(57)【要約】【課題】光学素子の製造方法において、曲率を有する光学面を有する光学素子の光学面に複数の凹凸形状による微細構造を精度よく形成することができるようにする。【解決手段】凸レンズ面１ａに沿って配置された複数の凹凸形状による反射防止部を備える光学素子の製造方法であって、弾性体からなる基体部５Ａの一表面に、反射防止部の凹凸形状を凸レンズ面１ａの接線方向に沿って伸長または圧縮し反転させた形状からなる成形面部を形成して、微細構造形成用型５を製作する型製作工程と、微細構造用形成用型５を湾曲させて、一表面を凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状に変形させることにより、成形面部を反射防止部が反転した形状に変形させる型変形工程と、凸レンズ面１ａを有するレンズ本体１の凸レンズ面１ａに成形用樹脂を塗布し、型変形工程で変形された成形面部５ｃ’を凸レンズ面１ａに押圧し、成形用樹脂を硬化させる成形工程と、を備える方法とする。【選択図】図２
2013105140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲率を有する光学面に沿って配置された複数の凹凸形状による微細構造を備える光学素子の製造方法であって、
弾性体からなる基体の一表面に、前記複数の凹凸形状を前記光学面の接線方向に沿って伸長または圧縮し反転させた形状からなる成形面部を形成して、微細構造形成用型を製作する型製作工程と、
前記微細構造用形成用型を湾曲させて、前記基体の一表面を前記光学面に実質的に沿う形状に変形させることにより、前記成形面部を前記複数の凹凸形状が反転した形状に変形させる型変形工程と、
前記光学面を有する光学素子本体の前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記型変形工程で変形された前記成形面部を前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、を備える
ことを特徴とする、光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記凹凸形状は、前記光学面において均一に分布している
ことを特徴とする、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記型製作工程では、
前記基体の一表面が平面からなる
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記型変形工程では、
前記微細構造形成用型を湾曲させる際に、前記基体の前記一表面と対向する反対側の表面の変形を規制するガイド面に、前記反対側の表面を密着させることにより湾曲させる
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記微細構造形成用型の前記基体は、厚さが一定の平板状部材からなり、
前記ガイド面は、前記光学面と相似形状の湾曲面からなる
ことを特徴とする、請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
曲率を有する被加工面に複数の凹凸形状からなる微細構造を形成する微細構造形成用型であって、
弾性体からなる基体と、
該基体の一表面に、前記複数の凹凸形状を前記光学面の接線方向に沿って伸長または圧縮し反転させた形状からなる成形面部と、を備える
ことを特徴とする、微細構造形成用型。
【請求項８】
前記基体の前記一表面が平面からなる
ことを特徴とする、請求項７に記載の微細構造形成用型。
【請求項９】
前記基体は、厚さが一定の平板状部材からなる
ことを特徴とする、請求項８に記載の微細構造形成用型。
【請求項１０】
前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造である
ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の微細構造形成用型。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の微細構造形成用型と、
該微細構造形成用型の前記基体の前記一表面と対向する反対側の表面の変形を規制するガイド面を有し、該ガイド面に前記反対側の表面を密着させた状態で、前記微細構造形成用型を保持する型保持部材と、を備える
ことを特徴とする、微細構造形成用型組立体。
【請求項１２】
前記ガイド面は、前記光学面と相似形状の湾曲面からなる
ことを特徴とする、請求項１１に記載の微細構造形成用型組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法、微細構造形成用型、および微細構造形成用型組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばカメラ等の撮像レンズのレンズ面には、ゴーストやフレアなどの不要光の映り込みを防止するため、反射防止膜が設けられている。
このようなレンズ等の光学素子の表面に設けられる反射防止膜としては、例えば、反射防止する光の波長に応じて高屈折率層と低屈折率層とを交互に適宜重ね合わせた多層薄膜が知られている。このような多層の反射防止膜は、真空蒸着やスパッタ等の真空プロセスによって形成されるが、膜厚が管理された薄膜を多層に設ける必要があるため、処理時間が長くなっていた。また真空プロセスは指向性が高いため、レンズ形状により、例えば中心部に対する外周部の凹凸量が大きくなるレンズの場合、中心部と外周部とで膜厚が変化する。このため、レンズ面全体にわたって均一な反射防止特性を有する反射防止膜を得ることができず、例えば、中心部に比べて外周部の反射防止特性が劣る反射防止膜になってしまう。
このような多層薄膜によらない反射防止構造体として、例えば、特許文献１に記載されたように、レンズ表面に三角錐や四角錐などを単位とする微細構造を形成し、レンズ表面の近傍で屈折率変化が生じるようにした反射防止構造体が知られている。
特許文献１では、三角柱が微小ピッチをあけて配列されたＸ線マスクを形成し、このＸ線マスクを介してレンズ上に塗布されたレジストにＸ線を露光して、レンズ表面に三角錐の微細構造を形成し、さらにＲＦドライエッチングを行うことにより、三角錐の微細構造をレンズ表面に転写して反射防止構造体を表面に有するマスタを形成する。次にこのマスタの形状を転写して電鋳プロセスによりＮｉ複製型を製造し、このＮｉ複製型を用いた成形によって、反射防止構造体を表面に有するレンズを製造する技術が記載されている。
また、光学素子の表面に微細構造を形成する技術ではないが、特許文献２には、ナノインプリント用スタンパ（微細構造形成用型）であって、光透過性硬質基板と、光透過性弾性体プレートと、光透過性で可撓性の硬質スタンパベースと、光透過性スタンパ緩衝層と、光透過性スタンプパターン層とから構成されており、前記スタンパ緩衝層のヤング率が前記スタンプパターン層のヤング率よりも低いことを特徴とするナノインプリント用スタンパが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１７８０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術には、以下の問題があった。
特許文献１に記載の技術では、反射防止構造体となる多数の突起を有する微細構造の形状が反転された成形型を用いて、反射防止構造を有するレンズを形成するため、多層薄膜を形成する場合に比べて、製造時間が短縮されるとともにレンズの表面に均一性の高い反射防止構造を作りやすい。
ところが、特許文献１の成形型は、光学素子を一体成形する金型であり、硬質のＮｉ複製型である。このため、予め曲率を有する光学面が形成された光学素子本体の光学面に微細構造を形成しようとすると、金型の製作誤差または光学面の加工誤差によって、金型が光学面に密着しない部分が発生して、反射防止構造体の形状が変化するため、反射防止特性が不均一になってしまうという問題がある。
一方、特許文献２に記載の技術のように、スタンパパターン層のヤング率よりも低いヤング率を有するスタンパ緩衝層を設けることで、スタンパパターン層が被転写基板の凹凸に追従して密着させることも考えられる。
しかし、特許文献２に記載の技術は、微小な反りや局所的な凹凸部を有するものの全体として略平面からなる被転写基板に微細構造を形成する技術であり、例えば、レンズのように、被転写対象となる光学面が全体として曲率を有している場合に適用すると、スタンパ緩衝層およびスタンパパターン層の変形量が大きくなり、スタンパパターン層が歪んだり破損したりするおそれがある。
また、スタンパの押圧時には、光学面の凹凸形状に応じて、スタンパパターン層が外周側（凹面の場合）または中心側（凸面の場合）から当たっていく。したがって、スタンパ緩衝層内に発生するひずみも外周部と中心部とでは異なるため、スタンパパターン層の変形量が外周部と中心部とでは異なるものである。このため、微細構造の形状やピッチが、光学面の外周部と中心部とで、変化し、これにより、反射防止特性が不均一になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、曲率を有する光学面を有する光学素子の光学面に複数の凹凸形状による微細構造を精度よく形成することができる光学素子の製造方法、微細構造形成用型、および微細構造形成用型組立体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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、曲率を有する光学面に沿って配置された複数の凹凸形状による微細構造を備える光学素子の製造方法であって、弾性体からなる基体の一表面に、前記複数の凹凸形状を前記光学面の接線方向に沿って伸長または圧縮し反転させた形状からなる成形面部を形成して、微細構造形成用型を製作する型製作工程と、前記微細構造用形成用型を湾曲させて、前記基体の一表面を前記光学面に実質的に沿う形状に変形させることにより、前記成形面部を前記複数の凹凸形状が反転した形状に変形させる型変形工程と、前記光学面を有する光学素子本体の前記光学面に成形用樹脂を塗布し、前記型変形工程で変形された前記成形面部を前記光学面に押圧し、前記成形用樹脂を硬化させる成形工程と、を備える方法とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記凹凸形状は、前記光学面において均一に分布していることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記型製作工程では、前記基体の一表面が平面からなることが可能である。
【０００９】
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記型変形工程では、前記微細構造形成用型を湾曲させる際に、前記基体の前記一表面と対向する反対側の表面の変形を規制するガイド面に、前記反対側の表面を密着させることにより湾曲させることが可能である。
【００１０】
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記微細構造形成用型の前記基体は、厚さが一定の平板状部材からなり、前記ガイド面は、前記光学面と相似形状の湾曲面からなることが可能である。
【００１１】
また、本発明の光学素子の製造方法では、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であることが可能である。
【００１２】
本発明の微細構造形成用型は、曲率を有する被加工面に複数の凹凸形状からなる微細構造を形成する微細構造形成用型であって、弾性体からなる基体と、該基体の一表面に、前記複数の凹凸形状を前記光学面の接線方向に沿って伸長または圧縮し反転させた形状からなる成形面部と、を備える構成とする。
【００１３】
また、本発明の微細構造形成用型では、前記基体の前記一表面が平面からなることが可能である。
【００１４】
また、本発明の微細構造形成用型では、前記微細構造は、錘体が集合した反射防止構造であることが可能である。
【００１５】
本発明の微細構造形成用型組立体は、本発明の微細構造形成用型と、該微細構造形成用型の前記基体の前記一表面と対向する反対側の表面の変形を規制するガイド面を有し、該ガイド面に前記反対側の表面を密着させた状態で、前記微細構造形成用型を保持する型保持部材と、を備える構成とする。
【００１６】
また、本発明の微細構造形成用型組立体では、前記ガイド面は、前記光学面と相似形状の湾曲面からなる構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光学素子の製造方法、微細構造形成用型、および微細構造形成用型組立体によれば、微細構造形成用型を湾曲させて基体の一表面を光学面に実質的に沿う形状に変形させた際に、成形面部が複数の凹凸形状が反転した形状に変形されるため、曲率を有する光学面を有する光学素子の光学面に複数の凹凸形状による微細構造を精度よく形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成の一例を示す模式的な平面図、そのＡ−Ａ断面図、Ｂ部詳細図、およびＣ部詳細図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型、微細構造形成用型組立体を含む表面加工装置の模式的な構成図、そのＤ部詳細図、およびＥ部詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型組立体の分解図、およびそのＦ視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の変形前（自然状態）の形状を示す中心軸を含む模式的な断面図、模式的な平面図、そのＧ部詳細図、およびＨ部詳細図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の変形率について説明する模式説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の自然状態と変形状態との模式的な断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の型製作工程を示す模式的な工程説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の型変形工程を示す模式的な工程説明図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の模式的な工程説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の図９に続く模式的な工程説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の図１０に続く模式的な工程説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法に用いる光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図、および微細構造形成用型組立体の模式的な分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法に用いる光学素子の表面加工装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法によって製造された光学素子の構成の一例を示す模式的な平面図である。図１（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１（ｃ）、（ｄ）は、図１（ｂ）におけるＢ部詳細図、およびＣ部詳細図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型、微細構造形成用型組立体を含む表面加工装置の模式的な構成図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、図２（ａ）におけるＤ部詳細図、およびＥ部詳細図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型組立体の分解図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＦ視図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の変形前（自然状態）の形状を示す中心軸を含む模式的な断面図、および模式的な平面図である。図４（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）におけるＧ部詳細図、およびＨ部詳細図である。
【００２１】
本実施形態の光学素子の製造方法は、曲率を有する光学面に沿って配置された複数の凹凸形状による微細構造を備える光学素子の製造方法である。
光学素子の種類は、曲率を有する（曲率が０でない）光学面に沿って配置された複数の凹凸形状による微細構造を備えるものであれば、特に限定されない。
以下では、一例として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、被加工体がレンズ本体１（光学素子本体）であり、微細構造が反射防止部２による反射防止構造の場合の例で説明する。
すなわち、本実施形態では、レンズ本体１に反射防止部２を形成して、光学素子であるレンズ１Ａを製造する場合の例で説明する。
【００２２】
レンズ本体１は、球面の凸レンズ面１ａ（曲率を有する光学面）と、球面の凸レンズ面１ｂ（曲率を有する光学面）とを備える単玉の両凸レンズであり、これら凸レンズ面１ａ、１ｂの外周にフランジ部１ｃが形成されている。
フランジ部１ｃにおいて、凸レンズ面１ａ、１ｂの外周に隣接する面は、それぞれレンズ本体１の光軸Ｏに直交する平面からなり、レンズ本体１の光軸方向の位置決めが可能となる位置決め面１ｄ、１ｅを構成している。
凸レンズ面１ａ、１ｂは、反射防止部２を形成する前に、レンズの設計仕様に基づく面形状、面精度に加工されている。以下では、凸レンズ面１ａ、１ｂの曲率半径をそれぞれＲａ、Ｒｂ、凸レンズ面１ａ、１ｂの外径をそれぞれＤａ、Ｄｂで表す（図１（ｂ）参照）。
レンズ本体１の材質は、ガラスでも合成樹脂でもよい。また、凸レンズ面１ａ、１ｂの形成方法は、研磨でもよいし成形でもよい。
以下では、重複する説明を避けるため、反射防止部２に関しては、凸レンズ面１ａに形成された反射防止部２を中心として説明する。特に断らない限り、凸レンズ面１ａの反射防止部２に関する説明は、必要に応じて凸レンズ面１ｂの形状に応じた変更を加えれば、凸レンズ面１ｂにおける反射防止部２にも同様に適用することができる。
【００２３】
反射防止部２は、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、凸レンズ面１ａ上に密集して配置された円錐状の突起２ａの集合体である。
各突起２ａの中心軸は、本実施形態では、各突起２ａが設けられた位置における凸レンズ面１ａの法線Ｎの方向に一致されている。ただし、突起２ａの中心軸の方向は、反射率が許容できる範囲であれば法線Ｎから傾斜した方向に設定してもよく、法線Ｎの方向に厳密に一致させる必要はない。
また、各突起２ａは、本実施形態では、ＵＶ硬化樹脂によって形成されている。ＵＶ硬化樹脂の種類は、レンズ本体１の材質の屈折率に応じて、屈折率差がなるべく少なくなる材質を選定する。例えば、本実施形態では、レンズ本体１がＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂（屈折率１．５）である場合に、ＵＶ硬化樹脂は、ＰＡＫ−０２（商品名；東洋合成工業（株）製、屈折率１．５）を採用している。
突起２ａの形状は、反射防止する波長や反射率の目標値に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、一例として、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の凸レンズ面１ａでの反射率を１％以下にするために、底面の直径ｄｔが２００ｎｍ、高さｈｔが２００ｎｍとされた突起２ａを、隣接ピッチｐｔを２００ｎｍで凸レンズ面１ａ上に均一に分布させている。ここで分布が均一であるとは、凸レンズ面１ａ上での平均的な隣接ピッチｐｔが一定であることを意味し、個々の隣接ピッチｐｔは、例えば、製作誤差などによるバラツキを有していてもよい。
このような構成により、凸レンズ面１ａ上では、高さ２００ｎｍの範囲で、屈折率が１から１．５に連続的に変化するため、入射光の反射が抑制される。
【００２４】
このようなレンズ１Ａは、本実施形態では、図２（ａ）に示す表面加工装置５０を用いて製造される。以下では、表面加工装置５０により、凸レンズ面１ａに反射防止部２を形成する場合の例を中心に説明するが、後述する微細構造形成用型組立体１０を、凸レンズ面１ｂの曲率半径に合わせた微細構造形成用型組立体に代えることで、同様にして凸レンズ面１ｂにも反射防止部２を形成することができる。
【００２５】
表面加工装置５０の概略構成は、保持部３、ＵＶ光源４、微細構造形成用型組立体１０、型移動部７、吸着部８、および型移動制御部９を備える。
【００２６】
保持部３は、反射防止部２を形成する表面加工を行う際にレンズ本体１を保持するものである。本実施形態では、保持部３は、レンズ本体１の光軸Ｏを鉛直軸に整列させて凸レンズ面１ａを上方に向けた状態で、フランジ部１ｃの側面および位置決め面１ｅを保持することができるようになっている。
保持部３の中心部には、レンズ１Ａのレンズ有効径よりも大きく開口した孔部３ａが貫通して設けられている。
孔部３ａの中心軸は、保持部３に保持されたレンズ本体１の光軸Ｏと整列する位置関係にある。
【００２７】
ＵＶ光源４は、紫外光（ＵＶ光）をレンズ本体１に照射する光源であり、凸レンズ面１ａに塗布されたＵＶ硬化樹脂を硬化させるために用いられる。本実施形態では、ＵＶ光源４は、保持部３の下方において、孔部３ａの中心に重なる位置に配置されている。このため、ＵＶ光源４から上方に照射されたＵＶ光は、孔部３ａを通過して、レンズ本体１に入射し、凸レンズ面１ａの全面に照射される。
【００２８】
微細構造形成用型組立体１０は、型保持部材６と、型保持部材６の下面側において、変形された状態で保持された微細構造形成用型５とからなる。
【００２９】
型保持部材６は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ本体１の外径と同程度の外径を有する円柱状の外形を有し、中心軸線Ｚが鉛直軸と平行になるように配置されている。
型保持部材６の上面６ｆの中心部には、後述する型移動部７の昇降アーム7ａの下端部が連結されている。このため、型保持部材６は、昇降アーム７ａによって、鉛直方向に移動可能に保持されている。
型保持部材６の下面６ｃは中心軸線Ｚと直交する平面からなり、下面６ｃの中心部には微細構造形成用型５を変形した状態に保持する保持穴６ａが形成されている。
保持穴６ａは、凸レンズ面１ａの外径Ｄａに等しい内径を有し中心軸線Ｚと同軸に形成された円筒面からなる内壁面６ｅの奥側に穴底面６ｂが形成されたものである。
保持穴６ａの形状は、凸レンズ面１ａおよび後述する微細構造形成用型５の形状によって決まり、本実施形態では、内壁面６ｅの奥行き寸法は、Ｈ０とされ、穴底面６ｂは曲率半径のＲ０の凹球面である（図３（ａ）参照）。
【００３０】
、
穴底面６ｂの中心部には、穴底面６ｂから上面６ｆまでの間に貫通して設けられ、保持穴６ａ内の空気を上方に吸気するための吸引孔部６ｄが設けられている。本実施形態では、吸引孔部６ｄは、穴底面６ｂ側の開口径を最大径として上面６ｆ側に向かうにつれて内径が縮径し、上面６ｆの近傍では内径一定の管状部が形成された漏斗状の形状を有している。
【００３１】
型保持部材６の材質は、微細構造形成用型５を湾曲させた状態で保持できる剛性を有していれば、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼などの金属や、微細構造形成用型５の材料の縦弾性係数よりも大きな縦弾性係数を有する合成樹脂などを採用することができる。
【００３２】
微細構造形成用型５は、被加工面である凸レンズ面１ａ上に反射防止部２を形成するためのもので、型保持部材６に比べて縦弾性係数の小さな弾性体で構成された基体部５Ａに、反射防止部２の凹凸形状を転写するための形状を有する成形面部５ａが形成されたものである。
基体部５Ａの材質は、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性材料が好適である。本実施形態では、一例として、シリコン混和物からなるゴム（縦弾性係数；６．３（ＭＰａ））を採用している。
基体部５Ａは、外力による変形を受けない状態（以下、自然状態と称する）では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、略円板状の外形、詳しく言えば側面５ｅがテーパ面である円錐台状の外形を有する。
ただし、図２（ａ）に示すように、基体部５Ａが型保持部材６の保持穴６ａに保持される際には、穴底面６ｂに沿って湾曲されるとともに内壁面６ｅに密着された変形状態（以下、単に、変形状態と称する）に保持される。
以下では、自然状態の形状と変形状態の形状とを区別するために、変形状態の部位を表す場合、部位を示す符号に「’」を付けることにする。
【００３３】
基体部５Ａの自然状態における外形は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、厚さが２・ｈの円錐台状であり、厚さ方向の一方の表面５ｃ（一表面）は直径ｄ１の円からなる平面、表面５ｃと反対側の表面５ｄ（一表面に対向する反対側の表面）は直径ｄ２（ただし、ｄ２＜ｄ１）の円からなる平面で構成されている。
基体部５Ａの側面５ｅは、表面５ｃ、５ｄに共通する中心軸線Ｃと同軸のテーパ面から構成されている。
符号Ｍで示す面は、基体部５Ａの厚さ方向の仮想的な中心面であり、後述する変形時の曲げの中立面を構成する。この中立面Ｍは、自然状態では、直径ｄ０が、ｄ０＝（ｄ１＋ｄ２）／２の円からなる仮想的な平面である。
【００３４】
表面５ｃには、反射防止部２の凹凸形状を凸レンズ面１ａの接線方向に圧縮し反転させた形状からなる成形面部５ａが形成されている。
ここで、反転させた形状とは、反転対象形状の凹凸を逆転した形状を意味する。
本実施形態の成形面部５ａは、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、表面５ｃに、反射防止部２の各突起２ａに対応する凹穴部５ｂが形成されたものである。ただし、凹穴部５ｂの形状および位置は、微細構造形成用型５の変形状態における成形面部５ａ’が、反射防止部２を反転させた形状となるように設定される。
このため、表面５ｃに沿う中心軸線Ｃからの距離がｘである位置に穴中心軸ｎが位置する凹穴部５ｂの場合、形状は、開口径ｄｈ（ｘ）、深さｈｈ＝ｈｔの円錐穴であり、隣り合う他の凹穴部５ｂとの隣接ピッチは、ｐｈ（ｘ）である。また、凹穴部５ｃの穴中心軸ｎは、表面５ｃの法線に整列している。
ここで、開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）は、反射防止部２の突起２ａの形状および配置と、基体部５Ａが受ける変形とによって異なり、一般には、ｘの関数となる。
ただし、本実施形態では、反射防止部２の突起２ａの底面の直径ｄｔおよび隣接ピッチｐｔが定数であり、かつ、ｘにおける変形率δ（ｘ）が定数となるため、開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）は、ｘによらない定数ｄｈ０、ｐｈ０になる。
【００３５】
また、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、変形状態の基体部５Ａでは、自然状態の成形面部５ａが、成形面部５ａ’に変化する。成形面部５ａ’では、成形面部５ａの表面５ｃが、凸レンズ面１ａに倣う凹球面である表面５ｃ’に変化し、この変形による変形率δ（ｘ）に応じて、各凹穴部５ｂの形状および位置が変化し、それぞれ対応する凹穴部５ｂ’が形成される。
表面５ｃにおいてｘで表される位置が、表面５ｃ’において、中心軸線Ｃを含む平面と交差する経路に沿う長さがｘ’となる位置に移動したとすると、表面５ｃ上のｘの変形率δ（ｘ）（ｘ＝０は除く）は、次式（１）で表される。
【００３６】
δ（ｘ）＝ｘ’／ｘ                                                ・・・（１）
【００３７】
この変形率δ（ｘ）を用いると、変形状態の凹穴部５ｂ’の開口径ｄｈ’（ｘ’）、隣接ピッチｐｈ’（ｘ’）と、自然状態の凹穴部５ｂの開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）とは、次式（２）、（３）の関係にある。
【００３８】
【数１】
2013105140.tif 000003
【００３９】
したがって、表面５ｃ’の形状と、凹穴部５ｂ’の開口径ｄｈ’（ｘ’）、隣接ピッチｐｈ’（ｘ’）とが決まると、凹穴部５ｂの開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）が決まる。
【００４０】
型移動部７は、図２（ａ）に示すように、型保持部材６の上方に配置されている。型移動部７の概略構成は、下端部がそれぞれ型保持部材６の上面６ｆの中心部に接続され、鉛直軸に平行に配置された移動軸７ａと、移動軸７ａの上端部を保持し、移動軸７ａを鉛直軸に沿って進退させる軸移動機構７ｂとを備える。
【００４１】
移動軸７ａの内部には、型保持部材６の吸引孔部６ｄの上端部と接続され、吸引孔部６ｄに連通する管路７ｃが設けられている。管路７ｃの他端部は、軸移動機構７ｂの側方において、チューブ８ａを介して吸着部８と接続されている。
【００４２】
軸移動機構７ｂは、図示略の支持部材によって保持部３の上方に固定されている。
また、軸移動機構７ｂは、移動軸７ａの進退量を制御する型移動制御部９と電気的に接続されている。
軸移動機構７ｂの具体的な構成としては、モータ等の駆動機構を用いたアクチュエータや、エアシリンダなどの流体駆動によるアクチュエータなどの構成を採用することができる。
【００４３】
吸着部８は、管路７ｃに連結されたチューブ８ａを介して、保持穴６ａ内から排気したり、保持穴６ａ内に給気したりするポンプを備え、保持穴６ａの空気圧を調整することにより、微細構造形成用型５の着脱を補助するとともに、微細構造形成用型５を吸着保持するものである。
【００４４】
次に、表面加工装置５０を用いたレンズ１Ａの製造方法の一例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の変形率について説明する模式説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の自然状態と変形状態との模式的な断面図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の型製作工程を示す模式的な工程説明図である。図８は、本発明の第１の実施形態の微細構造形成用型の型変形工程を示す模式的な工程説明図である。図９は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の模式的な工程説明図である。図１０は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の図９に続く模式的な工程説明図である。図１１は、本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法の成形工程の図１０に続く模式的な工程説明図である。
【００４５】
本実施形態の光学素子の製造方法は、型製作工程、型変形工程、および成形工程を備える。ここで、型製作工程および型変形工程は、同じ微細構造形成用型５を用いて複数回の成形を行う場合には、成形工程に先立ってそれぞれ１回行えばよい。
【００４６】
型製作工程は、自然状態の微細構造形成用型５を製作する工程である。
微細構造形成用型５を製作するには、まず、反射防止部２の形状から、変形状態における成形面部５ａ’の形状を求め、微細構造形成用型５が型保持部材６の保持穴６ａに保持された際の変形率δ（ｘ）から、自然状態における成形面部５ａの形状を決定する。
変形率δ（ｘ）は、自然状態の基体部５Ａの形状および材料定数と、変形状態の形状により決まる。
基体部５Ａの形状が複雑な場合には、変形率δ（ｘ）は、例えば、数値シミュレーションなどによって求めることができる。
本実施形態では、基体部５Ａが厚さ２ｈの円板状の弾性体であるため、弾性板の曲げ理論に基づいて、変形率δ（ｘ）を求めることが可能である。以下、本実施形態における変形率δ（ｘ）の求め方の一例について説明する。
【００４７】
図５に示すように、弾性円板の曲げの前後の形状を、弾性円板の中心軸線Ｃを通る断面で表すと、自然状態（図５の実線参照）における矩形ＢＯ２ＣＥＯ１Ｆが、変形状態（図５の二点鎖線参照）では弓形のＢ’Ｏ２’Ｃ’Ｅ’Ｏ１’Ｆ’に変化する。ここで、点Ｏ２、Ｏ１は、それぞれ線分ＢＣ、ＦＥの中点であり、点Ｏ２’、Ｏ１’は、それぞれ円弧Ｂ’Ｃ’、Ｆ’Ｅ’の中点である。点Ｏ２、Ｏ１、Ｏ２’、Ｏ１’は、いずれも中心軸線Ｃ上の点である。
本実施形態の場合、変形状態における円弧Ｆ’Ｅ’は、凸レンズ面１ａの半径Ｒａの円弧に対応する。
このとき、自然状態において中心軸線Ｃから距離ｘにある曲げ断面Ｘ１Ｘ２を考えると、せん断変形を無視できる場合には、曲げ断面Ｘ１Ｘ２は、中心軸線Ｃ上の点Ｑを中心として曲げの中立面に直交するように角度θ（ｘ）だけ回転する。
このため、図５に示す断面では、線分ＢＦおよびＣＥの中点Ａ、Ｄを結んだ線分で表される曲げの中立面ＡＯ０Ｄは、変形状態では、線分ＡＯ０Ｄ上の各点が伸縮することなく線分ＡＯ０Ｄと同じ長さの弧長を有する半径（Ｒａ＋ｈ）の円弧Ａ’Ｏ０’Ｄ’に変形する。ここで、点Ｏ０は、線分ＡＤの中点、点Ｏ０’は、円弧Ａ’Ｄ’の中点であり、いずれも中心軸線Ｃ上に位置する。
一方、自然状態の線分ＦＯ１Ｅは、曲げ変形するにつれて接線方向に圧縮されることで、半径Ｒａの円弧Ｆ’Ｏ１’Ｅ’に変形する。
また、自然状態の線分ＢＯ２Ｃは、曲げ変形するにつれて接線方向に伸長されることで、半径（Ｒａ＋２ｈ）の円弧Ｂ’Ｏ２’Ｃ’に変形する。
【００４８】
このような変形では、中心軸線Ｃを含む断面の扇形Ｏ１’ＱＸ１’、Ｏ０’ＱＸ０’、Ｏ２’ＱＸ２’が相似であることから、各円弧の弧長の連比Ｏ１’ＱＸ１’：Ｏ０’ＱＸ０’：Ｏ２’ＱＸ２’は、対応する半径の連比Ｒａ：（Ｒａ＋ｈ）：（Ｒａ＋２ｈ）の連比に等しい。
したがって、上記式（１）による変形率δ（ｘ）は、本実施形態の例では、次式（４）のように、ｘ（ただし、ｘ＝０を除く）によらず一定値をとる。
【００４９】
δ（ｘ）＝Ｒａ／（Ｒａ＋ｈ）                                    ・・・（４）
【００５０】
式（４）を式（２）、（３）に代入して、ｄｈ（ｘ）、ｐｈ（ｘ）について解くと、次式（５）、（６）が得られる。
【００５１】
ｄｈ（ｘ）＝ｄｈ’（ｘ）・｛（Ｒａ＋ｈ）／Ｒａ｝                ・・・（５）
ｐｈ（ｘ）＝ｐｈ’（ｘ）・｛（Ｒａ＋ｈ）／Ｒａ｝                ・・・（６）
【００５２】
また、本実施形態では、ｄｈ’（ｘ）、ｐｈ’（ｘ）に対応する反射防止部２の突起２ａの底面の直径ｄｔおよび隣接ピッチｐｔが定数であるため、ｄｈ（ｘ）、ｐｈ（ｘ）は次式（７）、（８）で表される定数ｄｈ０、ｐｈ０になる。
【００５３】
ｄｈ０＝ｄｔ・｛（Ｒａ＋ｈ）／Ｒａ｝                            ・・・（７）
ｐｈ０＝ｐｔ・｛（Ｒａ＋ｈ）／Ｒａ｝                            ・・・（８）
【００５４】
また、この曲げ変形は、接線方向の伸縮によって起こるため、凹穴部５ｃ’の深さｈｈは、突起２ａの高さｈｔを用いて、次式（９）で表される。
【００５５】
ｈｈ＝ｈｔ                                                      ・・・（９）
【００５６】
以上、簡単のため、中心軸線Ｃを含む断面が矩形であるとして説明したが、本実施形態の微細構造形成用型５は、変形状態で、上面５ｄ’が保持穴６ａの穴底面６ｂに密着し、側面５ｅ’が内壁面６ｅと密着するように、自然状態の側面５ｅをテーパ面とする。
このため、微細構造形成用型５の自然状態の外形寸法と、保持穴６ａの各寸法とは、次式（１０）〜（１６）の関係を満すように設定する。
【００５７】
【数２】
2013105140.tif 000004
【００５８】
ここで、θ１、θ０、θ２は、それぞれ表面５ｃ’の外縁部の点ｘ１’（図６（ｂ）参照）、中立面Ｍ’の外縁部の点ｘ０’（図６（ｂ）参照）、上面５ｄ’の外縁部の点ｘ２’（図６（ｂ）参照）を通る各法線と中心軸線Ｃとのなす角度である。
式（１０）〜（１６）において、Ｒａ、Ｄａは凸レンズ面１ａの形状から決まる定数であるから、ｈの値を適宜設定することにより、ｄ１、ｄ０、ｄ２、θ１、θ０、θ２、およびＲ０が決まる。また、内壁面６ｅの奥行き寸法Ｈ０は、次式（１７）の関係を満たす範囲で設定すればよい。
このようにして、微細構造形成用型５の自然状態の外形寸法と、保持穴６ａの各寸法とが決定される。
【００５９】
【数３】
2013105140.tif 000005
【００６０】
このように決定される成形面部５ａの形状は、弾性板の曲げ理論を仮定しているため、基体部５Ａの外形や材料定数によっては誤差が生じるおそれがある。ただし、後述する成形工程で成形面部５ａ’を凸レンズ面１ａに押圧する際に、基体部５Ａが厚さ方向に弾性変形することによって表面５ｃ’が凸レンズ面１ａに密着すれば、成形には支障はない。したがって、微細構造形成用型５の変形状態では、表面５ｃ’は、凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状であればよい。なお、「実質的に沿う」とは、完全に沿う場合と、ほぼ沿う場合とをいう。完全に沿う場合とは、凸レンズ面１ａ上に形成される反射防止部２の膜厚分布が均一であることをいう。また、ほぼ沿う場合とは、反射防止部２の膜厚分布が、例えば±５．０％以内で異なることをいう。
例えば、表面５ｃ’の曲率半径が、凸レンズ面１ａよりもわずかに大きくなる形状としてもよい。この場合、微細構造形成用型５を凸レンズ面１ａに押圧した際に、中心部の基体部５Ａが厚さ方向に圧縮されることによって、表面５ｃ’の全体を凸レンズ面１ａと密着させることができる。また、表面５ｃ’が凸レンズ面１ａの中心部から外周側に向かって順次密着していくため、後述する成形工程で、ＵＶ硬化樹脂２０を中心部から外周部に向かって押し出しながら、表面５ｃ’を凸レンズ面１ａに密着させることができる。
【００６１】
このように微細構造形成用型５の外形および成形面部５ａの形状を決定したら、微細構造形成用型５の製作を開始する。
まず、図７（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる平板部材からなるマスター基材１１を用意し、このマスター基材１１の一方の板面である基材表面１１ａ上に、上記式（７）、（８）、（９）を満たす複数の凹穴部１２ａからなる反転微細構造体１２を形成する。
ここで、本実施形態の場合には、ｄｈ（ｘ）、ｐｈ（ｘ）は定数となるが、ｘにより変化してよいことを示すため、図６（ａ）（図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）も同様）では、突起１２ａの形状や隣接ピッチがｘにより異なる場合の様子を誇張して模式的に描いている。
このような反転微細構造体１２は、基材表面１１ａ上にレジストを塗布し、例えば電子線描画装置によって形状パターンを露光した後、露光部を除去することにより形成することができる。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、ドライエッチング装置１３から基材表面１１ａの法線方向に沿ってエッチングビーム１４を照射し、反転微細構造体１２が除去されるまで異方性エッチングを行う。
これにより、基材表面１１ａの各位置において、反転微細構造体１２の外形に沿って、基材表面１１ａの法線方向にエッチングが進行し、反転微細構造体１２の形状がマスター基材１１に転写される。これによりマスター基材１１の反転微細構造部１１ｂが形成される。
以下、反転微細構造部１１ｂが形成されたマスター基材１１をマスター型１１Ａと称する。
【００６３】
次に、図６（ｃ）に示すように、マスター型１１Ａを母型として、反転型１３を形成する。例えば、ガラス等の透明な平面基板上にＵＶ硬化樹脂を塗布し、ＵＶインプリントを用いて微細構造転写を行うことにより、反転型１３を形成する。また、反転型１３の製作方法は、樹脂フィルムに加熱下でマスター型１１Ａを押し付けることによっても製作可能である。
これにより、反転微細構造部１１ｂの形状を反転した微細構造部１３ａを表面に有する全体として平板状の反転型１３が得られる。微細構造部１３ａの形状は、反転微細構造部１１ｂを反転した形状であるため、反射防止部２と同様の円錐状の突起が密集して配置された、全体として凸型の形状である。
マスター型１１Ａの製作を省略して反転型１３から製作を行ってもよいが、エッチングでは、凹型の形状を製作する方が凸型の形状を製作するよりも容易であり、形状精度も良好となる。このため、本実施形態では、凹型の形状のマスター型１１Ａを作成する製造方法を採用している。
【００６４】
次に反転型１３を成形面部５ａの母型とし、微細構造形成用型５の外形を形成する図示略の型枠を形成し、この型枠に液体状のシリコン混和物からなるゴムを導入して硬化させて、微細構造形成用型５を形成する。硬化手段としては、熱方式や光硬化方式を挙げることができる。本実施形態では、ＵＶ光による光硬化方式を採用している。
このようにして、成形面部５ａを有する微細構造形成用型５が製作される。
以上で、型製作工程が終了する。
【００６５】
なお、上記の微細構造形成用型５の製作方法は、一例であって、適宜変形することができる。
例えば、マスター型１１Ａを形成する場合に、ドライエッチングの代わりに、アルミ陽極酸化等の選択的なエッチングを採用してもよい。
【００６６】
次に、型変形工程を行う。
本工程は、微細構造用形成用型５を湾曲させることにより、基体部５Ａの表面５ｃをレンズ本体１の凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状に変形させるとともに、自然状態の成形面部５ａを凸レンズ面１ａの接線方向に変形させて成形面部５ａ’を形成し、反射防止部２の凹凸形状が反転した形状に変形する工程である。
本工程は、本実施形態では、型保持部材６の保持穴６ａ内に微細構造形成用型５を挿入することにより微細構造形成用型５を変形させる。
【００６７】
本工程では、図８に示すように、自然状態の微細構造形成用型５を上面５ｄ側から型保持部材６の保持穴６ａの開口近傍に配置し、保持穴６ａ内に挿入する。このとき、本実施形態では、並行して吸着部８を起動し、保持穴６ａ内の空気を吸引孔６ｄから排気する。
微細構造形成用型５の側面５ｅが保持穴６ａに内接したら、例えば治具などを用いて表面５ｃ寄りの側面５ｅを中心に向けて押圧する。このとき、吸着部８の排気により保持穴６ａ内の圧力が低下するため、微細構造形成用型５は、穴底面６ｂに向かって吸引される。これにより、成形面部５ａを型保持部材６の方に押圧することなく、微細構造形成用型５が保持穴６ａ内に挿入される。
【００６８】
このようにして微細構造形成用型５を保持穴６ａ内への挿入を続けると、側面５ｅが保持穴６ａの内壁面６ｂに倣って密着しつつ変形し、中心軸線Ｃを含む断面内で、側面５ｅが回転する。このような強制変位により、微細構造形成用型５は外縁部に曲げモーメントを受けている状態となる。このため、上面５ｃが伸長し、表面５ｃが圧縮されて成形面部５ａが凹面となるように変形する。
湾曲された上面５ｄ’が保持穴６ａの穴底面６ｂに当接し、上面５ｄ’と穴底面６ｂの間の空気が排気されて上面５ｄ’と穴底面６ｂとが密着したら、吸着部８による排気を停止する。
このようにして、微細構造形成用型５が保持穴６ａ内に挿入され、保持穴６ａの穴底面６ｂ、内壁面６ｅに、それぞれ微細構造形成用型５の上面５ｄ’、側面５ｅ’が密着し、変形状態の微細構造形成用型５が型保持部材６に吸着保持され、微細構造形成用型組立体１０が形成される。これにより、微細構造形成用型５の表面５ｃ’が、凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状に変形される。
以上で、型変形工程が終了する。
このように、本実施形態の型保持部材６の穴底面６ｂは、微細構造形成用型５の表面５ｃと対向する反対側の表面５ｄの変形を規制するガイド面を構成しており、型保持部材６は、ガイド面に表面５ｄ’を密着させた状態で、微細構造形成用型を保持する部材を構成している。
【００６９】
次に、成形工程を行う。
本工程は、レンズ本体１の凸レンズ面１ａにＵＶ硬化樹脂２０（成形用樹脂、図９参照）を塗布し、型変形工程で変形された成形面部５ａ’を凸レンズ面１ａに押圧し、ＵＶ硬化樹脂２０を硬化させる工程である。
【００７０】
本工程は、微細構造形成用型組立体１０を備える表面加工装置５０を用いて行う。
まず、図９に示すように、例えば、切削・研磨、ガラスモールド成形、樹脂成形等の適宜の加工を行って製作したレンズ本体１を、凸レンズ面１ａが微細構造形成用型５の方に向いた姿勢で、表面加工装置５０の保持部３に保持させる。
このとき、微細構造形成用型組立体１０は、保持部３の上方の退避位置に退避させておく。
次に、凸レンズ面１ａ上に、ＵＶ硬化樹脂２０を塗布する。ＵＶ硬化樹脂２０の種類は、本実施形態では、一例として、ＰＡＫ−０２（商品名）を採用している。
ＵＶ硬化樹脂２０は、図９に示すように、中心部に塊状に塗布して、後述するように微細構造形成用型５を押圧する際に、外周部に塗り拡げられるようにしてもよいし、例えば、スピンコート等によって、予め凸レンズ面１ａの全体にわたって層状に塗布しておいてもよい。
【００７１】
次に、型移動制御部９は軸移動機構７ｂに制御信号を送出して、図１０に示すように、移動軸７ａを鉛直下方に移動し、微細構造形成用型組立体１０を下降させる。
このため、微細構造形成用型５の成形面部５ａ’は、ＵＶ硬化樹脂２０を挟んで凸レンズ面１ａに押圧され、成形面部５ａ’の表面５ｃ’が凸レンズ面１ａに密着する。
表面５ｃ’と凸レンズ面１ａとが密着するまで、微細構造形成用型５が下降されたら、型移動制御部９は、軸移動機構７ｂによる微細構造形成用型組立体１０の下降を停止する。本実施形態では、型保持部材６の下面６ｃが位置決め面１ｄに当接すると、表面５ｃ’と凸レンズ面１ａとが密着するようになっている。
これにより、ＵＶ硬化樹脂２０は、成形面部５ａ’と凸レンズ面１ａとの間に形成される成形空間に充填される。
【００７２】
次に、ＵＶ光源４を点灯する。これにより、孔部３ａからレンズ本体１に紫外光が入射し、レンズ本体１の内部から凸レンズ面１ａにＵＶ光が照射される。
この結果、凸レンズ面１ａと成形面部５ａ’とで挟まれた成形空間に充填されたＵＶ硬化樹脂２０が光硬化し、凸レンズ面１ａ上に反射防止部２が形成される。
ＵＶ硬化樹脂２０の硬化が終了したら、ＵＶ光源４を消灯する。
【００７３】
次に、図１１に示すように、型移動制御部９により、微細構造形成用型組立体１０を上昇させて、凸レンズ面１ａから微細構造形成用型５を離型させる。
これにより、凸レンズ面１ａ上に反射防止部２が形成されたレンズ１Ａが製造される。
以上で、凸レンズ面１ａに反射防止部２を形成する成形工程が終了する。
【００７４】
さらに、凸レンズ面１ｂに反射防止部２を形成する場合には、必要に応じて微細構造形成用型組立体１０を、凸レンズ面１ｂを成形するための他の微細構造形成用型組立体１０を装着して、上記と同様の成形工程を行う。
このようにして、レンズ１Ａを製造することができる。
【００７５】
本実施形態の光学素子の製造方法によれば、型製作工程において、基体部５Ａの表面５ｃに反射防止部２の形状を凸レンズ面１ａの接線方向に伸長し反転させた形状からなる成形面部５ａを形成するため、型変形工程において、基体部５Ａの変形に伴って圧縮された成形面部５ａ’の形状が、反射防止部２が反転した形状になる。
また、型変形工程において、基体部５Ａを成形面部５ａ’が凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状に変形させるため、成形面部５ａ’の表面５ｃ’の形状が凸レンズ面１ａとずれているとしても、基体部５Ａが厚さ方向に変形して、保湯面５ｃ’を凸レンズ面１ａに密着させることができる。その際の変形は、形状誤差に対応して法線方向への変形が支配的となり、かつ変形ひずみは、基体部５Ａの厚さ方向にわたって分散される。このため、成形面部５ａ’における凹穴部５ｂ’の形状や接線方向の位置がほとんど変化しない状態で、表面５ｃ’を凸レンズ面１ａに密着させることができる。
このようにして、微細構造形成用型５により、反射防止部２を精度よく形成することができる。例えば、微細構造形成用型５による微細構造が反射防止構造である場合に、反射特性のバラツキを低減することができる。
【００７６】
また、型製作工程では、成形面部５ａを形成する表面５ｃが平面であるため、例えば異方性エッチングなどによって一方向から、全面を加工することができる。この結果、曲面に形成する場合に比べて、成形面部５ａを容易、かつ効率的に形成することができる。また、曲面に形成する場合に比べて、加工精度を向上することが可能である。
さらに、本実施形態では、基体部５Ａも厚さ一定の平板状部材であるため、基体部５Ａの製造が容易である。
【００７７】
また、本実施形態の表面加工装置５０によれば、微細構造形成用型５の基体部５Ａおよび成形面部５ａが、縦弾性係数が低く変形容易な弾性体から形成されるため、成形面部５ａの凸面５ｂの曲率が、凸レンズ面１ａの曲率と異なっていても、成形面部５ａをレンズ１Ａに押圧することで、基体部５Ａおよび成形面部５ａが変形して、凸レンズ面１ａに密着することができるため、例えば、成形面部５ａや凸レンズ面１ａの形状に製作誤差がある場合でも、安定した形状の反射防止部２を形成することができる。
また、表面加工装置５０では、型保持部材６の穴底面６ｂに表面５ｄ’を密着させて保持させるだけで、微細構造形成用型５を変形状態とすることができるため、成形面部５ａ’の形状の再現性が良好となる。また、微細構造形成用型組立体１０の製作が容易となる。
さらに、表面加工装置５０は、吸着部８を備えることにより、型変形工程の変形の補助を行うことができ、成形面部５ａを押圧することなく容易に微細構造形成用型５を変形することができるため、作業効率を向上することができる。
【００７８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法に用いる光学素子の表面加工装置について説明する。
図１２（ａ）は、本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法に用いる光学素子の表面加工装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。図１２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法に用いる微細構造形成用型組立体の模式的な分解図である。
【００７９】
本実施形態の表面加工装置５０Ａは、図１２（ａ）に主要部の構成を示すように、上記第１の実施形態の表面加工装置５０の微細構造形成用型組立体１０に代えて、微細構造形成用型組立体１０Ａを備える。
微細構造形成用型組立体１０Ａは、上記第１の実施形態の微細構造形成用型組立体１０と同様に、レンズ本体１の凸レンズ面１ａに反射防止部２を形成するためのもので、上記第１の実施形態の型保持部材６、微細構造形成用型５に代えて、型保持部材２６、微細構造形成用型２５を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８０】
型保持部材２６は、図１２（ｂ）に示すように、型保持部材６の保持穴６ａに代えて、微細構造形成用型２５を変形した状態に保持する保持穴２６ａを備える。
保持穴２６ａは、上記第１の実施形態の保持穴６ａの穴底面６ｂに代えて、中心軸線Ｚに直交する平面からなり、穴底面６ｂと同様の吸引孔６ｄが設けられた穴底面２６ｂを備える。
【００８１】
微細構造形成用型２５は、型保持部材２６に比べて縦弾性係数の小さな弾性体で構成された基体部２５Ａに、反射防止部２の凹凸形状を転写する形状ための成形面部２５ａが形成されたものである。
基体部２５Ａの材質は、上記第１の実施形態の基体部５Ａと同様の材質を採用することができる。
基体部２５Ａは、外力による変形を受けない状態（以下、自然状態と称する）では、図１２（ｂ）に示すように、側面２５ｅがテーパ面である略円錐台状の外形を有する。基体部２５Ａの中心軸線ＣＡと交差する表面は、側面２５ｅが拡径する方の表面である表面２５ｃ（一表面）が中心軸線ＣＡに直交する平面からなり、側面２５ｅが縮径する方の表面である表面２５ｄ（一表面に対向する反対側の表面）が中心軸線ＣＡ上に中心を有する曲率半径Ｒｄ（ｙ）の軸対称の凹面からなる。ここで、ｙは、中心軸線ＣＡからの距離である。
ただし、図１２（ａ）に示すように、基体部２５Ａが型保持部材２６の保持穴２６ａに保持される際には、穴底面２６ｂに沿って湾曲された変形状態（以下、単に、変形状態と称する）に保持される。
以下では、自然状態の形状と変形状態の形状と区別するために、変形状態の部位を表す場合、部位を示す符号に「’」を付けることにする。
【００８２】
基体部２５Ａの表面２５ｄの形状は、保持穴２６ａに挿入する際、図１２（ｂ）に示すように、表面２５ｄが穴底面２６ｂに密着する平面である表面２５ｄ’に変形したときに、曲率半径Ｒａの表面２５ｃ’となるように設定される。ただし、上記第１の実施形態の表面５ｃ’の場合と同様に、表面２５ｃ’は、凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状であればよい。
基体部２５Ａは、中心部から外周部に向かって厚さが増大する板状部材であるため、曲げの中立面は、自然状態では表面２５ｃ側に凸の凸面であり、変形状態では、表面２５ｄ’側に凸の凸面である。また、表面２５ｃ’における変形率は、上記第１の実施形態の場合とは異なり、中心部から外周部に向かって増大する変化を示す。
このような変形状態が得られる表面２５ｄの曲率半径Ｒｄ（ｙ）の条件は、例えば、半径Ｒａの凹球面を採用することができる。ただし、例えば、基体部２５Ａの材料定数の影響などによって理想的な曲げ変形からの誤差が大きくなる場合には、具体的な材料定数に基づいて曲げ変形の数値シミュレーションを行うなどして最適な曲面形状を求めることができる。
【００８３】
表面２５ｃには、反射防止部２の凹凸形状を凸レンズ面１ａの接線方向に圧縮し反転させた形状からなる成形面部２５ａが形成されている。
本実施形態では、表面２５ｃの変形率は、中心軸線ＣＡからの距離ｘに応じて異なる。このため、予め、表面２５ｃ上での変形率δ（ｘ）を数値シミュレーション等によって求めておき、変形率δ（ｘ）から逆算して、変形状態の成形面部２５ａ’が反射防止部２を反転した形状となるように、自然状態の成形面部２５ａの形状を設定する。
すなわち、成形面部２５ａは、上記第１の実施形態の成形面部５ａと同様に、開口径ｄｈ（ｘ）、深さｈｈ＝ｈｔの円錐穴が、隣接ピッチｐｈ（ｘ）で配列された凹穴部２５ｂの集合体からなり、これら開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）がｘの関数になる点のみが異なる。
【００８４】
本実施形態の光学素子の製造方法は、上記第１の実施形態と同様に、型製作工程、型変形工程、および成形工程を備える。
【００８５】
型製作工程は、自然状態の微細構造形成用型２５を製作する工程であり、上記第１の実施形態の微細構造形成用型５と、外形および成形面部２５ａの形状が異なるのみで、略同様にして製作することができる。
すなわち、成形によって、成形面部２５ａを除く形状の基体部２５Ａを成形によって形成し、ｘの関数として求められた開口径ｄｈ（ｘ）、隣接ピッチｐｈ（ｘ）の凹穴部を、基体部２５Ａの表面２５ｃ上に上記第１の実施形態と同様にして形成する。
以上で型製作工程が終了する。
【００８６】
次に、型変形工程を行う。
本工程は、微細構造用形成用型２５を曲げ変形させることにより保持穴２６ａに挿入して、表面２５ｄ’を穴底面２６ｂに密着して保持させる工程であり、上記第１の実施形態の型変形工程と同様にして行うことができる。
これにより、微細構造形成用型組立体１０Ａが形成される。これにより、微細構造形成用型２５の表面２５ｃ’が、凸レンズ面１ａに実質的に沿う形状に変形される。
以上で、型変形工程が終了する。
【００８７】
次に、上記第１の実施形態と同様にして成形工程を行うことにより、レンズ１Ａを製造することができる。
【００８８】
本実施形態の光学素子の製造方法によれば、上記第１の実施形態と同様に、反射防止部２を精度よく形成することができ、例えば、微細構造形成用型２５による微細構造が反射防止構造である場合に、反射特性のバラツキを低減することができる。
また、本実施形態表面加工装置５０Ａによれば、上記第１の実施形態の表面加工装置５０と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、型保持部材２６の保持穴２６ａの穴底面２６ｂが平面からなるため、型保持部材２６を安価かつ高精度に形成することができる。
【００８９】
なお、上記の各実施形態の説明では、一例として、光学素子の光学面が凸球面の場合の例で説明したが、凸球面には限定されず、非球面でもよい。また、凹面でもよい。
光学面が凹面の場合、上記の説明と異なる点は、当業者であれば容易に理解される。例えば、光学面が凹面の場合、微細構造形成用型の成形面部が凸面になるように曲げられるため、表面における変形率は１以上となり、表面は接線方向の伸長されることになる。
また、非球面の場合、上記第１の実施形態では、穴底面６ｂの形状を非球面の相似形状にすればよい。また、曲げ変形の誤差が大きくなると予想される場合には、上記第２の実施形態と同様に、変形の数値シミュレーションを行うなどして、基体の外形や穴底面の形状の補正を行えばよい。
また、非球面の場合、非球面形状を径方向に分割して、変形後の表面の形状の誤差が許容範囲内となるような曲率半径の異なる複数の近似球面の組合せで表し、曲率半径が一定の球面部分ごとに、上記第１の実施形態に示したのと同様な計算を行って、穴底面６ｂの形状を決定することも可能である。
【００９０】
また、上記各実施形態の説明では、成形面部を形成する表面の形状が平面の場合の例で説明したが、成形面部を形成する一表面は曲率を有する湾曲面とすることが可能である。この場合、成形面部の形成に異方性エッチングを用いる場合でも、反射防止部を構成する突起の突出方向を適宜制御することが可能となる。
【００９１】
また、上記の各実施形態の説明では、光学素子がレンズの場合の例で説明したが、本発明の光学素子の製造方法によって製造される光学素子は、レンズには限定されない。例えば、ミラー、プリズム、フィルタなどの光学素子でもよい。
【００９２】
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造が、円錐状の突起２ａによる反射防止部２である場合の例で説明したが、反射防止構造を形成するには、レンズ表面の近傍で屈折率が変化する形状であればよく、円錐状に限らず、三角錐状、四角錐状等の錘体を好適に採用することができる。
【００９３】
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造が反射防止構造の場合の例で説明したが、微細構造は、ナノインプリント技術によって形成される凹凸形状であれば、錘体には限定されず、例えば、円柱、円柱穴、錘体の反転した穴形状、釣り鐘型等の凹凸形状を採用することができる。
このため、微細構造は、反射防止構造には限定されない
【００９４】
また、上記の各実施形態の説明では、成形面部が、基体の表面に形成された場合の例で説明したが、基体の変形に応じて成形面部の形状が、反射防止部の形状に変形することができれば、基体の表面に、成形面部の形状を基体と異なる材料で形成してもよい。
例えば、成形面部の形状が、突起の集合体で構成されるような場合に、成形面部を基体の材料よりも硬質の材料で形成し、基体の変形によって、成形面部の各突起の隣接ピッチが変化することにより、光学素子に形成すべき微細構造の形状が形成されるようにしてもよい。
【００９５】
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造形成用型を離型する際、微細構造形成用型組立体ごと離型する場合の例で説明したが、離型時に、吸着部８からわずかに給気して、微細構造形成用型に対する吸引力を弱め、微細構造形成用型の変形が可能となるようにしてもよい。
このようにすることで、型保持部材の上昇に同期して、成形面部の中心部側から、変形状態の曲率から自然状態の曲率に近づく変形が可能となるため、成形面部を外周部から中心部に向かって徐々に離型させることが可能である。これにより、より円滑な離型が可能となる。このため、離型時に反射防止部２が損傷するおそれを格段に低減することができる。
【００９６】
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造形成用型を型保持部材の保持穴内に挿入する間に、微細構造形成用型が変形する場合の例で説明したが、微細構造形成用型は、挿入前に変形させてから、保持穴内に挿入するようにしてもよい。
例えば、微細構造形成用型を変形させる変形治具を用いて変形させた状態で、保持穴内に挿入し、挿入後に変形治具を外して撤去すればよい。
また、型保持部材の保持穴の大きさを調整可能に設けておき、自然状態の微細構造形成用型を拡大された保持穴に装着し、型保持部材を縮小することによって、微細構造形成用型を変形させてもよい。
【００９７】
また、上記の各実施形態の説明では、微細構造形成用型を型保持部材の保持穴内に挿入する間に、吸着部によって、微細構造形成用型の変形や挿入を補助する場合の構成を有する場合の例で説明したが、吸着部を有しない構成としてもよい。
【００９８】
また、上記の各実施形態の説明では、型保持部材の保持穴の穴底面と内壁面とによって、微細構造形成用型の変形が規制される場合の例で説明したが、微細構造形成用型が板状部材の場合には、成形面部の変形は、外周部近傍の範囲を除くと、成形面部に対向する穴底面の形状によって規定される。したがって、変形状態の成形面部の形状が許容範囲にあれば、微細構造形成用型の側面の変形を内壁面によって規制しない構成としてもよい。
【００９９】
また、上記の各実施形態の説明では、表面加工装置のＵＶ光源４がレンズ１Ａを挟んで、微細構造形成用型と反対側に配置された場合の例で説明したが、微細構造形成用型や微細構造形成用型組立体を光透過性の材料で形成し、これらを通して、ＵＶ光を照射できる位置にＵＶ光源４を配置することが可能である。
【０１００】
また、上記各実施形態の説明では、光学素子を固定して微細構造形成用型を移動させる場合の例で説明したが、移動軸７ａを固定軸に置き換え、保持部３を微細構造形成用型に対して進退する移動機構を設けてもよい。
また、微細構造形成用型５および保持部３をそれぞれ移動可能に支持し、これら両方が移動する構成としてもよい。
【０１０１】
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  レンズ本体（光学素子本体）
１Ａ  レンズ（光学素子）
１ａ、１ｂ  凸レンズ面（曲率を有する光学面、曲率を有する被加工面）
２  反射防止部（微細構造、反射防止構造）
２ａ  突起（錘体）
３  保持部
４  ＵＶ光源
５、２５  微細構造形成用型
５Ａ  基体部（基体、平板状部材）
５ａ  成形面部
５ａ’  成形面部（複数の凹凸形状が反転した形状）
５ｂ、５ｂ’  凹穴部
５ｃ、５ｃ’  表面（一表面）
５ｄ、５ｄ’  表面（反対側の表面）
６  型保持部材
６ａ、２６ａ  保持穴
６ｂ  穴底面（ガイド面、光学面と相似形状の湾曲面）
６ｄ  吸引孔部
６ｅ  内壁面
７  型移動部
８  吸着部
１０、１０Ａ  微細構造形成用型組立体
２５Ａ  基体部（基体）
２６ｂ  穴底面（ガイド面）
５０、５０Ａ  表面加工装置
２０  ＵＶ硬化樹脂（成形用樹脂）
Ｃ、ＣＡ、Ｚ  中心軸線
Ｍ  中立面
Ｎ  法線
Ｏ  光軸
【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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【図１１】
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【図１２】
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