JP2023055193A - Immersion diffraction element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イマージョン回折素子及び該イマージョン回折素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an immersion diffraction element and a method for manufacturing the immersion diffraction element.
近年、一般的な反射型素子と比較して、分光器の小型化や波長分解能の向上を可能とする、イマージョン回折素子が注目を集めている。イマージョン回折素子は、例えば、プリズムに回折部が設けられた構成を有している。回折部においては、複数の回折溝が周期的に設けられている。イマージョン回折素子による分光に際しては、光がプリズムを通り、回折部において反射及び分光される。その後、分光された光がプリズムから出射される。 In recent years, immersion diffraction elements have been attracting attention because they enable miniaturization of spectroscopes and improvement in wavelength resolution compared to general reflective elements. The immersion diffraction element has, for example, a structure in which a prism is provided with a diffraction section. A plurality of diffraction grooves are provided periodically in the diffraction section. In spectroscopy by the immersion diffraction element, light passes through the prism and is reflected and spectroscopy at the diffraction section. The split light is then emitted from the prism.
プリズムの屈折率をnとした場合、光がプリズムを通るときには、光の波長は1/nとなる。従って、分光するために必要な回折溝のピッチは1/nとなる。そのため、イマージョン回折素子を小型化しても、多数の回折溝を設けることができ、波長分解能を高めることができる。 Assuming that the refractive index of the prism is n, the wavelength of the light becomes 1/n when the light passes through the prism. Therefore, the pitch of the diffraction grooves required for spectroscopy is 1/n. Therefore, even if the immersion diffraction element is miniaturized, a large number of diffraction grooves can be provided, and the wavelength resolution can be improved.
下記の特許文献1や特許文献2には、イマージョン回折素子の一例としての回折格子が開示されている。特許文献1では、単結晶Geまたは単結晶Siの材料を用い、結晶方位の(111)面に格子溝が形成されている、回折格子が開示されている。また、特許文献2には、InPまたはInAsの結晶材料に、格子溝が設けられている、回折格子が開示されている。格子溝は、結晶材料の結晶方位である(110)面を含んでいる。
しかしながら、特許文献1や特許文献2のように、結晶材料に格子溝を形成する場合、結晶材料に切削やエッチング等の加工を施すことにより、格子溝が形成される。そのため、イマージョン回折素子を容易に製造することが難しいという問題がある。また、結晶方位により加工形状が制限されるので、回折部の設計自由度が十分ではなく、光学自由度を向上させることが難しいという問題がある。
However, when lattice grooves are formed in a crystal material as in
本発明の目的は、製造が容易であり、かつ回折部の設計自由度を向上させることができる、イマージョン回折素子及び該イマージョン回折素子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an immersion diffraction element and a method of manufacturing the immersion diffraction element that are easy to manufacture and can improve the degree of freedom in designing the diffraction section.
本発明に係るイマージョン回折素子は、プリズム部と、回折部とを備え、前記プリズム部及び前記回折部が、非晶質ガラスにより構成されていることを特徴としている。 An immersion diffraction element according to the present invention includes a prism portion and a diffraction portion, and the prism portion and the diffraction portion are made of amorphous glass.
本発明においては、前記非晶質ガラスの屈折率が、波長10μmにおいて、3.0以上であることが好ましい。 In the present invention, the amorphous glass preferably has a refractive index of 3.0 or more at a wavelength of 10 μm.
本発明においては、前記非晶質ガラスが、カルコゲナイドガラスであることが好ましい。 In the present invention, the amorphous glass is preferably chalcogenide glass.
本発明においては、前記非晶質ガラスが、モル百分率で、Te 4%~80%、Ge 0%~50%(但し0%を含まない)、Ga 0%~20%を含有していてもよい。
In the present invention, even if the amorphous glass contains
本発明においては、前記非晶質ガラスが、モル百分率で、S 50%~80%、Sb 0%~40%(但し0%を含まない)、Ge 0%~18%(但し0%を含まない)、Sn 0%~20%、Bi 0%~20%を含有していてもよい。 In the present invention, the amorphous glass comprises, in terms of mole percentage, S 50% to 80%, Sb 0% to 40% (but not including 0%), and Ge 0% to 18% (but not including 0%). no), Sn 0% to 20%, and Bi 0% to 20%.
本発明においては、前記回折部において、凹部の底点部の角Rを凸部の頂点部の角Rで除した値が2.0以下であることが好ましい。前記凹部の底点部を形成する面同士のなす角度が、60°以上、120°以下であることがより好ましい。 In the present invention, in the diffractive portion, it is preferable that the value obtained by dividing the angle R of the bottom point of the concave portion by the angle R of the apex portion of the convex portion is 2.0 or less. It is more preferable that the angle formed by the surfaces forming the bottom point of the concave portion is 60° or more and 120° or less.
本発明においては、前記回折部の表面が、反射膜により覆われていることが好ましい。前記反射膜が、Auにより構成されていることがより好ましい。 In the present invention, it is preferable that the surface of the diffraction section is covered with a reflective film. More preferably, the reflective film is made of Au.
本発明に係るイマージョン回折素子の製造方法は、非晶質ガラスを準備する工程と、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、回折部を形成する工程とを備えることを特徴としている。 A method of manufacturing an immersion diffraction element according to the present invention is characterized by comprising the steps of preparing an amorphous glass and forming a diffraction portion by mold-pressing the amorphous glass.
本発明においては、前記回折部の凹凸を形成するに際し、凹部の底点部の角Rを凸部の頂点部の角Rで除した値が2.0以下となるように、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。前記回折部の凹凸を形成するに際し、前記凹部の底点部を形成する面同士のなす角度が、60°以上、120°以下となるように、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することがより好ましい。 In the present invention, when forming the unevenness of the diffraction portion, the amorphous Mold press molding of the glass is preferred. When forming the unevenness of the diffractive portion, the amorphous glass may be molded and press-molded so that the angle between the surfaces forming the bottom point portion of the concave portion is 60° or more and 120° or less. more preferred.
本発明においては、前記回折部の凹凸を形成するに際し、前記回折部の凹凸に対応する形状を有し、かつ凸部の頂点部の角Rを凹部の底点部の角Rで除した値が10.0以下であるプレス型を用いて、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。前記凸部の頂点部を形成する面同士のなす角度が、60°以上、120°以下であるプレス型を用いて、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することがより好ましい。 In the present invention, when forming the unevenness of the diffraction portion, the value obtained by dividing the angle R of the apex portion of the convex portion by the angle R of the bottom portion of the concave portion having a shape corresponding to the unevenness of the diffraction portion It is preferable that the amorphous glass is molded and press-molded using a press die in which the is 10.0 or less. More preferably, the amorphous glass is molded and press-molded using a press die in which the angles formed by the surfaces forming the apexes of the protrusions are 60° or more and 120° or less.
本発明においては、前記非晶質ガラスのガラス転移点が、140℃以上、250℃以下であることが好ましい。 In the present invention, the amorphous glass preferably has a glass transition point of 140° C. or higher and 250° C. or lower.
本発明においては、前記回折部を形成するに際し、前記非晶質ガラスのガラス転移温度+5℃以上、ガラス転移温度+50℃以下の温度で、前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。 In the present invention, when forming the diffraction portion, the amorphous glass is preferably press-molded at a temperature of +5°C to the glass transition temperature of the amorphous glass +50°C.
本発明においては、前記回折部を形成するに際し、ニッケル-リンめっきされたプレス型を用いて前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。 In the present invention, when forming the diffraction portion, it is preferable that the amorphous glass is mold-press molded using a press mold plated with nickel-phosphorus.
本発明によれば、製造が容易であり、かつ回折部の設計自由度を向上させることができる、イマージョン回折素子及び該イマージョン回折素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an immersion diffraction element and a method for manufacturing the immersion diffraction element, which are easy to manufacture and can improve the degree of freedom in designing the diffraction section.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 Preferred embodiments are described below. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Also, in each drawing, members having substantially the same function may be referred to by the same reference numerals.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るイマージョン回折素子を示す模式的断面図である。また、図2は、本発明の第1の実施形態に係るイマージョン回折素子における回折面を示す模式的平面図である。なお、図1は、図2のI-I線に沿う模式的断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an immersion diffraction element according to a first embodiment of the invention. Also, FIG. 2 is a schematic plan view showing a diffraction surface in the immersion diffraction element according to the first embodiment of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view along line II in FIG.
図1に示すように、イマージョン回折素子1は、プリズム部2と、回折部4とを備える。プリズム部2及び回折部4は、一体として設けられている。
As shown in FIG. 1 , the
プリズム部2は、三角柱状の形状を有する。プリズム部2は、第1の面2aと、第2の面2bと、第3の面2cとを有する。第1の面2a、第2の面2b、及び第3の面2cは、三角柱状の形状における側面に相当している。
The
図1及び図2に示すように、プリズム部2の第1の面2aには、複数の回折溝3が周期的に設けられている。これにより、回折部4が構成されている。より具体的には、複数の回折溝3は、回折部4の形状が階段状となるように設けられている。なお、プリズム部2の形状は、回折部4が設けられる面を有する限りにおいて、特に限定されない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
回折部4は、第4の面4a及び第5の面4bを有する。第4の面4a及び第5の面4bが交互に繰り返し設けられることにより、凹部4c及び凸部4dが交互に繰り返し設けられている。それによって、階段状の回折部4が構成されている。
The
図3は、イマージョン回折素子における分光を説明するための模式的断面図である。図4は、図3における回折部の拡大図である。図3及び図4においてはハッチングを付していない。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining spectroscopy in the immersion diffraction element. 4 is an enlarged view of the diffractive portion in FIG. 3. FIG. 3 and 4 are not hatched.
図3に示すように、プリズム部2の第2の面2bは、イマージョン回折素子1の入射部である。なお、回折部4は、図4に示す底点部4c1を含む。より具体的には、回折部4は複数の底点部4c1を含む。図3に示すように、光Aは第2の面2bから入射し、プリズム部2内を通り、回折部4に至る。そして、光Aは、回折部4における各第4の面4a、各底点部4c1において反射及び回折されることで分光される。図3中における破線の矢印及び一点鎖線の矢印は、分光された光の例を示す。分光された光は、プリズム部2から出射される。なお、図3中の波状の線により示すように、プリズム部2外における光Aの波長よりも、プリズム部2内における光Aの波長は短くなっている。そのため、分光に必要な回折溝3のピッチを短くすることができる。従って、イマージョン回折素子1においては、波長分解能の向上及び小型化を両立させることができる。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態のイマージョン回折素子1では、プリズム部2及び回折部4が、非晶質ガラスにより構成されている。そのため、製造が容易であり、かつ回折部4の設計自由度を向上させることができる。
In the
従来、イマージョン回折素子の回折部は、単結晶Geなどの結晶材料により構成されていた。このように、回折部が結晶材料により構成される場合、結晶材料に切削やエッチング等の加工を施すことにより回折溝が形成される。そのため、イマージョン回折素子を容易に製造することが難しいという問題があった。また、回折部が結晶材料により構成される場合、結晶方位により加工形状が制限されるので、回折部の設計自由度が十分でなく、光学自由度を向上させることが難しいという問題があった。 Conventionally, the diffraction portion of an immersion diffraction element is made of a crystal material such as single crystal Ge. Thus, when the diffraction section is made of a crystal material, the diffraction grooves are formed by processing the crystal material, such as cutting or etching. Therefore, there is a problem that it is difficult to easily manufacture the immersion diffraction element. Moreover, when the diffraction section is made of a crystal material, the processing shape is restricted by the crystal orientation, so there is a problem that the degree of freedom in designing the diffraction section is not sufficient and it is difficult to improve the optical degree of freedom.
これに対して、本実施形態のイマージョン回折素子1は、プリズム部2及び回折部4が、非晶質ガラスにより構成されている。そのため、後述する製造方法の欄で説明するように、プリズム部2にモールドプレス成型を施すことにより、イマージョン回折素子1を容易に形成することができる。また、非晶質ガラスでは、結晶方位により加工形状が制限されないので、回折部4の設計自由度を向上させることができる。従って、本実施形態のイマージョン回折素子1では、光学自由度を向上させることができる。
On the other hand, in the
なお、本明細書において、「非晶質ガラス」とは、粉末X線回折による測定で、結晶ピークが認められず、ガラス特有のハローパターンが認められるものをいう。 As used herein, the term "amorphous glass" refers to glass in which no crystalline peak is observed and a halo pattern peculiar to glass is observed as measured by powder X-ray diffraction.
本実施形態において、プリズム部2及び回折部4を構成する非晶質ガラスの波長10μmにおける屈折率は、好ましくは3.0以上、より好ましくは3.1以上、さらに好ましくは3.2以上である。非晶質ガラスの屈折率が上記下限値以上である場合、イマージョン回折素子1をより一層小型化することができる。なお、非晶質ガラスの屈折率の上限値は、特に限定されないが、材料の性質上、例えば、4.1以下とすることができる。
In this embodiment, the refractive index at a wavelength of 10 μm of the amorphous glass forming the
プリズム部2及び回折部4を構成する非晶質ガラスは、カルコゲナイドガラスであることが好ましい。この場合、非晶質ガラスの屈折率をより一層大きくすることができる。
The amorphous glass forming the
なかでも、非晶質ガラスは、モル百分率で、Te 4%~80%、Ge 0%~50%(但し0%を含まない)、Ga 0%~20%を含有するガラスであることが好ましい。この場合、非晶質ガラスの屈折率をより一層大きくすることができる。
Above all, the amorphous glass preferably contains
上記非晶質ガラスにおいて、Teの含有量は、モル百分率で、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上、特に好ましくは30%以上、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下である。非晶質ガラス中のTeの含有量が4%未満になると、ガラス化し難くなる。一方、非晶質ガラス中のTeの含有量が80%を超えると、ガラスからTe系の結晶が析出することにより、イマージョン回折素子1の特性を満たす屈折率や透過率が得難くなるとともに、モールドプレス成型をする際のTeの蒸発量が多くなることで、イマ―ジョン回折素子1の面品位が悪化する場合がある。
In the amorphous glass, the content of Te in terms of molar percentage is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, particularly preferably 30% or more, more preferably 75% or less, and still more preferably 70%. It is below. When the content of Te in the amorphous glass is less than 4%, vitrification becomes difficult. On the other hand, when the Te content in the amorphous glass exceeds 80%, Te-based crystals precipitate from the glass, making it difficult to obtain the refractive index and transmittance that satisfy the characteristics of the
上記非晶質ガラスにおいて、Geの含有量は、モル百分率で、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは5%以上、より好ましくは40%以下、さらに好ましくは30%以下である。非晶質ガラス中にGeを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、非晶質ガラス中のGeの含有量が50%を超えると、ガラスからGe系の結晶が析出することにより、イマージョン回折素子1の特性を満たす屈折率や透過率が得難くなるとともに、モールドプレス成型をする際のガラスの粘度が高くなることで、後述する回折部4のプレス型10に対する形状の追従性が悪化する場合がある。
In the amorphous glass, the Ge content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, more preferably 40% or less, and still more preferably 30% or less in terms of molar percentage. If the amorphous glass does not contain Ge, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, when the Ge content in the amorphous glass exceeds 50%, Ge-based crystals precipitate from the glass, making it difficult to obtain the refractive index and transmittance that satisfy the characteristics of the
上記非晶質ガラスにおいて、Gaの含有量は、モル百分率で、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは1%以上、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下である。非晶質ガラス中にGaを含有することにより、ガラス化範囲をより広げ、ガラスの熱的安定性(ガラス化の安定性)をより一層高めることができる。 In the amorphous glass, the content of Ga is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, more preferably 15% or less, and still more preferably 10% or less in terms of molar percentage. By including Ga in the amorphous glass, the vitrification range can be broadened and the thermal stability (vitrification stability) of the glass can be further enhanced.
あるいは、非晶質ガラスは、モル百分率で、S 50%~80%、Sb 0%~40%(但し0%を含まない)、Ge 0%~18%(但し0%を含まない)、Sn 0%~20%、Bi 0%~20%を含有するガラスであることが好ましい。この場合、非晶質ガラスの屈折率をより一層大きくすることができる。 Alternatively, the amorphous glass is, in mole percentage, S 50%-80%, Sb 0%-40% (but not including 0%), Ge 0%-18% (but not including 0%), Sn A glass containing 0% to 20% Bi and 0% to 20% Bi is preferred. In this case, the refractive index of the amorphous glass can be further increased.
上記非晶質ガラスにおいて、Sの含有量は、モル百分率で、より好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下である。非晶質ガラス中のSの含有量が50%未満になると、ガラス化し難くなる。一方、非晶質ガラス中のSの含有量が80%を超えると、ガラスの耐候性が低下することにより、イマージョン回折素子1の使用環境が制限されることになる場合がある。
In the amorphous glass, the S content is more preferably 55% or more, more preferably 60% or more, more preferably 75% or less, and still more preferably 70% or less in terms of molar percentage. When the content of S in the amorphous glass is less than 50%, vitrification becomes difficult. On the other hand, when the content of S in the amorphous glass exceeds 80%, the weather resistance of the glass is lowered, which may limit the usage environment of the
上記非晶質ガラスにおいて、Sbの含有量は、モル百分率で、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上、より好ましくは35%以下、さらに好ましくは33%以下である。非晶質ガラス中にSbを含有しない場合、または、その含有量が40%を超えると、ガラス化し難くなる場合がある。 In the amorphous glass, the Sb content is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, more preferably 35% or less, and still more preferably 33% or less in terms of molar percentage. If the amorphous glass does not contain Sb, or if the content exceeds 40%, vitrification may become difficult.
上記非晶質ガラスにおいて、Geの含有量は、モル百分率で、より好ましくは2%以上、さらに好ましくは4%以上、より好ましくは15%以下である。ガラス中にGeを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、非晶質ガラス中のGeの含有量が18%を超えると、ガラス中からGe系の結晶が析出することにより、イマージョン回折素子1の特性を満たす屈折率や透過率が得難くなるとともに、モールドプレス成型をする際のガラスの粘度が高くなることで、後述する回折部4のプレス型10に対する形状の追従性が悪化する場合がある。
In the amorphous glass, the Ge content is preferably 2% or more, more preferably 4% or more, and more preferably 15% or less in terms of molar percentage. If the glass does not contain Ge, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, when the Ge content in the amorphous glass exceeds 18%, Ge-based crystals precipitate out of the glass, making it difficult to obtain the refractive index and transmittance that satisfy the characteristics of the
上記非晶質ガラスにおいて、Snの含有量は、モル百分率で、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは5%以上、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下である。非晶質ガラス中のSnは、ガラス化を促進する成分であるが、非晶質ガラス中のSnの含有量が20%を超えると、ガラス化し難くなる。 In the amorphous glass, the Sn content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, more preferably 15% or less, and still more preferably 10% or less in terms of molar percentage. Sn in the amorphous glass is a component that promotes vitrification, but when the Sn content in the amorphous glass exceeds 20%, vitrification becomes difficult.
上記非晶質ガラスにおいて、Biの含有量は、モル百分率で、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは2%以上、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは8%以下である。非晶質ガラス中のBiは、ガラスの溶融時に、原料がガラス化するのに必要なエネルギーを抑える成分である。しかし、非晶質ガラス中のBiの含有量が20%を超えると、ガラス中からBi系の結晶が析出することにより、イマージョン回折素子1の特性を満たす屈折率や透過率が得難くなる場合がある。
In the amorphous glass, the molar percentage of Bi content is preferably 0.5% or more, more preferably 2% or more, more preferably 10% or less, and still more preferably 8% or less. Bi in the amorphous glass is a component that reduces the energy required for vitrification of the raw material when the glass is melted. However, when the content of Bi in the amorphous glass exceeds 20%, Bi-based crystals are precipitated from the glass, making it difficult to obtain the refractive index and transmittance that satisfy the characteristics of the
プリズム部2及び回折部4を構成する非晶質ガラスの密度は、好ましくは6.5g/cm3以下、より好ましくは6.3g/cm3以下、さらに好ましくは6.0g/cm3以下である。非晶質ガラスの密度が、上記範囲を満たせば、イマージョン回折素子1をより一層軽量化することができる。
The density of the amorphous glass forming the
また、プリズム部2及び回折部4を構成する非晶質ガラスは、波長7.0μm~11.0μmにおける赤外線波長域の内部透過率が、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上である。この場合、所望の光学性能をより一層確実に得ることができる。なお、波長7.0μm~11.0μmにおける赤外線波長域の内部透過率の上限値は、例えば、99.5%とすることができる。ここで、内部透過率は、肉厚が2.0mmでのものである。
In addition, the amorphous glass constituting the
本実施形態では、回折部4において、凹部4cの底点部4c1が凸部4dの頂点部4d1よりも尖った形状を有することが好ましい。イマージョン回折素子1の特性面に大きく影響するのは第4の面4a及び凹部4cの底点部4c1であるため、凹部4cの底点部4c1が凸部4dの頂点部4d1よりも尖った形状、すなわち、凹部4cの底点部4c1の角R(半径、μm)をR4c1、凸部4dの頂点部4d1の角R(半径、μm)をR4d1とすると、R4c1をR4d1で除した値を、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.0以下とすることにより、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。なお、R4c1の値は、0.1μm~10μmであることが好ましく、R4d1の値は、5μm~20μmであることが好ましい。
In this embodiment, in the
また、図3に示すように、凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度θ1が、好ましくは60°以上、より好ましくは65°以上、さらに好ましくは70°以上、特に好ましくは80°以上であり、好ましくは120°以下、より好ましくは115°以下、さらに好ましくは110°以下、特に好ましくは100°以下である。凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度θ1は、90°±1°であることが好ましく、特に90°であることがより好ましい。この場合、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 3, the angle θ1 formed by the
以下、イマージョン回折素子1の製造方法の一例について説明する。
An example of a method for manufacturing the
(製造方法)
本実施形態の製造方法では、まず、非晶質ガラスを準備する。非晶質ガラスとしては、上述したプリズム部2及び回折部4を構成する非晶質ガラスと同じものを用いることができる。非晶質ガラスとしては、例えば、ガラス組成が、モル百分率で、S 60%、Sb 30%、Ge 5%、Sn 5%のカルコゲナイドガラス、又は、ガラス組成が、モル百分率で、Te 70%、Ge 25%、Ga 5%のカルコゲナイドガラスにより構成される母材ガラスを準備する。次に、非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、回折部4を形成する。具体的には、非晶質ガラスにより構成されているプリズム(前駆体プリズム)を準備し、この前駆体プリズムをモールドプレス成型することにより、プリズム部2及び回折部4を形成することができる。
(Production method)
In the manufacturing method of this embodiment, first, an amorphous glass is prepared. As the amorphous glass, the same amorphous glass as that constituting the
本実施形態の製造方法では、前駆体プリズムをモールドプレス成型することにより、容易に回折部4を形成することができる。また、非晶質ガラスでは、上記のように転写加工することができ、結晶方位により加工形状が制限されないので、回折部4の設計自由度を向上させることができる。従って、本実施形態の製造方法では、イマージョン回折素子1の光学自由度を向上させることができる。
In the manufacturing method of the present embodiment, the
本発明においては、回折部4の凹凸を形成するに際し、凹部4cの底点部4c1の角RをR4c1、凸部4dの頂点部4d1の角RをR4d1とすると、R4c1をR4d1で除した値を、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.0以下となるように非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。図3に示すように、得られる回折部4において、イマージョン回折素子1の特性面に大きく影響するのは第4の面4a及び凹部4cの底点部4c1であるため、R4c1をR4d1で除した値を上記の通り規定することで、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。なお、R4c1の値は、0.1μm~10μmであることが好ましく、R4d1の値は、5μm~20μmであることが好ましい。
In the present invention, when forming the unevenness of the
また、本発明においては、回折部4の凹凸を形成するに際し、凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度が、60°以上、120°以下となるように、非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度は、より好ましくは65°以上、さらに好ましくは70°以上、特に好ましくは80°以上であり、より好ましくは115°以下、さらに好ましくは110°以下、特に好ましくは100°以下である。凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度は、90°±1°であることが好ましく、90°であることがより好ましい。この場合、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。
In the present invention, when forming the unevenness of the
図5は、本発明の第1の実施形態に係るイマージョン回折素子の製造方法で用いるプレス型を説明するための模式的断面図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a press die used in the method for manufacturing an immersion diffraction element according to the first embodiment of the invention.
図5に示すように、プレス型10は、回折部4の凹凸に対応する形状を有する。プレス型10においては、凸部12の頂点部12aが凹部11の底点部11aよりも尖った形状、即ち、凸部12の頂点部12aの角RをR12a、凹部11の底点部11aの角RをR11aとすると、R12aをR11aで除した値が10.0以下であることが好ましく、8.0以下であることがより好ましい。このようなプレス型10を用いて、非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、回折部4における上記R4c1をR4d1で除した値を、より一層確実に10.0以下、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.0以下とすることができ、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。なお、R11aの値は、1μm~20μmであることが好ましく、R12aの値は、0.05μm~10μmであることが好ましい。
As shown in FIG. 5 , the press die 10 has a shape corresponding to the unevenness of the
また、プレス型10においては、凸部12の頂点部12aを形成する第6の面13及び第7の面14のなす角度θ2が、好ましくは60°以上、より好ましくは65°以上、さらに好ましくは70°以上、特に好ましくは80°以上であり、好ましくは120°以下、より好ましくは115°以下、さらに好ましくは110°以下、特に好ましくは100°以下である。凸部12の頂点部12aを形成する第6の面13及び第7の面14のなす角度θ2は、90°±1°であることが好ましく、90°であることがより好ましい。このようなプレス型10を用いて、非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、凹部4cの底点部4c1を形成する第4の面4a及び第5の面4bのなす角度を、上述した好ましい範囲に調整することができ、イマージョン回折素子1における回折効率をより一層向上させることができる。
In addition, in the press die 10, the angle θ2 formed by the
プレス型10の材料としては、特に限定されないが、例えば、超硬材、STAVAX、HPM38などを用いることができる。プレス型10としては、ニッケル-リンめっきされたプレス型を用いてもよい。 The material of the press die 10 is not particularly limited, but cemented carbide, STAVAX, HPM38, etc. can be used, for example. As the press die 10, a press die plated with nickel-phosphorus may be used.
本発明においては、回折部4を形成するに際し、非晶質ガラスのガラス転移温度+5℃以上、ガラス転移温度+50℃以下の温度で、非晶質ガラスをモールドプレス成型することが好ましい。非晶質ガラスのモールドプレス成型の温度は、非晶質ガラスのガラス転移温度+10℃以上、ガラス転移温度+45℃以下の温度であることがより好ましく、非晶質ガラスのガラス転移温度+15℃以上、ガラス転移温度+40℃以下の温度であることがさらに好ましい。
In the present invention, when forming the
なお、上記非晶質ガラスのガラス転移点は、好ましくは140℃以上、より好ましくは145℃以上、さらに好ましくは150℃以上、好ましくは250℃以下、より好ましくは245℃以下、さらに好ましくは240℃以下である。 The glass transition point of the amorphous glass is preferably 140° C. or higher, more preferably 145° C. or higher, still more preferably 150° C. or higher, preferably 250° C. or lower, more preferably 245° C. or lower, further preferably 240° C. or higher. °C or less.
上記のような温度でモールドプレス成型した場合、より低温でプレスできるので、大型の非晶質ガラスを成形した場合にも、熱バラつきがより一層生じ難い。また、寸法変化を引き起こすような熱歪みをより一層生じ難くすることができる。 When the mold press molding is performed at the temperature as described above, the pressing can be performed at a lower temperature. Therefore, even when a large-sized amorphous glass is molded, the thermal variation is much less likely to occur. In addition, thermal strain that causes dimensional change can be made more difficult to occur.
また、ニッケル-リンめっきされたプレス型は、高温では結晶化により使用し難くなることがあるので、上記のような低温でプレスする場合には、好適に使用することができる。ニッケル-リンめっきされたプレス型を用いることにより、プレス型の鏡面性が得やすくなり、モールドプレス成型の面精度をより一層向上させることができるので、回折部4の設計自由度をより一層向上させることができる。ここでは、例として、ニッケル-リンめっきされたプレス型を挙げたが、めっきの種類はこれに限定されるものではなく、ニッケル-モリブデンめっき、ニッケル-タングステンめっき等を用いることができる。
In addition, nickel-phosphorus-plated press dies may become difficult to use due to crystallization at high temperatures, so they can be suitably used when pressing at low temperatures as described above. By using a nickel-phosphorus-plated press die, it becomes easier to obtain a specular surface of the press die, and the surface accuracy of the mold press molding can be further improved, so that the design freedom of the
(実験例)
実験例では、本発明の第1の実施形態に係るイマージョン回折素子の製造方法に基づき、イマージョン回折素子を作製した。具体的には、減圧環境下(真空度0.3Pa)、温度185℃、プレス時間1分、プレス圧力2kNの条件で、非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、イマージョン回折素子を作製した。非晶質ガラスとしては、ガラス組成として、モル百分率で、Te 70%、Ge 20%、Ga 10%を含有するカルコゲナイドガラスを用いた。
(Experimental example)
In the experimental example, an immersion diffraction element was manufactured based on the method for manufacturing an immersion diffraction element according to the first embodiment of the present invention. Specifically, an immersion diffraction element was produced by mold-pressing amorphous glass under the conditions of a reduced pressure environment (degree of vacuum of 0.3 Pa), a temperature of 185°C, a press time of 1 minute, and a press pressure of 2 kN. . Chalcogenide glass containing 70% Te, 20% Ge, and 10% Ga in molar percentage was used as the amorphous glass.
図8及び図9は、実験例で使用した金型の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。なお、図8は、実験例で使用した金型における回折面形成部の断面のSEM写真であり、図9は、その回折面形成部の拡大図である。なお、金型の材料としては、超硬材(超硬EF10、共立合金製作所社製)を用いた。 8 and 9 are scanning electron microscope (SEM) photographs of the molds used in the experimental examples. FIG. 8 is a SEM photograph of the cross section of the diffraction surface forming portion of the mold used in the experimental example, and FIG. 9 is an enlarged view of the diffraction surface forming portion. A cemented carbide material (Cemented Carbide EF10, manufactured by Kyoritsu Gokin Seisakusho Co., Ltd.) was used as the material of the mold.
図10~図12は、実験例で作製したイマージョン回折素子の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。なお、図10は、イマージョン回折素子における回折面のSEM写真である。また、図11は、イマージョン回折素子における断面のSEM写真であり、図12は、その回折部の拡大図である。 10 to 12 are scanning electron microscope (SEM) photographs of immersion diffraction elements fabricated in experimental examples. Note that FIG. 10 is an SEM photograph of the diffraction surface of the immersion diffraction element. FIG. 11 is a cross-sectional SEM photograph of the immersion diffraction element, and FIG. 12 is an enlarged view of the diffraction portion.
図10~図12に示すように、モールドプレス成形により製造されたイマージョン回折素子では、回折部4や回折溝3にチッピングが生じ難い。この点に関しては、以下のように説明できる。
As shown in FIGS. 10 to 12, in the immersion diffraction element manufactured by mold press molding, chipping is less likely to occur in the
結晶材料や非晶質ガラス材料に直接切削や研磨等を施すことにより得られる従来のイマージョン回折素子では、回折部にチッピングが生じ易いという問題があった。これに対して、超硬材料等の鋼材に切削や研磨等を施す場合、回折部にチッピングが生じにくい。そのため、図8及び図9に示すような金型を用いて非晶質ガラスへモールド転写を行なうことにより、チッピングを抑制した回折構造を非晶質ガラスに付与することができる。 A conventional immersion diffraction element obtained by directly cutting or polishing a crystalline material or an amorphous glass material has a problem that chipping is likely to occur in the diffraction portion. On the other hand, when a steel material such as a superhard material is subjected to cutting, polishing, or the like, chipping is less likely to occur in the diffraction portion. Therefore, by performing mold transfer to amorphous glass using a mold as shown in FIGS. 8 and 9, it is possible to provide the amorphous glass with a diffraction structure in which chipping is suppressed.
このように、モールドプレス成形により製造された本実験例のイマージョン回折素子は、結晶材料に切削や研磨等を施す場合と比較して、回折部4や回折溝3にチッピングが生じ難いので、チッピングによる光散乱を抑制することができ、光学特性(回折特性)の悪化を生じ難くすることができる。
Thus, in the immersion diffraction element of this experimental example manufactured by mold press molding, chipping is less likely to occur in the
また、図10~図12に示すように、モールドプレス成型により得られたイマージョン回折素子では、回折部4や回折溝3にチッピングによる加工屑が付着しないため、後述する反射膜等の成膜後に、加工屑に起因する反射膜の剥がれを抑制することができ、それにより反射損失や光散乱を抑制することができる。
In addition, as shown in FIGS. 10 to 12, in the immersion diffraction element obtained by mold press molding, since processing chips due to chipping do not adhere to the
また、本実験例のように、モールドプレス成型によりイマージョン回折素子を製造する場合、チッピングによる加工屑が発生し難いため、イマージョン回折素子を洗浄する必要がなく、工程を簡略化できるとともに、イマージョン回折素子の光学特性の悪化を生じ難くすることができる。より具体的には、切削や研磨の後に洗浄すると、洗浄時に回折部が破損したり、回折部や回折溝に加工屑や浮遊ダストが凝集したりすることにより、光学特性が悪化するおそれがあるところ、本実験例のようにモールドプレス成型により製造することによりこの問題を解決することができる。 In addition, when the immersion diffraction element is manufactured by mold press molding as in this experimental example, it is difficult to generate processing waste due to chipping. Deterioration of the optical characteristics of the element can be made difficult to occur. More specifically, cleaning after cutting or polishing may damage the diffraction section during cleaning, or the aggregation of processing scraps or floating dust in the diffraction section or diffraction grooves may deteriorate the optical characteristics. However, this problem can be solved by manufacturing by mold press molding as in this experimental example.
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態に係るイマージョン回折素子を示す模式的断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an immersion diffraction element according to a second embodiment of the invention.
図6に示すように、イマージョン回折素子21においては、回折部4の表面が反射膜22によって覆われている。より具体的には、反射膜22は、回折部4の第4の面4a及び第5の面4bを覆っている。
As shown in FIG. 6 , in the
反射膜22の材料としては、特に限定されないが、Au等の金属を用いることができる。反射膜22としては、適宜の誘電体多層膜を用いてもよい。反射膜22の厚みは、例えば、1μm以上、10μm以下とすることができる。反射膜22は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。反射膜22は、その下地膜としてSiを用いてもよい。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
The material of the
第2の実施形態のイマージョン回折素子21においても、プリズム部2及び回折部4が、非晶質ガラスにより構成されている。そのため、製造が容易であり、かつ回折部4の設計自由度を向上させることができる。
Also in the
また、イマージョン回折素子21のように、回折部4の表面が反射膜22によって覆われていてもよい。この場合、プリズム部2に入射した光を、回折部4においてより確実に反射させることができ、より確実に分光させることができる。
Also, like the
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係るイマージョン回折素子を示す模式的断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an immersion diffraction element according to a third embodiment of the invention.
図7に示すように、イマージョン回折素子31においては、プリズム部2の第2の主面2b上に反射防止膜32が設けられている。
As shown in FIG. 7, in the
反射防止膜32は、例えば、Ge、Si、フッ化物、ZnSe、ZnS、及びダイヤモンドライクカーボンから選択される少なくとも1種以上からなることが好ましい。
The
なお、反射防止膜32は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。また、反射防止膜32の厚みは、例えば、1.0μm以上、5.0μm以下とすることができる。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
In addition, the
第3の実施形態のイマージョン回折素子31においても、プリズム部2及び回折部4が、非晶質ガラスにより構成されている。そのため、製造が容易であり、かつ回折部4の設計自由度を向上させることができる。
Also in the
また、イマージョン回折素子31のように、プリズム部2の第2の主面2b上に反射防止膜32が設けられていてもよい。プリズム部2の第2の面2bは、イマージョン回折素子31における入射部である。そのため、この入射部に反射防止膜32を設けることにより、入射光が反射され難くなる。よって、この場合、イマージョン回折素子31における光の利用効率をより一層高めることができる。
Further, like the
1,21,31…イマージョン回折素子
2…プリズム部
2a~2c…第1~第3の面
3…回折溝
4…回折部
4a,4b…第4,第5の面
4c,11…凹部
4c1,11a…底点部
4d,12…凸部
4d1,12a…頂点部
10…プレス型
13,14…第6,第7の面
22…反射膜
32…反射防止膜
A…光
R4c1…底点部の角R
R4d1…頂点部の角R
R11a…底点部の角R
R12a…頂点部の角R
θ1…角度
θ2…角度
1, 21, 31...
R4d1 ... Corner R of the vertex
R11a ... corner R of the bottom point
R12a... Corner R of vertex part
θ1 Angle θ2 Angle
Claims (17)
前記プリズム部及び前記回折部が、非晶質ガラスにより構成されている、イマージョン回折素子。 comprising a prism section and a diffraction section,
The immersion diffraction element, wherein the prism section and the diffraction section are made of amorphous glass.
前記非晶質ガラスをモールドプレス成型することにより、回折部を形成する工程と、を備える、イマージョン回折素子の製造方法。 providing an amorphous glass;
A method of manufacturing an immersion diffraction element, comprising: forming a diffraction portion by mold-pressing the amorphous glass.
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