特開 2024-62096 回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024062096

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20240430BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20240430BHJP

   G02B 27/02 20060101ALN20240430BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

B29C33/42

G02B27/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169874

(22)【出願日】2022-10-24

(71)【出願人】

【識別番号】522212882

【氏名又は名称】株式会社トッパンフォトマスク

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】小林 淳

(72)【発明者】

【氏名】松井 崚

【テーマコード（参考）】

2H199

2H249

4F202

【Ｆターム（参考）】

2H199CA53

2H199CA67

2H199CA68

2H249AA03

2H249AA13

2H249AA40

2H249AA60

2H249AA62

4F202AF01

4F202AH78

4F202CA09

4F202CA19

4F202CB01

4F202CD02

4F202CD05

4F202CD23

(57)【要約】

【課題】十分な精度を有しながらも効率よく製造できる回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法を提供する。
【解決手段】光透過性を有する基板１１１と、基板１１１上に突設されて光透過性を有する複数の畝部１１２ａとを備えた回折光学素子１１０であって、基板１１１の隣り合う畝部１１２ａの間に対応する位置に溝部１１２ｃが形成され、畝部１１２ｂのＬＥＲの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）であり、第一の値Ｒ１が、２ｎｍであり、第二の値Ｒ２が、１２０ｎｍであることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光透過性を有する基板と、前記基板上に突設されて光透過性を有する複数の畝部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の隣り合う前記畝部の間に対応する位置に溝部が形成され、
前記畝部のラインエッジラフネスの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）であり、
前記第一の値Ｒ１が、２ｎｍであり、
前記第二の値Ｒ２が、１２０ｎｍである
ことを特徴とする回折光学素子。

【請求項2】

前記第一の値Ｒ１が、１０ｎｍであり、
前記第二の値Ｒ２が、７５ｎｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。

【請求項3】

光透過性を有する基板と、前記基板上に突設されて光透過性を有する複数の畝部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の隣り合う前記畝部の間に対応する位置に溝部が形成され、
前記畝部のラインエッジラフネスの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）である
ことを特徴とする回折光学素子。
ただし、
前記第一の値Ｒ１は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が０％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値であり、
前記第二の値Ｒ２は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１０％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値である。

【請求項4】

前記第二の値Ｒ２は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値である
ことを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。

【請求項5】

前記光回折効率は、一次光に対する値である
ことを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。

【請求項6】

請求項１に記載の回折光学素子のパターン形状が形成され、前記回折光学素子の前記パターンを形成する押型を製造する金型であって、
基体部と、前記回折光学素子の前記パターンに対応して前記基体部上に突設された複数の凸部と、隣り合う前記凸部の間に形成される凹部とを備え、
前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍが、前記第一の値Ｒ１以上前記第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）であり、
前記第一の値Ｒ１が、２ｎｍであり、
前記第二の値Ｒ２が、１２０ｎｍである
ことを特徴とする金型。

【請求項7】

前記第一の値Ｒ１が、１０ｎｍであり、
前記第二の値Ｒ２が、７５ｎｍである
ことを特徴とする請求項６に記載の金型。

【請求項8】

請求項３に記載の回折光学素子のパターン形状が形成され、前記回折光学素子の前記パターンを形成する押型を製造する金型であって、
基体部と、前記回折光学素子の前記パターンに対応して前記基体部上に突設された複数の凸部と、隣り合う前記凸部の間に形成される凹部とを備え、
前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍが、前記第一の値Ｒ１以上前記第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）である
ことを特徴とする金型。

【請求項9】

前記第二の値Ｒ２は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値である
ことを特徴とする請求項８に記載の金型。

【請求項10】

請求項６又は８に記載の金型の製造方法であって、
前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍに対応して設定されるサイズの電子線ビームを使用して、金型材料に前記凸部及び前記凹部並びに前記基体部を形成する
ことを特徴とする金型の製造方法。

【請求項11】

前記電子線ビームが、電子線スポットビームである
ことを特徴とする請求項１０に記載の金型の製造方法。

【請求項12】

請求項１又は３に記載の回折光学素子を内蔵している
ことを特徴とする導光板。

【請求項13】

画像表示装置に用いられる
ことを特徴とする請求項１２に記載の導光板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現実世界とディスプレイ表示とを重畳して表示する画像表示装置である拡張現実（ＡＲ）用グラスや複合現実（ＭＲ）用グラスは、現実世界を視認するための透明なレンズ部を有すると共に、つる部等に実装されたディスプレイの表示を瞳に導く導光板が装着されている。ＡＲ用グラスやＭＲ用グラスに装着される導光板は、ＡＲ用グラスやＭＲ用グラスの装着性やデザイン性の観点から、小さくて薄く軽量であることが求められている。

【0003】

このような導光板としては、回折光学素子（ＤＯＥ）を利用したものが知られている。このＤＯＥを利用した導光板は、図１５に示すように、光γを導波させる基板２と、光γを基板２内に導く入力格子（ＩＧ）３と、光γを拡大する射出瞳拡大格子（ＥＰＥＧ）４と、光γを基板２から外部へ導く出力格子（ＯＧ）５とを有している。

【0004】

このような導光板１においては、光γが、入力格子３に入射されると、基板２の内部を進行するように入力格子３で回折されて射出瞳拡大格子４へ案内される。射出瞳拡大格子４に入力した光γは、図１６に示すように、波長毎に拡大された後に出力格子５へ案内され、出力格子５から基板２の外部へ出射されるようになっている。

【0005】

このような上記格子３～５等の回折光学素子は、例えば、ナノインプリントを適用して製造することができる。具体的には、例えば、図１７に示すように、まず、シリコンや石英等の光透過性を有するリジッドな平板形状の金型材料２１を用意して（図１７Ａ参照）、これに電子線ビームを照射して目的とする形状のパターンを形成することにより、基体部２１ａ上に凸部２１ｂ及び凹部２１ｃを有する金型（原型）２０を作製する（図１７Ｂ参照）。

【0006】

続いて、金型２０に形成されたパターンに合わせて熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の押型材料３１を金型２０に設けて溶融固化させる（図１７Ｃ参照）。そして、金型２０から離型することにより、金型２０のパターンを転写した凸部３１ｂ及び凹部３１ｃを基体部３１ａ上に有する押型３０を作製する（図１７Ｄ参照）。

【0007】

次に、ガラス等の基板１１上に紫外線硬化性樹脂等の樹脂材料１２を布設して（図１７Ｅ参照）、押型３１を樹脂材料１２に押し付けて押型３１のパターンを転写すると共に紫外線照射等により樹脂材料１２を固化させる（図１７Ｆ参照）。そして、押型３１を離型することにより（図１７Ｇ参照）、回折光学素子１０を作製することができる。

【0008】

このようにして製造される回折光学素子１０は、図１８，１９に示すように、基板１１上の基礎部１２ａ上に複数の畝部１２ｂが設けられると共に、隣り合う畝部１２ｂの間に溝部１２ｃがそれぞれ形成される。そして、回折光学素子１０は、入射された光γの方向と異なる方向へ光γを出射することができるように、その材料の屈折率が設定されると共に、ピッチ等の大きさが設定されている。

【0009】

なお、便宜上、基板１１に対する畝部１２ｂ及び溝部１２ｃの長手方向の向きが、例えば、図１８，１９に示したように、Ｘ軸方向に沿って形成されているものを「０°回折光学素子」と言う。また、Ｙ軸方向に沿って形成されているものを「９０°回折光学素子」と言い、それ以外の方向に沿って形成されている傾斜方向のものを「エニーアングル（ＡＡ）回折光学素子」と言う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０２２－０９２７１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

ところで、回折光学素子１０の光学特性を向上させるには、例えば、畝部１２ｂと溝部１２ｃとの境界面１２ｂａの粗度であるラインエッジラフネス（ＬＥＲ）の向上を図ることが考えられる。そのためには、金型２０の凸部２１ｂと凹部２１ｃとの境界面２１ｂａの粗度となるラインエッジラフネス（ＬＥＲ）を向上させる必要がある。金型２０の凸部２１ｂのＬＥＲを向上させるには、凸部２１ｂを形成する電子線ビームのサイズ（直径）を小さくして、精度良く加工する必要がある。

【0012】

しかしながら、電子線ビームのサイズ（直径）を小さくしてしまうと、金型２０の凸部２１ｂ及び凹部２１ｃの形成に要する時間が多大となってしまい、金型２０及び回折光学素子１０の製造に手間及びコストが非常にかかってしまう。特に、ＡＡ回折光学素子であると、顕著であった。

【0013】

このようなことから、本発明は、十分な精度を有しながらも効率よく製造できる回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前述した課題を解決するための、第一の発明に係る回折光学素子は、光透過性を有する基板と、前記基板上に突設されて光透過性を有する複数の畝部とを備えた回折光学素子であって、前記基板の隣り合う前記畝部の間に対応する位置に溝部が形成され、前記畝部のラインエッジラフネスの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）であり、前記第一の値Ｒ１が、２ｎｍであり、前記第二の値Ｒ２が、１２０ｎｍであることを特徴とする。

【0015】

また、第一の発明に係る回折光学素子は、前記第一の値Ｒ１が、１０ｎｍであり、前記第二の値Ｒ２が、７５ｎｍであると、好ましい。

【0016】

そして、前述した課題を解決するための、第二の発明に係る回折光学素子は、光透過性を有する基板と、前記基板上に突設されて光透過性を有する複数の畝部とを備えた回折光学素子であって、前記基板の隣り合う前記畝部の間に対応する位置に溝部が形成され、前記畝部のラインエッジラフネスの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）であることを特徴とする。ただし、前記第一の値Ｒ１は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が０％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値であり、前記第二の値Ｒ２は、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１０％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値である。

【0017】

また、第二の発明に係る回折光学素子は、前記第二の値Ｒ２が、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値であると、好ましい。

【0018】

また、第二の発明に係る回折光学素子は、前記光回折効率が、一次光に対する値であると、好ましい。

【0019】

そして、第三の発明に係る金型は、第一の発明に係る回折光学素子のパターン形状が形成され、前記回折光学素子の前記パターンを形成する押型を製造する金型であって、基体部と、前記回折光学素子の前記パターンに対応して前記基体部上に突設された複数の凸部と、隣り合う前記凸部の間に形成される凹部とを備え、前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍが、前記第一の値Ｒ１以上前記第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）であり、前記第一の値Ｒ１が、２ｎｍであり、前記第二の値Ｒ２が、１２０ｎｍであることを特徴とする。

【0020】

また、第三の発明に係る金型は、前記第一の値Ｒ１が、１０ｎｍであり、前記第二の値Ｒ２が、７５ｎｍであると、好ましい。

【0021】

そして、第四の発明に係る金型は、第二の発明に係る回折光学素子のパターン形状が形成され、前記回折光学素子の前記パターンを形成する押型を製造する金型であって、基体部と、前記回折光学素子の前記パターンに対応して前記基体部上に突設された複数の凸部と、隣り合う前記凸部の間に形成される凹部とを備え、前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍが、前記第一の値Ｒ１以上前記第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）であることを特徴とする。

【0022】

また、第四の発明に係る金型は、前記第二の値Ｒ２が、前記畝部が基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１％となる前記畝部のラインエッジラフネスの値であると、好ましい。

【0023】

さらに、第五の発明に係る金型の製造方法は、第三又は第四の発明に係る金型を製造する方法であって、前記凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍに対応して設定されるサイズの電子線ビームを使用して、金型材料に前記凸部及び前記凹部並びに前記基体部を形成することを特徴とする。

【0024】

また、第五の発明に係る金型の製造方法は、前記電子線ビームが、電子線スポットビームであると、好ましい。

【0025】

くわえて、第六の発明に係る導光板は、第一又は第二の発明に係る回折光学素子を内蔵していることを特徴とする。

【0026】

また、第六の発明に係る導光板は、画像表示装置に用いられると、好ましい。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係る回折光学素子によれば、畝部のラインエッジラフネスの値Ｒｄが、上述した第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）であるので、十分な精度を有しながらも効率よく製造できる。

【0028】

また、本発明に係る金型によれば、凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍが、上述した第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）であるので、十分な精度を有しながらも効率よく製造できる。

【0029】

また、本発明に係る金型の製造方法によれば、凸部のラインエッジラフネスの値Ｒｍに対応して設定されるサイズの電子線ビームを使用して、金型材料に凸部及び凹部並びに基体部を形成するので、十分な精度を有する回折光学素子の金型を効率よく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明に係る回折光学素子の主な実施形態の概略構造を表す斜視図である。

【図2】図１の平面図である。

【図3】図２のIII－III線断面矢線視図である。

【図4】本発明に係る金型の主な実施形態の概略構造を表す斜視図である。

【図5】図４の平面図である。

【図6】図５のVI－VI線断面矢線視図である。

【図7】図４の金型の製造方法及び図１の回折光学素子の製造方法の説明図である。

【図8】電子線スポットビームを説明する概略図である。

【図9】電子線スポットビームの直径の相違による作用効果の説明図である。

【図10】電子線可変成形ビームを説明する概略図である。

【図11】回折光学素子の主要部のサイズを説明する一部抽出拡大断面図である。

【図12】ラインエッジラフネスのサイズを説明するモデル図である。

【図13】回折光学素子の内部へ入射した光を説明するモデル図である。

【図14】本発明に係る回折光学素子の実施例におけるラインエッジラフネスと光回折効率との関係を表すグラフである。

【図15】導光板の一例の概略構造を説明する斜視図である。

【図16】図１５の導光板の機能を説明するモデル図である。

【図17】回折光学素子の製造方法の一例の説明図である。

【図18】回折光学素子の一例の概略構造を表す断面図である。

【図19】図１８の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明に係る回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではなく、各実施形態でそれぞれ説明している技術的事項を必要に応じて適宜組み合わせることが可能なものである。また、図面においては、理解を容易にするために回折光学素子の概略構成を記載しており、適宜、寸法や縮尺等を実際と変えて記載している場合がある。

【0032】

［主な実施形態］
本発明に係る回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法の主な実施形態を図１～９に基づいて以下に説明する。

【0033】

本実施形態に係る回折光学素子は、図１～３に示すように、光透過性を有する無色透明なガラス等からなる基板１１１上に、光透過性を有する無色透明な樹脂等からなる基礎部１１２ａが敷設されている。基礎部１１２ａ上には、光透過性を有する無色透明な樹脂等からなる畝部１１２ｂが複数突設されている。隣り合う畝部１１２ｂの間には、溝部１１２ｃがそれぞれ形成されている。

【0034】

このような本実施形態に係る回折光学素子１１０においては、畝部１１２ｂの長手方向（図１～３中、Ｘ軸方向）に沿って短手方向（図１～３中、Ｙ軸方向）と直交する面１１２ｂａの粗度、すなわち、理想的な直線位置からどの程度凹凸にずれているかを表すラインエッジラフネス（ＬＥＲ）の値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）となっている。

【0035】

上記ＬＥＲの値Ｒｄは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定した画像を解析する、すなわち、一定の長さ（例えば２μｍ）にわたって一定の間隔（例えば１０ｎｍ）ごとにラインエッジの位置を各々測定し、理想的な直線位置からの差をそれぞれ算出し平均値を得ることにより、求めることができる。

【0036】

ここで、第一の値Ｒ１は、畝部１１２ｂが基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が０％となる畝部１１２ｂの面１１２ｂａのＬＥＲの値である。具体的には、第一の値Ｒ１は、２ｎｍであり、１０ｎｍであると好ましい。また、第二の値Ｒ２は、畝部１１２ｂが基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合が１０％（好ましくは６％、より好ましくは１％）となる畝部１１２ｂの面１１２ｂａのＬＥＲの値である。具体的には、第二の値Ｒ２は、１２０ｎｍであり、７５ｎｍであると好ましい。

【0037】

上記第二の値Ｒ２は、上記光回折効率の低下割合が１０％を超える畝部１１２ｂの面１１２ｂａのＬＥＲの値になってしまうと、精度が不足してしまい、満足する性能が得られなくなってしまう。

【0038】

なお、畝部１１２ｂの「基準形状」とは、ＬＥＲの値が０．１ｎｍのときの形状である。また、「光回折効率」とは、入射光量に対する回折光量の割合のことである。ここで、回折光量として、＋２次回折光の光量や、－１次回折光の光量を適用することも可能であるが、本実施形態では、便宜上、＋１次回折の光量を適用している。

【0039】

他方、回折光学素子１１０の製造に使用する本実施形態に係る金型（原型）は、図４～６に示すように、シリコンや石英等の光透過性を有する平板形状の基体部１２１ａ上に、回折光学素子１１０のパターンに対応した凸部１２１ｂが一体的に複数突設されている。隣り合う凸部１２１ｂの間には、凹部１２１ｃが形成されている。

【0040】

このような本実施形態に係る金型（原型）１２０においては、凸部１２１ｂの長手方向（図４～６中、Ｘ軸方向）に沿って短手方向（図４～６中、Ｙ軸方向）と直交する面１２１ｂａの粗度、すなわち、理想的な直線位置からどの程度凹凸にずれているかを表すラインエッジラフネス（ＬＥＲ）の値Ｒｍが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）となっている。上記ＬＥＲの値Ｒｍは、前記値Ｒｄの場合と同様にすることにより、求めることができる。

【0041】

この第一の値Ｒ１及び第二の値Ｒ２は、先に説明した回折光学素子１１０と同じである。つまり、上記光回折効率の低下割合が１０％を超えてしまうと、精度が不足してしまい、満足する性能を得ることができなくなってしまう。

【0042】

このような本実施形態に係る金型１２０の製造方法及び金型１２０を使用したナノインプリントによる本実施形態に係る回折光学素子１１０の製造方法を次に説明する。

【0043】

まず、シリコンや石英等の光透過性を有するリジッドな平板形状の金型材料１２１を用意して（図７Ａ参照）、これにレンズＬを介して光源Ｓからの電子線ビームである電子線スポットビームＢｓを照射して（図８参照）、目的とする形状のパターンを形成する。これにより、基体部１２１ａ上に凸部１２１ｂ及び凹部１２１ｃを有する金型（原型）１２０を作製する（図７Ｂ参照）。

【0044】

このとき、金型１２０の凸部１２１ｂの面１２１ｂａのＬＥＲの値Ｒｍが第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２）となるように、当該値Ｒｍに基づいて、電子線スポットビームＢｓは、先端部の大きさ（直径）φが設定されている。具体的には、電子線スポットビームＢｓの先端部の大きさ（直径）φは、上記値Ｒｍの２倍の大きさ、言い換えると、上記値Ｒｍは、電子線スポットビームＢｓの先端部の大きさ（直径）φの半分（半径）φ／２の値となっている。

【0045】

続いて、金型１２０に形成された上述のパターンに合わせて熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の押型材料１３１を金型１２０に設けて溶融固化させる（図７Ｃ参照）。そして、金型１２０から離型することにより、金型１２０のパターンを転写した凸部１３１ｂ及び凹部１３１ｃを基体部１３１ａ上に有する押型１３０を作製する（図７Ｄ参照）。このようにして作製された押型１３０の凸部１３１ｂの面１３１ｂａは、金型１２０の凸部１２１ｂの面１２１ｂａのＬＥＲに対応した面に形成されている。

【0046】

次に、ガラス等の基板１１１上に紫外線硬化性樹脂等の光透過性を有する樹脂材料（屈折率：１．７～２．２程度）１１２を布設して（図７Ｅ参照）、押型１３１を樹脂材料１１２に押し付けて押型１３１のパターンを転写すると共に紫外線照射等により樹脂材料１１２を固化させる（図７Ｆ参照）。

【0047】

そして、押型１３１を離型することにより（図７Ｇ参照）、回折光学素子１１０を作製することができる。このようにして作製された回折光学素子１１０の畝部１１２ｂの面１１２ｂａには、押型１３０の凸部１３１ｂの面１３１ｂａのＬＥＲに対応した面に形成されている。

【0048】

このようにして得られた回折光学素子１２０を内蔵する導光板は、ＡＲ用グラスやＭＲ用グラスに装着され、つる部等に実装されたディスプレイの表示を瞳に導いて、透明なレンズ部から視認された現実世界に合成することができるようになる。

【0049】

このような本実施形態においては、先に説明したように、金型１２０の凸部１２１ｂの面１２１ｂａのＬＥＲの値Ｒｍ及び回折光学素子１１０の畝部１１２ｂの面１１２ｂａのＬＥＲの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｍ≦Ｒ２，Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）となっている。このため、電子線スポットビームＢｓの先端部のサイズ（直径）φを必要十分に大きくして金型１２０を製造しても、十分な光学特性を発現し得る回折光学素子１１０を得ることができる。このことについてもう少し詳しく説明する。

【0050】

金型を製造するにあたっては、電子線スポットビームＢｓを、図９Ａ，９Ｂに示すように、矢線方向に沿って一筆書きとなるように、Ｂｓ１，Ｂｓ２，Ｂｓ３，・・・Ｂｓ（ｎ－２），Ｂｓ（ｎ－１），Ｂｓｎといった順で照射することにより、凸部１２１ｂ及び凹部１２１ｃを形成している。このとき、電子スポットビームＢｓの先端部の大きさ（直径）φを大きくすると、直径φの２乗（φ^２）の割合で加工時間を短縮することができる。つまり、電子スポットビームＢｓの直径φを３倍にする、すなわち、図９Ａから図９Ｂにすると、加工時間を１／９にすることができ、加工効率を大幅に向上させることができるのである。

【0051】

このように、電子スポットビームＢｓの直径φを大きくすると、加工効率を向上させることができる一方、電子スポットビームＢｓの隙間が大きくなってしまい、加工精度の低下を引き起こし易くなってしまう。そのため、従来は、加工効率を無視して、加工精度の低下を防ぐようにしていた。

【0052】

そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ね、電子線スポットビームＢｓの直径φと上記ＬＥＲとの間に強い相関関係があることを見出した。すなわち、直径φの小さい電子線スポットビームＢｓで加工すると、ＬＥＲを小さくすることができ、直径φの大きい電子線スポットビームＢｓで加工すると、ＬＥＲが大きくなることを見出し、これに着目することにより、本発明を完成するに至った。

【0053】

つまり、加工精度の低下を実用上問題のない程度にまで許容して、加工効率の向上を図るようにしたのである。具体的には、例えば、直径φが０．１ｎｍの電子スポットビームＢｓを使用して加工していたときの従来と比べると、直径φが２ｎｍの電子スポットビームＢｓを使用して加工すると、加工時間を劇的に短縮できる（約１／４００）にもかかわらず、光回折効率がほとんど変わらなかったのである（詳細は後述する）。

【0054】

これにより、金型１２０の凸部１２１ｂ及び凹部１２１ｃの形成に要する時間を大幅に削減することができ、金型１２０及び回折光学素子１１０の製造にかかる手間及びコストを大幅に低減することができる。したがって、本実施形態によれば、必要十分な精度を有する金型１２０及び回折光学素子１１０を効率よく製造できる。

【0055】

また、回折光学素子１１０の凸部１１２ｂのＬＥＲの値Ｒｄが、第一の値Ｒ１以上第二の値Ｒ２以下（Ｒ１≦Ｒｄ≦Ｒ２）となっている、すなわち、凸部１１２ｂの「ゆらぎ」が従来よりも多くなっている。このため、「ゆらぎ」が少ない場合に視認されやすいモアレやムラ等のような外観不良を従来よりも低減することができる。

【0056】

また、電子線スポットビームＢｓにより円形パターンを並べるように金型１２０を加工することができるので、傾斜パターンを有するＡＡ回折光学素子用の金型を製造する際の金型材料１２１の加工を容易に行うことができる。

【0057】

このような本実施形態に係る回折光学素子１１０及び金型１２０を利用して得られる導光板は、ディスプレイやデジタルサイネージ等に代表される画像表示装置に広く用いることができ、特にＡＲ用グラスやＭＲ用グラス等のようなヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）といった虚像投影を行う表示装置のライトガイドに利用すると非常に有用なものである。

【0058】

［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、先端部が円形状の電子線スポットビームＢｓを金型材料１２１に照射して金型１２０を加工するようにしたが、本発明はこれに限らない。他の実施形態として、例えば、図１０に示すように、光源Ｓから複数の成形スリットＦ１，Ｆ２及びレンズＬを介することにより、先端部を四角形状とした電子線ビームである電子線可変成形ビームＢｖを金型材料１２１に照射して金型１２０を加工することも可能である。

【0059】

しかしながら、前述した実施形態のように、先端部が円形状の電子線スポットビームＢｓを金型材料１２１に照射して金型１２０を加工すると、傾斜パターンを有するＡＡ回折光学素子用の金型の加工を容易に行うことができるようになるので、好ましい。

【実施例0060】

本発明に係る回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法の実施例を以下に具体的に説明する。なお、本発明は、具体的に説明する以下の実施例のみに限定されるものではない。

【0061】

〈光学シミュレーションモデルの構築〉
例として、赤色（波長６５０ｎｍ）の入射光向けにシミュレーションモデルを構築した。回折光学素子の構造モデルは、図６に示すように、ピッチＰを６００ｎｍ、線幅Ｗを３００ｎｍ、高さＨを３００ｎｍ、角度θを９０°、波長６５０ｎｍのときの材料屈折率ｎを２．１２５１（ＴｉＯ_２）とした。また、ＬＥＲの形状モデルは、図１２に示すように、２つの正弦波を互いに逆位相となるように重ね合わせて、周期Ｔが、振幅Ａの４倍（４Ａ）と略同じになるように（Ｔ≒４Ａ）、言い換えると、半周期Ｔ／２が、振幅Ａの２倍（２Ａ）と略同じになるように（(Ｔ／２)≒２Ａ）、パラメータを調製した。そして、上記構造モデルと上記形状モデルとを重ね合わせることにより、光学シミュレーションモデルを構築した。

【0062】

〈光学シミュレーションモデルの実施〉
シミュレーションソフトとして、米国RSoft Design Group社製「DiffractMOD」を使用し、シミュレーション方法として、厳密結合波理論（ＲＣＷＡ）を適用した。また、図１３に示すように、回折光学素子に入射する光γは、基板に対して垂直方向（入射角０°）とし偏光とした。

【0063】

そして、＋１次回折した光の回折効率（入射光量に対する回折光量の割合）を求めて、基準形状のときの光回折効率の値Ｄ０に対する光回折効率の低下割合を求め、光学特性の評価を行った。くわえて、ＬＥＲが０．１ｎｍのときの回折光学素子を得るのに必要な金型（原型）の製造にかかる基準時間（従来）に対する、金型（原型）の製造に要する時間の割合（加工効率）の評価を行った。さらに、光学特性の評価と加工効率の評価とを合わせて総合の評価を行った。

【0064】

〈光学シミュレーションの結果〉
上述した結果を下記の表１及び図１４に示す。なお、表１中、光学特性の評価において、「◎」は、基準形状と同等（低下割合１％以下）で優秀であることを示し、「△」は、基準形状と比べて遜色がなく（低下割合１０％以下）良好であることを示し、「×」は、基準形状よりも大きく劣ってしまい（低下割合１０％超）適用不可であることを示している。

【0065】

また、表１中、加工効率の評価において、「◎」は、基準時間よりも極めて短い時間（１／（１×１０^６）以下）で加工することができ、従来よりも優秀であることを示し、「○」は、基準時間よりも非常に短い時間（１／（１×１０^５）以下）で加工することができ、従来よりも非常に良好であることを示し、「△」は、基準時間よりも短い（１／（１×１０^３）以下）時間で加工することができ、従来よりも良好であることを示している。

【0066】

さらに、表１中、総合の評価において、「◎」は、基準（従来）よりも優秀であることを示し、「○」は、基準（従来）よりも良好であることを示し、「×」は、基準（従来）と同等又はそれ以下になってしまい適用不可であることを示している。

【0067】

【表1】

【0068】

表１からわかるように、ＬＥＲが１４０ｎｍ以上（低下割合１０％超）であると、加工効率は優秀になるものの、光学特性が悪く不可となってしまう。

【0069】

これに対し、ＬＥＲが２ｎｍ以上１２０ｎｍ以下（低下割合０％以上１０％以下）であると、光学特性及び加工効率共に良好以上となり、総合の評価が良好以上となる。特に、ＬＥＲが１０ｎｍ以上７５ｎｍ以下（低下割合０％以上１％以下）であると、光学特性と加工効率とのバランスに優れ、総合の評価が優秀となった。

【0070】

これらのことにより、本発明に係る回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法の効果が確認された。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明に係る回折光学素子及びこれを製造する金型並びに金型の製造方法は、十分な精度を有しながらも効率よく製造できるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１１０ 回折光学素子
１１１ 基板
１１２ 樹脂材料
１１２ａ 基礎部
１１２ｂ 畝部
１１２ｂａ 面
１１２ｃ 溝部
１２０ 金型（原型）
１２１ 金型材料
１２１ａ 基体部
１２１ｂ 凸部
１２１ｂａ 面
１２１ｃ 凹部
１３０ 押型
１３１ 押型材料
１３１ａ 基体部
１３１ｂ 凸部
１３１ｂａ 面
１３１ｃ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】