JP6079029B2

JP6079029B2 - 光学素子の製造方法および製造装置

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Publication number: JP6079029B2
Application number: JP2012168350A
Authority: JP
Inventors: 徳則米澤; 壽男生形; 中村　徹; 徹中村
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Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2017-02-15
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Also published as: JP2014026216A

Description

本発明は、光学素子の製造方法および製造装置に関する。

光学素子の製造には、成形加工がよく用いられる（例えば、特許文献１を参照）。例え
ば、密着複層型の回折光学素子である位相フレネルレンズの成形加工を行う場合、円盤状
のガラス基板と該ガラス基板に近接させた成形型との間隙に第１の樹脂材を充填し、回折
格子を有する第１の樹脂層を成形する。さらに、第１の樹脂層の上に滴下された屈折率の
異なる第２の樹脂材に対して成形型を押圧させ、第２の樹脂層を成形する。これにより、
密着複層型の回折光学素子を成形することができる。

特許第４０２９２０８号公報

回折格子が形成された第１の樹脂層の上に第２の樹脂層を重ねて成形する際、第１の樹
脂層と第２の樹脂層との境界部に気泡が混入するおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、気泡の混入を防止した光学素子の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る光学素子の製造方法は、表面に中心側と外周側とで形状の異なる凹凸パターンが形成された第１部材の前記表面における、前記凹凸パターンの中央部に成形材料を供給し、前記成形材料が供給された前記第１部材の前記表面に成形型を近づけて前記成形材料を押し広げ、前記押し広げた前記成形材料を硬化させることにより、前記成形材料を硬化させてなる第２部材を前記第１部材に重ねて密着させるように成形する光学素子の製造方法であって、前記成形型により押し広げる際の前記成形材料の外周部の広がり速度を、前記凹凸パターンにおいて異なる前記形状に応じて決定された、前記第１部材と前記第２部材との境界部に気泡が発生し得る下限の限界速度よりも低い速度となるように設定する。

なお、上述の製造方法では、前記成形材料の外周部の広がり速度を、前記限界速度の近傍で前記限界速度よりも低い速度となるように、段階的にまたは連続的に設定することが好ましい。

また、前記凹凸パターンが輪帯状に形成され、前記限界速度は、前記凹凸パターンを構成する凹凸における前記凹凸パターンの外周側を向く側面が前記成形材料の広がる方向に沿って傾斜するほど、高くなる。
また、前記気泡は、前記成形材料が前記凹凸パターンを乗り越えて広がる際に空気を巻き込むことで発生する気泡である。
また、前記限界速度は、前記凹凸パターンの凹凸が高いほど、低くなる。
また、前記限界速度は、前記第１部材の前記表面に供給する前記成形材料の粘度が低いほど、高くなる。

また、上述の製造方法では、前記凹凸パターンの形状は、回折光学素子を構成する回折
格子形状であることが好ましい。

さらに、前記光学素子は、前記第１部材と前記第２部材とが密着されてなる密着複層型
の回折光学素子であってもよい。

また、上述の製造方法では、前記成形材料として紫外線硬化型樹脂を用いることが好ま
しい。

また、本発明に係る光学素子の製造装置は、表面に中心側と外周側とで形状の異なる凹凸パターンが形成された第１部材の前記表面における、前記凹凸パターンの中央部に成形材料を供給し、前記成形材料が供給された前記第１部材の前記表面に成形型を近づけて前記成形材料を押し広げ、前記押し広げた前記成形材料を硬化させることにより、前記成形材料を硬化させてなる第２部材を前記第１部材に重ねて密着させるように成形する光学素子の製造装置であって、前記成形型により押し広げる際の前記成形材料の外周部の広がり速度が、前記凹凸パターンにおいて異なる前記形状に応じて決定された、前記第１部材と前記第２部材との境界部に気泡が発生し得る下限の限界速度よりも低い速度となるように設定される。

本発明によれば、光学素子に気泡が混入するのを防止することができる。

（ａ）は回折レンズの成形工程を示す模式図であり、（ｂ）は成形工程の変形例を示す模式図である。（ａ）は回折レンズの平面図であり、（ｂ）は回折レンズの側断面図である。光学素子の製造方法を示すフローチャートである。（ａ）は回折レンズの成形工程において回折格子の高さが変化した場合を示す模式図であり、（ｂ）は成形工程の変形例において回折格子の高さが変化した場合を示す模式図である。（ａ）は回折レンズの成形工程において回折格子の角度が変化した場合を示す模式図であり、（ｂ）は成形工程の変形例において回折格子の角度が変化した場合を示す模式図である。回折格子の拡大図である。（ａ）は回折レンズの成形工程において樹脂材の粘度が変化した場合を示す模式図であり、（ｂ）は成形工程の変形例において樹脂材の粘度が変化した場合を示す模式図である。（ａ）は気泡が混入した回折レンズの平面図であり、（ｂ）は気泡が混入した回折レンズの側断面図である。樹脂材の半径位置と樹脂広がり速度との関係を示すグラフである。（ａ）は変形例の回折レンズの成形工程を示す模式図であり、（ｂ）は成形工程の変形例を示す模式図である。位相フレネルレンズの側断面図である。位相フレネルレンズの成形工程について（ａ）〜（ｅ）へ順に示す模式図である。位相フレネルレンズの変形例を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。回折光学素子の第
１実施形態として回折レンズ１が図２に示されている。なお、以下の第１および第２実施
形態で述べる回折光学素子は、カメラの交換レンズや、顕微鏡、望遠鏡等の光学機器に用
いられるものである。

第１実施形態に係る回折レンズ１は、レンズ基材２と、レンズ基材２の上に成形された
樹脂部材４とを有して構成される。レンズ基材２は、透明のガラス材料を用いて円盤状に
成形され、レンズ基材２の表面（樹脂部材４と接合する方の面）には、複数の輪帯が同心
円状に並ぶ回折格子５が形成されている。樹脂部材４は、透明の樹脂材料を用いて円盤状
に成形される。なお、第１実施形態において、説明容易化のため、断面図のハッチングを
適宜省略している。

以上のように構成される回折レンズ１の製造方法について、図３に示すフローチャート
を参照しながら説明する。まず、回折レンズ１の成形加工を行うための条件出しを行う（
ステップＳＴ１０１）。そして、先のステップＳＴ１０１で求めた加工条件により、回折
レンズ１の成形加工を行う（ステップＳＴ１０２）。

回折レンズ１の成形加工を行うには、まず、射出成形等によりレンズ基材２を作製する
。次に、作製したレンズ基材２を図示しないステージ上に載置する。そして、レンズ基材
２の上に樹脂部材４を重ねて密着させるように成形し接合させる。樹脂部材４を成形する
際、図１（ａ）に示すように、レンズ基材２の表面中央部に樹脂部材４を成形するための
紫外線硬化特性を有する未硬化の（液状の）樹脂材４ａを塗布し、樹脂材４ａが塗布され
たレンズ基材２の表面に成形型（金型）１０を上方から近づけて、樹脂材４ａを略円盤状
に押し広げる。この状態で、レンズ基材２の裏面側から樹脂材４ａに向けて紫外線を所定
の照射量だけ照射し、未硬化の樹脂材４ａを硬化させた後、離型する。なお、成形型１０
の表面（転写面）は平面となるように形成される。また、成形型１０の表面（転写面）は
、球面や非球面であってもよく、樹脂部材４の形状に応じて決定される。

これにより、図２に示すように、回折格子５と密着するように樹脂部材４が成形されて
、当該樹脂部材４がレンズ基材２の表面に接合される。なお、樹脂部材４に用いられる成
形材料（樹脂材４ａ）として紫外線硬化樹脂が用いられる。このようにして、レンズ基材
２の上に樹脂部材４が成形された回折レンズ１が製造される。

ここで、条件出しを行うステップＳＴ１０１について詳しく説明する。回折レンズ１の
加工条件の一つに、成形型１０をレンズ基材２に近づける接近速度がある。本実施形態で
は、この接近速度を、所定の気泡発生速度よりも低い速度となるように、成形型１０とレ
ンズ基材２との間の距離が短くなるほど、段階的にまたは連続的に低くするように設定す
る。

ところで、複合非球面レンズ（球面ガラスレンズの表面に非球面樹脂層を成形した複合
レンズ）の成形においても気泡の対策が必要である。しかし、複合非球面レンズで発生す
る気泡は、樹脂材とレンズ基材、若しくは、樹脂材と成形型（金型）とが接触する際に空
気を巻き込むことが原因である場合が多い。一方、回折格子等の微細な凹凸パターンの上
に樹脂材を積層する場合には、前述の接触時に発生する気泡に加え、樹脂材が微細な凹凸
パターンを乗り越えながら広がる際に空気を巻き込むことで発生する気泡も見られるのが
特徴である。本実施形態の目的は、微細な凹凸パターン（回折格子５）の上に樹脂材４ａ
を積層する際に特徴的に見られる気泡の発生を防止することである。

微細な凹凸パターン（回折格子５）の上に樹脂材４ａを積層する際に発生する気泡は、
成形面（レンズ基材２の表面）の中心部付近では殆ど発生しないが、成形面の周辺部にお
いて密集した状態で発生するのが特徴である。この現象について詳しく考察したところ、
樹脂材４ａが回折格子５を乗り越えて広がる速度（すなわち、樹脂材４ａの広がり速度）
がある限界速度を超えた場合に、気泡が発生することが分かった。従来の成形加工では、
成形型１０とレンズ基材２との接近速度（すなわち、樹脂材４ａに対する押し広げ速度）
は一定である。この場合、樹脂材４ａが薄く広がるほど樹脂材４ａの（最外周部の）の広
がり速度は大きくなる。

成形型１０によって押し広げられる樹脂材４ａの形状が体積一定の円柱であると仮定し
た場合、次の（１）式の関係が導出される。ただし、樹脂材４ａの体積をＶとし、成形型
１０によって押し広げられた樹脂材４ａの（最外周部の）広がり半径をｒとし、樹脂材４
ａの広がり速度（半径方向速度）をｖｒとし、成形型１０とレンズ基材２との接近速度、
すなわち、樹脂材４ａに対する押し広げ速度をｖｈとする。

ｖｒ=（π／２）×（ｒ³／Ｖ）×ｖｈ …（１）

本実施形態においては、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが気泡の発生する限界速度を超え
ないように、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈを制御する。気泡の発生を抑えること
のみに注目すれば、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈを十分に低くすることにより、
結果として樹脂材４ａの広がり速度ｖｒも低くなって気泡は発生しないが、生産性の観点
からは速度をできるだけ速くすることが求められる。これら二つの要求を満足するために
は、次の（２）式を満足する範囲で、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈをできるだけ
高くすることが有効である。なお、気泡が発生する樹脂材４ａの広がり限界速度をｖｒＬ
とする。

ｖｒＬ＞ｖｒ=（π／２）×（ｒ³／Ｖ）×ｖｈ …（２）

なお、上述の説明は、図１（ｂ）に示すように、レンズ基材２の凹凸パターン（回折格
子５）と成形型１０の上下関係が逆の場合にも同様に成り立つ。すなわち、樹脂部材４を
成形する際、上述の実施形態に限らず、図１（ｂ）に示すように、レンズ基材２の表面中
央部に未硬化の樹脂材４ａを供給するように、レンズ基材２の表面に成形型（金型）１０
を下方から近づけて、樹脂材４ａを略円盤状に押し広げるようにしてもよい。

（２）式を満足する範囲で樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈをできるだけ高くする
方法として、樹脂材４ａの広がり半径ｒに拘らず、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが限界速
度ｖｒＬよりも低い近傍の（もしくは同じ）速度で一定となるように、すなわち、（１）
式から換算される押し広げ速度ｖｈでの限界速度（すなわち、前述した所定の気泡発生速
度）よりも低い近傍の（もしくは同じ）速度となるように、樹脂材４ａに対する押し広げ
速度ｖｈを連続的に変化させる方法がある。また、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが限界速
度ｖｒＬよりも低い範囲で、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈを直線的もしくは曲線
的に変化させてもよい。また、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈを連続的に変化させ
るのではなく、樹脂材４ａの広がり半径ｒに応じて途中で段階的に変化させる方法でもよ
い。いずれの方法を用いる場合でも、樹脂材４ａが薄く広がるほど、すなわち、成形型１
０とレンズ基材２との間の距離が短くなるほど、樹脂材４ａに対する押し広げ速度ｖｈを
低く設定するという点は共通である。

次に、気泡が発生する樹脂材４ａの広がり限界速度ｖｒＬに関係する因子について述べ
る。図４（ａ）に示すように、凹凸パターンの深さ（回折格子５の高さｄ）が小さいほど
、樹脂材４ａが空気を巻き込みにくくなるので、樹脂材４ａの広がり限界速度ｖｒＬは高
くなる。また、図５（ａ）に示すように、回折格子５の角度θが樹脂材４ａの広がる方向
に大きく傾斜しているほど、樹脂材４ａが空気を巻き込みにくくなるので、樹脂材４ａの
広がり限界速度ｖｒＬは高くなる。なお、回折格子５の角度θは、図６に示すように大小
関係が定義される回折格子５の光軸に対する傾斜角である。また、図７（ａ）に示すよう
に、樹脂材４ａの粘度ρが低いほど、樹脂材４ａが空気を巻き込みにくくなるので、樹脂
材４ａの広がり限界速度ｖｒＬは高くなる。

これらの関係をまとめると、次の（３）式のように表すことができる。ただし、回折格
子５の高さをｄとし、回折格子５の角度をθとし、樹脂材４ａの粘度をρとし、定数をＡ
とする。また、ｆ（ｄ）、Ｒ（θ）、ｇ（ρ）はそれぞれ、ｄ、θ、ρの増加に伴って単
調に増加する関数である。

ｖｒＬ＝Ａ×｛１／ｆ（ｄ）｝×Ｒ（θ）×｛１／ｇ（ρ）｝ …（３）

（１）式〜（３）式より、気泡を発生させない押し広げ速度ｖｈの範囲は、次の（４）
式のように表される。この（４）式を満足するように押し広げ速度ｖｈを制御すれば、気
泡の発生を抑えることができる。

ｖｈ＜Ａ×｛２Ｖ／(πｒ³)｝×｛１／ｆ(ｄ)｝×Ｒ(θ)×｛１／ｇ(ρ)｝ …（４）

なお、上述の説明は、図４（ｂ）、図５（ｂ）、および図７（ｂ）に示すように、レン
ズ基材２の凹凸パターン（回折格子５）と成形型１０の上下関係が逆の場合にも同様に成
り立つ。

本願の発明者は、第１実施形態に係る回折レンズ１について実験を行った。第１の実験
として、まず、同心円状の回折格子５が形成された直径７４mmのレンズ基材２の中央部に
、アクリル系樹脂からなる樹脂材４ａを０．８４mlだけ塗布した。なお、回折格子５は、
格子高さが２０μｍ、格子本数が１１６本、最大格子ピッチが１．３mm、最小格子ピッチ
が０．１５mmで、中心部から周辺部へ向かうに従って格子ピッチが細かくなるように形成
される。また、回折格子５の断面形状は図４（ａ）に示すような鋸刃形状である。次に、
成形型（平面金型）１０を一定速度（０．２４mm／sec）でレンズ基材２に近づけて、樹
脂材４ａを直径７３mmの円形の領域まで押し広げた。その状態で樹脂材４ａの押し広げ面
（レンズ基材２との境界面）を観察したところ、図８に示すように、半径１９mmの円Ｃよ
り内側の領域に気泡の発生は見られなかったが、半径１９mmの円Ｃより外側の領域に多数
の気泡Ｂが密集した状態で発生していた。

上述した第１の実験条件（樹脂材４ａの体積Ｖおよび樹脂材４ａに対する押し広げ速度
ｖｈ）を（１）式に代入し、樹脂材４ａの広がり半径（半径位置）ｒと樹脂材４ａの広が
り速度（樹脂広がり速度）ｖｒとの関係を調べた結果を、図９の曲線Ｄ１に示す。第１の
実験条件では、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが半径１９mmの位置で限界速度ｖｒＬに達し
たと考えられる。図９に示すグラフより、第１の実験条件の場合の限界速度ｖｒＬは約３
mm／secであることが分かった。

第２の実験として、押し広げ速度ｖｈを異なる一定速度（０．０２mm／sec）とした他
は、第１の実験条件と同じ条件で樹脂材４ａを押し広げた。その状態で樹脂材４ａの押し
広げ面（レンズ基材２との境界面）を観察したところ、図２に示すように、全ての領域に
おいて気泡の発生は見られなかった。押し広げ速度ｖｈが０．０２mm／secの場合におけ
る樹脂材４ａの広がり半径（半径位置）ｒと樹脂材４ａの広がり速度（樹脂広がり速度）
ｖｒとの関係を、図９の曲線Ｄ２に示す。第２の実験条件では、第１の実験で求めた限界
速度ｖｒＬ（＝３mm／sec）を超えずに、樹脂材４ａを最後まで押し広げたので、気泡の
発生を防ぐことができたと考えられる。

第３の実験として、半径１８mmの円より内側の領域における押し広げ速度ｖｈを一定速
度（０．２４mm／sec）とし、半径１８mmの円より外側の領域における押し広げ速度ｖｈ
を内側と異なる一定速度（０．０２mm／sec）とした他は、第１の実験条件と同じ条件で
樹脂材４ａを押し広げた。その状態で樹脂材４ａの押し広げ面（レンズ基材２との境界面
）を観察したところ、図２に示すように、全ての領域において気泡の発生は見られなかっ
た。第３の実験条件でも、第１の実験で求めた限界速度ｖｒＬ（＝３mm／sec）を超えず
に、樹脂材４ａを最後まで押し広げたので、気泡の発生を防ぐことができたと考えられる
。

第４の実験として、樹脂材４ａの広がり半径ｒに拘らず樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが
一定速度（２．９mm／sec）となるように、（１）式を利用して樹脂材４ａに対する押し
広げ速度ｖｈを連続的に変化させながら、樹脂材４ａを押し広げた。なお、その他の条件
は第１の実験条件と同じ条件とした。その状態で樹脂材４ａの押し広げ面（レンズ基材２
との境界面）を観察したところ、図２に示すように、全ての領域において気泡の発生は見
られなかった。第４の実験条件でも、第１の実験で求めた限界速度ｖｒＬ（＝３mm／sec
）よりも低い一定の広がり速度ｖｒ（＝２．９mm／sec）を保ちつつ、樹脂材４ａを最後
まで押し広げたので、気泡の発生を防ぐことができたと考えられる。

以上で述べたように、本願の発明者は、成形型１０とレンズ基材２とを一定速度で近づ
ける際、略円盤状に押し広げられる成形材料（樹脂材４ａ）の広がり速度（半径方向速度
）ｖｒがある限界速度ｖｒＬを超えた場合に、レンズ基材２と樹脂部材４との境界部に気
泡が発生することを見出した。成形型１０の接近速度（押し広げ速度ｖｈ）が一定の場合
、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒは、上述したように、略円盤状に押し広げられる樹脂材４
ａの（最外周部の）広がり半径ｒが大きくなるほど速くなる。すなわち、樹脂材４ａの広
がり半径ｒが大きくなるほど、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが速くなって気泡が発生しや
すくなる。気泡の発生を防止するには、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが限界速度ｖｒＬよ
りも低くなるように、成形型１０の接近速度を低く設定すればよいが、成形型１０の接近
速度が一定の場合、樹脂材４ａの最大半径位置での広がり速度ｖｒが限界速度ｖｒＬより
も低くなるように設定する必要があるため、成形加工に要する時間が不必要に長くなり、
生産性が低下する。

そこで、樹脂材４ａの広がり半径ｒが小さい段階、すなわち成形型１０とレンズ基材２
との間の距離が比較的長い段階では、成形型１０の接近速度（押し広げ速度ｖｈ）を、樹
脂材４ａの広がり速度ｖｒが限界速度を超えない範囲に抑えつつ、相対的に高い速度に設
定する。そして、樹脂材４ａの広がり半径ｒが大きくなるほど、すなわち成形型１０とレ
ンズ基材２との間の距離が短くなるほど、樹脂材４ａの広がり速度ｖｒが限界速度ｖｒＬ
を超えないように、成形型１０の接近速度を相対的に低い速度に設定する。

このような第１実施形態によれば、生産性を低下させることなく、回折レンズ１に気泡
が混入するのを防止することが可能となる。また、成形型１０の接近速度を、前述の（１
）式から換算される押し広げ速度ｖｈでの限界速度（気泡発生速度）の近傍の速度となる
ように、段階的にまたは連続的に低くするように設定すれば、生産性をより低下させるこ
となく、回折レンズ１に気泡が混入するのを防止することが可能となる。なお、樹脂材４
ａの広がり限界速度ｖｒＬは、実験的に求めるようにしてもよく、（３）式等を利用した
シミュレーションを行って求めるようにしてもよい。

なお、上述の第１実施形態において、回折格子５の断面形状は鋸刃形状であるが、これ
に限られるものではない。例えば図１０（ａ）に示すように、レンズ基材１２の表面に形
成される回折格子１５の断面形状が矩形状であってもよく、レンズ基材の表面に凹凸パタ
ーンが形成されていればよい。なおこの場合、上述の第１実施形態と同様に、レンズ基材
１２の表面中央部に未硬化の樹脂材１４ａを塗布し、レンズ基材１２の表面に成形型１０
を上方から近づけて、樹脂材１４ａを略円盤状に押し広げることができる。また、図１０
（ｂ）に示すように、レンズ基材１２の表面中央部に未硬化の樹脂材１４ａを供給するよ
うに、レンズ基材１２の表面に成形型１０を下方から近づけて、樹脂材１４ａを略円盤状
に押し広げるようにしてもよい。

また、上述の第１実施形態において、レンズ基材２および樹脂部材４がそれぞれ円盤状
に形成されているが、これに限られるものではなく、レンズ基材および樹脂部材の少なく
ともいずれかの面が球面もしくは非球面であってもよい。

また、上述の第１実施形態において、レンズ基材２が透明のガラス材料を用いて成形さ
れているが、これに限られるものではなく、透明の樹脂材料を用いて成形されてもよい。

続いて、回折光学素子の第２実施形態について説明する。回折光学素子の第２実施形態
として、密着複層型の回折光学素子である位相フレネルレンズ（以下、ＰＦレンズ２１と
称する）が図１１に示されている。第２実施形態に係るＰＦレンズ２１は、ガラス基板２
２と、ガラス基板２２の上に成形された第１の樹脂層２４と、第１の樹脂層２４の上に重
ねて成形された第２の樹脂層２６とを有して構成される。ガラス基板２２は、透明のガラ
ス材料を用いて円盤状に成形され、ガラス基板２２の一方の面（第１の樹脂層２４と接合
する方の面）には、シランカップリング剤からなるプライマー層２３が形成されている。

第１の樹脂層２４は、透明の樹脂材料を用いて円盤状に成形され、第１の樹脂層２４の
一方の面（第２の樹脂層２６と接合する方の面）には、複数の輪帯が同心円状に並ぶ回折
格子２５が形成されている。第２の樹脂層２６は、第１の樹脂層２４と屈折率が異なる透
明の樹脂材料を用いて円盤状に成形される。なお、第２実施形態において、説明容易化の
ため、回折格子２５の輪帯の数を少なく記載しているが、実際の輪帯数は使用可能な程度
に十分多いものとする。また、第２実施形態において、説明容易化のため、適宜断面図の
ハッチングを省略している。

以上のように構成されるＰＦレンズ２１の製造方法について説明する。なお、第２実施
形態における製造フローは、第１実施形態における製造フローと同様であるので、第１実
施形態と同じ図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ＰＦレンズ２１
の成形加工を行うための条件出しを行う（ステップＳＴ１０１）。そして、先のステップ
ＳＴ１０１で求めた加工条件により、ＰＦレンズ２１の成形加工を行う（ステップＳＴ１
０２）。

ＰＦレンズ２１の成形加工を行うには、まず、ガラス基板２２の上に第１の樹脂層２４
を成形し接合させる。第１の樹脂層２４を成形する際、図１２（ａ）に示すように、ガラ
ス基板２２の一方の面にシランカップリング剤／エチルアルコール／水（酢酸でやや酸性
にした水）の混合液をスピンコートにより全面的に塗布し、ベーキングしてプライマー層
２３を形成する。プライマー層２３を形成したガラス基板２２の一方の面に所定の格子形
状を有する第１の成形型（金型）３１を近接させ、図１２（ｂ）に示すように、その間隙
に第１の樹脂層２４を成形するための紫外線硬化特性を有する未硬化の（液状の）樹脂材
２４ａを充填する。この状態で、ガラス基板２２の他方の面から樹脂材２４ａに向けて紫
外線を所定の照射量だけ照射し、未硬化の樹脂材２４ａを硬化させた後、離型する。

これにより、第１の成形型３１の格子形状が樹脂材２４ａに転写されて回折格子２５を
有する第１の樹脂層２４が成形されるとともに、当該第１の樹脂層２４がプライマー層２
３を介してガラス基板２２の一方の面に接合される。なお、第１の樹脂層２４に用いられ
る樹脂材料（樹脂材２４ａ）は紫外線硬化樹脂である。

次に、第１の樹脂層２４の上に第２の樹脂層２６を重ねて密着させるように成形し接合
させる。第２の樹脂層２６を成形する際、図１２（ｃ）に示すように、第１の樹脂層２４
の一方の面（表面）上に第２の樹脂層２６を成形するための紫外線硬化特性を有する未硬
化の（液状の）樹脂材２６ａを滴下し、図１２（ｄ）に示すように、樹脂材２６ａが滴下
された第１の樹脂層２４の一方の面（表面）に第２の成形型（金型）３２を近づけて樹脂
材２６ａを押し広げた後、１層目と同様に樹脂材２６ａを紫外線硬化させて離型する。な
お、第２の成形型３２の表面（転写面）は平面となるように形成される。また、第２の成
形型３２の表面（転写面）は、球面や非球面であってもよく、第２の樹脂層２６の形状に
応じて決定される。

これにより、図１２（ｅ）に示すように、他方の面（裏面）で回折格子２５に密着する
ように第２の樹脂層２６が成形されるとともに、当該第２の樹脂層２６が第１の樹脂層２
４の一方の面（表面）に接合される。なお、第２の樹脂層２６に用いられる樹脂材料（樹
脂材２６ａ）は紫外線硬化樹脂である。このようにして、ガラス基板２２の上に２つの樹
脂層２４，２６が成形されたＰＦレンズ２１が製造される。

ここで、条件出しを行うステップＳＴ１０１について詳しく説明する。ＰＦレンズ２１
の加工条件の一つに、第２の成形型３２を第１の樹脂層２４に近づける接近速度がある。
第２実施形態では、第１実施形態と同様の方法で、第２の成形型３２と第１の樹脂層２４
との接近速度を、所定の気泡発生速度よりも低い速度となるように、第２の成形型３２と
第１の樹脂層２４との間の距離が短くなるほど、段階的にまたは連続的に低くするように
設定する。

この結果、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、生産性を低下させることな
く、ＰＦレンズ２１に気泡が混入するのを防止することが可能となる。

なお、上述の第２実施形態において、回折格子２５の断面形状は鋸刃形状であるが、こ
れに限られるものではなく、第１実施形態と同様に、回折格子の断面形状が矩形状であっ
てもよく、第１の樹脂層２４の一方の面（表面）に凹凸パターンが形成されていればよい
。

また、上述の第２実施形態において、第１および第２の成形型３１，３２をガラス基板
２２および第１の樹脂層２４の上方からそれぞれ近づけているが、これに限られるもので
はなく、第１実施形態と同様に上下関係を逆にして、第１および第２の成形型３１，３２
をガラス基板２２および第１の樹脂層２４の下方からそれぞれ近づけるようにしてもよい
。

また、上述の第２実施形態において、ガラス基板２２、第１の樹脂層２４、および第２
の樹脂層２６がそれぞれ円盤状に形成されているが、これに限られるものではなく、ガラ
ス基板、第１の樹脂層、および第２の樹脂層の少なくともいずれかの面（一方もしくは他
方の面）が球面もしくは非球面であってもよい。

また、上述の第２実施形態において、基板としてガラス基板２２を用いているが、これ
に限られるものではなく、例えば、樹脂製の基板であってもよく、透明な材料を用いた基
板であればよい。

また、上述の第２実施形態において、ＰＦレンズ２１の構成は、これに限られるもので
はない。例えば、図１３に示すように、接着剤４９を用いて第２のガラス基板４８を第２
の樹脂層２６の上に重ねて接着（接合）するようにしてもよい。すなわち、２つのガラス
基板２２，４８の間に２つの樹脂層２４，２６が成形されたＰＦレンズ４１であってもよ
い。また、２つのガラス基板２２，４８の間に２つの樹脂層２４，２６が成形されたＰＦ
レンズ４１を製造する場合、第２の成形型３２の代わりに、成形型としてプライマー層が
形成された第２のガラス基板４８を樹脂材２６ａに当接させて第２の樹脂層２６を成形す
るようにしてもよい。このようにすれば、第２の成形型３２を用いずに、第２の樹脂層２
６の成形と第２の樹脂層２６に対する第２のガラス基板４８の接合を同時に行うことがで
き、ＰＦレンズ４１の製造工程を簡略化することができる。

また、第１および第２実施形態において、回折光学素子の一種である回折レンズ１やＰ
Ｆレンズ２１，４１を例に説明したが、これに限られるものではなく、一般的なフレネル
レンズ等の光学素子であっても、本発明を適用可能である。

１回折レンズ２レンズ基材（第１部材）
４樹脂部材（第２部材）５回折格子
１０成形型
２１ＰＦレンズ２２ガラス基板
２４第１の樹脂層（第１部材）２５回折格子
２６第２の樹脂層（第２部材）
３１第１の成形型３２第２の成形型
４１ＰＦレンズ（変形例）４８第２のガラス基板

Claims

表面に中心側と外周側とで形状の異なる凹凸パターンが形成された第１部材の前記表面における、前記凹凸パターンの中央部に成形材料を供給し、前記成形材料が供給された前記第１部材の前記表面に成形型を近づけて前記成形材料を押し広げ、前記押し広げた前記成形材料を硬化させることにより、前記成形材料を硬化させてなる第２部材を前記第１部材に重ねて密着させるように成形する光学素子の製造方法であって、
前記成形型により押し広げる際の前記成形材料の外周部の広がり速度を、前記凹凸パターンにおいて異なる前記形状に応じて決定された、前記第１部材と前記第２部材との境界部に気泡が発生し得る下限の限界速度よりも低い速度となるように設定することを特徴とする光学素子の製造方法。
前記成形材料の外周部の広がり速度を、前記限界速度の近傍で前記限界速度よりも低い速度となるように、段階的にまたは連続的に設定することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
前記凹凸パターンが輪帯状に形成され、
前記限界速度は、前記凹凸パターンを構成する凹凸における前記凹凸パターンの外周側を向く側面が前記成形材料の広がる方向に沿って傾斜するほど、高くな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。
前記気泡は、前記成形材料が前記凹凸パターンを乗り越えて広がる際に空気を巻き込むことで発生する気泡であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記限界速度は、前記凹凸パターンの凹凸が高いほど、低くなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記限界速度は、前記第１部材の前記表面に供給する前記成形材料の粘度が低いほど、高くなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記凹凸パターンの形状は、回折光学素子を構成する回折格子形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記光学素子は、前記第１部材と前記第２部材とが密着されてなる密着複層型の回折光学素子であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子の製造方法。
前記成形材料として紫外線硬化型樹脂を用いることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
表面に中心側と外周側とで形状の異なる凹凸パターンが形成された第１部材の前記表面における、前記凹凸パターンの中央部に成形材料を供給し、前記成形材料が供給された前記第１部材の前記表面に成形型を近づけて前記成形材料を押し広げ、前記押し広げた前記成形材料を硬化させることにより、前記成形材料を硬化させてなる第２部材を前記第１部材に重ねて密着させるように成形する光学素子の製造装置であって、
前記成形型により押し広げる際の前記成形材料の外周部の広がり速度が、前記凹凸パターンにおいて異なる前記形状に応じて決定された、前記第１部材と前記第２部材との境界部に気泡が発生し得る下限の限界速度よりも低い速度となるように設定されることを特徴とする光学素子の製造装置。