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JP7729427B2 - Optical elements - Google Patents
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JP7729427B2 - Optical elements - Google Patents

Optical elements

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JP7729427B2 JP2024070036A JP2024070036A JP7729427B2 JP 7729427 B2 JP7729427 B2 JP 7729427B2 JP 2024070036 A JP2024070036 A JP 2024070036A JP 2024070036 A JP2024070036 A JP 2024070036A JP 7729427 B2 JP7729427 B2 JP 7729427B2
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、マークを備えた光学素子に関するものである。 The present invention relates to an optical element equipped with a mark.

近年、センサーシステムの用途が拡大している。センサーには色々な種類があり、検出する情報も様々である。その中の1つの手段として、光源から対象物に対して光を照射し、反射してきた光から情報を得るというものがある。例えば、パターン認証センサー、赤外線レーダ等は、その一例である。 In recent years, the applications of sensor systems have expanded. There are many different types of sensors, and they detect a wide variety of information. One method involves shining light from a light source onto an object and obtaining information from the reflected light. Examples of this include pattern recognition sensors and infrared radar.

これらのセンサーの光源は、用途に応じた波長分布、明るさ、広がり等をもったものが使用される。光の波長は、可視光から赤外線までの範囲がよく用いられる。特に、赤外線は、外光の影響を受けにくく、不可視であり、対象物のやや内部を観察することも可能という特徴があるため、広く用いられている。また、光源の種類としては、LED光源、レーザ光源等が多く用いられる。例えば、遠いところを検知する場合には光の広がりが少ないレーザ光源が好適に用いられ、比較的近いところを検知する場合、ある程度の広がりを持った領域を照射する場合等にはLED光源が好適に用いられる。 The light sources used for these sensors have wavelength distributions, brightness, spread, etc. that are appropriate for the application. Wavelengths of light that are often used range from visible light to infrared. Infrared light, in particular, is widely used because it is less susceptible to external light, is invisible, and allows for observation of the interior of an object. LED light sources, laser light sources, etc. are commonly used as light sources. For example, laser light sources, which have a small spread of light, are ideal for detecting distant objects, while LED light sources are ideal for detecting relatively close objects or illuminating an area with a certain degree of spread.

ところで、対象とする照射領域の大きさ、形状等は、必ずしも光源からの光の広がり(プロファイル)と一致しているとは限らず、拡散板、レンズ、遮蔽板等により光を整形する必要がある。光を整形する手段として、回折光学素子(Diffractive Optical Element :DOE)が挙げられる。これは異なる屈折率を持った材料が周期性を持って配列している場所を光が通過する際の回折現象を応用したものである。回折光学素子は、基本的に単一波長の光に対して設計されるが、理論的には、ほぼ任意の形状に光を整形することが可能である。また、回折光学素子では、照射領域内の光分布の均一性を制御することが可能である。回折光学素子のこのような特性は、不要な領域への照射を抑えることによる高効率化、光源数の削減等による装置の小型化等の点で有利となる。
また、回折光学素子は、レーザの様な平行光源、LEDの様な拡散光源のいずれにも対応可能であり、また、紫外光から可視光、赤外線までの広い範囲の波長に対して適用可能である。
However, the size, shape, etc. of the target irradiation area do not necessarily match the spread (profile) of light from the light source, and it is necessary to shape the light using a diffuser, lens, shielding plate, etc. One example of a means for shaping light is a diffractive optical element (DOE). This utilizes the diffraction phenomenon that occurs when light passes through a location where materials with different refractive indices are periodically arranged. Although diffractive optical elements are basically designed for light of a single wavelength, theoretically, they can shape light into almost any shape. Furthermore, diffractive optical elements can control the uniformity of the light distribution within the irradiation area. These characteristics of diffractive optical elements are advantageous in terms of increasing efficiency by suppressing irradiation of unnecessary areas and miniaturizing devices by reducing the number of light sources, etc.
Furthermore, the diffractive optical element can be used with both parallel light sources such as lasers and diffuse light sources such as LEDs, and can be applied to a wide range of wavelengths from ultraviolet light to visible light and infrared light.

このような回折光学素子は、高精度なセンサーに適用する場合、非常に高い精度が要求されることになる。高い精度を実現するためには、不具合の発生した回折光学素子の製造履歴を追跡できるようにする、トレーサビリティが重要である。また、製造工程中において素子の位置を正確に位置決めする必要もある。さらに、製造工程中で付着する塵埃等の検査も必要である。これら、トレーサビリティの確保、位置決め、検査等のために、素子の外縁部等にマークが設けられる場合がある。また、このようなマークは、回折光学素子に限らず、例えば、マイクロレンズアレイを備えた光学素子等においても、用いられる場合がある。 When such diffractive optical elements are used in high-precision sensors, extremely high precision is required. To achieve this high precision, traceability is important, allowing the manufacturing history of any defective diffractive optical elements to be tracked. It is also necessary to accurately position the element during the manufacturing process. Furthermore, it is also necessary to inspect for dust and other particles that may adhere during the manufacturing process. To ensure traceability, positioning, inspection, etc., marks are sometimes provided on the outer edge of the element. Furthermore, such marks are not limited to diffractive optical elements and may also be used in optical elements equipped with microlens arrays, for example.

従来、このようなマークの視認性の向上を目的として、規則的に配列されたラインアンドスペースパターンと呼ばれるパターンを用いることが知られている(特許文献1)。
しかし、ラインアンドスペースパターンであっても、検査時の照明条件によっては、マークが見にくい場合があった。
又は、ショットピーニングやサンドブラスト等の加工により微細な凹凸をつけ、視認性を向上させる技術も知られている(特許文献2)。
しかし、アライメント加工による精度ズレが問題になること、散乱光に異方性をもたすことが難しいこと、追加工程によるコストアップといった課題があった。
Conventionally, it has been known to use a regularly arranged pattern called a line and space pattern in order to improve the visibility of such marks (Patent Document 1).
However, even with a line and space pattern, the marks can be difficult to see depending on the lighting conditions during inspection.
Alternatively, a technique is known in which minute irregularities are created by processing such as shot peening or sandblasting to improve visibility (Patent Document 2).
However, there were issues such as precision deviations due to alignment processing, the difficulty of making the scattered light anisotropic, and increased costs due to additional processes.

特開2018-189939号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-189939 特開2015-43400号公報JP 2015-43400 A

本発明の課題は、照明条件によらずに、見やすいマークを備えた光学素子を提供することである。 The objective of the present invention is to provide an optical element with a mark that is easy to see regardless of lighting conditions.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above-mentioned problems by the following solutions. For ease of understanding, the following explanation uses reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these.

第1の発明は、凹凸形状により構成されたマーク(20,30,40,50)を備えた光学素子(1)であって、前記凹凸形状は、前記凹凸形状が設けられている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が複数の方向に向いて配置されている光学素子(1)である。 The first invention is an optical element (1) equipped with a mark (20, 30, 40, 50) composed of a concave-convex shape, in which the boundaries between the convex portions and concave portions are arranged in multiple directions when viewed from the normal direction of the surface on which the concave-convex shape is provided.

第2の発明は、第1の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、前記法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含むこと、を特徴とする光学素子(1)である。 The second invention is the optical element (1) described in the first invention, characterized in that the uneven shape includes at least one of a curve and a broken line connecting multiple line segments, at the boundary between the convex portion and the concave portion when viewed from the normal direction.

第3の発明は、第1の発明又は第2の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、回折格子であって、1次回折光が少なくとも4つ以上かつ2軸方向以上のパターンを出射すること、を特徴とする光学素子(1)である。 The third invention is the optical element (1) according to the first or second invention, characterized in that the uneven shape is a diffraction grating, and first-order diffracted light is emitted in a pattern of at least four or more axial directions.

第4の発明は、第3の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、回折格子であって、550nmの波長の光を正面から入れたときの1次回折光のうち少なくとも4つ以上のパターンの回折角が8度以上であること、を特徴とする光学素子(1)である。 The fourth invention is the optical element (1) described in the third invention, characterized in that the uneven shape is a diffraction grating, and when light with a wavelength of 550 nm is incident from the front, the diffraction angle of at least four or more patterns of first-order diffracted light is 8 degrees or more.

第5の発明は、第3の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、回折格子であって、550nmの波長の光を正面から入れたときの1次回折光のうち少なくとも4つ以上のパターンの回折角が10度以上であること、を特徴とする光学素子(1)である。 The fifth invention is the optical element (1) described in the third invention, characterized in that the uneven shape is a diffraction grating, and when light with a wavelength of 550 nm is incident from the front, the diffraction angle of at least four or more patterns of first-order diffracted light is 10 degrees or more.

第6の発明は、第3の発明から第5の発明までのいずれかに記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、前記パターンを出射することができる回折格子の領域である単位領域(1001,1002)を有しており、前記単位領域が前記マーク(20,30,40,50)内に複数配列されていること、を特徴とする光学素子(1)である。 The sixth invention is an optical element (1) according to any one of the third to fifth inventions, characterized in that the uneven shape has unit areas (1001, 1002) that are regions of a diffraction grating that can emit the pattern, and that a plurality of the unit areas are arranged within the mark (20, 30, 40, 50).

第7の発明は、第1の発明から第6の発明までのいずれかに記載の光学素子(1)において、当該光学素子(1)の光学的機能を発揮する光学機能領域(10)を備え、前記マーク(20,30,40,50)は、前記光学機能領域(10)の周囲に配置されていること、を特徴とする光学素子(1)である。 The seventh invention is an optical element (1) according to any one of the first to sixth inventions, characterized in that it comprises an optical function region (10) that exhibits the optical function of the optical element (1), and the marks (20, 30, 40, 50) are arranged around the optical function region (10).

第8の発明は、第7の発明に記載の光学素子(1)において、前記光学機能領域(10)は、回折格子を備えること、を特徴とする光学素子(1)である。 The eighth invention is the optical element (1) described in the seventh invention, characterized in that the optical function region (10) is provided with a diffraction grating.

第9の発明は、第8の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、回折格子であって、前記光学機能領域の回折格子と同一の凹凸高さを持つこと、を特徴とする光学素子(1)である。 The ninth invention is the optical element (1) described in the eighth invention, characterized in that the uneven shape is a diffraction grating and has the same uneven height as the diffraction grating in the optical function region.

第10の発明は、第8の発明又は第9の発明に記載の光学素子(1)において、前記凹凸形状は、回折格子であって、前記光学機能領域(10)の回折格子と同一設計の回折格子により構成されていること、を特徴とする光学素子(1)である。 The tenth invention is the optical element (1) according to the eighth or ninth invention, characterized in that the uneven shape is a diffraction grating, and is configured by a diffraction grating of the same design as the diffraction grating in the optical function region (10).

本発明によれば、照明条件によらずに、見やすいマークを備えた光学素子を提供することができる。 The present invention makes it possible to provide an optical element with a mark that is easy to see regardless of lighting conditions.

本発明による回折光学素子1の実施形態を示す図である。1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a diffractive optical element 1 according to the present invention. 図1中の矢印G-Gの位置で切断した断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG. 1. シート面の法線方向から見た回折格子の凹凸形状が、凸部と凹部との境界が曲線を含む規則的又は不規則なパターンに形成される回折光学素子の例を示す平面図である。10 is a plan view showing an example of a diffractive optical element in which the uneven shape of the diffraction grating, as viewed from the normal direction of the sheet surface, is formed in a regular or irregular pattern in which the boundaries between the convex portions and the concave portions include curved lines. FIG. シート面の法線方向から見た回折格子の凹凸形状が、同一の凹凸形状が並べて配置された単位セルが複数タイリングされた格子状のパターンに形成される回折光学素子の例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an example of a diffractive optical element in which the uneven shape of the diffraction grating, as viewed from the normal direction of the sheet surface, is formed into a grid-like pattern in which multiple unit cells, each having the same uneven shape arranged side by side, are tiled. 図3に示した不規則型の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a partially periodic structure in the example of the irregular diffractive optical element shown in FIG. 3 . 図4に示したGCA型の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a partial periodic structure in the example of the GCA type diffractive optical element shown in FIG. 4 . 図6中の矢印G-G’の位置で回折光学素子を切断した断面図である。7 is a cross-sectional view of the diffractive optical element taken along the line G-G' in FIG. 6. 回折光学素子を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a diffractive optical element. 回折光学素子1が多面付けされた多面付け体500を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a polygonal body 500 on which diffractive optical elements 1 are attached on multiple surfaces. 多面付け体500の一部を拡大した図である。FIG. 10 is an enlarged view of a portion of the multi-faceted body 500. 異物検査を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a foreign substance inspection. 成形型識別符号20が形成された領域を拡大して示した図である。FIG. 2 is an enlarged view of the area where the mold identification code 20 is formed. 欠陥マーク40が形成された領域を拡大して示した図である。FIG. 2 is an enlarged view of a region where a defect mark 40 is formed. 成形型識別符号20等に形成されている凹凸形状を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating the concave and convex shapes formed on the mold identification code 20 and the like. 単位領域に構成することが望ましい回折格子の他の例を示す図である。10A and 10B are diagrams showing other examples of diffraction gratings that are preferably formed in a unit region. 比較例と本実施形態とについて視認性を評価した結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of evaluating visibility for a comparative example and the present embodiment. 本実施形態の欠陥マークを備えた回折光学素子を、従来の欠陥マークを備えた比較例と対比を行った結果を示す図である。10A and 10B are diagrams showing the results of comparing a diffractive optical element having a defect mark according to the present embodiment with a comparative example having a conventional defect mark.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。 The best mode for implementing the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施形態)
図1は、本発明による回折光学素子1の実施形態を示す図である。
図2は、図1中の矢印G-Gの位置で切断した断面図である。
なお、図1及び図2を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
また、本発明において用いる、形状や幾何学的条件、及び、それらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
また、本発明において透明とは、少なくとも利用する波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては、透明として取り扱うものとする。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a diffractive optical element 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG.
Note that the drawings shown below, including FIGS. 1 and 2, are schematic diagrams, and the size and shape of each part are appropriately exaggerated to facilitate understanding.
In the following description, specific numerical values, shapes, materials, etc. are given, but these can be changed as appropriate.
Furthermore, the terms used in the present invention that specify the shape and geometric conditions, as well as the degree thereof, such as "parallel,""orthogonal,""identical," and the values of length and angle, are not limited to their strict meanings, but are interpreted to include the range within which similar functions can be expected.
In the present invention, "transparent" refers to a material that transmits at least light of the wavelength to be used. For example, even if a material does not transmit visible light, if it transmits infrared light, it will be treated as transparent when used in infrared applications.

本実施形態の回折光学素子1は、基材1aと、樹脂層1bとを備えている。
基材1aは、回折光学素子1のベースとなる層であり、透明な各種樹脂フィルム、樹脂シート等を用いることができる。
基材1aとしては、例えば、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン(MBS)樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン(MS)樹脂、アクリル・スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂等の透明樹脂を用いることができる。また、ガラス基材を用いて基材1aを構成してもよい。なお、図示していないが、基材1a上には、塗布された紫外線硬化樹脂等との密着性を高めるための密着層を設けてもよい。
The diffractive optical element 1 of this embodiment includes a substrate 1a and a resin layer 1b.
The substrate 1a is a layer that serves as the base of the diffractive optical element 1, and various transparent resin films, resin sheets, etc. can be used.
The substrate 1a may be made of a transparent resin such as polycarbonate (PC) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, methyl methacrylate butadiene styrene (MBS) resin, methyl methacrylate styrene (MS) resin, acrylic styrene (AS) resin, or acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin. Alternatively, the substrate 1a may be made of a glass substrate. Although not shown, an adhesive layer may be provided on the substrate 1a to enhance adhesion with a coated ultraviolet curable resin or the like.

樹脂層1bは、基材1a上に形成されており、成形型に形成されている形状に対応した賦形形状(10,20,30,40,50等)を備えている。樹脂層1bは、上記賦形形状の各パターンに対応する凹凸パターンが形成された成形型を用いて、例えば、基材1a上に塗布された紫外線硬化樹脂を賦型して凹凸パターンを転写し、紫外線を照射して硬化させることにより形成できる。 Resin layer 1b is formed on substrate 1a and has a shaped shape (10, 20, 30, 40, 50, etc.) that corresponds to the shape formed in the mold. Resin layer 1b can be formed, for example, by using a mold on which concave-convex patterns corresponding to each of the above-mentioned shaped shapes are formed to transfer the concave-convex pattern by molding ultraviolet-curing resin applied to substrate 1a, and then curing it by irradiating it with ultraviolet light.

紫外線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート等を用いることができる。なお、樹脂層1bを形成するための材料は、紫外線硬化樹脂に限定されない。樹脂層1bは、例えば、電子線硬化樹脂で形成してもよい。また、樹脂層1bは、熱硬化型や紫外線硬化型のSOG(Spin on Glass)を用いて構成してもよい。また、上記各パターンは、原版から賦型により転写する例に限らず、上記各パターンの凹凸形状を有する原版から作製された樹脂の中間版を用いて賦型してもよい。 Examples of UV-curable resins that can be used include urethane acrylate, polyester acrylate, epoxy acrylate, polyether acrylate, polythiol, and butadiene acrylate. The material for forming resin layer 1b is not limited to UV-curable resin. Resin layer 1b may also be formed from, for example, electron beam-curable resin. Resin layer 1b may also be constructed using a heat-curable or UV-curable SOG (Spin on Glass). The above patterns are not limited to being transferred from a master by molding; they may also be molded using a resin intermediate made from a master having the concave and convex shapes of the above patterns.

樹脂層1bは、賦形形状として、回折格子10と、成形型識別符号20と、位置識別符号30と、欠陥マーク40と、切断位置マーク50を備えている。 The resin layer 1b has the following shaped features: a diffraction grating 10, a mold identification code 20, a position identification code 30, a defect mark 40, and a cutting position mark 50.

回折格子10は、回折光学素子1の中央に配置されており、多数の微細な凹凸形状により構成されている。この回折格子10は、回折光学素子1の本来の目的とする光学的機能を発揮する光学機能領域であり、後述する欠陥マークに設けられる回折格子とは異なるものである。
図3は、シート面の法線方向から見た回折格子の凹凸形状が、凸部と凹部との境界が曲線を含む規則的又は不規則なパターンに形成される回折光学素子の例を示す平面図である。
本実施形態では、1例として、図3に示すような一見不規則に見える凹凸形状のパターンを有する回折光学素子に適用することができる。以下の説明では、この図3に示すタイプの回折光学素子を、不規則型とも呼ぶこととする。ただし、この不規則なパターンは、回折光学素子の狙いの出射パターンによっては、規則的なパターンとなる場合もあるので、不規則型との呼び方は便宜上の呼び名であって、不規則に限定するものではない。また、図3では、不規則型のパターンは、曲線により構成されているが、回折光学素子の狙いの出射パターンによっては、直線、又は、曲線からなる線分を繋げた折れ線となっているパターンを含む場合もある。したがって、不規則型の回折格子のパターンは、高屈折率部(後述)の凹凸形状が形成された面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との少なくとも一方を含む。また、特定の不規則型のパターンを単位セルとして、この単位セルが多数格子状に配列されていてもよい。
The diffraction grating 10 is arranged in the center of the diffractive optical element 1 and is composed of a large number of minute concave and convex shapes. This diffraction grating 10 is an optical function area that exhibits the optical function originally intended by the diffractive optical element 1, and is different from the diffraction grating provided in the defect mark described below.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a diffractive optical element in which the uneven shape of the diffraction grating, as viewed from the normal direction of the sheet surface, is formed in a regular or irregular pattern in which the boundaries between the convex portions and the concave portions include curved lines.
In this embodiment, as an example, the present invention can be applied to a diffractive optical element having a seemingly irregular pattern of concave-convex shapes, as shown in FIG. 3 . In the following description, this type of diffractive optical element shown in FIG. 3 will also be referred to as an irregular type. However, since this irregular pattern may become a regular pattern depending on the target emission pattern of the diffractive optical element, the term "irregular type" is a convenient name and is not limited to irregular. Furthermore, although the irregular pattern in FIG. 3 is composed of curves, depending on the target emission pattern of the diffractive optical element, it may also include a pattern consisting of straight lines or broken lines connecting curved line segments. Therefore, in an irregular diffraction grating pattern, when viewed from the normal direction of the surface on which the concave-convex shapes of the high refractive index portion (described below) are formed, the boundary between the convex portions and the concave portions includes at least one of a curve and a broken line connecting multiple line segments. Furthermore, a specific irregular type pattern may be used as a unit cell, and a large number of these unit cells may be arranged in a lattice pattern.

図4は、シート面の法線方向から見た回折格子の凹凸形状が、同一の凹凸形状が並べて配置された単位セルが複数タイリングされた格子状のパターンに形成される回折光学素子の例を示す平面図である。
本実施形態では、他の例として、図4に示すように、同一の凹凸形状が並べて配置された単位セルが複数タイリングされた格子状のパターンに形成される回折光学素子に適用することができる。以下の説明では、この図4に示すタイプの回折光学素子を、グレーティングセルアレイ(Grating Cell Array)型、又は、GCA型とも呼ぶこととする。グレーティングセルアレイ型の回折光学素子では、単位セル毎に回折格子により回折される光の向き及び角度が異なっており、多数の単位セルがタイリングされることにより、所望の光学特性を得られる回折光学素子が構成されている。すなわち、グレーティングセルアレイ型の回折光学素子では、高屈折率部は、凹凸形状が形成された面の法線方向から見て、格子状に区画されており、その区画内に特定の方向に延在する同一形状の凸部が前記特定の延在方向と直交する方向に並んで配置されており、区画毎に凸部の幅及び延在方向が異なっている。
Figure 4 is a plan view showing an example of a diffractive optical element in which the uneven shape of the diffraction grating, as viewed from the normal direction of the sheet surface, is formed into a grid-like pattern in which multiple unit cells, each having the same uneven shape arranged side by side, are tiled.
As another example, the present embodiment can be applied to a diffractive optical element formed in a grid-like pattern, as shown in FIG. 4 , in which a plurality of unit cells, each having the same concave-convex shape, are tiled. In the following description, this type of diffractive optical element shown in FIG. 4 will also be referred to as a grating cell array type or GCA type. In a grating cell array type diffractive optical element, the direction and angle of light diffracted by the diffraction grating differs for each unit cell, and a diffractive optical element that can obtain desired optical characteristics is configured by tiling a large number of unit cells. That is, in a grating cell array type diffractive optical element, the high refractive index portion is partitioned into a grid-like pattern when viewed from the normal direction of the surface on which the concave-convex shape is formed. Within each partition, convex portions of the same shape extending in a specific direction are arranged side by side in a direction perpendicular to the specific extension direction, and the width and extension direction of the convex portions differ from partition to partition.

図5は、図3に示した不規則型の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。
図6は、図4に示したGCA型の回折光学素子の例における部分周期構造の一例を示す斜視図である。
図7は、図6中の矢印G-G’の位置で回折光学素子を切断した断面図である。
図8は、回折光学素子を説明する図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a partially periodic structure in the example of the irregular diffractive optical element shown in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a partial periodic structure in the example of the GCA type diffractive optical element shown in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the diffractive optical element taken along the line GG' in FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a diffractive optical element.

本発明において「光を整形する」とは、光の進行方向を制御することにより、対象物又は対象領域に投影された光の形状(照射領域)が任意の形状となるようにすることをいう。例えば、図8の例に示されるように、平面形状のスクリーン200に直接投影した場合に照射領域202が円形となる光201(図8(b))を発光する光源部210を用意する。この光201を、本発明の回折光学素子1を透過させることにより、照射領域204を正方形(図8(a))や、長方形、円形(図示せず)等、目的の形状とすることを、「光を整形する」という。
なお、光源部210と、光源部210が発光する光が通過する位置に少なくとも1つ配置された、本実施形態の回折光学素子1とを組み合わせることにより、光を整形した状態で照射可能な光照射装置とすることができる。
In the present invention, "shaping light" refers to controlling the direction of light travel so that the shape of light (illumination area) projected onto an object or target area has any shape. For example, as shown in the example of FIG. 8 , a light source unit 210 is prepared that emits light 201 ( FIG. 8( b) ) that, when directly projected onto a flat screen 200, results in a circular illumination area 202. By transmitting this light 201 through the diffractive optical element 1 of the present invention, the illumination area 204 can be shaped into a desired shape, such as a square ( FIG. 8( a) ), rectangle, or circle (not shown). This is referred to as "shaping light."
Furthermore, by combining the light source unit 210 with at least one diffractive optical element 1 of this embodiment, which is arranged at a position where the light emitted by the light source unit 210 passes through, it is possible to create a light irradiation device that can irradiate light in a shaped state.

本実施形態の回折光学素子1は、光を整形する回折光学素子(DOE)である。回折光学素子1の回折格子10は、例えば、波長が500nmの光を発光する光源部210からの光に対して十文字形状、具体的には、例えば、±50度に、幅が±3.3度で広がる光の帯が2本公差した形状に光を広げるように設計されている。
本実施形態の回折格子10は、図3に示したA,B,C,Dのそれぞれの位置において深さが異なっている。すなわち、回折格子10は、4段階の高さの異なる多段階形状により構成されている。そして、回折格子10は、通常、異なる周期構造を持つ複数の領域(部分周期構造:例えば、図3のE,F領域)を有している。図5,図6では、部分周期構造の一例を抽出して示している。
The diffractive optical element 1 of this embodiment is a diffractive optical element (DOE) that shapes light. The diffraction grating 10 of the diffractive optical element 1 is designed to spread light from a light source unit 210 that emits light with a wavelength of 500 nm, for example, in a cross shape, specifically, in a shape where two bands of light that spread at an angle of ±50 degrees and a width of ±3.3 degrees intersect with each other.
The diffraction grating 10 of this embodiment has different depths at positions A, B, C, and D shown in FIG. 3 . That is, the diffraction grating 10 is configured with a multi-step shape with four different heights. The diffraction grating 10 typically has multiple regions with different periodic structures (partial periodic structures: for example, regions E and F in FIG. 3 ). FIGS. 5 and 6 show examples of partial periodic structures.

回折格子10は、図7に示すように、断面形状において複数の凸部11aが並んで配置されている高屈折率部11を備えている。GCA型の回折光学素子では、この高屈折率部11は、同じ断面形状を維持したまま、断面の奥行き方向に延在している。一方、不規則型の回折光学素子では、断面位置が変れば断面形状が変化し、様々な断面形状の回折格子が多数配列されている形態となる。 As shown in Figure 7, the diffraction grating 10 has a high refractive index portion 11 in which multiple convex portions 11a are arranged side by side in the cross-sectional shape. In a GCA-type diffractive optical element, this high refractive index portion 11 extends in the depth direction of the cross section while maintaining the same cross-sectional shape. On the other hand, in an irregular-type diffractive optical element, the cross-sectional shape changes as the cross-sectional position changes, resulting in an arrangement of many diffraction gratings with various cross-sectional shapes.

また、凸部11aの間に形成されている凹部12及び凸部11aの頂部付近の空間13を含む図3の上方の部分は、空気が存在しており、高屈折率部11よりも屈折率が低い低屈折率部14となっている。これら高屈折率部11及び低屈折率部14が交互に並んで配置された周期構造により、光を整形する作用を備える回折層15が構成されている。 In addition, the upper part of Figure 3, including the recesses 12 formed between the protrusions 11a and the spaces 13 near the tops of the protrusions 11a, is filled with air and forms low-refractive-index sections 14 with a lower refractive index than the high-refractive-index sections 11. The periodic structure in which these high-refractive-index sections 11 and low-refractive-index sections 14 are alternately arranged forms a diffractive layer 15 with the ability to shape light.

凸部11aは、側面形状の一方側(図7では、左側)に、高さの異なる4つの段部を備えた多段階形状を有している。具体的には、凸部11aは、最も突出したレベル3段部11a-3と、レベル3段部11a-3よりも一段低いレベル2段部11a-2と、レベル2段部11a-2よりもさらに一段低いレベル1段部11a-1と、レベル1段部11a-1よりもさらに一段低いレベル0段部11a-0とを一側面側に有している。また、凸部11aの側面形状の他方側(図7では、右側)は、レベル3段部11a-3からレベル0段部11a-0まで直線上につながる側壁部11bとなっている。
本実施形態の凸部11aは、鋸歯形状を多段階の輪郭形状により模した形状であり、4レベルの形態を説明したので、比較的粗く模した形態となっているが、8レベルや16レベル、さらにそれ以上のレベル数とすれば、より正確に模した形状とすることができる。
The protrusion 11a has a multi-step shape with four steps of different heights on one side of its side shape (the left side in FIG. 7). Specifically, the protrusion 11a has, on one side, the most protruding level 3 step 11a-3, a level 2 step 11a-2 that is one step lower than the level 3 step 11a-3, a level 1 step 11a-1 that is one step lower than the level 2 step 11a-2, and a level 0 step 11a-0 that is one step lower than the level 1 step 11a-1. The other side of the side shape of the protrusion 11a (the right side in FIG. 7) is a side wall portion 11b that connects the level 3 step 11a-3 to the level 0 step 11a-0 in a straight line.
The convex portion 11a in this embodiment has a shape that imitates a sawtooth shape using a multi-step contour shape, and since a four-level shape has been described, the shape is a relatively rough imitation, but if the number of levels is increased to 8 levels, 16 levels, or even more, a more accurate imitation shape can be obtained.

図9は、回折光学素子1が多面付けされた多面付け体500を示す図である。
図10は、多面付け体500の一部を拡大した図である。
本実施形態の回折光学素子1は、例えば、外形形状が3mm×3mm程度の非常に小さな部材であることから、製造工程の途中においては、図9に示すように多数の回折光学素子1を格子状に並べて配置した多面付け体500として作製され、製造工程の高効率化を図っている。この多面付け体500から個片に切断して回折光学素子1が作製される。なお、図9では、理解を容易にするために、隣り合う回折光学素子1の境界に境界線を実線で引いて示したが、この境界線は、切断前は形成されていないので、図10では、2点鎖線で示している。なお、図9では、図示を可能とするため、かつ、理解を容易にするために、10行×10列の合計100個の回折光学素子1を配列した状態で図示した。しかし、実際には、これよりも多くの回折光学素子1が配列される。例えば、数千個~数万個の回折光学素子1を1つの多面付け体500上に配列する場合がある。
以下の説明では、このように多面付け体500から回折光学素子1が切断されて作製されることを前提として説明を行なう。
FIG. 9 is a diagram showing a polygonal body 500 on which the diffractive optical element 1 is attached to multiple surfaces.
FIG. 10 is an enlarged view of a portion of the multi-faceted body 500. As shown in FIG.
The diffractive optical element 1 of this embodiment is a very small component, for example, with an outer shape of approximately 3 mm x 3 mm. Therefore, during the manufacturing process, a polygonal assembly 500 is fabricated, in which a large number of diffractive optical elements 1 are arranged in a grid pattern, as shown in FIG. 9 , thereby improving the efficiency of the manufacturing process. The diffractive optical elements 1 are fabricated by cutting this polygonal assembly 500 into individual pieces. Note that in FIG. 9 , for ease of understanding, the boundaries between adjacent diffractive optical elements 1 are shown with solid lines. However, since these boundaries are not formed before cutting, they are shown with two-dot chain lines in FIG. 10 . Note that in FIG. 9 , for ease of illustration and understanding, a total of 100 diffractive optical elements 1 are illustrated as being arranged in 10 rows and 10 columns. However, in reality, many more diffractive optical elements 1 are arranged. For example, several thousand to several tens of thousands of diffractive optical elements 1 may be arranged on a single polygonal assembly 500.
The following description will be given on the assumption that the diffractive optical element 1 is produced by cutting the polygonal body 500 in this manner.

図1及び図2に戻って、成形型識別符号20は、成形型を識別するマークであって、図1に示す例では、「900A」と記されている。成形型識別符号20は、成形型に固有の符号であり、この成形型識別符号20によって、どの成形型で成形された回折光学素子1であるのかが判別可能である。この成形型識別符号20は、成形型に固有の符号であることから、多面付け体500内にある全ての回折光学素子1において同一の符号となっている(図10参照)。 Returning to Figures 1 and 2, the mold identification code 20 is a mark that identifies the mold, and in the example shown in Figure 1, it is written as "900A." The mold identification code 20 is a code unique to the mold, and it is possible to determine which mold was used to mold the diffractive optical element 1 using this mold identification code 20. Because this mold identification code 20 is a code unique to the mold, it is the same code for all diffractive optical elements 1 within the polygonal body 500 (see Figure 10).

位置識別符号30は、成形型における回折光学素子1の位置を識別するマークである。図9の例では、1つの成形型に100箇所の回折光学素子1を成形する部位が存在するので、この100箇所のうちのいずれの位置で成形された回折光学素子1であるのかを特定可能な符号として位置識別符号30を設けている。図1の例では、「X49、Y53」となっている例を示しており、これは、X方向(図9、10において横方向)の49番目の列であって、Y方向(図9、10において縦方向)の53番目の行の位置であることを示している。なお、この例のように列番号と行番号といった表示に限らず、1から順番の数値等であってもよい。また、成形型識別符号20と位置識別符号30とを組み合わせて1つの符号で両方の機能を備えた構成としてもよい。上記の場合で例示すると、例えば、「900A-X49Y53」としてもよい。 The position identification code 30 is a mark that identifies the position of the diffractive optical element 1 in the molding die. In the example of Figure 9, one molding die has 100 locations where diffractive optical elements 1 are molded, and the position identification code 30 is provided as a code that can identify which of these 100 locations the diffractive optical element 1 was molded at. The example in Figure 1 shows an example of "X49, Y53," which indicates the 49th column in the X direction (the horizontal direction in Figures 9 and 10) and the 53rd row in the Y direction (the vertical direction in Figures 9 and 10). Note that the indication is not limited to column and row numbers as in this example, and numbers starting from 1 may also be used. Furthermore, the molding die identification code 20 and the position identification code 30 may be combined into a single code that has both functions. In the above example, for example, the code may be "900A-X49Y53."

本実施形態では、回折光学素子1を凹凸形状が設けられている面の法線方向から見て左半分の矩形領域に第1符号領域、右半分の矩形領域に第2符号領域が配置され、第1符号領域および第2符号領域は、それぞれ成形型識別符号20及び位置識別符号30のうち1つずつ別の符号を含む構成としている。具体的には、第1符号領域に成形型識別符号20を含む場合は、第2符号領域には位置識別符号30が含まれ、またその逆の組み合わせもあり得る。すなわち、成形型識別符号20と位置識別符号30は、十分な間隔を空けて配置されており、これにより両者を別の符号であるとして認識することができる。
また、成形型識別符号20と位置識別符号30とを区別できるように識別用の特定の符号をそれぞれに設けるようにしてもよい。例えば、成形型識別符号20及び位置識別符号30それぞれの頭文字に固有記号を付与してもよい。具体的には、例えば、成形型識別符号20には「M(Master)」を、位置識別符号30のX座標には「X(X-Coordinate)」、Y座標には「Y(Y-Coordinate)」を付与する。
成形型識別符号20と位置識別符号30とを備えていることにより、いずれの成形型のどの位置で製造されたのかが、個片化された回折光学素子1であっても、容易に特定が可能である。
In this embodiment, when viewing the diffractive optical element 1 from the normal direction of the surface on which the concave-convex shape is formed, the first code region is located in the left half rectangular region, and the second code region is located in the right half rectangular region, and the first code region and the second code region each contain one of the mold identification code 20 and the position identification code 30, which are different codes. Specifically, when the first code region contains the mold identification code 20, the second code region contains the position identification code 30, and the reverse combination is also possible. In other words, the mold identification code 20 and the position identification code 30 are located with a sufficient gap between them, which allows them to be recognized as different codes.
Furthermore, specific identification codes may be provided for the mold identification code 20 and the position identification code 30 so that they can be distinguished from each other. For example, a unique symbol may be added to the initial letter of each of the mold identification code 20 and the position identification code 30. Specifically, for example, "M (Master)" is added to the mold identification code 20, "X (X-Coordinate)" is added to the X coordinate of the position identification code 30, and "Y (Y-Coordinate)" is added to the Y coordinate.
By providing the mold identification code 20 and the position identification code 30, it is possible to easily identify which mold and at which position the diffractive optical element 1 was manufactured, even if it is an individualized diffractive optical element 1.

欠陥マーク40は、所定の寸法に形成されたマークであって、目視検査時に検査員が参照するために設けられている。又は、検査装置による自動検査での判定基準に用いてもよい。例えば、40μmよりも大きな欠陥については不良品とするという検査規格を設定したとしても、検査員の訓練だけによってその大きさを判別可能とすることは難しい。また、検査員毎の判断基準を統一することも難しい。そこで、欠陥のおそれがある部位を欠陥マーク40と比較して観察可能とすることにより、検査合否判定精度及び検査タクト向上を高め、また、検査員スキルの育成を容易にすることが可能である。 The defect mark 40 is a mark formed to a specified dimension and is provided for the inspector to refer to during visual inspection. Alternatively, it may be used as a judgment standard for automatic inspection using inspection equipment. For example, even if an inspection standard is set that defects larger than 40 μm are deemed defective, it is difficult to determine the size through inspector training alone. It is also difficult to standardize judgment criteria for each inspector. Therefore, by making it possible to observe areas that may be defective by comparing them with the defect mark 40, it is possible to improve the accuracy of inspection pass/fail judgments and improve inspection takt time, and also to make it easier to develop inspector skills.

欠陥マーク40を1つ設ける場合には、その寸法は、欠陥と判断する閾値となる寸法としたり、閾値より僅かに小さな寸法としたりすることが望ましい。例えば、上述するように40μmよりも大きな欠陥を不良品とする場合には、欠陥マーク40は、40μm×40μmの正方形としたり、直径40μmの円形としたりするか、又は、30μm×30μmの正方形としたり、直径30μmの円形としたりするとよい。また、正方形や円形に限らず、長方形や楕円形等としてもよい。さらに、発生する欠陥の傾向がわかっているのであれば、その欠陥に近い形状に欠陥マーク40を構成して、検査時に比較を容易にしてもよい。例えば、髪の毛の付着が欠陥として多く発生するような場合には、例えば、10μm×2000μmの長方形に欠陥マーク40を構成してもよい。 When one defect mark 40 is provided, its dimensions should preferably be the threshold for determining a defect, or slightly smaller than the threshold. For example, if defects larger than 40 μm are to be considered defective as described above, the defect mark 40 should be a 40 μm x 40 μm square, a 40 μm diameter circle, a 30 μm x 30 μm square, or a 30 μm diameter circle. Shapes such as rectangles and ellipses are also acceptable, rather than being limited to squares and circles. Furthermore, if the tendency for defects to occur is known, the defect mark 40 may be configured in a shape similar to that defect to facilitate comparison during inspection. For example, if hair adhesion is a common defect, the defect mark 40 may be configured as a 10 μm x 2000 μm rectangle.

また、本実施形態では、寸法が異なる3つの欠陥マーク40a,40b,40cを大きさ順に並べて配置している。本実施形態では、上述したように、40μmよりも大きな欠陥を不良品と想定した場合、これに対応して、欠陥マーク40aは、40μm×40μmの正方形とし、欠陥マーク40bは、30μm×30μmの正方形とし、欠陥マーク40aは、20μm×20μmの正方形としている。このように、一定の割合で徐々に寸法が変化する欠陥マーク40を並べて配置することにより、検査員が対象物(欠陥のおそれのある部位)を観察するときに、その大きさを素早くかつ精度良く把握する効果が期待できる。なお、欠陥マーク40a,40b,40cそれぞれの大きさを示す数字等を各欠陥マークの近くにさらに配置してもよい。 In addition, in this embodiment, three defect marks 40a, 40b, and 40c with different dimensions are arranged in order of size. As described above, in this embodiment, if defects larger than 40 μm are considered to be defective products, defect mark 40a is a 40 μm x 40 μm square, defect mark 40b is a 30 μm x 30 μm square, and defect mark 40c is a 20 μm x 20 μm square. By arranging defect marks 40 whose dimensions gradually change at a constant rate in this manner, it is expected that inspectors will be able to quickly and accurately grasp the size of the object (area that may be defective) when observing it. Note that numbers or other symbols indicating the size of each defect mark 40a, 40b, and 40c may also be arranged near each defect mark.

切断位置マーク50は、多面付け体500を切断して個片の回折光学素子1とするときに切断する位置の目安とするためのマークである。なお、切断位置マーク50は、図1のように切断後に回折光学素子1上に残っていてもよいし、切断時に除去されて回折光学素子1上には残らないように構成してもよい。 The cutting position marks 50 are marks that serve as guides for the cutting positions when cutting the polygonal body 500 into individual diffractive optical elements 1. The cutting position marks 50 may remain on the diffractive optical element 1 after cutting, as shown in Figure 1, or they may be removed during cutting so that they do not remain on the diffractive optical element 1.

図11は、異物検査を説明する図である。
本実施形態の回折光学素子1では、異物検査時に、例えば、図11に示すように、異物Pが観察された場合、欠陥マーク40と異物Pとを顕微鏡の同一視野内で対比観察が可能であり、目視検査を精度よく、かつ、素早く容易に行なうことが可能である。そして、この検査を複数の検査員によって行なう場合に、欠陥マーク40が設けられていることにより検査員による検査精度のばらつきを抑え、安定した高精度の検査を実現可能である。
又は画像解析による自動検査を行う場合、欠陥マーク40を画像解析における校正値とすることができ、多面付け体の検査感度のバラツキを抑えることで高精度の検査を実現可能である。
FIG. 11 is a diagram for explaining foreign matter inspection.
11, when a foreign particle P is observed in the diffractive optical element 1 of this embodiment during foreign particle inspection, the defect mark 40 and the foreign particle P can be observed in the same field of view of the microscope, allowing for accurate, quick, and easy visual inspection. Furthermore, when this inspection is performed by multiple inspectors, the provision of the defect mark 40 reduces variations in inspection accuracy among the inspectors, making it possible to achieve stable, high-precision inspection.
Alternatively, when automatic inspection is performed using image analysis, the defect mark 40 can be used as a calibration value in the image analysis, and high-precision inspection can be achieved by suppressing variations in inspection sensitivity of the polygonal body.

ここで、図11に示すような異物等の検査を行う場合、異物等の欠陥を見やすくするために、顕微鏡観察時の照明の状態を切り替えることが行われる場合が多い。すなわち、複数個の発光部を備えた照明装置の全てを発光させたり、一部のみを発光させたりして、観察が行われる。また、照明装置の角度及び位置を調整する場合もある。従来、光学素子にマークを付与する場合、単にマークの形状で凸形状、又は、凹形状としたり、規則的に配列されたラインアンドスペースパターンと呼ばれるパターンをマークに形成したりしていた。
しかし、照明の状態によっては、従来のマークでは、視認性が悪くなる場合があった。そこで、本実施形態では、成形型識別符号20、位置識別符号30、欠陥マーク40、切断位置マーク50の全てのマークについて、視認性を向上させるための特殊なパターンを構成している。なお、以下の説明では、成形型識別符号20、位置識別符号30、欠陥マーク40、切断位置マーク50の総称として、単にマークとも呼ぶこととする。
When inspecting for foreign particles or the like as shown in Figure 11, the illumination state during microscope observation is often switched to make defects such as foreign particles easier to see. That is, observation is performed by turning on all or only some of the illumination devices equipped with multiple light-emitting elements. The angle and position of the illumination device may also be adjusted. Conventionally, when providing marks on optical elements, the marks have simply been formed in a convex or concave shape, or a regularly arranged pattern known as a line-and-space pattern has been formed on the marks.
However, depending on the lighting conditions, conventional marks may have poor visibility. Therefore, in this embodiment, a special pattern is configured to improve visibility for all of the marks, namely, the mold identification code 20, the position identification code 30, the defect mark 40, and the cutting position mark 50. In the following description, the mold identification code 20, the position identification code 30, the defect mark 40, and the cutting position mark 50 will be collectively referred to simply as "marks."

図12は、成形型識別符号20が形成された領域を拡大して示した図である。
図13は、欠陥マーク40が形成された領域を拡大して示した図である。
本実施形態の成形型識別符号20及び欠陥マーク40には、回折格子を構成する凹凸形状が形成されている。また、図示しないが、位置識別符号30及び切断位置マーク50についても、同様な回折格子を構成する凹凸形状が形成されている。
FIG. 12 is an enlarged view of the area where the mold identification code 20 is formed.
FIG. 13 is an enlarged view of the area where the defect mark 40 is formed.
In this embodiment, the mold identification code 20 and the defect mark 40 have a concave-convex shape that forms a diffraction grating. Although not shown, the position identification code 30 and the cutting position mark 50 also have a concave-convex shape that forms a similar diffraction grating.

図14は、成形型識別符号20等に形成されている凹凸形状を説明する図である。
本実施形態のマークに設けられた凹凸形状は、図14(a)に示す3μm×3μmの大きさの回折格子が配列された領域を1つの単位(以下、単位領域1001とする)としている。そして、この単位領域1001は、マーク内に複数が密接して並べて配列されている。本実施形態で単位領域1001に構成されている回折格子は、2レベルの回折格子であって、その凹凸形状は、回折格子が形成されている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との双方を含んでいる。なお、図14(a)では、黒く示した部位が、凸形状である。
ここで、例えば単位領域が500μm等、単位領域がマークよりも大きいサイズからマークのサイズに切り出した形状でも良く、この形態でも光を広い範囲に出射することができる。ただしこの形態の場合、設計時に意図した照射スポットと同じ位置に大半の光が出射されるものの、その強度バランスは設計時に意図した強度バランスと大きな乖離が起こることがあり、例えば矩形のマークの片側のエッジは視認性が高いが逆側のエッジの視認性が低い等、マークからの出射光に偏ることがある。そのため、単位領域のサイズはマークよりも小さいことが望ましい。
FIG. 14 is a diagram illustrating the concave and convex shapes formed on the mold identification code 20 and the like.
The uneven shape provided in the mark of this embodiment is such that an area in which diffraction gratings of 3 μm × 3 μm size are arranged as one unit (hereinafter referred to as unit area 1001) as shown in FIG. 14( a). A plurality of unit areas 1001 are closely arranged within the mark. The diffraction grating formed in the unit area 1001 in this embodiment is a two-level diffraction grating, and the uneven shape includes both curved lines and broken lines connecting multiple line segments at the boundaries between the convex and concave portions when viewed from the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed. Note that in FIG. 14( a), the black areas represent the convex shapes.
Here, the unit area may be, for example, 500 μm, which is a size larger than the mark and cut to the size of the mark, and this configuration also allows light to be emitted over a wide area. However, in this configuration, although most of the light is emitted at the same position as the irradiation spot intended at the time of design, the intensity balance may deviate significantly from the intensity balance intended at the time of design. For example, one edge of a rectangular mark may be highly visible while the other edge may be poorly visible, and the light emitted from the mark may be biased. Therefore, it is desirable that the size of the unit area be smaller than the mark.

本実施形態の単位領域1001は、対応する波長の光が照射されると、図14(b)に示すような5×5個の照射スポットSPが波数空間上で等間隔に並んだパターンを構成する光を出射する。マークには、この単位領域1001が密接して配列されているので、対応する波長の光がマークに照射されると、図14(b)に示すような5×5個の照射スポットSPが波数空間上で等間隔に並んだパターンを構成する光が出射される。
このような所望の照射パターン(図14(b))に光を回折させる回折格子パターン(図14(a))の設計は、例えば、IFTA(Iterative Fourier Transform Algorithm)を利用することができる。このIFTAは、図形を動かしながらフーリエ変換を繰り返す設計手法であり、一般的に用いられている。このIFTAを用いれば、高速でターゲット(設計狙い)に対して非常に精度の高い回折格子の設計が可能である。
単位領域1001から出射されるパターンについては、図14(b)に示した形態に限らず、他のパターンとしてもよい。ただし、単位領域1001から出射されるパターンは、広い範囲に出射される回折格子とすることが、様々な方向からの視認性を向上させるために望ましい。
When light of the corresponding wavelength is irradiated onto the unit area 1001 of this embodiment, the unit area 1001 emits light that forms a pattern in which 5 × 5 irradiation spots SP are arranged at equal intervals in wave number space as shown in Fig. 14(b). Since the unit areas 1001 are arranged closely together in the mark, when light of the corresponding wavelength is irradiated onto the mark, light that forms a pattern in which 5 × 5 irradiation spots SP are arranged at equal intervals in wave number space as shown in Fig. 14(b) is emitted.
The design of a diffraction grating pattern (FIG. 14(a)) that diffracts light into such a desired irradiation pattern (FIG. 14(b)) can be performed using, for example, IFTA (Iterative Fourier Transform Algorithm). IFTA is a commonly used design method that repeats Fourier transforms while moving a pattern. Using IFTA, it is possible to design a diffraction grating with high accuracy relative to a target (design objective) at high speed.
The pattern emitted from the unit region 1001 is not limited to the form shown in Fig. 14(b) and may be other patterns. However, it is preferable that the pattern emitted from the unit region 1001 be a diffraction grating that emits light over a wide range in order to improve visibility from various directions.

図15は、単位領域に構成することが望ましい回折格子の他の例を示す図である。
図15(a)に示すように、8μm×8μmの大きさの回折格子が配列された領域を単位領域1002としている。この回折格子も、2レベルの回折格子であって、その凹凸形状は、回折格子が形成されている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との双方を含んでいる。そして、この単位領域1002は、対応する波長の光が照射されると、図15(b)に示すような11×11個の照射スポットSPが波数空間上で等間隔に並んだパターンを構成する光を出射する。
FIG. 15 is a diagram showing another example of a diffraction grating that is preferably formed in a unit area.
As shown in Fig. 15(a), an area in which diffraction gratings each measuring 8 μm x 8 μm are arranged is defined as a unit area 1002. This diffraction grating is also a two-level diffraction grating, and its uneven shape includes both curved lines and broken lines connecting multiple line segments at the boundaries between the convex and concave portions when viewed from the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed. When this unit area 1002 is irradiated with light of the corresponding wavelength, it emits light that forms a pattern of 11 x 11 irradiation spots SP arranged at equal intervals in wavenumber space, as shown in Fig. 15(b).

図14(a)及び図15(a)のいずれの回折格子も、その凹凸形状は、前記法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との双方を含んでいる。そして、この凹凸形状は、凹凸形状が設けられている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が複数の方向に向いて配置されている。これにより、様々な方向から照射される光を様々な方向へ出射させることができ、光散乱性の透明異物や不透明な異物やキズ等を見るために照明の方向を変える場合においても、マークが光を曲げる構造にすることで、種々の方向からの光源に対するベース基材とマークの散乱及び透過の挙動に明確に差異をつけることが可能となり、視認性の優れたマークとすることができる。 In both the diffraction gratings of Figures 14(a) and 15(a), the uneven shape includes both curved lines and broken lines connecting multiple line segments at the boundaries between the convex and concave portions when viewed from the normal direction. Furthermore, this uneven shape is arranged so that the boundaries between the convex and concave portions face in multiple directions when viewed from the normal direction of the surface on which the uneven shape is provided. This allows light irradiated from various directions to be emitted in various directions, and even when the direction of illumination is changed to see light-scattering transparent foreign matter, opaque foreign matter, scratches, etc., the mark's light-bending structure makes it possible to clearly differentiate the scattering and transmission behavior of the base substrate and the mark when exposed to light sources from various directions, resulting in a mark with excellent visibility.

ここで、対応する波長の光は、適宜選択して単位領域1001(又は単位領域1002)の回折格子を設計すればよいが、観察時に用いる光の波長に近いことが、視認性を向上させるために望ましい。本実施形態では、可視光で観察するので、550nmの波長の光で上記パターンを出射する回折格子を単位領域1001に構成している。
観察時の照明装置はいわゆる暗視野照明と呼ばれる、斜めから照射する照明装置であることが多い。この照明光をマーカーで曲げて対物レンズに入れることを想定すると、本実施形態で示す照射スポットSPのうちどれかは、8度以上、より好ましくは、10度以上の回折角を持つことが望ましい。
Here, the light of the corresponding wavelength may be appropriately selected to design the diffraction grating of the unit region 1001 (or unit region 1002), but it is desirable that the wavelength be close to that of the light used during observation in order to improve visibility. In this embodiment, since observation is performed with visible light, a diffraction grating that emits the above pattern with light of a wavelength of 550 nm is configured in the unit region 1001.
The illumination device used during observation is often a so-called dark field illumination, which illuminates from an oblique angle. Assuming that this illumination light is bent by a marker and introduced into an objective lens, it is desirable that one of the illumination spots SP shown in this embodiment has a diffraction angle of 8 degrees or more, more preferably 10 degrees or more.

図16は、比較例と本実施形態とについて視認性を評価した結果を示す図である。
暗視野照明を利用する方法では、対物レンズに光が直接入らないように斜め等から光を照射することにより、マークで散乱又は回折された光のみを観察することができるため、明視野照明を利用する方法と比較してマーク視認性が向上する。これは、明視野を採用する比較例1の場合に比べて、比較例2の結果が改善していることからもわかる。
FIG. 16 is a diagram showing the results of evaluating visibility for the comparative example and this embodiment.
In the method using dark-field illumination, light is irradiated from an angle so that the light does not directly enter the objective lens, and therefore only the light scattered or diffracted by the mark can be observed, which improves mark visibility compared to the method using bright-field illumination. This can also be seen from the fact that the results of Comparative Example 2 are improved compared to Comparative Example 1, which uses a bright field.

回折格子は、その設計によって回折角を任意に設定可能である。そこで、形状の簡単なラインアンドスペースパターン(図16中では、L/Sとして示す)を用いて、マーク視認性を確認するためにライン幅の異なるマーク基材を作製し、検査視認性評価を実施した。なお、ラインアンドスペースのパターンも回折格子として光を回折する機能を備えている。ライン幅は、4μmと2μmとの2種類を評価した。
その結果、4μm幅の比較例2に対し、2μm幅の比較例3の方が、マーク視認性が向上することが確認できた。
また、回折角の理論式sinθ=λ/pitchで回折角を算出すると、ライン幅4μmの比較例2の回折角は4度に対し、ライン幅2μmの比較例3は8度となり、回折角が大きい方が、視認性が向上することがわかる。
以上により、1次光の回折角は、8度以上であることが望ましく、より好ましくは、10度以上が望ましい。
The diffraction angle of a diffraction grating can be set arbitrarily depending on its design. Therefore, mark substrates with different line widths were fabricated using a simple line-and-space pattern (shown as L/S in FIG. 16 ) to confirm mark visibility, and inspection visibility evaluation was performed. Note that the line-and-space pattern also has the function of diffracting light as a diffraction grating. Two line widths, 4 μm and 2 μm, were evaluated.
As a result, it was confirmed that the mark visibility was improved in Comparative Example 3 with a width of 2 μm compared to Comparative Example 2 with a width of 4 μm.
Furthermore, when the diffraction angle is calculated using the theoretical formula sinθ=λ/pitch, the diffraction angle of Comparative Example 2 with a line width of 4 μm is 4 degrees, while the diffraction angle of Comparative Example 3 with a line width of 2 μm is 8 degrees, indicating that a larger diffraction angle improves visibility.
For the above reasons, the diffraction angle of the first-order light is preferably 8 degrees or more, and more preferably 10 degrees or more.

しかし、ラインアンドスペースパターンは、暗視野照明の照射方向に対し基材セット位置(マークライン配列方向)を90度回転するとマークの視認性が低下することが確認された(比較例4)。
この課題を改善する為に、1次回折角が直交する2軸上にそれぞれ2つ以上を有するDOEパターンを展開したマーク基材を作製し、検査視認性評価を実施した結果、基材セット位置(マークライン配列方向)を0度から90度回転してもマーク視認性は変化せず、さらに視認性が大幅に向上した(本実施形態)。
以上により、1次回折光が少なくとも4つ以上かつ2軸方向以上のパターンを出射する形態が望ましいといえる。
However, it was confirmed that the visibility of the marks in the line and space pattern decreased when the substrate setting position (mark line arrangement direction) was rotated 90 degrees with respect to the irradiation direction of the dark field illumination (Comparative Example 4).
In order to solve this problem, a mark substrate was fabricated on which a DOE pattern having two or more first-order diffraction angles on each of two orthogonal axes was developed, and an inspection visibility evaluation was carried out. As a result, the mark visibility did not change even when the substrate setting position (mark line arrangement direction) was rotated from 0 degrees to 90 degrees, and furthermore, the visibility was significantly improved (this embodiment).
From the above, it can be said that a configuration in which first-order diffracted light is emitted in a pattern of at least four or more axial directions is desirable.

また、マークに回折格子を構成する方法としては、本実施形態では、回折格子10を作製する工程を利用して回折格子10の作製と同時に作成することができ、簡単に作製が可能である。したがって、本実施形態のマークを備えることによって、回折光学素子1の製造コストが上昇することはない。 Furthermore, in this embodiment, the method of forming the diffraction grating on the mark can be performed by utilizing the process of manufacturing the diffraction grating 10, and the mark can be easily manufactured at the same time. Therefore, the inclusion of the mark of this embodiment does not increase the manufacturing cost of the diffractive optical element 1.

回折格子で構成されたマークの散乱特性及び透過特性を検証する上では、マークよりも小さい、又はマークと同程度のスポットビームを当て、散乱光及び透過光をスクリーンに投影して観察する、又は散乱光及び透過光をCMOSやCCD等のディテクタで直接観察する、という手段が挙げられる。
あるいは、マークの形状を同定し、シミュレーションによって散乱特性及び透過特性を検証することができる。具体的には、顕微鏡又はSEM等で上部からの絵柄を取得し、輪郭を抽出することでシミュレーションの平面図の入力値とすることができ、AFMやSEM等で凹凸高さを取得することができれば、シミュレーションの高さ方向の入力値とすることができる。このシミュレーションはフーリエ変換等によるThin modelとRCWA又はFDTD等によるRigorous modelのどちらでも良い。前記Thin modelを用いる場合、前記凹凸高さは位相差に変換して入力することで高さ方向の入力値とすることができる。前記Rigorous modelを用いる場合、前記凹凸高さをそのままシミュレーション高さの入力値とでき、さらにはAFMやSEMによる凹凸高さは、測定結果の平均値としてよい。
To verify the scattering and transmission characteristics of a mark made up of a diffraction grating, one method is to shine a spot beam that is smaller than the mark or the same size as the mark and project the scattered light and transmitted light onto a screen for observation, or to directly observe the scattered light and transmitted light using a detector such as a CMOS or CCD.
Alternatively, the shape of the mark can be identified, and the scattering and transmission characteristics can be verified by simulation. Specifically, an image of the pattern from above can be obtained using a microscope or SEM, and the contour can be extracted to serve as the input value for the plan view of the simulation. If the unevenness height can be obtained using an AFM or SEM, it can be used as the input value for the height direction of the simulation. This simulation can be either a thin model using a Fourier transform or a rigorous model using RCWA or FDTD. When using the thin model, the unevenness height can be converted into a phase difference and input as the input value for the height direction. When using the rigorous model, the unevenness height can be used as the input value for the simulation height as is, and the unevenness height obtained using an AFM or SEM can be used as the average value of the measurement results.

光源の形態としては、可視光の代表値である550nmの波長を使うことができ、偏角0度と90度といったような直交する直線偏光による特性をそれぞれ算出し、その平均値としてよい。ここで前記位相差を算出する場合、又は前記シミュレーション高さを使う場合、基材及び光学素子部の屈折率が必要となるが、この屈折率は、光学素子の材料の組成から想定される代表値を入力してもよく、例えばホウケイ酸ガラスであれば550nmの波長に対して1.45から1.5の範囲の屈折率となり、一般的な光硬化性樹脂であれば1.45から1.6の範囲の屈折率になることが多い。一方で光学素子の個片サイズが大きい場合などは、エリプソメーター等の測定機で前記屈折率を取得することができ、その値を入力してもよい。 The light source can be a wavelength of 550 nm, which is a representative value for visible light. The characteristics of orthogonal linearly polarized light, such as at angles of 0 and 90 degrees, can be calculated and then averaged. When calculating the phase difference or using the simulated height, the refractive index of the substrate and optical element portion is required. This refractive index can be input as a representative value estimated from the composition of the optical element material. For example, borosilicate glass has a refractive index in the range of 1.45 to 1.5 for a wavelength of 550 nm, while typical photocurable resins often have a refractive index in the range of 1.45 to 1.6. On the other hand, if the individual optical element pieces are large, the refractive index can be obtained using a measuring device such as an ellipsometer, and this value can be input.

図17は、本実施形態の欠陥マークを備えた回折光学素子を、従来の欠陥マークを備えた比較例と対比を行った結果を示す図である。
図17に示した対比において用意したサンプルは、欠陥マークにラインアンドスペースを構成した従来の形態を比較例1から比較例3とし、欠陥マークに回折格子を構成し本実施形態のサンプルを実施例1から実施例3とした。なお、図17では、欠陥マーク40に相当する位置を拡大して示している。また、図17の欠陥マークは、4つ設けた構成となっている。
FIG. 17 is a diagram showing the results of comparing the diffractive optical element having the defect mark of this embodiment with a comparative example having a conventional defect mark.
The samples prepared for comparison shown in Fig. 17 are Comparative Examples 1 to 3, which are conventional configurations in which lines and spaces are configured in the defect mark, and Examples 1 to 3, which are samples of this embodiment in which a diffraction grating is configured in the defect mark. Note that Fig. 17 shows an enlarged view of the position corresponding to defect mark 40. Also, Fig. 17 shows a configuration in which four defect marks are provided.

比較例1から比較例3は、マークの構成は同じラインアンドスペースであるが、照明条件が異なっている。比較例1は、顕微鏡の対物レンズ周囲に配置されたライトを全て点灯した照明状態(以下、明視野)である。比較例2は、対物レンズ周囲に配置されたライトを一部消灯した照明状態(以下、暗視野)である。比較例3は、対物レンズ周囲に配置されたライトの一部を消灯し、微調整した照明状態(以下、特殊暗視野)である。
同様に、実施例1から実施例3は、マークの構成は同じ回折格子であるが、照明条件が異なっている。実施例1は、明視野であり、実施例2は、暗視野であり、実施例3は、特殊暗視野である。
Comparative Examples 1 to 3 have the same line-and-space mark configuration, but different illumination conditions. Comparative Example 1 is an illumination state in which all lights arranged around the objective lens of the microscope are turned on (hereinafter referred to as bright field). Comparative Example 2 is an illumination state in which some of the lights arranged around the objective lens are turned off (hereinafter referred to as dark field). Comparative Example 3 is an illumination state in which some of the lights arranged around the objective lens are turned off and fine-tuned (hereinafter referred to as special dark field).
Similarly, Examples 1 to 3 have the same mark configuration, that is, a diffraction grating, but are lit under different conditions: Example 1 is bright field, Example 2 is dark field, and Example 3 is special dark field.

図17(a)から図17(c)に示すように、比較例1から比較例3では、照明条件の変化によって欠陥マークが見えにくいものがある。これらに対して、図17(d)から図17(f)に示すように、実施例1から実施例3では、照明条件が変わっても欠陥マークの全面及び輪郭がはっきりと視認できる。なお、図17では、白黒写真として示したため、比較例と実施例との差異が分かりにくいかもしれないが、実際の観察視野においては、図17に示した以上に顕著な差異が比較例と実施例との間に表れていた。 As shown in Figures 17(a) to 17(c), in Comparative Examples 1 to 3, some of the defect marks are difficult to see due to changes in lighting conditions. In contrast, as shown in Figures 17(d) to 17(f), in Examples 1 to 3, the entire surface and outline of the defect mark are clearly visible even when the lighting conditions change. Note that Figure 17 shows a black and white photograph, so the differences between the Comparative Examples and Examples may be difficult to see, but in the actual observation field, there were more significant differences between the Comparative Examples and Examples than those shown in Figure 17.

以上説明したように、本実施形態の回折光学素子1は、成形型識別符号20と、位置識別符号30と、欠陥マーク40と、切断位置マーク50との全てのマークに、回折格子を構成した。よって、照明条件に寄らずに、視認性の良好なマークとすることができる。
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
As described above, in the diffractive optical element 1 of this embodiment, diffraction gratings are configured for all of the marks, namely, the mold identification code 20, the position identification code 30, the defect mark 40, and the cutting position mark 50. Therefore, the marks can be made highly visible regardless of the illumination conditions.
(Modified form)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations are possible, and these are also within the scope of the present invention.

(1)実施形態において、マークに構成した回折格子は、その凹凸形状は、回折格子が形成されている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との双方を含んでいる複雑な構成をしている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、マークに構成する回折格子は、図4に示したようなグレーティングセルアレイとしてもよい。ただし、グレーティングセルアレイをマークに構成する場合には、マークの幅の狭い部分であっても複数種類の回折格子が配列されるようにすることが望ましい。 (1) In the embodiment, the diffraction grating formed in the mark has been described as having a complex uneven shape in which the boundaries between the convex and concave portions, when viewed from the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed, include both curved lines and broken lines connecting multiple line segments. This is not a limitation, and the diffraction grating formed in the mark may be, for example, a grating cell array as shown in Figure 4. However, when forming a grating cell array in the mark, it is desirable to arrange multiple types of diffraction gratings even in the narrow part of the mark.

(2)実施形態において、マークに設けられる回折格子は、回折光学素子1の本来の目的とする光学的機能を発揮する光学機能領域である回折格子10とは異なるものである例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、マークに設けられる回折格子は、回折光学素子1の本来の目的とする光学的機能を発揮する光学機能領域である回折格子10と同じ構成の回折格子としてもよい。これにより、製造工程をより簡単にすることができる。さらには、マークに設けられる回折格子と、光学的機能を発揮する光学機能領域である回折格子10とは、凹凸の高さを別々にしても、同一にしても良い。同一の高さにする場合、例えばリソグラフィ工程で型の製造する時等、製造工程を簡単にすることができる。 (2) In the embodiment, an example has been described in which the diffraction grating provided in the mark is different from the diffraction grating 10, which is the optical function region of the diffractive optical element 1 that exhibits the optical function originally intended. This is not limiting, and for example, the diffraction grating provided in the mark may be a diffraction grating with the same configuration as the diffraction grating 10, which is the optical function region of the diffractive optical element 1 that exhibits the optical function originally intended. This can simplify the manufacturing process. Furthermore, the height of the recesses and protrusions of the diffraction grating provided in the mark and the diffraction grating 10, which is the optical function region that exhibits the optical function, may be different or the same. If the heights are the same, the manufacturing process can be simplified, for example, when manufacturing a mold in a lithography process.

ここで述べた前記凹凸の高さとは、AFMやSEM等で観察できる、数十μmの観察エリアを部分的に抜き出し、パターン形状凸部と凹部、または凸部と凸部の平均高低差で定義することが望ましい。具体的には、図7で示すような多段階構造の場合は凸部が複数あるが、11a-3と11a-0の間のみならず、11a-3と11a-2、あるいは11a-3と11a-1といったように、平均高低差を定義する上でどの段階を使ってもよい。なぜなら、多段階構造の型の製造工程において、どの段階を作りこむ場合でも、同時にマークを作りこむことができるからである。
さらには、マークに設けられる回折格子と光学的機能を発揮する光学機能領域である回折格子の上記平均高低差を比較する場合、約30%の差があっても同一の高さとみなすことができる。なぜなら、図14で示すように、回折光学素子のパターン幅はサブミクロンまたはそれ以下のサイズになることが多く、このような微細パターンの加工においては、パターン幅に応じてリソグラフィ工程のエッチング深さが変化するなど、大きな製造エラーが発生することが多いためである。
The height of the irregularities mentioned here is preferably defined as the average height difference between the convex and concave portions of the pattern shape, or between the convex and convex portions, by extracting an observation area of several tens of micrometers that can be observed using an AFM, SEM, or the like. Specifically, in the case of a multi-step structure as shown in Figure 7, there are multiple convex portions, but any step may be used to define the average height difference, such as between 11a-3 and 11a-0, 11a-3 and 11a-2, or 11a-3 and 11a-1. This is because, regardless of which step is being created in the manufacturing process of a mold with a multi-step structure, a mark can be created at the same time.
Furthermore, when comparing the average height difference between the diffraction grating provided in the mark and the diffraction grating that is the optical function region that exhibits the optical function, even if there is a difference of about 30%, they can be considered to be the same height. This is because, as shown in Figure 14, the pattern width of a diffractive optical element is often submicron or smaller, and in processing such fine patterns, large manufacturing errors often occur, such as changes in the etching depth in the lithography process depending on the pattern width.

(3)実施形態において、光学素子の本来の目的とする光学的機能を発揮する光学機能領域が回折格子10である回折光学素子1を例に挙げて説明した。これに限らず、例えば、光学素子の本来の目的とする光学的機能を発揮する光学機能領域は、例えば、マイクロレンズアレイ等としてもよく、回折光学素子に限らず他の構成の光学素子に本発明を適用してもよい。 (3) In the embodiment, the diffractive optical element 1 in which the optical function region that exhibits the optical function originally intended for the optical element is a diffraction grating 10 has been described as an example. However, this is not limiting, and for example, the optical function region that exhibits the optical function originally intended for the optical element may be, for example, a microlens array, and the present invention may be applied to optical elements of other configurations, not just diffractive optical elements.

(4)実施形態において、マークに構成された回折格子は、2レベルの凹凸形状を備えている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、マークに構成する回折格子は、4レベルや8レベル等としてもよく、回折格子の凹凸形状の段数は適宜変更可能である。 (4) In the embodiment, an example has been described in which the diffraction grating formed in the mark has a two-level uneven shape. This is not limiting, and for example, the diffraction grating formed in the mark may have four levels, eight levels, etc., and the number of steps in the uneven shape of the diffraction grating can be changed as appropriate.

(5)実施形態において、回折光学素子1は、成形型識別符号20と、位置識別符号30と、欠陥マーク40と、切断位置マーク50とを備えている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、賦型形状を賦型する多面付け体500を個々に特定することができるユニークな可変の符号(以下、基材IDと呼ぶ)を各回折光学素子1に設けてもよい。基材IDは、例えば、多面付け体500を作製するために用意された基材1a毎にユニークな符号を設けることができる。この符号は、単なる連番であってもよいし、多面付け体500の賦形加工日時に関連する符号であってもよいし、それらに関連付けられたバーコードや2次元コード等の各種コードであってもよい。 (5) In the embodiment, the diffractive optical element 1 has been described as having a mold identification code 20, a position identification code 30, a defect mark 40, and a cutting position mark 50. However, this is not limiting, and for example, each diffractive optical element 1 may be provided with a unique variable code (hereinafter referred to as a substrate ID) that can individually identify the polygonal body 500 on which the shaping shape is to be formed. The substrate ID may be, for example, a unique code for each substrate 1a prepared for producing the polygonal body 500. This code may simply be a sequential number, or may be a code related to the shaping processing date and time of the polygonal body 500, or may be various codes such as a barcode or two-dimensional code associated therewith.

(基材IDを設ける位置)
基材IDは、素子の光学特性に影響を与えないことが必要であり、通常は素子に光が当たる有効エリア外に付与することが好ましいが、使用する光に対して影響を与えない手法をとる場合はその限りではない。例えば、対象波長において実質透明なインキを用いる等する場合には、素子に光が当たる有効エリア内に基材IDを設けてもよい。
また光学素子面(微細凹凸側)にあってもその裏面にあってもよいが、賦型の前に付与する場合は、賦型プロセスへの影響を考慮し賦型面と逆の面に形成するのが好ましい。賦型の後に付与する場合は樹脂面でも裏面でもよく、個片化した後に付与する場合は、素子の側面に付与してもよい。側面に付与する手法は、素子の有効エリアが広く付与する場所が狭すぎる場合等に効果的であり、素子をピックアップした状態で付与する。
(Position where substrate ID is provided)
The substrate ID must not affect the optical properties of the element, and is usually preferably provided outside the effective area where light hits the element, but this does not apply if a method that does not affect the light used is used. For example, if ink that is substantially transparent at the target wavelength is used, the substrate ID may be provided within the effective area where light hits the element.
The coating may be applied to either the optical element surface (the side with the fine irregularities) or the back surface. However, if the coating is applied before molding, it is preferable to form it on the surface opposite to the molding surface, taking into consideration the effect on the molding process. If the coating is applied after molding, it may be applied to either the resin surface or the back surface, and if the coating is applied after singulation, it may be applied to the side surface of the element. The method of applying the coating to the side surface is effective when the effective area of the element is wide and the area to apply it is too narrow, and the coating is applied while the element is picked up.

(基材IDを設けるタイミング)
賦型前の賦型用基材に付与、賦型後に付与、検査後に付与、ダイシング後の各チップに付与、といった工程が考えられる。チップに付与する基材IDは、チップサイズが小さい場合目視困難になるため、基材状態で工程を流す場合の利便性を考えた場合、賦型用基材に視認できる大きさの基材IDを付与するという運用と併用してもよい。
(Timing of providing substrate ID)
Possible processes include attaching the ID to the shaping substrate before shaping, attaching after shaping, attaching after inspection, and attaching to each chip after dicing. Since the substrate ID attached to the chip is difficult to see with the naked eye when the chip size is small, in consideration of convenience when the process is carried out in the substrate state, it may be combined with an operation in which a substrate ID of a visible size is attached to the shaping substrate.

(基材IDを設ける手法)
基材IDを付与する方法としてレーザマーキング、インクジェット、スタンプといった手法が適用可能である。必ずしも目視で識別できなくても、顕微鏡や深さセンシング装置等で、描画パターンをベース部に比べ識別できればよい。
レーザマーキングは各種方式があるが、付与する面の材質や描画サイズに応じて適宜方式を選定する。材料の蒸散を伴う手法は異物発生につながりやすく、樹脂材料に対する場合はエキシマーレーザが好ましい。ガラス基材に刻印する場合は破損しやすくなる懸念があるため、深さはなるべく浅くしたほうが良い(数μm以下)。また発泡や炭化といった樹脂材料を発色させる手法も適用できる。その場合、非描画部とのコントラストをつければよく、あらかじめ形成した背景凹凸パターンに対しレーザ照射で形状を変化させ、形状変化でコントラストをつけるといった手法でもよい。凹凸パターンは特に限定しないが、欠陥マークと同じ形状にすると後々視認しやすい。
また、基材IDを付与する方法としてインクジェットやスタンプ等でインキを付着する方式も用いることができる。スタンプを用いる場合は、基材毎に番号を変えられるようなものを用いる。使用するインキは産業用に通常使用されるものから、印字する面の材質、濡れ性等から適宜選択すればよいが、環境試験で消失しないものを選定する。また、使用する際の対象波長で実質透明である場合は、印字する場所の制限が緩和される。例えば赤外線用の光学素子の場合、赤外線を透過するインキを用いれば有効エリア内に印字することも可能である。その場合、基材IDの表示サイズを比較的大きくすることができ、検知が容易になる。また、レーザやインクジェット、スタンプといった手法は素子の有効エリアを避ける必要があるため、正確な描画位置制御が必要となるが、実質透明なインキを用いる場合は位置合わせの精度は緩和され、プロセスの尤度が広がる。
(Method of providing substrate ID)
Methods such as laser marking, inkjet printing, stamping, etc. can be used to assign a substrate ID. It does not necessarily have to be visually identifiable, as long as the drawn pattern can be identified by comparing it with the base part using a microscope or depth sensing device.
There are various methods for laser marking, but the appropriate method should be selected depending on the material of the surface to be marked and the size of the marking. Methods that involve evaporation of the material are likely to result in the generation of foreign matter, so excimer lasers are preferred for resin materials. When marking on glass substrates, there is a concern that the marking may be easily damaged, so it is best to keep the depth as shallow as possible (a few μm or less). Methods that cause the resin material to develop color, such as foaming or carbonization, can also be applied. In this case, it is sufficient to create contrast with the non-marked areas, and a method can be used in which a pre-formed background uneven pattern is irradiated with a laser to change the shape, and the change in shape creates contrast. There are no particular restrictions on the uneven pattern, but making it the same shape as the defect mark will make it easier to see later.
Ink application methods such as inkjet printing or stamping can also be used to assign substrate IDs. When using stamps, a stamp should be used that allows for different numbers to be used for each substrate. The ink to be used can be selected from inks commonly used in industrial applications, taking into account the material and wettability of the surface to be printed, but it is also important to select ink that will not fade during environmental testing. Furthermore, if the ink is substantially transparent at the target wavelength, restrictions on the printing location are relaxed. For example, in the case of infrared optical elements, ink that transmits infrared light can be used to print within the effective area. In this case, the substrate ID display size can be relatively large, making it easier to detect. Furthermore, while laser, inkjet, and stamping methods require precise control of the printing position because they must avoid the effective area of the element, using substantially transparent ink relaxes the alignment precision requirements and increases the process flexibility.

上記基材IDを個々の回折光学素子に設けることにより、個片化された回折光学素子自体から、賦型された基材自体のロットを識別することができる。基材IDに紐づけされる情報は、「使用された基材のロット」「使用された材料のロット」「賦型された日付」等、トレーサビリティを担保するのに必要な情報である。基材IDが成形型識別符号及び位置識別符号と合わせて個々の回折光学素子に設けられていることにより、アセンブリされた商品に搭載された回折光学素子自体から、DOEのロット、原版までをトレースすることが可能である。 By providing the above-mentioned substrate ID on each individual diffractive optical element, the lot of the molded substrate itself can be identified from the individualized diffractive optical element itself. The information linked to the substrate ID is information necessary to ensure traceability, such as the "lot of substrate used," "lot of material used," and "date molded." By providing the substrate ID, along with the mold identification code and position identification code, on each diffractive optical element, it is possible to trace from the diffractive optical element itself mounted on the assembled product to the DOE lot and master.

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。 Note that the embodiments and variations can be used in combination as appropriate, but detailed explanations will be omitted. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above.

1 回折光学素子
1a 基材
1b 樹脂層
10 回折格子
11 高屈折率部
11a 凸部
11b 側壁部
12 凹部
13 空間
14 低屈折率部
15 回折層
20 成形型識別符号
30 位置識別符号
40,40a,40b,40c 欠陥マーク
50 切断位置マーク
200 スクリーン
201 光
202 照射領域
204 照射領域
210 光源部
500 多面付け体
1001,1002 単位領域
REFERENCE SIGNS LIST 1 Diffractive optical element 1a Base material 1b Resin layer 10 Diffraction grating 11 High refractive index portion 11a Convex portion 11b Side wall portion 12 Concave portion 13 Space 14 Low refractive index portion 15 Diffraction layer 20 Mold identification code 30 Position identification code 40, 40a, 40b, 40c Defect mark 50 Cutting position mark 200 Screen 201 Light 202 Irradiation area 204 Irradiation area 210 Light source unit 500 Polyhedron body 1001, 1002 Unit area

Claims (7)

凹凸形状により構成された複数のマークを備えた光学素子であって、
複数の前記マークは、それぞれの寸法が異なり、かつ、それぞれが同じ形状であり、
前記マークは、回折格子が配列された領域である単位領域を有し、
前記単位領域は、前記回折格子が形成されている面の法線方向から見て凸部と凹部との境界が曲線と複数の線分を繋げた折れ線との双方を含んでいる、光学素子。
An optical element having a plurality of marks formed by concave and convex shapes,
the plurality of marks have different dimensions and the same shape;
the mark has a unit area in which a diffraction grating is arranged,
An optical element in which the boundary between a convex portion and a concave portion of the unit area includes both a curved line and a broken line connecting a plurality of line segments when viewed from the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed .
請求項1に記載の光学素子において、2. The optical element according to claim 1,
前記単位領域は、前記マーク内に複数が密接して並べて配列されていること、a plurality of the unit areas are arranged closely together within the mark;
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
請求項1又は請求項2に記載の光学素子において、3. The optical element according to claim 1,
複数の前記マークは、一定の割合で徐々に寸法が変化するように並べて配置されていること、the plurality of marks are arranged so that their dimensions gradually change at a constant rate;
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の光学素子において、4. The optical element according to claim 1,
前記単位領域のサイズは、前記マークよりも小さいこと、The size of the unit area is smaller than that of the mark;
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
請求項2に記載の光学素子において、3. The optical element according to claim 2,
前記単位領域の凸部は、密接して並べて配列された前記単位領域の凸部と、繋がっていること、the convex portions of the unit areas are connected to the convex portions of the unit areas that are closely arranged side by side;
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
請求項1から請求項5までのいずれかに記載の光学素子において、6. The optical element according to claim 1,
550nmの波長の光を正面から入れたとき、前記マークの前記凹凸形状が設けられている面の法線方向から見て、回折光が波数空間上において5×5個以上の照射スポットが等間隔に並んだパターンを出射すること、When light having a wavelength of 550 nm is incident from the front, diffracted light emits a pattern in wave number space in which 5 × 5 or more irradiation spots are arranged at equal intervals when viewed from the normal direction of the surface of the mark on which the concave-convex shape is provided.
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
請求項1から請求項5までのいずれかに記載の光学素子において、6. The optical element according to claim 1,
550nmの波長の光を正面から入れたとき、前記マークの前記凹凸形状が設けられている面の法線方向から見て、回折光が波数空間上において11×11個以上の照射スポットが等間隔に並んだパターンを出射すること、When light having a wavelength of 550 nm is incident from the front, diffracted light emits a pattern in wave number space in which 11 × 11 or more irradiation spots are arranged at equal intervals when viewed from the normal direction of the surface of the mark on which the concave-convex shape is provided.
を特徴とする光学素子。An optical element characterized by:
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