(57)【要約】【課題】  紫外線硬化型樹脂の成型時に発生する「ひけ」を小さくすることができる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】  表面が平面の金型１と、表面に同心円状のレリーフパターンを有する光学要素であるガラス２の間に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂３を注入して押圧し、フィルタ４を通して紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂３を硬化させる。最後に、硬化した紫外線硬化型樹脂３とガラス２を金型１から剥がすことにより、紫外線硬化型樹脂３とガラス２の界面に円形回折格子が形成された光学素子が完成する。紫外線硬化型樹脂３の型にもなるガラス２の表面のレリーフパターンの傾斜の方向は、同心円の周縁部から中心部に向かっている。よって、この場合、フィルタ４の透過率を中心部で大きく、周縁部で小さくし、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、半径に対して図１（ｂ）のようになるようにしておく。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レリーフパターンを有する型に接するように紫外線硬化型樹脂を配置して、前記型の形状に倣わせ、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させて、硬化した紫外線硬化型樹脂を前記型から剥離する工程を有する紫外線硬化型樹脂からなる、又は紫外線硬化型樹脂を含む光学素子の製造方法であって、前記型に形成されたレリーフパターンにおける傾斜部分において、深さの浅い部分から深い部分に向かう方向を傾斜の進行方向とした場合に、照射する紫外線の強度を、前記傾斜の進行方向に向かうに従って強くして照射することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
レリーフパターンを有する光学要素に接するように紫外線硬化型樹脂を配置して、前記光学要素の形状に倣わせ、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させて、前記光学要素と紫外線硬化型樹脂からなる、又は光学要素と紫外線硬化型樹脂を含む光学素子の製造方法であって、前記光学要素に形成されたレリーフパターンにおける傾斜部分において、深さの浅い部分から深い部分に向かう方向を傾斜の進行方向とした場合に、照射する紫外線の強度を、前記傾斜の進行方向に向かうに従って強くして照射することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つの光学要素として紫外線硬化型樹脂を有し、当該紫外線硬化型樹脂と空気との界面、又は他の光学要素との界面がレリーフパターン（膜厚変調パターン）を有している光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回折格子、フレネルレンズ等、光学材料の表面又は界面に所定のパターンを形成し、これら表面、界面における回折を利用して所定の光学特性を持たせた光学素子は、既に周知のものとして広く使用されている。このような光学素子の材料として紫外線硬化型樹脂が単独で使用される場合もあるが、特に注目を集めているのが、２つの光学材料を密着させ、その界面に所定のパターンを形成した密着複層型回折光学素子である。このような密着複層型回折光学素子の例が、特開平９−１２７３２１号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
密着複層型回折光学素子は、使用波長の広帯域化が可能で、さらに格子と格子との位置合わせが容易であるという長所がある。密着複層型回折光学素子の少なくとも一つの光学材料として、紫外線硬化型樹脂が多用される。光学材料として樹脂を使用することは、光学素子の軽量化につながるばかりでなく、量産化が可能であり、コストが低減されるという効果をもたらす。さらに、紫外線硬化型樹脂を使用することにより、熱硬化型樹脂を使用する場合に比して熱源が不要となる等、低コスト化が図れる。
【０００４】
ガラスモールド法を使用して、前記所定のパターンを有する回折光学素子の製造方法の１例を図６に示す。まず、平板状の第１の金型１１の上に加熱軟化させたガラス材１２を載せ、その上方に所定のレリーフパターンが形成された第２の金型１３を位置させる（ａ）。そして、これら２つの金型１１、１３でガラス材１２を挟んで加圧する（ｂ）。そして、ガラス材１２を冷却後、金型１１、１３から剥離すると、下面が平面で上面にレリーフパターンが形成されたガラス基板１２が形成される（ｃ）。このような方法は一般に、ガラスモールド法と呼ばれている。
【０００５】
第２の金型１３にレリーフパターンを形成するためには、主として切削加工が用いられる。
【０００６】
次に、レリーフパターンが形成されたガラス基板１２の上面に、樹脂との接着性を良くするために、シランカップリング処理を施す。続いて、このガラス基板１２の上に、ディスペンサを使用して紫外線硬化型樹脂を滴下する（ｄ）。そして、第３の金型１５とガラス基板１２で、紫外線硬化型樹脂層１４を挟んだ後、ガラス基板１２を通して紫外線硬化型樹脂層１４に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂層１４を硬化させる（ｅ）。そして、第３の金型１５から剥離すると、ガラス基板１２と紫外線硬化型樹脂層１４とからなり、その境界面にレリーフパターンが形成された回折光学素子１６が完成する（ｆ）。
【０００７】
しかしながら、図６に示したような回折光学素子の製造方法において、（ｅ）の工程で紫外線硬化型樹脂を硬化させるときに、「ひけ」の問題が発生する。「ひけ」とは、紫外線硬化型樹脂が硬化する際に収縮を起こすため、型（図６の場合はガラス基板１２）との間に隙間が発生し、紫外線硬化型樹脂の表面が型どおりにならないことである。
【０００８】
このような「ひけ」の発生を防止する方法であって、特にレリーフパターンを有する型を使用する方法に有効な技術とされている例として、特開２００３−２５３４３号公報（特許文献２）に記載されたものがある。
【０００９】
これは、「成型面の形状に基づいて、光硬化型樹脂の未硬化部分が、硬化部分に対して、硬化部分の硬化収縮分だけ供給されるように、光硬化型樹脂に対する光照射位置を制御する」ものである。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１２７３２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献２に記載される方法は、光照射をレリーフパターン構造の一方向から他方向に順次行っていかなければならず、樹脂を硬化させるのに時間がかかるばかりでなく光走査機構を必要とするという問題を有していた。
【００１２】
又、特にフレネルレンズのようにレリーフパターン構造が円形になっている場合には、光走査を行うことが困難である場合があった。すなわち、光走査の方向が円の中心から周縁部に向かう場合は、カメラの絞り機構のような構造を使用すれば可能であるが、光走査の方向が周縁部から中心部に向かう場合には、適当な光走査手段がないのが実情であった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、特許文献２に記載の方法とは異なる方法により、紫外線硬化型樹脂の成型時に発生する「ひけ」を小さくすることができる光学素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための第１の手段は、レリーフパターンを有する型に接するように紫外線硬化型樹脂を配置して、前記型の形状に倣わせ、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させて、硬化した紫外線硬化型樹脂を前記型から剥離する工程を有する紫外線硬化型樹脂からなる、又は紫外線硬化型樹脂を含む光学素子の製造方法であって、前記型に形成されたレリーフパターンにおける傾斜部分において、深さの浅い部分から深い部分に向かう方向を傾斜の進行方向とした場合に、照射する紫外線の強度を、前記傾斜の進行方向に向かうに従って強くして照射することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項１）である。
【００１５】
本手段においては、型のレリーフパターンに応じて照射する紫外線の強度を変化させている。従って紫外線照射強度の強い部分の紫外線硬化型樹脂は早く硬化し、紫外線照射強度の弱い部分の紫外線硬化型樹脂はゆっくりと硬化する。そのため、早く硬化する部分の紫外線硬化型樹脂の収縮を補うだけの未硬化の紫外線硬化型樹脂が、ゆっくりと硬化する部分から供給される。
【００１６】
そして、本手段においては、照射する紫外線の強度を、前記傾斜の進行方向に向かうに従って強くして照射するようにしているので、レリーフパターンによって未硬化の紫外線硬化型樹脂の流動が妨げられることが無くなり、レリーフパターンを有する場合でも、「ひけ」の発生を抑えることができる。
【００１７】
なお、本明細書及び特許請求の範囲において「レリーフパターン」とは、所定の方向に向かって傾斜を有し、ある距離進んだところで傾斜が急激（通常は垂直又は略垂直）に逆方向に変化する繰り返しパターンのことであり、典型的には回折格子やフレネルレンズに見られるものである。必ずしも繰り返しのピッチは同一である必要はなく、かつ傾斜の度合いは一様である必要はない。又、「所定の方向」とは一方向を言うとは限らず、半径方向のような場合もある。本明細書及び特許請求の範囲において、「傾斜の進行方向」を決めるのに用いる傾斜は、前記急激（通常は垂直又は略垂直）に逆方向に変化する傾斜を指すものではない。
【００１８】
また、傾斜は滑らかなものでなくてもよく、微細な階段状の傾斜であってもよい。この場合には、傾斜の進行方向は、階段状の傾斜の包絡線の傾斜により決定すればよい。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、レリーフパターンを有する光学要素に接するように紫外線硬化型樹脂を配置して、前記光学要素の形状に倣わせ、前記紫外線硬化型樹脂を硬化させて、光学要素と紫外線硬化型樹脂からなる、又は光学要素と紫外線硬化型樹脂を含む光学素子の製造方法であって、前記光学要素に形成されたレリーフパターンにおける傾斜部分において、深さの浅い部分から深い部分に向かう方向を傾斜の進行方向とした場合に、照射する紫外線の強度を、前記傾斜の進行方向に向かうに従って強くして照射することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項２）である。
【００２０】
本手段においては、紫外線硬化型樹脂の成型の型となるものが本来の型ではなく、光学要素（例えば成型されたガラスや他の樹脂）であり、硬化した紫外線硬化型樹脂がこれらの光学要素と密着して使用されることが前記第１の手段と異なるのみであり、発明の作用効果そのものは、前記第１の手段と同じである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、紫外線硬化型樹脂の成型時に発生する「ひけ」を小さくすることができる光学素子の製造方法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】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態の第１の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図であり、断面図である。表面が平面の金型１と、表面に同心円状のレリーフパターンを有する光学要素であるガラス２の間に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂３を注入して押圧し、フィルタ４を通して紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂３を硬化させる。この際、ガラス２と紫外線硬化型樹脂３の接着性を良くするために、ガラス２の表面に予めシランカップリング処理を施しておく。最後に、硬化した紫外線硬化型樹脂３とガラス２を金型１から剥がすことにより、紫外線硬化型樹脂３とガラス２の界面に円形回折格子が形成された光学素子が完成する。
【００２３】
紫外線硬化型樹脂３の型にもなるガラス２の表面のレリーフパターンの傾斜の方向は、同心円の周縁部から中心部に向かっている。よって、この場合、フィルタ４の透過率を中心部で大きく、周縁部で小さくし、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、半径に対して図１（ｂ）のようになるようにしておく。
【００２４】
すると、紫外線硬化型樹脂３は中心部で速く硬化し、周縁部に行くに従って硬化速度は遅くなる。よって、中央部で硬化に伴う収縮が起こると、周縁部から中央部に向かって未硬化の樹脂が供給され、その収縮を補う。その際、樹脂がレリーフパターンの山部を乗り越えるときに、乗り越えた先に急激な段差がないので、スムースに樹脂の供給が行われ、「ひけ」の発生を低減させることができる。
【００２５】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態の第２の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図であり、断面図である。以下の図において、本欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
図２（ａ）に示す光学素子の製造方法は、基本的に図１（ａ）に示すものと同じであり、ガラス２に形成されたレリーフパターンの傾斜の方向が異なるだけであるので、同じ事項については説明を省略し、異なる点だけを説明する。
【００２７】
図２（ａ）から明らかなように、紫外線硬化型樹脂３の型にもなるガラス２の表面のレリーフパターンの傾斜の方向は、同心円の中心部から周縁部に向かっている。よって、この場合、フィルタ４の透過率を中心部で小さく、周縁部で大きくし、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、半径に対して図２（ｂ）のようになるようにしておく。
【００２８】
すると、紫外線硬化型樹脂３は周縁部で速く硬化し、中心部に行くに従って硬化速度は遅くなる。よって、周縁部で硬化に伴う収縮が起こると、中心部から周縁部に向かって樹脂が供給され、その収縮を補う。その際、樹脂がレリーフパターンの山部を乗り越えるときに、乗り越えた先に急激な段差がないので、スムースに樹脂の供給が行われ、「ひけ」の発生を低減させることができる。
【００２９】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態の第３の例である１次元回折光学素子の製造方法を示す図であり、断面図である。以下の説明においては、図３（ａ）に示すように座標軸をとり、それに従って説明する。
【００３０】
表面が平面の金型１と、表面にＺ軸方向に平行でＸ軸方向に向かうレリーフパターンを有する光学要素であるガラス２の間に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂３を注入して押圧し、フィルタ４を通して紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂３を硬化させる。この際、ガラス２と紫外線硬化型樹脂３の接着性を良くするために、ガラス２の表面に予めシランカップリング処理を施しておく。最後に、硬化した紫外線硬化型樹脂３とガラス２を金型１から剥がすことにより、紫外線硬化型樹脂３とガラス２の界面に１次元回折格子が形成された光学素子が完成する。
【００３１】
紫外線硬化型樹脂３の型にもなるガラス２の表面のレリーフパターンの傾斜の方向は、Ｘ軸負方向に向かっている。よって、この場合、フィルタ４の透過率をＸ軸負方向で大きく、Ｘ軸正方向で小さくし、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、Ｘ方向に対して図３（ｂ）のようになるようにしておく。
【００３２】
すると、紫外線硬化型樹脂３はＸ軸負方向で速く硬化し、Ｘ軸正方向に行くに従って硬化速度は遅くなる。よって、Ｘ軸負方向で硬化に伴う収縮が起こると、Ｘ軸正方向からＸ軸負方向に向かって未硬化の樹脂が供給され、その収縮を補う。その際、樹脂がレリーフパターンの山部を乗り越えるときに、乗り越えた先に急激な段差がないので、スムースに樹脂の供給が行われ、「ひけ」の発生を低減させることができる。
【００３３】
図４（ａ）は、本発明の実施の形態の第４の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図であり、断面図である。この例においては、紫外線硬化型樹脂のみからなる光学素子を形成する。
【００３４】
表面に同心円状のレリーフパターンを有する金型１と、ガラス製定盤５の間に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂３を注入して押圧し、フィルタ４を通して紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂３を硬化させる。その後、硬化した紫外線硬化型樹脂３を、金型１とガラス製定盤５から剥がすことにより、紫外線硬化型樹脂３の表面に同心円状の回折格子が形成された光学素子が完成する。
【００３５】
金型１の表面のレリーフパターンの傾斜の方向は、同心円の周縁部から中心部に向かっている。よって、この場合、フィルタ４の透過率を中心部で大きく、周縁部で小さくし、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、半径に対して図４（ｂ）のようになるようにしておく。
【００３６】
すると、紫外線硬化型樹脂３は中心部で速く硬化し、周縁部に行くに従って硬化速度は遅くなる。よって、中央部で硬化に伴う収縮が起こると、周縁部から中央部に向かって未硬化の樹脂が供給され、その収縮を補う。その際、樹脂がレリーフパターンの山部を乗り越えるときに、乗り越えた先に急激な段差がないので、スムースに樹脂の供給が行われ、「ひけ」の発生を低減させることができる。
【００３７】
以上の説明においては、金型１を用いているが、この金型を石英等の透明の型に変え、この透明の型の方向からフィルタを通して紫外線を照射しても、同じ効果が得られることはいうまでもない。又、例えば図１に示したガラス２の代わりに、成型済の樹脂を用いても同じ結果が得られることもいうまでもない。
【００３８】
なお、以上の実施の形態においては、レリーフパターンとして滑らかな傾斜を有するものを示したが、微細な階段状の傾斜を複数有し、全体としてレリーフパターンと見なされるものであってもレリーフパターンとして扱う。すなわち、回折格子用のレリーフパターンとしては、図５（ａ）に示すような、キノフォーム形状（鋸歯状波形状）のものが典型的なものであるが、制作が困難であるため、図５（ｂ）に示すようにこれを階段近似して製造する場合がある。この場合には、この階段形状の包絡線（波線で示す）の傾斜の方向から、傾斜の進行方向を決めるようにすればよい。
【実施例】
【００３９】
ガラスモールド法により、ガラスと紫外線硬化型樹脂の界面に同心円上の回折格子が形成された回折光学素子を形成した。まず、図１（ａ）に示すガラス２を金型を用いて製造した。製造方法は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような方法である。使用した硝材はＰＳＫ６０で外形が６０ｍｍの円形状のガラス２を形成した。成型温度は420℃、成型圧力は５０kg／cm２、除荷温度は370℃とした。
【００４０】
金型から転写されたガラス２の表面形状は、格子高１６μｍで、格子ピッチが中心部で２ｍｍ、外周付近で0.12ｍｍのものであり、周辺に行くに従って格子ピッチが短くなっているものである。ガラス２の表面形状の概念図は図１に示すようなものである。
【００４１】
このガラス２の表面にシランカップリング処理を行い、更に処理面に多官能メタクリレートとウレタンアクリレートからなる紫外線硬化型樹脂３を載置し、図１（ａ）に示すように金型１で押さえつけて成型し、紫外線を照射して硬化させた。紫外線照射に際しては図１（ａ）に示すようなフィルタ４を使用し、紫外線硬化型樹脂３の各部分に照射される紫外線の照度が、図１（ｂ）に示すような分布になるようにした。照度分布の最高値と最低値の比は、５：１とした。
【００４２】
紫外線硬化型樹脂３の硬化後、ガラス２と紫外線硬化型樹脂３の接合体を金型１から剥離して光学素子を完成させた。この光学素子においては、ガラスと紫外線硬化型樹脂との界面に「ひけ」による剥離は見られなかった。
【００４３】
比較例として、同じ条件で同じ光学素子を製造したが、比較例においては、フィルタを用いず、紫外線を均一に照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させた。この比較例においては、ガラスと紫外線硬化型樹脂との界面に「ひけ」による剥離が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例である１次元回折光学素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の第４の例である円形回折光学素子の製造方法を示す図である。
【図５】回折格子用のレリーフパターンの例を示す図である。
【図６】ガラスモールド法を使用して、前記所定のパターンを有する回折光学素子の製造方法の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…金型、２…ガラス、３…紫外線硬化型樹脂、４…フィルタ、５…ガラス製定盤
【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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