JP2003294928A - 回折光学素子及びその製造方法 - Google Patents
回折光学素子及びその製造方法Info
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- JP2003294928A JP2003294928A JP2002102586A JP2002102586A JP2003294928A JP 2003294928 A JP2003294928 A JP 2003294928A JP 2002102586 A JP2002102586 A JP 2002102586A JP 2002102586 A JP2002102586 A JP 2002102586A JP 2003294928 A JP2003294928 A JP 2003294928A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】回折光学素子の精度を維持しながら、成形され
る樹脂材料の架橋反応を十分に確保することができる回
折光学素子の製造方法を提供する。 【解決手段】光硬化性の樹脂材料を型上で加熱せずに硬
化させて回折光学素子を成形する成形工程と、成形され
た成形品を型から離型する離型工程と、離型された成形
品に光を照射した後に加熱することにより完全硬化させ
る硬化工程とを具備する。
る樹脂材料の架橋反応を十分に確保することができる回
折光学素子の製造方法を提供する。 【解決手段】光硬化性の樹脂材料を型上で加熱せずに硬
化させて回折光学素子を成形する成形工程と、成形され
た成形品を型から離型する離型工程と、離型された成形
品に光を照射した後に加熱することにより完全硬化させ
る硬化工程とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、使用波長領域の光
束が特定次数に集中する格子構造を有し、成形により加
工される積層の回折光学素子及びその製造方法に関する
ものである。
束が特定次数に集中する格子構造を有し、成形により加
工される積層の回折光学素子及びその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学系の色収差の補正は、分散の
異なる硝材からなる光学素子を組み合わせることにより
行われていた。また、屈折型光学系（レンズ）ではな
く、回折型光学系を用いることが、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．
１３５４ 第２４〜３７巻に開示されている。
異なる硝材からなる光学素子を組み合わせることにより
行われていた。また、屈折型光学系（レンズ）ではな
く、回折型光学系を用いることが、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．
１３５４ 第２４〜３７巻に開示されている。
【０００３】分光特性を有する光学系に回折効率を有す
る回折面を付加する場合、使用する波長領域における回
折効率を高く保つことが重要である。しかし、設計次数
以外の次数の光は、次数が離れるだけ回折角が大きくな
り、焦点距離の差が大きくなるので、デフォーカスとし
て現れ、特に高輝度な光源が存在する場合、サイドロー
ブが見られることがある。
る回折面を付加する場合、使用する波長領域における回
折効率を高く保つことが重要である。しかし、設計次数
以外の次数の光は、次数が離れるだけ回折角が大きくな
り、焦点距離の差が大きくなるので、デフォーカスとし
て現れ、特に高輝度な光源が存在する場合、サイドロー
ブが見られることがある。
【０００４】積層構造の回折光学素子（凸レンズタイプ
の回折素子と凹レンズタイプの回折素子を積層したも
の）は、色収差の補正効果を有する光学系において、使
用波長の領域内で設計次数近傍の回折効率を大幅に改善
するものである。よって、この回折光学素子を応用した
場合、画質および情報においてかなりの品質向上が期待
できるものである。しかしながら、上述の光学的性能向
上の反面、以下に述べるように、従来の方法を流用した
場合、製造方法が非常に複雑でかつ高コストとなり、実
用が難しい。
の回折素子と凹レンズタイプの回折素子を積層したも
の）は、色収差の補正効果を有する光学系において、使
用波長の領域内で設計次数近傍の回折効率を大幅に改善
するものである。よって、この回折光学素子を応用した
場合、画質および情報においてかなりの品質向上が期待
できるものである。しかしながら、上述の光学的性能向
上の反面、以下に述べるように、従来の方法を流用した
場合、製造方法が非常に複雑でかつ高コストとなり、実
用が難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】具体的には、２層ある
いはそれ以上の多層構造を有する回折光学素子を実現す
る方法として、従来、微細加工技術の代表的なものとし
て、半導体製造プロセスである光リソグラフィーあるい
はダイヤモンドバイトによる精密切削技術が知られてい
る。それらの加工技術による微細形状を型とし、プラス
チックまたはガラスを成形することで回折光学素子を製
造できる。
いはそれ以上の多層構造を有する回折光学素子を実現す
る方法として、従来、微細加工技術の代表的なものとし
て、半導体製造プロセスである光リソグラフィーあるい
はダイヤモンドバイトによる精密切削技術が知られてい
る。それらの加工技術による微細形状を型とし、プラス
チックまたはガラスを成形することで回折光学素子を製
造できる。
【０００６】しかし、上記の積層構造の回折光学素子を
達成するうえでは、積層される回折格子自体を高い精度
で製作しなければならない。
達成するうえでは、積層される回折格子自体を高い精度
で製作しなければならない。
【０００７】従来から光学部品の複製を製造する技術と
して光硬化樹脂を用いたレプリカ成形法が、転写性や面
精度、簡易性などから好まれている。この方法は、フォ
トリソ技術で得られる高微細の形状転写が可能なことか
ら、今後も重要な技術である。
して光硬化樹脂を用いたレプリカ成形法が、転写性や面
精度、簡易性などから好まれている。この方法は、フォ
トリソ技術で得られる高微細の形状転写が可能なことか
ら、今後も重要な技術である。
【０００８】通常使用される光硬化材料においては、室
温付近に温度制御した型を用いて成形転写する方法で製
造を行う。
温付近に温度制御した型を用いて成形転写する方法で製
造を行う。
【０００９】しかし、特殊な光学特性を有する材料の場
合、結晶性を有するものがあり、結晶化温度が室温付近
である際、型や基材を室温度で成形を行なうと材料が過
冷却状態になり、十分な架橋反応を起こすためには、高
温プロセスが必要になる。前述した積層回折光学素子
は、積層する回折光学素子の相互のピッチ方向もサブミ
クロン内での精度で構成されなければならないことか
ら、型での成形工程中に加熱をすることは、型の補正や
温度制御が大きな課題となってしまう。特に、比較的大
口径かつ球面の素子の場合、わずかな温度変化での膨張
によるサイズ変化が大きな影響をおこしてしまう。
合、結晶性を有するものがあり、結晶化温度が室温付近
である際、型や基材を室温度で成形を行なうと材料が過
冷却状態になり、十分な架橋反応を起こすためには、高
温プロセスが必要になる。前述した積層回折光学素子
は、積層する回折光学素子の相互のピッチ方向もサブミ
クロン内での精度で構成されなければならないことか
ら、型での成形工程中に加熱をすることは、型の補正や
温度制御が大きな課題となってしまう。特に、比較的大
口径かつ球面の素子の場合、わずかな温度変化での膨張
によるサイズ変化が大きな影響をおこしてしまう。
【００１０】また、より精度の良い成形品を製造するた
めには、特公平７-８２１２１号公報にも開示されてい
るように、硬化時の樹脂収縮を緩和するように、初期的
に起きる反応を極力ゆっくり起こすような光照射をおこ
なわなければならないため、反応熱による温度上昇は低
減してしまう。
めには、特公平７-８２１２１号公報にも開示されてい
るように、硬化時の樹脂収縮を緩和するように、初期的
に起きる反応を極力ゆっくり起こすような光照射をおこ
なわなければならないため、反応熱による温度上昇は低
減してしまう。
【００１１】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、回折光学素子の精度を
維持しながら、成形される樹脂材料の架橋反応を十分に
確保することができる回折光学素子及びその製造方法を
提供することである。
されたものであり、その目的は、回折光学素子の精度を
維持しながら、成形される樹脂材料の架橋反応を十分に
確保することができる回折光学素子及びその製造方法を
提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる回折光学素子の
製造方法は、光硬化性の樹脂材料を型上で加熱せずに硬
化させて回折光学素子を成形する成形工程と、成形され
た成形品を型から離型する離型工程と、離型された成形
品に光を照射した後に加熱することにより完全硬化させ
る硬化工程とを具備することを特徴としている。
目的を達成するために、本発明に係わる回折光学素子の
製造方法は、光硬化性の樹脂材料を型上で加熱せずに硬
化させて回折光学素子を成形する成形工程と、成形され
た成形品を型から離型する離型工程と、離型された成形
品に光を照射した後に加熱することにより完全硬化させ
る硬化工程とを具備することを特徴としている。
【００１３】また、この発明に係わる回折光学素子の製
造方法において、前記回折光学素子は、肉厚が薄いこと
を特徴としている。
造方法において、前記回折光学素子は、肉厚が薄いこと
を特徴としている。
【００１４】また、この発明に係わる回折光学素子の製
造方法において、前記光硬化性の樹脂は、結晶性であり
結晶化温度が室温付近に存在することを特徴としてい
る。
造方法において、前記光硬化性の樹脂は、結晶性であり
結晶化温度が室温付近に存在することを特徴としてい
る。
【００１５】また、この発明に係わる回折光学素子の製
造方法において、前記成形品の加熱温度は、残留未反応
モノマーが反応を十分起こす温度であることを特徴とし
ている。
造方法において、前記成形品の加熱温度は、残留未反応
モノマーが反応を十分起こす温度であることを特徴とし
ている。
【００１６】また、本発明に係わる回折光学素子は、上
記の製造方法により製造されたことを特徴としている。
記の製造方法により製造されたことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
について、図面を参照して詳細に説明する。
について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】本実施形態の積層回折光学素子は、図１に
示すように、凹レンズタイプと凸レンズタイプの回折光
学レンズを接合することで作成できる。図２に示すよう
に、凹レンズタイプは、ブレーズド格子の場合、その格
子頂点が外側になり、凸レンズタイプはその格子頂点が
中心側になる。
示すように、凹レンズタイプと凸レンズタイプの回折光
学レンズを接合することで作成できる。図２に示すよう
に、凹レンズタイプは、ブレーズド格子の場合、その格
子頂点が外側になり、凸レンズタイプはその格子頂点が
中心側になる。
【００１９】レプリカ成形方法とは、（１）型上に光硬
化樹脂を滴下しその上からガラス基板をかぶせ、樹脂が
型全体に広がり所望の樹脂厚みになったとき、（２）樹
脂硬化させるため紫外線を照射し、（３）最後にガラス
とともに形状を転写した樹脂成形品をはがすという手順
のものである。（３）の樹脂成形品を型からはがす様子
を図３に示す。
化樹脂を滴下しその上からガラス基板をかぶせ、樹脂が
型全体に広がり所望の樹脂厚みになったとき、（２）樹
脂硬化させるため紫外線を照射し、（３）最後にガラス
とともに形状を転写した樹脂成形品をはがすという手順
のものである。（３）の樹脂成形品を型からはがす様子
を図３に示す。
【００２０】ガラス基板と型にはさまれる樹脂の厚み
は、通常１００μｍ以下であり、硬化反応で発生した反
応熱は熱容量が小さいため、型とガラスに伝導すること
で温度の上昇がわずかである。一般に、光硬化材料を硬
化する上では、高温状態が粘度の高い材料のモノマーの
モビリティを大きくすることなど大きく促進作用をもっ
ている。
は、通常１００μｍ以下であり、硬化反応で発生した反
応熱は熱容量が小さいため、型とガラスに伝導すること
で温度の上昇がわずかである。一般に、光硬化材料を硬
化する上では、高温状態が粘度の高い材料のモノマーの
モビリティを大きくすることなど大きく促進作用をもっ
ている。
【００２１】本実施形態の回折光学素子を構成する材料
は、高屈折率なもので粘度が室温で６００００ｃｐｓで
ある。また、十分に高い屈折率を得るために架橋密度を
高める必要がある。さらに、十分な反応がなされない
と、吸水率が大きくなるため、環境変化による素子の性
能が著しく悪化してしまう。
は、高屈折率なもので粘度が室温で６００００ｃｐｓで
ある。また、十分に高い屈折率を得るために架橋密度を
高める必要がある。さらに、十分な反応がなされない
と、吸水率が大きくなるため、環境変化による素子の性
能が著しく悪化してしまう。
【００２２】そこで、前述の工程で離型された成形品
を、図４のように真空容器１０内の加熱台１２の上に設
置し、容器上部の石英ガラス窓から紫外線を照射した後
に、真空状態のまま８０℃に加熱する。照射するエネル
ギー量は、型を８０℃に加熱し成形した場合と同等な架
橋反応率を示すようなものとする（本実施形態では３６
５ｎｍにおいて強度７ｍＷ、時間３０分）。加熱温度に
ついては、過冷却状態の材料を室温で硬化させた状態か
ら、前述の工程を行った場合、十分に残有未反応モノマ
ーが反応する温度を調査しておくことが必要である。本
材料の場合、６０℃以上で未反応部が反応を開始し始め
るが、商品耐久性が８０℃の場合は、最低８０℃まで加
熱温度を上昇させることにより、性能の安定が確認され
ている。また、離型したあとの樹脂の粘弾性により加熱
変形が最終的に残り、形状乱れを発生させてしまうの
で、あらかじめ最適値に調整する必要がある。
を、図４のように真空容器１０内の加熱台１２の上に設
置し、容器上部の石英ガラス窓から紫外線を照射した後
に、真空状態のまま８０℃に加熱する。照射するエネル
ギー量は、型を８０℃に加熱し成形した場合と同等な架
橋反応率を示すようなものとする（本実施形態では３６
５ｎｍにおいて強度７ｍＷ、時間３０分）。加熱温度に
ついては、過冷却状態の材料を室温で硬化させた状態か
ら、前述の工程を行った場合、十分に残有未反応モノマ
ーが反応する温度を調査しておくことが必要である。本
材料の場合、６０℃以上で未反応部が反応を開始し始め
るが、商品耐久性が８０℃の場合は、最低８０℃まで加
熱温度を上昇させることにより、性能の安定が確認され
ている。また、離型したあとの樹脂の粘弾性により加熱
変形が最終的に残り、形状乱れを発生させてしまうの
で、あらかじめ最適値に調整する必要がある。
【００２３】真空域でおこなうのは、樹脂が酸素により
硬化阻害をおこすためである。
硬化阻害をおこすためである。
【００２４】上記のような成形方法では、まず加熱しな
い状態で回折光学素子を成形するため、型の熱膨張によ
る寸法変化が成形品である回折光学素子に転写されて、
成形品の精度が低下することを防止できる。さらに型か
ら離型した後に加熱と光照射により樹脂を完全硬化させ
るので、加熱中に回折光学素子が膨張しても再度温度が
低下した時には元の寸法に戻るので、形状精度が低下す
ることを防止できる。
い状態で回折光学素子を成形するため、型の熱膨張によ
る寸法変化が成形品である回折光学素子に転写されて、
成形品の精度が低下することを防止できる。さらに型か
ら離型した後に加熱と光照射により樹脂を完全硬化させ
るので、加熱中に回折光学素子が膨張しても再度温度が
低下した時には元の寸法に戻るので、形状精度が低下す
ることを防止できる。
【００２５】以上説明した様に、上記の実施形態によれ
ば、使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造
を有した積層回折格子の製造において、その品質に大き
な影響をもつ回折格子を精度良く量産することができ
る。
ば、使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造
を有した積層回折格子の製造において、その品質に大き
な影響をもつ回折格子を精度良く量産することができ
る。
【００２６】また、安定した成形品を製造し環境耐久を
十分補償することと、型の膨張補正や高精度な温度制御
の必要を回避し、回折光学素子を安定に量産することが
可能となる。
十分補償することと、型の膨張補正や高精度な温度制御
の必要を回避し、回折光学素子を安定に量産することが
可能となる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、回
折光学素子の精度を維持しながら、成形される樹脂材料
の架橋反応を十分に確保することが可能となる。
折光学素子の精度を維持しながら、成形される樹脂材料
の架橋反応を十分に確保することが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態に係わる積層回折光学素子
の構造を示す側断面図である。
の構造を示す側断面図である。
【図２】凹レンズタイプと凸レンズタイプの回折レンズ
を示す図である。
を示す図である。
【図３】レプリカ成形法での離型状態を示す図である。
【図４】離型した成形品を加熱しながら紫外線照射をす
る状態を示す図である。
る状態を示す図である。
１０ 真空容器
１２ 加熱台
Claims (5)
- 【請求項１】 光硬化性の樹脂材料を型上で加熱せずに
硬化させて回折光学素子を成形する成形工程と、 成形された成形品を型から離型する離型工程と、 離型された成形品に光を照射した後に加熱することによ
り完全硬化させる硬化工程とを具備することを特徴とす
る回折光学素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記回折光学素子は、肉厚が薄いことを
特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記光硬化性の樹脂は、結晶性であり結
晶化温度が室温付近に存在することを特徴とする請求項
１に記載の回折光学素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記成形品の加熱温度は、残留未反応モ
ノマーが反応を十分起こす温度であることを特徴とする
請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
製造方法により製造されたことを特徴とする回折光学素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002102586A JP2003294928A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002102586A JP2003294928A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003294928A true JP2003294928A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29242306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002102586A Pending JP2003294928A (ja) | 2002-04-04 | 2002-04-04 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003294928A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104570167A (zh) * | 2013-10-28 | 2015-04-29 | 杏元实业股份有限公司 | 一种镜片贴膜的装置及其制程方法 |
-
2002
- 2002-04-04 JP JP2002102586A patent/JP2003294928A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104570167A (zh) * | 2013-10-28 | 2015-04-29 | 杏元实业股份有限公司 | 一种镜片贴膜的装置及其制程方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050928 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060922 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070216 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |