JP5016957B2 - 凹凸構造を有する型及び光学素子用型の製造方法並びに光学素子 - Google Patents
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Description
本発明は、凹凸構造を有する型及び光学素子用型の製造方法、及び光学素子に関する。
特に、本発明に係る光学素子用金型を用いて成形された光学素子は、光の入出射面での界面反射光量を抑制する機能を有する。例えばカメラやビデオカメラをはじめとする撮像機器、もしくは液晶プロジェクタや電子写真機器の光走査装置をはじめとする投影機器に好適である。
特に、本発明に係る光学素子用金型を用いて成形された光学素子は、光の入出射面での界面反射光量を抑制する機能を有する。例えばカメラやビデオカメラをはじめとする撮像機器、もしくは液晶プロジェクタや電子写真機器の光走査装置をはじめとする投影機器に好適である。
一般に表面反射光量を抑制する必要のある光学素子は、その表面に屈折率の異なる光学膜を数十乃至数百ｎｍの厚みで単層あるいは複数層を積層して所望の反射特性を得ている。これら光学膜を形成するためには、蒸着、スパッタリング等の真空成膜法やディップコート、スピンコート等の湿式成膜法が用いられる。これらいずれの成膜手段をとるとしても、光学素子基体を加工した上で成膜しなければならないため製造が困難でコストを低減するにはそれぞれに制約がある。
一方、光学膜を用いずに光学素子の表面に設計波長と同等以下のピッチで微細形状を形成することで界面反射光量を抑制できることが知られている。この原理を利用し金型に該微細形状を形成し、基体の成形とともに光学素子を製造することができれば究極的に製造コストを低減することが可能となる。
従来よりＳＷＳ（Ｓｕｂ Ｗａｖｅ−ｌｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ばれる、微細形状を形成する手法として半導体プロセスが広く用いられているが、この方法は精密に設計されたＳＷＳを形成できる利点がある。しかしながら、曲面上の大面積に形成する場合は制約が多く、安価（簡易）に製造するには非常に難しいという問題点があった。
一方、簡易にＳＷＳを製造する手法の１つとして微粒子を利用して形成する手法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
特許文献１において、微粒子を利用する場合、大面積に一括してＳＷＳを形成することが可能である。しかしながら、該微粒子を連続的に均等に並べてＳＷＳを構成するため、反射特性を決める基材と雰囲気との体積比率やアスペクト比を制御することが難しく、理想的な反射防止効果を得ることが難しいという問題点があった。
特許文献１において、微粒子を利用する場合、大面積に一括してＳＷＳを形成することが可能である。しかしながら、該微粒子を連続的に均等に並べてＳＷＳを構成するため、反射特性を決める基材と雰囲気との体積比率やアスペクト比を制御することが難しく、理想的な反射防止効果を得ることが難しいという問題点があった。
他方、大面積に安価にＳＷＳを形成しアスペクト比も任意に制御できる手法として、陽極酸化法が知られている。酸性電解液中でアルミニウム等の金属を陽極として通電し酸化させることで微細な孔が形成される。このことを利用して規則的に孔を並べる手法や孔に異種材料を充填する手法等が開発されてきている（例えば特許文献３、４参照）。
特開２０００−０７１２９０号公報
特開２００１−０７４９１９号公報
特開平２−２５４１９２号公報
特開平１０−１２１２９２号公報
光学素子に光が入射すると該光学素子の入出射面で不要となる反射光が生じる。このとき光学素子の入出射面で発生する反射光による課題を従来のレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）を例に説明する。ただし、本発明が解決しようとする課題は光が入出射する界面で起こるフレネル反射による不具合であり、固体表面の反射に限ったものではない。
図１０はＬＢＰ等に用いられる従来の光走査装置の主走査方向の要部断面図（主走査断面図）である。
同図において光源手段１から出射した発散光束はコリメーターレンズ８によって略平行光束もしくは収束光束とされ、開口絞り３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器５の偏向面５ａ近傍にほぼ線像として結像している。
同図において光源手段１から出射した発散光束はコリメーターレンズ８によって略平行光束もしくは収束光束とされ、開口絞り３によって該光束（光量）を整形して副走査方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した光束のうち主走査断面内においてはそのままの状態で出射し、副走査断面内においては収束して回転多面鏡（ポリゴンミラー）から成る光偏向器５の偏向面５ａ近傍にほぼ線像として結像している。
そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束をｆθ特性を有する２枚のｆθレンズ６ａ、６ｂを有する結像光学手段（ｆθレンズ系）６を介して被走査面としての感光ドラム面７上へ導光する。そして、該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に光走査して画像情報の記録を行っている。
近年、結像光学手段を構成するｆθレンズ（光学素子）は自由曲面形状で構成することが多く、該形状を製造しやすいプラスチック材料で生産されることが一般的になってきている。
ところが、プラスチックレンズは技術的、コスト的な理由からレンズ面に反射防止膜を施すことが困難なため反射防止膜を省く場合があり、各光学面での表面反射が発生し、不具合が生じることがあった。つまり、反射防止膜を省略したｆθレンズ面で生じる表面反射光が他の光学面で反射して最終的に被走査面の意図しない部位に到達し、ゴースト現象を引き起こすことがあった。
特に図１０に示すように２枚のｆθレンズのうち、比較的光偏向器５に近い光学面（ｆθレンズ面）６ａ１が凹面形状で入射光束が垂直に近い入射角を持つ場合、該光学面６ａ１での表面反射光が光偏向器５に戻る。そして、該光偏向器５の偏向面（反射面）５ａで再反射して結像光学手段６を通過後、感光ドラム面７上の意図しない部位に到達してゴーストとなる不具合が生じることがあった。
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、有限の曲率を有する光学素子の光学面全面において、均一なる反射防止特性を得ることができる光学素子及びその光学素子用金型の製造方法の提供を目的とする。
上記の課題は、本発明による以下の手段により解決される。
すなわち、第１の発明の型の製造方法は、基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第１の材料と該第１の材料と相分離する第２の材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第１の材料を成分とする複数のシリンダーと、前記複数のシリンダーを取り囲む前記第２の材料を成分としたマトリックス領域とを有し、該第１及び第２の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜から該マトリックス領域を除去する。そして、前記第１の材料からなる型を作製する工程とを含むことを特徴とする。
すなわち、第１の発明の型の製造方法は、基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第１の材料と該第１の材料と相分離する第２の材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第１の材料を成分とする複数のシリンダーと、前記複数のシリンダーを取り囲む前記第２の材料を成分としたマトリックス領域とを有し、該第１及び第２の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜から該マトリックス領域を除去する。そして、前記第１の材料からなる型を作製する工程とを含むことを特徴とする。
第２の発明の型の製造方法は、基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第１の材料と該第１の材料と相分離する第２の材料を同時に成膜する工程を有する。そして、前記成膜工程により得られた前記第１の材料を成分とするマトリックス領域と、前記マトリックス領域に取り囲まれた前記第２の材料を成分とする複数のシリンダーとを有し、該第１及び第２の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜から該シリンダー部分を除去する。こうして前記第１の材料からなる型を作製する工程とを含むことを特徴とする。
また、第３の発明の光学素子用型は、上記の光学素子用金型の製造方法により製造されたことを特徴とする。
さらに、第４の発明の光学素子は、第３の発明の光学素子用金型を用いて成形されたことを特徴とする。
さらに、第４の発明の光学素子は、第３の発明の光学素子用金型を用いて成形されたことを特徴とする。
第５の発明の型の製造方法は、基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第一の部材と該第一の部材と相分離する第二の部材を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜からいずれか一方の相で構成される柱状部材を溶解させて、もう一方の相で構成される柱状部材からなる金型を作製する工程とを含むことを特徴とする。
第６の発明の型の製造方法は、前記凹凸構造は、前記基板上に複数配置され、かつ前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜のいずれか一方の相で構成され、かつ前記いずれか一方の相における長軸方向の平均直径Ｄｌと短軸方向の平均直径Ｄｓの比が５以上であり、かつ前記凹凸構造の周期が３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記凹凸構造の深さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする。
また、本発明は型の製造方法に関するものであるが、ここでいう型とは例えば金型である。但し、本発明には、必ずしも金属材料のみからなる型は勿論、金属以外の材料からなる、あるいは金属材料と当該金属以外の材料からなる型も含む。
本発明によれば、基板上に凹凸構造を有する型及び光学素子用型の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、円柱状あるいは円錐状のニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用型を用いて複数の細孔を簡便に光学素子表面に形成することができる光学素子の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、円柱状あるいは円錐状のニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用型を用いて複数の細孔を簡便に光学素子表面に形成することができる光学素子の製造方法を提供することができる。
あるいは、本発明によれば、円柱状あるいは円錐状の凹凸構造を有するニッケルあるいはニッケル合金からなる光学素子用金型を用いて複数の突起を簡便に光学素子表面に形成することができる光学素子の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、有限の曲率を有する光学素子の面上に反射防止機能を有する複数の細孔を設けることにより、光学面全面に均一なる反射防止特性を得ることができる光学素子を提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記光学素子を光学機器に搭載することにより、光学素子表面での反射光による不具合を解消することができ、また透過光量の増大により高輝度、省エネを実現することができる光学機器を提供することができる。
以下、本発明を実施の形態を挙げて詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
〔金型の製造方法〕
本発明の基板上に凸形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、アルミニウムニッケル混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。
〔金型の製造方法〕
本発明の基板上に凸形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、アルミニウムニッケル混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。
アルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜すると、以下のようになる。
アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を主成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲むアルミニウム（Ａｌ）を成分とするマトリックス領域が相分離した状態で成長する。そして、図１に示すようにシリンダー状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）１２部分がアルミニウム（Ａｌ）のマトリックス領域１３により分断された構造体が形成される。このとき、シリンダー状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）１２の形状は、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状等を含んでいる。
アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を主成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲むアルミニウム（Ａｌ）を成分とするマトリックス領域が相分離した状態で成長する。そして、図１に示すようにシリンダー状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）１２部分がアルミニウム（Ａｌ）のマトリックス領域１３により分断された構造体が形成される。このとき、シリンダー状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）１２の形状は、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状等を含んでいる。
また、図１のような相分離した構造を有するアルミニウムニッケル混合膜１１を得るためには、膜中のニッケルの割合は５ａｔｏｍｉｃ％以上６０ａｔｏｍｉｃ％以下とする必要がある。ここに、ａｔｏｍｉｃ％とは、膜中に含有される原子の割合のことであり、例えばＩＣＰ（誘導結合型プラズマ発光分析法）などで定量的に分析して求めることが可能である。
さらに、シリンダー状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の直径及びシリンダーの間隔は、アルミニウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径５ｎｍ以上３００ｎｍ以下で変化する。なお、中心間隔距離は２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化する。
上記のアルミニウムニッケル混合膜の成膜プロセスは、基板上に非平衡状態での成膜が可能なプロセスであれば特に限定されず、例えばスパッタリング法等で良い。スパッタリング法においては、アルミニウムターゲット及びニッケルターゲットの同時スパッタリングが適用できる。あるいはアルミニウムとニッケルを焼結して形成した混合ターゲットによるスパッタリング、またはアルミニウムターゲットにニッケルチップを配置したスパッタリングなど幾つかの手法も適用できる。なお、これらの方法に限定されるものではない。
さらに、図１で模式的に示した構造体をエッチングすることによって、マトリックス領域１３のアルミニウム部分を選択的に溶解して、図２に示すような凸形状部（以降、突起と称すことにする）２１を有した凹凸構造を形成することが可能となる。
つまり、基板上に凸形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、第一にニッケル基板上にアルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜する。第二に、成膜により得られたアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲み、かつ、アルミニウム（Ａｌ）を成分としたマトリックス領域とを有する混合膜を得る。それからマトリックス領域のアルミニウム（Ａｌ）をりん酸あるいはアンモニア水等で選択的にエッチング除去する。こうして、ニッケル（Ｎｉ）あるいはアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなる金型を作製することができる。
また、マグネシウムニッケル混合膜においても、アルミニウムニッケル混合膜と同様に、図１に示す構造体が得られる。
シリンダー状のマグネシウムニッケル（Ｍｇ2Ｎｉ）を成分とする複数のシリンダー１２と、シリンダーを取り囲むマグネシウム（Ｍｇ）を成分としたマトリックス領域１３に相分離した混合膜１１が形成される。但し、この場合における膜中のニッケルの割合は、１２ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下とする必要がある。このとき、形成されるシリンダー状のマグネシウムの直径及び間隔は、マグネシウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、間隔は３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化する。アルミニウムニッケル混合膜の場合と同様に、ニッケル基板上にマグネシウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜する。そして、マトリックス領域のマグネシウム（Ｍｇ）を選択的にエッチング除去することによって、ニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製することができる。チタニウムニッケル混合膜、イットリウムニッケル混合膜、ジルコニウムニッケル混合膜においても、アルミニウムニッケル混合膜やマグネシウムと同様にニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製することができる。
シリンダー状のマグネシウムニッケル（Ｍｇ2Ｎｉ）を成分とする複数のシリンダー１２と、シリンダーを取り囲むマグネシウム（Ｍｇ）を成分としたマトリックス領域１３に相分離した混合膜１１が形成される。但し、この場合における膜中のニッケルの割合は、１２ａｔｏｍｉｃ％以上７０ａｔｏｍｉｃ％以下とする必要がある。このとき、形成されるシリンダー状のマグネシウムの直径及び間隔は、マグネシウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、間隔は３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化する。アルミニウムニッケル混合膜の場合と同様に、ニッケル基板上にマグネシウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜する。そして、マトリックス領域のマグネシウム（Ｍｇ）を選択的にエッチング除去することによって、ニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製することができる。チタニウムニッケル混合膜、イットリウムニッケル混合膜、ジルコニウムニッケル混合膜においても、アルミニウムニッケル混合膜やマグネシウムと同様にニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製することができる。
上記のように、本発明の基板上に凸形状の凹凸構造を有する金型の製造方法においては、マトリックス領域をエッチング除去する。こうして、図２示すような凸形状の突起２１を有した凹凸構造を形成させているが、シリンダー部分をエッチング除去して、凹形状の細孔を有した凹凸構造を形成させることも可能である。
次に、本発明の基板上に凹形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、アルミニウムニッケル混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。
アルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜すると、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を成分とするマトリックス領域が相分離する。
アルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜すると、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を成分とするマトリックス領域が相分離する。
こうした状態で成長し、図１に示すようにシリンダー状のアルミニウム（Ａｌ）１２部分がアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）のマトリックス領域１３により分断された構造体が形成される。このとき、シリンダー状のアルミニウム（Ａｌ）１２の形状は、円柱形状、多角柱形状、円錐形状、多角錐形状等を含んでいる。
上記の基板上に凸形状の凹凸構造を有する金型の製造方法と同様に、シリンダー状のアルミニウム（Ａｌ）の直径及びシリンダーの間隔は、以下のようになる。
アルミニウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、中心間隔距離は２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化する。
アルミニウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、中心間隔距離は２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化する。
また、上記のアルミニウムニッケル混合膜の成膜プロセスにおいても、基板上に非平衡状態での成膜が可能なプロセスであれば特に限定されず、スパッタリング法等で良い。
さらに、図１で模式的に示した構造体をエッチングすることによって、アルミニウムを主成分とする複数のシリンダー部分１２を選択的に溶解して、図３に示すような凹形状部（以降、細孔と称すことにする）３１を有した凹凸構造を形成することが可能となる。
さらに、図１で模式的に示した構造体をエッチングすることによって、アルミニウムを主成分とする複数のシリンダー部分１２を選択的に溶解して、図３に示すような凹形状部（以降、細孔と称すことにする）３１を有した凹凸構造を形成することが可能となる。
つまり、基板上に凹形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、第一にニッケル基板上にアルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜する。すると第二に成膜により得られたアルミニウム（Ａｌ）を成分とする複数のシリンダーと、シリンダーを取り囲み、かつ、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を成分としたマトリックス領域とを有する混合膜を得る。
これからシリンダー部分のアルミニウム（Ａｌ）をりん酸あるいはアンモニア水等で選択的にエッチング除去して、ニッケル（Ｎｉ）あるいはアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなる金型を作製することができる。
ニッケルと相分離する材料としては、ニッケルと共晶型平衡状態図を有するアルミニウム、マグネシウム、チタニウム、イットリウム、ジルコニウムのいずれかを少なくとも１種類以上含有することができる。
ニッケルを含有する混合膜からマトリックス部分を除去して、凹凸構造が形成される。この凹凸構造は、基板上に複数配置される。
ニッケルあるいはニッケル合金からなる凹凸構造を含む型は、凸形状の複数の円柱状あるいは円錘状の凹凸構造にすることができる。
ニッケルあるいはニッケル合金からなる凹凸構造を含む型は、凸形状の複数の円柱状あるいは円錘状の凹凸構造にすることができる。
基板上に形成される２相分離構造を有する混合膜のいずれか一方の相における長軸方向の平均直径Ｄｌと短軸方向の平均直径Ｄｓの比が５以上とすることもできる。詳細は、後述する。
なお、ラメラ構造のように、前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜において、一つの方向性、配向性を持って分離構造を形成するのも好ましい。詳細は、後述する。
〔光学素子用金型の製造方法１〕
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと共晶型平衡状態図を有する材料とニッケルとの混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。ニッケルと共晶型平衡状態図を有する材料としては、以下の材料がある。
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと共晶型平衡状態図を有する材料とニッケルとの混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。ニッケルと共晶型平衡状態図を有する材料としては、以下の材料がある。
アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタニウム（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が挙げられるが、ここではアルミニウムとニッケルの混合膜を使用した場合について詳細を述べる。有限の曲率を有する光学素子の光学面全面において、反射防止機能を発現することができる光学素子を製造するためには、次のようにする。
その光学素子用金型においてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を成分とするシリンダーの形状（突起を有する金型の場合）、あるいはアルミニウム（Ａｌ）を成分とするシリンダーの形状（細孔を有する金型の場合）を制御する。
上記したように、アルミニウムニッケル混合膜において相分離させる膜厚全体の組成を変化させる。そして、膜中のニッケルの割合を５ａｔｏｍｉｃ％以上６０ａｔｏｍｉｃ％以下とする。これにより、シリンダーの直径は５ｎｍ以上３００ｎｍ以下、中心間隔距離は２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化させることができる。前記アルミニウムニッケル混合膜において相分離させる膜厚全体の組成を変化させる方法としては、成膜レートを徐々に変化させながらアルミニウムニッケル混合膜を積層させる方法がある。あるいは、少なくとも２種類以上の組成比の異なるターゲットを用いてアルミニウムニッケル混合膜を積層させる方法が挙げられる。スパッタリング法の場合は、投入電力、スパッタリング圧力、基板バイアス、基板温度等の成膜条件を制御することにより成膜レートを変化させることが可能である。こうして図４（Ａ）に示した円柱状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の円柱状のシリンダー４２を得る。さらに、図４（Ｂ）に示した膜厚方向に連続的に直径が変化する構造、すなわち円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）のシリンダー４２が形成される（突起を有する金型の場合）。
つまり、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）のシリンダーを形成する。その後、前記シリンダー部分を取り囲むアルミニウム（Ａｌ）部分を選択的にエッチング除去する。これにより、図５に示したような円柱状あるいは円錐状の突起を有するアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
あるいは、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状のアルミニウム（Ａｌ）のシリンダーを形成する。そして、前記シリンダー部分、すなわちアルミニウム（Ａｌ）部分を選択的にエッチング除去する。こうして、図３に示したような円柱状あるいは円錐状（不図示）の細孔を有するアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
さらに、反射防止特性を決定する要素である前記凹凸構造のアスペクト比や基材と雰囲気との体積比率に関しては、以下のようにする。
図５に示した円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内がよい。ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の１／２深さにおける断面積比率が４０％以上８０％以下の範囲内であることが好ましい（突起を有する金型の場合）。あるいは、図３に示した円柱状あるいは円錐状（不図示）の凹凸構造（細孔）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内がよい。そしてニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率が３０％以上７０％以下の範囲内であることが好ましい（細孔を有する金型の場合）。
図５に示した円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内がよい。ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の１／２深さにおける断面積比率が４０％以上８０％以下の範囲内であることが好ましい（突起を有する金型の場合）。あるいは、図３に示した円柱状あるいは円錐状（不図示）の凹凸構造（細孔）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内がよい。そしてニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率が３０％以上７０％以下の範囲内であることが好ましい（細孔を有する金型の場合）。
ここで、前記円柱状あるいは円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）及び前記円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率は、制御できる。具体的には、アルミニウムニッケル混合膜において相分離させる膜厚全体の組成を変化させる方法によって制御することができ、また、上記の成膜レートを考慮してスパッタ時間を制御する。
また、本発明による凹凸構造は、図３及び図５に示した円柱状あるいは円錐状を有するものに限定されるものではなく、成膜条件や組成比の組み合わせにより実現するあらゆる形状のものが含まれる。
さらに、本発明の光学素子用金型は、ニッケル基板と上記アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）のシリンダーとの間に接着層６２を設けた図６のような構造のものであっても良い。該接着層としてはチタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらを含んだ合金が好ましい。
〔光学素子用金型の製造方法２〕
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと化合物を形成しない材料とニッケルとの混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。ニッケルと化合物を形成しない材料としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等が挙げられるが、ここでは金とニッケルの混合膜を使用した場合について詳細を述べる。金とニッケルを非平衡状態で同時にスパッタリングすると、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とする複数のシリンダー部分と、シリンダーを取り囲む金（Ａｕ）（あるいはニッケル（Ｎｉ））を主成分としたマトリックス領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とするシリンダー形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、円柱形状、円錐形状よりも多角柱形状、多角錐形状等を多く含んでいる。
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと化合物を形成しない材料とニッケルとの混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。ニッケルと化合物を形成しない材料としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等が挙げられるが、ここでは金とニッケルの混合膜を使用した場合について詳細を述べる。金とニッケルを非平衡状態で同時にスパッタリングすると、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とする複数のシリンダー部分と、シリンダーを取り囲む金（Ａｕ）（あるいはニッケル（Ｎｉ））を主成分としたマトリックス領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とするシリンダー形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、円柱形状、円錐形状よりも多角柱形状、多角錐形状等を多く含んでいる。
上記と同様に、有限の曲率を有する光学素子の光学面全面において、反射防止機能を発現することができる光学素子を製造するためには、その光学素子用金型においてニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を成分とするシリンダーの形状を制御する必要がある。シリンダー形状は、金−ニッケル混合膜におけるニッケルと金の組成比を変化させることにより、直径は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、間隔は３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化させることができる。金−ニッケル混合膜におけるニッケルと金の組成比を変化させる方法としては、成膜レートを徐々に変化させながら金−ニッケル混合膜を積層させる方法がある。あるいは、少なくとも２種類以上の組成比の異なるターゲットを用いて金−ニッケル混合膜を積層させる方法が挙げられる。スパッタリング法を用いる場合は、投入電力、スパッタリング圧力、基板バイアス、基板温度等の成膜条件を制御することにより成膜レートを変化させることが可能である。上記のような方法により、図４（Ａ）に示したような円柱状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーのみならず、膜厚方向に連続的に直径が変化する構造が得られる。すなわち図４（Ｂ）に示したような円錐状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーが形成される（突起を有する金型の場合）。
つまり、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーを形成する、そして前記シリンダー部分を取り囲む金（Ａｕ）部分を金エッチング液を用いて選択的にエッチング除去する。こうして、図５に示した円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
あるいは、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状の金（Ａｕ）のシリンダーを形成する。前記シリンダー部分、すなわち金（Ａｕ）部分を選択的にエッチング除去する。こうして、図３に示したような円柱状あるいは円錐状（不図示）の細孔を有するニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
さらに、反射防止特性を決定する要素である前記凹凸構造のアスペクト比や基材と雰囲気との体積比率に関しては、以下の範囲がよい。
図５に示した円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内である。ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の金ニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の１／２深さにおける断面積比率が４０％以上８０％以下の範囲内であることが好ましい（突起を有する金型の場合）。あるいは、図３に示した円柱状あるいは円錐状（不図示）の凹凸構造（細孔）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内である。そして、ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率が３０％以上７０％以下の範囲内であることが好ましい（細孔を有する金型の場合）。
図５に示した円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内である。ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の金ニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の１／２深さにおける断面積比率が４０％以上８０％以下の範囲内であることが好ましい（突起を有する金型の場合）。あるいは、図３に示した円柱状あるいは円錐状（不図示）の凹凸構造（細孔）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内である。そして、ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率が３０％以上７０％以下の範囲内であることが好ましい（細孔を有する金型の場合）。
ここで、前記円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）及び前記円柱状あるいは円錐状の凹凸構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率は、以下のようにして制御できる。
上記したような金−ニッケル混合膜における金とニッケルの組成比を変化させる方法によって制御することができ、また、上記の成膜レートを考慮してスパッタ時間を制御することにより所望の該凹凸構造の深さが得られる。
また、本発明による凹凸構造は、図３及び図５に示した円柱状あるいは円錐状を有するものに限定されるものではなく、成膜条件や組成比の組み合わせにより実現する、あらゆる形状のものが含まれる。
さらに、本発明の光学素子用金型は、ニッケル基板と上記ニッケル（Ｎｉ）のシリンダーとの間に接着層６３を設けた図６のような構造のものであっても良く、該接着層としてはチタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらを含んだ合金が好ましい。
なお、上述の説明では、金とニッケルとの混合膜について説明しているが、本発明は、Ｎｉと酸化物との混合膜をも包含する。前記酸化物とは、ＭｇＯやＳｉＯ2などである。製造方法２で説明した方法において、銀や金に替えて、酸化物を用いるのである。基本的な製造方法は、前述の製造方法２と同様であるが、スパッタ時の基板温度は６００℃程度にするのがよい。
以下に、Ｎｉと酸化物とからなる混合用いた場合について説明する。
〔光学素子用金型の製造方法３〕
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと酸化物との混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。酸化物の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられるが、ここでは酸化シリコン（ＳｉＯ2）とニッケルの混合膜を使用した場合について詳細を述べる。
〔光学素子用金型の製造方法３〕
本発明の光学素子用金型の製造方法について、ニッケルと酸化物との混合膜を使用した場合の製造方法について説明する。酸化物の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられるが、ここでは酸化シリコン（ＳｉＯ2）とニッケルの混合膜を使用した場合について詳細を述べる。
酸化シリコン（ＳｉＯ2）とニッケルを非平衡状態で同時にスパッタリングすると以下のようになる。
即ち、ニッケル（あるいは酸化シリコン）を主成分とする複数のシリンダー部分と、シリンダーを取り囲む酸化シリコン（あるいはニッケル）を主成分としたマトリックス領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2））を主成分とするシリンダー形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、円柱形状、円錐形状よりも多角柱形状、多角錐形状等を多く含んでいる。
即ち、ニッケル（あるいは酸化シリコン）を主成分とする複数のシリンダー部分と、シリンダーを取り囲む酸化シリコン（あるいはニッケル）を主成分としたマトリックス領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2））を主成分とするシリンダー形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、円柱形状、円錐形状よりも多角柱形状、多角錐形状等を多く含んでいる。
上記と同様に、有限の曲率を有する光学素子の光学面全面において、反射防止機能を発現することができる光学素子を製造するためには、形状の制御が必要である。つまり、その光学素子用金型においてニッケル（Ｎｉ）（あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2））を成分とするシリンダーの形状を制御する必要がある。シリンダー形状は、酸化シリコン−ニッケル混合膜におけるニッケルと酸化シリコン（ＳｉＯ2）の組成比を変化させることにより、直径は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、間隔は３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化させることができる。酸化シリコン−ニッケル混合膜におけるニッケルと酸化シリコンの組成比を変化させる方法としては、以下の方法がある。
成膜レートを徐々に変化させながら酸化シリコン−ニッケル混合膜を積層させる方法、あるいは、少なくとも２種類以上の組成比の異なるターゲットを用いて酸化シリコン−ニッケル混合膜を積層させる方法が挙げられる。スパッタリング法を用いる場合は、投入電力、スパッタリング圧力、基板バイアス、基板温度等の成膜条件を制御することにより成膜レートを変化させることが可能である。上記のような方法により、図４（Ａ）に示したような円柱状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーのみならず、膜厚方向に連続的に直径が変化する構造が形成される。すなわち図４（Ｂ）に示したような円錐状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーが形成される（突起を有する金型の場合）。
つまり、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）のシリンダーを形成する。そして、前記シリンダー部分を取り囲む酸化シリコン（ＳｉＯ2）部分をアルカリ性のエッチング液を用いて選択的にエッチング除去する。こうして、図５に示した円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の微細構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
あるいは、ニッケル基板上に上記の方法で円柱状あるいは円錐状の酸化シリコン（ＳｉＯ2）のシリンダーを形成し、かつ前記シリンダー部分、すなわち酸化シリコン（ＳｉＯ2）部分を選択的にエッチング除去する。こうすることにより、図３に示したような円柱状あるいは円錐状（不図示）の細孔を有するニッケル（Ｎｉ）の微細構造からなる光学素子用金型を作製することができる。
さらに、反射防止特性を決定する要素である前記微細構造のアスペクト比や基材と雰囲気との体積比率に関しては、図５に示した円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内である。ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の１／２深さにおける断面積比率が４０％以上８０％以下の範囲内であることが好ましい（突起を有する金型の場合）。あるいは、図３に示した円柱状あるいは円錐状（不図示）の微細構造（細孔）の深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にするのがよい。そして、ニッケル基板に対して該円柱状あるいは円錐状の微細構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率が３０％以上７０％以下の範囲内であることが好ましい（細孔を有する金型の場合）。
ここで、前記円柱状あるいは円錐状のニッケル（Ｎｉ）の微細構造（突起）及び前記円柱状あるいは円錐状の微細構造（細孔）の１／２深さにおける断面積比率は、制御できる。具体的には、上記したようなニッケル−酸化シリコン混合膜におけるニッケルと酸化シリコンの組成比を変化させる方法によって制御することができる。また、上記の成膜レートを考慮してスパッタ時間を制御することにより所望の該微細構造の深さが得られる。
また、本発明による微細構造は、図３及び図５に示した円柱状あるいは円錐状を有するものに限定されるものではなく、成膜条件や組成比の組み合わせにより実現する、あらゆる形状のものが含まれる。
さらに、本発明の光学素子用金型は、ニッケル基板と上記ニッケル（Ｎｉ）のシリンダーとの間に接着層６２を設けた図６のような構造のものであっても良く、該接着層としてはチタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらを含んだ合金が好ましい。
以下に本発明による実施例について述べる。
実施例１
本実施例１は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
実施例１
本実施例１は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例の金型で得られる光学素子の断面を模式的に示した模式図である。同図７（Ａ）は光学面のベース形状が凸面の場合を示しており、同図７（Ｂ）は光学面のベース形状が凹面の場合を示している。
同図７（Ａ）及び（Ｂ）において７１は有限の曲率（無限遠を除く有限の曲率）を有する光学素子（光学部材）であり、その光学面のベース形状が凸面、もしくは凹面で形成されている。本実施例における光学素子７１の光学面は、例えば屈折面より成っている。
図８（Ａ）は本発明の実施例の金型で得られる複数の細孔の断面を模式的に示した模式図である。
図中の８２は微細な細孔（凹形状部）であり、反射防止機能を有し、有限な曲率を有する光学素子８１の面（ベース形状が凹面もしくは凸面）上に、ランダムに複数設けられている。この複数の細孔８２は各々略同一の凹形状より成り、かつ光学素子８１の面の法線方向に独立して形成されている。
図中の８２は微細な細孔（凹形状部）であり、反射防止機能を有し、有限な曲率を有する光学素子８１の面（ベース形状が凹面もしくは凸面）上に、ランダムに複数設けられている。この複数の細孔８２は各々略同一の凹形状より成り、かつ光学素子８１の面の法線方向に独立して形成されている。
ここで反射防止機能とは鏡面の反射率に比較して前記細孔を配した面の反射率を低減させる機能、好ましくは反射率が１％以下とすることを称す。また凹形状とは、一部が陥没している形状を称し、例えば円柱形状、円錐形状、多角柱形状、多角錐形状等を含む。
尚、複数の細孔８２は、独立した細孔が含まれているが、接合された細孔を含ませても良い。また複数の細孔８２は、有限な曲率を有する光学素子の面上にモールド成形より形成されている。
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例の金型で得られる複数の細孔の配列を模式的に示した模式図である。同図（Ａ）は複数の細孔９２を有限な曲率を有する光学素子の面上にランダムに配置した本実施例の場合を示しており、同図（Ｂ）は複数の細孔９２が、有限な曲率を有する光学素子の面上に三角格子状に配置された場合を示している。
本実施例において、複数の細孔９２のうち、隣接する細孔９２の中心間隔距離をＤ、使用する波長をλとするとき、
なる条件を満足するように設定している。
ここで、条件式（１）は隣接する細孔９２の中心間隔距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（１）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、後述する細孔と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
ここで、条件式（１）は隣接する細孔９２の中心間隔距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（１）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、後述する細孔と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
尚、隣接する細孔の中心間隔距離Ｄとは、三角格子状に近似配列した際の中心間距離を称す。つまり図９（Ａ）に示すように測定領域内の全ての細孔に対して、直近６個の細孔に対する中心間距離の平均を各々求め、それらの平均値をその配列での細孔の中心間距離とする。
本実施例では、上記のような略同一凹形状の複数の細孔を有限の曲率を有する光学素子の面上に、該面の法線方向に独立して形成しており、これにより光学面全面に均一なる反射防止特性を発現している。
本実施例において反射防止機能が発現するためには、隣り合う細孔の間隔は０次回折光が発生しないと言われている光学素子の設計波長λの１／２以下であることが特に好適である。
そこで、本実施例では、隣接する細孔の中心間隔距離Ｄが上記条件式（１）を満たすように設定することにより、反射防止機能を発現している。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、細孔の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、細孔の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、細孔の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、細孔の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
本実施例では、上記のように凹形状の複数の細孔を有限な曲率を有する光学素子の面上にランダムに配置している。すなわち、細孔を配置する際にある規則性を持たせた場合には、波長に対して鋭い反射防止特性を得る利点があるものの、光学特性に角度依存性が生まれる恐れがある。例えば、碁盤目状に規則的に直交配列した場合、細孔の間隔は配列に沿ったときが最も短く、配列に４５度の向きに最も長い間隔となるため、光の入射方向によって光学特性がシフトすることになる。
そこで本実施例では、光の入射方向に依存せず安定した光学特性を得るために、凹形状の複数の細孔をランダムに配置している。
一般に、波長よりも短いピッチで屈折率の異なる２つの物質が混在しているとき、混在している領域の屈折率ｎ１２は、２つの物質の屈折率（ｎ１、ｎ２）と単位体積あたりに占める各々の体積（ｆｆ１、ｆｆ２）によって、次式（２）で表すことができる。
一般に、波長よりも短いピッチで屈折率の異なる２つの物質が混在しているとき、混在している領域の屈折率ｎ１２は、２つの物質の屈折率（ｎ１、ｎ２）と単位体積あたりに占める各々の体積（ｆｆ１、ｆｆ２）によって、次式（２）で表すことができる。
このとき混在領域に２つの物質だけが存在しているとき、
であり、物質１から物質２へ、あるいは物質２から物質１へ光が垂直に入射する場合、その混在領域の等価屈折率ｎ１２は
であるときに最も反射防止効果が高くなる。
例えば、細孔に大気が充満している場合、該細孔の壁を構成する物質（本実施例ではアルミニウムニッケル）の屈折率をｎとすると、最も反射防止効果が高くなる細孔の単位体積あたりに占める比率ｆｆは次式（５）で表される。
例えば、細孔に大気が充満している場合、該細孔の壁を構成する物質（本実施例ではアルミニウムニッケル）の屈折率をｎとすると、最も反射防止効果が高くなる細孔の単位体積あたりに占める比率ｆｆは次式（５）で表される。
仮に細孔を形成した光学面が大気と接する最表面であり、該細孔の壁を構成する材料の屈折率ｎが１．５６の場合、垂直入射に対して最大の反射防止効果を得るには、式（５）より細孔が占める体積比率はおよそ５６％であることが特に好ましい。また、体積比率の最適値は、細孔の壁を構成する材料の屈折率ばかりでなく、光の入射角および偏光によって適宜設定されるが、経験的には３５％以上６２％以下の体積比率で細孔を構成することが所望の反射防止特性が得られる上で特に好ましい。
このように、本実施例では、上記のような有限の曲率を有する光学素子の面上に反射防止機能を有する凹形状の複数の細孔を設けることにより、光学面全面に均一なる反射防止特性を発現している。
実施例２
本実施例２は、ニッケル基板上に凹形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例２は、ニッケル基板上に凹形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
図８（Ｂ）は本発明の実施例の金型で得られる複数の細孔の断面を模式的に示した模式図である。
図中の８３は微細な突起（凸形状部）であり、反射防止機能を有し、有限な曲率を有する光学素子８１の面（ベース形状が凹面もしくは凸面）上に、ランダムに複数設けられている。この複数の突起８３は各々略同一の凸形状より成り、かつ光学素子８１の面の法線方向に独立して形成されている。
図中の８３は微細な突起（凸形状部）であり、反射防止機能を有し、有限な曲率を有する光学素子８１の面（ベース形状が凹面もしくは凸面）上に、ランダムに複数設けられている。この複数の突起８３は各々略同一の凸形状より成り、かつ光学素子８１の面の法線方向に独立して形成されている。
ここで反射防止機能とは鏡面の反射率に比較して前記突起を配した面の反射率を低減させる機能、好ましくは反射率が１％以下とすることを称す。また凸形状とは、一部が突出している形状を称し、例えば円柱形状、円錐形状、多角柱形状、多角錐形状等を含む。
尚、複数の突起８３は、独立した突起が含まれているが、接合された突起を含ませても良い。また複数の突起８３は、有限な曲率を有する光学素子の面上にモールド成形より形成されている。
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例の金型で得られる複数の細孔（実施例１）あるいは突起（実施例２）の配列を模式的に示した模式図である。実施例２において同図９（Ａ）は複数の突起９２を有限な曲率を有する光学素子の面上にランダムに配置した本実施例の場合を示しており、同図９（Ｂ）は複数の突起９２が、有限な曲率を有する光学素子の面上に三角格子状に配置された場合を示している。
本実施例において、複数の突起９２のうち、隣接する突起９２の中心間隔距離をＤ、使用する波長をλとするとき、
なる条件を満足するように設定している。
ここで、条件式（６）は隣接する突起９２の中心間隔距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（６）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、突起と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
ここで、条件式（６）は隣接する突起９２の中心間隔距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（６）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、突起と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
尚、隣接する突起の中心間隔距離Ｄとは、三角格子状に近似配列した際の中心間距離を称す。つまり図９（Ａ）に示すように測定領域内の全ての細孔に対して、直近６個の突起に対する中心間距離の平均を各々求め、それらの平均値をその配列での突起の中心間距離とする。
本実施例では、上記のような略同一凸形状の複数の突起を有限の曲率を有する光学素子の面上に、該面の法線方向に独立して形成しており、これにより光学面全面に均一なる反射防止特性を発現している。
本実施例において反射防止機能が発現するためには、隣り合う突起の間隔は０次回折光が発生しないと言われている光学素子の設計波長λの１／２以下であることが特に好適である。
そこで、本実施例では、隣接する突起の中心間隔距離Ｄが上記条件式（６）を満たすように設定することにより、反射防止機能を発現している。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、突起の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、突起の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、突起の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、突起の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
本実施例では、上記のように凸形状の複数の突起を有限な曲率を有する光学素子の面上にランダムに配置している。すなわち、突起を配置する際にある規則性を持たせた場合には、波長に対して鋭い反射防止特性を得る利点があるものの、光学特性に角度依存性が生まれる恐れがある。例えば、碁盤目状に規則的に直交配列した場合、突起の間隔は配列に沿ったときが最も短く、配列に４５度の向きに最も長い間隔となるため、光の入射方向によって光学特性がシフトすることになる。
そこで本実施例では、光の入射方向に依存せず安定した光学特性を得るために、凸形状の突起をランダムに配置している。
このとき、実施例１と同様に、反射防止特性に関して以下のように説明できる。
このとき、実施例１と同様に、反射防止特性に関して以下のように説明できる。
一般に、波長よりも短いピッチで屈折率の異なる２つの物質が混在しているとき、混在している領域の屈折率ｎ１２は、２つの物質の屈折率（ｎ１、ｎ２）と単位体積あたりに占める各々の体積（ｆｆ１、ｆｆ２）によって、次式（７）で表すことができる。
このとき混在領域に２つの物質だけが存在しているとき、
であり、物質１から物質２へ、あるいは物質２から物質１へ光が垂直に入射する場合、その混在領域の等価屈折率ｎ１２は
であるときに最も反射防止効果が高くなる。
例えば、突起に大気が充満している場合、突起の壁を構成する物質（本実施例ではアルミニウムニッケル）の屈折率をｎとすると、最も反射防止効果が高くなる突起の単位体積あたりに占める比率ｆｆは次式（１０）で表される。
例えば、突起に大気が充満している場合、突起の壁を構成する物質（本実施例ではアルミニウムニッケル）の屈折率をｎとすると、最も反射防止効果が高くなる突起の単位体積あたりに占める比率ｆｆは次式（１０）で表される。
仮に突起を形成した光学面が大気と接する最表面であり、該突起の壁を構成する材料の屈折率ｎが１．５６の場合、垂直入射に対して最大の反射防止効果を得るには、式（１０）より突起が占める体積比率はおよそ４４％であることが特に好ましい。また、体積比率の最適値は、突起の壁を構成する材料の屈折率ばかりでなく、光の入射角および偏光によって適宜設定されるが、経験的には３８％以上６５％以下の体積比率で突起を構成することが所望の反射防止特性が得られる上で特に好ましい。
このように、本実施例では、上記のような有限の曲率を有する光学素子の面上に反射防止機能を有する凸形状の複数の突起を設けることにより、光学面全面に均一なる反射防止特性を発現している。
次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
尚、本発明の製造方法は以下に示す製造方法に限定されるものではない。また、本発明では７８０ｎｍのＰ偏光レーザーの反射防止を対象としているが、本発明により得られる光学素子の反射防止特性は単波長レーザーに限られるものではなく、可視光、紫外光、赤外光に対しても適用可能である。
尚、本発明の製造方法は以下に示す製造方法に限定されるものではない。また、本発明では７８０ｎｍのＰ偏光レーザーの反射防止を対象としているが、本発明により得られる光学素子の反射防止特性は単波長レーザーに限られるものではなく、可視光、紫外光、赤外光に対しても適用可能である。
本発明では、ニッケルと相分離する材料とニッケルの成膜工程により得られた構造体から形成される、円柱状あるいは円錐状の突起を有するニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用金型の製造工程を行う。その後、該金型を用いて該突起を転写させることで細孔を形成する素子形成工程とを用いて光学素子を形成している。
または、ニッケルと相分離する材料とニッケルの成膜工程により得られた構造体から形成される、円柱状あるいは円錐状の細孔を有するニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用金型の製造工程を行う。そして、該金型を用いて該細孔を転写させることで突起を形成する素子形成工程とを用いて光学素子を形成している。
前記〔光学素子用金型の製造方法〕しているように、円柱状あるいは円錐状の突起（あるいは細孔）の周期および孔径は、適宜条件を選択することで制御することが可能である。
つまり、スパッタリング法によって成膜条件を適宜選択することにより、金型表面全面に一括して所望の突起（あるいは細孔）を形成することができ、短時間にかつ安価にＳＷＳを形成することが可能である。
また、金型に形成した突起（あるいは細孔）を転写させる手段としては、インジェクション、レプリカ、プレス、注型などいずれの成形手段でも構わないが、基体と共にＳＷＳを効率良く転写成形できるインジェクションおよびプレス成形が特に好適である。また、金型から離型する際、突起（あるいは細孔）の向きと離型方向は必ずしも平行でない。しかし、突起（あるいは細孔）が転写されて形成された細孔（あるいは突起）がある程度の変形を許容できるうちに、例えば細孔が完全に凝固する前に離型することで容易に離型することできる。
［光学素子の製造方法１］
本実施例１に関わる光学素子の製造方法１は、ニッケル基板上に円柱状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例１に関わる光学素子の製造方法１は、ニッケル基板上に円柱状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法１について説明する。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（５０．８ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。そして、該アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２を取り囲むアルミニウムマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬する。こうしてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分を取り囲むアルミニウムを溶解させ、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（５０．８ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。そして、該アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２を取り囲むアルミニウムマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬する。こうしてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分を取り囲むアルミニウムを溶解させ、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、ランダムな配列の無数の突起が金型表面に垂直に立っている。画像処理にて突起の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍの周期であった。上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の細孔が観察され、個々の柱状の細孔は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて細孔の中心位置を求め、隣接６個の柱状の細孔との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍであり、金型の突起を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の細孔の高さを測定したところ、細孔の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１６０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ４４％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ０．７％であった。
［光学素子の製造方法２］
本実施例に関わる光学素子の製造方法２は、ニッケル基板上に円錐状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例に関わる光学素子の製造方法２は、ニッケル基板上に円錐状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法２について説明する。
光学素子の製造方法１と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりアルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法１と同様に、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものである。該アルミニウムターゲット上に配置する該ニッケルチップの数量が異なるものを三種類（ターゲットＡ、ターゲットＢ、ターゲットＣ）用意した。膜中のニッケルの割合はＡ＞Ｂ＞Ｃとした。はじめに、ターゲットＡを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。次に、ターゲットＡへの投入電力を遮断後、引き続きターゲットＢを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。ターゲットＢへの投入電力を遮断後、最後にターゲットＣを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。成膜終了後、アルミニウムニッケル混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。そして、該アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２を取り囲むアルミニウムマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、アルミニウムニッケルの組成比が異なるターゲットによってアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させた。その結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる、すなわち円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
光学素子の製造方法１と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりアルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法１と同様に、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものである。該アルミニウムターゲット上に配置する該ニッケルチップの数量が異なるものを三種類（ターゲットＡ、ターゲットＢ、ターゲットＣ）用意した。膜中のニッケルの割合はＡ＞Ｂ＞Ｃとした。はじめに、ターゲットＡを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。次に、ターゲットＡへの投入電力を遮断後、引き続きターゲットＢを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。ターゲットＢへの投入電力を遮断後、最後にターゲットＣを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。成膜終了後、アルミニウムニッケル混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。そして、該アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分４２を取り囲むアルミニウムマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、アルミニウムニッケルの組成比が異なるターゲットによってアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させた。その結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる、すなわち円錐状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
そして、前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬した。これによりアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分を取り囲むアルミニウムを溶解させ、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、ランダムな配列の無数の突起が金型表面に垂直に立っていた。画像処理にて突起の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍの周期であった。
上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の細孔が観察され、個々の柱状の細孔は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて細孔の中心位置を求め、隣接６個の柱状の細孔との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍであり、金型の突起を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の細孔の高さを測定したところ、細孔の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１８０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ４６％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ０．６％であった。
［光学素子の製造方法３］
本実施例２に関わる光学素子の製造方法３は、ニッケル基板上に円柱状の凹凸構造（細孔）を有するアルミニウムニッケルからなる光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例２に関わる光学素子の製造方法３は、ニッケル基板上に円柱状の凹凸構造（細孔）を有するアルミニウムニッケルからなる光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法３について説明する。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウム（Ａｌ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該アルミニウム（Ａｌ3）部分４２を取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬した。こうしてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分に取り囲まれたアルミニウムのシリンダーを溶解させ、円柱状の細孔を金型表面に有するアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなるｆθ用金型を得た。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウム（Ａｌ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該アルミニウム（Ａｌ3）部分４２を取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬した。こうしてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分に取り囲まれたアルミニウムのシリンダーを溶解させ、円柱状の細孔を金型表面に有するアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなるｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、ランダムな配列の無数の細孔が金型表面に垂直に立っている。画像処理にて細孔の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍの周期であった。上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の突起が観察され、個々の柱状の突起は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて突起の中心位置を求め、隣接６個の柱状の突起との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った突起の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍであり、金型の細孔を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の突起の高さを測定したところ、突起の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１６０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ５４％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ１．４％であった。
［光学素子の製造方法４］
本実施例２に関わる光学素子の製造方法４は、ニッケル基板上に円錐状の凹凸構造（突起）を有するアルミニウムニッケルからなる光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例２に関わる光学素子の製造方法４は、ニッケル基板上に円錐状の凹凸構造（突起）を有するアルミニウムニッケルからなる光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法４について説明する。
光学素子の製造方法３と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりアルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法３と同様に、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものである。該アルミニウムターゲット上に配置する該ニッケルチップの数量が異なるものを三種類（ターゲットＡ、ターゲットＢ、ターゲットＣ）用意した。膜中のニッケルの割合はＡ＞Ｂ＞Ｃとした。はじめに、ターゲットＡを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。次に、ターゲットＡへの投入電力を遮断後、引き続きターゲットＢを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。ターゲットＢへの投入電力を遮断後、最後にターゲットＣを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。成膜終了後、アルミニウムニッケル混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウム（Ａｌ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該アルミニウム（Ａｌ）部分４２を取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、アルミニウムニッケルの組成比が異なるターゲットによってアルミニウム（Ａｌ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させて成膜した結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる。すなわち円錐状のアルミニウム（Ａｌ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
光学素子の製造方法３と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりアルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法３と同様に、アルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものである。該アルミニウムターゲット上に配置する該ニッケルチップの数量が異なるものを三種類（ターゲットＡ、ターゲットＢ、ターゲットＣ）用意した。膜中のニッケルの割合はＡ＞Ｂ＞Ｃとした。はじめに、ターゲットＡを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。次に、ターゲットＡへの投入電力を遮断後、引き続きターゲットＢを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。ターゲットＢへの投入電力を遮断後、最後にターゲットＣを用いて投入電力ＲＦ４０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度３００℃にて１０分間成膜を行った。成膜終了後、アルミニウムニッケル混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜４１において、アルミニウム（Ａｌ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該アルミニウム（Ａｌ）部分４２を取り囲むアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、アルミニウムニッケルの組成比が異なるターゲットによってアルミニウム（Ａｌ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させて成膜した結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる。すなわち円錐状のアルミニウム（Ａｌ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
そして、前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬する。こうしてアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分に取り囲まれたアルミニウムのシリンダーを溶解させ、円錐状の細孔を金型表面に有するアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなるｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。ランダムな配列の無数の細孔が金型表面に垂直に立っており、画像処理にて細孔の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍの周期であった。
上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の突起が観察され、個々の柱状の突起は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて突起の中心位置を求め、隣接６個の柱状の突起との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った突起の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍであり、金型の細孔を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の細孔の高さを測定したところ、細孔の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１８０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ５２％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ１．２％であった。
比較例１
次に製造方法１および製造方法２に対しての比較例を説明する。
ｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、製造方法１および製造方法２と同様に射出成形を行ったところ、自由曲面鏡面を有するｆθレンズが得られた。
次に製造方法１および製造方法２に対しての比較例を説明する。
ｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、製造方法１および製造方法２と同様に射出成形を行ったところ、自由曲面鏡面を有するｆθレンズが得られた。
このようにして得られた光学素子を走査型電子顕微鏡で観察したところ、平滑な面だけが観察され、分光光度計により波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ４．３％であった。
［光学機器］
本発明の光学素子はカメラやビデオカメラをはじめとする撮像機器、あるいは液晶プロジェクタやディスプレイ、電子写真機器の光走査装置をはじめとする投影機器などに適用できる。例えば電子写真機器の光走査装置において、結象光学手段を構成するｆθレンズの入射面あるいは入出射面の両面に複数の細孔を形成したｆθレンズを搭載すれば良好なる反射特性が得られる。
本発明の光学素子はカメラやビデオカメラをはじめとする撮像機器、あるいは液晶プロジェクタやディスプレイ、電子写真機器の光走査装置をはじめとする投影機器などに適用できる。例えば電子写真機器の光走査装置において、結象光学手段を構成するｆθレンズの入射面あるいは入出射面の両面に複数の細孔を形成したｆθレンズを搭載すれば良好なる反射特性が得られる。
［光走査装置］
図１０は上記の製造方法１で製造された光学素子を含むｆθレンズを電子写真機器等の光走査装置の結像光学手段に適用したときの要部概略図である。
図１０は上記の製造方法１で製造された光学素子を含むｆθレンズを電子写真機器等の光走査装置の結像光学手段に適用したときの要部概略図である。
同図において１は光源手段（半導体レーザー）であり、例えばシングルビームレーザもしくはマルチビームレーザ等より成っている。２はコリメーターレンズであり、光源手段１から放射された光束を略平行光束に変換している。３は開口絞りであり、通過光束を制限してビーム形状を整形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向にのみ所定のパワーを有しており、開口絞り３を通過した光束を副走査断面内で後述する光偏向器５の偏向面（反射面）５ａにほぼ線像として結像させている。
５は偏向手段としての光偏向器であり、例えば４面構成のポリゴンミラー（回転多面鏡）より成っており、モーター等の駆動手段（不図示）により図中矢印Ａ方向に一定速度で回転している。
６は集光機能とｆθ特性とを有する結像光学手段としてのｆθレンズ系であり、前述した製造方法１〜４のいずれかで製造された第１、第２の２枚のｆθレンズ６ａ、６ｂより成る。該第１、第２の２枚のｆθレンズ６ａ、６ｂの入射面及び射出面６ａ１、６ａ２・６ｂ１、６ｂ２に複数の細孔１２を形成している。光偏向器５によって反射偏向された画像情報に基づく光束を被走査面としての感光ドラム面７上に結像させ、かつ副走査断面内において光偏向器５の偏向面５ａと感光ドラム面７との間を共役関係にする。これにより、倒れ補正機能を有している。
７は被走査面としての感光ドラム面である。
本実施形態において半導体レーザー１から出射した光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は第１、第２のｆθレンズ６ａ、６ｂを介して感光ドラム面７上にスポット状に結像される。該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
本実施形態において半導体レーザー１から出射した光束はコリメーターレンズ２により略平行光束に変換され、開口絞り３によって該光束（光量）が制限され、シリンドリカルレンズ４に入射している。シリンドリカルレンズ４に入射した略平行光束のうち主走査断面においてはそのままの状態で射出する。また副走査断面内においては収束して光偏向器５の偏向面５ａにほぼ線像（主走査方向に長手の線像）として結像している。そして光偏向器５の偏向面５ａで反射偏向された光束は第１、第２のｆθレンズ６ａ、６ｂを介して感光ドラム面７上にスポット状に結像される。該光偏向器５を矢印Ａ方向に回転させることによって、該感光ドラム面７上を矢印Ｂ方向（主走査方向）に等速度で光走査している。これにより記録媒体としての感光ドラム面７上に画像記録を行なっている。
上記構成によりｆθレンズ（光学素子）の入射面での反射光量を抑えてゴースト等の不具合を防ぎ、あるいは出射面の透過光量を高めることで高輝度、省エネを実現することができる。更に上記構成により反射防止機能を有する安価なｆθレンズを用いることが可能となり、特に複数の同素子を搭載する光学機器においては個数に応じたコスト削減が可能となる。
尚、上記の光走査装置においては、第１、第２のｆθレンズ６ａ、６ｂの入射面及び射出面６ａ１、６ａ２・６ｂ１、６ｂ２に複数の細孔１２を形成した。これに限らず、一方のｆθレンズでもよく、また入射面及び射出面の両面に限らず、一方の面であっても良い。
［画像形成装置］
図１１は、図１０に示した構成を有する光走査装置を用いた本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１１において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、図５に示した構成を有する光走査装置１００に入力される。そして、この光走査装置１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
図１１は、図１０に示した構成を有する光走査装置を用いた本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１１において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、図５に示した構成を有する光走査装置１００に入力される。そして、この光走査装置１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、前記光走査装置１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図５において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図１１において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
図５においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明したデータの変換だけでなく、モータ１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査装置内のポリゴンモータなどの制御を行う。
この画像形成装置を用いて、繰り返し、パターン画像及び写真画像を出力したところ、ゴースト現象は発生せず、耐久性においても何ら問題点はなかった。
［カラー画像形成装置］
図１２は図１０に示した構成を有する光走査装置を複数用いた本発明の実施形態のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１２において、１６０はカラー画像形成装置、１６１、１６２、１６３、１６４は各々図４に示した構成を有する光走査装置である。１２１、１２２、１２３、１２４は各々像担持体としての感光ドラム、１３１、１３２、１３３、１３４は各々現像器、１５１は搬送ベルトである。
図１２は図１０に示した構成を有する光走査装置を複数用いた本発明の実施形態のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１２において、１６０はカラー画像形成装置、１６１、１６２、１６３、１６４は各々図４に示した構成を有する光走査装置である。１２１、１２２、１２３、１２４は各々像担持体としての感光ドラム、１３１、１３２、１３３、１３４は各々現像器、１５１は搬送ベルトである。
図１２において、カラー画像形成装置１６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ１５３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１６１、１６２、１６３、１６４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム１４１、１４２、１４３、１４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４の感光面が主走査方向に走査される。
本実施形態におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１６１、１６２、１６３、６４）を４個並べる。各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
本実施形態におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１６１、１６２、１６３、１６４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
前記外部機器１５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置１６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
実施例３
本実施例３は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例３は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例３では、実施例１と同様に有限の曲率を有する光学素子の面上に反射防止機能を有する凹形状の複数の細孔を設けることにより、光学面全面に均一なる反射防止特性を発現している。
〔光学素子の製造方法３〕
本実施例３に関わる光学素子の製造方法３は、ニッケル基板上に円柱状のニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例３に関わる光学素子の製造方法３は、ニッケル基板上に円柱状のニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法３について説明する。
光学素子の製造方法１および２と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりニッケル−酸化シリコン混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、ニッケル−酸化シリコン混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径２インチ（５０．８ｍｍ）のニッケルターゲットと酸化シリコンターゲットの二つのターゲットとした。成膜条件は、ニッケルターゲットの投入電力をＲＦ３０Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ７０Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃として、所望の膜厚になるまで２つのターゲットによる同時成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したニッケル−酸化シリコン混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたニッケル−酸化シリコン混合膜４１において、ニッケル（Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該ニッケル（Ｎｉ）部分４２を取り囲む酸化シリコン（ＳｉＯ2）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆する。該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してニッケル（Ｎｉ）部分を取り囲む酸化シリコン（ＳｉＯ2）を溶解させ、ニッケル（Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
光学素子の製造方法１および２と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりニッケル−酸化シリコン混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、ニッケル−酸化シリコン混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径２インチ（５０．８ｍｍ）のニッケルターゲットと酸化シリコンターゲットの二つのターゲットとした。成膜条件は、ニッケルターゲットの投入電力をＲＦ３０Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ７０Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃として、所望の膜厚になるまで２つのターゲットによる同時成膜を行った。図４（Ａ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したニッケル−酸化シリコン混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたニッケル−酸化シリコン混合膜４１において、ニッケル（Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成される。該ニッケル（Ｎｉ）部分４２を取り囲む酸化シリコン（ＳｉＯ2）マトリックス領域４３が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆する。該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してニッケル（Ｎｉ）部分を取り囲む酸化シリコン（ＳｉＯ2）を溶解させ、ニッケル（Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、ランダムな配列の無数の突起が金型表面に垂直に立っているのがわかる。画像処理にて突起の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍの周期であった。上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の細孔が観察される。個々の柱状の細孔は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて細孔の中心位置を求め、隣接６個の柱状の細孔との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ３００ｎｍであり、金型の突起を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の細孔の高さを測定したところ、細孔の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１６０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ４６％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ０．６％であった。
［光学素子の製造方法４］
本実施例３に関わる光学素子の製造方法４は、ニッケル基板上に円錐状のニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例３に関わる光学素子の製造方法４は、ニッケル基板上に円錐状のニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法４について説明する。
光学素子の製造方法３と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりニッケル−酸化シリコン混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法３と同様に、ニッケル−酸化シリコン混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径２インチ（５０．８ｍｍ）のニッケルターゲットと酸化シリコンターゲットの二つのターゲットとした。成膜条件は、２つのターゲットへの投入電力を段階的に切り替える方法を採用した。まず第１段階として、ニッケルターゲットの投入電力をＲＦ５８Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ０Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。次に、第２段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ４６Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ２８Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。引き続き、第３段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ３５Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ５５Ｗとする。第４段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ２３Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ８３Ｗとする。第５段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ１２Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ１１０Ｗとする。各段階においてアルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。以上、５段階の投入電力の切り替えによる成膜終了後、ニッケル−酸化シリコン混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したニッケル−酸化シリコン混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたニッケル−酸化シリコン混合膜４１において、ニッケル（Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成され、該ニッケル（Ｎｉ）部分４２を取り囲む酸化シリコンマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、投入電力を切り替えてニッケル−酸化シリコンの組成比を変化させることによってニッケル（Ｎｉ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させて成膜できる。その結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる、すなわち円錐状のニッケル（Ｎｉ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
光学素子の製造方法３と同様に、まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングによりニッケル−酸化シリコン混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、光学素子の製造方法３と同様に、ニッケル−酸化シリコン混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。使用したターゲットは、直径２インチ（５０．８ｍｍ）のニッケルターゲットと酸化シリコンターゲットの二つのターゲットとした。成膜条件は、２つのターゲットへの投入電力を段階的に切り替える方法を採用した。まず第１段階として、ニッケルターゲットの投入電力をＲＦ５８Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ０Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。次に、第２段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ４６Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ２８Ｗとし、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。引き続き、第３段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ３５Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ５５Ｗとする。第４段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ２３Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ８３Ｗとする。第５段階として、ニッケルターゲットへの投入電力をＲＦ１２Ｗ、かつ、酸化シリコンターゲットの投入電力をＲＦ１１０Ｗとする。各段階においてアルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度６００℃にて５分間同時成膜を行った。以上、５段階の投入電力の切り替えによる成膜終了後、ニッケル−酸化シリコン混合膜の表面および断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。図４（Ｂ）は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したニッケル−酸化シリコン混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたニッケル−酸化シリコン混合膜４１において、ニッケル（Ｎｉ）部分４２がニッケル基板４０に対して垂直にシリンダー状に形成され、該ニッケル（Ｎｉ）部分４２を取り囲む酸化シリコンマトリックス領域４３が形成されていることが確認された。また、投入電力を切り替えてニッケル−酸化シリコンの組成比を変化させることによってニッケル（Ｎｉ）シリンダー部分４２の直径を連続的に変化させて成膜できる。その結果、基板から離れるほど徐々に直径が小さくなる、すなわち円錐状のニッケル（Ｎｉ）シリンダー部分４２が形成されることが確認された。
そして、前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆する。該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にし、常温のリン酸水溶液に浸漬してニッケルムニッケル（Ｎｉ）部分を取り囲む酸化シリコンを溶解させ、ニッケル（Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察した。ランダムな配列の無数の突起が金型表面に垂直に立っており、画像処理にて突起の中心座標位置を求め、隣接６個の細孔との中心間距離Ｄを求めていった。隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍの周期であった。
上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配し、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列した柱状の細孔が観察され、個々の柱状の細孔は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて細孔の中心位置を求め、隣接６個の柱状の細孔との中心間距離Ｄの平均を求めていったところ、隣り合った細孔の中心間距離Ｄはおよそ２４０ｎｍであり、金型の突起を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡により柱状の細孔の高さを測定したところ、細孔の太さは先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１８０ｎｍであり、細孔の体積比率はおよそ４０％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ０．６％であった。
実施例４
本実施例４は、基板上に凸形状のラメラ形状の凹凸構造を有する金型の製造方法に関する。本実施例については、アルミニウムニッケル混合膜を使用した場合の金型の製造方法について説明する。
本実施例４は、基板上に凸形状のラメラ形状の凹凸構造を有する金型の製造方法に関する。本実施例については、アルミニウムニッケル混合膜を使用した場合の金型の製造方法について説明する。
アルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜すると、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を主成分とする複数の柱状部材と、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする複数の柱状部材の２つの領域が相分離した状態で成長する。図１３に示すように柱状部材のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）２１２部分がアルミニウム（Ａｌ）の柱状部材２１３により分断された構造体が形成される。
このとき、図１３のような相分離したアルミニウムニッケル混合膜を得るためには、膜中のニッケルの割合は２０ａｔｏｍｉｃ％から６０ａｔｏｍｉｃ％とする必要がある。
また、柱状部材の長軸方向の直径の平均値Ｄｌと短軸方向の直径の平均値Ｄｓの比（Ｄｌ／Ｄｓ）が５以上、かつ短軸方向の平均直径が５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である構造体を形成する場合は以下のようにするのがよい。基板上でアルミニウムとニッケルのエネルギーが急速に失われる状態であり、かつアルミニウムとニッケルの相分離が起こる時間スケールで表面拡散が起こる状態にすることが好ましい。
また、柱状部材の長軸方向の直径の平均値Ｄｌと短軸方向の直径の平均値Ｄｓの比（Ｄｌ／Ｄｓ）が５以上、かつ短軸方向の平均直径が５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である構造体を形成する場合は以下のようにするのがよい。基板上でアルミニウムとニッケルのエネルギーが急速に失われる状態であり、かつアルミニウムとニッケルの相分離が起こる時間スケールで表面拡散が起こる状態にすることが好ましい。
さらに、柱状部材の直径（短軸方向）及び柱状部材の間隔は、アルミニウムニッケル混合膜において相分離する膜厚全体の組成を変化させることにより直径が５ｎｍ以上３００ｎｍ以下、柱状部材の中心間隔距離が３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内で変化する。
上記のアルミニウムニッケル混合膜の成膜プロセスは、基板上に非平衡状態での成膜が可能であれば特に限定されない。非平衡状態における成膜方法としては、スパッタリング法、電子線蒸着法等気相中・真空中で行うものが好ましく、特にスパッタリング法が好適である。スパッタリング法においては、アルミニウムターゲットとニッケルターゲットの同時スパッタリングが適用できる。あるいはアルミニウムターゲットとニッケルターゲットを焼結して形成した混合ターゲットによるスパッタリング、または、アルミニウムターゲットにニッケルチップを配置したスパッタリングなど幾つかの手法がある。本発明は、特にこれらに限定されるものではない。また、スパッタリング法におけるスパッタリングターゲットと基板間距離、投入電力、プロセスガスの種類、プロセスガスの圧力、基板温度、基板に印加するバイアス等により高度に構造体の形成を制御することが可能である。従って、上記の成膜条件を最適化することによって、本発明の柱状部材のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）２１２部分がアルミニウム（Ａｌ）の柱状部材２１３により分断された構造体が形成される。
本実施例においては、アルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものと、ニッケル基板を選択する。前記ニッケル基板に対して、構成したい相分離構造の周期の整数倍に相当する凹凸構造をある一方向に形成させる。この基板に対してアルミニウムニッケル混合膜を成膜すると、図１５の模式図に示されるように、凹凸構造に沿って本発明の構造体、すなわちアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の相分離構造を配列させることが可能となる。上記凹凸構造は構造体を形成するアルミニウムおよびニッケルの拡散に対して異方性を持たせるために好適であるが、これに限定するものではない。例えば、成膜時のアルミニウムおよびニッケルの堆積を基板に対して斜め方向から行うことにより、基板へ入射される原料自体の運動方向に異方性を持たせることによって実施することも可能である。
さらに、図１３で模式的に示した構造体をエッチングすることによって、アルミニウムの柱状部材２１３を選択的に溶解する。それにより図１５（Ａ）に示すような凸形状部（以降、突起と称することにする）２３２を有したラメラ形状の凹凸構造を形成することが可能となる。
つまり、基板上に凸形状のラメラ形状の凹凸構造を有する金型の製造方法について、第一に異方性を持たせたニッケル基板上にアルミニウムニッケル混合膜を非平衡状態で成膜する。第二に成膜により得られたアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）を主成分とする複数の柱状部材と、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする複数の柱状部材とを有する混合膜から柱状部材のアルミニウム（Ａｌ）部分をりん酸あるいはアンモニア水等で選択的にエッチング除去する。そして、ニッケル（Ｎｉ）あるいはアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）からなる金型を作製することができる。
さらに、前記凹凸構造のアスペクト比や基材と雰囲気との体積比率に関しては、図１５（Ａ）に示した柱状部材のラメラ形状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造（突起）の深さが１００ｎｍ以上であるのがよい。更に、ニッケル基板に対して該ラメラ形状のアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の凹凸構造の断面積率が４０％以上８０％以下の範囲であることが好ましい。ここで、前記ラメラ形状の凹凸構造の断面積率は、アルミニウムニッケル混合膜におけるアルミニウムとニッケルの組成比を変化させる方法によって制御することができる。また、アルミニウムとニッケルの成膜レートを考慮してスパッタ時間を制御することにより所望の該凹凸構造の深さが得られる。
また、本発明による凹凸構造は、図１５（Ａ）に示したラメラ形状を有するものに限定されるものではなく、成膜条件や組成比の組み合わせにより実現する、あらゆる形状のものが含まれる。
さらに、本発明の基板上にラメラ形状の凹凸構造を有する金型は、ニッケル基板と上記アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）あるいはニッケル（Ｎｉ）の柱状部材との間に接着層２３１を設けた図１５（Ｂ）の構造でもよい。該接着層としてはチタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びそれらを含んだ合金が好ましい。
実施例５
本実施例５は、実施例３と同様に凸形状のラメラ形状の凹凸構造を有する金型の製造方法に関する。本実施例については、ニッケルと化合物を形成しない材料として挙げられる金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）の混合膜を使用した場合の金型の製造方法について説明する。金とニッケルを非平衡状態で同時にスパッタリングすると、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする複数の柱状部材と、金（Ａｕ）を主成分とする複数の柱状部材との２つの領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とする柱状部材の形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、多角柱形状、多角錐形状等を含んでいる。
本実施例５は、実施例３と同様に凸形状のラメラ形状の凹凸構造を有する金型の製造方法に関する。本実施例については、ニッケルと化合物を形成しない材料として挙げられる金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）の混合膜を使用した場合の金型の製造方法について説明する。金とニッケルを非平衡状態で同時にスパッタリングすると、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする複数の柱状部材と、金（Ａｕ）を主成分とする複数の柱状部材との２つの領域に分離する。このとき、ニッケル（Ｎｉ）（あるいは金（Ａｕ））を主成分とする柱状部材の形状は、結晶化したニッケル及び金の結晶粒界によって形成されており、多角柱形状、多角錐形状等を含んでいる。
実施例３と同様に、柱状部材の直径（短軸方向）および柱状部材の間隔は、金−ニッケル混合膜におけるニッケルと金の組成比を変化させることにより、直径（短軸方向）は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にできる。そして、間隔は３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で変化させることができる。金−ニッケル混合膜におけるニッケルと金の組成比を変化させる方法としては、成膜レートを徐々に変化させながら金−ニッケル混合膜を積層させる方法がある。あるいは、少なくとも２種類以上の組成比の異なるターゲットを用いて金−ニッケル混合膜を積層させる方法が挙げられる。スパッタリング法を用いる場合は、投入電力、スパッタリング圧力、基板バイアス、基板温度等の成膜条件を制御することにより成膜レートを変化させることが可能である。
さらに、実施例３と同様の方法で異方性を持たせた基板上に金−ニッケル混合膜を成膜する。そして、成膜により得られたニッケル（Ｎｉ）を主成分とする複数の柱状部材と、金（Ａｕ）を主成分とする複数の柱状部材を有する混合膜から柱状部材の金（Ａｕ）部分を金エッチング液で選択的に溶解する。こうして、ニッケル（Ｎｉ）からなる金型を作製することができる。
実施例６
本実施例６は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例６は、ニッケル基板上に凸形状（突起）のラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
図１６（Ａ）は本発明の実施例の金型で得られる複数の溝の断面を模式的に示した模式図である。図中の２４２は微細な溝（凹形状部）であり、反射防止機能を有し、有限な曲率を有する光学素子２４１の面（ベース形状が凹面もしくは凸面）上に、ランダムに複数設けられている。前記微細な溝（凹形状部）は、凸形状の柱状構造と凹形状の柱状構造の２つの部分が一次元方向に配列した周期構造より形成されており、溝断面が矩形であるラメラ形状を成している。この複数の溝２４２は各々略同一の凹形状より成り、かつ光学素子２４１の面の法線方向に独立して形成されている。
ここで反射防止機能とは鏡面の反射率に比較して前記溝を配した面の反射率を低減させる機能、好ましくは反射率が１％以下とすることを称す。また複数の溝２４２は、有限な曲率を有する光学素子の面上にモールド成形により形成されている。
本実施例において、複数の溝２４２のうち、隣接する溝２４２の短軸方向における中心間隔距離Ｄ（短軸方向における矩形のラメラ形状一周期分の長さに相当）とし、使用する波長をλとするとき、
なる条件を満足するように設定している。
ここで、条件式（１）は隣接する溝２４２の短軸方向における中心間距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（１）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、後述する溝と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
ここで、条件式（１）は隣接する溝２４２の短軸方向における中心間距離Ｄの上限を規定するものである。すなわち、条件式（１）の上限を上回ると、光学面全面に均一に優れた反射防止特性を発現することが難しくなってくるので好ましくない。また、下限については機能上の制約はなく、後述する溝と雰囲気との体積比率が適切であれば限りなく小さくても良い。
尚、隣接する溝２４２の短軸方向における中心間距離Ｄとは、ある一方向に配列している断面矩形状のラメラ形状を成している溝において、短軸方向における溝の中心間距離を称す。つまり測定領域内の全ての溝に対して、隣接の溝に対する短軸方向における中心間距離の平均を各々求め、それらの平均値をその配列での溝の中心間距離とする。
本実施例では、上記のような略同一凹形状の複数の溝を有限の曲率を有する光学素子の面上に、該面の法線方向に独立して形成している。該複数の溝の配列方向と直交する方向に反射防止機能を発現することにより、光学面全面に均一なる反射防止特性が得られている。
本実施例において反射防止機能が発現するためには、隣り合う溝の間隔は０次回折光が発生しないと言われている光学素子の設計波長λの１／２以下であることが特に好適である。
そこで、本実施例では、隣接する溝の中心間隔距離Ｄが上記条件式（１）を満たすように設定することにより、反射防止機能を発現している。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、細孔の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、溝の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
ここで設計波長とは光学素子を透過もしくは光学素子で反射させる光の波長を言い、反射光量の抑制を意図する波長を指す。例えば、可視光を光学素子に透過させて波長６００ｎｍ以下の反射光量を抑制させたい場合、設計波長は６００ｎｍとみなし、細孔の隣り合う間隔は３００ｎｍ以下であることが好ましい。または前記課題で例示したレーザービームプリンタにおいては７８０ｎｍ以下のレーザー光を用いており、溝の隣り合う間隔は３９０ｎｍ以下であることが好ましい。
本実施例においては凸形状（突起）のラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関して述べている。この点に関しては、凹形状（溝）のラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形させることも可能である。
次に、本発明の光学素子の製造方法について説明する。
尚、本発明の製造方法は以下に示す製造方法に限定されるものではない。また、本発明では７８０ｎｍのＰ偏光レーザーの反射防止を対象としているが、本発明により得られる光学素子の反射防止特性は単波長レーザーに限られるものではなく、可視光、紫外光、赤外光に対しても適用可能である。
尚、本発明の製造方法は以下に示す製造方法に限定されるものではない。また、本発明では７８０ｎｍのＰ偏光レーザーの反射防止を対象としているが、本発明により得られる光学素子の反射防止特性は単波長レーザーに限られるものではなく、可視光、紫外光、赤外光に対しても適用可能である。
本発明では、ニッケルとニッケルと相分離する材料との成膜工程により得られた構造体から形成される、ラメラ形状の突起を有するニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用金型の製造工程を用いる。更に、該金型を用いて該突起を転写させることでラメラ形状の溝を形成する素子形成工程とを用いて光学素子を形成している。
あるいは、本発明では、ニッケルとニッケルと相分離する材料との成膜工程により得られた構造体から形成される、ラメラ形状の溝を有するニッケルあるいはニッケル合金の凹凸構造からなる光学素子用金型の製造工程を用いる。更に、該金型を用いて該溝を転写させることでラメラ形状の突起を形成する素子形成工程とを用いて光学素子を形成している。
ここで、ラメラ形状の突起（あるいは溝）の周期およびサイズ（幅と高さ）は、適宜条件を選択することで制御することが可能である。
つまり、スパッタリング法によって成膜条件を適宜選択することにより、金型表面全面に一括して所望の突起（あるいは溝）を形成することができ、短時間にかつ安価にＳＷＳを形成することが可能である。
つまり、スパッタリング法によって成膜条件を適宜選択することにより、金型表面全面に一括して所望の突起（あるいは溝）を形成することができ、短時間にかつ安価にＳＷＳを形成することが可能である。
また、金型に形成した突起（あるいは溝）を転写させる手段としては、インジェクション、レプリカ、プレス、注型などいずれの成形手段でも構わないが、基体と共にＳＷＳを効率良く転写成形できるインジェクションおよびプレス成形が特に好適である。また、金型から離型する際、突起（あるいは溝）の向きと離型方向は必ずしも平行でない。但し、突起（あるいは溝）が転写されて形成された溝（あるいは突起）がある程度の変形を許容できるうちに、例えば溝が完全に凝固する前に離型することで、容易に離型することできる。
特に、本発明のラメラ形状の突起（あるいは溝）を有する金型においては、突起の長軸方向の直径Ｄｌと短軸方向の直径Ｄｓの比（Ｄｌ／Ｄｓ）が５以上であり突起の形状が離型する方向に対して垂直方向にも長さを有している。そのため、円柱状あるいは円錐状の突起（あるいは細孔）を有する金型よりも耐久性が良好でかつ、離型性に優れており、ＳＷＳを破壊することなく金型を容易に離型することできる。
［光学素子の製造方法］
本実施例６に関わる光学素子の製造方法は、ニッケル基板上にラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
本実施例６に関わる光学素子の製造方法は、ニッケル基板上にラメラ形状のアルミニウムニッケルの凹凸構造（突起）を有する光学素子用金型を用いて光学素子を成形することに関する。
光学素子の製造方法について説明する。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、予めアルミニウムニッケル層を成膜する金型に対して２００ｎｍの周期にて凹凸構造をある方向に形成させた。これは、ダイヤモンドスラリー等を染み込ませた研磨テープによるテープバーニッシュにより形成し、この金型に対してアルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ１２０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度４００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。
まずｆθレンズ（光学素子）成形用の自由曲面を有する金型を用意し、スパッタリングにより自由曲面上にプライマー層、アルミニウムニッケル層の順に均一に成膜して、アルミニウムニッケル混合膜で覆われた自由曲面を有する金型を得た。ここで、予めアルミニウムニッケル層を成膜する金型に対して２００ｎｍの周期にて凹凸構造をある方向に形成させた。これは、ダイヤモンドスラリー等を染み込ませた研磨テープによるテープバーニッシュにより形成し、この金型に対してアルミニウムニッケル混合膜は、ＲＦ電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により成膜した。ターゲットは、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のアルミニウムターゲットにニッケルチップ（１．５ｃｍ角）を配置したものを使用した。成膜条件は、投入電力ＲＦ１２０Ｗ、アルゴンガス圧０．１１Ｐａ、基板温度４００℃として、所望の膜厚になるまで成膜を行った。
図１３は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で観察したアルミニウムニッケル混合膜の断面像を模式的に示した図である。成膜されたアルミニウムニッケル混合膜２１１において、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分２１２がニッケル基板２１０に対して垂直に膜の体積方向に柱状構造が形成される。そして、該アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分２１２を取り囲むアルミニウムの柱状構造が形成されていることが確認された。そして前記自由曲面だけを露出するように金型全体をマスキングテープで被覆し、該自由曲面以外を被覆により絶縁防水状態にする。そして、常温のリン酸水溶液に浸漬してアルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）部分を取り囲むアルミニウムを溶解させる。こうして、アルミニウムニッケル（Ａｌ3Ｎｉ）の突起を金型表面に有するｆθ用金型を得た。
このようにして得られたｆθレンズ用の金型をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、テクスチャーの凹凸構造に沿った配列のラメラ形状の突起が金型表面に垂直に立っているのが分かる。画像処理にて突起の短軸方向における中心位置を求め、突起の短軸方向における隣接の突起との中心間距離Ｄを求めていった。隣り合った突起の短軸方向における中心間距離Ｄはおよそ２００ｎｍの周期であった。上記手順により製作した金型を射出成形機（住友重機工業株式会社製：ＳＳ１８０）に入射面側および出射面側に配している。そして、シクロオレフィンポリマー（日本ゼオン株式会社製）を射出成形してｆθレンズを得た。このとき溶融樹脂温を２７０℃、樹脂注入時の保圧を７００ｋｇ／ｃｍ2とした。
なお、型から樹脂を抜きとる際に、基板が邪魔になる場合は、当該基板を予め除去してから、細孔の両側から樹脂を充填、離型できる。上述の実施例においても同様である。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列したラメラ形状の断面矩形状の溝が観察され、個々の断面矩形状の溝は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
このようにして得られたｆθレンズをＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）により観察したところ、曲面全域にランダムに配列したラメラ形状の断面矩形状の溝が観察され、個々の断面矩形状の溝は面の法線方向に向かって形成されていることが確認された。
また画像処理にて断面矩形状の溝の中心位置を求め、隣接の溝との中心間距離Ｄ（溝の短軸方向）の平均を求めていったところ、隣り合った溝の短軸方向における中心間距離Ｄはおよそ２００ｎｍであり、金型の突起を転写していることが確認された。
更に原子間力顕微鏡によりラメラ形状の溝の形状を測定したところ、溝の幅は先端に向かってほぼ一様で、平均深さがおよそ１６０ｎｍであり、溝の体積比率はおよそ６０％であった。そこで分光光度計を用いて波長７８０ｎｍ、Ｐ偏光の垂直入射時の反射率を測定したところ０．６％であった。
本発明の光学素子用金型を用いて成形された光学素子は、光の入出射面での界面反射光量を抑制する機能を有する。例えばカメラやビデオカメラをはじめとする撮像機器、液晶プロジェクタや電子写真機器の光走査装置をはじめとする投影機器に好適に利用することができる。
１ 光源手段（半導体レーザー）
２ コリメータレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器
５ａ 偏向面
６ 結像光学手段
６ａ、６ｂ ｆθレンズ
６ａ１、６ｂ１ 入射面
６ａ２、６ｂ２ 出射面
７ 被走査面
１０、２０、３０、４０、５０、６０、２３０ 基板
１１、４１ 混合膜
１２、４２ シリンダー
１３、３２、４３ マトリックス
２１、５１、６１、２３２ 凸形状部
２２、５２、６２、２３３ 凹形状部
３１ 細孔
６３、２３１ 接着層
７１、８１ 光学素子
７２、８２、９２ 細孔
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
１２１、１２２、１２３、１２４ 像担持体（感光ドラム）
１３１、１３２、１３３、１３４ 現像器
１４１、１４２、１４３、１４４ 光ビーム
１５１ 用紙搬送路
１５２ 外部機器
１５３ プリンタコントローラ
１６０ カラー画像形成装置
１６１、１６２、１６３、１６４ 光走査装置
２１０ 基板
２１１ 混合膜
２１２ 第一の柱状部材（アルミニウムニッケル）
２１３ 第二の柱状部材（アルミニウム）
２４１ 光学素子
２４２ 溝
２ コリメータレンズ
３ 開口絞り
４ シリンドリカルレンズ
５ 光偏向器
５ａ 偏向面
６ 結像光学手段
６ａ、６ｂ ｆθレンズ
６ａ１、６ｂ１ 入射面
６ａ２、６ｂ２ 出射面
７ 被走査面
１０、２０、３０、４０、５０、６０、２３０ 基板
１１、４１ 混合膜
１２、４２ シリンダー
１３、３２、４３ マトリックス
２１、５１、６１、２３２ 凸形状部
２２、５２、６２、２３３ 凹形状部
３１ 細孔
６３、２３１ 接着層
７１、８１ 光学素子
７２、８２、９２ 細孔
１００ 光走査装置
１０１ 感光ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ 光ビーム
１０４ 画像形成装置
１０７ 現像装置
１０８ 転写ローラ
１０９ 用紙カセット
１１０ 給紙ローラ
１１１ プリンタコントローラ
１１２ 転写材（用紙）
１１３ 定着ローラ
１１４ 加圧ローラ
１１５ モータ
１１６ 排紙ローラ
１１７ 外部機器
１２１、１２２、１２３、１２４ 像担持体（感光ドラム）
１３１、１３２、１３３、１３４ 現像器
１４１、１４２、１４３、１４４ 光ビーム
１５１ 用紙搬送路
１５２ 外部機器
１５３ プリンタコントローラ
１６０ カラー画像形成装置
１６１、１６２、１６３、１６４ 光走査装置
２１０ 基板
２１１ 混合膜
２１２ 第一の柱状部材（アルミニウムニッケル）
２１３ 第二の柱状部材（アルミニウム）
２４１ 光学素子
２４２ 溝
Claims (18)
- 基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第１の材料と該第１の材料と相分離する第２の材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第１の材料を成分とする複数のシリンダーと、前記複数のシリンダーを取り囲む前記第２の材料を成分とするマトリックス領域とを有し、該第１及び第２の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜から、該マトリックス部分を除去して前記第１の材料からなる凹凸構造を有する型を作製する工程、とを含むことを特徴とする型の製造方法。
- 基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第１の材料と該第１の材料と相分離する第２の材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第１の材料を成分とするマトリックス領域と、前記マトリックス領域に取り囲まれた前記第２の材料を成分とする複数のシリンダーとを有し、該第１及び第２の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜から、該シリンダー部分を除去して前記第１の材料からなる凹凸構造を有する型を作製する工程、とを含むことを特徴とする型の製造方法。
- 凹凸構造は、前記基板上に複数配置され、かつ前記第１の材料から構成され、前記凹凸構造の周期が３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記凹凸構造の深さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の型の製造方法。
- ニッケル基板上にニッケルとニッケルと相分離する材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られたニッケルを成分とする複数のシリンダーと、前記複数のシリンダーを取り囲み、かつ、ニッケルと相分離する材料を成分とするマトリックス領域とを有する混合膜から該マトリックス部分をエッチング除去してニッケルあるいはニッケル合金からなる型を作製する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の型の製造方法。
- ニッケル基板上にニッケルとニッケルと相分離する材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られたニッケルを成分とするマトリックス領域と、前記マトリックス領域に取り囲まれ、かつ、ニッケルと相分離する材料を成分とする複数のシリンダーとを有する混合膜から該シリンダー部分をエッチング除去してニッケルあるいはニッケル合金からなる型を作製する工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の型の製造方法。
- ニッケルあるいはニッケル合金からなる型は、前記混合膜におけるニッケルとニッケルと相分離する材料の組成比を変化させることによってシリンダーの形状を制御することを特徴とする請求項４に記載の型の製造方法。
- ニッケルと相分離する材料は、ニッケルと共晶型平衡状態図を有するアルミニウム、マグネシウム、チタニウム、イットリウム、ジルコニウムのいずれかを少なくとも１種類以上含有していることを特徴とする請求項４に記載の型の製造方法。
- ニッケルと相分離する材料は、ニッケルと化合物を形成しない銀、金のいずれかを少なくとも１種類以上含有していることを特徴とする請求項４に記載の型の製造方法。
- ニッケルあるいはニッケル合金からなる型は、凸形状の複数の円柱状あるいは円錘状の凹凸構造によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の型の製造方法。
- ニッケルあるいはニッケル合金からなる型は、凹形状の複数の円柱状あるいは円錘状の凹凸構造によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の型の製造方法。
- 請求項１に記載の光学素子用型の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子用型。
- 基板上に凹凸構造を有する型の製造方法であって、前記基板上に第一の柱状部材と該第一の柱状部材と相分離する第二の柱状部材を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜からいずれか一方の相で構成される柱状部材を溶解させて、もう一方の相で構成される柱状部材からなる金型を作製する工程とを含むことを特徴とする型の製造方法。
- 前記凹凸構造は、前記基板上に複数配置され、かつ前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜のいずれか一方の相で構成され、かつ前記いずれか一方の相における長軸方向の平均直径Ｄｌと短軸方向の平均直径Ｄｓの比が５以上であり、かつ前記凹凸構造の周期が３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記凹凸構造の深さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の型の製造方法。
- 前記第一の柱状部材又は第二の柱状部材の短軸方向の平均直径が５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の型の製造方法。
- 前記第一と第二の柱状部材で構成される２相分離構造を有する混合膜において、一つの方向性を持って分離構造が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の型の製造方法。
- ニッケル基板上にニッケルとニッケルと相分離する材料を同時に成膜する工程と、前記成膜工程により得られた２相分離構造を有する混合膜からニッケルと相分離する部材を含み一方の相で構成される柱状部材をエッチング除去してニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製する工程とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の型の製造方法。
- 前記ニッケルあるいはニッケル合金からなる金型は、前記混合膜におけるニッケルとニッケルと相分離する材料の組成比を変化させることによって前記柱状部材の形状を制御することを特徴とする請求項１６に記載の型の製造方法。
- 前記ニッケルあるいはニッケル合金からなる金型は、凸形状あるいは凹形状の複数のラメラ形状の凹凸構造によって形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の型の製造方法。
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