JP2004240417A

JP2004240417A - 光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004240417A
Application number: JP2004007049A
Authority: JP
Inventors: Akiko Miyagawa; 晶子宮川; Toru Nakamura; 徹中村; Madoka Nishiyama; 円西山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】二つの回折格子を積層方向に具える回折光学素子の各回折格子間の位置合わせ精度を高めることである。
【解決手段】母材４の一面に第一凹凸パターン２を形成し、次いで、前記第一凹凸パターン２面上に未硬化の樹脂を接触させて樹脂層６を形成し、その後、前記樹脂層６を硬化させることにより、硬化された樹脂層５の前記第一凹凸パターン２面側と反対側の面上に前記第一凹凸パターン２との位置ずれが極めて小さい第二凹凸パターン３を形成する。
【選択図】図２

Description

光学素子及びその製造方法
本発明は、カメラ等の光学装置の光学系に用いられる光学素子、例えば回折光学素子等の光学素子及びその製造方法に関する。

回折光学素子は、集光作用等様々な光学作用を有する光学素子であり、カメラ等の撮影光学系の光学素子として、幅広く用いられている。

回折光学素子は、回折格子パターンとしての役割を果たす凹凸パターンを有する光学面を具える光学素子である。

最近、回折効率の波長依存性等の問題を解決する為に、積層方向に回折格子を複数具えた回折光学素子が提案されている。（例えば、特許文献１）
特開２０００−９８１１８号公報

しかしながら、従来の、回折格子を複数具える回折光学素子は、製造に当たって回折格子の山又は谷の位置を各回折格子間で正確に合わせることが極めて困難であるという問題があった。

従来は複数の回折格子間で山又は谷の位置を合わせる為に、複数の回折格子間の相対的位置を可変にし、各回折格子に位置合わせ用のマークを予め設けておき、顕微鏡等の測定器で各マークを観察しながら各回折格子を互いにずらし、各マークを合わせる等することによって位置合わせをしていた。

この位置合わせ作業は、多大な熟練を要し、困難であるばかりでなく、位置合わせ精度を測定器の精度以上に高くすることが出来なかった。又、位置合わせをする為に必要な測定時間、測定器、測定場所は回折光学素子の製造コストを上昇させていた。

又、従来の回折格子を複数具える回折光学素子の回折格子の形成に当たっては、切削法やリソグラフィー法を用いるよりも製造原価が低い成形法を用いることが好ましかった。成形で回折格子を形成する為には成形対象の回折格子の格子パターンの反転パターンの型面を有する成形型を準備する必要があった。この格子パターンは寸法精度が高い凹凸パターンから構成されるので、この格子パターンを成形する為の成形型の凹凸パターンにも高精度が必要であり、この成形型の製造の為には製造原価が高い機械加工やガラス成形等が必要であった。

本発明は以上の課題を解決し、回折格子等の凹凸パターンを複数具え、各凹凸パターン間の位置合わせ精度が極めて高い回折光学素子等の光学素子、及びその光学素子を容易に製造する方法を提供することにある。

以上の課題を解決する為に、本発明の第一の態様の光学素子は、積層方向に第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとを具え、前記第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとは各々凹部と凸部とを有し、前記第一凹凸パターンが有する凹部の底の位置と前記第二凹凸パターンが有する凹部の底の位置との位置ずれ、又は前記第一凹凸パターンが有する凸部の山の位置と前記第二凹凸パターンが有する凸部の山の位置との位置ずれが１００ｎｍ以下であるものである。

本発明の第二の態様の光学素子の製造方法は、積層方向に第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとを具える光学素子の製造方法であって、母材の一面に第一凹凸パターンを形成する段階と、前記第一凹凸パターン面上に未硬化の樹脂を接触させて樹脂層を形成し、その後、前記樹脂層を硬化させることにより前記樹脂層の前記第一凹凸パターン面側と反対側の面上に第二凹凸パターンを形成する段階とを具えるものである。

本発明の第３の態様の光学素子の製造方法は、第２の態様の光学素子の製造方法であって、前記第１凹凸パターン面上に前記未硬化の樹脂を接触させ、凹凸形状を有さない所望の面形状の金型を用いることによって前記未硬化の樹脂層を形成するものである。

本発明の第４の態様の光学素子は、第１の態様の光学素子であって、紫外線硬化型樹脂層を具え、前記紫外線硬化型樹脂層の一方の面に前記第１凹凸パターンを、前記紫外線硬化型樹脂層の他方の面に前記第２凹凸パターンを具えるものである。

本発明の第５の態様の光学素子の製造方法は、第２の態様の光学素子の製造方法であって、前記第１凹凸パターンの面上に未硬化の紫外線硬化型樹脂を接触させて紫外線硬化型樹脂層を形成し、その後、紫外線を前記紫外線硬化型樹脂層に照射して硬化させることにより前記紫外線硬化型樹脂層の前記第１凹凸パターン面側と反対側の面上に第２凹凸パターンを形成する段階を具えるものである。

本発明の第６の態様の光学素子の製造方法は、第５の態様の光学素子の製造方法であって、前記紫外線を第１凹凸パターン側から前記紫外線硬化型樹脂層に照射するものである。

本発明の第７の態様の光学素子の製造方法は、第５又は第６の態様の光学素子の製造方法であって、凹凸形状を有さない所望の面形状の金型で前記紫外線硬化型樹脂層を形状創成しながら前記紫外線を前記紫外線硬化型樹脂層に照射する段階を具えるものである。

本発明の光学素子は積層された複数の凹凸パターンの位置ずれが１００ｎｍ以下であるので、フレアが少なく、回折効率が高い。又、本発明の光学素子の製造方法によれば、凹凸パターンの位置ずれが１００ｎｍ以下の光学素子を容易に製造することができるる。

［第一実施形態］
図１は本発明の実施の形態の光学素子１を示す。

本発明の実施の形態の光学素子１は、第一凹凸パターン２と第二凹凸パターン３とを具える。そして第一凹凸パターン２の凹部と第二凹凸パターン３の凹部との位置ずれａ2、又は第一凹凸パターン２の凸部と第二凹凸パターン３の凸部との位置ずれａ1は１００ｎｍ以下に形成されている。

又、本発明の実施の形態の光学素子１は、表面に第二凹凸パターン３を有する第二基材５と、第二基材５に隣接し、第２基材との境界に第一凹凸パターン２を有する第一基材４とを具える。第一基材４は樹脂又はガラス製であり、第二基材５は第一基材４とは異なる屈折率を有する樹脂材料からなる。

本発明の実施の形態の光学素子１は、その第一凹凸パターン２と第二凹凸パターン３が回折格子パターンであるときに、更には、ブレーズ型回折格子パターンであるときに特に発明の効果を発揮する。しかしながら入射光に対して何らかの変調を与えるものであれば、第一又は第二凹凸パターン２、３は回折格子パターンに限定されるものではない。

また、回折格子の格子面がブレーズ型の格子面の場合、図１の２で示されるような通常の連続面を持つ形状ではなく、ガラスプロセスで作製される、図３（ｅ）の１５で示されるような階段状形状にすることもできる。

本発明の実施の形態の光学素子１の第一凹凸パターン２を有する面は第一光学面を構成し、第二凹凸パターン３を有する面は第二光学面を構成する。これら第一光学面と第二光学面は平面、球面、又は、非球面等どのような面に沿って凹凸パターンが形成された形状でも良い。

又、本発明の実施の形態の光学素子１の第一基材４の第一凹凸パターン２が形成された第一光学面の対向面は第三光学面９を形成する。第三光学面９は平面状、球面状、非球面状、又は格子面状等の凹凸形状の何れの形状でも良い。

本発明の実施の形態の光学素子１の第一基材４の樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の何れでも使用可能である。

本発明の実施の形態の光学素子１の第一基材４に用いる熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン系ポリマーアロイ、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アモルファスポリオレフィン、アクリル樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレ−ト系）、ポリ塩化ビニール、熱可塑性ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン等が好ましく、熱硬化性樹脂としては、熱硬化性ポリウレタン、エポキシ樹脂、不飽和アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、不飽和ポリエステル、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂等が好ましく、又主成分として、ウレタン化ポリ（メタ）アクリレートやポリカーボネートジ（メタ）アクリレート、アセタールグリコールジアクリレートを含む樹脂液を硬化させた樹脂も好ましい。

本発明の実施の形態の第一基材４に熱硬化性樹脂を用いる場合、この熱硬化性樹脂は低分子量の樹脂液を硬化することにより形成される。前記樹脂液中には、紫外線照射で硬化させる場合は硬化触媒を、加熱して硬化させる場合には硬化剤を添加する。

紫外線照射で硬化させる場合には、硬化触媒として、光増感剤を使用する。この光増感剤としてはアセトフェノン系、ベンゾインアルキルエーテル系、プロピオフェノン系、ケトン系、アントラキノン系、チオキサントン系のものを、又はこれらから選んだ複数種を混合して使用することができる。特にケトン系の１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等が転写性能、離型性能、品質安定性の面で好ましい。上記増感剤を上記熱硬化性樹脂に添加することにより、上記熱硬化性樹脂を紫外線硬化型樹脂に変えることができる。前記樹脂液中には、静電気対策のために、帯電防止剤を樹脂液に混合してもよい。あるいは、型面に薄い帯電防止層（例えば、Ｐｔ層）を形成しても良い。このような対策は、焼け焦げ、変形、剥離、ゴミ付着等の問題を防止する。

本発明の実施の形態の光学素子１の第二基材５の樹脂としては、上に述べた第一基材４の場合と同様な樹脂を使用することができる。

凹凸パターン２、３がブレーズ型回折格子パターンの場合、本発明の実施の形態の光学素子１は回折光学素子となり、第一回折格子パターン２と第二回折格子パターン３の位置ずれａ1、ａ2が０．１μｍ以下である。一般に回折光学素子は、第一回折格子パターンと第二回折格子パターンとの間に位置ずれがあると、高次回折して迷光として失われ、回折効率が低減する。この回折効率低減量は、回折格子のピッチに対する位置ずれ率（例えば、位置ずれが１μｍ、格子ピッチが１０μｍの場合、１０％である）に比例するので、位置ずれａ1、ａ2が同じ場合、ピッチが４μｍ、３μｍ、２μｍと小さくなるほど大きくなる。本発明の実施の形態の光学素子１は比較的細かいピッチの回折格子で２次回折光を使用光とした場合に、３次光、４次光等の高次回折光がほぼ零だった。これに対して、第一回折格子パターン２と第二回折格子パターン３の位置ずれが１μｍ以上の従来の回折光学素子では、３次光、４次光等の高次回折光が無視できない強度で観察された。

以上のように、本発明の実施の形態の光学素子１が回折光学素子のとき、第一回折格子パターン２と第二回折格子パターン３との位置ずれが０．１μｍ以下であるので、迷光として、高次回折して失われる光が低減するので、回折効率が高い。

このような本発明の実施の形態の光学素子１をカメラレンズ等の撮影光学系に用いたところ、回折効率が高く、フレア等の発生が少ないカメラレンズを得ることができた。

図２は本発明の実施の形態の光学素子の製造方法を示す。

本発明の実施の形態の光学素子の製造方法は、以下のようにして行なわれる。
（１）先ず、第一凹凸パターン２を有する第一基材４を作製する。
（２）次に、第一基材４の第一凹凸パターン２面上に未硬化の樹脂を接触させ、樹脂層６を形成する。
（３）樹脂層６を硬化させ、表面上に第二凹凸パターン３を形成することにより第二基材５を形成し、光学素子１を作製する。
［第一基材の作製法］・・・（１）
本発明の実施の形態の光学素子の作製方法の凹凸パターン２を有する第一基材４の作製方法は特に限定されない。リソグラフィー法、切削法、等どのような方法で作製しても良い。

リソグラフィー法での第一基材４の作製を図３を参照して説明する。
（ａ）先ず、所望形状のシリコン、石英ガラス、又はガラスの基板８にレジストをスピンコート法により塗布してレジスト層を形成し、その後、所望の第一凹凸パターン２に対応した輪帯状のマスクの像を投影露光法により基板８面上のレジスト層に投影、露光し、次いでレジスト層を現像し、パターン状のレジスト層１１を形成する。
（ｂ）次に、基板８をエッチングする。エッチング方法はウエット、ドライ何れでも良い。
（ｃ）レジスト層１１を基板８から除去することにより、１段の凹凸パターン１３が形成された基板８を作製する。尚、１段の凹凸パターンからなる回折光学素子をＢＯＥ（Binary Optical Element）という。
（ｄ）以上（ａ）（ｂ）（ｃ）の工程を輪帯状のマスクの形状を変えながらもう一度繰り返せば、２段の凹凸パターン１３を形成することができる。同様に２段の凹凸パターンからなる回折光学素子を２ＢＯＥという。
（ｅ）更に、以上（ａ）（ｂ）（ｃ）の工程を輪帯状のマスクの形状を変えながらもう二度繰り返せば、４段の凹凸パターン１３を形成することができる。この凹凸パターン１３は階段状形状の格子面１５、又、第一凹凸パターン２に対応する。又、４段の凹凸パターンからなる回折光学素子を４ＢＯＥという。

このようにして作製された１ＢＯＥ、２ＢＯＥ、４ＢＯＥなどの凹凸パターン１３を有する基板１２をそのまま本発明の実施の形態の光学素子１の第一基材４として用いることもできるが、以上の工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を繰り返して作製された基板１２は高価であるので、このようにして作製された基板１２をガラスプロセス原盤１２と呼び、通常は第一基材４に第一凹凸パターン２を成形するための成形型として用いる。

このガラスプロセス原盤１２を成形型として用いるときには、このガラスプロセス原盤１２の凹凸パターン１３に樹脂を接触させて樹脂層を形成し、その後、樹脂層を硬化し、樹脂層をガラスプロセス原盤から離型することにより、凹凸パターン１３の反転形状の第一凹凸パターン２を有する樹脂製の第一基材４が作製される。この場合、ガラスプロセス原盤１２の凹凸パターン１３は所望の第一凹凸パターン２の反転形状にする必要がある。

尚、樹脂成形の際、図４に示すように、ガラスプロセス原盤１２の凹凸パターン１３を樹脂層の一方の面に押し当て、他の面には所望の形状の第三光学面９を転写する為の第三光学面９の反転形状の型面を有する成形型１４を押し当て、その後樹脂層を硬化すれば、第一凹凸パターン２を有する第一光学面と第三光学面との両面を同時に樹脂製の第一基材４面上に形成することができる。

又、ガラスプロセス原盤１２の寿命の関係で、量産規模が大きいときには、ガラスプロセス原盤１２から、更にレプリカとして、第二の成形型を製造して、その第二の成形型を第一基材４の第一凹凸パターン２形成用の成形型として用いることもできる。

この第二成形型は、ガラスプロセス原盤１２の凹凸パターン１３面上に電鋳法、無電解メッキ法、又は金属成膜法で厚い膜を形成し、その後ガラスプロセス原盤１２からこの厚い膜を離型することにより作製される。このような第二成形型を用いることにより第一基材４を大量生産することができる。この場合、ガラスプロセス原盤１２の凹凸パターン１３形状は第一基材４の所望の第一凹凸パターン２の形状と同じになる。

第二成形型で第一基材４を成形する場合、樹脂成形のみならず、低融点ガラスを用いたガラスモールド法を用いることができる。

尚、ガラスモールドの場合にも樹脂成形の場合と同様に、第二成形型の凹凸パターン１３を低融点ガラスの一方の面に、低融点ガラスの他方の面に所望の形状の光学面１１を転写する為の第三光学面９の反転形状の型面を有する成形型を押し当てて、第一凹凸パターン２を有する第一光学面と第三光学面との両面を同時に形成することができる。

又、第一基材４の第一凹凸パターン２の成形の為に、ガラスプロセス原盤１２、或いはガラスプロセス原盤１２のレプリカである第二成形型を用いず、金属母材に切削法で第一凹凸パターン２の反転形状を型面として形成した成形型を用いても良い。又、上記切削法で型面を形成した成形型の該型面上に電鋳法、無電解メッキ法、又は金属成膜法で厚い膜を形成し、その後型面からこの厚い膜を離型することにより、上記切削法で型面を形成した成形型のレプリカを作製し、このレプリカを用いて第一凹凸パターン２を転写しても良い。

又、第一凹凸パターン２は複数の成形型を用いて転写しても良い。この場合、第一凹凸パターン２の一部分を一つの成形型で転写し、形成し、次に、残りの部分を他の成形型で光学材料に転写し、形成する。

以上のような方法で第一基材４が作製される。
［第二基材の作製法］・・・（２）、（３）
図２にて、第二基材５は樹脂から成り、以下のようにして作製される。
（２）第一基材４の凹凸パターン２面上に樹脂を接触させ樹脂層６を構成する。

この樹脂層６を硬化させたものが第二基材５を構成する。そこで、所望の第二基材５の厚みを比較的小さく、且つ第二凹凸パターン３が形成される第二光学面を第一凹凸パターン２が形成された第一光学面に全体としてほぼ平行にする場合は第一凹凸パターン２面上にスピンコータで樹脂を塗布することにより樹脂層６を形成する。所望の第二基材５の厚みが大きい場合は、図５に示すように、第一基材４の第一凹凸パターン２を樹脂層６の一方の面に押し当て、他の面には所望の平面、球面、又は非球面形状を転写する為の、所望形状の反転形状の型面を有する成形型１８を押し当て、厚みを調整して樹脂層６を形成する。
（３）樹脂層６を硬化させることにより第二光学面に第二凹凸パターン３を形成し、第二基材５を作製する。

このような方法により何故第二凹凸パターンが形成できるか、理由は明確でないが、理由の一つに、樹脂層６の硬化時の収縮があるのではないかと推定している。

以上のようにして、積層された第一凹凸パターン２と第二凹凸パターン３とが形成された光学素子１が作製される。

このようにして作製される光学素子１の第一凹凸パターン２の凹部の位置と第二凹凸パターン３の凹部の位置との位置ずれａ2、又は第一凹凸パターン２の凸部の位置と第二凹凸パターン３の凸部の位置との位置ずれａ1は１００ｎｍ以下となっている。尚、樹脂層６をスピンコート法で形成する場合、第一凹凸パターン２と第二凹凸パターン３との凹凸の位置ずれは殆ど認められなかった。

［実施例１］
図２を参照して本実施例の光学素子の製造方法を説明する。

炭素鋼製の基板面上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を先端径が３μｍのダイヤモンドバイトで切削加工し、第一回折格子パターン２の反転形状の型面を形成することにより成形型を作製した。
（１）ガラスモールド装置に該成形型と低融点ガラス母材と第三光学面を転写するための成形型とをこの順番に配置して加熱し、低融点ガラス母材を軟化させ、その後、前記二つの成形型を前記ガラス母材の両側から加圧することにより、ピッチが１μｍ〜５μｍ、段差が１μｍ〜２５μｍの第一回折格子パターン２を低融点ガラス母材に転写し、第一基材４を作製した。
（２）次に、第一回折格子パターン２面上に前述の紫外線硬化型樹脂を滴下し、該樹脂に所望の凸の球面形状の反転形状の凹の球面形状の型面を有する成形型を、圧力を０〜３０Ｋｇへと徐々に増やしながら押圧し、樹脂層６を形成した。
（３）樹脂層６に第一基材４の側から紫外線を照射して光硬化させたところ、第二基板５の表面に第二凹凸パターン３が形成されていた。この第二凹凸パターン３のピッチと位置は第一凹凸パターンのピッチと位置とに正確に一致し、ピッチは１μｍ〜５μｍ、位置ずれは１００ｎｍ以下だった。段差は、ＳＥＭ観察、ＡＦＭ観察、三次元形状測定器（製品名ＵＡ３Ｐ）で行なったところ、１００ｎｍだった。この同じ位置に対応する第一凹凸パターンの段差は１６μｍだった。

［実施例２］
本実施例の光学素子の製造方法の実施例１との違いは、実施例１の（２）の工程では、第一回折格子パターン２面上に前述の紫外線硬化型樹脂を滴下し、該樹脂を所望の凸の球面形状の反転形状の凹の球面形状の型面を有する成形型で押圧して樹脂層６を形成しているが、本実施例では第一回折格子パターン２面上に紫外線硬化型樹脂をスピンコート法で塗布して樹脂層６を形成した点のみである。

スピンコートは、回転速度を約１０ｒｐｍから最高１０００ｒｐｍまで徐々に上げながら行なった。

その後、樹脂層６に第一基材４の側から紫外線を照射して光硬化させたところ、第二基板２の表面に第二凹凸パターン３が形成されていた。この第二凹凸パターン３のピッチと位置は第一凹凸パターンのピッチと位置とに正確に一致し、ピッチは１μｍ〜５μｍ、位置ずれは１００ｎｍ以下だった。段差は、ＳＥＭ観察、ＡＦＭ観察、三次元形状測定器（製品名ＵＡ３Ｐ）で行なったところ、１００ｎｍだった。この同じ位置に対応する第一凹凸パターンの段差は１６μｍだった。

［実施例３］
図２を参照して本実施例の光学素子の製造方法を説明する。

所望の第一回折格子パターン２の反転形状の型面を有するガラスプロセス原盤を作製した。
（１）該ガラスプロセス原盤の型面上に紫外線硬化型樹脂を滴下し、成形型で樹脂を押し拡げて樹脂層を形成し、その後、紫外線を照射して樹脂層を光硬化後に、樹脂層を離型することにより第一回折格子パターン２が転写された第一基材４を作製した。
（２）第一回折格子パターン２面上に紫外線硬化型樹脂をスピンコート法で塗布して樹脂層６を形成した。
（３）樹脂層６に紫外線を照射して光硬化させたところ、その第二基板５の表面に第二凹凸パターン３が形成されていた。この第二凹凸パターン３のピッチと位置は第一凹凸パターンのピッチと位置とに正確に一致し、ピッチは１μｍ〜５μｍ、位置ずれは１００ｎｍ以下だった。段差は、ＳＥＭ観察、ＡＦＭ観察、三次元形状測定器（製品名ＵＡ３Ｐ）で行なったところ、５０ｎｍだった。この同じ位置に対応する第一凹凸パターン２の段差は５μｍだった。

［実施例４］
本実施例の光学素子の製造方法を図６の（１）〜（４）に示す。

本実施例の光学素子の製造方法は、積層方向に第一回折格子パターン２と第二回折格子パターン３とを具え、ガラス基材と樹脂基材とから構成される光学素子の製造方法であって、第二回折格子パターン３を、凹凸パターンを有しない成形型で成形することに特徴がある。

以下、図６（１）〜（４）を参照して本実施例の光学素子の製造方法を説明する。
（１）炭素鋼製の凹球面形状の基板面上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を先端径が３μｍのダイヤモンドバイトで切削加工し、回折光学素子用の同心円状の第一回折格子パターン２の反転形状の型面を形成することにより成形型１６を作製した。その後、不図示のガラスモールド装置に該成形型１６と低融点ガラス母材である住田光学社製のＰ−ＳＫ６０母材１７と第三光学面９を転写するための成形型１４とをこの順番に配置して４２０℃に加熱し、低融点ガラス母材１７を軟化させ、二つの成形型１６、１４を前記低融点ガラス母材１７の両側から圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧し、二つの成形型１６、１４の型面のパターンを低融点ガラス母材１７に転写するガラス成形を行なった。
（２）型面のパターンを低融点ガラス母材１７に転写後に成形型１６、１４を離型することによって第一回折格子パターン２と第三光学面９を具える第一基材４を作製した。第一回折格子パターン２は同心円状のブレーズ格子パターンであり、格子高は１６μｍ、格子ピッチは３ｍｍだった。

次に、第一回折格子パターン２面上にシランカップリング剤として信越化学製のＫＢＭ５０３とエタノールとｐＨ＝４に調整した酢酸酸性水とを重量比２：４８：５０の割合で混合してなる混合液を塗布し、１１０℃で１０分間加熱した。
（３）次に、シランカップリング処理をした第一回折格子パターン２面上に未硬化のアクリル系の紫外線硬化型樹脂を塗布し、塗布した樹脂の上に、所望の凸球面形状の反転形状の凹球面形状の型面を有するが、第二回折格子パターンに対応した凹凸パターンを有しない第二光学面成形型１８を押し当て、樹脂を押し広げ樹脂層６を形成した。

その後、第一基材４側から高圧水銀ランプを用いて主波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、樹脂層６を光硬化させた。紫外線の照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２だった。
（４）光硬化後に第二光学面成形型１８を離型することによってガラス製の第一基材４と樹脂製の第二基材５とから構成される光学素子が作製された。

作製された光学素子の第二基材５の表面上には第二光学面成形型１８から転写された所望の凸球面に沿って、第一回折格子パターン２と殆ど同じ位置に第二回折格子パターン３が形成されていた。

このようにしてガラス製の第一基材４と樹脂製の第二基材５とから構成され、第一基材４と第二基材５との境界の凸球面に沿って第一回折格子パターン２を、第二基材の表面の凸球面に沿って第二回折格子パターン３を、第一基材４の他の面に凸球面９を具える光学素子が作製された。

この第二回折格子パターンを三次元測定機（製品名ＵＡ３Ｐ）で測定したところ、段差は、０．３μｍだった。

以上のように本実施例によれば、実施例１〜３と同様に、第一回折格子パターンと第二回折格子パターンとの位置ずれが極めて小さいという効果を奏する他に、凹凸パターンを有しない凹球面形状の型面を有する成形型を用いて所望の凸球面に沿って第二回折格子パターンを形成することができるので、成形型の製造費用が安く、その結果光学素子の製造コストが低い。

［実施例５］
本実施例の光学素子の製造方法を図７の（１）〜（４）に示す。

本実施例の光学素子の製造方法は、積層方向に第一回折格子パターンと第二回折格子パターンとを具え、ガラス基材と二つの樹脂基材とから構成される光学素子の製造方法であって、前記第二回折格子パターンを、凹凸パターンを有しない成形型で成形することに特徴がある。

以下、図７（１）〜（４）を参照して本実施例の光学素子の製造方法を説明する。
（１）炭素鋼製の凹球面形状の基板面上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を先端径が３μｍのダイヤモンドバイトで切削加工し、回折光学素子用の所望の同心円状の第一回折格子パターン２の反転形状の型面を形成することにより成形型１６を作製した。

次に外形５０ｍｍの両凸球面形状のＢＫ７基板２０を用意し、このＢＫ７基板２０の第一樹脂層２１が接触する面上にシランカップリング処理をした。

その後、２官能アクリレートと２官能チオールと光重合開始剤とからなるＵＶ硬化型樹脂を成形型１６の型面上に塗布し、塗布した樹脂の上に、ＢＫ７基板２０をシランカップリング処理をした面を樹脂に向けて押し当て、樹脂を押し広げ第一樹脂層２１を形成した。

その後、ＢＫ７基板２０側から高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射し、第一樹脂層２１を光硬化させた。紫外線の照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２だった。
（２）光硬化後、成形型１６を離型すると、第一基材４の第一樹脂層２１の表面上には成形型１６から転写された第一回折格子パターン２が転写されていた。

この第一回折格子パターン２は所望形状の同心円状のブレーズ格子パターンであり、格子高は２０μｍ、格子ピッチは３ｍｍだった。
（３）次に、第一回折格子パターン２面上に以下に成分を示す未硬化のアクリル系の紫外線硬化型樹脂を塗布し、塗布した樹脂の上に、所望の凸球面形状の反転形状を有するが凹凸が持たない凹球面形状の型面を有する第二光学面成形型１８を押し当て、樹脂を押し広げ、第二樹脂層２２を形成した。

アクリル系の紫外線硬化樹脂の成分：ベンジルメタクリレート、2-propenoicacid[5,5’-(1,1’-biphenyl)methylene]bis(1,1’-biphenyl)-2-poly(oxy-2,1-ethanediyl)ester]、フッ素系アクリル樹脂、と光重合開始剤とからなる。

その後、ＢＫ７基板２０側から高圧水銀ランプを用いて主波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、第二樹脂層２２を光硬化させた。紫外線の照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２だった。
（４）光硬化後に第二成形型１８を離型することによって、ＢＫ７基板２０と、硬化した第一樹脂層２１と、硬化した第二樹脂層２２即ち第二基材とから構成される光学素子が作製された。

作製された光学素子の第二基材５の表面上には第二光学面成形型１８から転写された所望の凸球面に沿って、第一凹凸パターン２に極めて近い位置に第二凹凸パターン３が形成されていた。

このようにして、ＢＫ７基板２０と硬化した第一樹脂層２１とからなる第一基材４と、硬化した第二樹脂層２２からなる第二基材５とから構成され、硬化した第一樹脂層２１と硬化した第二樹脂層２２との境界の凸球面に沿って第一回折格子パターン２を、第二基材５の表面の凸球面に沿って第二回折格子パターン３を、ＢＫ７基板４の他の面に凸球面９を具える光学素子が作製された。

この第二凹凸パターンを三次元測定機（製品名ＵＡ３Ｐ）で測定したところ、段差は、０．４μｍだった。

以上のように本実施例によれば、実施例１〜３と同様に、製造された光学素子が有する第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとの位置ずれが極めて小さいという効果を奏する他に、凹凸パターンを有しない凹球面形状の型面を有する成形型を用いて所望の凸球面に沿って第二回折格子パターンを形成することができるので、成形型の製造費用が安く、その結果光学素子の製造コストが低い。

以上説明した実施例４と実施例５に於いて作製された光学素子は、成形型の型面には凹凸面がないにも係わらず、成形して形成された第二凹凸パターンの段差が各々０．３μｍ、０．４μｍと大きかった。

発明者等は、このように大きな段差が形成された原因を、樹脂層６の通常の硬化収縮の効果に加えて、紫外線を第一基材４側から第一回折格子パターン２を通して照射することによって第一格子パターン２の凹凸に起因する光量分布が生じ、この光量分布が生じた紫外線を樹脂層６に照射したことにあるのではないかと推定している。

尚、実施例４と実施例５に於いては、第二回折格子パターンが所望の凸球面に沿って形成される例を説明したが、第二光学面成形型１８の型面形状を対応して変えさえすれば、所望の凸球面の他、所望の凹球面形状や非球面形状のみならず一般曲面形状に沿って第二回折格子パターンを形成できることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の光学素子１を示す。本発明の実施の形態の光学素子の製造方法を示す。本発明の実施の形態の光学素子の製造方法で用いるガラスプロセス原盤の製造方法を示す。本発明の実施の形態の光学素子１の第一基材４の製造方法を示す。本発明の実施の形態の光学素子の製造方法の樹脂層６の形成方法を示す。本発明の実施例４の光学素子の製造方法を示す。本発明の実施例５の光学素子の製造方法を示す。

符号の説明

１光学素子
２第一凹凸パターン（第一回折格子パターン）
３第二凹凸パターン（第二回折格子パターン）
４第一基材
５第二基材
６樹脂層
７樹脂層面
８基板
９第三光学面
１１レジスト層
１２ガラスプロセス原盤（基板）
１３凹凸パターン
１４第三光学面成形型
１５階段状形状の格子面
１６第一回折格子パターン成形型
１７低融点ガラス母材（Ｐ−ＳＫ６０母材）
１８第二光学面成形型
２０ＢＫ７基板
２１第一樹脂層
２２第二樹脂層
２３段差

Claims

積層方向に第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとを具え、前記第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとは各々凹部と凸部とを有し、前記第一凹凸パターンが有する凹部の底の位置と前記第二凹凸パターンが有する凹部の底の位置との位置ずれ、又は前記第一凹凸パターンが有する凸部の山の位置と前記第二凹凸パターンが有する凸部の山の位置との位置ずれが１００ｎｍ以下であることを特徴とする光学素子。
積層方向に第一凹凸パターンと第二凹凸パターンとを具える光学素子の製造方法であって、母材の一面に第一凹凸パターンを形成する段階と、前記第一凹凸パターン面上に未硬化の樹脂を接触させて樹脂層を形成し、その後、前記樹脂層を硬化させることにより前記樹脂層の前記第一凹凸パターン面側と反対側の面上に第二凹凸パターンを形成する段階とを具えることを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項２に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１凹凸パターン面上に前記未硬化の樹脂を接触させ、凹凸形状を有さない所望の面形状の金型を用いることによって前記未硬化の樹脂層を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項１に記載の光学素子であって、紫外線硬化型樹脂層を具え、前記紫外線硬化型樹脂層の一方の面に前記第１凹凸パターンを、前記紫外線硬化型樹脂層の他方の面に前記第２凹凸パターンを具えることを特徴とする光学素子。
請求項２に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１凹凸パターンの面上に未硬化の紫外線硬化型樹脂を接触させて紫外線硬化型樹脂層を形成し、その後、紫外線を前記紫外線硬化型樹脂層に照射して硬化させることにより前記紫外線硬化型樹脂層の前記第１凹凸パターン面側と反対側の面上に第２凹凸パターンを形成する段階を具えることを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項５に記載の光学素子の製造方法であって、前記紫外線を第１凹凸パターン側から前記紫外線硬化型樹脂層に照射することを特徴とする光学素子の製造方法。
請求項５又は請求項６に記載の光学素子の製造方法であって、凹凸形状を有さない所望の面形状の金型で前記紫外線硬化型樹脂層を形状創成しながら前記紫外線を前記紫外線硬化型樹脂層に照射する段階を具えることを特徴とする光学素子の製造方法。