JP2002258024A - 回折光学素子とその製造方法、及び該回折光学素子を有する光学系、観察装置、撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度な貼りあわせを、効率よく行うことがで
き、生産性を向上することが可能な回折光学素子とその
製造方法、及び該回折光学素子を有する光学系、観察装
置、撮像素子及び撮像装置を提供する。 【解決手段】レンズ作用を有する少なくとも２つの回折
格子が積層された回折光学素子において、前記回折格子
の各々の光学性能に影響のない位置に、凸部または凹部
が設けられ、前記凸部または凹部で嵌合可能に構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子とそ
の製造方法、及び該回折光学素子を有する光学系、観察
装置、撮像素子及び撮像装置に関し、特にレンズ作用を
有する回折光学素子においての高精度位置決めのための
嵌合形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子には、回折構造が、プリズ
ムとして作用するものやレンズとして作用するものなど
がある。このうちレンズとして作用する回折型光学素子
は、回折型レンズと呼ばれており色収差の補正をする撮
影レンズなどに使われる。回折型レンズは、ガラスや光
透過性の樹脂の屈折率と表面形状が光学的な状態を決め
る従来のレンズとは異なり、レンズ表面に形成された回
折格子パターンに光が入射し、回折現象により、入射光
が一点に集まるレンズ作用を利用している。ところで、
従来の回折型レンズはカメラ等の製造工程において、特
開平１０−２７４７０５号公報のように、レンズ作用を
有する回折光学素子において、レンズ表面の中心部に突
起部または凹陥部を設けたものとして、レンズホルダに
装着する際、該突起部または凹陥部を中心部の位置合せ
や、測定の基準として使用することができるようにして
いる。前記突起部または凹陥部は、顕微鏡等の光学拡大
装置により視覚的に検出可能な形状に形成することによ
り、目視検出を容易にすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２７４７０５号公報のように、目視により、レン
ズホルダに対して、回折型レンズを調整していたので
は、非常に効率が悪い。つまり、自動調整することによ
り、生産性を上げることが必要である。また、特開平１
０−２７４７０５号公報のように、レンズ１枚のみをレ
ンズホルダに装着するのであればアライメントマークを
レンズ中央部に構成してもよいが、回折光学素子は、単
一波長の回折に使われるため、カメラレンズなどでは、
通常、複数枚の回折型レンズを貼り合わせ、可視域の回
折効率を向上させる手法がとられている。そこで、複数
枚の回折型レンズを貼り合わせるには、特開平１０−２
７４７０５号公報のように、複数枚のレンズのアライメ
ントマークが、レンズ中心にあると、調整中にマーク同
士が重なり合い、高精度に（２μｍ以下）位置があって
いるかどうかが確認しにくくなる。また、自動調整する
際に、アライメントマークの検出をＣＣＤカメラで行っ
て、画像処理を施すが、アライメントマークが、レンズ
中心にあると、調整段階で、アライメントマーク同士
が、重なり合ってしまうと検出が非常に難しくなるとい
う点でも問題がある。

【０００４】そこで、本発明は、上記課題を解決し、高
精度な貼りあわせを、効率よく行うことができ、生産性
を向上することが可能な回折光学素子とその製造方法、
及び該回折光学素子を有する光学系、観察装置、撮像素
子及び撮像装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（３２）のように構成し
た回折光学素子とその製造方法、及び該回折光学素子を
有する光学系、観察装置、撮像素子及び撮像装置を提供
するものである。 （１）レンズ作用を有する少なくとも２つの回折格子が
積層された回折光学素子において、前記回折格子の各々
の光学性能に影響のない位置に、凸部または凹部が設け
られ、前記凸部または凹部で嵌合可能に構成されている
ことを特徴とする回折光学素子。 （２）前記回折光学素子は、前記凸部または凹部を嵌合
状態で貼り合わせることによって構成されていることを
特徴とする上記（１）に記載の回折光学素子。 （３）前記貼り合わせが、接着剤によって行われている
ことを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の
回折光学素子。 （４）前記凸部または凹部は、前記回折格子と同心円に
成形されており、前記少なくとも２つの回折格子が嵌合
した状態でその中心位置が合致することを特徴とする上
記（１）〜（３）のいずれかに記載の回折光学素子。 （５）前記凸部または凹部は、テーパ状になっているこ
とを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の
回折光学素子。 （６）前記凸部または凹部の嵌合すきまは、前記少なく
とも２つの回折格子を構成する光硬化性樹脂上に塗布さ
れた反射防止膜の膜厚を考慮して設定されていることを
特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の回折
光学素子。 （７）前記回折光学素子は、前記少なくとも２つの回折
格子に温度差を持たせた後、前記凸部または凹部を嵌合
状態にして形成されていることを特徴とする上記（１）
〜（６）のいずれかに記載の回折光学素子。 （８）前記凸部または凹部が、前記回折格子の各々のレ
ンズ作用面の中心部に設けられていることを特徴とする
上記（１）〜（７）のいずれかに記載の回折光学素子。 （９）前記凸部または凹部は、光学性能に影響のないレ
ンズ作用面の中心から所定の範囲内に設定されているこ
とを特徴とする上記（８）に記載の回折光学素子。 （１０）前記所定の範囲が、レンズ作用面の中心から半
径１５μｍ以内に設定されていることを特徴とする上記
（９）に記載の回折光学素子。 （１１）前記回折格子の一方の回折格子には、レンズ作
用面の中心部以外の位置にも、凸部または凹部が設けら
れていることを特徴とする上記（８）〜（１０）のいず
れかに記載の回折光学素子。 （１２）前記レンズ作用面の中心部以外に設けられてい
る凸部または凹部は、前記少なくとも２つの回折格子の
中心位置が合致した状態で、光軸方向から見て重なり合
わない位置に形成されていることを特徴とする上記
（８）〜（１１）のいずれかに記載の回折光学素子。 （１３）前記レンズ作用面の中心部以外の部位に設けら
れている凸部または凹部が、レンズ作用面の中心に対し
て点対称に少なくとも２ヶ以上の円形状で構成されてい
ることを特徴とする上記（８）〜（１２）のいずれかに
記載の回折光学素子。 （１４）前記凸部または凹部が、前記回折格子の各々の
光学性能に影響のないレンズ作用面の外周部に設けられ
ていることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか
に記載の回折光学素子。 （１５）レンズ作用を有する少なくとも２つの回折格子
が積層された回折光学素子において、前記回折格子の各
々の光学性能に影響のない位置に、凸部または凹部を形
成し、これらの凸部または凹部を用いて互いの位置合わ
せをしながら嵌合状態として、前記回折光学素子を製造
することを特徴とする回折光学素子の製造方法。 （１６）前記回折光学素子は、前記凸部または凹部を嵌
合状態で貼り合わせることによって形成することを特徴
とする上記（１５）に記載の回折光学素子の製造方法。 （１７）前記貼り合わせが、接着剤によって行われるこ
とを特徴とする上記（１５）または上記（１６）に記載
の回折光学素子の製造方法。 （１８）前記凸部または凹部は、前記回折格子と同心円
に成形され、前記少なくとも２つの回折格子が嵌合した
状態でその中心位置が合致するように形成されることを
特徴とする上記（１５）〜（１７）のいずれかに記載の
回折光学素子の製造方法。 （１９）前記凸部または凹部は、テーパ状に形成される
ことを特徴とする上記（１５）〜（１８）のいずれかに
記載の回折光学素子の製造方法。 （２０）前記凸部または凹部の嵌合すきまが、前記少な
くとも２つの回折格子を構成する光硬化性樹脂上に塗布
された反射防止膜の膜厚を考慮して形成されることを特
徴とする上記（１５）〜（１９）のいずれかに記載の回
折光学素子の製造方法。 （２１）前記回折光学素子は、前記少なくとも２つの回
折格子に温度差を持たせた後、前記凸部または凹部を嵌
合状態にして形成されることを特徴とする上記（１５）
〜（２０）のいずれかに記載の回折光学素子の製造方
法。 （２２）前記凸部または凹部が、前記回折格子の各々の
レンズ作用面の中心部に形成されることを特徴とする上
記（１５）〜（２１）のいずれかに記載の回折光学素子
の製造方法。 （２３）前記凸部または凹部は、光学性能に影響のない
レンズ作用面の中心から所定の範囲内に設定されること
を特徴とする上記（２２）に記載の回折光学素子の製造
方法。 （２４）前記所定の範囲が、レンズ作用面の中心から半
径１５μｍ以内に設定されることを特徴とする上記（２
３）に記載の回折光学素子の製造方法。 （２５）前記回折格子の一方の回折格子には、レンズ作
用面の中心部以外の位置にも、凸部または凹部が形成さ
れることを特徴とする上記（２２）〜（２４）のいずれ
かに記載の回折光学素子の製造方法。 （２６）前記レンズ作用面の中心部以外に設けられてい
る凸部または凹部は、前記少なくとも２つの回折格子の
中心位置が合致した状態で、光軸方向から見て重なり合
わない位置に形成されることを特徴とする上記（２２）
〜（２５）のいずれかに記載の回折光学素子の製造方
法。 （２７）前記レンズ作用面の中心部以外の部位に設けら
れている凸部または凹部が、レンズ作用面の中心に対し
て点対称に少なくとも２ヶ以上の円形状に形成されるこ
とを特徴とする上記（２２）〜（２６）のいずれかに記
載の回折光学素子の製造方法。 （２８）前記凸部または凹部が、前記回折格子の各々の
光学性能に影響のないレンズ作用面の外周部に形成され
ることを特徴とする上記（１５）〜（２１）のいずれか
に記載の回折光学素子の製造方法。 （２９）上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の回折
光学素子、または上記（１５）〜（２８）のいずれかに
記載の回折光学素子の製造方法によって製造された回折
光学素子を有することを特徴とする光学系。 （３０）上記（２９）に記載の光学系を有することを特
徴とする観察装置。 （３１）上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の回折
光学素子、または上記（１５）〜（２８）のいずれかに
記載の回折光学素子の製造方法によって製造された回折
光学素子を有することを特徴とする撮像素子。 （３２）上記（３１）に記載の撮像素子を有することを
特徴とする撮像装置。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することで、例えば、少なくとも２つの
回折格子を重ね合わせて回折光学素子を構成するに際し
て、これら回折格子を自動調芯する場合に、前記した回
折格子に形成された凸部または凹部をアライメントマー
クとしてＣＣＤ検出することが可能となり、画像処理に
より容易に位置合わせをして、高精度な貼りあわせを効
率よく行うことができ、生産性を向上することが可能と
なる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は、本実施例に関わる回折光学素
子としての積層型回折型レンズの接合形態を表してい
る。この図に示す回折型レンズ１の構成は、２、３がガ
ラスレンズ、４、５が、光硬化性樹脂で、ガラスレンズ
に接着されている。また、この光硬化性樹脂は、ガラス
レンズに接着される工程で、同時に、切削加工により回
折格子が形成される金型により、９、１０のように多数
の回折格子が同心円状に形成されている。また、各々の
レンズ２、３には、この同心円状に形成される回折格子
と、同心円に嵌合部分１１、１２が形成され、図２に示
すように、嵌合寸法は、φＤ１、φＤ２のようになって
いる。

【０００８】例えば、回折効率が、９５％以上になるよ
うに嵌合すきま（φＤ２−φＤ１＝２μｍ）は、２μｍ
に設定されている。この嵌合すきま２μｍは、樹脂４、
５に対して、反射防止膜塗布後のすきま寸法であり、樹
脂４、５の成形は、反射防止膜の膜厚１μｍ程度を考慮
して成形してある。同心円上に多数形成される回折格子
の最も内側の回折格子を第一輪帯と呼び、この第一輪帯
内かつ、光学性能に影響のないレンズ中心部の嵌合部分
でかつ、アライメントマーク１１、１２から仮想中心
２’、３’（図１０）を求め、位置合わせを行う。ま
た、これらの多数の格子先端高さは、同心円外の光学性
能には寄与しない位置であるレンズ外周部６、７を密着
させ、接着剤８により、固定する。ただし、この高さだ
し以外にも、前もって、金型寸法は、光硬化樹脂の成形
寸法を考慮して切削加工されている。

【０００９】図４は、本実施例の回折型レンズの位置を
合わせ、接合するための方法及び装置概要である。２、
３はガラスレンズ、２０は、ガラスレンズ３を保持位置
決めするための保持機能で、図示しないシリンダユニッ
トにより駆動される。また、この保持機能は、図示しな
いシリンダユニットにより、レンズ３をレンズ２に対し
て、上下動可能になっている。２１、２２は、ガラスレ
ンズに成形された嵌合アライメントマーク１１、１２を
検出するための光学系であり、画像処理装置に検出デー
タを送るためのＣＣＤカメラ、嵌合アライメントマーク
を照明するための落射照明などからなる。

【００１０】２３、２４は、ガラスレンズ２を保持し、
嵌合アライメントマーク１１、１２をもとに、ガラスレ
ンズ２をガラスレンズ３に対して、位置調整するための
ＤＣリニアモータである。このＤＣリニアモータの配置
は、図５のように９０°に配置されている。また、図５
のように、ＤＣリニアモータにたいし、１８０°位置
で、ガラスレンズ３は、ばね付勢されている。２５は、
位置調整されたガラスレンズ２、３を接着固定するため
のＵＶ接着剤で有り、例えば、図５のように、光学性能
に関わらない、レンズ外周上に３点あらかじめ塗布して
有り、ガラスレンズ２、３の位置調整後に２６のＵＶ照
射機により、硬化され、ガラスレンズ２、３を接合する
働きがある。

【００１１】図６は、本接合装置の制御系のブロック構
成図である。図６に置いて、５０は中央処理演算装置
（ＣＰＵ）であり、５２は、ＣＰＵとバス結合されて、
一連の制御アルゴリズムのプログラム及びマンマシーン
インターフェースプログラムを含む不揮発性のメモリ
（ＲＯＭ）である。５４は、教示データを記憶可能な電
源バックアップされたメモリ（ＲＡＭ）である。５６は
カウンタであり、位置決めピンを駆動するＮＣモータ５
８に連結されたエンコーダ６０に接続されて、ＮＣモー
タの現在位置を検出すべくカウントする。６２は、トル
クアンプ６４を介してＮＣモータに接続されるＤ／Ａコ
ンバータであり、ＣＰＵの制御下に置いて電流指示をト
ルクアンプ６４へ出力する。６６は、ソレノイドバルブ
７０、センサ７２などの情報をＣＰＵへ取り込むための
Ｉ／Ｏインターフェースである。８４は、画像処理装置
８６などの他の装置との信号やり取りを行うためのＲＳ
２３２Ｃインターフェースである。７４は、教示装置７
６、ＣＲＴ７８、及び入力キーボード８０と、ＣＰＵと
を結ぶ通信用インターフェースである。また、ＲＯＭ、
ＲＡＭ、カウンタ、コンバータ、インターフェースは、
バス８２によってＣＰＵに接続されている。

【００１２】以上のような構成をとることにより、図７
に示すフローチャートにより、ガラスレンズの接合が行
われる。まず、光硬化性樹脂により、回折格子の成形を
施されたガラスレンズ２、３を合わせる前に、エポキシ
系のＵＶ接着剤を光学性能に寄与しないレンズ外周部分
に塗布する。塗布後、ガラスレンズ３を下側にし、ガラ
スレンズ２を上にして設置する。設置後、図４の保持機
能により、ガラスレンズ３は、位置決め保持される。次
に、上側にあるガラスレンズ２を、リニアモータにより
保持する。ガラスレンズの保持位置決めがそれぞれ終了
したら、それぞれの嵌合アライメントマーク１１、１２
の検出を図４の上下のＣＣＤカメラによって行う。ちな
みに、この上下のＣＣＤカメラ同士は、あらかじめ、光
軸調整が行われている。また、ＣＣＤカメラは、ＮＣモ
ータに対しての座標変換処理が施されているとする。

【００１３】例えば、図８のように、ガラスレンズ３に
対し、ガラスレンズ２が位置ずれしているとする。これ
を、上下のＣＣＤカメラ２１、２２で検出し、それぞれ
得られた嵌合アライメントマークの画像データを合成す
ると、図１０のようになる。ここで、実際には、画像デ
ータを合成する前に、各々の嵌合アライメントマークか
ら各々のガラスレンズ２、３の回折格子仮想中心２’、
３’を演算し、求められた仮想中心２’、３’のみを合
成する。ここで、座標系は、図１のように、ガラスレン
ズをＡ方向からみたとき、図１０、図５のようにＸＹ座
標系をとることとする。

【００１４】次に、仮想中心３’をＸＹ座標系の原点位
置に座標変換する。そうすることで、仮想中心２’の原
点からのＸＹ座標を（−１）倍した値が、必然的に、Ｄ
Ｃリニアモータヘの駆動量データとなる。図１０の仮想
中心の位置ずれ量をｘ１、ｙ１とすると、ＤＣリニアモ
ータの駆動量もｘ１、ｙ１となり、図５において、Ｘ軸
に配置されたＤＣモータ２３を、−ｘ１、Ｙ軸に配置さ
れたＤＣリニアモータを、−ｙ１駆動する。ここで、再
度嵌合アライメントマークを検出し、仮想中心を求め、
仮想中心が合致しているかどうか確認する。

【００１５】ここで、合致していなければ、再度、その
ずれ量分、ＤＣリニアモータを駆動する。また、合致し
ていれば、保持機能を上下するシリンダを駆動し、保持
機能を上昇させ、レンズ２、３の嵌合を行う。嵌合後、
次の接着工程にすすむ。調整により、図９、図１１のよ
うに、各々のガラスレンズの仮想中心２’、３’が一致
させることになり、結果として、ガラスレンズ２、３の
回折格子の位置合わせを行えたこととなり、嵌合可能と
なる。位置合わせと嵌合工程が終了した所で、ＵＶ照射
を行い、ガラスレンズ２、３の接合を完了する。ところ
で、エポキシ系の接着剤は、より短波長により、硬化し
やすいため、ＵＶ照射の波長域設定は、３００ｎｍ以下
も十分に出せる高圧水銀ランプなどが良いであろう。

【００１６】［実施例２］前述した積層型回折光学素子
において、ガラスレンズ２、３の表面に光硬化性樹脂
４、５を成形する際、成形後の形状が、図１２（ａ）、
（ｂ）のように、各々のガラスレンズの嵌合部がテーパ
状になっていることで、第一輪帯による位置合わせ後の
嵌合が、嵌合しやすく行える。さらに、ガラスレンズ３
を加熱することで、膨張させ、嵌合部１２を拡径するこ
とで、嵌合組み込み可能な寸法にする。加熱は、温風加
熱、ヒータ板加熱などで、十分である。また、積層型回
折光学素子において、ガラスレンズ２、３の表面に光硬
化性樹脂４、５を成形する際、成形後の形状が、図３
（ａ）〜（ｃ）のように、凸または凹部が、上下どちら
のガラスレンズ上に成形されていてもよい。

【００１７】［実施例３］図１３〜図１６は、本実施例
に関わる回折光学素子としての積層型回折型レンズの接
合形態を表している。この図に示す回折型レンズ１の構
成は、２、３がガラスレンズ、４、５が光硬化性樹脂
で、ガラスレンズに接着されている。また、この光硬化
性樹脂は、ガラスレンズに接着される工程で、同時に、
切削加工により回折格子が形成される金型により、９、
１０のように多数の回折格子が同心円状に形成されてい
る。また、各々のレンズ２、３には、この同心円状に形
成される回折格子と、同心円に嵌合部分１１、１２が形
成され、図２に示すように、嵌合寸法は、φＤ１、φＤ
２のようになっている。例えば、回折効率が、９５％以
上になるように嵌合すきま（φＤ２−φＤ１＝２μｍ）
は、２μｍに設定されている。この嵌合すきま２μｍ
は、樹脂４、５に対して、反射防止膜塗布後のすきま寸
法であり、樹脂４、５の成形は、反射防止膜の膜厚１μ
ｍ程度を考慮して成形してある。

【００１８】また、レンズ３には、中心部以外の所に、
アライメントマーク１２ａ、１２ｂが成形されている。
同心円上に多数形成される回折格子の最も内側の回折格
子を第一輪帯と呼び、この第一輪帯内かつ、光学性能に
影響のないレンズ中心部の嵌合部分でかつ、アライメン
トマーク１１および１２ａ、１２ｂから仮想中心２’、
３’（図１４）を求め、位置合わせを行う。ただし、１
２ａ、１２ｂから、求められる仮想中心３’と嵌合部分
１２の中心とは、あらかじめ、一致するよう成形されて
いる。また、これらの多数の格子先端高さは、同心円外
の光学性能には寄与しない位置であるレンズ外周部６、
７を密着させ、接着剤８により、固定する。ただし、こ
の高さだし以外にも、前もって、金型寸法は、光硬化樹
脂の成形寸法を考慮して切削加工されている。

【００１９】これにより、前述した図４、図５に示す、
メカ装置と、図６に示す、制御ブロック構成をとること
により、図７に示すフローチャートにより、ガラスレン
ズの接合が行われる。まず、光硬化性樹脂により、回折
格子の成形を施されたガラスレンズ２、３を合わせる前
に、エポキシ系のＵＶ接着剤を光学性能に寄与しないレ
ンズ外周部分に塗布する。塗布後、ガラスレンズ３を下
側にし、ガラスレンズ２を上にして設置する。

【００２０】設置後、図４の保持機能により、ガラスレ
ンズ３は、位置決め保持される。次に、上側にあるガラ
スレンズ２を、リニアモータにより保持する。ガラスレ
ンズの保持位置決めがそれぞれ終了したら、それぞれの
嵌合アライメントマーク１１、１２ａ、１２ｂの検出を
図４の上下のＣＣＤカメラによって行う。ちなみに、こ
の上下のＣＣＤカメラ同士は、あらかじめ、光軸調整が
行われている。また、ＣＣＤカメラは、ＮＣモータに対
しての座標変換処理が施されているとする。

【００２１】例えば、図８のように、ガラスレンズ３に
対し、ガラスレンズ２が位置ずれしているとする。これ
を、上下のＣＣＤカメラ２１、２２で検出し、それぞれ
得られた嵌合アライメントマークの画像データを合成す
ると、図１４のようになる。ここで、実際には、画像デ
ータを合成する前に、各々の嵌合アライメントマークか
ら各々のガラスレンズ２、３の回折格子仮想中心２’、
３’を演算し、求められた仮想中心２’、３’のみを合
成する。ここで、座標系は、図１３のように、ガラスレ
ンズをＡ方向からみたとき、図１０、図５のようにＸＹ
座標系をとることとする。

【００２２】次に、仮想中心３’をＸＹ座標系の原点位
置に座標変換する。そうすることで、仮想中心２’の原
点からのＸＹ座標を（−１）倍した値が、必然的に、Ｄ
Ｃリニアモータヘの駆動量データとなる。図１４の仮想
中心の位置ずれ量をｘ１、ｙ１とすると、ＤＣリニアモ
ータの駆動量もｘ１、ｙ１となり、図５において、Ｘ軸
に配置されたＤＣモータ２３を、−ｘ１、Ｙ軸に配置さ
れたＤＣリニアモータを、−ｙ１駆動する。ここで、再
度嵌合アライメントマークを検出し、仮想中心を求め、
仮想中心が合致しているかどうか確認する。ここで、合
致していなければ、再度、そのずれ量分、ＤＣリニアモ
ータを駆動する。

【００２３】また、合致していれば、保持機能を上下す
るシリンダを駆動し、保持機能を上昇させ、レンズ２、
３の嵌合を行う。嵌合後、次の接着工程にすすむ。調整
により、図１５、図１６のように、各々のガラスレンズ
の仮想中心２’、３’が一致させることになり、結果と
して、ガラスレンズ２、３の回折格子の位置合わせを行
えたこととなり、嵌合可能となる。位置合わせと嵌合工
程が終了した所で、ＵＶ照射を行い、ガラスレンズ２、
３の接合を完了する。ところで、エポキシ系の接着剤
は、より短波長により、硬化しやすいため、ＵＶ照射の
波長域設定は、３００ｎｍ以下も十分に出せる高圧水銀
ランプなどが良いであろう。

【００２４】［実施例４］図１７は、本発明の実施例４
に関わる回折光学素子としての積層型回折型レンズの接
合形態を表している。この図に示す回折型レンズ１の構
成は、２、３がガラスレンズ、４、５が、光硬化性樹脂
で、ガラスレンズに接着されている。また、この光硬化
性樹脂は、ガラスレンズに接着される工程で、同時に、
切削加工により回折格子が形成される金型により、９、
１０のように多数の回折格子が同心円状に形成されてい
る。

【００２５】また、各々のレンズ２、３には、この同心
円状に形成される回折格子と、同心円に嵌合部分１
１’、１２’が形成され、嵌合寸法は、φＤ１、φＤ２
のようになっている。例えば、回折効率が、９５％以上
になるように嵌合すきま（φＤ２−φＤ１＝２μｍ）
は、２μｍに設定されている。この嵌合すきま２μｍ
は、樹脂４、５に対して、反射防止膜塗布後のすきま寸
法であり、樹脂４、５の成形は、反射防止膜の膜厚１μ
ｍ程度を考慮して成形してある。同心円上に多数形成さ
れる回折格子の最も内側の回折格子を第一輪帯１３、１
４と呼び、この第一輪帯１３、１４から仮想中心２’、
３’を求め、位置合わせを行う。また、これらの多数の
格子先端高さは、光学性能には寄与しない位置であるレ
ンズ外周部にある嵌合部分１１’、１２’を嵌合させた
あと、接着剤８により、固定する際、レンズ３の嵌合部
分７の高さＨ１と、レンズ２の成形樹脂高さＨ２で決め
られている。

【００２６】図２０は、本実施例の回折型レンズの位置
を合わせ、接合するための方法及び装置概要である。
２、３はガラスレンズ、２０は、ガラスレンズ３を保持
位置決めするための保持機能で、図示しないシリンダユ
ニットにより駆動される。また、この保持機能は、図示
しないシリンダユニットにより、レンズ３をレンズ２に
対して、上下動可能になっている。２１、２２は、ガラ
スレンズに成形された第一輪帯１３、１４を検出するた
めの光学系であり、画像処理装置に検出データを送るた
めのＣＣＤカメラ、第一輪帯を照明するための落射照明
などからなる。２３、２４は、ガラスレンズ２を保持
し、第一輪帯１３、１４をもとに、ガラスレンズ２をガ
ラスレンズ３に対して、位置調整するためのＤＣリニア
モータである。このＤＣリニアモータの配置は、図５の
ように９０°に配置されている。また、図５のように、
ＤＣリニアモータにたいし、１８０°位置で、ガラスレ
ンズ３は、ばね付勢されている。２５は、位置調整され
たガラスレンズ２、３を接着固定するためのＵＶ接着剤
で有り、例えば、図５のように、光学性能に関わらな
い、レンズ外周上に３点あらかじめ塗布して有り、ガラ
スレンズ２、３の位置調整後に２６のＵＶ照射機によ
り、硬化され、ガラスレンズ２、３を接合する働きがあ
る。

【００２７】図６は、本実施例における接合装置の制御
系のブロック構成図であり、実施例１の図６に示したも
のと同じ構成である。図６において、５０は中央処理演
算装置（ＣＰＵ）であり、５２は、ＣＰＵとバス結合さ
れて、一連の制御アルゴリズムのプログラム及びマンマ
シーンインターフェースプログラムを含む不揮発性のメ
モリ（ＲＯＭ）である。５４は、教示データを記憶可能
な電源バックアップされたメモリ（ＲＡＭ）である。５
６はカウンタであり、位置決めピンを駆動するＮＣモー
タ５８に連結されたエンコーダ６０に接続されて、ＮＣ
モータの現在位置を検出すべくカウントする。

【００２８】６２は、トルクアンプ６４を介してＮＣモ
ータに接続されるＤ／Ａコンバータであり、ＣＰＵの制
御下に置いて電流指示をトルクアンプ６４へ出力する。
６６は、ソレノイドバルブ７０、センサ７２などの情報
をＣＰＵヘ取り込むためのＩ／Ｏインターフェースであ
る。８４は、画像処理装置８６などの他の装置との信号
やり取りを行うためのＲＳ２３２Ｃインターフェースで
ある。７４は、教示装置７６、ＣＲＴ７８、及び入力キ
ーボード８０と、ＣＰＵとを結ぶ通信用インターフェー
スである。また、ＲＯＭ，ＲＡＭ、カウンタ、コンバー
タ、インターフェースは、バス８２によってＣＰＵに接
続されている。以上のような構成をとることにより、図
２１に示すフローチャートにより、ガラスレンズの接合
が行われる。

【００２９】まず、光硬化性樹脂により、回折格子の成
形を施されたガラスレンズ２、３を合わせる前に、エポ
キシ系のＵＶ接着剤を光学性能に寄与しないレンズ外周
の嵌合部分に塗布する。塗布後、ガラスレンズ３を下側
にし、ガラスレンズ２を上にして設置する。

【００３０】設置後、図２０の保持機能により、ガラス
レンズ３は、位置決め保持される。次に、上側にあるガ
ラスレンズ２を、リニアモータにより保持する。

【００３１】ガラスレンズの保持位置決めがそれぞれ終
了したら、それぞれの第一輪体１３、１４の検出を図２
０の上下のＣＣＤカメラによって行う。ちなみに、この
上下のＣＣＤカメラ同士は、あらかじめ、光軸調整が行
われている。また、ＣＣＤカメラは、ＮＣモータに対し
ての座標変換処理が施されているとする。例えば、図２
２のように、ガラスレンズ３に対し、ガラスレンズ２が
位置ずれしているとする。これを、上下のＣＣＤカメラ
２１、２２で検出し、それぞれ得られた第一輪帯の画像
データを合成すると、図２４のようになる。

【００３２】ここで、実際には、画像データを合成する
前に、各々の第一輪体から各々のガラスレンズ２、３の
回折格子仮想中心２’、３’を演算し、求められた仮想
中心２’、３’のみを合成する。ここで、座標系は、図
１７のように、ガラスレンズをＡ方向からみたとき、図
２４、図５のようにＸＹ座標系をとることとする。次
に、仮想中心３’をＸＹ座標系の原点位置に座標変換す
る。そうすることで、仮想中心２’の原点からのＸＹ座
標を（−１）倍した値が、必然的に、ＤＣリニアモータ
ヘの駆動量データとなる。図２４の仮想中心の位置ずれ
量をｘ１、ｙ１とすると、ＤＣリニアモータの駆動量も
ｘ１、ｙ１となり、図５において、Ｘ軸に配置されたＤ
Ｃモータ２３を、−ｘ１、Ｙ軸に配置されたＤＣリニア
モータを、−ｙ１駆動する。

【００３３】ここで、再度第一輪体を検出し、仮想中心
を求め、仮想中心が合致しているかどうか確認する。こ
こで、合致していなければ、再度、そのずれ量分、ＤＣ
リニアモータを駆動する。また、合致していれば、保持
機能を上下するシリンダを駆動し、保持機能を上昇さ
せ、レンズ２、３の嵌合を行う。嵌合後、次の接着工程
にすすむ。調整により、図２３、図２５のように、各々
のガラスレンズの仮想中心２’、３’が一致させること
になり、結果として、ガラスレンズ２、３の回折格子の
位置合わせを行えたこととなり、嵌合可能となる。

【００３４】位置合わせと嵌合工程が終了した所で、Ｕ
Ｖ照射を行い、ガラスレンズ２、３の接合を完了する。
ところで、エポキシ系の接着剤は、より短波長により、
硬化しやすいため、ＵＶ照射の波長域設定は、３００ｎ
ｍ以下も十分に出せる高圧水銀ランプなどが良いであろ
う。

【００３５】［実施例５］図１８及び図１９は本発明の
実施例５に関わる構成を示す図である。前述した積層型
回折光学素子において、ガラスレンズ２、３の表面に光
硬化性樹脂４、５を成形する際、成形後の形状が、本実
施例における図１８のように、各々のガラスレンズの嵌
合部がテーパ状になっていることで、第一輪帯による位
置合わせ後の嵌合が、嵌合しやすく行える。

【００３６】また、図１９のように、嵌合部形状を逆の
テーパ状にすることで、嵌合高さが小さくても、嵌合
後、ぬけにくい形状にすることも可能である。この場
合、ガラスレンズ３を加熱することで、膨張させ、嵌合
部１２’を拡径することで、嵌合組み込み可能な寸法に
する。加熱は、温風加熱、ヒータ板加熱などで、十分で
ある。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、高精度な貼りあわせを、効率よく行うことができ、
生産性を向上することが可能な回折光学素子とその製造
方法、及び該回折光学素子を有する光学系、観察装置、
撮像素子及び撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に関わる回折光学素子として
の積層型回折レンズの接合形態を表す図である。

【図２】本発明の実施例１に関わる回折光学素子におい
て、凸部または凹部の嵌合部分の寸法を表す図ある。

【図３】本発明の実施例２に関わる回折光学素子におい
て、凸部または凹部で嵌合可能にした構成を表す図あ
る。

【図４】本発明の実施例１における回折光学素子の位置
合わせ接合装置の概要を示す図である。

【図５】本発明の実施例１におけるＤＣリニアモータの
配置で、９０°に配置されている構成を示す図である。

【図６】本発明の実施例１または実施例４等を説明する
ための接合装置の制御系のブロック構成図である。

【図７】本発明の実施例１におけるガラスレンズ接合を
説明するためのフローチャート図である。

【図８】実施例１においてガラスレンズ３に対し、ガラ
スレンズ２が位置ずれしている状態を表す図である。

【図９】実施例１においてガラスレンズ２と、ガラスレ
ンズ３との仮想中心２’，３’が一致している状態を表
す図である。

【図１０】図８の位置ズレ状態をＣＣＤカメラで検出
し、それぞれ得られたアライメントマークの画像データ
を合成して得られた状態を表す図である。

【図１１】図９のガラスレンズ２と、ガラスレンズ３と
の仮想中心２’，３’が一致している状態をＣＣＤカメ
ラで検出し、それぞれ得られたアライメントマークの画
像データを合成して得られた状態を表す図である。

【図１２】本発明の実施例２に関わる回折光学素子にお
いて、凸部または凹部による嵌合部をテーパー状にした
構成を表す図ある。

【図１３】本発明の実施例３に関わる回折光学素子とし
ての積層型回折型レンズの接合形態を表す図である。

【図１４】本発明の実施例３に関わる回折光学素子とし
ての積層型回折型レンズの接合形態を表す図である。

【図１５】本発明の実施例３に関わる回折光学素子とし
ての積層型回折型レンズの接合形態を表す図である。

【図１６】本発明の実施例３に関わる回折光学素子とし
ての積層型回折型レンズの接合形態を表す図である。

【図１７】本発明の実施例４に関わる回折光学素子とし
ての積層型回折レンズの接合形態を表す図である。

【図１８】本発明の実施例４に関わる回折光学素子にお
いて、嵌合部をテーパー状にした構成を表す図ある。

【図１９】本発明の実施例４に関わる回折光学素子にお
いて、嵌合部を逆テーパー状にした構成を表す図ある。

【図２０】本発明の実施例４における回折光学素子の位
置合わせ接合装置の概要を示す図である。

【図２１】本発明の実施例４におけるガラスレンズ接合
を説明するためのフローチャート図である。

【図２２】実施例４においてガラスレンズ３に対し、ガ
ラスレンズ２が位置ずれしている状態を表す図である。

【図２３】実施例４においてガラスレンズ２と、ガラス
レンズ３との仮想中心２’，３’が一致している状態を
表す図である。

【図２４】図２２の位置ズレ状態をＣＣＤカメラで検出
し、それぞれ得られたアライメントマークの画像データ
を合成して得られた状態を表す図である。

【図２５】図２３のガラスレンズ２と、ガラスレンズ３
との仮想中心２’，３’が一致している状態をＣＣＤカ
メラで検出し、それぞれ得られたアライメントマークの
画像データを合成して得られた状態を表す図である。

【符号の説明】

１：回折型レンズ ２、３：ガラスレンズ ４、５：光硬化性樹脂 ６、７：レンズ外周部 ８：接着剤 ９、１０：回折格子 １１、１２、１１’、１２’：嵌合部分 １３、１４：第一輪体 ２１、２２：ＣＣＤカメラ ２３、２４：ＤＣリニアモータ ２５：ＵＶ接着剤 ２６：ＵＶ照射機 ５０：中央処理演算装置 ５２：メモリ（ＲＯＭ） ５４：メモリ（ＲＡＭ） ５６：カウンタ ５８：ＮＣモータ ６０：エンコーダ ６２：Ｄ／Ａコンバータ ６４：トルクアンプ ６６：Ｉ／Ｏインターフェース ７０：ソレノイドバルブ ７２：センサ ７４：通信用インターフェース ７６：教示装置 ７８：ＣＲＴ ８０：入力キーボード ８２：バス ８４：ＲＳ２３２Ｃインターフェース ８６：画像処理装置

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズ作用を有する少なくとも２つの回折
   格子が積層された回折光学素子において、 前記回折格子の各々の光学性能に影響のない位置に、凸
   部または凹部が設けられ、前記凸部または凹部で嵌合可
   能に構成されていることを特徴とする回折光学素子。
2. 【請求項２】前記回折光学素子は、前記凸部または凹部
   を嵌合状態で貼り合わせることによって構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 【請求項３】前記貼り合わせが、接着剤によって行われ
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の回折光学素子。
4. 【請求項４】前記凸部または凹部は、前記回折格子と同
   心円に成形されており、前記少なくとも２つの回折格子
   が嵌合した状態でその中心位置が合致することを特徴と
   する請求項１〜３のいずれか１項に記載の回折光学素
   子。
5. 【請求項５】前記凸部または凹部は、テーパ状になって
   いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
   載の回折光学素子。
6. 【請求項６】前記凸部または凹部の嵌合すきまは、前記
   少なくとも２つの回折格子を構成する光硬化性樹脂上に
   塗布された反射防止膜の膜厚を考慮して設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   回折光学素子。
7. 【請求項７】前記回折光学素子は、前記少なくとも２つ
   の回折格子に温度差を持たせた後、前記凸部または凹部
   を嵌合状態にして形成されていることを特徴とする請求
   項１〜６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
8. 【請求項８】前記凸部または凹部が、前記回折格子の各
   々のレンズ作用面の中心部に設けられていることを特徴
   とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回折光学素
   子。
9. 【請求項９】前記凸部または凹部は、光学性能に影響の
   ないレンズ作用面の中心から所定の範囲内に設定されて
   いることを特徴とする請求項８に記載の回折光学素子。
10. 【請求項１０】前記所定の範囲が、レンズ作用面の中心
    から半径１５μｍ以内に設定されていることを特徴とす
    る請求項９に記載の回折光学素子。
11. 【請求項１１】前記回折格子の一方の回折格子には、レ
    ンズ作用面の中心部以外の位置にも、凸部または凹部が
    設けられていることを特徴とする請求項８〜１０のいず
    れか１項に記載の回折光学素子。
12. 【請求項１２】前記レンズ作用面の中心部以外に設けら
    れている凸部または凹部は、前記少なくとも２つの回折
    格子の中心位置が合致した状態で、光軸方向から見て重
    なり合わない位置に形成されていることを特徴とする請
    求項８〜１１のいずれか１項に記載の回折光学素子。
13. 【請求項１３】前記レンズ作用面の中心部以外の部位に
    設けられている凸部または凹部が、レンズ作用面の中心
    に対して点対称に少なくとも２ヶ以上の円形状で構成さ
    れていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１
    項に記載の回折光学素子。
14. 【請求項１４】前記凸部または凹部が、前記回折格子の
    各々の光学性能に影響のないレンズ作用面の外周部に設
    けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
    １項に記載の回折光学素子。
15. 【請求項１５】レンズ作用を有する少なくとも２つの回
    折格子が積層された回折光学素子において、 前記回折格子の各々の光学性能に影響のない位置に、凸
    部または凹部を形成し、これらの凸部または凹部を用い
    て互いの位置合わせをしながら嵌合状態として、前記回
    折光学素子を製造することを特徴とする回折光学素子の
    製造方法。
16. 【請求項１６】前記回折光学素子は、前記凸部または凹
    部を嵌合状態で貼り合わせることによって形成すること
    を特徴とする請求項１５に記載の回折光学素子の製造方
    法。
17. 【請求項１７】前記貼り合わせが、接着剤によって行わ
    れることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記
    載の回折光学素子の製造方法。
18. 【請求項１８】前記凸部または凹部は、前記回折格子と
    同心円に成形され、前記少なくとも２つの回折格子が嵌
    合した状態でその中心位置が合致するように形成される
    ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記
    載の回折光学素子の製造方法。
19. 【請求項１９】前記凸部または凹部は、テーパ状に形成
    されることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１
    項に記載の回折光学素子の製造方法。
20. 【請求項２０】前記凸部または凹部の嵌合すきまが、前
    記少なくとも２つの回折格子を構成する光硬化性樹脂上
    に塗布された反射防止膜の膜厚を考慮して形成されるこ
    とを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載
    の回折光学素子の製造方法。
21. 【請求項２１】前記回折光学素子は、前記少なくとも２
    つの回折格子に温度差を持たせた後、前記凸部または凹
    部を嵌合状態にして形成されることを特徴とする請求項
    １５〜２０のいずれか１項に記載の回折光学素子の製造
    方法。
22. 【請求項２２】前記凸部または凹部が、前記回折格子の
    各々のレンズ作用面の中心部に形成されることを特徴と
    する請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の回折光学
    素子の製造方法。
23. 【請求項２３】前記凸部または凹部は、光学性能に影響
    のないレンズ作用面の中心から所定の範囲内に設定され
    ることを特徴とする請求項２２に記載の回折光学素子の
    製造方法。
24. 【請求項２４】前記所定の範囲が、レンズ作用面の中心
    から半径１５μｍ以内に設定されることを特徴とする請
    求項２３に記載の回折光学素子の製造方法。
25. 【請求項２５】前記回折格子の一方の回折格子には、レ
    ンズ作用面の中心部以外の位置にも、凸部または凹部が
    形成されることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれ
    か１項に記載の回折光学素子の製造方法。
26. 【請求項２６】前記レンズ作用面の中心部以外に設けら
    れている凸部または凹部は、前記少なくとも２つの回折
    格子の中心位置が合致した状態で、光軸方向から見て重
    なり合わない位置に形成されることを特徴とする請求項
    ２２〜２５のいずれか１項に記載の回折光学素子の製造
    方法。
27. 【請求項２７】前記レンズ作用面の中心部以外の部位に
    設けられている凸部または凹部が、レンズ作用面の中心
    に対して点対称に少なくとも２ヶ以上の円形状に形成さ
    れることを特徴とする請求項２２〜２６のいずれか１項
    に記載の回折光学素子の製造方法。
28. 【請求項２８】前記凸部または凹部が、前記回折格子の
    各々の光学性能に影響のないレンズ作用面の外周部に形
    成されることを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか
    １項に記載の回折光学素子の製造方法。
29. 【請求項２９】請求項１〜１４のいずれか１項に記載の
    回折光学素子、または請求項１５〜２８のいずれか１項
    に記載の回折光学素子の製造方法によって製造された回
    折光学素子を有することを特徴とする光学系。
30. 【請求項３０】請求項２９に記載の光学系を有すること
    を特徴とする観察装置。
31. 【請求項３１】請求項１〜１４のいずれか１項に記載の
    回折光学素子、または請求項１５〜２８のいずれか１項
    に記載の回折光学素子の製造方法によって製造された回
    折光学素子を有することを特徴とする撮像素子。
32. 【請求項３２】請求項３１に記載の撮像素子を有するこ
    とを特徴とする撮像装置。