(57)【要約】【課題】切断による膜の剥離や、切り屑による膜への傷付けを防止することが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】光学面の形状が面６に転写された基材１を、加工台１０に固定する。基材１を所定間隔で切断することで、加工台１０に固定された状態で複数の光学素子を作製する。切断の後、複数の光学素子を加工台１０に固定させたままの状態で、成膜装置の内部に設置し、光学面の形状が転写された面６に膜を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造が表面に形成された基材を加工台に固定する第１のステップと、
前記基材を所定間隔で切断することで、前記加工台に固定された状態で複数の光学素子を作製する第２のステップと、
前記切断されたときのまま、前記複数の光学素子を前記加工台に固定させた状態で、前記微細構造が形成された前記表面に膜を形成する第３のステップと、
を含む光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２のステップでは、前記基材を所定間隔で切断することで、前記加工台に固定された状態で、前記複数の光学素子と前記複数の光学素子以外の切断片とを得て、
前記第３のステップでは、前記複数の光学素子と前記切断片とを前記加工台に固定させた状態で、前記微細構造が形成された前記表面に前記膜を形成する請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第３のステップでは、前記切断によって前記基材に形成された溝に対して斜めの方向から、前記微細構造が形成された前記表面に前記膜の材料を飛散させることで、前記表面に前記膜を形成する請求項１又は請求項２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記基材は、光が入射する入射面と、前記入射した前記光を反射する反射面と、を有するプリズムであり、
前記反射面は、前記微細構造が形成された前記表面であり、
前記第１のステップでは、前記入射面を前記加工台に向けて前記基材を前記加工台に固定し、
前記第３のステップでは、前記切断されたときのまま、前記膜としての反射膜を前記反射面に形成する請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記膜は反射膜である請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記微細構造は回折格子である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な光学素子を作製する方法が提案されている。例えば特許文献１には、一辺の長さが１ｍｍ未満の微小なプリズムを作製する方法が記載されている。特許文献１に記載されている製造方法では、傾斜面を有する大きなプリズムを複数の箇所で切断することで、複数の微小なプリズム（マイクロプリズム）を作製する。
【０００３】
また、プリズムの光学面に微細構造が設けられた複合機能マイクロプリズムが知られている。微細構造としては、例えば微細なピッチの回折格子がある。例えば基材となる大きなプリズムの表面に、ナノインプリント法などの方法によって微細構造を転写し、大きなプリズム（基材）を複数の箇所で切断することで、複数の複合機能マイクロプリズムを作製する。
【０００４】
回折格子が設けられた複合機能マイクロプリズムにおいて、回折格子が設けられた面（以下、「回折格子面」と称する場合がある）を反射面として用いる場合には、高反射率の金属系の反射膜を回折格子面に形成する。波長が赤色から近赤外の波長の光を使用する場合には、アルミニウム（Ａｌ）では反射率が９０％未満と劣る。そのため、反射率が９０％以上を確保でき、酸化などの耐環境性にも優れた金（Ａｕ）を、反射膜の材料として用いることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７６３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノインプリント法によって形成された回折格子は、樹脂である。反射膜としての金と樹脂との密着性は低い。そのため、反射膜を回折格子面に形成した状態で、基材となる大きなプリズムをダイシングブレードによって切断すると、ダイシングブレードとの摩擦によって反射膜が剥離することがある。
【０００７】
また金は柔らかいため、切断時に発生した切り屑によって反射膜に傷が付くことがある。反射膜に傷が付くことで、反射膜の反射率が低くなってしまう。反射膜に傷が付くことを防止するために、反射膜上に保護膜を形成する方法がある。しかしながら、保護膜を形成すると、光学素子の製造コストが高くなってしまう。
【０００８】
この発明は上記の問題点を解決するものであり、切断による膜の剥離や切り屑による膜への傷付けを防止することが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、微細構造が表面に形成された基材を加工台に固定する第１のステップと、前記基材を所定間隔で切断することで、前記加工台に固定された状態で複数の光学素子を作製する第２のステップと、前記切断されたときのまま、前記複数の光学素子を前記加工台に固定させた状態で、前記微細構造が形成された前記表面に膜を形成する第３のステップと、を含む光学素子の製造方法である。
前記第２のステップでは、前記基材を所定間隔で切断することで、前記加工台に固定された状態で、前記複数の光学素子と前記複数の光学素子以外の切断片とを得て、前記第３のステップでは、前記複数の光学素子と前記切断片とを前記加工台に固定させた状態で、前記微細構造が形成された前記表面に前記膜を形成することが好ましい。
前記第３のステップでは、前記切断によって前記基材に形成された溝に対して斜めの方向から、前記微細構造が形成された前記表面に前記膜の材料を飛散させることで、前記表面に前記膜を形成することが好ましい。
前記基材は、光が入射する入射面と、前記入射した前記光を反射する反射面と、を有するプリズムであり、前記反射面は、前記微細構造が形成された前記表面であり、前記第１のステップでは、前記入射面を前記加工台に向けて前記基材を前記加工台に固定し、前記第３のステップでは、前記切断されたときのまま、前記膜としての反射膜を前記反射面に形成することが好ましい。
前記膜は、一例として反射膜である。
前記微細構造は、一例として回折格子である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によると、基材を個々の光学素子に切断した後に、光学素子を加工台に固定した状態で膜を形成する。膜を形成する前に基材を切断するため、切断による膜の剥離や、切り屑による膜への傷付けを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施形態に係る基材の斜視図である。
【図２】この発明の実施形態に係る基材の正面図である。
【図３】この実施形態において、基材を加工台に設置した状態を示す正面図である。
【図４】この実施形態において、基材を加工台に設置した状態を示す側面図である。
【図５】この実施形態において、基材を加工台に設置して基材を切断した状態を示す正面図である。
【図６】この実施形態において、基材を加工台に設置して基材を切断した状態を示す側面図である。
【図７】この実施形態において、基材に膜を形成する状態を示す正面図である。
【図８】この実施形態に係る光学素子の製造方法によって作製された光学素子の斜視図である。
【図９】変形例に係る基材の斜視図である。
【図１０】変形例において、基材を加工台に設置して基材を切断した状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（基材１）
図１及び図２を参照して、この発明の実施形態に係る基材について説明する。一例として基材１は、三角形の底面２及び底面３を有する直角柱である。基材１の側面は、面４と面５と面６とからなる。面４と面５とは直交し、面６は面４及び面５に対して傾斜している。底面２及び底面３の各辺の長さは、３ｍｍから５ｍｍ程度が好ましい。基材１は、底面２と底面３との間の距離（長手方向（図中のＸ方向）の距離）が、長い棒状の直角柱である。底面２と底面３との間の距離（長手方向の距離）は、１０ｍｍから５０ｍｍ程度であることが好ましい。換言すると、面４、面５、及び面６の辺であって底面２と底面３とに含まれない辺は、長さが１０ｍｍから５０ｍｍ程度であることが好ましい。基材１の材料は例えばガラスである。
【００１３】
この実施形態では、基材１を切断することで、複数の光学素子を作製する。光学素子は、例えば回折格子が形成されたプリズム、回折素子、又はレンズなどが該当する。
【００１４】
一例として、回折格子が形成されたプリズムを作製する場合について説明する。面６には、微細ピッチの回折格子７が形成されている。回折格子７は、例えばナノインプリント法によって形成されている。例えば基材１の面６に樹脂を塗布し、回折格子７の形状が表面に形成された金型を、樹脂が塗布された面６に押し当てることで、面６に塗布された樹脂に回折格子７の形状を転写する。これにより、基材１の面６に回折格子７が形成される。図１及び図２においては、説明のために回折格子７のピッチを拡大して描写しているが、回折格子７の実際のピッチは、１μｍ未満である。また、回折格子７は、面６の一部の領域に形成されていてもよいし、面６の全面に形成されていてもよい。回折格子７が、微細構造の一例に相当する。
【００１５】
例えば面４は、図示しない光源から光学素子に光が入射する入射面に相当する。入射面となる面４には、光源への反射戻り光を低減するための反射防止膜が、予め形成されていてもよい。
【００１６】
（光学素子の製造方法）
図３から図７を参照して、この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。図３から図７は、基材１を加工台１０に載置した状態を示す図である。また図７は、基材１に膜を形成する状態を示す図である。
【００１７】
（固定）
図３に示すように、加工台１０の上面１０Ａが、基材１の切断基準面を固定する面である。基材１の切断基準面を加工台１０の上面１０Ａに向けて、基材１を加工台１０に固定する。例えば、基材１の面４を切断基準面とし、面４を加工台１０の上面１０Ａに向けて、基材１を加工台１０に固定する。例えば、加工台１０の上面１０Ａにダイシングシート（ダイシングテープ）１１を設け、ダイシングシート１１と面４とを接触させて、基材１をダイシングシート１１上に設ける。
【００１８】
または、ダイシングシート１１を設けずに、クランプなどの図示しない固定手段によって、基材１を加工台１０に固定してもよい。この場合、基材１の面４（切断基準面）を加工台１０の上面１０Ａに接触させ、面４を上面１０Ａに押さえ付けるようにして、クランプなどの固定手段によって基材１を加工台１０に固定する。
【００１９】
（第１の切断工程）
基材１を加工台１０に固定した後、切断面Ａに沿って基材１を切断する。切断面Ａは、基材１の長手方向（Ｘ方向）に平行で、切断基準面（面４）に垂直な面である。換言すると、切断面Ａは、面４と面５とで形成される稜線に平行で、切断基準面（面４）に垂直な面である。例えばダイシングブレード１２を用いて、切断面Ａに沿って基材１を切断する。次に、切断面Ａに平行で切断面Ａよりも内側の切断面Ｂに沿って、基材１を切断する。
【００２０】
切断面Ａ及び切断面Ｂは、切断基準面（面４）に垂直でなくてもよい。例えば加工台１０又はダイシングブレード１２を切断基準面（面４）に対して傾けることで、切断基準面（面４）に垂直な方向からずれた角度で基材１を切断することができる。または、ダイシングブレード１２にテーパを設けることで、切断基準面（面４）に垂直な方向からずれた角度で基材１を切断してもよい。
【００２１】
（第２の切断工程）
次に図４に示すように、切断面Ｃに沿って複数箇所で基材１を切断する。切断面Ｃは、基材１の長手方向に直交する方向（短手方向（図中のＹ方向）））に平行で、切断基準面（面４）に垂直な面である。第２の切断工程においては、長手方向（Ｘ方向）に所定間隔の距離をおいて、複数箇所で基材１を切断する。
【００２２】
この実施形態においては、第１の切断工程を先に行い、その後、第２の切断工程を行ってもよいし、第２の切断工程を先に行い、その後、第１の切断工程を行ってもよい。
【００２３】
切断後の基材１を、図５及び図６に示す。切断面Ａに沿って基材１を切断することで、図５に示すように、基材１には切断溝２１が形成され、切断面Ｂに沿って基材１を切断することで、基材１には切断溝２２が形成される。切断溝２１及び切断溝２２は、基材１の長手方向（Ｘ方向）に平行で、切断基準面（面４）に垂直な溝である。切断溝２１及び切断溝２２は、切断基準面（面４）に対して斜めに形成されていてもよい。
【００２４】
また、切断面Ｃに沿って複数箇所で基材１を切断することで、図６に示すように、基材１には複数の切断溝２３が形成される。切断溝２３は、基材１の短手方向（Ｙ方向）に平行で、切断基準面（面４）に垂直な溝である。切断溝２３は、切断基準面（面４）に対して斜めに形成されていてもよい。
【００２５】
以上のように基材１を複数の箇所で切断することで、図５に示すように、複数の光学素子３０と、光学素子３０以外の切断片４０及び切断片５０とが得られる。光学素子３０は、切断溝２１に対応する面３１と、切断溝２２に対応する面３２とを有する。面３１と面３２とは平行である。面３１は切断片４０に対向し、面３２は切断片５０に対向している。面３１及び面３２は、切断片４０と切断片５０とによって囲まれている。そのことにより、切断片４０及び切断片５０は、面３１及び面３２に対するマスクとして機能する。
【００２６】
なお、図５及び図６に示す例では、加工台１０の途中まで切断することで、切断溝２１、切断溝２２、及び切断溝２３が加工台１０にまで形成されている。別の例として、ダイシングシート１１の途中まで切断することで、加工台１０には切り込みを入れず、加工台１０を再利用してもよい。
【００２７】
（成膜工程）
基材１を切断した後、切断された基材１を加工台１０に固定させた状態で、回折格子７が形成された面６に反射膜を形成する。例えば金を反射膜の材料として用いる。図７に示すように、複数の光学素子３０と、切断片４０と、切断片５０とを加工台１０に固定させた状態で、基材１を加工台１０ごと成膜装置に設置する。そして、基材１に対して成膜材料を飛散させることで、回折格子７が形成された面６に反射膜を形成する。基材１に形成された切断溝２１、切断溝２２、及び切断溝２３に対して斜めの方向から、回折格子７が形成された面６に成膜材料を飛散させることで、面６に反射膜を形成することが好ましい。例えば成膜装置内において、成膜材料が飛散してくる方向（飛散方向Ｓ）に対して、基材１が固定された加工台１０を傾けて設置して、面６に反射膜を形成することが好ましい。成膜方法には、例えば蒸着法やスパッタ法を用いればよい。
【００２８】
この成膜工程においては、回折格子７が形成された面６以外の面には、反射膜は形成されない。例えば光学素子３０の面３１及び面３２は、切断片４０と切断片５０とによって囲まれているため、面３１及び面３２には反射膜は形成されない。すなわち、切断片４０及び切断片５０は、成膜時において面３１及び面３２に対するマスクとして機能する。その結果、回折格子７が形成された面６には反射膜が形成されるが、面３１及び面３２には反射膜は形成されない。光学素子３０において切断溝２３に対応する面は、隣り合う光学素子３０が互いにマスクとして機能するため、切断溝２３に対応する面には反射膜は形成されない。また、基材１が固定された加工台１０を、飛散方向Ｓに対して傾けることで、切断溝２１、切断溝２２、及び切断溝２３に、成膜材料が入り込むことを防止できる。
【００２９】
反射膜を成膜した後、加工台１０から光学素子３０を取り外して洗浄する。
【００３０】
（光学素子３０）
図８に、光学素子３０を示す。光学素子３０は、略台形状の面３４と面３５とを底面とする直角柱である。面３４及び面３５は、切断溝２３に対応する面である。光学素子３０の側面は、面３１と、面３２と、面３３と、面３６とからなる。面３１は、切断溝２１に対応する面であり、台形（面３４及び面３５）の上底を含む面である。面３２は、切断溝２２に対応する面であり、台形（面３４及び面３５）の下底を含む面である。面３３は、基材１の面６に対応する面であり、面３１及び面３２に対して傾斜している。面３３（面６）には、回折格子７が形成されている。また、上述した成膜工程によって、面３３（面６）には反射膜が形成されている。面３６は、基材１の面４に対応する面であり、面３１及び面３２に直交する面である。面３６（面４）には反射防止膜が形成されていてもよい。
【００３１】
以上のように、基材１を個々の光学素子３０に切断した後に、光学素子３０を加工台１０に固定した状態で反射膜を形成することで、切断による反射膜の剥離や、切り屑による反射膜への傷付けを防止することが可能となる。その結果、高反射率の光学素子３０が得られる。
【００３２】
また、光学素子３０を加工台１０に固定したままの状態にしているため、光学素子３０を成膜装置に設置するときの取り扱いが容易になる。すなわち、光学素子３０は微小であるため、光学素子３０を加工台１０から取り外して取り扱うことは困難である。この実施形態では、光学素子３０を加工台１０に固定したまま取り扱うため、光学素子３０を成膜装置に容易に設置することが可能となる。また、光学素子３０を加工台１０から取り外して、成膜用トレーに光学素子３０を載せる必要がないため、工程数及び治具の費用を減らすことが可能となる。
【００３３】
また、切断された基材１を加工台１０に固定した状態にしているため、加工台１０に接している面４（面３６）には、反射膜が付着しない。その結果、面４（面３６）に対するマスクが不要となるため、光学素子３０の製造コストを減らすことが可能となる。
【００３４】
また、切断片４０と切断片５０とを残したまま反射膜を形成することで、光学素子３０の面３１及び面３２には反射膜は形成されない。このように、切断片４０及び切断片５０はマスクとして機能するため、別のマスクを用いる必要がない。その結果、製造コストを抑制することができる。
【００３５】
また、回折格子７が形成された面６以外の面には、反射膜が形成されないため、内面反射による迷光を防止できる。
【００３６】
また、成膜工程において、基材１が固定された加工台１０を、成膜材料の飛散方向Ｓに対して傾けることで、切断溝２１、切断溝２２、及び切断溝２３に、成膜材料が入り込むことが防止できる。その結果、回折格子７が形成された面６以外の面への反射膜の付着を、さらに防止することが可能となる。また、回折格子７が、複数の鋸歯が形成されたブレーズ型の回折格子である場合、鋸歯の側面に均一に反射膜を形成することができるので、高い回折効率が得られる。
【００３７】
なお、ダイシングシート１１の厚さが十分にある場合には、加工台１０を用いずに、ダイシングシート１１を加工台として用いてもよい。この場合、ダイシングシート１１の途中まで切り込みを入れ、切断された基材１をダイシングシート１１に固定させた状態で成膜装置に設置して、面６に反射膜を形成する。このように、ダイシングシート１１を加工台として用いても、上述した実施形態と同じ効果を奏することができる。
【００３８】
以上のように、切断に用いられる加工台としては、加工台１０を含んでいても含んでいなくてもよいし、ダイシングシート１１を含んでいても含んでいなくてもよい。すなわち、加工台としては、加工台１０を用いてもよいし、ダイシングシート１１を用いてよいし、加工台１０とダイシングシート１１と含む構成を用いてもよい。
【００３９】
（変形例）
図９及び図１０を参照して、変形例について説明する。変形例に係る基材６０は、略台形状の面６４と面６５とを底面とする直角柱である。基材６０の側面は、面６１と、面６２と、面６３と、面６６とからなる。面６１は、台形（面６４及び面６５）の上底を含む面である。面６２は、台形（面６４及び面６５）の下底を含む面である。面６３は、面６１及び面６２に対して傾斜している。面６３には、回折格子７が形成されている。基材６０の材料は例えばガラスである。また、基材６０の材料に樹脂を用いて、射出成型によって基材６０を作製してもよい。
【００４０】
図１０に示すように、基材６０の面６２を切断基準面とし、面６２を加工台１０の上面１０Ａに向けて、基材６０を加工台１０に固定する。例えば、加工台１０の上面１０Ａにダイシングシート１１を設け、ダイシングシート１１と面６２とを接触させて、基材６０をダイシングシート１１上に設ける。
【００４１】
基材６０を加工台１０に固定した後、切断面Ｄに沿って複数箇所で基材１を切断する。切断面Ｄは、面６４に平行で、切断基準面（面６２）に垂直な面である。切断面Ｄは、切断基準面（面６２）に垂直でなくてもよい。
【００４２】
切断後の基材６０を、図１０に示す。切断面Ｄに沿って複数箇所で基材６０を切断することで、基材６０には複数の切断溝７０が形成される。切断溝７０は面６４に平行で、切断基準面（面６２）に垂直な溝である。切断溝７０は、切断基準面（面６２）に対して斜めに形成されていてもよい。基材６０を複数の箇所で切断することで、複数の光学素子が得られる。
【００４３】
基材６０を切断した後、切断された基材６０を加工台１０に固定させた状態で、基材６０を加工台１０ごと成膜装置に設置する。そして、回折格子７が形成された面６３に反射膜を形成する。反射膜を成膜した後、加工台１０から光学素子を取り外して洗浄する。
【００４４】
以上のように、基材６０を個々の光学素子に切断した後に、光学素子を加工台１０に固定した状態で反射膜を形成することで、切断による反射膜の剥離や、切り屑による反射膜への傷付けを防止することが可能となる。
【００４５】
上述した実施形態及び変形例において、基材１に形成された微細構造は回折格子に限定されず、レンズであってもよい。すなわち、ナノプリント法によって基材１に形成する微細構造は、回折格子に限定されず、球面又は非球面のレンズや、ホログラムレンズなどであってもよい。
【００４６】
反射防止膜を形成するときに、上述した実施形態に係る製造方法を適用してもよい。すなわち、基材を加工台に固定して基材を切断した後に、基材を加工台に固定したままの状態で、反射防止膜を基材に形成してもよい。このように反射防止膜を形成する場合も、上述した実施形態と同じ効果を奏することができる。さらに、反射膜や反射防止膜に限定されず、他の種類の膜を形成する場合に上述した実施形態に係る製造方法を適用しても、上述した実施形態と同じ効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１、６０  基材
２、３  底面
４、５、６、３１、３２、３３、３４、３５、３６、６１、６２、６３、６４、６５、６６  面
７  回折格子
１０  加工台
１１  ダイシングシート
２１、２２、２３、７０  切断溝
３０  光学素子
４０、５０  切断片
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  切断面
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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