JP4081995B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

【００３０】
（式中、Ｘはシアノ基、メチル基、メトキシ基、またはニトロ基を示し、Ｙはエーテル結合、ケトン結合、またはスルホン結合による２価の連結基を示す。ｌおよびｍは２〜１８の整数を示し、ｎは５〜５００の整数を示す。）
【００３１】
上記の第２の目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法は、光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、光学素子に設けられた高分子層の表面に所定の強度分布を有する光を照射し、該強度分布に応じた凹凸を形成して、光学素子を製造することを特徴とする。この場合、照射する光が円偏光であることが好ましい。また、所定の強度分布を、計算機ホログラムまたはキノフォームに対応した強度分布や、拡散体から得られたスペックルパターンに対応した強度分布とすることができる。
【００３２】
この製造方法では、計算機ホログラムまたはキノフォームに対応した強度分布を有する光や、拡散体から得られたスペックルパターンに対応した強度分布を有する光など、任意の光パターンを照射することにより、高分子層の表面に所望形状の凹凸を形成することができ、高分子層の表面に凹凸が形成された光学素子を簡便且つ安価に製造することができる。
【００３３】
また、上記の第２の目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、光学素子に設けられた高分子層の表面に物体光及び参照光を照射し、該物体光及び参照光の干渉光による強度分布に応じた凹凸を形成して、光学素子を製造することを特徴とする。この場合、物体光と参照光は互いに逆周りの円偏光であることが好ましい。
【００３４】
この製造方法では、例えば光の干渉縞など、任意の光パターンを照射することにより、高分子層の表面に所望形状の凹凸を形成することができ、高分子層の表面に凹凸が形成された光学素子を簡便且つ安価に製造することができる。
【００３５】
上記の第３の目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子の表面に形成された凹凸が転写された複製物を製造する光学素子の製造方法であって、前記光学素子の表面に形成された凹凸を利用して、該凹凸を転写するためのスタンパを作製し、該スタンパを用いた熱圧着または射出成形により、樹脂材料の表面に前記凹凸と同じ形状の凹凸を形成して、前記光学素子（複製物）を製造することを特徴とする。
【００３６】
上記の光学素子（複製物）の製造方法では、例えば、本発明の光学素子を用いてマスタリングを行ってメタルマスタを作製し、このメタルマスタに基づいてスタンパを作製する等、本発明の光学素子の表面に形成された凹凸を利用して、この凹凸を転写するためのスタンパを作製することができる。そして、このスタンパを用いた熱圧着または射出成形など大量生産に適した方法により、樹脂材料の表面に光学素子の表面に形成された凹凸と同じ形状の凹凸を形成して、同じ表面形状の光学素子を容易に複製することができる。このため、複雑な表面形状の光学素子も容易に大量生産することができる。また、得られた光学素子の複製物は、本発明の光学素子と同様に、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を発揮する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
〔高分子担体または高分子層の材料〕
本発明の光学素子に使用する高分子材料は、アゾベンゼン骨格を有する高分子（以下、「アゾポリマー」と称する）である。このアゾベンゼン骨格は、トランス−シス−トランスの光異性化サイクルを示す。
【００３８】
本発明においては、これらアゾポリマーの中でも、ガラス転移点Ｔｇが室温近傍、好ましくは室温より少し高温のアゾポリマーが特に好ましい。従来、Photofabrication of surfaces for holograms, Sukant Tripathy, Dong-Yu Kim, Lian Li, and Jayant Kumar, CHEMTECH MAY (1998) pp. 34-40.に記載されているように、表面レリーフ形成には、ガラス転移点Ｔｇが１００℃以上のアゾポリマーが使用されていたが、本発明者等は、ガラス転移点Ｔｇが室温近傍のアゾポリマーを記録媒体に用いることで、深いレリーフ構造が容易且つ安定に得られることを見出し、光学素子の設計の自由度を大幅に向上させた。
【００３９】
また、分子構造の観点から、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む高分子が好ましく、主鎖に芳香族炭化水素基を含む高分子がより好ましい。これらの中でも、上記一般式（１）で表されるポリエステルが特に好ましい。
【００４０】
本発明で使用することができるアゾポリマーの具体例を以下に示す。
【００４１】
【化３】

【００４２】
上記の側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（アゾポリマー（１））は、M.Satoらの”Synthesis and properties of polyesters having cyanoazobenzene units in the side chain", Macromol. Rapid Commun. 15, 21-29 (1994)に報告されており、この文献に記載されている方法により合成することができる。次に、このアゾポリマー（１）の合成手順を説明する。
【００４３】
（４−ヒドロキシ−４'−シアノアゾベンゼンの合成） ４−アミノベンゾニトリル２モル（２３６．３ｇ）、ＨＣｌ（１２Ｎ）６００ミリリットル、及び純水６００ミリリットルを氷浴中で攪拌しながら、ＮａＮＯ₂水溶液（ＮａＮＯ₂１５０ｇ、純水７５０ミリリットル）を滴下した（ステップ１）。フェノール２モル（１９１．８ｇ）とＫＯＨ２モル（１１２．３ｇ）を約２リットルの純水にすばやく溶解し、ステップ１の生成物を滴下して反応させた。反応終了後、生成物を吸引ろ過によりろ取した後、純水で洗浄して減圧乾燥した。得られた生成物をメタノールで再結晶させ、４−ヒドロキシ−４'−シアノアゾベンゼン１．３モル（２９２．３ｇ、収率６５．５％）の結晶を得た。
【００４４】
（４−（６−ブロモヘキシルオキシ）−４'−シアノアゾベンゼンの合成） ４−ヒドロキシ−４'−シアノアゾベンゼン０．２モル（４４．６ｇ）、１，６−ジブロモヘキサン２モル（４８８．１ｇ）、Ｋ₂ＣＯ₃１．４５モル（２００．４ｇ）、及びアセトン８００ミリリットルを２リットルの三つ口フラスコに入れ、ウォータバスを用いて２０時間還流し反応させた。室温まで冷却した後、副生成物と過剰のＫ₂ＣＯ₃をろ過して取り除いた。得られたろ液をロータリエバポレータを用いて約１／２程度まで濃縮した後に冷凍庫に放置して結晶化させた。析出した結晶を吸引ろ過によりろ取した後、ｎ−ヘキサンで洗浄して減圧乾燥した（０．１１７モル（４５．３ｇ、収率５８．６％））。更に、得られた粗結晶をエタノールで再結晶させ、４−（６−ブロモヘキシルオキシ）−４'−シアノアゾベンゼン０．０９４モル（３６．３ｇ、収率４７．０％）を得た。
【００４５】
（５−ヒドロキシイソフタル酸ジエチルエステルの合成） ５−ヒドロキシイソフタル酸１モル（１８２．４ｇ）、エタノール１５００ミリリットル、及び濃硫酸１０ミリリットルを２リットルの三つ口フラスコに入れ、ウォータバスを用いて２４時間還流し反応させた。反応液をロータリエバポレータを用いて濃縮し、濃縮液をＮａＨＣＯ₃水溶液に注いだ後、生成物をろ取し、減圧乾燥して、５−ヒドロキシイソフタル酸ジエチルエステル０．０９６モル（２２８．８ｇ、収率９６．０％）を得た。更に、得られた生成物をエタノールで再結晶させ、加熱（５０〜６０℃）下で減圧乾燥した。
【００４６】
（側鎖部モノマー：５−（４−シアノベンゼンアゾフェノキシヘキシルオキシ）−イソフタル酸エチルエステルの合成） ４−（６−ブロモヘキシルオキシ）−４'−シアノアゾベンゼン０．０８モル（３０．９ｇ）、５−ヒドロキシイソフタル酸ジエチルエステル０．０８モル、Ｋ₂ＣＯ₃０．１２モル（１６．５８ｇ）、及びアセトン４００ミリリットルを１リットルの三つ口フラスコに入れ、ウォータバスを用いて２４時間還流し反応させた。放冷後、反応液を約４リットルの純水に注ぎ、沈殿物をろ過して取り出し、減圧乾燥した（０．０７１モル（３８．８ｇ、収率８９．２％））。その後アセトンで再結晶させ、側鎖部モノマーとなる５−（４−シアノベンゼンアゾフェノキシヘキシルオキシ）−イソフタル酸エチルエステル０．０５８モル（３１．４ｇ、収率７２．２％）の結晶を得た。得られた結晶の融点は９９．０℃であり、３６４．２ｎｍに吸収ピークを有していた。
【００４７】
側鎖部モノマーの同定は、ＦＴＩＲスペクトルと¹Ｈ−ＮＭＲとによって行った。ＦＴＩＲの測定結果を次に示す。
ＦＴＩＲ（KBr）：2947.7cm^-1（CH伸縮），2227.4cm^-1（CN），1713.4cm^-1（エステルC=O），1599.7cm^-1（C=C），1580cm^-1（N=N），1244.8cm^-1（C-O-C）
また、下記表１に¹Ｈ−ＮＭＲスペクトル分析の結果を示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
（主鎖部モノマー：ビス（４−ヒドロヘキシルオキシフェニル）エーテルの合成） ４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル０．３モル（６０．６６ｇ）、６−クロロ−１−ヘキサノール０．６６モル（９０．１６ｇ）、Ｋ₂ＣＯ₃０．７モル（９７ｇ）、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド２５０ミリリットルを混合し、オイルバスを用いて１６０℃に加熱し２４時間反応させた。その後、反応液を少量の塩酸を含む水に注いで、生成物を吸引ろ過によりろ取し、減圧乾燥して、ビス（４−ヒドロヘキシルオキシフェニル）エーテルを得た。更に、得られた生成物を水−Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド系混合溶剤より再結晶させて、ビス（４−ヒドロヘキシルオキシフェニル）エーテルの結晶がほぼ定量的に得られた。得られた結晶の融点は１１９℃であった。
【００５０】
主鎖部モノマーの同定は、ＦＴＩＲスペクトルと¹Ｈ−ＮＭＲとによって行った。ＦＴＩＲの測定結果を次に示す。
ＦＴＩＲ（KBr、JASCO FT/IR-230）：3312.1cm^-1（OH），2936.1cm^-1（CH伸縮），1505.2cm^-1（芳香族），1241.9cm^-1（C-O-C）
また、下記表２に¹Ｈ−ＮＭＲスペクトル分析の結果を示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
（アゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルの溶融重縮合） 側鎖部モノマー：５−（４−シアノベンゼンアゾフェノキシヘキシノキシ）−イソフタル酸エチルエステル０．０１モル（５．４３６１ｇ）、主鎖部モノマー：ビス（４−ヒドロヘキシルオキシフェニル）エーテル０．０１モル（４．０２５３ｇ）、及び無水酢酸亜鉛０．１ｇを３００ミリリットルの三つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下で、次の１）〜４）のステップに従い反応させた。
１）約１６０℃で２時間反応
２）１０Ｔｏｒｒ（１．３３×１０³Ｐａ）に減圧して２０分反応
３）３０分かけて１８０℃、２〜５Ｔｏｒｒ（０．２７×１０³〜０．６７×１０³Ｐａ）に昇温・減圧
４）１８０℃、２〜５Ｔｏｒｒ（０．２７×１０³〜０．６７×１０³Ｐａ）で２時間反応
上記反応終了後、反応液をクロロホルムに溶解させてメタノール中に注いだ。沈殿物をろ過して取り出し、純水で加熱洗浄した後にメタノールで加熱洗浄し、減圧乾燥して、シアノアゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルをほぼ定量的に得た。
【００５３】
図１に上記方法で合成したアゾポリマー（１）のＤＳＣ（示差走査熱量計）曲線を示す。ガラス転移温度Ｔｇは３８℃、融点Ｔｍは６５℃であった。また、偏光顕微鏡観察によると、液晶相は存在せず固体状態において複屈折を有する高分子であった。
【００５４】
次に、基板上にアゾポリマー（１）からなる高分子層を有する記録媒体を作成した。まず、上記方法で合成したアゾポリマー（１）をクロロホルムに０．８ｇ／ミリリットルの濃度で溶かし、洗浄したガラス基板上にスピンコートした（１０００ｒｐｍ，２０秒）。乾燥させた後、等方相になる温度まで加熱し、急冷して、アゾポリマー（１）からなる高分子層を形成した。偏光顕微鏡観察により形成された高分子層は等方的なアモルファス膜であることを確認した。また、触針式の表面粗さ計を用いて膜厚を測定したところ１．５μｍであった。
【００５５】
この記録媒体を用いて表面レリーフホログラムを形成し、凹凸深さ（レリーフ深さ）と露光エネルギーとの関係を調べた。表面レリーフホログラムの形成に当っては、アルゴンイオンレーザの５１５ｎｍの発振線を用い、これを２光波に分岐して物体光及び参照光とすると共に、それぞれの偏光を互いに逆周りの円偏光とした。露光強度は０．５Ｗ／ｃｍ²とした。形成されるグレーティングの間隔が１μｍ及び１０μｍの２通りとなるように２光波の交差角を調整して、レリーフ発達の様子を調べた。結果を図２に示す。
【００５６】
図２から分かるように、露光エネルギーが増加するとレリーフ深さも増加した。また、間隔が１０μｍのグレーティングでは１μｍを超える深さの凹凸が形成できた。また、１μｍ間隔のグレーティングはそれより小さい０．２５μｍ程度の深さの凹凸が形成できた。
【００５７】
このように、アゾポリマー（１）を用いた記録媒体では、従来より深いレリーフを誘起することができる。これはアゾポリマーのＴｇが室温近傍であるために、光照射による分子移動が容易に起こるためであると推測される。一方、室温より低いＴｇのアゾポリマーを用いると、光照射時には深いレリーフが誘起されるものの、光遮断後にその形状は維持されず、結果として深い凹凸を持つ光学素子は実現できない。従って、前記した通り、深いレリーフ構造が容易且つ安定に得られる点で、室温より少し高いＴｇ、好ましくは２０℃〜５０℃の範囲のＴｇを示すアゾポリマーが本発明には好適である。
【００５８】
次に、アゾポリマー（１）からなる高分子層の厚みを種々変えて記録媒体を複数作製し、各々の記録媒体について表面レリーフホログラムを形成して、レリーフ深さと露光エネルギーとの関係を調べたところ、アゾポリマーの厚みが１μｍ〜１０μｍの範囲で、図２に示す場合と同様の大きさの凹凸が誘起されることが確認された。
【００５９】
従来、厚み数百ｎｍのアゾポリマー層に数十から百μｍ程度の薄い膜で、凹凸が誘起された例は複数報告されているが、数μｍを超える厚いアゾポリマー層に深いレリーフ構造を誘起した例は報告されていない。本発明においては、アゾポリマー層の厚みを１μ〜１０μｍと厚くした場合にも、効果的に数百ｎｍから数μｍの凹凸が誘起できることを明らかにした。即ち、上記した通り、適切なＴｇを有するアゾポリマーを記録媒体に用い、その厚みを比較的厚くしてホログラムを記録することで、非常に大きな表面レリーフ構造を生成できることを見出した。そして、これを光学素子に応用することにより、光学素子の設計の自由度を大幅に向上させることができた。
【００６０】
本発明で使用することができる他のアゾポリマーの例（化学構造式とそのＴｇ）を以下に示す。これらのアゾポリマーは、アゾポリマー（１）と同様の方法で合成することができる。
【００６１】
【化４】

【００６２】
【化５】

【００６３】
【化６】

【００６４】
【化７】

【００６５】
【化８】

【００６６】
【化９】

【００６７】
【化１０】

【００６８】
上記の通り、例示したアゾポリマーのＴｇは２０℃から５０℃の範囲内にあり、レリーフ形成実験においても、アゾポリマー（１）と同様に深い凹凸を誘起できることが確認された。
【００６９】
〔光学素子の形態〕
本発明の光学素子は、図３（ａ）に示すように、アゾポリマー担体１０を備えるように構成することができる。なお、アゾポリマー担体は、アゾポリマー層のみで構成されている。アゾポリマー担体１０の表面１０ａには、屈折機能及び回折機能の少なくとも一方を有する所定形状の凹凸が形成されている。この凹凸は、記録媒体であるアゾポリマー担体１０の表面１０ａに、アゾポリマーの異性化を誘起する所定波長の光を所定の強度分布で照射することにより形成することができる。
【００７０】
また、本発明の光学素子は、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板やプラスチック基板等の基体１２と、この基体１２表面に形成されたアゾポリマー層１４とで構成されていてもよい。同様に、アゾポリマー層１４の表面１４ａには、屈折機能及び回折機能の少なくとも一方を有する所定形状の凹凸が形成されている。これらの凹凸は、この記録媒体のアゾポリマー層１４の表面１４ａに、アゾポリマーの異性化を誘起する所定波長の光を所定の強度分布で照射することにより、表面１４ａに所定形状の凹凸が形成される。
【００７１】
上記のアゾポリマー層１４を備えた記録媒体は、例えば、アゾポリマーのクロロホルム溶液を、洗浄した基体１２上にキャストし乾燥することにより作製することができる。また、アゾポリマー溶液を基体１２上にスピンコートしてアゾポリマー層１４を形成してもよい。また、フィルム状の基体１２を用いる場合は、基体１２にアゾポリマー材料をホットプレスにより接着してアゾポリマー層１４を形成することもできる。
【００７２】
上記の凹凸は、凹凸が形成される間隔（凹凸ピッチ）により、回折機能または屈折機能のいずれかを有する。回折機能について考察する場合、凹凸ピッチは格子間隔Λに相当する。入射光の波長をλ、媒体の屈折率をｎ、回折角（ホログラム記録の２光波交差角）をθとすると、格子間隔Λは下記式で与えられる。
【００７３】
【数１】

【００７４】
例えば、入射光の波長λ＝６００ｎｍ、媒体（アゾポリマー）の屈折率ｎ＝１．５とすると、格子間隔Λが５μｍ以上では回折角θは０°〜７°と小さくなり、格子間隔Λが０．５μｍでは回折角θは９０°と大きくなる。即ち、凹凸ピッチがある程度広い場合には、回折角は小さく主に屈折による作用を有し、凹凸ピッチが狭くなるに従い、効果的な（回折角の大きい）回折機能を有するようになる。この通り、回折機能及び屈折機能の程度は、厳密には、入射光の波長λ、アゾポリマーの屈折率によっても多少変化するが、概略的には、凹凸ピッチが５〜１００μｍの間隔で形成された場合に、その凹凸は屈折機能を有し、凹凸ピッチが０．２〜５μｍの間隔で形成された場合に、その凹凸は回折機能を有すると考えて良い。また、上記の凹凸は、凹凸が形成される深さ（凹凸深さ）により、回折効率が変化する。前記の通り、凹凸深さが深くなるに従い０次光の発生が少なくなり、回折効率が向上する。
【００７５】
なお、凹凸ピッチは隣接する凸部と凸部との間隔であり、凹凸深さは最大凸部と最大凹部とのギャップである。これら凹凸ピッチ及び凹凸深さは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）による観察像から測定することができる。スペックルパターンのように凹凸ピッチが一定でない場合には、平均値または分散範囲を求めればよい。また、凹凸ピッチは上記の関係式に基づき、入射光の波長λ、アゾポリマーの屈折率ｎ、及び回折角θから求めることもできる。
【００７６】
〔第１の実施の形態〕
本実施の形態の光学素子は、アゾポリマー担体の表面に、レンチキュラーレンズとして機能する凹凸（第１凹凸）を形成し、この凹凸の表面にこの凹凸より狭い間隔で回折機能を有する凹凸（第２凹凸）を形成したものである。なお、レンチキュラーレンズは、図４（ａ）に示す構造を有している。
【００７７】
まず、図５に示すように、空間光変調器１６によりレンチキュラーレンズの形状に対応した明暗（図６に示す光強度分布）を有する光波１８を生成し、この光波１８をレンズ２０及び２２によってアゾポリマー担体１０の表面１０ａに結像させる。これにより、図７（ａ）に示すように、レンチキュラーレンズの作用を持つようにアゾポリマー担体１０の表面１０ａに凹凸２４が形成される。
【００７８】
図７（ａ）に示すように、この凹凸２４が形成されたアゾポリマー担体１０に、凹凸２４が形成された側から光（入射光）２６を入射させると、凹凸２４の屈折機能により拡散光２８を得ることができる。拡散光２８のビームプロファイルを図７（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すレンチキュラーレンズの拡散特性と略同じ拡散特性を有していることが分かる。
【００７９】
次に、図８に示すように、アゾポリマー担体１０の凹凸２４が形成された表面１０ａに、レーザ光を二光波に分岐し、それぞれ物体光３０及び参照光３２として照射する。物体光３０及び参照光３２は互いに逆周りの円偏光とする。これにより効率よく表面レリーフホログラムが記録されて、アゾポリマー担体１０の凹凸２４の表面に微細な凹凸が形成される。
【００８０】
表面レリーフホログラムを、入射光２６が入射した場合にプラス１次光３４、マイナス１次光３６、及び０次光３８を均等に回折するように設計しておくと、図９（ａ）に示すように、アゾポリマー担体１０に、凹凸２４が形成された側から入射光２６を入射させた場合に、３分岐の拡散光（プラス１次光３４、マイナス１次光３６、及び０次光３８）が生成され、図９（ｂ）に示す拡散角のビームを得ることができる。
【００８１】
以上の通り、本実施の形態の光学素子では、アゾポリマー担体の表面に形成された凹凸によりレンチキュラーレンズと同じ屈折効果が得られると共に、この凹凸の表面に形成された微細な凹凸により回折効果を得ることができる。また、屈折効果及び回折効果の両方が得られるので、用途に応じて複雑なビームプロファイルを得ることができる。更に、任意の光パターンを照射して表面に所望形状の凹凸を誘起することにより、表面に凹凸を形成することができ、光学素子を簡便且つ安価に製造することができる。
【００８２】
〔第２の実施の形態〕
本実施の形態の光学素子は、基体として屈折光学素子であるレンチキュラーレンズを用いると共に、レンチキュラーレンズの凹凸（第１凹凸）面にアゾポリマー層を形成し、更にこのアゾポリマー層の表面にレンズの凹凸より狭い間隔で回折機能を有する凹凸（第２凹凸）を形成したものである。
【００８３】
まず、図１０に示すように、石英のレンチキュラーレンズ１２Ａの凹凸面にアゾポリマーを均一にコートしてアゾポリマー層１４を形成する。アゾポリマー層１４はレンチキュラーレンズ１２Ａ表面の凹凸に沿って形成される。このレンチキュラーレンズは、図４（ａ）に示す構造を有しており、図４（ｂ）に示すように、入射光を半値全角が１０°となるように拡散させる。
【００８４】
次に、図１１に示すように、アゾポリマー層１４の表面１４ａに、レーザ光を二光波に分岐し、それぞれ物体光３０及び参照光３２として照射する。物体光３０及び参照光３２は互いに逆周りの円偏光とする。これにより効率よく表面レリーフホログラムが記録されて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに微細な凹凸が形成される。
【００８５】
表面レリーフホログラムを、入射光２６が入射した場合にプラス１次光３４、マイナス１次光３６、及び０次光３８を均等に回折するように設計しておくと、図１２（ａ）に示すように、アゾポリマー層１４に、凹凸２４が形成された側から入射光２６を入射させた場合に、３分岐の拡散光（プラス１次光３４、マイナス１次光３６、及び０次光３８）が生成され、図１２（ｂ）に示す拡散角のビームを得ることができる。
【００８６】
以上の通り、本実施の形態の光学素子では、レンチキュラーレンズにより屈折効果が得られると共に、アゾポリマー層の表面に形成された微細な凹凸により回折効果を得ることができる。また、屈折効果及び回折効果の両方が得られるので、用途に応じて複雑なビームプロファイルを得ることができる。更に、任意の光パターンを照射して表面に所望形状の凹凸を誘起することにより、表面に凹凸を形成することができ、光学素子を簡便且つ安価に製造することができる。
【００８７】
なお、上記では石英のレンチキュラーレンズを用いる例について説明したが、屈折光学素子としては、上記アゾポリマーを溶解する溶剤に不溶であれば、どのような媒質のものでも良く、その形状も球面、非球面、凹レンズ等どのような形でも良い。
【００８８】
〔第３の実施の形態〕
本実施の形態の光学素子は、基体として屈折光学素子であるレンチキュラーレンズを用いると共に、レンチキュラーレンズの凹凸（第１凹凸）面にアゾポリマー層を形成し、更にこのアゾポリマー層の表面にレンズの凹凸より狭い間隔で屈折機能を有する凹凸（第２凹凸）を形成したものである。
【００８９】
まず、第２の実施の形態と同様にして、石英のレンチキュラーレンズ１２Ａの凹凸面にアゾポリマーを均一にコートしてアゾポリマー層１４を形成する。アゾポリマー層１４はレンチキュラーレンズ１２Ａ表面の凹凸に沿って形成される。このレンチキュラーレンズは、図４（ａ）に示す構造を有しており、図４（ｂ）に示すように、入射光を半値全角が１０°となるように拡散させる。
【００９０】
次に、図１３に示すスペックル転写光学系を用いて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに拡散体からのスペックルパターンを転写する。即ち、光源４０からのレーザ光４２を１／４波長板４４により円偏光４６として拡散体４８に入射させ、拡散体４８の後方に出射される拡散光５０をアゾポリマー層１４の表面１４ａに照射する。これにより、図１４に示すように、アゾポリマー層１４にスペックルパターンに応じた凹凸５２が形成される。
【００９１】
図１５にこの光学素子の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す。ここで水平方向とはレンチキュラーレンズのシリンドリカル面が並ぶ方向であり、垂直方向とはこれに直交する方向である。スペックルパターン転写後の拡散特性を実線で示し、スペックルパターン転写前の拡散特性を点線で示す。図１５から分かるように、アゾポリマー層１４にスペックルパターンに応じた凹凸５２を形成した光学素子の方が拡散角度が大きく拡散特性に優れている。
【００９２】
以上の通り、本実施の形態の光学素子では、レンチキュラーレンズにより屈折効果が得られると共に、アゾポリマー層の表面に形成された微細な凹凸によっても屈折効果を得ることができ、素子の厚みを押さえつつ、より優れた屈折効果を得ることができる。また、任意の光パターンを照射して表面に所望形状の凹凸を誘起することにより、表面に凹凸を形成することができ、光学素子を簡便且つ安価に製造することができる。
【００９３】
なお、上記では石英のレンチキュラーレンズを用いる例について説明したが、第２の実施の形態と同様に、他の屈折光学素子を用いてもよい。
【００９４】
また、上記では拡散体から得られたスペックルパターンを転写する例について説明したが、計算機ホログラムまたはキノフォームに対応した強度分布の光を照射して、これらの強度分布に応じた凹凸を形成することもできる。計算機ホログラムとは、物体光と参照光とにより生じる干渉縞を計算し、計算結果に相当する強度分布の光で記録したホログラムである。計算機ホログラムについては、実施例において詳述する。キノフォームとは、強度や偏光方向ではなく、位相分布を記録したホログラムである。
【００９５】
［大量生産に適した製造方法］
次に、本発明の光学素子の複製物を大量生産する場合に好適な製造方法について説明する。本発明の光学素子は、上記の通り、アゾポリマー担体またはアゾポリマー層の表面に、屈折機能及び回折機能の少なくとも一方を有する所定形状の凹凸が形成されていることを特徴とするものである。従って、表面に形成された凹凸を転写することで、同じ凹凸形状を備えた光学素子を複製することができる。
【００９６】
例えば、任意の光パターンを照射してアゾポリマー担体またはアゾポリマー層の表面に所望形状の凹凸を誘起した光学素子を用い、コンパクトディスクの製造工程と同様にして、光学素子に金蒸着や無電解メッキにより導電処理を施し、ニッケルなどの電鋳を行うことにより、この光学素子のネガの金型（メタルマスタ）を作製できる。この金型に基づいて、アクリル、ポリカーネイト、ポリエステルなどの樹脂材料に、熱圧着や射出成形加工などによってパターンを転写して、複製物（光学素子）を得ることができる。
【００９７】
以下に、複製物の製造工程を説明する。まず、図１６（Ａ）に示すように、例えば、第１の実施の形態と同様にして、アゾポリマー担体１０の表面１０ａに凹凸２４が形成されると共に、凹凸２４の表面に微細な凹凸が形成された光学素子を作製する。次に、図１６（Ｂ）に示すように、この光学素子の凹凸２４及び微細な凹凸が形成された表面１０ａに、金を蒸着して薄膜メッキ層５４を形成する（マスタリング工程）。
【００９８】
次に、図１６（Ｃ）で、薄膜メッキ層５４上にニッケル電鋳により所定厚さのメタルマスタ５６を形成し、図１６（Ｄ）で、形成されたメタルマスタ５６を薄膜メッキ層５４から剥離する。図１６（Ｅ）で、この剥離したメタルマスタ５６上にニッケル電鋳によりマザー５８を形成し、図１７（Ａ）で、マザー５８をメタルマスタ５６から剥離する。図１７（Ｂ）で、剥離したマザー５８上にニッケル電鋳によりスタンパ６０を形成し、図１７（Ｃ）で、スタンパ６０をマザー５８から剥離して、スタンパ６０が完成する（スタンパ作製工程）。このスタンパ６０は、アゾポリマー担体１０の表面１０ａに形成された凹凸２４及び微細な凹凸に対応する凹凸を備えている。
【００９９】
次に、図１７（Ｄ）に示すように、このスタンパ６０を固定型６２及び移動型６４からなる射出成形機に取り付けて熱溶融したポリエステル樹脂６５を注入口（図示せず）から高圧力で注入して射出成形を行う。最後に、図１７（Ｅ）に示すように、射出成形機の温度が下がり、樹脂が硬化したところでポリエステル樹脂製の光学素子６６を取り出す。取り出された光学素子６６の表面６６ａには、アゾポリマー担体１０の表面１０ａに形成された凹凸２４及び微細な凹凸と同じ形状の凹凸が形成される（転写成形工程）。
【０１００】
上記の方法では、光学素子からスタンパを作製し、このスタンパを用いて熱圧着または射出成形で複製物を製造するので、複製物を大量に生産するのに適している。
【０１０１】
以上説明したように、本発明の光学素子は、アゾポリマーからなる高分子層の表面に形成された凹凸により、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を得ることができる。特に屈折効果に加えて回折効果を得る場合には、回折素子と屈折素子の両方の機能を兼ね備えるため、任意の形状のビームを得るのに有効であり、光バスシステム以外にも、結像光学素子、超解像レンズ、分光器、など多岐に渡る応用が期待できる。
【０１０２】
また、室温近傍、好ましくは室温より高温のガラス転移点を有するアゾポリマーを用いる場合には、高分子層の表面に十分な深さの凹凸を容易且つ安定に形成することができ、設計の自由度が向上すると共に、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を得ることができる。
【０１０３】
また、本発明の光学素子の製造方法によれば、光の干渉縞、スペックルパターン、計算機ホログラムなど任意の光パターンを照射することによって、複雑な凹凸を簡単に誘起することができ、簡便で安価に光学素子を作製することができる。更に、本発明の光学素子複製物の製造方法によれば、この光学素子をもとにスタンパを作製し、スタンパを用いて大量に複製物を製造することも可能である。また、得られた光学素子複製物によれば、本発明の光学素子と同様に、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、上記では、レンズ等の屈折光学素子に、屈折機能を有する凹凸や回折機能を有する凹凸を設ける例について説明したが、偏光板、波長板、反射板等の他の光学素子に、屈折機能を有する凹凸や回折機能を有する凹凸を設けることもできる。
【０１０５】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では、図１８及び図１９を参照して、特開平１０−２８２３７１号公報に開示されているような光データバス及び信号処理装置に使用する光拡散分岐素子として好適な光学素子を作製した例について説明する。
【０１０６】
アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（２））を用いた。このアゾポリマー（２）のガラス転移温度Ｔｇは２６．８℃であり本発明に好適である。透明ガラス基板１２Ｂに、このアゾポリマー（２）を１．５μｍの厚さで塗布して、アゾポリマー層１４を備えた記録媒体を作製した。
【０１０７】
図１８（ｂ）に示す光学系を用いて、空間光変調器１６により、水平方向に広がった光波（図１８（ａ）に示す光強度分布）を生成し、この光波をレンズ７０により集光しながら、物体光３０としてアゾポリマー層１４の表面１４ａに照射すると共に、ビームスプリッタ７２によって平行の参照光３２を同時に照射した。物体光３０及び参照光３２は互いに逆周りの円偏光に設定した。これにより効率よく表面レリーフホログラムが記録されて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに微細な凹凸が形成される。凹凸のピッチは０．８〜２．０μｍであった。
【０１０８】
図１９に表面１４ａの状態を拡大して示す。図１９に示すように、十分な露光エネルギーで記録することにより、凹凸の深さが１μｍ以上の表面レリーフホログラムが誘起された。その結果、得られた光学素子に光を入射させると、殆ど０次回折光が現れず、図１８（ａ）に示す光強度分布の拡散光を得ることができた。従って、この光学素子は上述の光データバス用の光拡散分岐素子として好適である。
【０１０９】
（実施例２）
本実施例では、図２０〜図２２を参照して、特開平１０−２８２３７１号公報に開示されているような光データバス及び信号処理装置に好適に使用される光拡散分岐素子とその作製方法とについて説明する。
【０１１０】
アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（３））を用いた。このアゾポリマー（３）のガラス転移温度Ｔｇは４８．５℃であり本発明に好適である。透明ガラス基板１２Ｂに、このアゾポリマー（３）を８．０μｍの厚さで塗布して、アゾポリマー層１４を備えた記録媒体を作製した。
【０１１１】
図２０は、アゾポリマー層の表面に５〜１００μｍの範囲でランダムなピッチのレンチキュラーレンズを誘起するための光強度分布である。図５に示す光学系を用いて、図２０に示す光強度分布の光波を生成し、アゾポリマー層の表面に照射した。このときの光波は円偏光に設定した。これにより上記レンチキュラーレンズの作用を持つように、アゾポリマー層の表面に凹凸が形成される。
【０１１２】
図２１にアゾポリマー層の表面状態を凹凸深さにより示す。十分な露光エネルギーで記録することにより、図２１に示すように、凹凸深さが最大１．２μｍの表面レリーフホログラムが誘起された。
【０１１３】
図２２にこの光学素子の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す。図２２から分かるように、水平方向に０次透過光はなく、均一にビームが拡散している。一方、垂直方向にビームは広がらないことから、この光学素子は良好な非等方拡散を示した。即ち、本実施例では、表面に任意の凹凸形状を備えた屈折光学素子を容易に作製することができ、所望の拡散特性を得ることができる。
【０１１４】
（実施例３）
本実施例では、アゾポリマー層の表面に拡散体からスペックルパターンを転写して凹凸を形成し、光学素子を作製した例について説明する。
【０１１５】
コヒーレント光を拡散体に透過させて拡散体の後方に生じるスペックルパターンを体積ホログラム記録した場合、そのホログラム自体が拡散特性を示すことが知られている。例えば、特開平４−２９９３０３号公報には、この効果を利用して屈折率がゆるやかに変化する拡散境界が記録されたホログラム拡散体が開示されている。これに対し、本実施例では、屈折率変化ではなく、スペックルパターンを直接アゾポリマー層の表面に凹凸として記録する方法について説明する。
【０１１６】
アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（５））を用いた。このアゾポリマー（５）のガラス転移温度Ｔｇは３７．８℃であり本発明に好適である。透明ガラス基板１２Ｂに、このアゾポリマー（５）を３．０μｍの厚さで塗布して、アゾポリマー層１４を備えた記録媒体を作製した。
【０１１７】
次に、図２３に示すスペックル転写光学系を用いて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに拡散体からのスペックルパターンを転写する。即ち、光源４０としてアルゴンイオンレーザの発振線４８８ｎｍを用い、光源４０からのレーザ光４２を１／４波長板４４により円偏光４６として拡散体４８に入射させた。拡散体４８としては楕円の拡散光を生成する非等方拡散体を用いた。拡散体４８の５ｍｍ後方に記録媒体を配置し、拡散体４８から出射される拡散光５０をアゾポリマー層１４の表面１４ａに照射した。アゾポリマー層１４に凹凸が十分に誘起されるように、光強度２．２Ｗ／ｃｍ²のスペックルパターンを８時間照射した。これによりアゾポリマー層１４の表面１４ａにスペックルパターンに応じた凹凸が形成された光学素子（拡散体）が得られた。
【０１１８】
図２４にアゾポリマー層１４の表面１４ａに誘起された凹凸パターンをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察した結果を示す。凹凸深さの最大値は１μｍ程度であり、凹凸のピッチは略５μｍ〜１００μｍの間を５０μｍを中心に分布した形状となった。このようにスペックルパターンが凹凸としてアゾポリマー層１４に転写された。
【０１１９】
次に、この拡散体の拡散特性を評価した。図２５にこの光学素子の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す。図２５から分かるように、アゾポリマー層１４の拡散は、０次透過光は無く非等方拡散であった。この光学素子の拡散特性は、表面に形成された凹凸による屈折効果によって生じるものである。
【０１２０】
このように本実施例では、屈折率分布ではなく表面の凹凸により屈折機能を有する光学素子（拡散体）を作製することができる。更に、この光学素子の凹凸を機械的に転写してスタンパを作製することができ、このスタンパを用いて同じ凹凸形状を備えた光学素子を大量生産することができる、というメリットを有する。
【０１２１】
（実施例４）
本実施例では、実施例２において作製された屈折型の光学素子に回折効果を付与するために、アゾポリマー層の表面に形成された凹凸の表面に更に微細な凹凸を形成し、光学素子を作製した例について説明する。
【０１２２】
光源としてはアルゴンイオンレーザの発振線４８８ｎｍを用い、実施例２で作製された光学素子のアゾポリマー層の凹凸が形成された表面に、レーザ光を二光波に分岐して物体光及び参照光として照射する。物体光及び参照光の偏光は１／４波長板によって互いに逆周りの円偏光とした。この偏光配置により効率よく表面レリーフホログラムを作製することができ、アゾポリマー層に形成された凹凸の表面に、凹凸のピッチが１μｍ以下、凹凸深さが２００ｎｍ以下の微細な凹凸を形成することができた。
【０１２３】
記録光（物体光及び参照光）の露光エネルギーを調節することで、プラス１次光、マイナス１次光、及び０次光を均等に回折するようした。これにより、図９（ａ）に示すように３分岐の拡散光が生成される。この場合の拡散光のビームプロファイルは図９（ｂ）に示す通りである。
【０１２４】
このように本実施例では、屈折機能を備える凹凸の表面に微細な凹凸を付加することにより、回折効果を付加することができる。また、本実施例の光学素子では、レンチキュラーレンズによる屈折効果とアゾポリマー層の表面に形成された微細な凹凸による回折効果の両方が得られるので、用途に応じて複雑なビームプロファイルを得ることができる。
【０１２５】
なお、実施例３において作製された屈折型の光学素子についても、同様の方法で回折効果を付与することができる。
【０１２６】
（実施例５）
本実施例では、図２６〜図２８を参照して、特開平１０−２８２３７１号公報に開示されているような光データバス及び信号処理装置に使用する光拡散分岐素子として好適な光学素子を作製した例について説明する。
【０１２７】
アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（６））を用いた。このアゾポリマー（６）のガラス転移温度Ｔｇは３３．１℃であり本発明に好適である。
【０１２８】
まず、アゾポリマー（６）のクロロホルム溶液をスピンコートによりレンチキュラーレンズ１２Ａの凹凸面に塗布した。このとき、アゾポリマー層１４の厚みは１μｍとした。アゾポリマー層１４はレンチキュラーレンズ１２Ａ表面の凹凸に沿って形成された。レンチキュラーレンズとしては、図４（ａ）に示す石英のレンチキュラーレンズを用いた。このレンズは、図４（ｂ）に示すように、入射光を半値全角が１０°拡散させる。また、レンチキュラーレンズの凹凸のピッチは１６６μｍであり、凹凸の深さは５０μｍである。
【０１２９】
次に、図４（ａ）に示す石英のレンチキュラーレンズの拡散角をトップハット状のビームに形成するために、図２７に示す光学系を用いて、表面レリーフホログラムを作製する。まず、空間光変調器１６により、図２６（ａ）に示す光強度分布の光波を生成した。この光波は、レンチキュラーレンズ１２Ａによる拡散光をトップハット状の光強度分布に変形するようにあらかじめ設計されている。
【０１３０】
生成した光波をレンズ７０により集光しながら物体光３０として照射すると共に、ビームスプリッタ７２によって平行の参照光３２を同時に照射した。物体光３０及び参照光３２は、略同軸でアゾポリマー層１４の表面１４ａとは反対側の表面１４ｂから入射した。物体光３０及び参照光３２は互いに逆周りの円偏光に設定した。また、レリーフホログラムの回折効率が略５０％となるように露光エネルギーを調整した。これにより表面レリーフホログラムが記録されて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに微細な凹凸が形成される。凹凸のピッチは０．５〜２．０μｍであり、凹凸の深さは２００ｎｍ以下であった。
【０１３１】
次に、アゾポリマー層１４の表面１４ａ側から光を入射させ、ホログラムを再生した。即ち、入射した光のうち半分の光は表面レリーフホログラムにより回折され、その後レンチキュラーレンズにより屈折されて拡散した。また、ホログラムにより回折されない残りの半分の光は、そのままレンチキュラーレンズによって拡散された。図２８に示すように、結果として、この二つの拡散光が合わさることによりトップハット状の拡散光を得ることができた。
【０１３２】
このように本実施例では、半分の光を屈折光学素子によって拡散させ、かつ、残り半分の光はその拡散光を補うように回折光学素子で生成される。従って、上述の光データバス用の光拡散分岐素子として好適である。
【０１３３】
（実施例６）
本実施例では、アゾポリマー層の表面に計算機ホログラムを転写して凹凸を形成し、光学素子を作製した例について説明する。
【０１３４】
まず、計算機ホログラムについて説明する。原理的には、計算機ホログラムの入力面での光の複素振幅、即ち位相と実振幅の両方を決めると、計算機ホログラムの出力面での複素振幅を決めることができる。この２つの複素振幅の関係は、解析的な変換関係で記述でき、両者があまり接近していない場合にはフーリエ変換の関係にある。しかし、位相と振幅をともに変調する素子の実現は難しく、振幅のみ、位相のみを変調するのが普通である。位相あるいは振幅のみの変調では、所望の出力と計算機ホログラムとの間には一意的な関係が無く、探索的な最適化手法に頼らざるを得ない。
【０１３５】
最適化の手法としては、収束するまで繰り返しフーリエ変換を行うGerchberg-Saxton法、シュミレーッテッド・アニーリング法などのニューラルネットの手法を用いる方法、遺伝的アルゴリズムを用いる方法などがある。ここではシンプルなパターンでは比較的収束が速いGerchberg-Saxton法を用い、計算機ホログラムを算出した。
【０１３６】
図２９（ｂ）は、出力面での光強度分布であり、図２９（ａ）は、それを形成するための入力面での計算機ホログラムである。計算機ホログラムは入力面での位相分布を表しており、白い部分が位相差πに対応し、黒い部分が位相差−πに対応している。この例では、位相差パターンを図２９（ｂ）に示すような濃淡画像としてアゾポリマーに照射し、明るい部分で表面を誘起させる。この誘起されたレリーフ構造によって入射光の位相を変調する。従って、計算機ホログラムに対応する位相差に等しい凹凸を誘起する必要がある。
【０１３７】
この計算機ホログラムを、図５に示した光学系によってアゾポリマー担体１０の表面１０ａに縮小して結像した。アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（７））を用いた。このアゾポリマー（７）のガラス転移温度Ｔｇは３８℃であり本発明に好適である。凹凸の深さの最大値は１μｍ程度であり、凹凸の最小ピッチは１μｍ程度であった。
【０１３８】
このように計算機ホログラムが凹凸としてアゾポリマー担体に転写された。アゾポリマー担体の表面をＡＦＭによって観察した結果を図３２に示す。また、得られた光学素子に光を入射させ、その出射光を評価した結果を図３０に示す。図３０より、計算機ホログラムは４分岐に設計したにもかかわらず、出射光は０次回折光のある５分岐の光波となった。これは、位相差πに相当する凹凸がアゾポリマー担体の表面に誘起されなかったため１００％の回折効率が得られなかったことに起因する。
【０１３９】
次に、得られた光学素子にレンズ特性を持たせるために、図６に示したレンチキュラーレンズの形状に対応した明暗画像を、計算機ホログラムが凹凸として転写されたアゾポリマー担体の表面に照射した。このとき、図５に示した光学系を使用した。これによってレンチキュラーレンズの作用を持つようにアゾポリマーに凹凸を誘起した。凹凸のピッチは１０μｍであった。得られた光学素子に光を入射させると、図３１に示すモードプロファイルの５分岐の拡散光を得ることができた。
【０１４０】
（実施例７）
本実施例では、実施例３、実施例６で作製した光学素子を用いて、光学素子を複製するためのメタルマスタを作製した例について説明する。
【０１４１】
光学素子の凹凸が形成された表面（正確にはアゾポリマー層またはアゾポリマー担体の表面）に、蒸着あるいは無電解メッキによって導電性処理を施す。次に、ニッケル電鋳などにより光学素子のネガの金型であるメタルマスタを作製することができる。凹凸が精密に転写されたメタルマスタを得ることができれば、後はこのメタルマスタを用いてスタンパを作製し、このスタンパを用いて、アクリル、ポリカーネイト、ポリエステルなどの樹脂材料に、熱圧着や射出成形加工などによって凹凸パターンを転写することにより、容易に複製物を得ることができる。
【０１４２】
図３３（ａ）及び（ｂ）は、実施例３で得られた光学素子を用いて作製したメタルマスタ表面のＡＦＭ像である。凹凸が誘起されたアゾポリマー層の表面に無電解メッキを施し、その後ニッケル電鋳により金型であるメタルマスタを作製した。図３３（ａ）及び（ｂ）と図２４とを比較することにより、アゾポリマー層の表面形状が正確にメタルマスタに転写されていることがわかる。
【０１４３】
図３４（ａ）及び（ｃ）は、実施例６で得られた光学素子のアゾポリマー層表面のＡＦＭ像であり、図３４（ｂ）及び（ｄ）は、これを用いて作製したメタルマスタ表面のＡＦＭ像である。凹凸が誘起されたアゾポリマー層の表面に金蒸着を施し、その後ニッケル電鋳によりメタルマスタを作製した。図３４（ａ）〜（ｄ）より、アゾポリマー層の表面形状が正確にメタルマスタに転写されていることがわかる。
【０１４４】
従って、このメタルマスタを用いて上記の方法で光学素子を製造することにより、複雑な凹凸を備えた光学素子であっても、その複製を簡便かつ低コストに大量生産することができる。
【０１４５】
（実施例８）
本実施例では、レンチキュラーレンズの表面に形成されたアゾポリマー層の表面に拡散体からのスペックルパターンを転写して凹凸を形成し光学素子を作製した例について説明する。
【０１４６】
アゾポリマーとしては、側鎖にシアノアゾベンゼンを持つポリエステル（例示化合物：アゾポリマー（４））を用いた。このアゾポリマー（４）のガラス転移温度Ｔｇは４８．５℃であり本発明に好適である。
【０１４７】
まず、アゾポリマー（４）のクロロホルム溶液をスピンコートによりレンチキュラーレンズ１２Ａの凹凸面に塗布し、厚さ３μｍのアゾポリマー層１４を形成した。アゾポリマー層１４はレンチキュラーレンズ１２Ａ表面の凹凸に沿って形成された。レンチキュラーレンズとしては、図４（ａ）に示す石英のレンチキュラーレンズを用いた。このレンズは、図４（ｂ）に示すように、入射光を半値全角が１０°拡散させる。また、レンチキュラーレンズの凹凸のピッチは１６６μｍである。
【０１４８】
次に、図１３に示すスペックル転写光学系を用いて、アゾポリマー層１４の表面１４ａに拡散体からのスペックルパターンを転写する。即ち、光源としてアルゴンイオンレーザの発振線４８８ｎｍを用い、光源４０からのレーザ光４２を１／４波長板４４により円偏光４６として拡散体４８に入射させた。拡散体４８としては楕円の拡散光を生成する非等方拡散体を用いた。拡散体４８の５ｍｍ後方にアゾポリマー層１４を備えた記録媒体を配置し、拡散体４８の後方に出射される拡散光５０をアゾポリマー層１４の表面１４ａに照射した。アゾポリマー層１４の表面１４ａに凹凸が十分に誘起されるように、光強度２．２Ｗ／ｃｍ²のスペックルパターンを８時間照射した。これにより、図１４に示すように、アゾポリマー層１４にスペックルパターンに応じた凹凸５２が形成された光学素子（拡散体）が得られた。なお、凹凸５２の凹凸深さの最大値は１μｍ程度であり、凹凸ピッチは略５μｍ〜１００μｍの範囲に５０μｍを中心に分布した形状となった。
【０１４９】
図１５にこの光学素子の水平方向及び垂直方向の拡散特性を示す。スペックルパターン転写後の拡散特性を実線で示し、スペックルパターン転写前の拡散特性を点線で示す。図１５から分かるように、アゾポリマー層１４にスペックルパターンに応じた凹凸５２を形成した光学素子の方が拡散特性に優れている。即ち、アゾポリマー層１４の表面に形成された凹凸５２による２次的な屈折効果により拡散特性が向上した。
【０１５０】
また、本実施例では、屈折率分布ではなく表面の凹凸による拡散素子を作製することができる。従って、この光学素子表面の凹凸を機械的に転写してネガのマスター拡散体を作製し、このマスター拡散体に基づいて複製物を大量生産することができる、というメリットがある。
【０１５１】
【発明の効果】
本発明の光学素子は、アゾベンゼン骨格を有する高分子層を備えることで（所定範囲のガラス点移転を有する高分子材料を用いた場合）、表面に十分な深さの凹凸（レリーフ構造）を形成することにより、設計の自由度が向上すると共に、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を得ることができる、という効果を奏する。
【０１５２】
本発明の光学素子の製造方法は、任意の光パターンを照射して表面に所望形状の凹凸を誘起することにより、表面に凹凸が形成された光学素子を簡便且つ安価に製造することができる、という効果を奏する。
【０１５３】
本発明の光学素子（複製物）の製造方法は、表面に凹凸が形成された光学素子を用いてスタンパを作製するので、同じ表面形状の光学素子を容易に複製でき、大量生産が可能になる、という効果を奏する。また、得られた光学素子の複製物は、本発明の光学素子と同様に、優れた屈折効果及び／または優れた回折効果を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示化合物のＤＳＣ曲線を示す線図である。
【図２】レリーフ深さと露光エネルギーとの関係を示す線図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の光学素子の積層構成を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）はレンチキュラーレンズの構造を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すレンズの拡散特性を示す線図である。
【図５】第１の実施の形態に係る光学素子の製造工程における露光光学系を示す光軸に沿った概略断面図である。
【図６】レンチキュラーレンズの形状に対応した光強度分布を示す図である。
【図７】（ａ）は第１の実施の形態に係る光学素子の製造工程において粗い凹凸が形成された段階を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光学素子の拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図８】第１の実施の形態に係る光学素子の製造工程において微細な凹凸が形成された段階を示す概略断面図である。
【図９】（ａ）は第１の実施の形態に係る光学素子から射出される拡散光を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る光学素子の製造工程においてレンズの凹凸面に高分子層が形成された段階を示す概略断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る光学素子の製造工程において高分子層に微細な凹凸が形成された段階を示す概略断面図である。
【図１２】（ａ）は第２の実施の形態に係る光学素子から射出される拡散光を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る光学素子の製造工程における露光光学系を示す光軸に沿った概略断面図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る光学素子の製造工程において高分子層に微細な凹凸が形成された段階を示す概略断面図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る光学素子の拡散特性を示す線図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）は光学素子の製造工程を示す部分断面図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｅ）は光学素子の製造工程を示す部分断面図である。
【図１８】（ａ）は実施例１で用いる光強度分布を示す図であり、（ｂ）は実施例１の光学素子の製造工程における露光光学系を示す光軸に沿った概略断面図である。
【図１９】実施例１の光学素子の表面状態を示す拡大図である。
【図２０】実施例２で用いるランダムなピッチのレンチキュラーレンズの形状に対応した光強度分布を示す図である。
【図２１】実施例２の光学素子の表面状態を示す線図である。
【図２２】実施例２の光学素子の拡散特性を示す線図である。
【図２３】実施例３の光学素子の製造工程におけるスペックル転写光学系を示す光軸に沿った概略断面図である。
【図２４】実施例３の光学素子の表面状態をＡＦＭで観察した様子を示す斜視図である。
【図２５】実施例３の光学素子の拡散特性を示す線図である。
【図２６】（ａ）は実施例５で用いる光強度分布を示す図であり、（ｂ）は実施例５の光学素子の拡散特性を示す線図である。
【図２７】実施例５の光学素子の製造工程における露光光学系を示す光軸に沿った概略断面図である。
【図２８】実施例５の光学素子から射出される拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図２９】（ａ）は実施例６の光学素子の入力面での計算機ホログラムであり、（ｂ）は出力面での光強度分布である。
【図３０】実施例６の光学素子から射出される拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図３１】実施例６の光学素子（レンズ特性付与）から射出される拡散光のビームプロファイルを示す線図である。
【図３２】実施例６の光学素子の表面状態をＡＦＭで観察した様子を示す図である。
【図３３】（ａ）は実施例３の光学素子を用いて作製したメタルマスタの表面状態をＡＦＭで観察した様子を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のスケールに沿った部分断面図である。
【図３４】（ａ）は実施例６の光学素子の表面状態をＡＦＭで観察した様子を示す斜視図、（ｂ）は実施例６の光学素子を用いて作製したメタルマスタの表面状態をＡＦＭで観察した様子を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）のスケールに沿った部分断面図、（ｄ）は（ｂ）のスケールに沿った部分断面図である。
【図３５】（ａ）及び（ｂ）は、光データバスの従来技術を示す図であり、（ｃ）は光データバスの屈折光学素子に代えて回折光学素子を取り付けた場合の図である。
【符号の説明】
１０ アゾポリマー担体
１０ａ 表面
１２ 基体
１２Ａ レンチキュラーレンズ
１４ アゾポリマー層
１４ａ 表面
１６ 空間光変調器
１８ 光波
２０，２２ レンズ
２４ 凹凸
２６ 光（入射光）
２８ 拡散光
３０ 物体光
３２ 参照光
３４ プラス１次光
３６ マイナス１次光
３８ ０次光
４０ 光源
４４ １／４波長板
４６ 円偏光
４８ 拡散体
５０ 拡散光
５２ 凹凸
５６ メタルマスタ
５８ マザー
６０ スタンパ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionOptical element and optical element manufacturing methodIn particular, an optical element comprising a polymer layer having an azobenzene skeleton and having at least one of a refractive function and a diffraction functionAnd method for manufacturing the optical elementAbout.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, in the field of optical instruments, optical elements (refractive optical elements) using light refraction such as convex lenses, concave lenses, and prisms have been widely used. Recently, micro lens arrays, lenticular lenses, and the like can be manufactured with the development of microfabrication technology, and refractive optical elements are used in various applications from illumination to optical communication.
[0003]
  For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-282371 discloses an optical data bus provided with a lenticular lens and a signal processing device using the optical data bus. As shown in FIGS. 35A and 35B, this optical data bus 10 diffuses the incident signal light 15 into one end edge 11a of the signal light incident portion 11 into the optical data bus 10. A plurality of cylindrical surfaces (lenticular lenses) 12 arranged along the edge 11a are formed. The signal light 15 incident on the optical data bus 10 is diffused over the entire edge 14a on the signal light emitting section 14 side by the diffusing means in which a plurality of cylindrical surfaces 12 are arranged. Signal light that goes out of 13 is minimized. As a result, the transmission efficiency of the signal light 15 is increased, and variations in the emission amount at the edge 14a on the signal light emitting portion 14 side are reduced. For this reason, the signal processing apparatus using the optical data bus 10 can achieve low power consumption.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, refractive optical elements such as lenses have only a relatively simple light collection and light diffusion function. For example, in the optical data bus described above, the signal light is simply diffused by the lenticular lens. On the other hand, when a diffractive optical element using light diffraction or a holographic optical element (HOE) which is a diffractive optical element using a hologram is used instead of a refractive optical element, a complicated light wave may be generated. it can.
[0005]
  For example, in the above optical data bus 10, as shown in FIG. 35C, when the diffusing plate 20 is arranged as a diffractive optical element instead of the lenticular lens on one edge 11a of the signal light incident part 11, The signal light 15 incident on the data bus 10 is diffracted by the diffusing plate 20 and condensed on a predetermined output port (for example, output ports 14b and 14c) provided on the edge 14a on the signal light emitting unit 14 side. Thus, it is branched and diffused.
[0006]
  As described above, according to the diffractive optical element, the incident wavefront can be converted into an arbitrarily designed wavefront. In addition, the diffractive optical element has an advantage that the refractive optical element does not have, such as having a dispersion value opposite to that of the refractive lens and substantially not having a thickness, so that the optical system becomes compact. On the other hand, since the diffraction of light is used, there are problems such that alignment restrictions are essentially larger than those of a refractive optical element, chromatic dispersion is large, and diffraction efficiency is lowered due to generation of zero-order light.
[0007]
  A method for producing a diffractive optical element using a hologram is described in Photofabrication of surfaces for holograms, Sukant Tripathy, Dong-Yu Kim, Lian Li, and Jayant Kumar, CHEMTECH MAY (1998) pp. 34-40. As described above, there is a method for forming a surface relief hologram in which fine irregularities are induced on the surface of a medium by recording a hologram on the recording medium using a recording medium made of a polymer having an azobenzene skeleton (azo polymer). Are known.
[0008]
  Specifically, a surface light source hologram having a submicron pitch is formed on the surface of the recording medium by using a laser light source having a wavelength sensitive to the azo polymer and causing two light waves to interfere with each other. The HOE fabrication process using a normal semiconductor process requires many steps because pattern design, exposure, and development are repeated a plurality of times. However, the above method can eliminate many steps and greatly reduce the manufacturing cost. be able to. Further, since the relief depth of the surface relief hologram to be formed increases in proportion to the exposure energy, it is possible to produce an ideal diffractive optical element in which the unevenness changes gently.
[0009]
  However, the relief depth obtained by the above method is usually about several hundreds of nanometers. When a surface relief hologram is formed and used as a diffractive optical element, a sufficient relief depth cannot be obtained and diffraction is not performed. There arises a practical problem that secondary light is generated and the diffraction efficiency is lowered.
[0010]
  As described above, the diffractive optical element including the HOE has an advantage that the degree of freedom of design is large. However, since the diffraction of the light is used, the alignment restriction is essentially large and the wavelength dispersion is large. There is. On the other hand, a refractive optical element such as a lens has an advantage (robustness of the refractive optical element) that the degree of freedom in design is small, but there are few alignment restrictions, chromatic dispersion is small, and no problem due to zero-order light occurs. .
[0011]
  The present invention has been made in view of the above problems, and the first object of the present invention.On the surface of the unevenness having a refractive function,By forming unevenness (relief structure) with sufficient depth, the degree of freedom in design is improved and an excellent refraction effect is achieved.as well asExcellent diffraction effectAt least one ofIt is to provide an optical element capable of obtaining the above.
[0012]
  Of the present inventionSecond purposeTo provide an optical element manufacturing method capable of easily and inexpensively manufacturing an optical element having irregularities formed on the surface by inducing irregularities of a desired shape on the surface by irradiating an arbitrary light pattern. It is in. The third object of the present invention is toManufactured by the manufacturing method of the present invention,Using optical elements with irregularities on the surface, optical elements with the same surface shape can be easily replicated and suitable for mass productionOptical element manufacturing methodIs to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the first object, the optical element according to claim 1 comprises:A polymer layer having an azobenzene skeleton, first irregularities formed on the surface of the polymer layer and having a refractive function, and formed on the surface of the first irregularities at a smaller interval than the first irregularities, and having a refractive function and diffraction And a second unevenness having at least one of functions.
[0014]
  thisIn the optical element, a refractive effect is obtained by the first unevenness formed on the surface of the polymer layer, and at least a refractive effect and a diffraction effect are obtained according to the shape of the second unevenness formed on the surface of the first unevenness. You can get one.As a result, the degree of freedom in design is improved and the An excellent refractive effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained.
[0015]
  An optical element according to claim 2 is provided with a refractive optical element having a first concavo-convex having a refractive function, a polymer layer having an azobenzene skeleton formed on a surface of the first concavo-convex, and a surface of the polymer layer. And a second unevenness formed at a narrower interval than the first unevenness and having at least one of a refractive function and a diffraction function.
[0016]
  thisIn the optical element, a refractive effect is obtained by the first unevenness on the surface of the refractive optical element, and at least one of a refractive effect and a diffraction effect is obtained according to the shape of the second unevenness formed on the surface of the first unevenness. Can be obtained.As a result, the degree of freedom in design is improved, and an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained.
[0017]
  In the above optical element, it is preferable that irregularities having a refractive function are formed at intervals of 5 to 100 μm, and irregularities having a diffraction function are preferably formed at intervals of 0.2 to 5 μm.
[0018]
  In the optical element described above, the glass transition point of the polymer is preferably higher than room temperature, near room temperature, or in the range of 20 ° C to 50 ° C.
[0019]
  An azo polymer having a Tg slightly higher than room temperature, preferably a Tg in the range of 20 ° C. to 50 ° C. is suitable for the present invention in that a deep relief structure can be obtained easily and stably.
[0020]
  For example, the above optical element isProvided with a polymer layer having an azobenzene skeleton, the polymer has a glass transition point higher than room temperature, and an uneven surface having at least one of a refractive function and a diffraction function is formed on the surface of the polymer layerMay be.
[0021]
  PolymericWhen the glass transition point is higher than room temperature, when the unevenness is induced by irradiating light, the deep unevenness can be induced and the induced unevenness can be stably maintained. As a result, it is possible to easily and stably form unevenness with a sufficient depth on the surface of the optical element, improving the degree of freedom in design, and obtaining an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect. .
[0022]
  Also,The above optical element isProvided with a polymer layer having an azobenzene skeleton, the glass transition point of the polymer is near room temperature, and irregularities having at least one of a refractive function and a diffraction function are formed on the surface of the polymer layerMay be.
[0023]
  PolymericWhen the glass transition point is in the vicinity of room temperature, a sufficient depth of unevenness can be induced when light is irradiated to induce the unevenness. As a result, irregularities with a sufficient depth can be easily formed on the surface of the optical element, the degree of freedom in design can be improved, and an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained.
[0024]
  In addition, the above optical element isA polymer layer having an azobenzene skeleton is provided, the glass transition point of the polymer is in the range of 20 ° C. to 50 ° C., and irregularities having at least one of a refractive function and a diffraction function are formed on the surface of the polymer layer.May be.
[0025]
  High molecularWhen the glass transition point is in the range of 20 ° C. to 50 ° C., when the unevenness is induced by irradiating light, the deep unevenness can be induced, and the induced unevenness is stably maintained. be able to. As a result, it is possible to easily and stably form unevenness with a sufficient depth on the surface of the optical element, improving the degree of freedom in design, and obtaining an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect. .
[0026]
  Even in these cases,The unevenness | corrugation which concerns on the part which has a refractive function among the unevenness | corrugations formed in the surface of a polymer layer can be formed with a space | interval of 5-100 micrometers. Moreover, the unevenness | corrugation which concerns on the part which has a diffraction function among the unevenness | corrugations formed in the surface of a polymer layer can be formed at intervals of 0.2-5 micrometers, and the unevenness | corrugation which concerns on the part which has a diffraction function is depth. It is preferably formed with a thickness of 1 μm or more. Furthermore, as the unevenness formed on the surface of the polymer layer, a first unevenness formed on the surface of the polymer layer and having a refraction function, and a second unevenness formed on the surface of the first unevenness and having a refraction function or a diffraction function. Can be provided. Moreover, the polymer layer may be formed on the surface of the refractive optical element.
[0027]
  In the above optical element, a hologram may be recorded inside the polymer layer. In this case, a diffraction function can be obtained by a hologram recorded inside.
[0028]
  The thickness of the polymer layer is preferably 1 to 10 μm so that deeper irregularities can be formed. The polymer preferably has an azobenzene skeleton in the side chain, and more preferably contains an aromatic hydrocarbon group in the main chain. Among these polymers, a polyester represented by the following general formula (1) is particularly preferable.
[0029]
[Chemical formula 2]

[0030]
(In the formula, X represents a cyano group, a methyl group, a methoxy group, or a nitro group, Y represents a divalent linking group formed by an ether bond, a ketone bond, or a sulfone bond. L and m are integers of 2 to 18) And n represents an integer of 5 to 500.)
[0031]
  aboveSecond purposeTo achieveThe method for producing an optical element of the present invention includes:An optical element manufacturing method for manufacturing an optical element, wherein the surface of a polymer layer provided on the optical element is irradiated with light having a predetermined intensity distribution, and irregularities corresponding to the intensity distribution are formed to form an optical element. A device is manufactured. In this case, the irradiated light is preferably circularly polarized light. Further, the predetermined intensity distribution can be an intensity distribution corresponding to a computer generated hologram or kinoform, or an intensity distribution corresponding to a speckle pattern obtained from a diffuser.
[0032]
  In this manufacturing method, by irradiating an arbitrary light pattern such as light having an intensity distribution corresponding to a computer generated hologram or kinoform and light having an intensity distribution corresponding to a speckle pattern obtained from a diffuser, Irregularities having a desired shape can be formed on the surface of the molecular layer, and an optical element having irregularities formed on the surface of the polymer layer can be easily and inexpensively manufactured.
[0033]
  Also aboveSecond purposeTo achieveThe method for producing an optical element of the present invention includes:An optical element manufacturing method for manufacturing an optical element of the present invention, comprising irradiating a surface of a polymer layer provided on an optical element with object light and reference light, and intensity distribution due to interference light of the object light and reference light An optical element is manufactured by forming irregularities according to the above. In this case, it is preferable that the object light and the reference light are circularly polarized light opposite to each other.
[0034]
  In this manufacturing method, for example, irregularities with a desired shape can be formed on the surface of the polymer layer by irradiating an arbitrary light pattern such as a light interference fringe, and the irregularities are formed on the surface of the polymer layer. An optical element can be manufactured easily and inexpensively.
[0035]
  aboveThird purposeTo achieveThe method of manufacturing an optical element of the present invention is a method of manufacturing an optical element that manufactures a replica in which irregularities formed on the surface of the optical element of the present invention are transferred,Using the unevenness formed on the surface of the optical element, a stamper for transferring the unevenness is produced, and the surface of the resin material has the same shape as the unevenness by thermocompression bonding or injection molding using the stamper. Forming irregularities, the optical element(Replica)It is characterized by manufacturing.
[0036]
  Optical element above(Replica)In this manufacturing method, for example, mastering is performed using the optical element of the present invention to produce a metal master, and a stamper is produced based on this metal master. By utilizing this, a stamper for transferring the unevenness can be produced. Then, by using a method suitable for mass production such as thermocompression bonding or injection molding using this stamper, the surface of the resin material is formed with unevenness having the same shape as the unevenness formed on the surface of the optical element. Elements can be easily replicated. For this reason, an optical element having a complicated surface shape can be easily mass-produced. Also obtained optical elementReproduction ofExhibits an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect as in the optical element of the present invention.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Material of polymer carrier or polymer layer]
  The polymer material used in the optical element of the present invention is a polymer having an azobenzene skeleton (hereinafter referred to as “azo polymer”). This azobenzene skeleton exhibits a trans-cis-trans photoisomerization cycle.
[0038]
  In the present invention, among these azopolymers, an azopolymer having a glass transition point Tg near room temperature, preferably slightly higher than room temperature is particularly preferable. Conventionally, as described in Photofabrication of surfaces for holograms, Sukant Tripathy, Dong-Yu Kim, Lian Li, and Jayant Kumar, CHEMTECH MAY (1998) pp. 34-40. An azo polymer having a point Tg of 100 ° C. or higher was used, but the present inventors have found that a deep relief structure can be obtained easily and stably by using an azo polymer having a glass transition point Tg near room temperature as a recording medium. The degree of freedom in designing the heading and optical elements has been greatly improved.
[0039]
  From the viewpoint of the molecular structure, a polymer containing an azobenzene skeleton in the side chain is preferred, and a polymer containing an aromatic hydrocarbon group in the main chain is more preferred. Among these, the polyester represented by the general formula (1) is particularly preferable.
[0040]
  Specific examples of the azo polymer that can be used in the present invention are shown below.
[0041]
[Chemical Formula 3]

[0042]
  Polyester having cyanoazobenzene in the side chain (azo polymer (1)) is described in “Synthesis and properties of polyesters having cyanoazobenzene units in the side chain”, Macromol. Rapid Commun. 15, 21-29 (1994). ) And can be synthesized by the method described in this document. Next, a synthesis procedure of this azo polymer (1) will be described.
[0043]
  (Synthesis of 4-hydroxy-4′-cyanoazobenzene) While stirring 2 mol (236.3 g) of 4-aminobenzonitrile, 600 ml of HCl (12N), and 600 ml of pure water in an ice bath, NaNO₂Aqueous solution (NaNO₂150 g of pure water (750 ml) was added dropwise (step 1). 2 mol (191.8 g) of phenol and 2 mol (112.3 g) of KOH were quickly dissolved in about 2 liters of pure water, and the product of Step 1 was dropped and reacted. After completion of the reaction, the product was collected by suction filtration, washed with pure water and dried under reduced pressure. The obtained product was recrystallized from methanol to obtain crystals of 4-hydroxy-4′-cyanoazobenzene 1.3 mol (292.3 g, yield 65.5%).
[0044]
  (Synthesis of 4- (6-bromohexyloxy) -4′-cyanoazobenzene) 4-hydroxy-4′-cyanoazobenzene 0.2 mol (44.6 g), 1,6-dibromohexane 2 mol (488.1 g) ), K₂CO_Three1.45 mol (200.4 g) and 800 ml of acetone were placed in a 2 liter three-necked flask and refluxed for 20 hours using a water bath. After cooling to room temperature, by-products and excess K₂CO_ThreeWas removed by filtration. The obtained filtrate was concentrated to about ½ using a rotary evaporator and then allowed to stand in a freezer for crystallization. The precipitated crystals were collected by suction filtration, washed with n-hexane and dried under reduced pressure (0.117 mol (45.3 g, yield 58.6%)). Furthermore, the obtained crude crystal was recrystallized with ethanol to obtain 0.094 mol (36.3 g, yield 47.0%) of 4- (6-bromohexyloxy) -4′-cyanoazobenzene.
[0045]
  (Synthesis of 5-hydroxyisophthalic acid diethyl ester) 1 mol (182.4 g) of 5-hydroxyisophthalic acid, 1500 ml of ethanol, and 10 ml of concentrated sulfuric acid were placed in a 2 liter three-necked flask, and 24 times using a water bath. The reaction was refluxed for an hour. The reaction solution is concentrated using a rotary evaporator, and the concentrated solution is NaHCO 3._ThreeAfter pouring into an aqueous solution, the product was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain 0.096 mol (228.8 g, yield 96.0%) of 5-hydroxyisophthalic acid diethyl ester. Furthermore, the obtained product was recrystallized with ethanol and dried under reduced pressure under heating (50 to 60 ° C.).
[0046]
  (Synthesis of side chain monomer: 5- (4-cyanobenzeneazophenoxyhexyloxy) -isophthalic acid ethyl ester) 4- (6-bromohexyloxy) -4'-cyanoazobenzene 0.08 mol (30.9 g) , 0.08 mol of 5-hydroxyisophthalic acid diethyl ester, K₂CO_Three0.12 mol (16.58 g) and 400 ml of acetone were placed in a 1 liter three-necked flask and refluxed for 24 hours using a water bath. After allowing to cool, the reaction solution was poured into about 4 liters of pure water, and the precipitate was filtered out and dried under reduced pressure (0.071 mol (38.8 g, yield 89.2%)). Thereafter, recrystallization is performed with acetone to obtain 0.058 mol (31.4 g, yield 72.2%) of 5- (4-cyanobenzeneazophenoxyhexyloxy) -isophthalic acid ethyl ester as a side chain monomer. It was. The melting point of the obtained crystal was 99.0 ° C. and had an absorption peak at 364.2 nm.
[0047]
  The identification of the side chain monomer is the FTIR spectrum and¹By H-NMR. The measurement results of FTIR are shown below.
FTIR (KBr): 2947.7cm^-1(CH expansion and contraction), 2227.4cm^-1(CN), 1713.4cm^-1(Ester C = O), 1599.7cm^-1(C = C), 1580cm^-1(N = N), 1244.8cm^-1(C-O-C)
  Also, in Table 1 below¹The result of H-NMR spectrum analysis is shown.
[0048]
[Table 1]

[0049]
  (Synthesis of Main Chain Monomer: Bis (4-Hydroxyloxyphenyl) Ether) 4,4′-dihydroxydiphenyl ether 0.3 mol (60.66 g), 6-chloro-1-hexanol 0.66 mol (90. 16g), K₂CO_Three0.7 mol (97 g) and 250 ml of N, N-dimethylformamide were mixed, heated to 160 ° C. using an oil bath, and reacted for 24 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into water containing a small amount of hydrochloric acid, and the product was collected by suction filtration and dried under reduced pressure to obtain bis (4-hydroxyloxyphenyl) ether. Further, the obtained product was recrystallized from a water-N, N-dimethylformamide mixed solvent, and crystals of bis (4-hydrohexyloxyphenyl) ether were obtained almost quantitatively. The melting point of the obtained crystal was 119 ° C.
[0050]
  The main chain monomer is identified with the FTIR spectrum¹By H-NMR. The measurement results of FTIR are shown below.
FTIR (KBr, JASCO FT / IR-230): 3312.1cm^-1(OH), 2936.1cm^-1(CH expansion and contraction), 1505.2cm^-1(Aromatic), 1241.9cm^-1(C-O-C)
  Also, in Table 2 below¹The result of H-NMR spectrum analysis is shown.
[0051]
[Table 2]

[0052]
  (Melt polycondensation of polyester having azobenzene in side chain) Side chain monomer: 0.01 mol (5.4361 g) of ethyl ester of 5- (4-cyanobenzeneazophenoxyhexoxy) -isophthalic acid, main chain monomer : 0.01 mol (4.0253 g) of bis (4-hydroxyhexyloxyphenyl) ether and 0.1 g of anhydrous zinc acetate were placed in a 300 ml three-necked flask, and the following 1) to 4 were performed under a nitrogen atmosphere. ) And reacted according to the steps.
1) Reaction at about 160 ° C for 2 hours
2) 10 Torr (1.33 × 10^ThreePa for 20 minutes under reduced pressure
3) 180 ° C. and 2-5 Torr (0.27 × 10 over 30 minutes)^Three~ 0.67 × 10^ThreePa)
4) 180 ° C., 2-5 Torr (0.27 × 10^Three~ 0.67 × 10^ThreePa) for 2 hours
After completion of the above reaction, the reaction solution was dissolved in chloroform and poured into methanol. The precipitate was filtered out, washed with pure water, then washed with methanol, and dried under reduced pressure to obtain a polyester having cyanoazobenzene in the side chain almost quantitatively.
[0053]
  FIG. 1 shows a DSC (differential scanning calorimeter) curve of the azopolymer (1) synthesized by the above method. The glass transition temperature Tg was 38 ° C. and the melting point Tm was 65 ° C. According to observation with a polarizing microscope, the polymer was a polymer having no liquid crystal phase and birefringence in the solid state.
[0054]
  Next, a recording medium having a polymer layer made of azopolymer (1) on a substrate was prepared. First, the azo polymer (1) synthesized by the above method was dissolved in chloroform at a concentration of 0.8 g / ml, and spin-coated on a cleaned glass substrate (1000 rpm, 20 seconds). After drying, the polymer was heated to an isotropic phase and rapidly cooled to form a polymer layer composed of the azopolymer (1). It was confirmed that the polymer layer formed by polarizing microscope observation was an isotropic amorphous film. Moreover, it was 1.5 micrometers when the film thickness was measured using the stylus type surface roughness meter.
[0055]
  A surface relief hologram was formed using this recording medium, and the relationship between the unevenness depth (relief depth) and exposure energy was examined. In forming the surface relief hologram, an 515 nm oscillation line of an argon ion laser is used, which is split into two light waves to be object light and reference light, and the respective polarized light is circularly polarized in the opposite directions. . Exposure intensity is 0.5 W / cm²It was. The state of relief development was examined by adjusting the crossing angle of the two light waves so that the intervals between the formed gratings were 1 μm and 10 μm. The results are shown in FIG.
[0056]
  As can be seen from FIG. 2, the relief depth increased as the exposure energy increased. In addition, the grating with a spacing of 10 μm could form irregularities with a depth exceeding 1 μm. In addition, the grating with an interval of 1 μm was able to form unevenness with a depth of about 0.25 μm, which is smaller than that.
[0057]
  Thus, in the recording medium using the azopolymer (1), a deeper relief than before can be induced. This is presumed to be because the azopolymer Tg is near room temperature, and thus molecular movement by light irradiation occurs easily. On the other hand, when an azo polymer having a Tg lower than room temperature is used, a deep relief is induced at the time of light irradiation, but the shape is not maintained after the light is blocked, and as a result, an optical element having deep irregularities cannot be realized. Therefore, as described above, an azo polymer having a Tg slightly higher than room temperature, preferably a Tg in the range of 20 ° C. to 50 ° C. is suitable for the present invention in that a deep relief structure can be obtained easily and stably.
[0058]
  Next, a plurality of recording media were prepared by varying the thickness of the polymer layer made of the azopolymer (1), a surface relief hologram was formed for each recording medium, and the relationship between the relief depth and the exposure energy was examined. It was confirmed that unevenness having the same size as that shown in FIG. 2 was induced when the thickness of the azopolymer was in the range of 1 μm to 10 μm.
[0059]
  Conventionally, there have been several reports of unevenness induced in a thin film of several tens to hundreds of micrometers on an azo polymer layer with a thickness of several hundreds of nanometers, but an example of inducing a deep relief structure in a thick azo polymer layer exceeding several micrometers. Has not been reported. In the present invention, it has been clarified that unevenness of several hundred nm to several μm can be induced effectively even when the thickness of the azo polymer layer is increased to 1 μm to 10 μm. That is, as described above, it has been found that a very large surface relief structure can be generated by using an azo polymer having an appropriate Tg as a recording medium and recording a hologram with a relatively large thickness. By applying this to an optical element, the degree of freedom in designing the optical element could be greatly improved.
[0060]
  Examples of other azo polymers (chemical structural formula and Tg thereof) that can be used in the present invention are shown below. These azopolymers can be synthesized by the same method as the azopolymer (1).
[0061]
[Formula 4]

[0062]
[Chemical formula 5]

[0063]
[Chemical 6]

[0064]
[Chemical 7]

[0065]
[Chemical 8]

[0066]
[Chemical 9]

[0067]
[Chemical Formula 10]

[0068]
  As described above, the Tg of the exemplified azo polymer is in the range of 20 ° C. to 50 ° C., and it was confirmed in the relief formation experiment that deep irregularities can be induced as in the azo polymer (1).
[0069]
[Optical element form]
  The optical element of the present invention can be configured to include an azo polymer carrier 10 as shown in FIG. The azo polymer carrier is composed only of the azo polymer layer. On the surface 10 a of the azo polymer carrier 10, irregularities having a predetermined shape having at least one of a refractive function and a diffraction function are formed. The unevenness can be formed by irradiating the surface 10a of the azo polymer carrier 10 as a recording medium with light having a predetermined wavelength that induces isomerization of the azo polymer with a predetermined intensity distribution.
[0070]
  Further, as shown in FIG. 3B, the optical element of the present invention may be composed of a base 12 such as a glass substrate or a plastic substrate and an azo polymer layer 14 formed on the surface of the base 12. Similarly, irregularities of a predetermined shape having at least one of a refractive function and a diffraction function are formed on the surface 14 a of the azo polymer layer 14. These irregularities are formed on the surface 14a by irradiating the surface 14a of the azo polymer layer 14 of the recording medium with light having a predetermined wavelength that induces isomerization of the azo polymer with a predetermined intensity distribution. .
[0071]
  The recording medium provided with the azo polymer layer 14 can be produced, for example, by casting a chloroform solution of azo polymer on the cleaned substrate 12 and drying. Alternatively, the azo polymer layer 14 may be formed by spin coating an azo polymer solution on the substrate 12. When the film-like substrate 12 is used, the azo polymer layer 14 can also be formed by bonding an azo polymer material to the substrate 12 by hot pressing.
[0072]
  The above unevenness has either a diffraction function or a refraction function depending on the interval (unevenness pitch) at which the unevenness is formed. When considering the diffraction function, the concavo-convex pitch corresponds to the grating interval Λ. When the wavelength of the incident light is λ, the refractive index of the medium is n, and the diffraction angle (two-wave crossing angle of hologram recording) is θ, the grating interval Λ is given by the following equation.
[0073]
[Expression 1]

[0074]
  For example, assuming that the wavelength of incident light is λ = 600 nm and the refractive index of the medium (azo polymer) is n = 1.5, the diffraction angle θ is as small as 0 ° to 7 ° when the lattice spacing Λ is 5 μm or more, and the lattice spacing Λ is 0. At .5 μm, the diffraction angle θ increases to 90 °. That is, when the concavo-convex pitch is wide to some extent, the diffraction angle is small and mainly has an effect of refraction. As the concavo-convex pitch becomes narrower, an effective (large diffraction angle) diffraction function is provided. As described above, strictly speaking, the degree of the diffraction function and the refraction function slightly varies depending on the wavelength λ of the incident light and the refractive index of the azo polymer, but the rough pitch is generally formed at intervals of 5 to 100 μm. In this case, the unevenness has a refractive function, and when the uneven pitch is formed at intervals of 0.2 to 5 μm, the unevenness may be considered to have a diffraction function. In addition, the diffraction efficiency of the unevenness varies depending on the depth (unevenness depth) at which the unevenness is formed. As described above, the generation of zero-order light is reduced as the unevenness depth is increased, and the diffraction efficiency is improved.
[0075]
  The concave / convex pitch is a distance between adjacent convex portions, and the concave / convex depth is a gap between the maximum convex portion and the maximum concave portion. These concavo-convex pitch and concavo-convex depth can be measured from an observation image by an AFM (atomic force microscope). When the uneven pitch is not constant like a speckle pattern, an average value or a dispersion range may be obtained. Further, the concavo-convex pitch can also be obtained from the wavelength λ of incident light, the refractive index n of the azo polymer, and the diffraction angle θ based on the above relational expression.
[0076]
[First Embodiment]
  In the optical element of the present embodiment, irregularities (first irregularities) that function as lenticular lenses are formed on the surface of the azo polymer carrier, and irregularities (second irregularities) having a diffraction function at a smaller interval than the irregularities on the irregular surface. ). The lenticular lens has a structure shown in FIG.
[0077]
  First, as shown in FIG. 5, a light wave 18 having light and dark (light intensity distribution shown in FIG. 6) corresponding to the shape of the lenticular lens is generated by the spatial light modulator 16, and this light wave 18 is converted into an azopolymer by the lenses 20 and 22. An image is formed on the surface 10 a of the carrier 10. As a result, as shown in FIG. 7A, irregularities 24 are formed on the surface 10a of the azo polymer carrier 10 so as to have the action of a lenticular lens.
[0078]
  As shown in FIG. 7A, when light (incident light) 26 is incident on the azo polymer carrier 10 on which the unevenness 24 is formed from the side on which the unevenness 24 is formed, diffused light 28 is obtained by the refractive function of the unevenness 24. Can be obtained. The beam profile of the diffused light 28 is shown in FIG. It can be seen that the diffusion characteristics of the lenticular lens shown in FIG.
[0079]
  Next, as shown in FIG. 8, the laser beam is split into two light waves on the surface 10 a on which the unevenness 24 of the azo polymer carrier 10 is formed, and irradiated as object light 30 and reference light 32, respectively. The object light 30 and the reference light 32 are circularly polarized light opposite to each other. Thereby, the surface relief hologram is efficiently recorded, and fine irregularities are formed on the surface of the irregularities 24 of the azo polymer carrier 10.
[0080]
  If the surface relief hologram is designed to diffract the plus primary light 34, the minus primary light 36, and the zero order light 38 evenly when the incident light 26 is incident, it is shown in FIG. As described above, when the incident light 26 is incident on the azo polymer carrier 10 from the side where the unevenness 24 is formed, three-branched diffused light (plus primary light 34, minus primary light 36, and zero order light 38). And a beam having a diffusion angle shown in FIG. 9B can be obtained.
[0081]
  As described above, in the optical element according to the present embodiment, the same refractive effect as that of the lenticular lens can be obtained by the unevenness formed on the surface of the azo polymer carrier, and the diffraction effect can be obtained by the fine unevenness formed on the surface of the unevenness. be able to. Moreover, since both the refraction effect and the diffraction effect can be obtained, a complicated beam profile can be obtained depending on the application. Furthermore, by irradiating an arbitrary light pattern to induce unevenness of a desired shape on the surface, the unevenness can be formed on the surface, and the optical element can be manufactured simply and inexpensively.
[0082]
[Second Embodiment]
  The optical element according to the present embodiment uses a lenticular lens, which is a refractive optical element, as a substrate, forms an azo polymer layer on the concavo-convex (first concavo-convex) surface of the lenticular lens, and further forms an azo polymer layer on the surface of the azo polymer layer. Concavities and convexities (second concavities and convexities) having a diffraction function are formed at narrow intervals.
[0083]
  First, as shown in FIG. 10, the azo polymer layer 14 is formed by uniformly coating the concavo-convex surface of the quartz lenticular lens 12A with an azo polymer. The azo polymer layer 14 is formed along the irregularities on the surface of the lenticular lens 12A. This lenticular lens has the structure shown in FIG. 4A, and diffuses the incident light so that the full width at half maximum is 10 ° as shown in FIG. 4B.
[0084]
  Next, as shown in FIG. 11, the laser beam is split into two light waves on the surface 14 a of the azo polymer layer 14 and irradiated as object light 30 and reference light 32, respectively. The object light 30 and the reference light 32 are circularly polarized light opposite to each other. As a result, the surface relief hologram is efficiently recorded, and fine irregularities are formed on the surface 14 a of the azo polymer layer 14.
[0085]
  If the surface relief hologram is designed to diffract the plus primary light 34, the minus primary light 36, and the zero order light 38 evenly when the incident light 26 is incident, it is shown in FIG. As described above, when the incident light 26 is incident on the azo polymer layer 14 from the side where the unevenness 24 is formed, three-branched diffused light (plus primary light 34, minus primary light 36, and zero order light 38). And a beam having a diffusion angle shown in FIG. 12B can be obtained.
[0086]
  As described above, in the optical element of the present embodiment, a refractive effect can be obtained by the lenticular lens, and a diffraction effect can be obtained by the fine unevenness formed on the surface of the azo polymer layer. Moreover, since both the refraction effect and the diffraction effect can be obtained, a complicated beam profile can be obtained depending on the application. Furthermore, by irradiating an arbitrary light pattern to induce unevenness of a desired shape on the surface, the unevenness can be formed on the surface, and the optical element can be manufactured simply and inexpensively.
[0087]
  Although an example using a quartz lenticular lens has been described above, the refractive optical element may be of any medium as long as it is insoluble in a solvent that dissolves the azo polymer, and the shape thereof is spherical or aspherical. Any shape such as a concave lens may be used.
[0088]
[Third Embodiment]
  The optical element according to the present embodiment uses a lenticular lens, which is a refractive optical element, as a substrate, forms an azo polymer layer on the concavo-convex (first concavo-convex) surface of the lenticular lens, and further forms an azo polymer layer on the surface of this azo polymer layer Concavities and convexities (second irregularities) having a refractive function are formed at narrow intervals.
[0089]
  First, similarly to the second embodiment, the azo polymer layer 14 is formed by uniformly coating the concavo-convex surface of the quartz lenticular lens 12A with the azo polymer. The azo polymer layer 14 is formed along the irregularities on the surface of the lenticular lens 12A. This lenticular lens has the structure shown in FIG. 4A, and diffuses the incident light so that the full width at half maximum is 10 ° as shown in FIG. 4B.
[0090]
  Next, the speckle pattern from the diffuser is transferred to the surface 14a of the azo polymer layer 14 using the speckle transfer optical system shown in FIG. That is, the laser light 42 from the light source 40 is incident on the diffuser 48 as the circularly polarized light 46 by the quarter wavelength plate 44, and the diffused light 50 emitted behind the diffuser 48 is irradiated on the surface 14 a of the azo polymer layer 14. . As a result, as shown in FIG. 14, irregularities 52 corresponding to the speckle pattern are formed in the azo polymer layer 14.
[0091]
  FIG. 15 shows the diffusion characteristics in the horizontal and vertical directions of this optical element. Here, the horizontal direction is a direction in which the cylindrical surfaces of the lenticular lenses are arranged, and the vertical direction is a direction perpendicular to the vertical direction. Diffusion characteristics after speckle pattern transfer are indicated by solid lines, and diffusion characteristics before speckle pattern transfer are indicated by dotted lines. As can be seen from FIG. 15, the optical element in which the unevenness 52 corresponding to the speckle pattern is formed on the azo polymer layer 14 has a larger diffusion angle and superior diffusion characteristics.
[0092]
  As described above, in the optical element of the present embodiment, a refractive effect can be obtained by the lenticular lens, and a refractive effect can be obtained also by the fine unevenness formed on the surface of the azo polymer layer, while suppressing the thickness of the element. A more excellent refraction effect can be obtained. Further, by irradiating an arbitrary light pattern to induce unevenness of a desired shape on the surface, the unevenness can be formed on the surface, and the optical element can be manufactured simply and inexpensively.
[0093]
  Although an example using a quartz lenticular lens has been described above, other refractive optical elements may be used as in the second embodiment.
[0094]
  Moreover, although the example which transfers the speckle pattern obtained from the diffuser was demonstrated above, the light of the intensity distribution corresponding to a computer generated hologram or a kinoform is irradiated, and the unevenness | corrugation according to these intensity distributions is formed. You can also A computer generated hologram is a hologram recorded with light having an intensity distribution corresponding to a calculation result by calculating interference fringes caused by object light and reference light. The computer generated hologram will be described in detail in the embodiments. A kinoform is a hologram that records phase distribution, not intensity or polarization direction.
[0095]
[Manufacturing method suitable for mass production]
  Next, a manufacturing method suitable for mass production of a replica of the optical element of the present invention will be described. As described above, the optical element of the present invention is characterized in that irregularities having a predetermined shape having at least one of a refractive function and a diffraction function are formed on the surface of an azo polymer carrier or an azo polymer layer. Therefore, an optical element having the same uneven shape can be duplicated by transferring the unevenness formed on the surface.
[0096]
  For example, using an optical element that has been irradiated with an arbitrary light pattern to induce irregularities of the desired shape on the surface of the azo polymer carrier or azo polymer layer, the optical element is subjected to gold vapor deposition or electroless plating in the same manner as the compact disk manufacturing process. A negative mold (metal master) of this optical element can be produced by conducting a conductive treatment and electroforming nickel or the like. Based on this mold, a copy (optical element) can be obtained by transferring a pattern to a resin material such as acrylic, polycarbonate, or polyester by thermocompression bonding or injection molding.
[0097]
  Below, the manufacturing process of a replica is demonstrated. First, as shown in FIG. 16A, for example, as in the first embodiment, the unevenness 24 is formed on the surface 10a of the azo polymer carrier 10, and the fine unevenness is formed on the surface of the unevenness 24. An optical element is manufactured. Next, as shown in FIG. 16B, a thin film plating layer 54 is formed by vapor deposition of gold on the surface 10a on which the unevenness 24 and fine unevenness of the optical element are formed (mastering step).
[0098]
  Next, in FIG. 16C, a metal master 56 having a predetermined thickness is formed on the thin film plating layer 54 by nickel electroforming, and the formed metal master 56 is removed from the thin film plating layer 54 in FIG. Peel off. In FIG. 16E, a mother 58 is formed on the peeled metal master 56 by nickel electroforming, and the mother 58 is peeled from the metal master 56 in FIG. In FIG. 17B, a stamper 60 is formed by nickel electroforming on the peeled mother 58, and in FIG. 17C, the stamper 60 is peeled off from the mother 58 to complete the stamper 60 (stamper making process). . The stamper 60 includes irregularities 24 formed on the surface 10a of the azo polymer carrier 10 and irregularities corresponding to the fine irregularities.
[0099]
  Next, as shown in FIG. 17 (D), this stamper 60 is attached to an injection molding machine composed of a fixed mold 62 and a movable mold 64, and a hot-melt polyester resin 65 is injected at a high pressure from an injection port (not shown). Injection and injection molding. Finally, as shown in FIG. 17E, when the temperature of the injection molding machine is lowered and the resin is cured, the optical element 66 made of polyester resin is taken out. On the surface 66a of the optical element 66 taken out, the unevenness 24 formed on the surface 10a of the azo polymer carrier 10 and the unevenness having the same shape as the fine unevenness are formed (transfer molding step).
[0100]
  In the above method, a stamper is manufactured from an optical element, and a replica is manufactured by thermocompression bonding or injection molding using this stamper, and therefore, it is suitable for mass-producing replicas.
[0101]
  As described above, the optical element of the present invention can obtain an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect due to the unevenness formed on the surface of the polymer layer made of an azopolymer. In particular, when obtaining a diffraction effect in addition to a refraction effect, it combines the functions of both a diffractive element and a refracting element, so it is effective in obtaining a beam of any shape. Applications such as elements, super-resolution lenses, and spectrometers can be expected.
[0102]
  In addition, when an azo polymer having a glass transition point near room temperature, preferably higher than room temperature is used, irregularities with sufficient depth can be easily and stably formed on the surface of the polymer layer, and the degree of freedom in design. As a result, an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained.
[0103]
  In addition, according to the method of manufacturing an optical element of the present invention, it is possible to easily induce complex irregularities by irradiating an arbitrary optical pattern such as a light interference fringe, a speckle pattern, or a computer generated hologram. An optical element can be manufactured at low cost. Furthermore, according to the method for producing a replica of an optical element of the present invention, it is possible to produce a stamper based on this optical element, and to manufacture a replica in large quantities using the stamper. Further, according to the obtained optical element replica, an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained as in the optical element of the present invention.
[0104]
  In the above description, an example in which a refractive optical element such as a lens is provided with concave and convex portions having a refractive function or concave and convex portions having a diffraction function has been described. However, a refractive function is provided to other optical elements such as a polarizing plate, a wavelength plate, and a reflecting plate. It is also possible to provide unevenness having a diffracting property and unevenness having a diffraction function.
[0105]
【Example】
  EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
(Example 1)
  In this embodiment, referring to FIGS. 18 and 19, an optical element suitable as a light diffusion branching element used in an optical data bus and a signal processing device as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-282371 is manufactured. An example will be described.
[0106]
  As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (2)) was used. This azopolymer (2) has a glass transition temperature Tg of 26.8 ° C., which is suitable for the present invention. The azopolymer (2) was applied to the transparent glass substrate 12B with a thickness of 1.5 μm to produce a recording medium provided with the azopolymer layer 14.
[0107]
  Using the optical system shown in FIG. 18B, the spatial light modulator 16 generates a light wave spreading in the horizontal direction (light intensity distribution shown in FIG. 18A), and this light wave is collected by the lens 70. While irradiating the surface 14 a of the azo polymer layer 14 as the object light 30, the parallel reference light 32 was simultaneously irradiated by the beam splitter 72. The object beam 30 and the reference beam 32 were set to circularly polarized light opposite to each other. As a result, the surface relief hologram is efficiently recorded, and fine irregularities are formed on the surface 14 a of the azo polymer layer 14. The pitch of the unevenness was 0.8 to 2.0 μm.
[0108]
  FIG. 19 shows an enlarged state of the surface 14a. As shown in FIG. 19, by recording with sufficient exposure energy, a surface relief hologram having an unevenness depth of 1 μm or more was induced. As a result, when light was incident on the obtained optical element, almost no 0th-order diffracted light appeared, and diffused light having a light intensity distribution shown in FIG. 18A could be obtained. Therefore, this optical element is suitable as the light diffusion branch element for the optical data bus described above.
[0109]
(Example 2)
  In this embodiment, referring to FIG. 20 to FIG. 22, a light diffusing branching element suitably used for an optical data bus and a signal processing device as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-282371 and a manufacturing method thereof And will be described.
[0110]
  As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (3)) was used. This azopolymer (3) has a glass transition temperature Tg of 48.5 ° C., which is suitable for the present invention. This azopolymer (3) was applied to the transparent glass substrate 12B at a thickness of 8.0 μm to produce a recording medium provided with the azopolymer layer 14.
[0111]
  FIG. 20 is a light intensity distribution for inducing a lenticular lens having a random pitch in the range of 5 to 100 μm on the surface of the azo polymer layer. Using the optical system shown in FIG. 5, a light wave having a light intensity distribution shown in FIG. 20 was generated and irradiated on the surface of the azo polymer layer. The light wave at this time was set to circularly polarized light. Thereby, irregularities are formed on the surface of the azo polymer layer so as to have the action of the lenticular lens.
[0112]
  FIG. 21 shows the surface state of the azo polymer layer by the unevenness depth. By recording with sufficient exposure energy, as shown in FIG. 21, a surface relief hologram having a maximum unevenness depth of 1.2 μm was induced.
[0113]
  FIG. 22 shows the diffusion characteristics in the horizontal and vertical directions of this optical element. As can be seen from FIG. 22, there is no zero-order transmitted light in the horizontal direction, and the beam is uniformly diffused. On the other hand, since the beam does not spread in the vertical direction, this optical element showed good anisotropic diffusion. That is, in this embodiment, a refractive optical element having an arbitrary uneven shape on the surface can be easily produced, and desired diffusion characteristics can be obtained.
[0114]
(Example 3)
  In this example, an example will be described in which an optical element is manufactured by transferring speckle patterns from a diffuser to the surface of an azo polymer layer to form irregularities.
[0115]
  It is known that when coherent light is transmitted through a diffuser and a speckle pattern generated behind the diffuser is recorded on a volume hologram, the hologram itself exhibits diffusion characteristics. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-299303 discloses a hologram diffuser in which a diffusion boundary in which the refractive index gradually changes is recorded using this effect. On the other hand, in this embodiment, a method for recording speckle patterns directly on the surface of the azo polymer layer instead of refractive index changes will be described.
[0116]
  As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (5)) was used. This azopolymer (5) has a glass transition temperature Tg of 37.8 ° C., which is suitable for the present invention. This azopolymer (5) was applied to the transparent glass substrate 12B with a thickness of 3.0 μm to produce a recording medium provided with the azopolymer layer 14.
[0117]
  Next, the speckle pattern from the diffuser is transferred to the surface 14a of the azo polymer layer 14 using the speckle transfer optical system shown in FIG. That is, an oscillation line of 488 nm of an argon ion laser was used as the light source 40, and the laser light 42 from the light source 40 was incident on the diffuser 48 as the circularly polarized light 46 by the quarter wavelength plate 44. As the diffuser 48, an anisotropic diffuser that generates elliptical diffused light was used. A recording medium was placed 5 mm behind the diffuser 48, and the diffused light 50 emitted from the diffuser 48 was applied to the surface 14 a of the azo polymer layer 14. The light intensity is 2.2 W / cm so that unevenness is sufficiently induced in the azo polymer layer 14.²The speckle pattern was irradiated for 8 hours. As a result, an optical element (a diffuser) in which irregularities corresponding to the speckle pattern were formed on the surface 14a of the azo polymer layer 14 was obtained.
[0118]
  FIG. 24 shows the result of observation of the concavo-convex pattern induced on the surface 14a of the azo polymer layer 14 with an AFM (atomic force microscope). The maximum value of the unevenness depth was about 1 μm, and the unevenness pitch was distributed between about 5 μm and 100 μm centered on 50 μm. Thus, the speckle pattern was transferred to the azo polymer layer 14 as unevenness.
[0119]
  Next, the diffusion characteristics of this diffuser were evaluated. FIG. 25 shows the diffusion characteristics in the horizontal and vertical directions of this optical element. As can be seen from FIG. 25, the diffusion of the azo polymer layer 14 was anisotropic diffusion with no zero-order transmitted light. The diffusion characteristics of this optical element are caused by the refraction effect due to the unevenness formed on the surface.
[0120]
  As described above, in this embodiment, an optical element (diffuser) having a refractive function can be manufactured by the surface unevenness instead of the refractive index distribution. Further, the stamper can be manufactured by mechanically transferring the unevenness of the optical element, and the optical element having the same uneven shape can be mass-produced using the stamper.
[0121]
Example 4
  In this example, in order to give a diffraction effect to the refractive optical element produced in Example 2, finer irregularities were formed on the irregular surface formed on the surface of the azo polymer layer to produce an optical element. An example will be described.
[0122]
  As the light source, an oscillation line of 488 nm of an argon ion laser was used, and the surface of the optical element produced in Example 2 on which the irregularities of the azo polymer layer were formed was split into two light waves and irradiated as object light and reference light. To do. Polarization of the object light and the reference light was made to be circularly polarized light opposite to each other by a quarter wavelength plate. With this polarization arrangement, a surface relief hologram can be produced efficiently, and fine irregularities with an irregular pitch of 1 μm or less and an irregular depth of 200 nm or less can be formed on the irregular surface formed on the azo polymer layer. It was.
[0123]
  By adjusting the exposure energy of the recording light (object light and reference light), the positive first-order light, the negative first-order light, and the zero-order light are diffracted uniformly. Thereby, as shown in FIG. 9A, three-branch diffused light is generated. The beam profile of the diffused light in this case is as shown in FIG.
[0124]
  Thus, in this embodiment, a diffraction effect can be added by adding fine irregularities to the irregular surface having a refractive function. Further, in the optical element of this embodiment, both the refraction effect by the lenticular lens and the diffraction effect by the fine unevenness formed on the surface of the azo polymer layer can be obtained, so that a complicated beam profile can be obtained depending on the application. .
[0125]
  Note that the diffraction effect can be imparted to the refractive optical element manufactured in Example 3 by the same method.
[0126]
(Example 5)
  In this embodiment, referring to FIGS. 26 to 28, an optical element suitable as a light diffusion branching element used in an optical data bus and a signal processing device as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-282371 is manufactured. An example will be described.
[0127]
  As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (6)) was used. This azopolymer (6) has a glass transition temperature Tg of 33.1 ° C., which is suitable for the present invention.
[0128]
  First, a chloroform solution of the azopolymer (6) was applied to the uneven surface of the lenticular lens 12A by spin coating. At this time, the thickness of the azo polymer layer 14 was 1 μm. The azo polymer layer 14 was formed along the irregularities on the surface of the lenticular lens 12A. As the lenticular lens, a quartz lenticular lens shown in FIG. 4A was used. As shown in FIG. 4B, this lens diffuses incident light at a full angle at half maximum of 10 °. Moreover, the pitch of the unevenness | corrugation of a lenticular lens is 166 micrometers, and the depth of an unevenness | corrugation is 50 micrometers.
[0129]
  Next, in order to form the diffusion angle of the quartz lenticular lens shown in FIG. 4A into a top hat beam, a surface relief hologram is produced using the optical system shown in FIG. First, the spatial light modulator 16 generated a light wave having a light intensity distribution shown in FIG. This light wave is designed in advance so as to transform the diffused light from the lenticular lens 12A into a top hat-shaped light intensity distribution.
[0130]
  The generated light wave was irradiated as object light 30 while being condensed by a lens 70, and parallel reference light 32 was simultaneously irradiated by a beam splitter 72. The object beam 30 and the reference beam 32 are incident on the surface 14b that is substantially coaxial and opposite to the surface 14a of the azo polymer layer 14. The object beam 30 and the reference beam 32 were set to circularly polarized light opposite to each other. Further, the exposure energy was adjusted so that the diffraction efficiency of the relief hologram was approximately 50%. As a result, a surface relief hologram is recorded, and fine irregularities are formed on the surface 14 a of the azo polymer layer 14. The pitch of the unevenness was 0.5 to 2.0 μm, and the depth of the unevenness was 200 nm or less.
[0131]
  Next, light was incident from the surface 14a side of the azo polymer layer 14 to reproduce a hologram. That is, half of the incident light was diffracted by the surface relief hologram, and then refracted and diffused by the lenticular lens. The remaining half of the light that was not diffracted by the hologram was diffused by the lenticular lens as it was. As shown in FIG. 28, as a result, the top hat-shaped diffused light was obtained by combining these two diffused lights.
[0132]
  As described above, in this embodiment, half of the light is diffused by the refractive optical element, and the remaining half of the light is generated by the diffractive optical element so as to supplement the diffused light. Therefore, it is suitable as the light diffusion branching element for the optical data bus described above.
[0133]
(Example 6)
  In this example, an example will be described in which a computer generated hologram is transferred to the surface of an azo polymer layer to form irregularities, thereby producing an optical element.
[0134]
  First, the computer generated hologram will be described. In principle, if the complex amplitude of light on the input surface of the computer generated hologram, that is, both the phase and the actual amplitude are determined, the complex amplitude on the output surface of the computer generated hologram can be determined. The relationship between the two complex amplitudes can be described as an analytical transformation relationship, and when both are not very close, they are in a Fourier transformation relationship. However, it is difficult to realize an element that modulates both phase and amplitude, and it is common to modulate only the amplitude or only the phase. With phase or amplitude only modulation, there is no unique relationship between the desired output and the computer generated hologram, and an exploratory optimization technique must be relied upon.
[0135]
  As an optimization method, there are a method using a neural network method such as a Gerchberg-Saxton method, a simulated annealing method, which repeatedly performs Fourier transform until convergence, and a method using a genetic algorithm. Here, the computer generated hologram was calculated using the Gerchberg-Saxton method, which has a relatively fast convergence with a simple pattern.
[0136]
  FIG. 29B is a light intensity distribution on the output surface, and FIG. 29A is a computer generated hologram on the input surface for forming it. The computer generated hologram represents the phase distribution on the input surface, and the white portion corresponds to the phase difference π and the black portion corresponds to the phase difference −π. In this example, the phase difference pattern is irradiated to the azo polymer as a grayscale image as shown in FIG. 29B, and the surface is induced in a bright part. The phase of the incident light is modulated by the induced relief structure. Therefore, it is necessary to induce unevenness equal to the phase difference corresponding to the computer generated hologram.
[0137]
  This computer generated hologram was reduced and formed on the surface 10a of the azo polymer carrier 10 by the optical system shown in FIG. As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (7)) was used. This azopolymer (7) has a glass transition temperature Tg of 38 ° C., which is suitable for the present invention. The maximum depth of the unevenness was about 1 μm, and the minimum pitch of the unevenness was about 1 μm.
[0138]
  Thus, the computer generated hologram was transferred to the azo polymer carrier as irregularities. The result of observing the surface of the azo polymer carrier by AFM is shown in FIG. Further, FIG. 30 shows the result of evaluating the emitted light by making light incident on the obtained optical element. From FIG. 30, although the computer generated hologram is designed to have four branches, the emitted light is a five-branch light wave with zero-order diffracted light. This is due to the fact that 100% diffraction efficiency could not be obtained because the unevenness corresponding to the phase difference π was not induced on the surface of the azo polymer carrier.
[0139]
  Next, in order to give the obtained optical element lens characteristics, a light-dark image corresponding to the shape of the lenticular lens shown in FIG. 6 was irradiated on the surface of the azo polymer carrier onto which the computer generated hologram was transferred as irregularities. At this time, the optical system shown in FIG. 5 was used. As a result, irregularities were induced in the azo polymer so as to have the action of a lenticular lens. The pitch of the unevenness was 10 μm. When light was incident on the obtained optical element, it was possible to obtain a 5-branched diffused light having a mode profile shown in FIG.
[0140]
(Example 7)
  In this example, an example in which a metal master for duplicating an optical element using the optical element produced in Example 3 and Example 6 will be described.
[0141]
  Conductive treatment is performed by vapor deposition or electroless plating on the surface of the optical element where the irregularities are formed (more precisely, the surface of the azo polymer layer or azo polymer carrier). Next, a metal master which is a negative mold of the optical element can be manufactured by nickel electroforming or the like. If a metal master with irregularities transferred precisely can be obtained, a stamper is manufactured using this metal master, and then, using this stamper, a resin material such as acrylic, polycarbonate, or polyester is used for thermocompression bonding or injection. By transferring the concavo-convex pattern by molding or the like, a duplicate can be easily obtained.
[0142]
  33A and 33B are AFM images of the surface of the metal master produced using the optical element obtained in Example 3. FIG. Electroless plating was applied to the surface of the azo polymer layer in which the irregularities were induced, and then a metal master as a mold was produced by nickel electroforming. By comparing FIGS. 33A and 33B and FIG. 24, it can be seen that the surface shape of the azo polymer layer is accurately transferred to the metal master.
[0143]
  34 (a) and (c) are AFM images of the surface of the azo polymer layer of the optical element obtained in Example 6, and FIGS. 34 (b) and (d) are metal master surfaces produced using the AFM image. It is an AFM image. Gold deposition was performed on the surface of the azo polymer layer in which the irregularities were induced, and then a metal master was produced by nickel electroforming. 34 (a) to (d), it can be seen that the surface shape of the azo polymer layer is accurately transferred to the metal master.
[0144]
  Therefore, by manufacturing an optical element by the above method using this metal master, even an optical element having complicated irregularities can be mass-produced easily and at low cost.
[0145]
(Example 8)
  In the present embodiment, an example will be described in which an optical element is manufactured by transferring speckle patterns from a diffuser to the surface of an azo polymer layer formed on the surface of a lenticular lens to form irregularities.
[0146]
  As the azo polymer, a polyester having cyanoazobenzene in the side chain (exemplary compound: azo polymer (4)) was used. This azopolymer (4) has a glass transition temperature Tg of 48.5 ° C., which is suitable for the present invention.
[0147]
  First, a chloroform solution of the azopolymer (4) was applied to the concavo-convex surface of the lenticular lens 12A by spin coating to form an azopolymer layer 14 having a thickness of 3 μm. The azo polymer layer 14 was formed along the irregularities on the surface of the lenticular lens 12A. As the lenticular lens, a quartz lenticular lens shown in FIG. 4A was used. As shown in FIG. 4B, this lens diffuses incident light at a full angle at half maximum of 10 °. Further, the pitch of the irregularities of the lenticular lens is 166 μm.
[0148]
  Next, the speckle pattern from the diffuser is transferred to the surface 14a of the azo polymer layer 14 using the speckle transfer optical system shown in FIG. That is, an oscillation line of 488 nm of an argon ion laser was used as the light source, and the laser light 42 from the light source 40 was incident on the diffuser 48 as the circularly polarized light 46 by the quarter wavelength plate 44. As the diffuser 48, an anisotropic diffuser that generates elliptical diffused light was used. A recording medium provided with the azo polymer layer 14 was placed 5 mm behind the diffuser 48, and the surface 14 a of the azo polymer layer 14 was irradiated with diffused light 50 emitted behind the diffuser 48. The light intensity is 2.2 W / cm so that unevenness is sufficiently induced on the surface 14a of the azopolymer layer 14.²The speckle pattern was irradiated for 8 hours. As a result, as shown in FIG. 14, an optical element (diffuser) was obtained in which irregularities 52 corresponding to the speckle pattern were formed on the azo polymer layer 14. In addition, the maximum value of the unevenness | corrugation depth of the unevenness | corrugation 52 was about 1 micrometer, and the uneven | corrugated pitch became a shape distributed centering on 50 micrometers in the range of about 5 micrometers-100 micrometers.
[0149]
  FIG. 15 shows the diffusion characteristics in the horizontal and vertical directions of this optical element. Diffusion characteristics after speckle pattern transfer are indicated by solid lines, and diffusion characteristics before speckle pattern transfer are indicated by dotted lines. As can be seen from FIG. 15, the optical element in which the concavo-convex 52 corresponding to the speckle pattern is formed on the azo polymer layer 14 is superior in diffusion characteristics. That is, the diffusion characteristics were improved by the secondary refraction effect due to the unevenness 52 formed on the surface of the azo polymer layer 14.
[0150]
  Further, in this embodiment, a diffusing element can be manufactured by surface irregularities instead of refractive index distribution. Accordingly, there is an advantage that a negative master diffuser can be produced by mechanically transferring the irregularities on the surface of the optical element, and replicas can be mass-produced based on the master diffuser.
[0151]
【The invention's effect】
  The optical element of the present invention isBy providing a polymer layer having an azobenzene skeleton (when a polymer material having a glass point transfer within a predetermined range is used)By forming unevenness (relief structure) having a sufficient depth on the surface, it is possible to improve the degree of freedom in design and to obtain an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect.
[0152]
  The method for producing an optical element of the present invention can easily and inexpensively produce an optical element having irregularities formed on the surface by irradiating an arbitrary light pattern to induce irregularities having a desired shape on the surface. There is an effect.
[0153]
  Optical element of the present invention(Replica)This manufacturing method produces the stamper using an optical element having an uneven surface, so that the optical element having the same surface shape can be easily duplicated and mass production is possible. Also obtainedDuplicate optical elementAs in the optical element of the present invention, there is an effect that an excellent refraction effect and / or an excellent diffraction effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a DSC curve of an exemplary compound.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between relief depth and exposure energy.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing the laminated structure of the optical element of the present invention. FIGS.
4A is a schematic sectional view showing the structure of a lenticular lens, and FIG. 4B is a diagram showing the diffusion characteristics of the lens shown in FIG. 4A.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the optical axis showing the exposure optical system in the optical element manufacturing process according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a light intensity distribution corresponding to the shape of a lenticular lens.
7A is a schematic cross-sectional view showing a stage in which rough unevenness is formed in the manufacturing process of the optical element according to the first embodiment, and FIG. 7B is a diffusion diagram of the optical element shown in FIG. It is a diagram which shows the beam profile of light.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a stage where fine irregularities are formed in the manufacturing process of the optical element according to the first embodiment.
9A is a schematic cross-sectional view showing diffused light emitted from the optical element according to the first embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing a beam profile of the diffused light shown in FIG. 9A. It is.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a stage in which a polymer layer is formed on the concavo-convex surface of the lens in the manufacturing process of the optical element according to the second embodiment.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a stage in which fine irregularities are formed in the polymer layer in the manufacturing process of the optical element according to the second embodiment.
12A is a schematic cross-sectional view showing diffused light emitted from an optical element according to the second embodiment, and FIG. 12B is a diagram showing a beam profile of the diffused light shown in FIG. It is.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view along an optical axis showing an exposure optical system in the optical element manufacturing process according to the third embodiment.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a stage in which fine irregularities are formed in the polymer layer in the manufacturing process of the optical element according to the third embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing diffusion characteristics of the optical element according to the third embodiment.
FIGS. 16A to 16E are partial cross-sectional views showing manufacturing steps of the optical element. FIGS.
FIGS. 17A to 17E are partial cross-sectional views showing the manufacturing steps of the optical element. FIGS.
18A is a diagram showing a light intensity distribution used in Example 1, and FIG. 18B is a schematic cross-sectional view along the optical axis showing an exposure optical system in the optical element manufacturing process of Example 1. FIG. is there.
19 is an enlarged view showing a surface state of the optical element of Example 1. FIG.
20 is a diagram showing a light intensity distribution corresponding to the shape of a lenticular lens having a random pitch used in Example 2. FIG.
21 is a diagram showing the surface state of the optical element of Example 2. FIG.
22 is a diagram showing the diffusion characteristics of the optical element of Example 2. FIG.
23 is a schematic cross-sectional view along the optical axis showing the speckle transfer optical system in the manufacturing process of the optical element of Example 3. FIG.
24 is a perspective view showing a state where the surface state of the optical element of Example 3 is observed with an AFM. FIG.
25 is a diagram showing the diffusion characteristics of the optical element of Example 3. FIG.
26A is a diagram showing a light intensity distribution used in Example 5, and FIG. 26B is a diagram showing diffusion characteristics of the optical element of Example 5. FIG.
27 is a schematic cross-sectional view along an optical axis showing an exposure optical system in a manufacturing process of an optical element according to Example 5. FIG.
28 is a diagram showing a beam profile of diffused light emitted from the optical element of Example 5. FIG.
FIG. 29A is a computer generated hologram on the input surface of the optical element of Example 6, and FIG. 29B is a light intensity distribution on the output surface.
30 is a diagram showing a beam profile of diffused light emitted from the optical element of Example 6. FIG.
31 is a diagram showing a beam profile of diffused light emitted from an optical element (providing lens characteristics) of Example 6. FIG.
FIG. 32 is a diagram showing a state where the surface state of the optical element of Example 6 is observed with an AFM.
FIG. 33 (a) is a perspective view showing a state of observation of the surface state of a metal master produced using the optical element of Example 3 with an AFM, and FIG. 33 (b) is a portion along the scale of FIG. It is sectional drawing.
FIG. 34A is a perspective view showing a state of observing the surface state of the optical element of Example 6 with an AFM, and FIG. 34B shows the surface state of a metal master produced using the optical element of Example 6. The perspective view which shows a mode observed by (c) is the fragmentary sectional view along the scale of (a), (d) is the fragmentary sectional view along the scale of (b).
FIGS. 35A and 35B are diagrams showing the prior art of the optical data bus, and FIG. 35C is a diagram in the case where a diffractive optical element is attached instead of the refractive optical element of the optical data bus. .
[Explanation of symbols]
10 Azopolymer carrier
10a surface
12 Base
12A lenticular lens
14 Azopolymer layer
14a surface
16 Spatial light modulator
18 Lightwave
20,22 lens
24 Concavity and convexity
26 Light (incident light)
28 Diffuse light
30 Object light
32 Reference light
34 plus primary light
36 Minus primary light
38 0th order light
40 Light source
44 1/4 wave plate
46 circularly polarized light
48 Diffuser
50 Diffuse light
52 Unevenness
56 Metal Master
58 Mother
60 Stamper

Claims (10)

A polymer layer having an azobenzene skeleton;
First irregularities formed on the surface of the polymer layer and having a refractive function;
A second concavo-convex formed on the surface of the first concavo-convex at a narrower interval than the first concavo-convex and having at least one of a refraction function and a diffraction function;
An optical element comprising: A refractive optical element comprising a first concavo-convex having a refractive function, and a polymer layer having an azobenzene skeleton formed on the surface of the first concavo-convex;
Second concavo-convex formed on the surface of the polymer layer at a narrower interval than the first concavo-convex and having at least one of a refractive function and a diffraction function;
An optical element comprising: The optical element according to claim 1, wherein the unevenness having the refractive function is formed at an interval of 5 to 100 μm. The optical element according to claim 1, wherein the unevenness having the diffraction function is formed at intervals of 0.2 to 5 μm. The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein a glass transition point of the polymer is in a range of 20 ° C to 50 ° C. The optical element according to claim 1, wherein the polymer layer has a thickness of 1 to 10 μm. The optical element according to any one of claims 1 to 6 , wherein the polymer is a polyester represented by the following general formula (1).

(In the formula, X represents a cyano group, a methyl group, a methoxy group, or a nitro group, Y represents a divalent linking group formed by an ether bond, a ketone bond, or a sulfone bond. L and m are integers of 2 to 18) And n represents an integer of 5 to 500.) An optical element manufacturing method for manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 7 ,
The surface of the polymer layer is irradiated with light having an intensity distribution corresponding to any one of a speckle pattern obtained from a computer generated hologram, a kinoform, and a diffuser, and irregularities corresponding to the intensity distribution are formed. The manufacturing method of the optical element which manufactures an optical element. An optical element manufacturing method for manufacturing the optical element according to any one of claims 1 to 7 ,
An optical element manufacturing method for manufacturing an optical element by irradiating the surface of the polymer layer with object light and reference light, and forming irregularities according to intensity distribution by interference light of the object light and reference light. A method for producing an optical element, wherein the optical element according to any one of claims 1 to 7 is used to produce a replica in which irregularities formed on the surface of the optical element are transferred.
Using the unevenness formed on the surface of the optical element, producing a stamper for transferring the unevenness,
By thermocompression using the stamper or injection molding, the surface of the resin material is formed with irregularities having the same shape as the irregularities,
An optical element manufacturing method for manufacturing a replica of the optical element.

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