(57)【要約】【課題】微細構造を有する場合に周囲環境変化に対し強い状態を容易に得ることのできる組み合わせ光学素子を提供する。かかる組み合わせ光学素子を製造コストがかからずに簡単に製造可能な組み合わせ光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】組み合わせ光学素子１０は、微細構造を有する２つの部材１１，１２をそれらの微細構造部１１ａ，１２ａが向き合うようにして接合するとともに、２つの部材の間の内部空間１５と連通する通気孔１４を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合するとともに、前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を設けたことを特徴とする組み合わせ光学素子。
【請求項２】
前記２つの部材は、ともに回折光学素子であるか、ともに構造性複屈折素子であるか、または、両者の組み合わせである請求項１に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項３】
使用する波長帯域において遮光効果のある接着剤または接着シートを用いて前記接合による接合部が構成されている請求項１または２に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項４】
前記通気孔は、前記微細構造の方向と平行、垂直または４５°の方向を向いている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項５】
前記２つの部材はスペーサを介して接合されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項６】
前記スペーサに前記通気孔を設けた請求項５に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項７】
前記スペーサと前記部材との間に前記通気孔を設けた請求項５に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項８】
前記２つの部材の少なくともいずれか一方の前記微細構造部以外の領域に前記通気孔を設けた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項９】
前記微細構造はナノインプリント法にて形成されたものである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の組み合わせ光学素子。
【請求項１０】
微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合する組み合わせ光学素子の製造方法であって、
前記２つの部材を切り込みのある接着シートで接合することで、前記切り込みにより前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を形成することを特徴とする組み合わせ光学素子の製造方法。
【請求項１１】
微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合する組み合わせ光学素子の製造方法であって、
前記部材の微細構造をインプリント法で形成する際に、その微細構造部以外の領域に孔を形成し、
前記２つの部材を接合したとき、前記孔により前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を形成することを特徴とする組み合わせ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、微細構造を有する２つの部材を接合した組み合わせ光学素子及び組み合わせ光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１は、液晶光学素子と位相差板とをレーザ光の光軸上に配置し、レーザ光用開口部を有するスペーサ層を介して一体とし、スペーサ層は通気用開口部を有し、この通気用開口部により位相差板と液晶光学素子とに挟まれた領域の通気が自由となり、空気層の膨張や収縮における両部材の変形による影響を最小限にする光学装置を開示する。
【特許文献１】特開２００４−２８８３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、微細構造による回折効果や構造性複屈折効果を有する光学素子を製作する場合、微細構造を有する２枚の部材を張り合わせる構成が考えられるが、この場合、液晶素子とは異なり、微細構造を有するものであるため、微細構造部の保護が必要となる。また、複数枚構成による微細構造の光学的効果の拡大や一枚当たりのアスペクト比を小さくし構造の作製の難易度を下げるといった新たに生じる問題点もある。
【０００４】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、微細構造を有する場合に周囲環境変化に対し強い状態を容易に得ることのできる組み合わせ光学素子を提供することを目的とする。また、かかる組み合わせ光学素子を製造コストがかからずに簡単に製造可能な組み合わせ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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による組み合わせ光学素子は、微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合するとともに、前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を設けたことを特徴とする。
【０００６】
この組み合わせ光学素子によれば、２つの部材を接合したとき各微細構造部が内部空間側に存在し、内部空間は通気孔で外部と連通するので、物理的接触や温度変化・湿度変化等の周囲環境変化があっても、周囲環境変化に対し強い状態を容易に得ることができる。
【０００７】
上記組み合わせ光学素子において前記２つの部材は、ともに回折光学素子であるか、ともに構造性複屈折素子であるか、または、両者の組み合わせである。
【０００８】
また、使用する波長帯域において遮光効果のある接着剤または接着シートを用いて前記接合による接合部が構成されることが好ましく、これにより、外部光による悪影響を抑えることができる。
【０００９】
また、前記通気孔は、前記微細構造の方向と平行、垂直または４５°の方向を向いていることが好ましく、組み合わせ光学素子を光学装置・機器に実装するときの目印にでき、組み立て製造に便利である。
【００１０】
また、前記２つの部材はスペーサを介して接合されるように構成できる。この場合、前記スペーサに前記通気孔を設けることができる。
【００１１】
また、前記スペーサと前記部材との間に前記通気孔を設けるようにしてもよい。また、前記２つの部材の少なくともいずれか一方の前記微細構造部以外の領域に前記通気孔を設けるようにしてもよい。また、前記微細構造はナノインプリント法にて形成されることができる。
【００１２】
本発明による組み合わせ光学素子の製造方法は、微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合する組み合わせ光学素子の製造方法であって、前記２つの部材を切り込みのある接着シートで接合することで、前記切り込みにより前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を形成することを特徴とする。
【００１３】
この組み合わせ光学素子の製造方法によれば、２つの部材を切り込みのある接着シートで接合するだけで、２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を組み合わせ光学素子に設けることができるので、通気孔のある組み合わせ光学素子を低コストで簡単に製造することができる。この場合、２つの部材の間にスペーサを配置し、２つの部材のいずれか一方とスペーサとを切り込みのある接着シートで接合するようにしてもよい。
【００１４】
本発明による別の組み合わせ光学素子の製造方法は、微細構造を有する２つの部材をそれらの微細構造部が向き合うようにして接合する組み合わせ光学素子の製造方法であって、前記部材の微細構造をインプリント法で形成する際に、その微細構造部以外の領域に孔を形成し、前記２つの部材を接合したとき、前記孔により前記２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔を形成することを特徴とする。
【００１５】
この組み合わせ光学素子の製造方法によれば、部材の微細構造と孔をインプリント法で同時に形成し、２つの部材を接合するだけで、その孔が２つの部材の間の内部空間と連通する通気孔となるので、通気孔のある組み合わせ光学素子を低コストで簡単に製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の組み合わせ光学素子によれば、微細構造を有する場合に周囲環境変化に対し強い状態を容易に得ることができる。また、本発明の組み合わせ光学素子の製造方法によれば、組み合わせ光学素子を製造コストがかからずに簡単に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による組み合わせ光学素子を概略的に示す縦断面図（ａ）及び図１（ａ）の組み合わせ光学素子をＢ−Ｂ線方向に切断して見た図である。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、組み合わせ光学素子１０は、微細な凹凸が周期的に形成された平面円形状の微細凹凸構造部１１ａを有する円形の第１の光学部材１１と、微細な凹凸が周期的に形成された平面円形状の微細凹凸構造部１２ａを有する円形の第２の光学部材１２とを、微細凹凸構造部１１ａと１２ａが互いに向き合うようにして配置し、リング状のスペーサ１３を介して接着剤や接着シート等により接合したものである。
【００１９】
スペーサ１３には単数の通気孔１４が形成されており、通気孔１４は組み合わせ光学素子１０の内部空間１５と連通している。また、微細凹凸構造部１１ａ，１２ａは、例えば公知のインプリント法により形成することができる。組み合わせ光学素子１０は、例えば、回折効果や構造性複屈折効果を有する回折格子や波長板等の光学素子として用いることができる。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）の組み合わせ光学素子１０によれば、２つの光学部材１１，１２を接合したとき各微細凹凸構造部１１ａ，１２ａが内部空間１５側に存在し、内部空間１５は通気孔１４で外部と連通するので、物理的接触があっても微細凹凸構造部１１ａ，１２ａの損傷を避けることができ、また、温度変化・湿度変化等があっても変形や結露等を抑えることができる。このように、図１の組み合わせ光学素子１０では、周囲環境変化があっても、周囲環境変化に対し強い状態を容易に得ることができる。
【００２１】
また、スペーサ１３は樹脂材料から構成できるが、スペーサ１３の材料や接合に用いる接着剤は、組み合わせ光学素子１０を使用する波長帯域において遮光効果のあるものを選択することで、外部光による悪影響を抑えることができる。
【００２２】
図１の組み合わせ光学素子１０の第１乃至第３変形例について図２乃至図４を参照して説明する。図２は、図１の組み合わせ光学素子の第１変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。図３は、図１の組み合わせ光学素子の第２変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。図４は、図１の組み合わせ光学素子の第３変形例を説明するための接着シートの平面図である。
【００２３】
図２の第１変形例は、図１（ａ）、（ｂ）のスペーサ１３に、複数の通気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを略等間隔に設けた組み合わせ光学素子であり、図１の組み合わせ光学素子１０と同様の効果を得ることができるとともに、複数の通気孔１４ａ〜１４ｄのいずれかが目詰まりを起こしても周囲環境変化に対し強い状態を維持することができる。
【００２４】
図３の第２変形例は、第２の光学部材１２の裏面１２ｂ（内部空間１５側）に多数の小さな点状の接着剤１６を光学部材１２の外周に沿って付けた状態で、第１の光学部材１１と張り合わせて接合した組み合わせ光学素子である。接合後の組み合わせ光学素子において点状の接着剤１６と１６との間に多数の通気孔１７が形成される。
【００２５】
図３の組み合わせ光学素子によれば、図１の組み合わせ光学素子１０と同様の効果を得ることができるとともに、多数の通気孔１７のいくつかが目詰まりを起こしても周囲環境変化に対し強い状態を維持することができる。
【００２６】
また、図３において接着剤１６の厚みで接着剤１６がスペーサの役割を果たすことができる場合は、図１のスペーサを省略できる。また、図１のスペーサ１３を用いる場合には、スペーサ１３と光学部材１２（または１１）との間に図３の点状の接着剤１６で多数の通気孔１７を形成するようにしてもよく、この場合、スペーサ１３の通気孔は省略できる。
【００２７】
図４の第３変形例は、両面が接着剤で接着面となったリング状の接着シート１８の一部に切り込み１８ａを予め形成しておき、この接着シート１８を第１の光学部材１１と第２の光学部材１２との間に挟んで光学部材１１，１２を接合した組み合わせ光学素子である。
【００２８】
図４の第３変形例によれば、図１の組み合わせ光学素子１０と同様の効果を得ることができるとともに、２つの光学部材１１，１２を接合するだけで、接着シート１８の切り込み１８ａが通気孔となるので、製造コストがかからずに簡単に製造することができる。
【００２９】
また、図４の接着シート１８が図１のスペーサの役割を果たすことができる場合は、図１のスペーサを省略できる。また、図１のスペーサ１３を用いる場合には、スペーサ１３と光学部材１２（または１１）との間に図４の接着シート１８を配置することで通気孔を形成するようにしてもよく、この場合、スペーサ１３の通気孔は省略できる。
【００３０】
図１の組み合わせ光学素子１０の第４乃至第６変形例について図５乃至図７を参照して説明する。図５は、図１の組み合わせ光学素子の第４変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。図６は、図１の組み合わせ光学素子の第５変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。図７は、図１の組み合わせ光学素子の第６変形例を説明するための接着シートの平面図である。
【００３１】
図５〜図７の第４〜第６変形例は、光学部材の平面上に通気孔を設けたものである。即ち、図５の第４変形例は、図１の光学部材１２の微細凹凸構造部１２ａ以外の平面領域に単数の通気孔１９を設けた組み合わせ光学素子である。通気孔１９を通る直径方向と直交する方向が微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐと一致するようになっている。
【００３２】
また、図６の第５変形例は、図１の光学部材１２の微細凹凸構造部１２ａ以外の平面領域に２つの通気孔１９ａと１９ｂとを中心の微細凹凸構造部１２ａを挟んで設けた組み合わせ光学素子である。通気孔１９ａと１９ｂとを結ぶ直線と直交する方向が微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐと一致するようになっている。
【００３３】
また、図７の第６変形例は、図１の光学部材１２の微細凹凸構造部１２ａ以外の平面領域に４つの通気孔１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆを中心の微細凹凸構造部１２ａの周囲にほぼ９０度間隔に設けた組み合わせ光学素子である。通気孔１９ｃと１９ｅとを結ぶ直線と直交する方向が微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐと一致し、通気孔１９ｄと１９ｆとを結ぶ直線と平行な方向が微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐと一致するようになっている
【００３４】
図５〜図７の第４〜第６変形例によれば、図１の組み合わせ光学素子１０と同様の効果を得ることができるとともに、各通気孔１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆの位置で、微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐを簡単に知ることができ、微細凹凸構造の方向が組み合わせ光学素子を光学装置・機器に実装するときの目印になり、組み立て製造に便利である。
【００３５】
また、例えば、図６の破線で示すように、通気孔１９ａと１９ｂとを結ぶ直線が微細凹凸構造部１２ａの溝が延びる方向Ｐに対し４５度傾いた方向と一致するようにしてもよい。
【００３６】
なお、図５乃至図７の組み合わせ光学素子は、図１のようなスペーサを省略し、接着剤や接着シートでスペーサを構成するようにしてもよい。
【００３７】
次に、図５〜図７のような組み合わせ光学素子を製造する際に適用して好ましい製造方法について図８を参照して説明する。図８は図５のような通気孔を有する組み合わせ光学素子を製造する工程（ａ）乃至（ｆ）を示す図であり、工程（ｆ）のときの光学部材の平面図（ｇ）及び工程（ｆ）で完成した組み合わせ光学素子をＨ−Ｈ線方向に切断して見た図（ｈ）である。
【００３８】
まず、図１（ｂ），図５の微細凹凸構造部１２ａと対応する微細凹凸構造部５０ａ及び図５の貫通孔１９と対応する突状部５０ｂとがシリコン基材に形成された成型金型５０を所定の温度に加熱する（ａ）。
【００３９】
次に、成型金型５０を保持部材５２上に固定されて保持された樹脂材５１に対しプレスすることで（ｂ）、成型金型５０の微細凹凸構造部５０ａを樹脂材５１の被転写面に転写するとともに、突状部５０ｂにより樹脂材に貫通孔を形成する（ｂ）。
【００４０】
次に、成型金型５０を所定の温度に冷却し樹脂材５１から離型することで、微細凹凸構造部１２ａと貫通孔である通気孔１９が形成された樹脂材５１を得ることができる（ｃ）。この樹脂材５１を図８（ｇ）の光学部材１２とし（ｄ）、同様の成型金型から成形された光学部材１１と組み合わせ、スペーサ１３を挟んで光学部材１１と１２とを接合する（ｅ）。
【００４１】
以上のようにして、第１の光学部材１１と、通気孔１９を形成した第２の光学部材１２とを接合することで、図８（ｈ）のような組み合わせ光学素子１０’を得ることができる（ｆ）。
【００４２】
図８の組み合わせ光学素子の製造方法によれば、光学部材１２の微細構造１２ａと孔１９をインプリント法で同時に形成し、２つの光学部材１１，１２を接合するだけで、その孔が２つの光学部材１１，１２の間の内部空間１５と連通する通気孔１９となるので、通気孔１９のある組み合わせ光学素子を低コストで簡単に製造することができる。なお、図６，図７のような複数の通気孔を有する組み合わせ光学素子も図８と同様にして低コストで簡単に製造できる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態及び各変形例によれば、微細構造による回折効果や構造性複屈折効果を有する回折格子や波長板等の光学素子を製造する場合、微細構造部を内側にして２枚の光学部材を張り合わせて接合した組み合わせ光学素子により、微細構造部の保護、複数枚構成による微細構造の光学的効果の拡大、または、一枚当たりのアスペクト比を小さくし微細構造の作製の難易度を下げるなどの目的を達成することができ、しかも、単に張り合わせた場合と比較して周囲環境変化に強い状態を容易に得ることができる。
【００４４】
特に、単に張り合わせた光学素子において通気孔がない場合、(1)周囲との温度交換が無いため、周囲の温度環境が変化した場合、内部で結露を生じる可能性があり、(2)周囲の環境が変わった場合、密閉部の気体の体積変化により、微小な変形が起こり、収差を発生させる恐れがあり、(3)光学素子の表面（外側）にＡＲ（反射防止）層などのコーティングのために蒸着などの真空環境下でコートを行うと、光学素子の膨張、破裂により形状を維持できず、最終形態でのコーティングができない、といった問題点があるが、本実施の形態や各変形例のように通気孔を設けることでこれらの問題点を解消できる。
【００４５】
また。単に張り合わせた光学素子を真空密閉すると、(4)材料によっては形状を保持できず、内側の微細構造同士が接触し構造自体が破壊される恐れがあり、(5)特に、軽量かつ小スペース化に伴い、薄い材料を使う場合にはより構造破壊の危険性が増すといった問題点があるが、本実施の形態や各変形例のように通気孔を設けることでこれらの問題点を解消できる。
【００４６】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１〜図８の組み合わせ光学素子は、平面が円形状であったが、正方形状や長方形状としてもよいことは勿論である。
【００４７】
また、図１（ａ）において、微細凹凸構造部を有する第３の光学部材をその微細凹凸構造部が第１または第２の光学部材側に向くように更に配置し、その内部空間と連通する通気孔を設けるようにして組み合わせ光学素子を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態による組み合わせ光学素子を概略的に示す縦断面図（ａ）及び図１（ａ）の組み合わせ光学素子をＢ−Ｂ線方向に切断して見た図である。
【図２】図１の組み合わせ光学素子の第１変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。
【図３】図１の組み合わせ光学素子の第２変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。
【図４】図１の組み合わせ光学素子の第３変形例を説明するための接着シートの平面図である。
【図５】図１の組み合わせ光学素子の第４変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。
【図６】図１の組み合わせ光学素子の第５変形例を示す図１（ｂ）と同様の図である。
【図７】図１の組み合わせ光学素子の第６変形例を説明するための接着シートの平面図である。
【図８】図５のような通気孔を有する組み合わせ光学素子を製造する工程（ａ）乃至（ｆ）を示す図であり、工程（ｆ）のときの光学部材の平面図（ｇ）及び工程（ｆ）で完成した組み合わせ光学素子をＨ−Ｈ線方向に切断して見た図（ｈ）である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 光学素子
１１ 第１の光学部材
１１ａ 微細凹凸構造部
１２ 光学部材
１２ａ 微細凹凸構造部
１２ｂ 裏面
１３ スペーサ
１４ 通気孔
１４ａ〜１４ｄ 通気孔
１５ 内部空間
１６ 点状の接着剤
１７ 通気孔
１８ 接着シート
１８ａ 切り込み
１９ 通気孔、貫通孔
１９ａ，１９ｂ 通気孔
１９ｃ〜１９ｄ 通気孔
５０ 成型金型
５０ａ 微細凹凸構造部
５０ｂ 突状部
５１ 樹脂材
Ｐ 微細凹凸構造の方向
【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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