(57)【要約】  特に光学素子の複雑な形状の金型を比較的短時間で、かつ十分な形状の精度で製造する金型の製造方法を提供する。金型の製造方法は、金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、該樹脂層を第２の形状にするステップと、該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含む。
2019031387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、
該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、
該樹脂層を第２の形状にするステップと、
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含む、金型の製造方法。
【請求項２】
該第１の形状が、１または複数の溝からなる形状、該ベースの面における一つの方向に垂直な断面が一定の形状、または該ベースの面に垂直な軸の周りに軸対称の形状である請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
該第２の形状が、１または複数の溝からなる形状、該ベースの面における一つの方向に垂直な断面が一定の形状、または該ベースの面に垂直な軸の周りに軸対称の形状である請求項１または２に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
該樹脂層を第２の形状にするステップが機械加工によって実施される請求項１から３のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項５】
該樹脂層を第２の形状にするステップがリソグラフィ技術によって実施される請求項１から３のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項６】
該第１の形状が、該ベースの面における第１の方向に沿った溝からなる形状であり、該第２の形状が、該樹脂層の面における該第１の方向と垂直な第２の方向に沿った溝からなる形状であり、該第３の形状が、マイクロレンズアレイに対応する形状である請求項１から５のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項７】
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップステップにおいて、該ベースのエッチングレイトと該樹脂層のエッチングレイトとの比が０．１から０．９の範囲である請求項１から６のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項８】
該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの面上の一方向の座標をｘ1で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第１の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ1ｚ断面を
【数１】
2019031387.tif 000017
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該ベースの面の位置をゼロとしてｚ０１で表した場合に、該第１の形状のｘ１ｚ０１断面を
【数２】
2019031387.tif 000018
が満たされるように定める請求項１から７のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項９】
該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの
面上の一方向の座標をｘ２で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第２の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ２ｚ断面を
【数３】
2019031387.tif 000019
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該樹脂層の面の位置をゼロとしてｚ０２で表した場合に、該第２の形状のｘ２ｚ０２断面を
【数４】
2019031387.tif 000020
が満たされるように定める請求項１から８のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項１０】
該第３の形状が該第１の形状に起因する形状と該第２の形状に起因する形状とを少なくとも部分的に重ね合わせて形成される請求項１から９のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項１１】
該第３の形状が該第１の形状に起因する形状と該第２の形状に起因する形状とを重ね合わせることなく組み合わせて形成される請求項１から９のいずれかに記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の製造方法、特に、光学素子の金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一例として、マイクロレンズアレイの金型の従来の製造方法を説明する。マイクロレンズアレイの金型を機械加工によって製造する場合（たとえば特許文献１）に、製造に必要とされる時間は、ほぼマイクロレンズの数に比例する。たとえば、中間スクリーンに使用されるマイクロレンズアレイであって、名刺サイズの範囲に１００マイクロメータのピッチでマイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイのマイクロレンズの数は約５００，０００万個である。このようなマイクロレンズアレイの金型を機械加工によって製造するのは製造に必要とされる時間の観点から現実的ではない。また、機械加工によって製造する場合には、製造に必要とされる時間の問題の他に、工具の摩耗による形状変化の問題も存在する。他方、マイクロレンズアレイの金型をリソグラフィ技術によって製造する場合には、三次元形状を高精度で形成するのが困難であり、レジストのレーザー描画の際にマイクロレンズアレイの稜線、すなわちマイクロレンズの辺をなす線が丸みを帯びてしまうことという問題がある。【０００３】
このように、多数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイの金型などの複雑な形状の金型を比較的短時間で、かつ十分な形状の精度で製造する金型の製造方法は開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】JP1999142609A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、特に光学素子の複雑な形状の金型を比較的短時間で、かつ十分な形状の精度で製造する金型の製造方法に対するニーズがある。本発明の課題は、特に光学素子の複雑な形状の金型を比較的短時間で、かつ十分な形状の精度で製造する金型の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による金型の製造方法は、金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、該樹脂層を第２の形状にするステップと、該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含む。【０００７】
本発明によれば、第３の形状を第１の形状と第２の形状に分解し、第１の形状を機械加工によって形成するようにしたので、第３の形状が複雑な場合に、第３の形状を直接機械加工によって形成する方法と比較して製造時間を大幅に短縮できる。また、第１の形状を機械加工によって形成するので金型の形状の高い精度が得られる。【０００８】
本発明の第１の実施形態による金型の製造方法においては、該第１の形状が、１または複数の溝からなる形状、該ベースの面における一つの方向に垂直な断面が一定の形状、または該ベースの面に垂直な軸の周りに軸対称の形状である。【０００９】
本実施形態によれば、該第１の形状の機械加工による形成時間が大幅に短縮される。【００１０】
本発明の第２の実施形態による金型の製造方法においては、該第２の形状が、１または複数の溝からなる形状、該ベースの面における一つの方向に垂直な断面が一定の形状、または該ベースの面に垂直な軸の周りに軸対称の形状である。【００１１】
本実施形態によれば、該第２の形状を機械加工によって形成する場合に形成時間が大幅に短縮される。【００１２】
本発明の第３の実施形態による金型の製造方法においては、該樹脂層を第２の形状にするステップが機械加工によって実施される。【００１３】
本発明の第４の実施形態による金型の製造方法においては、該樹脂層を第２の形状にするステップがリソグラフィ技術によって実施される。【００１４】
本発明の第５の実施形態による金型の製造方法においては、該第１の形状が、該ベースの面における第１の方向に沿った溝からなる形状であり、該第２の形状が、該樹脂層の面における該第１の方向と垂直な第２の方向に沿った溝からなる形状であり、該第３の形状が、マイクロレンズアレイに対応する形状である。【００１５】
本実施形態によれば、マイクロレンズの金型を、機械加工のみを使用する場合と比較して大幅に短い時間で、かつ十分な形状の精度で製造することができる。【００１６】
本発明の第６の実施形態による金型の製造方法においては、該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップにおいて、該ベースのエッチングレイトと該樹脂層のエッチングレイトとの比が０．１から０．９の範囲である。【００１７】
本発明の第７の実施形態による金型の製造方法においては、該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの面上の一方向の座標をｘ1で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第１の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ1ｚ断面を
【数１】
2019031387.tif 000003
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該ベースの面の位置をゼロとしてｚ０１で表した場合に、該第１の形状のｘ１ｚ０１断面を
【数２】
2019031387.tif 000004
が満たされるように定める。【００１８】
本実施形態によれば、該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトに応じて、第１の形状を適切に定めることにより、第１の形状に対応する該ベースの目標形状が得られる。【００１９】
本発明の第８の実施形態による金型の製造方法においては、該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの
面上の一方向の座標をｘ２で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第２の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ２ｚ断面を
【数３】
2019031387.tif 000005
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該樹脂層の面の位置をゼロとしてｚ０２で表した場合に、該第２の形状のｘ２ｚ０２断面を
【数４】
2019031387.tif 000006
が満たされるように定める。【００２０】
本実施形態によれば、該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトに応じて、第２の形状を適切に定めることにより、第２の形状に対応する該ベースの目標形状が得られる。【００２１】
本発明の第９の実施形態による金型の製造方法においては、該第３の形状が該第１の形状に起因する形状と該第２の形状に起因する形状とを少なくとも部分的に重ね合わせて形成される。【００２２】
本発明の第１０の実施形態による金型の製造方法においては、該第３の形状が該第１の形状に起因する形状と該第２の形状に起因する形状とを重ね合わせることなく組み合わせて形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の金型の製造方法を示す流れ図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｄ】本発明の第１の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】本発明の第２の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】本発明の第２の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【図４】図１のステップＳ１０２０を説明するための流れ図である。
【図５】図１のステップＳ１０４０を説明するための流れ図である。
【図６Ａ】表面に溝を形成したベース上に樹脂層をコーティングした部材の溝の方向に垂直な断面を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示した部材にドライエッチングを実施して樹脂層を除去した後のベースの溝の方向に垂直な断面を示す図である。
【図７Ａ】ベース上にコーティングした樹脂層の表面に溝を形成した部材の溝の方向に垂直な断面を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示した部材にドライエッチングを実施して樹脂層を除去した後のベースの溝の方向に垂直な断面を示す図である。
【図８Ａ】ドライエッチング前のベースの第１の形状の断面を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す第１の形状に対応するベースの目標形状の断面を示す図である。
【図９Ａ】ドライエッチング前の樹脂層の第２の形状の断面を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す第２の形状に対応するベースの目標形状の断面を示す図である。
【図１０Ａ】レンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の平面図である。
【図１０Ｂ】レンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の側面図である。
【図１０Ｃ】レンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の平面図である。
【図１０Ｄ】レンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の側面図である。
【図１１】ベース及び樹脂層上の線状の溝の配置を示す図である。
【図１２】図１のステップＳ１０４０が終了した後のベースの形状を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の金型の製造方法を示す流れ図である。
【００２５】
図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明の第１の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。
【００２６】
図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の第２の実施形態の金型の製造方法を説明するための図である。図３Ａ乃至図３Ｄは、金型の中心軸を含む断面図である。
【００２７】
図１のステップＳ１０１０において、ドライエッチング前のベースの形状、すなわち第１の形状、及びドライエッチング前の樹脂層の形状、すなわち第２の形状を定める。第１の形状及び第２の形状の定め方は後で説明する。
【００２８】
図１のステップＳ１０２０において、金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にする。
【００２９】
図４は、図１のステップＳ１０２０を説明するための流れ図である。
【００３０】
図４のステップＳ２０１０において、金属からなるベースを準備する。
【００３１】
図４のステップＳ２０２０において、第１の形状を得るように金属からなるベースを機械加工する。
【００３２】
図４のステップＳ２０３０において、ベースの形状が所望の第１の形状であるか判断する。ベースの形状が所望の第１の形状であれば処理を終了する。ベースの形状が所望の第１の形状でなければステップＳ２０１０に戻る。
【００３３】
図２Ａは、第１の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０１０終了後の、第１の形状に機械加工された金属からなるベースを示す図である。ベース１０１は、鋼材１０１Ｂ上にニッケル・リン皮膜１０１Ａを付したものである。本実施形態において、第１の形状は、一定方向に配置されたシリンダー形状の複数の溝である。
【００３４】
図３Ａは、第２の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０１０終了後の機械加工された金属からなるベースを示す図である。ベース１０１は、鋼材１０１Ｂ上にニッケル・リン皮膜１０１Ａを付したものである。第１の形状は、中心軸に関して軸対称な回折格子パターン及びフレネルレンズパターンである。
【００３５】
一般的に、第１の形状が、一定方向に配置された複数の溝の形状、ベースの面における一つの方向に垂直な断面が一定である形状、またはベースの面に垂直な軸の周りに軸対称である形状であれば、機械加工の所要時間は大幅に短縮される。
【００３６】
図１のステップＳ１０３０において、ベース上に樹脂層をコーティングする。
【００３７】
図２Ｂは、第１の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０２０終了後の樹脂層がコーティングされたベースを示す図である。ベース１０１上に樹脂層１０３がコーティングされている。
【００３８】
図３Ｂは、第２の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０２０終了後の樹脂層がコーティングされたベースを示す図である。ベース１０１上に樹脂層１０３がコーティングされている。
【００３９】
図１のステップＳ１０４０において、樹脂層を第２の形状にする。
【００４０】
図５は、図１のステップＳ１０４０を説明するための流れ図である。
【００４１】
図５のステップＳ３０１０において、樹脂層を第２の形状にするために機械加工を使用するかリソグラフィ技術を使用するか判断する。樹脂層が感光性でなければ、リソグラフィ技術は使用できない。リソグラフィ技術が使用できる場合には、以下の表１に示す機械加工とリソグラフィ技術の特性、及び第２の形状を考慮して機械加工を使用するかリソグラフィ技術を使用するか判断する。
【表１】
2019031387.tif 000007
表１において、ピッチ、高さ及びアスペクト比は、格子など周期的な凹凸構造を形成する場合における周期的な凹凸構造のピッチ、高さ及びアスペクト比の範囲を示す。また、コーナーRとは、金型の隅の部分の曲率半径の範囲を示す。機械加工による金型の隅の部分の最小の曲率半径は、リソグラフィ技術によるものよりも大きい。バイナリー形状とは、高さが高低の二値のいずれかである形状を意味する。
【００４２】
機械加工を使用すると判断すれば、ステップＳ３０２０に進む。リソグラフィ技術を使用すると判断すれば、ステップＳ３０３０に進む。
【００４３】
ステップＳ３０２０において、第２の形状の形成に機械加工を使用する。
【００４４】
ステップＳ３０３０において、第２の形状の形成にリソグラフィ技術を使用する。
【００４５】
図５のステップＳ３０４０において、樹脂層の形状が所望の第２の形状であるか判断する。樹脂層の形状が所望の第２の形状であれば処理を終了する。樹脂層の形状が所望の第２の形状でなければステップＳ３０２０に戻る。
【００４６】
図２Ｃは、第１の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０３０終了後の、第２の形状に形成された樹脂層を示す図である。本実施形態において、第２の形状は、ベースの溝と直交するように配置されたシリンダー形状の複数の溝である。
【００４７】
図３Ｃは、第２の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０３０終了後の、第２の形状に形成された樹脂層を示す図である。本実施形態において、第２の形状は、拡散構造としてのサインカーブである。
【００４８】
図１のステップＳ１０５０において、ベースをドライエッチングによって第３の形状にする。
【００４９】
ここで、ドライエッチングによるベースの第３の形状への形成を説明する。
【００５０】
図６Ａは、表面に溝を形成したベース１０１上に樹脂層１０３をコーティングした部材の溝の方向に垂直な断面を示す図である。溝の深さをａ１で表す。
【００５１】
図６Ｂは、図６Ａに示した部材にドライエッチングを実施して樹脂層１０３を除去した後のベース１０１の溝の方向に垂直な断面を示す図である。溝の深さをｂ１で表す。
【００５２】
図６Ａ及び図６Ｂの溝の断面は、破線で示すように矩形であるとする。ベース１０１のエッチングレイトをｒ１で表し、樹脂層１０３のエッチングレイトをｒ２で表す。ここで、ｒ２＞ｒ１である。
【００５３】
図６Ａにおいて、樹脂層１０３の溝に対応する部分が深さａ１の溝の底部までエッチングされたときに、溝の周囲のベース１０１は深さａ１までエッチングされていない。溝の周囲のベース１０１が深さａ１までエッチングされる時間と溝の中の樹脂層１０３が深さａ１の溝の底部までエッチングされる時間との差の時間に、溝の底部の深さはエッチングによってさらにｂ１だけ深くなる。このようにして、ドライエッチングを実施して樹脂層１０３を除去した後に、図６Ｂに示すようにベースに深さｂ１の溝が形成される。
【００５４】
したがって、図６Ｂに示されたベース１０１の深さｂ１は以下の式で表せる。
【数５】
2019031387.tif 000008
また、深さｂ１と深さａ１との比は以下の式で表せる。
【数６】
2019031387.tif 000009
このように深さｂ１と深さａ１との比はベース１０１のエッチングレイトｒ１、及び樹脂層のエッチングレイトｒ２によって定まる。
【００５５】
図７Ａは、ベース１０１上にコーティングした樹脂層１０３の表面に溝を形成した部材の溝の方向に垂直な断面を示す図である。溝の深さをａ２で表す。
【００５６】
図７Ｂは、図７Ａに示した部材にドライエッチングを実施して樹脂層１０３を除去した後のベース１０１の溝の方向に垂直な断面を示す図である。溝の深さをｂ２で表す。
【００５７】
図７Ａ及び図７Ｂの溝の断面は、破線で示すように矩形であるとする。ベース１０１のエッチングレイトをｒ１で表し、樹脂層１０３のエッチングレイトをｒ２で表す。ここで、ｒ２＞ｒ１である。
【００５８】
図７Ｂにおいて、ベース１０１の樹脂層１０３の溝に対応する部分は、樹脂層１０３の溝の周囲の部分と比較して、溝の周囲の樹脂層１０３が深さａ２までエッチングされる時間にエッチングによってｂ２だけ深くなる。このようにして、ドライエッチングを実施して樹脂層１０３を除去した後に、図７Ｂに示すようにベースに深さｂ２の溝が形成される。
【００５９】
したがって、図７Ｂに示されたベース１０１の深さｂ２は以下の式で表せる。
【数７】
2019031387.tif 000010
また、深さｂ２と深さａ２との比は以下の式で表せる。
【数８】
2019031387.tif 000011
このように深さｂ１と深さａ１との比はベース１０１のエッチングレイトｒ１、及び樹脂層のエッチングレイトｒ２によって定まる。
【００６０】
上記の説明において、図６Ａ及び図７Ａの溝の断面の形状は矩形であるとした。図６Ａ及び図７Ａの溝の断面の形状は一例として、図６Ａ及び図７Ａに実線で示すように円弧であってもよい。この場合に、図６Ｂに示す溝の断面の形状は、長軸がａ１で短軸がｂ１の楕円となり、図７Ｂに示す溝の断面の形状は、長軸がａ２で短軸がｂ２の楕円となる。
【００６１】
ここで、ベース１０１のエッチングレイトｒ１、及び樹脂層のエッチングレイトｒ２に対してドライエッチング前のベース１０１の形状、及びドライエッチング前の樹脂層１０３の形状を定める方法を説明する。
【００６２】
図８Ａは、ドライエッチング前のベース１０１の第１の形状の断面を示す図である。
【００６３】
図８Ｂは、図８Ａに示す第１の形状に対応するベース１０１の目標形状の断面を示す図である。
【００６４】
図８Ｂに示すように、ベース１０１の面上の一方向の座標をｘ1で表し、ドライエッチング後のベース１０１の面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後のベース１０１の面の位置をゼロとしてｚで表し、第１の形状に対応するベース１０１の目標形状のｘ1ｚ断面を
【数９】
2019031387.tif 000012
で表す。
【００６５】
図８Ａに示すように、上記の一方向の座標をｘ１で表し、ドライエッチング前のベース１０１の面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前のベース１０１の面の位置をゼロとしてｚ０１で表した場合に、ドライエッチング前のベース１０１の形状、すなわち第１の形状のｘ１ｚ０１断面を、
【数１０】
2019031387.tif 000013
と定めれば、式（１）から図８Ｂに示すベース１０１の目標形状が得られる。
【００６６】
図９Ａは、ドライエッチング前の樹脂層１０３の第２の形状の断面を示す図である。
【００６７】
図９Ｂは、図９Ａに示す第２の形状に対応するベース１０１の目標形状の断面を示す図である。
【００６８】
図９Ｂに示すように、ベース１０１の面上の一方向の座標をｘ２で表し、ドライエッチング後のベース１０１の面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後のベース１０１の面の位置をゼロとしてｚで表し、第２の形状に対応するベース１０１の目標形状のｘ２ｚ断面を
【数１１】
2019031387.tif 000014
で表す。
【００６９】
図９Ａに示すように、上記の一方向の座標をｘ２で表し、ドライエッチング前のベース１０１の面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の樹脂層１０３の面の位置をゼロとしてｚ０２で表した場合に、ドライエッチング前の樹脂層１０３の形状、すなわち第２の形状のｘ２ｚ０２断面を、
【数１２】
2019031387.tif 000015
と定めれば、式（２）から図９Ｂに示すベース１０１の目標形状が得られる。
【００７０】
図２Ｄは、第１の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０４０終了後の、ドライエッチングによって第３の形状に形成された金属からなるベースを示す図である。第１の形状、すなわちベースの複数の溝と、第２の形状、すなわちこれらの溝と直交する樹脂層の複数の溝と、を備えた図２Ｃの部材にドライエッチングを実施することにより、マイクロレンズアレイに対応する第３の形状が得られる。ベース１０１のエッチングレイトｒ１、及び樹脂層のエッチングレイトｒ２に対して第１の形状、すなわちドライエッチング前のベース１０１の溝の形状、及び第２の形状、すなわちドライエッチング前の樹脂層の溝の形状を適切に定め、ドライエッチング後に第１の形状に起因する形状及び第２の形状に起因する形状を重ね合わせることにより所望のマイクロレンズの金型の形状を得ることができる。
【００７１】
図３Ｄは、第２の実施形態の金型の製造方法のステップＳ１０４０終了後の、ドライエッチングによって第３の形状に形成された金属からなるベースを示す図である。第３の形状は、拡散構造を有した回折格子及びフレネルレンズの金型の形状である。ベース１０１のエッチングレイトｒ１、及び樹脂層のエッチングレイトｒ２に対して第１の形状、すなわちドライエッチング前のベース１０１の形状、及び第２の形状、すなわちドライエッチング前の樹脂層の形状を適切に定め、ドライエッチング後に第１の形状に起因する形状及び第２の形状に起因する形状を重ね合わせることにより所望の拡散構造を有した回折格子及びフレネルレンズの金型の形状を得ることができる。
【００７２】
他の実施形態を説明する。
【００７３】
図１０Ａはレンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の平面図である。
【００７４】
図１０Ｂはレンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の側面図である。
【００７５】
図１０Ａ及び図１０Ｂにおけるレンズ２０１Ａは、図１のステップＳ１０１０における第１の形状によって形成される。回折格子２０３Ａは、図１のステップＳ１０４０における第２の形状によって形成される。本実施形態においては、第１の形状に起因する形状及び第２の形状に起因する形状は、重ね合わせることなく組み合わされる。回折格子２０３Ａによってレンズ２０１Ａの周囲を遮光することができる。
【００７６】
図１０Ｃはレンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の平面図である。
【００７７】
図１０Ｄはレンズの周囲に回折格子を備えた光学素子の側面図である。
【００７８】
図１０Ｃ及び図１０Ｄにおけるレンズ２０１Ｂは、図１のステップＳ１０１０における第１の形状によって形成される。回折格子２０３Ｂは、図１のステップＳ１０４０における第２の形状によって形成される。本実施形態においては、第１の形状に起因する形状及び第２の形状に起因する形状は、重ね合わせることなく組み合わされる。回折格子２０３Ｂによってレンズ２０１Ｂの周囲に干渉効果によるぼかし機能を与えることができる。
【００７９】
本発明によれば、複数の形状を組み合わせるか重ね合わせることにより、所望の形状の金型を比較的短時間、かつ十分な精度で製造することができる。
【００８０】
図１及び図２Ａ−２Ｄに示す製造方法の実験結果について以下に説明する。
【００８１】
表２は製造条件を示す表である。
【表２】
2019031387.tif 000016
【００８２】
ベースの材料は、鋼材上のニッケル・リン皮膜である。膜の厚さは１００−２００マイクロメータである。樹脂層は、ポリメタクリル酸メチル樹脂ＰＭＭＡ（東京応化工業社：OEBR-1000）である。樹脂層の厚さは１２マイクロメータである。
【００８３】
ベース及び樹脂層上に形成される線状の溝の長手方向に垂直な断面は、半径が５０マイクロメータの円弧であり、溝の深さは５マイクロメータである。したがって、溝の幅は約４４マイクロメータである。
【００８４】
図１のステップＳ１０４０のドライエッチングとしてイオンビームエッチングを使用した。他の実施形態では反応性イオンエッチングでもよい。樹脂層のエッチングレイトを１とすると、ベースのエッチングレイトは０．８５である。
【００８５】
図１０は、ベース及び樹脂層上の線状の溝の配置を示す図である。ベース上の線状の溝Ｇ１及び樹脂層上の線状の溝Ｇ２は互いに直交するように配置されている。
【００８６】
図１１は、図１のステップＳ１０４０が終了した後のベースの形状を測定した結果を示す図である。Ｇ１に対応する溝の深さｂ１は、約０．７６マイクロメータであり、Ｇ１の深さａ１は、５マイクロメータであるので、式（１）が満たされることが確認された。また、Ｇ２に対応する溝の深さｂ２は、約４．２０マイクロメータであり、Ｇ２の深さａ２は、５マイクロメータであるので、式（２）が満たされることが確認された。
【図１】
2019031387.tif 000021
【図２Ａ】
2019031387.tif 000022
【図２Ｂ】
2019031387.tif 000023
【図２Ｃ】
2019031387.tif 000024
【図２Ｄ】
2019031387.tif 000025
【図３Ａ】
2019031387.tif 000026
【図３Ｂ】
2019031387.tif 000027
【図３Ｃ】
2019031387.tif 000028
【図３Ｄ】
2019031387.tif 000029
【図４】
2019031387.tif 000030
【図５】
2019031387.tif 000031
【図６Ａ】
2019031387.tif 000032
【図６Ｂ】
2019031387.tif 000033
【図７Ａ】
2019031387.tif 000034
【図７Ｂ】
2019031387.tif 000035
【図８Ａ】
2019031387.tif 000036
【図８Ｂ】
2019031387.tif 000037
【図９Ａ】
2019031387.tif 000038
【図９Ｂ】
2019031387.tif 000039
【図１０Ａ】
2019031387.tif 000040
【図１０Ｂ】
2019031387.tif 000041
【図１０Ｃ】
2019031387.tif 000042
【図１０Ｄ】
2019031387.tif 000043
【図１１】
2019031387.tif 000044
【図１２】
2019031387.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月2日(2019.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、
該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、
該樹脂層を第２の形状にするステップと、
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含み、
該第１の形状が、該ベースの面における第１の方向に沿った溝からなる形状であり、該第２の形状が、該樹脂層の面における該第１の方向と垂直な第２の方向に沿った溝からなる形状であり、該第３の形状が、マイクロレンズアレイに対応する形状である金型の製造方法。
【請求項２】
該樹脂層を第２の形状にするステップが機械加工によって実施される請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
該樹脂層を第２の形状にするステップがリソグラフィ技術によって実施される請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップステップにおいて、該ベースのエッチングレイトと該樹脂層のエッチングレイトとの比が０．１から０．９の範囲である請求項１から３のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項５】
金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、
該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、
該樹脂層を第２の形状にするステップと、
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含み、
該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの面上の一方向の座標をｘ1で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第１の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ1ｚ断面を
【数１】
2019031387.tif 000046
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該ベースの面の位置をゼロとしてｚ０１で表した場合に、該第１の形状のｘ１ｚ０１断面を
【数２】
2019031387.tif 000047
が満たされるように定める金型の製造方法。
【請求項６】
金属からなるベースを機械加工によって第１の形状にするステップと、
該ベース上に樹脂層をコーティングするステップと、
該樹脂層を第２の形状にするステップと、
該ベースをドライエッチングによって第３の形状にするステップと、を含み、
該ベース及び該樹脂層のエッチングレイトをそれぞれｒ１及びｒ２で表し、該ベースの
面上の一方向の座標をｘ２で表し、ドライエッチング後の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング後の該ベースの面の位置をゼロとしてｚで表し、第２の形状に対応する該ベースの目標形状のｘ２ｚ断面を
【数３】
2019031387.tif 000048
で表し、ドライエッチング前の該ベースの面に垂直な方向の座標を、ドライエッチング前の該樹脂層の面の位置をゼロとしてｚ０２で表した場合に、該第２の形状のｘ２ｚ０２断面を
【数４】
2019031387.tif 000049
が満たされるように定める金型の製造方法。
【国際調査報告】
2019031387.tif 000050
2019031387.tif 000051
2019031387.tif 000052