JP2007057622A - Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element - Google Patents

Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element Download PDF

Info

Publication number
JP2007057622A
JP2007057622A JP2005240457A JP2005240457A JP2007057622A JP 2007057622 A JP2007057622 A JP 2007057622A JP 2005240457 A JP2005240457 A JP 2005240457A JP 2005240457 A JP2005240457 A JP 2005240457A JP 2007057622 A JP2007057622 A JP 2007057622A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
manufacturing
light
laser
transfer mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005240457A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Yamada
泰史 山田
Koji Masuda
浩二 増田
Hidenobu Kishi
秀信 岸
Shigeaki Imai
重明 今井
Shinji Sato
新治 佐藤
Tsutomu Hashiguchi
強 橋口
Daisei Minegishi
大生 峯岸
Izumi Ito
泉 伊藤
Manabu Seo
学 瀬尾
Takayoshi Nakatani
任良 中谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2005240457A priority Critical patent/JP2007057622A/en
Publication of JP2007057622A publication Critical patent/JP2007057622A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element of a phase modulation type having high light availability by attaining phase modulation of transmission light by means of a low aspect ratio structure like a sub-wavelength structure having a single height. <P>SOLUTION: The optical element changes the phase of transmission light by spatially modulating the height of at least a part of structures 2, has a finer structure than the wavelength of usage light and, therefore, attains the phase modulation of transmission light by using a fine structure having a narrower period than incident wavelength with different heights. Further, when wavelength of usage light is λ, incident angle is θ, refractive index of an incident medium is n1 and refractive index of a structure 2 is n2, the period of the structure is λ/(n1sinθ+n2) or less, thereby, the occurrence of transmission light due to higher order diffraction is eliminated and the optical element having high light availability is attained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ記録装置、表示装置、画像形成装置、光通信、光情報処理等に用いられる薄型の光学素子に関し、特に、集光、分岐、回折、ホログラム等の機能を有する光学素子や、レンズ機能、分波/合波機能、光強度分布変換機能、偏光分離機能、あるいはこれらの複合機能を有する光学素子に関し、さらには、多段階あるいは連続的な構造を有しており、高い回折効率を示す表面レリーフ型の回折光学素子に関する。さらに本発明は、その光学素子の製造方法に関し、さらには、その光学素子を作製する際に用いられる光学素子用形状転写型の製造方法及び、その製造方法で作製した光学素子用形状転写型に関する。   The present invention relates to a thin optical element used for a laser recording apparatus, a display apparatus, an image forming apparatus, optical communication, optical information processing, and the like, in particular, an optical element having functions such as condensing, branching, diffraction, and hologram, The optical element has a lens function, demultiplexing / multiplexing function, light intensity distribution conversion function, polarization separation function, or a combination of these functions. Furthermore, it has a multistage or continuous structure, and has a high diffraction efficiency. And a surface relief type diffractive optical element. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing the optical element, and further relates to a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element used when manufacturing the optical element, and a shape transfer mold for an optical element manufactured by the manufacturing method. .

近年、屈折率の異なる2つの媒質(例えば一方が空気で、もう一方が等方性媒質)が光の波長よりも小さい周期構造を持つような構造(SWS=Subwavelength Structure;サブ波長構造)を利用した光学素子が広く開発されている。これらの構造は回折理論における共鳴回折領域から等価屈折率領域にあたり、従来のスカラー回折理論による波長以上の構造体での回折光学素子とは原理的に大きく異なる特性を示す。   In recent years, a structure in which two media having different refractive indexes (for example, one is air and the other isotropic medium) has a periodic structure smaller than the wavelength of light (SWS = Subwavelength Structure) is used. Such optical elements have been widely developed. These structures range from the resonance diffraction region to the equivalent refractive index region in the diffraction theory, and exhibit characteristics that are largely different from the diffractive optical element in the structure having a wavelength longer than that in the conventional scalar diffraction theory.

このように周期が波長よりも短い回折格子はサブ波長格子と呼ばれ、その中でもさらに周期が短く透過・反射ともに0次回折光しか存在しない周期をもつ格子が0次格子と呼ばれる。これら0次回折素子は高次の回折光が存在しないことから、従来の波長以上の構造による回折光学素子での高次回折光によるエネルギー損失を生じない、光利用効率の高い素子の実現が可能であると考えられる。   A diffraction grating whose period is shorter than the wavelength is called a sub-wavelength grating. Among them, a grating having a period that is shorter and has only a 0th-order diffracted light in both transmission and reflection is called a 0th-order grating. Since these zero-order diffractive elements do not contain high-order diffracted light, it is possible to realize an element with high light utilization efficiency that does not cause energy loss due to high-order diffracted light in a diffractive optical element having a structure with a wavelength longer than that of the conventional. It is believed that there is.

これらサブ波長構造を透過した0次回折光は、格子構造に起因する屈折率変化により位相変調を起こすことが知られており、図35に示すように、同一の高さ・ピッチで構造体の幅のみを変調(フィルファクター変調)することで、光を集光する素子が実現されている(例えば、非特許文献1(Journal of the Optical Society of America A,Vol14(4),901-906(1997))参照)。   It is known that the 0th-order diffracted light transmitted through these sub-wavelength structures undergoes phase modulation due to refractive index change caused by the grating structure, and as shown in FIG. 35, the width of the structure is the same at the same height and pitch. The element which condenses light is implement | achieved by modulating only (fill factor modulation) (for example, nonpatent literature 1 (Journal of the Optical Society of America A, Vol14 (4), 901-906 (1997). ))reference).

また、特許文献1(特開2001−318217号公報)では、同様に構造体のフィルファクターのみを変調し、かつ構造体の領域を分割することで空間的に位相を変調した回折光学素子を実現している。
さらに、特許文献2(特開2004−61905号公報)では円柱状のサブ波長構造体を用い、同様に構造体の幅(面積)のみを変調することにより位相変調光学素子を実現している。
Further, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-318217), a diffractive optical element in which only the fill factor of the structure is modulated and the phase of the structure is spatially modulated by dividing the region of the structure is realized. is doing.
Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-61905), a columnar sub-wavelength structure is used, and similarly, only the width (area) of the structure is modulated to realize a phase modulation optical element.

[サブ波長構造の製造方法]
入射光の波長以下の構造の製造方法は、利用する波長により大きく異なる。波長が1ミクロン(μm)よりもかなり長い領域に関しては光リソグラフィーや機械加工、エッチング等の多くの製造方法が利用可能である。
しかしながら、可視光程度の波長領域では構造体の周期はサブミクロンオーダとなり、製造方法も限定される。特に数百nm程度の構造の製造方法としては、レーザ光の干渉を利用した干渉露光法と電子ビーム露光法が主に用いられてきた。
[Subwavelength structure manufacturing method]
The manufacturing method of the structure below the wavelength of the incident light varies greatly depending on the wavelength used. For a region where the wavelength is considerably longer than 1 micron (μm), many manufacturing methods such as photolithography, machining, and etching can be used.
However, in the wavelength region of the order of visible light, the period of the structure is on the order of submicrons, and the manufacturing method is limited. In particular, as a manufacturing method of a structure of about several hundred nm, an interference exposure method using an interference of laser light and an electron beam exposure method have been mainly used.

レーザ干渉露光法では、通常、青から紫外のレーザ光を干渉させて、感光性の高分子材料(レジスト)に照射し、その干渉ピッチの構造を形成する。このとき構造はレジストに形成され、高さはレジスト厚で規定される。
また、電子ビーム露光法では、電子ビームを集光・走査してレジスト材料に照射し、レジスト材料の微細な構造を作製する。このときも同様に、高さはレジスト厚みで規定される。
これらの手法によりレジスト以外の材料に微細構造を作製する場合は、このレジスト構造を利用して、反応性ドライエッチングや金属蒸着等の手法を用いて構造を作製していた。
In the laser interference exposure method, a laser beam of blue to ultraviolet is usually interfered and irradiated to a photosensitive polymer material (resist) to form a structure of the interference pitch. At this time, the structure is formed in the resist, and the height is defined by the resist thickness.
Further, in the electron beam exposure method, an electron beam is condensed and scanned to irradiate the resist material, thereby producing a fine structure of the resist material. Similarly, the height is defined by the resist thickness.
When a fine structure is produced in a material other than a resist by these techniques, the structure is produced using a technique such as reactive dry etching or metal vapor deposition using this resist structure.

[積層薄膜を利用した微細構造の製造方法]
特許文献3(特開2003−181678号公報)に記載の光学素子の製造方法では、多層に配置した透過・吸収薄膜にレーザ光を照射することで、高さの異なる平坦面を有する微細構造を形成する。このとき微細構造の加工位置を制御することで、バイナリー型構造の回折光学素子を形成している。
[Microstructure manufacturing method using laminated thin film]
In the method of manufacturing an optical element described in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-181678), a fine structure having flat surfaces with different heights is obtained by irradiating a transmission / absorption thin film arranged in multiple layers with laser light. Form. At this time, a diffractive optical element having a binary structure is formed by controlling the processing position of the fine structure.

これら従来のサブ波長構造を有する光学素子では、構造の高さを一定にし、構造の幅あるいは面積により透過光の位相を変調していた。図35は従来の位相変調型サブ波長素子であり、このようにピッチが一定の微細な構造のフィルファクターのみを変調して透過0次光の位相制御を行っていた。
このサブ波長領域での材料の屈折率は多くの場合、以下の有効屈折率法(式1)によって近似されることが知られている。
In these conventional optical elements having a subwavelength structure, the height of the structure is made constant, and the phase of transmitted light is modulated by the width or area of the structure. FIG. 35 shows a conventional phase modulation type sub-wavelength element. In this way, only the fine fill factor having a constant pitch is modulated to control the phase of transmitted zero-order light.
It is known that the refractive index of a material in this subwavelength region is approximated by the following effective refractive index method (Equation 1) in many cases.

(式1)
TE=√{fn2 2+(1−f)n1 2}
TM=√{[n1 22 2]/[fn1 2+(1−f)n2 2]}
f=w/p
(Formula 1)
n TE = √ {fn 2 2 + (1-f) n 1 2 }
n TM = √ {[n 1 2 n 2 2 ] / [fn 1 2 + (1-f) n 2 2 ]}
f = w / p

ここで、nTEは図36において電場が構造に平行に振動する垂直な偏光成分に対する屈折率、nTMは電場が構造に垂直な方向に振動する成分に対する屈折率を示す。fは構造体の幅wと周期(ピッチ)pとの比であるフィルファクターを示す。 Here, n TE represents a refractive index with respect to a vertical polarization component in which the electric field vibrates parallel to the structure in FIG. 36, and n TM represents a refractive index with respect to a component in which the electric field vibrates in a direction perpendicular to the structure. f represents a fill factor which is a ratio between the width w of the structure and the period (pitch) p.

図37にはn1=1,n2=1.5とした場合のフィルファクターによる有効屈折率(n)を示す。このようにTE波、TM波ともn1からn2までフィルファクターによって制御可能であることが分かる。このとき偏光の異なる入射光での有効屈折率は、偏光成分によりこのTE波、TM波による有効屈折率の中間の値となる。
このとき、透過0次光の位相変調は、この有効屈折率nを用いて入射光波長をλ、透過光路長をdとすると、位相変調量φは、
φ=2πnd/λ (式2)
で与えられる。
FIG. 37 shows the effective refractive index (n) according to the fill factor when n1 = 1 and n2 = 1.5. Thus, it can be seen that both the TE wave and the TM wave can be controlled by the fill factor from n1 to n2. At this time, the effective refractive index of incident light having different polarizations is an intermediate value between the effective refractive indexes of the TE wave and TM wave depending on the polarization component.
At this time, the phase modulation of the transmitted zero-order light uses the effective refractive index n, the incident light wavelength is λ, and the transmitted optical path length is d.
φ = 2πnd / λ (Formula 2)
Given in.

このとき、例えば図38の構造体を考える。入射する光の波長λを800nm、構造体のピッチpを400nm、屈折率をn1=1,n2=1.5とし、フィルファクターfが1と0.2の間で2πの位相変調を与えるとした場合、高さdは約2ミクロンとなる。フィルファクターが0.2の時の構造体の幅は80nmであり、非常にアスペクトの高い構造が要求されることになる。このような構造を作製することは非常に困難であり、従来のフィルファクターによる変調のみでは、透過光の大きな位相変調を得ることは困難であった。サブ波長領域の位相変調光学素子では、このように微細かつ高い構造を要求される場合が多く、大きな問題となっていた。
さらに、このような高いアスペクトを有する構造体は機械的強度が弱く、外力に対して弱い問題があった。
At this time, for example, consider the structure of FIG. When the wavelength λ of the incident light is 800 nm, the pitch p of the structure is 400 nm, the refractive index is n1 = 1, n2 = 1.5, and a phase modulation of 2π is applied between a fill factor f of 1 and 0.2. In this case, the height d is about 2 microns. When the fill factor is 0.2, the width of the structure is 80 nm, and a structure with a very high aspect is required. It is very difficult to produce such a structure, and it has been difficult to obtain a large phase modulation of transmitted light only by modulation using a conventional fill factor. The phase modulation optical element in the sub-wavelength region often requires such a fine and high structure, which has been a big problem.
Furthermore, the structure having such a high aspect has a problem that it has weak mechanical strength and is weak against external force.

[製造方法の課題]
これら高さの異なる微細構造を有する素子を実現するために、従来のレーザ干渉を利用した微細構造の製造方法は、干渉強度の高い領域と低い領域の2値の構造を形成する手法であり、通常、加工高さがレジスト厚みで規定されるため、高さの制御が困難であるという問題があった。
従来の電子ビーム露光法では、露光量で高さを制御することは可能ではあるが、基本的に点描画による加工であるため加工速度が非常に遅く、数mm角の構造形成に何日もかかるなど製造上大きな問題となっていた。
また、これらの手法では構造体をレジストにしか作製することができず、他の材料で構造を作製する場合は、さらに反応性ドライエッチング等の他のプロセスを利用する必要があり、複雑でコストが高くなり、かつ形状の変化が起きることが問題となっていた。
[Problems of manufacturing method]
In order to realize elements having fine structures with different heights, a conventional fine structure manufacturing method using laser interference is a method of forming a binary structure of a region having a high interference intensity and a region having a low interference intensity, Usually, since the processing height is defined by the resist thickness, there is a problem that it is difficult to control the height.
In the conventional electron beam exposure method, the height can be controlled by the exposure amount, but the processing speed is very slow because it is basically processing by point drawing, and it takes days to form a structure of several mm square. This has been a major problem in manufacturing.
In addition, these methods can produce the structure only in the resist, and when producing the structure with other materials, it is necessary to use another process such as reactive dry etching, which is complicated and costly. However, the problem is that the shape is changed and the shape is changed.

[回折光学素子及びその製造方法と、従来の製造方法における問題点]
回折光学素子は、素子に入射されるレーザ光の空間的な位相分布をコントロールすることにより、ビームの集光機能、強度分布変換機能、ビーム分波/合波機能など、様々な形態の光制御を行うことが可能な素子のことである。本発明に係る製造方法では、高い回折効率を得ることが可能な多段階構造あるいは連続的でなめらかな構造を有する表面レリーフ型回折光学素子を対象としている。以下では、これを単に回折光学素子と言う。
[Diffraction optical element, manufacturing method thereof, and problems in conventional manufacturing methods]
The diffractive optical element controls the spatial phase distribution of the laser light incident on the element, thereby controlling the light in various forms such as a beam condensing function, an intensity distribution conversion function, and a beam demultiplexing / combining function. It is an element capable of performing the above. The manufacturing method according to the present invention is directed to a surface relief type diffractive optical element having a multi-stage structure or a continuous and smooth structure capable of obtaining a high diffraction efficiency. Hereinafter, this is simply referred to as a diffractive optical element.

本発明に係る多段階の構造を持つ回折光学素子の例を図25に示す。多段階の回折光学素子の構造は図25(a)のように回折格子を元にしたものや、図25(b)のように段差が2次元的にランダムに配置されたものなどがある。回折光学素子は一般的に、高さ数百nm〜数μmの構造が数百nm〜数十μmのピッチで形成されており、この作製に必要な分解能は、用途によって異なるが、水平方向に数十nm〜1μm、高さ方向に数十nmである。   An example of a diffractive optical element having a multistage structure according to the present invention is shown in FIG. The structure of the multi-stage diffractive optical element includes a structure based on a diffraction grating as shown in FIG. 25A and a structure where steps are randomly arranged two-dimensionally as shown in FIG. In general, a diffractive optical element has a structure with a height of several hundred nm to several μm and is formed with a pitch of several hundred nm to several tens of μm. It is several tens nm to 1 μm and several tens nm in the height direction.

回折光学素子及びその製造方法に関しては、非特許文献2(最新 回折光学素子技術全集 技術情報協会(2004)pp107−160)などに詳細に記されている。
製造方法及び、それぞれの製造方法における問題点に関して、以下に簡単に記す。
The diffractive optical element and the manufacturing method thereof are described in detail in Non-Patent Document 2 (Latest diffractive optical element technology complete technical information association (2004) pp107-160).
The manufacturing method and problems in each manufacturing method will be briefly described below.

回折光学素子の製造方法として、最も一般的にはダイヤモンドバイトなどを利用した機械加工によって成されてきた。しかし、機械加工による手法では、面内の分解能がバイト先端部の大きさで規定されるため、高分解能とすることが難しい。また、ガラスのような脆性材料や、樹脂のようなやわらかい材料を高精度に機械加工することは困難である。   As a manufacturing method of a diffractive optical element, it has been generally performed by machining using a diamond tool or the like. However, in the technique by machining, since the in-plane resolution is defined by the size of the tip of the cutting tool, it is difficult to achieve high resolution. In addition, it is difficult to machine a brittle material such as glass or a soft material such as resin with high accuracy.

それに対して、近年、面内の分解能が高い手法として、半導体製造技術であるリソグラフィによる手法がとられている。リソグラフィによる手法としては以下のようなものが挙げられる。   On the other hand, in recent years, as a technique having a high in-plane resolution, a technique using lithography, which is a semiconductor manufacturing technique, has been adopted. Examples of the lithography method include the following.

(1)フォトリソグラフィによる製造方法
レジストの塗布、フォトリソグラフィによるマスクパターンの転写、パターン現像、エッチング、レジスト除去、といった一連のプロセスを複数回繰り返すことで、多段階の構造を作製する手法である。
しかし、この製造方法では、工程が非常に多く、コストが高い。また、複数回リソグラフィを繰り返す際に精密な位置合わせが必要となり、位置合わせの誤差が素子の性能劣化の原因となる。
(1) Manufacturing Method by Photolithography This is a technique for producing a multi-stage structure by repeating a series of processes such as resist coating, mask pattern transfer by photolithography, pattern development, etching, and resist removal a plurality of times.
However, this manufacturing method has a large number of steps and is expensive. In addition, precise alignment is necessary when lithography is repeated a plurality of times, and alignment errors cause deterioration in device performance.

(2)グレースケールマスクを用いた製造方法
(1)の手法に対して、1回のフォトリソグラフィ工程で回折光学素子を作製する方法として、グレースケールマスクを用いる方法がある。グレースケールマスクは光の透過率が階調を持って空間的に異なっており、これによって1度のマスクパターン転写で立体形状を有するレジストを作製することができる。
(2) Manufacturing method using gray scale mask
In contrast to the method of (1), there is a method using a gray scale mask as a method of manufacturing a diffractive optical element in one photolithography process. Gray scale masks have spatially different light transmittances with gradations, so that a resist having a three-dimensional shape can be produced by one-time mask pattern transfer.

(3)電子線露光による作製手法
電子線を集光しレジストに照射し、集光点を移動させることでパターンを形成する方法であり、電子線の強度を変調させながら作製を行うことで、深さ方向が場所によって異なる立体形状を作製することができる。
(3) Production method by electron beam exposure This is a method of forming a pattern by condensing an electron beam, irradiating the resist, and moving the condensing point, and by producing while modulating the intensity of the electron beam, A three-dimensional shape whose depth direction differs depending on the location can be produced.

(4)レーザ光の集光走査による作製手法
上記電子線の変わりにレーザ光(主に紫外線領域のレーザ光)を用いることで、より簡易に形状を作製することが可能である。
(4) Manufacturing method by condensing scanning of laser light By using laser light (mainly laser light in the ultraviolet region) instead of the electron beam, it is possible to manufacture the shape more easily.

上記の(1)、(2)の手法に関しては、マスクが必要であり、特にグレースケールマスクはコストが高く、半導体素子と比較して同種のものを大量に生産することが少ない回折光学素子の生産には適していなかった。
また、(2)〜(4)の製造方法に関しては、レーザ光あるいは電子線の強度に対してレジストの感度が一般的には線形ではなく、高さを精密に制御することが非常に困難であった。
With respect to the above methods (1) and (2), a mask is necessary.In particular, a gray scale mask is expensive, and is a diffractive optical element that is less likely to produce the same type in large quantities compared to a semiconductor element. It was not suitable for production.
In addition, regarding the manufacturing methods (2) to (4), the sensitivity of the resist is generally not linear with respect to the intensity of the laser beam or electron beam, and it is very difficult to precisely control the height. there were.

これらの手法のように面内の高い分解能を維持しつつ、高さ方向を精密に制御する方法として、多層構造を利用する手法が以下のように提案されている。
例えば、複数種類のレジストを多層に塗布した後に複数回露光を行う手法が特許文献4(特開平5−333204号公報)に示されている。
また、あらかじめ多層構造を用意し、これらをレーザブレーションによって選択的に除去することで、多段形状を作製する方法が前述の特許文献3(特開2003−181678号公報)に示されている。
これら多層構造を利用する方法では、構造体の深さを精密に制御することが可能であるが、多層膜を作製するのに工程が必要である、多層構造の層数に限りがある、高さ分解能が多層膜作製時の精度に依存するため限界がある、などの問題点がある。
As a method for precisely controlling the height direction while maintaining high in-plane resolution as in these methods, a method using a multilayer structure has been proposed as follows.
For example, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-333204) discloses a method of performing multiple exposures after applying multiple types of resists in multiple layers.
A method for producing a multi-stage shape by preparing a multilayer structure in advance and selectively removing them by laser ablation is disclosed in the above-mentioned Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-181678).
In these methods using a multilayer structure, the depth of the structure can be precisely controlled, but a process is required to produce a multilayer film, and the number of layers of the multilayer structure is limited. There is a problem that the resolution is limited because the resolution depends on the accuracy when the multilayer film is manufactured.

特開2001−318217号公報JP 2001-318217 A 特開2004−61905号公報JP 2004-61905 A 特開2003−181678号公報JP 2003-181678 A 特開平5−333204号公報JP-A-5-333204 特表2004−503413号公報JP-T-2004-503413 特開2001−158050号公報JP 2001-158050 A Journal of the Optical Society of America A,Vol14(4),901-906(1997)Journal of the Optical Society of America A, Vol 14 (4), 901-906 (1997) 最新 回折光学素子技術全集 技術情報協会(2004)pp107−160The latest diffractive optical element technology collection Technical Information Association (2004) pp107-160 Appl.Phys.Lett.83, 819-821 (2003)Appl.Phys.Lett.83, 819-821 (2003) Opt.Lett.22,132-134(1997)Opt.Lett. 22,132-134 (1997) Appl.Phys.Lett.74, 786-788 (1999)Appl.Phys.Lett.74, 786-788 (1999) Appl.Opt. 33,863-867 (1994)Appl.Opt. 33,863-867 (1994) Opt.Eng. 19, 297-305 (1980)Opt.Eng. 19, 297-305 (1980)

本発明は以上の背景技術の問題点に鑑みなされたものであり、その第1の課題は、前述の素子構造の問題を解決し、単一の高さのサブ波長構造と同様の透過光の位相変調をアスペクトの低い構造により実現する光学素子を提供することである。
第2の課題は、第1の課題に加え、光利用効率の高い光学素子の提供を行うことである。
第3の課題は、第1、第2の課題に加え、設計が簡便で製造が容易な位相変調型の光学素子構造を提供することである。
第4の課題は、第1〜3の課題に加え、入射角変化に柔軟で設計、製造が容易な光学素子を提供することである。
第5の課題は、第1〜4の課題に加え、透過光の位相変調による回折型光学素子、ホログラム光学素子の提供を行うことである。
第6の課題は、第1〜5の課題に加え、安定な構造で大きい位相変調の実現及び2つの位相変調によるより複雑な変調を可能とする光学素子の提供を行うことである。
第7の課題は、第1〜6の課題に加え、集光レンズ、投影レンズとしての利用を容易とする光学素子の提供を行うことである。
第8の課題は、第1〜7の課題に加え、位相変調機能を利用して、平板あるいは薄型の集光レンズ、投影レンズ等の集光光学素子の提供を行うことである。
第9の課題は、第1〜7の課題に加え、位相変調機能を利用して、入射光の分割、整形等を行う平板あるいは薄型の回折光学素子の提供を行うことである。
第10の課題は、第1〜7の課題に加え、位相変調機能を利用して、薄型の収差補正用光学素子の提供を行うことである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the background art, and the first problem is to solve the above-mentioned problem of the element structure and to transmit the same transmitted light as in the single-wavelength sub-wavelength structure. An object of the present invention is to provide an optical element that realizes phase modulation with a low aspect structure.
The second problem is to provide an optical element with high light utilization efficiency in addition to the first problem.
A third problem is to provide a phase modulation type optical element structure that is simple in design and easy to manufacture in addition to the first and second problems.
A fourth problem is to provide an optical element that is flexible to an incident angle change and easy to design and manufacture in addition to the first to third problems.
The fifth problem is to provide a diffractive optical element and a hologram optical element by phase modulation of transmitted light in addition to the first to fourth problems.
The sixth problem is to provide an optical element capable of realizing large phase modulation with a stable structure and more complicated modulation by two phase modulations in addition to the first to fifth problems.
A seventh problem is to provide an optical element that can be easily used as a condenser lens and a projection lens in addition to the first to sixth problems.
The eighth problem is to provide a condensing optical element such as a flat plate, a thin condensing lens, and a projection lens by using the phase modulation function in addition to the first to seventh problems.
A ninth problem is to provide a flat plate or a thin diffractive optical element that divides and shapes incident light using the phase modulation function in addition to the first to seventh problems.
The tenth problem is to provide a thin aberration correcting optical element by utilizing the phase modulation function in addition to the first to seventh problems.

第11の課題は、高速で高精度な複数の高さを有する微細構造体からなる光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
第12の課題は、高速で高精度な複数の高さを有する微細構造体からなる光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することであり、さらには、付加加工を施すことなく、直接光学素子あるいは光学素子用形状転写型の製造が可能な製造方法を提供することである。
第13の課題は、高速で高精度な複数の高さを有する微細構造体からなる光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することであり、さらには、高さの制御性が高く、平坦な加工面を有する光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
第14の課題は、高速で高精度な複数の高さを有する微細構造体からなる光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することであり、さらには、アスペクトの高い微細構造を有する光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
第15の課題は、高速で高精度な複数の高さを有する微細構造体からなる光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することであり、さらには、高精度で微細化が容易で構造の制御性の高い光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
An eleventh problem is to provide a method for manufacturing an optical element made of a fine structure having a plurality of heights with high speed and high accuracy, or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element.
A twelfth problem is to provide a method for manufacturing an optical element composed of a fine structure having a plurality of heights at high speed and high accuracy, or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element. It is to provide a manufacturing method capable of directly manufacturing an optical element or a shape transfer mold for an optical element without applying.
A thirteenth problem is to provide a method for manufacturing an optical element composed of a fine structure having a plurality of heights with high speed and high accuracy, or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element. An object is to provide a manufacturing method of an optical element having a high controllability and a flat processed surface or a manufacturing method of a shape transfer mold for an optical element.
A fourteenth problem is to provide a method for manufacturing an optical element composed of a fine structure having a plurality of heights with high accuracy at high speed or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element, and further, has a high aspect ratio. It is to provide a method for manufacturing an optical element having a fine structure or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element.
A fifteenth problem is to provide a method for manufacturing an optical element composed of a fine structure having a plurality of heights at high speed and high accuracy, or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element. An object of the present invention is to provide an optical element manufacturing method or a shape transfer mold manufacturing method for an optical element that is easily miniaturized and has high structure controllability.

ところで、近年、3次元の空間分解能を有する加工法として、2光子または多光子プロセスを用いた工法が種々提案されている。
例えば、非特許文献3(Appl.Phys.Lett.83, 819-821 (2003))において示されるように、多光子プロセスを用いることによって、通常のレーザ加工における回折限界よりも微小な構造体を作製することが可能である。また、一回の集光照射で形成される構造体は基板垂直方向に長く、基板水平方向には短い、アスペクト比の高い構造が作製される。
また、非特許文献4(Opt.Lett.22,132-134(1997))や、特許文献5(特表2004−503413号公報)では、ステージを移動させることで焦点位置を変化させ、一筆書きで構造物、特に導波路を作製する方法が示されている。
さらに、非特許文献5(Appl.Phys.Lett.74, 786-788 (1999))では、基板水平方向のステージ移動で構造物を作製した後に,基板垂直方向にステージを移動させ,再び水平方向で構造物を作成する、といった工程を繰り返す、積層型の立体形状製造方法が示されている。
また、ミラースキャナーとステージとを組み合わせることで、より高速に構造物を作製する手法が特許文献6(特開2001−158050号公報)に示されている.
In recent years, various methods using a two-photon or multi-photon process have been proposed as processing methods having three-dimensional spatial resolution.
For example, as shown in Non-Patent Document 3 (Appl. Phys. Lett. 83, 819-821 (2003)), by using a multiphoton process, a structure smaller than the diffraction limit in ordinary laser processing can be obtained. It is possible to produce. In addition, a structure having a high aspect ratio that is long in the vertical direction of the substrate and short in the horizontal direction of the substrate is formed by a single focused irradiation.
In Non-Patent Document 4 (Opt. Lett. 22, 132-134 (1997)) and Patent Document 5 (Japanese Translation of PCT International Publication No. 2004-503413), the focal position is changed by moving the stage, and the structure is drawn with a single stroke. A method of making an object, in particular a waveguide, is shown.
Furthermore, in Non-Patent Document 5 (Appl. Phys. Lett. 74, 786-788 (1999)), after the structure is produced by moving the stage in the horizontal direction of the substrate, the stage is moved in the vertical direction of the substrate, and then again in the horizontal direction. A layered three-dimensional shape manufacturing method is shown in which the process of creating a structure is repeated.
Further, Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-158050) discloses a method for producing a structure at a higher speed by combining a mirror scanner and a stage.

これらの手法において、作製される構造物の高さを制御する手法としては、作製する構造体を積層することで実現されている。この手法では、積層させる必要があるため作製に時間がかかり、また、構造物の高さは積層時の送りで限定されるため、高さ方向に高い分解能を有する構造を作製するためにはさらに時間がかかることになる。
そこで、以下の課題では、これらの問題を解決し、多光子吸収を利用して簡単にかつ高精度で高さが制御された構造の製造方法を提供することである。ここで、多光子吸収とは2光子以上の吸収過程のことを指すものである。
In these methods, a method for controlling the height of a structure to be manufactured is realized by stacking the structures to be manufactured. In this method, since it is necessary to stack, it takes time to manufacture, and since the height of the structure is limited by feeding at the time of stacking, it is further necessary to manufacture a structure having high resolution in the height direction. It will take time.
Accordingly, the following problem is to solve these problems and to provide a method of manufacturing a structure whose height is easily controlled with high accuracy using multiphoton absorption. Here, multiphoton absorption refers to an absorption process of two or more photons.

より具体的には、本発明の第16の課題は、多光子吸収を利用して高さが精密に制御された多段階あるいは連続的な表面レリーフ型の回折光学素子あるいは光学素子用形状転写型を、少ない工程数で作製可能とする製造方法を提供することである。
第17の課題は、第16の課題に加え、より精度の高い回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
More specifically, the sixteenth problem of the present invention is that a multistage or continuous surface relief type diffractive optical element or shape transfer mold for an optical element whose height is precisely controlled by utilizing multiphoton absorption. It is to provide a manufacturing method that makes it possible to manufacture the substrate with a small number of steps.
A seventeenth problem is to provide a more accurate method for manufacturing a diffractive optical element or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element in addition to the sixteenth problem.

ところで、多光子吸収過程は非線形過程であるため、通常起こりにくく高いパワーのレーザが必要である。しかし、高パワーのレーザを局所的に集光することによって、光反応性材料中にバブルが発生する、アブレーションによって材料が破壊される、などの現象が生じ、作製される構造体に悪影響を及ぼす。   By the way, since the multiphoton absorption process is a non-linear process, a high-power laser that is difficult to occur normally is required. However, by locally condensing a high-power laser, phenomena such as bubbles are generated in the photoreactive material and the material is destroyed by ablation, which adversely affects the structure to be produced. .

そこで、第18の課題は、第16、17の課題に加え、より効率的に多光子吸収過程を生じせしめ、高いパワーを必要としない回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することであり、さらには、水平方向により細かい構造を有する回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。   Accordingly, the eighteenth problem, in addition to the sixteenth and seventeenth problems, is a method for producing a diffractive optical element that does not require high power, or a method for producing a shape transfer mold for an optical element, which causes a multiphoton absorption process more efficiently. It is to provide a method, and further to provide a method for manufacturing a diffractive optical element having a finer structure in the horizontal direction or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element.

ところで、レーザ光の集光点を水平方向に走査する際に、集光点の水平方向移動量と1回の走査で形成される構造の幅との関係が最適になっていないと、構造体の間に溝ができ、作製された構造体は例えば図31(b)のような構造となる。図31(a)のように所望の回折光のみを得る構造に対して、この構造では図31(b)に示すように不要な回折光を生じ、光学素子の性能に悪影響を及ぼす。
また、製造方法によっては、図32に示すように、作製条件によってはこのような溝がなくとも構造体の頂部に微細な凹凸が形成されることがありうる。これによっても、不要な回折光が生じる。
By the way, when the condensing point of the laser beam is scanned in the horizontal direction, if the relationship between the amount of horizontal movement of the condensing point and the width of the structure formed by one scan is not optimal, the structure A groove is formed between the two, and the manufactured structure has a structure as shown in FIG. In contrast to a structure that obtains only desired diffracted light as shown in FIG. 31A, this structure produces unnecessary diffracted light as shown in FIG. 31B, which adversely affects the performance of the optical element.
Further, depending on the manufacturing method, as shown in FIG. 32, depending on the manufacturing conditions, fine unevenness may be formed on the top of the structure without such a groove. This also generates unnecessary diffracted light.

そこで第19の課題は、このような溝が存在していても作製された光学素子の光学性能に影響を及ぼさないような構造とし、より性能の高い回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
さらに第20の課題は、第19の課題に加え、より高い光学性能を有する回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
また、第21の課題は、第19,20の課題に加え、より複合的な機能を有する光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
さらに第22の課題は、第19〜21の課題に加え、回折効率の高い、高性能な回折光学素子の製造方法あるいは光学素子用形状転写型の製造方法を提供することである。
Therefore, the nineteenth problem is to make a structure that does not affect the optical performance of the produced optical element even if such a groove exists, and to produce a diffractive optical element with a higher performance or a shape for an optical element. It is to provide a transfer mold manufacturing method.
Furthermore, in addition to the nineteenth problem, the twentieth problem is to provide a method for manufacturing a diffractive optical element having higher optical performance or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element.
A twenty-first problem is to provide a method for manufacturing an optical element having a more complex function or a method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element in addition to the nineteenth and twentieth problems.
A twenty-second object is to provide a method for producing a high-performance diffractive optical element with high diffraction efficiency or a method for producing a shape transfer mold for an optical element in addition to the nineteenth to twenty-first problems.

上記の課題を解決するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第1の手段は、微細構造を有する光学素子であって、少なくとも一部の構造体の高さを空間的に変調させることにより透過光の位相を変化せしめることを特徴とする(請求項1)。
また、本発明の第2の手段は、第1の手段の光学素子において、使用する光の波長よりも微細な構造を有することを特徴とする(請求項2)。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
The first means of the present invention is an optical element having a fine structure, characterized in that the phase of transmitted light is changed by spatially modulating the height of at least a part of the structures (claims). Item 1).
The second means of the present invention is characterized in that the optical element of the first means has a structure finer than the wavelength of light to be used (claim 2).

本発明の第3の手段は、第2の手段の光学素子において、使用する光の波長をλ、入射角をθ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、前記構造体の周期が、λ/(n1sinθ+n2)以下であることを特徴とする(請求項3)。
また、本発明の第4の手段は、第2または第3の手段の光学素子において、使用する光の波長をλ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、構造体の高さの差Δhが、
Δh=2√2λ×√(n1^2+n2^2)/(n1+n2)^2
の近傍とすることを特徴とする(請求項4)。
According to a third means of the present invention, in the optical element of the second means, when the wavelength of light to be used is λ, the incident angle is θ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2, The period of the structure is λ / (n1sinθ + n2) or less (claim 3).
According to a fourth means of the present invention, in the optical element of the second or third means, when the wavelength of light to be used is λ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2, The height difference Δh of the structure is
Δh = 2√2λ × √ (n1 ^ 2 + n2 ^ 2) / (n1 + n2) ^ 2
(Claim 4).

本発明の第5の手段は、第1〜第4のいずれか一つの手段の光学素子において、前記微細構造が同一周期の概矩形格子あるいは柱状構造もしくは多段構造であることを特徴とする(請求項5)。
また、本発明の第6の手段は、第2〜第5のいずれか一つの手段の光学素子において、使用する波長以下の微細構造が複数の領域に分割されており、該領域内の構造が同一ピッチ、同一高さであることを特徴とする(請求項6)。
According to a fifth means of the present invention, in the optical element of any one of the first to fourth means, the fine structure is a substantially rectangular lattice, a columnar structure or a multistage structure having the same period. Item 5).
According to a sixth means of the present invention, in the optical element according to any one of the second to fifth means, a fine structure having a wavelength equal to or less than a wavelength to be used is divided into a plurality of regions, and the structure in the region is The pitch is the same and the height is the same (Claim 6).

本発明の第7の手段は、第1〜第6のいずれか一つの手段の光学素子において、前記微細構造が素子の両面に形成されていることを特徴とする(請求項7)。
また、本発明の第8の手段は、第1〜第7のいずれか一つの手段の光学素子において、前記微細構造が曲面上(例えばレンズ上等)に形成されていることを特徴とする(請求項8)。
According to a seventh means of the present invention, in the optical element of any one of the first to sixth means, the fine structure is formed on both surfaces of the element (claim 7).
According to an eighth means of the present invention, in the optical element of any one of the first to seventh means, the fine structure is formed on a curved surface (for example, on a lens) ( Claim 8).

本発明の第9の手段は、第2〜第8のいずれか一つの手段の光学素子において、波長以下の構造体により入射光の位相が変調され、該入射光の少なくとも一部が集光されることを特徴とする(請求項9)。
また、本発明の第10の手段は、第2〜第8のいずれか一つの手段の光学素子において、波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光のビームを整形することを特徴とする(請求項10)。
さらに本発明の第11の手段は、第2〜第9のいずれか一つの手段の光学素子において、少なくとも一面に設けられた波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光の収差を補正することを特徴とする(請求項11)。
According to a ninth means of the present invention, in the optical element of any one of the second to eighth means, the phase of incident light is modulated by a structure having a wavelength or less, and at least a part of the incident light is condensed. (Claim 9).
According to a tenth means of the present invention, in the optical element of any one of the second to eighth means, the phase of the incident light is modulated by a structure having a wavelength equal to or less than the wavelength, thereby shaping the transmitted light beam. (Claim 10).
Furthermore, the eleventh means of the present invention is the optical element of any one of the second to ninth means, wherein the phase of incident light is modulated by a structure having a wavelength equal to or shorter than the wavelength provided on at least one surface, The light aberration is corrected (claim 11).

本発明の第12の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際の製造方法において、レーザの干渉により構造を形成するレーザ干渉露光法を用い、干渉光強度変調手段により干渉光強度を変調することにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする(請求項12)。   A twelfth means of the present invention uses a laser interference exposure method in which a structure is formed by laser interference in a manufacturing method for manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means, and the interference light intensity. The height of the structure is spatially modulated by modulating the intensity of the interference light by the modulating means to form a fine structure (claim 12).

本発明の第13の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際の製造方法において、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光を干渉させ、さらに干渉光強度変調手段により干渉強度を変調するとにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする(請求項13)。   A thirteenth means of the present invention uses a laser ablation processing method for forming a fine structure by a laser ablation method in a manufacturing method for manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means. Further, the processing laser beam is caused to interfere, and the interference intensity is modulated by the interference light intensity modulating means, whereby the height of the structure is spatially modulated to form a fine structure (claim 13).

本発明の第14の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際の製造方法において、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光に対して透過性を示す薄膜と吸収性を示す薄膜を積層した構造体に対して加工用レーザ光を照射し、薄膜を空間選択的に除去することにより、微細構造を形成することを特徴とする(請求項14)。   A fourteenth means of the present invention uses a laser ablation processing method for forming a fine structure by a laser ablation method in a manufacturing method for manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means. A fine structure is formed by irradiating a processing laser beam to a structure in which a thin film that is transparent to processing laser light and a thin film that absorbs light is laminated, and the thin film is spatially removed. (Claim 14).

本発明の第15の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際の製造方法において、光を集光して集光点近傍において材料を硬化して構造を形成する光硬化方式を用い、照射レーザ光の多光子吸収により構造を形成し、かつ構造体の高さを変調することにより、微細構造を形成することを特徴とする(請求項15)。   According to a fifteenth means of the present invention, in the manufacturing method for manufacturing the optical element according to any one of the first to eleventh means, the structure is obtained by condensing light and curing the material in the vicinity of the condensing point. Using the photocuring method to be formed, the structure is formed by multiphoton absorption of the irradiation laser light, and the fine structure is formed by modulating the height of the structure (claim 15).

本発明の第16の手段は、第13〜第15のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法において、加工用のレーザ光は、パルス幅が10ピコ秒以下である超短パルスレーザであることを特徴とする(請求項16)。   According to a sixteenth means of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the thirteenth to fifteenth means, the processing laser beam is an ultrashort pulse laser having a pulse width of 10 picoseconds or less. (Claim 16).

本発明の第17の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際の製造方法において、基板上に光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製することを特徴とする(請求項17)。   According to a seventeenth means of the present invention, in the manufacturing method for manufacturing an optical element according to any one of the first to eleventh means, a photoreactive material is applied onto a substrate, and laser light is applied to the material. This is a method in which multi-photon absorption occurs only in the vicinity of the condensing point, and a fine structure is formed on the substrate surface by scanning the condensing point on the substrate surface. By changing the distance from the surface, the height of the structure to be formed is changed, and structures having spatially different heights are produced (claim 17).

本発明の第18の手段は、第17の手段の光学素子の製造方法において、前記レーザ光を照射中、レーザ光のパワーおよび、集光点を走査するスピードは略一定とすることを特徴とする(請求項18)。
また、本発明の第19の手段は、第17または第18の手段の光学素子の製造方法において、前記レーザ光を照射中、基板と集光点との位置は常にモニタリングされており、モニタリングの結果から集光点の位置を調整することを特徴とする(請求項19)。
According to an eighteenth means of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the seventeenth means, the power of the laser light and the scanning speed of the condensing point are substantially constant during the irradiation with the laser light. (Claim 18).
According to a nineteenth means of the present invention, in the optical element manufacturing method of the seventeenth or eighteenth means, the position of the substrate and the focal point is constantly monitored during the irradiation with the laser beam, The position of the condensing point is adjusted from the result (claim 19).

本発明の第20の手段は、第17〜第19のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法において、前記レーザ光が超短パルスレーザ光であることを特徴とする(請求項20)。
また、本発明の第21の手段は、第17〜第20のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法において、前記光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用することを特徴とする(請求項21)。
According to a twentieth means of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the seventeenth to nineteenth means, the laser light is an ultrashort pulse laser light.
According to a twenty-first means of the present invention, in the method for manufacturing an optical element according to any one of the seventeenth to twentieth means, an immersion objective lens as a means for condensing a laser beam in the photoreactive material. Is used (claim 21).

本発明の第22の手段は、第17〜第21のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法において、平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことを特徴とする(請求項22)。
また、本発明の第23の手段は、第22の手段の光学素子の製造方法において、光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されることを特徴とする(請求項23)。
さらに本発明の第24の手段は、第17〜第23のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法において、前記構造物を、少なくとも一部に曲面を有している構造体の上に形成することを特徴とする(請求項24)。
According to a twenty-second means of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the seventeenth to twenty-first means, the pitch of the structure to be produced in at least part of the plane (the minimum distance between the structure and the structure) The width is set to be equal to or smaller than the wavelength (claim 22).
According to a twenty-third means of the present invention, in the optical element manufacturing method of the twenty-second means, the structures are produced at an equal pitch in a region functioning as an optical element. .
The twenty-fourth means of the present invention is the method for manufacturing an optical element according to any one of the seventeenth to twenty-third means, wherein the structure is formed on a structure having a curved surface at least partially. (Claim 24).

本発明の第25の手段は、光学素子であって、第12〜第24のいずれか一つの手段の光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする(請求項25)。   A twenty-fifth means of the present invention is an optical element, which is manufactured by the optical element manufacturing method of any one of the twelfth to twenty-fourth means (claim 25).

本発明の第26の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、レーザの干渉により構造を形成するレーザ干渉露光法を用い、干渉光強度変調手段により干渉光強度を変調することにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする(請求項26)。   The twenty-sixth means of the present invention is used when manufacturing the optical element of any one of the first to eleventh means, and in the method of manufacturing a shape transfer mold for optical elements for transferring the fine structure, A laser interference exposure method in which a structure is formed by interference is used, and the height of the structure is spatially modulated by modulating the intensity of the interference light by means of interference light intensity modulating means to form a fine structure (claims) Item 26).

本発明の第27の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光を干渉させ、さらに干渉光強度変調手段により干渉強度を変調するとにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする(請求項27)。   The twenty-seventh means of the present invention is used when manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means, and in the method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element for transferring the fine structure, The laser ablation method is used to form a fine structure by the modulation method, the laser beam for processing is made to interfere, and the interference intensity is modulated by the interference light intensity modulation means to spatially modulate the height of the structure and A structure is formed (claim 27).

本発明の第28の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光に対して透過性を示す薄膜と吸収性を示す薄膜を積層した構造体に対して加工用レーザ光を照射し、薄膜を空間選択的に除去することにより、微細構造を形成することを特徴とする(請求項28)。   A twenty-eighth means of the present invention is used in manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means, and in the method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element for transferring the fine structure, Using a laser ablation method that forms a fine structure by the irradiation method, a processing laser beam is irradiated to a structure in which a thin film that shows transparency and a thin film that absorbs laser light is laminated. The fine structure is formed by spatially removing the thin film (claim 28).

本発明の第29の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、光を集光して集光点近傍において材料を硬化して構造を形成する光硬化方式を用い、照射レーザ光の多光子吸収により構造を形成し、かつ構造体の高さを変調することにより、微細構造を形成することを特徴とする(請求項29)。   A twenty-ninth means of the present invention is used when manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means, and in the method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element for transferring the fine structure, light is emitted. Using a photocuring method that forms a structure by condensing and curing the material in the vicinity of the focal point, forming the structure by multiphoton absorption of the irradiated laser light, and modulating the height of the structure A structure is formed (claim 29).

本発明の第30の手段は、第27〜第29のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、加工用のレーザ光は、パルス幅が10ピコ秒以下である極短パルスレーザであることを特徴とする(請求項30)。   According to a thirtieth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element according to any one of the twenty-seventh to twenty-ninth means, the processing laser beam has an extremely short pulse width of 10 picoseconds or less. It is a pulse laser (claim 30).

本発明の第31の手段は、第1〜第11のいずれか一つの手段の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、基板上に光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製することを特徴とする(請求項31)。   A thirty-first means of the present invention is used when manufacturing an optical element of any one of the first to eleventh means, and is a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements that transfers the fine structure. A photoreactive material is coated on the substrate, the laser beam is condensed in the material, multiphoton absorption occurs only in the vicinity of the condensing point, and the fine structure is formed on the substrate surface by scanning the condensing point on the substrate surface. In this method, the height of the structure to be formed is changed by changing the distance between the focal point center and the substrate surface during scanning, thereby producing structures having spatially different heights. (Claim 31).

本発明の第32の手段は、第31の手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、前記レーザ光を照射中、レーザ光のパワーおよび、集光点を走査するスピードは略一定とすることを特徴とする(請求項32)。
また、本発明の第33の手段は、第31または第32の手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、前記レーザ光を照射中、基板と集光点との位置は常にモニタリングされており、モニタリングの結果から集光点の位置を調整することを特徴とする(請求項33)。
According to a thirty-second means of the present invention, in the method for producing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-first means, the power of the laser light and the speed at which the condensing point is scanned are substantially constant during irradiation with the laser light. (Claim 32).
According to a thirty-third means of the present invention, in the method for producing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-first or thirty-second means, the position of the substrate and the condensing point is constantly monitored during the irradiation with the laser beam. The position of the condensing point is adjusted from the monitoring result (claim 33).

本発明の第34の手段は、第31〜第33のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、前記レーザ光が超短パルスレーザ光であることを特徴とする(請求項34)。
また、本発明の第35の手段は、第31〜第34のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、前記光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用することを特徴とする(請求項35)。
According to a thirty-fourth means of the present invention, in the method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements according to any one of the thirty-first to thirty-third means, the laser beam is an ultrashort pulse laser beam. Item 34).
The thirty-fifth means of the present invention is the means for concentrating laser light in the photoreactive material in the method for producing a shape transfer mold for optical elements according to any one of the thirty-first to thirty-four means. An immersion objective lens is used (claim 35).

本発明の第36の手段は、第31〜第35のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことを特徴とする(請求項36)。
また、本発明の第37の手段は、第36の手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されることを特徴とする(請求項37)。
さらに本発明の第38の手段は、第31〜第37のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法において、前記構造物を、少なくとも一部に曲面を有している構造体の上に形成することを特徴とする(第38の手段)。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a shape transfer mold for an optical element according to any one of the thirty-first to thirty-fifth means, the pitch of the structure to be fabricated (at least in a plane) The minimum distance width of the object is set to a wavelength or less (claim 36).
According to a thirty-seventh means of the present invention, in the method for producing a shape transfer mold for an optical element according to the thirty-sixth aspect, the structure is produced at an equal pitch in a region functioning as an optical element ( Claim 37).
The thirty-eighth means of the present invention is the method of manufacturing a shape transfer mold for optical elements according to any one of the thirty-first to thirty-seventh means, wherein the structure has a curved surface at least partially. (38th means).

本発明の第39の手段は、光学素子用形状転写型であって、第26〜第38のいずれか一つの手段の光学素子用形状転写型の製造方法によって製造されたことを特徴とする(請求項39)。
また、本発明の第40の手段は、光学素子であって、第39の手段の光学素子用形状転写型を用いて光学材料に微細構造を転写し、製造したことを特徴とする(請求項40)。
The thirty-ninth means of the present invention is a shape transfer mold for optical elements, and is manufactured by the method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements according to any one of the twenty-sixth to thirty-eighth means ( Claim 39).
The 40th means of the present invention is an optical element, wherein the fine structure is transferred to an optical material using the optical element shape transfer mold of the 39th means, and is manufactured (claim). 40).

第1、第2の手段の光学素子では、高さの異なる入射波長よりも周期の狭い構造により、透過光の位相変調を実現することができる。
ここで、高さが異なる周期構造では、前述したように、有効屈折率nを用いて入射光波長をλ、透過光路長をdとすると、位相変調量φは、
φ=2πnd/λ (式2)
で与えられるので、ピッチ、フィルファクターが同一の場合、高さにのみ依存した位相変調が可能となる。これにより同一ピッチで同一フィルファクターの構造においても位相の変調が可能となる。これは例えば高さを1/2とすることで、透過光の位相差をπとすることに対応する。これは例えば等ピッチのフィルファクター0.2の構造を、高さ1/2、フィルファクター約0.6の構造にすることと同等の位相変調が可能で、アスペクトを大幅に低下させることが可能となる。これによりアスペクトの低い構造においても大きな位相変調が可能となり、安定した構造を有する光学素子を実現することができる。
In the optical elements of the first and second means, the phase modulation of the transmitted light can be realized by a structure having a shorter period than the incident wavelengths having different heights.
Here, in the periodic structure with different heights, as described above, when the effective refractive index n is used and the incident light wavelength is λ and the transmitted optical path length is d, the phase modulation amount φ is
φ = 2πnd / λ (Formula 2)
Therefore, when the pitch and fill factor are the same, phase modulation depending only on the height is possible. As a result, phase modulation is possible even in a structure having the same pitch and the same fill factor. This corresponds to, for example, setting the phase difference of transmitted light to π by setting the height to ½. For example, phase modulation equivalent to making a structure with an equal pitch fill factor of 0.2 into a structure with a height of 1/2 and a fill factor of about 0.6 is possible, and the aspect can be greatly reduced. It becomes. Thereby, large phase modulation is possible even in a structure with a low aspect, and an optical element having a stable structure can be realized.

また、第1、第2の手段の光学素子の構成に加え、使用する波長と入射角、媒体の屈折率を第3の手段の条件とすることにより、高次の回折による透過光の発生がなくなり、光利用効率の高い光学素子を実現することができる。   Moreover, in addition to the configuration of the optical elements of the first and second means, the generation of transmitted light due to higher-order diffraction can be achieved by setting the wavelength and incident angle used and the refractive index of the medium as the conditions of the third means. Thus, an optical element with high light utilization efficiency can be realized.

さらに第4の手段の光学素子では、第2または第3の手段の構成に加え、使用する光の波長をλ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、構造体の高さの差Δhが、
Δh=2√2λ×√(n1^2+n2^2)/(n1+n2)^2
の近傍とする。すなわち、サブ波長構造体の最大高さと最小高さの差を上記の関係としている。
Further, in the optical element of the fourth means, in addition to the configuration of the second or third means, the wavelength of the light to be used is λ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2. The difference in body height Δh is
Δh = 2√2λ × √ (n1 ^ 2 + n2 ^ 2) / (n1 + n2) ^ 2
The vicinity of. That is, the difference between the maximum height and the minimum height of the sub-wavelength structure is the above relationship.

図37からわかるように、構造体に対して平行な入射光であるTE偏光の有効屈折率は同一のフィルファクターを持つ垂直なTM偏光に対しての有効屈折率よりも高くなる。この平均の屈折率を有し、0.5のフィルファクターを持つ構造で位相変調を定義する。
この条件は、前述の(式1)から下記の(式3)の(b)に示される値となる。これにより円偏光あるいはランダム偏光の入射光を用いる場合、あるいは中心対称な構造である場合、フィルファクター0.5の構造で2πの位相変調を実現できる。これによりアスペクトが低く安定な構造で、設計および作製のもっとも容易な構造を有する光学素子の実現が可能となる。
As can be seen from FIG. 37, the effective refractive index of TE polarized light, which is incident light parallel to the structure, is higher than the effective refractive index of perpendicular TM polarized light having the same fill factor. Phase modulation is defined by a structure having this average refractive index and a fill factor of 0.5.
This condition is a value shown in (b) of (Expression 3) below from (Expression 1) described above. Thereby, when using incident light of circularly polarized light or random polarized light, or when it has a centrally symmetric structure, phase modulation of 2π can be realized with a structure having a fill factor of 0.5. This makes it possible to realize an optical element having a stable structure with a low aspect and the easiest structure to design and manufacture.

(式3)
n1sinθi+n2sinθo=m(λ/p) (a)
p≦λ/(n1sinθi+n2) (b)
θi:構造体への光の入射角
n1:入射媒体の屈折率
n2:構造体の屈折率
p:構造体のピッチ
m:回折次数
θo:回折角
(Formula 3)
n1sinθ i + n2sinθ o = m (λ / p) (a)
p ≦ λ / (n1sinθ i + n2) (b)
θi: incident angle of light to the structure n1: refractive index of the incident medium n2: refractive index of the structure p: pitch of the structure m: diffraction order θo: diffraction angle

第5の手段の光学素子では、第1〜第4の手段の構成に加え、構造体を概矩形の同一周期の格子構造あるいは同一周期の柱状構造もしくは同一周期の多段構造とする。これにより製造が容易で安定的製造が可能な素子を実現することができる。さらに前述の(式1)に記載の有効屈折率の式を満足する位相変調が実現できる。さらに対称構造のため入射方向による変化が少なく、安定な光学素子を実現することができる。   In the optical element of the fifth means, in addition to the configurations of the first to fourth means, the structure is a substantially rectangular lattice structure having the same period, a columnar structure having the same period, or a multistage structure having the same period. As a result, it is possible to realize an element that can be easily manufactured and can be stably manufactured. Furthermore, phase modulation that satisfies the above-described expression of the effective refractive index described in (Expression 1) can be realized. Furthermore, since it has a symmetrical structure, there is little change due to the incident direction, and a stable optical element can be realized.

第6の手段の光学素子では、第2〜第5のいずれか一つの手段の構造を、任意な位置に任意な位相変調領域を作製する。このように位相変調を空間的に分割して行うことで、それぞれの領域ごとの位相変調が可能となる。この領域ごとの位相変調を利用することで、現在一般的に利用されているバイナリー型の回折光学素子と同様の機能を果たすことが可能となる。これは単一の素子のみでなく、他のレンズ等と組み合わせて回折光学素子として利用することも可能である。   In the optical element of the sixth means, an arbitrary phase modulation region is formed at an arbitrary position in the structure of any one of the second to fifth means. Thus, phase modulation for each region can be performed by spatially dividing the phase modulation. By using the phase modulation for each region, it is possible to perform the same function as that of a binary type diffractive optical element that is currently generally used. This can be used not only as a single element but also as a diffractive optical element in combination with other lenses.

第7の手段の光学素子では、透過性基板の両面に第1〜第6のいずれか一つの手段の構造を形成する。これは同一の構造でも異なる構造でもかまわない。透過0次光を用いるため、その両面での位相変調は透過光路中の各面での位相変調量の足し合わせとすることができる。これにより片面での位相変調量の拡大が可能で、それによりよりフィルファクターの低い安定した構造での位相変調の実現及び、位相変調の足し合わせによる複雑な位相変調の実現が可能となる。   In the optical element of the seventh means, the structure of any one of the first to sixth means is formed on both surfaces of the transmissive substrate. This may be the same structure or a different structure. Since transmitted zero-order light is used, phase modulation on both surfaces can be the sum of phase modulation amounts on each surface in the transmitted light path. As a result, the amount of phase modulation on one side can be increased, thereby realizing phase modulation with a stable structure having a lower fill factor and realizing complicated phase modulation by adding phase modulation.

第8の手段の光学素子では、第1〜第7のいずれか一つの手段の構成に加え、微細構造を曲面上(例えばレンズ上)に形成することにより、レンズのもつパワーに加えて微細構造による位相変調を利用した透過光の位相変調が可能となる。これは位相の足し合わせと同様の効果をもつ。これにより、例えば微細構造をレンズと組み合わせた一体の回折光学素子として利用することも可能である。   In the optical element of the eighth means, in addition to the structure of any one of the first to seventh means, the fine structure is formed on the curved surface (for example, on the lens), so that the fine structure is added to the power of the lens. The phase modulation of the transmitted light using the phase modulation due to the above becomes possible. This has the same effect as the addition of phases. Thereby, for example, it can be used as an integral diffractive optical element in which a fine structure is combined with a lens.

第9の手段の光学素子では、第2〜第8のいずれか一つの手段の構成に加え、透過光の位相を空間的に変調し、或る一点あるいは線状に等位相面を形成するように位相変調量を調整することにより、透過光の集光を行うことが可能となる。これにより波長オーダーの高さの構造体により、薄型で集光可能な光学素子を実現することができる。   In the optical element of the ninth means, in addition to the structure of any one of the second to eighth means, the phase of the transmitted light is spatially modulated to form an equiphase surface in a certain point or line. By adjusting the phase modulation amount, the transmitted light can be condensed. Thereby, a thin and condensable optical element can be realized by a structure having a height on the order of wavelength.

第10の手段の光学素子では、第2〜第8のいずれか一つの手段の構成に加え、透過光の位相を空間的に変調し、ある平面上の複数の点あるいは任意形状に等位相面を形成するように位相変調量を調整することにより、透過光のビーム形状を整形することが可能となる。これにより波長オーダーの高さの構造体により、薄型の回折光学素子を実現することができる。   In the optical element of the tenth means, in addition to the structure of any one of the second to eighth means, the phase of the transmitted light is spatially modulated, and a plurality of points on a certain plane or an arbitrary phase plane It is possible to shape the beam shape of the transmitted light by adjusting the phase modulation amount so as to form. Thereby, a thin diffractive optical element can be realized by a structure having a height on the order of wavelength.

第11の手段では、第2〜第9の手段の構成に加え、透過光の位相を空間的に変調し、任意空間位置の位相を変調する。これにより波長オーダーの高さの構造体により、光の位相を制御することができ、伝播光の波面を制御した収差補正用の光学素子を実現することができる。   In the eleventh means, in addition to the configurations of the second to ninth means, the phase of the transmitted light is spatially modulated, and the phase of the arbitrary spatial position is modulated. Accordingly, the phase of the light can be controlled by the structure having the height of the wavelength order, and an optical element for aberration correction in which the wavefront of the propagating light is controlled can be realized.

第12の手段の光学素子の製造方法、あるいは第26の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、レーザ光の干渉を行う際、レーザ光の干渉強度の変調を行い、望ましくはポジ型レジスト用い、空間選択的に露光する。ここで、干渉強度とは図39の干渉最大強度と干渉最小強度と非干渉強度との割合を示し、干渉具合によって変化させることが可能な値である。これによりレジスト厚み以下の微細な構造を製造することが可能となる。   In the optical element manufacturing method of the twelfth means or the shape transfer mold manufacturing method of the optical element of the twenty-sixth means, the interference intensity of the laser light is modulated when the laser light interference is performed, preferably positive. Exposure is performed in a space-selective manner using a mold resist. Here, the interference intensity indicates the ratio of the maximum interference intensity, the minimum interference intensity, and the non-interference intensity in FIG. 39, and is a value that can be changed according to the interference condition. As a result, a fine structure having a thickness equal to or smaller than the resist thickness can be manufactured.

第13の手段の光学素子の製造方法、あるいは第27の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、ピーク強度の強いレーザを干渉させ、レーザブレーション法によって微細構造を形成する。これにより、微細な構造を高速に大面積に作製することが可能となる。また、プロセスがシンプルであり、直接多くの材料に作成可能なことから大幅なコストの低下につながる。さらに本手法は、電子ビーム露光法にくらべ大幅に高速に加工を行うことが可能であり、溶液処理やガスを必要としないクリーンなプロセスである利点を有する。   In the optical element manufacturing method of the thirteenth means or the optical element shape transfer mold manufacturing method of the twenty-seventh means, a laser having a high peak intensity is caused to interfere, and a fine structure is formed by a laser ablation method. As a result, a fine structure can be manufactured in a large area at high speed. In addition, the process is simple and can be made directly on many materials, leading to a significant cost reduction. Furthermore, this method has the advantage that it can perform processing at a significantly higher speed than the electron beam exposure method, and is a clean process that does not require solution processing or gas.

第14の手段の光学素子の製造方法、あるいは第28の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、多層膜構造材料に対して選択的なレーザ照射を行う。多層膜中に加工用レーザ光に対して吸収性を示す層と透過性を示す層を交互に配置することにより、選択的に除去層を選択して加工を行うことが可能となる。また、照射位置を制御しながらレーザ照射を繰り返すことで、空間的に高さの異なる微細な構造体を製造することが可能となる。このとき、通常のアブレーション法に比較して高さの制御性が高く、平坦な加工形状を得ることができる。さらには、レーザ光1パルスで層を除去するため、高速な加工が実現できる。また、各層の厚みを初期に調整することで、多段の構造を形成することが可能となる。   In the optical element manufacturing method of the fourteenth means or the optical element shape transfer mold manufacturing method of the twenty-eighth means, selective laser irradiation is performed on the multilayer structure material. By alternately arranging a layer that absorbs the processing laser beam and a layer that transmits light in the multilayer film, it is possible to selectively process the removal layer. Further, by repeating the laser irradiation while controlling the irradiation position, it is possible to manufacture a fine structure having a spatially different height. At this time, the controllability of the height is high as compared with the normal ablation method, and a flat processed shape can be obtained. Furthermore, since the layer is removed with one pulse of laser light, high-speed processing can be realized. Further, a multi-stage structure can be formed by adjusting the thickness of each layer to the initial value.

第15の手段の光学素子の製造方法、あるいは第29の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、高さの異なる微細構造をレーザ光の集光点における多光子吸収過程を利用した光硬化法によって作成する。これにより高さの高精度制御が可能な微細構造を高速に製造することが可能となる。   In the optical element manufacturing method of the fifteenth means or the optical element shape transfer mold manufacturing method of the twenty-ninth means, the multi-photon absorption process at the condensing point of the laser beam is used for the fine structures having different heights. Created by photocuring method. This makes it possible to manufacture a fine structure capable of controlling the height with high accuracy at high speed.

第16の手段の光学素子の製造方法、あるいは第30の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第13〜15の手段あるいは第27〜29の手段における加工用レーザに、10ps以下の超短パルスレーザを用いる。これにより低エネルギー光源による加工やエネルギー利用効率の高い加工が可能であり、高い精度を有する微細構造の形成が可能となる。   In the optical element manufacturing method of the sixteenth means or the shape transfer mold manufacturing method for the optical element of the thirty means, the processing laser in the thirteenth to fifteenth means or the twenty-seventh to 29th means is 10 ps or less. The ultrashort pulse laser is used. As a result, processing with a low energy light source and processing with high energy use efficiency are possible, and a fine structure with high accuracy can be formed.

第17の手段の光学素子の製造方法、あるいは第31の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、図20に示すように、基板上に光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製するので、非特許文献3において示されるように、多光子プロセスを用いることによって、通常のレーザ加工における回折限界よりも微小な構造体を作製することが可能である。また、一回の集光照射で形成される構造体は基板垂直方向に長く、基板水平方向には短い、アスペクト比の高い構造が作製される。さらに、本発明の製造方法では、図21(a),(b)に示すような従来の手法に比べて、少ない工程数で空間的に高さの異なる構造体を作製することができる。   In the manufacturing method of the optical element of the seventeenth means or the method of manufacturing the shape transfer mold for optical elements of the thirty-first means, as shown in FIG. In this method, multi-photon absorption is caused only in the vicinity of the condensing point, and a fine structure is formed on the substrate surface by scanning the condensing point on the substrate surface. By changing the distance between the point center and the substrate surface, the height of the structure to be formed is changed, and a structure having a spatially different height is produced. As shown in Non-Patent Document 3, By using the multiphoton process, it is possible to produce a structure smaller than the diffraction limit in normal laser processing. In addition, a structure having a high aspect ratio that is long in the vertical direction of the substrate and short in the horizontal direction of the substrate is formed by a single focused irradiation. Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, it is possible to produce structures having spatially different heights with a smaller number of steps than in the conventional method as shown in FIGS.

本発明者らの研究では、開口数(NA)0.8の対物レンズによって波長800nmのレーザ光を集光することにより、水平方向の幅が400nm、垂直方向2μm程度の構造を作製することが可能である。構造物の高さは下記の(式4)によって規定されるため、例えば回折光学素子の使用対象となる波長が650nmであれば、高さは1.3μmあれば2πの位相変調を出すことができるため、本発明の手法で作製される構造は十分であると言える。   In the research by the present inventors, a laser beam having a wavelength of 800 nm is condensed by an objective lens having a numerical aperture (NA) of 0.8, thereby producing a structure having a horizontal width of about 400 nm and a vertical direction of about 2 μm. Is possible. Since the height of the structure is defined by (Equation 4) below, for example, if the wavelength to be used for the diffractive optical element is 650 nm, phase modulation of 2π can be obtained if the height is 1.3 μm. Therefore, it can be said that the structure manufactured by the method of the present invention is sufficient.

(式4)
h(x,y)=[λ/(n−1)]×[φ(x,y)/2π]
h(x,y):任意の位置x,yにおける回折光学素子の高さ
φ(x,y):制御される光の任意の位置x,yにおける位相変調量
n:材質の屈折率
λ:回折光学素子として使用する際に対象となる光の波長
(Formula 4)
h (x, y) = [λ / (n−1)] × [φ (x, y) / 2π]
h (x, y): height of diffractive optical element at arbitrary position x, y φ (x, y): phase modulation amount at arbitrary position x, y of light to be controlled n: refractive index of material λ: Wavelength of light used as a diffractive optical element

作製される構造物の高さは、レーザの集光点と基板との距離によって決定される。このため、例えばピエゾステージを用いれば、ステージの位置分解能は数nmであるため、作製される構造の高さも数nmの精度で形成することが可能である。
これによって、高い性能を有する回折光学素子あるいは光学素子用形状転写型の作製が可能となる。
The height of the structure to be manufactured is determined by the distance between the condensing point of the laser and the substrate. For this reason, for example, if a piezo stage is used, since the position resolution of the stage is several nm, the height of the manufactured structure can be formed with an accuracy of several nm.
This makes it possible to manufacture a diffractive optical element having high performance or a shape transfer mold for optical elements.

第18の手段の光学素子の製造方法、あるいは第32の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第17の手段あるいは第31の手段の製造方法に加え、レーザ光の強度及び走査スピードを一定に保つことで、同じ高さの構造物を正確に作製することが可能となる。これによって集光点と基板との距離が作製する構造物の高さと正確に対応することになる。この対応関係は以下のようにして表すことができる。
一回の走査で作製される構造物の高さの最大値がHであるとき、集光点と基板との距離はH/2である。集光点と基板との距離をdとしたとき、形成される構造物の高さhは、
h=H/2+d (ただし、−H/2<d<H/2であるとき)
となる。
In the optical element manufacturing method of the eighteenth means or the shape transfer mold manufacturing method for the optical element of the thirty-second means, in addition to the manufacturing method of the seventeenth means or thirty-first means, the intensity and scanning of the laser beam. By keeping the speed constant, a structure having the same height can be accurately produced. As a result, the distance between the focal point and the substrate accurately corresponds to the height of the structure to be fabricated. This correspondence can be expressed as follows.
When the maximum value of the height of the structure manufactured by one scan is H, the distance between the condensing point and the substrate is H / 2. When the distance between the focal point and the substrate is d, the height h of the structure to be formed is
h = H / 2 + d (when -H / 2 <d <H / 2)
It becomes.

ここで、回折光学素子は面内で相対的な高さのみが特性に影響をおよぼすので、本発明の方法で作製する際には、集光点と基板との距離dの場所による変化のみが特性に影響をおよぼす。
すなわち、一回の走査で作製される構造物の高さの最大値Hに関係なく所望の特性を有する回折光学素子を作製することが可能となる。
Hの値は周辺の温度や湿度など環境要因によって変化するため再現しにくい値であるが、本発明の方法では、Hの値の影響を受けないためより環境変化に対して有利な製造方法である。
Here, since only the relative height in the plane affects the characteristics of the diffractive optical element, when the diffractive optical element is manufactured by the method of the present invention, only the change due to the location of the distance d between the condensing point and the substrate is present. Affects properties.
That is, it becomes possible to manufacture a diffractive optical element having desired characteristics regardless of the maximum height H of the structure manufactured by one scan.
The value of H is a value that is difficult to reproduce because it changes depending on environmental factors such as ambient temperature and humidity. However, in the method of the present invention, since it is not affected by the value of H, it is a manufacturing method that is more advantageous for environmental changes. is there.

第19の手段の光学素子の製造方法、あるいは第33の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第17または18の手段の製造方法、あるいは第31または32の手段の製造方法に加え、基板と集光点との距離を測定しながら、基板垂直方向への集光点移動量へその結果をフィードバックすることにより、基板の反りやうねりの影響を受けず、より精度の高い回折光学素子、あるいは光学素子用形状転写型の作製が可能となる。   In the manufacturing method of the optical element of the nineteenth means, or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-third means, the manufacturing method of the seventeenth or eighteenth means, or the manufacturing method of the thirty-first or thirty-second means. In addition, by measuring the distance between the substrate and the condensing point and feeding back the result to the amount of converging point movement in the vertical direction of the substrate, it is not affected by the warp or undulation of the substrate, and more accurate diffraction. An optical element or a shape transfer mold for an optical element can be produced.

第20の手段の光学素子の製造方法、あるいは第34の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第17〜19のいずれかの手段の製造方法、あるいは第31〜33のいずれかの手段の製造方法に加え、パルス幅が1ps以下である、いわゆる超短パルスレーザを光源として用いることにより、より低いパワーで構造を作製することが可能となる。これによって、高強度のレーザ光を集光することによって生じる、バブルの発生や、構造のアブレーションによる破壊を避けることができる。   In the manufacturing method of the optical element of the twentieth means, or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-fourth means, the manufacturing method of any of the seventeenth to nineteenth means, or any of the thirty-first to thirty-third methods. In addition to the above manufacturing method, a so-called ultrashort pulse laser having a pulse width of 1 ps or less can be used as a light source, whereby a structure can be manufactured with lower power. As a result, it is possible to avoid the generation of bubbles and the destruction due to the ablation of the structure caused by condensing high-intensity laser light.

第21の手段の光学素子の製造方法、あるいは第35の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第17〜20のいずれかの手段の製造方法、あるいは第31〜34のいずれかの手段の製造方法に加え、光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用することにより、水平方向分解能がより細かい構造を作製することができる。   In the manufacturing method of the optical element of the twenty-first means, or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-fifth means, the manufacturing method of any of the seventeenth to twentieth means or any of the thirty-first to thirty-fourth In addition to the above manufacturing method, a structure with finer horizontal resolution can be produced by using an immersion objective lens as means for condensing laser light in the photoreactive material.

ところで、第17〜21の手段の製造方法、あるいは第31〜35の手段の製造方法においては、レーザ光の集光点を水平方向に走査する際に、集光点の水平方向移動量に対して、1回の走査で形成される構造の幅が小さいとき、構造体の間に溝ができ図31(b)に示すような構造となる。このような溝が存在することにより、不要な回折光が生じ、回折効率が低下する不具合が生じる。
これに対して、第22の手段の光学素子の製造方法、あるいは第36の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことにより、作製する構造のピッチが使用する波長より細かい構造となっている。
このような構造では周期的なピッチ構造が存在していても回折光は生じないが、入射光の位相分布を変化させることが可能である(なお、サブ波長構造を利用した、空間位相分布制御に関しては、特許文献1に示されている)。
すなわち、本発明の製造方法では、作製される構造のピッチが波長より細かい構造となっており、これによって作製時に構造体の間に溝が存在しても、不要な回折光が生じることなく所望の機能を得ることが可能な回折光学素子あるいは光学素子用形状転写型を作製することができる。
By the way, in the manufacturing method of the 17th to 21st means or the manufacturing method of the 31st to 35th means, when the condensing point of the laser beam is scanned in the horizontal direction, the amount of horizontal movement of the condensing point is When the width of the structure formed by one scan is small, a groove is formed between the structures, resulting in a structure as shown in FIG. Due to the presence of such grooves, unnecessary diffracted light is generated, resulting in a problem that the diffraction efficiency is lowered.
On the other hand, in the manufacturing method of the optical element of the twenty-second means or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-sixth means, the pitch of the structure (structure By setting the minimum distance width of the structure to be equal to or less than the wavelength, the pitch of the structure to be manufactured is smaller than the wavelength used.
In such a structure, even if a periodic pitch structure exists, no diffracted light is generated, but the phase distribution of incident light can be changed (in addition, spatial phase distribution control using a sub-wavelength structure) Is described in Patent Document 1).
That is, in the manufacturing method of the present invention, the pitch of the structure to be manufactured is a structure finer than the wavelength, so that even if a groove exists between the structures at the time of manufacture, the desired diffracted light is not generated. A diffractive optical element or a shape transfer mold for an optical element capable of obtaining the above functions can be manufactured.

なお、上記の製造方法では、特に集光するレーザ光の強度が等しく、走査スピードが等しいとき、作製される構造体の幅は常に一定となるため、ピッチが異なるいわゆるデューティー比が変化する。デューティー比が変化することによって、有効屈折率が変化するため作製する構造の高さに補正が必要となる。
そこで、より簡易に高さのみによって回折光学素子の機能を制御するために、第23の手段の光学素子の製造方法、あるいは第37の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第22の手段の製造方法、あるいは第36手段の製造方法に加え、光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されるようにしている。
In the above manufacturing method, particularly when the intensity of the focused laser beam is the same and the scanning speed is the same, the width of the structure to be manufactured is always constant, and so-called duty ratios with different pitches change. When the duty ratio changes, the effective refractive index changes, so that the height of the structure to be manufactured needs to be corrected.
Therefore, in order to more easily control the function of the diffractive optical element only by the height, in the manufacturing method of the optical element of the twenty-third means or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-seventh means, In addition to the manufacturing method of the twenty-second means or the manufacturing method of the thirty-sixth means, the structure is formed at an equal pitch in a region functioning as an optical element.

第24の手段の光学素子の製造方法、あるいは第38の手段の光学素子用形状転写型の製造方法においては、第17〜23のいずれかの手段の製造方法、あるいは第31〜37のいずれかの手段の製造方法に加え、集光点を曲面上に沿って変化させることで、曲面上に構造体を作製することができる。これにより、球面レンズ上に構造体を作製して非球面化をしたり、回折格子を作製してレンズの色収差補正機能を追加したり、などの複合機能を有する光学素子、あるいはその形状転写型を作製することが可能となる。   In the manufacturing method of the optical element of the twenty-fourth means or the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-eighth means, any one of the manufacturing methods of the seventeenth to twenty-third means, or any of the thirty-first to thirty-seventh aspects. In addition to the manufacturing method of the means, the structure can be produced on the curved surface by changing the condensing point along the curved surface. This makes it possible to make a structure on a spherical lens and make it aspherical, or to make a diffraction grating and add a function to correct chromatic aberration of the lens. Can be produced.

第25の手段の光学素子においては、第12〜第24のいずれか一つの手段の製造方法によって製造されたことにより、使用する光の波長よりも微細で空間的に高さの異なる微細構造を有する光学素子を容易に得ることができ、高性能な光学素子を提供することができる。   In the optical element of the twenty-fifth means, a fine structure that is finer than the wavelength of light to be used and spatially different in height is manufactured by the manufacturing method of any one of the twelfth to twenty-fourth means. Thus, it is possible to easily obtain the optical element having the high-performance optical element.

第39の手段の光学素子用形状転写型においては、第26〜第38のいずれか一つの手段の製造方法によって製造されたことにより、使用する光の波長よりも微細で空間的に高さの異なる微細構造を有する光学素子用形状転写型を容易に得ることができる。
また、第40の手段の光学素子においては、第39の手段の光学素子用形状転写型を用いて光学材料に微細構造を転写し、製造したことにより、使用する光の波長よりも微細で空間的に高さの異なる微細構造を有する光学素子を容易に且つ低コストに複製することが可能となり、高性能な光学素子を安価に提供することができる。
In the shape transfer mold for optical elements of the thirty-ninth means, which is manufactured by the manufacturing method of any one of the twenty-sixth to thirty-eighth means, it is finer and spatially higher than the wavelength of light to be used. A shape transfer mold for optical elements having different microstructures can be easily obtained.
Further, in the optical element of the 40th means, the fine structure is transferred to the optical material by using the optical element shape transfer mold of the 39th means and manufactured, so that the space is finer than the wavelength of the light to be used. Therefore, optical elements having fine structures with different heights can be easily and inexpensively duplicated, and high-performance optical elements can be provided at low cost.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.

[実施例1]
第1、第2の手段の光学素子の一実施例を図1を用いて説明する。この光学素子は、使用する光の波長よりも微細な構造を有し、少なくとも一部の構造体2の高さを空間的に変調させることにより透過光の位相を変化せしめるものである。
具体的には、図1に示すように、使用する波長以下の高さの異なる微細構造体2をガラスや透明高分子からなる基板1上に形成する。この微細構造体2は基板1と異なる材料でも、基板1と同一の材料を用いてもよい。この構造体2に光を入射することで、透過光は通常の高次の回折光ではなく、主に0次の回折光を発生させる。このとき空間的に0次回折光(透過光)の位相を変調することで、レンズや回折格子と同様の作用をする。入射する光が偏光を有する場合には、前述の(式1)から偏光に合わせた有効屈折率nとなるように構造体2の高さを決定することで、集光や回折を行うことができる。また、ここでは構造体2は高さのみを変調しているが、従来技術(例えば非特許文献1、特許文献1,2等)と同様に幅を合わせて変調することもできる。これにより、加工や複製が容易な0次回折光を利用した光学素子を実現することができる。
[Example 1]
One embodiment of the optical element of the first and second means will be described with reference to FIG. This optical element has a structure finer than the wavelength of light to be used, and changes the phase of transmitted light by spatially modulating the height of at least some of the structures 2.
Specifically, as shown in FIG. 1, fine structures 2 having different heights below the wavelength to be used are formed on a substrate 1 made of glass or transparent polymer. The microstructure 2 may be made of a material different from that of the substrate 1 or the same material as that of the substrate 1. By making light incident on the structure 2, the transmitted light is not normal high-order diffracted light but mainly zero-order diffracted light. At this time, by spatially modulating the phase of the 0th-order diffracted light (transmitted light), the same effect as that of the lens and the diffraction grating is obtained. When the incident light has polarized light, the height of the structure 2 is determined from the above (Equation 1) so as to obtain an effective refractive index n matched to the polarized light, so that light can be condensed or diffracted. it can. Here, the structure 2 modulates only the height, but it can also be modulated with the same width as in the prior art (for example, Non-Patent Document 1, Patent Documents 1 and 2, etc.). Thereby, an optical element using 0th-order diffracted light that can be easily processed and replicated can be realized.

[実施例2]
第3の手段の光学素子の一実施例を図2を用いて説明する。本実施例では、図1に示すような微細構造体2を有する光学素子において、使用する光の波長をλ、入射角をθ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、構造体の周期が、λ/(n1sinθ+n2)以下となるように構成したものである。
ここで、図2に示すように、基板1上に形成された構造体2への光の入射角をθiとしたとき、回折公式から回折角は媒体の屈折率をn1、構造体2の屈折率をn2とし、回折次数をm、構造ピッチをpとしたとき、下記の(式5)の(a) で示される角度に伝播する。このとき+1次の回折光が発生しない条件は、θiが正で、m=+1での回折角θoが90度以上となることであり、これから下記の(式5)の(b) の条件が導かれる。このように第3の手段の構造とすることで、高次の回折による入射光のロスなしに、透過0次光での位相変調光学素子を実現することができる。
[Example 2]
An embodiment of the optical element of the third means will be described with reference to FIG. In this example, in the optical element having the microstructure 2 as shown in FIG. 1, the wavelength of light to be used is λ, the incident angle is θ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2. In this case, the period of the structure is configured to be λ / (n 1 sin θ + n 2) or less.
Here, as shown in FIG. 2, when the incident angle of light to the structure 2 formed on the substrate 1 is θi, the diffraction angle is the refractive index of the medium n1 and the refraction of the structure 2 from the diffraction formula. When the rate is n2, the diffraction order is m, and the structure pitch is p, the light propagates to the angle indicated by (a) in (Equation 5) below. At this time, the condition that the + 1st order diffracted light is not generated is that θi is positive and the diffraction angle θo at m = + 1 is 90 degrees or more. From this, the condition of (b) in the following (formula 5) is Led. By adopting the structure of the third means in this way, it is possible to realize a phase modulation optical element with transmitted zero-order light without loss of incident light due to high-order diffraction.

(式5)
n1sinθi+n2sinθo=m(λ/p) (a)
p≦λ/(n1sinθi+n2) (b)
θi:構造体への光の入射角
n1:入射媒体の屈折率
n2:構造体の屈折率
p:構造体のピッチ
m:回折次数
θo:回折角
(Formula 5)
n1sinθ i + n2sinθ o = m ( λ / p) (a)
p ≦ λ / (n1sinθ i + n2) (b)
θi: incident angle of light to the structure n1: refractive index of the incident medium n2: refractive index of the structure p: pitch of the structure m: diffraction order θo: diffraction angle

[実施例3]
第4の手段の光学素子の一実施例を図3を用いて説明する。本実施例では、実施例1または実施例2の光学素子において、使用する光の波長をλ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、構造体の高さの差Δhを、
Δh=2√2λ×√(n1^2+n2^2)/(n1+n2)^2
の近傍となるように構成したものである。
加工の容易さ、設計の容易さから、微細構造を作成する場合、等ピッチで等幅の構造が望ましい。この条件で高さの変調を行うと、光の有効屈折率をnとしたとき、位相差は上記の高さの差Δhにより、2πnΔh/λで与えられる。作成された構造の最小高さと最大高さをこの値とすることで、位相変調の必要量である2πの変調が可能となる。
[Example 3]
An embodiment of the optical element of the fourth means will be described with reference to FIG. In this example, in the optical element of Example 1 or Example 2, when the wavelength of light used is λ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2, the height of the structure is The difference Δh is
Δh = 2√2λ × √ (n1 ^ 2 + n2 ^ 2) / (n1 + n2) ^ 2
It is comprised so that it may become near.
From the viewpoint of ease of processing and design, when creating a fine structure, a structure having an equal pitch and an equal width is desirable. When the height is modulated under this condition, the phase difference is given by 2πnΔh / λ by the above height difference Δh, where n is the effective refractive index of light. By setting the minimum height and the maximum height of the created structure to this value, 2π modulation, which is a necessary amount of phase modulation, can be performed.

この値をサブ波長素子で実現する際、入射光がランダム偏光であるいは円偏光であれば、異方性は発現せず、その屈折率の平均値を用いればよい。また、構造が該中心対象の場合も同様に平均値を利用することが可能となる。このような構造では、前述の(式1)から求めれる2πの位相変調を本実施例の値とすることで実現することができる。これにより必要な位相変調をもった構造体を単純な構造で実現することができる。   When this value is realized by the subwavelength element, if the incident light is randomly polarized light or circularly polarized light, anisotropy does not appear and an average value of the refractive index may be used. Similarly, the average value can be used when the structure is the central object. Such a structure can be realized by setting the phase modulation of 2π obtained from the above-described (Equation 1) as the value of this embodiment. As a result, a structure having the necessary phase modulation can be realized with a simple structure.

[実施例4]
第5の手段の光学素子の一実施例を図4を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜3のいずれかの光学素子の構成に加えて、前記微細構造が同一周期の概矩形格子あるいは柱状構造もしくは多段構造であることを特徴としている。
図4は微細構造体の形状例を示しており、位相変調のための波長以下の微細構造体2は、図4(A)のような矩形が代表的であるが、矩形である必要はなく、図4(B)に示すような幅が上下で異なる構造や、図4(C)〜(E)に示すような四角柱に近い構造、あるいは図示しない円柱構造、あるいは図示しない階段状等の多段構造等を利用することができる。
これらの構造体2を高さを変えて空間的に配置することで、透過0次光の位相を変調することが可能となる。また、このような構造体2はレーザ干渉加工法等で作成が比較的容易であり、大面積加工に適した構造として優位である。
[Example 4]
An embodiment of the optical element of the fifth means will be described with reference to FIG. In this embodiment, in addition to the structure of any one of the optical elements of Embodiments 1 to 3, the fine structure is a substantially rectangular lattice, columnar structure or multistage structure having the same period.
FIG. 4 shows an example of the shape of the fine structure, and the fine structure 2 having a wavelength equal to or smaller than the wavelength for phase modulation is typically a rectangle as shown in FIG. 4A, but need not be a rectangle. 4B, a structure having different widths in the vertical direction, a structure close to a quadrangular prism as shown in FIGS. 4C to 4E, a cylindrical structure not shown, or a stepped shape not shown. A multistage structure or the like can be used.
By arranging these structures 2 spatially at different heights, it is possible to modulate the phase of transmitted zero-order light. Further, such a structure 2 is relatively easy to produce by a laser interference machining method or the like, and is advantageous as a structure suitable for large-area machining.

[実施例5]
第6の手段の光学素子の一実施例を図5を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜4のいずれかの光学素子の構成に加えて、使用する波長以下の微細構造が複数の領域(セル)3に分割されており、該領域(セル)内の構造体2が同一ピッチ、同一高さとなるように構成したものである。
位相変調型の回折光学素子では、位相変調は構造体で個々に制御する必要はなく、それらの集合構造で制御することが可能である。図5(a),(b)はその構造の一例を示したものであり、同一構造の構造体2をセル3内に複数作成し、構造体2の高さやピッチ、方向等を変化させてそれぞれのセル3毎に透過光の位相変調を起こす。これにより通常の波長以上の構造を有する回折光学素子と同様の機能を果たし、それぞれの位相変調を精密に制御することが可能な回折型光学素子とすることができる。
[Example 5]
An embodiment of the optical element of the sixth means will be described with reference to FIG. In this example, in addition to the configuration of any one of the optical elements of Examples 1 to 4, the fine structure below the wavelength to be used is divided into a plurality of regions (cells) 3. The structures 2 are configured to have the same pitch and the same height.
In the phase modulation type diffractive optical element, the phase modulation does not need to be individually controlled by the structure, but can be controlled by a collective structure thereof. FIGS. 5A and 5B show an example of the structure. A plurality of structures 2 having the same structure are created in the cell 3, and the height, pitch, direction, and the like of the structure 2 are changed. Phase modulation of transmitted light is caused for each cell 3. As a result, a diffractive optical element having the same function as that of a diffractive optical element having a structure having a wavelength longer than that of the normal wavelength and capable of precisely controlling each phase modulation can be obtained.

[実施例6]
第7の手段の光学素子の一実施例を図6を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜5のいずれかの光学素子の構成に加えて、微細構造が素子(基板)1の両面に形成されている構成としたものである。
図6に示すように、微細な構造体2を基板1の両面に作成することにより、一面のみの加工では困難な微細構造と同様の効果を二面の構造を利用することで実現することができる。このとき二面の微細構造は透過光の進行方向に対して同一である必要はなく、異なる構造で、異なる位相変調の重ね合わせとすることも可能である。これにより、より高度な位相の変調が可能となる。
[Example 6]
An embodiment of the optical element of the seventh means will be described with reference to FIG. In this example, in addition to the configuration of any one of the optical elements of Examples 1 to 5, the microstructure is formed on both sides of the element (substrate) 1.
As shown in FIG. 6, by creating the fine structure 2 on both surfaces of the substrate 1, it is possible to realize the same effect as the fine structure that is difficult to process only on one surface by using the two-surface structure. it can. At this time, the fine structure of the two surfaces does not need to be the same with respect to the traveling direction of the transmitted light, and it is possible to superimpose different phase modulations with different structures. Thereby, more advanced phase modulation is possible.

[実施例7]
第8の手段の光学素子の一実施例を図7を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜6のいずれかの光学素子の構成に加えて、微細構造が曲面(例えばレンズ4上)に形成されている構成としたものである。
図7に示すように、微細な構造体2をレンズ4上に形成することにより、レンズ4のパワーに加えて位相の変調を透過光に付加することが可能となる。また、図7のように、この微細な構造体2はレンズ4の全面に形成する必要はなく、レンズ4の一部に形成して一部の位相を変化させることも可能である。
[Example 7]
An embodiment of the optical element of the eighth means will be described with reference to FIG. In this example, in addition to the configuration of any one of the optical elements of Examples 1 to 6, the fine structure is formed on a curved surface (for example, on the lens 4).
As shown in FIG. 7, by forming the fine structure 2 on the lens 4, it is possible to add phase modulation to the transmitted light in addition to the power of the lens 4. Further, as shown in FIG. 7, the fine structure 2 does not need to be formed on the entire surface of the lens 4, but can be formed on a part of the lens 4 to change a part of the phase.

次に図7のような構造の光学素子の作製方法の一例を図8を参照して説明する。
まず、レンズ4上に感光性のレジスト5を回転塗布し(図8(1))、次にレーザ干渉光6を照射する(図8(2))。このとき照射部がレーザの可干渉領域となるように、照射範囲を調整する。必要があれば、その操作を位置を移動して繰り返すことで、任意の位置に微細構造を形成することが可能となる。
レーザ干渉露光後、レジスト5を現像することにより微細構造が得られ(図8(3))、この微細構造は、そのまま光学素子として用いることとが可能であるが、このレジスト5の構造体をエッチングマスクとして、ドライエッチング法等を利用し、レンズ側の凹構造として微細構造体2を形成することも可能である(図8(4))。
Next, an example of a method for manufacturing an optical element having a structure as shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS.
First, a photosensitive resist 5 is spin-coated on the lens 4 (FIG. 8 (1)), and then laser interference light 6 is irradiated (FIG. 8 (2)). At this time, the irradiation range is adjusted so that the irradiation unit becomes a coherent region of the laser. If necessary, the fine structure can be formed at an arbitrary position by repeating the operation while moving the position.
After the laser interference exposure, the fine structure is obtained by developing the resist 5 (FIG. 8 (3)), and this fine structure can be used as an optical element as it is. It is also possible to form the microstructure 2 as a concave structure on the lens side by using a dry etching method or the like as an etching mask (FIG. 8 (4)).

[実施例8]
第9の手段の光学素子の一実施例を図9を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜7のいずれかの光学素子の構成に加えて、波長以下の微細構造体2により入射光の位相が変調され、該入射光の少なくとも一部が集光される構成としたものである。
すなわち、図9(a)に示す光学素子では、微細構造による位相変調を集光機能として利用した集光光学素子を実現している。これは微細構造による位相変調により、図9(b)に示すように位相変化量が素子上の位置によって異なるようにし、透過光をある一点、あるいはラインになるような球面波に変換することで実現することができる。また、図9に示す光学素子の例では、このような集光のために、素子の中心部で位相が大きく遅れるような位相変調型サブ波長素子を示している。
[Example 8]
An embodiment of the optical element of the ninth means will be described with reference to FIG. In this embodiment, in addition to the configuration of any one of the optical elements of Embodiments 1 to 7, the phase of incident light is modulated by the fine structure 2 having a wavelength equal to or less than the wavelength, and at least a part of the incident light is condensed. It is a configuration.
That is, the optical element shown in FIG. 9A realizes a condensing optical element using phase modulation by a fine structure as a condensing function. This is due to the phase modulation by the fine structure, so that the amount of phase change varies depending on the position on the element as shown in FIG. 9B, and the transmitted light is converted into a spherical wave that becomes one point or line. Can be realized. Further, in the example of the optical element shown in FIG. 9, a phase modulation type sub-wavelength element whose phase is greatly delayed at the center of the element for such light collection is shown.

[実施例9]
第10の手段の光学素子の一実施例を図10を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜7のいずれかの光学素子の構成に加えて、波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光のビームを整形するように構成したものである。
回折光学素子、ホログラフィック素子と呼ばれる素子は、透過光の波面を変調することによりレーザの形状整形、分離などの機能を果たすことができる。例えば図10の(a)に示すような、反復フーリエ変換法(非特許文献6参照)によって計算した位相変調を上記の微細構造により実現することで、フラウンホーファー回折領域(ファーフィールド)では図10(b)に示すような構造が再生されることを確認している。このように透過光の位相を変調することで、任意の形状を作成可能な回折光学素子を実現することができる。
[Example 9]
An embodiment of the optical element of the tenth means will be described with reference to FIG. In this example, in addition to the configuration of any one of the optical elements in Examples 1 to 7, the beam of transmitted light is shaped by modulating the phase of incident light by a structure having a wavelength or less. Is.
Elements called diffractive optical elements and holographic elements can perform functions such as laser shape shaping and separation by modulating the wavefront of transmitted light. For example, in the Fraunhofer diffraction region (far field), the phase modulation calculated by the iterative Fourier transform method (see Non-Patent Document 6) as shown in FIG. It has been confirmed that the structure as shown in (b) is reproduced. By thus modulating the phase of transmitted light, a diffractive optical element capable of creating an arbitrary shape can be realized.

[実施例10]
第11の手段の光学素子の一実施例を図11を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜8のいずれかの光学素子の構成に加えて、少なくとも一面に設けられた波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光の収差を補正するような構成としたものである。
一例として、本実施例では図11(a),(b)に示すような微細構造の構造体2を有する位相変調型の光学素子を収差補正素子として用いる。例えば単一の球面レンズで発生する収差を、微細構造体2の位相変調によって低減することが可能であり、図のようなリング状の微細構造体2を設けた位相変調素子を光路中に配置する、あるいはレンズと一体に作成することで、波面収差を低減した素子を安価に提供することが可能となる。
[Example 10]
An embodiment of the optical element of the eleventh means will be described with reference to FIG. In this example, in addition to the configuration of the optical element of any one of Examples 1 to 8, the phase of incident light is modulated by a structure having a wavelength equal to or shorter than the wavelength provided on at least one surface, thereby reducing the aberration of transmitted light. It is configured to correct.
As an example, in this embodiment, a phase modulation type optical element having a microstructure 2 as shown in FIGS. 11A and 11B is used as an aberration correction element. For example, the aberration generated in a single spherical lens can be reduced by the phase modulation of the fine structure 2, and the phase modulation element provided with the ring-shaped fine structure 2 as shown in the figure is arranged in the optical path. In addition, by making it integrally with the lens, it is possible to provide an element with reduced wavefront aberration at a low cost.

以上の実施例1〜10では、本発明に係る光学素子の構成例について説明したが、以下の実施例では、本発明に係る光学素子の製造方法及び、光学素子用形状転写型の製造方法について説明する。また、これらの製造方法で製造される光学素子及び形状転写型、さらには形状転写型を用いた光学素子の複製方法についても説明する。   In the above Examples 1-10, although the structural example of the optical element which concerns on this invention was demonstrated, in the following Examples, about the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention, and the manufacturing method of the shape transfer type | mold for optical elements explain. In addition, an optical element and a shape transfer mold manufactured by these manufacturing methods, and an optical element duplication method using the shape transfer mold will be described.

[実施例11]
第12の手段の光学素子の製造方法及び、第26の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を図12を用いて説明する。
この製造方法では、レーザの干渉により構造を形成するレーザ干渉露光法を用い、干渉光強度変調手段により干渉光強度を変調することにより空間的に構造の高さを変調させ、高さの異なる微細構造を形成するものである。
図12は、レーザ干渉露光に用いる装置の一例を示しており、このレーザ干渉露光装置は、光源であるレーザ装置(例えば紫外レーザ)11と、空間フィルター12、1/2波長板(λ/2位相板)13、無偏光ビームスプリッタ14、ミラー15a,15b、コントローラ16、1/2波長板13を回転する回転ステージ17などで構成されている。
[Example 11]
An embodiment of a microstructure manufacturing method according to a twelfth optical element manufacturing method and a twenty-sixth optical element shape transfer mold manufacturing method will be described with reference to FIG.
In this manufacturing method, a laser interference exposure method in which a structure is formed by laser interference is used, and the height of the structure is spatially modulated by modulating the intensity of the interference light by the interference light intensity modulation means. It forms the structure.
FIG. 12 shows an example of an apparatus used for laser interference exposure. This laser interference exposure apparatus includes a laser device (for example, an ultraviolet laser) 11 as a light source, a spatial filter 12, a half-wave plate (λ / 2). A phase plate 13, a non-polarizing beam splitter 14, mirrors 15 a and 15 b, a controller 16, a rotary stage 17 that rotates the half-wave plate 13, and the like.

この装置を用いたレーザ干渉露光法では、レーザ装置(例えば紫外レーザ)11からの干渉性の高いレーザ光を空間フィルター12等で整形し、1/2波長板13を通して無偏光ビームスプリッタ14で1:1の強度となるようにビームを分割する。その後、分割されたレーザ光をミラー15a,15bで偏向し、基板1上のレジスト5に照射し、レジスト上でレーザ光を干渉させ、加工位置に干渉強度を作成する。このとき、例えばコントローラ16で回転ステージ17を回転し、回転ステージ17に保持された1/2波長板13の角度を調整することにより、干渉光のS,P偏光成分の違いから干渉強度が変調され、図13(a),(b)に示すように、ある中心値から強度が変調される。   In the laser interference exposure method using this apparatus, laser light having high coherence from a laser apparatus (for example, an ultraviolet laser) 11 is shaped by a spatial filter 12 or the like, and is passed through a half-wave plate 13 by a non-polarizing beam splitter 14. The beam is split to an intensity of: 1. Thereafter, the divided laser light is deflected by the mirrors 15a and 15b, irradiated to the resist 5 on the substrate 1, and the laser light is caused to interfere on the resist, thereby creating interference intensity at the processing position. At this time, for example, by rotating the rotary stage 17 with the controller 16 and adjusting the angle of the half-wave plate 13 held by the rotary stage 17, the interference intensity is modulated from the difference in the S and P polarization components of the interference light. Then, as shown in FIGS. 13A and 13B, the intensity is modulated from a certain center value.

干渉強度の変調は,上記分岐したレーザ光の偏光方向を制御する手段や分岐したレーザ光の強度比を制御する手段、可干渉距離内で分岐したレーザ光の照射遅延を制御する手段等を利用して行うことができる。これにより図39に示すように、レーザ強度が干渉により強度変調された部分と非干渉部分との足し合わせとなり、このような強度分布を有する光によりポジ型レジストを露光し、さらに照射位置を変え干渉強度を変化させることで空間的に高さの異なる微細な構造を形成することが可能となる。   For the modulation of interference intensity, the means for controlling the polarization direction of the branched laser light, the means for controlling the intensity ratio of the branched laser light, the means for controlling the irradiation delay of the laser light branched within the coherent distance, etc. are used. Can be done. As a result, as shown in FIG. 39, a portion where the laser intensity is modulated by interference and a non-interference portion are added, and the positive resist is exposed with light having such an intensity distribution, and the irradiation position is changed. By changing the interference intensity, it is possible to form a fine structure having a spatially different height.

レーザ干渉は2本のレーザのみでなく、複数のレーザ光の干渉を利用することも可能であり、その場合は格子形状のみでなく、円柱形状や複雑な干渉縞構造を有する微細構造体を製造することも可能となる。このとき一度の干渉領域を制御規定して露光することが望ましく、領域が重ならないように露光を繰り返すことで干渉領域の重なりなしに、空間的に選択された高さの異なる微細構造を形成することが可能となる。   Laser interference can use not only two lasers but also interference of multiple laser beams. In that case, not only a lattice shape but also a fine structure having a cylindrical shape or a complicated interference fringe structure is manufactured. It is also possible to do. At this time, it is desirable to perform exposure by controlling and defining the interference area once, and by repeating the exposure so that the areas do not overlap, a fine structure having different spatially selected heights is formed without overlapping the interference areas. It becomes possible.

本手法は一度の露光で複数の格子あるいは円柱状構造体を形成することが可能であり、電子ビーム露光法に比べ大幅に高速に加工を行うことが可能となる。
また、このような強度分布でポジ型レジストを露光した場合、露光量、現像時間等を制御することで、高さの異なる構造体を作製することが可能となる。
このように形成された微細構造は、そのまま光学素子として利用することが可能であるが、この構造を金属構造に転写することで金型として利用することが可能である。また、このような構造を用いて、図14に示すように、基板1上に形成したレジスト5の微細構造をマスクとして用いるか、あるいはレジスト上に蒸着した金属をリフトオフ法等でパターン形成させたものをマスクとして用い、ドライエッチング法等でドライエッチングを行い、石英ガラス等の基板1へ微細構造を転写することで、光学素子用形状転写型として利用することも可能となる。
This method can form a plurality of lattices or cylindrical structures with a single exposure, and can be processed significantly faster than the electron beam exposure method.
In addition, when a positive resist is exposed with such an intensity distribution, it is possible to manufacture structures having different heights by controlling the exposure amount, development time, and the like.
The fine structure thus formed can be used as an optical element as it is, but can be used as a mold by transferring this structure to a metal structure. Further, using such a structure, as shown in FIG. 14, the fine structure of the resist 5 formed on the substrate 1 is used as a mask, or the metal deposited on the resist is patterned by a lift-off method or the like. By using a material as a mask, dry etching is performed by a dry etching method or the like, and the fine structure is transferred to the substrate 1 such as quartz glass, so that it can be used as a shape transfer mold for optical elements.

[実施例12]
次に第13の手段の光学素子の製造方法及び、第27の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を図15を用いて説明する。
この製造方法では、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光を干渉させ、さらに干渉光強度変調手段により干渉強度を変調するとにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成するものである。
図15は、レーザブレーション加工に用いる装置の一例を示しており、この加工装置は、光源であるレーザ装置(例えばパルスレーザ)21と、1/2波長板(λ/2位相板)22、グランレーザプリズム23、空間フィルター24、ミラー25、マスク26、回折格子27、レンズ28、コントローラ29、1/2波長板を回転する回転ステージ30、基板1を移動する移動ステージ31などで構成されている。
[Example 12]
Next, an embodiment of a microstructure manufacturing method according to a thirteenth optical element manufacturing method and a twenty-seventh optical element shape transfer mold manufacturing method will be described with reference to FIG.
In this manufacturing method, a laser ablation method that forms a fine structure by a laser ablation method is used, the laser beam for processing is made to interfere, and the interference intensity is modulated by an interference light intensity modulation means, so that the structure of the structure is spatially reduced. The height is modulated to form a fine structure.
FIG. 15 shows an example of an apparatus used for laser ablation processing. This processing apparatus includes a laser device (for example, a pulse laser) 21 as a light source, a half-wave plate (λ / 2 phase plate) 22, It comprises a Glan laser prism 23, a spatial filter 24, a mirror 25, a mask 26, a diffraction grating 27, a lens 28, a controller 29, a rotary stage 30 that rotates a half-wave plate, a moving stage 31 that moves the substrate 1, and the like. Yes.

本実施例では、レーザブレーションを利用して微細構造を作製するが、レーザブレーション法は透明高分子、金属、セラミクス等、多くの材料に対して、直接加工が可能な工法として知られている。図に示すようにレーザ装置(例えばパルスレーザ)21からのレーザ光を、1/2波長板(λ/2位相板)22とグランレーザプリズム23を介して空間フィルター24で整形した後、ミラー25で光路を偏向し、回折格子27で2光束に分割してレンズ28により干渉させる。このとき加工領域をマスク26等で制限することが望ましい。この加工時のレーザ照射強度を図に示した1/2波長板22とグランレーザプリズム23等で高速に変調する。レーザの入射光強度による加工形状変化を図16に示す。レーザブレーション法では加工にしきい強度があるため、ある強度以下では基板1の変化は実質的にない。強度を上げることで基板1に穴が形成される。このように空間選択的に強度を変調して干渉型のレーザブレーションを行うことで、加工ピッチの揃った高さの異なる微細構造を簡便に安価に製造することが可能となる。   In this example, laser ablation is used to produce a fine structure, but the laser ablation method is known as a method that can directly process many materials such as transparent polymers, metals, ceramics, and the like. Yes. As shown in the figure, a laser beam from a laser device (for example, a pulse laser) 21 is shaped by a spatial filter 24 via a half-wave plate (λ / 2 phase plate) 22 and a Glan laser prism 23, and then mirror 25 Then, the optical path is deflected, and the light beam is split into two light beams by the diffraction grating 27 and interfered by the lens 28. At this time, it is desirable to limit the processing region with the mask 26 or the like. The laser irradiation intensity at the time of processing is modulated at high speed by the half-wave plate 22 and the Glan laser prism 23 shown in the drawing. FIG. 16 shows changes in the processing shape depending on the intensity of incident light of the laser. Since the laser ablation method has a threshold strength for processing, there is substantially no change in the substrate 1 below a certain strength. A hole is formed in the substrate 1 by increasing the strength. By performing interference-type laser ablation by spatially modulating the intensity in this way, it is possible to easily and inexpensively manufacture microstructures with different processing pitches and different heights.

このように照射レーザ光の強度あるいは照射数、照射パルス幅等を制御することで、空間選択的に高さの異なる微細構造を基板1に直接形成することが可能となる。また、実施例11に示したレーザ干渉露光の制御手法を用い、レーザブレーション法によって同様に高さの異なる微細構造を形成することも可能である。レーザブレーション法では、金属、ガラス、光学素子に用いられる透明有機高分子材料などを含む多くの材料の直接加工が可能であり、蒸着やドライエッチング等の付加加工を施すことなく、直接光学素子あるいは形状転写型の製造が可能となる。これにより、高速で安価な素子及び形状転写型の製造が可能となる。
このとき一度のレーザ照射領域を規定して加工することが望ましく、領域が重ならないように加工を繰り返すことで、空間的に選択された高さの異なる微細構造を形成することが可能となる。
Thus, by controlling the intensity or number of irradiation laser beams, the irradiation pulse width, and the like, it is possible to directly form fine structures with different heights on the substrate 1 in a spatially selective manner. It is also possible to form fine structures having different heights by the laser ablation method using the laser interference exposure control method shown in the eleventh embodiment. The laser ablation method allows direct processing of many materials including metals, glass, and transparent organic polymer materials used for optical elements, and direct optical elements without additional processing such as vapor deposition and dry etching. Alternatively, a shape transfer mold can be manufactured. This makes it possible to manufacture a high-speed and inexpensive element and shape transfer mold.
At this time, it is desirable to process the laser irradiation region once, and by repeating the processing so that the regions do not overlap with each other, it is possible to form fine structures having different spatially selected heights.

[実施例13]
次に第14の手段の光学素子の製造方法及び、第28の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を図17を用いて説明する。
この製造方法では、レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光に対して透過性を示す薄膜と吸収性を示す薄膜を積層した構造体に対して加工用レーザ光を照射し、薄膜を空間選択的に除去することにより、微細構造を形成するものである。
[Example 13]
Next, an embodiment of a fine structure manufacturing method according to the fourteenth means for manufacturing an optical element and the twenty-eighth means for manufacturing an optical element shape transfer mold will be described with reference to FIG.
In this manufacturing method, a laser ablation method that forms a fine structure by a laser ablation method is used, and a structure in which a thin film that is transmissive to a processing laser beam and a thin film that is absorptive are laminated. A fine structure is formed by irradiating a processing laser beam and spatially removing the thin film.

具体的には図15と同様な装置を用い、基板1上には図17に示すように、加工用レーザ光に対して吸収を示す薄膜からなる吸収層41と透過する薄膜からなる透過層42を交互に積層する。このような積層薄膜構造体40に対して、二光束干渉光を加工しきい値以上の照射フルエンスで入射することで、一度の照射で吸収層41と透過層42を各一層のみ選択的に加工することができる。さらに移動ステージ31で加工位置を移動させる、あるいは加工領域を変化させることで、さらなる加工を行う。このとき同一位置へのレーザ照射数を制御することにより加工高さを制御することが可能となる。また、このときの加工幅はレーザ照射幅でほぼ規定されるため、干渉露光等を用いることで加工用レーザ光の波長以下の微細構造を作成することが可能である。このとき加工用のレーザ光と、光学素子に利用される波長は同一である必要はなく、使用波長以下の微細な構造の加工が可能なレーザを利用できる。
レーザ光の照射はこのように微細な構造を形成するために利用されるものであり、干渉以外に集光、投影法を利用することができる。
Specifically, an apparatus similar to that shown in FIG. 15 is used. As shown in FIG. 17, an absorption layer 41 made of a thin film that absorbs laser light for processing and a transmissive layer 42 made of a thin film that transmits light are formed on the substrate 1. Are stacked alternately. By making two-beam interference light incident on such a laminated thin film structure 40 with an irradiation fluence that is equal to or greater than the processing threshold, only one layer of the absorption layer 41 and the transmission layer 42 is selectively processed with a single irradiation. can do. Further processing is performed by moving the processing position on the moving stage 31 or changing the processing region. At this time, the processing height can be controlled by controlling the number of laser irradiations to the same position. Further, since the processing width at this time is almost defined by the laser irradiation width, it is possible to create a fine structure having a wavelength equal to or less than the wavelength of the processing laser light by using interference exposure or the like. At this time, the laser beam for processing and the wavelength used for the optical element do not need to be the same, and a laser capable of processing a fine structure equal to or less than the use wavelength can be used.
The laser beam irradiation is used to form such a fine structure, and in addition to interference, a condensing and projection method can be used.

積層薄膜構造体40の吸収層41は、特に加工用レーザ光を吸収する材料であればよく、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミドや、吸収材料を付加したゾル・ゲル材料等を利用できる。透過層42に関しては、加工用レーザ光に対して吸収の少ない材料で、シリコン酸化物、金属酸化物、これらを主成分とするゾル・ゲル材料、アクリル等の透明高分子材料などが利用できる。
また、加工用レーザとしては、エキシマレーザやNd:YAGレーザや、その高調波等の高出力レーザが利用できる。
The absorption layer 41 of the laminated thin film structure 40 may be any material that specifically absorbs a processing laser beam, and polycarbonate, polyester, polyimide, a sol / gel material to which an absorption material is added, or the like can be used. The transmissive layer 42 is a material that has little absorption with respect to the processing laser beam, and silicon oxide, metal oxide, a sol / gel material containing these as a main component, a transparent polymer material such as acrylic, and the like can be used.
As the processing laser, an excimer laser, an Nd: YAG laser, or a high-power laser such as a harmonic thereof can be used.

なお、積層薄膜構造体40の薄膜が、全てレーザ光を透過する材料の場合は、これを微細構造体2として直接光学素子として利用することが可能である。また、それ以外の材料に構造体を形成することで、その複製を作製することも可能である。図18は複製方法の一例を示したものであり、図17に示したような積層薄膜構造体40を利用して(図18(1))、レーザ加工した後(図18(2))、必要であればその表面に金属膜43からなる導電層を蒸着やスパッタ等により付加する(図18(3))。その後、電鋳処理を行うことで、素子の反転形状44を有する金型44を作製する(図18(4))。この素子の反転形状を有する金型44を光学素子用形状転写型として利用し(図18(5)、透明高分子材料(例えばポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂)などの光学材料を用いた射出成形、熱プレス、2P法等の複製(転写)技術により複製することで(図18(6))、微細構造を有する光学素子45を作製することが可能となる(図18(7))。
なお、このように、レーザ加工等により作製した微細構造体を用いて形状転写型を作製し、その形状転写型を用いて光学素子を複製する方法は、前述の実施例11,12に記載の微細構造体や、後述の実施例に示す微細構造体に対しても同様に用いることができる。
In addition, when the thin film of the laminated thin film structure 40 is entirely made of a material that transmits laser light, it can be directly used as an optical element as the fine structure 2. Moreover, it is also possible to produce a replica by forming a structure in other materials. FIG. 18 shows an example of a replication method. After using the laminated thin film structure 40 as shown in FIG. 17 (FIG. 18 (1)) and laser processing (FIG. 18 (2)), If necessary, a conductive layer made of a metal film 43 is added to the surface by vapor deposition or sputtering (FIG. 18 (3)). Thereafter, an electroforming process is performed to produce a mold 44 having an inverted shape 44 of the element (FIG. 18 (4)). The mold 44 having the inverted shape of the element is used as a shape transfer mold for an optical element (FIG. 18 (5)), and injection molding using an optical material such as a transparent polymer material (for example, a transparent resin such as polycarbonate or acrylic). Then, the optical element 45 having a fine structure can be produced (FIG. 18 (7)) by duplicating using a duplication (transfer) technique such as hot pressing or 2P method (FIG. 18 (6)).
A method for producing a shape transfer mold using a fine structure produced by laser processing or the like and replicating an optical element using the shape transfer mold is described in Examples 11 and 12 above. It can be similarly used for a fine structure and a fine structure shown in Examples described later.

[実施例14]
次に第15の手段の光学素子の製造方法及び、第29の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を図19を用いて説明する。
この製造方法では、光を集光して集光点近傍において材料を硬化して構造を形成する光硬化方式を用い、照射レーザ光の多光子吸収により構造を形成し、かつ構造体の高さを変調することにより、微細構造を形成するものである。
図19は、光硬化方式に用いる装置の一例を示しており、この装置は、光源であるレーザ装置(例えばフェムト秒レーザ)51と、空間フィルター52、ガルバノミラー53a,53b、レンズ54、基板1を移動する移動ステージ55、コントローラ56などで構成されており、微細構造体を形成する基板1上には光硬化樹脂57が積層されている。
[Example 14]
Next, an embodiment of a microstructure manufacturing method according to the fifteenth means for manufacturing an optical element and the twenty-ninth means for manufacturing an optical element shape transfer mold will be described with reference to FIG.
This manufacturing method uses a photo-curing method in which light is collected and the material is cured in the vicinity of the focal point to form a structure, the structure is formed by multiphoton absorption of the irradiated laser light, and the height of the structure The fine structure is formed by modulating.
FIG. 19 shows an example of an apparatus used for the photocuring method. This apparatus includes a laser device (for example, a femtosecond laser) 51 as a light source, a spatial filter 52, galvanometer mirrors 53a and 53b, a lens 54, and a substrate 1. The photo-curing resin 57 is laminated on the substrate 1 on which the fine structure is formed.

本実施例では、微細な構造を多光子吸収を利用した光硬化法により実現するものであり、レーザ装置(例えばフェムト秒レーザ)51から出た光は空間フィルター52で整形され、ガルバノミラー53a,53b等の光制御手段と集光用のレンズ54により、空間選択的に光硬化樹脂57にレーザ光を照射する。このときレーザ光の波長を光硬化樹脂57の感光波長以上とすることで、樹脂内部にまで光を浸透させることができる。また、このときに、レンズ54による集光点近傍で多光子吸収が可能な光強度とすることで、集光点近傍で照射レーザ波長以下の構造を形成することが可能である。さらに、硬化点を基板表面から移動させることで、微細かつアスペクトの高い構造を形成することが可能となる。   In this embodiment, a fine structure is realized by a photocuring method using multiphoton absorption, and light emitted from a laser device (for example, a femtosecond laser) 51 is shaped by a spatial filter 52, and a galvanomirror 53a, The light-curing resin 57 is irradiated with laser light in a space-selective manner by a light control means such as 53b and a condensing lens 54. At this time, by setting the wavelength of the laser light to be equal to or longer than the photosensitive wavelength of the photocurable resin 57, the light can penetrate into the resin. At this time, by setting the light intensity so that multiphoton absorption is possible in the vicinity of the condensing point by the lens 54, it is possible to form a structure having an irradiation laser wavelength or less near the condensing point. Furthermore, a fine and high aspect structure can be formed by moving the curing point from the substrate surface.

このような多光子吸収を利用した光硬化法では、硬化用の照射レーザ光の波長より微細な構造を作製できることが知られており、本実施例の方法を用いることで微細な構造を製造することが可能である。このとき、特に照射レーザ光を走査し、集光点を空間選択的に移動させながら硬化させることで、さらに任意位置に任意高さの構造を形成することができる。集光点の移動は、移動ステージ55による基板1の移動や、ガルバノミラー53a,53bを利用することで容易に実現でき、他の露光法に比べ高さを制御した立体形状の形成が容易となる。このとき光硬化材料を透明高分子材料や光硬化型ゾル・ゲル材料等にすることで、直接光学素子の形成が可能である。また、例えばレジスト材料で微細構造体を形成することで、微細構造体を形成した形状転写型を製造することも可能となる。   In such a photocuring method using multiphoton absorption, it is known that a finer structure can be produced than the wavelength of irradiation laser light for curing, and a fine structure is produced by using the method of this embodiment. It is possible. At this time, a structure having an arbitrary height can be further formed at an arbitrary position by scanning with irradiation laser light and curing it while selectively moving the focal point. The movement of the condensing point can be easily realized by moving the substrate 1 by the moving stage 55 and using the galvano mirrors 53a and 53b, and it is easy to form a three-dimensional shape with a controlled height compared to other exposure methods. Become. At this time, an optical element can be directly formed by using a light curable material such as a transparent polymer material or a light curable sol / gel material. Further, for example, by forming a fine structure with a resist material, it is possible to manufacture a shape transfer mold in which the fine structure is formed.

本実施例の製造方法は、多光子吸収を利用した光硬化であるため、硬化用レーザ光に対して透明な材料中の任意の位置での光硬化が可能であり、非常にアスペクトの高い構造を作成することが可能である。
また、高さの制御は露光量や照射時間等で制御することが可能であり、これにより高精度な高さ制御が可能となる。
Since the manufacturing method of this embodiment is photocuring utilizing multiphoton absorption, it can be photocured at any position in a material transparent to the curing laser beam, and has a very high aspect structure. Can be created.
Further, the height can be controlled by the exposure amount, the irradiation time, and the like, thereby enabling highly accurate height control.

[実施例15]
次に第16の手段の光学素子の製造方法及び、第30の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
この製造方法では、実施例12〜14のいずれかの製造方法において、加工用のレーザ光は、パルス幅が10ピコ秒(ps)以下の超短パルスレーザとするものである。
例えば超短パルスレーザを実施例12、13に記載のレーザブレーション加工に用いた場合、光照射時の材料内部の熱伝導幅は片側で下記の(式6)に示される量となる。
L=√Dτ (式6)
ここで、Lは拡散距離、Dは熱拡散率、τは時間を示す。
また、下記の表1には代表的な材料と、その熱拡散率(D)を示し、表2には、その材料の上記(式6)で求めた片側熱拡散距離(熱拡散範囲)Lを示す。
[Example 15]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a fine structure according to a method for manufacturing an optical element of the sixteenth means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty means will be described.
In this manufacturing method, in the manufacturing method of any one of Examples 12 to 14, the laser beam for processing is an ultrashort pulse laser having a pulse width of 10 picoseconds (ps) or less.
For example, when an ultrashort pulse laser is used for the laser ablation processing described in Examples 12 and 13, the heat conduction width inside the material at the time of light irradiation is an amount represented by the following (Equation 6) on one side.
L = √Dτ (Formula 6)
Here, L is a diffusion distance, D is a thermal diffusivity, and τ is time.
Table 1 below shows typical materials and their thermal diffusivities (D), and Table 2 shows the one-side thermal diffusion distance (thermal diffusion range) L determined by the above (formula 6) of the materials. Indicates.

Figure 2007057622
Figure 2007057622

Figure 2007057622
Figure 2007057622

本実施例では、光学素子あるいは形状転写型の微細構造体の製造に超短パルスレーザを用いることで、例えばアルミニウム(Al)、ステンレススチール(SUS)等の金属材料加工を行った場合、熱伝導率が10オーダであり、10psで伝播範囲がnm程度となる金属以外の材料での熱伝播距離はほとんどそれ以下であることから、10ps以下とすることでnmオーダの精度での加工の実現が可能となる。これは可視光の波長である400〜800nmに対して十分に狭い熱影響範囲であり、サブ波長領域の加工に効果的であると言える。これがナノ秒(ns)オーダとなると拡散が大きく、加工形状変化により光学素子の機能低下につながる。 In this embodiment, when an ultra-short pulse laser is used for manufacturing an optical element or a shape transfer type microstructure, for example, when a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS) is processed, heat conduction is performed. The rate is 10 6 order, and the propagation distance of the material other than metal whose propagation range is about nm at 10 ps is almost less than that. Therefore, the processing with the accuracy of nm order is realized by setting it to 10 ps or less. Is possible. This is a heat influence range that is sufficiently narrow with respect to the visible light wavelength of 400 to 800 nm, and can be said to be effective for processing in the sub-wavelength region. When this is on the order of nanoseconds (ns), the diffusion is large, and the function of the optical element is lowered due to the change in the processing shape.

なお、実施例14の多光子吸収での光硬化の場合、単位時間当りのレーザ強度が高いことが望ましく(ピーク出力の高いレーザが望ましい)、その実現には、現在簡便に利用可能なレーザ光源としてTi:Sapphireレーザや短パルス出力可能な固体レーザが上げられる。これらレーザの代表的パルス幅は10ピコ秒以下程度であり、これらレーザ光を10ピコ秒以下とすることで、高精度な微細構造の光学素子や形状転写型を作製することが可能となる。この場合も熱伝播が少ないことから、高精度な構造を形成することが可能となる。
以上のように、本実施例では、実施例12〜14の手法の利点に加え、より高精度化した製造方法とすることができる。
In the case of photocuring with multiphoton absorption in Example 14, it is desirable that the laser intensity per unit time is high (a laser with a high peak output is desirable). Ti: Sapphire laser and solid laser capable of short pulse output. The typical pulse width of these lasers is about 10 picoseconds or less, and by setting these laser beams to 10 picoseconds or less, it becomes possible to manufacture optical elements and shape transfer molds with a high-precision fine structure. Also in this case, since there is little heat propagation, it becomes possible to form a highly accurate structure.
As described above, in this embodiment, in addition to the advantages of the methods of Embodiments 12 to 14, a more accurate manufacturing method can be obtained.

[実施例16]
次に第17の手段の光学素子の製造方法及び、第31の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法は、前述の実施例14の手法を改良して、より高精度に所望の形状の微細構造を形成できるようにしたものであり、基本的には図20に示すように、基板上に光硬化樹脂等の光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製するものである。
[Example 16]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a fine structure according to a method for manufacturing an optical element of the seventeenth means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-first means will be described.
The manufacturing method of the present embodiment is an improvement of the technique of the above-described embodiment 14 so that a microstructure with a desired shape can be formed with higher accuracy. Basically, as shown in FIG. A photoreactive material such as a photo-curing resin is applied on the substrate, the laser beam is condensed in the material, multiphoton absorption is caused only near the condensing point, and the condensing point is scanned on the substrate surface. This is a method of forming a fine structure on the substrate surface, and by changing the distance between the center of the focal point and the substrate surface during scanning, the height of the structure to be formed is changed to increase the spatial height. Structures having different sizes are produced.

具体的な製造方法の実施例を、図22〜24を用いて説明する。図22に示すように、レーザ光は、対物レンズ70によって集光し、基板1上に塗布されている光反応性材料60中にスポットを形成する。さらに、スポットを基板1に対して水平方向に走査することで、基板上の光反応性材料60の全面に渡って構造を作製する。この走査中に、構造物が所望の高さとなるように、スポットの基板表面からの距離を変化させる。これによって、例えば図23(a)のように集光点を基板1から遠ざけながら水平方向に移動させれば、図23(b)のように階段形状の構造体を作製することができる。
作製される構造物の高さの最大値がHであるとすると、集光点と基板との距離dは、
−H/2<d<H/2
の範囲でなければならない。なお、集光点が基板より下の位置に来ることも有りえる。
An example of a specific manufacturing method will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 22, the laser light is condensed by the objective lens 70 and forms a spot in the photoreactive material 60 applied on the substrate 1. Furthermore, by scanning the spot in the horizontal direction with respect to the substrate 1, a structure is manufactured over the entire surface of the photoreactive material 60 on the substrate. During this scanning, the distance of the spot from the substrate surface is changed so that the structure has a desired height. Accordingly, for example, if the condensing point is moved in the horizontal direction while moving away from the substrate 1 as shown in FIG. 23A, a staircase-shaped structure as shown in FIG. 23B can be produced.
If the maximum height of the structure to be fabricated is H, the distance d between the condensing point and the substrate is
-H / 2 <d <H / 2
Must be in the range. It should be noted that the condensing point may come to a position below the substrate.

図24を用いて本実施例のより具体的な製造方法を説明する。図24は本実施例の製造方法で用いる加工装置の一例を示しており、この装置は、光源であるレーザ装置61と、1/2波長板62、グラントムソンプリズム63、ミラー64、空間フィルター65、ガルバノミラー66、リレーレンズ67、ビームサンプラー68、結像レンズ69、対物レンズ70、ピエゾステージ71、基板1を載置する移動ステージ72、モニター用のCCD73などで構成されており、微細構造体を形成する基板1上には光反応性材料60が塗布されている。   A more specific manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 24 shows an example of a processing apparatus used in the manufacturing method of this embodiment. This apparatus includes a laser device 61 as a light source, a half-wave plate 62, a Glan-Thompson prism 63, a mirror 64, and a spatial filter 65. , A galvano mirror 66, a relay lens 67, a beam sampler 68, an imaging lens 69, an objective lens 70, a piezo stage 71, a moving stage 72 on which the substrate 1 is placed, a CCD 73 for monitoring, and the like. A photoreactive material 60 is applied on the substrate 1 on which is formed.

レーザ装置61より出されたレーザ光は1/2波長板62とグラントムソンプリズム63によって強度を最適に調整した後に、ミラー64を介して空間フィルター65によって強度分布の均一化、及びビーム径の調整がなされる。
レーザ装置61としては、瞬間的なピークパワーの強いパルスレーザが好ましく、Nd:YAGレーザや、Ti:Sapphireレーザなどを用いることが可能である。波長に関しては、光反応性材料60は紫外線によって反応する材料が多く、近赤外領域の波長を持つレーザ光が適している。レーザの強度調整には他に、偏光板を使用する方法や可変NDフィルターによって為す方法がある。また、レーザ光の強度調整や、空間フィルタ−65は有ったほうが好ましいが、必ず無くてはならないというわけではない。
The intensity of the laser light emitted from the laser device 61 is optimally adjusted by the half-wave plate 62 and the Glan-Thompson prism 63, and the intensity distribution is made uniform by the spatial filter 65 via the mirror 64, and the beam diameter is adjusted. Is made.
As the laser device 61, a pulse laser having a strong instantaneous peak power is preferable, and an Nd: YAG laser, a Ti: Sapphire laser, or the like can be used. Regarding the wavelength, most of the photoreactive material 60 reacts by ultraviolet rays, and laser light having a wavelength in the near infrared region is suitable. In addition to the laser intensity adjustment, there are a method using a polarizing plate and a method using a variable ND filter. Further, it is preferable to adjust the intensity of the laser beam and to have the spatial filter 65, but this is not always necessary.

その後、レーザ光は、ガルバノミラー66からなるスキャナーによって光路を変えられた後に、リレーレンズ67、ビームサンプラー68、結像レンズ69、対物レンズ70を通して基板1上の光反応性材料60中に集光される。集光点は、ピエゾステージ71によって基板垂直方向に位置を調整しながら、ガルバノミラー66の角度を変えることによって基板水平方向で走査される。   Thereafter, the optical path of the laser light is changed by a scanner including a galvanometer mirror 66, and then condensed into the photoreactive material 60 on the substrate 1 through the relay lens 67, the beam sampler 68, the imaging lens 69, and the objective lens 70. Is done. The condensing point is scanned in the horizontal direction of the substrate by changing the angle of the galvanometer mirror 66 while adjusting the position in the vertical direction of the substrate by the piezo stage 71.

対物レンズ70は、形成される構造物の水平方向分解能を上げるために、開口数(NA)が高いものを用いることが望ましい。
リレーレンズ67には、いわゆるfθレンズを用いることが好ましい。fθレンズを用いることによって、ガルバノミラー66だけを動かして基板水平内で走査したときに、基板垂直方向に集光位置がずれる現象を防ぐことができる。ただし、fθレンズを用いなくても、基板垂直方向の位置ずれをピエゾステージ71によって補正することも可能である。
As the objective lens 70, it is desirable to use a lens having a high numerical aperture (NA) in order to increase the horizontal resolution of the structure to be formed.
The relay lens 67 is preferably a so-called fθ lens. By using the fθ lens, when the galvano mirror 66 alone is moved and scanned in the horizontal direction of the substrate, it is possible to prevent a phenomenon that the condensing position shifts in the vertical direction of the substrate. However, the positional deviation in the substrate vertical direction can be corrected by the piezo stage 71 without using the fθ lens.

水平・垂直方向の移動には、基板1を移動ステージ72によって移動する方法でも良い。特に水平方向の移動として、移動ステージ72に、回転ステージと並進ステージを組み合わせた、いわゆるx・θステージを用いることもできる。x・θステージを用いることにより、連続的な動きにより基板面全体を走査することができるようになり、作製時間の短縮を図ることができる。
また、図24に示すように、光路にビームサンプラー68を設置することによって、CCD73に作製中の画像を取り込みモニタリングすることも可能である。
For the movement in the horizontal and vertical directions, a method of moving the substrate 1 by the moving stage 72 may be used. In particular, as the horizontal movement, a so-called x · θ stage in which a rotary stage and a translation stage are combined can be used as the moving stage 72. By using the x · θ stage, the entire substrate surface can be scanned by a continuous movement, and the manufacturing time can be shortened.
In addition, as shown in FIG. 24, by installing a beam sampler 68 in the optical path, it is possible to capture and monitor the image being produced in the CCD 73.

以上のようにして、材料中にレーザ光を集光し、集光点中心と基板表面との距離を変化させながら、集光点を基板水平方向に走査することがなされる。
これによって、図25(a)に示すような、基板1上に階段状の構造体2を周期的に配置した回折格子や、図25(b)に示すように、高さの異なる構造体2を空間的に配置して、2次元的に位相変調を行うことが可能な回折光学素子が作製される。
As described above, the laser beam is condensed into the material, and the focal point is scanned in the horizontal direction of the substrate while changing the distance between the focal point center and the substrate surface.
Accordingly, as shown in FIG. 25A, a diffraction grating in which step-like structures 2 are periodically arranged on the substrate 1, or structures 2 having different heights as shown in FIG. 25B. Are spatially arranged, and a diffractive optical element capable of performing two-dimensional phase modulation is manufactured.

回折光学素子の高さh(x,y)は、回折光学素子として使用する際に対象となる光の空間位相分布を変調するものであり、所望の位相変調量φ(x,y)に対応して以下のような関係式で決定される。   The height h (x, y) of the diffractive optical element modulates the spatial phase distribution of the target light when used as a diffractive optical element, and corresponds to a desired phase modulation amount φ (x, y). Thus, it is determined by the following relational expression.

(式7)
h(x,y)=[λ/(n−1)]×[φ(x,y)/2π]
h(x,y):任意の位置x,yにおける回折光学素子の高さ
φ(x,y):制御される光の任意の位置x,yにおける位相変調量
n:材質の屈折率
λ:回折光学素子として使用する際に対象となる光の波長
(Formula 7)
h (x, y) = [λ / (n−1)] × [φ (x, y) / 2π]
h (x, y): height of diffractive optical element at arbitrary position x, y φ (x, y): phase modulation amount at arbitrary position x, y of light to be controlled n: refractive index of material λ: Wavelength of light used as a diffractive optical element

位相変調量φ(x,y)は、いわゆる計算機合成ホログラムといった手法を用いることによって計算することが可能である。計算方法としては、反復フーリエ変換法やシミュレーテッドアニーリング法などがある。これらの計算方法に関してはそれぞれ非特許文献6、非特許文献7に詳しく記載されている。   The phase modulation amount φ (x, y) can be calculated by using a so-called computer-generated hologram. Examples of the calculation method include an iterative Fourier transform method and a simulated annealing method. These calculation methods are described in detail in Non-Patent Document 6 and Non-Patent Document 7, respectively.

反復フーリエ変換法は大きな画素数のホログラムもシミュレーテッドアニーリング法に対して短時間で計算できるため、より好ましい。反復フーリエ変換法によって計算した結果の一例を図10(a)に示す。図10(a)は計算によって算出された高さの2次元データを表しており、白い部分ほど高さが高いことを表している。このような構造を本実施例の製造方法によって作製することで、この構造に所定の波長を有するレーザ光を入射するとフラウンホーファー回折領域で図10(b)に示すようなレーザ光パターンを得ることができる。   The iterative Fourier transform method is more preferable because a hologram having a large number of pixels can be calculated in a shorter time than the simulated annealing method. An example of the result calculated by the iterative Fourier transform method is shown in FIG. FIG. 10A shows the two-dimensional data of the height calculated by calculation, and the white portion indicates that the height is higher. By producing such a structure by the manufacturing method of this embodiment, when a laser beam having a predetermined wavelength is incident on this structure, a laser beam pattern as shown in FIG. 10B is obtained in the Fraunhofer diffraction region. Can do.

構造体の作製に用いる光反応性材料60とは、光硬化性樹脂、レジスト材料、光硬化性を有する有機・無機ハイブリッド材料、などを指す。光反応性材料60として、所定の波長範囲に対して透明であることが望まれる。また、2光子または多光子吸収を利用するため、作製に用いるレーザ光の波長に対しては透明、あるいはほぼ透明であることが好ましい。また、レーザ光の照射後、光反応性材料の種類によっては、特定の後処理を実行することで所望の構造を得る。例えば、光硬化性樹脂を光反応性材料として用いる際には、レーザ光照射後に未硬化部分の樹脂を溶液で洗い流す、あるいは、レジスト材料を用いる際には、いわゆる現像と呼ばれる工程が必要となる。本実施例では、これら後処理工程も含めた回折光学素子の製造方法、あるいは回折光学素子用形状転写型の製造方法と考えることができるものである。   The photoreactive material 60 used for manufacturing the structure refers to a photocurable resin, a resist material, a photocurable organic / inorganic hybrid material, and the like. The photoreactive material 60 is desired to be transparent with respect to a predetermined wavelength range. Further, in order to utilize two-photon or multiphoton absorption, it is preferable that the wavelength of the laser beam used for the production is transparent or almost transparent. In addition, a desired structure is obtained by performing a specific post-treatment depending on the type of the photoreactive material after the laser light irradiation. For example, when a photocurable resin is used as a photoreactive material, an uncured portion of the resin is washed away with a solution after laser light irradiation, or when a resist material is used, a process called so-called development is required. . In this embodiment, it can be considered as a method for manufacturing a diffractive optical element including these post-processing steps or a method for manufacturing a shape transfer mold for a diffractive optical element.

作製された構造体は、それ自体を回折光学素子として用いても良いし、その構造を形状転写のための型として用いても良い。形状転写型として用いて複製を作製する方法としては、以下の(A)〜(C)のような方法が考えられる。   The fabricated structure itself may be used as a diffractive optical element, or the structure may be used as a mold for shape transfer. The following methods (A) to (C) are conceivable as methods for producing a replica using a shape transfer mold.

(A)図26に示す工程例のように、まず基板1上の光反応性材料60に前述の方法で微細構造体を作製する。次に、これを形状転写型として用い、作製された型をエッチングして削ることにより、基板1上に微細構造を転写して光学素子とする。このとき、エッチングはウェットエッチングでもドライエッチングでも可能であるが、より垂直にエッチングを行うためにはドライエッチングのほうが好ましい。 (A) As in the process example shown in FIG. 26, first, a microstructure is formed on the photoreactive material 60 on the substrate 1 by the method described above. Next, this is used as a shape transfer mold, and the produced mold is etched and cut to transfer the fine structure onto the substrate 1 to obtain an optical element. At this time, the etching can be either wet etching or dry etching, but dry etching is more preferable in order to perform etching more vertically.

(B)図27に示す工程例のように、まず基板1上の光反応性材料60に前述の方法で微細構造体を作製する。次に、これを形状転写型として用い、作製された型に、樹脂80などの光学材料を流し込み成形し、離型することで微細構造を有する光学素子の複製品を作り出す。 (B) As in the process example shown in FIG. 27, a microstructure is first formed on the photoreactive material 60 on the substrate 1 by the method described above. Next, using this as a shape transfer mold, an optical material such as resin 80 is poured into the produced mold, and the mold is released to produce a replica of the optical element having a fine structure.

(C)図28に示す工程例のように、まず基板1上の光反応性材料60に前述の方法で微細構造体を作製する。次に、これを形状転写型として用い、作製された型に金属膜81を蒸着する。次に金属膜81を蒸着した型を電鋳し、微細構造を転写した金属の型82を新たに作り出す。さらに、この金属型82を新たな形状転写型として用い、この型82に樹脂80などの光学材料を流し込み成形し、離型することで微細構造を有する光学素子の複製品を作り出す。 (C) As in the process example shown in FIG. 28, a microstructure is first formed on the photoreactive material 60 on the substrate 1 by the method described above. Next, using this as a shape transfer mold, a metal film 81 is deposited on the produced mold. Next, a mold on which the metal film 81 is deposited is electroformed, and a metal mold 82 having a fine structure transferred thereon is newly created. Further, the metal mold 82 is used as a new shape transfer mold, and an optical material such as a resin 80 is poured into the mold 82 and molded, and then released to produce a replica of the optical element having a fine structure.

以上の(A)〜(C)のような方法で微細構造を転写した光学素子を得ることができるが、形状転写型としての用い方はこれらに限定されるわけではない。   An optical element to which a fine structure is transferred can be obtained by the methods (A) to (C) described above, but the usage as a shape transfer mold is not limited to these.

[実施例17]
次に第18の手段の光学素子の製造方法及び、第32の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16の製造方法に加え、レーザ光を照射中、レーザ光のパワー及び、集光点を走査するスピードは略一定とするものである。
すなわち、実施例16で述べた構造体の作製時には、レーザ光の強度は精密に一定に保たれていることが好ましく、レーザ光の強度は常にモニタリングされていることが望ましい。このため、本実施例で用いる加工装置では、図29に示すように、図24の加工装置を改良し、レーザ光の一部をハーフミラー75等で取り出して光量をフォトダイオード76でモニタリングし、その結果を1/2波長板62の回転ステージ・コントローラ74へフィードバックすることで、光量の調整を行いながら素子の作製を行うことができるようにした。
[Example 17]
Next, an embodiment of a manufacturing method of a fine structure according to the manufacturing method of the optical element of the eighteenth means and the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-second means will be described.
In the manufacturing method of the present embodiment, in addition to the manufacturing method of the above-described embodiment 16, the power of the laser beam and the scanning speed of the condensing point are made substantially constant during the irradiation with the laser beam.
That is, at the time of manufacturing the structure described in Example 16, it is preferable that the intensity of the laser beam be kept precisely constant, and it is desirable that the intensity of the laser beam be constantly monitored. For this reason, in the processing apparatus used in this embodiment, as shown in FIG. 29, the processing apparatus of FIG. 24 is improved, a part of the laser light is taken out by the half mirror 75 and the light quantity is monitored by the photodiode 76, The result is fed back to the rotary stage controller 74 of the half-wave plate 62 so that the device can be manufactured while adjusting the light amount.

このように、本実施例では、実施例16の製造方法に加え、レーザ光の強度及び走査スピードを一定に保つことで、同じ高さの構造物を正確に作製することが可能となる。これによって集光点と基板との距離が作製する構造物の高さと正確に対応することになる。この対応関係は以下のようにして表すことができる。
一回の走査で作製される構造物の高さの最大値がHであるとき、集光点と基板との距離はH/2である。集光点と基板との距離をdとしたとき、形成される構造物の高さhは、
h=H/2+d (ただし、−H/2<d<H/2であるとき)
となる。
As described above, in this embodiment, in addition to the manufacturing method of Embodiment 16, it is possible to accurately manufacture a structure having the same height by keeping the laser beam intensity and scanning speed constant. As a result, the distance between the focal point and the substrate accurately corresponds to the height of the structure to be fabricated. This correspondence can be expressed as follows.
When the maximum value of the height of the structure manufactured by one scan is H, the distance between the condensing point and the substrate is H / 2. When the distance between the focal point and the substrate is d, the height h of the structure to be formed is
h = H / 2 + d (when -H / 2 <d <H / 2)
It becomes.

ここで、回折光学素子は面内で相対的な高さのみが特性に影響をおよぼすので、本実施例の方法で作製する際には、集光点と基板との距離dの場所による変化のみが特性に影響をおよぼす。
すなわち、一回の走査で作製される構造物の高さの最大値Hに関係なく所望の特性を有する回折光学素子を作製することが可能となる。
Hの値は周辺の温度や湿度など環境要因によって変化するため再現しにくい値であるが、本実施例の方法では、Hの値の影響を受けないためより環境変化に対して有利な製造方法である。
Here, since the diffractive optical element affects only the relative height in the plane, the characteristics of the diffractive optical element affect the characteristics. Therefore, when the diffractive optical element is manufactured by the method of this embodiment, only the change due to the location of the distance d between the condensing point and the substrate can be obtained. Affects the properties.
That is, it becomes possible to manufacture a diffractive optical element having desired characteristics regardless of the maximum height H of the structure manufactured by one scan.
The value of H is a value that is difficult to reproduce because it changes depending on environmental factors such as ambient temperature and humidity. However, the method of this embodiment is not affected by the value of H, and is more advantageous for environmental changes. It is.

[実施例18]
次に第19の手段の光学素子の製造方法及び、第33の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16または17の製造方法に加え、レーザ光を照射中、基板と集光点との位置は常にモニタリングされており、モニタリングの結果から集光点の位置を調整するようにしたものである。
基板1と集光点との距離を計測する手段としては、一般的に用いられているいわゆるオートフォーカスシステムを利用することができる。これには、例えば図30に示すように、図29の加工装置の対物レンズ70にレーザ測距計77等を取り付け、基板表面との距離を計測する方法などを用いることができる。
そして、レーザ測距計77で基板1と集光点との距離を測定しながら、基板垂直方向への集光点移動量へその結果をフィードバックすることにより、基板1の反りやうねりの影響を受けず、より精度の高い回折光学素子、あるいは光学素子用形状転写型の作製が可能となる。
[Example 18]
Next, an embodiment of a manufacturing method of a fine structure according to the manufacturing method of the optical element of the nineteenth means and the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements of the thirty-third means will be described.
In the manufacturing method of this example, in addition to the manufacturing method of Example 16 or 17 described above, the position of the substrate and the condensing point is constantly monitored during irradiation with the laser beam. The position is adjusted.
As a means for measuring the distance between the substrate 1 and the focal point, a so-called autofocus system that is generally used can be used. For example, as shown in FIG. 30, a method of measuring a distance from the substrate surface by attaching a laser range finder 77 or the like to the objective lens 70 of the processing apparatus of FIG. 29 can be used.
Then, while measuring the distance between the substrate 1 and the condensing point with the laser range finder 77, by feeding back the result to the moving amount of the condensing point in the vertical direction of the substrate, the influence of the warp and undulation of the substrate 1 is obtained. Accordingly, it becomes possible to manufacture a diffractive optical element or a shape transfer mold for an optical element with higher accuracy.

[実施例19]
次に第20の手段の光学素子の製造方法及び、第34の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16〜18のいずれかの製造方法に加え、パルス幅が1ps以下である、いわゆる超短パルスレーザを光源として用いるものである。
すなわち、作製に用いるレーザ光としては、短いパルス幅を持つレーザ光が適しており、特に一般的に入手が比較的容易である、パルス幅が1psのいわゆるフェムト秒パルスレーザを用いることが望ましい。そして、このような超短パルスレーザを光源として用いることにより、より低いパワーで構造を作製することが可能となる。これによって、高強度のレーザ光を集光することによって生じる、バブルの発生や、構造のアブレーションによる破壊を避けることができる。
[Example 19]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a fine structure according to a method for manufacturing an optical element of the twentieth means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-fourth means will be described.
In the manufacturing method of this embodiment, a so-called ultrashort pulse laser having a pulse width of 1 ps or less is used as a light source in addition to the manufacturing method of any of the above-described embodiments 16-18.
That is, a laser beam having a short pulse width is suitable as a laser beam used for manufacturing, and it is desirable to use a so-called femtosecond pulse laser having a pulse width of 1 ps, which is generally relatively easy to obtain. By using such an ultrashort pulse laser as a light source, a structure can be manufactured with lower power. As a result, it is possible to avoid the generation of bubbles and the destruction due to the ablation of the structure caused by condensing high-intensity laser light.

[実施例20]
次に第21の手段の光学素子の製造方法及び、第35の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16〜19のいずれかの製造方法に加え、光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用するものである。このように集光手段として液浸対物レンズを利用することにより、水平方向分解能がより細かい構造を作製することができる。
[Example 20]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a fine structure according to a method for manufacturing an optical element of the twenty-first means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-fifth means will be described.
In the manufacturing method of the present embodiment, an immersion objective lens is used as means for condensing laser light in the photoreactive material, in addition to the manufacturing method of any of the above-described embodiments 16-19. In this way, by using the immersion objective lens as the light condensing means, a structure with a finer horizontal resolution can be produced.

[実施例21]
次に第22、第23の手段の光学素子の製造方法及び、第36、第37の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16〜20のいずれかの製造方法に加え、平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたものであり、さらには、光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されるようにしたものである。
[Example 21]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a microstructure according to a method for manufacturing an optical element of the twenty-second and twenty-third means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-sixth and thirty-seventh means will be described. .
In the manufacturing method of the present embodiment, in addition to the manufacturing method of any of the above-described embodiments 16 to 20, the pitch of the structure to be manufactured in at least a part of the plane (the minimum distance width between the structure and the structure) In addition, the structure is formed at an equal pitch in a region functioning as an optical element.

前述の実施例16〜20の製造方法においては、レーザ光の集光点を水平方向に走査する際に、集光点の水平方向移動量に対して、1回の走査で形成される構造の幅が小さいとき、構造体の間に溝ができ図31(b)に示すような構造となる。このような溝が存在することにより、不要な回折光が生じ、回折効率が低下する不具合が生じる。
これに対して、本実施例の製造方法においては、平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことにより、作製する構造のピッチが使用する波長より細かい構造となっている。
このような構造では周期的なピッチ構造が存在していても回折光は生じないが、入射光の位相分布を変化させることが可能である。
すなわち、本実施例の製造方法では、作製される構造のピッチが波長より細かい構造となっており、これによって作製時に構造体の間に溝が存在しても、不要な回折光が生じることなく所望の機能を得ることが可能な回折光学素子あるいは光学素子用形状転写型を作製することができる。
In the manufacturing methods of Examples 16 to 20 described above, when the condensing point of the laser beam is scanned in the horizontal direction, the structure formed by one scan with respect to the horizontal movement amount of the condensing point. When the width is small, a groove is formed between the structures, resulting in a structure as shown in FIG. Due to the presence of such grooves, unnecessary diffracted light is generated, resulting in a problem that the diffraction efficiency is lowered.
On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, the structure to be manufactured by setting the pitch (the minimum distance width between the structure and the structure) of the structure to be manufactured in at least a part of the plane to be equal to or less than the wavelength. The pitch is smaller than the wavelength used.
In such a structure, even if a periodic pitch structure exists, no diffracted light is generated, but the phase distribution of incident light can be changed.
That is, in the manufacturing method of this example, the pitch of the structure to be manufactured is a structure smaller than the wavelength, and thus, even if a groove exists between the structures at the time of manufacturing, unnecessary diffracted light is not generated. A diffractive optical element capable of obtaining a desired function or a shape transfer mold for an optical element can be produced.

なお、上記の製造方法では、特に集光するレーザ光の強度が等しく、走査スピードが等しいとき、作製される構造体の幅は常に一定となるため、ピッチが異なるいわゆるデューティー比が変化する。デューティー比が変化することによって、有効屈折率が変化するため作製する構造の高さに補正が必要となる。
そこで、より簡易に高さのみによって回折光学素子の機能を制御するために、本実施例では、光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されるようにしている。
In the above manufacturing method, particularly when the intensity of the focused laser beam is the same and the scanning speed is the same, the width of the structure to be manufactured is always constant, and so-called duty ratios with different pitches change. When the duty ratio changes, the effective refractive index changes, so that the height of the structure to be manufactured needs to be corrected.
Therefore, in order to more easily control the function of the diffractive optical element only by the height, in this embodiment, the structure is manufactured at an equal pitch in the region functioning as the optical element.

作製する構造の一例としては、例えば図33に示すような構造とする。ここで、構造は面内のある方向に等ピッチで形成されており、そのピッチは対象となる波長より短く、望ましくは波長の半分以下である。
波長800nmの近赤外領域のレーザ光による2光子吸収の光硬化によって、幅200nm以下の構造を作製することが可能であることが知られており、このような構造は本実施例の製造方法によって形成可能である。
As an example of the structure to be manufactured, for example, a structure shown in FIG. 33 is used. Here, the structure is formed at an equal pitch in a certain direction in the plane, and the pitch is shorter than the target wavelength, and preferably less than half of the wavelength.
It is known that a structure having a width of 200 nm or less can be produced by two-photon absorption photocuring with a laser beam in the near-infrared region having a wavelength of 800 nm. Such a structure is the manufacturing method of this embodiment. Can be formed.

[実施例22]
次に第24の手段の光学素子の製造方法及び、第38の手段の光学素子用形状転写型の製造方法に係る、微細構造体の製造方法の一実施例を説明する。
本実施例の製造方法では、前述の実施例16〜21のいずれかの製造方法において、前記構造物を、少なくとも一部に曲面を有している構造体の上に形成するようにしたものである。
[Example 22]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a fine structure according to a method for manufacturing an optical element of the twenty-fourth means and a method for manufacturing a shape transfer mold for optical elements of the thirty-eighth means will be described.
In the manufacturing method of this embodiment, the structure is formed on a structure having a curved surface at least partially in the manufacturing method of any of the above-described embodiments 16 to 21. is there.

実施例16〜21の製造方法では、曲面上に構造体を作製することが可能であり、これは、あらかじめ基板の曲面データを測定するか、あるいは基板表面との距離を計測しながら作製を行うことで、基板面の情報を垂直方向に集光点を移動させる際に入力し、補正することで可能となる。曲面上の構造としては、例えば図34のような構造が考えられるが、より具体的には、実施例7で述べたようなレンズ4上に微細構造体2を形成したものがあり、これは基板にレンズ4を用い、実施例16〜21の製造方法でレンズ4の曲面に微細構造体2を形成することにより実現することができる。   In the manufacturing methods of Examples 16 to 21, it is possible to produce a structure on a curved surface, which is produced by measuring the curved surface data of the substrate in advance or measuring the distance from the substrate surface. Thus, the information on the substrate surface can be input and corrected when the condensing point is moved in the vertical direction. As a structure on the curved surface, for example, a structure as shown in FIG. 34 is conceivable. More specifically, there is a structure in which the fine structure 2 is formed on the lens 4 as described in the seventh embodiment. This can be realized by using the lens 4 for the substrate and forming the fine structure 2 on the curved surface of the lens 4 by the manufacturing methods of Examples 16-21.

このように、本実施例では曲面に微細構造体を形成することにより、球面レンズ上に構造体を作製して非球面化をしたり、回折格子を作製してレンズの色収差補正機能を追加したり、などの複合機能を有する光学素子、あるいはその形状転写型を作製することが可能となる。また、この形状転写型を用いて光学素子を複製することにより、複合機能を有する光学素子を安価に提供することができる。   In this way, in this embodiment, a fine structure is formed on the curved surface, so that the structure is made aspherical on the spherical lens, or a diffraction grating is made to add a lens chromatic aberration correction function. It is possible to produce an optical element having a composite function such as or a shape transfer mold thereof. Moreover, by replicating an optical element using this shape transfer mold, an optical element having a composite function can be provided at a low cost.

本発明の一実施例を示す光学素子の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the optical element which shows one Example of this invention. 本発明に係る光学素子の微細構造による回折作用の説明図である。It is explanatory drawing of the diffraction effect | action by the fine structure of the optical element which concerns on this invention. 本発明の別の実施例を示す光学素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the optical element which shows another Example of this invention. 本発明に係る光学素子の微細構造の形状例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of the microstructure of the optical element which concerns on this invention. 本発明の別の実施例を示す光学素子の構成説明図である。It is a structure explanatory drawing of the optical element which shows another Example of this invention. 本発明の別の実施例を示す光学素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the optical element which shows another Example of this invention. 本発明の別の実施例を示す光学素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the optical element which shows another Example of this invention. 図7に示す光学素子の作製方法の一例を示す工程説明図である。It is process explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the optical element shown in FIG. 本発明の別の実施例を示す光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element which shows another Example of this invention. (a)は反復フーリエ変換法によって計算した微細構造の高さの2次元データを表す図、(b)は(a)の構造を本発明の製造方法によって作製し、この構造に所定の波長を有するレーザ光を入射したときにフラウンホーファー回折領域(ファーフィールド)で得られるレーザ光パターンを表す図である。(A) is a figure showing the two-dimensional data of the height of the fine structure calculated by the iterative Fourier transform method, (b) is the structure of (a) produced by the manufacturing method of the present invention, and a predetermined wavelength is given to this structure. It is a figure showing the laser beam pattern obtained in the Fraunhofer diffraction area | region (far field) when the laser beam which has is incident. 本発明の別の実施例を示す光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element which shows another Example of this invention. 微細構造の作製に用いられる加工装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the processing apparatus used for preparation of a fine structure. (a)は図12に示す装置における波長板回転角とレジストへの入射光強度の関係を示す図、(b)はレーザ強度比とレジストへの入射光強度の関係を示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the wavelength plate rotation angle in the apparatus shown in FIG. 12, and the incident light intensity to a resist, (b) is a figure which shows the relationship between a laser intensity ratio and the incident light intensity to a resist. レジストで形成した微細構造を基板に転写する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method to transcribe | transfer the fine structure formed with the resist to a board | substrate. 微細構造の作製に用いられる加工装置の別の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the processing apparatus used for preparation of a fine structure. レーザの入射光強度による加工形状変化を示す図である。It is a figure which shows the process shape change by the incident light intensity of a laser. レーザブレーション加工法を用いて微細構造を作製する方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of producing a fine structure using a laser ablation processing method. 微細構造の形状転写型を作製して光学素子の複製を作製する製造方法の一例を示す工程説明図である。It is process explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method which produces the shape transfer type | mold of a microstructure and produces the replica of an optical element. 微細構造の作製に用いられる加工装置の別の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the processing apparatus used for preparation of a fine structure. 本発明に係る微細構造の作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the microstructure which concerns on this invention. 従来の作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional preparation methods. 本発明に係る微細構造の作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the microstructure which concerns on this invention. 本発明に係る微細構造の作製方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the microstructure which concerns on this invention. 微細構造の作製に用いられる加工装置の別の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the processing apparatus used for preparation of a fine structure. 本発明に係る製造方法で作製される微細構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fine structure produced with the manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係る方法で作製した微細構造を形状転写型として用いて複製を作製する方法の一例を示す工程説明図である。It is process explanatory drawing which shows an example of the method of producing a replica using the microstructure produced with the method concerning this invention as a shape transfer type | mold. 本発明に係る方法で作製した微細構造を形状転写型として用いて複製を作製する方法の別の例を示す工程説明図である。It is process explanatory drawing which shows another example of the method of producing a replica using the microstructure produced with the method which concerns on this invention as a shape transfer type | mold. 本発明に係る方法で作製した微細構造を形状転写型として用いて複製を作製する方法の別の例を示す工程説明図である。It is process explanatory drawing which shows another example of the method of producing a replica using the microstructure produced with the method which concerns on this invention as a shape transfer type | mold. 微細構造の作製に用いられる加工装置の別の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of the processing apparatus used for preparation of a fine structure. 図29の加工装置の対物レンズにレーザ測距計を取り付け、基板表面との距離を計測する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of attaching a laser rangefinder to the objective lens of the processing apparatus of FIG. 29, and measuring the distance with a substrate surface. 本発明の作製方法で作製された回折光学素子による回折の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the diffraction by the diffractive optical element produced with the preparation method of this invention. 不適切な形状の微細構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the microstructure of an inappropriate shape. 波長より短く等ピッチな微細構造体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fine structure which is shorter than a wavelength and is equal pitch. 曲面に形成された微細構造体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fine structure formed in the curved surface. 従来の位相変調型サブ波長素子の微細構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fine structure of the conventional phase modulation type | mold subwavelength element. 従来の高さが同一で等ピッチの微細構造の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional fine structure with the same pitch and equal pitch. 従来の微細構造におけるフィルファクターと有効屈折率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fill factor and effective refractive index in the conventional fine structure. 従来の高さが同一で幅が異なる微細構造の説明図である。It is explanatory drawing of the fine structure from which the conventional height is the same and from which width differs. 干渉露光を行う場合の位置と光強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position in the case of performing interference exposure, and light intensity.

符号の説明Explanation of symbols

1:基板
2:微細構造体
3:セル(領域)
4:レンズ
5:レジスト
11,21,51,61:レーザ装置
12,24,52,65:空間フィルター
13,22,62:1/2波長板
14:無偏光ビームスプリッタ
15a,15b:ミラー
16,29,56:コントローラ
17,30:回転ステージ
23:グランレーザプリズム
25,64:ミラー
26:マスク
27:回折格子
28,54:レンズ
31,55,72:移動ステージ
40:積層薄膜構造体
41:吸収層
42:透過層
43:金属膜
44:金型(形状転写型)
45:光学素子
53,66:ガルバノミラー
56:光硬化樹脂
60:光反応性材料
63:グラントムソンプリズム
67:リレーレンズ
68:ビームサンプラー
69:結像レンズ
70:対物レンズ
71:ピエゾステージ
73:CCD
74:回転ステージ・コントローラ
75:ハーフミラー
76:フォトダイオード
77:レーザ測距計
80:樹脂
81:金属膜
82:金型(形状転写型)
1: Substrate 2: Fine structure 3: Cell (region)
4: Lens 5: Resist 11, 21, 51, 61: Laser device 12, 24, 52, 65: Spatial filter 13, 22, 62: 1/2 wavelength plate 14: Non-polarizing beam splitter 15a, 15b: Mirror 16, 29, 56: Controller 17, 30: Rotary stage 23: Glan laser prism 25, 64: Mirror 26: Mask 27: Diffraction grating 28, 54: Lens 31, 55, 72: Moving stage 40: Multilayer thin film structure 41: Absorption Layer 42: Transmission layer 43: Metal film 44: Mold (shape transfer mold)
45: Optical element 53, 66: Galvano mirror 56: Photocurable resin 60: Photoreactive material 63: Glan-Thompson prism 67: Relay lens 68: Beam sampler 69: Imaging lens 70: Objective lens 71: Piezo stage 73: CCD
74: Rotary stage controller 75: Half mirror 76: Photo diode 77: Laser range finder 80: Resin 81: Metal film 82: Mold (shape transfer type)

Claims (40)

微細構造を有する光学素子であって、
少なくとも一部の構造体の高さを空間的に変調させることにより透過光の位相を変化せしめることを特徴とする光学素子。
An optical element having a microstructure,
An optical element characterized in that the phase of transmitted light is changed by spatially modulating the height of at least some of the structures.
請求項1記載の光学素子において、
使用する光の波長よりも微細な構造を有することを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 1, wherein
An optical element having a structure finer than the wavelength of light to be used.
請求項2記載の光学素子において、
使用する光の波長をλ、入射角をθ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、前記構造体の周期が、λ/(n1sinθ+n2)以下であることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 2, wherein
When the wavelength of the light used is λ, the incident angle is θ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2, the period of the structure is λ / (n1sinθ + n2) or less. An optical element.
請求項2または3記載の光学素子において、
使用する光の波長をλ、入射媒体の屈折率をn1、構造体の屈折率をn2とした場合、構造体の高さの差Δhが、
Δh=2√2λ×√(n1^2+n2^2)/(n1+n2)^2
の近傍とすることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 2 or 3,
When the wavelength of the light used is λ, the refractive index of the incident medium is n1, and the refractive index of the structure is n2, the difference in height Δh of the structure is
Δh = 2√2λ × √ (n1 ^ 2 + n2 ^ 2) / (n1 + n2) ^ 2
An optical element characterized by being in the vicinity of.
請求項1〜4のいずれか一つに記載の光学素子において、
前記微細構造が同一周期の概矩形格子あるいは柱状構造もしくは多段構造であることを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 1-4,
An optical element characterized in that the fine structure is a substantially rectangular lattice, a columnar structure or a multistage structure having the same period.
請求項2〜5のいずれか一つに記載の光学素子において、
使用する波長以下の微細構造が複数の領域に分割されており、該領域内の構造が同一ピッチ、同一高さであることを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 2-5,
An optical element, wherein a fine structure having a wavelength shorter than a wavelength to be used is divided into a plurality of regions, and the structures in the regions have the same pitch and the same height.
請求項1〜6のいずれか一つに記載の光学素子において、
前記微細構造が素子の両面に形成されていることを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 1-6,
An optical element, wherein the fine structure is formed on both surfaces of the element.
請求項1〜7のいずれか一つに記載の光学素子において、
前記微細構造が曲面上に形成されていることを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 1-7,
An optical element, wherein the fine structure is formed on a curved surface.
請求項2〜8のいずれか一つに記載の光学素子において、
波長以下の構造体により入射光の位相が変調され、該入射光の少なくとも一部が集光されることを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 2-8,
An optical element, wherein the phase of incident light is modulated by a structure having a wavelength equal to or less than a wavelength, and at least a part of the incident light is collected.
請求項2〜8のいずれか一つに記載の光学素子において、
波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光のビームを整形することを特徴とする光学素子。
In the optical element as described in any one of Claims 2-8,
An optical element characterized by shaping a beam of transmitted light by modulating a phase of incident light by a structure having a wavelength or less.
請求項2〜9のいずれか一つに記載の光学素子において、
少なくとも一面に設けられた波長以下の構造体により入射光の位相が変調されることにより、透過光の収差を補正することを特徴とする光学素子。
The optical element according to any one of claims 2 to 9,
An optical element characterized in that the aberration of transmitted light is corrected by modulating the phase of incident light by a structure having a wavelength shorter than that provided on at least one surface.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際の製造方法において、
レーザの干渉により構造を形成するレーザ干渉露光法を用い、干渉光強度変調手段により干渉光強度を変調することにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method at the time of manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11,
Using a laser interference exposure method in which a structure is formed by laser interference, the height of the structure is spatially modulated by modulating the intensity of interference light by means of interference light intensity modulation, and a fine structure is formed. A method for manufacturing an optical element.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際の製造方法において、
レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光を干渉させ、さらに干渉光強度変調手段により干渉強度を変調するとにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method at the time of manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11,
Using the laser ablation method that forms a fine structure by the laser ablation method, the processing laser beam is made to interfere, and the interference intensity is modulated by the interference light intensity modulation means to spatially modulate the height of the structure. A method for producing an optical element, characterized by forming a fine structure.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際の製造方法において、
レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光に対して透過性を示す薄膜と吸収性を示す薄膜を積層した構造体に対して加工用レーザ光を照射し、薄膜を空間選択的に除去することにより、微細構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method at the time of manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11,
Using a laser ablation method that forms a fine structure by the laser ablation method, a processing laser beam is applied to a structure in which a thin film that shows transparency and a thin film that absorbs laser light are laminated. A method of manufacturing an optical element, wherein a fine structure is formed by irradiation and spatially removing a thin film.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際の製造方法において、
光を集光して集光点近傍において材料を硬化して構造を形成する光硬化方式を用い、照射レーザ光の多光子吸収により構造を形成し、かつ構造体の高さを変調することにより、微細構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method at the time of manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11,
By using a photo-curing method that condenses light and cures the material in the vicinity of the focal point to form a structure, forms the structure by multiphoton absorption of the irradiated laser light, and modulates the height of the structure A method for producing an optical element, characterized by forming a fine structure.
請求項13〜15のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
加工用のレーザ光は、パルス幅が10ピコ秒以下である超短パルスレーザであることを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element according to any one of claims 13 to 15,
The method of manufacturing an optical element, wherein the laser beam for processing is an ultrashort pulse laser having a pulse width of 10 picoseconds or less.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際の製造方法において、
基板上に光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method at the time of manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11,
A photoreactive material is applied on the substrate, the laser beam is condensed in the material, multi-photon absorption is caused only near the condensing point, and the condensing point is scanned on the substrate surface to thereby form the substrate surface. This is a method of forming a fine structure. By changing the distance between the center of the focal point and the substrate surface during scanning, the height of the structure to be formed is changed, and structures with spatially different heights are created. A method for manufacturing an optical element, characterized by being manufactured.
請求項17記載の光学素子の製造方法において、
前記レーザ光を照射中、レーザ光のパワーおよび、集光点を走査するスピードは略一定とすることを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element according to claim 17,
During the irradiation with the laser beam, the power of the laser beam and the scanning speed of the condensing point are substantially constant.
請求項17または18記載の光学素子の製造方法において、
前記レーザ光を照射中、基板と集光点との位置は常にモニタリングされており、モニタリングの結果から集光点の位置を調整することを特徴とする光学素子の製造方法。
The method of manufacturing an optical element according to claim 17 or 18,
During the irradiation with the laser beam, the position between the substrate and the focal point is constantly monitored, and the position of the focal point is adjusted based on the monitoring result.
請求項17〜19のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
前記レーザ光が超短パルスレーザ光であることを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element as described in any one of Claims 17-19,
The method of manufacturing an optical element, wherein the laser beam is an ultrashort pulse laser beam.
請求項17〜20のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
前記光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element as described in any one of Claims 17-20,
An optical element manufacturing method using an immersion objective lens as means for condensing laser light in the photoreactive material.
請求項17〜21のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element as described in any one of Claims 17-21,
A method of manufacturing an optical element, wherein a pitch of a structure to be manufactured in at least a part of a plane (a minimum distance width between the structure and the structure) is set to a wavelength or less.
請求項22記載の光学素子の製造方法において、
光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されることを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element according to claim 22,
A method of manufacturing an optical element, wherein the structure is manufactured at an equal pitch in a region functioning as an optical element.
請求項17〜23のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法において、
前記構造物を、少なくとも一部に曲面を有している構造体の上に形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the manufacturing method of the optical element as described in any one of Claims 17-23,
A method of manufacturing an optical element, wherein the structure is formed on a structure having a curved surface at least partially.
請求項12〜24のいずれか一つに記載の光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。   An optical element manufactured by the method for manufacturing an optical element according to any one of claims 12 to 24. 請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、
レーザの干渉により構造を形成するレーザ干渉露光法を用い、干渉光強度変調手段により干渉光強度を変調することにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements which is used when manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11 and transfers the fine structure,
Using a laser interference exposure method in which a structure is formed by laser interference, the height of the structure is spatially modulated by modulating the intensity of interference light by means of interference light intensity modulation, and a fine structure is formed. Manufacturing method of shape transfer mold for optical element.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、
レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光を干渉させ、さらに干渉光強度変調手段により干渉強度を変調するとにより空間的に構造の高さを変調させ、微細構造を形成することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements which is used when manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11 and transfers the fine structure,
Using the laser ablation method that forms a fine structure by the laser ablation method, the processing laser beam is made to interfere, and the interference intensity is modulated by the interference light intensity modulation means to spatially modulate the height of the structure. A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein a fine structure is formed.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、
レーザブレーション法により微細な構造を形成するレーザブレーション加工法を用い、加工用レーザ光に対して透過性を示す薄膜と吸収性を示す薄膜を積層した構造体に対して加工用レーザ光を照射し、薄膜を空間選択的に除去することにより、微細構造を形成することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements which is used when manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11 and transfers the fine structure,
Using a laser ablation method that forms a fine structure by the laser ablation method, a processing laser beam is applied to a structure in which a thin film that shows transparency and a thin film that absorbs laser light are laminated. A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein a fine structure is formed by irradiation and spatially removing a thin film.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、
光を集光して集光点近傍において材料を硬化して構造を形成する光硬化方式を用い、照射レーザ光の多光子吸収により構造を形成し、かつ構造体の高さを変調することにより、微細構造を形成することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements which is used when manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11 and transfers the fine structure,
By using a photo-curing method that condenses light and cures the material in the vicinity of the focal point to form a structure, forms the structure by multiphoton absorption of the irradiated laser light, and modulates the height of the structure A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein a fine structure is formed.
請求項26〜29のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
加工用のレーザ光は、パルス幅が10ピコ秒以下である極短パルスレーザであることを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements according to any one of claims 26 to 29,
The method of manufacturing a shape transfer mold for an optical element, wherein the processing laser light is an ultrashort pulse laser having a pulse width of 10 picoseconds or less.
請求項1〜11のいずれか一つに記載の光学素子を製造する際に用いられ、前記微細構造を転写する光学素子用形状転写型の製造方法において、
基板上に光反応性材料を塗布し、前記材料中にレーザ光を集光して集光点近傍でのみ多光子吸収を起こし、集光点を基板面上で走査することで基板面上に微細構造を形成せしめる方法であり、走査中に集光点中心と基板表面との距離を変化させることで、形成される構造体の高さを変化させ、空間的に高さの異なる構造体を作製することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements which is used when manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 11 and transfers the fine structure,
A photoreactive material is applied on the substrate, the laser beam is condensed in the material, multi-photon absorption is caused only near the condensing point, and the condensing point is scanned on the substrate surface to thereby form the substrate surface. This is a method of forming a fine structure. By changing the distance between the center of the focal point and the substrate surface during scanning, the height of the structure to be formed is changed, and structures with spatially different heights are created. A method for producing a shape transfer mold for an optical element, characterized by comprising:
請求項31記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
前記レーザ光を照射中、レーザ光のパワーおよび、集光点を走査するスピードは略一定とすることを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer type for optical elements according to claim 31,
A method of manufacturing a shape transfer mold for an optical element, wherein the power of the laser light and the scanning speed of the condensing point are substantially constant during the irradiation with the laser light.
請求項31または32記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
前記レーザ光を照射中、基板と集光点との位置は常にモニタリングされており、モニタリングの結果から集光点の位置を調整することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transcription type for optical elements according to claim 31 or 32,
During the irradiation with the laser light, the position of the substrate and the focal point is always monitored, and the position of the focal point is adjusted based on the monitoring result.
請求項31〜33のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
前記レーザ光が超短パルスレーザ光であることを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements according to any one of claims 31 to 33,
A method of manufacturing a shape transfer mold for an optical element, wherein the laser beam is an ultrashort pulse laser beam.
請求項31〜34のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
前記光反応性材料中にレーザ光を集光する手段として、液浸対物レンズを利用することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements according to any one of claims 31 to 34,
A method of manufacturing a shape transfer mold for an optical element, wherein an immersion objective lens is used as means for condensing laser light in the photoreactive material.
請求項31〜35のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
平面内の少なくとも一部において作製する構造物のピッチ(構造物と構造物の最小距離幅)を、波長以下としたことを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements according to any one of claims 31 to 35,
A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein a pitch of a structure to be fabricated in at least a part of a plane (a minimum distance width between the structure and the structure) is set to a wavelength or less.
請求項36記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
光学素子として機能する領域において前記構造物が等ピッチで作製されることを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transcription type for optical elements according to claim 36,
A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein the structure is produced at an equal pitch in a region functioning as an optical element.
請求項31〜37のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法において、
前記構造物を、少なくとも一部に曲面を有している構造体の上に形成することを特徴とする光学素子用形状転写型の製造方法。
In the manufacturing method of the shape transfer mold for optical elements according to any one of claims 31 to 37,
A method for producing a shape transfer mold for an optical element, wherein the structure is formed on a structure having a curved surface at least partially.
請求項26〜38のいずれか一つに記載の光学素子用形状転写型の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子用形状転写型。   An optical element shape transfer mold manufactured by the method for manufacturing an optical element shape transfer mold according to any one of claims 26 to 38. 請求項39記載の光学素子用形状転写型を用いて光学材料に微細構造を転写し、製造したことを特徴とする光学素子。   40. An optical element produced by transferring a fine structure to an optical material using the shape transfer mold for optical elements according to claim 39.
JP2005240457A 2005-08-22 2005-08-22 Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element Pending JP2007057622A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005240457A JP2007057622A (en) 2005-08-22 2005-08-22 Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005240457A JP2007057622A (en) 2005-08-22 2005-08-22 Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007057622A true JP2007057622A (en) 2007-03-08

Family

ID=37921219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005240457A Pending JP2007057622A (en) 2005-08-22 2005-08-22 Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007057622A (en)

Cited By (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008257133A (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Ricoh Co Ltd Depolarizer, optical device and image display device
JP2009014993A (en) * 2007-07-04 2009-01-22 Ricoh Co Ltd Diffraction optical element, optical beam detection means, optical scanning device and image forming device
JP2009085332A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Nsk Ltd Toroidal type continuously variable transmission
JP2010115682A (en) * 2008-11-12 2010-05-27 Dainippon Printing Co Ltd Three-dimensional processing method and three-dimensional processing apparatus
JP2010240658A (en) * 2009-04-01 2010-10-28 Dainippon Printing Co Ltd Three-dimensional processing method and three-dimensional processing device
JP2010262303A (en) * 2010-06-18 2010-11-18 Seiko Epson Corp Optical element, liquid crystal apparatus and electronic equipment
JP2011040564A (en) * 2009-08-11 2011-02-24 Toshiba Corp Method and apparatus for manufacturing semiconductor element
JP2011514556A (en) * 2008-02-26 2011-05-06 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Multi-photon exposure system
JP2012027049A (en) * 2010-07-20 2012-02-09 Dainippon Printing Co Ltd Hologram
WO2013121554A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 株式会社島津製作所 Diffraction grating
JP2013197379A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Toppan Printing Co Ltd Three-dimensional structure, and manufacturing method therefor
WO2014050308A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-03 富士フイルム株式会社 Diffraction optical element and method and device for producing diffraction optical element
CN103706947A (en) * 2013-11-14 2014-04-09 中国科学技术大学 Large-area manufacturing method and processing system for surfaces of micrometer and nanometer structures with tunable periods and tunable morphologies
JPWO2013121554A1 (en) * 2012-02-16 2015-05-11 株式会社島津製作所 Diffraction grating
JP2015092234A (en) * 2013-09-30 2015-05-14 株式会社豊田中央研究所 Lens and manufacturing method therefor
JP2015166753A (en) * 2014-03-03 2015-09-24 彰 ▲さい▼藤 translucent member
CN105817775A (en) * 2015-01-27 2016-08-03 三星钻石工业股份有限公司 Method and device for processing multilayer substrate by laser beam
JP2017083861A (en) * 2011-10-12 2017-05-18 大日本印刷株式会社 Diffraction grating recording medium
CN107685199A (en) * 2016-07-28 2018-02-13 三星钻石工业股份有限公司 Laser processing device
CN108445555A (en) * 2018-05-09 2018-08-24 华南师范大学 Super surface lens
JP2019023730A (en) * 2018-07-25 2019-02-14 株式会社エガリム Device and method for manufacturing holographic optical element
WO2019131339A1 (en) 2017-12-26 2019-07-04 デクセリアルズ株式会社 Original plate, transferred object, and method for manufacturing original plate
JP2019534468A (en) * 2016-08-22 2019-11-28 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Dithering method and apparatus for wearable display devices
JP2019536082A (en) * 2016-10-26 2019-12-12 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Outer coupled gratings for augmented reality systems
CN110998375A (en) * 2017-06-02 2020-04-10 迪斯帕列斯有限公司 Method for manufacturing mother plate and mother plate
CN111033324A (en) * 2017-06-02 2020-04-17 迪斯帕列斯有限公司 Method of manufacturing a highly modulated optical diffraction grating
KR20210038342A (en) * 2019-09-30 2021-04-07 주식회사 엘지화학 Holographic optical element and manufacturing method thereof
JP2021056370A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 セイコーエプソン株式会社 Phase modulation element and display unit
US11048153B2 (en) 2018-10-17 2021-06-29 Seiko Epson Corporation Optical device and display device
WO2022130689A1 (en) * 2020-12-18 2022-06-23 株式会社フジクラ Optical diffraction element, optical computation system, and optical diffraction element manufacturing method
EP3225383B1 (en) 2010-05-11 2023-06-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for producing three-dimensional structures
US11774651B2 (en) 2019-12-20 2023-10-03 Hamamatsu Photonics K.K. Terahertz wave optical element and method for producing terahertz wave optical element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04178601A (en) * 1990-11-14 1992-06-25 Omron Corp Grating array and production thereof
JPH0829606A (en) * 1994-07-11 1996-02-02 Canon Inc Production of phase shift diffraction grating
JPH1131863A (en) * 1997-07-11 1999-02-02 Hitachi Ltd Manufacture of diffraction grating and semiconductor laser manufactured using it and applied optical system using the laser
JP2000206321A (en) * 1999-01-19 2000-07-28 Canon Inc Diffraction optical element, optical system equipped with diffraction optical element, manufacture of diffraction optical element, exposure device including optical system equipped with diffraction optical element and manufacture of device by using exposure device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04178601A (en) * 1990-11-14 1992-06-25 Omron Corp Grating array and production thereof
JPH0829606A (en) * 1994-07-11 1996-02-02 Canon Inc Production of phase shift diffraction grating
JPH1131863A (en) * 1997-07-11 1999-02-02 Hitachi Ltd Manufacture of diffraction grating and semiconductor laser manufactured using it and applied optical system using the laser
JP2000206321A (en) * 1999-01-19 2000-07-28 Canon Inc Diffraction optical element, optical system equipped with diffraction optical element, manufacture of diffraction optical element, exposure device including optical system equipped with diffraction optical element and manufacture of device by using exposure device

Cited By (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008257133A (en) * 2007-04-09 2008-10-23 Ricoh Co Ltd Depolarizer, optical device and image display device
JP2009014993A (en) * 2007-07-04 2009-01-22 Ricoh Co Ltd Diffraction optical element, optical beam detection means, optical scanning device and image forming device
JP2009085332A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Nsk Ltd Toroidal type continuously variable transmission
JP2011514556A (en) * 2008-02-26 2011-05-06 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Multi-photon exposure system
JP2015179293A (en) * 2008-02-26 2015-10-08 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー multi-photon exposure system
JP2010115682A (en) * 2008-11-12 2010-05-27 Dainippon Printing Co Ltd Three-dimensional processing method and three-dimensional processing apparatus
JP2010240658A (en) * 2009-04-01 2010-10-28 Dainippon Printing Co Ltd Three-dimensional processing method and three-dimensional processing device
JP2011040564A (en) * 2009-08-11 2011-02-24 Toshiba Corp Method and apparatus for manufacturing semiconductor element
US8809981B2 (en) 2009-08-11 2014-08-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device and apparatus for manufacturing same
EP3225383B1 (en) 2010-05-11 2023-06-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for producing three-dimensional structures
JP2010262303A (en) * 2010-06-18 2010-11-18 Seiko Epson Corp Optical element, liquid crystal apparatus and electronic equipment
JP2012027049A (en) * 2010-07-20 2012-02-09 Dainippon Printing Co Ltd Hologram
JP2017083861A (en) * 2011-10-12 2017-05-18 大日本印刷株式会社 Diffraction grating recording medium
JPWO2013121554A1 (en) * 2012-02-16 2015-05-11 株式会社島津製作所 Diffraction grating
CN104115040A (en) * 2012-02-16 2014-10-22 株式会社岛津制作所 Diffraction grating
WO2013121554A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 株式会社島津製作所 Diffraction grating
JP2013197379A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Toppan Printing Co Ltd Three-dimensional structure, and manufacturing method therefor
WO2014050308A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-03 富士フイルム株式会社 Diffraction optical element and method and device for producing diffraction optical element
JP2015092234A (en) * 2013-09-30 2015-05-14 株式会社豊田中央研究所 Lens and manufacturing method therefor
CN103706947A (en) * 2013-11-14 2014-04-09 中国科学技术大学 Large-area manufacturing method and processing system for surfaces of micrometer and nanometer structures with tunable periods and tunable morphologies
CN103706947B (en) * 2013-11-14 2015-10-28 中国科学技术大学 A kind of cycle pattern tunable micro-and nano-structural surface large area preparation method and system of processing
JP2015166753A (en) * 2014-03-03 2015-09-24 彰 ▲さい▼藤 translucent member
CN105817775A (en) * 2015-01-27 2016-08-03 三星钻石工业股份有限公司 Method and device for processing multilayer substrate by laser beam
CN105817775B (en) * 2015-01-27 2020-10-23 三星钻石工业股份有限公司 Method and apparatus for processing multilayer substrate using laser beam
JP2016137499A (en) * 2015-01-27 2016-08-04 三星ダイヤモンド工業株式会社 Method and device for processing multilayer substrate with laser beam
TWI709451B (en) * 2015-01-27 2020-11-11 日商三星鑽石工業股份有限公司 Processing method and processing device of multilayer substrate using laser light
CN107685199A (en) * 2016-07-28 2018-02-13 三星钻石工业股份有限公司 Laser processing device
US11428859B2 (en) 2016-08-22 2022-08-30 Magic Leap, Inc. Projector architecture incorporating artifact mitigation
JP2019534468A (en) * 2016-08-22 2019-11-28 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Dithering method and apparatus for wearable display devices
US11822112B2 (en) 2016-08-22 2023-11-21 Magic Leap, Inc. Projector architecture incorporating artifact mitigation
US11604310B2 (en) 2016-08-22 2023-03-14 Magic Leap, Inc. Multi-layer diffractive eyepiece with front cover plate and wavelength-selective reflector
JP2019536082A (en) * 2016-10-26 2019-12-12 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Outer coupled gratings for augmented reality systems
US11635626B2 (en) 2016-10-26 2023-04-25 Magic Leap, Inc. Outcoupling grating for augmented reality system
US11054655B2 (en) 2016-10-26 2021-07-06 Magic Leap, Inc. Outcoupling grating for augmented reality system
CN110998375A (en) * 2017-06-02 2020-04-10 迪斯帕列斯有限公司 Method for manufacturing mother plate and mother plate
CN111033324A (en) * 2017-06-02 2020-04-17 迪斯帕列斯有限公司 Method of manufacturing a highly modulated optical diffraction grating
EP3631538A4 (en) * 2017-06-02 2021-03-03 Dispelix Oy Method of manufacturing a master plate and a master plate
US11448876B2 (en) 2017-06-02 2022-09-20 Dispelix Oy Method of manufacturing a height-modulated optical diffractive grating
KR20200100090A (en) 2017-12-26 2020-08-25 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤 Disc, transfer material, and manufacturing method of disc
WO2019131339A1 (en) 2017-12-26 2019-07-04 デクセリアルズ株式会社 Original plate, transferred object, and method for manufacturing original plate
CN108445555A (en) * 2018-05-09 2018-08-24 华南师范大学 Super surface lens
JP2019023730A (en) * 2018-07-25 2019-02-14 株式会社エガリム Device and method for manufacturing holographic optical element
US11048153B2 (en) 2018-10-17 2021-06-29 Seiko Epson Corporation Optical device and display device
JP2021056370A (en) * 2019-09-30 2021-04-08 セイコーエプソン株式会社 Phase modulation element and display unit
KR102531752B1 (en) * 2019-09-30 2023-05-12 주식회사 엘지화학 Holographic optical element and manufacturing method thereof
KR20210038342A (en) * 2019-09-30 2021-04-07 주식회사 엘지화학 Holographic optical element and manufacturing method thereof
JP7334564B2 (en) 2019-09-30 2023-08-29 セイコーエプソン株式会社 Phase modulation element and display device
US11774651B2 (en) 2019-12-20 2023-10-03 Hamamatsu Photonics K.K. Terahertz wave optical element and method for producing terahertz wave optical element
WO2022130689A1 (en) * 2020-12-18 2022-06-23 株式会社フジクラ Optical diffraction element, optical computation system, and optical diffraction element manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007057622A (en) Optical element, manufacturing method thereof, method for manufacturing shape transfer mold for optical element, and transfer mold for optical element
JP4006994B2 (en) Three-dimensional structure processing method, three-dimensional product manufacturing method, and three-dimensional structure
US9588259B2 (en) Optical element including primary and secondary structures arranged in a plurality of tracks
JP4269295B2 (en) Manufacturing method of fine structure
JP2007523468A (en) Method and apparatus for forming a three-dimensional nanoscale structure
JP2013210680A (en) Diffraction optical element, method of manufacturing the same, and laser machining method
JP4647965B2 (en) Laser processing method, laser processing apparatus, and structure manufactured thereby
TWI788276B (en) Optical body and display device
JP2021131558A (en) Wire grid polarizer manufacturing method
JP6221849B2 (en) Exposure method, method for manufacturing fine periodic structure, method for manufacturing grid polarizing element, and exposure apparatus
TW200928598A (en) Inclined exposure lithography system
JP6953109B2 (en) Manufacturing method of structure on substrate
WO2017051443A1 (en) Exposure method, method for manufacturing microperiodical structure, method for manufacturing grid polarizer elements, and exposure equipment
JP4477893B2 (en) LASER PROCESSING METHOD AND DEVICE, AND STRUCTURE MANUFACTURING METHOD USING LASER PROCESSING METHOD
JP2006339359A (en) Method of manufacturing fine structure, and electronic apparatus
JP4436162B2 (en) Laser processing equipment
JP6547283B2 (en) Method of manufacturing structure on substrate
Amako et al. Beam delivery system with a non-digitized diffractive beam splitter for laser-drilling of silicon
KR20220148321A (en) A method for producing a continuously diffractive optical element, an apparatus for performing the production method, and a continuously diffractive optical element
JP2003014915A (en) Optical element with dammann grating
JP2017054006A (en) Light irradiation method, manufacturing method of on-substrate structure, and on-substrate structure
JP4022355B2 (en) LASER PROCESSING DEVICE, LASER PROCESSING METHOD, AND OPTICAL WAVEGUIDE MANUFACTURING METHOD BY THIS PROCESSING METHOD
JP6528394B2 (en) Method of manufacturing structure on substrate
JP2007072397A (en) Optical element and method of manufacturing the optical element
JP2009151257A (en) Inclined exposure lithography system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110329

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110621

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111018