CN102741715A - 衍射光学元件及衍射光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种衍射光学元件及其制造方法。衍射光学元件具有：基体(1)，其由含有第一树脂的第一光学材料构成，且在表面具有衍射光栅(2)；光学调整层(3)，其由含有第二树脂的第二光学材料构成，且以覆盖衍射光栅(2)的方式被设置在基体(1)上，其中，第一光学材料的折射率小于第二光学材料的折射率，第一光学材料的折射率的波长色散性大于第二光学材料的折射率的波长色散性，第一树脂及第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。

Description

衍射光学元件及衍射光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件，特别是涉及一种由分别含有不同的树脂的两个以上部件构成的衍射光学元件及其制造方法。

背景技术

衍射光学元件具备下述结构，即在由玻璃及树脂等光学材料构成的基体上设有使光衍射的衍射光栅。衍射光学元件被用于含有摄像装置及光学记录装置的各种光学仪器的光学系统中，例如公知有按照使特定级次的衍射光集中于一点的方式所设计的透镜、空间低通滤波器、偏振光全息图等。

衍射光学元件具有可以使光学系统小型化的特点。另外，由于与折射相反，越是长波长的光越较大地发生衍射，因而通过使衍射光学元件和利用折射的普通的光学元件进行组合，也可以改善光学系统的色差和像面弯曲。

但是，由于衍射效率在理论上依赖于光的波长，所以在按特定的波长的光的衍射效率达到最佳的方式设计衍射光学元件时，就会产生其它波长的光的衍射效率降低的问题。例如，在照相机用透镜等利用白色光的光学系统中使用衍射光学元件的情况下，由于该衍射效率的波长依赖性而产生色彩不均及不要级次光的炫光，仅用衍射光学元件构成具有合适的光学特性的光学系统是困难的。

对于这样的课题，专利文献1提出了一种相位差型的衍射光学元件，其为了降低衍射光学元件中的衍射效率的波长依赖性，在由光学材料构成的基体表面设有衍射光栅，且以由不同于基体的光学材料构成的光学调整层覆盖衍射光栅。根据该构成，通过按光学特性满足规定的条件的方式选择两种光学材料，能够将在所设计的衍射级次下的衍射效率不依赖波长地提高。

具体而言，在将穿过衍射光学元件的光的波长设为λ、两种光学材料的在波长λ的折射率设为n1(λ)及n2(λ)、衍射光栅的深度设为d的情况下，通过使λ、d、n1(λ)及n2(λ)满足下述式(1)，而使与波长λ的光所对应的衍射效率达到100％。

数学式1

$d=\frac{\mathrm{\λ}}{|n1\left(\mathrm{\λ}\right)-n2\left(\mathrm{\λ}\right)|}\·\·\·\left(1\right)$

因此，为了降低衍射效率的波长依赖性，只要将持有以下波长依赖性的折射率n1(λ)的光学材料和折射率n2(λ)的光学材料进行组合即可，也就是，在使用的光的波长频带内d大致恒定的波长依赖性。通常，将折射率高、波长分散低的材料与折射率低、波长分散高的材料进行组合。专利文献1公开了将玻璃或者树脂用作构成基体的第一光学材料，将紫外线固化性树脂用作第二光学材料。

专利文献2公开了在具有同样的结构的相位差型衍射光学元件中，第一光学材料使用玻璃，第二光学材料使用粘度为5000mpa·s以下的能量线固化性树脂。其公开了通过使用这样的光学材料，可降低衍射效率的波长依赖性，且可有效地防止产生色彩不均及不要级次光的炫光等。

但是，在构成基体的第一光学材料使用玻璃的情况下，由于与树脂相比较微细加工困难，所以使衍射光栅的间距变窄且使衍射性能提高就不容易。因此，在实现光学元件的小型化的同时提高光学性能是困难的。另外，由于玻璃的成型温度比树脂高，因而用于使玻璃成型的铸模的耐久性比用于使树脂成型的铸模低，在生产效率上也存在课题。

另一方面，在构成基体的第一光学材料使用树脂的情况下，从衍射光栅的加工性及成型性这一点来看是要优于玻璃。但是，由于与玻璃相比难以实现各种值的折射率，且第一光学材料和第二光学材料的折射率之差变小，因而如式(1)所表明的那样，而使衍射光栅的深度d变大。

其结果，尽管基体自身的加工性优良，但是必须要将用于形成衍射光栅的铸模加工得较深，或者将槽的前端成型为尖锐的形状，而使铸模的加工变得困难。另外，由于衍射光栅越深，从基体及铸模的至少一方的加工上的制约而言，就需要使衍射光栅的间距变大。因此，不能增加衍射光栅的数量，而使得衍射光栅的设计上受到很大制约。

为了解决这样的课题，本发明者在专利文献3中提出了下述方案，作为光学调整层，使用在基质树脂中含有平均粒径为1nm～100nm的无机粒子的复合材料。该复合材料可通过所分散的无机粒子的材料及无机粒子的添加量来控制折射率及阿贝数，进而可得到在现有树脂中没有的折射率及阿贝数。因此，通过将复合材料用于光学调整层，可提高在基体即第一光学材料使用树脂的情况下的设计自由度，并使成型性提高，且可得到优良的衍射效率的波长特性。

专利文献1：日本特开平10-268116号公报

专利文献2：日本特开2001-249208号公报

专利文献3：国际公开第07/026597号小册子

发明内容

本发明者发现，在专利文献1～3所公开的相位差型衍射光学元件中，在基体及光学调整层由树脂材料构成的情况下，根据树脂材料的种类，在基体和光学调整层接触的部分基体或者膨润或者溶解，而使衍射光栅的形状偏离设计值的问题存在。当衍射光栅的形状偏离设计值时，将产生与设计级次不同的级次的衍射光(以下称为“不要衍射光”)及杂散光，从而衍射效率降低。另外，本发明者得知，即使在衍射光栅形状不显著地膨润的情况下，也产生不要衍射光。

本发明解决了这样的现有技术的课题，其目的在于，提供一种具有良好的光学特性的衍射光学元件及其制造方法。

本发明的衍射光学系统具备：基体，其由含有第一树脂的第一光学材料构成，且表面具有衍射光栅；光学调整层，其由含有第二树脂的第二光学材料构成，且以覆盖上述衍射光栅的方式被设置在所述基体上，其中，上述第一光学材料的折射率小于上述第二光学材料的折射率，上述第一光学材料的折射率的波长色散性大于上述第二光学材料的折射率的波长色散性，上述第一树脂及上述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。

在某优选的实施方式中，上述第一树脂及上述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

在某优选的实施方式中，上述第二光学材料还含有无机粒子，且将上述无机粒子分散于上述第二树脂中。

在某优选的实施方式中，上述无机粒子含有以选自由氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铪、氧化钪、氧化铝及二氧化硅组成的群的至少一种为主成分。

在某优选的实施方式中，上述无机粒子的有效粒径为1nm以上100nm以下。

在某优选的实施方式中，上述第二树脂的溶解度参数比上述第一树脂的溶解度参数大0.8〔cal/cm³〕^1/2以上。

在某优选的实施方式中，上述第二树脂具有OH基。

在某优选的实施方式中，上述第一树脂为聚碳酸酯。

在某优选的实施方式中，上述第二树脂为能量线固化性树脂。

本发明的衍射光学元件的制造方法包含：将由含有第一树脂的第一光学材料构成且表面具有衍射光栅的基体进行预先准备的工序；以覆盖上述衍射光栅的方式在上述基体上将含有第二树脂之原料的第二光学材料的原料进行配置的工序；通过使上述第二树脂的原料固化而将由上述第二光学材料构成的光学调整层进行形成的工序，其中，上述第一光学材料的折射率小于上述第二光学材料的折射率，上述第一光学材料的折射率的波长色散性大于上述第二光学材料的折射率的波长色散性，上述第一树脂及上述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。

在某优选的实施方式中，上述第一树脂及上述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

在某优选的实施方式中，在形成上述光学调整层的工序中，一边将用于规定上述光学调整层的外形的铸模抵押到上述第二光学材料的原料一边使上述第二树脂的原料固化。

在某优选的实施方式中，上述第二光学材料的原料还含有溶剂及无机粒子，上述第一树脂及上述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.5〔cal/cm³〕^1/2以下，在配置上述第二光学材料的原料的工序之后、形成上述光学调整层的工序之前，还包含从上述第二光学材料的原料中除去上述溶剂的工序，在形成上述光学调整层的工序中，通过使上述第二树脂的原料固化，生成在上述第二树脂中分散有上述无机粒子的上述第二树脂。

在某优选的实施方式中，上述第一树脂及上述溶剂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

在某优选的实施方式中，形成上述光学调整层的工序中，一边使规定上述光学调整层的外形的铸模抵押到上述第二光学材料的原料一边使上述第二树脂的原料固化。

根据本发明，设置有衍射光栅的基体及光学调整层分别由含有树脂的光学材料构成，且两种树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上、2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。因此，可抑制基体的树脂和光学调整层的树脂的相互作用，抑制衍射光栅的变形及抑制因基体的折射率变化而引起的不要衍射光及杂散光的发生，进而可得到具有良好的光学特性的衍射光学元件。

附图说明

图1是示意性表示在现有技术的衍射光学元件中衍射光栅发生了变形的状态的图；

图2是示意性表示在现有技术的衍射光学元件中、在基体和光学调整层的界面形成有折射率发生了变化的层的状态的图；

图3(a)及(b)是在基体和光学调整层的界面形成有折射率发生了变化之层的现有技术的衍射光学元件中、用于说明光学调整层的材料和不要衍射光的关系的图；

图4是示意性表示在基体和光学调整层的界面形成有折射率发生了变化之层的光学元件中的、光的折射的图；

图5(a)及(b)是本发明的衍射光学元件的第一实施方式的剖面图及上面图；

图6是本发明的衍射光学元件的第二实施方式的剖面图；

图7(a)～(f)分别是说明本发明的衍射光学元件的制造方法的工序剖面图；

图8(a)～(d)分别是说明本发明的衍射光学元件的另一制造方法的工序剖面图；

图9是表示本发明的衍射光学元件的实施例的、基体及树脂的溶解度参数之差和1级次衍射效率的关系的曲线图；

图10表示本发明的衍射光学元件的实施例的、基体及树脂的溶解度参数之差与基体的光学调整层接触的部分的折射率的关系的曲线图；

图11是说明粒子的有效粒径的定义的曲线图。

符号说明

1、101：基体

1：衍射光栅

3、3′、103、103′：光学调整层

4：无机粒子

6：分配器

8：铸模

11：印刷版

12：印刷图案

13：光学调整层的原料

14：塞垫

21、22、111、112、113、114：衍射光学元件

具体实施方式

本发明者对在现有的衍射光学元件中因基体及光学调整层双方使用含有树脂的材料所产生的基体的膨润进行了详细研究。下面，说明研究结果。

如图1所示的现有的衍射光学元件111具有：在表面设有衍射光栅2的基体101、和以覆盖衍射光栅2的方式设置的光学调整层103。光学调整层103和基体101由含有树脂的光学材料形成，在两种光学材料的相互作用较强的情况下，在基体101和光学调整层103接触的部分，基体101或者发生膨润或者发生溶解，从而如图1所示的那样使衍射光栅2的形状溃坏。当衍射光栅2的形状溃坏时，所期望的级次的衍射光就不能以充分的强度获得，或者不要的衍射光就得以产生。

本发明者发现，即使衍射光栅2的形状不发生变化，也有在衍射光学元件产生不要衍射光的情况。如图2所示，在现有的衍射光学元件112中，即使设置于基体101表面的衍射光栅2的形状没有大幅度地变化，当光学调整层103所包含的树脂从基体101的表面渗透时，树脂渗透部分的基体101的折射率也会发生变化，如图2所示，可确认在基体101和光学调整层103的界面形成有折射率不同的层101a(以下，称为“折射率变化层”)。该折射率变化层101a可由光学显微镜确认，折射率变化层101a的厚度约为500nm～5000nm。

这样，在通过目视及光学显微镜的观察可确认衍射光栅2的形状变化或折射率变化层101a的生成的情况下，可知衍射光学元件112没有呈现所设计的光学特性。

另外，本发明者还发现：尽管折射率变化层由光学显微镜不能观察到，但在衍射光学元件产生不要衍射光、且1次衍射效率(也称1级次衍射效率)下降的现象。为了对该现象进行详细研究，对在折射率变化层由光学显微镜不能观察到而1级次衍射效率下降的衍射光学元件进行了分析。在分析时，使用可高精度测定折射率的棱镜耦合器(メトリコン公司制造，MODEL2010)对与光学调整层接触的部分的基体的折射率进行了测定。

其结果可知，关于光学调整层由树脂构成的系统，与光学调整层接触之部分的基体的折射率比不接触之部分上升0.01左右。另一方面还可知，关于光学调整层由复合材料构成的系统，光学调整层相接触之部分的基体的折射率比不接触之部分下降0.01左右。即，可知在以由光学显微镜不能观察到的级别渗透了光学调整层的材料到基体中、就会引起微小的折射率变化。这样的折射率变化之层的厚度因为不能由光学显微镜识别，所以准确的厚度不清楚，但可推定为50nm～500nm左右。

在该结果的基础上，关于由基体101的折射率变化而使光学元件的不要衍射光产生的机理，参照图3进行具体说明。

首先，如图3(a)所示，考虑在基体101(折射率N1)和光学调整层103(折射率N2)分别使用不同的树脂且利用1次(也称1级次)衍射光的折射光学元件113。根据本发明者的研究，通过构成光学调整层103的树脂渗透到基体101，虽然由光学显微镜不能确认，但可推定出由树脂的渗透而生成了折射率稍微变化了的微小折射率变化层101b。在基体101及光学调整层103的折射率满足N1＜N2之关系的情况下，所生成的微小的折射率变化层101b的折射率N3满足N1＜N3＜N2之关系。

在折射率N1及N2以在使用的波长频带内满足式(1)的方式得以设计的情况下，通过形成于界面的微小折射率变化层101b，使得构成衍射光栅的段差的光学距离之差即相位差小于设计值，就不再满足式(1)。其结果是，在所使用的波长频带内的光B入射时的衍射光学元件113的衍射效率即1次衍射光B₁的射出效率低于设计值。此时，作为不要衍射光主要产生0次衍射光B₀。就0次衍射光B₀而言，其焦距比1次衍射光B₁大。

另一方面，在作为光学调整层使用专利文献3所公示的复合材料的情况下，由于包含于复合材料的基质树脂渗透到基体，因而产生上述那样的问题。如图3(b)所示，可考虑使用基体101和通过在基质树脂103中分散有无机粒子4而成的光学调整层103′且利用1次衍射光的衍射光学元件114。将基体101及光学调整层103′的折射率分别设为N1及N2，将基质树脂103的折射率设为N4。该情况下，如上述的那样，通过仅使光学调整层103′的基质树脂103渗透到基体101，虽然由光学显微镜不能确认，但可推断出生成了由树脂的渗透而使折射率发生了微小变化的微小折射率变化层101c。

在基体101、光学调整层103′及基质树脂103的折射率满足关系N1＜N2且N4＜N1的情况下，所生成的微小折射率变化层101c的折射率N3满足关系N1＞N3＜N2。这是因为纳米级的无机粒子4不能向基体101移动，折射率比基体101小的基质树脂103发生渗透，而生成微小折射率变化层101c。

与上述情况一样，在折射率N1及N2以在使用的波长频带内满足式(1)的方式得以设计的情况下，通过形成于界面的微小折射率变化层101c，使得构成衍射光栅的段差的光学距离之差即相位差小于设计值，就不再满足式(1)。其结果是，在所使用的波长频带内的光B入射时的衍射光学元件113的衍射效率即1次衍射光B₁的射出效率低于设计值。此时，作为不要衍射光主要产生2次衍射光B₂。就2次衍射光B₂而言，其焦距比1次衍射光B₁短。

在仅利用普通的折射现象的光学系统中，如图4所示，即使在基体101和光学调整层103之间生成了微小折射率变化层101c，若微小折射率变化层101c和基体101的折射率之差为0.01左右，则从基体101进入的光C由基体101和微小折射率变化层101c之界面所折射的角度也小。另外，若微小折射率变化层101c薄，则按所折射的角度而光进入的距离也短。因此，在生成微小折射率变化层101c的情况下，向光学调整层103入射的光C的入射角度及入射位置与不生成微小折射率变化层101c的情况几乎没有变化，小到可以忽视对光学性能的影响。也就是，即使由光学显微镜不能观察的程度的微小折射率变化层101c生成，也可忽视其影响。

但是，如上所述，在衍射光学元件的情况下，即使是由光学显微镜不能观察的程度的微小折射率变化层，由于不能满足衍射的条件(1)，从而微小折射率变化层的生成直接关系到不要衍射光的发生。其结果是，使得设计级次的衍射效率大大降低。

尤其，在从生产效率的观点而言作为光学调整层使用含有紫外线固化树脂及热固化性树脂的材料的情况下，在形成光学调整层的工序中，未固化状态的树脂即单体及低聚物与基体接触。由于单体及低聚物与固化后的树脂相比其分子量小，因此对基体101的反应性及渗透性与固化后的树脂相比就大。即，易产生上述的衍射光栅的变形、及与折射率变化层及微小折射率变化层的生成相伴随的衍射效率的下降。

另外，在光学调整层使用复合材料的情况下，为了使无机粒子均匀地分散于基质树脂中、或者对在形成光学调整层的工序中的光学调整层的粘度进行调整，有时在形成光学调整层的原料中添加溶剂。这样的溶剂与光学调整层中的树脂材料一样，引起基于对基体的溶解及对基体的渗透所带来的折射率变化，就成为上述问题的原因。

本发明者为了解决这样的问题而着眼于构成基体及光学调整层的树脂的溶解度参数，并且发现了若溶解度参数之差为规定的值以上，则可以可靠地防止由上述的衍射光栅的变形、及折射率变化层及微小折射率变化层的生成相伴随的衍射效率的下降。由此，能够可靠地防止由光学显微镜也不能观察到的微小折射率变化层的形成，且可以实现所设计那样的光学性能的衍射光学元件。下面，具体说明本发明的衍射光学元件的实施方式。

(第一实施方式)

图5(a)及(b)是表示本发明的衍射光学元件的第一实施方式的剖面图及上面图。如图5(a)及(b)所示的衍射光学元件21具备基体1和光学调整层3。

基体1由含有第一树脂的第一光学材料构成且表面具有衍射光栅2。在本实施方式，第一光学材料只含有第一树脂。衍射光栅2的剖面形状、配置、间距及深度取决于基体1及光学调整层3的光学特性及衍射光学元件21所要求的光学特性。例如，在使衍射光学元件21具有透镜作用的情况下，将具有锯齿状的剖面形状的环状的衍射光栅按照间距从透镜的中心向周边变小地连续变化的方式配置成同心圆状。在该情况下的衍射光栅只要是具有透镜作用的剖面形状、配置及间距即可，如图5(a)所示，衍射光栅2既可以形成在曲面上、也可以形成在平面上。特别是当以穿过衍射光栅的槽的包络面成为具有透镜作用的非球面的方式形成衍射光栅时，由于折射作用和衍射作用的最佳组合而使色差及像面弯曲得以均衡性优异的改善，可得到具有高摄像性能的透镜。另外，衍射光栅2的深度可使用式(1)来决定。

另外，就如图5(a)及(b)所示的衍射光学元件21的基体1而言，其一个面上具有衍射光栅2，但在基体1的双面设置衍射光栅2也可。另外，如图5(a)所示，基体1具有凸面和平面，在凸面上设有衍射光栅2。基体1的相对置的两个主面的形状不限于这种组合，也可以是其它形状的组合。具体而言，基体1的相对置的两个主面是双凸面、凸面和凹面、双凹面、凹面和平面、双平面也可。该情况下，衍射光栅2仅形成在一个面也可、形成在双面也可。另外，在双面形成有衍射光栅的情况下，双面的衍射光栅的形状、配置、间距、衍射光栅深度，只要是满足衍射光学元件所要求的性能的，即使不一致也可。

光学调整层3由含有第二树脂的第二光学材料构成，且以覆盖衍射光栅2的方式被设置在基体1的表面。在本实施方式中，第二光学材料只含有第二树脂。光学调整层3按使基体1的衍射效率的波长依赖性降低的目的被设计。

在对以穿过衍射光栅2的槽的包络面成为具有透镜作用的非球面的方式形成衍射光栅2的基体1、设置光学调整层3的情况下，通过使光学调整层3的表面与所对应的非球面形状相一致，可将折射作用和衍射作用融合且可使色差及像面弯曲降低，由此提高透镜特性。

为了降低基体1的衍射效率的波长依赖性，在将构成基体1的第一光学材料的在波长λ的折射率设为n1(λ)、构成光学调整层3的第二光学材料的在波长λ的折射率设为n2(λ)的情况下，需要选择对于所期望的范围的波长λ而言基本满足式(1)的第一光学材料及第二光学材料。例如，只要将具有呈现出与第一光学材料的折射率的波长依赖性相反的倾向的折射率的波长依赖性的材料作为第二光学材料加以选择即可。具体而言，在使用衍射光学元件21的光的波长范围，第一光学材料的折射率小于第二光学材料的折射率，且第一光学材料的折射率的波长色散性高于第二光学材料的折射率的波长色散性。即，必须第二光学材料是与第一光学材料相比低折射率高色散性材料。

折射率的波长色散性例如可用阿贝数表示。阿贝数越大折射率的波长色散性越小。因此，必须使第一光学材料的折射率小于第二光学材料的折射率、且第一光学材料的阿贝数小于第二光学材料的阿贝数。

除这样的光学特性之外，还必须使包含于第一光学材料的第一树脂和包含于第二光学材料的第二树脂的溶解度参数(SP值)之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上。由此，在衍射光学元件21中，可防止基体1和光学调整层3的相互作用，不产生因基体1的折射率变化所引起的不要衍射光及杂散光，进而可得到具有良好的光学特性且批量生产率高的衍射光学元件。

溶解度参数为正态溶解理论中的物质凝聚能量密度的平方根，使用摩尔体积V和单位摩尔的凝聚能量ΔE，可用下面的式定义。

δ＝(ΔE/V)^1/2

溶解度参数为物质的分子间力的指标，一般认为，越是溶解度参数相近的物质亲和力越高。对于溶解度参数存在各种推导方法，例如可使用通过根据Fedors的分子结构式进行计算的方法而求出的值等。本说明书中所使用的溶解度参数为通过根据该分子结构式进行计算的方法而求出的值。作为高溶解度参数的结构可列举OH基(羟基)、酰胺键等高极性的官能团等。另一方面，作为低溶解度的结构可列举氟原子、烃基、硅氧烷键等。

本发明证实，在构成基体1的第一树脂的溶解度参数和在构成光学调整层3的第二光学材料中所包含的第二树脂的溶解度参数之差小于0.8〔cal/cm³〕^1/2的情况下，将会产生下面的(1)～(3)中的一种现象，由此使衍射光学元件的设计级次的衍射效率降低。

(1)包含于光学调整层3的第二树脂浸蚀基体1的第一树脂，产生因基体1的膨润及溶解所引起的衍射光栅2的变形。

(2)虽然观察不到衍射光栅2的变形，但可观察到折射率变化层的发生。

(3)虽然不能光学观察衍射光栅2的变形及折射率变化层，但是确认出通过微小折射率变化层的生成而在光学特性评价上产生了不要衍射光。

另外，在构成基体1的第一树脂的溶解度参数和在构成光学调整层3的第二光学材料所包含的第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的情况下，则看不到这些现象，确认了衍射光学元件的设计级次的衍射效率也没有降低。

当构成基体1的第一树脂的溶解度参数和在构成光学调整层3的第二光学材料所包含的第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上时，差值越大基体1越难以受光学调整层3的影响，难以产生衍射光栅2的变形及折射率变化层或者微小折射率变化层的生成。但是，当第一树脂的溶解度参数和第二树脂的溶解度参数之差极端大时，则有可能使基体1和光学调整层3的亲和力变差而使密接性降低。其结果是，有可能降低生产成品率或者在使用时光学调整层3剥离。

根据以上分析，为了防止光学调整层3的剥离，优选构成基体1的第一树脂的溶解度参数和在构成光学调整层3的第二光学材料中所包含的第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上2.5〔cal/cm³〕^1/2以下范围。此外，从生产效率的观点来看，为了确保成品率，尤其优选第一树脂的溶解度参数和第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上2.3〔cal/cm³〕^1/2以下这一范围。

就第一树脂而言，一般从作为光学元件的基体所使用的透光性的树脂材料中，选择具有可使衍射光学元件21的设计级次的衍射效率的波长依赖性降低的折射率特性和波长色散性的树脂。通过将基体1的材料使用树脂，成型加工容易生产效率高，且可实现最终得到的衍射光学元件21的小型化、轻量化。例如，从透光性优良这一点来看，作为第一树脂优先选择聚碳酸酯系树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、脂环丙烯酸树脂等丙烯酸系树脂、脂环烃树脂等。对于这些树脂而言，基于提高成型性及机械特性等目的，与其它树脂聚合、或者进行与其它树脂的合金化、混合其它树脂也可。这样，第一树脂既可以只含有单一的树脂，也可以含有两种以上的树脂。该情况下，第一树脂的溶解度参数可基于两种以上的树脂的混合比率得以计算。

就第一光学材料而言，除第一树脂外，含有用于调整折射率等光学特性及热膨胀性等力学特性的无机粒子、及吸收特定波长带的电磁波的染料及颜料等添加剂也可。这些无机粒子及添加剂不是构成第一光学材料的主要构成要素。另外，由于基体1中的这些无机粒子不是有机化合物，因而第二树脂不会渗透其中。有时添加剂也含有有机化合物，但是，由于添加剂的添加量为几个重量％，因而，即使第二树脂渗透到添加剂中的有机化合物而对第一光学材料整体的光学特性也几乎没有影响。因此，由于对上述的(1)～(3)的现象的发生没有影响，因而在溶解度参数的计算时，除第一树脂外所添加的无机粒子及添加剂不加以考虑也可。

构成光学调整层3的第二光学材料中所包含的第二树脂，只要其溶解度参数与基体分离0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，就无特别限制。例如，可使用：聚甲基丙烯甲脂、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、环氧丙酸脂、聚丙烯酸酯等(甲基)丙烯酸酯；环氧树脂；环氧丙烷树脂(オキセタン樹脂)；硫醇类树脂(エン一チオ一ル樹脂)；聚对苯二甲酸乙二酸酯、聚对苯二甲酸丁二脂及聚己酸内酯等聚酯树脂；聚苯乙烯等聚苯乙烯树脂；聚丙烯等烯烃树脂；尼龙等聚酰胺树脂；聚酰亚胺及聚醚亚胺等聚酰亚胺树脂；聚乙烯醇；丁缩醛树脂；聚醋酸乙烯脂树脂；脂环聚烯烃等。另外，既可以使用这些树脂(高分子)的混合物及聚合物，也可以使用使这些树脂发生了改性的材料。与第一树脂一样，在第二树脂含有两种以上的树脂的情况下，第二树脂的溶解度参数是基于两种以上的树脂的混合比率得以计算的。

这些树脂中，由于形成光学调整层3的工艺简单，因而特别优选能量线固化性树脂、具体而言热固化性树脂或者光及紫外线的能量线固化性树脂用作第二树脂。更具体而言，第二树脂优选使用丙烯酸酯、甲基丙酸脂树脂、环氧树脂、环氧丙烷树脂等。

就热固化性树脂及能量线固化性树脂而言，通过向作为原料的单体或者低聚体供给热及能量线，而使单体或者低聚体进行聚合，由此得到具有交联结构的树脂。在作为第二树脂使用这些树脂的情况下，在光学调整层3的形成工序中，产生使分子量比较低的单体或者低聚体和基体1直接接触的工序。虽然低分子量成分与高分子量成分相比其向树脂的渗透性高，但根据本发明者详细的实验得知，若聚合前的第二树脂即单体或者低聚体的溶解度参数和第一树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，则可以防止作为第二树脂的单体或者低聚体向第一树脂的渗透。另外，作为第二树脂的单体或者低聚体的溶解度参数与聚合或者固化后的第二树脂的溶解度参数大致相等。

热固化性树脂及能量线固化性树脂在拥有具有极性的反应官能团的分子结构上、难以具有比第一树脂的溶解度参数小0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的溶解度参数。因此，在将热固化性树脂及能量线固化性树脂用作第二树脂的情况下，特别优选使用具有比第一树脂的溶解度参数大0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的溶解度参数的第二树脂。

如上所示，溶解度参数高的结构具有OH基、酰胺键等。其中，具有OH基的树脂容易合成，且与具有酰胺键等极性键的树脂相比较不易受到加水分解等从而稳定性高。因此，更优选作为第二树脂使用存在OH基的树脂。另一方面，为了降低溶解度参数，也可以使用极性小的脂环结构的树脂，或者具有氟原子及硅氧烷结构的树脂。

另外，光学衍射元件21也可以在光学调整层3的表面还具备防反射层。防反射层具有由折射率比光学调整层3低的材料的膜构成的单层结构、或者具有由折射率比光学调整层3低的材料的膜和高的材料的膜所构成的多层结构。作为用于防反射层的材料，例如可列举：树脂；树脂和无机粒子的复合材料；或者通过真空蒸镀、溅射、CVD法等而形成的无机薄膜等。作为防反射层的复合材料所使用的无机粒子，可列举折射率低的二氧化硅、氧化铝、氧化镁等。

另外，衍射光学元件21也可以在光学调整层3的表面具有纳米结构的防反射形状。纳米结构的防反射形状例如可通过利用铸模的转印法(纳米印刷)很容易形成。

此外，衍射光学元件21也可以在光学调整层3或者防反射层的表面另外具备：具有调整耐摩擦性、热膨胀性等力学特性的作用的表面层。

这样，根据本实施方式的衍射光学元件21，由于包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂及包含于构成光学调整层的第二光学材料的第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而可降低基体1和光学调整层3的界面的相互作用。其结果是，可使因光学调整层3向基体1的渗透所引起的衍射光栅的变形及基体的折射率的变动得以抑制，进而可得到能够实现所期望的高衍射效率及聚光特性的衍射光学元件。

(第二实施方式)

图6是表示本发明的衍射光学元件的第二实施方式的剖面图。如图6所示，衍射光学元件22具备基体1和光学调整层3′。

基体1与第一实施方式一样，由含有第一树脂的第一光学材料构成，且表面具有衍射光栅2。衍射光栅2具备与第一实施方式一样的结构。

构成光学调整层3′的第二光学材料含有第二树脂3和无机粒子4。第二树脂3及无机粒子4构成以第二树脂3为基质而分散有无机粒子的复合材料。第一树脂及第二树脂3的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上。

通过使用以第二树脂3为基质而分散有无机粒子的复合材料，可调整第二光学材料的折射率及阿贝数，且通过将具有合适的折射率及阿贝数的第二光学材料用于光学调整层3′，可以改善在光学衍射元件使用的波长带的衍射效率。

另外，通过使折射率高的无机粒子4分散于第二树脂，可使第二光学材料具有由树脂单体得不到的高的折射率。因此，可扩大第一光学材料和第二光学材料的折射率差，如由式(1)所表明的那样，可以降低衍射光栅2的深度。其结果是，在基体1通过成型得以制作的情况下，可改善衍射光栅2的转印性。另外，由于可使衍射光栅2的段差变浅，因而即使段差的间隔窄也很容易进行转印。因此，可实现衍射光栅2的因窄间隔所获得的衍射性能的提高。此外，第二树脂也可以使用具有各种物理性质的材料，而使与光学以外的特性并存也变得更容易。

在光学调整层3′中的成分向基体1渗透时，可认为从基体1所包含的树脂中的、非晶性的部分即在高分子链不规则络合的部分的分子键的间隙侵入了光学调整层3′中的成分。此时，当光学调整层3′中的成分是相对于基体1亲和性高的成分时，随着该渗透，在络合后的基体1中的第一树脂的分子链间起作用的分子间力下降，其结果可推断为，基体1中的第一树脂的分子链的间隙被扩大，并且光学调整层3′中的成分的渗透得以进行。

可认为在基体1中的第一树脂的分子链所产生的间隙的大小取决于在基体1所包含的第一树脂的分子结构及分子量、分子的定向性、加工时产生的变形等。实验表明，普通的树脂材料的分子链的范德瓦尔斯体积和分子链实际所占有的固有体积的比率即填充系数大约为0.68。基于该情况，可推断出：第一树脂的分子链的间隙的平均大小在分子链为线状结构时是分子链直径的0.18倍(＝1-(0.68)^1/2)左右，在分子链为球状结构时是直径的0.12倍(＝1-(0.68)^1/3)左右。

例如，若是采用线状结构的双酚A系聚碳酸酯树脂，由于分子链的直径约为0.6nm，则分子链的间隙的平均大小达到约0.1nm。但是，可认为实际上由于高次结构等的影响而使间隙的大小具有幅度宽的分布，光学调整层3中的成分可以渗透之间隙也被形成。

如下述，复合材料中所分散的无机粒子4的有效直径为1nm以上100nm以下。因此，相对于基体1中的第一树脂的分子链的间隙而言足够大。因此，无机粒子4向包含于基体1的第一树脂中渗透的可能性极低。根据这一点，在作为光学调整层3′使用复合材料的情况下，只要实现基质材料的第二树脂不向构成基体1的树脂即第一树脂渗透的构成即可。

具体而言，在包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂的溶解度参数和包含于构成光学调整层3′的第二树脂的溶解度参数之差小于0.8〔cal/cm³〕^1/2的情况下，第二树脂向基体1的第一树脂渗透，产生在第二树脂和第一树脂的亲和力高时如使基体1溶解那样的现象，而使所得到的衍射光学元件的设计级次的衍射效率降低。因此，如在第一实施方式进行了详细说明的那样，更优选包含于第一树脂的溶解度参数和包含于第二树脂的溶解度参数之差处于0.8〔cal/cm³〕^1/2以上2.5〔cal/cm³〕^1/2以下的范围。

作为基质树脂发挥作用的第二树脂适合使用在第一实施方式所说明的第二树脂。只要从其中选择满足无机粒子4的分散性及光学调整层3所要求的物理性质及耐环境性、制造工序的操作的容易性的材料即可。特别是如在第一实施方式所说明，优选使用热固化性树脂或者能量线固化性树脂作为第二树脂。特别优选使用具有比第一树脂的溶解度参数高0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的溶解度参数的，更优选使用具有OH基的。

在基体1使用含有第一树脂的第一光学材料、且作为构成光学调整层3′的第二光学材料使用含有第二树脂3及无机粒子4的复合材料的情况下，一般大多是无机粒子4的折射率比树脂高。因此，第二光学材料是与第一光学材料相比为高折射率低波长色散性的材料，使作为无机粒子4可选择的材料增多，故而优选之。换言之，优选第一光学材料是与第二光学材料相比为高折射率低色散性的材料。

复合材料即第二光学材料的折射率可根据基质树脂即第二树脂和无机粒子4的折射率、且通过由下述式(2)表述的麦克维斯葛尼特理论(Maxwell-Garnet theory)进行推定。

在式(2)中，n_comλ为在某特定波长λ的第二光学材料的平均折射率，n_pλ、n_mλ分别为在该波长λ的无机粒子及第二树脂的折射率。P为无机粒子对第二光学材料整体的体积比。在式(2)中，通过分别推定在作为波长λ的夫琅和费的D线(589.2nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)的折射率，进而也可推定复合材料的阿贝数。相反，根据基于该理论的推定，也可决定第二树脂3和无机粒子4的混合比。

数学式2

$n_{\mathrm{com}}\mathrm{\λ}=\frac{n_{\mathrm{p\λ}}^2+2n_{\mathrm{m\λ}}^2+2P(n_{\mathrm{p\λ}}^2+2n_{\mathrm{m\λ}}^2)}{n_{\mathrm{p\λ}}^2+2n_{\mathrm{m\λ}}^2-P(n_{\mathrm{p\λ}}^2+2n_{\mathrm{m\λ}}^2)}2n_{\mathrm{m\λ}}^2\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

另外，在式(2)中，在无机粒子4吸收光的情况及无机粒子含有金属的情况下，将式(2)的折射率作为复数折射率进行计算。另外，式(2)是在n_pλ≥n_mλ的情况下成立的式，在n_pλ＜n_mλ的情况下，使用下面的式(3)推定折射率。

式3

$n_{\mathrm{com}}\mathrm{\λ}=\frac{n_{\mathrm{m\λ}}^2+2n_{\mathrm{p\λ}}^2+2(1-P)(n_{\mathrm{m\λ}}^2+2n_{\mathrm{p\λ}}^2)}{n_{\mathrm{m\λ}}^2+2n_{\mathrm{p\λ}}^2-(1-P)(n_{\mathrm{m\λ}}^2+2n_{\mathrm{p\λ}}^2)}{n}_{\mathrm{p\λ}}^2\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

如上所述，在作为光学调整层3′使用由复合材料构成的第二光学材料的情况下，第二光学材料必须具有比折射率比高的折射率、且具有比第一光学材料低的波长色散性。因此，也优选分散于第二树脂的无机粒子以低波长色散性即高阿贝数的材料为主成分。特别是在作为第一树脂使用聚碳酸酯系树脂的情况下，优选无机粒子4以阿贝数30以上的材料为主成分。例如，特别优选以选自由氧化锆(阿贝数为35)、氧化钇(阿贝数为34)、氧化镧(阿贝数为35)、氧化铪(阿贝数为32)、氧化钪(阿贝数为27)、氧化铝(阿贝数为76)及二氧化硅(阿贝数为68)组成的群的至少一种氧化物为主成分。另外，也可以使用它们的复合氧化物。在衍射光学元件22所使用的光的波长频带，只要满足式(1)，则除这些无机粒子外，使例如以氧化钛及氧化锌为代表的呈现高折射率的无机粒子共存也可。

优选无机粒子4的有效粒径为1nm以上100nm以下。由于有效粒径为100nm以下，从而可降低因瑞利散乱所造成的损失，提高光学调整层3′的透明性。另外，通过将有效粒径做成1nm以上，可抑制因量子效应所引起的发光等的影响。第二光学材料也可以根据需要而含有改善无机粒子的分散性的分散剂、及聚合引发剂、流平剂等添加剂。

在此，参照图11对有效粒径进行说明。在图11中，横轴表示无机粒子的粒径，左侧的纵轴表示与横轴的粒径相对应的无机粒子的频度。另外，右侧的纵轴表示粒径的累积频度。所谓有效粒径是指在以无机粒子整体中的、在其粒径频度分布而累积频度达到50％的粒径为中心粒径(中值粒径为d50)的前提下，在以该中心粒径为中心而累积频度为50％的范围A所处的粒径范围B。因此，优选无机粒子4的如这样进行定义的有效粒径的范围为1nm以上100nm以下的范围。为了高精度地求出有效粒径的值，例如优选测定200个以上的无机粒子。

在作为光学调整层3′使用由复合材料构成的第二光学材料的情况下，可使衍射光栅2的段差变浅，且可使以覆盖衍射光栅2的方式所形成的光学调整层3′也变薄。由此，因无机粒子4所造成的光学调整层3′内的瑞利散乱减少，可实现光学损失更少的衍射光学元件22。在作为构成光学调整层3′的第二光学材料使用复合材料的情况下，优选将衍射光栅2的深度d(段差)设为20μm以下，将光学调整层3′的厚度在最后的部分设为衍射光栅2的深度d以上200μm以下，特别优选设为深度d以上100μm以下。

另外，在作为光学调整层3′使用由高折射率低波长色散性的复合材料构成的第二光学材料的情况下，构成基体1的第一光学材料必须具备低折射率高波长色散性。因此，优选第一树脂使用光学树脂中阿贝数比较低的聚碳酸酯系树脂，特别优选芳香族聚碳酸酯系树脂。与第二光学材料之间在满足式(1)的范围而聚碳酸酯系树脂和其它树脂进行了共聚合、或者进行了与其它树脂的合金化、或者使其它树脂进行了混合后的材料，用作第一光学材料也可。另外，第一光学材料也可以含有添加剂。

另外，衍射光学元件22也可以使光学调整层3′的表面还具备防反射层。防反射层是由折射率比光学调整层3′低的材料之膜构成的单层结构、或者是由比光学调整层3′折射率低的材料之膜和高的材料之膜构成的多层膜。作为用于防反射层的材料例如可列举：树脂；树脂和无机粒子的复合材料；或者通过真空蒸镀法、溅射法、CVD法等形成的无机薄膜等。作为用于防反射层的复合材料的无机粒子，可列举折射率低的二氧化硅、氧化铝、氧化镁等。

另外，衍射光学元件22也可以在光学调整层3′的表面具有纳米结构的防反射形状。纳米结构的防反射形状例如可通过利用铸模的转印法(纳米印刷)很容易形成。

此外，衍射光学元件22也可以在光学调整层3′或者防反射层的表面另外具备具有调整耐摩擦性、热膨胀性等力学特性的作用的表面层。

这样，根据本实施方式的衍射光学元件22，由于包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂及构成光学调整层的第二光学材料即复合材料的基质树脂也就是第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而可降低基体1和光学调整层3的界面的相互作用。其结果是，可抑制因光学调整层3向基体1的渗透而引起的衍射光栅的变形及基体的折射率的变动，进而可得到能够实现所期望的高衍射效率及聚光特性的衍射光学元件。特别是由于通过使用复合材料作为第二光学材料，可使衍射光栅的段差变浅，且由于不仅具有衍射光栅2的基体1的加工变得容易并且可使衍射光栅的间隔变窄，因而可实现衍射效率的提高。

(第三实施方式)

下面，说明本发明的衍射光学元件的制造方法的实施方式。在本实施方式中，参照图7(a)～(f)及图8(a)～(d)说明制造第一实施方式的衍射光学元件21的方法。

首先，如图7(a)所示，准备在表面形成有衍射光栅2的基体1。如注射成型及挤压成型为代表的方式的那样，通过向形成有衍射光栅形状的铸模，以软化或者熔化的状态供给第一光学材料而进行成型的方法；通过向形成有衍射光栅形状的铸模注射第一光学材料的原料即单体或低聚体，并利用加热及/或能量线照射而使原料聚合的方法；或者通过对预先成型的基体1的表面经由切削、研磨等形成衍射光栅2的方法，可制作形成有衍射光栅2的基体1。通过它们之外的方法制作形成有衍射光栅2的基体1也可。

其次，准备含有溶解度参数与基体1相差0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的第二树脂的原料的第二光学材料的原料，并配置于基体1的衍射光栅2上。第二光学材料具有比第一光学材料高的折射率及比第一光学材料低的色散性。在作为第二光学材料使用在第一实施方式及第二实施方式中所说明的热固化性树脂及能量线固化性树脂的情况下，以下，在使原料固化为止，使第二光学材料的单体或者低聚体与基体1进行接触。因此，优选通过使用第二树脂的原料即这样的单体或者低聚体固化前或者聚合前的溶解度参数与在基体1的第一光学材料所包含的第一树脂的溶解度参数相差0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的单体或者低聚体，可抑制向基体1的渗透，防止因衍射光栅2的膨润及溶解或者折射率变化层的形成所引起的特性降低。

将光学调整层3的原料配置于基体1的衍射光栅2上的方法，可根据由粘度等材料特性、以及衍射光学元件要求的光学特性所决定的光学调整层3的形状精度，从公知的涂层形成工艺酌情选择。在图7(a)～(f)中，作为具体的一例表示的是使用了填塞印刷(pad printing：也称垫版移印)的光学调整层3的原料13的转印配置。但是，也可以使用下述的涂敷：使用了分配器等的注液嘴的涂敷、浸渍涂层等的浸渍涂敷、喷涂、喷墨法等喷射涂敷、利用旋涂等的旋转的涂敷、使用网板印刷等挤压的涂敷等。另外也可以酌情组合这些工艺。这一点在下面的实施例也同样。

使用填塞印刷将光学调整层3的原料配置于基体1的衍射光栅2上的工序如下。首先，向在填塞印刷的版11上的图案12所配置的光学调整层的原料13按压塞垫14。然后，如图7(b)所示使塞垫14向上方上升，将光学调整层的原料13转印到塞垫14。

接着，如图7(c)所示，在使塞垫14移动到基体1上之后，如图7(d)所示，在向基体1按压而将光学调整层的原料转印于基体1之后，如图7(e)所示，将塞垫14提升。

其后，在将热固化性树脂及能量线固化性树脂用于第二光学材料的第二树脂的情况下，使包含于原料13的第二树脂的原料固化。将第二树脂的原料固化的方法可根据所使用的树脂的种类而使用热固化及能量线照射等工序。作为固化工序所使用的能量线，可列举例如紫外线、可见光线、红外线、电子线等。在实施紫外线固化的情况下，也可以向原料13预先添加光聚合引发剂。在实施电子线固化的情况下，通常不需要聚合引发剂。通过使第二树脂固化，而将原料13整体固化，由此，如图7(f)所示，在具有衍射光栅2的基体1的表面设有光学调整层3的衍射光学元件21得以完成。

另外，在需要光学调整层3所要求的形状精度、尤其需要与衍射光栅2的相反侧的面的形状以高的精度形成的情况下，在固化工序使用铸模将光学调整层3的形状以更高的成型精度加以控制也可。例如，如图8(a)所示，准备形成有衍射光栅2的基体1，如图8(b)所示，从分配器6向基体1上滴下热固化性树脂及能量线固化性树脂的原料13。接着，如图8(c)所示，将铸模8抵押于原料13、以覆盖原料13的方式将铸模配置于基体1上。铸模8的材料可根据所要求的形状精度及耐久性酌情选择。例如，可使用铁及铝、它们的合金、黄铜等金属。根据需要使用进行了镀镍等表面处理的金属也可。另外，作为铸模8的材料可以使用树脂及玻璃、环氧树脂、聚酯树脂、聚烯烃树脂等树脂。

在使用铸模8形成光学调整层3的形状的情况下，在将光学调整层3的原料13配置于铸模8的内侧之后，向基体1按压也可。但是，由于固化前的原料13为低粘度，因而易于蔓延到形成有衍射光栅2在表面的基体1，抑制气泡的咬入等，且由于固化后的光学调整层3和基体1的密接性也提高，因而优选将原料直接配置于基体1上。

在使用铸模8限制光学调整层3的形状的情况下，通常在固化工序后进行脱模。但是，只要在固化前的状态下原料13不发生变形，也可以在先进行脱模之后使包含于原料13的第二树脂的原料固化。在利用能量线照射的固化后进行脱模的情况下，在原料13由铸模8控制的状态下、向包含于原料13的第二树脂的原料照射能量线。在作为铸模8使用金属等不透明的材料的情况下，如图8(c)所示，从基体1的与配置有原料13之面的相反的面照射能量线。另一方面，在作为铸模8使用透明的材料、例如使用紫外线作为能量线而由石英等构成铸模8的情况下，可从基体1的配置有原料13的面侧隔着铸模8向包含于原料13的第二树脂的原料照射能量线，而使第二树脂固化。通过使第二树脂的原料固化，而将原料13整体固化。其后，通过从固化后的原料13取下铸模8，如图8(d)所示，完成在基体1的表面形成有光学调整层3的衍射光学元件21。

这样，根据本实施方式的衍射光学元件的制造方法，由于包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂和包含于构成光学调整层3的第二光学材料的第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而使得在衍射光学元件的制造过程的基体1和第二树脂的原料的界面的相互作用降低，抑制第二树脂的原料向基体1的渗透。因此，在衍射光学元件的制造过程，可防止在基体1的表面所形成的衍射光栅2的形状发生变形、或者在基体1的表面生成折射率不同的层。另外，由于通过聚合及固化而使由第二树脂的原料形成的光学调整层3的溶解度参数和包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂的溶解度参数之差也达到0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而可抑制在所完成的衍射光学元件中因光学调整层3向基体1的渗透所引起的衍射光栅的变形及基体的折射率的变动，就可得到能够实现所期望的高衍射效率及聚光特性的衍射光学元件。

(第四实施方式)

下面，说明本发明的衍射光学元件的制造方法的另一实施方式。在本实施方式中，参照图7(a)～(f)及图8(a)～(d)说明制造第二实施方式的衍射光学元件22的方法。在本实施方式中，说明在作为第二光学材料使用复合材料的情况下的制造方法。

如第二实施方式中所说明，在使用复合材料形成光学调整层的情况下，构成光学调整层的第二光学材料含有第二树脂和无机粒子。在形成光学调整层之前，第二光学材料也可以含有溶剂。溶剂用于使无机粒子均匀地分散于第二树脂或者第二树脂的原料中、或者用于调整第二树脂或者第二树脂的原料的粘度，以形成不含气泡的光学调整层3。

包含于第二光学材料的溶剂通过下述的干燥工序被去除。因此，可认为基体1和溶剂的接触时间比第二树脂的原料短，且溶剂和第一树脂的相互作用比第二树脂的原料小。但是，从抑制杂质向基体1的渗透、防止衍射光栅的变形及折射率变化层的生成的观点来看，优选溶剂也和第二树脂的原料即单体或者低聚体一样，使用具有与基体1的溶解度参数相差0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的溶解度参数的溶剂。另外，为了使在衍射光学元件22的制造工序中的含有溶剂的第二树脂层的原料和由第一树脂构成的基体1的密接性提高，确保生产效率，而优选溶剂和第一树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上2.5〔cal/cm³〕^1/2以下，更优选0.8〔cal/cm³〕^1/2以上2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。也可以从具有这样的溶解度参数的溶剂中，选择满足无机粒子的分散性、基体树脂的溶解性、制造工序的可操作性(粘度调整性、对基体的濡湿性、易干燥性(沸点、蒸汽压等)等)等所必须的特性的溶剂。

特别是在作为构成基体树脂的第二树脂使用热固化性树脂及能量线固化性树脂的情况下，如上所述，第二树脂的溶解度参数大于构成基体1的第一光学材料的第一树脂的溶解度参数。因此，为了确保第二树脂的溶解性，优选溶剂也具有比第一树脂的溶解度参数高0.8〔cal/cm³〕^1/2以上的溶解度参数。例如，在作为基体1的第一树脂使用双酚A系聚碳酸酯(SP值为9.8)的情况下，可使用：以甲醇(SP值为14.5)、乙醇(SP值为9.8)、异丙醇(SP值为11.5)、正丙醇(SP值为11.9)、正丁醇(SP值为11.4)等为代表的酒精系溶剂；以乙二醇(SP值为14.6)、2-甲氧基乙醇(SP值为11.4)等为代表的甘醇系溶剂；水(SP值为23.4)等溶剂。这些溶剂的取得及使用比较容易，从这一点上优选之。

如第二实施方式中所说明，第二光学材料中的无机粒子渗透到基体1的可能性极低。因此，通过使用复合材料作为构成光学调整层的第二光学材料，第二树脂的原料即单体或者低聚体或溶剂等低分子量成分在制造工序中与基体1接触的机会相对降低。其结果是，进一步抑制第二光学材料所包含的低分子量成分向基体1的渗透。

下面，说明衍射光学元件22(第二实施方式)的制造方法。

与第三实施方式一样，首先，如图7(a)所示，准备在表面形成有衍射光栅2的基体1。然后，如图7(b)～图7(e)所示的那样，将构成光学调整层3′的第二光学材料的原料13配置于基体1上。至此，为与第三实施方式的制造方法一样的工序。

接着，为了除去原料13中的溶剂而使原料13干燥。溶剂的除去可使用加热干燥、减压干燥等方法。关于干燥温度、压力、时间等，需要根据所使用的原料13的组成(溶剂的种类、第二树脂的极性、原料13中的溶剂含量等)酌情调整。当溶剂残存时，由于成为光学调整层3′的折射率变动的要因，因而需要实质上完全除去溶剂直至不产生折射率的变动的程度。

除去溶剂之后，如第三实施方式所说明，使包含于原料13的第二树脂的原料固化。固化方法与第三实施方式一样，可通过热及能量线照射进行。通过使第二树脂的原料固化，而将原料13整体固化。这样，如图7(f)所述，在具有衍射光栅2的基体1的表面设有由复合材料构成的光学调整层3′的衍射光学元件22得以完成。

与第三实施方式一样，在需要光学调整层3′所要求的形状精度、尤其需要与衍射光栅2的相反侧的面的形状以高的精度进行成型的情况下，在固化工序使用铸模将光学调整层3′的形状以更高的成型精度加以控制也可。在该情况下，如参照图8(a)～(d)在第三实施方式进行了说明的那样，将光学调整层3′的原料配置于基体1上，除去溶剂之后，将铸模8抵押到原料13而将原料13成型为所期望的形状也可。

另外，在使用铸模8对光学调整层3的形状进行成型的情况下，在将光学调整层3′的原料13配置于铸模8且从原料13中除去溶剂之后，将原料13按压到基体1也可。但是，如在第三实施方式进行了说明的那样，更优选将光学调整层3′的原料13配置于基体1上。由此，如图8(d)所示，在基体1的表面形成有光学调整层3′的衍射光学元件22得以完成。

这样，根据本实施方式的衍射光学元件的制造方法，由于包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂和包含于构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂的原料13及包含于原料13的溶剂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而使得在衍射光学元件的制造过程中的基体1和第二树脂的原料的界面的相互作用降低，而使第二树脂的原料及溶剂向基体1的渗透得以抑制。因此，在衍射光学元件的制造过程中，可防止在基体1的表面所形成的衍射光栅2的形状发生变形、或者在基体1的表面生成折射率不同的层。另外，由于通过聚合及固化而使由第二树脂的原料形成的光学调整层3的溶解度参数和包含于构成基体1的第一光学材料的第一树脂的溶解度参数之差也达到0.8〔cal/cm³〕^1/2以上，因而可使所完成的衍射光学元件中的因光学调整层3′向基体1的渗透所引起的衍射光栅的变形及基体的折射率的变动得以抑制，就能够得到可实现所期望的高衍射效率及聚光特性的衍射光学元件。特别是由于通过使用复合材料作为第二光学材料可使衍射光栅的段差变浅，因此，具有衍射光栅2的基体1的加工变得容易且可使衍射光栅的间距变窄，从而可实现衍射性能的提高。

实施例

下面，具体说明本发明的衍射光学元件的制作、特性评价的结果。

(实施例1)

通过下面的方法制作了具备如图5所示的衍射光学元件21。衍射光学元件21具有透镜作用，且以利用1次衍射光的方式设计。这一点在下面的实施例都一样。

首先，作为构成基体1的第一光学材料的第一树脂，通过将双酚A系聚碳酸酯树脂(d线折射率1.585，阿贝数18，SP值9.8〔cal/cm3〕1/2)进行注射成型，制作出衍射光栅的根源的包络面为非球面形状、深度39μm的环状衍射光栅2在单面具有的基体1。透镜部的有效半径为0.828mm，环数为29条，最小环距为14μm，衍射面的近轴R(曲率半径)为-1.0144nm。

然后，将作为构成光学调整层3的第二光学材料的第二树脂的环氧丙烯酸酯树脂C(d线折射率1.600，阿贝数33，SP值11.2〔cal/cm³〕^1/2)，使用填塞印刷机(ミシマ(株式会社)制造SPACE，PAD系统)涂敷于基体1的环状衍射光栅2上的整个面。其后，照射(照度120mW/cm²，累积光量4000mJ/cm²)紫外线使丙烯酸酯树脂固化，形成光学调整层3。

对通过以上的工序制作的衍射光学元件21的衍射效率进行了测定。使来自白色光源的光线透过衍射光学元件21，各衍射级次所对应的聚光点的最大亮度由超精密三维测量装置(三鹰光学仪器(株式会社)制造)测量，且通过以下的式(4)所示的计算来算出1次衍射效率。另外，在下面的实施例及比较例，未检测3次衍射光以上的高次衍射光。

数学式4

本实施例的衍射光学元件21的1次衍射效率在总波长范围为87％。另外，在一般的用途的情况下，只要1次衍射效率为85％以上，衍射光学元件就足够实用。

此外，将本实施例的衍射光学元件21沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，为了测量基体和光学调整层接触的部分的基体的折射率，在与基体1同样的材料的平板上，按照与光学调整层同样的材料、同样的条件形成厚度为30μm的膜，测量基体和膜接触的部分的基体的折射率，其结果是在d线的折射率为1.585，与在同光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。据此可确认光学调整层3的原料没有渗透到基体1。

另外，固化前的第二树脂的溶解度参数通过根据利用Fedors的分子结构进行计算的方法可求得。对固化后的第二树脂的溶解度参数也进行计算，其结果可知与固化前的第二树脂的溶解度参数大致相等。在下面的实施例、比较例也同样计算了固化前的第二树脂的溶解度参数。

(实施例2)

作为本发明的实施例，通过下面的方法制作了具备如图6所示的结构的衍射光学元件22。基体1与实施例1一样，通过作为第一树脂将双酚A系聚碳酸酯树脂(d线折射率1.585，阿贝数18，SP值9.8〔cal/cm³〕^1/2)进行注射成型，制作出衍射光栅的根源的包络面为非球面形状、深度15μm的环状衍射光栅2在单面具有的基体1。透镜部的有效半径为0.828mm，环数为29条，最小环距为14μm，衍射面的近轴R(曲率半径)为-1.0144nm。

然后，以下面的方式调制构成光学调整层3′的原料的第二光学材料。作为第二树脂使用脂环聚烯烃树脂B(d线折射率1.531，阿贝数52，SP值9.0〔cal/cm³〕^1/2)，在其中将氧化锆(一次粒径3～10nm，利用光散射法测得的有效粒径为20nm，含有硅烷系表面处理剂)的PGME(丙二醇单甲醚，SP值为10.8〔cal/cm³〕^1/2)的分散液、按照除去分散溶剂即PGME的全固形成分中的氧化锆的重量比为56重量％的方式进行分散并进行混合。另外，该第二光学材料的干燥·固化后的光学特性如下：d线的折射率为1.623、阿贝数为43、在波长400～700nm的光线的透射率为90％以上(膜厚为30μm)。

将该第二光学材料在基体1上通过使用分配器滴注0.4μL，由真空干燥机进行干燥(25℃，真空干燥机的内压为1300Pa，3个小时)之后，设置于金属模(在不锈钢系合金表面形成镀镍膜)，从基体1的背面(与滴注复合材料的面相反的面)照射紫外线(照度120mW/cm²，累积光量4000mJ/cm²)使第二树脂固化。其后，从金属模脱模形成光学调整层3′。另外，光学调整层3′的表面形状按照与沿着衍射光栅2的根源的包络面形状的非球面形状一致的方式形成。另外，光学调整层3′的厚度以在最厚的部分(即与衍射光学元件的最深部相对应的部分)为30μm的方式形成。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法进行计算，其结果是在总波长范围为92％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件22沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅2的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。据此可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

(实施例3)

作为本发明的实施例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件22。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂，使用了将含有OH基的丙烯酸酯树脂A(d线折射率为1.529，阿贝数为50，SP值为11.5〔cal/cm³〕^1/2)和与实施例2相同的脂环丙烯酸酯树脂B按重量比4∶1的比例进行了混合、以使树脂整体的溶解度参数达到11.1〔cal/cm³〕^1/2的方式进行了调整的混合树脂；其二是作为溶剂使用了正丙醇(NPA，SP值为11.9〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法进行计算，其结果是在总波长范围为85％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件22沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。因此，可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

(实施例4)

作为本发明的实施例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件22。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂，只是使用了在实施例3所使用的含OH基丙烯酸酯树脂A；其二是作为溶剂使用了正丙醇(NPA，SP值为11.9〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法加以计算，其结果是在总波长范围为93％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件22沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行了测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。据此可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

(实施例5)

作为本发明的实施例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件22。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂，使用了将在实施例3所使用的含OH基丙烯酸酯树脂A和溶解度参数不同的环氧丙烯酸酯树脂D(d线折射率为1.569，阿贝数为35，SP值为12.1〔cal/cm³〕^1/2)按重量比4∶1的比例进行了混合、以使树脂整体的溶解度参数达到11.6〔cal/cm³〕^1/2的方式进行了调整的混合树脂；其二是作为溶剂使用了异丙醇(IPA，SP值为11.5〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法进行了计算，其结果是在总波长范围为91％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件22沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行了测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。因此，可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

(实施例6)

作为本发明的实施例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件22。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂，使用了将在实施例3所使用的含OH基丙烯酸酯树脂A和溶解度参数不同的环氧丙烯酸酯树脂D(d线折射率为1.569，阿贝数为35，SP值为12.1〔cal/cm³〕^1/2)按重量比3∶1的比例进行了混合、以使树脂整体的溶解度参数达到11.7〔cal/cm³〕^1/2的方式进行了调整的混合树脂；其二是作为溶剂使用了异丙醇(IPA，SP值为11.5〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法进行计算，其结果是在总波长范围为91％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。据此可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

(实施例7)

作为本发明的实施例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件22。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层3′的第二光学材料的第二树脂，只使用了在实施例5所使用的环氧丙烯酸酯树脂D(d线折射率为1.569，阿贝数为35，SP值为12.1〔cal/cm³〕^1/2)；其二是作为溶剂使用了异丙醇(IPA，SP值为11.5〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件22的1次衍射效率由与实施例1同样的方法加以计算，其结果是在总波长范围为88％以上。

此外，本实施例的衍射光学元件22沿穿过光轴的剖面剖开，基体1和光学调整层3′的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。另外，利用与实施例1相同的方法对基体1和光学调整层3′接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.585、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相同。因此，可确认光学调整层3′的原料没有渗透到基体1。

另外，在本实施例中，基体和光学调整层的SP值之差是2.3〔cal/cm³〕^1/2这样的较大值，而和实施例1～6一样，没有发生成品率下降及使用时光学调整层剥离之类的问题。

(比较例1)

作为比较例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件。但是，与实施例2不同之处有二，其一是作为构成光学调整层树脂，使用了将在实施例3所使用的含OH基丙烯酸酯树脂A和脂环丙烯酸酯树脂B按重量比1∶3的比例进行了混合、以使树脂整体的溶解度参数达到9.6〔cal/cm³〕^1/2的方式进行了调整的混合树脂；其二是作为溶剂使用了异丙醇(IPA，SP值为11.5〔cal/cm³〕^1/2)。

本实施方式的衍射光学元件的1次衍射效率由与实施例1同样的方法加以计算，其结果是在总波长范围为71％以上。另外，在该衍射光学元件中，在由超精密三维测量装置进行亮度测量时，在除0次光、1次光、2次光的聚光点以外的区域也观测了亮度。另外，亮度测量所使用的白色光的透射光量必须是实施例1～6的3倍。这表示作为衍射光学元件其光学损失大。

此外，本比较例的衍射光学元件沿穿过光轴的剖面剖开，基体和光学调整层的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果观测到可看作是如图2所示的折射率变化层101a的发生了变色的层。另外，利用与实施例1相同的方法对基体和光学调整层接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.572、与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相比就下降了0.013。即，可认为光学调整层的原料发生了渗透、引起折射率下降，而使衍射效率下降。

(比较例2)

作为比较例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件。但是，与实施例2不同之处在于，作为构成光学调整层的树脂，使用了将在实施例3所使用的含OH基丙烯酸酯树脂A和在实施例2所使用的脂环丙烯酸酯树脂B按重量比1∶1的比例进行了混合、以使树脂整体的溶解度参数达到10.3〔cal/cm³〕^1/2的方式进行了调整的混合树脂。

本实施方式的衍射光学元件的1次衍射效率由与实施例1同样的方法加以计算，其结果是在总波长范围为80％以上。另外，在衍射光学元件中，在由超精密三维测量装置进行亮度测量时，在除0次光、1次光、2次光的聚光点以外的区域也存在亮度。另外，亮度测量所使用的白色光的透射光量必须是实施例1～6的1.5倍。这表示作为衍射光学元件其光学损失大。

此外，本比较例的衍射光学元件沿穿过光轴的剖面剖开，基体和光学调整层的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果发现了如图2所示的那样的折射率变化层。另外，利用与实施例1相同的方法对基体和光学调整层接触的部分的基体的折射率进行测量，其结果是d线的折射率为1.575，与在光学调整层不接触的情况下的d线的折射率(1.585)相比较就下降了0.01。即，可认为以不能从衍射光栅的剖面观察到的级别渗透了光学调整层的原料、引起微小的折射率下降，而使衍射效率下降。

(比较例3)

作为与本发明的实施例进行对比的比较例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件。但是，与实施例2不同之处在于，作为构成光学调整层的树脂，只使用了含OH基丙烯酸酯树脂A，作为溶剂使用异丙醇，且没有混合无机粒子。

本比较例的衍射光学元件沿穿过光轴的剖面剖开，基体和光学调整层的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果没有观测到因材料的相互作用所引起的衍射光栅的变化及变质。

但是，由于作为光学调整层没有达到必须的折射率，因而1次衍射效率为25％。

(比较例4)

作为比较例，利用与实施例2同样的方法制作了结构与实施例2相同的衍射光学元件。但是，与实施例2不同之处在于，作为添加到光学调整层的溶剂，使用了甲基异丁基酮(MIBK，SP值为9.5〔cal/cm³〕^1/2)。

本比较例的衍射光学元件沿穿过光轴的剖面剖开，基体和光学调整层的分界部分由光学显微镜进行观察，其结果观测到因材料的相互作用所引起的如图1所示的那样的衍射光栅的变形。由于衍射光栅的变形明显，因而不能使衍射光聚光，不能测定衍射效率。

(比较例5)

作为与本发明的实施例进行对比的比较例，试制了结构与实施例2相同的衍射光学元件。但是，与实施例2不同之处在于，将光学调整层的原料不是滴注到基体上而是滴注到铸模，在原料干燥后，将铸模嵌入基体，通过照射紫外线使丙烯酸酯树脂固化，制作成衍射光学元件。

在本比较例中，脱模时铸模上残留应成为光学调整层的复合材料，不能在基体上形成所期望的形状的光学调整层。

(结果的考察)

下面的表1表示在实施例1～6及比较例1～5中、用于光学调整层的树脂及溶剂和它们的溶解度参数及构成基体的树脂的溶解度参数之差。另外，还表示所制作的衍射光学元件中的向基材的侵蚀的观察结果以及所计算出的1次衍射效率。

表1

如表1所示，实施例的衍射光学元件的基体及光学调整层所包含的树脂的溶解度参数之差为0.8以上，由此不产生树脂向基材的侵蚀，可得到高的衍射效率。

与此相对，从比较例1、2可知，在基体及光学调整层所包含的树脂的溶解度参数之差小于0.8的情况下，发现了因树脂向基体的侵蚀所引起的折射率变化层或者微小的折射率变化层的生成，由此使得1次衍射效率下降。

另外，从比较例4可知，虽然基体及光学调整层所包含的树脂的溶解度参数之差为0.8以上，但在光学调整层的原料中含有与基体所包含的树脂的溶解度参数之差小于0.8的溶剂的情况下，由于溶剂渗透到基体，而使衍射光栅的变形产生。

图9表示实施例1～7及比较例1、2中的、基体及光学调整层所包含的树脂的溶解度参数(SP值)之差与1次衍射效率的关系。由图9可知，在基体和包含于光学调整层的树脂的溶解度参数之差为0.8以上的情况下，得到1次衍射效率为85％以上。在此，1次衍射效率是基于(式4)计算的。如上述的那样，关于比较例1、2，在0次、1次、2次衍射光的聚光位置没有聚光的成分也多，进行评价时的透射光量与实施例1～7相比较需要1.5倍～3倍的光量，因而可认为实际的衍射效率远远低于71％及80％。

图10表示实施例1～7及比较例1、2中的、基体及光学调整层所包含的树脂的溶解度参数(SP值)之差和基体的折射率的关系。由图10可知，只要基体和包含于光学调整层的树脂的溶解度参数之差为0.8以上，基体的折射率就大致恒定。这可认为是因为只要溶解度参数之差为0.8以上，就不会发生树脂向基体的渗透，从而不会使折射率下降的缘故。

如上所述，根据本实施例的衍射光学元件，由于可使构成元件的材料间的相互作用得以抑制，因而不会产生因基体的衍射光栅的变形及基体的折射率变化所引起的不要衍射光及杂散光的发生，进而可以得到具有良好的光学特性且可批量生产效率高的衍射光学元件。

产业上应用的可行性

本发明的衍射光学元件可适当用于各种光学系统，例如可适当用作照相机的透镜、空间低通滤波器、偏振光全息图等。

Claims (15)

1.一种衍射光学元件，

具备：

基体，其由含有第一树脂的第一光学材料构成，且表面具有衍射光栅；

光学调整层，其由含有第二树脂的第二光学材料构成，且以覆盖所述衍射光栅的方式被设置在所述基体上，

所述第一光学材料的折射率小于所述第二光学材料的折射率，

所述第一光学材料的折射率的波长色散性大于所述第二光学材料的折射率的波长色散性，

所述第一树脂及所述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。

2.如权利要求1所述的衍射光学元件，其中，所述第一树脂及所述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

3.如权利要求1或者2所述的衍射光学元件，其中，所述第二光学材料还含有无机粒子，且将所述无机粒子分散于所述第二树脂中。

4.如权利要求3所述的衍射光学元件，其中，所述无机粒子含有以选自由氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铪、氧化钪、氧化铝及二氧化硅组成的群的至少一种为主成分。

5.如权利要求4所述的衍射光学元件，其中，所述无机粒子的有效粒径为1nm以上100nm以下。

6.如权利要求1～5中任一项所述的衍射光学元件，其中，所述第二树脂的溶解度参数比所述第一树脂的溶解度参数大0.8〔cal/cm³〕^1/2以上。

7.如权利要求6所述的衍射光学元件，其中，所述第二树脂具有OH基。

8.如权利要求6所述的衍射光学元件，其中，所述第一树脂为聚碳酸酯。

9.如权利要求6所述的衍射光学元件，其中，所述第二树脂为能量线固化性树脂。

10.一种衍射光学元件的制造方法，

包含：

将由含有第一树脂的第一光学材料构成且表面具有衍射光栅的基体进行预先准备的工序；

以覆盖所述衍射光栅的方式在所述基体上将含有第二树脂之原料的第二光学材料的原料进行配置的工序；

通过使所述第二树脂的原料固化而将由所述第二光学材料构成的光学调整层进行形成的工序，

所述第一光学材料的折射率小于所述第二光学材料的折射率，

所述第一光学材料的折射率的波长色散性大于所述第二光学材料的折射率的波长色散性，

所述第一树脂及所述第二树脂的原料的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.5〔cal/cm³〕^1/2以下。

11.如权利要求10所述的衍射光学元件的制造方法，其中，所述第一树脂及所述第二树脂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

12.如权利要求11所述的衍射光学元件的制造方法，其中，在形成所述光学调整层的工序中，一边将用于规定所述光学调整层的外形的铸模抵押到所述第二光学材料的原料一边使所述第二树脂的原料固化。

13.如权利要求11所述的衍射光学元件的制造方法，其中，

所述第二光学材料的原料还含有溶剂及无机粒子，

所述第一树脂及所述溶剂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.5〔cal/cm³〕^1/2以下，

在配置所述第二光学材料的原料的工序之后、形成所述光学调整层的工序之前，还包含从所述第二光学材料的原料中除去所述溶剂的工序，

在形成所述光学调整层的工序中，通过使所述第二树脂的原料固化，生成在所述第二树脂中分散有所述无机粒子的所述第二树脂。

14.如权利要求13所述的衍射光学元件的制造方法，其中，所述第一树脂及所述溶剂的溶解度参数之差为0.8〔cal/cm³〕^1/2以上且2.3〔cal/cm³〕^1/2以下。

15.如权利要求14所述的衍射光学元件的制造方法，其中，在形成所述光学调整层的工序中，一边将用于规定所述光学调整层的外形的铸模抵押到所述第二光学材料的原料一边使所述第二树脂的原料固化。

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