JP6012944B2 - 光学素子の製造方法および表面加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子の製造方法および表面加工装置に関する。例えば、反射防止構造体等の微細構造を形成するための光学素子の製造方法および表面加工装置に関する。
従来、例えばカメラ等の撮像レンズのレンズ面には、ゴーストやフレアなどの不要光の映り込みを防止するため、反射防止膜が設けられている。
このようなレンズ等の光学素子の表面に設けられる反射防止膜としては、例えば、反射防止する光の波長に応じて高屈折率層と低屈折率層とを交互に適宜重ね合わせた多層薄膜が知られている。このような多層の反射防止膜は、真空蒸着やスパッタ等の真空プロセスによって形成されるが、膜厚が管理された薄膜を多層に設ける必要があるため、処理時間が長くなっていた。また真空プロセスは指向性が高いため、レンズ形状により、例えば中心部に対する外周部の凹凸量が大きくなるレンズの場合、中心部と外周部とで膜厚が変化する。このため、レンズ面全体にわたって均一な反射防止特性を有する反射防止膜を得ることができず、例えば、中心部に比べて外周部の反射防止特性が劣る反射防止膜になってしまう。
このような多層薄膜によらない反射防止構造体として、例えば、特許文献１に記載されたように、レンズ表面に三角錐や四角錐などを単位とする微細構造を形成し、レンズ表面の近傍で屈折率変化が生じるようにした反射防止構造体が知られている。
特許文献１では、三角柱が微小ピッチをあけて配列されたＸ線マスクを形成し、このＸ線マスクを介してレンズ上に塗布されたレジストにＸ線を露光して、レンズ表面に三角錐の微細構造を形成し、さらにＲＦドライエッチングを行うことにより、三角錐の微細構造をレンズ表面に転写して反射防止構造体を表面に有するマスタを形成する。次にこのマスタの形状を転写して電鋳プロセスによりＮｉ複製型を製造し、このＮｉ複製型を用いた成形によって、反射防止構造体を表面に有するレンズを製造する技術が記載されている。
また、特許文献２には、微細な円錐状の凸部が略稠密状に配置された反射防止部を成形する技術が記載されている。特許文献２に記載の技術では、ガラス板からなる成形型の成形面にエッチング速度傾斜材料の薄層を形成し、この薄層の表面にホトレジスト膜を形成し、このホトレジスト膜に露光・現像を行って所定パターンのマスクを形成し、このマスクを介してエッチング速度傾斜材料層をエッチングすることにより、反射防止部の形状を転写する成形型を形成する。そして、この成形型を用いて、プレス成形を行うことにより反射防止部の形状がレンズ表面に転写された光学素子を形成する。
特開２００６−３１７８０７号公報 特開２００４−１２８５６号公報
しかしながら、上記のような従来技術には、以下の問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、いずれも、反射防止構造体となる多数の突起を有する微細構造の形状が反転された成形型を用いて、反射防止構造を有するレンズを形成するため、多層薄膜を形成する場合に比べて、製造時間が短縮されるとともにレンズの表面に均一性の高い反射防止構造を作りやすい。
ところが、特許文献１、２の光学素子の製造方法では、微細構造を損傷しないように光学素子を成形型から離型するために微細構造の突起の突出方向を成形型の抜き方向に一致させる必要がある。
このため、レンズなどの表面に曲率を有する光学素子を製造する場合、例えば成形型の抜き方向を光軸に沿う方向とすると、微細構造の突起が光軸に沿う方向に突出する微細構造に限定されてしまうという問題がある。このように微細構造は、レンズ外周部に向かうほど突起の突出方向がレンズ面の法線方向に対して傾いているため、レンズ中心部と外周部とで、反射率特性が変化するため、均一な反射防止特性を有する反射防止構造とならないという問題がある。
例えば、レンズ面の法線方向に突起が突出する微細構造を形成する成形型によって、成形を行うと、成形された微細構造が成形型とこすれながら離型するため、微細構造は破損してしまうという問題がある。このため、レンズ外周部において良好な反射防止特性が得られなくなってしまうという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、曲率を有する光学面を有する光学素子の光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を容易に形成することができる光学素子の製造方法および表面加工装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の光学素子の製造方法は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備える光学素子の製造方法であって、前記光学面を有する光学素子本体を形成する本体加工工程と、前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型を、前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記基体の前記成形面を変形させることにより、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて、前記微細構造形成用型の脱型を行う脱型工程と、を備え、前記力は、前記光学面の光軸に交差する斜め方向に作用させる方法とする。
本発明の第２の態様の光学素子の製造方法は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備える光学素子の製造方法であって、前記光学面を有する光学素子本体を形成する本体加工工程と、前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型を、前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記基体の前記成形面を変形させることにより、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて、前記微細構造形成用型の脱型を行う脱型工程と、を備え、前記力は、前記光学面の光軸に直交する方向に作用させる方法とする。
また、上記光学素子の製造方法では、前記脱型工程では、少なくとも前記外周側から前記微細構造形成用型を脱型する際に、前記成形面の裏側に位置する前記微細構造形成用型の中心部を押さえており、かつ、前記脱型工程では、前記力のモーメントを作用させることにより、前記成形面が形成された前記基体の表面の部分的な曲率を、前記微細構造形成用型の外周側から変化させて、前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させ、前記微細構造形成用型に作用させる前記力は、前記基体の外周面より内側の前記基体、もしくは前記基体の外周面に作用させることが可能である。
また、上記光学素子の製造方法では、前記微細構造形成用型は、ゴムまたはエラストマーであることが可能である。
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であることが可能である。
本発明の第３の態様の光学素子の表面加工装置は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を形成するための光学素子の表面加工装置であって、前記光学面を有し、該光学面に成形用樹脂が塗布された光学素子本体を保持する保持部と、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型と、前記成形用樹脂が塗布された前記光学面に対して前記微細構造形成用型を相対移動して、前記成形面を前記成形用樹脂に密着させる型押圧部と、前記光学面と前記微細構造形成用型の前記成形面との間に挟まれた前記成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化部と、前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に前記成形面が前記成形用樹脂から漸次離間するように、前記基体の前記成形面を変形させる型変形部と、該型変形部により、前記成形面の中心部まで離間が進んだ際に、前記微細構造形成用型と前記保持部とを相対移動させて、光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備え、前記力は、前記光学面の光軸に交差する斜め方向に作用させる構成とする。
本発明の第４の態様の光学素子の表面加工装置は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を形成するための光学素子の表面加工装置であって、前記光学面を有し、該光学面に成形用樹脂が塗布された光学素子本体を保持する保持部と、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型と、前記成形用樹脂が塗布された前記光学面に対して前記微細構造形成用型を相対移動して、前記成形面を前記成形用樹脂に密着させる型押圧部と、前記光学面と前記微細構造形成用型の前記成形面との間に挟まれた前記成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化部と、前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に前記成形面が前記成形用樹脂から漸次離間するように、前記基体の前記成形面を変形させる型変形部と、該型変形部により、前記成形面の中心部まで離間が進んだ際に、前記微細構造形成用型と前記保持部とを相対移動させて、光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備え、前記力は、前記光学面の光軸に直交する方向に作用させる構成とする。
また、上記光学素子の表面加工装置では、前記型変形部は、前記微細構造形成用型の中心部を押さえる中心押圧部材と、前記微細構造形成用型の記基体の外周面より内側の前記基体、もしくは前記基体の外周面に前記力を作用させて、前記成形面を前記成形用樹脂から離れる方向に移動させる外周側移動部材と、を備えることが可能である。
また、上記光学素子の表面加工装置では、前記微細構造形成用型は、ゴムまたはエラストマーであることが可能である。
また、本発明の光学素子の表面加工装置では、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であることが可能である。
本発明の光学素子の製造方法および表面加工装置によれば、変形可能な基体の表面に微細構造を転写する成形面が形成された微細構造形成用型を用いて微細構造の成形を行い、基体を変形させることにより、微細構造形成用型をその外周側から凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて脱型を行うことができるので、曲率を有する光学面を有する光学素子の光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を容易に形成することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成を示す模式的な平面図、そのＡ−Ａ断面図、Ｂ部詳細図、およびＣ部詳細図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の表面加工装置の模式的な構成図、そのＤ−Ｄ断面図、Ｅ部詳細図、およびＦ部詳細図である。 本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の製造工程を示す模式的な工程説明図、およびそのＧ部詳細図である。 本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の図３に続く製造工程を示す模式的な工程説明図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の模式的な工程説明図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図５に続く模式的な工程説明図、およびそのＨ部詳細図、およびＪ部詳細図である。 本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図６に続く模式的な工程説明図である。 本発明の第２の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第３の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第４の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図、および模式的な動作説明図である。
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法に用いる光学素子の表面加工装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成を示す模式的な平面図である。図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ部詳細図、およびＣ部詳細図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態の表面加工装置の模式的な構成図である。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ図２（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図、Ｅ部詳細図、およびＦ部詳細図である。
本実施形態の光学素子の製造方法は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備える光学素子の製造方法である。
光学素子の種類は、曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備えるものであれば、特に限定されない。
以下では、一例として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、被加工体がレンズ本体１（光学素子本体）であり、微細構造が反射防止部２による反射防止構造の場合の例で説明する。
すなわち、本実施形態では、レンズ本体１に反射防止部２を形成して、光学素子であるレンズ１Ａを製造する場合の例で説明する。
レンズ本体１は、球面の凹レンズ面１ａ（曲率を有する光学面）と、平レンズ面１ｂとを備える単玉の凹平レンズである。
凹レンズ面１ａは、反射防止部２を形成する前に、レンズの設計仕様に基づく面形状、面精度に加工されている。
レンズ本体１の材質は、ガラスでも合成樹脂でもよい。また、凹レンズ面１ａの形成方法は、研磨でもよいし成形でもよい。
なお、レンズ１Ａには、平レンズ面１ｂにも反射防止部２を設けることが可能である。この場合、平レンズ面１ｂは曲率を有しない（曲率が０）平面であるため、凹レンズ面１ａに反射防止部２を形成する前、または後に、従来と同様にして形成すればよい。
以下では、平レンズ面１ｂには反射防止部２が形成されていないものとして説明する。
反射防止部２は、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、凹レンズ面１ａ上に密集して配置された円錐状の突起２ａの集合体である。
各突起２ａの中心軸は、本実施形態では、各突起２ａが設けられた位置における凹レンズ面１ａの法線Ｎの方向に一致されている。ただし、突起２ａの中心軸の方向は、反射率が許容できる範囲でバラツキを有していてもよい。
また、各突起２ａは、本実施形態では、ＵＶ硬化樹脂によって形成されている。ＵＶ硬化樹脂の種類は、レンズ本体１の材質の屈折率に応じて、屈折率差がなるべく少なくなる材質を選定する。例えば、本実施形態では、レンズ本体１がＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)樹脂（屈折率１．５）である場合に、ＵＶ硬化樹脂は、ＰＡＫ−０２(商品名：東洋合成工業（株）製)（屈折率１．５）を採用している。
突起２ａの形状は、反射防止する波長や反射率の目標値に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、一例として、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の凹レンズ面１ａでの反射率を１％以下にするために、各突起２ａの形状を、底面が直径約２００ｎｍ、高さが約２００ｎｍとなり、隣接ピッチ約２００ｎｍで略均一に配置している。
このような構成により、凹レンズ面１ａ上には、高さ２００ｎｍの範囲で、屈折率が１から１．５に連続的に変化するため、入射光の反射が抑制される。
このようなレンズ１Ａは、本実施形態では、図２（ａ）に示す表面加工装置１０を用いて、レンズ本体１の凹レンズ面１ａに反射防止部２を形成することにより製造される。
表面加工装置１０の概略構成は、保持部３、ＵＶ光源４（樹脂硬化部）、微細構造形成用型５、型移動部６（型押圧部、型変形部、脱型移動部）、および型移動制御部７（型押圧部、型変形部、脱型移動部）を備える。
保持部３は、表面加工を行う際にレンズ本体１を保持するもので、本実施形態では、光軸Ｏを鉛直軸に整列させて、凹レンズ面１ａを上方に向けた状態で、平レンズ面１ｂの外周部およびレンズ側面を保持することができるようになっている。
保持部３の中心部には、レンズ１Ａのレンズ有効径よりも大きく開口した孔部３ａが貫通して設けられている。
孔部３ａの中心軸は、保持部３に保持されたレンズ本体１の光軸Ｏと整列する位置関係にある。
ＵＶ光源４は、紫外光（ＵＶ光）をレンズ本体１に照射する光源であり、凹レンズ面１ａに塗布されたＵＶ硬化樹脂を硬化させるために用いられる。本実施形態では、ＵＶ光源４は、保持部３の下方において、孔部３ａの中心に重なる位置に配置されている。このため、ＵＶ光源４から上方に照射されたＵＶ光は、孔部３ａを通過して、レンズ本体１に入射し、凹レンズ面１ａの前面に照射される。
微細構造形成用型５は、凹レンズ面１ａ上に反射防止部２を成形するため、微細構造を転写する成形面部５ａ（成形面）が変形可能な基体部５Ａ（基体）の表面に形成されたものである。
微細構造形成用型５の外形は、略円柱状の外形を有し、微細構造形成用型５の中心軸線Ｚは、鉛直軸に沿って配置され、保持部３に保持されたレンズ本体１の光軸Ｏと整列されている。下面に成形面部５ａが設けられ上面１５ｄは、保持部３の上方に配置されている。
基体部５Ａの下面には成形面部５ａが形成され、基体部５Ａの上面１５ｄは、外力による変形がない場合には平面である。
また、微細構造形成用型５の上部は、後述する型移動部６の移動軸６ａ、６ｂの下端部と接続されている。
成形面部５ａは、凹レンズ面１ａに反射防止部２の形状を転写するため、凹レンズ面１ａと同じ曲率を有する凸面５ｂ（図２（ｃ）、（ｄ）の二点鎖線参照）に、反射防止部２の凹凸形状を反転させた凹凸形状が形成されている。
本実施形態では、成形面部５ａの形状は、凸面５ｂに、突起２ａの形状を反転させた円錐状の穴部５ｅが多数形成された形状を有する。各穴部５ｅの中心軸は、各穴部５ｅが設けられた位置における凸面５ｂの法線Ｐの方向に一致されている。
微細構造形成用型５の材質は、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性係数が小さく変形が容易な弾性体からなる。このため、微細構造形成用型５の一部に外力を受けると、外力により発生する応力に応じて、微細構造形成用型５が変形し、外力の方向によっては、成形面部５ａが設けられた凸面５ｂも変形することになる。
本実施形態では、微細構造形成用型５の材質は、一例として、シリコン混和物からなるゴムを採用している。
型移動部６は、微細構造形成用型５の上方において鉛直軸に平行に配置され、下端部がそれぞれ上面５ｄに接続された移動軸６ａ、６ｂと、移動軸６ａ、６ｂの上端部を保持し、鉛直軸に沿ってそれぞれ独立に進退させる軸移動機構６ｃとを備える。
移動軸６ａは、図２（ｂ）に示すように、微細構造形成用型５の中心軸線Ｚと同軸に配置されている。このため、移動軸６ａを鉛直軸に沿って進退させることにより、微細構造形成用型５の上面５ｄの中心部を、鉛直軸に沿って、引き上げたり、押し下げたりすることができる。
移動軸６ｂは、微細構造形成用型５の中心軸線Ｚと微細構造形成用型５の円筒状の外周面５ｃとの間において、中心軸線Ｚを中心とする１つの円Ｃ１を周方向に等分する位置に配置されている。このため、各移動軸６ｂを鉛直軸に沿って同期して進退させることにより、円Ｃ１の円周上を、鉛直軸に沿って、引き上げたり、押し下げたりすることができる。
ここで、移動軸６ｂを配置する円Ｃ１の半径Ｒ１は、移動軸６ａの位置を固定して移動軸６ｂを徐々に引き上げたときに、凸面５ｂが、少なくとも反射防止部２の突起２ａの高さ分だけ変形する間、各所で変形前の凸面５ｂの形状の法線Ｐの方向に略沿って変形するように設定する。このような円Ｃ１の半径Ｒ１は、凸面５ｂの曲率、微細構造形成用型５の全体形状、微細構造形成用型５の材質の縦弾性係数、横弾性係数等の条件により異なるため、予め実験やシミュレーションなどによって設定する。
例えば、微細構造形成用型５が図２（ａ）に示すような円板に近い偏平な形状の場合には、外周面５ｃの半径をＲ０とすると、少なくとも、Ｒ０／２≦Ｒ１＜Ｒ０の関係を満たすことが好ましい。
また、移動軸６ｂの本数は、微細構造形成用型５の剛性に応じて適宜の本数を設定することができる。図２（ｂ）には、一例として、８本を図示している。
移動軸６ｂの本数は、多いほど凸面５ｂの周方向の変形をより均等化することができる。
軸移動機構６ｃは、図示略の支持部材によって保持部３の上方に固定されている。
また、軸移動機構６ｃは、移動軸６ａ、６ｂの進退量を制御する型移動制御部７と電気的に接続されている。
軸移動機構６ｃの具体的な構成としては、モータ等の駆動機構を用いたアクチュエータや、エアシリンダなどの流体駆動によるアクチュエータなどの構成を採用することができる。
型移動制御部７は、軸移動機構６ｃを制御する制御モードとして、平行移動モードと、脱型モードとを備える。
平行移動モードは、微細構造形成用型５の凸面５ｂの曲率が凹レンズ面１ａの曲率と略一致する形状となるように、移動軸６ａ、６ｂの相対位置を調整して、微細構造形成用型５の基準状態を形成し、この基準状態を保って、移動軸６ａ、６ｂの移動量を同期させる制御モードである。これにより、微細構造形成用型５は、鉛直軸に沿って平行移動される。
ここで、「略一致する」とは、凸面５ｂと凹レンズ面１ａとの各曲率が一致する場合と、成形に支障のない範囲程度に異なる場合とを含む。成形に支障のない範囲とは、凹レンズ面１ａに凸面５ｂを押圧した際に、凹レンズ面１ａと成形面部５ａとの間に、反射防止部２の許容形状誤差範囲内の成形空間が形成されることを意味する。すなわち、微細構造形成用型５は変形容易なゴム等の弾性体で形成されるため、凸面５ｂの曲率が凹レンズ面１ａと曲率が異なっていても、凹レンズ面１ａに押圧した際に凸面５ｂが変形して凹レンズ面１ａに倣えば、成形には支障がない。
脱型モードは、移動軸６ａ、６ｂをそれぞれ異なる移動量で独立に駆動する制御モードであり、具体的には、移動軸６ａの位置を固定し各移動軸６ｂを同期して鉛直軸上方に徐々に引き上げる動作と、移動軸６ａの位置の固定を解除して移動軸６ｂの移動に追従して移動軸６ａを引き上げる動作とを行う制御モードである。
本モードでは、移動軸６ｂが強制変位を与えるため、上面５ｄが凹面状に変形され、これにより基体部５Ａの全体が基準状態から変形する。この結果、基体部５Ａの下部に応力分布が生じて凸面５ｂが変形し、凸面５ｂの平均的な曲率が増大する。
次に、微細構造形成用型５の製造方法の一例について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の製造工程を示す模式的な工程説明図である。図３（ｅ）は、図３（ｄ）におけるＧ部詳細図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の図３（ｄ）に続く製造工程を示す模式的な工程説明図である。
微細構造形成用型５を製造するには、図３（ａ）に示すように、例えばニッケル等の金属からなる板部材の一方の板面に凹レンズ面１ａと同形状の凹面からなる基材表面１１ａが形成されたマスター基材１１を作製する。
次に、図３（ｂ）に示すように、マスター基材１１の基材表面１１ａ上に、微細構造体１２を形成する。
微細構造体１２の形状は、反射防止部２と同じ形状である。
微細構造体１２は、例えば、基材表面１１ａ上にレジストを塗布し、例えば電子線描画装置によって形状パターンを露光した後、露光部を除去することにより形成することができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、ドライエッチング装置１３から基材表面１１ａの法線方向に沿ってエッチングビーム１３ａを照射し、微細構造体１２が除去されるまで異方性エッチングを行う。このとき、マスター基材１１は図示略の揺動装置に保持し、基材表面１１ａの曲率中心を中心として揺動させる。
これにより、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、基材表面１１ａの各位置において、微細構造体１２の外形に沿って、基材表面１１ａの法線方向にエッチングが進行し、微細構造体１２の形状がマスター基材１１に転写される。これによりマスター基材１１の微細構造部１１ｂが形成される。
以下、微細構造部１１ｂが形成されたマスター基材１１をマスター型１１Ａと称する。
次に、図４（ａ）に示すように、マスター型１１Ａと、微細構造形成用型５の外周面１５ｃの形状を転写する型枠１４とを用いて、微細構造形成用型５を成形する金型１５を組み立てる。
次に、金型１５内に、移動軸６ａ、６ｂを配置して、成形材料１６を充填し、インサート成形を行う。移動軸６ａ、６ｂの先端部には、成形材料１６との密着性を向上し、成形後に抜け止めされる適宜のアンカー形状を形成しておくことが好ましい。
成形材料１６が硬化したら、金型１５を分解して、移動軸６ａ、６ｂが上部に接続された微細構造形成用型５を脱型する。
このようにして、微細構造形成用型５を製造することができる。
なお、上記の微細構造形成用型５の製造方法は、一例であって、適宜変形することができる。
例えば、マスター型１１Ａを形成する場合に、ドライエッチングの代わりに、アルミ陽極酸化等の選択的なエッチングを採用してもよい。
また、例えば、本例は、微細構造形成用型５は一体成形により製造する例になっている。微細構造形成用型５を一体成形すると、微細構造形成用型５の内部の材質がインサート部分を除いて均一であるため、外力が作用した際の各所の変形の異方性が発生しにくくなる。また、各所の変形が精度よく予測できる。
ただし、凸面５ｂの変形形状が許容範囲内に制御できる場合には、微細構造形成用型５を複数の材質で構成したり、複数の部品を貼り合わせたりして、形成することも可能である。
また、例えば、上記のインサート成形では、移動軸６ａ、６ｂに代えて、移動軸６ａ、６ｂの先端部と着脱可能に接続可能な接続金具をインサートすることも可能である。この場合、接続金具を介して、微細構造形成用型５を移動軸６ａ、６ｂの先端部に着脱可能に接続することができる。移動軸６ａ、６ｂと接続金具との接続方法としては、例えば、螺合などを採用することができる。
次に、本実施形態の表面加工装置１０を用いた本実施形態の光学素子の製造方法について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の模式的な工程説明図である。図６（ａ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図５（ｂ）に続く模式的な工程説明図である。図６（ｂ）、（ｃ）は、図６（ａ）におけるＨ部詳細図、およびＪ部詳細図である。図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図６（ａ）に続く模式的な工程説明図である。
本実施形態の光学素子の製造方法は、本体加工工程、成形工程、および脱型工程を備える。
本体加工工程は、光学面を有する光学素子本体を形成する工程である。
本工程では、例えば、切削・研磨、ガラスモールド成形、樹脂成形等の適宜の加工を行って、凹レンズ面１ａを有するレンズ本体１を形成する。
次に、成形工程を行う。本工程は、光学面に成形用樹脂を塗布し、微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型を、光学面に押圧し、成形用樹脂を硬化させる工程である。
本工程では、まず、図５（ａ）に示すように、レンズ本体１を、凹レンズ面１ａが微細構造形成用型５の方に向いた姿勢で、表面加工装置１０の保持部３に保持させる。
このとき、微細構造形成用型５は、保持部３の上方の退避位置に退避させておく。なお、本工程では、型移動制御部７は、軸移動機構６ｃを平行移動モードで制御する。
次に、凹レンズ面１ａ上に、ＵＶ硬化樹脂２０（成形用樹脂）を塗布する。ＵＶ硬化樹脂２０の種類は、本実施形態では、一例として、ＰＡＫ−０２(商品名)を採用している。
ＵＶ硬化樹脂２０は、図５（ａ）に示すように、中心部に塊状に塗布して、後述するように微細構造形成用型５を押圧する際に、外周部に塗り拡げられるようにしてもよいし、例えば、スピンコート等によって、予め凹レンズ面１ａの全体にわたって層状に塗布しておいてもよい。
次に、型移動制御部７は軸移動機構６ｃに制御信号を送出して、図５（ｂ）に示すように、移動軸６ａ、６ｂを鉛直下方に移動し、微細構造形成用型５を下降させる。
このとき、軸移動機構６ｃは平行移動モードで制御されるため、成形面部５ａの凸面５ｂ（図５（ｂ）には図示略）は、凹レンズ面１ａの曲率に略一致する曲率を保って下降する。
このため、微細構造形成用型５の凸面５ｂは、ＵＶ硬化樹脂２０を挟んで凹レンズ面１ａに押圧され、凸面５ｂが凹レンズ面１ａに密着する。
凸面５ｂと凹レンズ面１ａとが密着するまで、微細構造形成用型５が下降されたら、型移動制御部７は、軸移動機構６ｃによる微細構造形成用型５の下降を停止する。
これにより、ＵＶ硬化樹脂２０は、成形面部５ａと凹レンズ面１ａとの間に形成される成形空間に充填される。
このため、型移動部６、型移動制御部７は、ＵＶ硬化樹脂２０が塗布された凹レンズ面１ａに対して微細構造形成用型５を相対移動して、凹レンズ面１ａをＵＶ硬化樹脂２０に密着させる型押圧部を構成している。
また、型移動部６の移動軸６ａは、微細構造形成用型５の中心部を押さえる中心押圧部材を構成している。
次に、ＵＶ光源４を点灯する。これにより、孔部３ａからレンズ本体１に紫外光が入射し、レンズ本体１の内部から凹レンズ面１ａに紫外光が照射される。
この結果、凹レンズ面１ａと成形面部５ａとで挟まれた成形空間に充填されたＵＶ硬化樹脂２０が光硬化し、凹レンズ面１ａ上に反射防止部２が形成される。
このため、ＵＶ光源４は、凹レンズ面１ａと微細構造形成用型５の成形面部５ａとの間に挟まれたＵＶ硬化樹脂２０を硬化させる樹脂硬化部を構成している。
ＵＶ硬化樹脂２０の硬化が終了したら、ＵＶ光源４を消灯する。
以上で成形工程が終了する。
次に、脱型工程を行う。本工程は、微細構造形成用型に対して成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、基体を変形させることにより、微細構造形成用型をその外周側から凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて、微細構造形成用型の脱型を行う工程である。
本工程では、型移動制御部７は、軸移動機構６ｃを脱型モードで制御する。
すなわち、図６（ａ）に示すように、移動軸６ａの位置を固定し、各移動軸６ｂを徐々に鉛直上方に移動する。これにより、移動軸６ｂとともに、移動軸６ｂに接続された基体部５Ａの上部が引き上げられる。このため、基体部５Ａの上部には、移動軸６ｂの各接続位置Ｑにおいて、鉛直上方に向かう外力ＦＱが作用し、基体部５Ａの上部が引き上げられる。一方、移動軸６ａは移動しないため、接続された中心軸線Ｚ上の接続位置Ｓの位置が固定される。この結果、移動軸６ｂの移動に伴って、基体部５Ａの上部は徐々に凹面状に変形していく。
これに対して、基体部５Ａの下面である成形面部５ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、中心軸線Ｚ上の面頂Ｔが凹レンズ面１ａに押圧されて移動が拘束されているから、基体部５Ａには、外力ＦＱにより面頂Ｔ回りの力のモーメントが作用している。
このため、基体部５Ａの下部に発生する応力は、図６（ｃ）に示すように、外力ＦＱに由来する鉛直上向きの応力σＱと、成形面部５ａと反射防止部２との密着による拘束に由来する凸面５ｂに沿う応力σＴの合応力σとなる。
したがって、外力ＦＱの大きさを適宜に設定することにより、成形面部５ａの外周側で合応力σの方向を凹レンズ面１ａの法線Ｎの方向に略一致させることができる。
このようにして、移動軸６ｂを引き上げていくと、外周側の成形面部５ａが、凹レンズ面１ａの略法線Ｎの方向に引っ張られていく。このため、反射防止部２の突起２ａと成形面部５ａの穴部５ｅとの間に擦れが発生しにくいため、大きな離型抵抗を受けることなく、成形面部５ａと反射防止部２とが成形面部５ａの外周側から徐々に離間していく。このため、突起２ａが損傷されることなく、微細構造形成用型５から脱型されていく。
このように、本実施形態では、基体部５Ａの変形により、成形面部５ａが、中心軸線Ｚに向かう上方向に剥がされることで、脱型が進行していく。その際、移動軸６ｂの移動に伴って、成形面部５ａの凸面５ｂの曲率が大きくなる。
このとき、凹レンズ面１ａの有効径、基体部５Ａの材料定数、移動軸６ａの移動速度などの条件によって、曲率の変化の態様はやや異なる。
例えば、基体部５Ａの材質が硬いか、または成形面部５ａと反射防止部２との密着力が小さい場合には、凸面５ｂの変形が各所で一斉に進み、凸面５ｂの曲率が全体的に変化する。この場合、成形面部５ａの離間は、外周側でも内周側でも、略同時に起こる。
一方、基体部５Ａの材質が柔らかいか、または成形面部５ａと反射防止部２との密着力が大きい場合には、凸面５ｂの変形が外周側から内周側に徐々に伝搬するため、凸面５ｂの曲率が外周側から漸次増大し、中心部では成形面部５ａと反射防止部２とが密着した状態が保たれたままで、外周側から徐々に離間が進む。この場合には、凸面５ｂの曲率は、部分的に変化している。
どちらの態様で脱型していくかは、凹レンズ面１ａの形状や、反射防止部２の離型性などに応じて適宜選択することができる。
型移動部６、型移動制御部７は、微細構造形成用型５に対して凸面５ｂの面頂Ｔに関する力のモーメントを作用させて、基体部５Ａをその外周側から突起２ａの延びる方向に成形面部５ａがＵＶ硬化樹脂２０から漸次離間するように変形させる型変形部を構成している。
このようにして、図７（ａ）に示すように、成形面部５ａが中心軸線Ｚの近傍まで脱型が進行したら、型移動制御部７は、移動軸６ａの位置の固定を解除して、移動軸６ｂに追従して移動軸６ａを引き上げる。これにより、成形面部５ａの中心軸線Ｚの近傍の成形面部５ａが、凹レンズ面１ａの光軸Ｏの近傍の反射防止部２から離間する。
このため、型移動部６、型移動制御部７は、成形面部５ａの中心部まで離間が進んだ際に、微細構造形成用型５と保持部３とを相対移動させて、光軸Ｏの方向に離間させる脱型移動部を構成している。
以上で、反射防止部２の脱型が終了する。
成形面部５ａの全面が、反射防止部２から離間したら、脱型工程が終了する。
このようにして、レンズ１Ａが製造される。
次に、型移動制御部７は、図７（ｂ）に示すように、脱型モードを解除し、平行移動モードに移行する。すなわち、移動軸６ａ、６ｂの位置を基準状態に戻し、微細構造形成用型５を平行移動して退避位置に移動して、待機する。
そして、レンズ１Ａを保持部３から取り外す。他のレンズ本体１に反射防止部２を形成する場合には、上記の成形工程、脱型工程を同様に繰り返す。
本実施形態の光学素子の製造方法によれば、変形可能な基体部５Ａの表面に微細構造である反射防止部２の形状を転写する成形面部５ａが形成された微細構造形成用型５を用いて反射防止部２の成形を行い、基体部５Ａを変形させることにより、微細構造形成用型５をその外周側から反射防止部２の突起２ａの延びる方向に漸次離間させて脱型を行うことができる。
このため、レンズ１Ａの曲率を有する凹レンズ面１ａに光軸Ｏと交差する方向に延びる突起２ａが集合した反射防止部２を脱型する際に、微細構造形成用型５を光軸Ｏ方向に抜いても、離型抵抗が少ないため容易に脱型できる。また、反射防止部２の突起２ａを損傷することなく脱型できる。また、突起２ａの形状精度を悪化させることもなく脱型できる。
また、凹レンズ面１ａの法線Ｎの方向に延びる突起２ａの集合体からなる反射防止部２を形成できるため、多層膜を用いたり、光軸方向に延びる突起のみからなる反射防止構造を用いたりする場合に比べて、レンズ１Ａの凹レンズ面１ａの反射防止特性を向上することができる。
また、本実施形態の表面加工装置１０によれば、微細構造形成用型５の基体部５Ａおよび成形面部５ａが、弾性係数が低く変形容易な弾性体から形成されるため、成形面部５ａの凸面５ｂの曲率が、凹レンズ面１ａの曲率と異なっていても、成形面部５ａをレンズ１Ａに押圧することで、基体部５Ａおよび成形面部５ａが変形して、凹レンズ面１ａに密着することができるため、例えば、成形面部５ａや凹レンズ面１ａの形状に製作誤差がある場合でも、安定した形状の反射防止部２を形成することができる。
また、表面加工装置１０は、型移動部６によって、基体部５Ａおよび成形面部５ａを変形させることができるため、移動軸６ａ、６ｂの基準状態の位置関係を調整することによって、成形面部５ａの凸面５ｂの形状を修正することができる。このため、微細構造形成用型５の製造コストを低減するとともに、反射防止部２の成形精度を向上することができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光学素子の表面加工装置について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。
本実施形態の表面加工装置１０Ａは、図８に示すように、上記第１の実施形態の表面加工装置１０の型移動部６に代えて、型移動部２６（型押圧部、型変形部、脱型移動部）を備える。
型移動部２６は、上記第１の実施形態の型移動部６の移動軸６ｂ、軸移動機構６ｃに代えて、移動軸２６ｂ、軸移動機構２６ｃを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
移動軸２６ｂは、上記第１の実施形態における移動軸６ｂの上端部を、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に延ばしたものである。
軸移動機構２６ｃは、上記第１の実施形態の軸移動機構６ｃと同様に移動軸６ａを進退させるとともに、各移動軸２６ｂをそれぞれの軸方向に進退移動させるものである。軸移動機構２６ｃの構成は、移動方向を除いて、上記第１の実施形態の軸移動機構６ｃと同様の構成を採用することができる。
このような構成により、表面加工装置１０Ａでは、移動軸２６ｂを斜め上方向に移動することで、接続位置Ｑにおいて外力ＦＱ’を作用させ、面頂Ｔ回りの力のモーメントを発生させることができる。このため、微細構造形成用型５の上部を中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げることができるようになっている。
移動軸２６ｂの傾斜方向は、移動軸２６ｂの中心軸の延長線が、成形面部５ａの変形前の凸面５ｂの法線と略一致する（一致する場合を含む）向きであることが好ましい。
本実施形態の表面加工装置１０Ａによれば、上記第１の実施形態と同様にして、レンズ１Ａを製造することができる。
本実施形態では、移動軸２６ｃが、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げられるため、成形面部５ａを凸面５ｂの変形前の法線方向に沿って移動する制御がより容易となる。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の光学素子の表面加工装置について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。
本実施形態の表面加工装置１０Ｂは、図９に示すように、上記第１の実施形態の表面加工装置１０の型移動部６に代えて、型移動部３６（型押圧部、型変形部、脱型移動部）を備える。
型移動部３６は、上記第１の実施形態の型移動部６の移動軸６ｂ、軸移動機構６ｃに代えて、移動軸３６ｂ、軸移動機構３６ｃを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
移動軸３６ｂは、微細構造形成用型５の外周面５ｃの周方向を等分する複数の位置に設けられ、微細構造形成用型５の中心軸線Ｚを通る水平線上を進退するものである。
各移動軸３６ｂは、外周面５ｃの上端側に近い位置において、同一の水平面に整列して配置されている。
軸移動機構３６ｃは、上記第１の実施形態の軸移動機構６ｃと同様に移動軸６ａを進退させるとともに、各移動軸３６ｂをそれぞれの軸方向の進退移動させるものである。軸移動機構３６ｃの構成は、移動方向を除いて、上記第１の実施形態の軸移動機構６ｃと同様の構成を採用することができる。
このような構成により、表面加工装置１０Ｂでは、移動軸３６ｂを中心軸線Ｚに向けて移動することで、外周面５ｃにおける接続位置Ｕにおいて外力ＦＵを作用させ、面頂Ｔ回りの力のモーメントを発生させることができる。このため、微細構造形成用型５の外周側の側面を中心側に向けて圧縮することで、下方側の基体部５Ａを、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げることができるようになっている。
本実施形態は、微細構造形成用型５の材質がポアソン比の大きいゴム材料の場合に特に有効である。
なお、移動軸３６ｂの移動方向は、外周面５ｃを中心側に押圧できれば、水平方向には限定されない。例えば、中心に向かう斜め上方向に移動する構成とすれば、ポアソン比が特に大きい材質でなくても、下方側の基体部５Ａを、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げることができる。
本実施形態の表面加工装置１０Ｂによれば、上記第１の実施形態と同様にして、レンズ１Ａを製造することができる。
本実施形態では、例えば、レンズ１Ａのレンズ径が小さく、微細構造形成用型５の上面５ｄ狭い場合にも容易に適用することができるため、特に小径の光学素子の製造に好適である。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態の光学素子の表面加工装置について説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図、および模式的な動作説明図である。
本実施形態の表面加工装置１０Ｃは、図１０（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の表面加工装置１０の微細構造形成用型５、型移動部６に代えて、微細構造形成用型４５、型移動部４６（型押圧部、脱型移動部）を備え、流体供給部４７（型変形部）を追加したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
微細構造形成用型４５は、上記第１の実施形態の微細構造形成用型５から、移動軸６ｂを削除し、基体部５Ａの内部に環状空洞部４５ａを追加したものである。
環状空洞部４５ａは、円状または楕円状の断面を有する円環状の空間であり、中心軸線Ｚを中心として形成されている。環状空洞部４５ａの上部には、金属パイプなどからなる流体供給管４７ａが貫通され、流体供給管４７ａを通して、外部との間で流体の流入および排出が可能になっている。
型移動部４６は、上記第１の実施形態の型移動部６の移動軸６ｂを削除し、軸移動機構６ｃに代えて、軸移動機構４６ｃを備える。
軸移動機構４６ｃは、上記第１の実施形態の軸移動機構６ｃから、移動軸６ｂを進退させる機能を削除したものである。
流体供給部４７は、流体供給管４７ａに流体を送出または吸引するものである。流体供給部４７の詳細構成の図示は省略するが、例えば、流体を貯留する流体貯留部と、流体を流体供給管４７ａに対して送出または吸引するポンプ部と、ポンプ部の動作を制御する圧力制御部とを備える。
流体供給部４７が供給する流体としては、例えば空気などの気体でもよいし、例えば水などの液体でもよい。本実施形態では、一例として、流体供給部４７は空気を供給し、空気圧を制御することで、環状空洞部４５ａの容積を制御できるようになっている。
このような構成により、表面加工装置１０Ｃでは、図１０（ａ）に示すように、環状空洞部４５ａ内を一定の空気圧に保つことにより、成形面部５ａを凹レンズ面１ａの形状に沿わせた形状とし、上記第１の実施形態と同様にして、成形工程を行うことができる。
また、脱型工程を行うには、図１０（ｂ）に示すように、環状空洞部４５ａ内の空気を流体供給部４７によって吸引することで、環状空洞部４５ａの容積を収縮させる。
これにより、環状空洞部４５ａの内周面において、成形面部５ａと対向する部分Ｖに対して、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げる外力ＦＶが作用したことになる。
外力ＦＶは、面頂Ｔ回りの力のモーメントを発生させるため、上記第１の実施形態と同様に、部分Ｖよりも下方側の基体部５Ａを、中心軸線Ｚに向かう斜め上方向に引き上げることができる
このため、上記第１の実施形態と同様に脱型工程を行うことができる。
本実施形態では、型移動部４６が型押圧部、脱型移動部を構成し、流体供給部４７が型変形部を構成している。
本実施形態の表面加工装置１０Ｃによれば、流体供給部４７によって、微細構造形成用型４５の内部を変形させるため、成形面部５ａに近い位置で、基体部５Ａの変形を制御することができる。
本実施形態では、環状空洞部４７は、１箇所に設けた場合の例で説明したが、環状空洞部４７をさらに同心円状に複数箇所に配置することも可能である。
この場合、外周側から中心部に向かって脱型時の成形面部５ａの変形を、複数の環状空洞部４７の変形を順次切り換えて制御することにより、細かく徐変することができるため、反射防止部２に対する脱型の負荷をより低減することができる。
なお、上記の各実施形態の説明では、光学素子がレンズの場合の例で説明したが、本発明の光学素子の製造方法によって製造される光学素子は、レンズには限定されない。例えば、ミラー、プリズム、フィルタなどの光学素子でもよい。
また、上記の各実施形態の説明では、一例として、光学素子の光学面が凹球面の場合の例で説明したが、凹球面には限定されず、非球面でもよい。また、凸面でもよい。
光学面が凸面の場合、上記の説明と異なる点は、当業者であれば容易に理解される。例えば、光学面が凹面の場合、微細構造形成用型５の成形面部５ａが凹面に形成されることになる。したがって、凹面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、成形面部５ａの凹面の曲率が大きくなるように基体部５Ａを変形させることで、反射防止部２の突起２ａの延びる方向に離間させることができる。
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造が、円錐状の突起２ａによる反射防止部２である場合の例で説明したが、反射防止構造を形成するには、レンズ表面の近傍で屈折率が変化する形状であればよく、円錐状に限らず、三角錐状、四角錐状等の錘体を好適に採用することができる。
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造が反射防止構造の場合の例で説明したが、微細構造は、ナノインプリント技術によって形成される凹凸形状であれば、錘体には限定されず、例えば、円柱、円柱穴、錘体の反転した穴形状、釣鐘形状等の凹凸形状を採用することができる。
このため、微細構造は、反射防止構造には限定されない
また、上記の各実施形態の説明では、光学素子の光軸を鉛直軸に沿って配置し、微細構造形成用型を鉛直軸に沿って移動させるようにした場合の例で説明したが、このような位置関係は一例であって、相対的な位置関係が同じであれば、異なる向きに各部材を配置してもよい。
また、上記の第１、第２の実施形態の説明では、移動軸６ｂ、２６ｂを、１つの円Ｃ１上に配置した場合の例で説明したが、同心円をなす複数の円上に設けた構成とすることができる。この場合、外周側から中心部に向かって、各円上の移動軸を徐々に移動させていくことにより、成形面部５ａの変形量をより細かく制御することができるため、反射防止部２に対する脱型の負荷をより低減することができる。
また、上記各実施形態の説明では、光学素子を固定して微細構造形成用型を移動させる場合の例で説明したが、移動軸６ａを固定軸に置き換え、保持部３を微細構造形成用型５に対して進退する移動機構を設けるようにして、型押圧部、脱型移動部を構成してもよい。
また、微細構造形成用型５および保持部３をそれぞれ移動可能に支持し、これら両方が、型押圧部、脱型移動部を構成するようにしてもよい。
また、上記の各実施形態の説明では、成形面部５ａが、基体部５Ａの表面に基体部と同材質で形成された場合の例で説明したが、基体は、材質が同一または異なる複数の弾性体を貼り合わせや成形によって一体化した構成としてもよい。
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
１ レンズ本体（光学素子本体）
１Ａ レンズ（光学素子）
１ａ 凹レンズ面（曲率を有する光学面）
２ 反射防止部（微細構造、反射防止構造）
２ａ 突起（錘体）
３ 保持部
４ ＵＶ光源
５、４５ 微細構造形成用型
５Ａ 基体部（基体）
５ａ 成形面部（成形面）
５ｅ 穴部
６、２６、３６、４６ 型移動部
６ａ 移動軸（中心押圧部材）
７ 型移動制御部
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 表面加工装置
２０ ＵＶ硬化樹脂（成形用樹脂）
Ｎ、Ｐ 法線
Ｏ 光軸
Ｔ 面頂
Ｚ 中心軸線

Claims (10)

  1. 曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備える光学素子の製造方法であって、
    前記光学面を有する光学素子本体を形成する本体加工工程と、
    前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型を、前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、
    前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記基体の前記成形面を変形させることにより、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて、前記微細構造形成用型の脱型を行う脱型工程と、を備え、
    前記力は、
    前記光学面の光軸に交差する斜め方向に作用させる
    ことを特徴とする、光学素子の製造方法。
  2. 曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を備える光学素子の製造方法であって、
    前記光学面を有する光学素子本体を形成する本体加工工程と、
    前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型を、前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、
    前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記基体の前記成形面を変形させることにより、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて、前記微細構造形成用型の脱型を行う脱型工程と、を備え、
    前記力は、
    前記光学面の光軸に直交する方向に作用させる
    ことを特徴とする光学素子の製造方法。
  3. 前記脱型工程では、少なくとも前記外周側から前記微細構造形成用型を脱型する際に、前記成形面の裏側に位置する前記微細構造形成用型の中心部を押さえており、
    かつ、前記脱型工程では、前記力のモーメントを作用させることにより、前記成形面が形成された前記基体の表面の部分的な曲率を、前記微細構造形成用型の外周側から変化させて、前記凹凸形状の延びる方向に漸次離間させ、
    前記微細構造形成用型に作用させる前記力は、前記基体の外周面より内側の前記基体、もしくは前記基体の外周面に作用させる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
  4. 前記微細構造形成用型は、
    ゴムまたはエラストマーである
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
  5. 前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
  6. 曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を形成するための光学素子の表面加工装置であって、
    前記光学面を有し、該光学面に成形用樹脂が塗布された光学素子本体を保持する保持部と、
    前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型と、
    前記成形用樹脂が塗布された前記光学面に対して前記微細構造形成用型を相対移動して、前記成形面を前記成形用樹脂に密着させる型押圧部と、
    前記光学面と前記微細構造形成用型の前記成形面との間に挟まれた前記成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化部と、
    前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に前記成形面が前記成形用樹脂から漸次離間するように、前記基体の前記成形面を変形させる型変形部と、
    該型変形部により、前記成形面の中心部まで離間が進んだ際に、前記微細構造形成用型と前記保持部とを相対移動させて、光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備え、
    前記力は、
    前記光学面の光軸に交差する斜め方向に作用させる
    ことを特徴とする、光学素子の表面加工装置。
  7. 曲率を有する光学面に光軸と交差する方向に延びる凹凸形状の微細構造を形成するための光学素子の表面加工装置であって、
    前記光学面を有し、該光学面に成形用樹脂が塗布された光学素子本体を保持する保持部と、
    前記微細構造を転写する成形面が、変形可能な基体の表面に形成された微細構造形成用型と、
    前記成形用樹脂が塗布された前記光学面に対して前記微細構造形成用型を相対移動して、前記成形面を前記成形用樹脂に密着させる型押圧部と、
    前記光学面と前記微細構造形成用型の前記成形面との間に挟まれた前記成形用樹脂を硬化させる樹脂硬化部と、
    前記微細構造形成用型に対して前記成形面の面頂に関する力のモーメントを作用させて、前記微細構造形成用型をその外周側から前記凹凸形状の延びる方向に前記成形面が前記成形用樹脂から漸次離間するように、前記基体の前記成形面を変形させる型変形部と、
    該型変形部により、前記成形面の中心部まで離間が進んだ際に、前記微細構造形成用型と前記保持部とを相対移動させて、光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備え、
    前記力は、
    前記光学面の光軸に直交する方向に作用させる
    ことを特徴とする光学素子の表面加工装置。
  8. 前記型変形部は、
    前記微細構造形成用型の中心部を押さえる中心押圧部材と、
    前記微細構造形成用型の記基体の外周面より内側の前記基体、もしくは前記基体の外周面に前記力を作用させて、前記成形面を前記成形用樹脂から離れる方向に移動させる外周側移動部材と、を備える
    ことを特徴とする請求項６または７に記載の光学素子の表面加工装置。
  9. 前記微細構造形成用型は、
    ゴムまたはエラストマーである
    ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の光学素子の表面加工装置。
  10. 前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
    ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の光学素子の表面加工装置。
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