JPH08240705A - 回折性光学用構成要素 - Google Patents

回折性光学用構成要素

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JPH08240705A
JPH08240705A JP7332138A JP33213895A JPH08240705A JP H08240705 A JPH08240705 A JP H08240705A JP 7332138 A JP7332138 A JP 7332138A JP 33213895 A JP33213895 A JP 33213895A JP H08240705 A JPH08240705 A JP H08240705A
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サイモン サスマン リカルド
John Howard Wart Christopher
ジョン ハワード ウォート クリストファー
David Garry Stewart Andrew
デビッド ガリー スチュワート アンドリュー
Cooper Martin
クーパー マーチン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学器械の回折性構成要素を提供する。 【解決手段】 第一表面、及び前記第一表面から一定間
隔をおいた第二表面の上又は中に１以上の光回折性機構
を有するＣＶＤダイヤモンド体から成る、回折性光学用
構成要素。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学器械の回折性
構成要素(diffractive optics)に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光学器
械の回折性構成要素には、ゾーン・プレート(zone plat
es) 、回折格子、非反射構造体、偏光ビーム・スプリッ
タ、波長分割デバイス(wavelength division devices)
、ファンアウトデバイス(fan-out devices) 、コヒー
レントレーザー付加及び光学用プロセッサー(optical p
rocessor) の構成要素等の、光学用構成要素又は素子が
含まれる。回折性光学用構成要素は、屈折とは全く異な
って光の回折を使用し、材料の表面上の機構の配列(arr
ay, アレイ）の、多数の異種技術のいずれかによる、大
抵は彫り込み(engraving) 、機械加工(machining) 又は
印刷(imprinting)に依存する。
【０００３】ダイヤモンドは人類に知られた最も硬い物
質であり、天然に見出だされ、又は合成によって製造さ
れる。合成によってダイヤモンドを製造する一つの方法
は、化学蒸着（ＣＶＤ）である。ＣＶＤで製造されるダ
イヤモンドは、ＣＶＤダイヤモンドとして知られてい
る。ＣＶＤダイヤモンドは、炭化水素等のガス状炭素化
合物を与え、次いで、酸素等の活性ガスの存在下で、そ
のガス状炭素化合物をマイクロ波エネルギー等のエネル
ギーに当て、その化合物を解離して(dissociate)炭素含
有のイオン、原子又はラジカルにし、次いで、その炭素
含有のイオン、原子又はラジカルを適切な基体上に蒸着
させて、ダイヤモンド層を形成することによって、製造
することができる。かかる方法は、特許文献を含めた文
献中に詳細に記録されている。
【０００４】ＣＶＤを使用すれば、入手可能な最も純度
の高いIIａ型天然ダイヤモンドに近い光学的諸特性を有
する多結晶ダイヤモンドの大面積の平板及び３次元形状
のものを製造することが可能である。
【０００５】
【課題を解決すべき手段】本発明による回折性光学用構
成要素は、第一表面、又は第一表面から一定間隔を置い
た第二表面の上又は中に１以上の光回折機構(light-dif
fracting features)を有するＣＶＤダイヤモンドから成
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の回折性光学用構成要素
は、１以上の光回折機構を有する第一表面と、その第一
表面から一定間隔を置いた第二表面とを有する。使用に
当り、前記構成要素は、光が前記二つの表面を通って通
過するように、とりわけ前記光回折機構によって回折す
るように配置される。前記構成要素を使用する方法は個
々の用途によって変化する。その方法は個々の用途に用
いるものであって、当業者には知られている。
【０００７】第二表面は平面でも曲面でも良いし、その
第二表面の上又は中に１以上の光回折機構を有しても良
い。
【０００８】１以上の光回折機構を有する一つ又は複数
の表面は好ましくは、これらの機構を与えるように適切
に外形を造る。
【０００９】回折性光学用構成要素の表面の一方又は両
方は、研磨しても良い。ＣＶＤダイヤモンドは好ましく
は、高純度の半透明ダイヤモンドであって、IIａ型天然
ダイヤモンドの、又は実質的にIIａ型天然ダイヤモンド
の光学的及び熱的な諸特性を有する。
【００１０】本発明の回折性光学用構成要素は、構造的
には既知の構成要素と同一である。本発明の回折性光学
用構成要素は、ＣＶＤダイヤモンドで造られることを特
徴とする。回折性光学用構成要素のための材料としてＣ
ＶＤダイヤモンドを使用することによって、以下に示す
多くの利点が得られる。 １．屈折性光学用構成要素と比べてかなり少ない量の材
料が必要である。 ２．個々の機構を印刷するためだけの必要量は、表面全
体を球状又は類似形状に形作るものより小さい。ダイヤ
モンドはすこぶる堅いため、ダイヤモンドの成分又は部
分を形作ることは本質的に困難である。 ３．ＣＶＤダイヤモンドによって、屈折率の高い、強靭
で耐磨耗性、耐薬品性の光学用構成要素を製造すること
ができる。 ４．熱的影響は最小となる。ダイヤモンドにはこの点の
利点がある。ダイヤモンドは熱伝導性が大きく、熱膨張
率が小さく、かつ、熱衝撃抵抗が大きいからである。 ５．大面積ダイヤモンドの光学用構成要素が可能であ
る。 本発明の回折性光学用構成要素を製造するためには種々
の方法が可能である。これらの方法には次のものが含ま
れる。
【００１１】１．予備形状基体状上での成長 ＣＶＤダイヤモンドが予備形状表面上に等角的に(confo
rmally) 成長し得ることは知られている。その基体は、
ケイ素、炭化ケイ素、又はＷ、Ｍｏ等の金属、又はそれ
らの同等品であってもよい。これらの基体は、写真平版
のダイヤモンド一点エレクトロフォーミング機械加工(d
iamond single-point electroforming machining) 、又
は他の適切なあらゆる技術を使用して、予備形成するこ
とができる。次いで、ＣＶＤダイヤモンド層を、基体の
形成済み表面又はプルフィル表面(profiled surface,外
形を造られた表面）の上に成長させ、次いで、エッチン
グ又は制御された層間剥離(delamination)によって成長
させた後、その基体は取り除く。前記基体を取り除いた
後、ＣＶＤダイヤモンド層のプルフィル表面を更に研磨
したり加工処理する必要は全くない。成長表面、即ち、
前記プルフィル表面に向かい合った表面だけは、当業者
に知られた諸ダイヤモンド研磨技術を使用して研磨する
必要があるかも知れない。
【００１２】２．エッチング 従来の半導体写真平版技術（又はｅ−ビーム平版印刷）
を使用して、ＣＶＤダイヤモンド層上に適切なマスクを
パターン化することができる。次いで、そのパターン化
済みダイヤモンド表面は、例えば、酸素又は水素のプラ
ズマエッチングを使用して、エッチングすることができ
る。マスク材料は、前記プラズマエッチングの攻撃的影
響(aggressive effects)に耐え得るものでなければなら
ない。
【００１３】３．印刷(Imprinting) もし、ある種の炭化物形成性金属をダイヤモンド表面に
高温でプレスすれば、その金属は炭素を溶かし、前記表
面から材料を物理的に取り除く結果となることは知られ
ている。この効果は、ＣＶＤダイヤモンドを例えば熱線
で切断し形作るためにうまく使用されてきた。回折性光
学用構成要素を形成するためには、機械加工によって又
は平版印刷によって金属表面を望ましい形状に形成し、
次いで、高温で必要な時間の間、ＣＶＤダイヤモンド表
面にプレスしてもよい。この技術の変形は、例えば熱蒸
発又はスパッタリングによって前記表面の上に印刷され
た(imprinted) 適切な炭化物形成性金属の金属パターン
を有することである。次いで、前記表面を適切な温度ま
で加熱して、前記金属が炭素を予め決めた深さまで溶か
すことができる。この技術によると、洗浄後、適切な形
状をした回折性光学用構成要素が残される。
【００１４】４．レーザ・アブレーション(Laser Abrat
ion) ＵＶエキシマーレーザ(UV excimer lasers) 等のレーザ
は、サブミクロンの空間レゾルーション(submicron spa
tial resolution,ミクロン以下の空間分解）を達成する
可能性でＣＶＤダイヤモンド表面を融除する(ablate)こ
とが知られている。この技術は、ダイヤモンド表面の上
に望ましい回折性光学用構成要素を彫るのに使用するこ
とができる。
【００１５】図１及び図２を参照して、本発明の例を説
明する。
【００１６】図１は、基体上に蒸着したＣＶＤダイヤモ
ンド層を有する基体の側断面図である。この図におい
て、基体１０は典型的にはケイ素で作られ、下部表面１
２と上部のとを有する。上部プロフィル表面は典型的に
は、望ましいパターンとプロフィルとに機械加工され
た、ダイヤモンドの突端である。基体１０は円盤状であ
り、上部プロフィル表面１４は一連の同一中心のステッ
プ(concentric steps)１６から成る。各ステップ１６の
深さＤは、基体の中心１８から周辺２０まで減少する。
かかるプロフィルによって、レンズのための効果的な光
回折プロフィルが与えられる。その後、あらゆる既知の
ＣＶＤ法を使用して、プロフィル表面１４にダイヤモン
ド層２２を蒸着する。例として、メタンガスは、水素ガ
スの存在下、マイクロ波エネルギーの手段によって解離
する炭化水素ガスでもよい。基体の温度は典型的には、
約８００O Ｃ〜１０００O Ｃの範囲の温度に維持する。
【００１７】ＣＶＤダイヤモンドの回折性光学用構成要
素２４は典型的には、強い無機酸又は酸の混合物を使用
して、層２２から基体１０を取り除くことによって造
る。かかる構成要素の側断面図を図２に示す。構成要素
２２の表面２６は、基体１０のプロフィル表面１４を模
写する。この模写済み表面２６は研磨する必要がない。
構成要素の向い合う表面２８は研磨すべきであり、平面
状プロフィル又は曲面状プロフィルを有してもよい。得
られる回折性光学用構成要素はレンズであって、既知の
いかなる方法で使用してもよいである。
【００１８】
【発明の効果】本発明の回折性光学用構成要素は、プロ
フィル表面の性質に依存するが、コンパクト・ディス
ク、格子、ホログラム等の成分をプレスするためのマス
ター(master)として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基体上に蒸着したＣＶＤダイヤモンド層を有す
る基体の側断面図である。
【図２】その基体からはずしたＣＶＤダイヤモンド層の
側断面図である。
【符号の説明】
１０ 基体 １２ 下部表面 １４ 上部表面 １６ 同一中心ステップ １８ 基体中心１８ ２０ 周辺 ２２ ダイヤモンド層 ２４ ＣＶＤダイヤモンドの回折性光学用構成要素 ２６ 模写済み表面 ２８ 向い合う表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー ジョン ハワード ウォ ート イギリス国オクソン，ウォンテージ，アッ プソープ ドライブ 61 (72)発明者 アンドリュー デビッド ガリー スチュ ワート イギリス国バークス，リーディング，アシ ャンプステッド，ジ オールド レクトリ ィ（番地なし) (72)発明者 マーチン クーパー イギリス国バックス，マーロウ，テリント ン ヒル 37

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一表面、及び前記第一表面から一定間
    隔をおいた第二表面の上又は中に１以上の光回折性機構
    を有するＣＶＤダイヤモンド体から成る、回折性光学用
    構成要素。
  2. 【請求項２】 第二表面が平面又は曲面である、請求項
    １に記載の回折性光学用構成要素。
  3. 【請求項３】 第二表面がその表面の上又は中に１以上
    の光回折性機構を有する、請求項１に記載の回折性光学
    用構成要素。
  4. 【請求項４】 １以上の光回折性機構を有する表面又は
    諸表面が、光回折性機構を与えるために適切にプロフィ
    ルされている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回
    折性光学用構成要素。
  5. 【請求項５】 第一表面と第二表面の一方又は双方が研
    磨されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回
    折性光学用構成要素。
  6. 【請求項６】 ＣＶＤダイヤモンドが、IIａ型天然ダイ
    ヤモンドの、又は実質的にIIａ型天然ダイヤモンドの光
    学的及び熱的な諸特性を有する、高純度の半透明ダイヤ
    モンドである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回
    折性光学用構成要素。
JP7332138A 1994-12-20 1995-12-20 回折性光学用構成要素 Pending JPH08240705A (ja)

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