(57)【要約】【課題】量産性、分波特性、実装性に優れた回折格子の作製方法及び回折格子を提供する。【解決手段】光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線からなる回折格子を製造すべく、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型１３に樹脂を溶融成形させて回折格子を製作するに際して、電鋳金型１３のブレーズ形状を成形樹脂の成形収縮を見込み、電鋳金型１３のブレーズ形状は、そのブレーズ角θ２が、成形する樹脂成形品１６のブレーズ角θ１に対してやや大きく、ブレーズ頂角θ４が、成形する樹脂成形品１６のブレーズ頂角θ３よりやや小さくなるように設定したものである。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線からなる回折格子を作製すべく、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて回折格子を製作するに際して、電鋳金型のブレーズ形状を成形樹脂の成形収縮を見込んで形成することを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項２】
電鋳金型のブレーズ形状は、そのブレーズ角θ２が、成形する回折格子のブレーズ角θ１に対してやや大きく、ブレーズ頂角θ４が、成形する回折格子のブレーズ頂角θ３よりやや小さくなるように設定される請求項１記載の回折格子の作製方法。
【請求項３】
電鋳金型は、切削或いはレジスト等によりブレーズ形状が形成された原版に電気メッキして形成され、その原版のブレーズ形状は、ブレーズ角が成形する回折格子のブレーズ角θ１に対してやや大きく、ブレーズ頂角が、成形する回折格子のブレーズ頂角θ３よりやや小さくなるように形成される請求項１又は２記載の回折格子の作製方法。
【請求項４】
電鋳金型の寸法Ａと樹脂成形品の寸法Ｂの比率からなる収縮率（（Ａ−Ｂ）／Ａ×ｌ００）が１％以下で作製する請求項１〜３いずれかに記載の回折格子の作製方法。
【請求項５】
回折格子の樹脂材料の線膨張係数（１／℃）が、１×１０−４以下である樹脂材料で成形する請求項１〜４いずれかに記載の回折格子の作製方法。
【請求項６】
回折格子の樹脂材料がポリカーボネート、もしくは、ポリシクロオレフィンである請求項１〜５いずれかに記載の回折格子の作製方法。
【請求項７】
光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線を有する回折格子において、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて樹脂成形品を成形すると共に、その電鋳金型に切断用の位置決めマークを予め形成し、その位置決めマークを基に樹脂成形品を切断して作製したことを特徴とする回折格子。
【請求項８】
切断面が位置決めのための平面である請求項７記載の回折格子。
【請求項９】
光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線を有する回折格子において、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて樹脂成形品を成形すると共に、その樹脂成形品の表面に刻線の無い鏡面の部分が形成されていることを特徴とする回折格子。
【請求項１０】
鏡面が位置決めのための平面である請求項９記載の回折格子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分波機能を有する通信用の回折格子に係り、特にその回折格子の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信において、波長多重伝送が用いられており、多重化された光を分波するため、回折格子が用いられている。
【０００３】
回折格子は微細な凹凸を有する部品であり、通常、原版といわれる部品を切削や、フォトレジストなどで作製し、この凹凸を転写し、作製される。
【０００４】
最も優れた転写の方法として、電鋳法でメッキにより転写金型を作製した後、この金型を樹脂で転写し部品とする方法が提案されている（特許文献１〜６）。
近年光伝送システム機器においては、各使用部品で低コスト化が重要な課題であり、この分波器を低コストに量産することが必要となっている。この回折格子は、微細な刻線や凹凸形状を有し、この形状を低コストに作製する技術が必要であり、特許文献１〜６に開示された方法などで原版を作製した後に、メッキにより原版を転写し金型を作製し、この金型を用いて樹脂に形状を転写する方法が検討されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−１１３１９３号公報
【特許文献２】
特開平０６−２０１９０８号公報
【特許文献３】
特開平５−００４２３２号公報
【特許文献４】
特開平５−１９５２７８号公報
【特許文献５】
特開平２−１７０９９４号公報
【特許文献６】
特公平５−０５７６５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回折格子として、刃状の形状を有するブレーズ型回折格子は、設計、製造が難しいという欠点があるものの回折効率が高く特性の良いものが実現できる。
【０００７】
しかしながら、前記従来技術を用いた方法では、ブレーズの傾き角と、ブレーズの頂角を金型から正確に再現することが難しいという問題点を有していた。
【０００８】
また、前記従来技術は、回折格子の量産性に優れているものの、実際の分波器の部品として用いる時は、レンズや受光器などの他部品と位置精度を高く実装することが難しく、位置の微調整が必要であるという問題点を有している。
【０００９】
また、電鋳法で作製した金型を用いて回折格子を作製する場合に、樹脂の成形条件で回折格子に歪みなどの不良が発生することがあり、この不良を簡単に見つけ成形条件にフィードバックさせることが必要である。前記従来技術では実装性と成形条件の良否確認性について問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、量産性、分波特性、実装性に優れた回折格子の作製方法及び回折格子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線からなる回折格子を製造すべく、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて回折格子を製作するに際して、電鋳金型のブレーズ形状を成形樹脂の成形収縮を見込んで形成するようにした回折格子の作製方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、電鋳金型のブレーズ形状は、そのブレーズ角θ２が、成形する回折格子のブレーズ角θ１に対してやや大きく、ブレーズ頂角θ４が、成形する回折格子のブレーズ頂角θ３よりやや小さくなるように設定される請求項１記載の回折格子の作製方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、電鋳金型は、切削或いはレジスト等によりブレーズ形状が形成された原版に電気メッキして形成され、その原版のブレーズ形状は、ブレーズ角が成形する回折格子のブレーズ角θ１に対してやや大きく、ブレーズ頂角が、成形する回折格子のブレーズ頂角θ３よりやや小さくなるように形成される請求項１又は２記載の回折格子の作製方法である。
【００１４】
請求項４の発明は、電鋳金型の寸法Ａと樹脂成形品の寸法Ｂの比率からなる収縮率（（Ａ−Ｂ）／Ａ×ｌ００）が１％以下で作製する請求項１〜３いずれかに記載の回折格子の作製方法である。
【００１５】
請求項５の発明は、回折格子の樹脂材料の線膨張係数（１／℃）が、１×１０−４以下である樹脂材料で成形する請求項１〜４いずれかに記載の回折格子の作製方法である。
【００１６】
請求項６の発明は、回折格子の樹脂材料がポリカーボネート、もしくは、ポリシクロオレフィンである請求項１〜５いずれかに記載の回折格子の作製方法である。
【００１７】
請求項７の発明は、光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線を有する回折格子において、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて樹脂成形品を成形すると共に、その電鋳金型に切断用の位置決めマークを予め形成し、その位置決めマークを基に樹脂成形品を切断して作製した回折格子である。
【００１８】
請求項８の発明は、切断面が位置決めのための平面である請求項７記載の回折格子である。
【００１９】
請求項９の発明は、光を分波するために用いられる微細なブレーズ形状の多数の刻線を有する回折格子において、微細なブレーズ形状を有する電鋳金型に樹脂を溶融成形させて樹脂成形品を成形すると共に、その樹脂成形品の表面に刻線の無い鏡面の部分が形成されている回折格子である。
【００２０】
請求項１０の発明は、鏡面が位置決めのための平面である請求項９記載の回折格子である。
【００２１】
このように、本発明では、成形収縮を見込んで電鋳金型を作製して樹脂成形することで、適正なブレーズ形状をもった回折格子を得ることが可能となる。
【００２２】
また、樹脂材料は、収縮率が１％以下のものを用いることで、寸法精度のよい回折格子を得ることができる。
【００２３】
この場合、収縮率が１％以上になると電鋳金型との転写性が低下しかつ、回折格子表面にうねりなどの欠陥が発生する問題が生じる。
【００２４】
また回折格子には、切断のために１箇所以上に切断のための目印が刻まれている金型を用いて、表面に切断用の位置決めマークが形成されていることが望ましい。また回折格子の刻線部分の付近の一部に刻線の無い鏡面の部分を形成しておけば、この鏡面を検査することで成形条件の良否を簡単に検査することができる。
【００２５】
鏡面を検査する理由は、刻線の検査は形状が複雑であるため、検査に時間を要し、検査コストが増大するため望ましくないためである。
【００２６】
鏡面の検査は容易であり刻線と同じ部品内にある鏡面を観察して刻線の転写の良否を低コストで判断することが可能である。
【００２７】
すなわち、鏡面部分の表面状態と刻線とは１００％相関しており、表面状態がよければ、刻線も良好な関係にある。
【００２８】
この表面状態は、鏡面の特性（表面粗さ、そり、うねり等）を測定し回折格子のブレーズ形状の状態を推定できる。すなわち、鏡面部分の表面に粗さがある場合には、これに隣接する刻線部分にも粗さが発生していると推定でき、逆に鏡面部分が良好に粗さがなく転写（形成）されていれば、刻線部分も良好に転写（形成）されていると推定できる。
【００２９】
さらに、回折格子の刻線部側の表面の一部と側面部分の一面が位置決めのための平面を設けておけば、この二面を他の二面と突き当てることで簡単に精度の高い実装が可能となる。
【００３０】
本発明の回折格子の樹脂材料の線膨張係数（１／℃）は、ＡＳＴＭ  Ｄ６９６測定で１×１０−４以下であることが望ましい。
【００３１】
なお、線膨張係数が１×１０−４以上の場合は回折格子が温度変化により、刻線ピッチなどが寸法変化し、分光位置が変化するなどの問題が生じてしまい、特別な温調が必要になり、望ましく無い。
【００３２】
また、本発明の回折格子は樹脂として成形性、転写性が高い、ポリカーボネート、もくは、ポリシクロオレフィンであることが望ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３４】
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の回折格子を作製するプロセスを示す模式図である。
【００３５】
先ず図１（ａ）に示すように、切削加工などにより、分波を行うべくブレーズ形状の刻線１１を形成すると共に刻線１１と並んで鏡面１２を形成した原版１０を作製する。
【００３６】
この原版１０を基にして、図１（ｂ）に示すように原版１０上に金属スパッタリングなどの導電処理を行い、さらに電気メッキ（電鋳）で転写して電鋳金型１３を形成し、これを原版１０から取り外して図１（ｃ）に示すように電鋳金型１３を得る。
【００３７】
この電鋳金型１３には、刻線１１の形状に倣ったブレーズ部１４と、鏡面１２に倣った鏡面部１５とが形成され、さらに図には示していないが後述する成形品に切断用の位置決めマークが付与されている。この位置決めマークは電鋳金型１３の成形後に形成しても原版１０に予め形成しておき、転写により形成されるようにしてもよい。
【００３８】
次に、図１（ｄ）に示すように、電鋳金型１３を用いて、ポリカーボネート樹脂などの樹脂を溶融成形し、これを脱型して図１（ｅ）に示すように樹脂成形品１６を形成する。
【００３９】
樹脂成形品１６には、原版１０の刻線１１と同じブレーズ形状の刻線１７と、原版１０の鏡面１２と同じ鏡面１８が形成される。
【００４０】
この樹脂成形品１６の刻線１７と鏡面１８の表面に必要に応じてアルミニウム、金などの反射膜（図示せず）を作製する。
【００４１】
図２は樹脂成形品１６の斜視図を示したもので、刻線１７と鏡面１８の表面には、上述したように位置決めマーク１９が付与されており、この位置決めマーク１９を利用して切断して図３に示した回折格子２０を得る。
【００４２】
この回折格子２０の切断面２１、２２は平面に研磨され、鏡面１８と、鏡面１８側の切断面２１との二面が分波器本体（図示せず）に取り付ける位置決め面となり、この面１８，２１を利用して分波器本体の取付面に突き当てて固定することで他の部品との実装が実現できる。
【００４３】
この場合、鏡面１８は、その平坦性を検査することで回折格子の作製の良否を推定することができる。
【００４４】
すなわち、鏡面１８の部分の表面粗さを接触式或いは光学式表面粗さ計で測定し、表面粗さ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１の表面粗さＲａ）が、分波器での使用波長の１／１０以下のものを「良」とし、それ以上のものは「不良」とする。
【００４５】
この表面粗さＲａを測定することで、刻線１７のブレーズ形状も鏡面１８と１００％相関があるため、刻線１７の良否が判定できる。
【００４６】
また、表面粗さを測定する別の方法としては、反射率を測定（入力光パワーと出力光パワーの比）するようにしてもよい。すなわち、鏡面研磨した石英板（表面粗さ１０ｎｍ以下）に金を蒸着した試料の蒸着面の反射率を「１００」としたとき、当該品の鏡面１８の反射率が「９５」以上の場合に「良」とする。この場合、測定光の波長は、分波器で使用される波長とする。
【００４７】
図４は、電鋳金型１３（図４（ａ））と樹脂成形品１６（図４（ｂ））のブレーズ形状を示したものである。
【００４８】
電鋳金型１３に溶融成形により樹脂成形品１６を形成した場合、電鋳金型１３の寸法Ａと樹脂成形品１６の寸法Ｂの比率からなる収縮率（（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００）は、樹脂材料と成形条件により変化するが、収縮率を、１％以下、好ましくは０．５％以下の収縮率とし、その上で、この成形収縮を予め見込んで、樹脂成形品１６（回折格子２０）のブレース形状の傾きであるブレーズ角θ１と、ブレーズ形状の頂角であるブレーズ頂角θ３が、設計値となるように、電鋳金型１３のブレーズ角θ２とブレーズ頂角θ４とを設計しておく。
【００４９】
すなわち、樹脂成形品１６の刻線１７は収縮するため、電鋳金型１３のブレーズ角θ２に対して、樹脂成形品１６のブレーズ角θ１は、小さくなり、また逆に電鋳金型１３のブレーズ頂角θ４に対して樹脂成形品１６のブレーズ頂角θ３は大きくなる。そこで、樹脂成形品１６のブレーズ角θ１の設計値をθ１＝３５°としたとき、電鋳金型１３のブレーズ角θ２を２°程度大きいθ２＝３７°とし、また樹脂成形品１６のブレーズ頂角θ３の設計値をθ３＝９２°としたとき、電鋳金型１３のブレーズ頂角θ４を３°程度小さいθ４＝８９°となるように電鋳金型１３を作製する。
【００５０】
このためには、図１（ａ）で説明した原版１０のブレーズ角を３７°、ブレーズ頂角を９３°とした刻線１１を形成し、さらに、刻線１１間の間隔も成形収縮を見込んで設定しておく。
【００５１】
このように原版１０を形成して、電鋳金型１３を形成することで、樹脂成形品１６（回折格子２０）は、収縮成形後でも、回折格子２０は設計のブレーズ角θ１とブレーズ頂角θ３にすることが可能となる。
【００５２】
【実施例】
次に本発明より具体的な実施例を比較例と共に説明する。
【００５３】
実施例１
図１（ａ）に示した原版１０を切削加工などにより作製した、刻線１１のブレーズ角は、３７°、ブレーズ頂角は９３°とした。
【００５４】
この原版１０を基にして、その上に金属スパッタリングなどの導電処理を行いさらに電気メッキで電鋳金型１３を得た。
【００５５】
この電鋳金型１３を用いて、線膨張係数（１／℃）７×ｌ０−５の三菱ガス化学社製ポリカーボネート樹脂ユーピロンＨ４０００を溶融成形して図１（ｄ）に示した樹脂成形品１６を製造した。
【００５６】
この樹脂成形品１６には、刻線１７と鏡面１８とが形成されており、成形品１６のブレーズ角θ１の平均は３５°で、電鋳金型１３のブレーズ角平均θ２＝３７°よりも平均２°小さく、かつ、成形品１６のブレーズ頂角平均θ３＝９２°は金型のブレーズ頂角平均θ４＝８９°よりも３°大きく成形されており、この違いを事前に分波特性に考慮し、形状を設計した。
【００５７】
さらに、金型と成形品の刻線間隔を測定したところ、０．５％の成形収縮が測定された。
【００５８】
この成形品１６の刻線１７と鏡面１８の表面に必要に応じてアルミニウム、金などの反射膜を作製する。
【００５９】
また、樹脂成形品１６には、図２に示す位置決めマーク１９が刻まれて、このマーク１９を利用して、切断されて回折格子２０とされる。
【００６０】
この回析格子２０の切断面２１は平面に研磨されており、また鏡面１８は平面であり、この２面を利用して、その２面を分波器本体に突き当て固定することで簡単に他部品との実装が実現できる。
【００６１】
さらに鏡面１８の平坦性の検査をすることで、簡単に回折格子２０の作製の良否を推定することができる。
【００６２】
本実施例１の回折格子を用いて、０〜７０℃の使用範囲で、１．２８μｍ、１．３０μｍ、１．３２μｍ、１．３４μｍの４波長の光を持つ光ファイバからの光をレンズを介して分波したところ、低損失で４波を等間隔でバラツキ少なく分光できることを確認した。
【００６３】
実施例２
樹脂として、ポリカーボネートに代えて、線膨張係数（１／℃）６×１０−５のポリシクロオレフィン、日本ゼオン社製ゼオネックク２８０Ｒを用いて、回折格子を成形したそれ以外は実施例１と同じ方法で実施した。
【００６４】
樹脂成形品のブレーズ角は金型のブレーズ角よりも平均２°小さく、かつ、成形品のブレーズ頂角は電鋳金型のブレーズ頂角よりも３°大きく成形されており、この違いを事前に分波特性に考慮し、形状を設計した。
【００６５】
さらに、電鋳金型と樹脂成形品の刻線間隔を測定したところ、０．３％の成形収縮が測定された。
【００６６】
本実施例２の回折格子を用いて、０〜７０℃の使用範囲で、１．２８μｍ、１．３０μｍ、１．３μｍ、１．３４μｍの４波長の光を持つ光ファイバからの光を分波し、別の光ファイバで受光したところ、低損失で４波を等間隔でバラツキ少なく分光できることを確認した。
【００６７】
比較例１
電鋳金型のブレーズ形状を成形する樹脂成形品のブレーズ形状と同じに形成し、その他は実施例１と同様の方法を用いた。また、射出圧力を低くして、かつ、金型冷却時間を短くして、回折格子を得た。さらに、電鋳金型と樹脂成形品の刻線間隔を測定したところ、０．３％の成形収縮が測定された。
【００６８】
ここで、樹脂成形品のブレーズ角θ１の平均は２９°で、電鋳金型のブレーズθ２＝３５°より小さく、またブレーズ頂角平均θ３は、９５°で、電鋳金型のブレーズ頂角平均θ４＝８９°よりも６°大きく成形されていた。
【００６９】
本品は成形歪のため、分光スポットが拡がってしまい。光ファイバとの取り込み損失が欠きいという問題点があった。
【００７０】
比較例２
実施例１と同様の方法を用いて、樹脂として線膨脹係数（１／℃）８×ｌ０−５の旭化成ポリスチレンＡＤＩＯＮ−Ｈ  Ｈ１００を用いて、回折格子を得た。さらに、電鋳金型と樹脂成形品の刻線間隔を測定したところ、１．２％の成形収縮が測定された。
【００７１】
ここで、樹脂成形品のブレーズ角θ１の平均は２９°で金型のブレーズ角平均θ２＝３５°よりも平均６°小さく、かつ樹脂成形品のブレーズ頂角平均θ３＝９６°は金型のブレーズ頂角平均θ４＝８９°よりも７°大きく成形されていた。
【００７２】
本品は成形歪のため、分光スポットが拡がってしまい。光ファイバとの取り込み損失が大きいという問題点があった。
【００７３】
比較例３
実施例１と同様の方法を用いて、樹脂として出光石油化学製ポリプロピレンＪ５０５１ＨＰ  線膨張係数（１／℃）１．１×１０−４を用いて、回折格子を得た。さらに、電鋳金型と樹脂成形品の刻線間隔を測定したところ、０．８％の成形収縮が測定された。
【００７４】
ここで、樹脂成形品のブレーズ角θ１の平均は３３°で電鋳金型のブレーズ角平均θ２＝３５°よりも平均２°小さく、かつ、樹脂成形品のブレーズ頂角平均θ３＝８９°は金型のブレーズ頂角平均も平均４°小さく成形されていた。
【００７５】
本品は分波器として０〜７０℃の使用中に温度変化のため分光位置が激しく変化し損失が増大するという問題があった。
【００７６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、実装性に優れた回折格子を低コストで製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すプロセス図である。
【図２】図１で成形した樹脂成形品の斜視図である。
【図３】図２の樹脂成形品を切断して得られた回折格子の斜視図である。
【図４】本発明において、電鋳金型と樹脂成形品のブレーズ形状を表す拡大側面図である。
【符号の説明】
１０  原版
１３  電鋳金型
１６  樹脂成形品
２０  回折格子
【図１】
2004286956.tif 000003
【図２】
2004286956.tif 000004
【図３】
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【図４】
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