JP2006095722A - Optical element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折光学面の平坦化成形により得られる光学素子及び光学素子の成形方法に関するものである。 The present invention relates to an optical element obtained by flattening a diffractive optical surface and a method for molding the optical element.
一般的に光学基板の成形面に対向する面には傷、クラックなどの破損を防止する観点から大きな圧力を加えることは小数である。2P法を用いたレプリカ成形工程や、液晶基板技術、半導体製造技術においても同様に基板に10kgf以上もの圧力を加えることは珍しい。 In general, a large pressure is applied to the surface of the optical substrate facing the molding surface from the viewpoint of preventing damage such as scratches and cracks. Similarly, in the replica molding process using the 2P method, the liquid crystal substrate technology, and the semiconductor manufacturing technology, it is rare to apply a pressure of 10 kgf or more to the substrate.
ところで近年ではCDやDVDなどの光情報記録媒体が普及している。光記録媒体において、支持基体31と光透過性シート33を紫外線硬化型樹脂層32で接合し、その際、一定の加圧力で圧力を付与し、接着層の厚さを30μm以下程度に均一化する技術が知られている(特許文献1参照)。この技術の狙いは光透過層の厚さを均一化することで光記録媒体の反りの発生を抑え、光透過層の光学的不均質さ、特に複屈折の増大を抑制することを目的としている。また、同時に読み出し面への接着層のはみ出しは許容されない。
In recent years, optical information recording media such as CDs and DVDs have become widespread. In the optical recording medium, the
一方でブレーズド型回折光学素子の回折光学面に平坦化層を成形するレプリカ転写技術では、図5に示すように従来、加圧を受ける基板ガラス21の外周にリング状平坦化ガラス24を介して300kgfもの圧力を付与し、回折光学面22aと型23の間に紫外線硬化型樹脂を押し拡げ、充填した後、光照射する。この後、基板への加圧力を除荷し、離型する工程を行なう。
On the other hand, in the replica transfer technique in which a planarization layer is formed on the diffractive optical surface of a blazed diffractive optical element, conventionally, as shown in FIG. A pressure of as much as 300 kgf is applied, and an ultraviolet curable resin is spread and filled between the diffractive optical surface 22a and the
また、特許文献2では曲面上の回折光学面に平坦化層を形成し、更にその上に曲面上の回折光学面を積層構造の回折光学素子として形成した例が記載されている。
しかしながら、特許文献1の光記録媒体の例では基体が樹脂である上に接着層の均一化に必要な付与圧力は1〜2気圧程度で済み、同時に読み出し面への接着層のはみ出しをコントロールすることも容易である。
However, in the example of the optical recording medium of
ブレーズド型回折光学素子の回折光学面に平坦化層を成形するレプリカ転写技術では、加圧力を付与する工程において、図4に示すように剛体である基板ガラス21の中央が撓み、数μm台の平坦化層の厚み規格外の状態(t1>t2>t3>t4)で平坦化層が成形されるという問題があった。この問題により光学的には中央と周辺の膜厚ムラで波面収差(球面収差)が発生し、光学性能が低下する。
In the replica transfer technique in which a planarizing layer is formed on the diffractive optical surface of a blazed diffractive optical element, in the step of applying pressure, the center of the
また、樹脂を押し拡げるための圧力を300kgfも必要とするため、樹脂流れをコントロール出来ず、樹脂が型からはみ出し、バリを発生する問題があった。 Further, since 300 kgf of pressure for expanding the resin is required, the resin flow cannot be controlled, and there is a problem that the resin protrudes from the mold and generates burrs.
或いは、特許文献2の積層構造の回折光学素子によると、積層構造の空気間隔が1.5±−1.3 +1.5μm設定の極めて微細な構成が要求されるため、平坦化層の中央の膜厚が大きくなると積層した回折光学面との接触が発生してしまう。
Alternatively, according to the diffractive optical element having the laminated structure of
そこで、本発明はこれら問題点に鑑み、基板ガラスへの平坦化圧力を有効に分散させ、平坦化層を均一化すると共に、加圧充填時の樹脂液の流出を防止し、品質性と生産性に優れた光学素子及びその成形方法を提供する事にある。 Therefore, in view of these problems, the present invention effectively disperses the flattening pressure on the substrate glass, homogenizes the flattening layer, prevents the outflow of the resin liquid during pressure filling, and improves quality and production. It is to provide an optical element having excellent properties and a molding method thereof.
請求項1に係る発明の光学素子は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第2の成形支持部と、基板の撓みを該第2の成形支持部より内側の型上で支持する第1の成形支持部を基板にレプリカ成形した事を特徴とする。
The optical element of the invention according to
請求項2に係る発明の光学素子は、請求項1に係る発明の光学素子において、加圧進行に伴って、前記第2の成形支持部が最初に型面に当接し、次に、第1の成形支持部が型面に当接する事を特徴とする。
The optical element of the invention according to
請求項3に係る発明の光学素子は、請求項1または請求項2に係る発明の光学素子において、前記第1の成形支持部は、充填樹脂の一部を外周に流出可能な隙間を有し、前記第2の成形支持部は樹脂流出用の隙間を有しない事を特徴とする。
The optical element of the invention according to
請求項4に係る発明の平坦化成形方法は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、平坦化圧力を型上で支持する第2の成形支持部と、基板の撓みを該第2の成形支持部より内側の型上で支持する第1の成形支持部により基板の撓みを規制することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a flattening molding method for supporting a flattening pressure on a mold in a flattening molding in which a resin is dropped, filled and cured on a diffractive optical surface to form a flattened surface. The bending of the substrate is regulated by the forming support portion of the substrate and the first forming support portion that supports the bending of the substrate on the mold inside the second forming support portion.
請求項5に係る発明の平坦化成形方法は、回折光学面上に樹脂を滴下、充填して硬化させ、平坦化面を形成する平坦化成形において、基板上に平坦化圧力を付与するリング状部材は、外周端を前記第1の成形支持部上と前記第2の成形支持部上の間に配置し、該リング状部材の内周端から前記第1の成形支持部にかけての基板非接触部を他の領域より強固な部材で2体構成とした事を特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a flattening molding method in which a resin is dropped on a diffractive optical surface, filled and cured to form a flattened surface, and a ring shape for applying a flattening pressure on a substrate The member has an outer peripheral end disposed on the first molding support portion and the second molding support portion, and the substrate does not contact the inner peripheral end of the ring-shaped member to the first molding support portion. The structure is characterized in that the two parts are made of a member stronger than other regions.
本発明によれば加圧力による基板変形が僅かに数μm発生してもレプリカ面の加圧支持部材の2段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招かない、或いは積層構造の回折光学素子にあっては平坦化層と積層した回折光学面との本来の空気間隔を減少させてしまい光学面どうしの接触を招くことのない光学素子及びその成形方法を提供することが出来る。 According to the present invention, even if the substrate deformation due to the applied pressure occurs only a few μm, the thickness of the flattening layer is made uniform by the two-step configuration of the pressure support member on the replica surface, and the optical performance is achieved by the generation of spherical aberration due to uneven thickness. In the case of a diffractive optical element having a laminated structure, an optical element that reduces the original air gap between the planarizing layer and the laminated diffractive optical surface and does not cause contact between the optical surfaces, and The molding method can be provided.
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する光学素子及びその成形方法を提供出来る。 In addition, the outer peripheral portion of the pressure support member on the replica surface suppresses the outflow of resin during filling, prevents the occurrence of burrs, and thus provides an optical element that reduces yield and improves production efficiency, and a molding method therefor I can do it.
本発明の実施の形態は、上記構成を適用し、ブレーズド型回折格子の回折光学面への平坦化成形において、加圧力による基板変形が僅かに数μm発生してもレプリカ面の加圧支持部材の2段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招かない、或いは積層構造の回折光学素子にあっては平坦化層と積層した回折光学面との本来の空気間隔を減少させてしまい光学面どうしの接触を招くことのない光学素子及びその成形方法が実現可能である。 In the embodiment of the present invention, the above configuration is applied, and in the flattening molding of the blazed diffraction grating to the diffractive optical surface, the pressure supporting member on the replica surface is generated even if the substrate deformation due to the applied pressure occurs only a few μm. The diffractive optical surface laminated with the flattening layer in the case of a diffractive optical element having a laminated structure, in which the thickness of the flattening layer is made uniform by the two-step structure of It is possible to realize an optical element and a molding method thereof that reduce the original air gap between the optical surfaces and cause no contact between optical surfaces.
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する光学素子及びその成形方法が実現可能である。 Moreover, the outer peripheral part of the pressure support member on the replica surface suppresses the outflow of resin during filling and prevents the generation of burrs, thus reducing the yield and improving the production efficiency, and an optical element and its molding method are realized. Is possible.
以下、本発明を実施例に沿って説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
<第1の実施例>
図1は、本発明の第1の実施例における構成断面図、図2(a)は、第1の実施例における平坦化前の状態を表す断面図、図2(b)は、加圧力の推移を表す構成断面図である。また、図3は、本発明の第1の実施例における基板ガラス上のレプリカ転写面の正面図である。同図において、1は光学素子のベースとなる基板ガラス、2はブレーズド型回折格子を形成する樹脂部材、3は平坦化面を転写成形するための平坦化型、4は平坦化圧力を基板ガラス2に付与する剛性部材、7は回折光学面2a上に樹脂材料を一体成形する平坦化層である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of the configuration of the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a cross-sectional view showing a state before flattening in the first embodiment, and FIG. It is a composition sectional view showing change. FIG. 3 is a front view of the replica transfer surface on the substrate glass in the first embodiment of the present invention. In the figure,
基板ガラス1光学ガラス基材としては一般的な硝材S−BSL7を用いる。樹脂部材2は光硬化反応型のモノマー樹脂を使用し、基板ガラス1上に不図示スタンパ型と光照射装置を用いて図3に示すようなレリーフパターン転写面2aと平坦化型3への当接面が円ボスで柱状をなす第1の成形支持部5と第1の成形支持部より数μm高く構成(図2(a)のh部)された円環状リブをなす第2の成形支持部6を予めレプリカ成形しておく。ここで樹脂部材2は熱硬化型樹脂であっても光硬化・熱硬化併用型樹脂であっても良い。
Substrate glass 1 A general glass material S-BSL7 is used as an optical glass substrate. The
平坦化層7に用いる樹脂材料は、室温以上の一定温度で流動化する光硬化型のモノマー樹脂を用いる。樹脂材料の特性は、光学特性(屈折率、透過率)、物性(粘度、硬化性、線膨張)など異なる点が多い。この樹脂材料によって回折光学面2aと平坦化型3の間で平坦化層7が均一な厚みを持ってレプリカ成形される。平坦化型3はニュートン、アス、クセ本数が0.5本以下の凹面曲率形状の高精度な超硬性研磨型を用いる。剛性部材4は中空状の両面研磨ガラスを用いても良いが、基板ガラス1への撓み量を微妙に制御するため、内周上部を超硬合金研磨材4aと外周下部をステンレス鋼研磨材4bの2体構成とした。
The resin material used for the planarizing
次に平坦化成形方法について、図1、図2を用いて順を追って説明する。 Next, the planarization molding method will be described in order with reference to FIGS.
平坦化層7を形成する樹脂を一定温度で過熱した状態でディスペンサーのシリンジ内に保持し、所定吐出時間を設定して回折光学面2aの中心部に約30mgの樹脂を滴下する。続いて平坦化型3を回折格子を形成する樹脂部材2に軽接触させる。剛性部材4の超硬合金研磨材4a上に不図示加圧センサーが3等分配置されている。装置を起動すると、コンプライアンス構成(傾き自動補正)を持つ不図示加圧装置の油圧シリンダーが徐々に加圧し、最終的に100kgf/(1加圧センサー)の加圧力を付与する(F)。剛性部材4のステンレス鋼研磨材4bには3つの加圧センサー分の300kgfの加圧力が伝達され(f1)、基板ガラス1がその加圧力を受ける(f3)と、平坦化層樹脂7の充填に伴って、第2の成形支持部6先端が平坦化型3の型面に当接する(f4)。基板ガラス1は僅か数μm中凸状に撓み始めるが、加圧力は一定に維持されるため、基板ガラス1は中凸状を矯正する方向に撓み始め、やがて基板ガラス1が僅か数μm中凹状に撓み始めると同時に第1の成形支持部5の頂部が平坦化型3の型面に当接する(f5)。ここで剛性部材4のステンレス鋼研磨材4bは超硬合金研磨材4aからの加圧力を基板ガラス1に直に伝達せず、緩和する(f2)ため基板ガラス1を破損することなく、また、基板ガラス1が中凸状態からの矯正を緩和して進展させる働きがあり、基板ガラス1の矯正速度と平坦化層7の樹脂充填速度を同期させることが出来る。余剰樹脂は第1の成形支持部5の隙間から流出し、第2の成形支持部6で抑止され、第2の成形支持部と第1の成形支持部の間の2b部に滞留する。
The resin forming the
この間、2分程度の間に平坦化層7の樹脂は充填され、層厚t1、t2、t3、t4は等しく均一化される。この後、加圧状態を維持したまま所定のプロフィルを設定した紫外線エネルギー(1mW/cm2×10sec+10mW/cm2×10sec+100mW/cm2×100sec)を基板ガラス1側から照射して樹脂を硬化し、直後に加圧装置を操作して加圧状態を開放する。次に型のイジェクターにより離型し、平坦化面周辺を先工程のプロファイルの1/10秒時の照射エネルギーで補助硬化する。
During this time, the resin of the
こうして成形された平坦化層は加圧力による基板変形が僅かに数μm発生してもレプリカ面の加圧支持部材の2段差構成により平坦化層の厚みを均一化し、厚みムラによる球面収差の発生で光学性能の低下を招くことがない。 The flattened layer formed in this way makes the thickness of the flattened layer uniform by the two-step structure of the pressure support member on the replica surface even if the substrate deformation due to the applied pressure occurs only a few μm, and the generation of spherical aberration due to uneven thickness Therefore, the optical performance is not deteriorated.
また、レプリカ面の加圧支持部材の外周部が充填中の樹脂の流出を抑え、バリの発生を未然に防止するので歩止まりを小さくし、生産効率が向上する。 Further, since the outer peripheral portion of the pressure support member on the replica surface suppresses the outflow of the resin during filling and prevents the generation of burrs, the yield is reduced and the production efficiency is improved.
<第2の実施例>
本発明の第2の実施例は図4において、第1の成形支持部15を一定円弧状に配列するようにレプリカ成形した第1の実施形態の変形例である。断面構成及び、その他部材の構成については第1の実施例と同様であるため説明を省略する。
<Second embodiment>
The second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment shown in FIG. 4 in which the first
この実施例の効果は、第1の実施例の平坦化成形方法で述べた加圧工程で、基板ガラスが中凹状に撓む量を更に小さく制御出来る。また、第1の実施例に比べ、複数の第1の成形支持部間の隙間数が少ないことから樹脂流出を多く必要としない樹脂材料の設定(物性、滴下量など)に適合している。 The effect of this embodiment is that the amount by which the substrate glass is bent into a concave shape can be further controlled in the pressing step described in the flattening molding method of the first embodiment. Further, compared to the first embodiment, since the number of gaps between the plurality of first molding support portions is small, it is suitable for setting of resin material (physical properties, dripping amount, etc.) that does not require much resin outflow.
1、11、21 基板ガラス
2、12、22 樹脂材料
2a、12a、22a 光学面(レリーフパターン)
2b、12b 第1の成形支持部と第2の成形支持部の隙間
3、23 平坦化型
4 剛性部材
4a 超硬合金研磨材
4b ステンレス鋼研磨材
5、15、25 第1の成形支持部
6、16 第2の成形支持部
7、27 平坦化層
31 基体
32 紫外線硬化型樹脂層
33 光透過性シート
1, 11, 21
2b,
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JP2004281421A JP2006095722A (en) | 2004-09-28 | 2004-09-28 | Optical element and its manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022023220A (en) * | 2015-06-15 | 2022-02-07 | マジック リープ, インコーポレイテッド | Virtual and augmented reality systems and methods |
-
2004
- 2004-09-28 JP JP2004281421A patent/JP2006095722A/en not_active Withdrawn
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