JP2006205491A - Method for producing fine structure element, fine structure element, space light modulation device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細構造素子の製造方法、この方法により製造された微細構造素子、空間光変調装置及びプロジェクタに関し、特に、マイクロプリズム等の微細構造素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a fine structure element, a fine structure element manufactured by this method, a spatial light modulator, and a projector, and more particularly to a method for manufacturing a fine structure element such as a microprism.
画像表示装置として、液晶パネル(液晶表示装置)、CRT表示装置、プラズマディスプレイ装置等のドットマトリックス画像表示装置が多く用いられている。ドットマトリックス画像表示装置は、二次元的に周期的に配列された多数の画素によって画像を表現する。この時、この周期的配列構造に起因する、いわゆるサンプリングノイズが発生し、画質が劣化する(画像がざらついて見える)現象がみられる。そして、画質が劣化する現象を低減する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As an image display device, a dot matrix image display device such as a liquid crystal panel (liquid crystal display device), a CRT display device, or a plasma display device is often used. The dot matrix image display device expresses an image by a large number of pixels arranged two-dimensionally and periodically. At this time, a so-called sampling noise is generated due to the periodic arrangement structure, and a phenomenon in which the image quality is deteriorated (the image looks rough) is observed. And the method of reducing the phenomenon in which an image quality deteriorates is proposed (for example, refer patent document 1).
ドットマトリックス画像表示装置においては、画素と画素との間の領域は、不要光を低減するためにブラックマトリックスと呼ばれる遮光部が設けられている。近年、画像表示装置の使用態様として、大画面を比較的近距離から観察する場合が多くなってきている。このため、観察者がブラックマトリックスの像を認識してしまう場合がある。このように、従来のドットマトリックス画像表示装置は、ブラックマトリックスの像のため、スムーズさの少ない画像、又はざらつきを有する画像等のように画質が劣化するという問題点を有している。上述の特許文献1では、ブラックマトリックスの像に起因する画質の劣化を低減し本来の画像を向上させることは、高次の回折の影響により困難である。 In a dot matrix image display device, a region between pixels is provided with a light shielding portion called a black matrix in order to reduce unnecessary light. In recent years, as a usage mode of an image display device, a large screen is often observed from a relatively short distance. For this reason, the observer may recognize the black matrix image. As described above, the conventional dot matrix image display device has a problem that the image quality is deteriorated due to the black matrix image, such as an image with less smoothness or an image having roughness. In the above-mentioned Patent Document 1, it is difficult to improve the original image by reducing the deterioration of the image quality caused by the black matrix image due to the influence of higher-order diffraction.
このため、観察者がブラックマトリックス等の遮光部を認識することがないように、画像表示装置からの光を、プリズム群へ入射させることが考えられる。プリズム群の平坦部は、画像表示装置からの光をそのまま透過させる。また、プリズム群の屈折面は、画像表示装置からの光を屈折させて透過させる。このような、プリズム群を透過した光は、平坦部を射出した後そのまま直進する光に加えて、プリズムの屈折面で光路を偏向された光も生ずる。光路を偏向された光により、画素像がブラックマトリックス上に形成される。これにより、ブラックマトリックスを認識することを低減できる。 For this reason, it is conceivable that the light from the image display device is incident on the prism group so that the observer does not recognize the light blocking portion such as the black matrix. The flat part of the prism group transmits the light from the image display device as it is. The refractive surface of the prism group refracts and transmits light from the image display device. Such light transmitted through the prism group generates light whose optical path is deflected by the refractive surface of the prism, in addition to light that travels straight after exiting the flat portion. A pixel image is formed on the black matrix by the light deflected in the optical path. This can reduce the recognition of the black matrix.
上述のプリズム群を構成する各プリズム素子の形状はナノメートルからミクロンオーダーの微細形状である。従来技術では、所定の領域内に、例えばバイトを用いて切削加工を行うことにより、微細形状のプリズム素子を製造している。プリズム群の平坦部は、略平坦に形成された平バイトを用いて形成することが考えられる。平バイトは、加工対象物である基板に対して所定方向へ移動しながら基板を切削する。また、平バイトは、所定方向への切削を完了すると、所定方向に対して略直交する方向へ平バイトを移動させ、再び切削を行う。微小な平バイトを用いると、平バイトと基板との接触部分に圧力が集中することにより、平バイトによる切削跡同士の間に加工筋が形成される場合がある。この加工筋は、略一定の間隔で形成されることから、周期的構造に起因する光の回折を生じさせる場合がある。画像表示装置からの光が回折の影響を受けると、画像のコントラストが低下してしまう。 The shape of each prism element constituting the above-described prism group is a fine shape of nanometer to micron order. In the prior art, a prism element having a fine shape is manufactured by cutting, for example, using a cutting tool in a predetermined region. It is conceivable that the flat portion of the prism group is formed by using a flat tool formed substantially flat. The flat cutting tool cuts the substrate while moving in a predetermined direction with respect to the substrate to be processed. Further, when the flat cutting tool completes cutting in a predetermined direction, the flat cutting tool is moved in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction, and cutting is performed again. When a small flat bite is used, pressure may be concentrated on the contact portion between the flat bite and the substrate, so that a machining streak may be formed between cutting traces by the flat bite. Since the machining streaks are formed at a substantially constant interval, diffraction of light due to the periodic structure may occur. When the light from the image display device is affected by diffraction, the contrast of the image is lowered.
また、平バイトは、微小になるほど刃先を平坦に形成することが困難となる。例えば、平バイトの刃先は、微小になるほど円形状に近い形状となってしまう。このように平バイトを正確な形状に形成できないと、正確な形状のプリズム群を形成することも困難になる。さらに、環境変化の影響を低減するためには、切削加工はできるだけ短時間で行うことが望ましい。短時間で切削加工を行うために、大型な切削面の平バイトを用いることにより、基板を切削する所定方向に対して略直交する方向への平バイトの送りピッチをできるだけ大きくすることが考えられる。大型な切削面の平バイトを用いる場合、平バイトと基板との接触部分にかかる圧力が広く分散することから、基板上で切削面が不安定になるいわゆるびびりが発生し易くなる。びびりが発生すると、平坦部に凹凸が形成されてしまう。更に、切削加工のような機械加工により微細構造素子を加工する場合、加工条件の他、気圧や温度等の周囲環境の変化による加工機そのものの加工精度の変化や、加工材料の熱膨張による形状精度の低下が課題となっている。そのため、加工精度を確保するために、短時間での加工が必須であることが確認されている。以上のように、従来の切削加工では、所望の形状のプリズム群を正確に製造することが困難であるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、所望の微細形状を正確に製造することができる微細構造素子の製造方法、この方法により製造された微細構造素子、空間光変調装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。 Further, as the flat bite becomes smaller, it becomes difficult to form the cutting edge flat. For example, the cutting edge of a flat bite becomes closer to a circular shape as it becomes smaller. If the flat bite cannot be formed in an accurate shape as described above, it is difficult to form a prism group having an accurate shape. Furthermore, in order to reduce the influence of environmental changes, it is desirable to perform the cutting process in as short a time as possible. In order to perform cutting in a short time, it is conceivable to increase the feed pitch of the flat cutting tool in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction for cutting the substrate as much as possible by using a flat cutting tool having a large cutting surface. . When a flat cutting tool having a large cutting surface is used, the pressure applied to the contact portion between the flat cutting tool and the substrate is widely dispersed, and so-called chattering that makes the cutting surface unstable on the substrate is likely to occur. When chatter occurs, irregularities are formed on the flat portion. Furthermore, when processing micro-structured elements by machining such as cutting, in addition to processing conditions, changes in the processing accuracy of the processing machine itself due to changes in the surrounding environment such as atmospheric pressure and temperature, and shapes due to thermal expansion of the processing material A decrease in accuracy is a problem. Therefore, it has been confirmed that machining in a short time is essential in order to ensure machining accuracy. As described above, the conventional cutting process is problematic because it is difficult to accurately manufacture a prism group having a desired shape. The present invention has been made in view of the above problems, and a method for manufacturing a fine structure element capable of accurately manufacturing a desired fine shape, a fine structure element manufactured by this method, a spatial light modulation device, and the like An object is to provide a projector.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、円形状を有する円形切削部を用いることにより、基板に平坦部を形成する平坦部形成工程と、略平坦に形成された平坦切削部を用いることにより、平坦部に対して所定の角度を有する屈折面を形成する屈折面形成工程と、を含むことを特徴とする微細構造素子の製造方法を提供することができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, by using a circular cutting part having a circular shape, a flat part forming step for forming a flat part on a substrate and a substantially flat part are formed. By using the flat cutting portion, it is possible to provide a method of manufacturing a fine structure element including a refracting surface forming step of forming a refracting surface having a predetermined angle with respect to the flat portion.
平坦部の形成に円形切削部を用いることにより、円形切削部と基板との接触部分にかかる圧力を略一定に保ち、基板上で円形切削部を安定させる。基板上で円形切削部を安定させることによりびびりの発生が低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部を基板に形成することができる。平坦部の凹凸を低減することにより、微細構造素子は、平坦部で光を有効に透過させる光学特性を得られる。また、平坦部は屈折面形成工程のための基準面となることから、凹凸が少ない平坦部を形成することにより、屈折面も略平坦に形成することが可能となる。屈折面の凹凸を低減することにより、微細構造素子は、屈折面で光を所望の方向へ効率良く屈折させる光学特性を得られる。さらに、平坦部及び屈折面における加工筋の形成を低減できることから、周期的構造に起因する光の回折を低減することができる。 By using the circular cutting portion for forming the flat portion, the pressure applied to the contact portion between the circular cutting portion and the substrate is kept substantially constant, and the circular cutting portion is stabilized on the substrate. By stabilizing the circular cutting portion on the substrate, the occurrence of chatter is reduced, and a substantially flat flat portion with few irregularities can be formed on the substrate. By reducing the unevenness of the flat portion, the microstructure element can obtain optical characteristics that allow light to pass through the flat portion effectively. Further, since the flat portion serves as a reference surface for the refracting surface forming step, it is possible to form the refracting surface substantially flat by forming the flat portion with less unevenness. By reducing the unevenness of the refracting surface, the microstructure element can obtain optical characteristics that efficiently refract light in a desired direction on the refracting surface. Furthermore, since the formation of processing streaks on the flat portion and the refracting surface can be reduced, light diffraction caused by the periodic structure can be reduced.
屈折面形成工程では、屈折面の傾きに合うように平坦切削部を傾けて固定することによって、平坦部に対して所望の角度を有する屈折面を形成することができる。平坦切削部の傾き量は、通常の制御方法により10万分の1程度の機械精度で制御できることから、高精度に制御された微小な傾斜角度の屈折面を形成できる。これにより、所望の微細形状素子を正確に製造することができる。 In the refracting surface forming step, the refracting surface having a desired angle with respect to the flat portion can be formed by inclining and fixing the flat cutting portion so as to match the inclination of the refracting surface. Since the amount of inclination of the flat cutting portion can be controlled with a mechanical accuracy of about 1 / 100,000 by a normal control method, a refracting surface with a minute inclination angle controlled with high accuracy can be formed. Thereby, a desired micro-shaped element can be manufactured accurately.
また、本発明の好ましい態様によれば、平坦部形成工程において、基板に対して円形切削部を所定方向へ移動させながら基板を切削し、所定方向に対して略直交する方向への円形切削部の送りピッチをP(メートル)、円形切削部が有する円形状の半径をr(メートル)、とすると、式(1)を満足することが望ましい。
1.0×10-8>P2/8r (1)
According to a preferred aspect of the present invention, in the flat portion forming step, the substrate is cut while moving the circular cutting portion in a predetermined direction with respect to the substrate, and the circular cutting portion in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction. If the feed pitch of P is m (meter) and the radius of the circular shape of the circular cutting part is r (meter), it is desirable to satisfy the equation (1).
1.0 × 10 −8 > P 2 / 8r (1)
式(1)を満足する条件で平坦部を形成することにより、凹凸が少なく略平坦な平坦部を形成することができる。また、式(1)を満足する送りピッチPを適宜設定することで、加工時間を不要に長くすることを防ぐこともできる。加工時間を短くすることが可能であれば、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。これにより、略平坦な平坦部を形成でき、かつ切削加工を安定して行うことができる。 By forming the flat portion under the condition satisfying the expression (1), it is possible to form a substantially flat flat portion with less unevenness. Further, by appropriately setting the feed pitch P that satisfies the expression (1), it is possible to prevent the machining time from being unnecessarily prolonged. If the processing time can be shortened, the influence of surrounding environmental changes can be reduced, and the cutting can be performed stably. Thereby, a substantially flat flat part can be formed and cutting can be performed stably.
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、式(2)を満足することが望ましい。
2.0×10-3≦r≦6.0×10-3 (2)
Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is further desirable to satisfy Formula (2).
2.0 × 10 −3 ≦ r ≦ 6.0 × 10 −3 (2)
半径rを、式(2)の範囲より小さい値とすると、バイト形状が切削加工面に転写されるために表面粗さが大きくなる。また、円形切削部の送りピッチPを小さくすると表面粗さを小さくすることが可能であるが、平坦部を形成するための加工時間が長くなる。加工時間が長くなると、周囲の環境変化の影響により、切削加工を安定して行うことが困難になる。また、半径rを、式(2)の範囲より大きい値とすると、基板上で円形切削部にかかる負荷が増大することにより加工状態が不安定となり、びびりを生じることがある。式(2)を満足する円形切削部を用いることにより、平坦部の加工時間を短くすることが可能となる。加工時間を短くすることにより、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。また、式(2)を満足するような円形状を有する円形切削部を用いることによりびびりが低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部を形成することができる。これにより、切削加工を安定して行い、かつ略平坦な平坦部を形成することができる。 When the radius r is set to a value smaller than the range of the expression (2), the bite shape is transferred to the cutting surface, and thus the surface roughness increases. Further, when the feed pitch P of the circular cutting portion is reduced, the surface roughness can be reduced, but the processing time for forming the flat portion becomes longer. If the processing time is long, it becomes difficult to stably perform the cutting due to the influence of the surrounding environment. If the radius r is set to a value larger than the range of the expression (2), the processing state becomes unstable due to an increase in the load applied to the circular cutting part on the substrate, and chatter may occur. By using a circular cutting part that satisfies the formula (2), it is possible to shorten the processing time of the flat part. By shortening the machining time, it is possible to reduce the influence of surrounding environmental changes and perform the cutting process stably. Further, by using a circular cutting portion having a circular shape that satisfies the formula (2), chatter is reduced, and a substantially flat flat portion with few irregularities can be formed. Thereby, it can cut stably and can form a substantially flat flat part.
また、本発明の好ましい態様としては、さらに、式(3)を満足することが望ましい。
5.0×10-6≦P≦20×10-6 (3)
Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is further desirable to satisfy the formula (3).
5.0 × 10 −6 ≦ P ≦ 20 × 10 −6 (3)
円形切削部の送りピッチPを、式(3)の範囲より小さい値とすると、平坦部を形成するための加工時間が長くなる。加工時間が長くなると、周囲の環境変化の影響により、切削加工を安定して行うことが困難になる。また、送りピッチPを、式(3)の範囲より大きい値とすると、大きい半径rの切削面を有する円形切削部を用いることとなる。円形切削部の半径rが大きくなると、基板上で円形切削部にかかる負荷が増大することにより加工状態が不安定となり、びびりを生じることがある。式(3)を満足する送りピッチPで平坦部を形成することにより、平坦部の加工時間を短くすることが可能となる。加工時間を短くすることにより、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。また、式(3)を満足することによりびびりが低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部を形成することができる。これにより、切削加工を安定して行い、かつ略平坦な平坦部を形成することができる。 When the feed pitch P of the circular cutting part is set to a value smaller than the range of the expression (3), the processing time for forming the flat part becomes long. If the processing time is long, it becomes difficult to stably perform the cutting due to the influence of the surrounding environment. When the feed pitch P is set to a value larger than the range of the expression (3), a circular cutting part having a cutting surface with a large radius r is used. When the radius r of the circular cutting portion is increased, the processing state becomes unstable due to an increase in the load applied to the circular cutting portion on the substrate, which may cause chatter. By forming the flat portion with the feed pitch P that satisfies Expression (3), the processing time of the flat portion can be shortened. By shortening the machining time, it is possible to reduce the influence of surrounding environmental changes and perform the cutting process stably. Moreover, chattering is reduced by satisfying the expression (3), and a substantially flat flat portion with less unevenness can be formed. Thereby, it can cut stably and can form a substantially flat flat part.
また、本発明の好ましい態様としては、屈折面形成工程において、平坦切削部による切削を複数回に分けて行うことにより、屈折面を形成することが望ましい。屈折面を形成する平坦切削部には、例えば平バイトやV形状バイト、台形形状バイトを用いることができる。1回の切削のみによって屈折面を形成する場合、平坦切削部による切り込み深さが数百ナノメートルから数百マイクロメートルとなるように略平面を加工することとなる。このようにして平坦切削部にかかる負荷が大きくなると、剛性体である加工対象物上では負荷変動が大きくなり易くなる。負荷変化によって平坦切削部が不安定になることで加工面にびびりが発生すると、屈折面に凹凸が形成されてしまう。また、屈折面と平坦部とのエッジ形状にダレが生じる場合もある。そこで、平坦切削部による切削を複数回に分けて屈折面を形成することにより、平坦切削部の負荷変化を小さくすることを可能とする。平坦切削部の負荷変化を小さく保つことで、びびりの発生を低減し、凹凸が少ない屈折面を形成することができる。また、複数回に分けて切削加工を行うことで、数百ナノメートルから数百マイクロメートル深さの溝を形成する場合に、変曲点におけるダレの発生を抑制でき屈折面を正確に形成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to form the refracting surface by performing the cutting by the flat cutting portion in a plurality of times in the refracting surface forming step. For the flat cutting part forming the refracting surface, for example, a flat cutting tool, a V-shaped cutting tool or a trapezoidal cutting tool can be used. When the refractive surface is formed by only one cutting, the substantially flat surface is processed so that the depth of cut by the flat cutting portion is several hundred nanometers to several hundred micrometers. When the load applied to the flat cutting portion increases in this manner, the load fluctuation is likely to increase on the workpiece to be processed that is a rigid body. If the flat cut portion becomes unstable due to a load change and chatter occurs on the processed surface, irregularities are formed on the refractive surface. In addition, sagging may occur in the edge shape between the refracting surface and the flat portion. Therefore, it is possible to reduce the load change of the flat cutting portion by forming the refracting surface by dividing the cutting by the flat cutting portion into a plurality of times. By keeping the load change of the flat cut portion small, the occurrence of chatter can be reduced and a refracting surface with less unevenness can be formed. Also, by cutting in multiple times, when forming a groove with a depth of several hundred nanometers to several hundred micrometers, the occurrence of sagging at the inflection point can be suppressed and the refractive surface can be accurately formed. be able to.
また、本発明の好ましい態様としては、平坦切削部は、第1の平坦切削部及び第2の平坦切削部を有し、屈折面形成工程において、第1の平坦切削部を用いて、所定の方向に向けられた第1の屈折面を形成し、第2の平坦切削部を用いて、第1の屈折面とは異なる方向に向けられた第2の屈折面を形成することが望ましい。第1の平坦切削部に第1の屈折面、第2の平坦切削部に第2の屈折面を対応させることにより、平坦切削部の劣化を均一化することができる。平坦切削部の劣化を均一化することで平坦切削部全体としての劣化を抑制し、長期に渡って屈折面を正確に形成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the flat cutting portion has a first flat cutting portion and a second flat cutting portion, and in the refractive surface forming step, the first flat cutting portion is used, and a predetermined cutting portion is used. It is desirable to form a first refracting surface oriented in the direction and to form a second refracting surface oriented in a direction different from the first refracting surface using the second flat cutting portion. By associating the first refracting surface with the first flat cutting portion and the second refracting surface with the second flat cutting portion, the deterioration of the flat cutting portion can be made uniform. By making the deterioration of the flat cutting portion uniform, the deterioration of the flat cutting portion as a whole can be suppressed, and the refractive surface can be accurately formed over a long period of time.
また、本発明の好ましい態様としては、試し加工領域において、加工データに基づいて、円形切削部及び平坦切削部により所定形状を形成する試し加工工程と、試し加工工程で形成された所定形状を測定する形状測定工程と、形状測定工程で得られた測定データと加工データとの差分を加工データでフィードバックして加工データを補正するフィードバック工程と、補正された加工データに基づいて、平坦部形成工程と屈折面形成工程とを行うことが望ましい。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, in the trial machining area, based on the machining data, a trial machining process for forming a predetermined shape by a circular cutting part and a flat cutting part, and a predetermined shape formed in the trial machining process are measured. A shape measuring process, a feedback process for correcting the machining data by feeding back a difference between the measurement data obtained in the shape measuring process and the machining data by the machining data, and a flat part forming process based on the corrected machining data It is desirable to perform the refractive surface forming step.
微細構造素子は、加工データに基づいて形成される。そして、外乱、加工バイトと加工ワークとの相対位置の設定不良などの影響で、加工データどおりに形状が形成されないことで所望の加工精度が得られない現象が生ずる。本態様では、予め試し加工領域において、加工した所定形状を実際に測定する。例えば、円形切削部と平坦切削部とは、互いに連動して移動できるようにホルダ等に固定することが望ましい。そして、測定された微細形状素子の測定データと、元の加工データとを比較して、両データの差分を演算する。演算された差分は、加工データへフィードバックされる。次に、差分量だけ補正された加工データに基づいて、平坦部形成工程、及び屈折面形成工程等を行う。特に、屈折面形成工程において平バイトやV形状バイト、台形形状バイトによる切削を複数回に分けて行う場合に、切り込み量を制御することで屈折面を正確に形成することができる。これにより、外乱等の影響が低減された形状加工を行うことができる。 The microstructure element is formed based on the processing data. A phenomenon in which a desired machining accuracy cannot be obtained due to the fact that the shape is not formed according to the machining data due to the influence of disturbance, a setting failure of the relative position between the machining tool and the workpiece, or the like occurs. In this aspect, the predetermined shape processed in advance is actually measured in the trial processing region. For example, it is desirable to fix the circular cutting part and the flat cutting part to a holder or the like so that they can move in conjunction with each other. Then, the measurement data of the measured micro-shaped element is compared with the original processing data, and the difference between the two data is calculated. The calculated difference is fed back to the machining data. Next, a flat portion forming step, a refracting surface forming step, and the like are performed based on the processing data corrected by the difference amount. In particular, when cutting with a flat bite, a V-shaped bite, or a trapezoidal bite is performed in a plurality of times in the refractive surface forming step, the refractive surface can be accurately formed by controlling the cutting amount. Thereby, the shape process in which the influence of disturbance etc. was reduced can be performed.
また、本発明の好ましい態様としては、基板に形成された形状を金型として、他の部材へ型転写する型転写工程を含むことが望ましい。これにより、レプリカを容易かつ大量に製造できる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to include a mold transfer process in which the shape formed on the substrate is used as a mold and transferred to another member. Thereby, a replica can be manufactured easily and in large quantities.
さらに、本発明によれば、上記の微細構造素子の製造方法により製造されることを特徴とする微細構造素子を提供することができる。これにより、平坦部、及び平坦部と微小な角度をなす屈折面を有する微細構造素子を製造することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a microstructure element manufactured by the above-described method for manufacturing a microstructure element. Thereby, a fine structure element having a flat portion and a refracting surface that forms a minute angle with the flat portion can be manufactured.
さらに、本発明によれば、上記の微細構造素子を有することを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。例えば、マイクロプリズム素子からなるプリズム群を有する透過型の液晶型空間光変調装置を得ることができる。所望の形状が形成されたプリズム群を光が透過することで、射出光の方向を正確に所定方向へ屈折させて偏向できる。このため、空間光変調装置の画素間のブラックマトリックス部の投写像上へ、画素からの光を屈折させて導くことができる。この結果、ブラックマトリックス部を認識することなく、高品質な画像を得ることができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a spatial light modulation device having the above-described microstructure element. For example, it is possible to obtain a transmissive liquid crystal spatial light modulator having a prism group composed of microprism elements. By transmitting light through the prism group in which a desired shape is formed, the direction of the emitted light can be accurately refracted and deflected in a predetermined direction. For this reason, the light from the pixels can be refracted and guided onto the projected image of the black matrix portion between the pixels of the spatial light modulator. As a result, a high-quality image can be obtained without recognizing the black matrix portion.
さらに、本発明によれば、照明光を供給する光源と、照明光を画像信号に応じて変調する上記の空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。本発明では、上述の空間光変調装置を備えているので、高品質な投写像を得ることができる。 Furthermore, according to the present invention, a light source that supplies illumination light, the spatial light modulation device that modulates illumination light according to an image signal, a projection lens that projects light modulated by the spatial light modulation device, It is possible to provide a projector characterized by having In the present invention, since the spatial light modulation device described above is provided, a high-quality projected image can be obtained.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るプロジェクタ100の概略構成を示す。光源部である超高圧水銀ランプ101は、第1色光である赤色光(以下、「R光」という。)、第2色光である緑色光(以下、「G光」という。)、及び第3色光である青色光(以下、「B光」という。)を含む光を供給する。インテグレータ104は、超高圧水銀ランプ101からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子105にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばs偏光光に変換される。s偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー106Rに入射する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
R光透過ダイクロイックミラー106Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー106Rを透過したR光は、反射ミラー107に入射する。反射ミラー107は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、第1色光であるR光を画像信号に応じて変調する第1色光用空間光変調装置110Rに入射する。第1色光用空間光変調装置110Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第1色光用空間光変調装置110Rに入射するR光は、s偏光光のままの状態である。
The R light transmitting
第1色光用空間光変調装置110Rは、λ/2位相差板123R、ガラス板124R、第1偏光板121R、液晶パネル120R、及び第2偏光板122Rを有する。液晶パネル120Rの詳細な構成については後述する。λ/2位相差板123R及び第1偏光板121Rは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板124Rに接する状態で配置される。これにより、第1偏光板121R及びλ/2位相差板123Rが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図1において、第2偏光板122Rは独立して設けられているが、液晶パネル120Rの射出面や、クロスダイクロイックプリズム112の入射面に接する状態で配置しても良い。
The first color light spatial
第1色光用空間光変調装置110Rに入射したs偏光光は、λ/2位相差板123Rによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたR光は、ガラス板124R及び第1偏光板121Rをそのまま透過し、液晶パネル120Rに入射する。液晶パネル120Rに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、R光がs偏光光に変換される。液晶パネル120Rの変調により、s偏光光に変換されたR光が、第2偏光板122Rから射出される。このようにして、第1色光用空間光変調装置110Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。
The s-polarized light incident on the first color light spatial
R光透過ダイクロイックミラー106Rで反射されたG光及びB光は、光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー106Gに入射する。B光透過ダイクロイックミラー106Gは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー106Gで反射されたG光は、第2色光であるG光を画像信号に応じて変調する第2色光用空間光変調装置110Gに入射する。第2色光用空間光変調装置110GはG光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第2色光用空間光変調装置110Gは、液晶パネル120G、第1偏光板121G及び第2偏光板122Gを有する。液晶パネル120Gの詳細に関しては後述する。
The G light and B light reflected by the R light transmitting
第2色光用空間光変調装置110Gに入射するG光は、s偏光光に変換されている。第2色光用空間光変調装置110Gに入射したs偏光光は、第1偏光板121Gをそのまま透過し、液晶パネル120Gに入射する。液晶パネル120Gに入射したs偏光光は、画像信号に応じた変調により、G光がp偏光光に変換される。液晶パネル120Gの変調により、p偏光光に変換されたG光が、第2偏光板122Gから射出される。このようにして、第2色光用空間光変調装置110Gで変調されたG光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。
The G light incident on the second color light spatial light modulator 110G is converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the second color light spatial light modulator 110G passes through the first
B光透過ダイクロイックミラー106Gを透過したB光は、2枚のリレーレンズ108と、2枚の反射ミラー107とを経由して、第3色光であるB光を画像信号に応じて変調する第3色光用空間光変調装置110Bに入射する。第3色光用空間光変調装置110Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、B光にリレーレンズ108を経由させるのは、B光の光路の長さがR光及びG光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ108を用いることにより、B光透過ダイクロイックミラー106Gを透過したB光を、そのまま第3色光用空間光変調装置110Bに導くことができる。第3色光用空間光変調装置110Bは、λ/2位相差板123B、ガラス板124B、第1偏光板121B、液晶パネル120B、及び第2偏光板122Bを有する。なお、第3色光用空間光変調装置110Bの構成は、上述した第1色光用空間光変調装置110Rの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
The B light transmitted through the B light transmitting
第3色光用空間光変調装置110Bに入射するB光は、s偏光光に変換されている。第3色光用空間光変調装置110Bに入射したs偏光光は、λ/2位相差板123Bによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたB光は、ガラス板124B及び第1偏光板121Bをそのまま透過し、液晶パネル120Bに入射する。液晶パネル120Bに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、B光がs偏光光に変換される。液晶パネル120Bの変調により、s偏光光に変換されたB光が、第2偏光板122Bから射出される。第3色光用空間光変調装置110Bで変調されたB光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112に入射する。このように、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー106RとB光透過ダイクロイックミラー106Gとは、超高圧水銀ランプ101から供給される光を、第1色光であるR光と、第2色光であるG光と、第3色光であるB光とに分離する。
The B light incident on the spatial light modulator for
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム112は、2つのダイクロイック膜112a、112bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜112aは、B光を反射し、R光、G光を透過する。ダイクロイック膜112bは、R光を反射し、B光、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム112は、第1色光用空間光変調装置110R、第2色光用空間光変調装置110G、及び第3色光用空間光変調装置110Bでそれぞれ変調されたR光、G光及びB光を合成する。投写レンズ114は、クロスダイクロイックプリズム112で合成された光をスクリーン116に投写する。これにより、スクリーン116上でフルカラー画像を得ることができる。
The cross
なお、上述のように、第1色光用空間光変調装置110R及び第3色光用空間光変調装置110Bからクロスダイクロイックプリズム112に入射される光は、s偏光光となるように設定される。また、第2色光用空間光変調装置110Gからクロスダイクロイックプリズム112に入射される光は、p偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム112に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム112において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜112a、112bは、通常、s偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜112a、112bで反射されるR光及びB光をs偏光光とし、ダイクロイック膜112a、112bを透過するG光をp偏光光としている。
As described above, the light incident on the cross
図2は液晶パネル120Rの要部斜視断面を示す図である。プロジェクタ100の3つの液晶パネル120R、120G、120Bは、変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。超高圧水銀ランプ101からのR光は、図2の下側から液晶パネル120Rに入射し、上側からスクリーン116の方向へ射出する。入射側防塵透明プレート201の内側には、透明電極等を有する対向基板202が形成されている。また、射出側防塵透明プレート206の内側にはTFT(薄膜トランジスタ)や透明電極等を有するTFT基板205が形成されている。そして、対向基板202とTFT基板205とを対向させて、入射側防塵透明プレート201と射出側防塵透明プレート206とを貼り合わせる。
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the
対向基板202とTFT基板205との間には、画像表示のための液晶層204が封入されている。また、液晶層204の入射光側、例えば対向基板202には、遮光のためのブラックマトリックス形成層203が設けられている。微細構造素子であるプリズム群210は、入射側は接着層211を介してTFT基板205に固着されている。さらに、プリズム群210は、射出側は接着層212を介してカバー硝子213に固着されている。
A
図3は、プリズム群210の要部斜視構成を示す。プリズム群210は、透明樹脂等の透明部材により構成されている。プリズム群210は、2つのプリズム素子210a、210bから構成されている。射出側を向けて設けられたプリズム素子210aは、xz断面において略三角形形状を有する。また、プリズム素子210aは、y軸方向に長手方向を有する。複数のプリズム素子210aは、xy平面上においてx軸方向に並列して設けられている。入射側を向けて設けられたプリズム素子210bは、yz断面において略三角形形状を有する。また、プリズム素子210bは、x軸方向に長手方向を有する。複数のプリズム素子210bは、xy平面上においてy軸方向に並列して設けられている。プリズム素子210aとプリズム素子210bとは、互いに長手方向が略直交するように配置されている。
FIG. 3 shows a perspective configuration of a main part of the
複数のプリズム素子210aは、三角形形状の大きさ、及びx軸方向における間隔がいずれもランダムとなるように形成されている。大きさ及び間隔がランダムになるようにプリズム素子210aを形成することで、周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。複数のプリズム素子210bについても、複数のプリズム素子210aと同様に、三角形形状の大きさ、及びx軸方向における間隔がいずれもランダムとなるように形成されている。
The plurality of
図4は、プリズム素子210aのxz断面構成を示す。プリズム素子210aは、基板400上に形成されている。プリズム素子210aの三角形形状は、所定の方向に向けられた第1の屈折面である斜面401と、第1の屈折面とは異なる方向に向けられた第2の屈折面である斜面402とにより構成されている。プリズム素子210a同士の間の平坦部403は、xy平面に略平行かつ略平坦に形成されている。プリズム素子210bのyz断面構成も、プリズム素子210aのxz断面構成と同様である。
FIG. 4 shows an xz cross-sectional configuration of the
所望の形状が形成されたプリズム素子210a、210bを光が透過することで、射出光の方向を正確に所定方向へ屈折させて偏向できる。このため、各色光用空間光変調装置110R、110G、110Bの画素間のブラックマトリックス部の投写像上へ、画素からの光を屈折させて導くことができる。この結果、ブラックマトリックス部を認識することなく、高品質な画像を得ることができる。また、この各色光用空間光変調装置110R、110G、110Bを備えているプロジェクタ100によれば、高品質な投写像を得ることができる。
By transmitting light through the
プロジェクタ100は、投写光が回折の影響を受けることにより、画像のコントラストの低下や、画像の品質の低下を引き起こしてしまう。空間光変調装置110Rの設計において、上述のように、プリズム素子210a、210bをランダムな形状とすることで、周期的構造に起因する光の回折を低減できる。また、次の実施例で説明するように、加工過程において平坦部403、斜面401、402における加工筋の形成を低減することによっても、周期的構造に起因する光の回折を低減することができる。
In the
プリズム素子210a、210bは、ランダムな形状とせず、周期的構造をなす構成としても良い。この場合、プリズム群210は、単位面積あたり3周期以上15周期以下の周期でプリズム素子210a、210bを設けることが望ましい。ここで、プリズム素子210a、210bの周期とは、プリズム素子210a、210bの境界のエッジの数であって、単位面積を有する円形領域の直径に沿う直線に略垂直なプリズム素子210a、210bのエッジの数である。単位面積は、空間光変調装置110R上の一点からの光がスクリーン116上のある一点に結像するときにプリズム群210上にて透過する所定の円形領域である。単位面積は、照明系のFナンバー、又は投写系のFナンバーにより決定される。
The
単位面積あたり3周期以上15周期以下の周期でプリズム素子210a、210bを設けることで、プリズム群210の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。このほか、プリズム素子210a、210bを単位面積あたり3個以上15個以下となるように設けることで、プリズム群210の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することもできる。回折光の発生を低減することで、高精細な画像を表示することができる。
By providing the
また、好ましくは、プリズム群210は、単位面積あたり5周期以上12周期以下、又は5個以上12個以下のプリズム素子210a、210bを設けることが望ましい。さらに好ましくは、プリズム群210は、単位面積あたりに5周期以上10周期以下、又は5個以上10個以下のプリズム素子210a、210bを設けることが望ましい。これにより、さらに回折光の発生を低減し、さらに高精細な画像を表示することができる。
In addition, it is preferable that the
なお、図1で示した構成では、第1偏光板121R、第2偏光板122Rを、液晶パネル120Rに対して別体に設けている。しかし、これに代えて、入射側防塵透明プレート201と対向基板202との間、射出側防塵透明プレート206とTFT基板205との間などにも偏光板を設けることもできる。図5に示すプロジェクタ1100のように、プリズム群1110は、クロスダイクロイックプリズム112と投写レンズ114との間に配置しても良い。さらに、プリズム群1110は、投写レンズ114とスクリーン116との間に配置することとしても良い。
In the configuration shown in FIG. 1, the first
クロスダイクロイックプリズム112で合成した各色光をプリズム群210に入射する構成とすることにより、プリズム群210を1つにでき、プロジェクタ100を簡易な構成にできる。さらに、プリズム群210は、第2偏光板122Rに、又はクロスダイクロイックプリズム112のR光の入射面に形成しても良い。色光ごとにプリズム群210を設ける構成とすると、各波長に対応した屈折角度設定を行うことができる。
By adopting a configuration in which the respective color lights synthesized by the cross
本発明の実施例2に係る微細構造素子の製造方法を、図6〜図16に基づいて説明する。微細構造素子であるプリズム群210は、円形切削部であるアールバイトと、平坦切削部である平バイトとにより形成された金型を用いて製造する。アールバイト600は、図6の斜視構成に示すように、すくい面601と、すくい面601に厚みを持たせるように設けられた逃げ面602とを有する。アールバイト600は、加工対象物上において、すくい面601が向いている方向へ移動させることにより、加工対象物を切削する。図7の平面構成で示すように、すくい面601の切れ刃稜703は、すくい面601内の点Oを中心とする半径rの円弧をなしている。このように、円形切削部であるアールバイト600は、円形状を有する。図6に戻って、逃げ面602は、切れ刃稜703付近において、すくい面601となす角度が90度より小さくなるように傾けて形成されている。
A method for manufacturing a microstructure element according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. The
図8は、平バイト800の平面構成を示す。平バイト800は、図6に示すアールバイト600と同様に、すくい面811と、不図示の逃げ面とを有する。平バイト800は、第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802を有する。第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802のいずれも、略平坦に形成されている。第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802は、互いに角度βをなすように形成されている。すくい面811は、第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802で形成される三角形形状の先端部を取り除いたような台形形状を有する。なお、平バイト800は、第1の平坦切削部801と第2の平坦切削部802とが三角形形状をなすV字バイトを用いても良い。
FIG. 8 shows a planar configuration of the
図9は、バイトホルダ910に固定された状態のアールバイト600及び平バイト800を示す。アールバイト600及び平バイト800は、バイトホルダ910を介して切削加工機械に設置される。アールバイト600及び平バイト800は、互いに、一点鎖線で示す中心軸同士が所定の間隔Lをなすように固定されている。アールバイト600及び平バイト800を共通のバイトホルダ910に設置することにより、付け替え等による位置ずれを防止することができる。また、アールバイト600及び平バイト800を所定の間隔Lで固定することにより、双方の相対的な位置関係に基づいて加工データを設定することができる。
FIG. 9 shows the
本実施例の製造方法は、アールバイト600及び平バイト800により形成された形状を金型として他の部材へ型転写する場合について説明する。このため、アールバイト600及び平バイト800による切削加工では、プリズム素子210aを反転した形状を形成する。プリズム素子210aを形成する工程の前工程として、まず、図10に示す手順により試し加工を行う。図10の工程aにおいて、アールバイト600により、平板状の試し加工用の基板1000に対して切り込みを行う。基板1000は、本加工用の基板とは異なる試し加工領域である。工程aにより、工程bに示すように、基板1000に円形状の切削跡1001が形成される。
In the manufacturing method of this embodiment, a case where the shape formed by the
次に、図9に示すバイトホルダ910を移動して、平バイト800を基板1000上に配置する。平バイト800は、さらに、第1の平坦切削部801によって、第1の屈折部を形成するように傾けられる。図10の工程bに示すように、平バイト800は、第1の平坦切削部801により、基板1000上の、切削跡1001とは異なる位置において切り込みを行う。第1の平坦切削部801による切り込みは、複数回に分けて行う。複数回に分けて切り込みを行う点については、後述の本加工工程にて説明する。工程bにより、工程cに示すように、平坦かつ基板1000に対して傾きを持つ切削跡1002が基板1000に形成される。
Next, the
工程cでは、平バイト800は、第2の平坦切削部802によって第2の屈折部を形成するように傾けられる。平バイト800は、第2の平坦切削部802により、基板1000上の、切削跡1002に隣接する位置において切り込みを行う。第2の平坦切削部802による切り込みも、複数回に分けて行う。工程cにより、工程dに示すように、平坦かつ基板1000に対して傾きを持つ切削跡1003が基板1000に形成される。切削跡1002と切削跡1003とは、角度αをなすように形成される。本実施例では、角度βが90度である平バイト800を用いて、角度αが179.94度をなすような斜面を形成する。平バイト800の角度βは、形成する斜面の角度αより小さければ良く、90度とする構成には限られない。以上の試し加工工程により、図11の斜視構成に示すように、基板1000に円形状の溝をなす切削跡1001と、V字形状の溝をなす平坦な切削跡1002、1003とが形成される。
In step c, the
次に、形状測定工程において、基板1000に加工された形状の深さ、角度等を測定する。アールバイト600による切削跡1001の形状からは、平坦部を形成するためのデータを得られる。平バイト800による切削跡1002、1003の形状からは、それぞれ第1の屈折面、第2の屈折面を形成するためのデータを得られる。そして、切削加工機に設定した加工データと、形状測定工程で得られた測定データとの差分を加工データへフィードバックして、加工データを補正する。補正されたデータは、切削加工機械に記憶される。この切削加工機械を用いて、以下に述べるプリズム素子を形成するときは、補正されたデータに基づいて切削加工が行われる。
Next, in the shape measurement step, the depth, angle, etc. of the shape processed into the
ここで、試し加工工程において、切削跡1001、1002、1003の相対的な位置関係は、試し加工用の基板1000と切削加工機との位置関係に対応している。このため、試し加工は、プリズム素子210aの金型を形成する基板の一部の領域に対して行うこと、プリズム素子210aの金型を形成する基板とは異なる別個の基板に対して行うことのいずれでも良い。
Here, in the trial processing step, the relative positional relationship between the cutting traces 1001, 1002, and 1003 corresponds to the positional relationship between the
図12−1〜図12−3は、試し加工に続く本加工の手順を説明するものである。図12−1の工程aにおいて、上述の試し加工を行った基板1000とは異なる本加工用の基板1200を用いる。そして、以下に説明する工程では、上述したように補正された加工データに基づいて切削加工が行われる。上述の試し加工工程を行った試し加工用の基板1000を不図示の加工機械から取り外す。次に、本加工用の基板1200を加工機械に取り付ける。
FIGS. 12-1 to 12-3 illustrate the procedure of the main processing subsequent to the trial processing. In step a of FIG. 12A, a
平坦部形成工程では、円形切削部であるアールバイト600を用いる。アールバイト600は、基板1200に対して、所定方向へ移動しながら基板1200の表面を切削する。図12−1では、アールバイト600を紙面に対して垂直な方向へ移動させながら基板1200を切削している状態を示している。アールバイト600による所定方向への切削が1回完了すると、アールバイト600を基板1200上から離し、所定方向に対して略直交する方向へ移動させる。図12−1では、アールバイト600を破線及び実線で図示するように、アールバイト600を紙面に対して平行な方向へ移動させた状態を示している。アールバイト600を所定方向に対して略直交する方向へ移動させた後、アールバイト600は、再び所定方向へ移動しながら基板1200を切削する。これを繰り返すことにより、工程bに示すように、基板1200に平坦部1201を形成する。平坦部1201は、後述する型転写工程により平坦部403を形成する。
In the flat part forming step, an
次に、工程c〜工程hの屈折面形成工程において、平坦部1201に対して所定の角度を有する屈折面を形成するための斜面を形成する。工程cでは、バイトホルダ910(図9参照)を移動することにより、アールバイト600に代えて平バイト800を基板1200上に配置する。平バイト800は、さらに、第1の平坦切削部801によって斜面1203を形成するように傾けられる。工程cでは、第1の平坦切削部801により、所望のプリズム素子を形成するための切り込み深さの、例えば5分の1に相当する深さで切削を行う。これにより、工程dに示すように、所望のプリズム素子を形成するための切り込み深さのおよそ5分の1に相当する深さの切削跡1202が形成される。
Next, in the refracting surface forming step of step c to step h, a slope for forming a refracting surface having a predetermined angle with respect to the
工程cから、図12−2に示す工程eにおいて、所望のプリズム素子を形成するための切削は、例えば5回行われる。第1の平坦切削部801による切削を5回に分けて行うことにより、工程fに示すように、斜面1203が形成される。このように、斜面1203は、第1の平坦切削部801を用いて形成される。斜面1203は、後述する型転写工程により第1の屈折面である斜面401を形成する。
From step c to step e shown in FIG. 12-2, cutting for forming a desired prism element is performed, for example, five times. By performing the cutting by the first
次に、平バイト800は、第2の平坦切削部802によって斜面1204を形成するように傾けられる。工程gでは、第1の平坦切削部801の場合と同様に、第2の平坦切削部802により、所望のプリズム素子を形成するための切り込み深さのおよそ5分の1に相当する深さの切削を5回行う。第2の平坦切削部802による切削を5回に分けて行うことにより、工程hに示すように、斜面1204が形成される。このように、斜面1204は、第2の平坦切削部802を用いて形成される。例えば、820ナノメートル深さの溝を形成する場合において、複数回に分けて切削加工を行うことで、平坦切削部にかかる負荷の増大を軽減し、剛性体である加工対象物上における負荷変動を低減することが可能となる。また、複数回に分けて切削加工を行うことで、変曲点におけるダレを抑制でき、高精度の斜面402を形成できる。斜面1204は、後述する型転写工程により第2の屈折面である斜面402を形成する。
Next, the
屈折面形成工程により基板1200に斜面1203、1204を形成した後、工程iに示す型転写工程により、基板1200に形成された形状を金型として、他の部材である透明部材1205へ型転写する。型転写工程により、レプリカを容易かつ大量に製造できる。以上により、工程jに示すプリズム素子210aが完成する。プリズム素子210bは、プリズム素子210bと同様の製造手順により製造することができる。プリズム素子210aとプリズム素子210bとを、互いに長手方向が略直交するように基板400側同士で貼り合わせることにより、プリズム群210を製造することができる。
After the
平坦部1201の形成にアールバイト600を用いることにより、アールバイト600と基板1200との接触部分にかかる圧力を略一定に保ち、基板1200上でアールバイト600を安定させる。基板1200上でアールバイト600を安定させることによりびびりの発生が低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部1201を基板1200に形成することができる。平坦部1201の凹凸を低減することにより、プリズム群210は、平坦部403で光を有効に透過させる光学特性を得られる。
By using the
また、平坦部1201は屈折面形成工程のための基準面となることから、凹凸が少ない平坦部1201を形成することにより、斜面1203、1204も略平坦に形成することが可能となる。斜面1203、1204の凹凸を低減することにより、プリズム群210は、第1の屈折面である斜面401、及び第2の屈折面である斜面402で光を所望の方向へ効率良く屈折させる光学特性を得られる。さらに、平坦部403、斜面401、402の加工筋の形成を低減できることから、周期的構造に起因する光の回折を低減することができる。
Further, since the
屈折面形成工程では、平坦切削部801、802の傾きが斜面1203、1204の傾きに合うように平バイト800を固定することによって、平坦部1201に対して所望の角度を有する斜面1203、1204を形成することができる。平バイト800の傾き量は、通常の制御方法により10万分の1程度の機械精度で制御できることから、高精度に制御された斜面1203、1204を形成できる。斜面1203、1204の傾斜角度を高精度に制御することにより、微小な傾斜角度の斜面401、402を形成することができる。これにより、所望の微細形状素子を正確に製造することができるという効果を奏する。
In the refracting surface forming step, the
屈折面形成工程において、斜面1203、1204をそれぞれ1回の切削のみによって形成する場合、平バイト800による切り込み深さが大きいことから、切削時における平バイト800の負荷変化が大きくなる。負荷変化によって平バイト800が不安定になることでびびりが発生すると、斜面1203、1204に凹凸が形成されてしまう。
In the refracting surface forming step, when the
そこで、平バイト800による切削を複数回に分けて斜面1203、1204を形成することにより、平バイト800の負荷変化を小さくすることを可能とする。平バイト800の負荷変化を小さく保つことで、びびりの発生を低減し、凹凸が少ない斜面1203、1204を形成することができる。これにより、斜面1203、1204を正確に形成することができる。なお、屈折面形成工程において、第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802による切削は、5回に分けて行う場合に限られない。第1の平坦切削部801及び第2の平坦切削部802による切削は、複数回に分けるのであれば良い。例えば、ニッケル鍍金により形成された加工対象物に対しては、1回の切削深さを50ナノメートルから200ナノメートルとし、5回から17回に分けて加工を行うのが望ましい。
Therefore, by forming the
屈折面形成工程において、第1の平坦切削部801は、斜面1203の形成に用いられる。また、第2の平坦切削部802は、斜面1204の形成に用いられる。平バイト800の2つの切削部801、802と、基板1200に形成する2つの斜面1203、1204とをそれぞれ対応させることにより、平バイト800の切削部801、802の劣化を均一化することができる。切削部の劣化を均一化することで平バイト800全体としての劣化を抑制し、長期に渡って斜面1203、1204を正確に形成することができる。
In the refracting surface forming step, the first
図13は、平坦部形成工程におけるアールバイト600の送りピッチPと、アールバイト600が有する円形状の半径rとの関係を説明するものである。送りピッチPは、基板1200を切削しながらアールバイト600が移動する所定方向に対して、略直交する方向へアールバイト600をシフトさせる距離である。送りピッチP及び半径rは、式(1)を満足することが望ましい。
1.0×10-8>P2/8r (1)
FIG. 13 illustrates the relationship between the feed pitch P of the
1.0 × 10 −8 > P 2 / 8r (1)
式(1)において、P2/8rは、アールバイト600による切削跡同士の間に生じる稜線部1301と、アールバイト600による切削跡の略中心部1302との間の高低差であって、平坦部形成工程により形成される平坦部1201の粗さの最大値Rmaxを示す。式(3)によれば、粗さの最大値Rmaxを1.0×10-8メートル未満とすることにより、凹凸が少なく略平坦な平坦部1203を形成することができる。
In the formula (1), P 2 / 8r is a height difference between the
切削加工は、切削加工機械の周辺の温度、気圧、湿度等の環境変化の影響を受ける場合がある。特に、温度については材料や加工装置の熱膨張に直接影響を及ぼすものであるから、例えば±0.025度に温度が制御された環境下で切削加工を行うこととしている。このような温度の制御にかかわらず、外気温の変化や切削加工機械の温度変化等の影響により、切削加工機械周辺の温度は、数時間周期で変化してしまう。このため、切削加工はできるだけ短時間で完了することが望ましい。 Cutting may be affected by environmental changes such as temperature, pressure, and humidity around the cutting machine. In particular, since the temperature directly affects the thermal expansion of the material and the processing apparatus, the cutting is performed in an environment in which the temperature is controlled to ± 0.025 degrees, for example. Regardless of such temperature control, the temperature around the cutting machine changes every several hours due to the influence of changes in the outside air temperature, temperature changes in the cutting machine, and the like. For this reason, it is desirable to complete the cutting process in as short a time as possible.
平坦部形成工程において数十ミリメートル角の領域に切削加工を施す場合、アールバイト600の送りピッチPに応じて、切削加工に必要な時間が大きく変わる。そこで、式(1)を満足する送りピッチPを適宜設定することで、加工時間を不要に長くすることを防ぐこともできる。加工時間を短くできれば、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。これにより、略平坦な平坦部1201を形成でき、かつ切削加工を安定して行うことができる。
When cutting a region of several tens of millimeters square in the flat portion forming step, the time required for the cutting greatly varies depending on the feed pitch P of the
半径rは、さらに、式(2)を満足することが望ましい。
2.0×10-3≦r≦6.0×10-3 (2)
It is desirable that the radius r further satisfies the formula (2).
2.0 × 10 −3 ≦ r ≦ 6.0 × 10 −3 (2)
半径rを、式(2)の範囲より小さい値とすると、送りピッチPに比べアールバイト600の半径rが小さくなることから、結果的に加工面における粗さの最大値Rmaxを増大させることとなる。または、アールバイト600の半径rに合わせて送りピッチPも小さい値とするように変更すると、平坦部1201を形成するための加工時間が長くなってしまう。加工時間が長くなると、周囲の環境変化の影響により、切削加工を安定して行うことが困難になる。また、半径rを、式(2)の範囲より大きい値とすると、基板1200上でアールバイト600が不安定になりびびりを生じることがある。2.0×10-3メートル以上の半径rのアールバイト600を用いることにより、平坦部1201の加工時間を短くすることが可能となる。加工時間を短くすることにより、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。また、6.0×10-3メートル以上の半径rのアールバイト600を用いることによりびびりが低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部1201を形成することができる。これにより、切削加工を安定して行い、かつ略平坦な平坦部1201を形成することができる。
If the radius r is set to a value smaller than the range of the expression (2), the radius r of the
送りピッチPは、さらに、式(3)を満足することが望ましい。
5.0×10-6≦P≦20×10-6 (3)
It is desirable that the feed pitch P further satisfies the expression (3).
5.0 × 10 −6 ≦ P ≦ 20 × 10 −6 (3)
アールバイト600の送りピッチPを、式(3)の範囲より小さい値とすると、平坦部1201を形成するための加工時間が長くなる。加工時間が長くなると、周囲の環境変化の影響により、切削加工を安定して行うことが困難になる。また、送りピッチPを、式(3)の範囲より大きい値とすると、大きい半径rの円形形状を有するアールバイト600を用いることとなる。半径rが大きくなると、基板1200上でアールバイト600が不安定になりびびりを生じることがある。5.0×10-6メートル以上の送りピッチPで平坦部1201を形成することにより、平坦部1201の加工時間を短くすることが可能となる。加工時間を短くすることにより、周囲の環境変化の影響を低減し、切削加工を安定して行うことができる。また、20×10-6メートル以上の送りピッチPで平坦部1201を形成することによりびびりが低減され、凹凸が少なく略平坦な平坦部1201を形成することができる。これにより、切削加工を安定して行い、かつ略平坦な平坦部1201を形成することができる。
If the feed pitch P of the
図14は、平坦部1201の形成に用いるのに好ましいアールバイト600の半径r及び送りピッチPの範囲を説明するものである。図14のグラフは、縦軸に送りピッチP、横軸にアールバイト600の半径rを取って示している。図中のハッチング部分及び空白部分は、図15に示すような、粗さの最大値Rmaxを取ることを表している。上記の式(1)、(2)、(3)のいずれも満足するのは、図14のグラフのうちの太線で囲まれた範囲の場合である。従って、図14の太線で囲まれた範囲内で半径r及び送りピッチPを設定することにより、切削加工を安定して行い、かつ略平坦な平坦部1201を形成することができる。
FIG. 14 illustrates a range of the radius r and the feed pitch P of the
次に、図16に基づいて、プリズム素子210a、210bの製造手順のうち、金型を製造するまでのフローを説明する。まず、ステップS601において、オペレータは、所望の微細形状を形成するための、加工位置、加工角度、加工深さ、バイト回転数、加工速度、屈折面形成工程における切削回数等の加工データを加工機械の制御部に入力する。そして、アールバイト600及び平バイト800を加工機械のバイトホルダ910(図9参照)に取り付ける。ステップS602において、試し加工用のワークである基板1000を加工機械のホルダにセットする。ステップS603において、基板1000に、上述したような試し加工を行う。
Next, based on FIG. 16, a flow until the mold is manufactured in the manufacturing procedure of the
ステップS604において、基板1000をワークホルダから外さずに、そのままの状態で、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)や干渉型光学測定器を用いて、試し加工された溝形状の深さ、斜面の角度、ピッチ等を測定する。測定データのパラメータは、ピッチ、角度、深さ、及び平坦面粗さの少なくとも一つであることが望ましい。また、測定対象物である基板1000をワークホルダから取り外して測定を行うこととしても、加工形状の相対関係を測定することにより、フィードバックに必要な情報を得ることは可能である。
In step S604, the depth of the groove shape obtained by trial processing using a laser microscope, an atomic force microscope, or an interference optical measuring instrument without removing the
ステップS605において、測定データと加工データとの差分を、加工データへフィードバックする。また、試し加工用ワークを加工機械のホルダから取り外す。次に、ステップS606において、フィードバックされた差分値に基づいて、加工データを補正する。具体的には、バイトの加工角度、切削深さ、ピッチ、平坦面加工用のパラメータ等を補正する。例えば、加工角度、切削深さ、溝ピッチ、平坦面加工用のパラメータの補正は、それぞれバイトの角度補正、バイトの深さ補正、送りピッチ補正、送りピッチ補正により行う。そして、ステップS607において、本加工用のワークを加工機械のホルダにセットする。このとき、本加工用のワークにおいて、上層面や、本加工のための領域とは異なる他の領域を試し加工のための領域として用いても良い。ここまでで、試し加工の工程を終える。 In step S605, the difference between the measurement data and the machining data is fed back to the machining data. Moreover, the workpiece for trial processing is removed from the holder of a processing machine. Next, in step S606, the machining data is corrected based on the fed back difference value. Specifically, the cutting angle of the cutting tool, the cutting depth, the pitch, the parameters for flat surface processing, etc. are corrected. For example, the machining angle, cutting depth, groove pitch, and flat surface machining parameters are corrected by bite angle correction, bite depth correction, feed pitch correction, and feed pitch correction, respectively. In step S607, the work for main processing is set in the holder of the processing machine. At this time, in the workpiece for main machining, an upper layer surface or another area different from the area for main machining may be used as the area for trial machining. This is the end of the trial machining process.
次に、補正されたデータに基づいて、ステップS608において、アールバイト600による平坦部1201(図12−1の工程a)の切削加工を行う。ステップS609において、アールバイト600に代えて平バイト800を基板1200上に配置し、第1の平坦切削部801により斜面1203(図12−1、図12−2の工程c〜f)を形成する。第1の平坦切削部801による切削は、制御部に入力された切削回数で行われる。次に、平バイト800の傾きを変化させ、第2の平坦切削部802により斜面1204(図12−2の工程g、h)を形成する。第2の平坦切削部802による切削は、制御部に入力された切削回数で行われる。
Next, based on the corrected data, in step S608, the flat portion 1201 (step a in FIG. 12-1) is cut by the
ステップS610において、所定形状の溝加工が終了したか否かを判断する。判断結果が偽の場合、ステップS611において、平バイト800が保持されている加工ヘッドの位置を上述した手順で移動する。そして、ステップS609の加工を繰り返して行う。ステップS610の判断結果が真の場合、加工を終了する。これにより、外乱等の影響が低減された形状加工を行うことができる。また、上述したように、試し加工用の基板1000と本加工用の基板1200とは同一のものを用いても良い。
In step S610, it is determined whether or not the predetermined shape of the groove has been finished. If the determination result is false, in step S611, the position of the machining head holding the
出願人は、本実施例の製造方法により、平坦部1201を十点平均粗さRz=17.2nm、算術平均粗さRa=19.0nmで、斜面1203、1204を十点平均粗さRz=5.6nm、算術平均粗さRa=5.0nmで形成できることを確認した。また、平坦部1201及び斜面1203、1204のいずれにも、周期的な加工筋は認められなかった。このように、略平坦な平坦部1201及び斜面1203、1204を形成可能であることにより、所望の微細形状を正確に製造することができる。平坦部1201及び斜面1203、1204は、基板1200の断面において、線により表される。十点平均粗さRzは、粗さ曲線のうちの基準長さにおいて、粗さ曲線の平均線から最も高い5つの頂部についての標高の絶対値の平均値と、最も低い5つの底部についての深度の絶対値の平均値との和である。算術平均粗さRaは、粗さ曲線のうちの基準長さにおいて、粗さ曲線の平均線から粗さ曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the applicant applied the
出願人は、上述の表面粗さでの微細構造素子の加工を実現し、加工痕による回折光の発生や、屈折面の傾きのばらつき等による微細構造素子の特性劣化を低減でき、所望の特性が得られることを確認した。なお、本実施例の製造方法を応用することにより、上記の微細構造素子とは異なる形状の微細構造素子を製造することとしても良い。また、本実施例の製造方法は、型転写工程を含む場合に限られず、本実施例の金型を形成するまでの手順と同様の手順により微細構造素子を製造することとしても良い。 The applicant can realize the processing of the microstructure element with the above-mentioned surface roughness, and can reduce the deterioration of the characteristics of the microstructure element due to the generation of diffracted light due to the processing marks and the variation in the inclination of the refractive surface, etc. It was confirmed that In addition, it is good also as manufacturing the microstructure element of a shape different from said microstructure element by applying the manufacturing method of a present Example. Further, the manufacturing method of the present embodiment is not limited to the case including the mold transfer step, and the fine structure element may be manufactured by the same procedure as that for forming the mold of the present embodiment.
以上のように、本発明に係る微細構造素子の製造方法は、所望の微細形状を正確に製造する場合に有用であり、特に、プロジェクタの空間光変調装置に用いる微細構造素子を製造する場合に適している。 As described above, the method for manufacturing a microstructure element according to the present invention is useful for accurately manufacturing a desired fine shape, and particularly for manufacturing a microstructure element used for a spatial light modulation device of a projector. Is suitable.
100 プロジェクタ、101 超高圧水銀ランプ、104 インテグレータ、105 偏光変換素子、106R R光透過ダイクロイックミラー、106G B光透過ダイクロイックミラー、107 反射ミラー、108 リレーレンズ、110R 第1色光用空間光変調装置、110G 第2色光用空間光変調装置、110B 第3色光用空間光変調装置、112 クロスダイクロイックプリズム、112a、112b ダイクロイック膜、114 投写レンズ、116 スクリーン、120R、120G、120B 液晶パネル、121R、121G、121B 第1偏光板、122R、122G、122B 第2偏光板、123R、123B λ/2位相差板、124R、124B ガラス板、201 入射側防塵透明プレート、202 対向基板、203 ブラックマトリックス形成層、204 液晶層、205 TFT基板、206 射出側防塵透明プレート、210 プリズム群、210a、210b プリズム素子、211、212 接着層、213 カバー硝子、400 基板、401 第1の屈折面、402 第2の屈折面、403 平坦部、1100 プロジェクタ、1110 プリズム群、600 アールバイト、601 すくい面、602 逃げ面、703 切れ刃稜、800 平バイト、801 第1の平坦切削部、802 第2の平坦切削部、811 すくい面、910 バイトホルダ、1000 基板、1001、1002、1003 切削跡、1200 基板、1201 平坦部、1202 切削跡、1203、1204 斜面、1205 透明部材、1301 稜線部、1302 中心部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Projector, 101 Super high pressure mercury lamp, 104 Integrator, 105 Polarization conversion element, 106R R light transmission dichroic mirror, 106GB B light transmission dichroic mirror, 107 Reflection mirror, 108 Relay lens, 110R Spatial light modulation device for 1st color light, 110G Spatial light modulator for second color light, 110B Spatial light modulator for third color light, 112 Cross dichroic prism, 112a, 112b Dichroic film, 114 Projection lens, 116 Screen, 120R, 120G, 120B Liquid crystal panel, 121R, 121G, 121B First polarizing plate, 122R, 122G, 122B Second polarizing plate, 123R, 123B λ / 2 phase difference plate, 124R, 124B glass plate, 201 incident-side dustproof transparent plate, 202 counter substrate, 203 Black matrix forming layer, 204 Liquid crystal layer, 205 TFT substrate, 206 Ejection side dustproof transparent plate, 210 Prism group, 210a, 210b Prism element, 211, 212 Adhesive layer, 213 Cover glass, 400 substrate, 401 First refractive surface 402 Second refractive surface, 403 flat part, 1100 projector, 1110 prism group, 600 round bite, 601 rake face, 602 flank face, 703 cutting edge, 800 flat bite, 801 first flat cutting part, 802 first 2 flat cutting part, 811 rake face, 910 tool holder, 1000 substrate, 1001, 1002, 1003 cutting trace, 1200 substrate, 1201 flat part, 1202 cutting trace, 1203, 1204 slope, 1205 transparent member, 1301 ridge line part, 1302 During ~ Heart
Claims (11)
略平坦に形成された平坦切削部を用いることにより、前記平坦部に対して所定の角度を有する屈折面を形成する屈折面形成工程と、を含むことを特徴とする微細構造素子の製造方法。 By using a circular cutting part having a circular shape, a flat part forming step for forming a flat part on the substrate;
And a refracting surface forming step of forming a refracting surface having a predetermined angle with respect to the flat portion by using a flat cutting portion formed substantially flat.
前記所定方向に対して略直交する方向への前記円形切削部の送りピッチをP(メートル)、前記円形切削部が有する前記円形状の半径をr(メートル)、とすると、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の微細構造素子の製造方法。
1.0×10-8>P2/8r In the flat portion forming step, the substrate is cut while moving the circular cutting portion in a predetermined direction with respect to the substrate,
When the feed pitch of the circular cutting part in a direction substantially orthogonal to the predetermined direction is P (meter), and the radius of the circular shape of the circular cutting part is r (meter), the following conditional expression is satisfied. The method for manufacturing a microstructure element according to claim 1, wherein the method is satisfied.
1.0 × 10 −8 > P 2 / 8r
2.0×10-3≦r≦6.0×10-3 Furthermore, the following conditional expressions are satisfied, The manufacturing method of the microstructure element of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
2.0 × 10 −3 ≦ r ≦ 6.0 × 10 −3
5.0×10-6≦P≦20×10-6 Furthermore, the following conditional expressions are satisfied, The manufacturing method of the microstructure element of Claim 2 or 3 characterized by the above-mentioned.
5.0 × 10 −6 ≦ P ≦ 20 × 10 −6
前記屈折面形成工程において、前記第1の平坦切削部を用いて、所定の方向に向けられた第1の屈折面を形成し、前記第2の平坦切削部を用いて、前記第1の屈折面とは異なる方向に向けられた第2の屈折面を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の微細構造素子の製造方法。 The flat cutting part has a first flat cutting part and a second flat cutting part,
In the refracting surface forming step, the first refracting surface oriented in a predetermined direction is formed using the first flat cutting portion, and the first refracting surface is formed using the second flat cutting portion. The method for manufacturing a microstructure element according to any one of claims 1 to 5, wherein a second refractive surface directed in a direction different from the surface is formed.
前記試し加工工程で形成された前記所定形状を測定する形状測定工程と、
前記形状測定工程で得られた測定データと前記加工データとの差分を前記加工データでフィードバックして前記加工データを補正するフィードバック工程と、
補正された前記加工データに基づいて、前記平坦部形成工程と前記屈折面形成工程とを行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の微細構造素子の製造方法。 In the trial machining area, based on machining data, a trial machining step of forming a predetermined shape by the circular cutting part and the flat cutting part,
A shape measuring step for measuring the predetermined shape formed in the trial processing step;
A feedback step of correcting the machining data by feeding back the difference between the measurement data obtained in the shape measurement step and the machining data with the machining data;
The method for manufacturing a microstructure element according to any one of claims 1 to 6, wherein the flat portion forming step and the refractive surface forming step are performed based on the corrected processing data.
前記照明光を画像信号に応じて変調する請求項10に記載の空間光変調装置と、
前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタ。 A light source for supplying illumination light;
The spatial light modulation device according to claim 10, wherein the illumination light is modulated according to an image signal;
And a projection lens that projects the light modulated by the spatial light modulator.
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