JP5732622B2 - 光学部材の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学デバイスに設けられ、マクロ表面形状の上に微細な凹凸が形成される光学部材の製造方法及び製造装置、並びに光学部材に関するものである。

カメラのレンズやテレビのディスプレイ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳと言った撮像デバイス、太陽電池パネルなどの光学デバイスの表面には、透明光学部材が設けられることがある。この透明光学部材には、その材料と空気との屈折率差により発生する表面での反射を少なくし、透過する光の利用効率を高くするために、一般的に光学部材表面へ反射防止技術が施されている。

例えば、反射防止技術の１つとして適切な干渉膜（反射防止膜）を用いる方法がある。反射防止膜としての薄膜を基材に蒸着や塗工等の技術を用いて、光学デバイス表面に直接形成もしくはフィルム上に形成し貼り付けている。反射防止膜としての薄膜は、有機材を用いる場合はフッ素系樹脂等を用い、無機系材料を用いる場合はＳｉＯ_２やＩＴＯ等を用いる。この干渉膜は、膜厚が光の波長レベルの薄膜を単層もしくは複層に配し、反射防止効果を得ており、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コートやＬＲ（Ｌｏｗ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コートなどと呼ばれている。この場合、単層膜では効果のある帯域が狭く複層化するほど効果は高くなるが、生産コストも高くなる。

また、液晶等のディスプレイには、適当な粗面を表面に設けることで反射光を表面で散乱させ、映り込みを防止する様な加工が施されているものもある。この場合は、反射防止膜を安価に生産できるが、光の透過効率は低くなる。

近年、光学部材をいわゆるモスアイ（蛾の目）と呼ばれる表面構造にすることにより、反射防止効果を実現させる技術が注目され、多くの実用化技術開発が行われている。モスアイは、光の波長以下に制御された微細な凹凸（１０ｎｍ〜６００ｎｍ）構造を形成することにより、光学部材へ入射する光に対して屈折率を連続的に変化させる効果を得ることで反射防止効果を実現している。

さらに、より広範囲の入射角度にわたって反射防止効果を得るために、荒いうねりのある形状の上に微細な凹凸構造を付与することが効果的であることが知られている。
以下、図１１（ａ），（ｂ），図１２，図１３を用いて、従来のうねり形状にモスアイが形成された光学部材について説明する。

図１１（ａ），（ｂ）は、従来のうねり形状にモスアイが形成される光学部材の形成方法を示す図である。図１２は、従来のうねり形状にモスアイが形成される光学部材の表面構造を示す模式図である。図１３は、従来の光学部材の形成に用いる金型の形成方法を示す図である。

従来の方法では、図１１（ａ）に示すように、金型を用いて光学部材表面のうねりと微細な凹凸を形成する。図１１（ａ）は、光学部材形成の過程を示す模式図であり、透明基材３上に光硬化樹脂２を塗布し、マクロ表面形状上に微細表面形状を加工した金型８を配して光硬化樹脂２の形状を型決めした状態を示す図である。図１１（ａ）のように型決めした後、ＵＶ光源６より照射されるＵＶ光５により、光硬化樹脂２を硬化させる。そして、図１１（ｂ），図１２に示すような、光学部材表面にうねり９を形成し、うねり９が形成された表面にモスアイ１０が形成された光学部材成形品を得る（特許文献１参照）。

また、荒いうねりの上に微細な凹凸構造を付与する実用化の手段として、アルミニウムを陽極酸化することによって金型を製造する方法も考案されている。図１３（ａ）は不純物を含むアルミニウム基材２１を示す。このアルミニウム基材２１を酸性またはアルカリ性の電解液中に浸漬して、アルミニウム基材２１を陽極として電圧を印加することにより、基材表面で酸化と溶解が同時に進み、アルミニウム基材２１表面に陽極酸化ポーラスアルミナ層が形成される。この陽極酸化ポーラスアルミナ層（図示せず）をエッチングにより拡大させて、図１３（ｂ）に示すような凹部２２ａを形成する。その後、特定の条件下で複数回の陽極酸化とエッチングを繰り返し行う事により、図１３（ｃ）に示すような微細な凹部２２ｂが形成された金型を形成することができる（特許文献２参照）。

特表２００１−５１７３１９号公報 ＷＯ２００９／１４７８５８

しかしながら、一般的に、金型に対する微細表面形状の形成に用いられる半導体プロセスでは、荒いうねりの上に微細な凹凸構造を実現させることは難しい。このような微細表面形状の実現には、１０μｍから１ｍｍのうねり等のマクロ的な荒い形状（以下マクロ表面形状と呼ぶ）を、切削やエッチングなどを用いて形成し、その後、前記マクロ表面形状上に半導体プロセス等を用いて１０ｎｍから２０μｍのモスアイ等の微細な凹凸を持つ構造（以下微細表面形状と呼ぶ）を形成する必要がある。このような微細表面形状を実現するための金型は非常に高精度に形成することが要求され、大面積化が困難であり、容易に形成することができないという課題を有している。

また、アルミニウムを陽極酸化することにより金型を形成する方法では、電解溶液の濃度や温度、複数回に渡る陽極酸化工程の時間管理の管理精度が厳しい。そのため、光学的に最適なマクロ表面形状を自由に形成が出来ないという課題も有している。

また、前記のような方法で光学部材の設計毎に金型を制作し、成形転写により形状を得るプロセスでは、非常に多種の高価な金型を作成する必要があり、機種の切り替え作業も膨大となり、高コストとなる。

さらに、金型の離型のために、微細表面形状は全て同一方向に突出させる必要があり、法線方向等のようにマクロ表面形状に則した突出方向に微細表面形状を形成することが困難であるという問題点もある。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、光学部材において、光学的に最適なマクロ表面形状及び微細表面形状を高精度に実現することを目的とする。

また、上記目的を達成するための本発明の光学部材の製造装置は、マクロ表面形状および前記マクロ表面形状上の微細表面形状を光学部材に形成する光学部材の製造装置であって、微細な凹凸が形成された微細表面形状金型と、光透過領域および遮蔽領域が形成されると共に光透過基材が載置されるマクロ表面形状金型と、前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型とで前記光透過基材および前記光透過基材上の光硬化樹脂を加圧する加圧装置と、前記光透過領域を通して前記光硬化樹脂に光を照射する光源とを備え、前記微細表面形状金型が、その側面に前記凹凸が形成された回転可能な円柱形状であり、前記マクロ表面形状金型が、前記微細表面形状金型の側面の一部と当接する環状のベルトであり、前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型が当接する面に前記光透過領域が形成され、シート状の前記光硬化樹脂を前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型との間に送り込む送り機構を備えたことを特徴とする。

以上の様に、本発明によれば、光学部材において、光学的に最適なマクロ表面形状及び微細表面形状を高精度に実現することが可能となる。

実施の形態１における加工装置を例示する斜視図 （ａ）〜（ｆ）実施の形態１における光学部材形成の各工程を示す模式図 実施の形態１における光学部材形成のフローチャート 実施の形態１におけるマクロ表面形状金型の形状を例示する平面図 実施の形態１におけるＵＶ光の照射量により硬化速度が変化する様子を説明する図 （ａ）〜（ｃ）実施の形態１におけるマクロ表面形状形成の各工程を説明する模式図 実施の形態１における光学部材の様子を示す図 （ａ），（ｂ）実施の形態１における微細表面形状金型により加圧する光学部材の製造方法を示す図 （ａ），（ｂ）実施の形態２における光学部材の製造に用いるマクロ表面形状金型の構成を示す図 実施の形態３における加工装置を示す模式図 （ａ），（ｂ）従来のうねり形状にモスアイが形成される光学部材の形成方法を示す図 従来のうねり形状にモスアイが形成される光学部材の表面構造を示す模式図 従来の光学部材の形成に用いる金型の形成方法を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における加工装置（光学部材の形成装置）を例示する斜視図であり、図２（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態１における光学部材形成の各工程を示す模式図である。また、図３に実施の形態１における光学部材形成のフローチャートを示す。また、図４は、実施の形態１におけるマクロ表面形状金型の形状を例示する平面図である。また、図５は、実施の形態１におけるＵＶ光の照射量により硬化速度が変化する様子を説明する図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１におけるマクロ表面形状形成の各工程を説明する模式図である。また、図７は、実施の形態１における光学部材の様子を示す図であり、図８（ａ），（ｂ）は、実施の形態１における微細表面形状金型により加圧する光学部材の製造方法を示す図である。各図において、同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

実施の形態１において、光学部材の表面に、うねり等のマクロ表面形状とモスアイ等の微細表面形状を形成する方法を説明する。まず、図２（ａ）に示す様に、図１の加工装置のＵＶ光源６上にマクロ表面形状金型４を載置し、マクロ表面形状金型４上に透光性基材の一例としての透明基材３を配置する（図３のステップＳ１）。そして、透明基材３上に光硬化樹脂２を塗布（配置）する（図３のステップＳ２）。そして、マクロ表面形状金型４と微細表面形状金型１とにより、透明基材３と光硬化樹脂２とを挟み込んで保持する。ここで、モスアイ等の微細表面形状は、うねり等のマクロ表面形状よりも小さい構造である。

マクロ表面形状金型４は、光硬化樹脂２の硬化反応に用いられるＵＶ光５を遮蔽する材質であり、所望のマクロ表面形状を形成するためにＵＶ光５を透過する孔４ｂ（光透過領域）が設けられている。つまり、マクロ表面形状金型４は、ＵＶ光５を遮蔽する遮蔽部４ａと、マクロ表面形状形成のためにＵＶ光５を透過する孔４ｂとから構成される。例えば、本実施の形態１で用いるマクロ表面形状金型４は、図４に示すように、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４板材に対し、直径０．０８ｍｍの孔が重ならないように、０．１ｍｍ間隔で１３個配置したものである。

本実施の形態１で用いる透明基材３は、例えば無色透明なＰＥＴ樹脂製のフィルム（厚さ２５０μｍ）である。透明基材３は、光硬化樹脂２の硬化反応に必要な波長帯の光を、硬化に十分な量以上透過させる材料でればよい。透明基材３の材料としては、ＰＥＴやＴＡＣ等の樹脂であってもよいし、ガラスなどでもよい。

光硬化樹脂２として、例えば、微細インプリント用のラジカル重合型のＵＶ硬化樹脂（粘度：約１０ｍＰａ／秒）を用いる。光硬化樹脂２は、バーコータ（Ｎｏ．２）を使用し、約５μｍの厚さで均一に透明基材３上に塗布される。この時、光硬化樹脂２の塗布量は、所望のマクロ表面形状のうねりの高さによって決定され、硬化位置における微細表面形状金型１と透明基材３との間の空間を満たすのに十分な量を塗布する必要がある。微細表面形状金型１と透明基材３との距離（つまり、光硬化樹脂２の厚み）は、所望のマクロ表面形状の高さを、塗布する光硬化樹脂２の収縮率で除したものを基準とすると良い。これにより、収縮後においても、光硬化樹脂２の厚みがマクロ表面形状の必要高さを確保することができる。

微細表面形状金型１とマクロ表面形状金型４とは、その間に透明基材３、光硬化樹脂２を挟み込む様に配置される。そして、図１に示す加工装置の加圧装置１１により、微細表面形状金型１を下降させて矢印Ａの方向に加圧する（図３のステップＳ３，Ｓ４）。微細表面形状金型１には、光硬化樹脂２と接する側に、微細な凹凸である微細表面形状を転写するためのナノメートルオーダーの微細な構造が形成されている。この微細表面形状は、反射防止構造体では円錐のアレイ状とする場合が多いが、四角錐等の多角錐や釣鐘形状、円柱形状、角柱形状、または不規則な凹凸を複数組み合わせた形状でもよく、先端に向かって階段状に細くなる形状などでも良い。階段状に細くなる形状は、離型性に優れ好ましい。また、図２（ｆ）に示すように、マクロ表面形状の表面に形成される微細表面形状の幅ｔはマクロ表面形状より小さい。一般的には、マクロ表面形状表面での断面における最も長い対角線あるいは径の長さは１０μｍ以下である。さらに、微細表面形状の幅ｔは、入射される光の波長より小さく、例えば、１０ｎｍ〜６００ｎｍである。幅ｔを入射光の波長より小さくすることにより、入射光が光学部材を通過する際に、徐々に屈折率が変化する様な効果が得られる。そのため、光学部材へ入射する光に対して屈折率を連続的に変化させて、入射光の透過率が向上し、反射を抑制する効果を実現している。本実施の形態では、例として、１０ｍｍ四方の石英ガラス上にリソグラフィーを用いて円筒状の微細表面形状を形成したものからニッケル電鋳により複製を作ることで、微細表面形状金型１として使用する。なお、ＣＶＤ等により形成された不透明タイプの炭化珪素等を直接加工して、微細表面形状金型１としても良い。微細表面形状金型１の加圧力は０．２ＭＰａ程度である。光硬化樹脂２と微細表面形状金型１とが接する付近で、微細表面形状金型１とマクロ表面形状金型４とで挟み込む速度を非常にゆっくり（たとえば、０．１ｍｍ／分）にすると、光硬化樹脂２内の気泡が抜けやすく、特性が良好な光学部材が得られる。

上記状態で、ＵＶ光源６よりＵＶ光５をマクロ表面形状金型４側から光硬化樹脂２に照射し、マクロ表面形状金型４の孔４ｂを通して光硬化樹脂２を露光する（図２（ｂ），図３のステップＳ５）。その結果、光硬化樹脂２が硬化反応を起こし、硬化が開始される（図３のステップＳ６）。

ここで、光硬化樹脂２の硬化反応について説明する。自由に動き回ることの出来る液体の光硬化樹脂２にＵＶ光５が照射されると、まず、光硬化樹脂２に含まれる光重合開始剤がＵＶ光５を吸収する。次に、ＵＶ光５を吸収した光重合開始剤が、活性化する。次に、活性化した光重合開始剤は分解等を経てモノマーやオリゴマーなどの樹脂成分に反応する。次に、この反応生成物はさらに、樹脂成分に反応し、連鎖的に反応が進行する。最終的に、３次元的に架橋化反応が進行して分子量が増大する事で、光硬化樹脂２が固体となって硬化する。

光硬化樹脂が硬化するために必要な照射エネルギーを、露光量Ｅとする。露光量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）は、次式に示すように、照射強度Ｉ（Ｗ／ｃｍ^２）と照射時間ｔ（秒）との積で表される。

Ｅ＝Ｉ×ｔ （Ｗ×秒／ｃｍ^２＝Ｊ／ｃｍ^２）
このように、光硬化樹脂２が硬化するためには、所定の照射強度で、所定時間、照射が行われる必要がある。

光硬化樹脂２は、露光量Ｅが臨界露光量Ｅｃに達するまでは硬化せず、液体の状態のままである。臨界露光量Ｅｃは光硬化樹脂２が液体から固体へ変化する臨界点を示す露光量である。露光量Ｅが臨界露光量Ｅｃよりも大きくなると固体状態になり、硬化という現象で現れる。露光量Ｅが臨界露光量Ｅｃを超えると、露光量の対数に比例して硬化が進むことが知られている（図２（ｃ），図２（ｄ）に示す状態）。

硬化後に微細表面形状金型１を離型させると、図２（ｅ）に示すように、マクロ表面形状上に微細表面形状を持つ形状２ｅを有する光学部材を成形品として得る事ができる。
ここで、マクロ表面形状は、光学部材の表面に連続的に、または間隔を空けて形成され、幾何学光学的特性を付与する機能を担う。ここで、マクロ表面形状は、うねりや、円錐、角錐などの錐体、台形錐、球面、曲面もしくはその一部、トロイダル面、不規則な凹凸を単独あるいは複数組み合わせた形状等とすることができる。また、マクロ表面形状の幅Ｔ（図２（ｆ）参照）は、一般的に、１０μｍ〜１０ｍｍである。

本実施の形態１のＵＶ光源６は、例えば、中心波長３７５ｎｍをもつＬＥＤアレイタイプのものを用いる。ＵＶ光５の照度は約３ｍＷ／ｃｍ^２程度である。ＵＶ光５は光硬化樹脂２の硬化に必要な露光量を得るために、４０秒照射する。

次に、図５と図６を用いて、マクロ表面形状上に微細表面形状を持つ形状２ｅが、マクロ表面形状金型４と微細表面形状金型１により、透明基材３上に形成されるメカニズムについて、説明する。

本実施の形態１の特徴は、微細表面形状金型１を用いると共に、硬化反応に用いるＵＶ光５を、透過及び遮光を制御するマクロ表面形状金型４を通して光硬化樹脂２に照射し、硬化させることにある。

図５の構成において、まず、マクロ表面形状金型４の孔４ｂを通ったＵＶ光５により、光硬化樹脂２の硬化が始まる。光硬化樹脂２の硬化は、照射されるＵＶ光５の照射強度Ｉと照射時間ｔの積である露光量Ｅに基づいて進む。そのため、一方向よりＵＶ光５を照射した場合は、ＵＶ光５の経路により光硬化樹脂２の硬化順序が決まる。本実施の形態１の場合、マクロ表面形状金型４の孔４ｂ近傍でＵＶ光源６に近い側の透明基材３との界面（図５及び図６の２ｚ）付近より、光硬化樹脂２の硬化反応が始まる（図３のステップＳ７）。光硬化樹脂２中を進むＵＶ光５の到達に従い、硬化反応は、光硬化樹脂２中（中間部２ｙ）を経て、光硬化樹脂２と微細表面形状金型１との界面２ｘへ達する。

この時、ＵＶ光５の経路中の光硬化樹脂２が全て硬化しているのでは無く、ＵＶ光５の露光量に応じて硬化反応が起こっている。本実施の形態１の構成では、微細表面形状金型１と光硬化樹脂２の界面２ｘでＵＶ光５が反射し、ＵＶ光５は光硬化樹脂２中へ戻り、再び光硬化樹脂２の硬化反応を促す。したがって、孔４ｂを通ってＵＶ光５が照射される領域において、微細表面形状金型１と光硬化樹脂２との界面２ｘでは、ＵＶ光５のうちの入射光と反射光が重なり合う為、硬化反応を促進するＵＶ光量は多くなる。また、微細表面形状金型１の表面に形成された微細表面形状１ｂに入り込んだ樹脂量は、周囲より相対的に少ない。そのため、微細表面形状金型１との界面２ｘ付近における光硬化樹脂２の硬化は、微細表面形状金型１と透明基材３との中間部（図５及び図６の２ｙ）に比べ速い。

ＵＶ光５を遮蔽している遮蔽部４ａ上において孔４ｂとの境界近傍にある光硬化樹脂２は、孔４ｂのエッジ近傍を通るＵＶ光５の回折効果等で硬化する。だが、遮蔽部４ａ上において孔４ｂと離れた領域の光硬化樹脂２は、微細表面形状金型１の表面反射によるＵＶ光５及び透明基材３と光硬化樹脂２、遮蔽部４ａと透明基材３との界面で再反射されるＵＶ光５により、硬化される。このため、光硬化樹脂２は、マクロ表面形状金型４と微細表面形状金型１との中間よりややマクロ表面形状金型４よりの領域で、かつ、孔４ｂと孔４ｂの中間付近の領域（図６（ａ）の２ｗ）の硬化がもっとも遅い。この領域は、微細表面形状金型１との界面２ｘ付近の光硬化樹脂２が微細表面形状金型１の形状を転写されて硬化が完了した時点では、まだ未硬化である（図６（ａ），図３のステップＳ８）。

さらに、光硬化樹脂２は硬化収縮特性を持っており、未硬化成分は既硬化部分の収縮を補う様に流動する。例えば、既硬化領域である孔４ｂ近傍の界面２ｚや中間２ｙでは、硬化収縮により生まれた空間（図６（ａ）の２ｙ’）が生じ、前述の遮蔽部４ａ上の領域２ｗに生じる未硬化成分（図６（ａ）の２ｗ’）が空間２ｙ’へ流動する（図６（ｂ））。

結果として、遮蔽部４ａ上の領域では、光硬化樹脂２の量が少なくなる。それと共に、硬化の速い微細表面形状金型１との界面２ｘで硬化して転写形成された微細表面形状２ｄを保持したままで、図２（ｃ）、（ｄ）及び図６（ｃ）に示す様に、垂れ下がる様な状態で完全硬化する。このようにして、本実施の形態１では、簡易な金型でマクロ表面形状上に微細表面形状をもつ光学部材を形成することが出来る（図３のステップＳ８）。この時、マクロ表面形状の位置と大きさは、孔４ｂの位置と大きさで制御できる。また、マクロ表面形状の形状は、光硬化樹脂２の硬化速度の差により制御することができる。

図７に白色干渉顕微鏡による光学部材の観察像を示す。
図７に示すように、本発明の実施の形態１の光学部材は、マクロ表面形状２ｃの上に微細表面形状２ｄが多数形成され、これらが連続的に連なった構成である。

特に、本実施の形態１におけるマクロ表面形状の形成には、光硬化樹脂２の硬化収縮現象と未硬化成分の流動現象を利用している。そのため、光硬化樹脂２としてはカチオン型に比べ、より硬化収縮の大きいラジカル型で、低粘度のものが好ましい。

また、本実施の形態１では、光硬化樹脂２の硬化反応に用いられるＵＶ光５の露光量を制御することで、マクロ表面形状を形成している。そのため、透明基材３の領域毎に厚みや材質を変更することで、光硬化樹脂２の領域毎にＵＶ光５の露光量を変化させ、光硬化樹脂２の硬化速度を制御して、マクロ表面形状の傾斜角度を調整することが可能となる。

さらに、微細表面形状金型１に用いられる材料は、その表面にある微細表面形状１ｂ近傍における光硬化樹脂２の硬化反応を速くする必要がある。そのため、微細表面形状金型１の材料としては、光硬化樹脂２の硬化を促すＵＶ光等の放射線に対して非透過性の材料が好ましく、放射線を反射する材料を用いるのがより好ましい。例えば、石英ガラス等の透明体を直接に微細表面形状金型１として用いることは適さず、金属等の不透明体が微細表面形状金型１として好ましい。また、微細表面形状金型１が放射線を透過する材料の場合でも、メッキ、蒸着等の手段を用いて、硬化反応に用いる波長帯の放射線を遮る様に仕上げられたものであれば良い。

なお、本実施の形態１で得られる光学部材は、微細表面形状の形成後にマクロ表面形状が形成されるものである。そのため、図２（ｆ）で示す様に、本実施の形態１の光学部材の微細表面形状は、マクロ表面形状（うねった光硬化樹脂２）の表面に対し、法線方向に突出するように形成することができる。すなわち、本実施の形態１の光学部材は、マクロ表面形状に対し幾何光学的に有意な方向に微細表面形状が形成できる。そのため、様々な方向に突出した微細表面形状を形成できる。よって、どのような方向から光が入射しても、いずれかの微細表面形状に平行に入射されることになり、一定方向に微細表面形状が形成された場合に比べて、光の散乱をより効果的に防止することができる。さらに、法線方向と平行な方向に微細表面形状を形成した場合は、離型の困難性を解消することもできる。

以上の説明では、図２（ａ）〜（ｆ）に示す様に、マクロ表面形状金型４上に透明基材３、光硬化樹脂２を載せ、微細表面形状金型１で光硬化樹脂２を加圧しＵＶ光５を照射する構成としている。だが、図８（ａ），（ｂ）に示す様に、微細表面形状金型１上に光硬化樹脂２を塗布して透明基材３を配した後に、マクロ表面形状金型４により矢印Ｂの方向に加圧して、ＵＶ光５を照射する構成としても、同様の光学部材が得られる。

以上のように、本実施の形態１では、微細表面形状が形成された微細表面形状金型と孔が形成されたマクロ表面形状金型とを用い、これらの金型で光硬化樹脂を挟み込んで加圧した状態で、孔を通してＵＶ光を照射する。これにより、光硬化樹脂の表面に微細表面形状を転写すると同時に、孔を通して照射される光あるいは、微細表面形状金型またはマクロ表面形状金型で反射された光が照射される領域と照射されない領域での露光量の差に起因する硬化速度の差を生じさせる。この硬化速度の差により、光硬化樹脂に偏りが生じ、マクロ表面形状を形成することができる。このようにして、本実施の形態１を用いると、簡易な方法で光学的に最適なマクロ表面形状及び微細表面形状を高精度に形成することが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、マクロ表面形状金型４はＵＶ光５を遮蔽する平面上に所望のマクロ表面形状の断面２次元形状に沿って孔４ｂを形成していた。しかしながら、遮蔽部４ａと孔４ｂはＵＶ光５の伝搬状態を制御する一例として用いたのであって、硬化に用いるＵＶ光５の透過を制御するものであればよい。特に、ＵＶ光５の透過量を任意に変化させることの出来るマクロ表面形状金型４を用いれば、孔４ｂを形成することなく、よりマクロ表面形状を精密にコントロールする事が可能となる。

図９（ａ），（ｂ）は、実施の形態２における光学部材の製造に用いるマクロ表面形状金型の構成を示す図である。図９（ｂ）は、実施の形態２におけるマクロ表面形状金型の構成を例示する模式図であり、図９（ａ）は、比較のための実施の形態１におけるマクロ表面形状金型の構成を例示する模式図である。図９（ｂ）では、マクロ表面形状金型として、ガラス基材７ｆの表面にアルミの蒸着による硬化反応用の光線を遮蔽する部分を形成したガラスマクロ表面形状金型７を用いている。

図９（ｂ）に示すように、実施の形態２におけるガラスマクロ表面形状金型７は、ガラス基材７ｆの表面にアルミを蒸着させ、領域によって厚みの異なるアルミ蒸着膜を形成している。具体的には、ＵＶ光５が不透過な領域のアルミ蒸着膜７ａ、ＵＶ光５が２５％透過する領域のアルミ蒸着膜７ｂ、ＵＶ光５が５０％透過する領域のアルミ蒸着膜７ｃ、ＵＶ光５が７５％透過する領域のアルミ蒸着膜７ｄ、ＵＶ光５が１００％透過する透過領域のアルミ蒸着膜７ｅをそれぞれ形成している。このように領域毎に段階的に透過率を変化させたアルミ蒸着膜を用いＵＶ光５の透過量を調整することで、形成されるマクロ表面形状２ｃを精密に制御する事が可能である。本実施の形態２では、透過率の最も高いアルミ蒸着膜７ｅをマクロ表面形状の厚みを最も高くする位置に形成し、周囲に徐々に透過率が低くなるようにアルミ蒸着膜７ｄ，７ｃ，７ｂと形成し、それ以外のガラス基材７ｆ表面にアルミ蒸着膜７ａを形成する。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

このようなガラスマクロ表面形状金型７を用いてＵＶ光５を照射することにより、アルミ蒸着膜７ｅに接する光硬化樹脂の露光量が最大となり、硬化が最も早く進む。そのため、前述の実施の形態１と同様にマクロ表面形状２ｃが形成される。また、同時に微細表面形状金型により微細表面形状を転写することにより、マクロ表面形状上に光学的に最適な微細表面形状を高精度に形成することが可能となる。

この時、ガラスマクロ表面形状金型７は透明であることから、その蒸着面は透明基材３と接する側に配置される事が望ましい。
本実施の形態２の様に、本発明に用いられるマクロ表面形状金型は必ずしも孔４ｂを有するものである必要は無い。本発明に用いられるマクロ表面形状金型は、透過領域の形成を、金属の蒸着、表面粗さ、段差、屈折率差のように、段差や光線の屈折、回折、反射などの現象を利用し、硬化反応に用いる光線の分布を所望のマクロ表面形状の断面２次元形状に配光する機能を有するもので良い。例えば、表面粗さを変化させると粗さにより反射率が増加して光の透過率が変化することを利用し、表面粗さにより露光量を調整してマクロ表面形状を形成することもできる。

また、金型に設けた段差によりマクロ表面形状金型の厚みを調節することでマクロ表面形状金型を透過する光の透過時間を調整し、露光量を調整することもできる。
また、材質による屈折率の差を設けることにより、光の照射領域を制御して露光量を調整することもできる。

以上の説明ではガラスを用いた例を説明したが、ガラスである必要は無く、硬化反応に必要な波長の光線を通す樹脂などの透光性の材料を用いれば良い。
このようにして精密に制御されたマクロ表面形状２ｃは、より精密に光線を制御することが可能となる。そのため、本実施の形態２は、実施の形態１に比べ、マクロ表面形状上に、より高精度な微細表面形状をもつ光学部材を形成できる。

（実施の形態３）
前述の実施の形態１及び２の光学部材形成方法は、連続的に繋がるシート状のフィルムへも対応可能であり、連続形成する事も可能である。図１０を用いて、シート状のフィルムへ光学部材を形成する装置について説明する。

図１０は実施の形態３における加工装置を示す模式図であり、長尺状の反射防止膜を連続的に成形する場合の装置の模式図を示す。
図１０に示すように、連続的に繋がるシート状透明基材３２は、ロール上に巻かれており、シート供給リール３１より供給される。シート状透明基材３２上には、塗布装置３３により光硬化樹脂３４が塗布される。光硬化樹脂３４が塗布されたシート状透明基材３２は、表面に微細表面形状が加工された微細表面形状ロール金型３５へ巻き付けられ、圧着ロール３６により微細表面形状ロール金型３５へ圧着される。マクロ表面形状金型３７は、両端部が接続されたベルト形状であり、実施の形態１にある様なマクロ表面形状を形成する孔を有し、シート状透明基材３２と連動して周回可能な構造である。マクロ表面形状金型３７は、マクロ表面形状金型送り装置３８により、微細表面形状ロール金型３５へ押し付けられ、微細表面形状ロール金型３５の回転速度と等速で回転送りを与えられる。マクロ表面形状金型送り装置３８の内側にＵＶ光源３９が備え付けられており、送られてきたシート状透明基材３２を停止させた状態で、マクロ表面形状金型３７の孔を通してシート状透明基材３２にＵＶ光を照射する。かかる装置により、マクロ表面形状上に微細表面形状が形成された連続したシート状光学部材４０はシート巻取りリール４１により巻き取られる。

この装置において、図１０の矢印Ｘの範囲では、実施の形態１で説明したマクロ表面形状上に微細表面形状を持つ光学部材の形成形態をなしており、マクロ表面形状上に微細表面形状を有する光学部材を連続的に生産することが出来る。

ここではマクロ表面形状金型が実施の形態１と同様の孔を持つ構成としたが、もちろん実施の形態２記載のアルミ蒸着膜等を用いたものでもよい。なお、巻き取り機構を用いているため、この場合の基材は、ガラスではなく、透光性の樹脂フィルムを使う事が好ましい。

本装置を用いることで、簡易な構造の金型で、マクロ表面形状上に微細表面形状を持つ大面積な光学部材を生産できる。
上記各実施の形態の説明では、光硬化樹脂にＵＶ光を照射することにより、光学部材を形成する例を用いて説明したが、ＵＶ光に限らない。例えば、電磁波や粒子線等の放射線を放射線硬化性樹脂に照射することにより反射防止膜等の光学部材を形成することが可能である。この場合、透明基材に代わり放射線を透過する基材が用いられ、孔や蒸着膜により放射線の透過量を調整する。

また、光学素子として、光学デバイスに貼り付けられる反射防止膜を例に説明したが、その他の用途に用いる膜であっても良い。

本発明は、光学デバイスに設けられ、マクロ表面形状の上に微細な凹凸が形成される光学部材の製造方法及び製造装置、それに用いる金型並びに光学部材等に有用である。

１ 微細表面形状金型
１ｂ 微細表面形状
２ 光硬化樹脂
２ｃ マクロ表面形状
２ｄ 微細表面形状
２ｅ マクロ表面形状上に微細表面形状を持つ形状
２ｗ 領域
２ｗ’ 未硬化成分
２ｘ 界面
２ｙ 中間部
２ｙ’ 空間
２ｚ 界面
３ 透明基材
４ マクロ表面形状金型
４ａ 遮蔽部
４ｂ 孔
５ ＵＶ光
６ ＵＶ光源
７ ガラスマクロ表面形状金型
７ａ アルミ蒸着膜（０％透過）
７ｂ アルミ蒸着膜（２５％透過）
７ｃ アルミ蒸着膜（５０％透過）
７ｄ アルミ蒸着膜（７５％透過）
７ｅ アルミ蒸着膜（１００％透過）
７ｆ ガラス基材
８ 金型
９ うねり
１０ モスアイ
１１ 加圧装置
２１ アルミニウム基材
２２ａ 凹部
２２ｂ 微細な凹部
３１ シート供給リール
３２ シート状透明基材
３３ 塗布装置
３４ 光硬化樹脂
３５ 微細表面形状ロール金型
３６ 圧着ロール
３７ マクロ表面形状金型
３８ マクロ表面形状金型送り装置
３９ ＵＶ光源
４０ シート状光学部材
４１ シート巻取りリール

Claims (3)

1. マクロ表面形状および前記マクロ表面形状上の微細表面形状を光学部材に形成する光学部材の製造装置であって、
   微細な凹凸が形成された微細表面形状金型と、
   光透過領域および遮蔽領域が形成されると共に光透過基材が載置されるマクロ表面形状金型と、
   前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型とで前記光透過基材および前記光透過基材上の光硬化樹脂を加圧する加圧装置と、
   前記光透過領域を通して前記光硬化樹脂に光を照射する光源と
   を備え、
   前記微細表面形状金型が、その側面に前記凹凸が形成された回転可能な円柱形状であり、
   前記マクロ表面形状金型が、前記微細表面形状金型の側面の一部と当接する環状のベルトであり、
   前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型が当接する面に前記光透過領域が形成され、
   シート状の前記光硬化樹脂を前記微細表面形状金型と前記マクロ表面形状金型との間に送り込む送り機構を備えたこと
   を特徴とする光学部材の製造装置。
2. 前記光透過領域が、孔、金属の蒸着、表面粗さ、段差、屈折率差のいずれかにより、前記光の透過量を制御する機能を持つこと
   を特徴とする請求項１記載の光学部材の製造装置。
3. 前記光硬化樹脂が放射線硬化樹脂であり、前記光が放射線であり、前記光源が放射線源であること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の光学部材の製造装置。