JP7342354B2 - light irradiation device - Google Patents

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本発明は、光照射装置、光照射装置の製造方法、回折光学素子多面付体、回折光学素子多面付体の製造方法、回折光学素子、回折光学素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a light irradiation device, a method for manufacturing a light irradiation device, a diffractive optical element multifaceted body, a method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body, a diffractive optical element, and a method for manufacturing a diffractive optical element.

従来、カメラモジュール等の分野において、WLO(Wafer Level Optics)、WLP(Wafer Level Package)等の技術が開発されている。これらWLOやWLP等の技術は、光学素子として屈折系レンズをベースにしており、光源やセンサー部との光軸合せを行わないと性能が十分発揮されず、正常に機能しないため、モジュールチップサイズ毎に多面付けする手法が一般的である。 Conventionally, technologies such as WLO (Wafer Level Optics) and WLP (Wafer Level Package) have been developed in the field of camera modules and the like. These technologies such as WLO and WLP are based on refractive lenses as optical elements, and unless the optical axis is aligned with the light source and sensor part, the performance will not be fully demonstrated and will not function properly. A common method is to create multiple images for each image.

上記従来の技術では、モジュールチップサイズ毎に多面付けを行うので、光源やセンサー部材と光学素子との位置出しが重要となる。特に、光源やセンサー部材と光学素子とを貼り合せる際に、多面付けの端から端までのピッチずれがあると、一部光軸が合わない部分が生じ、歩留り悪化につながるおそれがあった。 In the above-mentioned conventional technology, since multi-sided mounting is performed for each module chip size, positioning of the light source, sensor member, and optical element is important. In particular, when bonding a light source or a sensor member to an optical element, if there is a pitch shift from one end of the multifaceted assembly to the other, the optical axes may not match in some parts, which may lead to a decrease in yield.

また、光学素子に形成されているレンズ領域と光源との位置ずれがあると、レンズの偏向作用がない領域、又は、本来のレンズの偏向作用と異なる偏向作用を有する領域に光源からの光が照射されてしまい、光学素子を通った光について、所望の配光特性が得られない場合があった。 Furthermore, if there is a positional misalignment between the lens area formed in the optical element and the light source, the light from the light source may be transmitted to an area where the lens has no deflection effect or an area where the deflection effect is different from the original deflection effect of the lens. In some cases, the desired light distribution characteristics cannot be obtained for the light that has passed through the optical element.

そのため、位置出しの工程が煩雑であったり、各部材の寸法精度を高めたりする必要があった。これらは、コストアップの要因であり、改善が望まれていた。 Therefore, the positioning process is complicated, and it is necessary to improve the dimensional accuracy of each member. These are factors that increase costs, and improvements have been desired.

また、WLOやWLP等では、チップサイズに個片化するために切断が行なわれる。この切断時に発生する塵埃は、光学素子の性能を劣化させるものであり、塵埃の発生を抑制することが望まれていた。特に、回折格子を備える光学素子である回折光学素子(DOE)の場合、回折格子が微細な凹凸形状により構成されているため、切断時に塵埃が発生して、凹凸形状に付着してしまうと、除去が困難であり、かつ、光学特性に及ぼす影響が大きいことから、切断時の塵埃の発生を抑制して容易に製造が可能な手法が望まれていた。
また、近年ではWLOやWLP等に替わる技術手法として、PLP(Panel Level Package)技術の開発も進められているが、WLOやWLP等と同様にチップサイズに個片化するための切断は必要であり、塵埃発生の抑制は同様に必要となる。
Further, in WLO, WLP, etc., cutting is performed to separate into chip size pieces. The dust generated during cutting deteriorates the performance of the optical element, and it has been desired to suppress the generation of dust. In particular, in the case of a diffractive optical element (DOE), which is an optical element equipped with a diffraction grating, the diffraction grating is made up of fine irregularities, so if dust is generated during cutting and adheres to the irregularities, Since it is difficult to remove and has a large effect on optical properties, there has been a desire for a method that can suppress the generation of dust during cutting and facilitate manufacturing.
In addition, in recent years, PLP (Panel Level Package) technology has been developed as an alternative technology to WLO, WLP, etc., but like WLO, WLP, etc., cutting is required to separate into chip size pieces. Therefore, it is also necessary to suppress dust generation.

特開2003-302526号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-302526

本発明の課題は、製造が容易であり、かつ、光学的な特性を改善できる光照射装置、光照射装置の製造方法、回折光学素子多面付体、回折光学素子多面付体の製造方法、回折光学素子、回折光学素子の製造方法を提供することである。 The problems of the present invention are to provide a light irradiation device that is easy to manufacture and can improve optical characteristics, a method for manufacturing the light irradiation device, a diffractive optical element multifaceted body, a method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body, and a diffractive optical element multifaceted body. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical element and a diffractive optical element.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following solving means. Note that, in order to facilitate understanding, the description will be given with reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

第1の発明は、光源(20,21)と、前記光源(20,21)からの光が照射される位置に配置され、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)を有した回折光学素子(10)と、を備え、前記回折光学素子(10)は、前記単位セル(17)が周期的に複数配列されて構成されており、当該回折光学素子(10)の端部まで回折格子が形成されている光照射装置(1,1B)である。 A first invention provides a light source (20, 21) that is arranged at a position where light from the light source (20, 21) is irradiated, and a plurality of diffraction gratings are formed to obtain a specific light distribution characteristic. a diffractive optical element (10) having a rectangular unit cell (17) configured as shown in FIG. This is a light irradiation device (1, 1B) in which a diffraction grating is formed up to the end of the diffraction optical element (10).

第2の発明は、第1の発明に記載の光照射装置(1,1B)において、前記単位セル(17)が隣接する境界部分では、回折格子のパターンが連続していること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A second invention is characterized in that in the light irradiation device (1, 1B) according to the first invention, the pattern of the diffraction grating is continuous at a boundary portion where the unit cells (17) are adjacent to each other. This is a light irradiation device (1, 1B).

第3の発明は、第1の発明又は第2の発明に記載の光照射装置(1,1B)において、前記回折光学素子(10)は、回折格子とは区別して認識可能なマーク(16)を備えること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A third invention is the light irradiation device (1, 1B) according to the first invention or the second invention, wherein the diffractive optical element (10) has a mark (16) that is distinguishable from the diffraction grating. A light irradiation device (1, 1B) characterized by comprising:

第4の発明は、第3の発明に記載の光照射装置(1,1B)において、前記マーク(16)は、回折格子が配置された領域に重ねて配置されていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A fourth invention is characterized in that in the light irradiation device (1, 1B) according to the third invention, the mark (16) is arranged to overlap an area in which a diffraction grating is arranged. This is a light irradiation device (1, 1B).

第5の発明は、第1の発明から第4の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)において、前記単位セル(17)は、前記光源(20,21)から照射される光の照射範囲内に複数配置可能な大きさであること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A fifth invention is a light irradiation device (1, 1B) according to any one of the first invention to the fourth invention, in which the unit cell (17) is irradiated with light from the light source (20, 21). The light irradiation device (1, 1B) is characterized in that it has a size that allows a plurality of devices to be arranged within the irradiation range of the light.

第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)において、前記単位セル(17)は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有する回折格子が形成されていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A sixth invention is the light irradiation device (1, 1B) according to any one of the first invention to the fifth invention, in which the unit cell (17) is arranged such that the unit cell (17) is aligned with the normal of the surface on which the uneven shape is formed. A light irradiation device (1, 1B).

第7の発明は、第1の発明から第6の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)において、前記回折光学素子(10)は、少なくとも前記回折格子が形成されている面側の端部に、面取り部(18)を有すること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A seventh invention is the light irradiation device (1, 1B) according to any one of the first to sixth inventions, wherein the diffractive optical element (10) is formed with at least the diffraction grating. This light irradiation device (1, 1B) is characterized by having a chamfered portion (18) at the end portion on the surface side.

第8の発明は、第7の発明に記載の光照射装置(1,1B)において、前記回折光学素子(10)は、ガラスにより構成された基材(12)を備え、前記面取り部(18)は、少なくとも前記基材(12)に到達する位置まで形成されていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 An eighth invention is the light irradiation device (1, 1B) according to the seventh invention, in which the diffractive optical element (10) includes a base material (12) made of glass, and the chamfered portion (18) ) is a light irradiation device (1, 1B) characterized in that the light irradiation device (1, 1B) is formed at least up to a position reaching the base material (12).

第9の発明は、第7の発明又は第8の発明に記載の光照射装置(1,1B)において、前記面取り部(18)は、前記回折光学素子(10)の両面それぞれに設けられていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)である。 A ninth invention is the light irradiation device (1, 1B) according to the seventh invention or the eighth invention, wherein the chamfered portion (18) is provided on each of both surfaces of the diffractive optical element (10). This is a light irradiation device (1, 1B) characterized by the following.

第10の発明は、複数の光源(20,21)が並べて配列された光源多面付体(200)と、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)が複数並べて配列され、かつ、前記単位セル(17)が周期的に複数配列されて構成され、前記単位セル(17)は、切断されて個片化される予定の領域に関わりなく連続して配列されている回折光学素子多面付体(100)と、を接合する接合工程と、前記接合工程で接合された前記光源多面付体(200)及び回折光学素子多面付体(100)を切断する切断工程と、を備える光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A tenth invention provides a light source multifaceted body (200) in which a plurality of light sources (20, 21) are arranged side by side, and a rectangular shape in which a plurality of diffraction gratings are formed to obtain specific light distribution characteristics. A plurality of shaped unit cells (17) are arranged side by side, and a plurality of the unit cells (17) are periodically arranged, and the unit cells (17) are intended to be cut into pieces. a bonding step of bonding the diffractive optical element multifaceted bodies (100) that are continuously arranged regardless of the area; and the light source multifaceted body (200) and the diffractive optical element multifaceted bodies joined in the bonding step. This is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B), including a cutting step of cutting a body (100).

第11の発明は、第10の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記単位セル(17)が隣接する境界部分では、回折格子のパターンが連続していること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 An eleventh invention is the method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the tenth invention, wherein the pattern of the diffraction grating is continuous in a boundary portion where the unit cells (17) are adjacent to each other. This is a method of manufacturing a light irradiation device (1, 1B) characterized by the following.

第12の発明は、第10の発明又は第11の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記回折光学素子多面付体(100)は、回折格子とは区別して認識可能なマーク(16)を備えること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A twelfth invention is the method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the tenth invention or the eleventh invention, in which the diffractive optical element multifaceted body (100) is recognized separately from the diffraction grating. This is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B), characterized in that the light irradiation device (1, 1B) is provided with a possible mark (16).

第13の発明は、第12の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記マーク(16)は、回折格子が配置された領域に重ねて配置されていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A thirteenth invention is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the twelfth invention, wherein the mark (16) is arranged to overlap a region in which a diffraction grating is arranged. This is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B).

第14の発明は、第13の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記切断工程は、前記マーク(16)を利用して切断位置を決定すること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A fourteenth invention is the method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the thirteenth invention, characterized in that in the cutting step, a cutting position is determined using the mark (16). This is a method of manufacturing a light irradiation device (1, 1B).

第15の発明は、第10の発明から第14の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記単位セル(17)は、前記光源(20,21)から照射される光の照射範囲内に複数配置可能な大きさであること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A fifteenth invention is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to any one of the tenth to fourteenth inventions, in which the unit cell (17) is connected to the light source (20, 21). This is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B), characterized in that the light irradiation device (1, 1B) has a size that allows a plurality of light irradiation devices to be arranged within an irradiation range of light irradiated from the light irradiation device.

第16の発明は、第10の発明から第15の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記単位セル(17)は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有する回折格子が形成されていること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A sixteenth invention is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to any one of the tenth invention to the fifteenth invention, wherein the unit cell (17) has a surface on which an uneven shape is formed. A light irradiation device characterized in that a diffraction grating is formed in which a boundary between a convex portion and a concave portion has a pattern including at least one of a curved line and a polygonal line connecting a plurality of line segments when viewed from the normal direction of the light irradiation device. This is a manufacturing method of (1, 1B).

第17の発明は、第10の発明から第16の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記切断工程は、少なくとも前記回折格子が形成されている面側に、面取り部(18)を形成する面取り部形成工程を含むこと、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A seventeenth invention is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to any one of the tenth to sixteenth inventions, wherein the cutting step includes at least a surface on which the diffraction grating is formed. This is a method of manufacturing a light irradiation device (1, 1B) characterized by including a chamfer forming step of forming a chamfer (18) on the side.

第18の発明は、第17の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記回折光学素子多面付体(100)は、ガラスにより構成された基材(12)を備え、前記面取り部形成工程では、少なくとも前記基材(12)に到達する位置まで前記面取り部(18)を形成すること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 An 18th invention is the method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the 17th invention, wherein the diffractive optical element multifaceted body (100) includes a base material (12) made of glass. , a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B), characterized in that in the chamfer forming step, the chamfer (18) is formed at least up to a position reaching the base material (12).

第19の発明は、第17の発明又は第18の発明に記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記面取り部形成工程では、接合された前記光源多面付体(200)及び前記回折光学素子多面付体(100)の両面それぞれに前記面取り部(18)を形成するように前記回折光学素子多面付体(100)の両面から加工を行なうこと、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A nineteenth invention is the method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to the seventeenth invention or the eighteenth invention, in which the chamfered portion forming step includes the joined light source multifaceted body (200) and A light irradiation device characterized in that processing is performed from both sides of the diffractive optical element multifaceted body (100) so as to form the chamfered portions (18) on each of both sides of the diffractive optical element multifaceted body (100). This is a manufacturing method of (1, 1B).

第20の発明は、第17の発明から第19の発明までのいずれかに記載の光照射装置(1,1B)の製造方法において、前記面取り部形成工程では、前記光源多面付体(200)及び回折光学素子多面付体(100)の少なくとも一方が個片化されずに繋がった状態にあり、前記面取り部形成工程の後にさらに前記光源多面付体(200)及び回折光学素子多面付体(100)を個片化する切断を行なう本切断工程を備えること、を特徴とする光照射装置(1,1B)の製造方法である。 A 20th invention is a method for manufacturing a light irradiation device (1, 1B) according to any one of the 17th invention to the 19th invention, in which, in the chamfered portion forming step, the light source multifaceted body (200) and the diffractive optical element multifaceted body (100) are in a connected state without being separated into pieces, and after the chamfered portion forming step, the light source multifaceted body (200) and the diffractive optical element multifaceted body ( 100) into individual pieces.

第21の発明は、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)が複数並べて配列され、かつ、前記単位セル(17)が周期的に複数配列されて構成されており、前記単位セル(17)は、切断されて個片化される予定の領域に関わりなく連続して配列されている回折光学素子多面付体(100)である。 The twenty-first invention is characterized in that a plurality of rectangular unit cells (17) each having a plurality of diffraction gratings and configured to obtain a specific light distribution characteristic are arranged side by side, and the unit cells (17) are arranged side by side. A diffractive optical element polyhedral body (100) is configured by periodically arranging a plurality of unit cells (17), and the unit cells (17) are continuously arranged regardless of the area to be cut into pieces. It is.

第22の発明は、第21の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)において、前記単位セル(17)が隣接する境界部分では、回折格子のパターンが連続していること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)である。 A twenty-second invention is characterized in that in the diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-first invention, the pattern of the diffraction grating is continuous at a boundary portion where the unit cells (17) are adjacent to each other. This is a diffractive optical element multifaceted body (100).

第23の発明は、第21の発明又は第22の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)において、回折格子とは区別して認識可能なマーク(16)を備え、前記マーク(16)は、回折格子が配置された領域に重ねて配置されていること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)である。 A twenty-third invention is a diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-first invention or the twenty-second invention, comprising a mark (16) that is distinguishable from the diffraction grating, and wherein the mark (16) This is a diffractive optical element multifaceted body (100) characterized in that it is disposed overlapping a region in which a diffraction grating is disposed.

第24の発明は、第23の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)において、前記マーク(16)は、切断が予定される切断予定直線毎に配置されていること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)である。 A twenty-fourth invention is characterized in that in the diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-third invention, the mark (16) is arranged for each straight line to be cut. This is a diffractive optical element multifaceted body (100).

第25の発明は、第23の発明又は第24の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)において、前記マーク(16)は、切断されて個片化される予定の領域毎に配置されていること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)である。 A twenty-fifth invention is the diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-third invention or the twenty-fourth invention, wherein the marks (16) are arranged for each region to be cut into pieces. This is a diffractive optical element multifaceted body (100) characterized by the following.

第26の発明は、第21の発明から第25の発明までのいずれかに記載の回折光学素子多面付体(100)において、前記単位セル(17)は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有する回折格子が形成されていること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)である。 A twenty-sixth invention is the diffractive optical element multifaceted body (100) according to any one of the twenty-first to twenty-fifth inventions, wherein the unit cell (17) is formed by a surface having an uneven shape. A multifaceted diffractive optical element characterized by forming a diffraction grating having a pattern in which the boundary between a convex portion and a concave portion includes at least one of a curved line and a polygonal line connecting a plurality of line segments when viewed from the line direction. body (100).

第27の発明は、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)が複数並べて配列され、かつ、前記単位セル(17)が周期的に複数配列されて構成されている回折光学素子多面付体(100)を製造する回折光学素子多面付体(100)の製造方法であって、回折格子が形成される領域を複数に分割した分割領域に対応する成形型(300,401,402,403)を準備する成形型準備工程と、前記成形型(300,401,402,403)を用いて、回折格子を賦型する賦型工程と、を備える回折光学素子多面付体(100)の製造方法である。 The twenty-seventh invention is characterized in that a plurality of rectangular unit cells (17) each having a plurality of diffraction gratings and configured to obtain a specific light distribution characteristic are arranged side by side, and the unit cells (17) are arranged side by side. A method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body (100) for producing a diffractive optical element multifaceted body (100) configured by periodically arranging a plurality of diffractive optical elements, the method comprising dividing a region in which a diffraction grating is formed into a plurality of regions. a mold preparation step of preparing molds (300, 401, 402, 403) corresponding to the divided regions; and a molding step of molding a diffraction grating using the molds (300, 401, 402, 403). A method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body (100) comprising the steps of:

第28の発明は、第27の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)の製造方法であって、前記賦型工程は、同一の成形型(300,401,402,403)を用いて異なる領域を順次賦型する工程を含むこと、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)の製造方法である。 A twenty-eighth invention is a method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-seventh invention, wherein the molding step uses the same mold (300, 401, 402, 403). This is a method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body (100), including the step of sequentially shaping different regions using a method.

第29の発明は、第27の発明又は第28の発明に記載の回折光学素子多面付体(100)の製造方法において、前記単位セル(17)は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有する回折格子が形成されていること、を特徴とする回折光学素子多面付体(100)の製造方法である。 A twenty-ninth invention is the method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body (100) according to the twenty-seventh invention or the twenty-eighth invention, wherein the unit cell (17) A diffractive optical element multifaceted body characterized in that a diffraction grating is formed in which the boundary between a convex portion and a concave portion has a pattern including at least one of a curved line and a polygonal line connecting a plurality of line segments when viewed from the direction. (100).

第30の発明は、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)を有し、端部まで前記回折格子が形成されており、少なくとも前記回折格子が形成されている面側の端部に、面取り部(18)を有する回折光学素子(10)である。 The 30th invention has a rectangular unit cell (17) configured to have a plurality of diffraction gratings and obtain a specific light distribution characteristic, and the diffraction grating is formed up to the end. , a diffractive optical element (10) having a chamfered portion (18) at least at an end portion on the side of the surface on which the diffraction grating is formed.

第31の発明は、第30の発明に記載の回折光学素子(10)において、前記単位セル(17)は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有する回折格子が形成されていること、を特徴とする回折光学素子(10)である。 A 31st invention is the diffractive optical element (10) according to the 30th invention, in which the unit cell (17) is located at the boundary between the convex portion and the concave portion when viewed from the normal direction of the surface on which the concavo-convex shape is formed. This is a diffractive optical element (10) characterized in that a diffraction grating is formed having a pattern including at least one of a curved line and a polygonal line connecting a plurality of line segments.

第32の発明は、第30の発明又は第31の発明に記載の回折光学素子(10)において、ガラスにより構成された基材(12)を備え、前記面取り部(18)は、少なくとも前記基材(12)に到達する位置まで形成されていること、を特徴とする回折光学素子(10)である。 A 32nd invention is the diffractive optical element (10) according to the 30th invention or the 31st invention, which includes a base material (12) made of glass, and the chamfered portion (18) is arranged at least in the base material. The diffractive optical element (10) is characterized in that it is formed to a position that reaches the material (12).

第33の発明は、第30の発明から第32の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)において、前記面取り部(18)は、前記回折光学素子(10)の両面それぞれに設けられていること、を特徴とする回折光学素子(10)である。 A 33rd invention is the diffractive optical element (10) according to any one of the 30th invention to the 32nd invention, wherein the chamfered portion (18) is provided on each of both surfaces of the diffractive optical element (10). This is a diffractive optical element (10) characterized by:

第34の発明は、第30の発明から第33の発明までのいずれかに記載の回折光学素子(10)の製造方法であって、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セル(17)が複数並べて配列され、かつ、前記単位セル(17)が周期的に複数配列されて構成されており、前記単位セル(17)は、切断されて個片化される予定の領域に関わりなく連続して配列されている回折光学素子多面付体(100)を切断する切断工程を備え、前記切断工程は、少なくとも前記回折格子が形成されている面側の端部に、面取り部(18)を形成する面取り部形成工程を含む回折光学素子(10)の製造方法である。 A thirty-fourth invention is a method for manufacturing a diffractive optical element (10) according to any one of the thirty-third inventions, wherein a plurality of diffraction gratings are formed to obtain specific light distribution characteristics. A plurality of rectangular unit cells (17) configured to a cutting step of cutting the diffractive optical element multifaceted body (100) that is continuously arranged regardless of the area where the diffractive optical element is to be separated into pieces; This is a method for manufacturing a diffractive optical element (10) including a chamfer forming step of forming a chamfer (18) at the end of the surface.

本発明によれば、製造が容易であり、かつ、光学的な特性を改善できる光照射装置、光照射装置の製造方法、回折光学素子多面付体、回折光学素子多面付体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a light irradiation device that is easy to manufacture and can improve optical characteristics, a method for manufacturing the light irradiation device, a diffractive optical element multifaceted body, and a method for manufacturing a diffractive optical element multifaceted body are provided. can do.

第1実施形態の光照射装置1の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of light irradiation device 1 of a 1st embodiment. 光照射装置1の斜視図である。1 is a perspective view of a light irradiation device 1. FIG. 光照射装置1の断面図である。1 is a sectional view of a light irradiation device 1. FIG. 回折光学素子10を図3の上方から見た平面図である。4 is a plan view of the diffractive optical element 10 seen from above in FIG. 3. FIG. 図4から回折格子のパターンを省略して示した図である。5 is a diagram in which the pattern of the diffraction grating is omitted from FIG. 4; FIG. 図4から回折格子のパターンのみを示した図である。5 is a diagram showing only the pattern of the diffraction grating from FIG. 4. FIG. 図6の単位セル17の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。7 is a perspective view showing an example of a partial periodic structure in the example of the unit cell 17 in FIG. 6. FIG. 回折光学素子を模式的に示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a diffractive optical element. 光照射装置1の製造に用いる回折光学素子ウェハー100及び光源ウェハー200を示す図である。1 is a diagram showing a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 used for manufacturing the light irradiation device 1. FIG. 回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合した状態を断面として示した図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 are bonded together. インプリント成型の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of imprint molding. インプリント成型の他の例を説明する図である。It is a figure explaining other examples of imprint molding. 第2実施形態の光照射装置1Bの断面図である。It is a sectional view of light irradiation device 1B of a 2nd embodiment. 回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合した状態で切断を行なう切断工程を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cutting process in which a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 are cut in a state where they are bonded together. 回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合した状態で切断を行なう切断工程を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cutting process in which a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 are cut in a state where they are bonded together. 第3実施形態の回折光学素子10の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a diffractive optical element 10 according to a third embodiment. 回折光学素子ウェハー100を切断する切断工程を示す図である。5 is a diagram showing a cutting process of cutting the diffractive optical element wafer 100. FIG. 先端がV形状の回転刃のみを用いて面取り部18の形成と個片化とを行なう例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the chamfered portion 18 is formed and cut into pieces using only a rotary blade with a V-shaped tip. 4点曲げ試験の試験状況を示す図である。It is a figure showing the test situation of a 4-point bending test. 3種類の試験片を図19中の矢印A-Aの位置で切断した断面図である。20 is a cross-sectional view of three types of test pieces taken along arrow AA in FIG. 19. FIG. 実験条件と実験結果をまとめて示した図である。FIG. 2 is a diagram summarizing experimental conditions and experimental results. 実験結果から得られた面取り部の角度と最大曲げ応力との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the angle of the chamfer and the maximum bending stress obtained from experimental results. 実際に回折光学素子を切断した端面を拡大撮影した写真を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an enlarged photograph of an end face of an actually cut diffractive optical element. 面取り部18の寸法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating dimensions of a chamfered portion 18.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings and the like.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の光照射装置1の分解斜視図である。
図2は、光照射装置1の斜視図である。
図3は、光照射装置1の断面図である。
なお、図1から図3を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a light irradiation device 1 according to the first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of the light irradiation device 1.
FIG. 3 is a sectional view of the light irradiation device 1.
Note that each figure shown below, including FIGS. 1 to 3, is a schematic view, and the size and shape of each part are appropriately exaggerated for easy understanding.
Further, in the following description, specific numerical values, shapes, materials, etc. are shown, but these can be changed as appropriate.

本明細書において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
また、本発明において透明とは、少なくとも利用する波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては、透明として取り扱うものとする。
In this specification, terms that specify shapes or geometrical conditions, such as terms such as parallel and orthogonal, do not have strict meanings, but also mean that they have similar optical functions and can be considered parallel or orthogonal. This also includes states with errors.
In this specification, words such as plate, sheet, film, etc. are used, but these are generally used in the order of thickness, such as plate, sheet, film, etc. This is also used in the book. However, since there is no technical meaning in these different uses, these words can be replaced as appropriate.
Furthermore, in the present invention, transparent refers to something that transmits at least light of the wavelength to be used. For example, even if a material does not transmit visible light, if it transmits infrared rays, it will be treated as transparent when used for infrared purposes.

図1に示すように、光照射装置1は、回折光学素子10と、光源部20とを備える。
本実施形態の光照射装置1は、例えば、バーコードを表す照射パターンを照射して利用してもよいし、車両等から路面等へ各種情報を表す照射パターンを照射してもよい。また、光照射装置1は、距離測定、人体検出、立体物認識等における検出光の照射等に利用してもよい。また、光照射装置1は、カメラ等で物体からの反射光を取込む装置と一体化してもよく、その場合、距離測定、3D認識、人体測定、物体認識、バー認識が可能である。
As shown in FIG. 1, the light irradiation device 1 includes a diffractive optical element 10 and a light source section 20.
The light irradiation device 1 of this embodiment may be used by emitting, for example, an irradiation pattern representing a barcode, or may emit an irradiation pattern representing various information from a vehicle or the like onto a road surface. Further, the light irradiation device 1 may be used for irradiation of detection light in distance measurement, human body detection, three-dimensional object recognition, etc. Further, the light irradiation device 1 may be integrated with a device that captures reflected light from an object using a camera or the like, and in that case, distance measurement, 3D recognition, human body measurement, object recognition, and bar recognition are possible.

回折光学素子(光学素子)10は、回折現象により光の進行方向を制御して光を整形するDOEと呼ばれる素子であり、板状に形成されている。
なお、本発明において「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物又は対象領域に投影された光の形状(照射パターン)が任意の形状となるようにしたり、照射パターン内の強度分布を平坦化したり、全体的に又は部分的に任意の強度分布になるようにしたりすることをいう。例えば、光源が平面形状の回折光学素子に直接投影した場合に照射スポットが円形となる光を発光する。この光を、回折光学素子を透過させることにより、照射パターンを、正方形の組み合わせや、長方形、円形等、目的の形状とすることを、「光を整形する」いう。
The diffractive optical element (optical element) 10 is an element called a DOE that shapes the light by controlling the traveling direction of the light by a diffraction phenomenon, and is formed in a plate shape.
In the present invention, "shaping the light" means controlling the traveling direction of the light so that the shape (irradiation pattern) of the light projected onto the target object or target area becomes an arbitrary shape, This refers to flattening the intensity distribution within the irradiation pattern or making it entirely or partially have an arbitrary intensity distribution. For example, when a light source projects directly onto a planar diffractive optical element, the irradiation spot is circular. The process of making the irradiation pattern into a desired shape, such as a combination of squares, a rectangle, or a circle, by transmitting this light through a diffractive optical element is called "shaping the light."

回折光学素子10は、高屈折率部11と、基材12と、密着層13とを備え、光源部20からの光が照射される位置に配置されている。
高屈折率部11は、回折格子に対応する凹凸形状が形成された原版を用いて、例えば、基材上に塗布された紫外線硬化樹脂を賦型して凹凸形状を転写し、紫外線を照射して硬化させることにより形成できる。
The diffractive optical element 10 includes a high refractive index section 11, a base material 12, and an adhesive layer 13, and is arranged at a position where light from a light source section 20 is irradiated.
The high refractive index section 11 is formed by using an original plate on which a concavo-convex shape corresponding to a diffraction grating is formed, for example, by shaping an ultraviolet curable resin coated on a base material to transfer the concavo-convex shape, and then irradiating it with ultraviolet rays. It can be formed by hardening.

紫外線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート等を用いることができる。なお、高屈折率部11を形成するための材料は、紫外線硬化樹脂に限定されない。高屈折率部11は、例えば、電子線硬化樹脂で形成してもよい。また、高屈折率部11は、熱硬化型や紫外線硬化型のSOG(Spin on Glass)を用いて構成してもよい。また、回折格子に対応する凹凸形状は、原版から賦型により転写する例に限らず、上記凹凸形状を有する原版から作製された樹脂の中間版を用いて賦型してもよい。 As the ultraviolet curing resin, for example, urethane acrylate type, polyester acrylate type, epoxy acrylate type, polyether acrylate type, polythiol type, butadiene acrylate, etc. can be used. Note that the material for forming the high refractive index portion 11 is not limited to ultraviolet curing resin. The high refractive index portion 11 may be formed of, for example, an electron beam cured resin. Further, the high refractive index section 11 may be configured using thermosetting or ultraviolet curing SOG (Spin on Glass). Further, the uneven shape corresponding to the diffraction grating is not limited to the example of transferring from the original plate by molding, but may be formed using a resin intermediate plate made from the original plate having the above-mentioned uneven shape.

基材12は、高屈折率部11を賦型する際のベースとなる部材である。基材12としては、例えば、ガラスを用いることができる。また、基材12には、ガラスに限らず、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン(MBS)樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン(MS)樹脂、アクリル・スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂等の透明樹脂を用いることができる。本実施形態では、基材12には、ガラスを採用したので、板状に形成されているが、樹脂シートや樹脂フィルムとしてもよい。
密着層13は、基材12上に塗布されて、紫外線硬化樹脂等との密着性を高めるためのプライマー層である。なお、密着層13は、省略してもよい。
回折光学素子10についての詳細は、後述する。
The base material 12 is a member that becomes a base when forming the high refractive index section 11. As the base material 12, for example, glass can be used. In addition, the base material 12 is not limited to glass, but may also include polycarbonate (PC) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, methyl methacrylate-butadiene-styrene (MBS) resin, methyl methacrylate-styrene (MS) resin, acrylic resin, etc. Transparent resins such as styrene (AS) resin and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin can be used. In this embodiment, the base material 12 is made of glass, so it is formed in a plate shape, but it may also be a resin sheet or a resin film.
The adhesion layer 13 is a primer layer coated on the base material 12 to improve adhesion with ultraviolet curing resin and the like. Note that the adhesive layer 13 may be omitted.
Details regarding the diffractive optical element 10 will be described later.

光源部20は、発光素子(光源)21と、基板22と、ホルダ24とを備えている。
発光素子(光源)21は、赤外光、青色光等を発光し、その光を回折光学素子10に光を投影する。発光素子21としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)等のレーザ光源を用いてもよいし、LED(発光ダイオード)を用いてもよい。発光素子21は、基板22上に実装されている。なお、発光素子21の形態によっては、配線23を用いて基板と接続することもできる。本実施形態では、発光素子21は、波長が850nmの光を発光する垂直共振器面発光レーザとした。
The light source section 20 includes a light emitting element (light source) 21, a substrate 22, and a holder 24.
The light emitting element (light source) 21 emits infrared light, blue light, etc., and projects the light onto the diffractive optical element 10. As the light emitting element 21, for example, a laser light source such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) may be used, or an LED (light emitting diode) may be used. The light emitting element 21 is mounted on a substrate 22. Note that depending on the form of the light emitting element 21, the wiring 23 may be used to connect it to the substrate. In this embodiment, the light emitting element 21 is a vertical cavity surface emitting laser that emits light with a wavelength of 850 nm.

ホルダ24は、回折光学素子10を搭載するための枠形に形成されている。ホルダ24は、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチックにより形成される。ホルダ24を変形しにくくするため、ポリカーボネート等にガラスファイバーを含有させてもよい。
ホルダ24は、その中央が、貫通した開口部となっている。ホルダ24は、回折光学素子10の周縁部が載せられる頂部24aを備えている。そして、この頂部24aの上に、接着材60を介して回折光学素子10が載せられて固定されている。なお、本実施形態のホルダ24の頂部24aは、平面で構成されているが、溝をさらに設けてもよい。
ホルダ24は、その背面側(図3中の下側)に、不図示の接着材等を用いて、基板22に取り付けられている。
The holder 24 is formed into a frame shape on which the diffractive optical element 10 is mounted. The holder 24 is made of engineering plastic such as polyamide or polycarbonate, for example. In order to make the holder 24 difficult to deform, polycarbonate or the like may contain glass fiber.
The holder 24 has a penetrating opening at its center. The holder 24 includes a top portion 24a on which a peripheral portion of the diffractive optical element 10 is placed. The diffractive optical element 10 is placed and fixed on top of this top portion 24a via an adhesive 60. In addition, although the top part 24a of the holder 24 of this embodiment is comprised by a plane, you may further provide a groove|channel.
The holder 24 is attached to the substrate 22 on its back side (lower side in FIG. 3) using an adhesive (not shown) or the like.

図4は、回折光学素子10を図3の上方から見た平面図である。
図5は、図4から回折格子のパターンを省略して示した図である。
回折光学素子10の表面には、複数箇所に、マーク16が配置されている。本実施形態では、マーク16は、回折格子のパターンが配置された領域に重ねて配置されている。
FIG. 4 is a plan view of the diffractive optical element 10 seen from above in FIG.
FIG. 5 is a diagram in which the diffraction grating pattern is omitted from FIG. 4.
Marks 16 are arranged at multiple locations on the surface of the diffractive optical element 10. In this embodiment, the mark 16 is placed overlapping the area where the diffraction grating pattern is placed.

マーク16は、例えば、光学的検出装置を用いて検知するための種々の目印や基準等として用いられる。
マーク16は、複数の凹凸形状を有するパターンの集合体により形成されており、凹凸のエッジによる光の反射等により、光学的に容易に認識することができる。凹凸形状としては、例えば、ラインアンドスペースパターン、ホールパターン、ドットパターン等を用いることができる。凹凸形状は、それらのうちの1種類を用いてパターンの集合体を形成してもよく、複数種類を用いてパターンの集合体を形成してもよい。これらのパターンの凹凸形状には一定の周期性を持たせることができる。
The mark 16 is used, for example, as various marks, standards, etc. for detection using an optical detection device.
The mark 16 is formed by a collection of patterns having a plurality of concave and convex shapes, and can be easily recognized optically by reflection of light by the edges of the concave and convex shapes. As the uneven shape, for example, a line and space pattern, a hole pattern, a dot pattern, etc. can be used. One type of uneven shape may be used to form a pattern aggregate, or a plurality of types may be used to form a pattern aggregate. The uneven shapes of these patterns can have a certain periodicity.

マーク16を形成する凹凸形状の隣接する一組の凹部と凸部を合わせた幅をピッチとすると、マーク16を形成する凹凸形状のピッチは、光学的検出装置で検知が容易であれば特に限定はされない。例えば、凹凸形状のピッチを、後述する回折格子のパターンのピッチより広くすることにより、回折光学素子10の製造を妨げることがない。また、ピッチが細かい方が凹凸形状のエッジ部分での光の反射により検知しやすくなる。例えば、500nm~10μm程度、より好ましくは1μm~5μmのピッチで設定すればよい。また、複数種類のピッチが含まれていてもよい。
一組の凹部と凸部のそれぞれの幅の比であるデューティー比は、光学的検知装置において検知しやすい1:1でよいが、製造可能な範囲でデューティー比を変えてもよい。
本実施形態において、マーク16は、賦型する方向に合わせて全て同じ方向のラインアンドスペースパターンとして形成されている。凹部と凸部のピッチは、全て一定とし、デューティー比は1:1としている。
また、マーク16の凹部の最大深さは、回折格子の最大深さと同等、又はそれより深いことが好ましい。マーク16の凹部を深くするにしたがい、識別がより容易となる。
なお、回折光学素子10を形成する装置の仕様上マーク16の検出精度が落ちる場合等にはマーク16を凹凸構造ではなく別の反射性、遮光性材料としてもよい、その場合マークの形成は印刷やフォトリソグラフィ等の一般的な手法をとることができるが、金属等を用いる場合はフォトリソグラフィが好適に用いられる。回折光学素子10においては基材12の表面又は裏面に形成される。
If the pitch is the combined width of a pair of adjacent concave and convex portions of the concave and convex shapes forming the mark 16, the pitch of the concave and convex shapes forming the mark 16 is particularly limited as long as it is easy to detect with an optical detection device. Not allowed. For example, by making the pitch of the uneven shapes wider than the pitch of the diffraction grating pattern described later, manufacturing of the diffractive optical element 10 is not hindered. Further, the finer the pitch, the easier it is to detect due to the reflection of light at the edge portion of the uneven shape. For example, the pitch may be set to about 500 nm to 10 μm, more preferably 1 μm to 5 μm. Furthermore, multiple types of pitches may be included.
The duty ratio, which is the ratio of the respective widths of a set of concave portions and convex portions, may be 1:1, which is easy to detect with an optical detection device, but the duty ratio may be varied within a range that can be manufactured.
In this embodiment, the marks 16 are formed as line-and-space patterns all oriented in the same direction in accordance with the direction of molding. The pitches of the concave portions and convex portions are all constant, and the duty ratio is 1:1.
Further, the maximum depth of the recessed portion of the mark 16 is preferably equal to or deeper than the maximum depth of the diffraction grating. As the recessed portion of the mark 16 becomes deeper, identification becomes easier.
Note that if the detection accuracy of the mark 16 is degraded due to the specifications of the apparatus for forming the diffractive optical element 10, the mark 16 may be made of another reflective or light-shielding material instead of the uneven structure. In that case, the mark is formed by printing. Although general methods such as photolithography and the like can be used, photolithography is preferably used when metal or the like is used. In the diffractive optical element 10, it is formed on the front or back surface of the base material 12.

次に、回折光学素子10に設けられている回折格子のパターンについて、さらに詳しく説明する。
図6は、図4から回折格子のパターンのみを示した図である。
回折光学素子10には、単位セル17が周期的に複数並べて配置されている。この単位セル17は、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性、すなわち、光を所望のパターンに整形することができるように構成されている。このために、単位セル17だけで、所望の配光特性を得ることが可能なように、高屈折率部11上に凹凸形状で構成された回折格子が設計されて配置されている。複数の単位セル17は、いずれも回折格子の構成が全く同じものであり、同一の凹凸形状(回折格子)を持つ単位セル17が複数並べて配置されている。
また、単位セル17同士は、間隔を空けずに配置されており、単位セル同士が隣接する境界部分では、回折格子のパターンが連続するように設定されている。
さらに、回折光学素子10の端部まで、余白等を設けることなく回折格子が形成されている。
本実施形態では、1つの回折光学素子10は、3mm×3mmの正方形に形成されており、単位セル17は、0.6mm×0.6mmの正方形に設定されている。よって、回折光学素子10の表面に25個の単位セル17が配列されている。
Next, the pattern of the diffraction grating provided in the diffractive optical element 10 will be explained in more detail.
FIG. 6 is a diagram showing only the pattern of the diffraction grating from FIG. 4.
In the diffractive optical element 10, a plurality of unit cells 17 are periodically arranged side by side. This unit cell 17 is configured to have a plurality of diffraction gratings formed therein so as to have a specific light distribution characteristic, that is, to shape light into a desired pattern. For this purpose, a diffraction grating having an uneven shape is designed and arranged on the high refractive index section 11 so that the desired light distribution characteristics can be obtained with only the unit cell 17. The plurality of unit cells 17 all have the same diffraction grating configuration, and a plurality of unit cells 17 having the same uneven shape (diffraction grating) are arranged side by side.
Further, the unit cells 17 are arranged without any interval between them, and the pattern of the diffraction grating is set to be continuous at the boundary portion where the unit cells are adjacent to each other.
Furthermore, the diffraction grating is formed up to the end of the diffractive optical element 10 without providing any blank space or the like.
In this embodiment, one diffractive optical element 10 is formed in a square of 3 mm x 3 mm, and the unit cell 17 is set as a square of 0.6 mm x 0.6 mm. Therefore, 25 unit cells 17 are arranged on the surface of the diffractive optical element 10.

発光素子21は、この回折光学素子10に対して光を照射し、その照射領域は、回折光学素子10の全面としてもよいが、通常は、例えば、回折光学素子10の素子面積の略50%~80%程度である。そして、この光の照射領域内に、単位セル17は、複数配列されるように構成されている。例えば、仮に、光の照射領域が、回折光学素子10の素子面積の50%であったとしても、本実施形態の例では、単位セル17が12.5個配列されていることになる。また、本実施形態の回折光学素子10では、回折格子が全面に配列されている。よって、本実施形態の光照射装置1は、回折光学素子10と発光素子21との相対的な位置ずれがあったとしても、常に適切に成形された光を出射可能である。 The light emitting element 21 irradiates light onto the diffractive optical element 10, and the irradiation area may be the entire surface of the diffractive optical element 10, but is usually approximately 50% of the element area of the diffractive optical element 10, for example. ~80%. A plurality of unit cells 17 are arranged within this light irradiation area. For example, even if the light irradiation area is 50% of the element area of the diffractive optical element 10, in the example of this embodiment, 12.5 unit cells 17 are arranged. Furthermore, in the diffractive optical element 10 of this embodiment, diffraction gratings are arranged over the entire surface. Therefore, the light irradiation device 1 of this embodiment can always emit appropriately shaped light even if there is a relative positional shift between the diffractive optical element 10 and the light emitting element 21.

なお、図6では、理解を容易にするために、単位セル17を大きく表しており、1つの回折光学素子10に9個の単位セル17を配置した例を示した。また、個々の単位セル17がわかりやすくなるように、単位セル17の境界を意図的にわかりやすく表現しているが、実際には、単位セル17の境界は、回折格子のパターンが連続していることから、判別が難しい。 Note that in FIG. 6, the unit cells 17 are shown in a large size for easy understanding, and an example is shown in which nine unit cells 17 are arranged in one diffractive optical element 10. In addition, the boundaries of the unit cells 17 are intentionally expressed in an easy-to-understand manner so that the individual unit cells 17 can be easily understood, but in reality, the boundaries of the unit cells 17 are made up of continuous diffraction grating patterns. It is difficult to distinguish because of the presence of

本実施形態の単位セル17は、図6に示したハッチングの異なる領域それぞれの位置において深さが異なっている。すなわち、単位セル17は、4段階の高さの異なる多段階形状により構成されている。そして、単位セル17は、通常、異なる周期構造を持つ複数の領域(部分周期構造)を有している。 The unit cell 17 of this embodiment has different depths at different positions in the different hatched areas shown in FIG. That is, the unit cell 17 has a multi-stage shape with four different heights. The unit cell 17 usually has a plurality of regions (partial periodic structures) having different periodic structures.

図7は、図6の単位セル17の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。
図8は、回折光学素子を模式的に示した断面図である。
単位セル17に構成されている回折格子のパターンは、曲線により構成されているが、回折光学素子の狙いの出射パターンによっては、直線、又は、曲線からなる線分を繋げた折れ線となっているパターンを含む場合もある。したがって、本実施形態の回折格子のパターンは、高屈折率部11(後述)の凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含む。
回折光学素子10は、図7に示すような複雑な形状をしているが、簡略化して模式的に示すと、図8に示すように、断面形状において複数の凸部11aが並んで配置されている高屈折率部11を備えている。
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a partially periodic structure in the example of the unit cell 17 of FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a diffractive optical element.
The pattern of the diffraction grating configured in the unit cell 17 is configured of curved lines, but depending on the target output pattern of the diffractive optical element, it may be a straight line or a polygonal line connecting line segments consisting of curved lines. It may also include patterns. Therefore, in the pattern of the diffraction grating of this embodiment, the boundary between the convex part and the concave part has a curved line and a plurality of line segments when viewed from the normal direction of the surface on which the concavo-convex shape of the high refractive index section 11 (described later) is formed. Includes at least one of the connected polygonal lines.
The diffractive optical element 10 has a complicated shape as shown in FIG. 7, but to simplify and schematically show it, as shown in FIG. 8, a plurality of convex portions 11a are arranged side by side in the cross-sectional shape. A high refractive index section 11 is provided.

高屈折率部11は、例えば、クオーツ(SiO、合成石英)をエッチング処理により形状を加工して作られたものであってもよい。また、高屈折率部11は、クオーツやシリコンウェハーを加工した物から型取りを行って成形型を作成し、この成形型を利用して電離放射線硬化性樹脂組成物を硬化したものであってもよい。電離放射線硬化性樹脂組成物を用いてこのような周期構造の物を製造する方法は、様々な手法が公知であり、単位セル17(回折光学素子10)の高屈折率部11は、それら公知の手法を利用して、適宜作製することができる。 The high refractive index portion 11 may be made by processing quartz (SiO 2 , synthetic quartz) into a shape by etching, for example. Further, the high refractive index portion 11 is made by cutting a mold from a processed quartz or silicon wafer, and using this mold to harden the ionizing radiation curable resin composition. Good too. Various methods are known for manufacturing objects with such a periodic structure using an ionizing radiation-curable resin composition, and the high refractive index portion 11 of the unit cell 17 (diffractive optical element 10) can be manufactured using any of these known methods. It can be produced as appropriate using the method described above.

また、凸部11aの間に形成されている凹部14a及び凸部11aの頂部付近の空間14bを含む図8の上方の部分は、空気が存在しており、高屈折率部11よりも屈折率が低い低屈折率部14となっている。これら高屈折率部11及び低屈折率部14が交互に並んで配置された周期構造により、光を整形する作用を備える回折層15が構成されている。 In addition, air exists in the upper part of FIG. 8 including the recesses 14a formed between the convex parts 11a and the space 14b near the top of the convex parts 11a, and the refractive index is higher than that of the high refractive index part 11. This is a low refractive index portion 14 with a low refractive index. A periodic structure in which the high refractive index portions 11 and the low refractive index portions 14 are arranged alternately constitutes a diffraction layer 15 having the function of shaping light.

本実施形態の凸部11aは、側面形状の一方側(図8では、左側)に、高さの異なる4つの段部を備えた多段階形状を有している。具体的には、凸部11aは、最も突出したレベル1段部11a-1と、レベル1段部11a-1よりも一段低いレベル2段部11a-2と、レベル2段部11a-2よりもさらに一段低いレベル3段部11a-3と、レベル3段部11a-3よりもさらに一段低いレベル4段部11a-4とを一側面側に有している。また、凸部11aの側面形状の他方側(図8では、右側)は、レベル1段部11a-1からレベル4段部11a-4まで直線状につながる側壁部11bとなっている。
なお、本実施形態の光照射装置では、発光素子21が波長850nmのレーザ光源であることから、これに合せて、単位セル17の回折格子は、波長が850nmの光を回折するために最適となる深さに構成されている。
The convex portion 11a of this embodiment has a multi-step shape with four step portions having different heights on one side (the left side in FIG. 8) of the side surface shape. Specifically, the convex portion 11a includes a level 1 stepped portion 11a-1 that is the most protruding, a level 2 stepped portion 11a-2 that is one step lower than the level 1 stepped portion 11a-1, and a level 2 stepped portion 11a-2 that is lower than the level 2 stepped portion 11a-2. It also has a level 3 step section 11a-3 which is one step lower than the level 3 step section 11a-3, and a level 4 step section 11a-4 which is one step lower than the level 3 step section 11a-3 on one side. Further, the other side (the right side in FIG. 8) of the side surface shape of the convex portion 11a is a side wall portion 11b that extends linearly from the level 1 step portion 11a-1 to the level 4 step portion 11a-4.
In the light irradiation device of this embodiment, since the light emitting element 21 is a laser light source with a wavelength of 850 nm, the diffraction grating of the unit cell 17 is optimal for diffracting light with a wavelength of 850 nm. It is structured to a certain depth.

上述したような多段階形状により構成されている部分周期構造は、各部分周期構造毎に、主に配列ピッチと配列方向とが異なって形成されている。それぞれの部分周期構造では、光を回折させて所定の方向に偏向させて出射するので、1つの部分周期構造では、非常に小さな点(ドット)として光が照射される。単位セル17には、それぞれ所望の方向に光を偏向させるように構成されたこの部分周期構造が多数配置されており、全体としては、所望の形に光を成形した照射パターンを投影可能となっている。 The partial periodic structure formed by the multi-stage shape as described above is formed so that each partial periodic structure is different mainly in the arrangement pitch and the arrangement direction. Each partial periodic structure diffracts the light, deflects it in a predetermined direction, and emits the light, so that one partial periodic structure irradiates the light as a very small dot. A large number of these partial periodic structures each configured to deflect light in a desired direction are arranged in the unit cell 17, and as a whole, it is possible to project an irradiation pattern in which light is shaped into a desired shape. ing.

次に、本実施形態の光照射装置1の製造方法について説明する。
本実施形態では、個々の光照射装置1毎に、光源部20と回折光学素子10とを接合するのではなく、WLO(Wafer Level Optics)又はWLP(Wafer Level Package)と呼ばれる手法をさらに改良して用いる。
図9は、光照射装置1の製造に用いる回折光学素子ウェハー100及び光源ウェハー200を示す図である。
図10は、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合した状態を断面として示した図である。
本実施形態では、図9に示すような回折光学素子ウェハー100及び光源ウェハー200をそれぞれ作製する。
ここで、回折光学素子ウェハー100は、単位セルが複数並べて配列された回折格子多面付体であり、光源ウェハー200は、複数の光源が並べて配列された光源多面付体である。以下の説明では、一般的にWLOやWLP等で用いられるウェハー形状(円形状)の
回折光学素子ウェハー100及び光源ウェハー200を例に挙げて説明するが、回折格子多面付体及び、光源多面付体の形状は、ウェハー形状(円形状)に限定されず、PLP(Panel Level Package)等で用いられる四角形パネル形状であってもよい。
Next, a method for manufacturing the light irradiation device 1 of this embodiment will be explained.
In this embodiment, instead of joining the light source section 20 and the diffractive optical element 10 for each individual light irradiation device 1, a method called WLO (Wafer Level Optics) or WLP (Wafer Level Package) is further improved. used.
FIG. 9 is a diagram showing a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 used for manufacturing the light irradiation device 1.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 are bonded together.
In this embodiment, a diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200 as shown in FIG. 9 are manufactured.
Here, the diffractive optical element wafer 100 is a multifaceted diffraction grating body in which a plurality of unit cells are arranged side by side, and the light source wafer 200 is a light source multifaceted body in which a plurality of light sources are arranged side by side. In the following explanation, a wafer-shaped (circular) diffractive optical element wafer 100 and a light source wafer 200, which are generally used in WLO, WLP, etc., are taken as examples. The shape of the body is not limited to a wafer shape (circular shape), but may be a rectangular panel shape used in PLP (Panel Level Package) or the like.

本実施形態の回折光学素子ウェハー100の製造は、先ず、直径8インチの円形のガラス製の基材12上に、密着層13を塗布する。そして、密着層13の上に、高屈折率部11となる未硬化の紫外線硬化樹脂を塗布し、これに後述する原版(成形型)を押し当てて凹凸形状を賦型した状態で紫外線を照射して硬化させることにより回折光学素子ウェハー100が完成する。
ここで、回折光学素子ウェハー100上に賦型される回折格子は、単位セル17が周期的に複数配列されて構成されている。また、回折光学素子ウェハー100上の単位セル17は、切断されて個片化される予定の領域に関わりなく連続して配列されている。すなわち、回折光学素子ウェハー100上において、高屈折率部11に賦型される回折格子については、切断されて個片化される予定の領域の区別がない。ただし、マーク16については、切断されて個片化される予定の領域毎に設けられている。
本実施形態では、図9の回折光学素子ウェハー100上にハッチングで示す領域Aのように、必要な領域にのみ回折格子の凹凸形状を賦型した。しかし、回折光学素子ウェハー100上の全面に回折格子の凹凸形状を賦型してもよい。
To manufacture the diffractive optical element wafer 100 of this embodiment, first, an adhesive layer 13 is coated on a circular glass base material 12 having a diameter of 8 inches. Then, on the adhesive layer 13, an uncured ultraviolet curable resin that will become the high refractive index portion 11 is applied, and an original plate (molding mold) to be described later is pressed onto this to form an uneven shape, and then ultraviolet rays are irradiated. The diffractive optical element wafer 100 is completed by curing the wafer.
Here, the diffraction grating formed on the diffractive optical element wafer 100 is composed of a plurality of unit cells 17 arranged periodically. Further, the unit cells 17 on the diffractive optical element wafer 100 are continuously arranged regardless of the area where they are planned to be cut into pieces. That is, on the diffractive optical element wafer 100, there is no distinction between regions in which the diffraction grating to be formed into the high refractive index portion 11 is to be cut into pieces. However, the mark 16 is provided for each area scheduled to be cut into pieces.
In this embodiment, the concavo-convex shape of the diffraction grating was formed only in necessary regions, such as the hatched region A on the diffractive optical element wafer 100 in FIG. However, the uneven shape of the diffraction grating may be formed on the entire surface of the diffractive optical element wafer 100.

回折光学素子ウェハー100の製造には、上述したように、回折格子の凹凸形状を有する原版を予め作製し、この原版を用いてインプリント成型を行い、紫外線硬化樹脂に凹凸形状を転写(賦型)することにより行う。この原版の作製には、非常に手間がかかり、作製コストも高くなることから、上述したような8インチサイズの原版を準備することは非効率であり現実的ではない。そこで、本実施形態では、8インチサイズの回折光学素子ウェハー100を複数の領域に分けて、全体サイズよりも小型の原版を利用することにより、大型の回折光学素子ウェハー100を効率よく作製する。 To manufacture the diffractive optical element wafer 100, as described above, an original plate having an uneven shape of a diffraction grating is prepared in advance, imprint molding is performed using this original plate, and the uneven shape is transferred (imprinted) onto an ultraviolet curable resin. ). Preparing this original plate requires a lot of effort and the manufacturing cost is high, so it is inefficient and impractical to prepare an 8-inch size original as described above. Therefore, in this embodiment, a large diffractive optical element wafer 100 is efficiently manufactured by dividing the 8-inch size diffractive optical element wafer 100 into a plurality of regions and using an original smaller than the entire size.

図11は、インプリント成型の一例を説明する図である。なお、図11中でハッチングを付した領域は、回折格子の凹凸形状が配置されている領域、及び、それに対応する原版を示している。
図11に示す例では、回折光学素子ウェハー100の表面を4つの領域に分けて、この領域の1つに対応する原版(成形型)300を準備する(成形型準備工程)。そして、この原版300を用いて、回折格子を賦型する賦型工程を行う。この原版300は、回転させて向きを変えれば、4つの領域の全てに利用可能である。したがって、この例では、1つの原版300を準備し、同一の原版300を用いて異なる領域を順次賦型する工程を行えば、原版300よりも大きな回折光学素子ウェハー100の製造が可能である。なお、原版300を4つ用意して、一度の賦型工程で全体の賦型を完了してもよい。
なお、図11では、4つに分けた領域の間に、若干の隙間を設けているが、この隙間をなくしてもよい。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of imprint molding. Note that the hatched area in FIG. 11 indicates the area where the uneven shape of the diffraction grating is arranged and the original plate corresponding thereto.
In the example shown in FIG. 11, the surface of the diffractive optical element wafer 100 is divided into four regions, and an original plate (molding mold) 300 corresponding to one of the regions is prepared (molding mold preparation step). Then, using this original plate 300, a molding step of molding a diffraction grating is performed. This original plate 300 can be used in all four areas by rotating and changing its orientation. Therefore, in this example, it is possible to manufacture a diffractive optical element wafer 100 larger than the original plate 300 by preparing one original plate 300 and performing a step of sequentially forming different regions using the same original plate 300. Note that four original plates 300 may be prepared and the entire forming process may be completed in one forming process.
In addition, in FIG. 11, a slight gap is provided between the four divided areas, but this gap may be eliminated.

図12は、インプリント成型の他の例を説明する図である。なお、図12中でハッチングを付した領域は、回折格子の凹凸形状が配置されている領域、及び、それに対応する原版を示している。
図12に示す例では、回折光学素子ウェハー100の表面を3種類12個の領域に分けて、この領域の種類毎に対応する原版(成形型)401,402,403を準備する(成形型準備工程)。そして、この原版401,402,403を用いて、回折格子を賦型する賦型工程を行う。原版401,402,403に対応する領域は、それぞれ、4箇所あるので、それぞれの賦型を順次行ってもよいし、原版401,402,403をそれぞれ4つずつ用意して、1回の賦型工程としてもよい。
なお、図12では、12個に分けた領域を密着配置しているが、各領域の間に、若干の隙間を設けてもよい。
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of imprint molding. Note that the hatched area in FIG. 12 indicates the area where the uneven shape of the diffraction grating is arranged and the original plate corresponding thereto.
In the example shown in FIG. 12, the surface of the diffractive optical element wafer 100 is divided into three types of 12 areas, and original plates (molding molds) 401, 402, 403 corresponding to each type of area are prepared (molding mold preparation). process). Then, using these original plates 401, 402, and 403, a molding step is performed to shape a diffraction grating. Since there are four areas corresponding to each of the original plates 401, 402, and 403, you may perform the imprinting on each area sequentially, or prepare four each of the original plates 401, 402, and 403 and perform imprinting in one time. It may also be a mold process.
In addition, in FIG. 12, the 12 divided regions are arranged in close contact with each other, but a slight gap may be provided between each region.

図9及び図10に戻って、光源ウェハー200は、光源部20となる構成が密接して並べて配置された構成となっている。切断されて個片化されることにより個々の光源部20となる部分の境界については、光源ウェハー200の状態では、繋がっていて、明確な境界はなく、ホルダ24の壁となる部分が構成されている。 Returning to FIGS. 9 and 10, the light source wafer 200 has a configuration in which the components that become the light source sections 20 are closely arranged side by side. Regarding the boundaries of the parts that will become individual light source parts 20 by being cut into individual pieces, in the state of the light source wafer 200, they are connected and have no clear boundaries, and the parts that become the walls of the holder 24 are formed. ing.

上述した回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを作製して準備したら、両者を接合する接合工程を行う。具体的には、頂部24aの上に、接着材60を塗布して、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合する。
次に、上記接合工程で接合された回折光学素子ウェハー100及び光源ウェハー200を切断する切断工程を行い、個片化することにより、光照射装置1が完成する。
After the above-described diffractive optical element wafer 100 and light source wafer 200 are fabricated and prepared, a bonding process for bonding them is performed. Specifically, an adhesive 60 is applied onto the top portion 24a to bond the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 together.
Next, a cutting process is performed to cut the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 that have been bonded in the above bonding process, and the light irradiation device 1 is completed by cutting them into pieces.

ここで、切断工程では、図10に矢印で示した位置で切断を行うが、回折光学素子ウェハー100に形成されている回折格子が、領域の区別なく配置されていることが、非常に有利に働く。すなわち、回折光学素子ウェハー100の切断位置に関しては、多少の位置ずれがあったとしても、光を整形する特性、すなわち、光照射装置1が発する光の配光特性には、何ら影響を与えない。これは、単位セル17だけで必要な配光特性を得られるような光の整形作用を備えており、かつ、単位セル17が発光素子21からの光の照射領域よりも十分に小さく、照射領域内に単位セル17が多数配列されている構成となっているからである。 Here, in the cutting process, cutting is performed at the positions indicated by arrows in FIG. 10, but it is very advantageous that the diffraction gratings formed on the diffractive optical element wafer 100 are arranged without distinguishing regions. work. That is, even if there is a slight positional shift in the cutting position of the diffractive optical element wafer 100, it will not affect the light shaping characteristics, that is, the light distribution characteristics of the light emitted by the light irradiation device 1. . This has a light shaping effect that allows the necessary light distribution characteristics to be obtained with only the unit cell 17, and the unit cell 17 is sufficiently smaller than the irradiation area of the light from the light emitting element 21, and the irradiation area is This is because a large number of unit cells 17 are arranged within the structure.

このような構成は、屈折系レンズでは実現が困難であり、従来の屈折系レンズを用いた場合には、レンズの光軸を正確に発光素子21と合せ込むことが要求されていた。また、回折光学素子を用いたとしても、照射領域にだけ回折格子を設ける従来の構成では、位置合わせを正確にしないと不必要な方向への漏れ光の発生や、光の利用効率の低下といった現象が生じていた。よって、従来は、発光素子側と光学素子(レンズ)側との相対的な位置を正確に合せる必要があった。そのためには、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200との双方の寸法を非常に厳しく管理して、双方とも精度の高い部品として作製される必要があった。 Such a configuration is difficult to realize with a refractive lens, and when a conventional refractive lens is used, it is required to accurately align the optical axis of the lens with the light emitting element 21. Furthermore, even if a diffractive optical element is used, with the conventional configuration in which a diffraction grating is provided only in the irradiation area, if the alignment is not accurate, light may leak in unnecessary directions and the efficiency of light use may decrease. A phenomenon was occurring. Therefore, conventionally, it was necessary to accurately align the relative positions of the light emitting element side and the optical element (lens) side. For this purpose, it was necessary to control the dimensions of both the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 very strictly, and to manufacture both as highly precise components.

これらの課題を、本実施形態の光照射装置1では、解決している。基本的には、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200との間の面内方向の相対的な位置ずれに関しては、ラフに位置合わせを行うだけで十分である。回折光学素子ウェハー100上には、マーク16があるので、そのマークが大きくずれないようにするだけでよい。そして、切断時には、光源ウェハー200に対する切断位置だけを調整すればよく、製造時に要求される寸法管理の労力が大きく軽減される。そして、このように製造が容易な構成であるにもかかわらず、位置ずれによる光学的特性の劣化が生じにくく、結果として、得られる光学的な特性を改善できる。 These problems are solved in the light irradiation device 1 of this embodiment. Basically, with regard to the relative positional deviation in the in-plane direction between the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200, it is sufficient to perform rough alignment. Since there is a mark 16 on the diffractive optical element wafer 100, it is only necessary to ensure that the mark does not shift significantly. At the time of cutting, only the cutting position with respect to the light source wafer 200 needs to be adjusted, and the effort required for dimensional control during manufacturing is greatly reduced. Even though the configuration is easy to manufacture, the optical characteristics are less likely to deteriorate due to positional deviation, and as a result, the optical characteristics obtained can be improved.

なお面内角度のズレに対しては面内方向の位置ズレと異なり、必要スペックを考慮したあわせ込みが必要であるが、離れた位置の最低2箇所のマークを見てあわせるだけで通常は十分な精度が確保できる。またガイド等を用いた物理的な合わせ込みも可能であり管理の労力は小さいものである。
なお、回折光学素子と光源の間に別のコリメートレンズ素子と組み合わせて用いる場合においては、レンズと光源(又は光源ウェハー)との精密な位置あわせが必要となる。レンズと光源の精密な位置あわせが既になされた素子に対しては回折光学素子の位置あわせをラフに行うことが可能となり、先に回折光学素子とレンズを位置あわせして組み合わせる場合はレンズに形成された位置合わせ用マークを光源との位置あわせに用いればよいため、回折光学素子とレンズの位置あわせをラフに行うことができる。後者の場合、回折光学素子とレンズを基材の両面に形成することもできる。
また回折光学素子10の基材の表裏いずれかに回折以外の機能を持つパターン層を形成して用いる場合には、そのパターン層を見て光源又はコリメートレンズ素子と位置あわせをするように設計することで回折光学素子の形成における位置あわせをラフに行うことができる。パターン層の例としては遮光層、識別層、配線層等がある。
Note that for in-plane angle deviations, unlike positional deviations in the in-plane direction, alignment must be done taking into account the required specifications, but it is usually sufficient to match marks at at least two distant locations. Accuracy can be ensured. In addition, physical alignment using a guide or the like is also possible, and the management effort is small.
In addition, when using in combination with another collimating lens element between the diffractive optical element and the light source, precise alignment of the lens and the light source (or the light source wafer) is required. For elements for which the lens and light source have already been precisely aligned, it is possible to perform rough alignment of the diffractive optical element, and if the diffractive optical element and lens are aligned and combined first, it is possible to align the diffractive optical element and the lens first. Since it is sufficient to use the alignment marks made for alignment with the light source, it is possible to roughly align the diffractive optical element and the lens. In the latter case, the diffractive optical element and the lens can also be formed on both sides of the substrate.
In addition, when a pattern layer having a function other than diffraction is formed on either the front or back of the base material of the diffractive optical element 10 and used, the pattern layer is designed to be aligned with the light source or the collimating lens element by looking at the pattern layer. This allows rough alignment in forming the diffractive optical element. Examples of pattern layers include a light shielding layer, an identification layer, and a wiring layer.

このような本実施形態の特徴的な構成により、切断工程では、基本的には、光源ウェハー200を位置決め基準として、等ピッチで切断を行う。なお、回折光学素子ウェハー100又は光源ウェハー200に設けられたマークを基準として切断を行ってもよい。その場合、回折光学素子ウェハー100に切断用のマークをさらに設けてもよい。この場合、マークは、切断されて個片化される予定の領域毎に配置してもよいし、切断が予定される切断予定直線毎に配置してもよい。また、このマークは、先に示したマーク16のように回折格子と重ねて設けてもよいし、回折格子が形成されていない余白部分に設けてもよい。
回折光学素子ウェハー100にマークを設けて、それを基準として切断工程を行う場合であっても、上述した本実施形態における有利な効果は十分に発揮される。回折光学素子ウェハー100に設けたマークは、回折光学素子ウェハー100が接合されることによって見え難くなる光源ウェハー200の位置を示すものとして利用すればよいからである。その場合、接合時、又は、切断前に、回折光学素子ウェハー100に設けたマークが光源ウェハー200の基準位置と、どの程度ずれているのかを把握しておくとよい。
With such a characteristic configuration of this embodiment, in the cutting process, cutting is basically performed at equal pitches using the light source wafer 200 as a positioning reference. Note that cutting may be performed using marks provided on the diffractive optical element wafer 100 or the light source wafer 200 as a reference. In that case, a cutting mark may be further provided on the diffractive optical element wafer 100. In this case, the mark may be placed for each area that is scheduled to be cut into pieces, or may be placed for each scheduled cutting straight line that is scheduled to be cut. Further, this mark may be provided overlapping the diffraction grating like the mark 16 shown above, or may be provided in a blank area where the diffraction grating is not formed.
Even when a mark is provided on the diffractive optical element wafer 100 and the cutting process is performed using the mark as a reference, the advantageous effects of the present embodiment described above are fully exhibited. This is because the mark provided on the diffractive optical element wafer 100 can be used to indicate the position of the light source wafer 200, which becomes difficult to see when the diffractive optical element wafer 100 is bonded. In that case, it is advisable to know how far the mark provided on the diffractive optical element wafer 100 deviates from the reference position of the light source wafer 200 during bonding or before cutting.

以上説明したように、本実施形態の光照射装置1の回折光学素子10は、単位セル17が周期的に複数配列されて構成されており、回折光学素子10の端部まで回折格子が形成されている。また、回折光学素子ウェハー100上の単位セル17は、切断されて個片化される予定の領域に関わりなく連続して配列されている。したがって、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200との面内方向における相対的な位置合わせに高い精度が必要とされない。また、切断工程における位置合わせもラフに行うことが可能となる。よって、製造を容易に行えるとともに、光学的な特性を改善できる。 As explained above, the diffractive optical element 10 of the light irradiation device 1 of the present embodiment is configured with a plurality of unit cells 17 arranged periodically, and a diffraction grating is formed up to the end of the diffractive optical element 10. ing. Further, the unit cells 17 on the diffractive optical element wafer 100 are continuously arranged regardless of the area where they are planned to be cut into pieces. Therefore, high precision is not required for the relative positioning of the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 in the in-plane direction. Furthermore, it becomes possible to perform rough positioning in the cutting process. Therefore, manufacturing can be performed easily and optical characteristics can be improved.

(第2実施形態)
図13は、第2実施形態の光照射装置1Bの断面図である。
第2実施形態の光照射装置1Bは、基材12がガラスにより構成されている点と、面取り部18を備えている点とで第1実施形態の光照射装置1と異なっている他は、第1実施形態の光照射装置1と同様な形態をしている。よって、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
(Second embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of a light irradiation device 1B according to the second embodiment.
The light irradiation device 1B of the second embodiment differs from the light irradiation device 1 of the first embodiment in that the base material 12 is made of glass and that it is provided with a chamfered portion 18. It has a similar form to the light irradiation device 1 of the first embodiment. Therefore, parts that perform the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate.

第2実施形態の光照射装置1Bの基材12は、ガラスにより構成されている。ガラスを基材とすることにより、回折光学素子10の厚さを薄くしても撓みにくく、精度の高い回折光学素子を提供可能である。その一方で、ガラスは、一般的に樹脂素材と比べて脆いことから、切断工程において切断箇所に微細な欠け等が発生するおそれが高い。基材12に欠けた部位が生じると、回折光学素子10の強度が劣化するおそれがある。
また、先に図示したように、回折光学素子10の回折格子(高屈折率部11)は、非常に複雑な形状をしており、かつ、この形状は、非常に微細なものである。そして、この複雑かつ微細な回折格子を回転刃で切断する場合、回転刃との摩擦力等によって高屈折率部が引き剥がされて微細な塵埃となり、回折光学素子10に大量に付着してしまうおそれがある。特に、基材12がガラスにより構成されている場合には、ガラスが欠けるときに、さらに回折格子を引き剥がすおそれも高くなる。
The base material 12 of the light irradiation device 1B of the second embodiment is made of glass. By using glass as the base material, even if the thickness of the diffractive optical element 10 is reduced, it is difficult to bend and it is possible to provide a highly accurate diffractive optical element. On the other hand, since glass is generally more brittle than resin materials, there is a high possibility that fine chips or the like will occur at the cut location during the cutting process. If a chipped portion occurs in the base material 12, the strength of the diffractive optical element 10 may deteriorate.
Furthermore, as illustrated above, the diffraction grating (high refractive index portion 11) of the diffractive optical element 10 has a very complicated shape, and this shape is very fine. When this complex and fine diffraction grating is cut with a rotating blade, the high refractive index portion is peeled off due to frictional force with the rotating blade and becomes fine dust, which adheres to the diffractive optical element 10 in large quantities. There is a risk. In particular, when the base material 12 is made of glass, there is a high possibility that the diffraction grating will be further peeled off when the glass is chipped.

そこで、第2実施形態の光照射装置1Bでは、切断工程において、面取り部18を形成する面取り部形成工程を行ない、ガラス製の基材12の欠けを抑制し、また、回折格子(高屈折率部11)に起因する塵埃の発生を抑えている。 Therefore, in the light irradiation device 1B of the second embodiment, in the cutting process, a chamfered part forming process is performed to form the chamfered part 18 to suppress chipping of the glass base material 12, and also to suppress chipping of the glass base material 12. This suppresses the generation of dust caused by part 11).

面取り部18は、回折格子が形成されている面側、すなわち、高屈折率部11が設けられている面側にあり、図13中では上面側(光出射面側)の端部の稜線をC面取りした形状に構成されている。よって、面取り部18は、斜面に構成されている。この面取り部18は、高屈折率部11が設けられている面側の全周に形成されている。また、面取り部18は、基材12に到達する位置まで形成されている。
本実施形態では、面取り部18は、回折光学素子10のシート面に対して45度傾斜した斜面とした。したがって、後述する回転刃B1のベベル角θ(刃先全体の角度の半分の角度、図13参照)は、45度とした。
なお、面取り部18は、C面取りに限らず、R面取りとして構成してもよい。その場合には、回転刃B1についても対応するR形状のものを用いればよい。
The chamfered portion 18 is located on the side where the diffraction grating is formed, that is, the side where the high refractive index portion 11 is provided, and in FIG. It has a chamfered shape. Therefore, the chamfered portion 18 is formed into a slope. This chamfered portion 18 is formed all around the surface on which the high refractive index portion 11 is provided. Furthermore, the chamfered portion 18 is formed to a position that reaches the base material 12.
In this embodiment, the chamfered portion 18 is a slope inclined at 45 degrees with respect to the sheet surface of the diffractive optical element 10. Therefore, the bevel angle θ (half the angle of the entire blade edge, see FIG. 13) of the rotary blade B1, which will be described later, was set to 45 degrees.
Note that the chamfered portion 18 is not limited to a C-chamfer, but may be configured as an R-chamfer. In that case, a corresponding R-shaped rotary blade B1 may also be used.

図14及び図15は、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合した状態で切断を行なう切断工程を示す図である。
第2実施形態の切断工程では、先ず、図14に示すように先端がV形状の回転刃B1を用いて、高屈折率部11が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行ない、面取り部18を形成する(面取り部形成工程)。この面取り部形成工程では、回転刃B1が基材12に到達する位置までVカットを行なう。この段階では、個片化はされず、光源ウェハー200は繋がった状態になっている。
14 and 15 are diagrams showing a cutting process in which the diffractive optical element wafer 100 and the light source wafer 200 are cut in a state where they are bonded together.
In the cutting process of the second embodiment, first, as shown in FIG. 14, using a rotary blade B1 with a V-shaped tip, a V cut (bevel cut) is performed from the side where the high refractive index section 11 is provided. , forming the chamfered portion 18 (chamfered portion forming step). In this chamfer forming step, V-cutting is performed until the rotary blade B1 reaches the base material 12. At this stage, the light source wafers 200 are not separated into individual pieces, and the light source wafers 200 are in a connected state.

次に、図15に示すように、Vカットされた幅よりも幅の狭い回転刃B2を用いて、光源ウェハー200及び回折光学素子ウェハー100を個片化する切断を行なう本切断工程を行なうことにより、図13に示した面取り部18が回折光学素子10に形成された光照射装置1Bが作製される。 Next, as shown in FIG. 15, a main cutting step is performed in which the light source wafer 200 and the diffractive optical element wafer 100 are cut into pieces using a rotating blade B2 whose width is narrower than the V-cut width. As a result, the light irradiation device 1B in which the chamfered portion 18 shown in FIG. 13 is formed on the diffractive optical element 10 is manufactured.

上述したように、先ず、面取り部18を形成する面取り部形成工程を行ない、次に、本切断工程を行なうことにより、従来のように一度で本切断工程を行なう場合と比べて、以下のような効果が得られる。 As mentioned above, by first carrying out the chamfer forming process to form the chamfered part 18 and then carrying out the main cutting process, compared to the conventional case where the main cutting process is performed at once, the following results can be achieved. You can get the following effect.

先ず、面取り部18を形成することにより、切断時の塵埃の発生を大幅に抑えることができる。特に、回折格子を構成する高屈折率部11の一部が剥がれて脱落することによる塵埃の発生を抑制できる。これは、先端がV形状の回転刃B1を用いることにより、深さの深い部分から掻き出す力が高屈折率部11に作用せず、また、切断側から高屈折率部11を押し付ける力が作用することにより得られる効果であると推察される。 First, by forming the chamfered portion 18, the generation of dust during cutting can be significantly suppressed. In particular, it is possible to suppress the generation of dust caused by part of the high refractive index portion 11 forming the diffraction grating peeling off and falling off. By using the rotary blade B1 with a V-shaped tip, the force of scraping from a deep part does not act on the high refractive index part 11, and the force of pressing the high refractive index part 11 from the cutting side does not act. It is presumed that this effect is obtained by doing so.

また、面取り部18を形成することにより、基材12の欠けを抑制することができる。この効果は、基材12がガラス製である場合に、特に大きな効果が得られる。これは、基材12に達するまで面取り部18が形成されていることにより、基材12の切断時に深さの深い部分から掻き出す力が基材12の端面に生じても、端面が斜めになっていることから、欠けにくいと推察される。 Further, by forming the chamfered portion 18, chipping of the base material 12 can be suppressed. This effect is particularly great when the base material 12 is made of glass. This is because the chamfered portion 18 is formed until it reaches the base material 12, so even if a scraping force is generated on the end surface of the base material 12 from a deep part when cutting the base material 12, the end surface will not be slanted. It is presumed that it is hard to chip because of the fact that it is

さらに、面取り部18を形成することにより、面取り部18が形成されている側を外側に曲げる力が基材12に加えられた場合の曲げ強さを向上できる。これは、上述した基材12の欠けが少なくなっていることによって、応力集中が生じないことによる効果である。 Furthermore, by forming the chamfered portion 18, the bending strength can be improved when a force is applied to the base material 12 to bend the side on which the chamfered portion 18 is formed outward. This is an effect due to the fact that stress concentration does not occur due to the reduction in the number of chips in the base material 12 described above.

(第3実施形態)
図16は、第3実施形態の回折光学素子10の断面図である。
第3実施形態の回折光学素子10は、面取り部18を備えており、上述した第2実施形態の光照射装置1Bに積層されている回折光学素子10と同様な構成をしている。
第2実施形態では、光照射装置1Bにおいて面取り部18を形成した例を挙げて説明した。第2実施形態において説明した面取り部18を形成することにより得られる効果は、回折光学素子ウェハー100と光源ウェハー200とを接合したものを切断する場合に限って得られるものではない。例えば、回折光学素子ウェハー100のみの状態で切断して回折光学素子10を製造する場合にも、上述した面取り部18を設けることによる効果として、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
第3実施形態の回折光学素子10は、回折光学素子ウェハー100から切断される切断工程において、第2実施形態と同様に、面取り部形成工程を行ない、次に、本切断工程を行なうことにより作製可能である。そして、第3実施形態の回折光学素子10は、面取り部18を備えていることにより、切断時の塵埃の発生を大幅に抑えることができ、基材12の欠けを抑制することができ、曲げ強さを向上できる。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view of the diffractive optical element 10 of the third embodiment.
The diffractive optical element 10 of the third embodiment includes a chamfered portion 18, and has the same configuration as the diffractive optical element 10 laminated in the light irradiation device 1B of the second embodiment described above.
The second embodiment has been described using an example in which the chamfered portion 18 is formed in the light irradiation device 1B. The effect obtained by forming the chamfered portion 18 described in the second embodiment is not only obtained when cutting the bonded diffractive optical element wafer 100 and light source wafer 200. For example, even when manufacturing the diffractive optical element 10 by cutting only the diffractive optical element wafer 100, the same effect as in the second embodiment can be obtained by providing the chamfered portion 18 described above. .
The diffractive optical element 10 of the third embodiment is manufactured by performing the chamfer forming step in the cutting process of cutting the diffractive optical element wafer 100, similarly to the second embodiment, and then performing the main cutting process. It is possible. Since the diffractive optical element 10 of the third embodiment includes the chamfered portion 18, the generation of dust during cutting can be significantly suppressed, chipping of the base material 12 can be suppressed, and bending Can improve strength.

(第4実施形態)
図17は、回折光学素子ウェハー100を切断する切断工程を示す図である。
第4実施形態では、両面に面取り部18を備えた回折光学素子10と、これを作製するときの切断工程を説明する。
第4実施形態では、回折光学素子10及び回折光学素子ウェハー100の層構成を第1実施形態から第3実施形態とは異なる形態とした。第4実施形態の回折光学素子10及び回折光学素子ウェハー100では、第1実施形態から第3実施形態において設けていた密着層13を省略している。また、第4実施形態の回折光学素子10及び回折光学素子ウェハー100では、回折格子が設けられていない側の基材12の面に、保証機能層19を設けている。この保証機能層19とは、付加的な機能を付与可能な各種層の総称として示している。保証機能層19としては、例えば、SiO、SION等の保護膜としてもよいし、反射防止膜としてもよいし、ITO膜としてもよく、どのような機能を付加してもよい。また、保証機能層19は、単層に限らず複数層を重ねてもよい。
(Fourth embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing a cutting process of cutting the diffractive optical element wafer 100.
In the fourth embodiment, a diffractive optical element 10 having chamfered portions 18 on both sides and a cutting process for manufacturing the same will be described.
In the fourth embodiment, the layer configurations of the diffractive optical element 10 and the diffractive optical element wafer 100 are different from those in the first to third embodiments. In the diffractive optical element 10 and the diffractive optical element wafer 100 of the fourth embodiment, the adhesive layer 13 provided in the first to third embodiments is omitted. Furthermore, in the diffractive optical element 10 and the diffractive optical element wafer 100 of the fourth embodiment, the guarantee function layer 19 is provided on the surface of the base material 12 on the side where the diffraction grating is not provided. The guarantee function layer 19 is a general term for various layers that can provide additional functions. The guarantee function layer 19 may be, for example, a protective film such as SiO x or SION, an antireflection film, or an ITO film, and any function may be added thereto. Further, the guarantee function layer 19 is not limited to a single layer, and may be formed of multiple layers.

図17に示す例では、先ず、先端がV形状の回転刃B1-1を用いて、高屈折率部11が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行ない、上面側の面取り部18を形成する(図17(a):面取り部形成工程)。
次に、先端がV形状の回転刃B1-2を用いて、保証機能層19が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行ない、下面側の面取り部18を形成する(図17(b):面取り部形成工程)。
次に、Vカットされた幅よりも幅の狭い回転刃B2を用いて、回折光学素子ウェハー100を個片化する切断を行なう本切断工程(図17(c)を行ない、両面に面取り部18が形成された回折光学素子10が作製される(図17(d))。
なお、保証機能層19が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行なった後に、高屈折率部11が設けられている面側からVカットを行ない、その後に本切断工程を行なってもよい。
In the example shown in FIG. 17, first, a V cut (bevel cut) is performed from the surface side where the high refractive index section 11 is provided using the rotary blade B1-1 with a V-shaped tip, and the chamfered portion on the upper surface side is cut. 18 (FIG. 17(a): chamfered portion forming step).
Next, using a rotary blade B1-2 with a V-shaped tip, perform a V cut (bevel cut) from the surface side where the guarantee function layer 19 is provided to form a chamfered portion 18 on the lower surface side (FIG. 17 (b): Chamfered portion forming step).
Next, a main cutting step (FIG. 17(c)) is performed in which the diffractive optical element wafer 100 is cut into pieces using a rotary blade B2 having a width narrower than the width of the V-cut. A diffractive optical element 10 in which is formed is produced (FIG. 17(d)).
Note that after performing a V cut (bevel cut) from the side where the guarantee function layer 19 is provided, a V cut is performed from the side where the high refractive index portion 11 is provided, and then the main cutting step is performed. It's okay.

また、回転刃B2を用いずに、先端がV形状の回転刃のみを用いて個片化を行なってもよい。
図18は、先端がV形状の回転刃のみを用いて面取り部18の形成と個片化とを行なう例を示す図である。
図18に示す例では、図17に示した回転刃B1-1、B1-2よりもベベル角(刃先の角度)の狭い回転刃B1-3、B1-4を用いた。
先ず、先端がV形状の回転刃B1-3を用いて、高屈折率部11が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行ない、上面側の面取り部18を形成する(図18(a):面取り部形成工程)。
次に、先端がV形状の回転刃B1-4を用いて、保証機能層19が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行ない、下面側の面取り部18を形成する面取り部形成工程と、回折光学素子ウェハー100を個片化する切断を行なう本切断工程とを同時に行ない(図18(b))、両面に面取り部18が形成された回折光学素子10が作製される(図18(c))。
なお、保証機能層19が設けられている面側からVカット(ベベルカット)を行なった後に、高屈折率部11が設けられている面側からVカットを行なって切断してもよい。
Further, the singulation may be performed using only a rotary blade having a V-shaped tip without using the rotary blade B2.
FIG. 18 is a diagram showing an example in which the chamfered portion 18 is formed and separated into pieces using only a rotary blade with a V-shaped tip.
In the example shown in FIG. 18, rotary blades B1-3 and B1-4 having a narrower bevel angle (angle of the cutting edge) than the rotary blades B1-1 and B1-2 shown in FIG. 17 are used.
First, using a rotary blade B1-3 with a V-shaped tip, perform a V cut (bevel cut) from the surface side where the high refractive index portion 11 is provided to form a chamfered portion 18 on the upper surface side (FIG. 18 (a): Chamfered portion forming step).
Next, using a rotary blade B1-4 with a V-shaped tip, perform a V cut (bevel cut) from the side where the guarantee function layer 19 is provided to form a chamfered portion to form the chamfered portion 18 on the lower surface side. This process and a main cutting process in which the diffractive optical element wafer 100 is cut into pieces are performed simultaneously (FIG. 18(b)), and the diffractive optical element 10 with chamfered portions 18 formed on both sides is manufactured (FIG. 18(b)). 18(c)).
Note that after performing a V cut (bevel cut) from the side where the guarantee function layer 19 is provided, a V cut may be performed from the side where the high refractive index portion 11 is provided.

以上説明した第4実施形態によれば、面取り部18を両面に構成することができる。よって、切断時の塵埃の発生や基材12の欠けの発生を抑制できるだけでなく、両方向における曲げ強さの向上ができる。なお、図示しないが、回折格子を基材の両面に備える回折光学素子の場合には、本実施形態のように両面に面取り部18を設けることが特に望ましい。 According to the fourth embodiment described above, the chamfered portions 18 can be formed on both sides. Therefore, not only can the generation of dust and chipping of the base material 12 during cutting be suppressed, but also the bending strength in both directions can be improved. Although not shown, in the case of a diffractive optical element that includes diffraction gratings on both sides of a base material, it is particularly desirable to provide chamfered portions 18 on both sides as in this embodiment.

(曲げ強さの確認)
上述したように、第2実施形態から第4実施形態では、面取り部18を設けることにより、面取り部18が設けられている側を外側として曲げられるときの曲げ強さの向上ができると説明した。これを実証する実験を行なったので、実験方法と実験結果を以下に示す。
この実験では、4点曲げ試験により曲げ強さを評価した。
図19は、4点曲げ試験の試験状況を示す図である。
図19に示すように、試験片長Ls=60mm、支点間距離L=45mm、荷重点間距離Li=15mmとした。
(Checking bending strength)
As described above, in the second to fourth embodiments, it has been explained that by providing the chamfered portion 18, the bending strength can be improved when the product is bent with the side on which the chamfered portion 18 is provided as the outside. . We conducted an experiment to prove this, and the experimental method and results are shown below.
In this experiment, the bending strength was evaluated by a four-point bending test.
FIG. 19 is a diagram showing the test situation of a four-point bending test.
As shown in FIG. 19, the test piece length Ls was 60 mm, the distance between fulcrums L was 45 mm, and the distance between load points Li was 15 mm.

図20は、3種類の試験片を図19中の矢印A-Aの位置で切断した断面図である。
試験片は、図20(a)に示した面取り部無しの試験片と、図20(b)に示した上側面に面取り部を設けた試験片と、図20(c)に示した下側面に面取り部を設けた試験片と、図20(d)に示した両面に面取り加工を行った後に本切断された両面に面取り部を設けた試験片と、図20(e)に示したV形状の回転歯のみを用いて個片化を行った両面に面取り部を設けた試験片の5種類を用意した。また、高屈折率部11等は、曲げ強さには殆ど影響を与えないことから、上記試験片は、ガラス製の基材12のみとした。これらの試験片は、いずれも、上記実施形態に例示したものと同様な切断工程によって切断して作製されたものである。
上記試験片を、インストロン製の電気機械式万能材料試験機5900シリーズによって負荷実験を実施した。
FIG. 20 is a cross-sectional view of three types of test pieces taken along arrow AA in FIG. 19.
The test pieces were a test piece without a chamfer as shown in Figure 20(a), a test piece with a chamfer on the upper side as shown in Figure 20(b), and a test piece as shown in Figure 20(c) on the lower side. A test piece with chamfered parts on both sides shown in Figure 20(d), a test piece with chamfered parts on both sides that was cut after chamfering on both sides shown in Figure 20(e), and a test piece with chamfered parts on both sides shown in Figure 20(e). Five types of test pieces were prepared, each of which had chamfered portions on both sides and was separated into pieces using only shaped rotating teeth. In addition, since the high refractive index portion 11 and the like have almost no effect on the bending strength, the test piece used was only the glass base material 12. These test pieces were all produced by cutting in the same cutting process as exemplified in the above embodiment.
A load test was performed on the above test piece using an electromechanical universal material testing machine 5900 series manufactured by Instron.

図21は、実験条件と実験結果をまとめて示した図である。
図22は、実験結果から得られた面取り部の角度と最大曲げ応力との関係を示すグラフである。
面取り部を備えない試験片では、最大荷重Fmax-aveは、15.87Nであり、最大曲げ応力を最大荷重Fmax-aveから求めると、176.33MPaであった。
上面側に面取り部を備えた試験片では、最大荷重Fmax-aveは、ベベル角θ=30°の場合13.12N、θ=45°の場合14.87N、θ=50°の場合14.82N、θ=60°の場合15.94Nであり、最大曲げ応力を最大荷重Fmax-aveから求めると、θ=30°の場合145.91MPa、θ=45°の場合165.32MPa、θ=50°の場合164.75MPa、θ=60°の場合177.18MPaであり、面取り部を備えない試験片との明確な差異が認められないか、若干の低下傾向。
これらに対して、下面側に面取り部を備えた試験片では、最大荷重Fmax-aveは、θ=30°の場合16.13N、θ=45°の場合19.27N、θ=50°の場合18.09N、θ=60°の場合17.30Nであり、最大曲げ応力を最大荷重Fmax-aveから求めると、θ=30°の場合179.38MPa、θ=45°の場合214.24MPa、θ=50°の場合201.11MPa、θ=60°の場合192.30MPaであり、面取り部を備えない試験片、及び、上面側に面取り部を備えた試験片に対して曲げ強さの向上が確認できた。
加えて、両面に面取り部を備えた試験片では、θ=30°(V形状回転刃のみの2ステップ加工)の場合16.27N、θ=30°(両面面取り加工後に本切断)の場合19.43N、θ=45°の場合19.65N、θ=50°の場合19.87N、θ=60°の場合16.96Nであり、最大曲げ応力を最大荷重Fmax-aveから求めると、θ=30°(V形状回転刃のみの2ステップ加工)の場合181.18MPa、θ=30°(両面面取り加工後に本切断)の場合216.12MPa、θ=45°の場合218.51MPa、θ=50°の場合220.93MPa、θ=60°の場合188.57MPaであり、面取り部を備えない試験片、及び、上面側又は下面側に面取り部を備えた試験片に対して、一層の曲げ強さの向上が確認できた。
この結果は、切断時にガラスに生じる欠けが面取り部の作製によって抑制され、応力集中が生じ難いことによる結果である。
以上のように、面取り部18が設けられている面側を外側に曲げる場合には、面取り部18を設けることによって曲げ強さを向上することができる。
FIG. 21 is a diagram summarizing experimental conditions and experimental results.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the angle of the chamfer and the maximum bending stress obtained from experimental results.
In the test piece without a chamfered portion, the maximum load Fmax-ave was 15.87 N, and the maximum bending stress determined from the maximum load Fmax-ave was 176.33 MPa.
For the test piece with a chamfered portion on the top side, the maximum load Fmax-ave is 13.12 N when the bevel angle θ = 30°, 14.87 N when θ = 45°, and 14.82 N when θ = 50°. , 15.94 N when θ=60°, and the maximum bending stress calculated from the maximum load Fmax-ave is 145.91 MPa when θ=30°, 165.32 MPa when θ=45°, and 165.32 MPa when θ=50°. 164.75 MPa when θ = 60°, and 177.18 MPa when θ = 60°, and there is no clear difference from the test piece without a chamfered part, or there is a slight tendency to decrease.
On the other hand, for the test piece with a chamfered portion on the lower surface side, the maximum load Fmax-ave is 16.13 N when θ = 30°, 19.27 N when θ = 45°, and 19.27 N when θ = 50°. 18.09N, 17.30N when θ=60°, and the maximum bending stress is calculated from the maximum load Fmax-ave: 179.38MPa when θ=30°, 214.24MPa when θ=45°, θ = 50°: 201.11 MPa, θ = 60°: 192.30 MPa, and the bending strength was improved compared to the test specimen without a chamfered part and the specimen with a chamfered part on the upper surface side. It could be confirmed.
In addition, for a test piece with chamfered portions on both sides, 16.27 N when θ = 30° (two-step machining using only V-shaped rotating blades) and 19 N when θ = 30° (main cutting after chamfering on both sides). .43N, 19.65N when θ=45°, 19.87N when θ=50°, 16.96N when θ=60°, and when the maximum bending stress is calculated from the maximum load Fmax-ave, θ= 181.18 MPa for 30° (2-step machining using V-shaped rotary blade only), 216.12 MPa for θ = 30° (main cutting after double-sided chamfering), 218.51 MPa for θ = 45°, θ = 50 The bending strength is 220.93 MPa for θ = 60° and 188.57 MPa for θ = 60°, which is higher than that of the specimen without a chamfer and the specimen with a chamfer on the top or bottom side. An improvement in the quality was confirmed.
This result is due to the fact that the chamfered portion suppresses chipping that occurs in the glass during cutting, making it difficult for stress concentration to occur.
As described above, when the surface side on which the chamfered portion 18 is provided is bent outward, the bending strength can be improved by providing the chamfered portion 18.

(切断された端部の観察確認)
図23は、実際に回折光学素子を切断した端面を拡大撮影した写真を示す図である。図23(a)は、面取り部を設けずに切断した切断部を回折光学素子の回折格子面に垂直な方向から撮影した写真を示し、図23(b)は、面取り部を設けて切断した切断部を回折光学素子の回折格子面に垂直な方向から撮影した写真を示している。図23中の右側には、切断位置が把握しやすいように参考断面図を併記した。なお、この回折光学素子は、ガラス製の基材12の厚さが300μm(0.3mm)であるのに対して、高屈折率部11の厚さが5μm以下であることから、写真では高屈折率層11の詳細までは確認できない。
図23(a)では、ガラスの欠けが端部に多数発生していることから、端部が荒れていることが確認できる。これに対して図23(b)では、ガラスの欠けが僅かに抑えられており、端部の荒れも殆ど確認できず、綺麗な切断ラインとなっている。
また、図23(a)では、高屈折率部11の破片と思われる塵埃の存在も確認できる。
(Observation confirmation of the cut end)
FIG. 23 is a diagram showing an enlarged photograph of the end face of the actually cut diffractive optical element. FIG. 23(a) shows a photograph of a cut portion cut without a chamfered portion taken from a direction perpendicular to the diffraction grating surface of the diffractive optical element, and FIG. 23(b) shows a photograph of a cut portion cut with a chamfered portion. A photograph of the cut portion taken from a direction perpendicular to the diffraction grating surface of the diffractive optical element is shown. A reference sectional view is also shown on the right side of FIG. 23 so that the cutting position can be easily understood. In addition, in this diffractive optical element, the thickness of the glass base material 12 is 300 μm (0.3 mm), while the thickness of the high refractive index portion 11 is 5 μm or less, so the photo shows a high The details of the refractive index layer 11 cannot be confirmed.
In FIG. 23(a), it can be confirmed that the edges are rough because many glass chips occur at the edges. On the other hand, in FIG. 23(b), the chipping of the glass is slightly suppressed, the rough edges are hardly visible, and the cutting line is clean.
Further, in FIG. 23(a), the presence of dust that is considered to be fragments of the high refractive index portion 11 can also be confirmed.

(面取り部18の好ましい形態)
図24は、面取り部18の寸法を説明する図である。
ここで、図24を参照して、面取り部18として好ましい寸法について説明する。
基材12の厚さtは、0.2mm以上1.0mm以下のものが好ましく用いられている。そして、この厚さtのガラス製の基材12では、面取り部18の各部寸法は、以下の範囲とすることが、塵埃の発生抑制と、基材12の欠け発生抑制との観点において、好ましい。
ベベル角θは、20度以上、70度以下の範囲とすることが望ましい。
ベベル幅Wは、t×5%以上、t×35%以下の範囲とすることが望ましい。
これは、ストレート刃によるチッピング及び汚れ発生を起こさない程度以上に広く、かつ、チップサイズ及びチップ上の各種機能層(DOEパターン、ITO配線、各種マーク等)に影響を与えない程度に狭くすることが望ましいからである。
開先深さDは、t×5%以上、t×35%以下の範囲とすることが望ましい。
また、高屈折率部11の厚さ、及び、保証機能層19の厚さは、いずれも、基材12の厚さtの5%以下とすることが望ましい。
なお,上述した範囲は好ましい範囲ではあるが、この範囲の値に限定するものではない。
(Preferred form of chamfered portion 18)
FIG. 24 is a diagram illustrating the dimensions of the chamfered portion 18.
Here, preferred dimensions for the chamfered portion 18 will be described with reference to FIG. 24.
The thickness t of the base material 12 is preferably 0.2 mm or more and 1.0 mm or less. In the glass base material 12 having the thickness t, it is preferable that the dimensions of each part of the chamfered portion 18 be within the following ranges from the viewpoint of suppressing the generation of dust and suppressing the occurrence of chipping of the base material 12. .
It is desirable that the bevel angle θ is in the range of 20 degrees or more and 70 degrees or less.
It is desirable that the bevel width W is in the range of t×5% or more and t×35% or less.
This should be wide enough to avoid chipping and dirt caused by the straight blade, and narrow enough not to affect the chip size and various functional layers on the chip (DOE pattern, ITO wiring, various marks, etc.). This is because it is desirable.
It is desirable that the groove depth D is in the range of t×5% or more and t×35% or less.
Further, it is desirable that the thickness of the high refractive index portion 11 and the thickness of the guarantee function layer 19 are both 5% or less of the thickness t of the base material 12.
Note that, although the above-mentioned range is a preferable range, the value is not limited to this range.

(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(Deformed form)
Various modifications and changes are possible without being limited to the embodiments described above, and these are also within the scope of the present invention.

(1)各実施形態において、回折光学素子10に設けられる回折格子は、4レベルの多段階形状である例を挙げて説明した。これに限らず、回折光学素子10に設けられる回折格子は、8レベルや16レベルの多段階形状であってもよいし、2レベルの凹凸形状、2レベルの凸凹形状が傾斜したスランテッド形状、もしくは前記多段階形状部が連続した斜面となるブレーズド形状であってもよい。また、スランテッド形状及びブレーズド形状の斜面は、平坦面に限定されず、自由曲面を含む曲面形状であってもよい。 (1) In each embodiment, the diffraction grating provided in the diffractive optical element 10 has been described using an example in which the diffraction grating has a four-level multi-stage shape. However, the diffraction grating provided in the diffractive optical element 10 may have a multi-stage shape with 8 levels or 16 levels, a 2-level uneven shape, a slanted shape in which the 2-level uneven shape is inclined, or The multi-step shaped portion may have a blazed shape that is a continuous slope. Further, the slopes of the slanted shape and the blazed shape are not limited to flat surfaces, but may be curved shapes including free-form surfaces.

(2)各実施形態において、回折光学素子は、基材を備えた構成としたが、高屈折率部のみで構成されている簡単な形態としてもよいし、低屈折率部14を樹脂により構成してもよいし、回折層を被覆する被覆層を設けてもよい。 (2) In each embodiment, the diffractive optical element is configured to include a base material, but it may have a simple form consisting only of a high refractive index section, or the low refractive index section 14 may be configured of resin. Alternatively, a coating layer may be provided to cover the diffraction layer.

(3)各実施形態において、回折光学素子は、波長が850nmの光を回折するように設計されている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、回折光学素子は、赤外光に限らず、可視光等、どのような波長の光を回折するものに本発明を適用してもよい。 (3) In each embodiment, the diffractive optical element has been described using an example designed to diffract light having a wavelength of 850 nm. The present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a diffractive optical element that diffracts not only infrared light but also visible light or any other wavelength of light.

(4)各実施形態において、光照射装置は、波長が850nmの光を照射するように設計されている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、光源が波長500nmの光を発光するものとしてもよいし、赤外光に限らず、可視光等、どのような波長の光を発光する光源を光照射装置に適用してもよい。 (4) In each embodiment, the light irradiation device has been described using an example designed to irradiate light with a wavelength of 850 nm. The light source is not limited to this, for example, the light source may emit light with a wavelength of 500 nm, and the light source may emit light of any wavelength, including not only infrared light but also visible light. It's okay.

(5)各実施形態において、光照射装置は、回折光学素子10を1枚備えている例を挙げて説明した。これに限らず、回折光学素子を複数枚重ねる構成としてもよい。その場合、回折光学素子ウェハーを光源ウェハーに複数枚重ねた後に、切断を行うようにしてもよいし、回折光学素子に面取り部を形成しながら個々に個片化した後に光源と組み合わせて構成してもよい。このような回折光学素子を複数枚重ねる場合には、本願の効果がさらに有効に作用する。 (5) In each embodiment, the light irradiation device has been described using an example including one diffractive optical element 10. The structure is not limited to this, and a structure in which a plurality of diffractive optical elements are stacked may be used. In that case, a plurality of diffractive optical element wafers may be stacked on the light source wafer and then cut, or the diffractive optical element may be cut into individual pieces while forming a chamfer, and then combined with the light source. It's okay. When a plurality of such diffractive optical elements are stacked, the effects of the present application are even more effective.

(6)各実施形態において、光源部20は、発光素子(光源)21と、基板22と、ホルダ24とを備えている具体的な構成の一例を示して説明した。これに限らず、光源部の構成は、公知の様々な構成を適宜適用可能である。例えば、実施形態では、発光素子(光源)21は、基板22上に実装されており、発光素子21とホルダ24との間は空間となっている例を示したが、この空間に樹脂等を充填した構成としてもよいし、ホルダ24の機能も充填された樹脂(封止材)により兼ねる構成としてもよい。また、基板22の機能を発光素子ウェハーに含めてより簡単な構成としてもよい。
また、回折光学素子に面取り部を形成して予め回折光学素子を個片化する工程とする場合には、ホルダ24の形態は、実施形態で例示したような単なる壁部のみの構成に限らず、回折光学素子を収める部位を一段低くした段部として構成する等してもよい。また、面取り部を光源側に向けて配置してもよい。面取り部の位置は、応力によって曲げられるおそれのある向きを想定して、適宜最適な配置を選択可能である。
また、回折光学素子に設けられた回折格子の凹凸形状が出射側(光源から遠い側)に配置されている例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、回折格子の凹凸形状が入射側(光源に近い側)に向けて配置されていてもよい。
また、回折光学素子が複数積層された構成であってもよい。
また、上記例示した構成に限らず、光源部の具体的な構成や作製方法は、公知の形態に適宜置き換えてもよい。
(6) In each embodiment, the light source section 20 has been described by showing an example of a specific configuration including a light emitting element (light source) 21, a substrate 22, and a holder 24. The configuration of the light source section is not limited to this, and various known configurations can be applied as appropriate. For example, in the embodiment, the light emitting element (light source) 21 is mounted on the substrate 22, and there is a space between the light emitting element 21 and the holder 24, but this space is filled with resin or the like. The structure may be filled, or the function of the holder 24 may also be performed by filled resin (sealing material). Alternatively, the function of the substrate 22 may be included in the light emitting element wafer to provide a simpler configuration.
Furthermore, in the case of forming a chamfered portion on the diffractive optical element and dividing the diffractive optical element into individual pieces in advance, the form of the holder 24 is not limited to the structure of a simple wall portion as exemplified in the embodiment. Alternatively, the part that accommodates the diffractive optical element may be configured as a stepped part that is lowered one step. Further, the chamfered portion may be arranged facing the light source side. As for the position of the chamfered portion, an optimal arrangement can be selected as appropriate, assuming a direction in which the chamfered portion may be bent due to stress.
Furthermore, the explanation has been given using an example in which the uneven shape of the diffraction grating provided on the diffractive optical element is arranged on the output side (the side far from the light source), but the invention is not limited to this. It may be arranged toward the side (closer to the light source).
Alternatively, a structure in which a plurality of diffractive optical elements are stacked may be used.
Moreover, the specific structure and manufacturing method of the light source section are not limited to the configurations exemplified above, and may be appropriately replaced with known forms.

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。 Note that the embodiments and modifications can be used in combination as appropriate, but detailed description will be omitted. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above.

1,1B 光照射装置
10 回折光学素子
11 高屈折率部
11a-1 レベル1段部
11a-2 レベル2段部
11a-3 レベル3段部
11a-4 レベル4段部
11b 側壁部
12 基材
13 密着層
14 低屈折率部
14a 凹部
14b 空間
15 回折層
16 マーク
17 単位セル
18 面取り部
19 保証機能層
20 光源部
21 発光素子
22 基板
23 配線
24 ホルダ
24a 頂部
60 接着材
100 回折光学素子ウェハー
200 光源ウェハー
300,401,402,403 原版
1, 1B Light irradiation device 10 Diffractive optical element 11 High refractive index portion 11a-1 Level 1 stepped portion 11a-2 Level 2 stepped portion 11a-3 Level 3 stepped portion 11a-4 Level 4 stepped portion 11b Side wall portion 12 Base material 13 Adhesion layer 14 Low refractive index portion 14a Concave portion 14b Space 15 Diffraction layer 16 Mark 17 Unit cell 18 Chamfered portion 19 Guarantee function layer 20 Light source portion 21 Light emitting element 22 Substrate 23 Wiring 24 Holder 24a Top portion 60 Adhesive material 100 Diffractive optical element wafer 200 Light source Wafer 300, 401, 402, 403 original plate

Claims (7)

光源と、
前記光源からの光が照射される位置に配置され、複数の回折格子が形成されて特定の配光特性が得られるように構成された矩形形状の単位セルを有した回折光学素子と、
を備え、
前記回折光学素子は、前記単位セルが周期的に複数配列されて構成されており、当該回折光学素子の端部まで前記回折格子が形成されており、
複数の前記単位セルは、いずれも前記回折格子の構成が同じものであり、同一の凹凸形状を有し、
前記単位セルが隣接する境界部分では、前記回折格子のパターンが連続しており、
前記回折光学素子は、前記回折格子とは区別して認識可能なマークを備えており、
前記マークを形成する凹凸形状の隣接する一組の凹部と凸部を合わせた幅をピッチとすると、前記マークの前記凹凸形状のピッチは、前記回折格子のパターンのピッチより広い光照射装置。
a light source and
a diffractive optical element having a rectangular unit cell arranged at a position to be irradiated with light from the light source and configured to form a plurality of diffraction gratings to obtain specific light distribution characteristics;
Equipped with
The diffractive optical element is configured by a plurality of unit cells arranged periodically, and the diffraction grating is formed up to an end of the diffractive optical element,
The plurality of unit cells all have the same configuration of the diffraction grating and have the same uneven shape,
In a boundary portion where the unit cells are adjacent to each other, the pattern of the diffraction grating is continuous,
The diffractive optical element includes a mark that is distinguishable from the diffraction grating, and
The pitch of the uneven shape of the mark is wider than the pitch of the pattern of the diffraction grating, where the width of a set of adjacent concave and convex portions of the uneven shape forming the mark is defined as a pitch.
請求項に記載の光照射装置において、
前記マークは、前記回折格子が配置された領域に重ねて配置されていること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to claim 1 ,
the mark is placed overlapping a region where the diffraction grating is placed;
A light irradiation device characterized by:
請求項1又は請求項2に記載の光照射装置において、
前記単位セルは、前記光源から照射される光の照射範囲内に複数配置可能な大きさであること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to claim 1 or 2 ,
The unit cell has a size that allows a plurality of unit cells to be arranged within an irradiation range of light emitted from the light source;
A light irradiation device characterized by:
請求項1から請求項までのいずれかに記載の光照射装置において、
前記回折格子は、前記回折格子の前記凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むパターンを有すること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to any one of claims 1 to 3 ,
The diffraction grating has a pattern in which a boundary between a convex portion and a concave portion includes at least one of a curved line and a polygonal line connecting a plurality of line segments when viewed from the normal direction of the surface of the diffraction grating on which the uneven shape is formed. to have,
A light irradiation device characterized by:
請求項1から請求項までのいずれかに記載の光照射装置において、
前記回折光学素子は、少なくとも前記回折格子が形成されている面側の端部に、面取り部を有すること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to any one of claims 1 to 4 ,
The diffractive optical element has a chamfered portion at least at an end on the side where the diffraction grating is formed;
A light irradiation device characterized by:
請求項に記載の光照射装置において、
前記回折光学素子は、
ガラスにより構成された基材を備え、
前記面取り部は、少なくとも前記基材に到達する位置まで形成されていること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to claim 5 ,
The diffractive optical element is
Equipped with a base material made of glass,
the chamfered portion is formed at least to a position reaching the base material;
A light irradiation device characterized by:
請求項又は請求項に記載の光照射装置において、
前記面取り部は、前記回折光学素子の両面それぞれに設けられていること、
を特徴とする光照射装置。
The light irradiation device according to claim 5 or 6 ,
the chamfered portions are provided on each of both surfaces of the diffractive optical element;
A light irradiation device characterized by:
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