JP4675143B2 - 光学素子の成形方法及び装置、基板及び成形型 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には光学基板の熱成形、特に光学基板のプレス成形、熱型押あるいは成形による光学素子の製造に関する。特に、本発明は熱成形処理による光学素子の成形方法、さらにかかる方法に用いられる基板及び成形型に関する。

回析性光学素子（ＤＯＥ）、レンズアレイ及び回析性マイクロ光学素子は最新光学機器の素子として益々重要になっている。今日では消費者用途の多くの電子装置にも、電子装置の主要機能にとって決定的に重要な光学素子が含まれていることが少なくない。一例として、デジタルカメラ一体型携帯電話は今日では益々一般化している。また光学記録装置の場合、書込み及び／または読出しに際して光線の精密な結像及び画像形成のための光学素子が必要とされる。特に消費者用途の場合、適切な精密度をもつ光学素子の低コストでの製造方法を開発することが極めて重要である。

光学面の熱成形では、通常「プレス成形」処理と、「型押」とを区別することが可能である。「プレス成形」を行う場合、製造される光学素子の基板表面あるいは半完成品の形状はその全体に亘って変化する。一例として、球面状または平面状の表面が特定の非球面状の表面へと変形される。しかしながら、「型押された」場合、基板あるいは半完成品の表面輪郭が光学素子用として局部的に異なってしまう。それゆえ、回析性光学素子あるいはマイクロ光学素子、すなわち寸法の比較的小さな構造体を製造する場合、殆どの場合平面であるか、あるいは製造されるべき微細構造と比較すれば僅かだけ局部的に湾曲した表面が維持される一方、その表面上へ局部的な窪みあるいは突起が熱型押しあるいは成形される。熱型押あるいは成形によって生ずるかかる変形の程度は、プレス成形に比べればかなり少ない。

光学効果を備える構造体、すなわち回析性あるいは屈折性構造体の仕上げを変形した光学素子の表面上においてそれ以上行う必要がないのであれば、光学素子の熱成形には特に経済的利点がある。一般的に知られているように、熱成形を行う場合、熱成形に用いられる成形型には高い精度が求められる。例えばマイクロレンズ等の回析性光学素子には、可視光の波長の１／４オーダーの表面品質が要求される。回析性マイクロ光学素子の場合はさらに高精度で製造されなければならない。熱成形によって光学素子を製造する場合の一つの問題点として、熱成形中に生ずるプロセスガスの光学素子表面中への封入がある。かかる封入によって光学素子表面上に妨げとなるクレーター状の窪みが生ずるからである。熱成形処理中の光学素子表面上へのプロセスガスの封入を回避するための種々方策が従来技術から公知である。

第一の取り組み方として、熱成形を真空室内において行う方法がある。一例として、６×１０^−１Ｐａ以上の真空条件下で最大外径が１１０ｍｍ以下のダイに対して１９．６ｋＮの最大プレス作用力を発揮できる高精度ガラスプレス成形装置、米国Ｔｏｓｈｉｂａ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．製、ＧＭＰ−２１１Ｖ型、が入手可能である。しかしながら、この方法は時間を要し、また真空ポンプを必要とする。

日本特許公開公報２００２−２９３５５３Ａに開示された別の方法では、予備成形処理によってガラスプレフォーム表面上へ予め成形された構造体をもつガラスプレフォームが製造される。これらの構造体は、後続する一次成形工程において所望の構造へ変形される。変形率が小さいため、ダイとガラスプレフォームとの間に含まれるプロセスガスの全容量は少ない。しかしながら、プロセスガスの封入を確実に防止することは不可である。さらに、別の成形型及び処理工程が付加的に必要とされるため効率性に劣る。

ＥＰ６４８７１２Ａ２には光学素子のプレス成形方法についての開示があり、この開示ではプレフォーム中へブランクを置き、プレス成形に使用される作用力が周期的に増減される。圧力を増加している間、ダイ表面に接触しているブランク表面がプロセスガスの気泡が一定量生成されるまで変形し、気泡はこの変形した表面部分によって取り囲まれる。圧力を減じると、前記容量中に含まれ一定の過圧状態にある前記プロセスガスをダイ表面に沿って横方向へ漏出させることができる。中間段階での減圧のため、全プレス成形時間はより長時間となる。さらに、ガスの封入を予測しモデル化することが殆どできないため、予め製造される光学素子の精度を特定することは極めて困難である。また、前記圧力を周期的に種々回数増減してもプロセスガスの残存封入が存続するため、光学素子の表面品質にとって不利益である。

ＵＳ６，３０５，１９４Ｂ１には、光学素子アレイのプレス成形方法及び装置についての開示がある。この開示においては、光学材料から成る比較的小さなボールがダイのシェル形状の中心巣状体上へ置かれる。２つのダイを互いに対してプレスすると、ボールは次第に平たくなっていく。この処理において、前記光学材料は外側へ放射状に流れ、残存プロセスガスをダイ容積から外へと押出す。この処理においては前記光学素子材料が強く変形するため、結果的に比較的長い処理時間を要し、また製造コストも高くなる。例えばマイクロレンズあるいは回析性構造体の作製のため比較的小さな構造体がダイ表面上へ形成されるのであれば、前記材料の前記該構造体、例えば窪み中への流れを前記処理中に制御することは不可能である。それゆえ、熱成形処理中の光学素子表面中への残存プロセスガスの封入を防止することはできない。

ＵＳ６，３０５，１９４Ｂ１にはさらに、成形型の上半分へ凸状に湾曲した成形あるいは熱型押部分を設け、また成形型の下半分に凹状に湾曲した成形あるいは熱型押部分を設ける方法が開示されている。前記成形型の前記両半分中へ平たい凸状のプレフォームを置き、このプレフォームが凹レンズへ変形される。凸状に湾曲した成形あるいは熱型押部分の湾曲半径は凹状に湾曲した成形あるいは熱型押部分の湾曲半径より小さいことから、成形型の前記両半分が互いに対してプレスされる時に成形あるいは熱型押部分のそれぞれが中心部分付近のプレフォームと接触するため、プレフォームの溶融あるいは軟化した材料が放射状に外側へ流れる際にガスが成形あるいは熱型押の各部分中へトラップされることはない。

ＵＳ６，３０５，１９４Ｂ１にはさらに、成形型の上半分へ凸状に湾曲した成形あるいは熱型押部分を設け、また成形型の下半分に凹状に湾曲した成形あるいは熱型押部分を設ける方法が開示されている。成形型の前記両半分間へ平凸状のプレフォームを配置することにより、該プレフォームが凹凸レンズへ変形される。凸状に湾曲した成形あるいは熱型押部分の湾曲半径は凹状に湾曲した成形あるいは熱型押部分の湾曲半径よりも小さいことから、成形型の前記両半分が互いに対してプレスそれる時に成形あるいは熱型押部分のそれぞれがまず中心部分付近のプレフォームと接触するため、プレフォームの溶融または軟化した材料が放射状に外側へ流れる際に成形あるいは熱型押の各部分中へガスがトラップされたまま残ることはない。

しかしながら、この方法におけるプレフォームの変形は比較的大きい。そのため全処理時間が比較的長時間となり非経済的である。さらに、プレフォームの変形率が比較的高いために比較的高い処理温度が必要とされ、かかる高温によって変形後に光学素子内に応力が生ずる。この応力あるいは張力が光学素子の望ましくない複屈折の原因となり得る。溶融あるいは軟化したプレフォーム材料が要求される比較的高い処理温度において成形あるいは熱型押部分のそれぞれへ付着することが起こり得るため、光学素子の光学品質にとって不利である。

本発明は、熱成形中のガス封入をより効率的に防止でき、さらに光学素子をより高精度かつコスト効率的に製造できる、熱成形による光学素子の成形方法及び装置を提供することを目的とする。本発明の別の態様では、光学素子用の基板あるいはガラスプレフォーム、及び本発明に従った方法あるいは装置を用いた光学素子成形のための成形型を提供する。

本発明に従った方法は、基板上へ光学効果を有する構造体を成形あるいは熱型押しするため、成形型表面上へ少なくとも１つの成形あるいは熱型押部分が成形された該成形型を準備する工程と、成形型へ面する基板表面上に前記成形あるいは熱型押部分へそれぞれ対応する予備成形部分が成形された該基板を準備する工程と、基板材料の転移温度あるいは軟化温度以上の温度まで該基板を加熱する工程と、光学効果を有する少なくとも１つの構造体をもつ光学そしを成形するため、予備成形部分が対応する成形あるいは熱型押部分表面に接触して変形するまで成形型と基板を互いに対してプレスする工程を含んで構成される。前記構造体の形状は前記対応する成形あるいは熱型押部分の形状によって決まる。

本発明方法の第一の態様においては、前記各成形あるいは熱型押部分の中心部分が、前記対応する予備成形部分の中心部分と接触するように成形型と基板が設けられ、前記予備成形部分の表面と対応する成形あるいは熱型押部分との間に形成される隙間が前記核予備成形部分の中心部分から端部へ向かって広くなるように各予備成形部分及び前記成形あるいは熱型押部分が成形されることを特徴とする。

熱成形処理中、成形型及び基板は互いに対してプレスされ、前記基板の光学素子への変形によってより近接し、各予備成形部分内の前記基板表面材料は成形型の対応する成形あるいは熱型押部分表面と接触してさらに変形する。（対応する成形あるいは熱型押部分の一致するように形状化された中心部分中にプロセスガスが封入されていない）熱成形処理の開始時点で既に前記対応する成形あるいは熱型押部分の一致するようにかつ滑らかに形状化された中心部分と接触している前記予備成形部分の滑らかに形状化された中心部分から始まり、まず予備成形部分のうちの前記中心部分に近接する部分が前記対応する成形あるいは熱型押部分の表面と接触する。後続する熱成形処理において、基板、成形型及びガス間の位相界面が前記予備成形部分の中心部分から各予備成形部分の端部へ向かって次第に移動する。前記隙間中に存在するプロセスガスは、最終的に基板が前記予備成形部分中の前記対応する成形あるいは熱型押部分の表面と完全に接触するまでの間前記予備成形部分の外へ次第に移動される。従って、本発明によれば基板と成形型との間にプロセスガスが封入されることはない。
熱成形処理中にプロセスガスは成形あるいは熱型押部分から外へ滑らかにかつ持続的に移動あるいは追い出されるので、本発明によれば熱成形処理において真空処理を用いる必要はない。それゆえ、処理工程を削減し、装置をより低コストで提供することが可能である。本発明によれば、成形型及び基板を互いに対してプレスするために要する圧力は所定期間一度だけ加える必要があるだけであり、全処理工程期間に亘って圧力を好ましくは一定に維持することが可能である。処理圧の周期的増減を行う必要はない。

本発明によれば、熱成形処理中における基板の変形率は低い。より具体的に言えば、基板基部、あるいは例えばマイクロレンズアレイまたは複数の光学素子を分離状態で製造するためのように複数の光学素子を同時に単一の基板上へ成形する場合には各予備成形部分の基部は、対応する成形あるいは熱型押部分の基部、あるいは複数の光学素子を同時に成形する場合には各対応する成形あるいは熱型押の基部と実質的に同一である。従って、本発明によれば、迅速な熱成形を行うことが可能である。例えば光学素子の縁部の仕上げは本発明では省略可能である。本発明によれば変形率が比較的小さいため、基板の予備成形部分の変形は間隔として僅かで、基板の全厚に比べればかなり小さい。言い方を代えれば、本発明によれば、基板は基板の全厚に比べればかなり小さい僅かな間隔しか歪まない。

好ましくは、前記予備成形部分表面と前記対応する成形あるいは熱型押部分表面間に存在する隙間が全熱成形期間に亘って持続的に各予備成形部分の縁部へ向かって広くなるように、前記予備成形部分の輪郭と前記対応する成形あるいは熱型押部分の輪郭がかみ合う。このようにして、熱成形処理の終了段階においても、前記成形あるいは熱型押部分のほぼ全面が完全に基板へ接触している場合であっても、プロセスガスは猶各予備成形部分の縁部の方へ漏出することが可能である。前記予備成形部分の適切な輪郭は熱成形処理期間中の基板材料の流れ動作をシミュレーションすることによって簡単に算出することができる。
独立した請求項となり得、また特に光学素子表面上において光学効果を有する凸状あるいは凹状に湾曲した構造体の成形に使用できる本発明の別の態様に従った方法は、前記各成形あるいは熱型押部分の中心部分が前記対応する予備成形部分の中心部分と接触するように成形型及び基板が設けられ、前記各予備成形部分と前記各成形あるいは熱型押部分が、隙間が前記各予備成形部分表面と前記各対応する成形あるいは熱型押部分との間に成形されるように、関係式ｒ１＜ｒ２が維持されるように設けられることで特徴付けられる。上記関係式において、ｒ１は前記各成形あるいは熱型押部分の湾曲半径であり、この半径は前記各成形あるいは熱型押部分表面の湾曲中心が、成形型が配置されているその一方の半域内にあるならば正となり、また前記各成形あるいは熱型押部分表面の湾曲中心が他方の半域内にあるならば負となる。ｒ２は前記対応する予備成形部分の湾曲半径であり、この半径は、前記各予備成形部分表面の湾曲中心が基板が配置されているその一方の半域内にあれば正となり、また前記各予備成形部分表面の湾曲中心が他方の半域内にあれば負となる。

好ましくは、成形型の成形あるいは熱型押部分の輪郭と基板のそれぞれ対応する予備成形部分の輪郭は、隙間が各予備成形部分、あるいは成形あるいは熱型押部分の中心部分から縁部へ向かって連続状に広くなるようにかみ合う。かかる隙間の存在により、基板材料がその中心部分から出て最終的に前記成形あるいは熱型押部分全体を満たすように徐々に流れ出るように、熱成形処理期間中前記成形あるいは熱型押部分内における基板材料の継続的かつ滑らかな流れ動作が起こる。基板材料が外側へ流れると、隙間中に存在するあらゆる残存プロセスガスは外へ排出され、前記成形あるいは熱型押部分から完全に取り除かれる。

好ましくは、プロセスガスが妨害なく隙間から縁部へ移動されあるいは排出されるように、各予備成形部分、あるいは成形あるいは熱型押部分の中心部分から縁部へ向かう通路にプロセスガスの排出を妨げる可能性のある障害物は存在しない。

成形型と基板との間の隙間からのプロセスガスの排除をさらに補助するため、成形型表面及び／または各成形あるいは熱型押部分表面上へ成形型あるいは基板の縁部へ繋がる例えばチャネルあるいは溝等の縦方向の窪みを形成することも可能である。つまり、光学効果を有する構造体が形成されない部分へ前記窪みをそれぞれ配置する。かかる構成とすることによって、光学構造体、すなわち回析性あるいは屈折性構造体の光学的機能が損なわれることはない。

熱成形処理中、より効率的にプロセスガスを排除するため、予備成形部分表面と対応する成形あるいは熱型押部分表面との間の隙間の少なくとも１つへ前記縦方向の窪みをそれぞれ連絡することも可能である。

本発明の第一の実施態様によれば、予備成形部分表面と対応する成形あるいは熱型押部分表面との間の隙間を成形型表面に対して平行な一方向にのみ広げることができる。例えば、光学回析性格子を作るための線形状の突起部分、例えば明示的な回析性格子の場合には鋸歯形状の輪郭をもつ線形構造体を形成する場合、基板表面を、成形型表面から最小程度凸状に離れるように、成形型の前記線形構造体の縦方向に対して平行に曲げることができる。これによって、熱成形処理中、凸状に湾曲した基板の中心部分が最初に成形型表面と接触する。熱成形処理中、光学基板は平らにプレスされて平面状の基板に成形され、その表面上には成形型表面上へ成形される構造体に対応するように形状化される線形構造体が成形あるいは熱型押しされる。

本発明の別の実施態様においては、予備成形部分表面と対応する成形あるいは熱型押部分表面との間の隙間を、成形型表面に対して互いに直交する方向と平行な方向の２方向に広げることが可能である。

特に光学効果を有する凸状あるいは凹状に湾曲した構造体の成形に用いられる本発明のさらに別の実施態様においては、予備成形部分表面と対応する成形あるいは熱型押部分表面との間の隙間は、その中心部分から外側へ放射状に広がる輪状隙間として成形される。

本発明によれば、成形型表面上へ設けられる前記少なくとも１つの成形あるいは熱型押部分は、前記光学構造体によって果たされる光学的機能に適合する輪郭をもつ隆起した（突き出した）部分あるいは窪みとして光学素子表面上へ成形される。このような輪郭の例としては、凸状あるいは凹状に湾曲した輪郭、非球面状に湾曲隆起した(突き出した)あるいは押し下げられた部分、矩形あるいは多角形構造、さらには傾斜した部分をもつ構造を挙げることができる。このような適切に形状化された成形あるいは熱型押部分は、適当な加工技術を用いて、とりわけ成形型表面を例えばレーザ融蝕、イオンビームあるいは電子ビーム記録、イオンビームエッチングあるいはイオンビームフライス削り、反応性イオンエッチング、化学的に補助されたイオンビームエッチング、ウエットまたはドライエッチングによって直接機械加工することにより、成形型表面上へ形成することが可能である。

本発明においては、前記基板はプレフォームとして設けられ、該プレフォームの表面上には、隆起(突出)部分あるいは窪み形状をもつ少なくとも１つの予備成形部分が、プレス加工装置あるいは成形装置中の成形型の対応する成形部分あるいは熱型押部分の位置と一致する位置に形成される。かかるプレフォームはいずれか適当な製造方法、例えば基板それぞれの表面を機械加工する方法を用いて設けることができる。しかしながら、前記プレフォームは好ましくは例えばプレス加工、成形、あるいは熱型押等の本発明に従った熱成形方法を用いて成形することが可能である。

前記光学素子表面を高品質にするためには、前記プレフォームの表面品質が既に適当なものとして製造されていることが重要である。しかしながら、本発明においては、前記予備成形部分は熱型押加工中にさらに変形を受けるため、この表面品質は製造される前記光学素子の表面品質よりも低品質であってもよい。従って、前記光学効果を有する構造体の表面品質は、必然的に、成形型の成形あるいは熱型押部分の表面品質、前記基板材料の規格、さらには熱型押処理中の処理パラメータによって与えられる。

好ましくは、各成形あるいは熱型押部分の容積は対応する予備成形部分の容積と一致する。従って、いかなるプロセスガスも成形型の成形あるいは熱型押部分から外へ完全に排出され、また成形型の成形あるいは熱型押部分全体が熱成形処理中に前記基板材料で充満されることが確保される。熱成型処理後の光学素子の表面は成形型表面の雌型形状を呈する。より具体的には、前記成形あるいは熱成形部分の全容積を、対応する予備成形部分の容積、あるいは適当な処理パラメータ、特に対応する予備成形部分を変形させることができるように基板の加熱に用いられるエネルギーを用いて基板材料の転移温度あるいは軟化温度以上の温度まで加熱された対応する予備成形部分の全容積と一致させることが可能である。

本発明の別の実施態様においては、前記プレフォームを、熱成型処理後に基板表面と成形型表面との間の成形あるいは熱型押部分の縁部に小さな隙間が残るように形状化することも可能である。かかる隙間を残すことにより、後の光学素子表面からの成形型の取り出しが容易となり、また熱成型処理中の成形あるいは熱型押部分からのプロセスガスの排出がさらに確実に行われる。かかる方法は、前記光学構造間の部分に光学効果が生じないように、熱成形処理を用いて単一基板上へ複数の光学素子を形成しようと試みる場合に特に適用される。前記複数の光学素子を分離するため、熱成形処理後に前記部分において前記基板を切断あるいは分割することが可能である。

熱成型処理中に、基板の材料を用いて、該成形型表面へ成形型の濡れ性を減ずるコーティングを施すことももちろん可能である。適当なコーティング方法は、特に好ましくは貴金属あるいは貴金属合金を用いた薄膜金属被覆等、従来技術より公知である。

本発明の別の実施態様においては、成形型及び基板は、成形型と基板間の形状許容差ｄが下記式を満たすように設けられる。
ｄ＞１０μｍ、及び
ｄ＜（２００μｍ＋Ｄ／１０）
なお、上記式中、Ｄは成形型上の構造体の成形あるいは熱型押部分の直径を表わす。このように形状許容差が小さい結果として、本発明によって有利な低変形率を達成することが可能である。

本発明方法は、種々の回析性及び/または屈折性の異なる光学素子、例えばマイクロレンズ、マイクロレンズアレイ、平凸レンズ、凸レンズ、凹凸レンズ、両凹レンズ、非球面レンズ、例えば回析格子及び明示的回析格子のアナモルフィック及び回析性光学構造体、及びフレネル帯板等の熱成形に適する。

本発明の別の態様として、本発明に従って製造された複数の光学素子を組み立てて任意な光学システムに構成することも可能である。

本発明に従って、前記光学素子あるいはシステムを、例えばデジタル光投影、アナログあるいはデジタルカメラ、特に携帯電話及びカムコーダー用カメラ、顕微鏡レンズまたはレンズ配列、ホモジェナイザー、結像光学機器、自動車分野におけるＬＥＤヘッドライト及びヘッドアップディスプレイ等、光学マイクロ反射鏡、特にＲＧＢレーザ等のレーザ結像、ブルーレイディスクを含む光学記録媒体からデータを光学的に読出し及び／または同媒体へ光学的に書込むための光学記録分野における光学機器等の任意な光学的用途へ利用することができる。

かかる用途を目的とする場合、例えばレンズ等の光学素子は対応する微小光学素子とはそれらの直径において区別される。より具体的には、レンズ等の光学素子の直径は少なくとも１ｍｍある一方、微小光学素子の直径は１ｍｍ未満である。

本発明方法は微小光学構造体の製造のみに限定されず、熱成形処理を用いる任意な屈折性及び／または回析性構造体の製造にも利用することが可能である。

本発明方法は、熱成形処理を用いて変形可能な光学材料、特に好ましくはあらゆる種類のガラス、特に低Ｔｇガラス、ソーダ石灰ガラス、珪酸ガラス、硼酸ガラス、珪硼酸ガラス、燐酸ガラス、フッ化物ガラス、フルオロ燐酸ガラス、ハロゲン化物ガラス、光学ガラス、あるいは光学用途に適するプラスチック材料、特にＰＭＭＩ、ＣＯＣ、ＴＯＰ、ＰＭＭＡ、ポリウレタン、ＴＯＰＡＳ、ＰＣ（ポリカーボネート）へ適用可能である。上記これらの材料のいずれかと一体に基板を製造することが可能である。本発明の別の態様によれば、基板を、上述した方法で光学素子あるいは構造体へ変形された予備成形部分が中に成形された被覆層をもつ２層あるいは多層複合材料として成形することも可能である。前記被覆層は、変形処理中に該被覆層の材料だけが軟化し、その下に配置された前記複合材料から成る層の材料が軟化しないで前記複合材料が安定に維持されるように、前記下に配置された複合材料層の軟化温度より低い軟化温度を示すことが適当である。

本発明のさらに別の態様は、光学素子にも、かかる光学素子を少なくとも１つ含む光学結像システムにも対応して成形される基板、成形型、及び上記方法を用いた光学素子の成形装置に関する。

以下において本発明の好ましい例示的実施態様及び添付図面を用いて本発明についてさらに説明し、本発明の特徴、利点、及び目的を明らかにする。

添付図面を通して、同一あるいは実質的に同等な素子または素子群に対しては同一符号を付す。

図１ａ〜１ｃを参照しながら、以下に平凸レンズの型成形、熱型押、あるいはプレス加工方法について説明する。図１ａに示すように、ダイ１及び基板１０、例えばガラスプレフォームが装置中へ配置され、そこでダイ１及び基板１０は縦方向の矢印で示される作用力によって互いに対して押しつけられる。図１ａに示されるように、ダイ１及び基板１０は熱型押処理中互いに平行に配列される平面状の後面を備えている。ダイ１の表面は凹状の窪み３に成形されている。基板１０は凸状に湾曲した突き出し部分１６に成形されている。凹状窪み３の湾曲半径は凸状湾曲部分１６の湾曲半径より長い。

前記凹状窪み３は型成形あるいは熱型押部分として役立つ。熱成形方法を用いて、以下に述べるように、凹状窪み３の輪郭が基板１０の表面上へ成形あるいは熱型押される。凸状湾曲部分１６は、本願においては、例えば別の熱成形方法を用いて予備成形される。勿論基板１０は、適当に研磨され、予備成形され、あるいはプレス成形されたブランクであってもよい。図１ａに示すように、凸状湾曲部の基部は凹状窪み３の基部に実質的に一致している。

熱成形の開始時点で、ダイ１及び基板１０は、凹状窪み３の中心部分１１と凸状湾曲部分１６の中心部分１１が互いに接触するように互いに近接する。この状態において、凹状窪み３の縁部３と基板１０の縁部１４の間に隙間ＷＯが残るが、この隙間は凹状窪み３及び湾曲部分１６それぞれの横方向の寸法と比較すれば小さい。

熱成形においては、基板１０は、基板１０の表面が変形可能となるまで、基板材料の転移温度以上の温度まで加熱される。ダイ１と基板１０との間の圧力によって、凸状湾曲部分１６は前記中心部分１１を始まりとして徐々に変形される。この処理中、前記基板材料は前記中心部分１１から外側、すなわち基板１０の縁部１４へと移動する。図１ｂにおいて符号１２で示され太線で描かれた部分は変形された部分を指しているが、この図において基板１０の材料は猶変形可能であり、すなわち基板１０の材料はその転移温度以上の温度まで加熱される。前記熱成形処理中、ダイ１及び基板１０は、ダイ１の縁部あるいは基板１０の縁部の隙間ｗが縮まるように互いに近接する。矢印で示すように、基板材料が移動されると、ダイ１の凹状窪み３と基板１０の凸状湾曲部分１６との間の輪状の隙間中に含まれるプロセスガスは徐々に外部へ移動あるいは排出される。前記熱成形処理はダイ１及び基板１０間の前記隙間が消失するまで継続される。次いで基板１の全表面がダイ１の凹状窪み３の表面に接触する。これにより基板１の輪郭は、成形あるいは熱型押部分として役立つダイ１の凹状窪み３の輪郭に全く一致する。変形した基板１０からダイ１を持ち上げて外すと、図１ｃに示すような凸状湾曲面２１をもつ光学素子２０が得られる。この凸状湾曲面２１の形状はダイ１の凹状窪み３の形状と全く一致している。

基板、ダイ、及びプロセスガス間の界面は、熱成形処理中に前記中心部分１１からダイ１及び基板１０へ向かって徐々に移動するので、すべてのプロセスガスがダイ１と基板１０との間の輪状隙間から排出される。それゆえ、従前技術による場合に熱成形処理中のガスの封入によって生ずるクレーター様構造物は光学素子２０の凸状湾曲面２１上にはもはや存在しない。

図１ａには図示していないが、熱成形処理前に基板１０を凸状かつ図１ａの画面に対して垂直に湾曲させることによりプロセスガスを熱成形処理中に同様に図１ａ〜１ｃの画面に対して垂直方向へ排出できることは当業者に明らかである。当業者に明らかであるように、本発明の基本原理については図１ａ〜１ｃを参照しながら上記において説明したが、かかる基本原理によってプロセスガスは熱成形処理中に外部に向かって徐々に排出される。熱成形処理後、光学素子２０は好ましくは図１ｃの画面に対して垂直方向へ広がる円筒形レンズとなる。しかしながら、本発明は総じて円筒形レンズの成形に限定されず、図１ｃにおける光学素子２０を本発明の別の好ましい実施態様に従って平凸レンズへ成形することも可能である。

次に以下において図２ａ〜２ｃを参照しながら、平面状基板１０上への明示的回析格子の成形方法について説明する。この目的のため、基板１０は互いに直交する２つの座標軸ｘ及びｙによって広がる平面を跨っていると仮定する。図２ａに示すように、基板１０、例えばガラス基板は前記ｙ軸方向へ凸状に湾曲した部分１６をもつプレフォームとして与えられる。そのため、ダイ１の表面と基板１０の表面との間には隙間が存在し、この隙間は外側へ向かって連続的に広くなり、該隙間の一方の面は平面であってダイ１表面によって限定され、該隙間の他方の面は凸状に湾曲していて基板１０表面によって限定される。従って、基板１０の縁部１４には、基板１０の横方向の寸法と比べれば小さい隙間ＷＯが存在する。一例として、前記凸状湾曲部分１６の湾曲半径は約１００〜４００ｍｍの範囲内である。

図２ｂには基板１０の表面全体がダイ１の表面へ接触している熱成形処理終了直前のダイ１及び基板１０が示されている。
ダイ１を持ち上げて取り外した後、平面状の表面２２へと変形された光学素子２０が得られ、この素子上には多数の鋸歯形状の断面をもつ線状構造物２３が等間隔で設けられている。図２ｃでは、この線状構造物２３はｙ軸方向に延びている。熱成形処理中、当初ｙ軸方向へ凸状に湾曲していた基板１０の表面１６も変形され前記隙間６は前記中心部分１１から徐々に減少し、該隙間６中に含まれていたプロセスガスは基板材料によって図２ａの矢印で示すように外側へ向けてｙ軸方向へ追い出され隙間６外へ排出される。

次に図３ａ〜３ｄを参照しながら本発明の別の好ましい平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法について説明する。図３ａに示すように、対の片方のダイ３０上へ保持された基板１０は図１ａの場合と同様に外側へ凸状に湾曲している。ダイ１中には、互いに同一形状であるか、あるいは異なる形状に成形されてもよい２つの凹状窪み３が成形される。ダイ１及び基板１０が互いに近接する際、最初に前記２つの凹状窪みの間の平らな部分が基板１０の凸状隆起部分１６の中心部分１１と接触する。

ダイ１と基板１０をさらに互いに対して押し付けると、図３ｂに符号１２で示すように前記中心部分１１は最終的に変形される。ダイ１と基板１０を猶さらに互いに対して押し付けると、基板材料はダイ１の凹状窪み３の中へ徐々に押し付けられる。同時に凹状窪み３中に存在していたプロセスガスが凹状窪み３から外部へ向かって徐々に押出される。

ダイ１と基板１０をさらに互いに対して押し付けると、凹状窪み３が最終的に基板材料によって殆ど完全に充満され、この基板材料は猶変形可能であるため、基板１０の表面上に凸状の球状部２６が成形される。ダイ１と基板１０を猶さらに互いに対して押し付けると、基板材料によって最終的にダイ１の凹状窪みが完全に満たされる。この状態で基板材料はダイ１の凹状窪みの内面へ完全に接触して図３ｄに示すように基板１０上に２つの凸マイクロレンズ２５が成形される。ダイを持ち上げて取り外した後、次の処理工程において２つのマイクロレンズ２５を分離することができる。

図３ａにおいて、破線により凹状窪み３によって形成される容積Ｖ１が示されると想定する。さらに、基板１０の中心部分１１付近の細かい平行線で示される部分４０は熱成形処理中に変形され移動される基板材料の容積Ｖ２を表すものと想定する。容積Ｖ２内では、基板温度は基板材料の軟化点より高く、この温度は適当な加熱条件を与えることによって容易に達成できる。ダイ１と基板１０との間に存在するプロセスガスを変形された基板がダイへ完全に接触する前に完全に排出するためには、本発明においては、図３ａ〜３ｄに示した例の前提として、２つのマイクロレンズが基板１０上へ成形され、容積Ｖ２は２×Ｖ１で与えられる容積に等しいかあるいはそれ以上に大きいことが想定される。一般的に言って、全体として予備成形部分中に含まれかつ基板材料の軟化点以上の温度にある全容積は、成形あるいは熱型押部分が含む容積に等しいかあるいはそれ以上に大きい。

図４ａ〜４ｃを参照しながら、図３ａ〜３ｄに示した平面状基板上への凸レンズ配列の成形あるいはプレス加工方法の別の変形例について説明する。図４ａに示すように、ダイ１の表面上へ複数の凹状窪み３が成形され、これら凹状窪み３は成形あるいは熱型押部分として機能し、また成形される光学構造体の輪郭を限定する。図４ａでは、複数の凸状湾曲突出部分１６がダイ１の凹状窪み３の位置と一致する位置に成形された表面上へ基板１０、例えばガラスプレフォームが配置される。この凸状湾曲部分１６の湾曲半径はダイ１の凹状窪み３の湾曲半径よりも短い。そのため、凸状湾曲部分１６の中心部分１１がダイ１の凹状窪み３と接触しても、凹状窪み３の表面と凸状湾曲部分１６の表面との間の隙間はそのまま維持され、この隙間は横方向へ連続的に広くなっている。これら凹状窪み３同士の間の部分においてはダイ１表面も基板１０表面も平面状である。

図４ｂは、事実上湾曲部分１６の全体が変形され、またダイ１表面と基板１０表面間には、各凹状窪み３の縁部と凹状窪み同士間の部分に僅かな狭い隙間だけが残った状態にある熱成形処理の終了時におけるダイ１及び基板１０を示している。
ダイ１を持ち上げて取り外すと、光学素子表面上に成形された複数の凸マイクロレンズ２５及び複数の平面部分２４をもつ光学素子が得られる。

図５に示すように、本発明方法を基板１０上への凹状窪み１７の成形にも用いることが可能である。かかる目的のため、ダイ１の表面上へ複数の凸状湾曲突出部分４が成形される。熱成形後、凹状窪み１７上へ反射コーティングを施すことにより凹面鏡を作製することができる。

図６に示すように、図４ａに示したダイ１中に、成形あるいは熱型押部分として機能する凹状窪み３から残留プロセスガスを外部へ取り除くための、ダイ１中の各凹状窪み３の縁部分と連絡可能な縦方向のチャネル、例えば楔形状の溝５を設けることも可能である。

当業者には明らかであるように、図４ａ、図５あるいは図６に示した基板へ、該基板を適当に研磨することによって凸状突出部分あるいは凹状窪みを設けることが可能である。あるいは、適当な熱成形処理工程、例えば基板の成形処理工程をさらに加えて図４ａ、図５あるいは図６に示した基板を設けることも可能である。このような処理工程を加えることは通常コストの上昇に繋がるため、本発明においては通常、単一工程で図３ａ〜３ｄに示した光学効果を備える複数の構造体を同時に製造するように熱成形が実施される。

当業者には明らかであるように、本発明方法を用いて、少なくとも非球面状に湾曲した表面あるいは自由形状表面として形状化された表面をもつ光学素子を成形することも可能である。かかる方法においては、前記非球面状に湾曲した面あるいは自由形状面へ変形する前に、基板の各予備成形部分が球面状に湾曲されていてもよい。本願において意味する自由形状面とは、下記関係式を用いて表すことができるｘ−ｙ面中に広がる面のことである。

式中、Ｌは定数であり、及びＮ＝１０である。

図７に示すように、本発明方法は湾曲のない光学素子の熱成形にも適している。図７に示すように、ダイ１の表面中へ楔形状のチャネルを形成するため、ダイ１表面中へ複数の傾斜部分８が成形される。また、例えばガラスプレフォーム等の基板１０の表面上へ楔形状の突き出し部分を形成するため、基板１０の表面上の対応位置に傾斜部分１８が成形される。図７においては、前記楔形状の窪みあるいは突き出し部分の頂点が互いに接触するダイ１表面と基板１０表面との間の隙間６が中心部分１１から連続的に広くなるように、前記傾斜部分１８の傾斜角は前記傾斜部分８の傾斜角よりも大きい。前記隙間６は前記熱成形処理中に、最終的にダイ１表面が基板と互いに完全に接触するまで徐々に狭くなる。

図４ａ〜７には図示されていないが、基板は、熱成形処理前に、図４ａ〜７の画面に対して垂直方向へ凸状に湾曲されていてもよい。

もちろん、図７に示した基板１０は、前記隙間中に含まれたプロセスガスが熱成形処理中により効率的に排出されるように、例えば図２ａに示したように画面に対して垂直方向に少し凸状に湾曲されていてもよい。

次に図８を参照しながら、本発明に従ったダイの凸状あるいは凹状湾曲成形部分及び基板の予備成形部分を特徴付ける記号約定について以下において説明する。図８において、中心軸９は基板１０の凸状湾曲面への接線に対して垂直であり、また熱成形処理直前に基板１０の凸状湾曲部分及びダイ１の凹状窪みが互いに接触する中心部分１１を経て延びていると仮定する。かかる配置において、ダイ１の凹状窪み３の湾曲半径Ｍ１及び基板１０の凸状隆起１６の湾曲半径Ｍ２はそれぞれ中心軸９上に存在する。図８において、矢印ｒ１はダイ１表面中の凹状窪み３の湾曲半径を表し、他方矢印ｒ２は基板１０表面上の凸状隆起の湾曲半径を表す。前記特徴付けのため、前記湾曲半径ｒ１、ｒ２は記号化された実数であると仮定する。これら表面の特徴付けのために用いる記号約定は、両軸光学特性が近似している場合において球状湾曲界面の屈折性を特徴付けるために光学分野で用いられる記号約定と類似するものである。

図８において、凹状窪み３は画面を、ダイ１が配置された上部半空間とダイ１が配置されていない下部半空間へと分割している。同様に、凸状湾曲面１６は、図８の描画面を基板１０が配置されていない上部半空間と基板１０が配置されている下部半空間へと分割している。前記成形部分３及び前記予備成形部分１６の表面の特徴付けのため、ダイ１が配置される前記半空間内に前記成形部分表面の湾曲中心があるならばダイ１の成形部分３の湾曲半径ｒ１は正となり、前記成形部分３表面の湾曲中心が前記他の半空間内にあるならば前記湾曲半径ｒ１は負になると仮定する。さらに基板１０が配置される前記半空間内に前記予備成形部分１６表面の湾曲中心があるならば、基板１０の対応する予備成形部分１６の湾曲半径ｒ２は負となり、前記予備成形部分１６表面の湾曲中心が前記他の半空間内にあるならば正になると仮定する。

かかる記号約定を用いれば、図８に与えられた例では、湾曲半径ｒ１は負であり、湾曲半径ｒ２についても同様である。図８から導かれるように、ｒ１の絶対値はｒ２の絶対値よりも大きい。従って、ｒ１＜ｒ２＜０の関係式が成り立つ。

凹状湾曲面が成形あるいは熱型押される対応する例においては、ダイ１の前記成形部分は対応する正の湾曲半径ｒ１を生ずるように凸状に湾曲していなければならない。さらに、基板表面の対応する予備成形部分は、対応する湾曲半径ｒ２もまた必ず正になるように凹状に湾曲していなければならない。従って、ｒ２の絶対値はｒ１の絶対値より大きくなければならない。すなわち、０＜ｒ１＜ｒ２の関係式が成り立たなければならない。

この約定を用いれば、平面の湾曲半径は無限大となる。例えば、平面状のガラスプレフォームから凸状に湾曲したレンズ表面を製造する場合、ダイ１の前記成形部分は凸状に湾曲し、すなわち対応する湾曲半径ｒ１は正となり、そして前記平面状ガラスプレフォームの湾曲半径は無限大となる。従って、関係式ｒ１＜ｒ２が成り立つ。

もちろん、上記説明した記号約定は、熱成形処理直前に前記成形部分の中心部分が前記予備成形部分の中心部分に接触する二次的条件に従わなければならない。そのため、平面状のガラスプレフォームから平面のすべての方向へ凸状に湾曲しているレンズ形態は除外される。

円筒形レンズ（直径３０ｍｍ）と非球面状円筒形レンズの平面配列をプレス加工するために、同一直径をもつガラスプレフォームと、平面と、湾曲半径３００ｍｍの凸面がプレス加工される。前記凸面はダイへ対面されて円筒形レンズ配列に仕上げられる。

前記円筒形レンズの高さは０．３ｍｍである。前記ガラスプレフォームが湾曲しているため、さらに付け加えられた０．４ｍｍ前後のプレス加工距離を通過させなければならない。熱成形処理は成形型の腐食を防止するため窒素雰囲気下で実施される。

前記円筒形レンズの非球面状表面を、窒素の封入に起因する粗さを全く生ずることなく成形できることが確認された。

非球面結像レンズをプレス加工するため、同一直径（７０ｍｍ）をもつガラスプレフォーム、平面、及び湾曲半径４５ｍｍの凸面をプレス加工する。前記凸面はダイに対面されて円筒形レンズ配列に仕上げられる。前記ガラスプレフォームが湾曲しているため、さらに付け加えられた約０．４ｍｍのプレス加工距離を通過させなければならない。窒素の封入に起因する粗さを全く生ずることなく非球面状表面を成形できることが確認された。通常この構造体の高さは下記式によって与えられる。

式中、Ｚはレンズの高さ、Ｃは湾曲、そしてＫは円錐パラメータを表す。
この実施例においては、上記パラメータは以下のように選択され、
ｃ＝１／３６．４０９
ｋ＝−１
α２＝１．０８Ｅ−０６
α４＝２．１６Ｅ−１０
α６＝−５．１９Ｅ−１５
また、ガラスにはＢ２７０を使用した。

非球面結像レンズ上へ回析性光学素子（ＤＯＥ）を成形するため非球面レンズ（実施例２に従って作られたレンズ）を用いた。平面をプラスチック材料でコーティングし、次いで前記成形方法を用いてＤＯＥ形状に構造化した。前記平面をダイへ対面させてＤＯＥに仕上げた。前記ガラスプレフォームが湾曲しているため、さらに付け加えられた約０．０５ｍｍのプレス加工距離を通過させなければならなかった。ＤＯＥを窒素の封入に起因する粗さを全く生ずることなく製造できることが確認された。これらＤＯＥの位相関数は下記式によって与えられる。
φ（ｒ）＝−６．７５ｒ^２＋０．００１０４５ｒ^４
式中、φ［ｒａｄ］及びｒは０〜３５ｍｍの範囲内である。

当業者には明らかであるように、上記説明について検討すれば、本発明は別の態様として、結像光、特に光線に関して上述した少なくとも１つの結像光学機器あるいは結像光学機器システムをもつ光学機器に関することが理解される。本発明の範囲を限定するものとして解釈されてはならないかかる実施例の例を挙げれば、デジタル光学投影、アナログあるいはデジタルカメラ、特に携帯電話及びカムコーダー用カメラ、顕微鏡装置、レンズあるいはレンズ配列を有する結像装置、レーザ光ビームを含む光ビームを均質化するホモジェナイザー、結像光学器械、自動車分野における例えばＬＥＤヘッドライト等の光学結像装置、ヘッドアップディスプレイ、光学マイクロ反射器、ブルーレイディスクを含む光学記録媒体からの光学的データ読出し及び／または光学記録媒体への光学的書込みを行う光学記録装置等である。

上記説明から当業者には明らかであるように、本発明方法を球面及び非球面レンズ体の熱成形及び光学効果を有する輪郭の異なる任意な構造体の熱成形の双方に利用することが可能である。より具体的には、本発明方法は、円筒形レンズ、また第一方向に湾曲し、第一方向に対して直交する第二方向に縦に広がるレンズ体の熱成形に、また回析性光学素子（ＤＯＥ）の熱成形に用いられる。好ましくは、前記光学素子は熱成形処理後に複数の回析性あるいは屈折性構造体を含む。これらの構造体を熱成形処理後に分離することも可能である。これら熱成形処理後に光学効果を備える構造体を１または複数の光ビームの形状化あるいは均質化に用いることも可能である。

本発明に従った平凸レンズの成形あるいはプレス加工方法について説明するための略断面図である。 本発明に従った平凸レンズの成形あるいはプレス加工方法について説明するための略断面図である。 本発明に従った平凸レンズの成形あるいはプレス加工方法について説明するための略断面図である。 本発明に従った回析性構造体が平面上へ成形された該平面を持つ光学素子の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った回析性構造体が平面上へ成形された該平面を持つ光学素子の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った回析性構造体が平面上へ成形された該平面を持つ光学素子の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った好ましい平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った好ましい平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った好ましい平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 本発明に従った好ましい平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法を説明するための略断面図である。 図３ａ〜３ｄに従った平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法の変形例を説明するための略断面図である。 図３ａ〜３ｄに従った平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法の変形例を説明するための略断面図である。 図３ａ〜３ｄに従った平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法の変形例を説明するための略断面図である。 図３ａ〜３ｄに従った平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の型押あるいはプレス加工方法の別の変形例を説明するための略断面図である。 図３ａ〜３ｄに従った平面状基板上への凸マイクロレンズ配列の成形あるいはプレス加工方法の別の変形例を説明するための略断面図である。 基板表面上へプリズム形状を呈する突き出した光学構造体を成形するための成形型及び光学基板を説明するための略部分図である。 本発明を特徴付けるために利用できる、基板の予備成形部分及び成形型の成形あるいは熱型押部分それぞれの湾曲半径を特徴付ける記号約定を説明するための略説明図である。

Claims (20)

1. 基板（１０）上へ光学効果を有する構造体を成形あるいは熱型押するための複数の成形あるいは熱型押部分（３、４）が表面上に成形された成形型（１）を準備する工程と、
   前記成形型（１）に面する前記基板（１０）の表面上に複数の予備成形部分（１６、１７）、この予備成形部分（１６，１７）は前記複数の成形あるいは熱型押部分（３，４）のそれぞれと向き合う、が成形されるように前記基板（１０）を準備する工程と、
   前記基板（１０）を、前記基板（１０）材料の転移温度以上の温度まで加熱する工程と、
   前記成形型（１）と前記基板（１０）を互いにプレスして、対応するそれぞれの成形あるいは熱型押部分（３、４）の形状による光学効果を有する複数の構造体（２１、２３、２５）を備えた光学素子（２０）を成形する工程から構成される光学素子の成形方法であって、
   前記成形型（１）と前記基板（１０）は互いに対してプレスされる時、前記基板（１０）の各予備成形部分（１６，１７）と、対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）とは、まずそれらの中心部分（１）で接触するに至り、各予備成形部分（１６，１７）の一つの表面と、対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）の一つの表面との間に形成される隙間（６）が中心部分（１１）から各予備成形部分（１６，１７）の縁部へ向かって延びかつ広くなるようにされること、及び、各予備成形部分（１６，１７）の基部は対応する各成形あるいは熱型押部分（３，４）の基部と実質的に同一であって、それによって各予備成形された部分を光学効果を有する各構造とするとき、低変形率を可能とすることを特徴とする前記成形方法。
2. 前記成形型（１）と前記基板（１０）とは、前記基板（１０）の各予備成形部分（１６，１７）及び前記成形型（１）の前記対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）によってｒ１＜ｒ２を満たす２つの半空間を画定しており、
   ｒ１は各成形あるいは熱型押部分（３，４）の湾曲半径を表し、このｒ１は前記成形あるいは熱型押部分の表面の湾曲中心が前記成形型（１）が配置される一方の半空間内にあるならば正となり、あるいは前記各成形あるいは熱型押部分の表面の湾曲中心が他方の半空間内にある場合は負となり、及び
   ｒ２は前記対応する予備成形部分の表面の湾曲半径を表し、前記各予備成形部分表面の湾曲中心が前記基板（１０）が配置される前記半空間内にある場合は負となり、前記各予備成形部分表面の湾曲中心が前記他方の半空間内にある場合は正となるように前記成形型（１）及び前記基板（１０）が設けられ、
   光学効果を有する構造体を成形するため、前記成形型（１）と前記基板（１０）は互いに対してプレスされ、前記各予備成形部分（１６，１７）が前記対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）の表面へ接触し、前記各予備成形部分（１６，１７）の前記湾曲半径が前記対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）の湾曲半径と一致するまで変形されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
3. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記隙間（６）が前記中心部分（１１）から各予備成形部分（１６、１７）の縁部（２，１４）へ向かって連続的に広くなるように設けられることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
4. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、ガスが前記隙間（６）から各予備成形部分（１６，１７）の縁部（２，１４）へ向かって漏出できるように設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）には、少なくとも１つの縦方向のチャネル（５）が各成形あるいは熱型押部分の外側に設けられることを特徴とする請求項４項記載の方法。
6. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）には、前記各縦方向のチャネル（５）が前記予備成形部分（１６，１７）の表面と前記成形あるいは熱型押部分（２，３，４）の表面との間の少なくとも１つの隙間（６）と連絡するように設けられることを特徴とする請求項５項記載の方法。
7. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）間の前記隙間（６）が前記成形型（１）に対して平行な方向へ広くなるように設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）間の前記隙間（６）が前記成形型（１）に対して直交する及び平行する２方向へ広くなるように設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記隙間（６）が前記中心部分（１１）から外側へ半径方向に広くなる環状隙間として形成されるように設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記光学素子（２０）が前記成形型と前記基板を互いに対してプレスすることによって成形される場合、前記基板（１０）が、圧力が加えられる方向に対して横方向には本質的に広くならないことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記成形あるいは熱型押部分（３，４）及び対応する予備成形部分（１６，１７）が成形型（１）表面上及び前記基板（１０）表面上の突出部分あるいは窪みとしてそれぞれ成形されるように設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記成形あるいは熱型押部分（３，４）及び前記対応する予備成形部分（１６，１７）が前記成形型（１）表面上及び前記基板（１０）表面上の凸状湾曲部分あるいは凹状湾曲部分となるように設けられることを特徴とする請求項１１項記載の方法。
13. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記成形あるいは熱型押部分（３，４）の全容積が対応する予備成形部分（１６，１７）の容積あるいは対応する予備成形部分（１６，１７）の全容積に一致するように設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記各予備成形部分（１６，１７）を光学効果を有する構造体へ変形した後、前記基板（１０）表面と前記成形型（１）表面との間の隙間が縁部（２，１４）に残ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）は基板に成形される前記光学素子（２０）が回析及びまたは屈折構造を持つように構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 少なくとも１つの予備成形部分（１６，１７）が球面状に湾曲され、及び少なくとも１つの成形あるいは熱型押部分（３，４）が、少なくとも１つの予備成形部分（３，４）が非球面状に湾曲された光学構造体あるいは自由形状面のように形成された光学構造体へ変形されるように、非球面状に湾曲されるか、あるいは自由形状面として成形されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 各予備成形部分（１６，１７）表面の変形後、複数の光学効果を有する構造体を有する前記基板（２０）の光学効果を有する構造体以外の部分を分離することによって複数の光学効果を有する構造体が分離されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記成形型（１）及び前記基板（１０）が、前記成形型（１）と前記基板（１０）との間の形状ずれｄが下記関係式；
    ｄ＞１０μｍ、及び
    ｄ＜（２００μｍ＋Ｄ／１０）、
    式中、Ｄは前記成形型（１）の成形あるいは熱型押部分（２，３，４）の単位μｍでの直径を表す、によって与えられることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 次の工程からなる光学素子の製造方法：
    基板（１０）へ光学効果を有する構造体を成形あるいは熱型押しするため、表面上に複数の成形あるいは熱型押部分（３，４）が形成された成形型（１）を準備すること；
    前記成形型（１）に面する前記基板（１０）の表面に少なくとも１つの予備成形部（１６，１７）が形成された前記基板（１０）を準備すること、ここで前記少なくとも一つの予備成形部（１６，１７）は全ての成形あるいは熱型押部分（３，４）に面すること；
    前記基板（１０）を前記基板（１０）材料の転移温度以上の温度まで加熱されること：
    前記成形型（１）と前記基板（１０）とは、光学効果を有する複数の構造（２１，２３，２５）を有する光学素子（２０）を成形するために、互いにプレスされること、ここで光学効果を有する前記構造は各対応する成形あるいは熱型押部分（３，４）の形状によって与えられるものであること；
    前記成形型（１）と前記基板（１０）とが互いにプレスされたとき、前記基板（１０）の各予備成形部（１６，１７）は最初、前記成形型（１）の中心部分（１１）と接触し、前記各予備成形部（１６，１７）の一表面と前記成形型（１）の一表面との間に形成された間隙（６）は、前記基板（１０）の前記中心部分（１１）から縁部内（２，１４）へ向かって延び、かつ広くなっていること；
    前記基板（１０）及び前記成形型（１）は、実質的に同じ基部を備えていて、低い変形率で各予備成形部を光学効果を有する各構造へと変形できること。
20. 前記基板（１０）は、前記光学素子が前記成形型と前記基板の互いへのプレスによって形成されるとき、圧力適用の方向の直交する方向へは本質的に拡大されないことを特徴とする請求項１９記載の方法。

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