JP2004212495A

JP2004212495A - 回折光学素子の製造方法及び回折光学素子

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Publication number: JP2004212495A
Application number: JP2002379824A
Authority: JP
Inventors: Akiko Miyagawa; 晶子宮川; Toru Nakamura; 徹中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4228097B2

Abstract

【課題】所定の設計回折効率の回折光学素子を容易に製造することができる製造方法を提案する。
【解決手段】所定の設計格子高に対応する格子高で第１光学材料層１２の格子面１１を形成し、第１光学材料層１２と所定の設計屈折率差に対応する屈折率差を有する第２光学材料層１３を格子面１１上に積層して仮回折光学素子１０を形成し、仮回折光学素子１０の回折効率を測定して、設計上の格子高及び設計屈折率差に基づく設計回折効率と測定回折効率との製造誤差を求め、その製造誤差を第１光学材料層１２と第２光学材料層１３との間の屈折率差に換算し、この換算屈折率差及び設計屈折率差の和となるように第１光学材料層１２と第２光学材料層１３との間の屈折率差を調整して積層する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、格子面を有する第１光学材料層の格子面上に第２光学材料層を積層して形成される回折光学素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回折光学素子は、回折光を利用した回折レンズなどの種々の光学機器に用いられている。この回折光学素子は、各種のパターンの格子が光学材料からなる成形体に形成されたもので、成形体に入射した光を格子で回折させて、所望の回折次数の回折光を利用するようになっている。また、屈折率を特定条件に設定した複数の光学材料を積層し、その境界に格子を形成することにより、回折光学素子の波長依存性を低減したものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような回折光学素子では、所定の回折次数において所定の回折効率が得られるようにする必要がある。この回折効率は格子面の格子高と格子光学部材の屈折率とに相関を有することが知られており、回折光学素子の回折効率を所定値にするには、格子面の格子高と屈折率とを正確に設定して設計するとともに、精度良く加工する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１２７３２１号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、格子光学素子を製造する際、格子面の格子高は微細な形状であるために加工誤差が生じやすく、所定の格子高の格子面を形成することは容易でない。また、この格子面の加工誤差は、さらに微細な寸法となるため、修正加工を施すことも容易でない。
【０００６】
しかも、この格子面の格子高は、高精度に測定することも容易でなく、例えば、接触式の測定器具では、格子面に接触する接触子の大きさより小さい形状変化部分で測定誤差を生じ易く、また、レーザ顕微鏡のような光学測定や原子間プローブを用いた測定でも、測定面積より小さい形状変化部分で測定誤差が生じやすい。
【０００７】
その結果、所定の設計格子高の格子面を形成し難い上、製造された回折光学素子の格子高を修正する場合には、修正加工と回折効率の測定とを繰り返さなければならず、設計回折効率を有する回折光学素子を製造することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するため、所定の回折効率の回折光学素子を容易に製造することができる製造方法を提案するとともに、優れた回折効率が得られる回折光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明は、格子面を有する第１光学材料層の該格子面上に、第２光学材料層を積層して所望の回折効率を有する回折光学素子を製造する方法であって、前記第１光学材料層の前記格子面を設計格子高に対応する格子高で形成し、前記第１光学材料層と所定の設計屈折率差に対応する屈折率差を有する前記第２光学材料層を前記格子面上に積層して誤差測定用の仮回折光学素子を形成し、該仮回折光学素子の回折効率を測定し、前記設計格子高及び前記設計屈折率差に基づく設計回折効率と該測定回折効率との差から回折効率の修正量を決定し、該回折効率の修正量を前記第１光学材料層と前記第２光学材料層との屈折率差に換算し、該換算屈折率差に基づいて前記第１光学材料層と前記第２光学材料層との屈折率差を調整して前記回折光学素子を製造することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、異なる波長により複数の前記測定回折効率を測定し、複数の波長における前記設計回折効率と前記測定回折効率との差の変化量から前記回折効率の修正量を決定することを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記第２光学材料層は複数の異なる屈折率を有する樹脂成分からなる光学樹脂組成物であって、前記複数の樹脂成分の混合割合を下記式（１）により決定して前記第２光学材料層を所定の屈折率に形成することを特徴とする。
【００１２】
【数５】
ｎ_ｂ＝Σｎ_ｉＶ_ｉ・・・（１）
（式（１）中、ｎ_ｂは前記調整により得られる前記光学樹脂組成物の屈折率、ｎ_ｉは各樹脂成分の屈折率、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率を示す。）
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記光学樹脂組成物は、前記所望の回折効率が得られる所定の屈折率及び所定の平均分散値を有するものであって、前記複数の樹脂成分の混合割合を、前記式（１）と同時に下記式（２）を満足するように決定して前記第２光学材料層を所定の屈折率及び所定の平均分散値に形成することを特徴とする。
【００１３】
【数６】
Ｄ_ｂ＝ΣＤ_ｉＶ_ｉ・・・（２）
（式（２）中、Ｄ_ｂは前記光学樹脂組成物の平均分散値、Ｄ_ｉは各樹脂成分の平均分散値を示す。）
さらに、請求項５に記載の発明は、格子面を有する格子成形体層と、該格子成形体層の前記格子面上に積層された光学樹脂組成物層とを有し、所望の回折効率を備えた回折光学素子であって、前記光学樹脂組成物層は、複数の異なる屈折率を有する樹脂成分の混合物からなり、該光学樹脂組成物層の屈折率は下記式（１）を満足し、前記所望の回折効率が得られるように設定されていることを特徴とする。
【００１４】
【数７】
ｎ_ｂ＝Σｎ_ｉＶ_ｉ・・・（１）
（式（１）中、ｎ_ｉは各樹脂成分の屈折率、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率、ｎ_ｂは前記光学樹脂組成物の屈折率を示す。）
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の構成に加え、前記光学樹脂組成物層は、前記式（１）と同時に下記式（２）を満足し、前記所望の回折効率が得られる所定の屈折率及び所定の平均分散値に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
【数８】
Ｄ_ｂ＝ΣＤ_ｉＶ_ｉ・・・（２）
（式（２）中、Ｄ_ｂは前記光学樹脂組成物の平均分散値、Ｄ_ｉは各樹脂成分の平均分散値を示す。）
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１はこの実施の形態の回折光学素子の断面を示す。図において、符号１０は回折光学素子であり、格子面１１を有する「第１光学材料層」としての格子成形体層１２と、格子成形体層１２の格子面１１側に積層された「第２光学材料」としての光学樹脂組成物層１３とからなっている。前記回折光学素子１０の格子面１１には、格子高ｄで多数の格子溝１１ａが形成されており、ｍ次光の回折効率はρ_ｍとなっている。
【００１７】
格子成形体層１２及び光学樹脂組成物層１３の材料としては、樹脂、ガラス、結晶材料など、従来より光学部材に使用される材料を使用することができる。この実施の形態では、格子成形体層１２の材料として、低融点ガラスを用い、光学樹脂組成物層１３の材料として、複数の異なる屈折率を有する樹脂成分を均一に混合した状態の光学樹脂組成物を用いている。
【００１８】
この発明において光学樹脂組成物層を構成する樹脂は、特に限定されるものではなく、成形型を用いて成形可能であれば、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを適宜選択することができる。この発明に好適な熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、チオウレタン、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、商品名ＣＲ−３９として知られるジエチレングリコールビスアリルカーボネートなどが挙げられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネートなどが挙げられる。さらに、感光性アクリル樹脂や感光性メタクリル樹脂などもこの発明に好適である。
【００１９】
熱硬化性樹脂及び感光性樹脂を構成する樹脂成分は、それぞれモノマ、オリゴマー、プレポリマー等の樹脂の前駆体の状態で、硬化開始剤とともに均一に混合し、格子面１１に積層してから重合させることにより使用することができる。
【００２０】
なお、これらの樹脂成分の前駆体は、他の樹脂成分と混合することなく単独で硬化させた場合には所定の屈折率ｎ_ｉが得られ、各樹脂成分の前駆体を均一に混合した状態で硬化させた場合には、混合割合に応じた屈折率が得られ、下記式（１）が成立するものである。
【００２１】
【数９】
ｎ_ｂ＝Σｎ_ｉＶ_ｉ・・・（１）
（式（１）中、ｎ_ｂは光学樹脂組成物の屈折率、ｎ_ｉは各樹脂成分の屈折率、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率を示す。）
このような回折光学素子を製造するには、まず、所定の格子面を形成する凹凸形状が刻み込まれた金型を用いて、設計屈折率ｎ_ａ０に対応する屈折率ｎ_ａの第１光学材料で格子成形体層１２を形成して設計格子高ｄ_０に対応する格子高ｄの格子面１１を形成する。次に、この格子成形体層１２の格子面１１に別の金型を用いて設計屈折率ｎ_ｂ０に対応する屈折率ｎ_ｂの光学樹脂組成物層１３が得られる樹脂成分の前駆体を充填し、硬化させることにより光学樹脂組成物層１３を積層し、誤差測定用の仮回折光学素子１０を製造する。そして、この仮回折光学素子１０の回折効率ρ_ｍを測定して設計回折効率ρ_ｍ０との製造誤差を求め、この製造誤差に基づいて回折効率ρ_ｍを修正することにより回折光学素子１０を製造する。
【００２２】
この製造工程で回折効率ρ_ｍを修正するには、前述のように、格子成形体層１２及び／又は光学樹脂組成物層１３の屈折率のずれと、格子面１１の格子高ｄの加工誤差とを測定する必要がある。しかしながら、格子高ｄを精度良く加工することや、加工誤差を正確に測定することが難しいため、格子高ｄの加工誤差を正確に修正することが困難である。そのため、本発明者は、格子高ｄの加工誤差を第１光学材料層である格子成形体層１２と第２光学材料層である光学樹脂組成物層１３との屈折率差に換算して修正することにより、所望の回折効率を有する回折光学素子１０を製造する方法を見出した。
【００２３】
即ち、回折条件は下記式（３）により表される。
【００２４】
【数１０】
ｄ×（ｎ_ａ−ｎ_ｂ）＝ｄ×Δｎ＝ｍλ・・・（３）
（式（３）中、ｄは格子高、ｎ_ａは格子成形体層１２の屈折率、ｎ_ｂは光学樹脂組成物層１３の屈折率、Δｎは両層１２，１３の屈折率差、ｍは回折次数、λは基準波長を示す。）
この式（３）によれば、格子高ｄの加工誤差は、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎにより修正可能であることが分かる。そこで、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎを調整することにより、格子高ｄの加工誤差を修正する。しかも、前記屈折率差Δｎの調整は、この格子高ｄの加工誤差の修正と同時に、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎと設計屈折率差Δｎ_０とのずれを含んで修正できる。従って、屈折率差Δｎを調整することにより、回折光学素子１０の回折効率ρ_ｍを所望の設計格子効率ρ_ｍ０にすることができるのである。
【００２５】
具体的には、まず、前記のようにして仮回折光学素子１０を製造し、この仮回折光学素子１０の回折効率ρ_ｍを測定する。そして、設計格子高ｄ_０及び設計屈折率差Δｎ_０に基づいて求めた仮回折光学素子１０の設計回折効率ρ_ｍ０と前記の測定により得られた測定回折効率ρ_ｍとを比較し、回折効率の製造誤差を求める。この回折効率の製造誤差は、格子高ｄの加工誤差及び両層１２，１３の屈折率差Δｎのずれを含んだものとなる。そして、この回折効率ρ_ｍの製造誤差から回折効率ρ_ｍの修正量を決定する。ここでは、格子高ｄの加工誤差及び両層１２、１３の屈折率差のずれを含む全ての回折効率の製造誤差を回折効率ρ_ｍの修正量としている。
【００２６】
次に、このように決定した修正量を格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差に換算して、その換算屈折率差Δｎ’を求める。
【００２７】
この実施の形態では、図２のグラフに示すように複数の異なる波長λの光により設計回折効率ρ_ｍ０と測定回折効率ρ_ｍとを比較することにより、換算屈折率差Δｎ’を求める。このように複数の異なる波長λの光により比較すると、波長λに対する回折効率の変化の傾向が明らかになるため、製造誤差を求めやすくなる。
【００２８】
図２では、Ａは設計回折効率ρ_ｍ０を示し、Ｂ、Ｃは測定回折効率ρ_ｍの典型例を示している。ここでは、格子高ｄが設計値より高い場合や格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎが設計値より大きい場合には、Ｂに示すように回折効率が最大となる波長が設計における基準波長よりも長くなる傾向を示している。一方、格子高ｄが設計値より低い場合や屈折率差Δｎが設計値より小さい場合には、Ｃに示すように回折効率が最大となる波長が設計における基準波長よりも短くなる傾向を示す。
【００２９】
そこで、複数の異なる波長λの光により得られた複数の測定回折効率ρ_ｍの変化から回折効率が最大となる波長（以下、最適化波長という。）を推定する。この最適化波長をシフトさせるような格子高の修正量を求める。そして、前記格子高の補正量を屈折率差Δｎに換算する。即ち、回折効率ρ_ｍを修正できるように換算屈折率差Δｎ’を求める。
【００３０】
そして、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎを、設計屈折率差Δｎ_０と換算屈折率差Δｎ’との和となるように調整すれば、所望の設計回折効率ρ_ｍ０を有する回折光学素子１０を製造することができる。
【００３１】
次に、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎを調整する方法について説明する。この実施の形態では、光学樹脂組成物層１３の屈折率ｎ_ｂを調整することにより行う。光学樹脂組成物層１３を構成する各樹脂成分は前記のように互いに異なる屈折率ｎ_ｉを有しており、ここでは、屈折率の最大値と最小値との差が、格子面１１の格子高ｄ_０の加工誤差を屈折率差に換算した値より大きくなるように各樹脂成分が選択されている。そのため、各樹脂成分の混合割合を調整することにより屈折率ｎ_ｂを調整することが可能である。
【００３２】
ここで、各樹脂成分の混合割合を調整するには、下記式（１）が成立するように各樹脂成分の混合割合を決定することにより行うことができる。
【００３３】
【数１１】
ｎ_ｂ＝Σｎ_ｉＶ_ｉ・・・（１）
この式（１）では、ｎ_ｉは各樹脂成分の屈折率であり、それぞれの樹脂の前駆体を単独で重合させたときに得られる値である。また、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率であり、重合後の値である。ｎ_ｂは前記換算屈折率差Δｎ’が得られる前記光学樹脂組成物の屈折率であり、具体的には、設計屈折率差Δｎ_０及び換算屈折率差Δｎ’を格子成形体層１２の屈折率ｎ_ａに加算又は減算した値である。
【００３４】
そして、このようにして決定した混合割合により複数の樹脂成分を混合し、光学樹脂組成物層１３を形成することにより、所定の設計回折効率ρ_ｍ０を有する回折光学素子１０が得られる。
【００３５】
ところで、回折効率は平均分散値によっても変動を生じるため、白色光等の複数の波長が混在する光が照射されるような場合には、平均分散値を所定値に設定するのが好ましい。そのため、この実施の形態では光学樹脂組成物層１３の屈折率と同時に、光学樹脂組成物層１３の平均分散値を調整するのが好ましい。この場合、所定の屈折率が得られるように、複数の樹脂成分の混合割合を決定する際、同時に所定の平均分散値が得られるようにすればよい。
【００３６】
ここでは、複数の樹脂成分を種々の混合割合で混合して得られる樹脂組成物において、屈折率とアッベ数との相関をグラフ化しても、その相関は曲線的な複雑な関係しか得られないものの、屈折率と平均分散値との相関をグラフ化すると直線的な単純な関係が得られるという理由で、各成分の屈折率ｎ_ｉと平均分散値Ｄ_ｉとを用いて光学樹脂組成物を構成する樹脂成分及びその混合割合を決定する。ここで平均分散値Ｄ_ｉとは、例えば、Ｆ線における屈折率ｎ_ＦとＣ線における屈折率ｎ_Ｃとの差（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）である。
【００３７】
そこで、この実施の形態では、上記式（１）と下記式（２）の両方が同時に成立するように複数の樹脂成分及びその混合割合を決定することにより、所定の屈折率及び所定の平均分散値が得られる光学樹脂組成物を得る。
【００３８】
【数１２】
Ｄ_ｂ＝ΣＤ_ｉＶ_ｉ・・・（２）
この式（２）では、Ｄ_ｉは各樹脂成分の平均分散値であり、それぞれの樹脂の前駆体を単独で重合させたときに得られる値である。また、Ｄ_ｂは前記光学樹脂組成物の平均分散値である。
【００３９】
ここで、上記式（１）と式（２）の両方が同時に成立するものを決定するには、次のようにすればよい。
【００４０】
まず、前記のように求めた換算屈折率差Δｎ’に基づいて前記のように光学樹脂組成物の目的の屈折率ｎ_ｂを決定するとともに、所望の平均分散値Ｄ_ｂを決定する。
【００４１】
そして、各種の樹脂成分から次式（４）の関係を満足するような第１樹脂及び第２樹脂を選択する。ここでは、各樹脂の屈折率及び平均分散値は予め明らかにしておく必要があり、それぞれ屈折率ｎ_ｂ１、ｎ_ｂ２及び平均分散値Ｄ_１、Ｄ_２を有している。
【００４２】
【数１３】
（ｎ_ｂ１−ｎ_ｂ）／（Ｄ_ｂ１−Ｄ_ｂ）＝（ｎ_ｂ−ｎ_ｂ２）／（Ｄ_ｂ−Ｄ_ｂ２）・・・（４）
この（４）式は、平均分散値Ｄと屈折率ｎとの相関を示すグラフにおいて、第１樹脂（Ｄ_ｂ１，ｎ_ｂ１）、第２樹脂（Ｄ_ｂ２，ｎ_ｂ２）及び光学樹脂組成物（Ｄ_ｂ，ｎ_ｂ）とが同一直線上に存在することを示している。そして、このような第１樹脂及び第２樹脂の成分を決定した後、上記式（１）或いは式（２）によりその混合割合を決定する。
【００４３】
より具体的には、光学樹脂組成物層１３の所望の分散値Ｄ_ｂ及び屈折率差ｎ_ｂは前記のように設定されており、例えば第１樹脂を任意に選択すると、光学樹脂組成物（Ｄ_ｂ，ｎ_ｂ）と第１樹脂（Ｄ_ｂ１，ｎ_ｂ１）とから式（４）の直線が得られる。そこで、式（４）が成立する直線上に第２樹脂を選択すれば、第１樹脂及び第２樹脂の成分を決定することができる。そして、この第１樹脂及び第２樹脂を構成する樹脂成分の混合割合を上記式（１）或いは式（２）により決定すればよい。
【００４４】
なお、このような第１、第２樹脂の選択が容易でない場合には、式（４）が成立しない樹脂を複数組み合わせて所定割合にすることにより、式（４）が成立する直線上の樹脂を形成することができる。例えば、第２樹脂の選択が容易でない場合、複数の樹脂を組合せて所定割合にすることにより、第２樹脂を形成することができる。そして、このように組合わせた複数の樹脂と第１樹脂の樹脂成分の混合割合を上記式（１）或いは式（２）により決定すればよい。
【００４５】
そして、このような第１樹脂と第２樹脂を構成する各樹脂成分を用いて、上記式（１）及び式（２）が同時に成立する樹脂成分及びその混合割合を決定し、これらから光学樹脂組成物層１３を形成して所定の設計回折効率ρ_ｍ０を有する回折光学素子１０を製造することができる。
【００４６】
以上のようにして回折光学素子１０を製造する。即ち、設計格子高ｄ_０に対応する格子高ｄで格子面１１を格子成形体層１２に形成し、この格子成形体層１２に設計屈折率差Δｎ_０に対応する屈折率ｎ_ｂの光学樹脂組成物層１３を積層して仮回折光学素子１０を形成する。この仮回折光学素子１０の回折効率ρ_ｍを測定して設計回折効率ρ_ｍ０との差から回折効率の修正量を決定する。この回折効率の修正量を格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎ’に換算する。この換算屈折率差Δｎ’に応じて格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３とを調整して積層するようにしたので、格子成形体層１２の格子面１１の格子高ｄに加工誤差が存在していても、回折光学素子１０の回折効率ρ_ｍを容易に所望の値に調整することができる。
【００４７】
しかも、格子面１１の格子高ｄを調整するのに比べて、屈折率は容易に定量的に調整できるため、高精度に容易に回折効率ρ_ｍを調整することが可能である。
【００４８】
また、第２光学材料層として複数の樹脂成分からなる光学樹脂組成物１３を用い、複数の樹脂成分の混合割合を上記式（１）により決定するようにしたので、所望の換算屈折率差Δｎ’を得るための各樹脂成分及びその混合割合を容易に決定することができる。
【００４９】
さらに、光学樹脂組成物層１３が換算屈折率差Δｎ’とともに所定の平均分散値Ｄｂを有するものであって、式（１）と同時に、所定の式（２）が成立するように複数の樹脂成分の混合割合を決定するので、所望の換算屈折率差と同時に所望の平均分散率Ｄ_ｂが得られる樹脂成分及びその混合割合を求めることができ、より回折効率を調整し易い。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、回折効率を調整する際、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との間の屈折率差Δｎのずれや格子高ｄの加工誤差を含む全ての回折効率ρ_ｍの製造誤差を、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との屈折率差Δｎに換算して調整したが、これに限定される必要はなく、回折効率の差の一部を格子面の格子高ｄなどで調整し、残部を屈折率差Δｎに換算して調整するようにしてもよい。
【００５１】
また、上記では、格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との屈折率差Δｎを、光学樹脂組成物層１３の屈折率ｎ_ｂだけで調整したが、格子成形体層１２の屈折率ｎ_ａだけで調整することも可能であり、更に、光学樹脂組成物層１３の屈折率ｎ_ｂと格子成形体層１２の屈折率ｎａの両方を調整することにより行うことも可能である。
【００５２】
さらに、上記では、回折効率のずれを複数の波長λの光を用いて、波長λに対する変化量から求めて格子高差Δｄや屈折率差Δｎを換算したが、１つの波長の光による回折効率から格子高差Δｄや屈折率差Δｎを求めることも可能である。その場合、最適化波長が設計における基準波長より長波長側又は短波長側のうちのずれが小さい側にずれていることが統計的に判明しているので、前記と同様に換算屈折率差Δｎ’を算出すればよい。
【００５３】
【実施例】
実施例
レンズ外形が５０ｍｍの図１に示すような仮回折光学素子１０を製造した。
【００５４】
格子成形体層１２として、設計屈折率ｎ_ａ０が１．５９０８７のモールド用低融点ガラスＰーＳＫ６０（住田光学ガラス（株）製、商標）を用い、所定の回折格子が刻まれた金型により成形したものを用いた。回折格子は、設計格子高ｄ_０が１５μｍであり、中心付近のピッチが３ｍｍ、中心付近から外側へ行くほど狭いピッチとなって周辺部のピッチが１８０μｍとなるものであった。
【００５５】
一方、光学樹脂組成物層１３は、エトキシ化ビスフェノールＡジメタクリレート２種及びウレタンアクリレート１種の計３種類の樹脂成分の前駆体に、イルガキュア１８４（チバガイキー社製、商標）からなる光硬化開始剤を１．０重量％となるように添加して均一に混合し、これを格子成型体１２の格子面１１上に積層するように充填して硬化させたＵＶ硬化型樹脂層を用いた。この光学樹脂組成物層１３の設計透過率ｎ_ｂ０は１．５５４１２であった。
【００５６】
この仮回折光学素子１０の１次の設計回折効率ρ_ｍ０は９８％であり、前記のようにして得られた仮回折光学素子１０の測定回折効率ρ_ｍを測定したところ、９５％となり、設計回折効率との差が３％であった。この差は、格子面１１の格子高ｄに換算すると、設計格子高ｄ_０より１μｍ高いことに相当する。
【００５７】
そこで、この格子高１μｍの差を格子成形体層１２と光学樹脂組成物層１３との屈折率差Δｎに換算した。即ち、格子高ｄを１６μｍから１５μｍにすることは、格子高１６μｍのままで屈折率差Δｎを１５／１６倍にすることと同等である。従って、換算屈折率差Δｎ’はΔｎ×（１５／１６）より０．０３４４５である。
【００５８】
この結果に基づいて、光学樹脂組成物層１３の目的の屈折率ｎｂを１．５５６４２とした。そして、光学樹脂組成物層１３の成分中のウレタンアクリレートを減量して、エトキシ化ビスフェノールＡメタクリレートを増量することにより、目的の屈折率ｎｂの光学樹脂組成物層１３が得られるように調整し、光学樹脂組成物層１３を前記と同様にして格子成形体層１２に積層して回折光学素子１０を製造した。
【００５９】
このようにして製造された回折光学素子１０の回折効率を測定したところ、設計回折効率ρ_ｍ０と同等といえる０．５％以内の誤差が達成できた。
【００６０】
比較例
実施例１において、格子高ｄを１５μｍに加工して、混合割合を変更していない光学樹脂組成物層１３を積層することにより回折光学素子１０を作成した。
【００６１】
この比較例では、金型を加工して格子成形体層１２を成形し、これに光学樹脂組成物層１３を積層し、その状態で回折効率ρ_ｍを測定するという一連の作業を４回繰り返すことにより、設計回折効率ρ_ｍ０を得ることができ、製造に手間を要した。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述の通り、請求項１に記載の発明によれば、第１光学材料層に格子面を設計格子高に対応する格子高で形成し、この第１光学材料層と所定の設計屈折率差に対応する屈折率差を有する第２光学材料層を積層して誤差測定用の仮回折光学素子を形成し、仮回折光学素子の回折効率を測定して設計回折効率との差から回折効率の修正量を決定し、この回折効率の修正量を第１光学材料層と第２光学材料層との間の屈折率差に換算し、この換算屈折率差に基づいて第１光学材料層と第２光学材料層との屈折率差を調整して積層するようにしたので、第１光学材料層の格子面の格子高に加工誤差が存在していても、回折光学素子の回折効率を所望の値に調整することが容易である。しかも、光学材料の屈折率が容易に定量的に調整できるため、格子面の格子高を調整するのに比べて、容易且つ高精度に回折効率を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の回折光学素子の断面図である。
【図２】同実施の形態の回折光学素子の設計回折効率及び測定回折効率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０回折光学素子
１１格子面
１２格子成形体層
１３光学樹脂組成物層

Claims

格子面を有する第１光学材料層の該格子面上に、第２光学材料層を積層して所望の回折効率を有する回折光学素子を製造する方法であって、
前記第１光学材料層の前記格子面を設計格子高に対応する格子高で形成し、
前記第１光学材料層と所定の設計屈折率差に対応する屈折率差を有する前記第２光学材料層を前記格子面上に積層して誤差測定用の仮回折光学素子を形成し、
該仮回折光学素子の回折効率を測定し、前記設計格子高及び前記設計屈折率差に基づく設計回折効率と該測定回折効率との差から回折効率の修正量を決定し、
該回折効率の修正量を前記第１光学材料層と前記第２光学材料層との屈折率差に換算し、該換算屈折率差に基づいて前記第１光学材料層と前記第２光学材料層との屈折率差を調整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。
異なる波長により複数の前記測定回折効率を測定し、複数の波長における前記設計回折効率と前記測定回折効率との差の変化量から前記回折効率の修正量を決定することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。
前記第２光学材料層は複数の異なる屈折率を有する樹脂成分からなる光学樹脂組成物であって、
前記複数の樹脂成分の混合割合を下記式（１）により決定して前記第２光学材料層を所定の屈折率に形成することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。

（式（１）中、ｎ_ｂは前記調整により得られる前記光学樹脂組成物の屈折率、ｎｉは各樹脂成分の屈折率、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率を示す。）
前記光学樹脂組成物は、前記所望の回折効率が得られる所定の屈折率及び所定の平均分散値を有するものであって、
前記複数の樹脂成分の混合割合を、前記式（１）と同時に下記式（２）を満足するように決定して前記第２光学材料層を所定の屈折率及び所定の平均分散値に形成することを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子の製造方法。

（式（２）中、Ｄ_ｂは前記光学樹脂組成物の平均分散値、Ｄ_ｉは各樹脂成分の平均分散値を示す。）
格子面を有する格子成形体層と、該格子成形体層の前記格子面上に積層された光学樹脂組成物層とを有し、所望の回折効率を備えた回折光学素子であって、
前記光学樹脂組成物層は、複数の異なる屈折率を有する樹脂成分の混合物からなり、該光学樹脂組成物層の屈折率は下記式（１）を満足し、前記所望の回折効率が得られるように設定されていることを特徴とする回折光学素子。

（式（１）中、ｎ_ｉは各樹脂成分の屈折率、Ｖ_ｉは各樹脂成分の体積分率、ｎ_ｂは前記光学樹脂組成物の屈折率を示す。）
前記光学樹脂組成物層は、前記式（１）と同時に下記式（２）を満足し、前記所望の回折効率が得られる所定の屈折率及び所定の平均分散値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。

（式（２）中、Ｄ_ｂは前記光学樹脂組成物の平均分散値、Ｄ_ｉは各樹脂成分の平均分散値を示す。）