凹部Ｃ２に充填された紫外線硬化樹脂に接液する。そして、余分な紫外線硬化樹脂を、堤防壁４０２２と元型受け部４０２１との間の凹部Ｃ１と、堤防壁４０２３と元型受け部４０２４との間の凹部Ｃ１とに、溢れ出させる。（３）土台型４０１の下側から紫外線を照射し、土台型４０１と元型７０１との間にある紫外線硬化樹脂を硬化させ、成形部５４を形成する。

なお、成形部５４に隣接する成形部５３は、成形部５４と同様の方法で、成形される。即ち、堤防壁４０１９，４０２０間の凹部Ｃ２に紫外線硬化樹脂を充填し、土台受け部７０２と元型受け部４０１８，４０２１とが突き合うように元型７０１を載置し、紫外線硬化樹脂を硬化させることで、成形される。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示されるプロセスを、土台型４０１の長辺側から見た断面図である。図７（Ａ）と同様に、一組の元型受け部（例えば、元型受け部４０３４、４０３７）と土台受け部７０２とが突き合うように元型７０１を載置し、土台型４０１と元型７０１との間にある紫外線硬化樹脂を硬化させ、成形部５５を成形する。同様に、成形部５６を成形する。

この成形部５３〜５６の成形を、土台型４０１上の全てのパターンに対して繰り返し、結果として製品成形型４０５を形成する。

本変形例３においても、土台型４０１上に成形される成形部５３〜５６の高さは全て同じとなる。また、元型７０１を順次移動させ、土台型４０１に載置し、新たな成形部を成形することができる。したがって、本変形例３による製造方法においても、同じ高さの成形部が集まった製品成形型を製造することができる。また、この製品成形型によって、高さの揃った光学素子を大量に生産することができる。

次に、図８、９および１０を用いて、本発明の本実施形態の変形例４を説明する。本変形例４は、前述の実施形態の厚い光学素子を成形する方法（図４（Ｅ）〜（Ｆ））を２次元に拡張した一例である。但し、変形例３とは、堤防壁・元型受け部の間隔及び形状、および、元型の形状が異なっている。

本変形例４の製造方法においても、上記変形例３と同様に、前述の実施形態と異なるのは、土台型および元型の構成、土台型上に成形部を形成し製品成形型を製造するステップ（前述の実施形態のステップ４に対応する：図２（B））、である。したがって、以下では、図８において土台型８０１の構成を、図９において元型９０１の構成を、そして、図１０で土台型８０１上に元型９０１を用いて成形部を形成し製品成形型８０５を製造するステップを説明する。

図８（Ａ）は、土台型８０１の上面図である。

土台型８０１は、透明な材料（例えば、ガラス等）で形成され、元型受け部（例えば、元型受け部８０２４，８０２７，８０３４，８０３７および８０４１，８０４２，８０４３，８０４４）、堤防壁（例えば、堤防壁８０２５，８０２６，８０３５および８０３６）、元型受け部と堤防壁との間を占める凹部８０３、および、堤防壁の内側にある樹脂溜り部としての凹部(例えば、凹部８０４５)を備えて構成される。また、アラインメントマーク（＋）が、定められた間隔ｄ４２、ｄ４３、ｄ４４およびｄ４５で、土台型外縁部８０２と元型受け部８０４１，８０４２，８０４３，８０４４とに、描かれている。また、樹脂溜り部としての各凹部内にも対角線上に、アラインメントマーク（＋）が描かれている。

本変形例４においては、ｄ４２は３６ｍｍ、ｄ４３は２０ｍｍ、ｄ４４は１０８ｍｍ、ｄ４５は６０ｍｍである。

図８（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。その断面図には、土台型外縁部８０２の断面８０２１および８０３０、元型受け部８０２４および８０２７、３組の同一形状の堤防壁８０２２と８０２３、８０２５と８０２６、８０２８と８０２９、凹部８０３、および、樹脂溜り部としての凹部８０４５等が現れる。図８（Ｂ）に示すように、元型受け部８０２４および８０２７の幅ｄ３１、凹部８０３の幅ｄ３２、堤防壁８０２５の幅ｄ３３、および、凹部８０４５の幅ｄ３４、とする。また、元型受け部８０２４は、堤防壁８０２５よりも高く、その差はｄ３５である。また、凹部８０３と凹部８０４５の底部とは同一平面状にあり、元型受け部８０２４の前記底部からの高さを、ｄ３６とする。

本変形例４では、ｄ３１を６ｍｍ、ｄ３２を２ｍｍ、ｄ３３を２ｍｍ、ｄ３４を６ｍｍ、ｄ３５を０．２ｍｍ、および、ｄ３６を０．５ｍｍとする。

同図（Ｂ）によれば、同図（Ａ）の幅ｄ４３に相当する部分、つまり樹脂成形型土台が３つ並んでいることが、理解できる。

図８（Ｃ）は、同図（Ａ）におけるＣ−Ｃ線の断面図である。その断面図には、土台型外縁部８０２の断面８０３１および８０４０、元型受け部８０３４および８０３７、３組の同一形状の堤防壁８０３２と８０３３、８０３５と８０３６、８０３８と８０３９、凹部８０３、凹部８０４５が現れる。図８（Ｃ）に示すように、元型受け部８０３４および８０３７の幅ｄ３７、凹部８０３の幅ｄ３８、堤防壁８０３５の幅ｄ３９、および、凹部８０４５の幅ｄ４０とする。また、元型受け部８０３４は、堤防壁８０３５よりも高く、その差はｄ３５である。また、凹部８０３と凹部８０４５の底部とは同一平面状にあり、元型受け部８０３４の最高部から前記底部までの深さは、ｄ３６とする。

本変形例４では、ｄ３７を６ｍｍ、ｄ３８を２ｍｍ、ｄ３９を２ｍｍ、ｄ４０を１２ｍｍ、ｄ３５を０．２ｍｍ、および、ｄ３６を０．５ｍｍとする。

同図（Ｃ）によれば、同図（Ａ）の幅ｄ４２に相当する部分、つまり樹脂成形型土台が３つ並んでいることが、理解できる。

図９（Ａ）は、本変形例４における元型９０１の上面図である。元型９０１は、土台受け部９０２、元型凹部９０３、元型転写部９０４、および、パターン転写部９０５、を備えて構成される。

元型９０１の長辺の長さはｄ５１、短辺の長さはｄ５２である。本変形例４では、ｄ５１を３２ｍｍ、ｄ５２を２６ｍｍとする。

図９（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。土台受け部９０２のＢ−Ｂ線と平行な方向の幅をｄ５３、元型凹部９０３の前記方向の幅をｄ５４、元型転写部９０４の前記方向の幅をｄ５５とする。また、元型凹部９０３底部からの元型転写部９０４の高さをｄ５６とする。また、土台受け部９０２の高さは、元型転写部９０４の高さよりも、ｄｄ２だけ低く設定されている。また、パターン転写部９０４には、変形例３と同様、回折格子のパターン９０５が設けられている。

本変形例４では、ｄ５３を６ｍｍ、ｄ５４を２ｍｍ、ｄ５５を１０ｍｍ、ｄ５６を任意の深さ寸法、および、ｄｄ２を０．１ｍｍとする。

図９（Ｃ）は、同図（Ａ）におけるＣ−Ｃ線の断面図である。土台受け部９０２のＣ−Ｃ線と平行な方向の幅をｄ５７、元型凹部９０３の前記方向の幅をｄ５８、元型転写部９０４の前記方向の幅をｄ５９とする。また、元型凹部９０３の底部から元型転写部９０４の最高部までの距離をｄ５６とする。

本変形例４では、ｄ５７を６ｍｍ、ｄ５８を２ｍｍ、および、ｄ５９を１６ｍｍとする。なお、図８に示す樹脂溜り部としての凹部８０４５に形成されたアライメントマークの間隔や配置関係と、図９に示す元型転写部９０４に形成されたアライメントマークとの間隔や配置関係は同じである。さらに、それぞれの元型受け部８０４１に形成されたアライメントマークの間隔や配置関係と、土台型受け部９０２に形成されたアライメントマークの間隔や配置関係とも同じである。

図１０は、３次元の製品成形型を形成するステップの、説明図である。なお、本ステップにおいて、土台型８０１の構成要素は図８と同様であり、元型９０１の構成要素も図９と同様である。したがって、共通の構成要素には同じ番号を振り、重複した説明も省略する。

図１０（A）は、上記ステップにおける土台型８０１、元型９０１およびパターン転写部９０５が転写された成形部を、土台型８０１の短辺側から見た断面図である。

上記ステップでは、（１）光学顕微鏡を使って、土台型８０１上のアラインメントマーク（＋）と、対応する元型９０１上のアラインメントマーク（＋）とが重なるように、微動ステージにより元型８０１を水平に移動させる。（２）微動ステージを垂直に降下させ、土台受け部９０２と土台型８０１の元型受け部８０２４，８０２７とが突き合うように、元型９０１を土台型８０１上に載置する。その際、パターン転写部９０５は、堤防壁８０２５，８０２６の間の樹脂溜り部としての凹部８０４５（図８に示す）に充填された紫外線硬化樹脂に接液し、余分な紫外線硬化樹脂を、堤防壁８０２５と元型受け部８０２４との間の凹部８０３（図８に示す）と、堤防壁８０２６と元型受け部８０２７との間の凹部８０３とに、溢れ出させる。（３）土台型８０１の下側から紫外線を照射し、土台型８０１と元型９０１との間にある紫外線硬化樹脂を硬化させ、成形部５８を形成する。

なお、成形部５８に隣接する成形部５７は、成形部５８と同様の方法で、成形される。即ち、堤防壁８０２２，８０２３間の樹脂溜り部としての凹部に紫外線硬化樹脂を充填し、土台受け部９０２と土台型外縁部８０２（その端面は８０２１）、元型受け部８０２４とが突き合うように元型９０１を載置し、紫外線硬化樹脂を硬化させることで、成形される。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示されるプロセスを、土台型８０１の長辺側から見た断面図である。土台型外縁部８０２、元型受け部８０３４，８０３７とは、等間隔に設置され、高さは全て等しい。また、堤防壁８０３２，８０３３，８０３５，８０３６，８０３８および８０３９の高さは全て等しい。図１０（Ａ）と同様に、一組の元型受け部（例えば、元型受け部８０３４，８０３７）と土台受け部９０２とが突き合うように元型９０１を載置し、土台型８０１と元型９０１との間にある紫外線硬化樹脂を硬化させ、成形部５９を成形する。同様に、他の成形部も成形する。

この同じ形状をした複数の成形部の成形を、土台型８０１上の全てのパターンに対して繰り返し、結果として製品成形型を形成する。

本変形例４においても、土台型８０１上に成形される成形部５７〜６０の高さは全て同じとなる。また、元型９０１を順次移動させ、土台型８０１に載置し、新たな成形部を成形することができる。

したがって、本変形例４の製造方法によって、高さが揃った成形部を有する製品成形型を製造することができる。また、この製品成形型によって、高さの揃った光学素子を大量に生産することができる。また、元型受け部（例えば、元型受け部８０２４，８０２７，８０３４および８０３７）の幅が厚いことにより、より安定した製品成形型の製造が可能となる。

本発明に係る一実施形態によれば、高さが揃った成形部を有する製品成形型を成形する方法を提供することができる。

また、元型上の土台受け部と周辺部の高さを調節することにより、簡単に製品としての光学素子の厚みを変えることができる。

また、堤防壁の間に樹脂をためることで、粘度の低い紫外線硬化樹脂に対しても、製品成形型を製造することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、元型は、元型の型から転写成形されなくともよく、元型ガラス基板上に硬化型の溶融樹脂等で、別の方法で成形されてもよい。同様に、土台型は、土台型の型から転写成形されなくともよく、土台ガラス基板上に、硬化型の溶融樹脂等で、別の方法で成形されてもよい。

また、本実施形態において、紫外線硬化樹脂の代わりに可視光硬化型樹脂や、加熱硬化型樹脂などの利用も考えられる。

また、微動ステージにより元型を移動させていたが、微動ステージにより土台型を移動させる構成としてもよい。これらの変更によって、本実施形態の製造方法を、より柔軟に変更できる。

本発明に係る一実施形態の製品製造型の製造工程におけるステップ１，２を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態の製品製造型の製造工程におけるステップ３〜５を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態の光学素子の製造工程におけるステップ６〜８を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態の変形例１，２を示し、同図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、厚みの薄い素子を製造する工程を示す説明図であり、同図（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、厚みの厚い素子を製造する工程を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態の変形例３の土台型の構成図である。 本発明に係る一実施形態の変形例３の元型の構成図である。 本発明に係る一実施形態の変形例３の光学素子の説明図である。 本発明に係る一実施形態の変形例４の土台型の構成図である。 本発明に係る一実施形態の変形例４の元型の構成図である。 本発明に係る一実施形態の変形例４の光学素子の説明図である。

符号の説明

３…元型、４…土台型、３３、３５…土台受け部、３４…元型転写部、３６…ニッケル薄膜、４１、４４、４５、４８…元型受け部、４２、４３、４６、４７…堤防壁、５０…紫外線硬化樹脂、５１、５２…成形部、３４１、３４３…周辺部、３４２…パターン転写部

Claims (5)

1. 光学素子成形型の製造方法において、
   光学素子と同形状の転写部、及び、該転写部の周辺に配置されている土台受け部を有する元型と、
   溶融樹脂が充填される樹脂溜り、及び、該樹脂溜りの周辺に配置され、前記土台受け部の配置間隔と同じ間隔で配置された元型受け部を有する樹脂成形型土台を複数備えている土台型と、
   を準備する準備工程と、
   複数の樹脂成形型土台の前記樹脂溜りのそれぞれに、順次、溶融樹脂を充填する樹脂充填工程と、
   前記溶融樹脂を充填した該樹脂溜りの周辺に配置されている前記元型受け部に、前記元型の前記土台受け部を突き合せて、該元型の前記転写部の反転形状を前記溶融樹脂に形成する突合せ工程と、
   を有することを特徴とする光学素子成形型の製造方法。
2. 請求項１に記載の光学素子成形型の製造方法において、
   前記土台型が有している複数の前記元型受け部は、全て同じ高さである、
   ことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。
3. 請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子成形型の製造方法において、
   前記樹脂溜りは、前記溶融樹脂が貯まる領域を囲む堤防壁を有している、
   ことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。
4. 請求項３に記載の光学素子成形型の製造方法において、
   前記光学素子成形型で得られる前記光学素子の厚さを調節するために、前記元型の土台受け部の高さと、前記土台型の前記元型受け部の高さ及び前記堤防壁の高さとを変える、
   を特徴とする光学素子成形型の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子成形型の製造方法で、前記光学素子成形型を製造し、
   前記光学素子成形型の前記樹脂成形型に、前記光学素子を形成する素材の溶融樹脂を充填して、該光学素子を形成すること、
   を特徴とする光学素子の製造方法。

Images