WO2013042519A1 - 光学素子の製造方法および表面加工装置 - Google Patents

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molding
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元章 尾▲崎▼
関　博之
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オリンパス株式会社
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    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical element manufacturing method and a surface processing apparatus.
  • the present invention relates to a method of manufacturing an optical element and a surface processing apparatus for forming a fine structure such as an antireflection structure.
  • an antireflection film is provided on a lens surface of an imaging lens such as a camera in order to prevent reflection of unnecessary light such as ghost and flare.
  • an antireflection film provided on the surface of such an optical element such as a lens for example, a multilayer thin film in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are alternately superposed appropriately according to the wavelength of light to be antireflected is used.
  • Such a multilayer antireflection film is formed by a vacuum process such as vacuum deposition or sputtering.
  • the processing time is long.
  • the film thickness varies between the central portion and the outer peripheral portion due to the lens shape, for example, in the case of a lens in which the unevenness of the outer peripheral portion with respect to the central portion increases. For this reason, an antireflection film having uniform antireflection characteristics over the entire lens surface cannot be obtained, and for example, an antireflection film having inferior antireflection characteristics at the outer peripheral portion as compared with the center portion is obtained.
  • an antireflection structure that does not depend on the multilayer thin film, for example, as described in Patent Document 1, a fine structure having a triangular pyramid or a quadrangular pyramid as a unit is formed on the lens surface, and in the vicinity of the lens surface. 2.
  • Patent Document 1 An antireflection structure that causes a change in refractive index is known.
  • an X-ray mask in which triangular prisms are arranged with a small pitch is formed, and X-rays are exposed to a resist applied on the lens through the X-ray mask, and a triangular pyramid is formed on the lens surface.
  • the fine structure of the triangular pyramid is transferred to the lens surface to form a master having an antireflection structure on the surface.
  • a technique is described in which the shape of the master is transferred, an Ni replica mold is manufactured by an electroforming process, and a lens having an antireflection structure on its surface is manufactured by molding using the Ni replica mold.
  • Patent Document 2 describes a technique for forming an antireflection portion in which fine conical convex portions are arranged in a substantially dense shape.
  • a thin layer of an etching rate gradient material is formed on the molding surface of a mold made of a glass plate, a photoresist film is formed on the surface of the thin layer, and exposure / development is performed on the photoresist film.
  • a mask having a predetermined pattern is formed, and the etching rate gradient material layer is etched through the mask.
  • a mold for transferring the shape of the antireflection portion is formed.
  • molding die the optical element by which the shape of the reflection preventing part was transcribe
  • the projection of the fine structure is limited to a fine structure protruding in the direction along the optical axis.
  • the fine structure is uniform because the protrusion direction of the protrusion is inclined with respect to the normal direction of the lens surface toward the lens outer peripheral portion, and the reflectance characteristics change between the lens central portion and the outer peripheral portion.
  • the antireflection structure having a good antireflection characteristic is not obtained.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and easily forms an uneven microstructure extending in a direction intersecting the optical axis on an optical surface of an optical element having an optical surface having a curvature.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical element and a surface processing apparatus.
  • an optical device having a concave-convex microstructure extending in a direction intersecting the optical axis on an optical surface having a curvature.
  • a method of manufacturing an element comprising: a body processing step for forming an optical element body having the optical surface; and a molding surface on which the molding resin is applied to the optical surface and the microstructure is transferred.
  • a microstructure forming mold formed on the surface is pressed against the optical surface to cure the molding resin, and a moment of force related to the top of the molding surface with respect to the microstructure forming mold is determined.
  • a demolding step of demolding the microstructure forming mold by causing the microstructural mold to gradually move away from the outer peripheral side in the direction in which the concavo-convex shape extends by deforming the base body by acting; .
  • the mold for forming the microstructure in the first aspect, is at least demolded from the outer peripheral side.
  • the center part of the microstructure forming mold may be held down.
  • the molding surface is obtained by applying a moment of the force.
  • the partial curvature of the surface of the substrate on which the pits are formed may be changed from the outer peripheral side of the fine structure forming die, and the fine structure forming die may be gradually separated in the extending direction of the concavo-convex shape.
  • the fine structure is an antireflection structure in which weights are gathered. There may be.
  • an optical element surface processing apparatus for forming a concave-convex fine structure extending in a direction intersecting the optical axis on an optical surface having a curvature. And a holding portion for holding an optical element body having the optical surface and coated with a molding resin on the optical surface, and a fine surface having a molding surface in which the microstructure is transferred to the surface of a deformable substrate.
  • the base is deformed so that the molding surface gradually separates from the molding resin in the extending direction of the concavo-convex shape from the outer peripheral side, but is separated from the mold deforming portion and the center of the molding surface by the mold deforming portion.
  • a demolding moving part that moves the microstructure forming mold and the holding part relative to each other to move away from each other in the optical axis direction.
  • the mold deforming portion includes a center pressing member that presses a center portion of the microstructure forming mold, and the fine structure An outer peripheral side moving member that moves the outer peripheral side of the structure forming mold above the optical surface.
  • the fine structure may be an antireflection structure in which weights are gathered. .
  • the microstructure is molded using the microstructure forming mold in which the molding surface for transferring the microstructure is formed on the surface of the deformable substrate.
  • the fine structure forming mold can be gradually removed from the outer peripheral side in the direction in which the concavo-convex shape extends, and demolding can be performed.
  • demolding can be performed.
  • FIG. 1A It is a typical top view showing composition of an optical element manufactured by a manufacturing method of an optical element of a 1st embodiment of the present invention. It is AA sectional drawing of FIG. 1A. It is the B section detailed drawing of FIG. 1B. It is the C section detail drawing of FIG. 1B. It is a typical block diagram of the surface processing apparatus of the optical element of the 1st Embodiment of this invention. It is DD sectional drawing of FIG. 2A. It is the E section detail drawing of FIG. 2A. It is the F section detailed drawing of FIG. 2A. It is typical process explanatory drawing which shows the manufacturing process of the type
  • FIG. 3A It is typical process explanatory drawing which shows the manufacturing process following FIG. 3A of the type
  • FIG. 1A is a schematic plan view showing the configuration of an optical element manufactured by the method for manufacturing an optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a detailed view of a portion B in FIG. 1A
  • FIG. 1D is a detailed view of a portion C in FIG.
  • FIG. 2A is a schematic configuration diagram of the surface processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • 2B is a DD cross-sectional view in FIG. 2A
  • FIG. 2C is a detailed view of a portion E in FIG. 2A
  • FIG. 2D is a detailed view of a portion F in FIG. 2A.
  • the manufacturing method of the optical element of this embodiment is a manufacturing method of an optical element provided with the uneven
  • the type of the optical element is not particularly limited as long as the optical surface having a curvature has a concavo-convex microstructure extending in the direction intersecting the optical axis.
  • FIGS. 1A to 1D an example in which the workpiece is the lens body 1 (optical element body) and the fine structure is an antireflection structure by the antireflection portion 2 will be described. That is, in this embodiment, an example in which the antireflection portion 2 is formed in the lens body 1 to manufacture the lens 1A that is an optical element will be described.
  • the lens main body 1 is a single concave lens having a spherical concave lens surface 1a (an optical surface having a curvature) and a flat lens surface 1b.
  • the concave lens surface 1a is processed with a surface shape and surface accuracy based on the design specifications of the lens before the antireflection portion 2 is formed.
  • the material of the lens body 1 may be glass or synthetic resin. Further, the method of forming the concave lens surface 1a may be polishing or molding.
  • the antireflection portion 2 can be provided also on the flat lens surface 1b.
  • the flat lens surface 1b is a flat surface having no curvature (0 curvature), it may be formed in the same manner as before before or after the antireflection portion 2 is formed on the concave lens surface 1a.
  • the antireflection portion 2 is not formed on the flat lens surface 1b.
  • the antireflection portion 2 is an aggregate of conical projections 2a arranged densely on the concave lens surface 1a.
  • the central axis of each protrusion 2a coincides with the direction of the normal N of the concave lens surface 1a at the position where each protrusion 2a is provided.
  • the direction of the central axis of the protrusion 2a may vary within a range in which the reflectance is acceptable.
  • each protrusion 2a is formed of UV curable resin in this embodiment.
  • the type of the UV curable resin a material in which the difference in refractive index is as small as possible is selected according to the refractive index of the material of the lens body 1.
  • the lens body 1 is a COP (cycloolefin polymer) resin (refractive index 1.5)
  • the UV curable resin is PAK-02 (trade name: manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.).
  • Refractive index 1.5 is adopted.
  • the shape of the protrusion 2a can be appropriately set according to the wavelength to be prevented from reflection and the target value of reflectance.
  • the shape of each protrusion 2a has a bottom surface of about 200 nm in diameter and a height of about 200 nm.
  • the adjacent pitches are approximately uniform with a pitch of about 200 nm.
  • the refractive index continuously changes from 1 to 1.5 in the range of 200 nm in height on the concave lens surface 1a, so that reflection of incident light is suppressed.
  • such a lens 1A is manufactured by forming the antireflection portion 2 on the concave lens surface 1a of the lens body 1 using the surface processing apparatus 10 shown in FIG. 2A.
  • the schematic configuration of the surface processing apparatus 10 includes a holding unit 3, a UV light source 4 (resin curing unit), a microstructure forming mold 5, a mold moving unit 6 (a mold pressing unit, a mold deforming unit, a demolding moving unit), and a mold.
  • a movement control unit 7 (a mold pressing unit, a mold deforming unit, and a mold removal moving unit) is provided.
  • the holding unit 3 holds the lens body 1 when performing surface processing.
  • the holding unit 3 can hold the outer peripheral portion and the lens side surface of the flat lens surface 1b with the optical axis O aligned with the vertical axis and the concave lens surface 1a facing upward.
  • a hole 3a that is opened larger than the lens effective diameter of the lens 1A is provided through the central portion of the holding portion 3.
  • the central axis of the hole 3 a is in a positional relationship aligned with the optical axis O of the lens body 1 held by the holding unit 3.
  • the UV light source 4 is a light source that irradiates the lens body 1 with ultraviolet light (UV light), and is used to cure the UV curable resin applied to the concave lens surface 1a.
  • UV light ultraviolet light
  • the UV light source 4 is disposed below the holding unit 3 at a position overlapping the center of the hole 3a. For this reason, the UV light irradiated upward from the UV light source 4 passes through the hole 3a, enters the lens body 1, and is irradiated on the front surface of the concave lens surface 1a.
  • the microstructure forming mold 5 is formed on the surface of the base portion 5A (base) where the molding surface portion 5a (molding surface) for transferring the microstructure is deformable in order to mold the antireflection portion 2 on the concave lens surface 1a.
  • the outer shape of the fine structure forming die 5 has a substantially cylindrical outer shape, and the central axis Z of the fine structure forming die 5 is arranged along the vertical axis, and the lens body 1 held by the holding portion 3 is arranged. Aligned with the optical axis O.
  • a molding surface portion 5 a is provided on the lower surface, and the upper surface 5 d is disposed above the holding portion 3.
  • a molding surface portion 5a is formed on the lower surface of the base portion 5A, and the upper surface 5d of the base portion 5A is a flat surface when there is no deformation due to an external force. Further, the upper part of the microstructure forming mold 5 is connected to lower ends of moving shafts 6a and 6b of the mold moving part 6 described later.
  • the molding surface portion 5a In order to transfer the shape of the antireflection portion 2 to the concave lens surface 1a, the molding surface portion 5a has an uneven surface of the antireflection portion 2 on the convex surface 5b (see the two-dot chain line in FIGS. 2C and 2D) having the same curvature as the concave lens surface 1a. An uneven shape is formed by inverting the shape.
  • the shape of the molding surface portion 5a has a shape in which a number of conical hole portions 5e obtained by inverting the shape of the protrusion 2a are formed on the convex surface 5b.
  • the central axis of each hole 5e is coincident with the direction of the normal P of the convex surface 5b at the position where each hole 5e is provided.
  • the material of the microstructure forming mold 5 is made of, for example, an elastic body that has a small elastic coefficient such as rubber or elastomer and can be easily deformed. For this reason, when an external force is applied to a part of the microstructure forming mold 5, the microstructure forming mold 5 is deformed according to the stress generated by the external force, and the molding surface portion 5a is provided depending on the direction of the external force. The convex surface 5b is also deformed.
  • the material of the microstructure forming mold 5 is, for example, rubber made of a silicon admixture.
  • the mold moving unit 6 is disposed above the microstructure forming mold 5 in parallel to the vertical axis.
  • the mold moving unit 6 has moving shafts 6a and 6b each having a lower end connected to the upper surface 5d, and an axis moving mechanism 6c that holds the upper ends of the moving shafts 6a and 6b and advances and retracts independently along the vertical axis. Is provided.
  • the moving shaft 6a is disposed coaxially with the central axis Z of the microstructure forming mold 5. For this reason, the central part of the upper surface 5d of the microstructure forming mold 5 can be lifted or pushed down along the vertical axis by moving the moving shaft 6a back and forth along the vertical axis.
  • Moving shaft 6b is in between the cylindrical outer peripheral surface 5c of the center axis Z and the microstructure forming mold 5 of the microstructure forming mold 5, a single circle C 1 centered on the central axis Z in the circumferential direction It is arranged at an equally dividing position.
  • the radius R 1 of the circle C 1 on which the moving shaft 6b is arranged is such that the convex surface 5b has at least the protrusion 2a of the antireflection portion 2 when the position of the moving shaft 6a is fixed and the moving shaft 6b is gradually lifted.
  • Such radius R 1 of a circle C 1 is the curvature of the convex surface 5b, the overall shape of the microstructure forming mold 5, longitudinal elastic modulus of the material of the microstructure forming mold 5, since depending on operating conditions such as the modulus of transverse elasticity, It is set beforehand by experiment or simulation.
  • R 0 at least, R 0/2 ⁇ R 1 ⁇ R 0 It is preferable to satisfy the relationship.
  • the number of moving shafts 6b can be appropriately set according to the rigidity of the microstructure forming mold 5.
  • FIG. 2B shows eight as an example. The greater the number of moving shafts 6b, the more uniform the deformation of the convex surface 5b in the circumferential direction.
  • the shaft moving mechanism 6c is fixed above the holding portion 3 by a support member (not shown).
  • the shaft moving mechanism 6c is electrically connected to a mold movement control unit 7 that controls the amount of movement of the moving shafts 6a and 6b.
  • a configuration such as an actuator using a drive mechanism such as a motor or a fluid driven actuator such as an air cylinder can be adopted.
  • the mold movement control unit 7 includes a parallel movement mode and a demolding mode as control modes for controlling the axis movement mechanism 6c.
  • the parallel movement mode the relative position of the moving shafts 6a and 6b is adjusted so that the curvature of the convex surface 5b of the microstructure forming mold 5 is substantially coincident with the curvature of the concave lens surface 1a.
  • 5 is a control mode in which five reference states are formed and the movement amounts of the moving shafts 6a and 6b are synchronized while maintaining this reference state. As a result, the microstructure forming mold 5 is translated along the vertical axis.
  • substantially match includes a case where the curvatures of the convex surface 5b and the concave lens surface 1a match each other and a case where the curvatures are different within a range that does not hinder molding.
  • the range that does not hinder the molding means that when the convex surface 5b is pressed against the concave lens surface 1a, a molding space within the allowable shape error range of the antireflection portion 2 is formed between the concave lens surface 1a and the molding surface portion 5a.
  • the microstructure forming mold 5 is formed of an elastic body such as rubber that can be easily deformed, even if the curvature of the convex surface 5b is different from that of the concave lens surface 1a, the convex surface 5b is not pressed when pressed against the concave lens surface 1a. If it deforms and follows the concave lens surface 1a, there is no problem in molding.
  • the demolding mode is a control mode in which the moving shafts 6a and 6b are independently driven with different movement amounts. Specifically, the operation of fixing the position of the moving shaft 6a, synchronizing each moving shaft 6b and gradually lifting the moving shaft 6b upward, and releasing the fixing of the position of the moving shaft 6a to follow the movement of the moving shaft 6b.
  • This is a control mode for performing the operation of pulling up the moving shaft 6a.
  • the moving shaft 6b applies a forced displacement, the upper surface 5d is deformed into a concave shape, whereby the entire base portion 5A is deformed from the reference state. As a result, a stress distribution is generated in the lower portion of the base portion 5A, the convex surface 5b is deformed, and the average curvature of the convex surface 5b is increased.
  • 3A to 3D are schematic process explanatory views showing the manufacturing process of the microstructure forming mold according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3E is a detailed view of a portion G in FIG. 3D.
  • 4A and 4B are schematic process explanatory views showing a manufacturing process subsequent to FIG. 3D of the microstructure forming mold according to the first embodiment of the present invention.
  • a base material surface 11a made of a concave surface having the same shape as the concave lens surface 1a is formed on one plate surface of a plate member made of metal such as nickel.
  • a master substrate 11 is prepared.
  • the fine structure 12 is formed on the base material surface 11 a of the master base material 11.
  • the shape of the fine structure 12 is the same as that of the antireflection portion 2.
  • the fine structure 12 can be formed by, for example, applying a resist on the substrate surface 11a, exposing the shape pattern with, for example, an electron beam drawing apparatus, and then removing the exposed portion.
  • the etching beam 13a is irradiated from the dry etching apparatus 13 along the normal direction of the substrate surface 11a, and anisotropic etching is performed until the fine structure 12 is removed.
  • the master base material 11 is held by a swinging device (not shown) and is swung around the center of curvature of the base material surface 11a.
  • etching proceeds in the normal direction of the substrate surface 11a along the outer shape of the microstructure 12 at each position on the substrate surface 11a. Is transferred to the master substrate 11.
  • the fine structure part 11b of the master base material 11 is formed.
  • the master base material 11 on which the fine structure portion 11b is formed is referred to as a master mold 11A.
  • a mold 15 for forming the microstructure forming mold 5 using the master mold 11A and a mold 14 for transferring the shape of the outer peripheral surface 15c of the microstructure forming mold 5 is used. Assemble. Next, the moving shafts 6a and 6b are arranged in the mold 15, filled with the molding material 16, and insert molding is performed. It is preferable to form an appropriate anchor shape at the distal end portion of the moving shafts 6a and 6b so as to improve the adhesiveness with the molding material 16 and prevent it from coming off after molding. When the molding material 16 is cured, the mold 15 is disassembled, and the microstructure forming mold 5 having the movable shafts 6a and 6b connected to the upper part is removed. In this way, the microstructure forming mold 5 can be manufactured.
  • the manufacturing method of said mold 5 for fine structure formation is an example, Comprising: It can deform
  • selective etching such as aluminum anodization may be employed instead of dry etching.
  • the microstructure forming mold 5 is an example of being manufactured by integral molding with the moving shafts 6a and 6b.
  • the material inside the microstructure forming mold 5 is uniform except for the insert portion. It becomes difficult to occur.
  • deformations at various places can be predicted with high accuracy.
  • the microstructure forming mold 5 is composed of a plurality of materials, or a plurality of parts are bonded together to form the microstructure forming mold 5 It is also possible to form. Further, for example, in the above-described insert molding, instead of the moving shafts 6a and 6b, it is also possible to insert a connection fitting that can be detachably connected to the distal end portions of the moving shafts 6a and 6b. In this case, the microstructure forming die 5 can be detachably connected to the distal ends of the moving shafts 6a and 6b via the connection fitting. As a connection method between the moving shafts 6a and 6b and the connection fitting, for example, screwing or the like can be employed.
  • FIG. 5A and 5B are schematic process explanatory views of the method of manufacturing the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a schematic process explanatory diagram following FIG. 5B of the method for manufacturing the optical element of the first embodiment of the present invention.
  • 6B is a detailed view of a portion H in FIG. 6A
  • FIG. 6C is a detailed view of a portion J in FIG. 6A.
  • 7A and 7B are schematic process explanatory diagrams following FIG. 6A of the method for manufacturing the optical element of the first embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing an optical element of the present embodiment includes a main body processing step, a molding step, and a demolding step.
  • the main body processing step is a step of forming an optical element main body having an optical surface.
  • the lens body (optical element body) 1 having the concave lens surface (optical surface) 1a is formed by performing appropriate processing such as cutting / polishing, glass molding, resin molding, and the like.
  • the microstructure forming mold 5 has a molding surface that is formed on the surface of the deformable substrate and transfers the microstructure.
  • This step is a step of applying a molding resin to the optical surface, pressing the microstructure forming mold against the optical surface, and curing the molding resin.
  • the lens body 1 is held by the holding unit 3 of the surface processing apparatus 10 with the concave lens surface 1 a facing the fine structure forming mold 5.
  • the microstructure forming mold 5 is retracted to the retracted position above the holding unit 3.
  • the mold movement control unit 7 controls the shaft movement mechanism 6c in the parallel movement mode.
  • a UV curable resin 20 is applied on the concave lens surface 1a.
  • PAK-02 trade name
  • the UV curable resin 20 may be applied to the central portion in a lump shape, and may be spread on the outer peripheral portion when pressing the microstructure forming mold 5 as described later.
  • the entire concave lens surface 1a may be coated in layers by spin coating or the like.
  • the mold movement control unit 7 sends a control signal to the shaft movement mechanism 6c, moves the movement shafts 6a and 6b vertically downward, and lowers the microstructure forming mold 5 as shown in FIG. 5B.
  • the shaft moving mechanism 6c since the shaft moving mechanism 6c is controlled in the parallel movement mode, the convex surface 5b (not shown in FIG. 5B) of the molding surface portion 5a descends while maintaining a curvature that substantially matches the curvature of the concave lens surface 1a. Therefore, the convex surface 5b of the microstructure forming mold 5 is pressed against the concave lens surface 1a with the UV curable resin 20 interposed therebetween, and the convex surface 5b is in close contact with the concave lens surface 1a.
  • the mold movement control unit 7 stops the descending of the microstructure forming mold 5 by the shaft moving mechanism 6c. Thereby, the UV curable resin 20 is filled in a molding space formed between the molding surface portion 5a and the concave lens surface 1a.
  • the mold moving unit 6 and the mold movement control unit 7 move the microstructure forming mold 5 relative to the concave lens surface 1a coated with the UV curable resin 20 so that the concave lens surface 1a becomes the UV curable resin 20.
  • a mold pressing portion to be in close contact is configured.
  • the moving shaft 6 a of the mold moving unit 6 constitutes a center pressing member that presses the center of the microstructure forming mold 5.
  • the UV light source 4 is turned on. Thereby, ultraviolet light enters the lens body 1 from the hole 3a, and the concave lens surface 1a is irradiated with ultraviolet light from the inside of the lens body 1.
  • the UV curable resin 20 filled in the molding space sandwiched between the concave lens surface 1a and the molding surface portion 5a is photocured, and the antireflection portion 2 is formed on the concave lens surface 1a. Therefore, the UV light source 4 constitutes a resin curing part that cures the UV curable resin 20 sandwiched between the concave lens surface 1 a and the molding surface part 5 a of the microstructure forming mold 5.
  • the UV light source 4 is turned off. The molding process is thus completed.
  • a demolding process is performed. This step applies a moment of force related to the top of the molding surface to the microstructure forming mold, and deforms the base body, so that the microstructure forming mold is concave lens in the direction in which the concavo-convex shape extends from its outer peripheral side. In this step, the microstructure forming mold is removed from the surface 1a gradually.
  • the mold movement control unit 7 controls the shaft movement mechanism 6c in the demolding mode. That is, as shown in FIG. 6A, the position of the moving shaft 6a is fixed, and each moving shaft 6b is gradually moved vertically upward. Thereby, the upper part of base part 5A connected to movement axis 6b is pulled up together with movement axis 6b. Therefore, the upper portion of the base portion 5A, at the connection position Q of the moving shaft 6b, the external force F Q acts towards the vertically upward, raised upper portion of the base portion 5A. On the other hand, since the moving shaft 6a does not move, the position of the connection position S on the connected central axis Z is fixed. As a result, with the movement of the moving shaft 6b, the upper portion of the base portion 5A is gradually deformed into a concave shape.
  • the molding surface portion 5a which is the lower surface of the base portion 5A, is restrained from moving because the surface top T on the central axis Z is pressed by the concave lens surface 1a.
  • the base portion 5A the moment of surface apex T around the force acting by an external force F Q.
  • the stress generated in the lower portion of the base portion 5A is derived from the vertical upward stress ⁇ Q derived from the external force F Q and the restraint due to the close contact between the molding surface portion 5a and the antireflection portion 2.
  • the molding surface portion 5a is peeled upward in the direction toward the central axis Z due to the deformation of the base portion 5A, so that demolding proceeds.
  • the curvature of the convex surface 5b of the molding surface part 5a becomes large with the movement of the moving shaft 6b.
  • the mode of change in curvature is slightly different depending on conditions such as the effective diameter of the concave lens surface 1a, the material constant of the base portion 5A, and the moving speed of the moving shaft 6a.
  • the deformation of the convex surface 5b proceeds all at once, and the curvature of the convex surface 5b changes as a whole. To do. In this case, the separation of the molding surface portion 5a occurs substantially simultaneously on the outer peripheral side and the inner peripheral side.
  • the deformation of the convex surface 5b gradually propagates from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
  • the curvature gradually increases from the outer peripheral side, and gradually moves away from the outer peripheral side while the molding surface portion 5a and the antireflection portion 2 remain in close contact with each other at the center. In this case, the curvature of the convex surface 5b changes partially.
  • Which mode is used for demolding can be appropriately selected according to the shape of the concave lens surface 1a, the releasability of the antireflection portion 2, and the like.
  • the mold moving unit 6 and the mold movement control unit 7 apply a moment of force related to the top T of the convex surface 5b to the microstructure forming mold 5 so that the base unit 5A extends in the direction in which the protrusion 2a extends from the outer peripheral side.
  • a mold deforming portion that deforms so that the molding surface portion 5a is gradually separated from the UV curable resin 20 is configured.
  • the mold movement control unit 7 releases the fixed position of the moving shaft 6a and moves the moving shaft 6b. Following this, the moving shaft 6a is pulled up. Thereby, the molding surface part 5a in the vicinity of the central axis Z of the molding surface part 5a is separated from the antireflection part 2 in the vicinity of the optical axis O of the concave lens surface 1a.
  • the mold moving unit 6 and the mold movement control unit 7 move the microstructure forming mold 5 and the holding unit 3 relative to each other when the separation proceeds to the center of the molding surface part 5a, so that the optical axis O A demolding moving part which is separated in the direction is configured. This completes the removal of the antireflection part 2. When the entire surface of the molding surface portion 5a is separated from the antireflection portion 2, the demolding process is finished. In this way, the lens 1A is manufactured.
  • the mold movement control unit 7 cancels the demolding mode and shifts to the parallel movement mode. That is, the positions of the moving shafts 6a and 6b are returned to the reference state, the fine structure forming mold 5 is moved in parallel and moved to the retracted position, and waits. Then, the lens 1A is removed from the holding unit 3. When forming the antireflection part 2 in another lens body 1, the above molding process and demolding process are repeated in the same manner.
  • the microstructure forming mold 5 having the molding surface portion 5a on which the shape of the antireflection portion 2 as the microstructure is transferred to the surface of the deformable base portion 5A is used.
  • the fine structure forming die 5 is gradually separated from the outer peripheral side in the direction in which the protrusions 2a of the antireflection portion 2 extend, and demolding is performed. it can.
  • the microstructure forming mold 5 is moved in the optical axis O direction. Even if it is pulled out, it can be easily removed due to its low release resistance. Further, the mold can be removed without damaging the protrusion 2a of the antireflection portion 2. Further, the mold can be removed without deteriorating the shape accuracy of the protrusion 2a.
  • the antireflection part 2 made of an aggregate of protrusions 2a extending in the direction of the normal line N of the concave lens surface 1a can be formed, a multilayer film is used, or an antireflection structure consisting only of protrusions extending in the optical axis direction is used. Compared to the case, the antireflection characteristic of the concave lens surface 1a of the lens 1A can be improved.
  • the base portion 5A and the molding surface portion 5a of the microstructure forming mold 5 are formed from an elastic body having a low elastic coefficient and being easily deformable. Therefore, even if the curvature of the convex surface 5b of the molding surface portion 5a is different from the curvature of the concave lens surface 1a, the base portion 5A and the molding surface portion 5a are deformed by pressing the molding surface portion 5a against the lens 1A, and the concave lens surface It can adhere to la. Therefore, for example, even when there is a manufacturing error in the shape of the molding surface portion 5a or the concave lens surface 1a, the antireflection portion 2 having a stable shape can be formed.
  • the surface processing apparatus 10 can deform
  • the shape of the convex surface 5b can be corrected. For this reason, it is possible to reduce the manufacturing cost of the microstructure forming mold 5 and to improve the molding accuracy of the antireflection portion 2.
  • FIG. 8 is typical sectional drawing which shows the structure of the principal part of the surface processing apparatus of the optical element of the 2nd Embodiment of this invention.
  • the surface processing apparatus 10 ⁇ / b> A of the present embodiment replaces the mold moving unit 6 of the surface processing apparatus 10 of the first embodiment with a mold moving unit 26 (mold pressing unit, mold deforming unit, A demolding moving part).
  • the mold moving unit 26 includes a moving shaft 26b and an axis moving mechanism 26c instead of the moving shaft 6b and the shaft moving mechanism 6c of the mold moving unit 6 of the first embodiment.
  • a description will be given centering on differences from the first embodiment.
  • the moving shaft 26b extends in an obliquely upward direction toward the central axis Z at the upper end portion of the moving shaft 6b in the first embodiment.
  • the shaft moving mechanism 26c moves the moving shaft 6a forward and backward as well as the shaft moving mechanism 6c of the first embodiment and moves the moving shafts 26b back and forth in the respective axial directions.
  • the configuration of the shaft moving mechanism 26c can adopt the same configuration as the shaft moving mechanism 6c of the first embodiment except for the moving direction.
  • the inclination direction of the moving shaft 26b is a direction in which the extension line of the central axis of the moving shaft 26b substantially coincides with the normal line of the convex surface 5b before deformation of the molding surface portion 5a (including the case where they coincide).
  • the lens 1A can be manufactured in the same manner as in the first embodiment.
  • the moving shaft 26b is pulled upward in the oblique direction toward the central axis Z, it is easier to control the moving of the molding surface portion 5a along the normal direction before the deformation of the convex surface 5b.
  • FIG. 9 is typical sectional drawing which shows the structure of the principal part of the surface processing apparatus of the optical element of the 3rd Embodiment of this invention.
  • the surface processing apparatus 10 ⁇ / b> B of the present embodiment replaces the mold moving unit 6 of the surface processing apparatus 10 of the first embodiment with a mold moving unit 36 (mold pressing unit, mold deforming unit, A demolding moving part).
  • the mold moving unit 36 includes a moving shaft 36b and an axis moving mechanism 36c instead of the moving shaft 6b and the shaft moving mechanism 6c of the mold moving unit 6 of the first embodiment.
  • a description will be given centering on differences from the first embodiment.
  • the moving shaft 36 b is provided at a plurality of positions equally dividing the circumferential direction of the outer peripheral surface 5 c of the microstructure forming mold 5, and moves forward and backward on a horizontal line passing through the central axis Z of the microstructure forming mold 5.
  • Each moving shaft 36b is arranged in alignment with the same horizontal plane at a position close to the upper end side of the outer peripheral surface 5c.
  • the shaft moving mechanism 36c advances and retracts the moving shaft 6a in the same manner as the shaft moving mechanism 6c of the first embodiment, and moves the moving shafts 36b forward and backward in the respective axial directions.
  • the configuration of the shaft moving mechanism 36c can be the same as that of the shaft moving mechanism 6c of the first embodiment except for the moving direction.
  • the surface processing device 10B by moving toward the moving shaft 36b around axis line Z, the reacted external force F U at the connection position U on the outer circumferential surface 5c, a surface apex T around the force moment Can be generated. For this reason, by compressing the outer peripheral side surface of the microstructure forming mold 5 toward the center side, the lower base portion 5A can be pulled up obliquely upward toward the central axis Z.
  • This embodiment is particularly effective when the material of the microstructure forming mold 5 is a rubber material having a large Poisson's ratio.
  • the moving direction of the moving shaft 36b is not limited to the horizontal direction as long as the outer peripheral surface 5c can be pressed toward the center.
  • the lower base portion 5A can be lifted in an obliquely upward direction toward the central axis Z even if the material is not particularly large in Poisson's ratio.
  • the lens 1A can be manufactured in the same manner as in the first embodiment.
  • the lens diameter of the lens 1A is small and the upper surface 5d of the microstructure forming mold 5 is narrow, it can be easily applied, and thus is particularly suitable for manufacturing a small-diameter optical element.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of a surface processing apparatus for an optical element according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 10B shows an optical element according to the fourth embodiment of the present invention. It is typical operation explanatory drawing which shows the structure of the principal part of a surface processing apparatus.
  • the surface processing apparatus 10C of the present embodiment replaces the microstructure forming mold 5 and the mold moving part 6 of the surface processing apparatus 10 of the first embodiment, and has a microstructure forming mold 45.
  • a mold moving part 46 (mold pressing part, demolding moving part) is provided, and a fluid supply part 47 (mold deforming part) is added.
  • a description will be given centering on differences from the first embodiment.
  • the moving shaft 6b is deleted from the fine structure forming mold 5 of the first embodiment, and an annular cavity 45a is added to the inside of the base portion 5A.
  • the annular cavity 45a is an annular space having a circular or elliptical cross section, and is formed around the central axis Z.
  • a fluid supply pipe 47a made of a metal pipe or the like is passed through the upper portion of the annular cavity 45a, and fluid can be introduced into and discharged from the outside through the fluid supply pipe 47a.
  • the mold moving unit 46 is provided with an axis moving mechanism 46c in place of the axis moving mechanism 6c by deleting the moving shaft 6b of the mold moving unit 6 of the first embodiment.
  • the shaft moving mechanism 46c has a function of moving the moving shaft 6b forward and backward from the shaft moving mechanism 6c of the first embodiment.
  • the fluid supply unit 47 sends or sucks fluid to the fluid supply pipe 47a.
  • the fluid storage part which stores a fluid the pump part which sends or sucks the fluid with respect to the fluid supply pipe 47a, and the pressure which controls operation
  • the fluid supplied by the fluid supply unit 47 may be a gas such as air or a liquid such as water.
  • the fluid supply part 47 can control the volume of the annular cavity 45a by supplying air and controlling the air pressure.
  • the molding surface portion 5a is shaped to conform to the shape of the concave lens surface 1a.
  • the molding process can be performed in the same manner as in the first embodiment.
  • the volume of the annular cavity 45a is contracted by sucking the air in the annular cavity 45a by the fluid supply part 47, as shown in FIG. 10B.
  • an external force F V that is pulled upward in the oblique direction toward the central axis Z acts on the portion V facing the molding surface portion 5a on the inner peripheral surface of the annular cavity portion 45a.
  • the mold moving part 46 constitutes a mold pressing part and a demolding moving part
  • the fluid supply part 47 constitutes a mold deforming part
  • the deformation of the base part 5A can be controlled at a position close to the molding surface part 5a.
  • the example in which the annular cavity 45a is provided at one place has been described.
  • the annular cavity 45a can be further concentrically arranged at a plurality of places.
  • the deformation of the molding surface portion 5a at the time of demolding from the outer peripheral side toward the center portion can be finely and gradually changed by sequentially controlling the deformation of the plurality of annular cavities 45a, antireflection The demolding load on the part 2 can be further reduced.
  • the optical element manufactured by the optical element manufacturing method of the present invention is not limited to a lens.
  • an optical element such as a mirror, a prism, or a filter may be used.
  • the optical surface of the optical element is a concave spherical surface
  • the optical surface is not limited to a concave spherical surface, and may be an aspherical surface.
  • a convex surface may be sufficient. If the optical surface is a convex surface, those skilled in the art will easily understand the differences from the above description.
  • the molding surface portion 5a of the microstructure forming mold 5 is formed as a concave surface.
  • the base portion 5A is deformed so as to increase the curvature of the concave surface of the molding surface portion 5a by applying a moment of force related to the top of the concave surface, thereby separating the projection 2a of the antireflection portion 2 in the extending direction. Can do.
  • the fine structure is the antireflection portion 2 formed by the conical protrusion 2a
  • refraction is performed in the vicinity of the lens surface.
  • the shape may change as long as the rate is changed.
  • the shape is not limited to a conical shape, and a pyramid shape such as a triangular pyramid shape or a quadrangular pyramid shape can be suitably employed.
  • the fine structure is the antireflection structure.
  • the fine structure is not limited to the weight body as long as it is a concavo-convex shape formed by nanoimprint technology,
  • a concavo-convex shape such as a cylinder, a cylindrical hole, an inverted hole shape of a weight body, and a bell shape.
  • the fine structure is not limited to the antireflection structure.
  • the optical axis of the optical element is arranged along the vertical axis, and the fine structure forming mold is moved along the vertical axis.
  • Such a positional relationship is an example, and the members may be arranged in different directions as long as the relative positional relationship is the same.
  • the moving shaft 6b, the 26b was described using an example of the case of arranging on a circle C 1, provided on a plurality of circles forming the concentric It can be configured.
  • the deformation amount of the molding surface portion 5a can be controlled more finely by gradually moving the moving shaft on each circle from the outer peripheral side toward the center portion. The mold load can be further reduced.
  • the moving shaft 6a is replaced with a fixed shaft
  • the holding unit 3 is replaced with the fine structure forming mold.
  • the mold pressing unit and the demolding moving unit may be configured by providing a moving mechanism that moves forward and backward with respect to 5.
  • the microstructure forming mold 5 and the holding part 3 may be supported so as to be movable, and both of them may constitute a mold pressing part and a mold release moving part.
  • the molding surface portion 5a is formed on the surface of the base portion 5A with the same material as that of the base portion has been described.
  • the base is made of a plurality of elastic materials having the same or different materials. It is good also as a structure which integrated the body by bonding and shaping
  • the microstructure is molded using the microstructure forming mold in which the molding surface for transferring the microstructure is formed on the surface of the deformable substrate.
  • the fine structure forming mold can be gradually removed from the outer peripheral side in the direction in which the concavo-convex shape extends to perform demolding.
  • Lens body 1A lens (optical element) 1A lens (optical element) 1a Concave lens surface (optical surface with curvature) 2 Antireflection part (fine structure, antireflection structure) 2a Protrusion (weight) 3 Holding part 4 UV light source 5, 45 Microstructure forming mold 5A Base part (base) 5a Molding surface (molding surface) 5e hole 6, 26, 36, 46 type moving part 6a Moving shaft (center pressing member) 7 type movement controller 10, 10A, 10B, 10C Surface processing equipment 20 UV curable resin (molding resin) N, P Normal O Optical axis T top Z center axis

Abstract

　この光学素子の製造方法は、凹レンズ面１ａに光軸と交差する方向に延びる凹凸形状を有する反射防止部を備えるレンズの製造方法であって、凹レンズ面１ａを有するレンズ本体１を形成する本体加工工程と、凹レンズ面１ａに成形用樹脂を塗布し、反射防止部を転写する成形面部５ａが、変形可能な基体部５Ａの表面に形成された微細構造形成用型５を、凹レンズ面１ａに押圧し、成形用樹脂を硬化させる成形工程と、成形面部５ａの面頂に関する力のモーメントを作用させて、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の凹凸形状の延びる方向に漸次離間させて脱型を行う脱型工程と、を備える。

Description

光学素子の製造方法および表面加工装置
　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。
　本願は、２０１１年０９月２２日に、日本に出願された特願２０１１－２０８０１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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。また真空プロセスで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。これにより、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。このため、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の態様に係る光学素子の製造方法によれば、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、を備える。

　本発明の第２の態様に係る光学素子の製造方法によれば、前記第１の態様において、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、前記微細構造形成用型の中心部を押さえていても良い。

　本発明の第３の態様に係る光学素子の製造方法によれば、前記第１の態様または前記第２の態様において、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前記微細構造形成用型を漸次離間させても良い。

　本発明の第４の態様に係る光学素子の製造方法によれば、前記第１の態様から前記第３の態様のいずれか一態様において、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であっても良い。

　本発明の第５の態様に係る光学素子の表面加工装置によれば、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、前記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、変形可能な基体の表面に前記微細構造が転写された成形面を有する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、前記基体を変形させるが型変形部と、前記型変形部により、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、前記光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備える。

　本発明の第６の態様に係る光学素子の表面加工装置によれば、前記第５の態様において、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外周側を前記光学面の上方に移動させる外周側移動部材と、を備えていても良い。

　本発明の第７の態様に係る光学素子の表面加工装置によれば、前記第５の態様または前記第６の態様において、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であっても良い。

　上記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。その結果、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である。 図１ＡのＡ－Ａ断面図である。 図１ＢのＢ部詳細図である。 図１Ｂの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である。 図２ＡのＤ－Ｄ断面図である。 図２ＡのＥ部詳細図である。 図２Ａの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３Ａ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の実施形態の微細構造形成用型の図３Ｂ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の実施形態の微細構造形成用型の図３Ｃに続く製造工程を示す模式的な工程説明図である。 図３Ｄ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３Ｄ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の実施形態の微細構造形成用型の図３Ｄ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５Ｂに続く模式的な工程説明図である。 図６ＡのＨ部詳細図である。 図６Ｂの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６Ａに続く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７Ａ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１Ａ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１Ｂは、図１ＡにおけるＡ－Ａ断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＢ部詳細図であり、図１Ｄは、図１ＡのＣ部詳細図である。図２Ａ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２Ｂは、図２ＡにおけるＤ－Ｄ断面図であり、図２Ｃは、図２ＡのＥ部詳細図であり、図２Ｄは、図２Ａの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ていれば、特に限定されない。

　以下では、一例として、図１Ａ～図１Ｄ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。

　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構成として説明する。

　反射防止部２は、図１Ｃ、図１Ｄ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。

　反射防止する波長や反射率の目標値に応じて、突起２ａの形状を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２Ａ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。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、保持部３が、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。

　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）の表面に形成されている。

　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５ｄ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５ｄ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２Ｃ、図２Ｄ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。

　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ている。型移動部６は、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２Ｂ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２Ａ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、微細構造形成用型５の剛性に応じて、移動軸６ｂの本数を適宜設定することができる。図２Ｂ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る。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３Ａ～図３Ｄ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３Ｅは、図３ＤにおけるＧ部詳細図である。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の図３Ｄ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３Ａ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３Ｂ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３Ｃ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３Ｄ、図３Ｅ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４Ａ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、本例では、微細構造形成用型５は移動軸６ａ、６ｂと一体成形により製造する例である。微細構造形成用型５を移動軸６ａ、６ｂと一体成形すると、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、微細構造形成用型５を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５Ａ及び図５Ｂ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６Ａは、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図５Ｂに続く模式的な工程説明図である。図６Ｂは、図６ＡにおけるＨ部詳細図であり、図６Ｃは、図６ＡにおけるＪ部詳細図である。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の図６Ａ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（光学面）１ａを有するレンズ本体（光学素子本体）１を形成する。

　次に、成形工程を行う。微細構造形成用型５は、変形可能な基体の表面に形成され微細構造を転写する成形面を有している。本工程は、光学面に成形用樹脂を塗布し、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５Ａ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５Ａに示すように、中心部に塊状に塗布され、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。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５Ｂ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５Ｂ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凹レンズ面１ａから漸次離間させて、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６Ａ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６Ａ、図６Ｂ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６Ｃ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との合応力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７Ａ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７Ｂ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の形状が転写された成形面部５ａを有する微細構造形成用型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。これにより、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。したがって、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びている。

　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。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。

　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２６ｂ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。

　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に進退移動させる。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。

　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。

　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が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１０Ａ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であり、図１０Ｂ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動作説明図である。

　本実施形態の表面加工装置１０Ｃは、図１０Ａ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。

　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。

　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である。

　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。

　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。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。

　このような構成により、表面加工装置１０Ｃでは、図１０Ａ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１０Ｂ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が作用する。

　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４５ａは、１箇所に設けた場合の例で説明したが、環状空洞部４５ａ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４５ａ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。

　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。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。
　上記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。その結果、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。

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 (7)

  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、を備える
    光学素子の製造方法。
  2. 　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、前記微細構造形成用型の中心部を押さえている
    請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 　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前記微細構造形成用型を漸次離間させる
    請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
  4. 　前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
    請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  5. 　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、前記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、
    　変形可能な基体の表面に形成され前記微細構造を転写する成形面を有する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、前記基体を変形させるが型変形部と、
    　前記型変形部により、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、前記光軸方向に離間させる脱型移動部と、を備える
    光学素子の表面加工装置。
  6. 　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外周側を前記光学面の上方に移動させる外周側移動部材と、を備える
    請求項５に記載の光学素子の表面加工装置。
  7. 　前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
    請求項５または６に記載の光学素子の表面加工装置。
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