CN102918432A - 衍射光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在将基体与光学调整层粘附的构造的衍射光学元件中，若基体与光学调整层的接合强度低下，则在光学调整层中发生裂缝或剥离这样的不良。在本发明的衍射光学元件（100）中，在基体（1）的平面状的第二区域（6）上形成有多个固定槽（3）。此外，多个固定槽（3）中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。以覆盖基体（1）的形成有衍射栅格（2）的第一区域（5）和形成有固定槽（3）的第二区域（6）的方式粘附光学调整层（9）。

Description

衍射光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及衍射光学元件及其制造方法。尤其涉及在透镜基体的表面具有光学调整层、而降低衍射效率的波长依赖性的衍射光学元件及其制造方法。

背景技术

衍射光学元件是在由玻璃或树脂等光学材料构成的基体的表面具备多个栅格构造的光学元件。

衍射光学元件在各种光学系统中使用，已知例如用作以下用途等使用：设计为将规定次数的衍射光汇集于1点的透镜、空间低通滤波器、偏振全息等。

衍射光学元件具有能够使光学系统变得紧凑的特征。

此外，与折射相反，波长越长的光衍射越显著，由于发现了这一现象，所以通过将衍射光学元件与折射类的光学元件组合，还能够改善光学系统的色像差和像面弯曲。

另一方面，衍射效率在理论上依赖于光的波长，所以在上述的衍射光学元件中存在如下课题：若将衍射光学元件设计为对于规定的波长的光衍射效率最佳，则对于其他波长衍射效率降低。例如，在想要将衍射光学元件应用于摄像机用透镜等利用白色光的光学系统时，具有该衍射光学元件单独的应用存在极限的问题。

对于这样的课题，在专利文献1中，公开了一种相位差型的衍射光学元件，具备由光学材料构成并在表面设有衍射栅格的基体、以及由与基体不同的光学材料构成并覆盖衍射栅格的光学调整层。

该相位差型的衍射光学元件具有如下特性：设透过衍射光学元件的光的波长为λ、衍射栅格的深度为d时，若满足下式（1），则相对于波长λ的光的m次衍射效率为100%。

[数式1]

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

在此，m为整数，表示衍射次数。

因此，如果在使用的光的波段内，能够将具有使d大致一定的波长依赖性的折射率n1（λ）的光学材料和折射率n2（λ）的光学材料组合，则能够降低衍射效率的波长依赖性。一般来说，将折射率较高而波长色散较低的材料和折射率较低而波长色散较高的材料组合。在专利文献1中公开了：作为构成基体的光学材料而使用树脂，作为构成光学调整层的光学材料而使用紫外线固化树脂。

在这样的相位差型的衍射光学元件中，实现了光学特性的最佳化，然而，由于将性质相差较大的基体和光学调整层接合的构造，所以要求构造上的最佳化以实现高效接合。

在专利文献1中，作为提高接合强度的方法，还公开了如下方法：在包围形成有衍射栅格的第一区域的平面状的第二区域中，设置轴中心与衍射环形光栅一致的同心圆形状的突起部，并以覆盖该突起的方式形成光学调整层，从而增大基体与光学调整层的接触面积，提高接合强度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010-102000号公报

发明的概要

发明所要解决的课题

本申请发明人发现，如专利文献1所记载，即使在平面状的第二区域设置突起部（凸部），也存在接合强度不够的情况。

发明内容

本发明提供一种衍射光学元件及其制造方法，能够提高基体和光学调整层的接合强度，抑制由光学调整层从基体的剥离及光学调整层的分离导致的裂缝。

解决课题所采用的手段

本发明的衍射光学元件的特征在于，具有：基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；所述基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，所述光学调整层形成为覆盖所述第一区域、以及所述第二区域的至少一部分，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。

根据又一实施方式，在所述多个固定槽中，所述位于最内侧的固定槽最深，越位于外侧的槽越浅。

根据又一实施方式，所述多个固定槽中的最深的固定槽的深度为0.05mm以下。

根据又一实施方式，所述多个固定槽是使轴中心与所述衍射栅格形状的轴中心大致一致的同心圆形状。

根据又一实施方式，所述第二区域的表面的一部分是平面形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第一区域中是与连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线大致相同的形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第二区域中是沿着所述基体的形状的大致平面形状。

根据又一实施方式，所述光学调整层的厚度为：从连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线沿着法线方向到所述光学调整层的表面的距离为0.05mm以下。

根据又一实施方式，所述第一光学材料与所述第二光学材料相比，是低折射率高色散材料。

根据又一实施方式，所述第二光学材料是包含树脂和无机粒子的合成材料。

根据又一实施方式，所述无机粒子以氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铝及二氧化硅中的至少1种氧化物为主成分。

本发明的衍射光学元件的制造方法的特征在于，该衍射光学元件具有：基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；该衍射光学元件的制造方法包括以下工序：准备以下基体的工序：该基体在表面具有第一区域和第二区域，该第一区域具有所述衍射栅格形状，该第二区域位于所述第一区域的外侧，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅；将所述第二光学材料的原料滴注至用于将所述第二光学材料粘附到所述基体上的模具中的工序；以夹入所述第二光学材料的方式使所述基体与所述模具接合的工序；以及在使所述基体与所述模具接合的状态下，使所述第二光学材料的原料固化的工序。

根据又一实施方式，所述第二光学材料的原料具有光固化性，照射光而使所述第二光学材料的原料固化。

根据又一实施方式，所述第二光学材料的原料具有紫外线固化性，照射紫外线而使所述第二光学材料的原料固化。

发明效果

根据本发明，形成于基体的第二区域的多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。由此，能够大幅提高基体和光学调整层的接合强度。因此，能够抑制在制造时产生的由光学调整层的分离导致的裂缝不良，能够大幅提高生产性。此外，能够防止由于环境的变化或长期使用等导致的、从光学调整层的端部逐渐行进的基体与光学调整层的剥离，能够提供可靠性高的衍射光学元件。

附图说明

图1中（a）及（b）是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的基体的图。

图2是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的基体的图。

图3中（a）～（c）是表示本发明的实施方式的固定槽的其他例的图。

图4是表示测定光学调整层向固定槽的进入量而得到的结果的图。

图5表示本发明的实施方式的衍射光学元件的图。

图6中（a）～（d）是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的制造方法的图。

图7是表示将代替凹形状的固定槽而设置凸部的基体与模具抵接时的光学调整层的原料的流动的图。

图8是表示将本发明的实施方式的设置了凹形状的固定槽的基体与模具抵接时的光学调整层的原料的流动的图。

图9是表示未形成固定槽的衍射光学元件的图。

图10是表示未形成固定槽的衍射光学元件的膜剥离数的推移的图。

图11中（a）及（b）是表示未形成固定槽的衍射光学元件的第二区域中的基体和光学调整层的状态的图。

图12是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的图。

图13是对本发明的实施方式的衍射光学元件的膜剥离数的推移进行评价的图。

图14中（a）及（b）是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的第二区域中的基体和光学调整层的状态的图。

图15是表示在衍射光学元件的光学调整层中产生的裂缝的图。

具体实施方式

本申请发明人对于在具有衍射栅格形状的基体表面形成有以合成材料为原料的光学调整层的衍射光学元件中的、在光学调整层产生的裂缝进行了详细研究，并且对光学调整层和基体的膜剥离进行了详细研究。结果发现，以覆盖第一区域和第二区域的方式形成光学调整层的情况下，以第二区域的平面部为起点的光学调整层的裂缝和在第一区域的端部产生的基体与光学调整层的界面剥离，以较高的概率发生，其中，该第一区域具有在基体的表面形成的衍射栅格形状，该第二区域包含该第一区域。

根据该发现，本申请发明人想到了以下说明的衍射光学元件。

具体地说，在第二区域的平面部形成多个固定槽，光学调整层构成为以覆盖第一区域和第二区域的固定槽的方式粘附。由此，通过固定槽的效果，提高了基体和光学调整层的接合强度，能够防止第二区域中的光学调整层的剥离。此外，接合强度的提高能够抑制第二区域中的光学调整层的界面微动，作为裂缝对策是有效的。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

（实施方式1）

图1及图2是表示本发明的第一实施方式的衍射光学元件的基体1的图。

图1（a）是在表面形成有衍射栅格2及固定槽3的基体的俯视图，图1（b）是基体1的侧截面图。

由含有第一树脂的第一光学材料构成的基体1在其表面具备衍射栅格2及固定槽3。衍射栅格2和固定槽3形成为，其形成轴中心4大致一致。

在表面形成有衍射栅格2的第一区域5具有凸状的截面形状，该凸状的截面形状具有透镜作用。在位于第一区域5的外侧并具有包围第一区域5的平面形状的第二区域6上形成有多个固定槽3。另外，在本实施方式1中，将第一区域5的截面形状设为凸状，但是本发明不限定于此，也可以是凹状。此外，固定槽3的形状例如是轴中心与形成于第一区域5的衍射栅格2大致一致的同心圆形状，但是本发明不限定于此。

固定槽3是相对于基体1的第二区域6的平面形状凹陷的形状。基体1在第二区域6中不具有相对于该平面形状突出的形状。

作为第一光学材料，只要在使用的整个波段与第二光学材料及衍射栅格的深度d之间成立式（2）的关系、并且作为光学元件具有充分的透光性就能够使用。

[数式2]

$0.9d\≤\left|\frac{m\·\mathrm{\λ}}{n1\left(\mathrm{\λ}\right)-n2\left(\mathrm{\λ}\right)}\right|\≤1.1d$

其中：

n1（λ）：第一光学材料在波长λ下的折射率

n2（λ）：第二光学材料在波长λ下的折射率

m：衍射次数

                                                    …（2）

考虑到加工的容易性和后述的第二光学材料的选择范围，构成本实施方式1中的基体1的第一光学材料含有树脂。

作为第一光学材料使用含有树脂的材料的理由是，考虑在透镜的生产中生产性最能够期待的模具成型的情况下，对于含有玻璃的材料，模具的耐久性与树脂相比大幅恶化，所以具有衍射栅格形状的基体1的制造并不容易，与此相对，含有树脂的材料能够应用于注射成型等批量生产性较高的制造方法。此外，由于含有树脂的材料容易通过模具成型或其他加工法来实施微细加工，所以具有容易应对衍射栅格2的间距（pitch）或衍射阶梯（在图中省略）的形状变更的优点。此外，对于衍射光学元件的小型化和轻量化也是有利的。

图2是将图1（b）中示出的A部扩大而成的图，示出固定槽3的详细形状。另外，在本实施方式1的说明中，说明了固定槽的数量为3条的情况，但是本发明不限定于此。

在图2中，将3条固定槽3从距离第一区域5较近侧（即内周侧）起分别表示为D1、D2、D3。位于最外侧的固定槽D3的深度比位于最内侧的固定槽D1的深度浅。

在图2所示的例子中，固定槽D1、D2、D3各自的深度全部不同。其槽深度构成为，最内侧的固定槽D1最深，最外侧的固定槽D3最浅，中间的固定槽D2为二者之间的深度，像这样，越位于外周侧的槽逐渐变浅。

若在固定槽3中填充光学调整层9（图5），则基体1与光学调整层9的接触面积增加，接合强度提高。因此，优选为光学调整层9在固定槽中无间隙地填充。

本申请发明人们详细研究了固定槽3的形状与光学调整层9的进入量之间的关系。

结果发现，如图2所示，通过采用使距离第一区域5侧较近的固定槽3较深、越向外周侧则逐渐变浅的结构，到外周侧的固定槽3为止，光学调整层9都能够充分填充。

作为具体的一例，将固定槽D1的槽深度形成为0.01mm、将固定槽D2形成为0.0075mm、将固定槽D3形成为0.005mm。优选最深的固定槽D1的深度为0.05mm以下，在该例中取0.01mm。

进而，槽间的形成间距为，以第一区域5与第二区域6之间的界面7为基准，在从界面7离开0.01mm的位置形成固定槽D1。并且，固定槽D1与D2的间隔及固定槽D2与D3的间隔分别以0.025mm间距形成（尺寸在图中示出）。此外，本次形成的各个固定槽3设为仅一边以40°倾斜的槽形状。

另外，在本实施方式1中，说明了固定槽数为3条、且为具有直角三角形状的截面的槽，但是2条至5条也能够得到同样的效果。

其中，图2所示的固定槽3的开口部8越大，则向固定槽填充的后述的光学调整层原料越增多，所以优选开口部8的宽度设定为0.05mm以下。此外，如果固定槽3的开口部8过窄，则光学调整层原料无法进入，所以优选开口部8的宽度设定为0.005mm以上。

图3（a）至图3（c）是作为上述的固定槽3的其他例，表示具有与上述的截面形状不同的形状的固定槽的图。

图3（a）表示截面形状近似于在深度方向上倾斜的2边交叉的倒等边三角形的固定槽20。该结构也能够得到与上述同样的接合强度。

图3（b）表示具有与平坦面21大致成90°的竖壁22、23的四边形的截面形状的固定槽24。该结构也能够得到与上述同样的接合强度。

图3（c）表示具有规定曲率的曲面的截面形状的固定槽25。该结构也能够得到与上述同样的接合强度。

图4是表示互相改变多个固定槽3的形成深度所得出的实验结果的图。在实验中，使用将3条固定槽深度统一为0.016mm的基体1来成型光学调整层9，并且将成膜后的光学调整层9从基体1剥离并反转，使用激光显微镜实际测量从底面到突起前端的高度（向固定槽3的进入量）。其结果可知，仅第一区域5侧的固定槽D1成为填充至与槽形成深度同等的高度的状态，光学调整层9进入至固定槽D1的槽底的前端部并固化。

与此相对，在外周侧的固定槽D2及D3中，向固定槽的进入量逐渐减少，分别为0.015mm、0.014mm，不是完全填满固定槽的状态。如果考虑在槽内部无间隙地填充光学调整层9时能够发挥最大的附着强度，则在这样的状态下，可以认为固定槽D2及D3的附着强度劣于固定槽D1。

因此，本实施方式1的固定槽结构为：越向外周侧则使固定槽深度越浅，消除进入量不足的情况。

图5是表示本发明的第一实施方式的衍射光学元件100的侧截面图。在具备衍射栅格2及固定槽3的基体1上，使用后述的模具，以覆盖第一区域5和第二区域6的至少一部分的方式成膜光学调整层9。

此外，称量光学调整层9的原料，使第二区域6上的光学调整层9成膜为完全填满固定槽3。

进而，光学调整层9的表面是与连接衍射栅格2的形状所具有的衍射阶梯的前端而成的包络线同等的非球面形状，通过转印模具形状来形成光学调整层9的表面。此外，从包络线沿着法线方向到光学调整层9的表面的长度（光学调整层9的膜厚）为0.03mm以下。如果膜厚极端地增加，则像差增大，并且随着树脂的固化收缩而难以控制表面形状。因此，膜厚优选为衍射栅格阶梯的深度以上且0.1mm以下，特别是0.05mm以下。此外，在第二区域6的表面的一部分的平面部分中，光学调整层9的表面是沿着其基体形状的大致平面形状。

进而，构成光学调整层9的材料使用满足式（2）的关系、且在设定的膜厚下具有充分的透光性的材料。构成本实施方式1中的光学调整层9的第二光学材料使用在树脂中分散无机粒子而成的合成材料。由此，能够调整第二光学材料的折射率及色散系数（阿贝数）。通过将调整后的具有适当的折射率及色散系数的第二光学材料用于光学调整层9，能够改善使用衍射光学元件100的光的波段的衍射效率。

此外，通过将折射率高的无机粒子分散到树脂中，能够使第二光学材料具有以树脂单体无法达到的高折射率。

通常，无机粒子比树脂的折射率高。因此，在基体1使用含有第一树脂的第一光学材料，而作为光学调整层9使用在第二树脂中分散无机粒子而得到的第二光学材料的情况下，为了进行调整以使第二光学材料与第一光学材料相比表现出高折射率低波长色散性，作为无机粒子能够选择的材料较多，因此是优选的。换言之，优选为第一光学材料与第二光学材料相比具有低折射率高波长色散性。

如上所述，作为光学调整层9使用由合成材料构成的第二光学材料的情况下，第二光学材料需要具有与第一光学材料相比较高的折射率，并且具有与第一光学材料相比较低的波长色散性。因此，分散到第二树脂中的无机粒子也优选为以低波长色散性、即高色散系数的材料为主成分。例如，特别优选为从由氧化锆（色散系数：35）、氧化钇（色散系数：34）、氧化镧（色散系数：35）、氧化铪（色散系数：32）、氧化钪（色散系数：27）、氧化铝（色散系数：76）、及二氧化硅（色散系数：68）构成的组中选择的至少1种氧化物为主成分。此外，也可以使用它们的复合氧化物。

在使用衍射光学元件100的光的波段中，只要满足式（2），也可以除了这些无机粒子之外，还使例如以氧化钛和氧化锌等为代表的表现出高折射率的无机粒子等共存。

作为基体1的第一光学材料，选择例如聚碳酸酯系树脂、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、脂环式丙烯酸树脂等丙烯酸系树脂、脂环式烯烃树脂等，由于透光性优越，所以是优选的。对于这些树脂，出于提高成型性或机械特性等目的，可以与其他树脂共聚合，或与其他树脂进行掺杂（alloy），也可以将其他树脂混合，也可以不仅含有1种树脂而含有2种以上的树脂。

作为光学调整层9的第二光学材料，可以使用例如聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、异丁烯酸酯、尿烷丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等（甲基）丙烯酸树脂。此外，也可以使用环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、烯硫醇（enethiol）树脂，还可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯及聚己丙酰胺等聚酯树脂。此外，也可以使用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；聚酰亚胺或聚醚酰亚胺等聚酰亚胺树脂；聚乙烯醇；丁缩醛树脂；醋酸乙烯树脂；脂环式聚烯烃树脂等。此外，也可以使用这些树脂的混合体或共聚合体，还可以使用将这些树脂变性而成的树脂。

（实施方式2）

图6（a）～图6（d）是表示本发明的第二实施方式的衍射光学元件的制造方法的图。

图6（a）是表示将光学调整层9的原料10滴注至模具11中的状态的图。将光学调整层9的原料10以规定量滴注至规定光学调整层9的表面形状的模具11的弯曲部12中。这时，原料10的滴注优选为滴注至弯曲部12的中心。通过使用该模具11，原料10能够粘附到基体1上。

此外，弯曲部12的形状成为与衍射光学元件100的凸透镜形状对应的形状。凹透镜形状的情况下，模具形状也变更为与该透镜形状相应的形状。

此外，将光学调整层9的原料10滴注时，优选为将原料10和溶剂混合而降低滴注时的粘度。作为这样的溶剂，例如在基体1使用聚碳酸酯的情况下，可以使用以甲醇、乙醇、2-丙醇、1-丙醇、1-丁醇等为代表的酒精类溶剂。此外，也可以使用以乙二醇、乙二醇甲醚等为代表的甘油类溶剂或水等溶剂。

图6（b）是表示将图1所示的基体1与模具11抵接的状态的图。使基体1的衍射栅格2和固定槽3的形成面与光学调整层9的原料10侧对置。然后，使基体1朝下面向模具11方向，使基体1与模具11的基体抵接面13、14接合。

另外，在本实施方式2中，使基体1朝下面向模具11方向，但是本发明不限于此。此外，在图6（a）中，将光学调整层9的原料10滴注至模具11，但如果滴注至基体1的衍射栅格2形成面，也能够以同样的工序制作。

图6（c）是表示使光学调整层9的原料10固化的工序的图。在使基体1和模具11接合的状态下，隔着基体1从光源15向原料10照射紫外线16而使其固化。原料10例如具有光固化性，能够通过照射光而固化。在该例中，原料10具有紫外线固化性，通过照射紫外线而使其固化。

此外，模具11例如可以由玻璃等透过光线的材料形成，这种情况下，通过隔着模具11向原料10照射期望的光线，能够使原料10固化。另外，原料10为热固化性的情况下，施加热而固化。

图6（d）是表示完成后的衍射光学元件100的图。在光学调整层的原料10固化之后，将模具11打开并将基体1取出后，完成了在基体1的衍射栅格2和固定槽3的形成面具备由模具11规定了曲率的光学调整层9的衍射光学元件100。

另外，本申请发明人使用设置有多个凸部而非固定槽的基体，通过上述制造方法制作了衍射光学元件。但是，通过光学显微镜确认完成的衍射光学元件后，发现在形成凸部的部位附近，光进入而看上去发亮。这是因为，原料10在凸部的周边或凸部与凸部之间未充分填充的状态下被固化。也就是说，光学调整层和基体的接合不充分。此外，使用设置有凸部的基体制作的衍射光学元件，在制造时以较高的概率在光学调整层发生裂缝。在这样的衍射光学元件中，也确认到了光学调整层的端部浮起。

图15表示从上方拍摄使用设置有凸部的基体制作的衍射光学元件的照片。使用材料与后述相同。可见在光学调整层中较大地产生了裂缝159。

图7是表示替代凹形状的固定槽3而将设有凸部3a的基体1与模具11抵接时的原料10的流动10a的图。被按压到基体1和模具11之间的原料10沿着模具11从内侧向外侧流动。这时，在凸部3a的前端部流动10a被阻断，成为在凸部3a和凸部3a之间难以填充原料10的状态。因此，在凸部3a和凸部3a的间未充分填充原料10，成为相对于基体1浮起的状态。其结果，基体1和光学调整层9的接合强度变低。

图8是表示将设有凹形状的固定槽3的基体1与模具11抵接时的原料10的流动10b的图。按压到基体1和模具11之间的原料10沿着模具11从内侧向外侧流动。这时，固定槽3是凹部，不会像凸部3a（图7）那样阻断原料10的流动。顺畅地流动的原料10容易地填充到固定槽3中。此外，还观察到通过毛细管现象，原料10更可靠地填充到固定槽3中。这样，在固定槽3中充分填充了原料10，结果能够增强基体1和光学调整层9的接合强度。

以下说明制作的衍射光学元件的接合强度。以下所示的实验结果为，将光学调整层9从基体剥离，对从光学调整层9分离的衍射环形光栅的条数（膜剥离数）进行评价的结果。此外，为了加速现象，在110℃的高温环境中放置24小时后进行评价。

作为构成基体1的树脂，使用聚碳酸酯树脂（d线折射率1.585、色散系数28）。作为构成光学调整层9的树脂，使用在丙烯酸酯树脂（d线折射率1.600、色散系数33）中分散了氧化锆添加剂的树脂。

图9～图11表示作为比较例，未形成固定槽的衍射光学元件30及其膜剥离数的推移。

图9表示衍射光学元件30的截面形状。衍射光学元件30在基体31的第二区域32中，基体31和光学调整层33以平面34接合。将这样的衍射光学元件30投入到高温环境中后，由于材料彼此的热收缩率差，最坏的情况下，第二区域32的基体31和光学调整层33在界面34处剥离。该现象不仅在第二区域32中，对形成于第一区域35的表面的衍射栅格36和光学调整层33的界面也产生影响。该影响从接近于第二区域32的衍射栅格37开始，向第一区域35的中心方向行进。

图10是表示使用在基体31中形成总数37条衍射栅格的2个样本，对投入到高温环境中时发生的膜剥离数的推移进行评价的图。在图中，横轴为放置时间，纵轴为膜剥离数，放置0时间的数据为放置实验前的膜剥离数。

放置实验前的膜剥离在两样本中都确认到数条膜剥离，但是稳定为对性能没有影响的程度。但是，投入到高温环境中并放置2小时后，基体所具有的衍射环形光栅中的、70%～80%的衍射环形光栅观察到了界面剥离。这样的剥离对图像品质产生影响，若进行摄像则成为画面整体强调白色的、对比度劣化的低品质的图像。

图11是通过激光显微镜对第二区域32中的基体31和光学调整层33的状态进行评价的图。图11（a）表示放置实验前的状态，图11（b）表示放置24小时后的状态。此外，测定部位是对图9的B部进行评价，参照标记38表示基体表面，参照标记39表示光学调整层表面。倾斜部40是第一区域35的光学调整层表面。

首先，在图11（a）所示的放置实验前的状态下，基体表面38和光学调整层表面39大致平行，确认到基体表面38平坦而无间隙地接合的状况。

与此相对，在图11（b）所示的放置24小时后的状态下，光学调整层表面39翘起0.019mm左右，确认到在与基体表面38的界面剥离的情况。此外，可以认为在该膜剥离过程中，若应力平衡明显破坏，则会产生裂缝。

但是，该趋势根据光学调整层所使用的树脂不同而状况有所不同。

图12～图14是表示对实施方式1中详细说明的固定槽规格的衍射光学元件50进行同样的实验的结果的图。衍射光学元件50的构成与衍射光学元件100相同。

图12表示衍射光学元件50的截面形状。在基体51的第二区域52中，在与光学调整层54的界面形成有图2中详细说明的固定槽53。

图13是对膜剥离数的推移进行评价的图。放置24小时后，观察到1～3条程度的膜剥离数的增加，但是与图10的结果相比，确认到对于膜剥离有良好的抑制效果。此外，这种程度的话，对摄像性能没有直接影响。

图14是通过激光显微镜对第二区域52中的基体51和光学调整层54的状态进行评价的图。图14（a）表示放置实验前的状态，图14（b）表示放置24小时后的状态。参照标记58表示基体表面，参照标记55表示光学调整层表面。观察到了图14（b）的24时间放置后的状态和图11（b）的状态之间存在显著的差别。

在图14（b）中，关注光学调整层表面55时，发现了光学调整层54的前端56出现小于0.005mm的翘起，但是固定槽形成面57与基材表面58平行，与图14（a）的放置实验前相比，确认到了未发生变化而良好地接合的状态。即，能够判断为在固定槽部中基体和光学调整层牢固地接合。

如以上那样，形成有本发明的固定槽的衍射光学元件作为膜剥离和裂缝对策是有用的构造。

接着，说明衍射光学元件的实施例和比较例。

（实施例1）

作为本发明的具体的一例，制作了图1及图2所示的基体1。

作为构成基体1的第一光学材料的第一树脂，使用聚碳酸酯树脂（d线折射率1.585、色散系数28）将第一光学材料注射成型，由此制作了基体1。

将固定槽D1的槽深度设为0.01mm、将固定槽D2的槽深度设为0.075mm、将固定槽D3的槽深度设为0.005mm。进而，槽间的形成间距为，以第一区域5与第二区域6之间的界面7为基准，在从界面7离开0.01mm的位置形成固定槽D1。固定槽D1与D2的间隔及固定槽D2与D3的间隔分别以0.025mm间距形成（尺寸在图中示出）。此外，本次形成的固定槽3设为仅一边以40°倾斜的槽形状。

在本基体1上，通过模具成型形成在紫外线固化树脂中分散了氧化锆添加剂而成的光学调整层9。作为紫外线固化树脂使用了丙烯酸酯树脂（d线折射率1.600、色散系数33）。

光学调整层9在固定槽3中无间隙地填充，基体1与光学调整层9表现出良好的接合强度。

（比较例1）

通过与实施例1相同的方法，制作了比较例1的衍射光学元件。与实施例1的差异是，将3条固定槽的深度统一为0.016mm。

在实验中，使用将3条固定槽深度统一为0.016mm的基体来成型光学调整层，并且将成膜后的光学调整层从基体剥离并反转，使用激光显微镜实际测量从底面到突起前端的高度（向固定槽的进入量）。

其结果可知，如图4所示，仅第一区域侧的固定槽D1成为填充至与槽形成深度同等的高度的状态，光学调整层进入至固定槽D1的槽底的前端部并固化。

与此相对，在外周侧的固定槽D2及D3中，向固定槽的进入量逐渐减少，分别为0.015mm、0.014mm，不是完全填满固定槽的状态。如果考虑在槽内部无间隙地填充光学调整层9时能够发挥最大的附着强度，则在这样的状态下，可以认为固定槽D2及D3的附着强度劣于固定槽D1。

工业实用性

本发明在衍射光学元件及其制造方法的领域中特别有用。

标记说明

1、31、51基体

2、36衍射栅格

3、53、D1、D2、D3固定槽

3a凸部

4轴中心

5、35第一区域

6、32、52第二区域

7界面

8开口部

9、33、54光学调整层

10光学调整层的原料

10a、10b光学调整层的原料的流动

11模具

12弯曲部

13、14基体抵接面

15光源

16紫外线

20近似于逆等边三角形的形状的固定槽

21平坦面

22竖壁

23竖壁

24四边形的固定槽

25曲面的固定槽

30、50、100衍射光学元件

34平面

37接近于第二区域的衍射栅格

38、58基体表面

39、55光学调整层表面

40倾斜部

56光学调整层的前端

57固定槽形成面

Claims (12)

1.一种衍射光学元件，具有：

基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及

光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；

所述基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，

所述光学调整层形成为覆盖所述第二区域的至少一部分和所述第一区域，

在所述第二区域中形成有多个固定槽，

所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。

2.如权利要求1所述的衍射光学元件，

在所述多个固定槽中，所述位于最内侧的固定槽最深，越位于外侧的槽越浅。

3.如权利要求1或2所述的衍射光学元件，

所述多个固定槽中的最深的固定槽的深度为0.05mm以下。

4.如权利要求1～3中任一项所述的衍射光学元件，

所述多个固定槽是使轴中心与所述衍射栅格形状的轴中心大致一致的同心圆形状。

5.如权利要求1～4中任一项所述的衍射光学元件，

所述第二区域的表面的一部分是平面形状，

所述光学调整层的表面的截面形状在所述第一区域中是与连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线大致相同的形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第二区域中是沿着所述基体的形状的大致平面形状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的衍射光学元件，

所述光学调整层的厚度为：从连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线沿着法线方向到所述光学调整层的表面的距离为0.05mm以下。

7.如权利要求1～6中任一项所述的衍射光学元件，

所述第一光学材料与所述第二光学材料相比，是低折射率高色散材料。

8.如权利要求1～7中任一项所述的衍射光学元件，

所述第二光学材料是包含树脂和无机粒子的合成材料。

9.如权利要求8所述的衍射光学元件，

所述无机粒子以氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铝及二氧化硅中的至少1种氧化物为主成分。

10.一种衍射光学元件的制造方法，该衍射光学元件具有：基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；

该衍射光学元件的制造方法包括以下工序：

准备以下基体，该基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅；

将所述第二光学材料的原料滴注至用于将所述第二光学材料粘附到所述基体上的模具中；

以夹入所述第二光学材料的方式使所述基体与所述模具接合；以及

在使所述基体与所述模具接合的状态下，使所述第二光学材料的原料固化。

11.如权利要求10所述的衍射光学元件的制造方法，

所述第二光学材料的原料具有光固化性，

照射光而使所述第二光学材料的原料固化。

12.如权利要求10所述的衍射光学元件的制造方法，

所述第二光学材料的原料具有紫外线固化性，

照射紫外线而使所述第二光学材料的原料固化。

Images