JP2022132297A - Concave diffraction grating, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、凹面回折格子およびその製造方法に係り、特に光を分光、収束させる曲面回折格子および、それを用いた光学装置に関する。 The present invention relates to a concave diffraction grating and its manufacturing method, and more particularly to a curved diffraction grating for splitting and converging light and an optical device using the same.
本技術分野の背景技術として、分光光度計等の光学装置に搭載される光学素子である曲面回折格子は、光の分光、収束の両方の性能を有しており、部品点数を少なくでき、装置の構成を簡便にすることが可能である。 As background art in this technical field, a curved diffraction grating, which is an optical element mounted in an optical device such as a spectrophotometer, has the performance of both light dispersion and convergence. It is possible to simplify the configuration of
従来、球面の凹面回折格子において、格子溝の間隔を等間隔とすると、分光光はローランド円上に集光されるため、検出器をローランド円上に設置することで、光学装置の性能を向上させることは可能である。しかし、検出器をローランド円上に設置することで、光学装置の大型化が懸念される。そこで、凹面回折格子に形成する格子溝を不等間隔とすることで、集光位置、すなわち検出器の設置場所をローランド円から近似的な直線位置に補正でき、光学装置を小型化できる。このような球面の凹面回折格子を実現するために、例えば、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3に記載される方法が提案されている。
Conventionally, in a spherical concave diffraction grating, if the intervals between the grating grooves are equal, the spectroscopic light is focused on the Rowland circle. It is possible to let However, installing the detector on the Rowland circle raises concerns about an increase in the size of the optical device. Therefore, by setting the grating grooves formed on the concave diffraction grating at unequal intervals, the light collection position, that is, the installation position of the detector can be corrected from the Rowland circle to an approximately linear position, and the optical device can be miniaturized. In order to realize such a spherical concave diffraction grating, for example, methods described in
凹面回折格子は、凸面基板にルーリングエンジン等の機械で格子溝を刻印する方法で凹面回折格子の型を作製し、刻印した格子溝を樹脂、金属等に転写することで、凹面回折格子を製造している。球面の凹面回折格子では、特許文献1に記載されるように格子溝の間隔を不等間隔にすることで、分光光の収差を抑制している。
また、特許文献2では、凹面基板上に格子溝の間隔を不等間隔にレジストを形成し、イオンエッチングによりラミナー型(矩形)格子溝を形成し、凹面回折格子を作製している。特許文献3では、鋸歯形状の格子溝を有する平面回折格子を凹凸面基板で挟み込み、変形させ、凸面基板上に接合して、凹面回折格子の型を形成している。その凹面回折格子の型を金属や樹脂などに転写して凹面回折格子を作製している。
Concave diffraction gratings are manufactured by creating a concave diffraction grating mold by stamping grating grooves on a convex substrate with a machine such as a ruling engine, and transferring the stamped grating grooves to resin, metal, etc. is doing. In a spherical concave diffraction grating, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200002, the aberration of spectral light is suppressed by making the intervals between grating grooves unequal.
In
球面の凹面回折格子において、格子溝の間隔を等間隔とすると、分光光はローランド円上に集光されるため、検出器をローランド円上に設置することで、光学装置の性能を向上させることは可能である。しかし、検出器をローランド円上に設置することで、光学装置の大型化が懸念される。そこで、凹面回折格子に形成する格子溝を不等間隔とすることで、集光位置、すなわち検出器の設置場所をローランド円から近似的な直線位置に補正でき、光学装置を小型化できるが、以下に示す課題がある。 In a spherical concave diffraction grating, if the intervals between the grating grooves are equal, the spectral light will be focused on the Rowland circle. is possible. However, installing the detector on the Rowland circle raises concerns about an increase in the size of the optical device. Therefore, by setting the grating grooves formed on the concave diffraction grating at unequal intervals, the light collection position, that is, the installation position of the detector, can be corrected from the Rowland circle to an approximately linear position, and the optical device can be miniaturized. There are the following issues.
特許文献1に記載される凹面回折格子の製造方法において、凸面基板にルーリングエンジン等の機械で刻印する方法で回折格子の型を作製すると、刻印ツールの角度が一定であるため、曲面基板の中心部、端部において、鋸歯形状の格子溝に浅い部分と深い部分とが形成され、ブレーズ角が一定にならない課題がある。
In the method of manufacturing a concave diffraction grating described in
特許文献2に記載される半導体プロセスを用いた曲面回折格子の製造方法では、任意の曲面基板に対して、フォトリソグラフィによるレジストの格子溝パターンを正確に作製することが困難であり、且つ曲面上へのエッチングでは曲面の垂線から傾きを持ったラミナー型(矩形)の格子溝が形成されるという不具合が生じ得る。
In the method of manufacturing a curved diffraction grating using a semiconductor process described in
特許文献3に記載される曲面回折格子の型を作製する技術では、平面基板上に鋸歯状の格子溝を形成した後、曲面に接合するため、曲面基板の中心部、端部においてもブレーズ角一定の凹面回折格子を作製することは可能であるが、格子溝が等間隔であるため収差の抑制は不十分であり、回折効率が低下して、検出光を有効に活用することができない。
In the technique of manufacturing a mold for a curved diffraction grating described in
また仮に、特許文献2に記載されるラミナー型回折格子を平面基板上に作製し、特許文献3に記載される方法を適用した場合、曲面の垂線方向に傾きを持たずに、不等間隔で矩形の格子溝を有する曲面回折格子を作製することはできるが、凹凸面基板で挟み、荷重を印加すると、荷重が矩形の格子溝に加わり、矩形の格子溝が破損する虞がある。また、凹面回折格子の型を転写する際に、矩形の格子溝が噛みこむため、凹面回折格子が型から剥離し難いという課題がある。
Further, if the laminar diffraction grating described in
そこで、本発明は、球面収差の抑制により回折効率を向上し得る凹面回折格子及びその製造方法を提供する。 Accordingly, the present invention provides a concave diffraction grating capable of improving diffraction efficiency by suppressing spherical aberration, and a method of manufacturing the same.
上記課題を解決するため、本発明に係る凹面回折格子は、光を分光、集光する凹面回折格子であって、凹面状の基板上に鋸歯形状の格子溝を有し、前記鋸歯形状の格子溝の間隔が不等であって、前記格子溝の間隔がブレーズ方向に等差的に縮小させた形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a concave diffraction grating according to the present invention is a concave diffraction grating that disperses and converges light, has sawtooth-shaped grating grooves on a concave substrate, and comprises: It is characterized in that the intervals between the grooves are unequal, the intervals between the grating grooves are reduced equidistantly in the blaze direction, and the reflecting surface of the concave diffraction grating forms a part of a spherical surface. do.
また、本発明に係る凹面回折格子は、光を分光、集光する凹面回折格子であって、凹面状の基板上に鋸歯形状の格子溝を有し、前記鋸歯形状の格子溝の間隔が不等であって、相互に隣接する格子溝の間隔がブレーズ方向に沿って広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状をすると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成していることを特徴とする。 Further, a concave diffraction grating according to the present invention is a concave diffraction grating that disperses and converges light, has sawtooth grating grooves on a concave substrate, and the intervals between the sawtooth grating grooves are irregular. etc., in which the spacing between adjacent grating grooves gradually changes from wide to narrow along the blaze direction, and the reflecting surface of the concave diffraction grating forms part of a spherical surface. It is characterized by
また、本発明に係る凹面回折格子の製造方法は、(1)フォトリソグラフィおよびエッチング、または機械加工により、平面状基板上に鋸歯形状を形成し、不等間隔の格子溝であって、格子溝の間隔がブレーズ方向に等差的に縮小させた形状を有すると共に一定のブレーズ角を有するよう形成して、平面状の回折格子基板を作製する工程と、(2)前記格子溝が形成された面に凹面が対向するよう凹面基板を設置すると共に、前記格子溝が形成された面とは反対側の面に凸面が対向するよう接着層を介して凸面基板を設置する工程と、(3)前記平面状の回折格子基板の格子溝が形成された面を前記凹面基板に倣わせると共に、前記接着層により前記平面状の回折格子基板を前記凸面基板に接着する接着工程と、(4)前記凹面基板が取り外された後、前記平面状の回折格子基板のうち前記凸面基板の凸面よりも外側へと延在する外周部を除去し、凹面回折格子の型を形成する工程と、(5)格子溝の間隔がブレーズ方向に等差的に縮小させた形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成す前記凹面回折格子の型を、金属または樹脂の表面に転写する工程と、を備えることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a concave diffraction grating according to the present invention includes: (1) forming a sawtooth shape on a planar substrate by photolithography and etching or machining, and forming grating grooves at uneven intervals; (2) a step of fabricating a planar diffraction grating substrate by forming a planar diffraction grating substrate having a shape in which the intervals between are equally reduced in the blaze direction and having a constant blaze angle; (3) installing a concave substrate so that the concave surface faces the surface, and placing the convex substrate through an adhesive layer so that the convex surface faces the surface opposite to the surface on which the grating grooves are formed; (4) a bonding step of making the surface of the planar diffraction grating substrate on which the grating grooves are formed conform to the concave substrate, and bonding the planar diffraction grating substrate to the convex substrate by the adhesive layer; (5) removing the outer peripheral portion of the planar diffraction grating substrate extending outside the convex surface of the convex substrate after the concave substrate is removed, and forming a concave diffraction grating mold; ) A step of transferring the mold of the concave diffraction grating having a shape in which the intervals of the grating grooves are equally reduced in the blaze direction and the reflection surface of the concave diffraction grating forming a part of a spherical surface, onto the surface of metal or resin. and.
また、本発明に係る凹面回折格子の製造方法は、(1)フォトリソグラフィおよびエッチング、または機械加工により、平面状基板上に鋸歯形状を形成し、不等間隔の格子溝であって、相互に隣接する格子溝の間隔が、ブレーズ方向に沿って広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有するよう形成して、平面状の回折格子基板を作製する工程と、(2)前記格子溝が形成された面に凹面が対向するよう凹面基板を設置すると共に、前記格子溝が形成された面とは反対側の面に凸面が対向するよう接着層を介して凸面基板を設置する工程と、(3)前記平面状の回折格子基板の格子溝が形成された面を前記凹面基板に倣わせると共に、前記接着層により前記平面状の回折格子基板を前記凸面基板に接着する接着工程と、(4)前記凹面基板が取り外された後、前記平面状の回折格子基板のうち前記凸面基板の凸面よりも外側へと延在する外周部を除去し、凹面回折格子の型を形成する工程と、(5)相互に隣接する格子溝の間隔が、ブレーズ方向に沿って広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成す前記凹面回折格子の型を、金属または樹脂の表面に転写する工程と、を備えることを特徴とする。 In addition, the method for manufacturing a concave diffraction grating according to the present invention includes: (1) forming a sawtooth shape on a planar substrate by photolithography and etching or machining, and forming unevenly spaced grating grooves mutually (2) fabricating a planar diffraction grating substrate by forming a shape in which the spacing between adjacent grating grooves gradually changes from a wide spacing to a narrow spacing along the blaze direction; A concave substrate is installed so that the concave surface faces the surface on which the grating grooves are formed, and a convex substrate is installed via an adhesive layer so that the convex surface faces the surface opposite to the surface on which the grating grooves are formed. and (3) making the surface of the planar diffraction grating substrate on which the grating grooves are formed conform to the concave substrate, and bonding the planar diffraction grating substrate to the convex substrate by the adhesive layer. (4) after the concave substrate is removed, an outer peripheral portion of the planar diffraction grating substrate extending outside the convex surface of the convex substrate is removed to form a concave diffraction grating mold; (5) the interval between grating grooves adjacent to each other has a shape in which the interval between the grating grooves is gradually changed from wide to narrow along the blaze direction, and the reflecting surface of the concave diffraction grating is spherical. and transferring the mold of the concave diffraction grating forming a part to the surface of metal or resin.
本発明によれば、球面収差の抑制により回折効率を向上し得る凹面回折格子及びその製造方法を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、一定のブレーズ角の鋸歯形状を有し、不等間隔の格子溝を備えた凹面回折格子を光学装置に搭載することで、球面収差の抑制により回折効率を向上でき且つ検出器を直線上に設置可能とし得る光学装置を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the concave-surface diffraction grating which can improve diffraction efficiency by suppressing a spherical aberration, and its manufacturing method.
Further, according to the present invention, the diffraction efficiency can be improved by suppressing spherical aberration by mounting a concave diffraction grating having a sawtooth shape with a constant blaze angle and provided with unevenly spaced grating grooves in an optical device. In addition, it is possible to provide an optical device in which the detector can be installed in a straight line.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例に係る実施例1の凹面回折格子を用いた光学装置の全体概略構成図である。光学装置1は、化学物質、生体物質などにおいて、物質の化学結合に特有の波長の光を選択的に吸収して、濃度測定、物質同定に使用される。図1に示すように、光学装置1は、白色光源11、集光レンズ12a、試料室13、集光レンズ12b、スリット14、凹面回折格子2、及び複数の直線上に配置された検出器16にて構成される。
白色光源11からの光は集光レンズ12aにより集光され、試料室13内の計測対象に照射される。試料室13ら透過してくる光は、集光レンズ12bによりスリット14の開口部上に集光される。スリット14を通過した光は凹面回折格子2によって波長分散されスペクトルを形成する。形成されたスペクトルを検出器16で検出する。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an optical device using a concave diffraction grating of Example 1 according to one embodiment of the present invention. The
The light from the
凹面回折格子2について説明する。図2は図1に示す凹面回折格子2の概略構成を示す斜視図であり、図3は図2に示す凹面回折格子2のA-A断面矢視図及び格子溝の拡大図である。図2及び図3に示すように、凹面回折格子2は、任意の曲率を有する凹面基板24、格子溝21が形成された金属層22、及び凹面基板24上に金属層22を固定する樹脂層23にて構成される。凹面回折格子の反射面(表面)は球面の一部を成している。そのため凹面回折格子を球面回折格子と称する場合もある。等間隔の格子溝を備えた凹面回折格子では、ローランド円上に結像する。これに対して、図3に示すように、格子溝21の間隔をブレーズ方向に等差的に縮小させた凹面回折格子2では、近似的に直線上に結像することができる。換言すれば、格子溝21の間隔をブレーズ方向に沿って段階的に縮小させた凹面回折格子2では、近似的に直線上に結像することができる。ここで、ブレーズ方向とは、図3に示すように、鋸歯形状の格子溝21の頂角211から最小角度(ブレーズ角212)を有する頂点へ向かう方向と定義される。従って、ブレーズ方向に沿って、相互に隣接する格子溝21の間隔が広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
The
このようにブレーズ方向に等差的に縮小させた凹面回折格子2を、図1に示す光学装置1に適用することで、複数の検知器16を直線上に配置できるため、検出器16の実装を簡略化でき、光学装置1を小型化することができる。
また、凹面回折格子2で一定のブレーズ角212を有することで、特有の波長の光を選択的に分光できるため、ノイズ(迷光)の小さい光学装置1とでき、検出効率を向上することができる。
A plurality of
In addition, since the
以上の通り、本実施例によれば、球面収差の抑制により回折効率を向上し得る凹面回折格子を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、一定のブレーズ角の鋸歯形状を有し、不等間隔の格子溝を備えた凹面回折格子を光学装置に搭載することで、球面収差の抑制により回折効率を向上でき且つ検出器を直線上に設置可能とし得る光学装置を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、検出器を直線上に設置できるため、小型の光学装置を実現できる。
更には、光学素子の部品点数が少ない低コストの光学装置を実現できる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a concave diffraction grating capable of improving diffraction efficiency by suppressing spherical aberration.
In addition, according to the present embodiment, by mounting a concave diffraction grating having a sawtooth shape with a constant blaze angle and including grating grooves at uneven intervals in an optical device, spherical aberration is suppressed and diffraction efficiency is improved. It is possible to provide an optical device which can be installed in a straight line and which can be installed in a straight line.
Moreover, according to this embodiment, the detector can be installed in a straight line, so that a compact optical device can be realized.
Furthermore, a low-cost optical device with a small number of optical elements can be realized.
凹面回折格子の型の構造、及び凹面回折格子の製造方法について、図4乃至図6を用いて説明する。図4は本発明の他の実施例に係る実施例2の凹面回折格子の型の概略構成を示す斜視図であり、図5は図4に示す凹面回折格子型のB-B断面矢視図である。
The structure of the concave diffraction grating mold and the manufacturing method of the concave diffraction grating will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a concave diffraction grating mold of
図4及び図5に示すように、凹面回折格子の型3は、任意の曲率を有する凸面基板34、格子溝31が形成された金属膜である金属製回折格子32、および凸面基板34上に金属膜である金属製回折格子32を固定する接着層33にて構成される。図5に示されるように、凹面回折格子の型3を構成する金属製回折格子32の格子溝31の間隔は、ブレーズ方向に等差的に拡大している。換言すれば、金属製回折格子32の格子溝31の間隔をブレーズ方向に沿って段階的に拡大させている。従って、ブレーズ方向に沿って、凹面回折格子の型3を構成する金属製回折格子32は、相互に隣接する格子溝31の間隔が狭間隔から広間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the concave diffraction
次に、上述の実施例1で示した凹面回折格子2の製造方向について説明する。図6は、図4に示す凹面回折格子の型を用いた凹面回折格子の製造方法を示す図であって、図6(a)は凹面回折格子の型を用意する工程を、図6(b)は凹面回折格子の型上に金属層を形成する工程を、図6(c)は金属層上に凹面基板を設置する工程を、図6(d)は凹面回折格子の型から剥離し凹面回折格子を得る工程を示す図である。
Next, the manufacturing direction of the
図6(a)に示す凹面回折格子の型を用意する工程にて、先ず、鋸歯形状の格子溝31を有する凹面回折格子の型3を用意する。
次に、図6(b)に示す凹面回折格子の型上に金属層を形成する工程にて、鋸歯形状の格子溝31を有する凹面回折格子の型3上に剥離層(図示せず)、金属層22を形成する。図6(c)に示す金属層上に凹面基板を設置する工程では、金属層22上に樹脂層23を形成した後、樹脂層23の上に凹面基板24を設置する。
In the step of preparing the mold for the concave diffraction grating shown in FIG. 6A, first, the
Next, in the step of forming a metal layer on the concave diffraction grating mold shown in FIG. A
図6(d)に示す凹面回折格子の型から剥離し凹面回折格子を得る工程では、樹脂層23が硬化した後、凹面回折格子の型3から、金属層22、樹脂層23、凹面基板24を外す(剥離する)ことで、凹面回折格子2を製造する。
In the process of obtaining a concave diffraction grating by peeling from the concave diffraction grating mold shown in FIG. The
なお、凹面回折格子の型3を用いて、ナノインプリント等の技術により、樹脂層23に格子溝31を転写した後、その表面に金属層22を成膜しても良い。ここで、凹面回折格子2は、凹面回折格子の型3を転写して形成するため、図6の右図に示すように、格子溝21の間隔を頂角211からブレーズ角212の頂点に向かって、すなわち、ブレーズ方向(凹面回折格子2のブレーズ方向)に等差的に縮小した凹面回折格子2を形成するためには、凹面回折格子の型3の格子溝31の間隔を頂角311からブレーズ角312の頂点に向かって、すなわち、ブレーズ方向(凹面回折格子の型3のブレーズ方向)に等差的に拡大して形成する必要がある。
Alternatively, the
以上の通り本実施例によれば、上述の実施例1に示した凹面回折格子2を容易に製造することが可能となる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to easily manufacture the
次に凹面回折格子の型の製法について説明する。以下の複数の製法は、上記球面回折格子に代表される凹面回折格子の製造方法に用いることができる。 Next, a method for manufacturing a concave diffraction grating mold will be described. A plurality of manufacturing methods described below can be used for manufacturing a concave diffraction grating represented by the above spherical diffraction grating.
図7は、本発明の他の実施例に係る実施例3の凹面回折格子の型の製造方法を示す図であって、図7(a)は金属製回折格子を形成する工程を、図7(b)は金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程を、図7(c)は接着工程を、図7(d)は凹面基板を取り外す工程を、図7(e)は金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程を示す図である。 7A and 7B are diagrams showing a method of manufacturing a mold for a concave diffraction grating of Example 3 according to another example of the present invention. FIG. (b) shows the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below, FIG. 7(c) shows the bonding step, FIG. 7(d) shows the step of removing the concave substrate, e) is a diagram showing a step of obtaining a concave diffraction grating mold by removing the outer peripheral portion of the metal diffraction grating.
図7(a)に示す金属製回折格子を形成する工程にて、平面の金属基板上に、鋸歯形状を有し、ブレーズ方向に等差的に拡大させた格子溝31を機械刻印して、金属製回折格子32を形成する。換言すれば、金属製回折格子32の格子溝31の間隔をブレーズ方向に沿って段階的に拡大させている。従って、ブレーズ方向に沿って、金属製回折格子32は、相互に隣接する格子溝31の間隔が狭間隔から広間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
In the step of forming the metal diffraction grating shown in FIG. 7(a), grating
次に、図7(b)に示す金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程にて、金属製回折格子32の格子溝31を形成した面を凹面基板35側に、格子溝31を形成した面と反対側の面に、接着層33、凸面基板34側に設置する。すなわち、金属製回折格子32の格子溝31を形成した面の上方に、凹面基板35の凹面が対向するよう設置すると共に、金属製回折格子32の格子溝31を形成した面とは反対側の面の下方に、接着層33、接着層33の下方に凸面基板34の凸面が対向するよう設置する。
Next, in the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below the metal diffraction grating shown in FIG. , the
図7(c)に示す接着工程では、真空雰囲気下で、接着層33の軟化点以上の温度、および荷重を印加して、金属製回折格子32の格子溝31の形成面を凹面基板35に倣わせると共に、接着層33により金属製回折格子32を凸面基板34の凸面に接着する。
次に、図7(d)に示す凹面基板を取り外す工程では、荷重を印加した状態で冷却させて、接着層33を硬化させ、凹面基板35を取り外す(除去する)。続いて、図7(e)に示す金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程にて、曲面上に変形した金属製回折格子32の外周部(金属製回折格子32のうち凸面基板34の凸面よりも外側へと延在する外周部)を除去することで、凹面回折格子の型3を形成する。
金属製回折格子32を凹面基板35に倣わせて曲面に変形させることで、格子溝31を形成した面は、凹面基板35の面精度となる。また、接着層33は、接着時に軟化しており、金属製回折格子32の厚さばらつき、凸面基板34の面精度ばらつきの影響を吸収することができる。
In the bonding process shown in FIG. 7(c), a temperature higher than the softening point of the
Next, in the step of removing the concave substrate shown in FIG. 7D, the
By deforming the
機械による刻印、若しくは半導体プロセス(フォトリソ及びエッチング)により、格子溝31を金属の平面基板上に形成した金属製回折格子32、または機械による刻印、若しくは半導体プロセスにより、格子溝31を形成した平面回折格子を金属の平面基板に転写して、金属製回折格子32を作製する。金属の平面基板への平面回折格子の格子溝の転写においては、スパッタリング、蒸着、めっきを用いる。これらの金属製回折格子32を曲面に変形させて、凸面基板34に実装することで、凹面回折格子の型3を作製する。この凹面回折格子の型3を、上述の実施例1における図6に示した方法で、金属層22、樹脂層23に転写させて、凹面回折格子2を作製する。
A
機械刻印により平面状の基板に格子溝31を作製すると、刻印ツールの角度が一定であるため、基板の全面において、一定のブレーズ角度312を持った鋸歯形状の格子溝31を、形状ばらつきが少なく形成することができる。
半導体プロセスにより平面基板上に格子溝31を作製すると、曲面上へのフォトリソグラフィ及びエッチングと比較して、一定のブレーズ角度312(図6)を有する鋸歯形状の格子溝31を、形状ばらつきを少なく形成しやすいと共に、従来のフォトリソグラフィやエッチングに適用する装置を適用できる。これらの方法で作製した平面状の回折格子基板(金属製回折格子)32を曲面に変形させて、凸面基板34に実装するため、曲面(凸面)全面において、ほぼ一定のブレーズ角度を有する鋸歯形状を有し、ブレーズ方向に等差的に間隔を変化させた格子溝31を有する凹面回折格子の型3を作製することができる。
When the
When the
金属製回折格子32の曲面への変形、凸面基板34への実装においては、金属製回折格子32を、高い面精度を有する凹面基板35と凸面基板34とで挟み込み、荷重、温度を印加して、凹面回折格子の型3を作製する。金属製回折格子32の格子溝31を形成した面を凹面基板35に倣わせることで、金属製回折格子32の基板厚さばらつき、金属製回折格子32と凸面基板34とを固定する接着層33の厚さばらつき、凸面基板の面精度等の影響なく、凹面回折格子の型3の面精度を向上できる。金属製回折格子32を凹面基板35と凸面基板34とで挟み込み、荷重を印加して、曲面に変形させたときに、格子溝31の変形、潰れ等が懸念されるが、凹面基板35から格子溝31に加わる荷重は、鋸歯形状の格子溝31の頂角311(図6)の隣辺方向へと分散されるため、変形、潰れなく、凹面回折格子の型3を作製できる。
When deforming the
以上の通り本実施例によれば、曲面(凸面)全面において、ほぼ一定のブレーズ角度を有する鋸歯形状を有し、ブレーズ方向に等差的に間隔を変化させた格子溝31を有する凹面回折格子の型3を作製することが可能となる。その結果、転写されたほぼ一定のブレーズ角度を有する鋸歯形状を有する凹面回折格子2を作製することができる。
また、本実施例によれば、凹面回折格子の型3の面精度を向上することが可能となる。
As described above, according to this embodiment, the concave diffraction grating has a sawtooth shape with a substantially constant blaze angle on the entire curved surface (convex surface), and has
Further, according to this embodiment, it is possible to improve the surface precision of the
図8は、本発明の他の実施例に係る実施例4の凹面回折格子の型の製造方法を示す図であって、図8(a)は平面回折格子を形成する工程を、図8(b)は金属製回折格子を形成する工程を、図8(c)は平面回折格子から金属製回折格子を剥離する工程を、図8(d)は金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程を、図8(e)は接着工程を、図8(f)は凹面基板を取り外す工程を、図8(g)は金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程を示す図である。 8A and 8B are diagrams showing a method of manufacturing a concave diffraction grating mold according to Embodiment 4 of another embodiment of the present invention. FIG. b) shows a step of forming a metal diffraction grating, FIG. 8(c) shows a step of separating the metal diffraction grating from the planar diffraction grating, and FIG. 8(e) is the bonding step, FIG. 8(f) is the step of removing the concave substrate, and FIG. 8(g) is the removal of the outer periphery of the metal diffraction grating. FIG. 10 illustrates the process of obtaining a mold for a concave diffraction grating;
図8(a)に示す平面回折格子を形成する工程にて、平面基板上に機械刻印により、鋸歯形状を有する格子溝41aを、ブレーズ方向に等差的に縮小させて、平面回折格子40を形成する。換言すれば、平面回折格子40の格子溝41aの間隔をブレーズ方向に沿って段階的に縮小させている。従って、ブレーズ方向に沿って、平面回折格子40は、相互に隣接する格子溝41aの間隔が広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
In the step of forming the planar diffraction grating shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示す金属製回折格子を形成する工程にて、格子溝41aを形成した面に、シード膜を形成した後、電解めっきにより、金属を積層して、金属製回折格子42を形成する。
図8(c)に示す平面回折格子から金属製回折格子を剥離する工程では、平面回折格子40からシード膜をエッチングして、金属製回折格子42を剥離する。ここで、金属製回折格子42の鋸歯形状の格子溝41bは、ブレーズ方向に等差的に拡大した間隔で形成される。換言すれば、金属製回折格子42の格子溝41bの間隔をブレーズ方向に沿って段階的に拡大させている。従って、ブレーズ方向に沿って、金属製回折格子42は、相互に隣接する格子溝41bの間隔が狭間隔から広間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
Next, in the step of forming a metal diffraction grating shown in FIG. 8B, after forming a seed film on the surface on which the
In the step of removing the metal diffraction grating from the planar diffraction grating shown in FIG. 8C, the seed film is etched from the
次に、図8(d)に示す金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程にて、金属製回折格子42の格子溝41bを形成した面を凹面基板45側に、格子溝41bを形成した面の反対側の面に、接着層43、凸面基板44を設置する。すなわち、金属製回折格子42の格子溝41bを形成した面の上方に、凹面基板45の凹面が対向するよう設置すると共に、金属製回折格子42の格子溝41bを形成した面とは反対側の面の下方に、接着層43、接着層43の下方に凸面基板44の凸面が対向するよう設置する。
Next, in the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below the metal diffraction grating shown in FIG. , an
図8(e)に示す接着工程では、真空雰囲気下で、接着層43の軟化点以上の温度、および荷重を印加して、金属製回折格子42の格子溝41bの形成面を凹面基板45に倣わせると共に、接着層43により金属製回折格子42を凸面基板44の凸面に接着する。
In the bonding step shown in FIG. 8(e), a temperature higher than the softening point of the
次に、図8(f)に示す凹面基板を取り外す工程では、荷重を印加した状態で冷却させて、接着層43を硬化させた後、凹面基板45を取り外す(除去する)。続いて、図8(g)に示す金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程にて、曲面上に変形した金属製回折格子42の外周部(金属製回折格子42のうち凸面基板44の凸面よりも外側へと延在する外周部)を除去することで、凹面回折格子の型4を形成する。上記方法により、ブレーズ方向に等差的に拡大した間隔を有する凹面回折格子の型4を形成できる。
Next, in the step of removing the concave substrate shown in FIG. 8F, the
図9は、本発明の他の実施例に係る実施例5の凹面回折格子の型の製造方法を示す図であって、図9(a)は金属製回折格子を形成する工程を、図9(b)は金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程を、図9(c)は接着工程を、図9(d)は凹面基板を取り外す工程を、図9(e)は金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程を示す図である。 9A and 9B are diagrams showing a method of manufacturing a concave diffraction grating mold according to Example 5 of another embodiment of the present invention. FIG. 9(b) shows the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below, FIG. 9(c) shows the bonding step, FIG. 9(d) shows the step of removing the concave substrate, e) is a diagram showing a step of obtaining a concave diffraction grating mold by removing the outer peripheral portion of the metal diffraction grating.
図9(a)に示す金属製回折格子を形成する工程にて、平面の金属基板上に半導体プロセス(フォトリソグラフィ及びエッチング)により、ブレーズ方向に等差的に拡大させた間隔を有する鋸歯形状の格子溝51を形成して、金属製回折格子52を形成する。換言すれば、金属製回折格子52の格子溝51の間隔をブレーズ方向に沿って段階的に拡大させている。従って、ブレーズ方向に沿って、金属製回折格子52は、相互に隣接する格子溝51の間隔が狭間隔から広間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。ここで、半導体プロセス(フォトリソグラフィ及びエッチング)を適用することで、機械刻印による金属製回折格子52の作製と比較して、短時間での作製が可能である。
In the step of forming the metal diffraction grating shown in FIG. 9( a ), sawtooth-shaped gratings having intervals that are expanded equidistantly in the blaze direction are formed on a flat metal substrate by semiconductor processes (photolithography and etching). A
次に、図9(b)に示す金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程にて、金属製回折格子52の格子溝51を形成した面を凹面基板55側に、格子溝51を形成した面と反対側の面に接着層53、凸面基板54を設置する。すなわち、金属製回折格子52の格子溝51を形成した面の上方に、凹面基板55の凹面が対向するよう設置すると共に、金属製回折格子52の格子溝51を形成した面とは反対側の面の下方に、接着層53、接着層53の下方に凸面基板54の凸面が対向するよう設置する。
Next, in the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below the metal diffraction grating shown in FIG. , an
図9(c)に示す接着工程では、真空雰囲気下で、接着層53の軟化点以上の温度、および荷重を印加して、金属製回折格子52の格子溝51の形成面を凹面基板55に倣わせると共に、接着層53により金属製回折格子52を凸面基板54の凸面に接着する。
In the bonding step shown in FIG. 9C, a temperature above the softening point of the
次に、図9(d)に示す凹面基板を取り外す工程では、荷重を印加した状態で冷却させて、接着層53を硬化させた後、凹面基板55を取り外す(除去する)。続いて、図9(e)に示す金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程にて、金属製回折格子52の凸面基板54の凸面に接着されていない外周部(金属製回折格子52のうち凸面基板54の凸面よりも外側へと延在する外周部)を除去することで、凹面回折格子の型5を形成する。
Next, in the step of removing the concave substrate shown in FIG. 9D, the
以上の通り本実施例によれば、平面の金属基板上に半導体プロセス(フォトリソグラフィ及びエッチング)により、ブレーズ方向に等差的に拡大させた間隔を有する鋸歯形状の格子溝51を形成して、金属製回折格子52を形成することにより、機械刻印による金属製回折格子52の作製と比較して、短時間での作製が可能となる。
As described above, according to this embodiment, the sawtooth-shaped
図10は、本発明の他の実施例に係る実施例6の凹面回折格子の型の製造方法を示す図であって、図10(a)は平面回折格子を形成する工程を、図10(b)は金属材料を積層する工程を、図10(c)は金属製回折格子を形成する工程を、図10(d)は金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程を、図10(e)は接着工程を、図10(f)は凹面基板を取り外す工程を、図10(g)は金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程を示す図である。 10A and 10B are diagrams showing a method of manufacturing a concave diffraction grating mold according to Embodiment 6 of another embodiment of the present invention. FIG. b) shows the step of laminating metal materials, FIG. 10(c) shows the step of forming a metal diffraction grating, and FIG. 10(d) shows a process of placing a concave substrate above and a convex substrate below the metal diffraction grating. 10(e) is the bonding step, FIG. 10(f) is the step of removing the concave substrate, and FIG. 10(g) is the mold of the concave diffraction grating by removing the outer periphery of the metal diffraction grating. It is a figure which shows the process of obtaining.
図10(a)に示す平面回折格子を形成する工程にて、平面基板上にフォトリソグラフィにより、レジスト(樹脂)で、ブレーズ方向に等差的に縮小した間隔で、鋸歯形状を持った格子溝61aを形成して、平面回折格子60を形成する。換言すれば、平面回折格子60の格子溝61aの間隔をブレーズ方向に沿って段階的に縮小させている。従って、ブレーズ方向に沿って、平面回折格子60は、相互に隣接する格子溝61aの間隔が広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。
In the step of forming a planar diffraction grating shown in FIG. 10(a), grating grooves having a sawtooth shape are formed on a planar substrate by photolithography using a resist (resin) at an interval that is equally reduced in the blaze direction. 61a is formed to form the
次に、図10(b)に示す金属材料を積層する工程にて、格子溝61aを形成した面に、シード膜を形成した後、電解めっきにより、金属材料を積層する。
図10(c)に示す金属製回折格子を形成する工程では、平面回折格子60から金属材料を剥離させ、ブレーズ方向に等差的に拡大した間隔で、鋸歯形状の格子溝61bを有する金属製回折格子62を形成する。換言すれば、金属製回折格子62の格子溝61bの間隔をブレーズ方向に沿って段階的に拡大させている。従って、ブレーズ方向に沿って、金属製回折格子62は、相互に隣接する格子溝61bの間隔が狭間隔から広間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有する。ここで、フォトリソグラフィでの平面回折格子60の作製は、機械刻印と比較して、短時間で作製でき、且つ平面回折格子60から金属製回折格子62を剥離する際に、レジスト(樹脂)を溶解させることで、容易に剥離させることができる。
Next, in the step of laminating a metal material shown in FIG. 10B, after forming a seed film on the surface on which the
In the step of forming the metal diffraction grating shown in FIG. 10(c), the metal material is peeled off from the
次に、図10(d)に示す金属製回折格子の上方に凹面基板を下方に凸面基板を設置する工程にて、金属製回折格子62の格子溝61bを形成した面を凹面基板65側に、格子溝61bを形成した面の反対側の面に接着層63、凸面基板64を設置する。すなわち、金属製回折格子62の格子溝61bを形成した面の上方に、凹面基板65の凹面が対向するよう設置すると共に、金属製回折格子62の格子溝61bを形成した面とは反対側の面の下方に、接着層63、接着層63の下方に凸面基板64の凸面が対向するよう設置する。
Next, in the step of placing a concave substrate above the metal diffraction grating and a convex substrate below the metal diffraction grating shown in FIG. , an
図10(e)に示す接着工程では、真空雰囲気下で、接着層63の軟化点以上の温度、および荷重を印加して、金属製回折格子62の格子溝61bの形成面を凹面基板65に倣わせると共に、金属製回折格子62を接着層63で凸面基板64の凸面に接着する。
In the bonding step shown in FIG. 10(e), a temperature higher than the softening point of the
次に、図10(f)に示す凹面基板を取り外す工程では、荷重を印加した状態で冷却させて、接着層63を硬化させた後、凹面基板65を取り外す(除去する)。続いて、図10(g)に示す金属製回折格子の外周部を除去することで凹面回折格子の型を得る工程にて、曲面上に変形した金属製回折格子62の凸面基板64の凸面に接着されていない外周部(金属製回折格子62のうち凸面基板64の凸面よりも外側へと延在する外周部)を除去することで、凹面回折格子の型6を形成する。
Next, in the step of removing the concave substrate shown in FIG. 10F, the
以上の通り本実施例によれば、フォトリソグラフィにて平面回折格子60を作製することにより、機械刻印と比較して、短時間で作製でき、且つ平面回折格子60から金属製回折格子62を剥離する際に、レジスト(樹脂)を溶解させることで、容易に剥離させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
1…光学装置
2…凹面回折格子
3,4,5,6…凹面回折格子の型
11…光源
12a,12b…集光レンズ
13…試料室
14…スリット
16…検出器
21…格子溝
22…金属層
23…樹脂層
24…凹面基板
30,50,60…平面回折格子
31,41,51,61…格子溝
32,42,52,62…金属製回折格子
33,43,53,63…接着層
34,44,54,64…凸面基板
35,45,55,65…凹面基板
Claims (5)
凹面状の基板上に鋸歯形状の格子溝を有し、前記鋸歯形状の格子溝の間隔が不等であって、前記格子溝の間隔がブレーズ方向に等差的に縮小させた形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成していることを特徴とする凹面回折格子。 A concave diffraction grating that disperses and collects light,
It has sawtooth-shaped grating grooves on a concave substrate, the intervals between the sawtooth-shaped grating grooves are unequal, and the intervals between the grating grooves are equally reduced in the blaze direction. A concave diffraction grating characterized in that the reflection surface of the concave diffraction grating forms a part of a spherical surface.
凹面状の基板上に鋸歯形状の格子溝を有し、前記鋸歯形状の格子溝の間隔が不等であって、相互に隣接する格子溝の間隔がブレーズ方向に沿って広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状をすると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成していることを特徴とする凹面回折格子。 A concave diffraction grating that disperses and collects light,
Saw-tooth grating grooves are provided on a concave substrate, the intervals between the saw-tooth grating grooves are unequal, and the intervals between adjacent grating grooves change from wide to narrow along the blaze direction. and a concave diffraction grating characterized in that the reflecting surface of the concave diffraction grating forms a part of a spherical surface.
光を分光、集光する凹面が、球面であることを特徴とする凹面回折格子。 In the concave diffraction grating according to claim 1 or claim 2,
A concave diffraction grating characterized in that the concave surface that disperses and converges light is a spherical surface.
前記格子溝が形成された面に凹面が対向するよう凹面基板を設置すると共に、前記格子溝が形成された面とは反対側の面に凸面が対向するよう接着層を介して凸面基板を設置する工程と、
前記平面状の回折格子基板の格子溝が形成された面を前記凹面基板に倣わせると共に、前記接着層により前記平面状の回折格子基板を前記凸面基板に接着する接着工程と、
前記凹面基板が取り外された後、前記平面状の回折格子基板のうち前記凸面基板の凸面よりも外側へと延在する外周部を除去し、凹面回折格子の型を形成する工程と、
格子溝の間隔がブレーズ方向に等差的に縮小させた形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成す前記凹面回折格子の型を、金属または樹脂の表面に転写する工程と、を備えることを特徴とする凹面回折格子の製造方法。 By photolithography and etching, or machining, a sawtooth shape is formed on a planar substrate, and unevenly spaced grating grooves having a shape in which the spacing of the grating grooves is reduced equidistantly in the blaze direction. forming to fabricate a planar diffraction grating substrate;
A concave substrate is installed so that the concave surface faces the surface on which the grating grooves are formed, and a convex substrate is installed via an adhesive layer so that the convex surface faces the surface opposite to the surface on which the grating grooves are formed. and
a bonding step of causing the surface of the planar diffraction grating substrate on which the grating grooves are formed to conform to the concave substrate, and bonding the planar diffraction grating substrate to the convex substrate with the adhesive layer;
After the concave substrate is removed, a step of removing an outer peripheral portion of the planar diffraction grating substrate extending outside the convex surface of the convex substrate to form a concave diffraction grating mold;
a step of transferring the mold of the concave diffraction grating having a shape in which the intervals of the grating grooves are equally reduced in the blaze direction and the reflection surface of the concave diffraction grating forming a part of a spherical surface, onto the surface of metal or resin; A method for manufacturing a concave diffraction grating, comprising:
前記格子溝が形成された面に凹面が対向するよう凹面基板を設置すると共に、前記格子溝が形成された面とは反対側の面に凸面が対向するよう接着層を介して凸面基板を設置する工程と、
前記平面状の回折格子基板の格子溝が形成された面を前記凹面基板に倣わせると共に、前記接着層により前記平面状の回折格子基板を前記凸面基板に接着する接着工程と、
前記凹面基板が取り外された後、前記平面状の回折格子基板のうち前記凸面基板の凸面よりも外側へと延在する外周部を除去し、凹面回折格子の型を形成する工程と、
相互に隣接する格子溝の間隔が、ブレーズ方向に沿って広間隔から狭間隔へと段階的に徐々に変化する形状を有すると共に凹面回折格子の反射面は球面の一部を成す前記凹面回折格子の型を、金属または樹脂の表面に転写する工程と、を備えることを特徴とする凹面回折格子の製造方法。 By photolithography and etching, or machining, a sawtooth shape is formed on a planar substrate, with unevenly spaced grating grooves, the spacing between adjacent grating grooves varying from wide to narrow along the blaze direction. fabricating a planar diffraction grating substrate by forming it to have a shape that gradually changes to the spacing;
A concave substrate is installed so that the concave surface faces the surface on which the grating grooves are formed, and a convex substrate is installed via an adhesive layer so that the convex surface faces the surface opposite to the surface on which the grating grooves are formed. and
a bonding step of causing the surface of the planar diffraction grating substrate on which the grating grooves are formed to conform to the concave substrate, and bonding the planar diffraction grating substrate to the convex substrate with the adhesive layer;
After the concave substrate is removed, a step of removing an outer peripheral portion of the planar diffraction grating substrate extending outside the convex surface of the convex substrate to form a concave diffraction grating mold;
The concave diffraction grating has a shape in which the intervals between grating grooves adjacent to each other gradually change in stages from wide intervals to narrow intervals along the blaze direction, and the reflecting surface of the concave diffraction grating forms a part of a spherical surface. A method of manufacturing a concave diffraction grating, characterized by comprising the step of transferring the mold of to a surface of metal or resin.
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