JPH10253811A - 回折格子及びその製造方法 - Google Patents

回折格子及びその製造方法

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JPH10253811A
JPH10253811A JP9060418A JP6041897A JPH10253811A JP H10253811 A JPH10253811 A JP H10253811A JP 9060418 A JP9060418 A JP 9060418A JP 6041897 A JP6041897 A JP 6041897A JP H10253811 A JPH10253811 A JP H10253811A
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JP
Japan
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thin film
diffraction grating
light
grating
ultraviolet
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JP9060418A
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English (en)
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Kenichi Hayashi
賢一 林
Kazuo Kobayashi
一雄 小林
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Nidec Sankyo Corp
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Nidec Sankyo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に凹凸状の周期格子が形成された構成の
回折格子において、その凹凸状の周期格子を簡単な工程
で精度良く形成すること。 【解決手段】 回折格子6は、ガラス基板1と、この光
出射面1bにPET塗膜2を介して形成されたポリジア
セチレン誘導体の薄膜3とを備えている。この薄膜3の
表面には、紫外線透過部分が微細な周期格子パターンで
形成された遮光マスク4を介して、紫外線5を照射する
ことにより選択的に収縮させて、凹凸状の周期格子(3
b、3c)が形成されている。紫外線照射という簡単な
プロセスにより凹凸状の周期格子を形成できるので、従
来に比べて、簡単で、しかも精度良く微細な凹凸状の周
期格子パターンを備えた回折格子を作製できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学機器、
特に光ピックアップ装置に用いられる回折格子及びその
製造方法にに関するものであり、更に詳しくは、ポリジ
アセチレンからなる薄膜を用いて形成された回折格子及
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種の光学機器に用いられている回折格
子としては、その表面に凹凸状に周期格子パターンを形
成して、凸部分と凹部分を通過する光に位相差を発生さ
せる構成のものが広く使用されている。
【0003】一般的に、表面に凹凸状の周期格子を備え
た回折格子は、ガラス基板上にSiO2 膜をパターニン
グして表面に周期格子状の凹凸を形成することにより製
造されている。または、凹凸状の周期格子パターンに対
応するパターンが形成された金型を用いて、このような
回折格子がプラスチックの射出成形により製造されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の回折格子の製造方法においては、次のような
解決すべき課題がある。
【0005】第1に、いずれの製造方法による場合にお
いても、ミクロンオーダー以下の超精密な凹凸状の周期
格子パターンを備えた回折格子の製造には不向きであ
る。換言すると、このような精密な格子パターンを精度
良く形成することができない。特に、精密な周期格子パ
ターンを備えた金型を製造することは一般に困難である
ので、このような精密なパターンの回折格子を射出成形
により製造することは適当ではない。
【0006】第2に、ガラス基板上にSiO2 膜をパタ
ーニングして凹凸状の周期格子を形成する方法はその成
膜プロセスが一般に複雑であり、適切な工程管理を行わ
ないと、精度のよい凹凸パターンを形成できない。
【0007】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
微細な凹凸状の周期格子を簡単に、しかも精度良く形成
可能な構成の回折格子を提案することにある。
【0008】また、本発明の課題は、微細な凹凸状の周
期格子を簡単に、しかも精度良く形成可能な回折格子の
製造方法を提案することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、先に、光
ピックアップ等に用いられている偏光性回折格子とし
て、特開平7−325217号公報等において、ガラス
基板上にポリジアセチレン配向膜からなる複屈折材料層
を周期格子状に形成し、常光および異常光のうちの一方
に対しては回折格子として機能し、他方の光をそのまま
透過させるようになったものを提案している。そして、
本発明者等は、当該公開公報に記載のポリジアセチレン
の誘導体の特性、物性等について数々の実験等を行った
結果、紫外線を照射すると、照射部分が物理的に収縮し
て凹状になることを見いだした。
【0010】本発明は、かかる知見に基づき、ポリジア
セチレン誘導体からなる薄膜に対して選択的に紫外線を
照射することにより、微細な凹凸状の周期格子を簡単且
つ精度良く形成できることを見いだし、この手法を回折
格子の製造に適用したものである。
【0011】すなわち、本発明の回折格子は、ガラス基
板等の光学的等方性基板と、この光学的等方性基板の光
入射面および光出射面のうちの少なくとも一方の面に形
成したポリジアセチレンン誘導体からなる薄膜と、当該
薄膜の表面に選択的に紫外線を照射することにより当該
薄膜の表面に形成された凹凸状の周期格子とを有する構
成となっている。
【0012】この構成の回折格子は、前記ポリジアセチ
レン誘導体からなる薄膜を形成した後に、当該薄膜の表
面を、紫外線透過部分が周期格子状に形成された遮光マ
スクで覆い、当該遮光マスクを介して前記薄膜の表面に
紫外線を照射することにより、前記薄膜の表面を選択的
に収縮させて前記凹凸状の周期格子を形成することによ
り製造できる。
【0013】このように、本発明の回折格子の表面に形
成された凹凸状の周期格子は、ポリジアセチレン誘導体
の薄膜に紫外線を照射するという簡単な工程により形成
されている。また、紫外線照射によって周期格子パター
ンを形成しているので、サブミクロンオーダーの精密な
パターンを精度良く形成できる。さらに、SiO2 膜を
凹凸状の周期格子パターンを形成するようにパターニン
グする場合とは異なり、簡単な構成の蒸着機を用いてポ
リジアセチレン誘導体の薄膜を形成できる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1には、本発明を適用した偏光
無依存性回折格子の作製プロセスを示してある。
【0015】まず、図1(A)に示すように、一定の厚
さの光学的等方性基板であるガラス基板1を用意する。
このガラス基板1においては、例えば、番号1aで示す
基板表面が光入射面となり、番号1bで示す基板表面が
光出射面となる。図示の例では、後述するように、光出
射面1bの側に凹凸状の周期格子が形成される。
【0016】このガラス基板1の光出射面1bに、ま
ず、一例としてPETを一定の厚さとなるように塗布す
る。PETの塗膜2は、この光出射面1bと、ここに形
成されるポリジアセチレン誘導体の薄膜との密着性を高
めるために付与される。密着性を高めることの可能な材
料であればPET以外の有機高分子材料を用いてもよ
い。一般的には、ポリエステル系高分子材料、ポリアミ
ド系高分子材料を用いればよい。
【0017】次に、図1(B)に示すように、PET塗
布膜2が形成されたガラス基板1の光出射面1bに、ジ
アセチレンモノマーを真空蒸着した後に紫外線を照射し
て重合させることにより、以下の化学式(1)で表され
るポリジアセチレン誘導体からなる薄膜3を形成する。
【0018】
【化1】
【0019】ここで、ポリジアセチレンとしては、化学
式(1)における側鎖基R、R’が以下の化学式(2)
〜(9)で表されるものを用いることができる。
【0020】
【化2】
【0021】
【化3】
【0022】
【化4】
【0023】
【化5】
【0024】
【化6】
【0025】
【化7】
【0026】
【化8】
【0027】
【化9】
【0028】次に、図1(C)に示すように、形成され
たポリジアセチレン誘導体の薄膜3の表面に、遮光マス
ク4を配置する。この遮光マスク4は紫外線遮断特性の
ある素材から形成され、微細な周期格子パターンが紫外
線透過部分4aとして形成されている。遮光マスク4を
配置した後は、その表面側から紫外線5を照射する。遮
光マスク4の紫外線透過部分4aに照射した紫外線は、
それらの部分4aを透過するので、ポリジアセチレン誘
導体の薄膜3の表面3aは、遮光マスク4に形成されて
いる微細な周期格子パターンに対応した領域が露光され
る。
【0029】ポリジアセチレン誘導体の薄膜3の表面3
aは、紫外線5が照射されると、その照射部分が収縮し
て凹部3bが形成される。紫外線5が照射されない部分
はそのままの状態を保持するので、図1(D)に示すよ
うに、全体として凹凸状の周期格子が形成される。ま
た、ポリジアセチレン誘導体においては、紫外線照射部
分においては、その屈折率が非照射部分に比べて小さく
なるという性質があるので、ポリジアセチレン誘導体の
薄膜表面3aに形成された凹凸状の周期格子において
は、紫外線照射により収縮して形成された凹部3bは、
非照射部分である凸部3cよりも屈折率が小さくなって
いる。
【0030】このように作製された回折格子6において
は次のような回折特性が得られる。図2には、回折格子
6の各部分に、それらの厚さおよび屈折率を表らす符号
を付してある。これらの内容は次の通りである。
【0031】d1:ポリジアセチレン誘導体の薄膜3の
紫外線照射部分(凹部3b)の厚さ d2:ポリジアセチレン誘導体の薄膜3の紫外線非照射
部分(凸部3c)の厚さ ne:ポリジアセチレン誘導体の薄膜3の紫外線照射部
分(凹部3b)の屈折率 no:ポリジアセチレン誘導体の薄膜3の紫外線非照射
部分(凸部3c)の屈折率 また、回折格子6の透過光として、波長がλの半導体レ
ーザを用いるものとする。
【0032】 φ=(2π/λ){(no−1)(d2−d1)+(no−ne)d1} =(2π/λ){(no−1)d2−(ne−1)d1} (1) ここで、η1/ηo=0.2の場合はφ=1.2247
8(rad)である。この場合において、no=2.
0、ne=1.5、λ=780nmとし、ボリジアセチ
レン誘導体の薄膜3の紫外線照射部分が半分の厚さの凹
部3bになるものとすると、d1=0.5d2であるの
で、これらの値を(1)式に代入すれば、凸部3cおよ
び凹部3bの厚さ寸法は、それぞれ、d1=101.4
nm、d2=202.8nmになる。
【0033】(その他の実施の形態)なお、本発明によ
る回折格子の光損失を低減するためには、その光出射面
および光入射面の双方、あるいは一方に、反射防止膜を
形成することが望ましい。また、回折格子の表面を保護
するために、機械的強度が高い保護膜を形成するように
してもよい。
【0034】次に、上記の回折格子6では、その光出射
面の側にのみ凹凸状の周期格子を形成してあるが、光入
射面の側に凹凸状の周期格子を形成してもよい。さらに
は、双方の面に凹凸状の周期格子を形成することもでき
る。
【0035】
【実施例】本発明者等は、屈折率1.513で厚さが
0.7mmのガラス基板の表面に、屈折率1.537で
厚さが100nmのPET塗布膜を形成し、その表面
に、真空度が10-3〜10-2Palbの雰囲気中で、1
0nm/s以下の蒸着速度となるようにジアセリレンモ
ノマーを真空蒸着した。次に、波長250nmの紫外線
を照射強度5mW/cm2 で30秒間、蒸着膜に照射す
ることにより、当該蒸着膜を重合させてポリジアセチレ
ン誘導体からなる薄膜3を形成した。この薄膜3の屈折
率(no)は2.0であった。
【0036】この薄膜3に対して、波長250nmの紫
外線を照射強度5mW/cm2 で4000秒間照射し
た。照射パターンを格子状として、照射部分と非照射部
分の比(デューティ比)を0.5とした。照射部分には
凹部が形成され、その凹部の屈折率は1.5であった。
【0037】紫外線照射によって形成される凹部の深さ
は、ボリジアセチレン誘導体の薄膜の重合条件、照射
(露光)条件等を調整することにより、元の膜厚に対し
て30〜80パーセントの範囲に変更できることが確認
された。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ポリ
ジアセチレン誘導体の薄膜に紫外線を照射すると、照射
部分が収縮することを見い出し、当該知見に基づき、ガ
ラス基板上に形成したポリジアセチレン誘導体の薄膜に
紫外線を照射して、当該薄膜の表面を選択的に収縮させ
ることにより凹凸状の周期格子を形成し、当該凹凸状の
周期格子を回折格子として利用するようにしている。従
って、従来のようなSiO2 膜を凹凸状にパターンニン
グする方法や、凹凸状のパターンが形成された金型を用
いて凹凸状のパターンを射出成形する方法に比べて、微
細な凹凸状の周期格子を簡単な工程で、しかも精度良く
形成できる。また、作製が容易であるので、製造コスト
も抑制できる。
【0039】さらに、ポリジアセチレン誘導体の薄膜
は、SiO2 膜等に比べて屈折率が大きく、しかも、紫
外線が照射された部分は、屈折率が小さくなるので、凹
凸状の周期格子における凹部通過光と凸部通過光の位相
差が大きくなる。従って、一定の回折特性を備えた回折
格子を作製するための膜厚を、従来構成の回折格子に比
べて薄くできるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回折格子の作製プロセスを示す説明図
である。
【図2】図1の作製プロセスによって作製された回折格
子の回折特性を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 1a 光入射面 1b 光出射面 2 PET塗膜 3 ポリジアセチレン誘導体の薄膜 3b 凹凸状の周期格子の凹部(紫外線照射部分) 3c 凹凸状の周期格子の凸部(紫外線の非照射部分) 4 遮光マスク 5 紫外線 6 回折格子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的等方性基板と、この光学的等方性
    基板の光入射面および光出射面のうちの少なくとも一方
    の面に形成したポリジアセチレンン誘導体からなる薄膜
    と、当該薄膜の表面に選択的に紫外線を照射することに
    より当該薄膜の表面に形成された凹凸状の周期格子とを
    有することを特徴とする回折格子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記光学的等方性基
    板と前記薄膜の間には、これらに対する接着性を有する
    有機高分子膜が形成されていることを特徴とする回折格
    子。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記有機高分子膜は
    ポリエステル系高分子材料またはポリアミド系高分子材
    料であることを特徴とする回折格子。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のうちの何れかの項に
    おいて、前記凹凸状の周期格子が形成された前記薄膜の
    表面には反射防止膜が形成されていることを特徴とする
    回折格子。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のうちの何れかの項に
    記載の回折格子の製造方法において、前記ポリジアセチ
    レン誘導体からなる薄膜を形成した後に、当該薄膜の表
    面を、紫外線透過部分が周期格子状に形成された遮光マ
    スクで覆い、当該遮光マスクを介して前記薄膜の表面に
    紫外線を照射することにより、前記薄膜の表面を選択的
    に収縮させて前記凹凸状の周期格子を形成することを特
    徴とする回折格子の製造方法。
JP9060418A 1997-03-14 1997-03-14 回折格子及びその製造方法 Pending JPH10253811A (ja)

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