JP6292129B2 - 光学素子の製造方法及び反射防止構造体の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の表面上に反射防止構造体を有する光学素子の製造方法及び当該反射防止構造体の作製方法に関する。

一般的に、カメラモジュールなどに用いられる光学レンズでは、表面反射によるゴーストやフレアーを低減させるために反射防止加工がされている。最も一般的な反射防止加工としては、反射防止膜と呼ばれる光学薄膜を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の反射防止加工法として、反射防止構造体を設ける方法がある。反射防止構造体は、レンズなどの光学素子の表面に光の波長スケールの凹凸形状や巨視的に見て密度の低い部分を作製したものであり反射を低減する。反射防止構造体の作製法には、成形を行う金型に反射防止構造のネガ型を作製しておき、成形時に反射防止構造を転写する方法がある（例えば、特許文献２参照）。また、反射防止構造体の作製法には、蒸着によって基板上に島状のパターンマスクを形成した後、エッチングを行う方法がある（例えば、特許文献３参照）。さらに、単粒子膜を基板上に移し取り、この単粒子膜をマスクとしてエッチングを行う方法がある（例えば、特許文献４参照）。

特許文献２の方法のように、構造体を作製する手法として金型を用いる場合、樹脂との接着面積が増加することによって離形不良や金型の劣化による光学素子の不均質さが生じる、金型作製が複雑になりコストが非常に高くなる、などの問題がある。

また、特許文献３の方法は、平坦面のマスク形成には向いているが、曲率の比較的大きな光学面では異なる面角度においてマスクが均一に形成されにくく、異なる面角度において島状のマスクを均一に形成することが難しい。そのため、例えば曲面全体に微細な凹凸構造を均一に作製することが難しい。また、特許文献４の方法では、単粒子膜を曲面に均一に塗布することが難しく、単粒子膜の移行工程にも手間がかかる。

なお、光学素子の製造に関連する技術として、フォトレジストをマスクとして用いることでレンズ面を形成する方法がある（例えば、特許文献５参照）。この方法は、レンズの光学面の曲面に応じて露光光を傾けて目的とする厚み分布を有するレジストマスクを形成し、ドライエッチングなどのエッチングにより反射防止構造体を形成する。これを応用して曲面上にマスクを形成することが考えられるが、露光光の入射角度が大きくなるにつれて光強度が低下するため、露光光の入射角度によってレジストの膜厚が異なり、均一にマスクを形成することが難しい。また、曲面に応じて光源を傾ける必要があり装置が複雑となる。また、マスク形成作業に手間がかかり、レンズ１つ１つを加工するとコストがかかる。その他、ＥＢ（Electron Beam）描画により基材の表面上に反射防止構造体を作製する方法も考えられるが、実現性やコストの点で問題がある。

特表２０１０−５１９８８１号公報 特開２００５−３１５３８号公報 特表２０１０−５１１０７９号公報 特開２００９−０３４６３０号公報 特開２００４−３０９７９４号公報

本発明は、非平坦面全体に反射防止構造体を均一にかつ容易に作製できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記反射防止構造体の作製方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、巨視的な非平坦面を有する光学素子の製造方法であって、巨視的な非平坦面を複数領域に区分けし、区分けされた複数領域のうち第１の領域に対して島状のマスクを形成する第１マスク形成工程と、第１マスク形成工程により島状のマスクが形成された第１の領域をエッチングして、第１の領域に反射防止構造体を形成する第１エッチング工程と、第１エッチング工程後、複数の領域のうち第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する第２マスク形成工程と、第２マスク形成工程により島状のマスクが形成された第２の領域をエッチングして、第２の領域に反射防止構造体を形成する第２エッチング工程とを備え、第２マスク形成工程において、第１エッチング工程により第１の領域に形成された反射防止構造体を全体的に覆うようにマスクを形成し、かつ、第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する。ここで、巨視的な非平坦面とは、曲面（曲率が相対的に大きい面でもよい）、或いは面角度が大きい面を含む複合面等を意味する。また、第１及び第２の領域とは、１回のマスク形成工程やエッチング工程によって島状のマスク形成やエッチングが行われる領域を総称している。つまり、事実上複数の領域に分割されていても、１回のマスク形成工程やエッチング工程によって島状のマスク形成やエッチングが行われれば、１つの領域としてとらえる。また、第１の領域に形成された反射防止構造体を全体的に覆うとは、構造体を含む凹凸領域において、反射防止機能を有するような高さに関してのある閾値を基準として、その閾値を超える領域を概ね覆っている状態を意味する。

上記光学素子の製造方法によれば、巨視的な非平坦面上に反射防止構造体を比較的均一に作製することができる。そのため、巨視的な非平坦面における反射光が低減され、反射光で発生しうるゴーストを抑えることができる。指向性のある手法によってマスクを形成する場合、巨視的な非平坦面において面角度が比較的大きい部分と面角度が比較的小さい部分とでは、マスクの形成されやすさが異なる。しかし、巨視的な非平坦面を複数領域に区分けし、区分けした領域ごとに島状マスクを形成する工程とエッチングする工程とを設けることにより、巨視的な非平坦面に対しても反射防止構造体を比較的均一に作製することができるようになる。このように、均一な膜厚のマスクを非平坦面の全体にわたって形成する必要がないため、低コストかつ容易に非平坦面の全体に反射防止構造体を形成することができる。また、反射防止膜を設ける場合に比較して、反射防止構造体を設けることで高耐熱性を得ることができる。
また、本製造方法によれば、第２エッチング工程において、マスクで覆われた第１の領域に形成された反射防止構造体はほとんどエッチングされず、島状のマスクが形成された第２の領域が優先的にエッチングされる。これにより、非平坦面の全体にわたって、より均一な反射防止構造体を形成することが可能となる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記光学素子の製造方法において、第１の領域は、巨視的な非平坦面のうち光学素子の光軸に対して面角度が比較的小さい領域である。この場合、反射防止構造体を作製しやすい面角度が比較的小さい部分に予め反射防止構造体を形成するため、その後の第２マスク形成工程及び第２エッチング工程においてマスク形成のコントロールがしにくい面角度が比較的大きい部分を選択的に加工することができる。

本発明のさらに別の観点では、第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚と、第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚とが異なる。巨視的な非平坦面に対し、形成するマスクの厚みを変えることにより、島状のマスクが形成される領域を調整することが可能となる。つまり、第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚と、第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚とを異ならせることにより、第１の領域と異なる領域に島状のマスクを形成することが可能となる。

本発明のさらに別の観点では、第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚が、第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚よりも薄い。この場合、第１マスク形成工程で形成した島状のマスクを反射防止構造体の形成に利用でき、第２マスク形成工程で形成したマスクのうち島状のマスク部分を反射防止構造体の形成に利用できる。

本発明のさらに別の観点では、第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚が、第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚よりも厚い。この場合、第１マスク形成工程で形成したマスクのうち島状のマスク部分を反射防止構造体の形成に利用でき、第２マスク形成工程で形成した島状のマスクを反射防止構造体の形成に利用できる。

本発明のさらに別の観点では、第１エッチング工程と第２マスク形成工程との間に、巨視的な非平坦面に付着したマスクを除去するマスク除去工程を有する。

本発明のさらに別の観点では、第２エッチング工程後に、巨視的な非平坦面に付着したマスクを除去するマスク除去工程を有する。

本発明のさらに別の観点では、第１マスク形成工程及び第２マスク形成工程において、蒸着、スパッター、及びＣＶＤのいずれかでマスクを形成する。この場合、蒸着、スパッター、ＣＶＤなどの指向性のある手法によるマスク形成の特徴を活かして、反射防止構造体を形成するのに適した膜厚のマスクを形成することができる。

本発明のさらに別の観点では、第１エッチング工程及び第２エッチング工程において、イオンビーム及びプラズマのいずれかで巨視的な非平坦面をエッチングする。

本発明のさらに別の観点では、複数領域のうち第１及び第２の領域と異なる領域を１つ以上に区分けし、第１及び第２マスク形成工程の少なくともいずれかと同様のマスク形成工程と、第１及び第２エッチング工程の少なくともいずれかと同様のエッチング工程とを１回以上行う。この場合、巨視的な非平坦面を３つ以上の領域に区分して、各領域についてマスク形成工程と、エッチング工程とを行う。これにより、非平坦面に対して徐々に又は段階的に反射防止構造体を形成することができ、曲率が大きな面でもより均一な構造を作製することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明に係る反射防止構造体の作製方法は、巨視的な非平坦面を有する光学素子に反射防止構造体を作製する反射防止構造体の作製方法であって、巨視的な非平坦面を複数領域に区分けし、区分けされた複数領域のうち第１の領域に対して島状のマスクを形成する第１マスク形成工程と、第１マスク形成工程により島状のマスクが形成された第１の領域をエッチングして、第１の領域に反射防止構造体を形成する第１エッチング工程と、第１エッチング工程後、複数の領域のうち第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する第２マスク形成工程と、第２マスク形成工程により島状のマスクが形成された第２の領域をエッチングして、第２の領域に反射防止構造体を形成する第２エッチング工程とを備え、第２マスク形成工程において、第１エッチング工程により第１の領域に形成された反射防止構造体を全体的に覆うようにマスクを形成し、かつ、第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する。

上記反射防止構造体の作製方法によれば、巨視的な非平坦面上に反射防止構造体を比較的均一に作製することができる。そのため、巨視的な非平坦面における反射光が低減され、反射光で発生しうるゴーストを抑えることができる。また、反射防止膜を設ける場合に比較して、反射防止構造体を設けることで高耐熱性を得ることができる。

図１Ａは、第１実施形態の光学素子の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す光学素子のＡＡ矢視断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示す光学素子を積層し、分離したレンズユニットの拡大断面図である。 図１Ａの光学素子の反射防止構造体などについて説明する部分拡大図である。 図１Ａの光学素子の製造に用いる成形金型を説明する断面の概念図である。 図１Ａの光学素子の製造に用いる加工装置を説明する概念図である。 図５Ａ〜５Ｃは、図１Ａの光学素子の成形工程を説明するための図である。 図１Ａの光学素子の製造工程を説明するフローチャートである。 図７Ａは、図１Ａの光学素子の製造工程のうち第１マスク形成工程を説明する概念図であり、図７Ｂ及び７Ｃは、第１エッチング工程を説明する概念図である。 図８Ａは、図１Ａの光学素子の製造工程のうち第１マスク形成工程を説明する概念図であり、図８Ｂは、第１エッチング工程を説明する概念図であり、図８Ｃは、第２マスク形成工程を説明する概念図であり、図８Ｄは、第２エッチング工程を説明する概念図である。 図９Ａ及び９Ｂは、図１Ａの光学素子の製造工程のうち第２マスク形成工程を説明する概念図であり、図９Ｃ及び９Ｄは、第２エッチング工程を説明する概念図である。 図１Ｃのレンズユニットの製造工程を説明するフローチャートである。 図１１Ａ及び１１Ｂは、図１Ａの光学素子の実施例及び比較例を説明する図である。 図１２Ａは、図１Ａの光学素子の実施例を説明する図であり、図１２Ｂは、比較例を説明する図である。 図１３Ａ及び１３Ｂは、第２実施形態の光学素子を説明する図である。 図１４Ａ及び１４Ｂは、第３実施形態の光学素子を説明する図である。 図１５Ａは、第４実施形態の光学素子の製造工程のうち第１マスク形成工程を説明する概念図であり、図１５Ｂは、第１エッチング工程を説明する概念図であり、図１５Ｃは、マスク除去工程を説明する概念図である。 図１６Ａは、第４実施形態の光学素子の製造工程のうち第２マスク形成工程を説明する概念図であり、図１６Ｂは、第２エッチング工程を説明する概念図である。

〔第１実施形態〕
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法及び反射防止構造体の作製方法について説明する。

図１Ｃに示す光学素子であるレンズユニット２００は、図１Ａ及び１Ｂに示す光学要素アレイ１００などを積層し切断することによって形成される。ここでは、まず光学要素アレイ１００について説明する。なお、光学要素アレイ１００自体を光学素子として用いることもできる。
光学要素アレイ
図１Ａ及び１Ｂに示すように、光学要素アレイ１００は、円盤状であり、基板１０１と、第１レンズアレイ層１０２と、第２レンズアレイ層１０３とを有する。光学要素アレイ１００は、後述する複合レンズ１０をマトリックス状に配列して一体化した構造を有する。説明の都合上、４つの複合レンズ１０のみを図示しているが、実際の光学要素アレイ１００は、多数の複合レンズ１０を含むものとなっている。ここで、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３は、軸ＡＸに垂直なＸＹ面内での並進及び軸ＡＸのまわりの回転に関して相互にアライメントされて基板１０１に接合されている。

光学要素アレイ１００のうち基板１０１は、ＸＹ面に沿って延びる円形の平板であり、光学要素アレイ１００の形状を安定させる目的、及び成形を容易にする目的で用いられる。基板１０１は、樹脂、ガラス、フォトニック結晶、及びこれらに添加物を加えたものなどで形成されている。特に、光透過性に優れるガラスや透明樹脂、及びこれらに添加物を加えたものが好ましい。基板１０１の厚さは、基本的には光学的仕様によって決定される。基板１０１の片面又は両面には、洗浄や表面改質などの目的に応じて、プラズマ、イオンビーム、研磨、熱処理、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの表面処理が施されていてもよい。また、基板１０１の片面又は両面には、保護膜、レジスト処理、光学薄膜の堆積などの処理が施されていてもよいし、切削、モールド、ダイシング、研磨、ブラストなどによって表面加工、形状加工が行われてもよい。例えば、黒い樹脂材料を用いたレジスト処理によって、レンズ絞りのパターニングなどを行うことができる。また、基板１０１の片面又は両面に赤外カットフィルター膜を設けることにより、撮像素子へのノイズを減少させることができる。

第１レンズアレイ層１０２は、樹脂製であり、基板１０１の一方の面１０１ｂ上に形成されている。第１レンズアレイ層１０２は、成形の容易さを考慮して基板１０１の全面を覆うように形成されている。第１レンズアレイ層１０２は、平面視において円形の外形を有し、多数の第１レンズ素子１１を有する。第１レンズ素子１１は、第１レンズ本体１１ａと第１フランジ部１１ｂとを一組としている。第１レンズ素子１１は、ＸＹ面内で２次元的に互いに等間隔に配列している。これらの第１レンズ素子１１は、平坦な連結部１１ｃを介して一体に成形されている。各第１レンズ素子１１の形状は略同一となっている。第１レンズ素子１１と連結部１１ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第１成形面１０２ａとなっている。第１レンズ本体１１ａは、例えば非球面型のレンズ部であり、光学機能部として凸状の第１光学面１１ｄを有している。つまり、第１光学面１１ｄは、曲面を有し、第１フランジ面１１ｇと異なって巨視的な非平坦面となっている。周囲の第１フランジ部１１ｂは、第１光学面１１ｄの周囲に広がる平坦な第１フランジ面１１ｇを有し、第１フランジ部１１ｂの外周は、連結部１１ｃともなっている。第１フランジ面１１ｇは、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

第１レンズアレイ層１０２に用いられる材料として、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、有機無機ハイブリッド材料などが用いられる。具体的には、光硬化性樹脂として、例えばアクリル樹脂、アリル樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂などがある。熱硬化性樹脂として、例えばフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などがある。熱可塑性樹脂として、例えばポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、環状オレフィンコポリマーなどがある。有機無機ハイブリッド材料として、例えばポリイミド・チタニアハイブリッドなどがある。第１レンズアレイ層１０２に用いられる材料は、特に耐熱性と作業性の良さを考慮すると、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂が好ましい。融点が２００℃以上である樹脂や２００℃以上の加熱時にクラックなどの劣化が起きにくい樹脂を用いることにより、成形後のリフロー工程において第１光学面１１ｄの劣化や後述する反射防止構造体の形状、色などの変化を抑えることができる。

図２に拡大して示すように、第１レンズ素子１１の第１光学面１１ｄ上には、反射防止構造体５１が設けられている。なお、図２において、実際には、第１光学面１１ｄと反射防止構造体５１との境界が明確に存在しないが、便宜上点線で示している。

反射防止構造体５１は、巨視的な平坦面である第１光学面１１ｄの全面に略均一な密度で形成されている。第１光学面１１ｄは、上述のとおり曲面を有しており、第１光学面１１ｄを複数領域に区分けすると、第１の領域と、複数の領域のうち第１の領域と異なる第２の領域とに分けられる。具体的には、第１の領域として光軸ＯＡに対して面角度が比較的小さい部分Ａ１（第１光学面１１ｄの頂点側）と、第２の領域として面角度が比較的大きい部分Ａ２（第１光学面１１ｄの外縁側）とに分けられる。反射防止構造体５１は、一括して形成されたものではなく、少なくとも２回の作製工程で形成されている。具体的には、まず、面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａが形成される。その後、面角度が比較的大きい部分Ａ２に第２反射防止構造体５１ｂが形成される。本実施形態の場合、反射防止構造体５１のうち第２反射防止構造体５１ｂ上には反射防止構造体５１の作製工程で形成された第２マスクＭＢがほとんど残留していないが、第１反射防止構造体５１ａ上には、第２マスクＭＢが残留している。

反射防止構造体５１は、第１光学面１１ｄなどの面内において、ランダムに配置された微細な凹凸形状（すなわち微細な突起が密集した形状）を有する。反射防止構造体５１は、入射光側から光学素子中心側に向かうにつれて凹凸形状の体積密度が増加するような先細りの構造となっている。つまり、反射防止構造体５１は、略錐体状の微細突起を集めたものとなっている。反射防止構造体５１の粗さ（Ｒｚ：十点平均粗さ）は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となっている。なお、反射防止構造体５１の粗さＲｚは、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下が好ましく、さらに、２５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下がより好ましい。反射防止構造体５１は、イオンビームやプラズマを用いることにより形成される。一般に、ある界面での反射率は、界面を挟む二空間の屈折率の差で決定され、その差が大きいほど表面反射率が増加する。反射防止構造体５１は、第１光学面１１ｄ上に形成された使用波長レベル以下の凹凸形状であるため、反射防止構造体５１と第１光学面１１ｄとの間には、急激な屈折率変化がある界面が存在しない。これにより、反射防止構造体５１における屈折率変化が緩やかなものとなり、表面反射率が低下する。この効果は、波長や入射角に依存するものではない。そのため、反射防止構造体５１は、低屈折率層などを有する従来型の構造体に比較して波長依存性と角度依存性とを抑えることができる。

図１Ｂに戻って、第２レンズアレイ層１０３も同様に、樹脂製であり、基板１０１の他方の面１０１ｃ上に形成されている。第２レンズアレイ層１０３は、平面視において円形の外形を有し、第２レンズ本体１２ａと第２フランジ部１２ｂとを一組とする多数の第２レンズ素子１２をＸＹ面内で２次元的に互いに等間隔に配列している。これらの第２レンズ素子１２は、平坦な連結部１２ｃを介して一体に成形されている。各第２レンズ素子１２と連結部１２ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第２成形面１０３ａとなっている。第２レンズ本体１２ａは、例えば非球面型のレンズ部であり、光学機能部として凹状の第２光学面１２ｄを有している。周囲の第２フランジ部１２ｂは、第２光学面１２ｄの周囲に広がる平坦な第２フランジ面１２ｇを有し、第２フランジ部１２ｂの外周は、連結部１２ｃともなっている。第２フランジ面１２ｇは、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。第２レンズ素子１２の第１光学面１２ｄ上には、図２に拡大して示す反射防止構造体５１が設けられている。反射防止構造体５１は、第１レンズ素子１１の第１光学面１１ｄと同様に、第１反射防止構造体５１ａと第２反射防止構造体５１ｂとで構成される。つまり、光軸ＯＡに対して面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａが形成され、面角度が比較的大きい部分Ａ２に第２反射防止構造体５１ｂが形成されている。第２レンズアレイ層１０３の形状、材料などは第１レンズアレイ層１０２と同様であるため、説明を省略する。

なお、光学要素アレイ１００において、基板１０１と第１レンズアレイ層１０２との間、又は基板１０１と第２レンズアレイ層１０３との間に絞りを設けてもよい。この場合、絞りの開口部が各第１及び第２レンズ本体１１ａ，１２ａにアライメントして配置される。

レンズユニット
以下、図１Ｃを参照しつつ、光学要素アレイ１００から分離されたレンズユニット２００について説明する。

レンズユニット２００は、例えば撮像レンズとして用いられる。レンズユニット２００は、第１複合レンズ１０と第２複合レンズ１１０とを有する。レンズユニット２００は、図１Ａ及び１Ｂに示す光学要素アレイ１００と別の光学要素アレイを積層、接合した後、ダイシングによって切り出すことによって得る。ここで、切り出す前の光学要素アレイ１００を示している図１Ａの点線は、格子点に配置された多数の複合レンズ１０の外縁を示している。各複合レンズ１０の境界線を挟んだ複合レンズ１０の外側が連結部１１ｃ，１２ｃとなる。

図１Ｃに示すように、複合レンズ１０は、四角柱状の部材であり、光軸ＯＡ方向から見て四角形の輪郭を有する。複合レンズ１０は、既に説明した第１レンズ素子１１と、第２レンズ素子１２と、これらの間に挟まれた平板部１３とを備える。平板部１３は、基板１０１を切り出した部分である。

第２複合レンズ１１０は、第１複合レンズ１０の構成と略同様であり、第１レンズ素子１１１と、第２レンズ素子１１２と、平板部１１３とを備える。

なお、レンズユニット２００は、例えば別途準備したホルダーに収納され、撮像レンズとして撮像回路基板に接着される。

以上のレンズユニット２００によれば、第２マスクＭＢに覆われた下地の第１反射防止構造体５１ａ外の領域に拡張するように第２反射防止構造体５１ｂを形成しているので、巨視的な非平坦面である第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄの全体に比較的均一に反射防止構造体５１が形成されることになる。そのため、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄにおける反射光が低減され、反射光で発生しうるゴーストを抑えることができる。また、反射防止構造体５１が第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄと同じ材質で形成されているため、膜剥がれやクラックといった不良が発生することを防ぐことができる。また、均質な反射防止構造体５１を有する光学要素アレイ１００を用いることにより、高精度な光学特性を有するレンズユニット２００となる。

光学要素アレイの製造方法
以下、図３及び図４を参照しつつ、図１Ａなどに示す光学要素アレイ１００を製造するためのレンズ製造装置の一例について説明する。レンズ製造装置は、図３に示す成形装置（成形金型４０のみ図示）と、図４に示す加工装置６０とを備える。

成形装置は、流動体状の樹脂を成形金型４０に流し込み、固化させ光学要素アレイ１００の成形を行うためのものである。図示は省略するが、成形装置は、主要な部材である成形金型４０の他に、成形金型４０に移動、開閉動作などを行わせるための金型昇降装置、樹脂を基板１０１に塗布するための樹脂塗布装置、樹脂を固化させるためのＵＶ光発生装置、成形した光学要素アレイ１００を取り出すための離型装置、これらの装置を駆動するための制御駆動装置などを備える。

図３に示すように、成形金型４０は、第１金型４１と、第２金型４２と、スペーサー４３とを備える。第１レンズアレイ層１０２及び第２レンズアレイ層１０３は、基板１０１の両面１０１ｂ，１０１ｃに順次成形され、離型の際に、第１金型４１は基板１０１の上側となる一方の面１０１ｂ側に第１レンズアレイ層１０２に密着して配置され、第２金型４２は基板１０１の下側となる他方の面１０１ｃ側に第２レンズアレイ層１０３に密着して配置された状態となる。

第１金型４１は、光学要素アレイ１００の第１成形面１０２ａを成形するためのものである。第１金型４１は、例えば光透過性のガラス製であり、肉厚の円板状の外形を有する。第１金型４１は、基板１０１側の端面４１ａに、第１レンズアレイ層１０２の第１成形面１０２ａに対応する第１転写面４１ｂを有する。つまり、端面４１ａには複数の第１転写面４１ｂが形成されている。第１転写面４１ｂは、第１成形面１０２ａのうち第１光学面１１ｄを形成するための第１光学面転写面４１ｃと、第１フランジ面１１ｇを形成するための第１フランジ面転写面４１ｄとを含む。

第２金型４２は、光学要素アレイ１００の第２成形面１０３ａを成形するためのものである。第２金型４２も、第１金型４１と同様に、例えば光透過性のガラス製であり、肉厚の円板状の外形を有する。第２金型４２は、基板１０１側の端面４２ａに、第２レンズアレイ層１０３の第２成形面１０３ａに対応する第２転写面４２ｂを有する。第２転写面４２ｂは、第２成形面１０３ａのうち第２光学面１２ｄを形成するための第２光学面転写面４２ｃと、第２フランジ面１２ｇを形成するための第２フランジ面転写面４２ｄとを含む。

スペーサー４３は、光学要素アレイ１００の側面１００ａを形成するとともに、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３の厚みを規定するものである。スペーサー４３は、第１金型４１と第２金型４２との間に挟まれており、環状の外形を有する。

図４に示すように、加工装置６０は、真空チャンバー６１と、ステージ６２と、イオンガン６３と、中和ガン６４と、蒸着装置６５と、ガス供給部６６，６７と、ガス排出部６８と、制御部６９とを備える。

真空チャンバー６１は、加工装置６０内を気密に保つためのものである。真空チャンバー６１内には、ステージ６２と、イオンガン６３と、中和ガン６４と、蒸着装置６５とが設けられている。また、真空チャンバー６１は、ポート６１ａを介してガス供給部６６，６７と連通し、ポート６１ｂを介してガス排出部６８と連通している。

ステージ６２は、真空チャンバー６１の上部に設けられており、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動可能となっている。ステージ６２のイオンガン６３などに対向するステージ面６２ａ上には、光学要素アレイ１００が載置、固定されている。ステージ６２の位置調整により、光学要素アレイ１００の位置調整がされる。

イオンガン６３は、光学要素アレイ１００の第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄ上に反射防止構造体５１を形成するためのものである。イオンガン６３は、プラズマ中のイオンを電圧印加などによって抽出し、イオンガン６３の外部に放出する。具体的には、イオンガン６３は、供給されたガスをイオン化し、イオンガン６３の陽極６３ａと陰極６３ｂとの間にビーム電圧を印加する。イオンガン６３は、イオン化したガス（例えば、正イオン）を陰極６３ｂ側に接近、通過させ、イオンビームとして真空チャンバー６１内に放出する。放出されたイオンビームは、ステージ６２上の光学要素アレイ１００の第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄに照射される。これにより、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄのうち後述する第１マスクＭＡが形成されていない露出した樹脂部分がエッチングされる。

中和ガン６４は、イオンビーム中のイオンを中和させて電解分布の影響を抑えるためのものである。中和ガン６４には、不図示のガス導入源から電離用のガスが導入されており、導入されたガスが電離される。電離によって生成された電子を真空チャンバー６１に放出させると、イオンガン６３によってイオン化したガスが電子によって中和される。なお、中和ガン６４の代わりに中和グリッドを用いてもよい。

蒸着装置６５は、光学要素アレイ１００上に後述する第１マスクＭＡを形成するためのものである。蒸着装置６５は、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＭｇＯ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇおよびこれらの混合物などの真空蒸着を行う。これにより、光学要素アレイ１００の第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄに面角度によって厚みが異なる第１マスクＭＡを形成することができる。なお、蒸着装置６５の代わりに、スパッタリング装置やイオンビームスパッタリング装置を設ければ、スパッタリング、イオンビームスパッタリングなどを行うこともできる。また、蒸着装置６５を用いずに、ＣＶＤ装置を用いて第１マスクＭＡを形成してもよい。

ガス供給部６６，６７は、イオンビームを照射するための導入ガスを供給するものである。導入ガスとして、不活性ガスと反応性ガスとが用いられる。不活性ガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、及びこれら混合ガスがある。また、反応性ガスとして、例えば酸素（Ｏ_２）、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）がある。ここで、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、及びこれら混合ガスは、比較的安価であるため好ましい。その中でも、Ｏ_２及びこれを含んだ混合ガスは、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄのエッチングの際に物理エッチングに加え反応性エッチングを同時に行うことができるため特に好ましい。

ガス排出部６８は、真空チャンバー６１内を排気するためのものである。ガス排出部６８によって、真空チャンバー６１内を所定の真空度まで排気する。

制御部６９は、ステージ６２、イオンガン６３、中和ガン６４、蒸着装置６５、及びガス排出部６８の動作を制御するためのものである。

以下、図５Ａ〜５Ｃ及び６を参照しつつ、図１Ａなどに示す光学要素アレイ１００の製造工程について説明する。ウェハーレンズの１００の製造工程は、大まかに、基板１０１に樹脂を塗布して成形する成形工程と、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄ上に第１反射防止構造体５１ａを形成する第１構造体形成工程と、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄ上に第２反射防止構造体５１ｂを形成する第２構造体形成工程とで構成される。

〔成形工程〕
成形工程は、図３に示す第１及び第２金型４１，４２を用いつつ、不図示の金型昇降装置と、樹脂塗布装置と、ＵＶ光発生装置とを動作させることで行われる。

まず、基板１０１の一方の面１０１ｂ上に第１レンズアレイ層１０２を成形する（ステップＳ１１）。具体的には、図５Ａに示すように、予め基板１０１の側面１０１ａをスペーサー４３で固定する。ここで、基板１０１は、ステージＳＳ上に載置され、下方の面となる他方の面１０１ｃをステージＳＳの上面に密着させるので、基板１０１の反りが防止される。樹脂塗布装置を動作させ、ステージＳＳ上に固定した基板１０１の上方の面となる一方の面１０１ｂ上に樹脂を塗布する。金型昇降装置を動作させ、第１金型４１をステージＳＳなどに対してアライメントさせた状態で、樹脂を塗布した基板１０１に向けて降下させる。スペーサー４３の端面４３ａが基板１０１に当接し、スペーサー４３の端面４３ａに垂直な端面４３ｂが第１金型４１の外縁部４１ｅに当接した状態で、基板１０１と第１金型４１との間の樹脂厚、すなわち第１レンズアレイ層１０２の連結部１１ｃ（第１フランジ部１１ｂ）の厚さが規定される。ＵＶ光発生装置を動作させ、第１金型４１の上側からＵＶ光を照射し、基板１０１の一方の面１０１ｂと第１金型４１の端面４１ａとの間に挟まれた樹脂を固化させる。

次に、基板１０１の他方の面１０１ｃ上に第２レンズアレイ層１０３を成形する。図５Ｂに示すように、金型昇降装置を動作させ、第１金型４１と第１レンズアレイ層１０２とを一体化させた状態で反転させる。樹脂塗布装置を動作させ、固定した基板１０１の他方の面１０１ｃ上に樹脂を塗布する。金型昇降装置を動作させ、第２金型４２を第１金型４１などに対してアライメントさせた状態で、基板１０１に向けて降下させる。スペーサー４３の端面４３ａに垂直な端面４３ｃが第２金型４２の外縁部４２ｅに当接した状態で、基板１０１と第２金型４２との間の樹脂厚、すなわち第２レンズアレイ層１０３の連結部１２ｃ（第２フランジ部１２ｂ）の厚さが規定される。ＵＶ光発生装置を動作させ、第２金型４２の上側からＵＶ光を照射し、樹脂を固化させる。

最後に、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３を形成する樹脂が固化した後、図５Ｃに示すように、第１及び第２金型４１，４２、スペーサー４３から光学要素アレイ１００を離型する（ステップＳ１２）。

〔第１構造体形成工程〕
第１構造体形成工程は、第１マスク形成工程と、第１エッチング工程とを有する。本工程により、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａを形成する（ステップＳ１３）。なお、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄに対する処理工程は同様であるため、便宜上、第１光学面１１ｄに反射防止構造体５１を形成する場合についてのみ説明する。

Ａ）第１マスク形成工程
本工程おける第１マスク形成工程は、光学要素アレイ１００にイオンビームを照射する前処理として行われ、第１光学面１１ｄ上に局所的に広がる第１マスクＭＡを形成する。第１マスクＭＡは、第１光学面１１ｄのうちマスクが形成されやすくなっている面角度が比較的小さい部分Ａ１（第１の領域）に優先して形成される。第１マスクＭＡは、図７Ａ及び８Ａに拡大して示すように、微細な島状のパターンとなっている。第１マスクＭＡは、ランダムに配置された複数の島ＩＭを有している。第１マスク形成工程は、フォトレジストの塗布、膜堆積、電子線描画などの手法を用いて行われる。例えば、膜堆積の手法を用いる場合、薄膜成長の初期過程を利用する。薄膜の初期成長過程において、膜の成長核が島ＩＭとなって成長する状態、すなわち島成長が起こる。膜が層状になる前の島成長の状態では、島ＩＭが存在している部分と第１光学面１１ｄが露出している部分とが存在するため、微細な島状の遮蔽パターンを有するマスクとして機能する。

膜堆積の手法を用いる場合、図４に示す成膜装置としての加工装置６０内で第１マスク形成工程を行う。第１マスクＭＡの島ＩＭの数密度や大きさは、膜の成長条件を調整することによって適宜変更することができる。堆積される島ＩＭの平均高さは、例えば３ｎｍが好ましい。第１マスクＭＡの材料は、例えば低屈折透明材料、高屈折透明材料などがある。具体的には、低屈折透明材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２などがある。また、高屈折透明材料として、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｔａ_２Ｏ_５などがある。特に、低屈折透明材料の場合、反射防止構造体５１上に残留しても反射の要因になりくい。第１マスクＭＡのパターニングを施すことにより、第１光学面１１ｄの面上の位置に応じてエッチング速度の違いが生じ、後述する第１エッチング工程において微細な凹凸形状を形成することができる。
また、これらマスク材料を製膜する際にはＩＡＤ（イオンアシストデポジション；イオンビームと蒸着を同時に行う手法）を採用してもよい。ＩＡＤを行うことで基板の種類によらず同様のマスクを作製することが可能となる。これはイオンビームにより蒸着粒子の表面拡散が促進され島状になりやすいためと考えられる。

なお、第１マスクＭＡを膜堆積で形成する場合、図４に示すように、加工装置６０内に例えば蒸着装置６５を配置することで第１エッチング工程を行う前に第１マスク形成工程を行うことができる。これにより、第１エッチング工程のための真空排気時間を省略することができる。

Ｂ）第１エッチング工程
本工程における第１エッチング工程は、図４に示すエッチング装置としての加工装置６０を用いることで行われる。

まず、加工装置６０のイオンガン６３から放出されるイオンビームが光学要素アレイ１００の目的とする面、すなわち第１光学面１１ｄに照射されるように、光学要素アレイ１００をステージ６２上に配置する。

次に、ガス排出部６８によって真空チャンバー６１内の気体を排気する。排気によって維持される背圧は、１×１０^−１Ｐａ以下となっている。なお、背圧は、１×１０^−３Ｐａ以下がより好ましい。また、背圧は、後述する導入ガスの１／１０以下の圧力である必要がある。

次に、真空チャンバー６１内に導入ガスを導入する。導入ガスは、例えばＡｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３及びこれらの混合ガスのいずれかが用いられる。ここで、導入ガスに、不活性ガスと反応性ガスとを用いると、エッチングレートを簡単に調整することができる。導入ガスの圧力は、１０Ｐａ以下となっている。なお、導入ガスの圧力は、１×１０^−１Ｐａ以下がより好ましい。より低いガス圧でエッチングを行うことにより、イオンの平均自由工程が長くなる。そのため、イオンの運動エネルギーが第１光学面１１ｄに衝突するまでに失われにくくなり、エッチングレートが上昇する。よって、イオンの平均自由工程が光学要素アレイ１００とイオンガン６３と間の距離と同じ又は１／１０程度になるように全圧を設定することにより、エッチングレートの上昇が見込まれる。第１エッチング工程において、第１光学面１１ｄが配置されている部分での最大のエッチングレートと最小のエッチングレートとの差は、最大のエッチングレートの１０％以内となっている。

以上の真空チャンバー６１の状態でイオンビームを放出し、第１光学面１１ｄにイオン照射を行う。この際、イオンの加速エネルギーは１Ｗ〜１００ｋＷである。なお、イオンの加速エネルギーは、１０Ｗ〜１０ｋＷが好ましく、１０Ｗ〜５００Ｗがより好ましい。

イオンビームの照射により、図７Ｂに示すように、第１マスクＭＡの島ＩＭとともに、光学要素アレイ１００の樹脂が露出した部分がエッチングされる。これにより、図７Ｃ及び８Ｂに示すように、第１光学面１１ｄのうち、イオンビーム源および蒸着源に対して面角度が比較的小さい部分Ａ１に入射光側から光学素子中心側または奥側に向かうにつれて凹凸形状の体積密度が増加するような構造を有する第１反射防止構造体５１ａが形成される。なお、図７Ｂのように第１反射防止構造体５１ａ上に第１マスクＭＡが残留している場合もある。第１エッチング工程後、第１光学面１１ｄに付着した第１マスクＭＡを除去するマスク除去工程を行ってもよい。この場合、例えばイオンビームの調整により第１マスクＭＡの除去処理を行う。

〔第２構造体形成工程〕
第２構造体形成工程は、第１構造体形成工程における第１マスク形成工程と第１エッチング工程と同様の方法で反射防止構造体５１のうち第２反射防止構造体５１ｂを形成する。つまり、本工程は、第２マスク形成工程と、第２エッチング工程とを有する。本工程により、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的大きい部分Ａ２（第２の領域）に第２反射防止構造体５１ｂを形成する（ステップＳ１４）。なお、第２マスク形成工程と第２エッチング工程とについては、第１マスク形成工程と第１エッチング工程とに共通する工程要素の説明を省略する。

Ａ）第２マスク形成工程
本工程において、第１マスク形成工程と同様の手法で第１光学面１１ｄに第２マスクＭＢを形成する。第２マスクＭＢの平均的膜厚は、第１マスクＭＡの平均的な膜厚よりも大きくなっている。この結果、図８Ｃに示すように、得られた第２マスクＭＢは、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に形成される主マスクＭＢ１と、面角度が比較的大きい部分Ａ２に形成される補助マスクＭＢ２とを有する。図８Ｃ及び９Ａに示すように、本実施形態において、主マスクＭＢ１は、第１反射防止構造体５１ａを全体的に覆うように形成されている。換言すれば、主マスクＭＢ１は、第１光学面１１ｄ上に形成された構造体を含む凹凸領域において、反射防止機能を発揮するような突起の高さ又は凹凸の深さに関してのある閾値を基準として、その閾値を超える領域を概ね覆って下地とともに第３反射防止構造体５２を形成している状態となっている。図８Ｃ及び９Ｂに示すように、本実施形態において、補助マスクＭＢ２は、島状のマスク部分であり、第１光学面１１ｄのうち反射防止構造体５１が未だ形成されていない領域に形成されている。補助マスクＭＢ２は、主マスクＭＢ１よりも薄くなっている。主マスクＭＢ１は、光軸ＯＡ中心付近で全体に略均一な膜となっており、最も厚い部分の膜厚は、５ｎｍ〜９ｎｍ程度である。つまり、第２構造体形成工程の第２マスク形成工程の主マスクＭＢ１の厚みは、第１構造体形成工程の第１マスク形成工程の第１マスクＭＡの厚みよりも厚くなっている。補助マスクＭＢ２は、第１マスクＭＡと同様に、微細な島状のパターン（島ＩＭ）となっている。つまり、面角度が比較的大きい部分Ａ２には、島ＩＭが存在している部分と第１光学面１１ｄが露出している部分とが存在する。補助マスクＭＢ２は、主マスクＭＢ１よりも薄く微細な遮蔽パターンとして機能しうる。なお、主マスクＭＢ１と補助マスクＭＢ２との境界は厳密なものではなく、第２マスクＭＢは、蒸着源に対して最も面角度の小さい部分、（図では光軸ＯＡ上の頂点）から面角度の大きい外縁に向かって徐々に薄くなっている。つまり、主マスクＭＢ１は、光軸ＯＡから離れた第１反射防止構造体５１ａを完全に覆っていない場合もありうる。

Ｂ）第２エッチング工程
本工程において、第１エッチング工程と同様に、光学要素アレイ１００の第１光学面１１ｄにイオンビームを照射する。これにより、図８Ｄ及び９Ｃに示すように、第２マスクＭＢの補助マスクＭＢ２の島ＩＭとともに、第１光学面１１ｄのうち露出した部分すなわち面角度が比較的大きい部分Ａ２がエッチングされる。これにより、面角度が比較的大きい部分Ａ２に第２反射防止構造体５１ｂが形成され、その結果、第１光学面１１ｄの全体に均一に入射光側から光学素子中心側に向かうにつれて凹凸形状の体積密度が増加するような構造を有する反射防止構造体５１が形成される。

なお、第２エッチング工程後、図９Ｄに示すように、第１光学面１１ｄに付着した第２マスクＭＢを除去するマスク除去工程を行ってもよい。この場合、例えばイオンビームの調整により第２マスクＭＢの除去処理を行う。なお、第１反射防止構造体５１ａを全体的に覆う主マスクＭＢ１は、エッチング条件等を選択することにより略元のままに維持もしくは除去することが可能である。

以上により、図１Ａなどに示す第１光学面１１ｄに反射防止構造体５１を有する光学要素アレイ１００が完成する。

レンズユニットの製造方法
以下、図１０を参照しつつ、レンズユニット２００の製造方法について説明する。

まず、光学要素アレイ１００を積層し、仮止めをする（ステップＳ２１）。この際、光学要素アレイ１００の一部に目印をつけておき、光学要素アレイ１００とこれとは別の光学要素アレイとをアライメントして積層する。これらの光学要素アレイは積層した際に光学特性が表れるように設計されている。そのため、光学調整の必要がなく、コストを削減することができる。

次に、積層した光学要素アレイ１００を切断する（ステップＳ２２）。この切断工程は、レーザーによるもの、ダイサーによるものなどがある。

以上により、図１Ｃに示すレンズユニット２００が完成する。

以上説明した光学素子の製造方法などによれば、巨視的な非平坦面である第１光学面１１ｄ上に反射防止構造体５１を比較的均一に作製することができる。そのため、第１光学面１１ｄにおける反射光が低減され、反射光で発生しうるゴーストを抑えることができる。蒸着などの指向性のある手法によってマスクを形成する場合、第１光学面１１ｄにおいて面角度が比較的大きい部分Ａ２と面角度が比較的小さい部分Ａ１とでは、マスクの形成されやすさが異なる。しかし、第１光学面１１ｄを複数領域に区分けし、区分けした領域ごとに島状マスクを形成する工程とエッチングする工程を設けることにより、巨視的な非平坦面である第１光学面１１ｄに対しても反射防止構造体５１を比較的均一に作製することができるようになる。このように、均一な膜厚のマスクを非平坦面の全体にわたって形成する必要がないため、低コストかつ容易に非平坦面の全体に反射防止構造体５１を形成することができる。また、第１光学面１１ｄに反射防止膜を設ける場合に比較して、反射防止構造体５１を設けることで高耐熱性を得ることができる。

〔実施例〕
以下、本実施形態のうち第１構造体形成工程及び第２構造体形成工程の実施例を説明する。
反射防止構造体５１の基材として、熱可塑性樹脂製の両面レンズを用いた。第１構造体形成工程の第１マスク形成工程において、図４に示す蒸着装置６５を用いて無処理の基材上にＴｉＯ_２の第１マスクＭＡを成膜した。本工程において、第１マスクＭＡの膜厚は、最も厚い部分での平均膜厚が３ｎｍ程度となるようにした。この場合、第１マスクＭＡは、凸形状の第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１（第１光学面１１ｄの頂点付近）に島状のパターンとして形成される。その後、第１構造体形成工程の第１エッチング工程において、図４に示すイオンガン６３などを用いて第１マスクＭＡを形成した基材に対してＡｒとＯ_２の混合ガスによってイオンビームエッチング処理を５０分間行った。これにより、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に反射防止構造体５１のうち第１反射防止構造体５１ａが作製される。
本実施例及び比較例において、平均膜厚は、蒸着装置６５が備える水晶振動子を用いて測定することができる。具体的には、水晶振動子上に蒸着材料が堆積することによる質量の増加を水晶振動子の振動数の減少量から求め、蒸着材料の密度やインピーダンス等の情報を用いて、平均膜厚を計算することができる。また、構造体形成の対象である基材には、三井化学株式会社製のＡＰＥＬを使用し、０°〜７５°程度の面角度を有するように成形した。

その後、第２構造体形成工程の第２マスク形成工程において、図４に示す蒸着装置６５を用いて基材上にＳｉＯ_２の第２マスクＭＢを成膜した。本工程において、第２マスクＭＢの膜厚は、最も厚い部分での平均膜厚が９ｎｍ程度となるようにした。この場合、第２マスクＭＢのうち主マスクＭＢ１は、凸形状の第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１（第１光学面１１ｄの頂点付近）を全体的に覆う。他方、補助マスクＭＢ２は、面角度が比較的大きい部分Ａ２に島状のパターンとして形成される。その後、第２構造体形成工程の第２エッチング工程において、第２マスクＭＢを形成した基材に対してＡｒとＯ_２の混合ガスによってイオンビームエッチング処理を８０分間行った。これにより、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的大きい部分Ａ２に反射防止構造体５１のうち第２反射防止構造体５１ｂが作製される。

図１１Ａ、１１Ｂ、及び１２Ａに本実施例の第１光学面１１ｄの反射率を示す。図１１Ａは、面角度に対する可視光平均反射率であり、図１１Ａにおいて、線ａが第１構造体形成工程後の反射率を示し、線ｃが第２構造体形成工程後の反射率を示す。また、図１１Ｂは、第１構造体形成工程後の第１光学面１１ｄの反射率であり、図１２Ａは、第２構造体形成工程後の第１光学面１１ｄの反射率である。図１１Ｂ及び１２Ａにおいて、線ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｋ、ｍ、ｎは、それぞれ面角度０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°を示す。図中の面角度は、光軸ＯＡに対する角度であり、第１光学面１１ｄの頂点の面角度を０°としている。反射率は、顕微分光測定機（ＵＳＰＭ−ＲＵIII、オリンパス社製）を用いて測定した。各面角度の反射率は、各面角度の面に対して垂直に測定した。

図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、第１構造体形成工程後の第１光学面１１ｄにおいて、面角度が比較的小さい部分Ａ１に相当する面角度０°、２０°では、反射率が比較的低く、面角度が比較的大きい部分Ａ２に相当する面角度４０°、６０°では、反射率が比較的高くなった。他方、図１２Ａに示すように、第２構造体形成工程後の第１光学面１１ｄにおいて、面角度が比較的大きい部分Ａ２に相当する面角度４０°、５０°、６０°、７０°でも反射率が低くなった。

〔比較例〕
以下、第２構造体形成工程の比較例を説明する。
比較例において、第１マスク形成工程及び第１エッチング工程は上述した実施例と同様であり、第１マスクＭＡの膜厚は、最も厚い部分での平均膜厚が３ｎｍ程度となるようにした。

比較例の第２マスク形成工程において、図４に示す蒸着装置６５を用いて基材上にＳｉＯ_２のマスクを成膜した。本工程において、マスクの膜厚は、最も厚い部分での平均膜厚が３ｎｍ程度となるようにした。この場合、マスクは、凸形状の第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に島状のパターンとして形成される。その後、比較例の第２エッチング工程において、図４に示すイオンガン６３などを用いてマスクを形成した基材に対してＡｒとＯ_２の混合ガスによってイオンビームエッチング処理を５０分間行った。

図１１Ａ、１１Ｂ、及び１２Ｂに比較例の第１光学面１１ｄの反射率を示す。図１１Ａは、面角度に対する平均反射率であり、図１１Ａにおいて、線ａが第１エッチング工程後の反射率を示し、線ｂが第２エッチング工程後の反射率を示す。また、図１１Ｂは、上記実施例と同様に第１エッチング工程後の第１光学面１１ｄの反射率であり、図１２Ｂは、比較例の第２エッチング工程後の第１光学面１１ｄの反射率である。図１１Ｂ及び１２Ｂにおいて、線ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｋ、ｍ、ｎは、それぞれ面角度０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°を示す。反射率の測定方法は上述の実施例と同様である。

図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、第１エッチング工程後の第１光学面１１ｄにおいて、面角度が比較的小さい部分Ａ１に相当する面角度０°、２０°では、反射率が比較的低く、面角度が比較的大きい部分Ａ２に相当する面角度４０°、６０°では、上述の実施例と同様に反射率が比較的高くなった。他方、図１２Ｂに示すように、比較例の第２エッチング工程後の第１光学面１１ｄにおいて、面角度が比較的大きい部分Ａ２に相当する面角度４０°、５０°、６０°、７０°では反射率が高いままであり、面角度が比較的低いＡ１に相当する面角度０°、１０°、２０°の反射率が上がってしまっている。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光学素子の製造方法などについて説明する。なお、第２実施形態の光学素子の製造方法などは第１実施形態の光学素子の製造方法などを変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

図１３Ａ及び１３Ｂに示すように、第１光学面１１ｄは、面角度が大きい面を含む複合面を有する。第１光学面１１ｄは、全体として凸状の面であり、中心すなわち光軸ＯＡ付近が窪んでいる。第１光学面１１ｄは、第１実施形態と同様に、複数の領域に区分けすると、第１の領域と、第２の領域とに分けられる。具体的には、第２の領域として、面角度が比較的大きい部分Ａ２は、第１光学面１１ｄの中心側と外縁側とに設けられている。また、第１の領域として、面角度が比較的小さい部分Ａ１は、２つの面角度が比較的大きい部分Ａ２の間と中心付近とに設けられている。

図１３Ａ及び１３Ｂの第１光学面１１ｄにおいて、第１構造体形成工程の第１マスク形成工程により、面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１マスクＭＡが形成される。また、第１構造体形成工程の第１エッチング工程により、面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａが形成される。また、第２構造体形成工程の第２マスク形成工程により、面角度が比較的小さい部分Ａ１に第２マスクＭＢのうち主マスクＭＢ１が形成され、面角度が比較的大きい部分Ａ２に補助マスクＭＢ２が形成される。また、第２構造体形成工程の第２エッチング工程により、面角度が比較的大きい部分Ａ２に反射防止構造体５１のうち残りの第２反射防止構造体５１ｂが形成される。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る光学素子の製造方法などについて説明する。なお、第３実施形態の光学素子の製造方法などは第１実施形態の光学素子の製造方法などを変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

本実施形態において、第１光学面１１ｄの複数領域のうち第１及び第２の領域と異なる領域を１つ以上に区分けし、第２構造体形成工程後、第２マスク形成工程と同様のマスク形成工程と、第２エッチング工程と同様のエッチング工程とを区分けした領域数に応じて行う。つまり、第１光学面１１ｄを第１及び第２の領域に限らず、３つ以上の領域に区分けして反射防止構造体５１を形成する。

例えば、図１４Ａ及び１４Ｂに概念的に示すように、第１光学面１１ｄにおいて、第１及び第２の領域に対応する部分Ａ１，Ａ２に比較して面角度が最も大きい部分Ａ３を第３の領域とし、マスク形成工程とエッチング工程とを少なくとも１回行い、第３の領域としての部分Ａ３に第２反射防止構造体５１ｂ（図７Ｃ等参照）を形成する。ここで、第３の領域である部分Ａ３のマスク形成工程において、第１の領域としての部分Ａ１だけでなく第２の領域としての部分Ａ２の第２反射防止構造体５１ｂにも全体を覆うタイプの主マスクＭＢ１が形成される。

この場合、第２の領域の第２反射防止構造体５１ｂ（図７Ｃ）や第１の領域の第３反射防止構造体５２（図９Ａ）の形成状態を考慮しつつ第２マスクＭＢの厚さを調整することで、第３の領域にも第２反射防止構造体５１ｂを形成することができる。この際、第２の領域としての部分Ａ２に形成するマスク部分は、全体を覆う厚い層状のものに限らず、極めて薄い層状のものであってよく、あるいは、島状パターンの密度が第３の領域としての部分Ａ３よりも十分高いものであってもよい。これにより、面角度の大きさにより第１光学面１１ｄを所定の範囲に分割して面角度が小さい部分から大きい部分へ徐々に第２反射防止構造体５１ｂを形成することができる。

なお、第１光学面１１ｄを３つ以上の領域に区分けし、第１構造体形成工程後、第１マスク工程と同様に離散的な島状マスクを形成するマスク形成工程と、第１エッチング工程と同様のエッチング工程とを行ってもよい。この場合、第３の領域は、例えば第１の領域よりも面角度が大きく、第２の領域よりも面角度が小さい部分となる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る光学素子の製造方法などについて説明する。なお、第４実施形態の光学素子の製造方法などは第１実施形態の光学素子の製造方法などを変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

本実施形態において、第１光学面１１ｄは、第１の領域として光軸ＯＡに対して面角度が比較的大きい部分Ａ２（第１光学面１１ｄの外縁側）と、第２の領域として面角度が比較的小さい部分Ａ１（第１光学面１１ｄの頂点側）とに分けられる。本実施形態では、第１構造体形成工程において、第１光学面１１ｄの面角度が比較的大きい部分Ａ２に第２反射防止構造体５１ｂを形成し、第２構造体形成工程において、面角度が比較的小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａを形成する。

〔第１構造体形成工程〕
本工程は、第１マスク形成工程と、第１エッチング工程と、マスク除去工程とを有する。

Ａ）第１マスク形成工程
まず、図１５Ａに示すように、第１実施形態の第２マスク形成工程と同様に、第１光学面１１ｄ上に第２マスクＭＢを形成する。第２マスクＭＢは、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に形成される主マスクＭＢ１と、面角度が比較的大きい部分Ａ２に形成される補助マスクＭＢ２とを有する。主マスクＭＢ１は、面角度が比較的小さい部分Ａ１を全体的に覆うように形成されている。補助マスクＭＢ２は、島状のマスク部分であり、面角度が比較的大きい部分Ａ２に微細な島状のパターン（島ＩＭ）として形成される。

Ｂ）第１エッチング工程
次に、光学要素アレイ１００の第１光学面１１ｄにイオンビームを照射する。これにより、図１５Ｂに示すように、第２マスクＭＢの補助マスクＭＢ２の島ＩＭとともに、第１光学面１１ｄのうち露出した部分すなわち面角度が比較的大きい部分Ａ２がエッチングされる。この際、主マスクＭＢ１が覆われている面角度が比較的小さい部分Ａ１はエッチングされない。これにより、面角度が比較的大きい部分Ａ２のみに第２反射防止構造体５１ｂが形成される。

Ｃ）マスク除去工程
次に、図１５Ｃに示すように、第１光学面１１ｄに付着した第２マスクＭＢを除去する。具体的には、例えばイオンビームもしくはプラズマによってマスクを除去したり、マスク除去液に浸してマスクを除去したりする。

〔第２構造体形成工程〕
本工程は、第２マスク形成工程と、第２エッチング工程とを有する。

Ａ）第２マスク形成工程
まず、図１６Ａに示すように、第１実施形態の第１マスク形成工程と同様に、第１光学面１１ｄ上に第１マスクＭＡを形成する。第２マスクＭＢの平均的な膜厚は、第１マスクＭＡの平均的な膜厚よりも小さくなっている。この結果、第１マスクＭＡは、第１光学面１１ｄのうち面角度が比較的小さい部分Ａ１に微細な島状のパターン（島ＩＭ）として形成される。前工程のマスク除去工程において、面角度が比較的小さい部分Ａ１に付着していた主マスクＭＢ１が除去されているので、島ＩＭが形成されていない部分は、第１光学面１１ｄが露出している状態となっている。本実施形態において、第２構造体形成工程の第２マスク形成工程の第１マスクＭＡの厚みは、第１構造体形成工程の第１マスク形成工程の主マスクＭＢ１の厚みよりも薄くなっている。結果的に、面角度が比較的大きい部分Ａ２にはマスクがほとんど形成されない。

Ｂ）第２エッチング工程
次に、光学要素アレイ１００の第１光学面１１ｄにイオンビームを照射する。図１６Ｂに示すように、第１マスクＭＡの島ＩＭとともに、第１光学面１１ｄのうち露出した部分すなわち面角度が比較的小さい部分Ａ１がエッチングされる。これにより、面角度が比較小さい部分Ａ１に第１反射防止構造体５１ａが形成される。その結果、第１光学面１１ｄの全体に均一に反射防止構造体５１が形成される。

なお、第２エッチング工程後、第１光学面１１ｄに付着した第１マスクＭＡを除去してもよい。

以上、本実施形態に係る光学要素アレイの製造方法などについて説明したが、本発明に係る光学要素アレイの製造方法などは上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄの形状、大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態において、個々の第１及び第２レンズ素子１１，１２は繋がっていなくてもよい。つまり、基板１０１の一部が露出していてもよい。また、基板１０１の片側のみに第１レンズアレイ層１０２又は第２レンズアレイ層１０３を設けてもよい。また、基板１０１を用いずに、樹脂のみで光学要素アレイを形成してもよい。この場合、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３は一体的に成形される。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００は、レンズ以外にも、ミラー、回折構造、照明部品、光伝送部品などの様々な目的で用いられる。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００は、円盤状である必要はなく、楕円形などの各種輪郭を有するものとできる。例えば光学要素アレイ１００を当初から四角板状に成形することで、切断工程を簡略化することができる。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００内に形成される第１及び第２レンズ素子１１，１２の数も、図示の４つに限らず、２つ以上の複数とすることができる。この際、第１及び第２レンズ素子１１，１２の配置は、ダイシングの都合から格子点上が望ましい。さらに、隣接する第１及び第２レンズ素子１１，１２の間隔も、図示のものに限らず、加工性などを考慮して適宜設定することができる。

また、上記実施形態において、基板１０１の一方の面１０１ｂ及び他方の面１０１ｃに樹脂を塗布したが、第１及び第２金型４１，４２の第１及び第２転写面４１ｂ，４２ｂに樹脂を塗布してもよい。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００の成形手法は、樹脂を成形金型４０に流し込み、固化させるようなモールドを用いた手法以外にも様々な手法を用いることができる。例えば、熱融着、熱処理、蒸着、射出成形、塗布、堆積後のエッチングなどを用いて光学要素アレイ１００を作製してもよい。なお、第１及び第２光学面１１ｄ，１２ｄの形状精度と成形時間を考慮すると、射出成形やモールドを用いる手法が好ましい。

また、上記実施形態において、第１反射防止構造体５１ａは、第１構造体形成工程によらず、他の方法によって予め形成してもよい。例えば、第１反射防止構造体５１ａは、フォトレジスト、粒子などをマスクとして用いてエッチングなどにより形成することができる。

また、上記実施形態において、ガス供給部６６，６７は２つ設けられているが、１つでも３つ以上でもよい。

また、上記実施形態において、マスクＭＡの島ＩＭはランダムに配置されていなくてもよい。

また、上記実施形態において、第１及び第２マスク形成工程において形成するマスクの厚みによって第１の領域や第２の領域の大きさを適宜変更することができる。

また、第３実施形態において、面角度の大きさにより第１光学面１１ｄを所定の範囲に分割して面角度が小さい部分から大きい部分へ徐々に反射防止構造体５１を形成したが、第４実施形態の製造方法を変形すれば、面角度が大きい部分から小さい部分へ徐々に反射防止構造体５１を形成することもできる。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００の積層を行わなくてよい。また、光学要素アレイ１００を切断せずにウェハー状のままとしてもよい。

また、上記実施形態において、光学要素アレイ１００の製造工程の際に、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３を先に成形してから離型したが、第１レンズアレイ層１０２の成形及び離型後に第２レンズアレイ層１０３の成形及び離型を行ってもよい。また、第１及び第２レンズアレイ層１０２，１０３に対して連続して各工程を行ってもよいし、第１レンズアレイ層１０２に対して各工程を行ってから第２レンズアレイ層１０３に対して各工程を行ってもよい。

また、上記実施形態において、反射防止構造体５１上に保護層が設けられていてもよい。この場合、図４に示す蒸着装置６５を用いて保護層を形成することができる。

Claims (11)

1. 巨視的な非平坦面を有する光学素子の製造方法であって、
   前記巨視的な非平坦面を複数領域に区分けし、区分けされた前記複数領域のうち第１の領域に対して島状のマスクを形成する第１マスク形成工程と、
   前記第１マスク形成工程により島状のマスクが形成された前記第１の領域をエッチングして、前記第１の領域に反射防止構造体を形成する第１エッチング工程と、
   前記第１エッチング工程後、前記複数の領域のうち前記第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する第２マスク形成工程と、
   前記第２マスク形成工程により島状のマスクが形成された前記第２の領域をエッチングして、前記第２の領域に反射防止構造体を形成する第２エッチング工程とを備え、
   前記第２マスク形成工程において、前記第１エッチング工程により前記第１の領域に形成された反射防止構造体を全体的に覆うようにマスクを形成し、かつ、前記第１の領域と異なる前記第２の領域に対して島状のマスクを形成する、光学素子の製造方法。
2. 前記第１の領域は、前記巨視的な非平坦面のうち前記光学素子の光軸に対して面角度が比較的小さい領域である、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚と、前記第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚とが異なる、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚が、前記第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚よりも薄い、請求項３に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記第１マスク形成工程で形成される第１マスクの平均膜厚が、前記第２マスク形成工程で形成される第２マスクの平均膜厚よりも厚い、請求項３に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記第１エッチング工程と前記第２マスク形成工程との間に、前記巨視的な非平坦面に付着したマスクを除去するマスク除去工程を有する、請求項１から５までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記第２エッチング工程後に、前記巨視的な非平坦面に付着したマスクを除去するマスク除去工程を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
8. 前記第１マスク形成工程及び前記第２マスク形成工程において、蒸着、スパッター、及びＣＶＤのいずれかでマスクを形成する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
9. 前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程において、イオンビーム及びプラズマのいずれかで前記巨視的な非平坦面をエッチングする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
10. 前記複数領域のうち前記第１及び第２の領域と異なる領域を１つ以上に区分けし、前記第１及び第２マスク形成工程の少なくともいずれかと同様のマスク形成工程と、前記第１及び第２エッチング工程の少なくともいずれかと同様のエッチング工程とを１回以上行う、請求項１から９までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
11. 巨視的な非平坦面を有する光学素子に反射防止構造体を作製する反射防止構造体の作製方法であって、
    前記巨視的な非平坦面を複数領域に区分けし、区分けされた前記複数領域のうち第１の領域に対して島状のマスクを形成する第１マスク形成工程と、
    前記第１マスク形成工程により島状のマスクが形成された前記第１の領域をエッチングして、前記第１の領域に反射防止構造体を形成する第１エッチング工程と、
    前記第１エッチング工程後、前記複数の領域のうち前記第１の領域と異なる第２の領域に対して島状のマスクを形成する第２マスク形成工程と、
    前記第２マスク形成工程により島状のマスクが形成された前記第２の領域をエッチングして、前記第２の領域に反射防止構造体を形成する第２エッチング工程とを備え、
    前記第２マスク形成工程において、前記第１エッチング工程により前記第１の領域に形成された反射防止構造体を全体的に覆うようにマスクを形成し、かつ、前記第１の領域と異なる前記第２の領域に対して島状のマスクを形成する、反射防止構造体の作製方法。

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