衍射光學元件制造技術

本實用新型專利技術提供一種衍射光學元件，在由樹脂材料構成基體及光學調整層的情況下，提高基體與光學調整層的緊密接合性，并且生產性及長期可靠性優越。該衍射光學元件具備：基體（102），由包含第一樹脂的第一光學材料構成，具有包括設有衍射柵格（104）的第一區域（105）和位于第一區域的外側的第二區域（106）的表面（102a）；光學調整層（103），由包含第二樹脂的第二光學材料構成，覆蓋基體表面的第二區域的至少一部分及第一區域而設置在基體上；以及接合界面部（109），包含相對于第二光學材料具有接合性的接合性材料，在基體表面的第二區域中至少一部分位于光學調整層的下方，并且至少存在于從表面到內部的區域中。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

衍射光學元件
本技術涉及衍射光學元件。
技術介紹
在專利文獻I中公開了如下方法在由光學材料構成的基體的表面設置衍射柵格，并利用由與基體不同的光學材料構成的光學調整層來覆蓋衍射柵格，從而構成相位差型的衍射光學元件，通過選擇光學特性滿足規定條件的兩種光學材料，從而與波長無關地提高設計的衍射次數的衍射效率，即降低衍射效率的波長依賴性。設透過衍射光學元件的光的波長為λ，設兩種光學材料在波長λ下的折射率為 η ( λ )及η2 ( λ )，設衍射柵格的深度為d時，在滿足下述式(I)的情況下，對于波長λ的光的衍射效率為100%。數學式I[_5] ^μ( )-,2μ)| (1)因此，為了降低衍射效率的波長依賴性，在使用的光的波段內，組合具有使得d大體一定的波長依賴性的折射率η ( λ )的光學材料和折射率η2 (λ)的光學材料即可。一般來說，組合折射率高而波長色散低的材料和折射率低而波長色散高的材料。專利文獻I 公開了以下內容作為成為基體的第一光學材料使用玻璃或樹脂，作為第二光學材料使用紫外線固化樹脂。本申請的申請人在專利文獻2中提出了以下技術作為光學調整層，使用在基質樹脂中包含平均粒徑Inm IOOnm的無機粒子的合成材料。該合成材料能夠通過分散的無機粒子的材料和無機粒子的添加量來控制折射率及色散系數(阿貝數)，能夠得到以往的樹脂所不具備的折射率及色散系數。因此，通過將合成材料用作光學調整層，能夠提高將樹脂用于作為基體的第一光學材料的情況下的衍射柵格的設計自由度，能夠提高成形性，并且得到優越的衍射效率的波長特性。專利文獻I :日本特開平10-268116號公報專利文獻2 :國際公開第07/026597號冊子本申請專利技術人研究了在專利文獻1、2所公開的相位差型的衍射光學元件中使用包含樹脂的材料來構成基體及光學調整層的情況下的課題，特別是研究了基體與光學調整層的界面的穩定性對衍射效率造成的影響。如圖6所示，以往的衍射光學元件751具備基體702，在表面設有衍射柵格704’ ； 以及光學調整層703，以覆蓋衍射柵格704’的方式設置。光學調整層703及基體702分別由包含樹脂的光學材料形成。兩者的光學材料的相互作用較強的情況下，在基體702和光學調整層703相接的部分，由于基體702的膨潤和熔解，如圖6所示，衍射柵格704’的形狀會破壞。若衍射柵格704’的形狀破壞，則無法以充分的強度得到期望的次數的衍射光，或產生無用的衍射光。本申請專利技術人發現，即使衍射柵格的形狀不發生變化，有時在衍射光學元件中也產生與設計的次數不同次數的衍射光(以下稱為“無用的衍射光”)。詳細實驗的結果，確認到如下情況如圖7所示，在衍射光學元件752中，光學調整層703中包含的樹脂從基體702 的表面向內部浸透時，浸透了樹脂的部分的基體702的折射率變化，在基體702與光學調整層703的界面，形成了折射率不同的層705 (以下稱為“折射率變化層”)。該折射率變化層 705可以使用光學顯微鏡或能夠高精度地測定折射率的棱鏡耦合器等來確認，本申請專利技術人確認時其厚度為50nm 5000nm左右。如圖8A所示，考慮利用I次衍射光的衍射光學元件752A，該衍射光學元件752A具備由折射率NI的樹脂構成的基體702a及由折射率N2的樹脂構成的光學調整層703a。由于上述的理由，形成了折射率變化層705a的情況下，其折射率N3滿足NI < N3 < N2的關系。將折射率NI及N2設計為在使用的光的波段內滿足式(I)的情況下，由于折射率變化層705a的形成，構成衍射柵格704a的階梯的光學距離的差、即相位差比設計值小。因此， 將使用的波段內的光707入射時的衍射光學元件752A的衍射效率、即I次衍射光709的出射效率低于設計值。這時，作為無用的衍射光，主要產生焦距比I次衍射光709長的O次衍射光708。另一方面，如圖SB所示，作為光學調整層，考慮專利文獻2中公開的利用I次衍射光的衍射光學元件752B，該衍射光學元件752B使用包含基質材料721及無機粒子722的合成材料。設基體702的折射率為NI、光學調整層703b的折射率為N2、光學調整層703b的基質材料721的折射率為N4。各折射率滿足NI < N2且N4 < NI的關系的情況下，生成的折射率變化層705b的折射率N3滿足NI > N3 < N2的關系。這是因為，納米級的無機粒子 722無法向基體702b移動，僅由于折射率比基體702b小的基質材料721浸透來生成折射率變化層705b。這種情況下，由于折射率變化層705b，相位差變得比設計值大，I次衍射光709的出射效率變得比設計值低。這時，作為無用的衍射光，主要產生焦距比I次衍射光709短的 2次衍射光710。在僅利用通常的折射現象的光學元件753中，如圖9所示，即使在基體702與光學調整層703之間生成了折射率變化層705，如果與基體702的折射率的差為O. 01左右，則從基體702進入的入射光707在基體702與折射率變化層705的界面折射的角度較小。此外，若折射率變化層705較薄，則入射光707以折射的角度在折射率變化層705中前進的距離較短。因此，即使生成了折射率變化層705，設計的出射光711和實際的出射光712之間的光路的偏離也較小，因此對光學性能的影響小到幾乎可以忽略。但是，在衍射光學元件的情況下，即使是無法由光學顯微鏡觀察到的程度的微小的折射率變化層，由于不滿足衍射的條件(I )，直接導致無用的衍射光的產生，結果設計次數下的衍射效率大幅降低。尤其是，從生產性的觀點出發，作為光學調整層使用包含紫外線固化樹脂或熱固化型樹脂的材料的情況下，在形成光學調整層的工序中，未固化狀態的樹脂、即單體或低聚體與基體接觸。單體或低聚體與固化后的樹脂相比，分子量較小，所以向基體的反應性和浸透性與固化后的樹脂相比變大。即，容易伴隨著前述的衍射柵格704的變形或折射率變化層705 (705a、705b)的生成而發生衍射效率的降低。此外，將合成材料用于光學調整層的情況下，為了使無機粒子722均勻地分散到基質材料721中，或為了調整形成光學調整層703b的工序中的光學調整層原料的粘度，有時在光學調整層的原料中添加溶劑。這樣的溶劑與光學調整層的原料中的未固化狀態的樹脂同樣，由于向基體702b熔解及浸透而生成折射率變化層705b，導致上述問題。作為解決這樣的問題的手段，可以想到將構成基體702和光學調整層703的樹脂之間的熔解度參數之差確保為規定的值以上，或采用盡可能縮短未固化狀態的樹脂或溶劑與基體702的接觸時間的工藝。但是，在采用這樣的手段來防止折射率變化層705的形成的情況下，兩種樹脂間的相互作用變小，所以無法充分產生界面處的樹脂分子間的相互作用， 基體702與光學調整層703的緊密接合性降低。結果，對衍射光學元件施加某種應力時，會發生光學調整層703從基體702脫離或剝離。作為對衍射光學元件作用的應力，可以舉出構成光學調整層703的樹脂成分的固化收縮或通過成形來形成光學調整層703的情況下在離模時施加的應力等制造工藝中產生的應力、以及由于基體702與光學調整層703的熱膨脹率的差異而在溫度變化時產生的熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種衍射光學元件，具備：基體,具有包括第一區域和第二區域的表面，該第一區域設有衍射柵格，該第二區域位于所述第一區域的外側；光學調整層，覆蓋所述基體的表面的所述第二區域及所述第一區域而設置在所述基體上；以及接合界面部，不位于所述基體的表面的第一區域與所述光學調整層之間，而位于所述基體的表面的第二區域的至少一部分與所述光學調整層之間，將所述基體與所述光學調整層緊密接合。

【技術特征摘要】
2011.08.24 JP 182872/20111.一種衍射光學兀件,具備 基體，具有包括第一區域和第二區域的表面，該第一區域設有衍射柵格，該第二區域位于所述第一區域的外側； 光學調整層，覆蓋所述基體的表面的所述第二區域及所述第一區域而設置在所述基體上；以及 接合界面部，不位于所述基體的表面的第一區域與所述光學調整層之間，而位于所述基體的表面的第二區域的至少一部分與所述光學調整層之間，將所述基體與所述光學調整層緊密接合。2.如權利要求I所述的衍射光學元件， 所述接合界面部通過相對于所述光學調整層具有接合性的接合性材料與所述光學調整層接合。3.如權利要求2所述的衍射光學元件， 所述接合界面部通過所述接合性材料與所述基體浸透或熔解來形成。4.如權利要求I所述的衍射光學元件， 所述接合界面部存在于從所述基體的表面到內部的區域中。5.如權利要求I所述的衍射光學兀件， 所述接合界面部在所述基體的表面的第二區域中連續地包圍所述第一區域。6.如權利要求I所述的衍射光學兀件， 所述接合界面部在所述基體的表面的第二區域中以環狀包圍所述第一區域。7.如權利要求I所述的衍射光學元件， 具備多個所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：岡田夕佳，末永辰敏，村田晶子，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：實用新型
國別省市：