JPH07108612A - レリーフ型回折格子の製造方法 - Google Patents

レリーフ型回折格子の製造方法

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JPH07108612A
JPH07108612A JP25580493A JP25580493A JPH07108612A JP H07108612 A JPH07108612 A JP H07108612A JP 25580493 A JP25580493 A JP 25580493A JP 25580493 A JP25580493 A JP 25580493A JP H07108612 A JPH07108612 A JP H07108612A
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JP
Japan
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diffraction grating
type diffraction
relief
inorganic material
relief type
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Withdrawn
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JP25580493A
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English (en)
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Tetsuya Ishii
哲也 石井
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐環境性および耐経時変化に優れた信頼性の
高いレリーフ型回折格子を、量産性良く得ることができ
るレリーフ型回折格子の製造方法を提供する。 【構成】 所望の断面形状(1) を有する型(11)を用い
て、無機材料基板(21)上に有機材料(31)からなるレリー
フ型回折格子パターン層(3) を形成し、その後、レリー
フ型回折格子パターン層(3) の形状を、異方性エッチン
グにより無機材料基板(21)に転写してレリーフ型回折格
子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レリーフ型回折格子
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レリーフ型回折格子は、その断面形状に
よって回折効率を制御できることが知られており、従来
種々のものが提案されている。また、レリーフ型回折格
子を、例えば回折型レンズとして用いる光学系も種々提
案されている。この場合、回折型レンズから不要次数の
回折光が発生すると、それがフレア光となって光学系全
体の性能を低下させることになるため、回折型レンズの
断面形状を例えば鋸歯波状にして、特定の回折次数にだ
け回折光が現れるようにしている。このように、レリー
フ型回折格子を含む光学系の実用化においては、レリー
フ型回折格子の断面形状を制御することが極めて重要で
あり、この点に関して従来多くの方法が提案されてい
る。
【0003】一方、広範囲の産業分野でレリーフ型回折
格子を実用化するためには、断面形状を正確に制御する
だけでなく、その量産方法を確立することも重要であ
る。その量産方法として、例えば特開昭62−1604
01号公報には、まず機械的加工方法によって金型を形
成し、これを母型としてプラスチック成形によりレプリ
カを大量に製造するという方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の製造方法は、プ
ラスチック成形に基づいているので、量産性の点では優
れている。しかし、上記の方法で製造されるレプリカ
は、樹脂製で、耐環境性が悪く、また経時変化し易いた
め、信頼性が悪いという問題がある。このため、例えば
自動車の燃料制御システムのような高温に曝される環境
での使用には適さない。
【0005】上記の問題を解決し、信頼性の高いレリー
フ型回折格子を得るためには、格子パターンを無機材料
基板に形成することが望まれる。しかしながら、光学材
料として用いられる無機材料(一般にはガラス)は、熱
軟化温度がプラスチック材料のそれと比較して非常に高
いため、上記のような金型を用いる成形は、一般には困
難である。
【0006】なお、金型を用いることなく、無機材料基
板にレリーフ型回折格子を直接形成する方法として、例
えば特開昭60−103311号公報には、無機材料基
板上に感光性樹脂層を設け、この感光性樹脂層に所望の
断面形状に相当するドーズ量分布を与えて現像処理する
ことにより、感光性樹脂層を所望の断面形状に形成し、
その後、異方性エッチングを施すことにより感光性樹脂
層の断面形状を下層の無機材料基板に転写するようにし
たものが開示されている。しかし、この方法において
は、微細なパターンでドーズ量を制御することが困難で
あると共に、パターン形成に長時間を要するため、量産
に適さないという問題がある。
【0007】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、耐環境性および耐経時変化に優れ
た信頼性の高いレリーフ型回折格子を、量産性良く得る
ことができるレリーフ型回折格子の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、所望の断面形状を有する型を用い
て、無機材料基板上に有機材料からなるレリーフ型回折
格子パターン層を形成する工程と、前記レリーフ型回折
格子パターン層の形状を、異方性エッチングにより前記
無機材料基板に転写する工程とを有することを特徴とす
るものである。
【0009】
【作用】この発明においては、所望の断面形状を有する
型によって、無機材料基板上に有機材料からなるレリー
フ型回折格子パターン層が形成され、その後、異方性エ
ッチング処理によりレリーフ型回折格子パターン層の形
状が無機材料基板に転写されて、レリーフ型回折格子が
得られる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図1A〜Dは、この発明の第1実施例の
順次の工程を示すものである。この実施例は、回折型レ
ンズを製造するもので、先ず、図1Aに示すように、目
的とする回折型レンズを形成するための平面状のガラス
基板21上に、紫外線硬化型樹脂31を設けた後、この
紫外線硬化型樹脂31を、図1Bに示すように、レリー
フパターン1を形成して成る金型11と、ガラス基板2
1とで挟持する。
【0011】次に、図1Bに示す挟持状態で、ガラス基
板21側から紫外線露光を行って紫外線硬化型樹脂31
を硬化させた後、金型11を剥離して、図1Cに示すよ
うに、ガラス基板21上に転写用の紫外線硬化型樹脂か
ら成るレリーフパターン3を形成する。その後、図1C
に示す状態で、例えば特開昭61−27505号公報に
開示されているように、反応性イオンエッチング(RI
E)を施し、これによりレリーフパターン3をガラス基
板21に転写して、図1Dに示すように、所望のレリー
フパターン2を有するガラス製の回折型レンズを得る。
【0012】この実施例において、金型11は、例えば
図2に示すように、無酸素銅からなる板材を回転させな
がら、これをダイヤモンドバイト4を用いて精密切削加
工することにより製造することができる。また、この金
型11は、図3AおよびBに示すようにして製造するこ
ともできる。すなわち、先ず、図3Aに示すように、適
当な基板7上に感光性樹脂層6を形成した後、この感光
性樹脂層6を露光ビーム5の強度を制御しながら露光し
て、基板7上に図1に示した転写用のレリーフパターン
3と同じ形状のレリーフパターン3’を形成し、その
後、図3Bに示すように、レリーフパターン3’を、例
えばNi電鋳で転写することによりNi製の金型11を
製造する。
【0013】また、図1Cにおいて、RIEの反応ガス
としては、例えばCF4 を主成分とする混合ガスを用い
ることができる。また、転写用のレリーフパターン3を
構成する紫外線硬化型樹脂と、レリーフパターン2を形
成するガラスとのエッチング速度の比(選択比)は、反
応ガスの組成によって異なるので、反応ガスの組成を適
宜調整することにより、レリーフパターン3を、レリー
フ構造の深さ方向に対して所望の倍率でガラス基板21
に転写することができる。
【0014】ここで、選択比rは、レリーフパターン3
の深さをd、レリーフパターン2の深さをDとすると、
【数1】r=D/d ・・・(1) で表されるが、この実施例では、好適には、
【数2】r<1 ・・・(2) に設定する。
【0015】このように選択比rを設定すれば、レリー
フパターン3の形状誤差、すなわち金型11を製造する
工程で生じるレリーフパターン1の形状誤差は、ガラス
基板21に縮小転写されることになるので、目的とする
回折型レンズのレリーフパターン2の形状誤差を相対的
に小さくすることができる。
【0016】なお、選択比rは、反応ガスおよびその組
成によって支配的に決定されるが、CF4 を用いる場合
には、これがガラスのエッチングに直接関係し、例えば
このCF4 を単独で反応ガスとして用いる場合には、そ
の選択比rは、一般に1より小さくなる。したがって、
この場合には、上記(2)式で示した条件を満足するの
で、工程の簡略化を考えれば、反応ガスとしてCF4
単独で用いるほうが良い。この場合の転写用のレリーフ
パターン3の深さdは、選択比rと回折型レンズのレリ
ーフパターン2の深さDから、上記の(1)式に従って
決定される。
【0017】さらに、選択比を変更する場合には、CF
4 に適当なガスを添加すればよい。具体的には、H2
2 4 等を添加することにより選択比を増加させるこ
とができ、またO2 を添加することにより選択比を低下
させることができる。なお、CF4 の代わりにCHF3
等を用いれば、CF4 を用いる場合よりも選択比を増加
させることができる。
【0018】図4は、この発明の第2実施例を説明する
ための図である。この実施例は、例えば赤外線光学系で
用いられるSiやGe等の紫外線に対して不透明な無機
材料基板23に、レリーフ型回折格子を形成するもので
ある。このように、回折格子を形成するための無機材料
基板23が紫外線に対して不透明な場合には、第1実施
例におけるように、紫外線硬化型樹脂31の露光を基板
側から行うことができない。そこで、この実施例では、
転写用のレリーフパターン3を形成するための型13
を、紫外線を透過するガラス材料で構成し、このガラス
製の型13側から紫外線硬化型樹脂31の露光を行う。
その他の製造工程については、上記の第1実施例と同様
である。
【0019】このようにすれば、紫外線に対して不透明
な無機材料基板23上に、紫外線硬化型樹脂31から成
る転写用のレリーフパターンを形成することができるの
で、第1実施例におけると同様に、所望のレリーフパタ
ーンを有する無機材料製の回折型レンズを得ることがで
きる。なお、ガラス製の型13は、第1実施例で説明し
たガラス製レリーフ型回折格子の製造方法によって、容
易に製造することができる。
【0020】図5A〜Dは、この発明の第3実施例の順
次の工程を示すものである。この実施例は、上述した実
施例におけるような平面状の無機材料基板ではなく、ガ
ラス製の平凸レンズの球面上に回折型レンズパターンを
形成するものである。先ず、図5Aに示すように、目的
とする回折型レンズパターンを形成するための平凸レン
ズ22の球面部22a上に、熱軟化させた成形用プラス
チック材料32を設けた後、図5Bに示すように、レリ
ーフパターン1を形成して成る型12のパターン形成面
12aと平凸レンズ22の球面部22aとを対向させ
て、成形用プラスチック材料32を、型12と平凸レン
ズ22とで挟持する。
【0021】その後、成形用プラスチック材料32を冷
却して硬化させた後、型12を剥離して、図5Cに示す
ように、平凸レンズ22の球面部22a上にプラスチッ
ク材料より成る転写用のレリーフパターン3を形成す
る。その後、図5Cに示す状態でRIEを施してレリー
フパターン3を転写することにより、図5Dに示すよう
に、平凸レンズ22の球面部22aに所望の断面形状の
回折型レンズパターン2を形成する。
【0022】なお、この実施例において、型12は、そ
のパターン形成面12aが平凸レンズ22の球面部22
aと同じ曲率の球面であるため、図3で説明した感光性
樹脂を露光して製造するよりも、図2で説明した機械的
な加工法によって製造するのが好適である。
【0023】図6A〜Cは、この発明の第4実施例を説
明するための図である。この実施例は、回折型レンズを
製造するもので、先ず、図6Aに示すように、目的とす
る回折型レンズを形成するための無機材料基板24の表
面に微細な凹凸8を形成し、この凹凸8を形成した面上
に、熱軟化させた成形用プラスチック材料32を設け
て、この成形用プラスチック材料32を、レリーフパタ
ーン1を形成して成る金型11と、無機材料基板24と
で挟持する。
【0024】その後、成形用プラスチック材料32を冷
却して硬化させた後、金型11を剥離して、図6Bに示
すように、無機材料基板24上にプラスチック材料より
成る転写用のレリーフパターン3を形成する。その後、
図6Bに示す状態で、RIEを施してレリーフパターン
3を転写することにより、図6Cに示すように、所望の
レリーフパターン2を有する無機材料製の回折型レンズ
を得る。なお、この場合のRIEにおけるエッチングの
選択比は、無機材料基板24上の微細な凹凸8の形状を
残すことなく、転写用レリーフパターン3を無機材料基
板24に転写するために、成形用プラスチック材料32
と無機材料基板24とのエッチング速度が等しくなるよ
うに設定する。
【0025】この実施例によれば、転写用レリーフパタ
ーン3を形成する無機材料基板24の表面に、微細な凹
凸8を形成したので、無機材料基板24と転写用レリー
フパターン3とを強固に接着することができる。したが
って、成形用プラスチック材料32を冷却して硬化させ
た後、金型11を剥離する際の離型不良の発生を有効に
防止でき、転写用レリーフパターン3を無機材料基板2
4上により良好に形成することができる。なお、上述し
た第1〜3実施例においても、第4実施例と同様に、無
機材料基板上に微細な凹凸を形成することもできる。
【0026】
【発明の効果】この発明によれば、型成形が容易な有機
材料を用いてレリーフ型回折格子パターン層を無機材料
基板上に形成し、その後、レリーフ型回折格子パターン
層の形状を異方性エッチングによって下層の無機材料基
板に転写してレリーフ型回折格子を得るようにしたの
で、耐環境性および耐経時変化に優れた信頼性の高いレ
リーフ型回折格子を、容易かつ大量に製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例における順次の工程図で
ある。
【図2】図1に示す金型の製造法の一例を説明するため
の図である。
【図3】同じく他の例を説明するための図である。
【図4】この発明の第2実施例を説明するための図であ
る。
【図5】この発明の第3実施例における順次の工程図で
ある。
【図6】この発明の第4実施例を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1 レリーフパターン 2 レリーフパターン 3 レリーフパターン 8 凹凸 11 金型 12 型 12a パターン形成面 13 型 21 ガラス基板 22 平凸レンズ 22a 球面部 23 無機材料基板 24 無機材料基板 31 紫外線硬化型樹脂 32 成形用プラスチック材料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の断面形状を有する型を用いて、無
    機材料基板上に有機材料からなるレリーフ型回折格子パ
    ターン層を形成する工程と、 前記レリーフ型回折格子パターン層の形状を、異方性エ
    ッチングにより前記無機材料基板に転写する工程とを有
    することを特徴とするレリーフ型回折格子の製造方法。
JP25580493A 1993-10-13 1993-10-13 レリーフ型回折格子の製造方法 Withdrawn JPH07108612A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7129028B2 (en) 2000-02-25 2006-10-31 Shimadzu Corporation Method of forming holographic grating

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7129028B2 (en) 2000-02-25 2006-10-31 Shimadzu Corporation Method of forming holographic grating

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Effective date: 20001226