JP2008213210A - 転写方法及びその転写方法によって製造された光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂材料を仮硬化した後に金型転写面を樹脂材料に転写して気泡混入のない微細凹凸部を得る。
【解決手段】ガラス基材１１と、該ガラス基材１１に対面配置され微細凹凸部１４が形成された金型転写面との間に樹脂１２を介在させ、該樹脂１２の表面に微細凹凸部１４を転写する。このため、ガラス基材１１の成形面に低粘度の樹脂１２を滴下して均一に塗布する工程と、該塗布した樹脂１２が転写面に接触する前に仮硬化する工程と、該仮硬化した樹脂１２に転写面を押圧する工程と、該押圧した状態で樹脂１２を本硬化する工程と、該本硬化した樹脂１２を含む複合体２２を離型する工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂材料の表面に微細凹凸部を転写する転写方法及びその転写方法によって製造された光学素子に関する。

光学系のレンズにおいて、１点から出た光線がレンズを通過した後、１点に集まらずに散らばってしまう現象（「収差」という）が生じる。この収差のうち、色収差は、光の波長によって屈折率が異なる性質があることに起因する。この光学系の色収差を補正する方法として、従来、回折光学素子を用いた技術が公知である。

例えば、特許文献１には、微細凹凸部を転写する技術が開示されている。この技術では、まず、平面状の透明基板の表面に光硬化樹脂を塗布している。そして、この光硬化樹脂に微細な凹凸部の原版を序々に密着させている。次に、透明基板に原版と反対側から光線を照射して光硬化樹脂を硬化させている。なお、硬化の際、原版を序々に移動させている。

また、特許文献２には、フレア光の発生を抑える技術が開示されている。この技術では、回折格子の縦面に艶消し処理を施している。すなわち、表面粗さの異なる２層の炭素系膜を成膜することで、回折格子部分の縦面のみを微細構造化する。この形状を成形品に転写することで、回折光学素子の縦面に艶消し処理が施される。
特開２００４−２０５９２４号公報 特開２００６−１６２８６３号公報

特許文献１では、平面状のガラス基板上に紫外線硬化樹脂を滴下し、微細凹凸部を有する金型により紫外線硬化樹脂を拡げている。このとき、ガラス基板の表面には微細凹凸部がないため、紫外線硬化樹脂の滴下時における気泡の巻込みはあまり問題とならない。

しかしながら、ガラス基板上に滴下された樹脂と微細凹凸部を有する金型とが接触した瞬間に、微細凹凸部に対し樹脂が拡がるため、気泡を巻き込み易い。そして、この気泡が光学性能に悪影響を及ぼすため、製品の歩留りが低下する。

特許文献２では、微細凹凸部（回折格子）を有する金型に紫外線硬化型樹脂を滴下し、ガラス基板により紫外線硬化型樹脂を拡げた後に紫外線を照射して硬化させている。
しかし、微細凹凸部を有する金型に紫外線硬化型樹脂を滴下する場合、該紫外線硬化型樹脂が微細凹凸部に接して拡がる時に気泡を巻き込み易い。このため、特許文献１と同様に歩留りが低下する。また、この気泡混入を除去するために、真空容器内を減圧して気泡を抜く脱泡工程を入れている。このため、生産性が低下する。

また、特許文献１及び特許文献２の両技術ともに、基材と金型の間に硬化性樹脂を介在させた後、硬化を行っているため、樹脂硬化時の樹脂収縮（硬化収縮）量が大きく、微細凹凸部の破損が発生する。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、樹脂材料を仮硬化した後に微細凹凸部が形成された金型転写面を樹脂材料に転写することにより、気泡混入のない微細凹凸部を得ることのできる転写方法及びその転写方法によって製造された光学素子を提供することを目的とする。

また、微細凹凸部を確実に成形できる転写方法及びその転写方法によって製造された光学素子を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
微細凹凸部が形成された金型の転写面を用いて樹脂材料の表面に前記微細凹凸部を転写する転写方法において、
基材の成形面に前記樹脂材料を滴下して塗布する工程と、
該塗布した前記樹脂材料が前記金型転写面に接触する前に仮硬化する工程と、
該仮硬化した前記樹脂材料に前記金型転写面を押圧する工程と、
該押圧した状態で前記樹脂材料を本硬化する工程と、
該本硬化した前記樹脂材料及び前記基材を含む複合体を離型する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の転写方法において、
前記仮硬化する工程は、前記樹脂材料の硬化率を２０％〜７０％にすることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の転写方法において、
前記押圧する工程は、最初に前記仮硬化した前記樹脂材料と前記金型転写面の一部を接触させ、その後、徐々に接触面を拡げるように押圧することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の転写方法において、
前記押圧する工程では、前記基材成形面の曲率半径をＲ１、前記金型転写面の曲率半径の曲率半径をＲ２としたとき、
前記金型転写面が平面あるいは凹面の場合、該基材成形面を｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜を満足する凸面とし、
前記金型転写面が凸面の場合、該基材成形面を｜Ｒ１｜＞｜Ｒ２｜を満足する凹面としたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の転写方法において、
前記本硬化の際に、前記基材と前記金型転写面とを近接方向に移動しながら押圧することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の転写方法によって製造された光学素子において、
前記基板と前記樹脂材料を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、気泡混入のない微細凹凸部を得ることができる。また、成形が確実に行われた微細凹凸部を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（概要説明）
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態の概要を示す図である。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、ガラス基材１１の成形面１１ａ上に、ノズル１０からエネルギー硬化型樹脂１を滴下して塗布する（塗布工程）。エネルギー硬化型樹脂１としては、熱硬化型樹脂１２や紫外線硬化型樹脂１３（後述の実施の形態を参照）がある。また、ガラス基材１１の成形面１１ａは、本実施形態では滑らかな凹曲面になっている。

そして、図１（ｂ）に示すように、塗布したエネルギー硬化型樹脂１を、ほぼ均一の厚みに展延する（展延工程）。次いで、図１（ｃ）に示すように、エネルギー硬化型樹脂１に、紫外線ランプ１５によってエネルギー（紫外線）を照射して、このエネルギー硬化型樹脂１を半硬化状（仮硬化）にする（仮硬化工程）。

更に、図１（ｄ）に示すように、この半硬化したエネルギー硬化型樹脂１と金型１６の転写面を接触させ、さらに、半硬化したエネルギー硬化型樹脂１に、金型１６の転写面を押し付ける（押圧工程）。なお、この金型１６の転写面には、微細凹凸部１４が形成されている。

そして、図１（ｅ）に示すように、エネルギー硬化型樹脂１に、紫外線ランプ１５によってエネルギー（紫外線）を照射して、エネルギー硬化型樹脂１を硬化させる（本硬化工程）。その際、金型１６をガラス基材１１に近接させながら、エネルギー照射を行う。最後に、図１（ｆ）に示すように、ガラス基材１１とエネルギー硬化型樹脂１（複合体）を金型１６から離型する（離型工程）。

上記のように、本実施形態では、エネルギー硬化型樹脂１と微細凹凸部１４を接触させる前に、エネルギー硬化型樹脂１を半硬化状にしている。この点について説明する。
エネルギー硬化型樹脂１は、未硬化の状態では液体である。そのため、エネルギー硬化型樹脂１を微細凹凸部１４に接触させると、微細凹凸部１４と樹脂の「ぬれ性」により、エネルギー硬化型樹脂１に気泡が巻き込まれるおそれがある。この「ぬれ性」とは、例えば液体を固体表面に滴下した場合、液体が気体を押しのけながら周囲に拡がっていく現象のことをいう。

エネルギー硬化型樹脂１が、未硬化（液体）の状態で微細凹凸部１４に接触すると、エネルギー硬化型樹脂１は、自身（エネルギー硬化型樹脂１）と微細凹凸部１４の間にある空気を押しのけながら、素早く周囲に拡がっていく。しかしながら、微細凹凸部１４では凹部１８が存在する（図１（ｇ）参照）。

そのため、図１（ｇ）に示すように、凹部１８内にエネルギー硬化型樹脂１が充填する前に樹脂が拡がり、凹部１８内に空気２０が閉じ込められてしまう。そして、この閉じ込められた空気が、気泡となってエネルギー硬化型樹脂１内に残ってしまう。

そこで、本実施形態では、エネルギー硬化型樹脂１３と微細凹凸部１４を接触させる前、すなわち仮硬化する工程において、エネルギー硬化型樹脂１を半硬化状（硬化率が２０％〜７０％、好ましくは３０％〜５０％）に仮硬化している。そして、その後に、エネルギー硬化型樹脂１と微細凹凸部１４を接触させている。なお、硬化率については後述する。

このようにすると、エネルギー硬化型樹脂１が拡がっていく速さは、未硬化の状態に比べて遅くなる。そのため、エネルギー硬化型樹脂１は、自身（エネルギー硬化型樹脂１）と微細凹凸部１４の間にある空気２０を、確実に押しのけながら周囲に拡がっていく。すなわち、凹部１８内の空気２０も確実に押しのけることができる。その結果、気泡混入のない微細凹凸部１４を得ることができる。

ここで、微細凹凸部１４をエネルギー硬化型樹脂１に押し付けても良いが、エネルギー硬化型樹脂１を微細凹凸部１４に押し付けても良い。
また、押圧する工程においては、仮硬化したエネルギー硬化型樹脂１と微細凹凸部１４の接触は、両者の一部を最初に接触させ、その後、徐々に接触面を拡げるように押圧するのが好ましい。

例えば、エネルギー硬化型樹脂１の樹脂層の表面の形状と、微細凹凸部１４の基本形状（微細凹凸を除いたときの形状）が同じだとする。この場合、樹脂層の一端と微細凹凸部１４の一端が最初に接触するように、微細凹凸部１４側とエネルギー硬化型樹脂１側の少なくとも一方を傾ければよい。

また、例えば、エネルギー硬化型樹脂１の表面形状が曲面の場合、樹脂層の中心と微細凹凸部１４の中心が最初に接触するように、微細凹凸部１４の基本形状を設定すればよい。

具体的には、後述する図１１に示すように、ガラス基材１１の成形面１１ａの曲率半径をＲ１、金型転写面の曲率半径をＲ２としたとき、金型転写面が平面あるいは凹面の場合、ガラス基材１１の成形面１１ａを｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜を満足する凸面とし、また、後述する図９に示すように、金型転写面が凸面の場合、ガラス基材１１の成形面１１ａを｜Ｒ１｜＞｜Ｒ２｜を満足する凹面とする。なお、金型転写面とは、微細凹凸部１４の基本形状のことである。

ここで、エネルギー硬化型樹脂１が上記の硬化率を有する場合、金型１６の転写面に形成された微細凹凸部１４でエネルギー硬化型樹脂１を押圧すると、エネルギー硬化型樹脂１は微細凹凸部１４に合わせて徐々に変形する。その結果、そのままの形状が転写される。

このように、エネルギー硬化型樹脂１を仮硬化した後に押圧を行うことで、微細凹凸部１４の一部がエネルギー硬化型樹脂１に点接触または線接触する。そして、接触面（接触範囲）が徐々に拡がっていくようになる。従って、微細凹凸部１４の凹部１８に介在する空気２０が、樹脂層内に入り込む余地はなく、よって気泡の巻き込みが防止される。

すなわち、金型１６の転写面に形成された微細凹凸部１４の多数の凹部１８に樹脂が充填される際、該凹部１８内の空気２０は半硬化状の樹脂内に巻き込まれずに押しのけられて外部に逃げだすものと思料される。これにより、微細凹凸部１４が転写された樹脂層には、気泡の巻き込みのない微細凹凸部１４’（図４等参照）が得られる。

また、エネルギー硬化型樹脂１が上記の硬化率を有することで、エネルギー硬化型樹脂１の厚さの均一性が失われないようにすることもできる。
なお、硬化率とは、例えば（エネルギー硬化型）樹脂の硬化がどの程度進んでいるか、その割合を表す値である。ここで、これ以上硬化が進まない状態（完全硬化状態）を１００％とし、全く硬化が進んでいない状態（未硬化状態）を０％とする。例えば、示差走査熱量測定法を用いた熱分析により、樹脂が硬化する際に発生する熱量から硬化率を測定する場合、硬化率は、次式で定義される。

硬化率＝（１−（半硬化樹脂を完全硬化させるまでに発生する熱量）／（未硬化樹脂を完全硬化させるまでに発生する全熱量））×１００
このように、エネルギー硬化型樹脂１の熱量を測定することで、硬化率を求めることができる。

なお、硬化率の測定は、示差走査熱量測定法による以外にも、例えば赤外吸収スペクトル法、溶剤抽出法、機械的物性値による測定法等が知られている。
（第１の実施の形態）
図２（ａ）〜（ｅ）は、平面研磨したガラス基材（外径Φ１５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）１１上にエネルギー硬化型樹脂としての熱硬化型樹脂１２を塗布し、この樹脂に微細凹凸部１４を転写する実施の形態を示す図である。

すなわち、図２（ａ）に示すように、平板状のガラス基材１１の成形面１１ａに、熱硬化型樹脂１２とガラス基材１１との密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、図２（ｂ）に示すように、スピンナ一によりガラス基材１１を１５００ｒｐｍで回転し、その成形面１１ａにウレタン系の熱硬化型樹脂１２を均一に塗布する。こうして、塗布された熱硬化型樹脂１２を均等に引き伸ばして、樹脂厚さが約０．１ｍｍの樹脂層を形成する。なお、本実施の形態で用いた樹脂は、２５℃における粘度が約５００ｃｐｓである。

次に、この樹脂層に対して８０℃で４分間加熱を行い、樹脂層を仮硬化する。この時、樹脂の硬化率は、本実施形態では約３０％とした。この硬化率では、弱い圧力を加えると変形する程度のゲル状態（弾性体）となっている。

次に、図２（ｃ）に示すように、転写面に微細凹凸部１４が形成された金型１６を、樹脂層にほぼ平行に対向配置する。更に、図２（ｄ）に示すように、樹脂層の厚さが０．０８ｍｍ程度になるまで、金型１６の転写面を樹脂層に押し付ける。

その後、図２（ｄ）に示した状態のまま、８０℃で３０分間加熱を行い、樹脂層を完全に硬化させる。
更に、図２（ｅ）に示すように、金型１６の転写面を樹脂層から剥離することで、樹脂層の転写面側には微細凹凸部１４が反転された微細凹凸部１４’が形成される。こうして、ガラス基材１１と微細凹凸部１４’を有する熱硬化型樹脂１２とからなる複合体（微細構造体）２２が得られる。

なお、本実施形態において、金型１６の転写面に形成された微細凹凸部１４は、反射防止構造である。その製法は、石英基板上に電子ビームによってレジストパターンを形成した後、エッチングすることで、石英基板上に微細な四角錐の周期構造を形成する。

図３は、金型１６の転写面の微細凹凸部１４の外観図である。この微細凹凸部１４は、多数の凹部１８と凸部１９を有し、ピッチｐが１５０ｎｍ，高さｈが２５０ｎｍとなっている。

図４は、熱硬化型樹脂１２に転写により形成された微細凹凸部１４’の外観図である。この微細凹凸部１４’は、多数の凹部１８’と凸部１９’を有し、しかも凸部１９’の内部に気泡の巻き込みがない点が特徴である。

本実施形態によれば、気泡の巻き込みがない微細凹凸部１４’を得ることができる。これにより、この微細凹凸部１４の転写方法を、例えば光学系に応用することで光学性能の良い複合光学素子を得ることができる。

また、本実施形態では、金型１６の転写面に熱硬化型樹脂１２を接触させる前に、該熱硬化型樹脂１２の仮硬化を行っている。このため、既に熱硬化型樹脂１２の硬化収縮が進行しており、本硬化時の硬化収縮量が小さい。これにより、微細凹凸部１４’が不用意に破損するのを防止することができる。
（第２の実施の形態）
図５（ａ）〜（ｄ）は、平面研磨したガラス基材（外径Φ１５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）１１上に熱硬化型樹脂１２を塗布し、この樹脂に微細凹凸部１４を転写する実施の形態を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

また、第１の実施の形態とは、熱硬化型樹脂１２と金型１６の接触のさせ方が相違している。
図５（ａ）に示すように、平板状のガラス基材１１の成形面１１ａに、熱硬化型樹脂１２とガラス基材１１の密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、スピンナ一によりガラス基材１１を１５００ｒｐｍで回転し、ウレタン系の熱硬化型樹脂１２を均一に塗布する。こうして、樹脂厚さが約０．１ｍｍの樹脂層を形成する。なお、本実施の形態で用いた樹脂は、２５℃における粘度が約５００ｃｐｓである。

そして、この樹脂層に対して８０℃で４分間加熱を行い、樹脂層を仮硬化する。この時、樹脂の硬化率は約３０％とした。この状態では、樹脂に弱い圧力を加えると変形する程度のゲル状態となっている。

なお、本実施形態に用いた金型転写面の微細凹凸部１４は、第１の実施の形態と同様である。
そして、図５（ａ）に示すように、転写面に微細凹凸部１４が形成された金型１６を、樹脂面に対して約２°傾けた状態で対向配置する。次いで、図５（ｂ）に示すように、樹脂層の一端（図の右端）から金型１６の転写面を接触させる。更に、金型１６の転写面の一端を中心として他端を回転させるようにして、金型転写面が樹脂層を平行に押し付ける。すなわち、金型１６の傾きを徐々に平行に戻すようにする。

すると、図５（ｃ）に示すように、傾斜した金型転写面は、当初は樹脂層に対し点接触又は線接触の状態から、徐々に樹脂層の接触面を拡げるように作用する。こうして、樹脂層の厚さが均一に０．０８ｍｍ程度になるまで金型転写面を樹脂層に押し付ける。

その後、８０℃で３０分間加熱を行い、樹脂層を完全に硬化させる。
更に、図５（ｄ）に示すように、金型１６の転写面を樹脂層からほぼ平行に剥離することで、気泡の巻き込みがない微細凹凸部１４’を得ることができる。こうして、ガラス基材１１と微細凹凸部１４’が形成された複合体２２が得られる。

本実施形態によれば、金型１６の転写面の一部が樹脂に接触した後、該金型転写面が徐々に接触面を拡げるように押圧するため、微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みを防止することができる。
（変形例）
第１及び第２の実施の形態においては、金型１６の転写面に形成された微細凹凸部１４が、四角錐の凸部１９を有する場合を例として説明したが、これに限らず、円錐や六角錐等の多角錐であっても良い。さらに、微細凹凸部は規則的な凹凸パターン形状である必要も無く、数ミクロン以下のピッチと高さを有する不規則的な凹凸構造であっても良い。

また、微細凹凸部１４は、例えば図６（ａ）に示すように、ピッチｐ及び高さｈが数ミクロン以下の直線的な矩形形状の凹凸部であっても良い。また、微細凹凸部１４は、図６（ｂ）に示すように、ピッチｐ及び高さｈが数ミクロン以下の直線的な鋸歯形状の凹凸部であっても良い。

この場合、樹脂層に金型１６の転写面を押圧する際、微細凹凸部１４の直線方向と樹脂の接触面の広がる方向を同一にすることで、さらに気泡の混入を防止することができる。
（第３の実施の形態）
図７（ａ）〜（ｅ）は、平面研磨したガラス基材（外径Φ１５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）１１上に熱硬化型樹脂１２を塗布し、この樹脂に微細凹凸部１４を転写する実施の形態を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

また、第１の実施の形態と異なる点は、ガラス基材１１の厚さが最大厚２ｍｍ、最小厚１．９ｍｍの楔形状となっている点である。すなわち、ガラス基材１１の成形面１１ａは、略水平なガラス基材１１の底面に対して傾斜している。

図７（ａ）に示すように、楔形状のガラス基材１１の成形面１１ａに、熱硬化型樹脂１２とガラス基材１１の密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、図７（ｂ）に示すように、スピンナ一によりガラス基材１１を１０００ｒｐｍで回転し、その樹脂層形成面１１ａにエポキシ系の熱硬化型樹脂１２を均一に塗布する。こうして、樹脂厚さが約０．２ｍｍの樹脂層を形成する。なお、本実施の形態で用いた樹脂は、２５℃における粘度が約１０００ｃｐｓである。

次に、この樹脂層に対して８０℃で４分間加熱を行い、樹脂層を仮硬化する。この時、樹脂の硬化率は約３０％とした。この状態では、樹脂に弱い圧力を加えると変形する程度のゲル状態となっている。

次に、図７（ｃ）に示すように、微細凹凸部１４が形成された金型１６の転写面を、略水平なガラス基材１１の底面と平行に対向配置する。このとき、金型転写面は樹脂層の一端（図の右端）にて点接触又は線接触状態となっている。

更に、図７（ｄ）に示すように、樹脂層の厚さが最薄部で０．０８ｍｍ程度になるまで金型転写面を樹脂層に平行に押し付ける。こうして、樹脂層に対し傾斜した状態の金型１６の転写面が、徐々に接触面を拡げるように押圧する。これにより、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みが防止される。

なお、本実施形態に用いた金型１６の微細凹凸部１４は、第１の実施の形態と同様である。
その後、図７（ｄ）に示した状態のまま、樹脂層に対して８０℃で３０分間加熱を行い、樹脂層を完全に硬化させる。

更に、図７（ｅ）に示すように、金型１６の転写面を樹脂層から剥離することで、樹脂層の転写面側には微細凹凸部１４が反転した微細凹凸部１４’が形成される。こうして、ガラス基材１１と、微細凹凸部１４’が形成された熱硬化型樹脂１２とを有する複合体２２が得られる。

本実施形態によれば、微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の混入を防止することができる。また、金型１６の転写面とガラス基材１１の樹脂層形成面１１ａとは、当初から傾斜しているため、転写面を樹脂層に近接する際、金型１６の動作が直線的で済む。このため、装置構成を簡略化することができる。
（第４の実施の形態）
図８（ａ）〜（ｅ）は、滑らかに研磨したガラス基材（外径Φ１５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）１１上に熱硬化型樹脂１２を塗布し、この樹脂に微細凹凸部１４を転写する実施の形態を示す図である。

第３の実施の形態と異なる点は、ガラス基材１１の成形面１１ａが曲率半径Ｒ１＝８００ｍｍの凸面形状を有し、中心部の肉厚が最も厚い２ｍｍで、また、金型１６の転写面が平面である点である。すなわち、金型１６の転写面の曲率半径Ｒ２（∞）よりも、ガラス基材１１の成形面の曲率半径Ｒ１の方が小さい凸面となっている。

なお、ガラス基材１１の成形面１１ａと反対面（底面）側は水平面となっている。また、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
図８（ａ）に示すように、ガラス基材１１の成形面１１ａに、熱硬化型樹脂１２とガラス基材１１の密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、図８（ｂ）に示すように、スピンナ一によりガラス基材１１を１０００ｒｐｍで回転し、その成形面１１ａにエポキシ系の熱硬化型樹脂１２を均一に塗布する。こうして、樹脂厚さが約０．２ｍｍの樹脂層が形成され、樹脂層転写面の曲率半径は、ほぼＲ１と等しくなる。次に、この樹脂層に対して８０℃で８分間加熱を行い、樹脂層を仮硬化する。

この時、樹脂の硬化率は約５０％であり、この状態では、圧力を加えると変形する程度の硬度となっている。
次に、図８（ｃ）に示すように、微細凹凸部１４が形成された金型１６の転写面を、ガラス基材１１の底面にほぼ平行に対向配置する。更に、図８（ｄ）に示すように、樹脂層の中心部厚さが０．１ｍｍ程度になるまで、金型１６の転写面を平行に近接移動させて樹脂層に押し付ける。

このとき、中央部が高い樹脂層に対し、水平状態の金型１６の転写面が、徐々に接触面を拡げるように押圧する。これにより、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みが防止される。

なお、本実施形態に用いた金型１６の微細凹凸部１４は、第１の実施の形態と同様である。
その後、図８（ｄ）に示した状態のまま、８０℃で２５分間加熱を行い、樹脂層を完全に硬化させる。

更に、図８（ｅ）に示すように、金型１６の転写面を樹脂層から剥離することで、樹脂層の転写面側には微細凹凸部１４が反転した微細凹凸部１４’が形成される。こうして、ガラス基材１１と、微細凹凸部１４’が形成された熱硬化型樹脂１２とを有する複合体２２が得られる。

本実施形態によれば、金型１６の転写面の曲率半径Ｒ２よりもガラス基材１１の成形面１１ａの曲率半径Ｒ１の方が小さい凸面となっているので、樹脂層転写面の曲率半径も金型転写面の曲率半径Ｒ２より小さい凸面となり、金型１６の転写面が徐々に樹脂層の接触面を拡げつつ押圧する。このため、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する際、該微細凹凸部１４’に気泡が巻き込まれるのを防止することができる。
（第５の実施の形態）
図９（ａ）〜（ｃ）は、研磨ガラス基材（外径Φ２０ｍｍ、中心厚２ｍｍ）１１上にエネルギー硬化型樹脂としての紫外線硬化型樹脂１３を塗布し、この樹脂に微細凹凸部１４を転写する実施の形態を示す図である。

このガラス基材（外径Φ２０ｍｍ、中心厚２ｍｍ）１１は、一方の光学機能面が平面と他方の光学機能面が曲率半径Ｒ１＝４２ｍｍの凹面を有している。このガラス基材１１は、紫外線（波長３６５ｎｍ）の透過率が５０％以上の性質を有している。なお、このガラス基材の成形面曲率半径Ｒ１は、金型１６の転写面の曲率半径Ｒ２よりも大きい値となっている。

なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
図９（ａ）に示すように、ガラス基材の成形面（凹面）１１ａに、紫外線硬化型樹脂１３とガラス基材１１の密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、スピンナ一によりガラス基材を２０００ｒｐｍで回転し、その成形面１１ａにアクリル系の紫外線硬化型樹脂１３を均一に塗布する。

その後、回転数を１０００ｒｐｍに回転を落とし、回転した状態で２０ｍＷの紫外線を１０秒間照射する。こうして、樹脂厚さが約０．１５ｍｍの仮硬化された樹脂層が形成され、樹脂層転写面の曲率半径は、ほぼＲ１と等しくなる。なお、本実施の形態で用いた樹脂は、２５℃における粘度が約８００ｃｐｓである。

この時、樹脂の硬化率は約５０％であり、圧力を加えると変形する程度の硬度となっている。また、微細凹凸部１４が形成された金型１６の凸面状の転写面を、ガラス基材１１の成形面（凹面）１１ａに対向配置する。

次に、図９（ｂ）に示すように、転写面に微細凹凸部１４が形成された金型１６を、樹脂層の中心部厚さが０．１ｍｍ程度になるまで樹脂層に押し付ける。
このとき、金型１６の転写面が凸面で、該金型転写面の曲率半径Ｒ２よりもガラス基材１１の成形面（凹面）１１ａの曲率半径Ｒ１の方が大きいので、樹脂層転写面の曲率半径も金型転写面の曲率半径Ｒ２より大きい凹面となり、金型転写面の中央部が樹脂層の中央部に接触した後、徐々に接触面を拡げるように作用する。これにより、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みが防止される。

その後、図９（ｂ）の状態のまま、ガラス基材１１の底面側から１５０ｍＷの紫外線を２分間照射することで、樹脂層を完全に硬化させる。
その際、紫外線の照射開始と同時に、金型１６を５μｍ／秒の速度で４秒間ガラス基材１１に近接する方向に移動させた。このように、本硬化中に金型１６を近接移動させることで、本硬化中に樹脂層に発生するわずかな硬化収縮の影響を受けることがない。このため、微細凹凸部１４の形状転写性が一層向上する。

更に、図９（ｃ）に示すように、金型１６を樹脂層から剥離することで、ガラス基材１１と、微細凹凸部１４’が転写された紫外線硬化型樹脂１３とからなる複合体２２が得られる。

ところで、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、図９の実施形態に用いた金型１６の微細凹凸部１４は、曲率半径Ｒ２＝４０ｍｍの球面凸形状の表面に、鋸歯形状の回折格子構造が機械加工によって形成されている。この鋸歯形状のピッチｐは１．５μｍから５μｍ、高さｈは０．８μｍから３μｍとなっている。

本実施形態によれば、樹脂を硬化させるのに紫外線を用いていることで、硬化時間を短縮することができる。また、樹脂の本硬化中に金型１６の転写面を接近移動させて樹脂層に押し付けることで、本硬化中に発生するわずかな硬化収縮の影響を受けることがない。このため、微細凹凸部１４の形状転写性を一層向上することができる。

更に、本実施形態では、金型１６の転写面が凸面で、その曲率半径Ｒ２よりも基材成形
面の曲率半径Ｒ１の方が大きい凹面としたので、樹脂層転写面の曲率半径も金型転写面の曲率半径Ｒ２より大きい凹面となり、金型１６の転写面が徐々に樹脂層の接触面を拡げつつ圧接するため、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成するときの気泡の巻き込みを防止することができる。
（第６の実施の形態）
図１１（ａ）〜（ｅ）は、基材成形面１１ａの曲率半径がＲ１＝７２ｍｍの凸面と、反成形面の曲率半径がＲ３＝８２ｍｍの凸面を有する研磨ガラス基材（硝材：ＢＳＬ−７、外径Φ２０ｍｍ、中心層５ｍｍ）１１上に紫外線硬化型樹脂１３を塗布し、この樹脂に微細凹凸構造１４を転写する実施の形態を示す図である。

なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
図１１（ａ）に示すように、両凸レンズ状のガラス基材１１の成形面１１ａに、紫外線硬化型樹脂１３とガラス基材１１の密着性を上げるためのカップリング処理を行なう。その後、図１１（ｂ）に示すように、スピンナ一によりガラス基材１１を１５００ｒｐｍで回転し、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂１３を均一に塗布する。こうして、樹脂厚さが約０．２ｍｍの樹脂層が形成され、樹脂層転写面の曲率半は、ほぼ基材成形面曲率半径Ｒ１と等しくなる。なお、本実施の形態で用いた樹脂は、２５℃における粘度が約１５００ｃｐｓである。

更に、ガラス基材１１の回転を停止した後、３０ｍＷの紫外線を１５秒間照射することで、樹脂層を仮硬化する。この時、樹脂の硬化率は約６０％であり、強い圧力を加えると変形する程度の硬度となっている。

次に、図１１（ｃ）に示すように、転写面に微細凹凸部１４が形成された金型１６を、樹脂層にほぼ均等に接触させる。更に、図１１（ｄ）に示すように、樹脂層の中心部厚さが０．１ｍｍ程度になるまで、金型１６の転写面を樹脂層に押し付ける。

このとき、金型１６の転写面が凹面で、該金型転写面の曲率半径Ｒ２よりも基材成形面（凸面）の曲率半径Ｒ１の方が小さいので、樹脂層転写面の曲率半径も金型転写面の曲率半径Ｒ２より小さい凸面となり、金型転写面の中央部が樹脂層の中央部に接触した後、徐々に接触面を拡げるように作用する。これにより、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みが防止される。

なお、本実施形態では、金型１６の転写面よりも樹脂層の面積の方が大きくなっている。このため、樹脂層の外周部には微細凹凸部１４が転写されない部分が生じている。
その後、図１１（ｄ）のままで、基材側から１５０ｍＷの紫外線を２分間照射することで、樹脂層を完全に硬化させる。

更に、図１１（ｅ）に示すように、金型１６の転写面を樹脂層から剥離することで、樹脂層の転写面側には微細凹凸部１４が反転した微細凹凸部１４’が形成された複合体２２が得られる。

本実施形態に用いた金型１６の微細凹凸部１４は、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、曲率半径Ｒ２＝８０ｍｍの球面凹形状の表面に、微細凹凸部１４として、中心側が凸形状の同心円状に鋸歯形状の回折格子構造を有している。具体的には、この微細凹凸部１４は、機械加工により格子高さｈ＝２〜１０μｍ、格子幅ｗ＝２〜３０μｍの形状に加工する。

本実施形態では、金型１６の転写面が凹面で該転写面の曲率半径Ｒ２よりも基材成形面の曲率半径Ｒ１が小さい凸面とした。そして、樹脂層を半硬化状態とした後、該樹脂層に金型１６の転写面を押し付けるため、該微細凹凸部１４は中心部から外周部に向かって拡がるように徐々に形成される。このため、樹脂層に微細凹凸部１４’を形成する時の気泡の巻込みを防止することができる。

なお、以上説明した微細凹凸部１４の構造は、各実施形態に記載の反射防止構造、回折格子構造に限定するものではない。また、エネルギー硬化型樹脂としても、熱硬化型樹脂１２や紫外線硬化型樹脂１３以外に、可視光硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等であっても良い。

（ａ）は、塗布工程を示す図、（ｂ）は、展延工程を示す図、（ｃ）は、仮硬化工程を示す図、（ｄ）は、押圧工程を示す図、（ｅ）は、本硬化工程を示す図、（ｆ）は、離型工程を示す図、（ｇ）は、凹部内に空気が閉じ込められてしまう状態を示す図である。 （ａ）は、第１の実施形態のガラス基材の断面正面図、（ｂ）は、ガラス基材の成形面に熱硬化型樹脂を塗布した状態を示す図、（ｃ）は、樹脂層に金型を対面配置した状態を示す図、（ｄ）は、樹脂層に金型転写面を押し付けた状態を示す図、（ｅ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 金型転写面を拡大した状態を示す図である。 熱硬化型樹脂に転写された微細凹凸部の拡大を示す図である。 （ａ）は、第２の実施形態のガラス基材の成形面に熱硬化型樹脂を塗布し、この樹脂層に対し金型を対面配置した状態を示す図、（ｂ）は、この樹脂層に対し金型転写面を傾斜して押し付けるようにした状態を示す図、（ｃ）は、樹脂層と金型転写面とを平行になるように押し付けた状態を示す図、（ｄ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 （ａ）は、矩形状の微細凹凸部の外観を示す図、（ｂ）は、鋸歯形状の微細凹凸部の外観を示す図である。 （ａ）は、第３の実施形態のガラス基材の正面図、（ｂ）は、ガラス基材の成形面に熱硬化型樹脂を塗布した状態を示す図、（ｃ）は、樹脂層に対し金型を対面配置した状態を示す図、（ｄ）は、樹脂層に金型転写面を押し付けた状態を示す図、（ｅ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 （ａ）は、第４の実施形態のガラス基材の正面図、（ｂ）は、ガラス基材の成形面に熱硬化型樹脂を塗布した状態を示す図、（ｃ）は、樹脂層に対し金型を対面配置した状態を示す図、（ｄ）は、樹脂層に金型転写面を押し付けた状態を示す図、（ｅ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 （ａ）は、第５の実施形態のガラス基材の凹面に紫外線硬化型樹脂を塗布し、この樹脂層に対し金型を対面配置した状態を示す図、（ｂ）は、樹脂層に金型転写面を押し付けた状態を示す図、（ｃ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 （ａ）は、同上の金型転写面の断面正面図、（ｂ）は、その拡大平面図、（ｃ）は、その拡大斜視図である。 （ａ）は、第６の実施形態のガラス基材の断面正面図、（ｂ）は、ガラス基材の成形面に紫外線硬化型樹脂を塗布した状態を示す図、（ｃ）は、樹脂層に対し金型を対面配置して接触させた状態を示す図、（ｄ）は、樹脂層に金型転写面を押し付けた状態を示す図、（ｅ）は、金型の転写面を樹脂層から剥離した状態を示す図である。 （ａ）は、同上の金型転写面の断面正面図、（ｂ）は、その拡大平面図、（ｃ）は、その拡大斜視図である。

符号の説明

１ エネルギー硬化型樹脂
１１ ガラス基材
１１ａ 成形面
１２ 熱硬化型樹脂
１３ 紫外線硬化型樹脂
１４ 微細凹凸部
１５ 紫外線ランプ
１６ 金型
１８ 凹部
１９ 凸部
２０ 空気
２２ 複合体

Claims (6)

1. 微細凹凸部が形成された金型の転写面を用いて樹脂材料の表面に前記微細凹凸部を転写する転写方法において、
   基材の成形面に前記樹脂材料を滴下して塗布する工程と、
   該塗布した前記樹脂材料が前記金型転写面に接触する前に仮硬化する工程と、
   該仮硬化した前記樹脂材料に前記金型転写面を押圧する工程と、
   該押圧した状態で前記樹脂材料を本硬化する工程と、
   該本硬化した前記樹脂材料及び前記基材を含む複合体を離型する工程と、を備える
   ことを特徴とする転写方法。
2. 前記仮硬化する工程は、前記樹脂材料の硬化率を２０％〜７０％にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の転写方法。
3. 前記押圧する工程は、最初に前記仮硬化した前記樹脂材料と前記金型転写面の一部を接触させ、その後、徐々に接触面を拡げるように押圧する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の転写方法。
4. 前記押圧する工程では、前記基材成形面の曲率半径をＲ１、前記金型転写面の曲率半径の曲率半径をＲ２としたとき、
   前記金型転写面が平面あるいは凹面の場合、該基材成形面を｜Ｒ１｜＜｜Ｒ２｜を満足する凸面とし、
   前記金型転写面が凸面の場合、該基材成形面を｜Ｒ１｜＞｜Ｒ２｜を満足する凹面とした
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転写方法。
5. 前記本硬化の際に、前記基材と前記金型転写面とを近接方向に移動しながら押圧する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転写方法。
6. 前記基板と前記樹脂材料を備え、請求項１〜５のいずれかに記載の転写方法によって製造された光学素子。