(57)【要約】【課題】溝部の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能な光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】光学素子の製造方法は、溝部３４が表面３１Ａに形成された板材１０Ｎを準備する工程と、板材１０Ｎの溝部３４の形状、または、板材１０Ｎの溝部３４に対応する形状を有する型取り用母材の形状を転写させることにより、被転写材から研磨工具６５を作製する工程と、研磨工具６５と板材１０Ｎとの間に研磨剤６６を供給する工程と、研磨工具６５と板材１０Ｎとを接触させた状態でこれらを相対移動させることで、溝部３４を研磨する工程と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部が表面に形成された板材を準備する工程と、
前記板材の前記溝部の形状、または、前記板材の前記溝部に対応する形状を有する型取り用母材の形状を転写させることにより、被転写材から研磨工具を作製する工程と、
前記研磨工具と前記板材との間に研磨剤を供給する工程と、
前記研磨工具と前記板材とを接触させた状態でこれらを相対移動させることで、前記溝部を研磨する工程と、を備える、
光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記研磨剤は、酸化セリウム、コロイダルシリカまたはアルミナを含む、
請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記板材は、樹脂製の部材から形成されている、
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】
前記被転写材は、シリコーンから形成されている、
請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記シリコーンから形成された前記研磨工具は、デュロメータＡ硬度が１２以上８８以下である、
請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記溝部の研磨を開始する時点において前記研磨工具を前記板材に接触させた状態では、前記研磨工具と前記溝部の内壁面との間には、５μｍ以上２０μｍ以下のクリアランスが設けられている、
請求項１から５のいずれかに記載の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、溝部を研磨する工程を備えた光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１〜３に開示されているように、マイクロミラーアレイなどの光学素子を製造する際には、板材（たとえば樹脂製の基板）の表面に、複数の溝部が形成される。複数の溝部は、たとえば機械加工または成形によって形成可能であるが、機械加工または成形のみで溝部の内壁面を鏡面状態に仕上げることは難しい。
【０００３】
たとえばダイシング加工により溝部を形成した場合には、溝部の内壁面にツールマーク（ダイサーによる加工痕）が残存する。光学素子としての品質や性能（たとえば反射光率）を考えると、溝部の内壁面は、研磨処理を実施することによって十分な鏡面状態に仕上げられることが求められる。
【０００４】
特開２０００−１２７０２１号公報（特許文献４）には、ダイヤモンドブレードを用いた溝加工によって石英ガラスロッドに溝部を形成し、溝部を研磨ブラシによって鏡面研磨することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０３２３９４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５４１４５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１０６１０号公報
【特許文献４】特開２０００−１２７０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２０００−１２７０２１号公報（特許文献４）に開示された手法を採用した場合、すなわち、研磨ブラシを用いて鏡面研磨を実施した場合、研磨ブラシの形状によっては、研磨ブラシの形状が溝部の形状に十分に対応していないことに起因して研磨ブラシと溝部との接触効率が低くなり、溝部を適切に（たとえば均一に）研磨できないことがある。
【０００７】
本発明は、上述のような実情に鑑みて為されたものであって、溝部の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能な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】
【０００８】
本発明に基づく光学素子の製造方法は、溝部が表面に形成された板材を準備する工程と、上記板材の上記溝部の形状、または、上記板材の上記溝部に対応する形状を有する型取り用母材の形状を転写させることにより、被転写材から研磨工具を作製する工程と、上記研磨工具と上記板材との間に研磨剤を供給する工程と、上記研磨工具と上記板材とを接触させた状態でこれらを相対移動させることで、上記溝部を研磨する工程と、を備える。
【０００９】
好ましくは、上記研磨剤は、酸化セリウム、コロイダルシリカまたはアルミナを含む。
好ましくは、上記板材は、樹脂製の部材から形成されている。
【００１０】
好ましくは、上記被転写材は、シリコーンから形成されている。
好ましくは、上記シリコーンから形成された上記研磨工具は、デュロメータＡ硬度が１２以上８８以下である。
【００１１】
好ましくは、上記溝部の研磨を開始する時点において上記研磨工具を上記板材に接触させた状態では、上記研磨工具と上記溝部の内壁面との間には、５μｍ以上２０μｍ以下のクリアランスが設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
上記の製造方法にて用いられる研磨工具は、研磨対象となる板材そのものから、あるいはそれと同等の形状を有するものから転写により作製されたものである。このような研磨工具は、研磨ブラシを用いる場合に比べて研磨対象である板材の形状に精度よく対応した形状を有しているため、このような研磨工具を用いることによって、高い接触効率を有する、溝部の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態における光学素子の製造方法によって得られる光学素子を備えたマイクロミラーアレイを示す斜視図である。
【図２】実施の形態における光学素子の製造方法によって得られる光学素子を備えたマイクロミラーアレイの分解した状態を示す斜視図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図４】実施の形態における光学素子の製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図５】実施の形態における光学素子の製造方法の第２工程（ダイシング加工工程）を示す断面図である。
【図６】実施の形態における光学素子の製造方法の第３工程（研磨工具を作製する工程）を示す断面図である。
【図７】実施の形態における光学素子の製造方法の第４工程（研磨工具を作製する工程）を示す断面図である。
【図８】実施の形態の変形例における光学素子の製造方法の第４工程（研磨工具を作製する工程）を示す断面図である。
【図９】実施の形態における光学素子の製造方法の第５工程（板材を研磨工具にセットする工程）を示す断面図である。
【図１０】実施の形態における光学素子の製造方法の第６工程（鏡面研磨工程）を示す断面図である。
【図１１】実施の形態の他の構成における光学素子の製造方法の鏡面研磨工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。以下の実施の形態は、光学素子を備えたマイクロミラーアレイに基づいてその説明が為されるが、以下に開示される光学素子およびその製造方法としての技術思想は、マイクロミラーアレイ以外にも適用され得るものである。
【００１５】
（光学素子）
実施の形態における光学素子の製造方法を実施することにより、光学素子１０，２０（図１，図２等参照）が得られる。図１は、光学素子１０，２０を備えたマイクロミラーアレイ１００を示す斜視図であり、図２は、マイクロミラーアレイ１００の分解した状態を示す斜視図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【００１６】
図１に示すように、マイクロミラーアレイ１００は、マイクロミラーアレイ１００の一方の面側に配置された被投影物の鏡映像を、マイクロミラーアレイ１００に対して面対称となる他方の面側の空間位置に結像させることができる。すなわちマイクロミラーアレイ１００は、３次元または２次元の物体および画像などを空間に結像するための結像光学素子として機能することができる。
【００１７】
図１および図２に示すように、マイクロミラーアレイ１００を構成する光学素子１０，２０は、互いに略同一の構成を有する。光学素子１０，２０は、板状の部材（板材）から形成されており、表面３１Ａおよび裏面３１Ｂを有している。光学素子１０，２０の材質は、アクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂である。光学素子１０，２０の材質は、ガラスであっても構わない。
【００１８】
光学素子１０，２０の表面３１Ａには、表面３１Ａから裏面３１Ｂに向かって所定の深さで延びる複数の溝部３４が形成されている。複数の溝部３４は、光学素子１０，２０の端面３１Ｃから端面３１Ｄに到達する長さで、互いに平行に延在している。詳細は後述されるが、複数の溝部３４は、ダイサー５０（図５参照）を用いたダイシング加工により形成される。複数の溝部３４は、成形（たとえば射出成形）によって形成されたものであっても構わない。
【００１９】
図３に示すように、各々の溝部３４は、内壁面３４ａと、底面３４ｂと、内壁面３４ｃとを有している。内壁面３４ａ，３４ｃは、互いに対向する位置関係を有し、光学素子の表面３１Ａに対して直交するように形成されている。光学素子の表面３１Ａと溝部３４の内壁面３４ａとの間には、コーナーエッジ部分３５ａが形成されており、光学素子の表面３１Ａと溝部３４の内壁面３４ｃとの間には、コーナーエッジ部分３５ｂが形成されている。コーナーエッジ部分３５ａ，３５ｂとは、光学素子１０，２０の表面３１Ａと、表面３１Ａに形成された溝部３４との間の境界線に相当する部位である。
【００２０】
図１および図２を再び参照して、２枚の光学素子１０，２０は、各々の溝部３４の延びる方向が平面視で互いに直交するように配置される。溝部３４が形成された光学素子１０の表面３１Ａと、溝部３４が形成された光学素子２０の表面３１Ａとが互いに当接するようにして、マイクロミラーアレイ１００が構成されている。光学素子１０，２０は、たとえば光硬化性を有する樹脂によって互いに接合される。
【００２１】
（光学素子の製造方法）
図４〜図１０を参照して、光学素子１０，２０の製造方法について説明する。光学素子２０は、光学素子１０と同一の製造方法を使用して作製可能であるため、ここでは光学素子１０に着目してその製造方法について説明する。
【００２２】
図４を参照して、まず、表面３１Ａおよび裏面３１Ｂを有する板材１０Ｍ（素板）が準備される。板材１０Ｍは、直方体状の形状を有し、たとえばアクリルやポリカーボネートなどの樹脂製の部材から形成されている。板材１０Ｍの材質は、ガラスであっても構わない。板材１０Ｍの大きさは、たとえば６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚み３．０ｍｍである。
【００２３】
板材１０Ｍは、加工テーブル４０の上に載置される。加工テーブル４０には、複数の吸引孔４１が設けられている。複数の吸引孔４１を通して吸気することで、板材１０Ｍの裏面３１Ｂが加工テーブル４０の表面に真空吸着し、板材１０Ｍは加工テーブル４０の表面に固定される。
【００２４】
（ダイシング加工工程）
図５を参照して、ダイサー５０（回転刃）を用いて、板材１０Ｍの表面３１Ａにダイシング加工が施される。例示すると、加工機としては、株式会社ディスコ社製のダイシング加工機（ＤＡＤ５２２）を使用することができる。ダイサー５０としては、＃５０００、φ５２×厚み０．５ｍｍを有するダイヤモンドブレードを使用できる。ダイサー５０の回転数は３００００ｒｐｍに設定可能であり、ダイサー５０の送り速度は１．０ｍｍ／ｓに設定可能である。
【００２５】
ダイシング加工により、表面３１Ａから裏面３１Ｂに向かって延びる複数の（たとえば１３本の）溝部３４が板材１０Ｍの表面３１Ａに形成される。溝部３４が延びる方向に対して直交する方向を幅方向とすると、たとえば、溝部３４の幅は０．５ｍｍであり、溝深さは０．９ｍｍである。
【００２６】
ダイシング加工によって形成された溝部３４は、内壁面３４ａと、底面３４ｂと、内壁面３４ｃとを有する。内壁面３４ａ，３４ｃは、互いに対向する位置関係を有し、板材１０Ｍの表面３１Ａに対して直交している。溝部３４の幅とは、内壁面３４ａと内壁面３４ｃとの間の距離に相当する。
【００２７】
図５に示すように、光学素子（樹脂基板）の表面３１Ａと溝部３４の内壁面３４ａとの間にはコーナーエッジ部分３５ａが形成され、光学素子（樹脂基板）の表面３１Ａと溝部３４の内壁面３４ｃとの間にはコーナーエッジ部分３５ｂが形成される。板材１０Ｍに複数の溝部３４が形成されることで、光学素子の素板（前躯体）である板材１０Ｎ（図６参照）が得られる。板材１０Ｎの溝部３４の内壁面３４ａ，３４ｃには、ツールマーク（ダイサー５０による加工痕）が残存している。
【００２８】
（研磨工具を作製する工程）
図６を参照して、溝部３４が表面３１Ａに形成された板材１０Ｎが準備できた後、プラスチック製の容器６４を準備し、液状から固体へ変化可能なシリコーン６３（被転写材）を容器６４の中に流し込む。例示すると、シリコーン６３としては、信越化学工業株式会社製の型取り用シリコーンＲＴＶゴム「ＫＥ−１７」を使用することができる。板材１０Ｎについては、固定具６１とともに、高さ規制板６０に取り付けられる。
【００２９】
図７を参照して、板材１０Ｎの表面３１Ａの側から、シリコーン６３の中に板材１０Ｎを浸漬する。シリコーン６３は、所定時間が経過することで硬化（固化）する。板材１０Ｎの溝部３４の形状をシリコーン６３に転写させることにより、シリコーン６３から研磨工具６５（図９参照）が作製される。
【００３０】
図８を参照して、板材１０Ｎを用いる代わりに、型取り用母材１０Ｓを用いてもよい。型取り用母材１０Ｓは、板材１０Ｎの溝部３４に対応する形状を有している。換言すると、型取り用母材１０Ｓは、板材１０Ｎの溝部３４と略同一の形状を有する溝部を複数本（たとえば１７本）有している。例示すると、型取り用母材１０Ｓの大きさは８０ｍｍ×８０ｍｍ×厚み３．０ｍｍであり、溝部の幅は０．５ｍｍであり、溝深さは０．９ｍｍである。型取り用母材１０Ｓを用いた場合であっても、型取り用母材１０Ｓの形状をシリコーン６３に転写させることにより、シリコーン６３（被転写材）から研磨工具６５（図９参照）が作製されることになる。
【００３１】
シリコーンから形成された研磨工具６５は、デュロメータＡ硬度が１２以上８８以下であることが好ましい。研磨工具６５が研磨中に型崩れを起こしてしまうことがなく、アクリルなどの樹脂製の板材１０Ｎに対してもキズを付けたりすることがほとんどない、適切な研磨を実施することが可能となる。なお、被転写材の材料としては、シリコーンを用いた型取りで研磨工具６５を作製することに限定されず、シリコーン以外の材料を用いて研磨工具６５を作製しても構わない。
【００３２】
図９を参照して、被転写材（シリコーン６３）から研磨工具６５を作製した後、プラスチック製の容器６７の中の所定位置に、研磨工具６５を配置する。次いで、研磨工具６５の高さを超える量を有する研磨剤６６を容器６７の中に供給する。研磨剤６６は、酸化セリウム、コロイダルシリカまたはアルミナを含んでいることが好ましい。酸化セリウムは、板材１０Ｎの素材がガラスである場合に好適である。コロイダルシリカまたはアルミナは、板材１０Ｎの素材がアクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂である場合に好適である。
【００３３】
例示すると、研磨剤６６としては、株式会社フジミインコーポレーテッド製のポリッシング材「ＰＯＬＩＰＬＡ２０３Ｈ」（「ＰＯＬＩＰＬＡ」は登録商標）を使用することができる。研磨剤６６を容器６７の中に供給した後、板材１０Ｎを研磨剤６６の中に浸漬させ、板材１０Ｎの溝部３４と研磨工具６５の対応箇所とを嵌合させる。この状態で、研磨工具６５と板材１０Ｎとの間に、研磨剤６６が供給される（研磨剤６６がこれらの間に入り込む）。
【００３４】
（鏡面研磨工程）
図１０を参照して、板材１０Ｎと研磨工具６５とを互いに接触させ、板材１０Ｎに対して５ｋｇの押圧力を加えた状態でこれらを相対移動させる。
【００３５】
図１１に示すように、溝部３４の研磨を開始する時点において、板材１０Ｎを研磨工具６５に接触させた状態では、研磨工具６５と溝部３４の内壁面３４ａ，３４ｃとの間には、５μｍ以上２０μｍ以下のクリアランスＣＬが設けられていてもよい。クリアランスＣＬは、研磨剤６６の種類や研磨レートなどに応じて、最適な値が設定される。クリアランスＣＬは、研磨工具６５を作製する際の材料の被転写材（シリコーン６３）の収縮量や、型取り用母材１０Ｓが有する溝部の幅などを変更することにより、所望の値に容易に設定することが可能である。
【００３６】
図１０（図１１）の紙面に対して垂直な方向に板材１０Ｎが繰り返し往復移動することで、板材１０Ｎの溝部３４が研磨される。たとえば５分間の研磨（摺動）を経ることで、鏡面研磨処理が完了する。溝部３４の内壁面３４ａ，３４ｃに残存していたツールマーク（微細キズ）は、研磨によってほとんど除去される。たとえば０．１μｍ以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する鏡面を、内壁面３４ａ，３４ｃに形成することが可能となる。
【００３７】
（作用および効果）
上記の製造方法にて用いられる研磨工具６５は、研磨対象となる板材１０Ｎそのものから、あるいはそれと同等の形状を有する型取り用母材１０Ｓから転写により作製されたものである。このような研磨工具６５は、研磨ブラシを用いる場合に比べて研磨対象である板材１０Ｎの形状に精度よく対応した形状を有しているため、このような研磨工具６５を用いることによって、溝部３４のコーナーエッジ部分３５ａ，３５ｂが変形してしまうこともほとんどない。換言すると、いわゆる「ダレ」と呼ばれる形状変化が溝部３４のコーナーエッジ部分３５ａ，３５ｂに発現することもほとんどない。
【００３８】
特開２０００−１２７０２１号公報（特許文献４）には、溝部を研磨ブラシで研磨することが記載されているが、溝部３４の幅が狭い場合（たとえば溝幅が０．５ｍｍ以下の場合）や溝部３４の深さが深い場合（たとえば溝深さが１．０ｍｍ以下の場合）には、研磨ブラシで適切な研磨処理を行なうことは難しい。溝部の幅、深さ、ピッチなどに合わせた特殊な研磨ブラシを準備するのにも費用がかかる。
【００３９】
これに対して、シリコーンなどの被転写材から型取りにより研磨工具６５を作製し、研磨工具６５を用いて溝部３４を研磨するという手法によれば、作業時間も短くて済み、光学素子の製造に係る費用も低減可能である。型取りという手法によれば、溝部３４の寸法や形状に柔軟に対応することが可能であり、高い形状精度を有する研磨工具６５を得ることも可能である。したがって、上述の実施の形態における光学素子の製造方法によれば、高価な研磨ブラシ等を製作することなく、溝部３４の表面に残存する不純物（微粉末など）を適切に除去しつつ、高い接触効率を有する、溝部３４の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能となる。その結果、板材１０Ｎの表面形状が変化すること、たとえば板材１０Ｎが反ったり、溝部３４の凹凸形状が崩れたり、コーナーエッジ部分３５ａ，３５ｂの形状が崩れたりすることを抑制可能となり、以上のようにして作製された光学素子１０，２０（図１〜図３参照）によれば、明るく輝度の高い結像を結ぶことが可能なマイクロミラーアレイ１００を実現できる。
【００４０】
（実験例）
上述の実施の形態の製造方法に基づいて光学素子を作製した後、光学素子の裏面３１Ｂの側から溝部３４の中心に向かって切り込みを入れ、光学素子を割断した。マイクロスコープ（×１００）を用いて溝部３４の表面状態を観察したところ、ツールマークがほぼ完全に除去できていることがわかった。
【００４１】
さらに、Ｖｅｅｃｏ社製の非接触光学測定機「Ｗｙｋｏ  ＮＴ９１００」にて溝部３４の内壁面の面粗さを測定したところ、研磨処理前のＲｔ値が２００ｎｍであったのに対して、研磨処理後のＲｔ値は１００ｎｍであった。いわゆる「ダレ」と呼ばれる形状変化が溝部３４のコーナーエッジ部分３５ａ，３５ｂに発現していることもなかった。これらの結果から、上述の実施の形態における光学素子の製造方法によれば、溝部３４の表面に残存する不純物（微粉末など）を適切に除去しつつ、高い接触効率を有する、溝部３４の形状に対応した適切な鏡面研磨を実施することが可能であることがわかる。
【００４２】
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２０  光学素子、１０Ｍ，１０Ｎ  板材、１０Ｓ  型取り用母材、３１Ａ  表面、３１Ｂ  裏面、３１Ｃ，３１Ｄ  端面、３４  溝部、３４ａ，３４ｃ  内壁面、３４ｂ  底面、３５ａ，３５ｂ  コーナーエッジ部分、４０  加工テーブル、４１  吸引孔、５０  ダイサー、６０  高さ規制板、６１  固定具、６３  シリコーン、６４，６７  容器、６５  研磨工具、６６  研磨剤、１００  マイクロミラーアレイ、ＣＬ  クリアランス。
【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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