(57)【要約】  【課題】  より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Ｒの小さい微細構造を有する成形物を成形できる成形方法及び成形装置、並びにその成形物、光学素子を提供する。  【解決手段】  可動型３，３’を１０ｍｍ／ｓ以上の速度で樹脂素材に向かって移動させることで、衝撃エネルギーが樹脂素材に付与され、それにより従来の技術では形成できなかった高アスペクト比の微細形状を精度よく転写形成することができる。又、加熱した可動型３，３’が樹脂素材に接触する時間が短いため、型からの伝熱で微細形状の表面は溶融変形しても、中の部分は剛性を維持したままであり、従って迅速に離型させることで、形成された微細形状が維持され、従来に比べて転写成功面積が増大する。更に、移動速度を上げた副次的な効果として、成形加工時間が短縮化される。【選択図】    図８
2005186513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型を押し当てることで成形される成形物において、
常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であり、成形後の厚みが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、成形面に形成された微細形状のアスペクト比が１以上であり、前記微細形状は剪断面を有することを特徴とする微細形状を有する成形物。
【請求項２】
前記微細形状は、構造性複屈折を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の成形物。
【請求項３】
前記微細形状は、光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有することを特徴とする請求項１に記載の成形物。
【請求項４】
光学素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微細形状を有する成形物。
【請求項５】
型を押し当てることで光学面を成形される光学素子において、
常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であり、成形後の厚みが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記光学面に形成された輪帯状の回折構造における半径方向のピッチが１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であり、前記回折構造は剪断面を有することを特徴とする光学素子。
【請求項６】
微細形状を有する型の温度を、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
前記型を前記素材に向かって１０ｍｍ／ｓ以上の速度で押圧することで、前記微細形状を前記素材に転写するステップと、
前記微細形状を有する型を樹脂素材から離型させるステップと、を有することを特徴とする成形方法。
【請求項７】
前記型を前記素材に向かって押圧する前に、前記微細形状の型と、それに対向する型の間に前記素材を射出するステップと前記素材を冷却するステップとを有することを特徴とする請求項６に記載の成形方法。
【請求項８】
前記素材は光学素子の素材であることを特徴とする請求項６又は７に記載の成形方法。
【請求項９】
前記微細形状は輪帯状の回折構造であり、前記回折構造の半径方向のピッチは１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であることを特徴とする請求項８に記載の成形方法。
【請求項１０】
前記微細形状は、アスペクト比が１以上であり、構造性複屈折を生じさせることを特徴とする請求項８に記載の成形方法。
【請求項１１】
前記微細形状は、アスペクト比が１以上であり、光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有することを特徴とする請求項８に記載の成形方法。
【請求項１２】
微細形状を有する可動型と、
前記可動型の微細形状を包囲するように遮蔽する固定型と、
前記可動型を加熱するヒータと、
前記可動型と前記固定型とを相対移動させる駆動部と、を有し、
前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間に、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材を配置し、少なくとも前記素材の内部が固化した状態で、前記ヒータにより前記可動型を加熱し、前記移動部が前記可動型を前記素材に向かって１０ｍｍ／ｓ以上の速度で相対移動させることにより、前記可動型の微細形状が転写されるようになっていることを特徴とする成形装置。
【請求項１３】
前記素材は、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間内に射出されることを特徴とする請求項１２に記載の成形装置。
【請求項１４】
前記素材は光学素子の素材であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の成形装置。
【請求項１５】
前記微細形状は輪帯状の回折構造であり、前記回折構造の半径方向のピッチは１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の成形装置。
【請求項１６】
前記微細形状は、アスペクト比が１以上であり、構造性複屈折を生じさせることを特徴とする請求項１４に記載の成形装置。
【請求項１７】
前記微細形状は、アスペクト比が１以上であり、光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有することを特徴とする請求項１４に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細形状を有する成形物、光学素子、成形方法及び成形装置に関し、特に高アスペクト比を有する微細形状を有する成形物、光学素子、成形方法及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。
【０００３】
更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、ＡＯＤ（Advanced Optical Disc），ＢＤ（Blueray Disc）などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び／又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、微細構造である回折構造を光学面に設けることが行われている。又、そのような高密度な情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録及び／又は再生を確保する必要があり、そのため波長選択性を備えた回折構造を設けることも行われている。
【０００４】
ここで、回折構造は、使用する光源波長にもよるが、例えば段差が最小２μｍ程度の輪帯構造であるため、通常の射出成形において、溶融した樹脂を型内に射出するのみでは、型に形成された微細構造の段差の奥深くに素材が入り込みにくく、そのため微細構造の転写が精度良くなされないという問題がある。転写不良（素材のダレ）により設計通りの回折構造が形成されないと、その回折特性が劣化してしまい、かかる光学素子を用いた光ピックアップ装置において書き込みエラーなどが生じる恐れがある。このため、素材の選定や、溶融した樹脂の温度や圧力を調整するなど、種々の工夫がなされているが、従来の方法では、ダレを完全になくすのは困難である。
【０００５】
一方、以下の特許文献１には、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスすることによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成形する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２２０２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の技術では、ガラス素材の表面に、幅約１００〜５０μｍ、高さが約２０〜１０μｍという、アスペクト比が０．２程度の微細形状を成形するのが限界である。これは、無機ガラスの常温での弾性率が７０ＧＰａ程度と高いため、その表面に３０００Ｎという非常に大きな力で加熱した型を押しつけても、微細構造の奥にガラス素材がスムーズに流れ込まず、その結果アスペクト比が０．２程度の微細形状しか成形できなかったのである。従って、例えばアスペクト比が１以上という微細形状を有する成形物は、試作品としては存在するかもしれないが、形状の揃った工業製品としては未だ存在していないといえる。
【０００７】
加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数１０倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。
【０００８】
一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように１から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈ ｅｙｅ）と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ Ｎｏ．３ｐｐ．１７３−１８１ ２０００年３月に述べられている。
【０００９】
等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造性複屈折と呼ばれている。
【００１０】
上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象（アノマリー）が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。
【００１１】
ところで、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起（又はくぼみ）を形成する必要がある。このような微細な突起（又はくぼみ）を備えた光学素子を大量生産するには、一般的には樹脂を素材として成形を行うことが適しているといえるが、かかる場合、微細な突起（又はくぼみ）に対応したくぼみ（又は突起）を備えた光学面転写面をどのようにして形成するかが問題となる。
【００１２】
すなわち、上述したような等価屈折領域や共鳴領域の突起（又はくぼみ）に関しては、数十乃至数百ナノメートルの間隔で突起（又はくぼみ）を光学素子の光学面に形成しなくてはならないが、従来の射出成形では、それに対応した型の微細形状の奥底まで樹脂が行き届かず、微細形状を精度良く転写することは極めて困難である。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Ｒの小さい微細構造を有する成形物を成形できる成形方法及び成形装置、並びにその成形物、光学素子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】
【００１４】
第１の本発明の成形物は、型を押し当てることで成形される成形物において、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であり、成形後の厚みが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、成形面に形成された微細形状のアスペクト比が１以上であり、前記微細形状は剪断面を有することを特徴とする。
【００１５】
上述の問題点に鑑みて、本発明者らは鋭意研究の結果、従来と全く異なる視点から、微細形状を有する成形物を成形できる方法を創案した。すなわち、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であるような樹脂素材の場合、微細形状を有する型を加熱して、その型表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、アスペクト比が１以上であっても精密に型の微細形状を転写した成形物を得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献１に記載されているように３０００Ｎもの型押圧力は不要であり、従来の射出成形機を改良するだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。
【００１６】
ところが、本発明者らによる更なる実験を通じて、上述の微細形状の転写手法を用いて、線幅が極めて小さく且つ高いアスペクト比の微細形状を形成しようとすると、不良率が増大することが判明した。かかる微細形状の不良としては、例えば線幅１００ｎｍでアスペクト比が１を超える微細形状が形成しようとすると、成形物より型を引き剥がす際の離型性が悪く、離型により微細形状を破壊してしまうこと等がある。
【００１７】
そこで、本発明者らは更に鋭意研究を重ねることで、特に高アスペクト比の微細形状を形成する場合の不良率を低減させるのに効果的な技術を導出した。これは、樹脂素材の成形加工に対し機械的加工を融合させた、極めて画期的な発想に基づくものである。
【００１８】
ここで、不良率が増大することが判明した転写手法は、例えば０．０５ｍｍ／ｓという非常に遅い速度で、加熱した型を樹脂素材に接近させ、型の熱を樹脂素材に十分に与えて溶融変形させながら微細形状を形成するものである。しかるに、この手法では、型の温度が樹脂素材に伝わることで、微細形状が溶融変形して強度が低下し、離型時に耐えきれず破壊してしまうという問題があることを本発明者らが見出したのである。これに対し、微細形状を転写した後、そのまま型と樹脂素材とを冷却し、微細形状が固化した後に離型するという手法も考えられるが、それでは加工時間が長くなるほか、型の熱収縮率と樹脂素材の熱収縮率とが異なることから、冷却中に微細形状が破損してしまうという問題がある。又、加熱した型を樹脂素材に押しつけた状態で長時間維持した場合にも、樹脂素材がクリープによりじわじわ変形するという問題がある。
【００１９】
そこで、本発明者らは発想を転換し、衝撃エネルギーを樹脂素材に与えて微細形状を形成できないかを検討した。衝撃エネルギーＥは、型の質量をｍ、移動速度をｖとしたときに、Ｅ＝ｍｖ２／２で表されることから、移動速度ｖを増大させて、大きな衝撃エネルギーＥを樹脂素材に与えることとした。本発明者らの実験結果によれば、１０ｍｍ／ｓ以上の移動速度で、型を樹脂素材に接近させた場合、衝撃エネルギーが樹脂素材に付与され、それにより従来の技術では形成できなかった高アスペクト比の微細形状を精度よく転写形成することができた。又、加熱した型が樹脂素材に接触する時間が短いため、型からの伝熱で微細形状の表面は溶融変形しても、中の部分は剛性を維持したままであり、従って迅速に離型させることで、形成された微細形状が維持され、従来に比べて転写成功面積が増大した。更に、移動速度を上げた副次的な効果として、成形加工時間が短縮化された。形成された微細形状には、衝撃エネルギーを付与されることで形成された剪断面が確認された。本発明は、特に線幅が５００ｎｍ以下の微細形状を形成する場合に有効である。
【００２０】
尚、衝撃エネルギーＥを増大させるためには、型の質量ｍを大きくすることも考えられるが、装置の大型化を招く恐れがあるので、本発明のように移動速度ｖを増大させる方が好都合なことが多いといえる。
【００２１】
ちなみに、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であるような素材とは、例えばＰＭＭＡ（弾性率１．５〜３．３ＧＰａ）、ポリカーボネイト（弾性率３．１ＧＰａ）、ポリオレフィン（弾性率２．５〜３．１ＧＰａ）などの弾性率が１〜４の範囲の樹脂を組成成分として含有することが好ましい。ここで、常温とは２５℃のことをいう。これらの樹脂は、ガラス転移点が５０〜１６０℃であることが好ましい。弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ７１６１、７１６２などに従い求めることができる。ガラス転移点温度は、ＪＩＳ  Ｒ３１０２−３：２００１に従い求めることができる。
【００２２】
「アスペクト比」とは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、微細構造の凹部又は凸部の幅をＡ、深さ又は高さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される値をいう。「微細形状」とは、Ａの値が１０μｍ以下の形状をいう。成形後の厚みとは、型を押し当てる方向に対しての成形物の厚みをいい、例えば図２に示すＴの値である。この成形後の厚みは、０．１〜２０ｍｍであり、好ましくは１〜５ｍｍである。
【００２３】
更に、前記微細形状は、構造性複屈折を生じさせると好ましい。
【００２４】
更に、前記微細形状は、光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有すると好ましい。
【００２５】
更に、前記成形物は、光学素子であると良好な光学特性を得ることができ好ましいが、インクジェットプリンタのヘッドなどにも適用できる。
【００２６】
第２の本発明の光学素子は、型を押し当てることで光学面を成形される光学素子において、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であり、成形後の厚みが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記光学面に形成された輪帯状の回折構造における半径方向のピッチが１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であり、前記回折構造は剪断面を有することを特徴とする。
【００２７】
従来の射出成形においては、回折構造に対応した型の微細構造の奥まで樹脂が入り込みにくいことから、それにより得られる光学素子の回折構造は、その光軸方向断面における角部がダレてその曲率半径が１μｍを大きく超えており、光透過率が悪化する恐れがある。これに対し、本発明の光学素子では、上述した手法で高アスペクト比の回折構造を精密転写でき、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径が１μｍ未満となり、より高い光透過率を得ることができる。尚、このような成形物や光学素子は、以下の成形方法又は成形装置により得ることができる。
【００２８】
第３の本発明の成形方法は、微細形状を有する型の温度を、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、前記型を前記素材に向かって１０ｍｍ／ｓ以上の速度で押圧することで、前記微細形状を前記素材に転写するステップと、前記微細形状を有する型を樹脂素材から離型させるステップと、を有するので、高アスペクト比の微細形状を有する成形物又は光軸方向断面における角部の曲率半径が１μｍ未満の回折構造を有する光学素子を容易に成形できる。
【００２９】
更に、前記型を前記素材に向かって押圧する前に、前記微細形状の型と、それに対向する型の間に前記素材を射出するステップと前記素材を冷却するステップとを有すると好ましい。
【００３０】
第４の本発明の成形装置は、微細形状を有する可動型と、前記可動型の微細形状を包囲するように遮蔽する固定型と、前記可動型を加熱するヒータと、前記可動型と前記固定型とを相対移動させる駆動部と、を有し、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間に、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材を配置し、少なくとも前記素材の内部が固化した状態で、前記ヒータにより前記可動型を加熱し、前記移動部が前記可動型を前記素材に向かって１０ｍｍ／ｓ以上の速度で相対移動させることにより、前記可動型の微細形状が転写されるようになっているので、高アスペクト比の微細形状を有する成形物又は光軸方向断面における角部の曲率半径が１μｍ未満の回折構造を有する光学素子を容易に成形できる。
【００３１】
尚、本発明の成形装置を用いて成形する場合、微細形状以外の母形状を予め射出成形等により成形し、その後、前記素材の内部が固化した状態で、素材のガラス転移点以上に加熱された前記可動型を素材に押しつけることで、母形状を維持しつつ微細形状が素材に転写される。従って、前記素材は、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間内に射出されると良い。ただし、母形状を成形する型と微細形状を成形する可動型とは別個にしても良く、かかる場合、型交換時に素材を冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、より簡便に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Ｒの小さい微細構造を有する成形物を成形できる成形方法及び成形装置、並びにその成形物、光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。図２において、下型１の上に円管状の上型２が移動自在に配置されている。円筒状の可動型３が、上型２に対して摺動可能に内包されており、可動型３’が、下型１に対して摺動可能に内包されている。
【００３４】
可動型３の下面には、成形しようとする光学素子の非球面形状３ａと、構造性複屈折を生じさせる形状にに対応した微細形状３ｂとが形成されている。又、可動型３の内側には、ヒータ４が設置されている。可動型３’の上面には、成形しようとする光学素子の非球面形状３ａ’と、回折構造に対応した微細形状３ｂ’とが形成されている。又、可動型３’の内側には、ヒータ４’が設置されている。尚、本実施の形態では、下型１と上型２とで固定型を構成する。
【００３５】
図３は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。図３を参照して、かかる成形方法について説明する。まず、ステップＳ１０１で、下型１，上型２，可動型３、３’を、図２に示す状態に配置し、いわゆる型締めを行う。続いて、ステップＳ１０２で、外部の加熱シリンダー（不図示）にて加熱溶融された樹脂素材を、ゲートＧを介して下型１，上型２内へと射出する（素材を射出するステップ）。
【００３６】
ステップＳ１０３で、射出された素材を冷却する（自然冷却でも、可動型３，３’の少なくとも一方を退避させて素材を雰囲気に暴露する強制冷却を行っても良い）。このとき、素材の表面には、可動型３の非球面形状３ａが転写されているが、素材の射出のみでは、微細形状３ｂは十分に転写するのは困難である。そこで、ステップＳ１０４で、ヒータ４、４’により可動型３、３’を加熱し、樹脂素材のガラス転移点以上の温度にする（型の温度を素材のガラス転移点温度より高く設定するステップ）。その後、ステップＳ１０５で、不図示の駆動部によって、１０ｍｍ／ｓ以上の速度で、可動型３、３’を樹脂素材に向かって押圧すると、微細形状３ｂ、３ｂ’が当たる樹脂素材の表面が溶融し、微細形状３ｂ、３ｂ’の溝底まで行き渡るようになる（微細形状を転写するステップ）。従って、アスペクト比が１以上の微細形状、及び光軸方向断面の角部の曲率半径が１μｍ以下の微細形状でも精度良く転写できる。
【００３７】
その後、ステップＳ１０６で、１〜５ｓｅｃ程度の保圧（可動型を樹脂素材に押しつけたまま静止）を行い、ステップＳ１０７で、不図示の駆動部を用いて下型１から上型２及び可動型３、３’を退避させる型開き（離型）により、高精度な微細形状を得る光学素子を形成できる。
【００３８】
従来の射出成形においては、微細形状の転写を行わない場合で数１０秒程度、微細形状の転写を行う場合は１分程度のサイクルタイムを要していたが、本願発明の成形方法によれば、予め設計形状誤差範囲内に成形された被成形物表面に微細形状を転写し形状を成形する場合には、１〜１０秒のサイクルタイムで成形が完了する。保圧時間が大幅に短くなるということもサイクルタイムの短縮に貢献している。
【００３９】
又、可動型３，３’を１０ｍｍ／ｓ以上の速度で樹脂素材に向かって移動させることで、衝撃エネルギーが樹脂素材に付与され、それにより従来の技術では形成できなかった高アスペクト比の微細形状を精度よく転写形成することができる。又、加熱した可動型３，３’が樹脂素材に接触する時間が短いため、型からの伝熱で微細形状の表面は溶融変形しても、中の部分は剛性を維持したままであり、従って迅速に離型させることで、形成された微細形状が維持され、従来に比べて転写成功面積が増大する。更に、移動速度を上げた副次的な効果として、成形加工時間が短縮化される。形成された微細形状には、衝撃エネルギーを付与されることで形成された剪断面が形成される。
【００４０】
図４は、以上の成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。図４（ａ）の斜視図で示される形状の光学素子１０は、図４（ｂ）に示すように表面には構造性複屈折の微細形状１０ａを有しており、図４（ｂ）に示すように裏面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造１０ｂを有している。構造性複屈折の微細形状１０ａは、輪帯状の矩形溝を有しており、図４（ｄ）に示す断面形状を有している。ここで、一例として、光学素子１０の素材の屈折率を１．９２とし、入射する光の波長をλとすると、構造性複屈折の微細形状１０ａにおける各部寸法は、ｄ１＝０．２５λ、ｄ２（溝幅）＝０．３９λ、ｄ３＝２λ、ｄ４（溝深さ）＝１．２２λとなる。又、図４（ｃ）において、鋸歯状の回折構造１０ｂの光軸方向断面における角部の曲率半径Ｒは１μｍ未満である。
【００４１】
図５は、以上の成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。図５（ａ）の断面図を示される形状の光学素子２０は、図５（ｂ）に示すように表面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造２０ａを有している。更に、回折構造２０ａの傾斜面には、深さ方向に向かうにつれ縮径した円錐形状の多数の孔２０ｂが形成されている。反射防止機能を有するこの孔２０ｂは、傾斜面の面積の２０％乃至４０％（好ましくは３０％）を占める。
【００４２】
本願発明者らは、実験を通じて本願発明の効果を確認した。図６，７は、本発明者らが行った実験結果を示すグラフである。図６に示す実験結果は、線幅が１００ｎｍのライン状の突起を形成する際に、どれほど深い微細形状が形成できるかを示すものであり、すなわち図１（ａ）に示す状態で、Ａ＝１００ｎｍとしたときに、Ｂがどの程度になるかを求めている。
【００４３】
これに対し、図７に示す実験結果は、転写成功面積を示すものであり、例えば１００％であれば全領域で転写が成功したことを示し、逆に０％であれば転写が全領域で失敗したことを示している。本発明者らは、図２に示す成形装置を用いて、以下のように条件を変えて実験を行った。
［試験条件］
（ａ）型温度：１５０℃、移動速度：０．０５ｍｍ／ｓ、保圧：６００ｓｅｃ（冷却あり）
（ｂ）型温度：１５０℃、移動速度：５０ｍｍ／ｓ、保圧：２ｓｅｃ
（ｃ）型温度：１３０℃、移動速度：０．０５ｍｍ／ｓ、保圧：２ｓｅｃ
（ｄ）型温度：１３０℃、移動速度：０．０５ｍｍ／ｓ、保圧：１０ｓｅｃ
（ｅ）型温度：１３０℃、移動速度：５ｍｍ／ｓ、保圧：３ｓｅｃ
（ｆ）型温度：１３０℃、移動速度：５０ｍｍ／ｓ、保圧：２ｓｅｃ
【００４４】
図６，７のグラフを参照するに、型温度１５０℃（条件（ａ）、（ｂ））では、アスペクト比が３．５〜４．５と高い微細形状を形成できるが、転写成功面積が１０〜２０％と低く改善の余地があることがわかる。一方、型温度１３０℃（条件（ｃ）〜（ｆ））では、アスペクト比が１．０〜２．０と比較的低い微細形状となるが、転写成功面積が最大１００％であり、こちらは実現可能性がある。
【００４５】
更に、型温度１３０℃の条件による実験結果を詳細に検討する。まず条件（ｃ）、（ｄ）を比較すると、保圧時間が１０ｓｅｃ（ｃ）のときは、アスペクト比は２．０の微細形状を得ることができるが、転写成功率が３０％であり改善の余地があることがわかる。一方、保圧時間が２ｓｅｃ（ｄ）のときは、アスペクト比は１．０に留まるが、転写成功率が１００％となることがわかる。
【００４６】
次に条件（ｃ）、（ｅ）を比較して、移動速度が０．０５ｍｍ／ｓと５ｍｍ／ｓでは、形成される微細形状のアスペクト比、転写成功面積は殆ど変わらないことがわかり、条件（ｃ）、（ｆ）を比較して、移動速度が０．０５ｍｍ／ｓから５０ｍｍ／ｓになると、形成される微細形状のアスペクト比は高くなるが、転写成功面積は７０％に低下することがわかる。以上より、線幅１００ｎｍで１．５のアスペクト比を有する微細形状を、７０％以上の転写成功面積で得ようとした場合、条件（ｆ）で行うべきことがわかった。
【００４７】
図８は、本発明者らの実験により得られた、型の位相速度と形成される微細形状の最大アスペクト比（充填深さ）との関係を示す図である。図８に示すように、型速度を１０ｍｍ／ｓ以上に設定すると、線幅１００ｎｍで最大アスペクト比１．１以上の微細形状を得ることができる。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子に限らず、種々の光学素子、或いはインクジェットプリンタのヘッドなどの成形にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】アスペクト比を説明するための図である。
【図２】本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。
【図３】本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。
【図４】本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。
【図５】本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。
【図６】本発明者らが行った実験結果を示すグラフである。
【図７】本発明者らが行った実験結果を示すグラフである。
【図８】本発明者らの実験により得られた、型の位相速度と形成される微細形状の最大アスペクト比（充填深さ）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  下型
２  上型
３  可動型
４  ヒータ
【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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