JPH0829610A - 曲面回折格子およびその製造方法 - Google Patents

曲面回折格子およびその製造方法

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JPH0829610A
JPH0829610A JP18385894A JP18385894A JPH0829610A JP H0829610 A JPH0829610 A JP H0829610A JP 18385894 A JP18385894 A JP 18385894A JP 18385894 A JP18385894 A JP 18385894A JP H0829610 A JPH0829610 A JP H0829610A
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curved
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replica
layer
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Haruo Tomono
晴夫 友野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 曲面回折格子の製造コストを低減する。 【構成】 薄く剛性の小さい平板状の基板11に反応硬
化型樹脂12cを滴下し、これに平板状のレプリカ型1
4を押しつけて平面型回折格子のレプリカ層12を成形
する。レプリカ型14を離型したのち、レプリカ層12
は硬化収縮によって基板11とともに湾曲し、(e)に
示すような曲面回折格子Eを得る。基板11とレプリカ
層12の材質と厚さを適切に選定することで所望の曲率
の曲面回折格子Eを製作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー複写機の色分解
用等に用いられる曲面回折格子およびその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】カラー複写機等の色分解用に用いられる
反射型の回折格子の製作は、ガラスや金属等で作られた
基板の表面に反応硬化型樹脂からなるレプリカ層を形成
し、その表面に高反射率のCu、Al等からなる反射膜
を被着させることによって行なわれる。
【0003】図3は平面型回折格子の一従来例を示すも
ので、これは厚さ3〜10mm程度の平板状の基板10
1と、その表面に積層されたレプリカ層102を有し、
レプリカ層102は、光や熱等によって硬化する性質を
有する反応硬化型樹脂を未硬化の液状のまま滴下し、そ
の上に必要とする回折格子の逆形状を有するレプリカ型
を押しつけて回折格子の形状を転写し、熱や光によって
反応硬化型樹脂を硬化させることで形成される。なお、
前記レプリカ型は、通常、レジスト塗布とマスク露光と
酸によるエッチングを回折格子の段数に応じて繰り返す
ことによって作られる。
【0004】カラー複写機等の読み取り光学系において
は、図4に示すように、前記の方法で製作された回折格
子103に向かって、原稿104から反射された光P0
を集光レンズ105によって集光し、CCD106の
赤,緑,青の3つの受光面106a〜106cに分解し
て受光させる。しかしながら、このような光学系では、
回折格子103のCCD106に対する集光特性等が不
充分であるため、図5に示すように円筒状に湾曲した曲
面回折格子113を用いてCCD116に対する集光特
性を強化し、読み取り光学系の解像度を向上させる方法
が開発された。
【0005】従来の曲面回折格子は図6の(a)ないし
(d)に示す方法で製作されている。まず、予め円筒状
に湾曲したガラスあるいは金属製の基板111を用意し
ておき、これに、(a)に示すように注射器等のディス
ペンサD0 から熱や光によって硬化する反応硬化型樹脂
112を未硬化の状態で滴下し、その上に(b)に示す
ように必要とする回折格子の逆形状を有するレプリカ型
114を押しつけて、その回折格子を反応硬化型樹脂1
12に転写し、(c)に示すようにUV光や熱によって
反応硬化型樹脂112を硬化させる。反応硬化型樹脂1
12が硬化したらレプリカ型114を剥して(d)に示
す曲面回折格子113を得る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば、前述のように、予め円筒状に湾曲し
た基板を用意しなければならず、高い表面精度を保ちな
がら高精度の曲率で湾曲したガラス製あるいは金属製の
基板を製作する工程が複雑で極めてコスト高である。加
えて、レプリカ型も同様に高い形状精度を保ちながら高
精度の曲率で湾曲したものが必要であり、製造コストが
高い。このように基板とレプリカ型の双方がコスト高で
あるために曲面回折格子が大変高価なものとなり、安価
で高精度なカラー複写機等を実現するうえで大きな障害
となっていた。
【0007】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、湾曲した基板や湾曲し
たレプリカ型を用いることなく製作できるために極めて
安価である曲面回折格子およびその製造方法を提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の曲面回折格子は、柔軟性を有する基板に積
層された湾曲形状の回折格子のレプリカ層を有し、該レ
プリカ層が、その硬化収縮によって前記基板とともに平
板状から前記湾曲形状に湾曲したものであることを特徴
とする。
【0009】基板が剛性の小さい材料で作られていると
よい。
【0010】基板が薄肉であってもよい。
【0011】また、本発明の曲面回折格子の製造方法
は、柔軟性を有する基板に平面型回折格子のレプリカ層
を積層し、該レプリカ層の硬化収縮によってこれを前記
基板とともに湾曲させる工程を有し、前記基板と前記レ
プリカ層のそれぞれの材質と寸法を、前記レプリカ層が
前記基板とともに湾曲するときに所定の湾曲形状に湾曲
するように組み合わせることを特徴とする。
【0012】
【作用】曲面回折格子の製作において、柔軟性を有する
平板状の基板に平板状のレプリカ型を用いて平面型回折
格子のレプリカ層を積層し、レプリカ型を離型したのち
のレプリカ層の硬化収縮のみによってレプリカ層と基板
を所定の湾曲形状に湾曲させて曲面回折格子を得る。予
め基板を所定の湾曲形状に湾曲させる工程が不要であ
り、かつ、湾曲した高価なレプリカ型を用いる必要がな
いために曲面回折格子の製造コストを大幅に低減でき
る。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0014】図1は一実施例による曲面回折格子Eを示
すもので、(a)はその斜視図、(b)は断面図であ
る。曲面回折格子Eは円筒状の湾曲形状を有する基板1
とその上に積層された湾曲形状の反応硬化型樹脂のレプ
リカ層2を有し、レプリカ層2の表面には3段型の回折
格子102aが形成されている。基板1は剛性の小さい
板材、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエ
ステル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネイ
ト、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル等のプラスチック製
で厚さ0.5〜3mm程度のもの、あるいはガラスや金
属製の板材の厚さを0.1〜1.0mm程度に薄くする
ことで剛性を小さくしたものによって作られている。な
お、曲面回折格子Eの耐久性や寸法精度の信頼性等の観
点からは厚さ0.05〜1.0mm程度のガラスまたは
金属製の基板が最適である。
【0015】レプリカ層2を構成する反応硬化型樹脂と
は、アクリル系、エポキシ系、エンチオール系、シリコ
ーン系等の紫外線硬化型樹脂や、アクリル系、エポキシ
系、ポリエステル系、シリコーン系、ウレタン系、フェ
ノール系等の熱硬化型樹脂や、各種電子線、X線等の活
性エネルギー線硬化型樹脂や、主剤と硬化剤とからなる
2液型常温硬化型樹脂等であり、初期状態が液体で、反
応硬化後に固体となり、数%〜20数%の硬化収縮率を
もつものであればいかなるものでもよい。
【0016】図2の(a)〜(e)は曲面回折格子Eの
製造方法を説明するもので、まず、(a)に示すよう
に、剛性の小さい板材で所定の厚さの平板状の基板11
を製作しその表面11aに未硬化の反応硬化型樹脂12
cを所定量だけディスペンサD1 によって滴下し、続い
て、(b)に示すように、反応硬化型樹脂12cの上に
平板状のレプリカ型14を押しつけて(c)に示すよう
に平面型回折格子12aを有するレプリカ層12を成形
し、反応硬化型樹脂12cの種類に応じて(d)に示す
ように紫外線(UV光)等を照射してレプリカ層12を
硬化させる。このようにして形成された平面型回折格子
のレプリカ層12からレプリカ型14を離型し、レプリ
カ層12が硬化する過程で発生した収縮応力によって基
板11およびレプリカ層12を所定の曲率に湾曲させて
(e)に示すような曲面回折格子Eを得る。
【0017】すなわち、紫外線等の照射によってレプリ
カ層12が硬化する過程においては図2の(d)の矢印
Aで示すようにレプリカ層12の中央部に向って収縮応
力が発生しており、レプリカ型14を離型すると前記収
縮応力によってレプリカ層12がその中心部に向って収
縮し、基板11の表面11aに収縮応力を発生させる。
基板11は、前述のように柔軟性を有する板材で作られ
ているため、レプリカ層12の収縮によって発生した収
縮応力によってレプリカ層12とともに円筒状に湾曲
し、曲面回折格子Eを得ることができる。
【0018】曲面回折格子Eの曲率は、基板11および
レプリカ層12のそれぞれの材質や厚さを適切に選ぶこ
とによって任意に設定できる。そこで、様々な材質や厚
さの基板およびレプリカ層について予め実験でレプリカ
層の硬化収縮による湾曲の曲率を求めておけば、所望の
曲率の曲面回折格子を容易に製作することができる。
【0019】本実施例によれば、基板およびレプリカ型
のいずれも平板状で従ってこれらが安価であるため、曲
面回折格子の製造コストを大幅に削減し、カラー複写機
等の高精度化と低コスト化に大きく貢献できる。
【0020】なお、レプリカ型については公知の切削加
工やフォトリソグラフィあるいはエッチングによって製
作されたものを用いればよい。また、レプリカ層が紫外
線硬化型樹脂であるときはレプリカ型を透明な材料で製
作するとよい。さらに、レプリカ型に公知の離型剤を塗
布しておけばレプリカ層から離型する作業が簡単であ
る。レプリカ型に離型剤を塗布する替わりに基板の表面
に予めカップリング処理剤を塗布して基板とレプリカ層
の密着性を向上させてもよい。このとき前述の離型剤を
併用すると離型作業が一層容易である。
【0021】また、図2に示す工程で曲面回折格子を製
作したうえでその表面に公知の反射膜を被着させて反射
率を向上させるとよい。反射膜の材料には、Cu,A
l,Cr,Ag,Au,Ni等の金属を用いるのが好適
であり、さらにはこのような金属膜の表面に保護層を設
けたり、金属膜とレプリカ層の密着性を高めるために下
地層を設けるのも効果的である。なお、金属膜、保護層
および下地層等の成膜方法は真空蒸着法、スパッタ法、
メッキ法、溶液塗布法等いかなる方法でもよいが、一般
には、経済性と精度の観点から真空蒸着法が最適であ
る。
【0022】本実施例は3段型の曲面回折格子である
が、矩形断面や、山型形状あるいは正弦波形状の曲面回
折格子等いずれの形状の回折格子にも適用できることは
いうまでもない。
【0023】次に本実施例の具体例について説明する。
【0024】(第1具体例)寸法60×20×5mm、
平面精度ニュートン縞2本以内の石英ガラスに、レジス
ト塗布とマスク露光とフッ酸によるエッチングの工程を
3回繰り返し、断面形状が1段の高さ0.6μm、巾1
00μmの階段形状で、1ピッチ400μm、3段1組
の繰り返し形状を持つ平面型回折格子のレプリカ型を作
製した。
【0025】別に良く洗浄された厚さ0.2mm、外寸
60×20mmの青板ガラス製の基板をシランカップリ
ング処理しておき、表面に硬化収縮率7.6%の光硬化
型ウレタンアクリレート樹脂を200μリットル滴下
し、上記のレプリカ型をゆっくりとかぶせ、レプリカ型
と基板の間隔が約0.1mmとなるように、治具を用い
て調整し平面型回折格子のレプリカ層を成形した。10
0Wの高圧水銀ランプ(照度20mW/cm2 )によ
り、2分間照射した後、離型治具によりレプリカ型を剥
がし、レプリカ層の硬化収縮によってこれを基板ととも
に湾曲させ、色分解用の曲面回折格子を作製した。
【0026】断面写真撮影と触針式形状測定機により曲
面回折格子の曲率を測定したところ、曲率半径は700
mmRであった。上記の方法で10枚の曲面回折格子を
製作してその曲率を測定したところ、そのバラツキは±
45mmと良好な再現性を示した。
【0027】(第2具体例)良く洗浄された厚さ0.1
mm、外寸60×20mmのアルミニウム製の基板の表
面に硬化収縮率5.0%の2液硬化型エポキシ樹脂(セ
メダイン(株)No.1565)を120μリットル滴
下し、その上に、フッ素系離型剤により処理されたレプ
リカ型をゆっくりとかぶせ、レプリカ型と基板の間隔が
約0.1mmとなるように、治具を用いて調整した。7
0℃のオーブン内で3時間樹脂を硬化させた後、離型治
具によりレプリカ型を剥がし、色分解用の曲面回折格子
を作製した。
【0028】断面写真撮影と触針式形状測定機により曲
面回折格子の曲率を測定したところ、曲率半径は400
mmRであり、上記の方法で10枚の曲面回折格子を製
作してその曲率を測定したところ、そのバラツキは±3
0mmと良好な再現性を示した。
【0029】(第3具体例)第1および第2の具体例に
よる曲面回折格子を真空蒸着機内に入れ、約60℃の温
度で、第1層としてCuを150nm、第2層としてS
iOを200nm順次蒸着して増反射型の曲面回折格子
を作成し、その解像度を調べたところ結果は良好であっ
た。
【0030】(第4具体例)第1および第2の具体例に
よる曲面回折格子を真空蒸着機内に入れ、約60℃の温
度で、第1層としてCrを50nm、第2層としてAl
を100nm、第3層としてSiOを200nm順次蒸
着して増反射型の曲面回折格子を作成し、その解像度を
調べたところ結果は良好であった。
【0031】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
【0032】予め湾曲させた基板や湾曲したレプリカ型
を用いることなく曲面回折格子を製作できる。従って、
基板を予め湾曲させる工程を省略し、かつ、安価な平板
状のレプリカ型を用いることで曲面回折格子の製造コス
トを大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例による曲面回折格子を示すもので、
(a)はその斜視図、(b)は断面図である。
【図2】図1の曲面回折格子を製造する工程を説明する
説明図である。
【図3】平板状の回折格子を示すもので、(a)はその
斜視図、(b)は断面図である。
【図4】カラー複写機の読み取り光学系を説明する説明
図である。
【図5】曲面回折格子を用いた読み取り光学系を説明す
る説明図である。
【図6】従来例による曲面回折格子を製造する工程を説
明する説明図である。
【符号の説明】
1,11 基板 2,12 レプリカ層 14 レプリカ型

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 柔軟性を有する基板に積層された湾曲形
    状の回折格子のレプリカ層を有し、該レプリカ層が、そ
    の硬化収縮によって前記基板とともに平板状から前記湾
    曲形状に湾曲したものであることを特徴とする曲面回折
    格子。
  2. 【請求項2】 基板が剛性の小さい材料で作られている
    ことを特徴とする請求項1記載の曲面回折格子。
  3. 【請求項3】 基板が薄肉であることを特徴とする請求
    項1または2記載の曲面回折格子。
  4. 【請求項4】 柔軟性を有する基板に平面型回折格子の
    レプリカ層を積層し、該レプリカ層の硬化収縮によって
    これを前記基板とともに湾曲させる工程を有し、前記基
    板と前記レプリカ層のそれぞれの材質と寸法を、前記レ
    プリカ層が前記基板とともに湾曲するときに所定の湾曲
    形状に湾曲するように組み合わせることを特徴とする曲
    面回折格子の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板が剛性の小さい材料で作られている
    ことを特徴とする請求項4記載の曲面回折格子の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 基板が薄肉であることを特徴とする請求
    項4または5記載の曲面回折格子の製造方法。
  7. 【請求項7】 基板がガラスまたは金属で作られてお
    り、その厚さが0.05mmないし1.0mmの範囲内
    であることを特徴とする請求項4ないし6いずれか1項
    記載の曲面回折格子の製造方法。
  8. 【請求項8】 成形材料が反応硬化型樹脂であることを
    特徴とする請求項4ないし7いずれか1項記載の曲面回
    折格子の製造方法。
  9. 【請求項9】 レプリカ層の表面に単層または多層の反
    射膜を被着させることを特徴とする請求項4ないし8い
    ずれか1項記載の曲面回折格子の製造方法。
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