JP2003315524A - 複合型光学素子の製造方法、複合型光学素子、及び回折光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、樹脂層を有した複合型光学素子の
形成方法に変更を加えることなく、その歩留まりを高め
る。 【解決手段】 表面に位相型回折面を有した光学材料か
らなる第１の光学層上の所定の領域に、樹脂製の第２の
光学層の材料である樹脂の未硬化物を、型を用いて押し
当て、その型と前記第１の光学層との間隔を前記第２の
光学層の厚さの設計値ｔに保つ型当て工程と、前記型を
当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第２の光学
層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程とを有し
た複合型光学素子の製造方法であって、前記第２の光学
層の厚さの設計値ｔは、前記回折面の段差高さの設計値
ｈに応じて決定されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製の光学層を
有した複合型光学素子の製造方法、その複合型光学素
子、及び回折光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の１つに、互いに異なる光学的
作用を有した２つの層を密着させてその機能を高めた複
合型光学素子がある。位相型回折光学素子（ゾーンプレ
ート、回折格子）にも、例えば、表面に位相型回折面を
有したガラス製の光学層上に樹脂製の光学層を形成した
ものがある。

【０００３】なお、ガラス製の光学層とは、隣接する媒
質との境界面が光学面としての機能を果たす光学ガラス
（クラウンガラス、石英ガラス、蛍石、その他）からな
る層であり（以下、単に「ガラス層」という。）、樹脂
製の光学層とは、隣接する媒質との境界面が光学面とし
ての機能を果たす光学樹脂（ポリカーボネート、ポリス
チレン、ポリメタクリル酸、アクリル系樹脂、ウレタン
系樹脂、エポキシ系樹脂、その他）からなる層である
（以下、単に「樹脂層」という。）。

【０００４】また、樹脂層は、ガラス層と別に形成され
てから接着されるのではなく、液状の樹脂をガラス層上
に塗布して固化することで直接形成されるので、その径
はガラス層の外径よりも若干小さく設定されることが一
般的である。図７は、複合型光学素子の樹脂層１１を形
成する手順を説明する図である。なお、以下では、複合
型光学素子が樹脂層とガラス層との２層構造とされた例
を説明する。

【０００５】予め、ガラス層としての機能を果たすよう
成形されたガラス基板１０（ここでは、表面に位相型回
折面１０ａを有したものとする。）を用意し（図７
（ａ））、その上に、光学樹脂の未硬化物１１’を塗布
する（図７（ｂ）） このとき、未硬化物１１’は、回折面１０ａの凹凸の隅
々までまだ行き渡っていない。

【０００６】ここで、未硬化物１１’の塗布量は、樹脂
層１１の厚さの設計値ｔ、径の設計値Ｄ、及び未硬化物
１１’の硬化収縮率αに応じて決まる。その後、この未
硬化物１１’に対し、表面１１ａの側から型１３（図７
（ｃ））を当て、未硬化物１１’を押し広げる（図７
（ｄ））。なお、型１３は、未硬化物１１’に当接する
面が、樹脂層１１の表面１１ａに付与すべき形状の反転
形状に予め加工された金属などである。

【０００７】この、型１３と基板１０との間隔ｄは、樹
脂層１１の厚さの設計値ｔに保たれる。なお、図７
（ｃ）の符号１２は、ガラス基板１０をその周縁から支
持する治具である。その状態で、未硬化物１１’に硬化
用の熱や光が加えられ、未硬化物１１’は、径方向に収
縮する。

【０００８】硬化後の未硬化物１１’（樹脂層１１）の
厚さ及び径はそれぞれの設計値ｔ、Ｄとなり、複合型光
学素子１が完成する。その後、複合型光学素子１が離型
される（図７（ｅ））。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、完成し
た複合型光学素子１においては、樹脂層１１の回折面１
０ａの近傍（凹凸の底部）に気泡が混入したり、また、
樹脂層１１の表面１１ａにうねりが発生したりして、所
望の光学特性が得られないことがある。

【００１０】また、樹脂層１１の径には、誤差が生じる
ことがあるが、一般に、光学素子の径方向のサイズの誤
差は、他の部分（例えば、厚さ）のサイズの誤差と比較
すると、許容できずに不良品となることがある。例え
ば、樹脂径が大きくなり過ぎて、ガラス基板１０の径を
超えてしまうと、樹脂層１１の端面１１ｂが滑らかにな
らないことがあり、複合型光学素子１が不良品となった
り、その端面１１ｂを整えるための余分な工程を要した
りすることもある。また、逆に樹脂径が小さくなり過
ぎ、有効径より小さくなると、光学素子は所望の光学特
性を得られない。

【００１１】以上のような問題は、樹脂層１１の形成の
歩留まりを悪くし、ひいては、複合型光学素子１の歩留
まりをも悪くする。歩留まりを向上するためには、樹脂
層１１の形成に使用する装置（図７（ｃ）（ｄ）の工程
で使用する成形機等）や、樹脂層１１の材料などに、上
記各問題が無くなるよう何らかの工夫を施すことが考え
られるが、それらは何れも開発コストがかかる。

【００１２】よって、仮に、複合型光学素子１の設計段
階の工夫で歩留まり向上が可能となれば、安価なので好
ましい。そこで本発明は、樹脂層を有した複合型光学素
子の形成方法に変更を加えることなく、その歩留まりを
高めることのできる複合型光学素子の製造方法、その複
合型光学素子、及び回折光学素子を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の複合型
光学素子の製造方法は、表面に位相型回折面を有した光
学材料からなる第１の光学層上の所定の領域に、樹脂製
の第２の光学層の材料である樹脂の未硬化物を、型を用
いて押し当て、その型と前記第１の光学層との間隔を前
記第２の光学層の厚さの設計値ｔに保つ型当て工程と、
前記型を当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第
２の光学層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程
とを有した複合型光学素子の製造方法であって、前記第
２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記回折面の段差高さ
の設計値ｈに応じて決定されることを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の複合型光学素子の製造方
法は、請求項１に記載の複合型光学素子の製造方法にお
いて、前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記回折
面の段差高さの設計値ｈの５倍以上に決定されることを
特徴とする。請求項３に記載の複合型光学素子の製造方
法は、光学材料からなる第１の光学層上に、樹脂製の第
２の光学層の材料である樹脂の未硬化物を、その第２の
光学層の厚さ及び形成範囲の設計値とに応じて供給して
型を当て、その型と前記第１の光学層との間隔を前記第
２の光学層の厚さの設計値ｔに保つ型当て工程と、前記
型を当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第２の
光学層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程とを
有した複合型光学素子の製造方法であって、前記第２の
光学層の厚さの設計値ｔは、その第２の光学層の径の設
計値Ｄと、前記間隔の位置決めの最大誤差量Δｄmax
と、その第２の光学層の径の最大許容誤差量ΔＤmaxと
に応じて決定されることを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の複合型光学素子の製造方
法は、請求項３に記載の複合型光学素子の製造方法にお
いて、前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、その第２
の光学層の径の設計値Ｄと、前記間隔の位置決めの最大
誤差量Δｄmaxと、その第２の光学層の径の最大許容誤
差量ΔＤmaxとに対し、ΔＤmax≧｜Ｄｔ^0.5（（ｔ±Δ
ｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5）｜の式を満たすよう決定される
ことを特徴とする。

【００１６】請求項５に記載の複合型光学素子の製造方
法は、光学材料からなる第１の光学層上に、樹脂製の第
２の光学層の材料である樹脂の未硬化物を、その第２の
光学層の厚さ及び形成範囲の設計値とその樹脂の硬化収
縮率とに応じて供給して型を当て、その型と前記第１の
光学層との間隔を前記第２の光学層の厚さの設計値ｔに
保つ型当て工程と、前記型を当てた状態で前記未硬化物
を硬化させて前記第２の光学層を前記第１の光学層上に
定着させる硬化工程とを有した複合型光学素子の製造方
法であって、前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前
記未硬化物の径の最大許容量Ｄmaxと、前記間隔の位置
決めの最大誤差量Δｄmaxと、その第２の光学層の径の
設計値Ｄと、前記樹脂の硬化収縮率αとに応じて決定さ
れることを特徴とする。

【００１７】請求項６に記載の複合型光学素子の製造方
法は、請求項５に記載の複合型光学素子の製造方法にお
いて、前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記未硬
化物の径の最大許容量Ｄmaxと、前記間隔の位置決めの
最大誤差量Δｄmaxと、その第２の光学層の径の設計値
Ｄと、前記樹脂の硬化収縮率α（％）とに対し、Ｄmax
≧（Ｄ＋（Ｄｔ^0.5（（ｔ−Δｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5））
／（（１−０．０１α） ^1/3）の式を満たすよう決定さ
れることを特徴とする。

【００１８】請求項７に記載の複合型光学素子は、請求
項１又は請求項２に記載の複合型光学素子の製造方法に
より製造されたことを特徴とする。請求項８に記載の複
合型光学素子は、請求項３又は請求項４に記載の複合型
光学素子の製造方法により製造されたことを特徴とす
る。請求項９に記載の複合型光学素子は、請求項５又は
請求項６に記載の複合型光学素子の製造方法により製造
されたことを特徴とする。

【００１９】請求項１０に記載の回折光学素子は、表面
に凹凸を有する第１の光学層と、前記第１の光学層の表
面に形成された樹脂層とからなる回折光学素子におい
て、前記第１の光学層の凹凸の段差に対して、前記樹脂
層の高さが５倍以上であることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００２１】［第１実施形態］図１、図２を参照して本
発明の第１実施形態について説明する（本実施形態は、
請求項１及びそれを引用した請求項に対応する。）。図
１は、本実施形態の複合型光学素子１の設計方法を説明
する図である。本実施形態で設計すべき複合型光学素子
１は、ガラス層と樹脂層とが密着してなる。以下、ガラ
ス基板１０上に樹脂層１１を形成した２層構造とする。
そして、少なくとも樹脂層１１は、図７に示した従来例
と同様の方法で形成される（詳細は第４実施形態を参
照）。また、ガラス基板１０の表面（ガラス基板１０と
樹脂層１１との境界面）には位相型回折面１０ａが形成
される。

【００２２】このような複合型光学素子１の設計で決定
すべきパラメータには、回折面１０ａの凹凸の段差（格
子高）、ガラス基板１０の厚さ及び径、樹脂層１１の厚
さ及び径が含まれる。従来、設計時に考慮された条件
は、主に、使用者の要求スペックを満たすための条件で
あり、複合型光学素子１の製造の歩留まりを向上させる
ための条件は含まれていなかった（因みに、樹脂層１１
及びガラス基板１０の材料については、歩留まりを向上
させるために最適化されることもあったが、少なくと
も、厚さや径についてはそのように最適化されることは
なかった。）。

【００２３】従来例では、歩留まりを悪くする要因とし
て、樹脂層１１の回折面１０ａの近傍に気泡が混入した
り、樹脂層１１の表面１１ａにうねりが生じたりするこ
とを挙げた。そこで、本実施形態の設計時の条件には、
「樹脂層１１の形成時に回折面１０ａの凹凸の底部近傍
に気泡が混入せず、かつ、樹脂層１１の表面１１ａのう
ねりが十分に小さくなるための条件」を付加する。

【００２４】図２は、樹脂層１１の厚さの設計値ｔを変
化させた場合の気泡の有無及びうねり量の変化を調べた
実験結果を示す図である。実験では、樹脂層１１の厚さ
の設計値ｔを、３０μｍ，６０μｍ，７５μｍ，９０μ
ｍに変化させてそれぞれ複合型光学素子１を形成した。
このとき、回折面１０ａの凹凸の段差（格子高）ｈの設
計値は一定の１５μｍとした。

【００２５】また、各形成時、未硬化物１１’（図７
（ｂ）参照）の塗布量、ガラス基板１０と型１３との間
隔ｄ（図７（ｄ）参照）は、何れも樹脂層１１の厚さの
設計値ｔ、樹脂層１１の径の設計値Ｄ、及び未硬化物１
１’の硬化収縮率αに応じて従来と同様に設定された。
うねりの指標は、形成後の樹脂層１１の表面１１ａの面
形状を実測して得られる、Ｐ−Ｖ値（Peak to Valley）
とした。Ｐ−Ｖ値が大きいほど、うねりが大きい。

【００２６】図２に明らかなように、樹脂層１１の厚さ
の設計値ｔの格子高ｈに対する比（ｔ／ｈ）が２→４→
５→６と増加するに従って、気泡は無くなり、うねりも
少なくなる。その理由は、次のとおりと考えられる。未
硬化物１１’を硬化する直前の状態（図７（ｄ）参照）
において、回折面１０ａの高さが急激に変化する部分
（崖部）は、未硬化物１１’の厚さが急激に変化してい
る。そして、未硬化物１１’が硬化用の熱又は光の照射
により収縮すると、未硬化物１１’内でその厚さが急激
に変化している部分では、そうでない部分よりも大きな
応力が発生する。このような応力の不均一が、樹脂層１
１の内部に気泡を発生させたり、樹脂層１１の表面１１
ａにうねりを発生させたりする。

【００２７】しかし、図２によれば、特に、比（ｔ／
ｈ）が５以上であるときに、気泡が無くなり、かつうね
りが５．０（μｍ）以下（十分に許容範囲内である。）
に抑えられることが分かる。したがって、本実施形態の
設計時の条件として、「ｔ≧５ｈ」を付加する。こうす
れば、樹脂層１１に対する気泡の混入及び表面１１ａに
対するうねりの発生は、確実に抑えられるので、樹脂層
１１の形成の歩留まりが向上する。

【００２８】なお、使用者の要求スペックを満たすため
の条件を満たしつつ、歩留まりを向上させるためのこの
条件（ｔ≧５ｈ）については、厚さの設計値ｔに対し付
加すればよい。以上、本実施形態の設計方法によれば、
樹脂層１１の形成方法に何ら変更を加えていないにも拘
わらず、樹脂層１１の形成の歩留まりが高まる。

【００２９】［第２実施形態］図３、図４を参照して本
発明の第２実施形態について説明する（本実施形態は、
請求項３及びそれを引用した請求項に対応する。）。図
３は、本実施形態の複合型光学素子１の設計方法を説明
する図である。本実施形態で設計すべき複合型光学素子
１は、ガラス層と樹脂層とが密着してなる。以下、ガラ
ス基板１０上に樹脂層１１を形成した２層構造とする。
そして、少なくとも樹脂層１１は、図７に示した従来例
と同様の方法で形成される（詳細は第４実施形態を参
照）。

【００３０】さて、従来例で説明したように、樹脂層１
１の実際の径＜Ｄ＞（設計値Ｄ）に生じる誤差ΔＤは、
複合型光学素子１の特性を大きく左右するので、樹脂層
１１の形成の歩留まりを悪くする要因となっている。そ
こで、本実施形態の設計時の条件には、「樹脂層１１の
実際の径＜Ｄ＞（設計値Ｄ）に生じる誤差ΔＤの大きさ
｜ΔＤ｜を、最大許容誤差量ΔＤmax（ΔＤmax＞０）以
下に確実に収めるための条件（｜ΔＤ｜≦ΔＤmax）」
を付加する。なお、最大許容誤差量ΔＤmaxは、使用者
の要求スペックに応じて決まる。

【００３１】本実施形態においても、樹脂層１１の厚さ
の設計値ｔに対し特定の条件を付加することを考える。
図４は、樹脂層１１の形成時（未硬化物１１’の硬化
時）の様子を示す図である。上述したように、未硬化物
１１’の硬化時におけるガラス基板１０と型１３との間
隔の設定値ｄは、樹脂層１１の厚さの設計値ｔとされ、
実際の厚さ＜ｔ＞は、実際の間隔＜ｄ＞に一致するとみ
なせる（ｄ＝ｔ，＜ｄ＞＝＜ｔ＞）。

【００３２】しかしながら、その実際の間隔＜ｄ＞は、
その設定値ｄに一致しているとは限らない。ガラス基板
１０と型１３との間隔の位置決めには、誤差（位置決め
誤差）Δｄが生じるからである。よって、樹脂層１１の
厚さの誤差Δｔは、ガラス基板１０と型１３との位置決
め誤差Δｄに一致する（式（１））。

【００３３】Δｔ＝Δｄ ・・・（１） 一方、完成後の複合型光学素子１の樹脂層１１（図３参
照）の実際の体積＜Ｖ＞（＝π＜ｔ＞（＜Ｄ＞／
２）²）は、その理想値Ｖ（＝πｔ（Ｄ／２）²）に一致
するとみなせる。なぜなら、実際の体積＜Ｖ＞は、ガラ
ス基板１０に対する未硬化物１１’の塗布量によって決
まるが、その塗布量は、樹脂層１１の厚さの設計値ｔ
と、樹脂層１１の径の設計値Ｄと、未硬化物１１’の硬
化収縮率αとに応じて十分に高い精度で制御可能だから
である。

【００３４】よって、実際の径＜Ｄ＞と実際の厚さ＜ｔ
＞との間には、式（２）が成り立つ。 Ｖ＝π＜ｔ＞（＜Ｄ＞／２）² ・・・（２） そして、式（２）において、＜ｔ＞をｔ〜（ｔ＋Δｔ）
まで変化させたときの＜Ｄ＞の変化量から、樹脂層１１
の径（設計値Ｄ）の誤差ΔＤが式（３）のとおり得られ
る。

【００３５】 ΔＤ＝２（Ｖ／π）^0.5（（ｔ＋Δｔ）^-0.5−ｔ^-0.5） ・・・（３） 式（１）、式（３）、及びＶ＝πｔ（Ｄ／２）²に基づ
けば、樹脂層１１の径の誤差ΔＤは、厚さの設計値ｔ、
径の設計値Ｄ、位置決め誤差Δｄにより式（４）のとお
り表すことができる。 ΔＤ＝Ｄｔ^0.5（（ｔ＋Δｄ）^-0.5−ｔ^-0.5） ・・・（４） さて、上記したようにこの樹脂層１１の径の誤差ΔＤの
大きさ｜ΔＤ｜を、最大許容誤差量ΔＤmax以下に確実
に収めるためには、位置決め誤差Δｄの大きさ｜Δｄ｜
が０〜最大誤差量Δｄmax（Δｄmax＞０）の何れである
ときにも、誤差ΔＤの大きさ｜ΔＤ｜が最大許容誤差量
ΔＤmax以下に収まっていなければならない。

【００３６】式（４）に基づけば、そのための条件式
は、式（５）となる。 ΔＤmax≧｜Ｄｔ^0.5（（ｔ±Δｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5）｜ ・・・（５） よって、本実施形態では、樹脂層１１の厚さの設計値ｔ
に、式（５）で表される条件を満足させればよい。その
ようにすれば、樹脂層１１の径の誤差ΔＤの大きさ｜Δ
Ｄ｜は許容誤差量ΔＤmax以下に確実に収まるので、複
合型光学素子１の製造方法に何ら変更を加えていないに
も拘わらず、樹脂層１１の形成の歩留まりが高まる。

【００３７】なお、位置決め誤差Δｄの最大誤差量Δｄ
maxについては、樹脂層１１の形成に用いられる成形機
などに固有なので、予め測定しておくことができる。
［第３実施形態］図５、図６を参照して本発明の第３実
施形態について説明する（本実施形態は請求項５及びそ
れを引用した請求項に対応する。）。

【００３８】図５は、本実施形態の複合型光学素子１の
設計方法を説明する図である。本実施形態で設計すべき
複合型光学素子１は、ガラス層と樹脂層とが密着してな
る。以下、ガラス基板１０上に樹脂層１１を形成した２
層構造とする。そして、少なくとも樹脂層１１は、図７
に示した従来例と同様の方法で形成される（詳細は第４
実施形態を参照）。

【００３９】さて、従来例で説明したように、樹脂層１
１の端面１１ｂの形状不良は、複合型光学素子１を不良
品にしたり余分な工程を要したりするので、複合型光学
素子１の歩留まりを悪くする要因となっている。そこ
で、本実施形態の設計時の条件には、「樹脂層１１の端
面１１ｂの形状不良を確実に抑えるための条件」を付加
する。

【００４０】本実施形態においても、樹脂層１１の厚さ
の設計値ｔに対し特定の条件を付加することを考える。
図６は、樹脂層１１の形成時（未硬化物１１’の硬化直
前時）の様子を示す図である。ガラス基板１０は外周部
の下側から治具１２によって支持され、未硬化物１１’
にはその表面１１ａ’の側から型１３が押し当てられる
（但し、型１３とガラス基板１０との間隔ｄは、樹脂層
１１の厚さの設計値ｔに保たれる。）。

【００４１】樹脂層１１の端面１１ｂの形成不良は、こ
のときの未硬化物１１’の実際の径＜Ｄ’＞が最大許容
量Ｄmax（Ｄmax＞０）よりも大きくなり、未硬化物１
１’が治具１２に接触したり治具１２から溢れたりした
場合に生じる。よって、形成不良が確実に抑えられるた
めには、 Ｄmax≧＜Ｄ’＞ ・・・（６） でなければならない。

【００４２】因みに、一般に、治具１２の構造上、最大
許容量Ｄmaxは、ガラス基板１０の外径Ａよりも１．６
ｍｍ小さく、Ｄmax＝Ａ−１．６ｍｍである。ここで、
未硬化物１１’の実際の径＜Ｄ’＞は、樹脂層１１の実
際の径＜Ｄ＞の硬化収縮前の値である。未硬化物１１’
の硬化収縮率（体積収縮率）をα（％）とおき、厚さ方
向の収縮を無視すれば、硬化後の径＜Ｄ＞は、硬化前の
径＜Ｄ’＞の（１−０．０１α）^1/3倍となるので、 ＜Ｄ＞＝（１−０．０１α）^1/3＜Ｄ’＞ ・・・（７） が成り立つ。よって、式（８）より式（９）が成り立
つ。

【００４３】 Ｄ＋ΔＤ＝（１−０．０１α）^1/3＜Ｄ’＞ ・・・（８） ＜Ｄ’＞＝（Ｄ＋ΔＤ）／（（１−０．０１α）^1/3） ・・・（９） 式（９）により、式（６）は、式（１０）のように表さ
れる。 Ｄmax≧（Ｄ＋ΔＤ）／（（１−０．０１α）^1/3） ・・・（１０） ここで、式（１０）の右辺中、ΔＤ（樹脂層１１の径の
誤差）は、第２実施形態の式（４）のとおり、位置決め
誤差Δｄと厚さの設計値ｔとにより決まる。よって、式
（１０）は、式（１１）で表される。

【００４４】 Ｄmax≧（Ｄ＋（Ｄｔ^0.5（（ｔ＋Δｄ）^-0.5−ｔ^-0.5））／（１−０．０１α ）^1/3） ・・・（１１） そして、形成不良が確実に抑えられるためには、位置決
め誤差Δｄの大きさ｜Δｄ｜が０〜最大誤差量Δｄmax
（Δｄmax＞０）の何れであるときにも、式（１１）が
成立しなければならない。そのたの条件式は、式（１
２）となる。

【００４５】 Ｄmax≧（Ｄ＋（Ｄｔ^0.5（（ｔ±Δｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5））／（１−０．０ １α）^1/3） ・・・（１２） また、式（１２）は式（１３）のように簡略化できる。 Ｄmax≧（Ｄ＋（Ｄｔ^0.5（（ｔ−Δｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5））／（１−０．０ １α）^1/3） ・・・（１３） なぜなら、未硬化の樹脂１１’が治具１２に接触したり
治具１２から溢れたりして形成不良が生じ得るのは、間
隔ｄの誤差Δｄが負となったとき（式（１２）のΔｄma
xに付与される符号が「−」のとき）のみだからであ
る。

【００４６】したがって、本実施形態では、樹脂層１１
の厚さの設計値ｔに対し、式（１３）で表される条件を
満足させればよい。そのようにすれば、樹脂層１１の端
面１１ｂの形状は確実に良好となるので、樹脂層１１の
形成方法に何ら変更を加えていないにも拘わらず、樹脂
層１１の形成の歩留まりが高まる。

【００４７】なお、位置決め誤差Δｄの最大誤差量Δｄ
maxについては、樹脂層１１の形成に用いられる成形機
などに固有なので、予め測定しておくことができる。 ［第４実施形態］本発明の第４実施形態について説明す
る（本実施形態は、請求項７、請求項８、請求項９、請
求項１０、請求項１１、請求項１２に対応する。）。

【００４８】本実施形態は、上記各実施形態の設計方法
を適用して複合型光学素子１を製造するものである。な
お、ここで製造するのは、ガラス層と樹脂層の２層構造
であり、かつその境界面に位相型回折面を有した複合型
光学素子１とする。製造手順は、以下の工程（１）
（２）（３）（４）（５）（６）を有する。工程（３）
以降については、従来例と同じであるので、図７を参照
して説明する。

【００４９】（１）複合型光学素子１のガラス基板１０
及び樹脂層１１の設計が行われる。なお、ガラス基板１
０及び樹脂層１１は、他の光学素子と同様、その面方向
の形状は円形に成形されている。また、樹脂層１１は、
ガラス基板１０の上に直接形成されるので（工程（３）
以降）、その径はガラス基板１０の外径よりも若干小さ
く設定される。

【００５０】この設計で決定すべきパラメータには、ガ
ラス基板１０の厚さ及び径、樹脂層１１の厚さ及び径、
回折面１０ａの凹凸の段差（格子高）などが含まれる。
但し、本実施形態では、この設計に、第１実施形態、第
２実施形態、第３実施形態の何れか又は全部の設計方法
が適用される。 （２）工程（１）で決定されたパラメータに基づいて、
位相型の回折面１０ａを有したガラス基板１０を成形す
る（詳細は後述）。

【００５１】ガラス基板１０の材料としては、クラウン
ガラス、石英ガラス、蛍石、その他の光学ガラスが使用
可能である。 （３）ガラス基板１０の回折面１０ａ上に、樹脂層１１
の材料である樹脂の未硬化物１１’を塗布する（図７
（ｂ）参照）。樹脂層の材料としては、ポリカーボネー
ト、ポリスチレン、ポリメタクリル酸などの他、アクリ
ル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、その他の
光学樹脂が使用可能である。

【００５２】この未硬化物１１’の塗布量などは、工程
（１）で決定した樹脂層１１の厚さの設計値ｔ、径の設
計値Ｄ、及び未硬化物１１’の硬化収縮率α（未硬化物
１１’の種類により決まる。）に応じて従来と同様に設
定される。 （４）この未硬化物１１’に対し、表面１１ａ’の側か
ら型１３を当て、回折面１０ａの凹凸の底部にまで未硬
化物１１’を行き渡らせる（図７（ｄ）参照）。このと
き、型１３と基板１０との間隔ｄは、樹脂層１１の厚さ
の設計値ｔに保たれる。

【００５３】なお、図７では、型１３は、未硬化物１
１’に当接する面が平面となっているが、例えば、樹脂
層１１の表面１１ａを曲率ｒの凸面にしたい場合には、
曲率ｒの凹面に予め加工された型を使用すればよい。 （５）間隔ｄを厚さの設計値ｔに保ちつつ、未硬化物１
１’に硬化用の熱や光を加える。

【００５４】（６）基板１０上に樹脂層１１が形成され
てなる複合型光学素子１が完成し、離型される（図７
（ｅ））。なお、ガラス基板１０の成形（工程（２））
は、例えば、次の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の何れかにより行
われる。 （Ａ）ガラス基板１０の材料である光学ガラスの表面
に、切削加工などの機械加工を施して回折面１０ａの凹
凸を形成する。（Ｂ）ガラス基板１０の材料である光学
ガラスの表面に、フォトリソグラフィにより微細加工し
たレジスト層を前記ガラス表面に形成し、その後、イオ
ンエッチングによりレジスト層のパターン形状を転写し
て回折面１０ａの凹凸を成形する。（Ｃ）ガラス基板１
０の材料である光学ガラスを、軟化させた上で、その表
面に凹凸状の成形面を有した金型を押し当てることで回
折面１０ａの凹凸状に成形する（所謂ガラスモールド法
である。）。

【００５５】なお、本実施形態において、工程（１）に
おける樹脂層１１の設計の一部又は全部は、ガラス基板
１０の成形（工程（２））の後に行われてもよい。 ［その他］各図では、複合型光学素子の各光学面が平面
（又は平面上に凹凸の形成されたもの）となっている
が、曲面（凹又は凸の球面、回転対称非球面）としても
よい。

【００５６】また、各実施形態では、樹脂層と密着させ
る光学層を、ガラス層としたが、樹脂層とは異なる特性
を有しているのであれば、如何なる材料からなる光学層
であってもよい。また、第２実施形態、第３実施形態で
は、樹脂層とガラス基板との境界面を、回折面（凹凸
面）としたが、滑らかな面（曲面又は平面）としてもよ
い。

【００５７】また、各実施形態では、樹脂層とガラス基
板との各光学面を透過面としたが、何れかの面を反射面
としてもよい。

【００５８】

【実施例】［第１実施例］光学ガラス製のガラス基板上
に光学樹脂製の樹脂層が形成され、かつ両者の境界面に
位相型回折面を有した回折光学素子を複数個作製した。

【００５９】回折面の格子高さｈは１５μｍ、格子ピッ
チＰは２００μｍとした。また、光学樹脂としてはＵＶ
硬化性樹脂の未硬化物を使用し、その硬化は、ＵＶ照射
により行った。本実施例では、樹脂層の厚さの設計値ｔ
を、１００μｍとした。これは、格子高さｈの５倍以上
であるので、第１実施形態のところで説明した条件式
（ｔ／ｈ≧５）を満たしている。

【００６０】実際、各製造品の樹脂層の表面を測定する
と、殆どの製造品においてうねりはみられず、しかも、
気泡の混入はみられなかった。比較のため、樹脂層の厚
さの設計値ｔを格子高さｈの５倍より小さい５０μｍと
して作製したところ、うねりと気泡とが共に発生してい
る製造品が見つかった。

【００６１】［第２実施例］第１実施例と同様、光学ガ
ラス製のガラス基板上に光学樹脂製の樹脂層が形成さ
れ、かつ両者の境界面に位相型回折面を有した回折光学
素子を複数個作製した。この回折光学素子に対する要求
スペックから、樹脂層の径の許容誤差ΔＤmaxは、１．
０ｍｍであった。また、樹脂層の成形時におけるガラス
基板と型との位置決め誤差の最大量Δｄmaxが４μｍで
あった。

【００６２】本実施例では、樹脂層の径の設計値Ｄを５
０ｍｍ、厚さの設計値ｔを２００μｍとした。これは、
第２実施形態のところで説明した条件（式（５））を満
たしている。実際、各製造品の樹脂層の径を測定する
と、不良品（すなわち径の誤差ΔＤの大きさ｜ΔＤ｜が
許容誤差量ΔＤmaxより大きくなったもの）はほとんど
なかった。

【００６３】比較のため、樹脂層の径の設計値Ｄを５０
ｍｍ、厚さの設計値ｔを１００μｍとしたところ（式
（５）を満たさない。）、５０％の割合で不良品となっ
た。 ［第３実施例］第１実施例や第２実施例と同様、光学ガ
ラス製のガラス基板上に光学樹脂製の樹脂層が形成さ
れ、かつ両者の境界面に位相型回折面を有した回折光学
素子を複数個作製した。

【００６４】樹脂層の材料として、硬化収縮率α＝６％
のアクリル系樹脂を使用した。また、ガラス基板の外径
Ａは５２．３ｍｍｍ、よって、未硬化物の径の最大許容
量Ｄmaxは５２．３−１．６＝５０．７ｍｍであった。
本実施例では、樹脂層の径の設計値Ｄを５０ｍｍ、厚さ
の設計値ｔを２００μｍとした。これは、第３実施形態
のところで説明した条件（式（１３））を満たしてい
る。

【００６５】実際、各製造品の樹脂層の端面を測定する
と、不良品はなく、全て良好に形成されていることが分
かった。比較のため、樹脂層の径の設計値Ｄを５０ｍ
ｍ、厚さの設計値ｔを１００μｍとしたところ（式（１
３）を満たさない。）、５０％の割合で端面が不良とな
った。

【００６６】

【発明の効果】以上本発明によると、樹脂層を有した複
合型光学素子の形成方法に変更を加えることなく、その
歩留まりを高めることのできる複合型光学素子の製造方
法、その複合型光学素子、及び回折光学素子が実現し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の複合型光学素子１の断面図であ
る。

【図２】樹脂層１１の厚さの設計値ｔを変化させた場合
の気泡の有無及びうねり量の変化を調べた実験結果を示
す図である。

【図３】第２実施形態の複合型光学素子１の断面図であ
る。

【図４】樹脂層１１の形成時（未硬化物１１’の硬化
時）の様子を示す図である。

【図５】第３実施形態の複合型光学素子１の断面図であ
る。

【図６】樹脂層１１の形成時（未硬化物１１’の硬化直
前時）の様子を示す図である。

【図７】複合型光学素子の樹脂層１１を形成する手順を
説明する図である。

【符号の説明】

１ 複合型光学素子 １０ ガラス基板 １０ａ 回折面 １１ 樹脂層 １１’ 未硬化物 １１ａ 樹脂層１１の表面 １１ａ’ 未硬化物１１’の表面 １２ 治具 １３ 型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA04 AA33 AA37 AA40 AA43 AA45 AA51 AA63 4F204 AA43 AA44 AD04 AD08 AG03 AH73 EA03 EA04 EB01 EB11 EB29 EE02 EF01 EF05 EF23 EF37 EK13 EK17 EK18 EK24

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に位相型回折面を有した光学材料か
   らなる第１の光学層上の所定の領域に、樹脂製の第２の
   光学層の材料である樹脂の未硬化物を、型を用いて押し
   当て、その型と前記第１の光学層との間隔を前記第２の
   光学層の厚さの設計値ｔに保つ型当て工程と、 前記型を当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第
   ２の光学層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程
   とを有した複合型光学素子の製造方法であって、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記回折面の段
   差高さの設計値ｈに応じて決定されることを特徴とする
   複合型光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複合型光学素子の製造
   方法において、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記回折面の段
   差高さの設計値ｈの５倍以上に決定されることを特徴と
   する複合型光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 光学材料からなる第１の光学層上に、樹
   脂製の第２の光学層の材料である樹脂の未硬化物を、そ
   の第２の光学層の厚さ及び形成範囲の設計値とに応じて
   供給して型を当て、その型と前記第１の光学層との間隔
   を前記第２の光学層の厚さの設計値ｔに保つ型当て工程
   と、 前記型を当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第
   ２の光学層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程
   とを有した複合型光学素子の製造方法であって、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、その第２の光学
   層の径の設計値Ｄと、前記間隔の位置決めの最大誤差量
   Δｄmaxと、その第２の光学層の径の最大許容誤差量Δ
   Ｄmaxとに応じて決定されることを特徴とする複合型光
   学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の複合型光学素子の製造
   方法において、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、その第２の光学
   層の径の設計値Ｄと、前記間隔の位置決めの最大誤差量
   Δｄmaxと、その第２の光学層の径の最大許容誤差量Δ
   Ｄmaxとに対し、 ΔＤmax≧｜Ｄｔ^0.5（（ｔ±Δｄmax）^-0.5−ｔ^-0.5）
   ｜の式を満たすよう決定されることを特徴とする複合型
   光学素子の製造方法。
5. 【請求項５】 光学材料からなる第１の光学層上に、樹
   脂製の第２の光学層の材料である樹脂の未硬化物を、そ
   の第２の光学層の厚さ及び形成範囲の設計値とその樹脂
   の硬化収縮率とに応じて供給して型を当て、その型と前
   記第１の光学層との間隔を前記第２の光学層の厚さの設
   計値ｔに保つ型当て工程と、 前記型を当てた状態で前記未硬化物を硬化させて前記第
   ２の光学層を前記第１の光学層上に定着させる硬化工程
   とを有した複合型光学素子の製造方法であって、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記未硬化物の
   径の最大許容量Ｄmaxと、前記間隔の位置決めの最大誤
   差量Δｄmaxと、その第２の光学層の径の設計値Ｄと、
   前記樹脂の硬化収縮率αとに応じて決定されることを特
   徴とする複合型光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の複合型光学素子の製造
   方法において、 前記第２の光学層の厚さの設計値ｔは、前記未硬化物の
   径の最大許容量Ｄmaxと、前記間隔の位置決めの最大誤
   差量Δｄmaxと、その第２の光学層の径の設計値Ｄと、
   前記樹脂の硬化収縮率α（％）とに対し、 Ｄmax≧（Ｄ＋（Ｄｔ^0.5（（ｔ−Δｄmax）^-0.5−ｔ
   ^-0.5））／（（１−０．０１α）^1/3）の式を満たすよ
   う決定されることを特徴とする複合型光学素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１又は請求項２に記載の複合型光
   学素子の製造方法により製造されたことを特徴とする複
   合型光学素子。
8. 【請求項８】 請求項３又は請求項４に記載の複合型光
   学素子の製造方法により製造されたことを特徴とする複
   合型光学素子。
9. 【請求項９】 請求項５又は請求項６に記載の複合型光
   学素子の製造方法により製造されたことを特徴とする複
   合型光学素子。
10. 【請求項１０】 表面に凹凸を有する第１の光学層と、
    前記第１の光学層の表面に形成された樹脂層とからなる
    回折光学素子において、 前記第１の光学層の凹凸の段差に対して、前記樹脂層の
    高さが５倍以上であることを特徴とする回折光学素子。