(57)【要約】【課題】幅広い波長領域に対応した光学素子または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない光学素子、および該光学素子を容易に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】光学機能を有する弾性体からなる膜２０と、基板４０上に、膜２０と接合する櫛形アクチュエータ３０が設けられた膜変形手段とを有する光学素子１０；膜２０を射出成形、キャスト法またはインプリント法で形成すると同時に膜変形手段の櫛形アクチュエータ３０と接合させる光学素子１０の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子。
【請求項２】
前記弾性体が、フッ素ゴムである、請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記膜が、光が入射する面に１０μｍ以下の周期の周期構造を有する、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記周期構造が、微細凹凸構造である、請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記膜が、レンズ構造を有する、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項６】
光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、
前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、
弾性体を溶剤に溶かした弾性体溶液を、前記膜変形手段に接するように、前記下型上に導入する工程と、
前記膜の形状に対応した上型を前記弾性体溶液に押しあてる工程と、
前記弾性体溶液の溶剤を蒸発させて弾性体からなる膜とする工程と、
下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程と
を有する光学素子の製造方法。
【請求項７】
光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、
前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、
液状の弾性体原料を、前記膜変形手段に接するように、前記下型上に導入する工程と、
前記膜の形状に対応した上型を前記弾性体原料に押しあてる工程と、
前記弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、
下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程と
を有する光学素子の製造方法。
【請求項８】
光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、
前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、
前記膜変形手段上に、前記膜の形状に対応した上型を配置する工程と、
液状の弾性体原料を、前記下型、膜変形手段および上型に囲まれた空間に導入する工程と、
前記弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、
下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程と
を有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、光学機能を有する膜を変形させることによって光学特性を変化させうる光学素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細凹凸構造等を有する成形体は、波長フィルター、偏光板等の光学素子として有用である（特許文献１〜３）。
しかし、該成形体からなる光学素子は、特定の波長にしか対応できず、幅広い波長を１つの素子で対応できない問題を有する。
【０００３】
光学特性を変化させうる光学素子としては、２枚の凸レンズの間に弾性体を挟み込んだ焦点距離可変レンズ、２枚のレンズのうちの片方を弾性体にした焦点距離可変レンズが知られている（特許文献４、５）。
しかし、該焦点距離可変レンズは、レンズ全体が弾性体でできていないため、弾性体を変形させた場合に、弾性体部分と非弾性体部分との間に歪が生じる等の問題を有する。
【特許文献１】特開平５−１２７１３２号公報
【特許文献２】特開２００５−９７３７１号公報
【特許文献３】特開２００５−１６４８５９号公報
【特許文献４】特開昭６０−１７６０１７号公報
【特許文献５】特開昭６２−１４８９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、本発明の目的は、幅広い波長領域に対応した光学素子または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない光学素子、および該光学素子を容易に製造できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光学素子は、光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有することを特徴とする。
前記弾性体は、フッ素ゴムであることが好ましい。
前記膜は、光が入射する面に１０μｍ以下の周期の周期構造、またはレンズ構造を有することが好ましい。
前記周期構造は、微細凹凸構造であることが好ましい。
【０００６】
本発明の光学素子の製造方法は、光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、弾性体を溶剤に溶かした弾性体溶液を、前記膜変形手段に接するように、前記下型上に導入する工程と、前記膜の形状に対応した上型を前記弾性体溶液に押しあてる工程と、前記弾性体溶液の溶剤を蒸発させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の光学素子の製造方法は、光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、液状の弾性体原料を、前記膜変形手段に接するように、前記下型上に導入する工程と、前記膜の形状に対応した上型を前記弾性体原料に押しあてる工程と、前記弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学素子の製造方法は、光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有する光学素子の製造方法であって、前記膜の形状に対応した下型上に前記膜変形手段を配置する工程と、前記膜変形手段上に、前記膜の形状に対応した上型を配置する工程と、液状の弾性体原料を、前記下型、膜変形手段および上型に囲まれた空間に導入する工程と、前記弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学素子は、幅広い波長領域に対応できる、または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない。
本発明の光学素子の製造方法によれば、幅広い波長領域に対応できる、または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない光学素子を容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書においては、式（１）で表されるモノマーをモノマー（１）と記す。他の式で表されるモノマーも同様に記す。
【００１１】
＜光学素子＞
図１は、本発明の光学素子の一例を示す概略図である。光学素子１０は、長方形の膜２０と、該膜２０の四辺に接合する４つの櫛形アクチュエータ３０（膜変形手段）と、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０（膜変形手段）と、櫛形アクチュエータ３０と電気的に接続する電源４２と、電源４２を制御する制御部（図示略）とを具備するシステムである。
【００１２】
（膜）
膜２０は、光学機能を有する弾性体からなる膜である。
該光学機能は、たとえば、膜２０が、光が入射する面に１０μｍ以下の周期の周期構造、またはレンズ構造を有することにより発現される。
周期構造における周期を１０μｍ以下とすることにより、赤外〜紫外領域の波長の光に対応できる。周期構造とは、凹条、凸条、ピラー（柱）等の所定の形状が所定の周期で繰り返されている構造を意味する。
【００１３】
周期構造としては、凹条および／または凸条が所定の周期で繰り返し形成された微細凹凸構造、ピラーが所定の周期で繰り返し形成されたピラー構造等が挙げられる。図示例は、複数の凹条２１（溝）が、所定の周期で繰り返し形成された微細凹凸構造の例である。
【００１４】
微細凹凸構造の凸条または凹条の周期、すなわち、凸条の中心から隣の凸条の中心までの間隔、または凹条の中心から隣の凹条の中心までの間隔は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
凸条の幅は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。凹条（溝）の幅は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
凸条または凹条のアスペクト比（（高さまたは深さ）／幅）は、０．５以上であり、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上が特に好ましい。
【００１５】
ピラー構造のピラーの周期、すなわち、ピラーの中心から隣のピラーまでの間隔は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
ピラーの幅は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
ピラーのアスペクト比（高さ／幅）は、０．５以上であり、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上が特に好ましい。
【００１６】
凸条、凹条またはピラーの数は、光学機能を発現できる数であればよく、特に限定はされない。
また、凸条または凹条の断面形状としては、矩形、三角形、台形等が挙げられる。ピラーの形状は、矩形、三角形、台形、円柱等が挙げられる。
【００１７】
レンズ構造としては、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ等が挙げられる。レンズの直径は、５０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下が特に好ましい。
膜２０の膜厚は、０．１〜１００μｍが好ましい。
【００１８】
弾性体としては、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー；シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、天然ゴム等のゴム等が挙げられる。弾性体としては、ケイ素またはフッ素を含有する弾性体が好ましく、耐溶剤性の点からフッ素を含有する弾性体がより好ましく、フッ素ゴムが特に好ましい。
シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳと記す。）、その誘導体等が挙げられる。
【００１９】
フッ素系熱可塑性エラストマーは、フッ素ゴムからなるソフトセグメントと、フッ素樹脂からなるハードセグメントとから構成される熱可塑性エラストマーである。ソフトセグメントとしては、フッ化ビニリデン系フッ素ゴム（以下、ＦＫＭと記す。）等が挙げられる。ハードセグメントとしては、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等が挙げられる。フッ素系熱可塑性エラストマーは、ヨウ素原子を０．００５〜１．０質量％含むフッ素系熱可塑性エラストマーであってもよい。
【００２０】
フッ素ゴムとしては、ＦＫＭ、テトラフルオロエチレン−プロピレン系フッ素ゴム（以下、ＴＦＥ−Ｐと記す。）、パーフルオロフッ素ゴム、フロロシリコーンゴム、フルオロホスファゼン、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素ゴム等が挙げられる。
【００２１】
ＦＫＭとしては、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（メチルビニルエーテル）共重合体等が挙げられる。
ＴＦＥ−Ｐとしては、テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体等が挙げられる。
【００２２】
パーフルオロフッ素ゴムとしては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（メチルビニルエーテル）共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体等が挙げられる。
パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素ゴムは、パーフルオロエーテル骨格を有するポリマーである。パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素ゴムとしては、パーフルオロオキシエチレン鎖（−Ｏ−ＣＦ2ＣＦ2−）を有するポリマーが好ましく、モノマー（１）からなる構成単位を有するポリマーがより好ましく、モノマー（１−１）またはモノマー（１−２）からなる構成単位を有するポリマーが特に好ましい。
【００２３】
【化１】
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【００２４】
ただし、ｍは１〜６の整数であり、ｎは１〜３０の整数であり、Ｒ1 は、それぞれＨまたはＣＨ3 であり、Ａはｍ価の有機基である。
【００２５】
弾性体には、添加物が含まれていてもよい。添加物としては、フラーレン、フラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ誘導体、カーボンナノホーン、カーボンナノホーン誘導体、グラファイト、ダイアモンド微粒子、活性炭等の炭素化合物；二酸化珪素の微粒子、炭化珪素の微粒子、白金の微粒子、白金・ロジウムの微粒子、金の微粒子、チタンの酸化物の微粒子、アルミナの微粒子、ニッケルの微粒子、チタン酸バリウム（圧電材料）、強誘電体材料の微粒子、高屈折率にするための媒体等の無機微粒子；ガラス繊維等のフィラー；導電性高分子、前記以外のフッ素ポリマー、ポリイミド類、前記以外のシリコーン系ポリマー、ポリカーボネート、液晶分子、強誘電体材料、高屈折率媒体等有機化合物等が挙げられる。
【００２６】
（櫛形アクチュエータ）
櫛形アクチュエータ３０は、基板上に微小な機械要素、センサ、アクチュエータ、電気回路を集積してなるＭＥＭＳ （Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｏｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）に用いられる、公知のアクチュエータである。
櫛形アクチュエータ３０は、平面方向に移動できるように基板４０上に設けられ、かつ第１櫛歯３１および接合孔３２が形成された移動部３３と、基板４０上に固定され、かつ第１櫛歯３１に噛み合う第２櫛歯３４が形成された固定部３５とを具備して概略構成される。接合孔３２に膜２０の一部が侵入することにより、膜２０と櫛形アクチュエータ３０は接合される。
【００２７】
櫛形アクチュエータ３０の駆動原理は以下の通りである。
第１櫛歯３１と第２櫛歯３４との間に電圧を印加すると、互いの櫛歯を引き寄せようとする静電力が発生し、第１櫛歯３１が第２櫛歯３４の各歯の間に引き込まれ、移動部３３が固定部３５側に移動する。電圧印加を止めると、膜２０の弾性力によって移動部３３は元の位置に戻る。
【００２８】
（基板）
基板４０は、櫛形アクチュエータ３０を駆動させるために必要な電気回路、電子部品等が設けられたものであり、その中央には、必要に応じて、膜を配置するための穴４１が形成されている。
基板４０としては、公知のプリント配線板等が挙げられる。
【００２９】
（電源）
電源４２としては、直流を供給できる電源であればよく、各種電池、ＡＣアダプタ、直流電源装置等が挙げられる。電源４２は、櫛形アクチュエータ３０に印加される電圧を調節する変圧器等を有していてもよい。
【００３０】
（制御部）
制御部は、処理部とインターフェース部とを有して概略構成される。
インターフェース部は、電源４２と処理部との間を電気的に接続するものである。
処理部は、櫛形アクチュエータ３０への電圧の印加の開始・停止を制御し、印加される電圧を調節するものである。
処理部は、専用のハードウエアにより実現されるものであってもよく、メモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、制御部には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されていてもよい。入力装置としては、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等が挙げられ、表示装置としては、ＣＲＴ、液晶表示装置等が挙げられる。
【００３１】
光学素子１０は、複数の凹条２１からなる微細凹凸構造を有する弾性体からなる膜２０と、該膜２０の四辺に接合する櫛形アクチュエータ３０とを有しているため、櫛形アクチュエータ３０に電圧を印加して、櫛形アクチュエータ３０を駆動させることによって、図２（ｂ）に示すように膜２０が四方に伸び（変形し）、膜２０の変形に伴って、微細凹凸構造が拡がる（変形する）。また、櫛形アクチュエータ３０への電圧印加を止めると、膜２０の弾性力によって膜２０は図２（ａ）に示すように元の大きさに収縮し、微細凹凸構造も元の大きさに戻る。
【００３２】
（他の形態）
なお、本発明の光学素子は、図１の光学素子１０に限定はされず、たとえば、図３に示すように、膜２０の一辺が膜固定部２２にて基板４０に固定され、該辺に平行な他の辺に櫛形アクチュエータ３０が接合した光学素子１１であってもよく；図４に示すように、膜２０の一辺および該辺に平行な他の辺に櫛形アクチュエータ３０が接合した光学素子１２であってもよく；図５に示すように、膜２０の一辺および該辺に隣接する辺に櫛形アクチュエータ３０が接合し、残りの二辺が膜固定部２２にて基板４０に固定された光学素子１３であってもよい。光学素子１１〜１３においては、膜２０は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように変形する。
【００３３】
また、膜２０の形状は、図示例のような長方形に限定されず、丸形、三角形、六角形等、任意の形状であってもよい。
櫛形アクチュエータ３０以外の他の膜変形手段としては、カンチレバー、微小ピンセット、櫛形アクチュエータ以外のアクチュエータ、可動式の基板、膜に直接電圧を印可する電圧印可手段等が挙げられる。
【００３４】
以上説明した本発明の光学素子にあっては、光学機能を有する弾性体からなる膜と、該膜と接合する膜変形手段とを有するため、弾性体を膜変形手段によって変形させることができ、膜が有する光学機能を傾斜的に変えることができる。よって、幅広い波長領域に対応できる光学素子、または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない光学素子となる。
【００３５】
本発明の光学素子は、反射防止体、偏光素子、波長フィルター、干渉性光学変調素子、ＤＭＤ＋波長選択膜、スペックル低減素子、マイクロレンズアレイ、光導波路、光スイッチング、フレネルゾーンプレート、フォトニクス結晶、光ファイバーと導波路とのコネクタ等に利用できる。
本発明の光学素子は、膜の周期構造の周期を傾斜的に変えることができることから、使用可能な波長を変調できる１／４波長板、選択可能な波長を変化できる波長フィルターに好適である。
また、本発明の光学素子は、膜の厚さの変化に伴って透過率を傾斜的に変えることができることから、可変ミラー、可変ミラー式光スイッチ、可変ミラー式光ピックアップ、可変偏光素子、可変回折光学素子、可変ホログラム素子等に好適である。
また、本発明の光学素子は、焦点距離可変のマイクロレンズ、屈折率可変のマイクロレンズ等に好適である。
【００３６】
＜光学素子の製造方法＞
本発明の光学素子は、たとえば、（Ｉ）あらかじめ光学機能を有する弾性体からなる膜を作製した後、該膜と膜変形手段とを接合する方法、（II）弾性体からなる膜を形成すると同時に、膜と膜変形手段とを接合する方法等によって製造できる。（II）の方法における周期構造の形成は、膜を形成した後でもよく、膜を形成すると同時でもよい。光学素子の製造方法としては、微小な光学素子を容易に製造できる点で、（II）の方法が好ましい。
【００３７】
（（Ｉ）の方法）
光学機能を有する弾性体からなる膜の作製方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
（ｉ）平板等の下型上に弾性体からなる膜を形成し、その上にレジスト材料を塗布したあと、フォトマスク越しに塗膜に電子線または紫外線を照射し、現像した後に、さらにエッチングを行い、弾性体からなる膜に周期構造を形成する方法。
（ii）平板等の下型上に弾性体からなる膜を形成し、その上にマスク越しにエッチングに耐えうる材料を塗布した後、エッチングを行い弾性体からなる膜に周期構造を形成し、ついでエッチングに耐えうる材料を除去する方法。
（iii)膜の形状に対応した型に弾性体を充填する射出成形法。
（iv）キャスト法。
（ｖ）インプリント法。
【００３８】
（iv）の方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
（iv−１）弾性体を溶媒に溶かした弾性体溶液を、膜の形状に対応した型に流し込み、溶剤を蒸発させて乾固させる方法。
（iv−２）光で硬化可能な液状の弾性体原料を、膜の形状に対応した型に流し込み、弾性体原料に光を照射し、弾性体原料を硬化させる方法。
（iv−３）熱で硬化可能な液状の弾性体原料を、膜の形状に対応した型に流し込み、弾性体原料を加熱し、弾性体原料を硬化させる方法。
【００３９】
（ｖ）の方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
（ｖ−１）光で硬化可能な液状の弾性体原料を平板等の下型に塗布した後、周期構造に対応するパターンを有する上型を塗膜に押しあて、塗膜に光を照射し、弾性体原料を硬化させる方法。
（ｖ−２）熱で硬化可能な液状の弾性体原料を平板等の下型に塗布した後、周期構造に対応するパターンを有する上型を塗膜に押しあて、塗膜を加熱して弾性体原料を硬化させる方法。
（ｖ−３）熱可塑性のエラストマーからなる膜に、該熱可塑性エラストマーの軟化温度以上に加熱した、周期構造に対応するパターンを有する型を押しあてる方法（ホットエンボス法）。
【００４０】
（iv−２）および（ｖ−１）の場合、弾性体原料としては、光照射後にゴム弾性を示す材料を用いる必要があり、弾性体を構成するモノマーに光重合開始剤を混合したものを用いる。
（iv−３）および（ｖ−２）の場合、弾性体原料としては、加熱後にゴム弾性を示す材料を用いる必要があり、弾性体を構成するモノマーに熱重合開始剤または架橋剤（加硫剤）を混合したもの、または物理的に架橋させることでゴム弾性を発現する材料を用いる。
（ｖ−３）の場合、弾性体としては、ゴム弾性を示す熱可塑性エラストマーを用いる必要がある。
【００４１】
膜と膜変形手段とを接合する方法としては、膜と膜変形手段とを接着剤により接着する方法；膜を膜変形手段に圧着する方法；膜および膜変形手段に形成された孔にピラー（柱）をかます方法；膜を、膜変形手段に設けられた２枚の板で挟み込む方法；静電気等を用いて膜と膜変形手段とを電気的に接着する方法等が挙げられる。
【００４２】
（（II）の方法）
（II）の方法においては、膜を形成すると同時に、膜と膜変形手段とを接合する必要がある。そのため、弾性体からなる膜の作製方法としては、弾性体溶液または液状の弾性体原料を用いる方法が好ましい。該方法としては、上述の（iii)膜の形状に対応した型に弾性体を充填する射出成形法、（iv）キャスト法および（ｖ）インプリント法が挙げられる。
【００４３】
（II）の方法としては、微小な光学素子を容易に製造できる点で、以下の３つの方法が特に好ましい。
（II−１）膜の形状に対応した下型上に膜変形手段を配置する工程と、弾性体を溶剤に溶かした弾性体溶液を、膜変形手段に接するように、下型上に導入する工程と、膜の形状に対応した上型を弾性体溶液に押しあてる工程と、弾性体溶液の溶剤を蒸発させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有する方法。
【００４４】
（II−２）膜の形状に対応した下型上に膜変形手段を配置する工程と、液状の弾性体原料を、膜変形手段に接するように、下型上に導入する工程と、膜の形状に対応した上型を弾性体原料に押しあてる工程と、弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有する方法。
【００４５】
（II−３）膜の形状に対応した下型上に膜変形手段を配置する工程と、膜変形手段上に、膜の形状に対応した上型を配置する工程と、液状の弾性体原料を、下型、膜変形手段および上型に囲まれた空間に導入する工程と、弾性体原料を光または熱で固化させて弾性体からなる膜とする工程と、下型および上型を、膜および膜変形手段から分離する工程とを有する方法。
【００４６】
（II−１）〜（II−３）の方法において、周期構造を有する膜を形成する場合は、たとえば、下型として平板を用い、上型として周期構造に対応したパターンを有する型を用いればよい。また、レンズ構造を有する膜を形成する場合は、たとえば、下型および上型として、レンズの形状に対応した凹面または凸面を有する型を用いればよい。
以下、（II−１）〜（II−３）の方法を、図を参照しながら詳しく説明する。
【００４７】
（（II−１）の方法）
まず、図７（ａ）に示すように、平板状の下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０（膜変形手段）を配置する。
ついで、図７（ｂ）に示すように、弾性体溶液６０を、櫛形アクチュエータ３０の移動部（図示略）に接するように、下型５０上に導入する。
ついで、図７（ｃ）に示すように、複数の凸条７１を有する上型７０を弾性体溶液６０に押しあてる。
ついで、弾性体溶液６０から溶剤を蒸発させ、弾性体溶液６０を乾固させて弾性体からなる膜２０とする。
ついで、図７（ｄ）に示すように、上型７０を膜２０から分離し、図７（ｅ）に示すように、下型５０を膜２０および基板４０から分離する。
以上のようにして、光が入射する面に所定の周期で複数の凹条２１が形成された微細凹凸構造を有する膜２０と、膜２０と接合する櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０とを有する光学素子を得る。
【００４８】
下型５０としては、ガラス板、シリコンウエハ、樹脂板、樹脂フィルム、金属板等が挙げられる。
上型７０の凸条７１の周期は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
凸条７１の幅は、光学素子としての機能を発揮させる点から、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。
凸条７１のアスペクト比（（高さまたは深さ）／幅）は、０．５以上であり、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上が特に好ましい。
【００４９】
なお、膜２０に凸条を形成させる場合は、該凸条に対応する凹条（溝）を有する上型を用いる。該凹条の周期は、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。凹条の幅は、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。凹条のアスペクト比（（高さまたは深さ）／幅）は、０．５以上であり、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上が特に好ましい。
【００５０】
また、膜２０にピラーを形成させる場合は、該ピラーに対応する孔を有する上型を用いる。該孔の周期は、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。孔の直径は、１０μｍ以下であり、５μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下が特に好ましい。孔のアスペクト比（深さ／幅）は０．５以上であり、３以上が好ましく、５以上がより好ましく、７以上が特に好ましい。
【００５１】
弾性体溶液６０としては、弾性体を溶剤に溶かした溶液が挙げられる。
弾性体としては、上述の熱可塑性エラストマー、ゴム等が挙げられる。
溶剤としては、弾性体が溶解するものであればよく、メチルアミルケトン、酢酸エチル、キシレン、フッ素系溶剤、ヘキサン等のアルカン類等が挙げられる。特に沸点が７５℃〜２００℃の溶剤が好ましい。沸点が低すぎると、弾性体溶液を上型上に導入するときに溶剤が揮発してしまい、塗布ムラが生じるおそれがある。また、沸点が高すぎると、溶剤が揮発しにくくなり、膜の形成に時間がかかるおそれがある。また、沸点が１００℃付近（８０〜１２０℃）の溶剤と沸点が１６０℃付近（１４０〜１８０℃）の溶剤を混合して用いることもできる。溶剤の量は、弾性体１００質量部に対して１００質量部以上が好ましく、２００〜１０００質量部がより好ましい。溶剤の量が１００質量部未満では弾性体が充分に溶解しないおそれがあり、１０００質量部を超えると、蒸発乾固に時間がかかり生産性が悪くなるおそれがある。
【００５２】
弾性体溶液６０には、上述の炭素化合物、無機微粒子、フィラー、有機化合物等の添加物が含まれていてもよい。
弾性体溶液６０の溶剤を蒸発させる方法としては、加熱する方法、または、真空もしくは気流中に放置する方法が挙げられる。
【００５３】
（（II−２）の方法）
（II−２）の方法は、以下の点を除いて（II−１）の方法と同様に行うことができる。
弾性体溶液６０の代わりに液状の弾性体原料６２を用いる点。
図７（ｃ）にて上型７０を液状の弾性体原料６２に押しあてた後に、光照射または加熱によって液状の弾性体原料６２を硬化させて弾性体からなる膜２０とする点。
【００５４】
下型５０、上型７０としては、（II−１）の方法において挙げられたものと同様のものが挙げられる。
液状の弾性体原料６２としては、光または熱で硬化可能な液状の弾性体原料等が挙げられる。
【００５５】
光で硬化可能な液状の弾性体原料としては、弾性体を構成するモノマーに光重合開始剤および必要に応じて光増感剤を混合したものが挙げられる。
熱で硬化可能な液状の弾性体原料としては、弾性体を構成するモノマーに熱重合開始剤または架橋剤（加硫剤）を混合したものが挙げられる。
【００５６】
モノマーとしては、たとえば、ジメトキシジメチルシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジエトキシジメチルシラン等のケイ素を含有するモノマー；パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、上述のモノマー（１）、α―トリフルオロメチルアクリレート、トリデカフルオロオクチルアクリレート等のフッ素を含有するモノマー等が挙げられ、上述のモノマー（１）等のパーフルオロオキシエチレン鎖（−Ｏ−ＣＦ2ＣＦ2−）を有するモノマーが特に好ましい。
【００５７】
液状の弾性体原料６２には、モノマー（１）とともに、含フッ素モノアクリレートまたは含フッ素モノメタクリレート（以下、モノマー（２）と記す。）を加えることが好ましい。モノマー（１）のみでは開始剤の溶解度が低くなるために塗布時に膜ムラが生じやすくなるからである。モノマー（１）とモノマー（２）との割合（質量比）は４０：６０〜８０：２０が好ましい。４０：６０よりもモノマー（１）の割合が少ないと弾性を発現しなくなるおそれがあり、８０：２０よりもモノマー（１）の割合が多いと開始剤の溶解度が低下して塗布時に膜ムラが生ずるおそれがある。
【００５８】
モノマー（２）としては下記のものが挙げられる。
ＣＨ2＝ＣＲ2−ＣＯＯ−ＣＨ2−Ｒｆ  ・・・（２−１）、
ＣＨ2＝ＣＲ2−ＣＯＯ−ＣＨ2ＣＨ2−Ｒｆ  ・・・（２−２）、
ＣＨ2＝ＣＲ2−ＣＯＯ−ＣＨ2ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2−Ｒｆ  ・・・（２−３）。
ただし、Ｒ2 は水素、メチル基、またはトリフルオロメチル基を表し、Ｒｆは−（ＣＦ2）aＨ、−（ＣＦ2）aＦ、または−（ＣＦ2）b−ＣＦ（ＣＦ3）2を表し、ａは１〜１０の整数を表し、ｂは０〜２の整数を表す。
【００５９】
光重合開始剤としては、紫外線によりラジカル反応またはイオン反応を引き起こす重合開始剤であればよく、ラジカル反応を引き起こす光重合開始剤が好ましい。ラジカル反応を引き起こす光重合開始剤としては、ビアセチル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル類（ベンゾインイソブチルエーテル等。）、ベンジルジメチルケタール、テトラメチルチウラムスルフィド、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシピバレート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサンソン、パーロイルＩＰＰ、フッ素系開始剤（パーフルオロ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド、パーフルオロベンゾイルパーオキシド等。）、２−メチルチオキサンソン、メチルベンゾイルフォーメート、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンジル−（ｏ−エトキシカルボニル）−α−モノオキシム、４−ジアルキルアミノアセトフェノン、メチル−ｏ−ベンゾイルベンゾエート、α−アシロキシムエーテル、１，１−ジメトキシ−１−フェニルアセトフェノン、含フッ素の光開始剤等が挙げられる。イオン反応を引き起こす光重合開始剤としては、アリルジアゾニウムフロロホウ酸塩等のアゾ化合物が挙げられる。
【００６０】
光重合開始剤の量は、モノマーの合計１００質量部に対して０．０５質量部以上が好ましく、０．１〜１０質量部がより好ましい。光重合開始剤の量が０．１質量部未満では、充分に硬化せずにモノマーが残存するおそれがあり、１０質量部を超えると、弾性体の分子量が上がらずに機械特性が損なわれるおそれがある。
【００６１】
光増感剤としては、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ブチルホスフィン、アリルチオ尿素、ｓ−ベンジスイソチウロニウム−ｐ−トルエンスルフィネート、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレート、トリエチレンテトラミン、４，４’−ビス（ジアルキルアミノ）ベンゾフェノン等のアミン化合物が挙げられる。
光増感剤の量は、光重合開始剤に対して０〜４当量が好ましく、０〜２当量がより好ましい。光増感剤の量が４当量よりも多いと、弾性体の分子量が上がらずに機械的特性が損なわれるおそれがある。
【００６２】
熱重合開始剤としては、熱によりラジカル反応またはイオン反応を引き起こす重合開始剤であればよい。フッ素を含有するモノマーの場合、過酸化物の重合開始剤が特に好ましく、熱重合開始剤にフッ素が含まれていてもよい。ケイ素を含有するモノマーの場合、白金化合物、ジルコニウム化合物等の金属触媒が特に好ましい。
【００６３】
架橋剤としては、熱を加えることでポリマーを架橋してゴム弾性を発現させるものであればよく、硫黄、含硫黄化合物、有機過酸化物、金属酸化物、有機アミン化合物等が挙げられる。
液状の弾性体原料６２には、上述の炭素化合物、無機微粒子、フィラー、有機化合物等の添加物が含まれていてもよい。
【００６４】
液状の弾性体原料６２を固化させる方法としては、紫外線で硬化可能な液状の弾性体原料の場合は、紫外線照射が挙げられ、熱で硬化可能な液状の弾性体原料の場合は、加熱が挙げられる。
【００６５】
（（II−３）の方法）
まず、図８（ａ）に示すように、平板状の下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０（膜変形手段）を配置し、さらに櫛形アクチュエータ３０上に、複数の凸条７１を有する上型７０を配置する。
ついで、図８（ｂ）に示すように、液状の弾性体原料６２を、下型５０、基板４０、櫛形アクチュエータ３０および上型７０に囲まれた空間に導入する。
ついで、光照射または加熱によって液状の弾性体原料６２を硬化させて弾性体からなる膜２０とする。
ついで、図８（ｃ）に示すように、上型７０を膜２０から分離し、図８（ｄ）に示すように、下型５０を膜２０および基板４０から分離する。
以上のようにして、光が入射する面に所定の周期で複数の凹条２１が形成された微細凹凸構造を有する膜２０と、膜２０と接合する櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０とを有する光学素子を得る。
【００６６】
下型５０、上型７０としては、（II−１）の方法において挙げられたものと同様のものが挙げられる。
液状の弾性体原料６２としては、（II−２）の方法において挙げられたものと同様のものが挙げられる。
また、液状の弾性体原料６２の代わりに弾性体そのものを加熱して流動性を持たせたものを用いてもよい。この際、下型５０、基板４０、櫛形アクチュエータ３０および上型７０に囲まれた空間を真空状態にすることで泡の混入を抑制できる。
【００６７】
また、下型５０および上型７０として、レンズの形状に対応した凹面または凸面を有する型を用いることにより、レンズ構造を有する膜２０を形成できる。
以下、レンズ構造を有する膜２０を有する光学素子の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、図９（ａ）に示すように、凸レンズの形状に対応した凹面を有する下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０（膜変形手段）を配置し、さらに櫛形アクチュエータ３０上に、凸レンズの形状に対応した凹面を有する上型７０を配置する。
ついで、図９（ｂ）に示すように、液状の弾性体原料６２を、下型５０、基板４０、櫛形アクチュエータ３０および上型７０に囲まれた空間に導入する。
ついで、光照射または加熱によって液状の弾性体原料６２を硬化させて弾性体からなる膜２０とする。
ついで、図９（ｃ）に示すように、上型７０を膜２０から分離し、下型５０を膜２０および基板４０から分離する。
以上のようにして、レンズ構造を有する膜２０と、膜２０と接合する櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０とを有する光学素子を得る。
【００６９】
以上説明した光学素子の製造方法にあっては、膜の形成と同時に、膜と膜変形手段とを接合できるため、幅広い波長領域に対応できる、または焦点距離を変えることができ、かつ歪みが少ない光学素子を容易に製造できる。また、光学機能を有する膜を、ＭＥＭＳに組み込むことが容易である。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００７１】
〔例１〕
まず、図７（ａ）に示すように、ガラス板の下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０を配置する。ついで、図７（ｂ）に示すように、フッ素ゴム（旭硝子社製のＴＦＥ−Ｐ、商品名：アフラス）（以下、フッ素ゴム１と記す。）の１．０ｇを酢酸エチルの３９．０ｇに溶解させた溶液を、櫛形アクチュエータ３０の移動部３３に接するように、下型５０上に導入する。ついで、図７（ｃ）に示すように、複数の凸条７１を有する上型７０（凸条の幅：約０．２７５μｍ、凹条の幅：約０．１２５μｍ、凸条の高さ：約１．２００μｍのライン・アンド・スペース構造。）をフッ素ゴム１の溶液に押し当てる。ついで、溶液を蒸発乾固させてフッ素ゴム１からなる膜２０とした後、図７（ｄ）に示すように、上型７０を膜２０から分離する。ついで、図７（ｅ）に示すように、下型５０を膜２０および基板４０から分離して光学素子を得る。
該光学素子は、櫛形アクチュエータ３０を駆動させることにより、４００から１２００ｎｍまでの幅広い波長領域で位相差のほぼ一定な１／４波長板として機能する。
【００７２】
〔例２〕
ＨＯ（ＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ）9 Ｈの２５ｇを用いる以外は、国際公開第０４／０３５６５６号パンフレットに記載の方法にしたがって、ＣＨ3 ＯＣ（Ｏ）ＣＦ2 Ｏ（ＣＦ2 ＣＦ2 Ｏ）7 ＣＦ2 Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3 の２６．２ｇを得た。
ついで、撹拌子を備えた、窒素ガス置換された丸底フラスコ（内容積３００ｍＬ）に、ＣＨ3 ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ3 の３０ｇ、ジクロロペンタフルオロプロパン（以下、Ｒ−２２５と記す。）の５０．０ｇおよびＮａＢＨ4 の９ｇを入れた。フラスコの内温を２５℃に保持しながら、 ＣＨ3 ＯＣ（Ｏ）ＣＦ2 Ｏ（ＣＦ2 ＣＦ2 Ｏ）7 ＣＦ2 Ｃ（Ｏ）ＯＣＨ3 の２６．２ｇをＲ−２２５の３０ｇで希釈した溶液を、フラスコに滴下しながらフラスコ内を撹拌した。滴下終了後、フラスコの内温を２５℃に保持しながら、さらに８時間、激しく撹拌した。
【００７３】
ついで、フラスコに真空ポンプおよび冷却管を接続して、フラスコ内を減圧し、溶媒を留去した。
ついで、フラスコにＲ−２２５の１００ｇを投入してから、０．２ｍｏｌ／Ｌの塩酸の５００ｇを滴下しながら撹拌した。滴下終了後、さらに６時間、撹拌すると、有機層と水層とに分離した溶液を得た。
得られた有機層を、蒸留水の５００ｇで３回水洗してから、硫酸マグネシウムで乾燥し、さらに濃縮して濃縮物を得た。濃縮物をＮＭＲで分析した結果、ＨＯＣＨ2 ＣＦ2 Ｏ（ＣＦ2 ＣＦ2 Ｏ）7 ＣＦ2 ＣＨ2 ＯＨの生成を確認した。
【００７４】
濃縮物の１４ｇをＲ−２２５の２００ｇに溶解させた溶液に、Ｎａ2 ＣＯ3 の１０ｇおよび１，４−ジヒドロキノンの５３ｍｇを加えた。
ついで、ＣＨ2 ＝ＣＨＣＯＣｌの１１．２ｇを加えて、２５℃で７日間、撹拌して反応粗液を得た。反応粗液をろ過し、濃縮して淡黄色の液体の１７．５ｇを得た。該液体をカラムクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン／酢酸エチル）で精製して無色の液体の７．２ｇを得た。液体をＮＭＲにより分析した結果、モノマー（１−３）の生成を確認した。
ＣＨ2＝ＣＨＣ（Ｏ）ＯＣＨ2ＣＦ2（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）7ＣＦ2ＣＨ2 ＯＣ（Ｏ）ＣＨ＝ＣＨ2 ・・・（１−３）。
【００７５】
モノマー（１−３）の０．８ｇ、モノマー（２−４）の０．５ｇ、光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、商品名：イルガキュア  ６５１）の０．０５ｇをよく混合し、さらに触媒化成工業社製シリカ被覆チタニアゾルの２０質量％のメチルエチルケトン懸濁溶液の０．０１ｇを加えよく混合し、紫外線硬化樹脂液を得る。
ＣＨ2 ＝ＣＨＣ（Ｏ）ＯＣＨ2 ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2 （ＣＦ2 ）4 Ｆ ・・・（２−４）。
【００７６】
まず、図８（ａ）に示すように、ガラス板の下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０を配置し、さらに櫛形アクチュエータ３０上に、複数の凸条７１を有する上型７０（凸条の幅：約０．２７５μｍ、凹条の幅：約０．１２５μｍ、凸条の高さ：約１．２００μｍのライン・アンド・スペース構造。）を配置する。ついで、図８（ｂ）に示すように、紫外線硬化樹脂液を、下型５０、基板４０、櫛形アクチュエータ３０および上型７０に囲まれた空間に導入する。ついで、窒素雰囲気下で紫外線を１分間照射することで紫外線硬化樹脂液を硬化させて、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素ゴムからなる膜２０とした後、図８（ｃ）に示すように、上型７０を膜２０から分離する。ついで、図８（ｄ）に示すように、下型５０を膜２０および基板４０から分離して光学素子を得る。
該光学素子は、櫛形アクチュエータ３０を駆動させることにより、４００から１２００ｎｍまでの幅広い波長領域で位相差のほぼ一定な１／４波長板として機能する。
【００７７】
〔例３〕
まず、図９（ａ）に示すように、凸レンズの形状に対応した凹面（直径０．８ｍｍ、焦点距離１．８ｍｍの凸レンズの、凸部先端からレンズの厚さの１／３のところまでの曲面を反転させた形状。）を有する下型５０上に、櫛形アクチュエータ３０が設けられた基板４０を配置し、さらに櫛形アクチュエータ３０上に、下型５０と同じ形状の上型７０を配置する。ついで、図９（ｂ）に示すように、紫外線硬化樹脂液を、下型５０、基板４０、櫛形アクチュエータ３０および上型７０に囲まれた空間に導入する。ついで、窒素雰囲気下で紫外線を１分間照射することで紫外線硬化樹脂液を硬化させて、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素ゴムからなる膜２０とした後、図９（ｃ）に示すように、上型７０を膜２０から分離し、下型５０を膜２０および基板４０から分離して光学素子を得る。
該光学素子は、櫛形アクチュエータ３０を駆動させることにより、焦点距離を１．５〜２．０ｍｍに変えることができるマイクロレンズとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の光学素子は、可変型の光学素子（反射防止構造、偏光素子、波長フィルター、干渉性光学変調素子、ＤＭＤ＋波長選択膜、スペックル低減素子、マイクロレンズアレイ、光導波路、光スイッチング、フレネルゾーンプレート、フォトニクス結晶、光ファイバーと導波路とのコネクタ等。）として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光学素子の一例を示す概略図である。
【図２】図１の光学素子における膜の変形の様子を示す概略図である。
【図３】本発明の光学素子の他の例を示す概略図である。
【図４】本発明の光学素子の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明の光学素子の他の例を示す概略図である。
【図６】図３〜５の光学素子における膜の変形の様子を示す概略図である。
【図７】本発明の光学素子の製造方法の一例を説明するため概略断面図である。
【図８】本発明の光学素子の製造方法の他の例を説明するため概略断面図である。
【図９】本発明の光学素子の製造方法の他の例を説明するため概略断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  光学素子
１１  光学素子
１２  光学素子
１３  光学素子
２０  膜
３０  櫛形アクチュエータ（膜変形手段）
４０  基板（膜変形手段）
５０  下型
６０  弾性体溶液
６２  液状の弾性体原料
７０  上型
【図１】
2007279202.tif 000004
【図２】
2007279202.tif 000005
【図３】
2007279202.tif 000006
【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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