(57)【要約】【課題】ブレーズド型回折格子を形成する光学面上の平坦化成形において、成形層厚を均一化し、外周への樹脂流出によるバリの発生を防止する。【解決手段】スタンパ型、樹脂材料、光照射装置を用いて光学基材上に回折格子となるレリーフパターン転写面と外周部に樹脂の流出可能な隙間を持つ第１の成形支持部と、外周部で樹脂の流出を抑止可能な第２の成形支持部を第１の成形支持部より僅か数μｍ高く構成してレプリカ成形する。基板上の第１の成形支持部上を覆うようにリング状部材を配置し、特に第１の成形支持部上は強固な部材と二体構成とし、平坦化圧力を付与する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第２の成形支持部と、基板の撓みを該第２の成形支持部より内側の型上で支持する第１の成形支持部を基板にレプリカ成形してなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
加圧進行に伴って、前記第２の成形支持部が最初に型面に当接し、次に、第１の成形支持部が型面に当接する事を特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の成形支持部は、充填樹脂の一部を外周に流出可能な隙間を有し、前記第２の成形支持部は樹脂流出用の隙間を有しない事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第２の成形支持部と、基板の撓みを該第２の成形支持部より内側の型上で支持する第１の成形支持部により基板の撓みを規制することを特徴とする光学素子の成形方法。
【請求項５】
回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、基板上に平坦化圧力を付与するリング状部材は、外周端を前記第１の成形支持部上と前記第２の成形支持部上の間に配置し、該リング状部材の内周端から前記第１の成形支持部にかけての基板非接触部を他の領域より強固な部材で２体構成とした事を特徴とする光学素子の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学面の平坦化成形により得られる光学素子及び光学素子の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に光学基板の成形面に対向する面には傷、クラックなどの破損を防止する観点から大きな圧力を加えることは小数である。２Ｐ法を用いたレプリカ成形工程や、液晶基板技術、半導体製造技術においても同様に基板に１０ｋｇｆ以上もの圧力を加えることは珍しい。
【０００３】
ところで近年ではＣＤやＤＶＤなどの光情報記録媒体が普及している。光記録媒体において、支持基体３１と光透過性シート３３を紫外線硬化型樹脂層３２で接合し、その際、一定の加圧力で圧力を付与し、接着層の厚さを３０μｍ以下程度に均一化する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術の狙いは光透過層の厚さを均一化することで光記録媒体の反りの発生を抑え、光透過層の光学的不均質さ、特に複屈折の増大を抑制することを目的としている。また、同時に読み出し面への接着層のはみ出しは許容されない。
【０００４】
一方でブレーズド型回折光学素子の回折光学面に平坦化層を成形するレプリカ転写技術では、図５に示すように従来、加圧を受ける基板ガラス２１の外周にリング状平坦化ガラス２４を介して３００ｋｇｆもの圧力を付与し、回折光学面２２ａと型２３の間に紫外線硬化型樹脂を押し拡げ、充填した後、光照射する。この後、基板への加圧力を除荷し、離型する工程を行なう。
【０００５】
また、特許文献２では曲面上の回折光学面に平坦化層を形成し、更にその上に曲面上の回折光学面を積層構造の回折光学素子として形成した例が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２０９９７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０７５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光記録媒体の例では基体が樹脂である上に接着層の均一化に必要な付与圧力は１〜２気圧程度で済み、同時に読み出し面への接着層のはみ出しをコントロールすることも容易である。
【０００７】
ブレーズド型回折光学素子の回折光学面に平坦化層を成形するレプリカ転写技術では、加圧力を付与する工程において、図４に示すように剛体である基板ガラス２１の中央が撓み、数μｍ台の平坦化層の厚み規格外の状態（ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４）で平坦化層が成形されるという問題があった。この問題により光学的には中央と周辺の膜厚ムラで波面収差（球面収差）が発生し、光学性能が低下する。
【０００８】
また、樹脂を押し拡げるための圧力を３００ｋｇｆも必要とするため、樹脂流れをコントロール出来ず、樹脂が型からはみ出し、バリを発生する問題があった。
【０００９】
或いは、特許文献２の積層構造の回折光学素子によると、積層構造の空気間隔が１．５±−１．３＋１．５μｍ設定の極めて微細な構成が要求されるため、平坦化層の中央の膜厚が大きくなると積層した回折光学面との接触が発生してしまう。
【００１０】
そこで、本発明はこれら問題点に鑑み、基板ガラスへの平坦化圧力を有効に分散させ、平坦化層を均一化すると共に、加圧充填時の樹脂液の流出を防止し、品質性と生産性に優れた光学素子及びその成形方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明の光学素子は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第２の成形支持部と、基板の撓みを該第２の成形支持部より内側の型上で支持する第１の成形支持部を基板にレプリカ成形した事を特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明の光学素子は、請求項１に係る発明の光学素子において、加圧進行に伴って、前記第２の成形支持部が最初に型面に当接し、次に、第１の成形支持部が型面に当接する事を特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明の光学素子は、請求項１または請求項２に係る発明の光学素子において、前記第１の成形支持部は、充填樹脂の一部を外周に流出可能な隙間を有し、前記第２の成形支持部は樹脂流出用の隙間を有しない事を特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明の平坦化成形方法は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第２の成形支持部と、基板の撓みを該第２の成形支持部より内側の型上で支持する第１の成形支持部により基板の撓みを規制することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明の平坦化成形方法は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、基板上に平坦化圧力を付与するリング状部材は、外周端を前記第１の成形支持部上と前記第２の成形支持部上の間に配置し、該リング状部材の内周端から前記第１の成形支持部にかけての基板非接触部を他の領域より強固な部材で２体構成とした事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば加圧力による基板変形が僅かに数μｍ発生してもレプリカ面の加圧支持部材の２段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招かない、或いは積層構造の回折光学素子にあっては平坦化層と積層した回折光学面との本来の空気間隔を減少させてしまい光学面どうしの接触を招くことのない光学素子及びその成形方法を提供することが出来る。
【００１７】
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する光学素子及びその成形方法を提供出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態は、上記構成を適用し、ブレーズド型回折格子の回折光学面への平坦化成形において、加圧力による基板変形が僅かに数μｍ発生してもレプリカ面の加圧支持部材の２段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招かない、或いは積層構造の回折光学素子にあっては平坦化層と積層した回折光学面との本来の空気間隔を減少させてしまい光学面どうしの接触を招くことのない光学素子及びその成形方法が実現可能である。
【００１９】
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する光学素子及びその成形方法が実現可能である。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に沿って説明する。
【００２１】
＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例における構成断面図、図２（ａ）は、第１の実施例における平坦化前の状態を表す断面図、図２（ｂ）は、加圧力の推移を表す構成断面図である。また、図３は、本発明の第１の実施例における基板ガラス上のレプリカ転写面の正面図である。同図において、１は光学素子のベースとなる基板ガラス、２はブレーズド型回折格子を形成する樹脂部材、３は平坦化面を転写成形するための平坦化型、４は平坦化圧力を基板ガラス２に付与する剛性部材、７は回折光学面２ａ上に樹脂材料を一体成形する平坦化層である。
【００２２】
基板ガラス１光学ガラス基材としては一般的な硝材Ｓ−ＢＳＬ７を用いる。樹脂部材２は光硬化反応型のモノマー樹脂を使用し、基板ガラス１上に不図示スタンパ型と光照射装置を用いて図３に示すようなレリーフパターン転写面２ａと平坦化型３への当接面が円ボスで柱状をなす第１の成形支持部５と第１の成形支持部より数μｍ高く構成（図２（ａ）のｈ部）された円環状リブをなす第２の成形支持部６を予めレプリカ成形しておく。ここで樹脂部材２は熱硬化型樹脂であっても光硬化・熱硬化併用型樹脂であっても良い。
【００２３】
平坦化層７に用いる樹脂材料は、室温以上の一定温度で流動化する光硬化型のモノマー樹脂を用いる。樹脂材料の特性は、光学特性（屈折率、透過率）、物性（粘度、硬化性、線膨張）など異なる点が多い。この樹脂材料によって回折光学面２ａと平坦化型３の間で平坦化層７が均一な厚みを持ってレプリカ成形される。平坦化型３はニュートン、アス、クセ本数が０．５本以下の凹面曲率形状の高精度な超硬性研磨型を用いる。剛性部材４は中空状の両面研磨ガラスを用いても良いが、基板ガラス１への撓み量を微妙に制御するため、内周上部を超硬合金研磨材４ａと外周下部をステンレス鋼研磨材４ｂの２体構成とした。
【００２４】
次に平坦化成形方法について、図１、図２を用いて順を追って説明する。
【００２５】
平坦化層７を形成する樹脂を一定温度で過熱した状態でディスペンサーのシリンジ内に保持し、所定吐出時間を設定して回折光学面２ａの中心部に約３０ｍｇの樹脂を滴下する。続いて平坦化型３を回折格子を形成する樹脂部材２に軽接触させる。剛性部材４の超硬合金研磨材４ａ上に不図示加圧センサーが３等分配置されている。装置を起動すると、コンプライアンス構成（傾き自動補正）を持つ不図示加圧装置の油圧シリンダーが徐々に加圧し、最終的に１００ｋｇｆ／（１加圧センサー）の加圧力を付与する（Ｆ）。剛性部材４のステンレス鋼研磨材４ｂには３つの加圧センサー分の３００ｋｇｆの加圧力が伝達され（ｆ１）、基板ガラス１がその加圧力を受ける（ｆ３）と、平坦化層樹脂７の充填に伴って、第２の成形支持部６先端が平坦化型３の型面に当接する（ｆ４）。基板ガラス１は僅か数μｍ中凸状に撓み始めるが、加圧力は一定に維持されるため、基板ガラス１は中凸状を矯正する方向に撓み始め、やがて基板ガラス１が僅か数μｍ中凹状に撓み始めると同時に第１の成形支持部５の頂部が平坦化型３の型面に当接する（ｆ５）。ここで剛性部材４のステンレス鋼研磨材４ｂは超硬合金研磨材４ａからの加圧力を基板ガラス１に直に伝達せず、緩和する（ｆ２）ため基板ガラス１を破損することなく、また、基板ガラス１が中凸状態からの矯正を緩和して進展させる働きがあり、基板ガラス１の矯正速度と平坦化層７の樹脂充填速度を同期させることが出来る。余剰樹脂は第１の成形支持部５の隙間から流出し、第２の成形支持部６で抑止され、第２の成形支持部と第１の成形支持部の間の２ｂ部に滞留する。
【００２６】
この間、２分程度の間に平坦化層７の樹脂は充填され、層厚ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は等しく均一化される。この後、加圧状態を維持したまま所定のプロフィルを設定した紫外線エネルギー（１ｍＷ／ｃｍ２×１０ｓｅｃ＋１０ｍＷ／ｃｍ２×１０ｓｅｃ＋１００ｍＷ／ｃｍ２×１００ｓｅｃ）を基板ガラス１側から照射して樹脂を硬化し、直後に加圧装置を操作して加圧状態を開放する。次に型のイジェクターにより離型し、平坦化面周辺を先工程のプロファイルの１／１０秒時の照射エネルギーで補助硬化する。
【００２７】
こうして成形された平坦化層は加圧力による基板変形が僅かに数μｍ発生してもレプリカ面の加圧支持部材の２段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招くことがない。
【００２８】
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する。
【００２９】
＜第２の実施例＞
本発明の第２の実施例は図４において、第１の成形支持部１５を一定円弧状に配列するようにレプリカ成形した第１の実施形態の変形例である。断面構成及び、その他部材の構成については第１の実施例と同様であるため説明を省略する。
【００３０】
この実施例の効果は、第１の実施例の平坦化成形方法で述べた加圧工程で、基板ガラスが中凹状に撓む量を更に小さく制御出来る。また、第１の実施例に比べ、複数の第１の成形支持部間の隙間数が少ないことから樹脂流出を多く必要としない樹脂材料の設定（物性、滴下量など）に適合している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施例の平坦化前の状態を表す構成断面図、（ｂ）は本発明の第１の実施例の加圧力の推移を表す構成断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の回折光学面及び第１、第２の成形支持部を基板ガラス上にレプリカ成形した一部平面拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施例の回折光学面及び第１、第２の成形支持部を基板ガラス上にレプリカ成形した一部平面拡大図である。
【図５】従来例の構成を示す断面図である。
【図６】光学情報記録媒体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１、２１        基板ガラス
２、１２、２２        樹脂材料
２ａ、１２ａ、２２ａ  光学面（レリーフパターン）
２ｂ、１２ｂ          第１の成形支持部と第２の成形支持部の隙間
３、２３              平坦化型
４                    剛性部材
４ａ                  超硬合金研磨材
４ｂ                  ステンレス鋼研磨材
５、１５、２５        第１の成形支持部
６、１６              第２の成形支持部
７、２７              平坦化層
３１                  基体
３２                  紫外線硬化型樹脂層
３３                  光透過性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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