JP2001201624A - 光学部材および光学部材用成形型 - Google Patents

光学部材および光学部材用成形型

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JP2001201624A
JP2001201624A JP2000007091A JP2000007091A JP2001201624A JP 2001201624 A JP2001201624 A JP 2001201624A JP 2000007091 A JP2000007091 A JP 2000007091A JP 2000007091 A JP2000007091 A JP 2000007091A JP 2001201624 A JP2001201624 A JP 2001201624A
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substrate
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JP2000007091A
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Katsuhide Aramo
勝秀 新毛
Kenichi Nakama
健一 仲間
Hideki Imanishi
秀樹 今西
Yukinari Sekiguchi
幸成 関口
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の技術では感光性を付与したゾルゲル膜は
数μm以下の薄膜しか形成できなかったため、数μm〜
数百μmの厚さを必要とする光学素子の形成に適用する
のは困難であった。 【解決手段】凹凸形状を形成する固体膜層を有機無機複
合材料と光硬化性材料を主成分とした原材料を用いて形
成した。これにより厚さ数μm〜数百μmの光加工性を
もつ有機無機複合材料が得られ、耐熱性の高い微細凹凸
表面を有する光学部材あるいは光学部材用成形型が容易
に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面に微細な凹凸
形状を有する光学部材、特に微小光学素子および情報記
録媒体基板に応用される光学部材および光学部材用成形
型に関する。
【0002】
【従来の技術】回折光学素子、フレネルレンズ、平板マ
イクロレンズ(多数の微小レンズを平板上に平行配列し
たレンズ列)などの光学素子、CD−ROM、その他の
情報記録媒体は、その表面に微小な凹凸構造を具備して
いる。この表面の微小な凹凸部は、光学素子において
は、光の集束もしくは拡散を行い、回折格子もしくはマ
イクロレンズとして機能し、そして、情報記録媒体にお
いては、ピットまたはトラッキングガイドとして機能す
る。
【0003】これら要求を満たす微細凹凸構造を具備し
た光学部材を形成するために、本出願人は生産性に優
れ、低コストで製造でき、かつ良好な耐候性をもった微
細凹凸構造の製造方法を開示している(特許協力条約に
基づいて公開された国際出願:WO99/39890)。すなわ
ち、ガラスなど広い温度範囲で安定な基板の表面にゾル
材料を膜状に塗布し、これに成形型を押し当てる。次い
で離型し、熱処理することによって微細凹凸構造を前記
基板上に形成できる。
【0004】この他、次の方法も知られている(特開平
6-250007)。すなわち、ガラスなどの基板表面にホトレ
ジストを塗布し、このホトレジストを微細な縞状に露光
する。この露光には紫外線レーザを用いた二光束干渉法
や電子ビーム露光法などの手段が用いられる。次いで露
光したホトレジストを現像し、残存する微細な縞状のホ
トレジストをマスクとして直接基板をドライエッチング
などの手段により加工する。
【0005】ところが前記成形型を使用する方法の場
合、微細凹凸形状を形成するために金型を製作する必要
がある。このため、微細凹凸形状を僅かに変更する場合
でも都度金型を製作し直す必要があり、多品種の光学部
材を製作するには適さない。
【0006】この問題点は上記ホトレジストを露光する
方法によって回避できる。ただしホトレジストの塗布、
露光、現像、基板のエッチング、ホトレジストの除去と
いう工程を経る必要があり、大量に製造を行う場合には
工程数が多く効率が悪い。
【0007】そこで上記のゾル材料に感光性を付与し、
塗布したゾル膜を上記ホトレジストを用いた方法と同様
な手段により露光し、加工する方法が開発されている。
膜圧数μm以下程度の塗布膜を用いて二次元パターンを
作製する技術(特開平6-166501号、特開平8-283949号)
や熱処理なしで低温で酸化物薄膜を形成する技術(特許
2803602号)などが挙げられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では感光性を付与したゾルゲル膜は数μm以下の薄膜
しか形成できないため、光学素子に適用し、回折光学素
子を作製する場合、2次元パターンしか形成できず、回
折効率の高いブレーズ型回折光学素子は三次元形状を必
要とするため、形成するのが困難であった。またマイク
ロレンズ等を作製する場合も凹凸深さが不足し、形成が
困難であった。
【0009】この発明は、このような従来技術の問題点
に着目してなされたものである。その目的とするところ
は、数μm〜数百μmの厚さをもつ光加工性ゾル膜の形
成が可能な材料を提供し、3次元凹凸基板を提供するこ
とにある。この3次元凹凸基板は光学素子への応用のみ
ならず、これら凹凸構造を有する光学部材を成形するた
めの成形型としても応用ができる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の光学部材および
光学部材用成形型は、基板の少なくとも1表面に少なく
とも1層以上の固体膜層を形成し、該固体膜層の厚さ方
向全体もしくは一部分に凹凸形状を形成したことを特徴
とする。このとき凹凸形状を形成した前記固体膜層のう
ち少なくとも1層は、化学式1で表される有機無機複合
材料と光硬化性材料を主成分とした原材料を用いて形成
され、化学式1中のR基および光硬化材料中の錯化剤の
残査が膜中に含有される。
【化1】RmMXn-m ただし、Rはアルキルまたはアリール基(m=1,
2)、Mは原子価n(n=3,4)の金属、Xはアルコ
キシル基またはハロゲン基である。
【0011】あるいは化学式2で表される有機無機複合
材料と増粘剤と光硬化性材料を主成分とした原材料を用
いて形成され、増粘剤が膜中に含有される。
【化2】MXn ただし、Mは原子価n(n=3,4)の金属、Xはアル
コキシル基またはハロゲン基である。
【0012】また光硬化性材料には金属アルコキシドに
対して錯化剤であるβジケトンが配位した錯体を用い
る。
【0013】上記光硬化性材料からなる固体膜層に連続
したV溝を形成するためには、膜層表面に格子縞状のホ
トマスクを当接し、平行光線を膜層表面の斜め上方から
前記格子縞に直角に照射し、次いで反対側斜め上方から
前記格子縞に直角に照射することによって露光する方法
が有効である。
【0014】
【発明の実施の形態】膜厚数μm以上の光硬化性膜は、
つぎの2種類の役割をもった成分を少なくとも1種類ず
つ含む材料から成膜する。
【0015】(1)厚膜化の役割をもつ成分 化学式1に当たる成分で、とくにMがSiである RmSiX4-m が好例である。このほか、MがTiなどであってもよ
い。Rはアルキル基またはアリール基である。Xはアル
コキシル基、ハロゲン基など加水分解可能な基、mは1
または2の整数である。
【0016】(2)光加工性を付与する成分 化学式2で表される金属アルコキシド MXn で、MはTi、Zr、Alなどの金属元素、Xはアルコ
キシル基、ハロゲン基など加水分解可能な基、nは金属
元素Mの価数で、3価か4価である。
【0017】つぎにこの発明における光加工性の付与の
原理を説明する。例えば加水分解されやすいTiブトキ
シドに代表される成分(2)の金属アルコキシドにベン
ゾイルアセトンに代表されるβジケトン類のような配位
化合物を錯化剤として添加し、錯体を形成すると、金属
アルコキシドの加水分解、縮重合反応は抑制され安定な
錯体となる。この状態で成膜し、錯体を膜中に取り込む
と、ゲル膜中では錯体が豊富に含まれるため、3次元骨
格は密には形成されず、適当な酸、アルカリまたは有機
媒体に対して容易に溶解する。
【0018】一方、これらの膜に対し、錯体がもつ吸収
波長の電磁波(光)を照射すると、錯体は励起され、金
属アルコキシドから解離して金属アルコキシドは周囲の
3次元骨格と重合し、より強固な膜を形成する。このた
め、リーチング時に溶解できなくなる。この溶解度の差
を利用し、膜厚に自在に3次元の凹凸パターンを形成で
きる。
【0019】
【実施例】実際に回折格子の製造などに成形型として応
用できるV溝基板を製造する方法を図1により説明す
る。成分(1)に当たる有機無機複合材料としてはメチ
ルトリエトキシシランとテトラエトキシシランを混合し
たものを用いた。これに光加工性を付与するため、成分
(2)に当たるTiブトキシドとベンゾイルアセトンの
キレートを添加する。これをアルコール希釈した後、酸
水溶液を混合、撹拌し加水分解させる。次いでこの液を
例えば石英ガラスなどの基板1に塗布し、160℃で焼
成した。
【0020】ここで基板1上に形成された固体膜層2は
感光性であり、光硬化性をもつ。この後、耐熱性を必要
とする場合には、さらに焼成処理を加える。露光方法と
しては、光硬化性をもつ膜層2(図1(a)参照)の表
面に格子縞状マスク3を固定し基板1に対し平行光4を
約45度の角度からHe−Cdレーザ(図示しない)な
どにより照射する(同図(b))。次に逆に傾斜した方
向から基板1に平行光5を照射する(同図(c))。こ
の露光方法の場合、同図(d)に示されるように、マス
ク3直下のV字型部分7の内側だけが露光されない。こ
の後、マスク3を除去し(同図(e))、マスク3の陰
となったV字型部分7をアセトンとエタノールの混合液
に浸漬することにより除去すると、不溶となった露光部
分が溶け残り連続したV溝8が基板1上に形成できた
(同図(f))。このとき得られたV溝8の深さは約1
0μmでピッチは約14μmであった。各種マスクパター
ンを選択することにより目的に応じて様々な凹凸形状を
基板上に形成することもできる。
【0021】このV溝基板はそれ自身、回折格子として
使用できるが、これを成形型とし、ガラスなどの基板上
に塗布した有機無機複合材料からなるゾル膜に押圧する
ことにより、容易に回折格子を繰り返し製造することも
できる。従来の金型製作に必要とした精密金属加工技術
が不要となり、試作用成形型としても有効である。前記
の各種光学部材を大量に製造する場合には、本発明の方
法で1回成形型を作成し、ついでこの型を用いた成形に
より多数の光学部材を製作するのが望ましい。
【0022】有機無機複合材料としては上記以外にフェ
ニルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン混合
系、メチルトリエトキシシラン単体、テトラエトキシシ
ランに増粘剤を添加した液、これらの液にチタン、ジル
コニウム、アルミニウムなどの金属有機化合物あるい
は、酸化物微粒子を添加した液、上述組成の重合体から
なる液も使用できる。
【0023】また金属アルコキシドの錯化剤としては、
βジケトン類のほか、エタノールアミン類、βケトエス
テル類、カルボン酸類、グリコール類、グリコールエス
テル類、ニトロフラン誘導体のうち1つ以上を含んでも
よい。光硬化性膜の加工はホトマスクを用いるホトリソ
グラフィ技術によっても可能である。マスクパターンに
より回折格子以外にもマイクロレンズ、光導波路などが
形成できる。
【0024】
【発明の効果】基板表面に有機無機複合材料と光硬化性
材料を主成分とした固体膜層を形成する。これにより厚
さ数μm〜数百μmの光加工性をもつ有機無機複合材料
が得られ、耐熱性の高い微細凹凸表面を有する光学部材
あるいは光学部材用成形型が容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微細凹凸表面を形成する工程を示す図
である。
【符号の説明】
1 基板 2 固体膜層 3 マスク 4、5 平行光線 6 露光部分 7 未露光部分 8 V溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今西 秀樹 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 関口 幸成 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内 Fターム(参考) 2H049 AA03 AA13 AA33 AA37 AA43 AA45 AA48

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の少なくとも1表面に少なくとも1層
    以上の固体膜層を形成し、該固体膜層の厚さ方向全体も
    しくは一部分に凹凸形状を形成した光学部材または光学
    部材用成形型において、凹凸形状を形成した前記固体膜
    層のうち少なくとも1層は、化学式1で表される有機無
    機複合材料と光硬化性材料を主成分とした原材料を用い
    て形成され、つぎの化学式 RmMXn-m 中のR基および光硬化材料中の錯化剤の残査が膜中に含
    有されることを特徴とする光学部材または光学部材用成
    形型。ただし、Rはアルキルまたはアリール基(m=
    1,2)、Mは原子価n(n=3,4)の金属、Xはア
    ルコキシル基またはハロゲン基である。
  2. 【請求項2】基板の少なくとも1表面に少なくとも1層
    以上の固体膜層を形成し、該固体膜層の厚さ方向全体も
    しくは一部分に凹凸形状を形成した光学部材または光学
    部材用成形型において、凹凸形状を形成した前記固体膜
    層のうち少なくとも1層は、つぎの化学式 MXn で表される有機無機複合材料と増粘剤と光硬化性材料と
    を主成分とした原材料を用いて形成され、前記増粘剤が
    膜中に含有されることを特徴とする光学部材または光学
    部材用成形型。ただし、Mは原子価n(n=3,4)の
    金属、Xはアルコキシル基またはハロゲン基である。
  3. 【請求項3】前記光硬化性材料が金属アルコキシドにβ
    ジケトンが配位した錯体であることを特徴とする請求項
    1または2に記載の光学部材または光学部材用成形型。
  4. 【請求項4】基板上に形成した前記光硬化性材料からな
    る固体膜層表面に格子縞状のホトマスクを当接し、平行
    光線を膜層表面の斜め上方から前記格子縞に直角に照射
    し、次いで反対側斜め上方から前記格子縞に直角に照射
    することを特徴とする請求項1,2または3に記載の光
    学部材または光学部材用成形型の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011017748A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Nikon Corp 回折光学素子の製造方法および製造装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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