JP3566635B2 - 光学物品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学物品の製造方法に関し、例えば使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造を有した積層構造の回折光学素子等の光学物品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学系の色収差を補正するためには、分散の異なる硝材からなる光学素子を組み合わせることによりなされていた。また、屈折型光学系（レンズ）ではなく、回折型光学系を用いることが、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１３５４ 第２４〜３７巻に開示されている。
ところで、分光特性を有する光学系に回折効率を有する回折面を付加する場合、使用する波長領域における回折効率を高く保つことが重要である。しかし、回折型光学系においては、設計次数以外の次数の光は、次数が離れるだけ回折角が大きくなり、焦点距離の差が大きくなるので、デフォーカスとして現れ、特に高輝度な光源が存在する場合、サイドローブが生じることがある。
【０００３】
一方、２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を構成することにより、画質および情報において、かなりの品質向上が期待でき、光学的性能を向上させることが可能となる。
このような２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を実現する方法として、従来、微細加工技術の代表的なものとして、半導体製造プロセスである光リソグラフィーあるいはダイヤモンドバイトによる精密切削技術が知られている。それらの加工技術による微細形状を型とし、プラスチックまたはガラスを成形することで、上記積層構造の回折光学素子を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記積層構造の回折光学素子においては、上記したように光学的性能を向上させることができる反面、従来の方法を流用するだけでは、以下に述べるように、製造方法が非常に複雑で、また高コストとなり、実用化が難しいという問題を有している。
上記積層構造の回折光学素子においては、積層される回折格子自体を高い精度で制作しなければならない。従来から光学部品の複製を製造する技術として、光硬化樹脂を用いたレプリカ成形法が、転写性や面精度、簡易性などから好まれている。この方法は、フォトリソ技術で得られる高微細の形状転写が可能なことから、今も重要な技術である。転写性においては、材料自体の硬化収縮量の影響があるが、諸処の技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平３ー７９３１４号公報においては、離型技術が提案されているが、これによると、微細パターンの凹凸深さが大きくなった場合等において、つぎのような問題が発生してしまう。すなわち、積層の回折光学素子は、文字どおり２枚の回折光学素子を接合することにより、製品の重量や小型化を考えると薄いことが必要になる。従来、前述のレプリカ成形方法ではその離型は型径より大きい基板ガラスを引き上げる方法でおこなうため、その離型の進行において、非常に大きな素子全体のそり（変形）が起きてしまう。
【０００６】
例えば、表面が球面あるいは非球面であるような屈折率レンズを成形する場合は、その成形形状に大きな影響をきたさないが、表面に微小なピッチで凹凸形状を有する回折光学素子などは、そりや変形による離型角度が微細成形形状を倒す力となり、その形状を変形あるいは破損させてしまう。その大きさは成形材料と型材質での密着性で主に決まるので、密着性を低下するには、型に離型材を塗布する方法があるが、微細形状の乱れまた量産でのメンテなどを考えると困難な点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、離型による変形や破損が生じることがなく、安定に量産することが可能な光学物品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、つぎの（１）〜（２）のように構成した光学物品の製造方法を提供するものである。
（１）表面に微細な凹レンズ効果を有するパターンが形成された光学物品を、成形型によって製造する光学物品の製造方法において、
前記成形型より前記光学物品を離型するに際し、第１段階において前記成形型と前記光学物品との接合部に局所的な温度差を与えて該接合部を剥離するに当たり、該光学物品の端部から中心付近にかけて該局所的な温度差による剥離域を順次拡大させ、該光学物品の中心部はイジェクターピンを素子外周部に接触させた後に、該中心部を加熱することで全域の離型を行い、光学物品を製造することを特徴とする光学物品の製造方法。
（２）前記光学物品が、２層以上の積層構造を有する回折光学素子であることを特徴とする上記（１）に記載の光学物品の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、例えば使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造を有した積層回折格子を製造するに際して、その品質に大きな影響を持つ個々の回折格子の格子形状を崩すこと無く量産することが可能となる。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
上記した積層構造の回折光学素子は、凹と凸レンズタイプの回折光学レンズを接合することで作成することができる（図１）。凹レンズタイプは、ブレーズド格子の場合、その格子頂点が外側になり、凸レンズタイプはその格子頂点が中心側である（図２）。
【００１１】
レプリカ成形方法は、従来においては、一般的につぎの（１）〜（３）の工程を有している。
（１）型上に光硬化樹脂を適下し、その上からガラス基板をかぶせ、樹脂が型全体に広がり所望の樹脂厚みとする工程。
（２）樹脂が型全体に広がり所望の樹脂厚みになったとき、該樹脂を硬化させるため紫外線を照射する工程。
（３）最後にガラスとともに形状を転写した樹脂成形品をはがす工程（図３）。
【００１２】
成形品が凸タイプ、つまり、その成形に必要な凹タイプの型では成形品を離型する際、外側から中心に向かい剥離を進行させたときは成形された樹脂の格子は、その過程で型の格子形状とぶつかること無く離れていくが、成形品が凹タイプ、つまり、型が凸タイプの場合は同様に外から中心に剥離を進行させてしまうと、成形された樹脂の格子は型の格子形状にぶつかり、成形品の格子形状か著しく変形あるいは破損してしまう（図４）。前記のような回折格子では、回折効率の低下およびフレアが発生してしまい、画質に大きな影響を及ぼすことがわかっている。
【００１３】
このようなことから、本実施例においては、凹タイプの回折レンズを得るために、前述のレプリカ成形方法での（３）の工程を行わずに、以下の手順を実施する。
まず、成形基板の端部から少々中心側を、基板全体の温度が下がらないように局所的に冷却機などの冷風で冷却する（図５）。周囲から樹脂が型から剥離し始めるので、冷却位置を回折素子の中心を軸に回転移動することで全周囲を剥離させる。その後、冷却位置を移動する回転半径を小さくし、素子の中心付近まで剥離を行う（図６）。
【００１４】
最後に剥離できない領域が中心に残るので（図７）、基板ガラスの外周を型から離す方向へ、イジェクターピンを基板ガラスと接するまで近づける（図８）。イジェクターピンによって外周部を保持された状態で、素子の中心付近を温風機で加熱することで（図９）、素子全域の離型が達成される（図１０）。
【００１５】
［実施例２］
実施例１では、レプリカのガラス基板の温度調節して離型したが、図１１のようにガラス面に熱膨張率がガラスより大きなプラスチックなどを吸着させて、小さな冷却・加熱温度差での離形を実現している。しかし、温度変化による変形量が大きすぎると素子自体も大きな変形してしまい、微細形状を破損してしまうため、熱変形解析などを事前に行う必要がある。また、反り量は材料表裏の温度差から発するので、熱伝導の小さい材料を選ぶこと、また、材料中に断熱構造を持たすなどが好ましい。
【００１６】
［実施例３］
実施例１では、冷却エアー管を移動させながら剥離域を広げたが、複数の冷却エアー管を素子外周部に配列し、それらを剥離に従い中心へ移動させ効率的に離型を行った（図１２）。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、離型による変形や破損が生じることがなく、安定に量産することが可能な光学物品の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における積層構造を有する回折光学素子の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１における積層構造を有する回折光学素子の凹・凸レンズタイプの構成を示す図。
【図３】レプリカ成形法での従来の離型状態を示す図。
【図４】レプリカ成形法での従来の剥離時に発生する格子変形状態を示す図。
【図５】本発明の実施例１における冷却エアーでの剥離状態を示す図。
【図６】本発明の実施例１における冷却エアーでの剥離（中心部未剥離）状態を示す図。
【図７】本発明の実施例１におけるイジェクターの上昇過程を説明するための図。
【図８】本発明の実施例１におけるイジェクターがガラス面と接触する過程を説明するための図。
【図９】本発明の実施例１におけるガラス中心部を加熱エアー管にって加熱する過程を説明するための図。
【図１０】本発明の実施例１における全域離型が達成された状態を示す図。
【図１１】本発明の実施例２におけるプラスチック板を吸着させ離型を実現する手段を説明するための図。
【図１２】本発明の実施例３における複数の冷却エアー管を素子外周部に配列し、離型を実現する手段を説明するための図。
【発明の属する技術分野】
本発明は光学物品の製造方法に関し、例えば使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造を有した積層構造の回折光学素子等の光学物品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学系の色収差を補正するためには、分散の異なる硝材からなる光学素子を組み合わせることによりなされていた。また、屈折型光学系（レンズ）ではなく、回折型光学系を用いることが、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１３５４ 第２４〜３７巻に開示されている。
ところで、分光特性を有する光学系に回折効率を有する回折面を付加する場合、使用する波長領域における回折効率を高く保つことが重要である。しかし、回折型光学系においては、設計次数以外の次数の光は、次数が離れるだけ回折角が大きくなり、焦点距離の差が大きくなるので、デフォーカスとして現れ、特に高輝度な光源が存在する場合、サイドローブが生じることがある。
【０００３】
一方、２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を構成することにより、画質および情報において、かなりの品質向上が期待でき、光学的性能を向上させることが可能となる。
このような２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を実現する方法として、従来、微細加工技術の代表的なものとして、半導体製造プロセスである光リソグラフィーあるいはダイヤモンドバイトによる精密切削技術が知られている。それらの加工技術による微細形状を型とし、プラスチックまたはガラスを成形することで、上記積層構造の回折光学素子を製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記積層構造の回折光学素子においては、上記したように光学的性能を向上させることができる反面、従来の方法を流用するだけでは、以下に述べるように、製造方法が非常に複雑で、また高コストとなり、実用化が難しいという問題を有している。
上記積層構造の回折光学素子においては、積層される回折格子自体を高い精度で制作しなければならない。従来から光学部品の複製を製造する技術として、光硬化樹脂を用いたレプリカ成形法が、転写性や面精度、簡易性などから好まれている。この方法は、フォトリソ技術で得られる高微細の形状転写が可能なことから、今も重要な技術である。転写性においては、材料自体の硬化収縮量の影響があるが、諸処の技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平３ー７９３１４号公報においては、離型技術が提案されているが、これによると、微細パターンの凹凸深さが大きくなった場合等において、つぎのような問題が発生してしまう。すなわち、積層の回折光学素子は、文字どおり２枚の回折光学素子を接合することにより、製品の重量や小型化を考えると薄いことが必要になる。従来、前述のレプリカ成形方法ではその離型は型径より大きい基板ガラスを引き上げる方法でおこなうため、その離型の進行において、非常に大きな素子全体のそり（変形）が起きてしまう。
【０００６】
例えば、表面が球面あるいは非球面であるような屈折率レンズを成形する場合は、その成形形状に大きな影響をきたさないが、表面に微小なピッチで凹凸形状を有する回折光学素子などは、そりや変形による離型角度が微細成形形状を倒す力となり、その形状を変形あるいは破損させてしまう。その大きさは成形材料と型材質での密着性で主に決まるので、密着性を低下するには、型に離型材を塗布する方法があるが、微細形状の乱れまた量産でのメンテなどを考えると困難な点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、離型による変形や破損が生じることがなく、安定に量産することが可能な光学物品の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、つぎの（１）〜（２）のように構成した光学物品の製造方法を提供するものである。
（１）表面に微細な凹レンズ効果を有するパターンが形成された光学物品を、成形型によって製造する光学物品の製造方法において、
前記成形型より前記光学物品を離型するに際し、第１段階において前記成形型と前記光学物品との接合部に局所的な温度差を与えて該接合部を剥離するに当たり、該光学物品の端部から中心付近にかけて該局所的な温度差による剥離域を順次拡大させ、該光学物品の中心部はイジェクターピンを素子外周部に接触させた後に、該中心部を加熱することで全域の離型を行い、光学物品を製造することを特徴とする光学物品の製造方法。
（２）前記光学物品が、２層以上の積層構造を有する回折光学素子であることを特徴とする上記（１）に記載の光学物品の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、例えば使用波長領域の光束が特定次数に集中する格子構造を有した積層回折格子を製造するに際して、その品質に大きな影響を持つ個々の回折格子の格子形状を崩すこと無く量産することが可能となる。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
上記した積層構造の回折光学素子は、凹と凸レンズタイプの回折光学レンズを接合することで作成することができる（図１）。凹レンズタイプは、ブレーズド格子の場合、その格子頂点が外側になり、凸レンズタイプはその格子頂点が中心側である（図２）。
【００１１】
レプリカ成形方法は、従来においては、一般的につぎの（１）〜（３）の工程を有している。
（１）型上に光硬化樹脂を適下し、その上からガラス基板をかぶせ、樹脂が型全体に広がり所望の樹脂厚みとする工程。
（２）樹脂が型全体に広がり所望の樹脂厚みになったとき、該樹脂を硬化させるため紫外線を照射する工程。
（３）最後にガラスとともに形状を転写した樹脂成形品をはがす工程（図３）。
【００１２】
成形品が凸タイプ、つまり、その成形に必要な凹タイプの型では成形品を離型する際、外側から中心に向かい剥離を進行させたときは成形された樹脂の格子は、その過程で型の格子形状とぶつかること無く離れていくが、成形品が凹タイプ、つまり、型が凸タイプの場合は同様に外から中心に剥離を進行させてしまうと、成形された樹脂の格子は型の格子形状にぶつかり、成形品の格子形状か著しく変形あるいは破損してしまう（図４）。前記のような回折格子では、回折効率の低下およびフレアが発生してしまい、画質に大きな影響を及ぼすことがわかっている。
【００１３】
このようなことから、本実施例においては、凹タイプの回折レンズを得るために、前述のレプリカ成形方法での（３）の工程を行わずに、以下の手順を実施する。
まず、成形基板の端部から少々中心側を、基板全体の温度が下がらないように局所的に冷却機などの冷風で冷却する（図５）。周囲から樹脂が型から剥離し始めるので、冷却位置を回折素子の中心を軸に回転移動することで全周囲を剥離させる。その後、冷却位置を移動する回転半径を小さくし、素子の中心付近まで剥離を行う（図６）。
【００１４】
最後に剥離できない領域が中心に残るので（図７）、基板ガラスの外周を型から離す方向へ、イジェクターピンを基板ガラスと接するまで近づける（図８）。イジェクターピンによって外周部を保持された状態で、素子の中心付近を温風機で加熱することで（図９）、素子全域の離型が達成される（図１０）。
【００１５】
［実施例２］
実施例１では、レプリカのガラス基板の温度調節して離型したが、図１１のようにガラス面に熱膨張率がガラスより大きなプラスチックなどを吸着させて、小さな冷却・加熱温度差での離形を実現している。しかし、温度変化による変形量が大きすぎると素子自体も大きな変形してしまい、微細形状を破損してしまうため、熱変形解析などを事前に行う必要がある。また、反り量は材料表裏の温度差から発するので、熱伝導の小さい材料を選ぶこと、また、材料中に断熱構造を持たすなどが好ましい。
【００１６】
［実施例３］
実施例１では、冷却エアー管を移動させながら剥離域を広げたが、複数の冷却エアー管を素子外周部に配列し、それらを剥離に従い中心へ移動させ効率的に離型を行った（図１２）。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、離型による変形や破損が生じることがなく、安定に量産することが可能な光学物品の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における積層構造を有する回折光学素子の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１における積層構造を有する回折光学素子の凹・凸レンズタイプの構成を示す図。
【図３】レプリカ成形法での従来の離型状態を示す図。
【図４】レプリカ成形法での従来の剥離時に発生する格子変形状態を示す図。
【図５】本発明の実施例１における冷却エアーでの剥離状態を示す図。
【図６】本発明の実施例１における冷却エアーでの剥離（中心部未剥離）状態を示す図。
【図７】本発明の実施例１におけるイジェクターの上昇過程を説明するための図。
【図８】本発明の実施例１におけるイジェクターがガラス面と接触する過程を説明するための図。
【図９】本発明の実施例１におけるガラス中心部を加熱エアー管にって加熱する過程を説明するための図。
【図１０】本発明の実施例１における全域離型が達成された状態を示す図。
【図１１】本発明の実施例２におけるプラスチック板を吸着させ離型を実現する手段を説明するための図。
【図１２】本発明の実施例３における複数の冷却エアー管を素子外周部に配列し、離型を実現する手段を説明するための図。
Claims (2)
- 表面に微細な凹レンズ効果を有するパターンが形成された光学物品を、成形型によって製造する光学物品の製造方法において、
前記成形型より前記光学物品を離型するに際し、第１段階において前記成形型と前記光学物品との接合部に局所的な温度差を与えて該接合部を剥離するに当たり、該光学物品の端部から中心付近にかけて該局所的な温度差による剥離域を順次拡大させ、該光学物品の中心部はイジェクターピンを素子外周部に接触させた後に、該中心部を加熱することで全域の離型を行い、光学物品を製造することを特徴とする光学物品の製造方法。 - 前記光学物品が、２層以上の積層構造を有する回折光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学物品の製造方法。
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| JP2000251274A JP3566635B2 (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 光学物品の製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000251274A JP3566635B2 (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 光学物品の製造方法 |
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Family
ID=18740697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000251274A Expired - Fee Related JP3566635B2 (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 光学物品の製造方法 |
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2000
- 2000-08-22 JP JP2000251274A patent/JP3566635B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2001
- 2001-08-14 US US09/928,337 patent/US6736999B2/en not_active Expired - Lifetime
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