JPH1184119A - 光学素子製造方法及び光学素子 - Google Patents

光学素子製造方法及び光学素子

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JPH1184119A
JPH1184119A JP26285997A JP26285997A JPH1184119A JP H1184119 A JPH1184119 A JP H1184119A JP 26285997 A JP26285997 A JP 26285997A JP 26285997 A JP26285997 A JP 26285997A JP H1184119 A JPH1184119 A JP H1184119A
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JP
Japan
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film
polymer
optical element
reflection
manufacturing
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JP26285997A
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English (en)
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Yasushi Yamada
泰史 山田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射パタンの大気中での高速な作成と転写に
よる反射形状を有する光学素子を提供する。 【解決手段】 高分子材料1上に形成された金属膜2を
ガラス基板3上に準備する(図1(A))。この材料に
反射膜方向からレーザ光4を照射し(図1(B))、高
分子のアブレーション作用により金属膜のパタンを形成
する(図1(C))。これを接着剤5を付加した被転写
材料6に金属反射面方向から接着し(図1(D))、ガ
ラス基板3を高分子膜からはずし、反射パタンを有する
光学素子7を作成する(図1(E))。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光、単色化のた
めの回折格子、位置決め制御用エンコーダスケール等を
含む各種光学素子の製造方法、ならびに、該製造方法に
より作成された光学素子(反射型光学素子、回折型光学
素子、エンコーダ用スケール等)に関するものである
が、その他に、センサ、部分反射ミラー、マイクロマシ
ン、金属配線、微細加工等に応用可能なものである。
【0002】
【従来の技術】光学素子の1つである回折格子は波長選
択性を有するため分光器等の波長分散素子として用いら
れてきた。また、反射、透過量を空間的に制御できるた
め、各種光学素子として用いられている。また、エンコ
ーダ用スケールはモータ制御ステージの高精度位置決め
のため、近年、特に、重要性が増し利用が進んでいる。
【0003】これらの回折格子、スケールは、これま
で、主に機械加工、フォトファプリケーション、干渉露
光法、イオン・電子ビーム描画法で作成されている。機
械加工は、ベースとなる基板表面に回折格子の溝形状を
作成し、基板全面にわたって連続的に溝形状を形成する
方法である。フォトファプリケーションは、基板表面に
塗布したレジスト膜をマスク露光によりパタン化し、エ
ッチングにより基板の溝形状を形成する方法である。干
渉露光法は、レジスト膜を2光束光干渉露光法によりパ
タン化し、エッチングを施す等して溝形状を形成する方
法である。イオン・電子ビーム直描法はエネルギービー
ムを空間的に制御して基板上を照射することで溝形状を
形成する方法である。
【0004】レーザアブレーション加工は、レジストワ
ークを必要としない直接加工法として研究されている手
法であり、高分子を中心とする材料の微細加工法として
あるいは飛散物質による薄膜形成法として注目されてい
る。アブレーションを利用した回折格子製造方法として
は、特開平7−27910号公報、特開平8−1847
07号公報がある。前者はレーザ光を直接基板に照射
し、基板のアブレーション作用により溝形状を形成する
方法であり、後者はレーザアブレーションによるフラグ
メントをマスクを通して基板に衝突させることで格子を
形成する方法である。なお、上記回折格子は通常ガラス
基板等に作成され、平面ガラス上の金属膜、レジスト
膜、樹脂膜等で溝形状が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記機械加工
では、微小な回折格子の溝形状を精度良くかつ再現性良
く作成することは困難であった。また、フォトファブリ
ケーションによる方法では、レジスト塗布、乾燥、現
像、エッチング等多くの工程を必要とし、溝形状の制御
は困難で、断面形状に制限があった。干渉露光法では、
加工装置の振動の影響除去や光軸調整等専門的知識が必
要で、被加工材料も高分子性フォトレジストや2P樹脂
等に制限され選択幅が狭い。また、この場合も加工形状
の制御が困難で、形状変化をおこしやすい問題があっ
た。さらにフォトファブリケーション、干渉露光法で
は、レジスト塗布等のウエット工程が含まれ、不純物混
入や洗浄工程を要求される問題があり、基板材料が平面
でない場合には対応ができなかった。電子・イオンビー
ムによる高分子フィルムの加工熱影響がでるため加工形
状を制御するのは困難であった。また、大型真空系を要
することや電子・インオビーム源が高価である点などか
ら加工コストが高い問題があった。
【0006】レーザアブレーションによる製造法では、
基板材料を直接加工している。レーザアブレーションで
は金属材料の除去加工には大きなエネルギーが必要で、
形状の制御が困難である。ガラス、セラミック材料の場
合も大きなレーザエネルギーが必要で生産性が高くな
く、縮小投影加工は困難である。この場合、本発明のよ
うな反射型の光学素子には利用できず、一般にレーザ光
を照射しただけでは反射率を制御する加工は困難であ
る。また、これは単一材料に対する加工法であり、反射
率の制御や溝形状の制御が単一材料の特性に支配される
問題があった。またアブレーションではレーザ光の一照
射あたりの加工深さの制御が困難で、同一形状の格子の
作成が困難であった。
【0007】また、これら製造法は、通常、平面度の高
いガラス基板等の平面構造材料上に回折格子やスケール
等の光学素子を作成するもので、形状変化を必要とする
フィルムや球面を有する面上への作成は困難であった。
また、本出願人が、別途提案中のレーザアブレーション
による手法では、高分子材料を光学素子としてそのまま
利用するが、その場合、加工材料の特性が素子の特性に
影響する問題があった。また、加工装置の制限から加工
サイズ、形状が制限される。さらに、立体部や局面に反
射膜を付加する場合には、接着剤で高分子フィルムごと
に付加する必要があり、基板の高分子材料の厚みや平面
度等の制御が必要であった。
【0008】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、反射パタンの大気中での高速な作成と転
写による反射形状を有する光学素子及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による製造方法では、第1にレーザ光を基
板に空間選択的に照射する工程と反射膜を有する高分子
材料あるいは反射粒子を分散した高分子材料とから構成
され、第2にこの形成された反射パタンを転写する手段
からなる。反射パタンは、レーザ光によりマスク形状の
縮小投影をする、あるいは、集光、走査をすることによ
り所望の形状が作成される。高分子の加工特性を高める
ため、紫外レーザと該レーザ光の波長で吸収係数の高い
高分子材料から構成されることが望ましい。また、高分
子材料は転写性がよく被接着剤との接着性の高い材料あ
るいは反射材料との剥離性の高い材料から構成されるこ
とが望ましい。
【0010】請求項1の発明は、高分子膜上の反射膜を
レーザアブレーションにより加工し、その反射形状を転
写すること、請求項2の発明は、反射粒子を分散させた
高分子膜をレーザアブレーションにより加工し、その反
射形状を転写すること、請求項3の発明は、請求項2の
発明において、反射粒子が低融点金属材料で、転写後に
熱処理により反射膜を形成すること、請求項4の発明
は、請求項1又は2の発明において、高分子が接着剤あ
るいは粘着材料であること、請求項5の発明は、請求項
1の発明において、高分子膜が金属膜の剥離層あるいは
金属膜との接着性の低い材料であること、請求項6の発
明は、請求項1の発明において、高分子がUV剥離テー
プであること、請求項7の発明は、請求項1又は2の発
明において、高分子が熱可塑性材料あるいはホットメル
ト材料であること、請求項8の発明は、請求項1又は2
の発明において、レーザアブレーションにより反射形状
を転写すること、請求項9の発明は、請求項1乃至8の
いずれかの製造方法によって製造された光学素子である
こと、を特徴としたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1は、本発明の実施例1を説明するため
の図で、まず、高分子材料1上に形成された金属膜2を
ガラス基板3上に準備する(図1(A))。この材料に
反射膜(金属膜)2方向からレーザ光4を照射し(図1
(B))、高分子のアブレーション作用により金属膜2
のパタンを形成する(図1(C))。これを接着剤5を
付加した被転写材料6に金属反射面方向から接着し(図
1(D))、ガラス基板3を高分子膜からはずし、反射
パタンを有する光学素子7を作成する(図1(E))。
【0012】(実施例2)図2は、本発明の実施例2を
説明するための図で、金属粒子を分散させた高分子材料
11を基板12上に塗布することでフィルム状に形状す
る(図2(A))。これにレーザ光13を照射すること
で(図2(B))、高分子材料11のパタンを形成する
(図2(C))。このパタンを接着剤14等により被転
写材料15に転写する(図2(D))。基板12を材料
から除くことで光学素子16として機能する(図2
(E))。
【0013】(実施例3)図3は、本発明の実施例3を
説明するための図で、接着剤膜21上に金属反射膜22
を準備する(図3(A))。接着剤は剥離紙23等に準
備することで操作が容易となる。この材料の金属反射膜
22側にレーザ光24を照射し(図3(B))、反射パ
タンを形成する(図3(C))。これを被転写材料25
に接着させることで光学素子を作成する(図3
(D))。
【0014】(実施例4)図4は、本発明の実施例4を
説明するための図で、金属膜32は金属との接着性が余
り高くない材料31上に形成し(図4(A))、金属膜
32側にレーザ光33を照射して(図4(B))、反射
パタンを形成する(図4(C))。これを接着剤34を
付加した材料35に金属膜方向から接着させる(図4
(D))。接着剤34により金属パタンのみが転写さ
れ、金属膜32から剥離材料31を除くことで反射パタ
ンの転写が可能となる(図4(E))。
【0015】(実施例5)図5は、本発明の実施例5を
説明するための図で、熱可塑性あるいはホットメルト材
料41上に反射膜42を形成し(図5(A))、反射膜
42にレーザ光43を照射して(図5(B))、反射パ
タンを形成する(図5(C))。このパタンを材料45
上に接触して配置し、上面から熱照射44する(図5
(D))。このときの熱により高分子材料41が材料4
5に接着し、金属パタン42の形成された光学素子が作
成される(図5(E))。
【0016】(実施例6)図6は、本発明の実施例6を
説明するための図で、高分子材料51上に金属膜52を
準備し(図6(A))、金属膜52側よりレーザ光53
を照射して(図5(B))、パタン化する(図5
(C))。このパタン側の面を材料55に接触させ、裏
側から同様のレーザ54を照射し(図5(D))、高分
子のレーザアブレーション作用により材料55にパタン
を直接転写する。これにより反射パタンを有する光学素
子を作成できる(図5(E))。
【0017】
【発明の効果】本発明によると、レーザ光が反射部の所
望の位置に照射され、レーザアブレーション作用により
サブミクロンの加工精度で反射格子構造を形成すること
が可能となる。
【0018】高分子材料はアブレーション可能な高分子
材料からなり、パタン形成後、その形状をそのまま他の
料材に転写することで、所望の材料に反射パタンを形成
するが、パタンを形成される材料は接着性があれば自由
に材料を選択することが可能であり、大きさや形状を選
ばない。
【0019】材料を接着剤により転写する場合は、アブ
レーション可能な材料上に金属膜等高反射率の材料をレ
ーザ光の透過量が下層の材料のアブレーションしきい値
以上になる厚み以下にすることで、下層の高分子のアブ
レーション作用で上層の反射膜の加工が可能となる。こ
の反射パタンを接着層を介して所望の材料に転写するこ
とで反射パタンを形成することが可能となる。
【0020】また、反射材料を分散した高分子を用いる
場合は、高分子のアブレーション作用により反射材料を
含む材料のパタン形状を作成する。このときレーザを繰
り返して照射することで厚膜の加工も可能であり、転写
材料は膜厚を制御する必要がない。また、蒸発等の真空
装置を用いる必要がなく、工程の単純化、コストの低下
が可能となる。
【0021】また、低融点材料を用い、転写後溶融させ
る場合は、転写材料の反射部を溶融することで、反射率
の高い膜上のパタンを転写後に形成することが可能とな
る。このとき高分子材料は少量で熱による変質等の少な
いものが望ましい。
【0022】高分子が接着機能を有する材料の場合、直
接材料を転写することが可能となり、反射パタンの転写
が容易となる。また、中間に基板材料を必要としないた
め、接着時に膜厚が増すことなく基板の変形や変質を考
慮する必要がなくなる。また、パタン加工後は反射面を
転写材料面に接触させることで、接着材料面は反射パタ
ンの保護膜として機能することも可能となる。また、パ
タン加工後は接着面が両側にあるため、両面に構造材料
を接着するなどの利用も可能となる。
【0023】高分子膜が反射膜と剥離可能な材料の場
合、加工後、パタン化された反射膜のみを転写すること
が可能となる。このとき、反射機能のみを転写できるた
め、高分子材料の光学特性等を考慮せずに加工に利用す
ることが可能となる。また、基材の影響を受けないた
め、高温での処理や高分子フリーの素子への適応も可能
となる。
【0024】高分子が特にUV剥離テープである場合、
反射膜パタン形成後UV処理をすることで反射膜の転写
を容易にかつ低コストで行うことができる。UVテープ
は紫外域に吸収があるためUVレーザ加工に適応可能で
あり、市販の材料を利用した安価な工程が形成可能とな
る。
【0025】高分子が特に熱可塑性材料の場合、加工後
熱をかけることで反射パタンをそのまま転写することが
できる。また、ホットメルト材料を用いる場合、接着性
も高く、高速で効率的な作業工程を構築できる。これら
材料は市販の多くの材料を選択でき、接着性、耐熱性、
コスト等に優れた材料を用いることが可能となる。
【0026】レーザ光による転写法では、パタン化され
た反射膜に逆方向からレーザ光を照射することで、アブ
レーション作用により被転写材料に反射パタンを転写す
る。このとき加工と同様のレーザを転写に用いることも
可能となる。レーザを用いた転写法は大気中に高速で行
うことが可能であり、接着によるずれの少ない工法とす
ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1記載の転写による光学素子製造方法
の実施例を説明するための図である。
【図2】 請求項2記載の分散粒子による光学素子製造
方式の実施例を説明するための図である。
【図3】 請求項3記載の接着剤による光学素子製造方
式の実施例を説明するための図である。
【図4】 請求項4記載の反射パタン転写による光学素
子製造方式の実施例を説明するための図である。
【図5】 請求項5記載の熱可塑性材料による光学素子
製造方式の実施例を説明するための図である。
【図6】 請求項6記載のレーザ転写による光学素子製
造方式の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…高分子膜、2…反射膜、3…基板、4…レーザ光、
5…接着剤、6…被転写材料、7…光学素子、11…金
属粒子分散高分子膜、12…基板、13…レーザ光、1
4…接着剤、15…被転写材料、16…光学素子、21
…接着剤膜、22…反射膜、23…剥離紙、24…レー
ザ光、25…被転写材料、31…剥離材料、32…金属
膜、33…レーザ光、34…接着剤、35…被転写材
料、41…熱可塑性材料、42…反射膜、43…レーザ
光、44…熱源(ランプ)、45…被転写材料、51…
高分子材料、52…反射膜、53…レーザ光、54…転
写用レーザ光、55…被転写材料。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子膜上の反射膜をレーザアブレーシ
    ョンにより加工し、その反射形状を転写することを特徴
    とする光学素子製造方法。
  2. 【請求項2】 反射粒子を分散させた高分子膜をレーザ
    アブレーションにより加工し、その反射形状を転写する
    ことを特徴とする光学素子製造方法。
  3. 【請求項3】 前記反射粒子が低融点金属材料で、転写
    後に熱処理により反射膜を形成することを特徴とする請
    求項2記載の光学素子製造方法。
  4. 【請求項4】 前記高分子が接着剤あるいは粘着材料で
    あることを特徴とする請求項1又は2記載の光学素子製
    造方法。
  5. 【請求項5】 前記高分子膜が金属膜の剥離層あるいは
    金属膜との接着性の低い材料であることを特徴とする請
    求項1記載の光学素子製造方法。
  6. 【請求項6】 前記高分子がUV剥離テープであること
    を特徴とする請求項1記載の光学素子製造方法。
  7. 【請求項7】 前記高分子が熱可塑性材料あるいはホッ
    トメルト材料であることを特徴とする請求項1又は2記
    載の光学素子製造方法。
  8. 【請求項8】 レーザアブレーションにより反射形状を
    転写することを特徴とする請求項1又は2記載の光学素
    子製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかの製造方法に
    よって製造された光学素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG81348A1 (en) * 1999-01-22 2001-06-19 Sony Corp Optical element, its manufacturing method and optical element manufacturing metal die
US6552863B1 (en) 1999-01-22 2003-04-22 Sony Corporation Optical element, its manufacturing method and optical element manufacture metal die

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