JP2005107299A - 回折光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長領域によらず高い回折効率が得られ、製造が容易であり、量産性に優れた複層型の回折光学素子を提供する。
【解決手段】 本発明の回折光学素子１は、互いに異なる材質が同一の回折格子溝３０で接する回折光学素子であり、互いに異なる材質の一方は、ガラスモールド用のガラスで１０あり、互いに異なる材質の他方は、紫外線硬化樹脂２０であり、ガラスモールド用のガラス１０のｄ線での屈折率をｎｄＧとし、ガラスモールド用のガラス１０のアッベ数をνｄＧとし、紫外線硬化樹脂２０のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、紫外線硬化樹脂２０のアッベ数をνｄＲとしたとき、次式０．０００５≦（ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）≦０．０２の条件を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回折光学素子に関し、特に、複層型の回折光学素子に関する。

回折光学素子は、微小間隔（約１ｍｍ）当たり数百本程度の細い等間隔のスリット状もしくは溝状の格子構造を備えて作られた光学素子であり、光が入射されると、スリットや溝のピッチ（間隔）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせる性質を有している。このような回折光学素子は種々の光学系に用いられており、例えば、特定次数の回折光を一点に集めてレンズとして使用するものなどが知られている。

このような回折光学素子においては、近年、複層型と呼ばれる回折光学素子が提案されている。このタイプの回折光学素子は、鋸歯状に形成された面を持つ複数の回折素子要素を積み重ねてなるものであり、所望の広波長領域（例えば、可視光領域）のほぼ全域で高い回折効率が保たれる、すなわち波長特性が良好であるという特徴を有している。

一般に、複層型の回折光学素子として、例えば互いに異なる材料の境界面に回折格子溝が形成された密着複層型の回折光学素子が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１の回折光学素子においては、量産性のため、回折格子溝が形成された金型による成形が一方の材料を用いて行われ、それに対して他方の材料を用いたインモールド成形が行われる。このため、該回折光学素子を構成する材料として、融点温度の差が大きいガラス及び熱硬化性の樹脂が用いられている。その結果、該回折光学素子は、広い波長域で回折効率を高くするとともに、量産性に優れたものとなっている。

また、他の例の複層型の回折光学素子として、図１１に示すように、互いに異なる材料である第１の回折素子要素１１０と、第２の回折素子要素１２０とから構成され、各回折格子要素１１０，１２０の対向し合う鋸歯状の面は空気を挟んで分離された状態で配置されている、いわゆる分離複層型の回折光学素子が知られている。分離複層型の回折光学素子においては、第１の回折素子要素１１０における回折格子溝の高さｄ１と第２の回折格子要素１２０における回折格子溝の高さｄ２とは相異なるため、それぞれの回折格子溝が形成された金型による成形が行われている。このような分離複層型の回折光学素子の場合、特定の２波長に対して色消し条件を満足させるように、第１の回折格子要素１１０の回折格子溝の高さｄ１を所定の値に決定し、第２の回折格子要素１２０の回折格子溝の高さｄ２を別の所定の値に決定する。これにより、特定２波長においては回折効率が１．０となり、その他の波長においても高い回折効率を得ることができるようになる。なお、回折効率とは、透過型の回折格子において、入射した光の強度Ｉ_０と一次回折光の強度Ｉ_１との割合η（＝Ｉ_１／Ｉ_０）である。
特開平１１−２７１５１３号公報

上記したような複層型の回折光学素子においては、同一金型から多数の製品を作り、量産性を上げ、製造コストを抑えるため、金型の耐久性を向上させる必要があった。そのため、本回折光学素子を構成する材料（金型を用いて成形する必要がある材料）の融点温度（ガラスの場合はガラス転移点温度）はできるだけ低いことが望ましい。

また、（図１１に示すような）分離複層型の回折光学素子においては、第１の回折素子要素１１０における回折格子溝の高さｄ１と第２の回折格子要素１２０における回折格子溝の高さｄ２とは相異なるため、複数の金型が必要であるとともに、（これら金型を用いて）回折格子要素１１０，１２０それぞれを同じ手順で別々に製造しなければならず、手間が必要であった。さらに、最終的には、両回折素子要素１１０，１２０を精度良く位置合わせする必要があるため、非常に作りづらいものとなっていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、波長領域によらず高い回折効率が得られ、製造が容易であり、量産性に優れた回折光学素子を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の回折光学素子は、互いに異なる材質が同一の回折格子溝で接する回折光学素子であり、互いに異なる材質の一方は、ガラスモールド用のガラスであり、互いに異なる材質の他方は、紫外線硬化樹脂であり、ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとし、紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、次式０．０００５≦（ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）≦０．０２の条件を満足する。

なお、上記のガラスモールド用のアッベ数は、νｄＧ＝（ｎｄＧ−１）／（ｎＦＧ−ｎＣＧ）で求められる。ここで、ｎＦＧは、ガラスモールド用のガラスのＦ線での屈折率、ｎＣＧはガラスモールド用のガラスのＣ線での屈折率を示す。また、紫外線硬化樹脂のアッベ数は、νｄＲ＝（ｎｄＲ−１）／（ｎＦＲ−ｎＣＲ）で求められる。ここで、ｎＦＲは、紫外線硬化樹脂のＦ線での屈折率、ｎＣＲは紫外線硬化樹脂のＣ線での屈折率を示す。

また、本発明の回折光学素子は、前記ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、前記ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとしたとき、両式１．５５≦ｎｄＧ≦１．６５及び５５≦νｄＧ≦６５の条件を満足し、且つ、前記紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、前記紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、両式１．５０≦ｎｄＲ≦１．６０及びνｄＲ≦４５の条件を満足することを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、回折光学素子の最小ピッチが８０μｍ以上であることを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、回折格子溝の高さをｈとしたとき、次式８．０μｍ≦ｈ≦５０μｍの条件を満足することを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、ガラスモールド用のガラスのガラス転移点温度をＴｇとしたとき、次式Ｔｇ＜５１５℃の条件を満足することを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、樹脂の光軸方向の中心厚さをｔとし、回折格子溝の高さをｈとしたとき、次式１．０＜ｔ／ｈ＜３０．０の条件を満足することを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、ガラスモールド用のガラスの曲率半径をＲとしたとき、次式０≦１／Ｒ＜０．１の条件を満足することを特徴とする。

また、本発明の回折光学素子は、第１の紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄ１、Ｃ線での屈折率をｎＣ１及びＦ線での屈折率をｎＦ１とし、第２の紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄ２、Ｃ線での屈折率をｎＣ２及びＦ線での屈折率をｎＦ２とし、Δｎｄ＝ｎｄ１−ｎｄ２、Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝｛（ｎＦ１−ｎＣ１）−（ｎＦ２−ｎＣ２）｝としたとき、次式−１３．０＜Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＜−１．０の条件を満足することを特徴とする。

本発明に係る回折光学素子によれば、波長領域によらず高い回折効率が得られ、製造が容易であり、量産性に優れた複層型の回折光学素子を提供することが可能になった。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明に係る回折光学素子の概念を示すものであり、密着した２層で構成される複層型回折光学素子の模式断面図である。本実施形態における回折光学素子１は、図１に示すように、互いに異なる材質、すなわちガラスモールド用ガラス１０と紫外線硬化樹脂２０とから構成され、これらガラスモールド用ガラス１０と紫外線硬化樹脂２０とが同一の回折格子溝３０で接する形状を有している。なお、本実施形態では、図に示すように回折格子溝３０が鋸歯状に形成されているが、本発明がこれに限定されるわけではない。

このような形状の回折光学素子１とすることで、回折格子溝３０を形成するために、１つの金型を用いるだけで製造することが可能になり、その結果、従来行われていた２つの回折格子溝を別々に製造し、位置合わせをする作業が不要になる。また、ここで、ガラスモールド用のガラス１０及び紫外線硬化樹脂２０を用いることで、型に材質を入れて固めるという作業を２回繰り返すだけで、製造することができるようになる。また、ガラスモールド用のガラス１０と紫外線硬化樹脂２０とを貼り合わせることで、回折格子溝３０での剥離を防ぐ効果が大きくなる。

本発明の回折光学素子１において、ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、前記ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとし、前記紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、前記紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、次式（１）を満足することが好ましい。

（数１）
０．０００５≦（ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）≦０．０２…（１）

条件式（１）は、本発案者が鋭意研究の結果導き出したものであり、ガラスモールド用のガラス１０及び紫外線硬化樹脂２０における、屈折率の差及び分散値の差を規定する条件である。この条件式（１）の領域を外れると、互いに異なる材質が同一の回折格子溝３０で接する複層型回折光学素子の形状であっても、回折格子溝３０の高さｈが高くなってしまったり、諸波長に対する回折効率が低下してしまったりする不都合が生じる。なお、この条件を満足すると、ｇ線からＣ線までの全波長領域で９５％以上の回折効率を得ることが可能である。

また、本発明の回折光学素子１において、前記ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、前記ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとしたとき、以下の両式（２），（３）を満足することが好ましい、且つ、紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、前記紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、以下の両式（４），（５）を満足することが好ましい。

（数２）
１．５５≦ｎｄＧ≦１．６５ …（２）
５５≦νｄＧ≦６５ …（３）
１．５０≦ｎｄＲ≦１．６０ …（４）
νｄＲ≦４５ …（５）

上記条件式（２），（３）は、多数あるガラスモールド用のガラスの中でも、特に紫外線硬化樹脂との相性の良い領域を示している。これらの式に規定された領域を外れると、ガラスモールド用のガラス１０と紫外線硬化樹脂２０とが同一の回折格子溝３０で接する形状を有する本発明の（複層型）回折光学素子を得ることが困難となってしまう。ここで、条件式（２）の下限値を１．５７とすることが好ましい。また、上限値を１．６３とすることが好ましい。条件式（３）の下限値を５７とすることが好ましい。また、上限値を６３とすることが好ましい。

さらに、上記条件式（２），（３）に付随して、条件式（４），（５）を満足させることが好ましい。条件式（４），（５）は、得られる回折光学素子１の諸性能を良好に保つための条件である。これらの条件を外れると、ガラスモールド用のガラス１０と紫外線硬化樹脂２０とが同一の回折格子溝３０において接する形状となっていても、回折格子溝３０の高さｈが高くなってしまって角度特性が悪くなったり、あるいは諸波長に対する回折効率が低下してしまったりする。ここで、条件式（４）の下限値を１．５２とすることが好ましい。また、上限値を１．５８とすることが好ましい。条件式（５）の上限値を４０とすることが好ましい。

また、本発明の回折光学素子１では、回折格子溝３０のピッチ（最小ピッチ）ｐ（図１参照）を８０μｍ以上と大きくすることで、回折格子溝３０の頂角θ（図１参照）を緩やかにすることができる。このように回折格子溝３０の頂角θを緩やかにしておけば、後述するように、金型（第１の金型５０）を用いてガラスモールド用のガラス１０を成形するときに、この形状を正確に転写することができるとともに、このように転写成形された回折格子溝３０上に滴下した紫外線硬化樹脂２０が、ガラスモールド用のガラス１０上に形成された（転写された）回折格子溝３０の窪み部分に十分に行き渡るようになるため、所定形状の回折格子溝３０を容易に形成することが可能となり、ひいては本回折格子素子１の生産性を向上させることができるようになる。なお、回折格子溝３０のピッチ（最小ピッチ）ｐをさらに大きく１００μｍとすれば、回折格子溝３０の頂角θはさらに緩やかになるので、回折格子溝３０の形成はより一層容易になる。

また、本発明の回折光学素子は、回折格子溝の高さをｈとしたとき、以下の次式（７）を満足することが好ましい。

（数３）
８．０μｍ≦ｈ≦５０μｍ …（７）

上記条件式（７）は、角度特性（入射光線の入射角の変化に対する回折効率の低下の度合い）に関する条件であり、この条件を満足することにより、従来の複層型回折光学素子と比べて角度特性を向上させることができる。すなわち、回折格子溝３０の高さｈが、条件式（７）の上限値（５０μｍ）を上回ると、回折格子溝３０の高さｈが高くなり光透過時の損失が大きくなり、角度特性が悪くなるおそれがある。また、条件式（７）の下限値を下回ると、厳しい製造精度を満足し得なくなる可能性がある。ここで、上記条件式（７）の下限値を８．５μｍとすることが好ましい。また、上限値を２０．０μｍとすることが好ましい。

また、本発明の回折光学素子は、ガラスモールド用のガラスのガラス転移点温度をＴｇとしたとき、次式（８）を満足することが好ましい。

（数４）
Ｔｇ＜５１５℃ …（８）

上記条件式（８）は、ガラスモールド用のガラスのガラス転移点温度Ｔｇに関する条件を示すものである。この条件を満足することにより、従来と比べ（所望の回折格子溝３０が形成された）金型の耐久性を向上させることができる。このようにガラス転移点温度Ｔｇはできるだけ低く抑えることにより（特に、５１５℃以下が望ましい）、型押し成形時に高温に曝されている金型の耐久性が向上して、金型の交換回数が減少し、ひいては低コスト、大量生産の実現に繋がる。ここで、上記条件式（８）の上限値を４５０℃とすると、より好ましい。さらに、条件式（８）の上限値を４００℃とすることにより、その効果はより一層十分に発揮される。

また、本発明の回折光学素子は、樹脂の光軸方向の中心厚さをｔとし、回折格子溝の高さをｈとしたとき、次式（９）を満足することが好ましい。

（数５）
１．０＜ｔ／ｈ＜３０．０ …（９）

この条件式（９）の上限値を上回ると、樹脂の光軸方向の中心厚さｔが厚くなり過ぎて樹脂層の総重量が増すため、本回折光学素子を構成するもう１つの材質であるガラスから剥がれやすくなるという不都合が生じる。さらに、樹脂に紫外線を照射して硬化させるために要する時間も長くなり、製造コストが上がるおそれがあるため、好ましくない。また、条件式（９）の下限値を下回ると、樹脂の光軸方向の中心厚さｔが薄くなり過ぎて樹脂層の表面に格子形状に倣って変形が生じやすくなり、樹脂表面の精度を確保しづらくなるという不都合が生じる。

さらに、本発明の回折光学素子は、ガラスモールド用のガラスの曲率半径をＲとしたとき、次式（１０）を満足することが好ましい。

（数６）
０≦１／Ｒ＜０．１ …（１０）

この条件式（１０）の上限値を上回ると、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒがきつくなり過ぎてしまい、樹脂層との密着性が劣化して、剥がれやすくなるという不都合が生じる。なお、本回折光学素子において、ガラスモールド用ガラスが平板であると、ガラスモールド用ガラスの加工がしやすいと同時に、これに密着させる樹脂も成形・密着がしやすくなる。そのため、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒの値に無限大を設定し、条件式（１０）の下限値が０となっている。

なお、本発明の回折光学素子に用いる樹脂として、具体的には、多官能ウレタンアクリレート系オリゴマーと２官能アクリレートを主成分とする紫外線硬化樹脂が挙げられる。

ここで、本発明の回折光学素子を構成する互いに異なる材質、すなわち第１光学材料及び第２光学材料の選定基準について説明する。なお、第１光学材料は高屈折率低分散である材料を、第２光学材料は低屈折率高分散である材料を用いるとする。また、光の進行方向の順に、第１光学材料、第２光学材料が配置されるとする。ここで、上記の屈折率及び分散の高低は相対的なものである。

本発明の回折光学素子において、設計波長をｄ線とし、第１，２光学材料のｄ線に対する屈折率をｎｄ１，ｎｄ２とし、格子高さをｈとし、ｄ線の波長λｄとしたとき、次式（１１）を満足すると仮定する。

（数７）
（ｎｄ１−ｎｄ２）ｈ＝λｄ …（１１）

上記の式（１１）は、ｄ線のブレーズ条件の式であり、このときλｄに対する回折効率は最大となる。ここで、ｎｄ１，ｎｄ２及びλｄが与えられれば、格子高さｈは一義的に定まり、次式（１２）のように表すことができる。

（数８）
ｈ＝λｄ／（ｎｄ１−ｎｄ２）…（１２）

ところで、本発明の回折光学素子が、特に（白色光など）広い波長領域で良好な回折効率を得るために、ｄ線以外の波長においてもブレーズ条件を満足することが望ましい。そこで、ｄ線以外の波長としてＣ線、Ｆ線を選び、第ｉ光学材料（ｉ＝１，２）のＣ線，Ｆ線に対する屈折率をｎＣｉ，ｎＦｉとし、Ｃ線，Ｆ線の波長をλＣ，λＦとしたとき、Ｃ線，Ｆ線のブレーズ条件の式である次式（１３），（１４）を満足すると仮定する。

（数９）
（ｎＣ１−ｎＣ２）ｈ＝λＣ …（１３）
（ｎＦ１−ｎＦ２）ｈ＝λＦ …（１４）

上記の式（１４）から式（１３）を辺々引くと、次式（１５）が得られる。

（数１０）
（ｎＦ１−ｎＦ２）ｈ−（ｎＣ１−ｎＣ２）ｈ＝λＦ−λＣ …（１５）

上記の式（１５）を整理すると、次式（１６）が得られる。

（数１１）
｛（ｎＦ１−ｎＦ２）−（ｎＣ１−ｎＣ２）｝＝（λＦ−λＣ）／ｈ
…（１６）

ここで、上記の式（１６）から式（１２）を用いてｈを消去すると、次式（１７）が得られる。

（数１２）
｛（ｎＦ１−ｎＦ２）−（ｎＣ１−ｎＣ２）｝
＝（λＦ−λＣ）・（ｎｄ１−ｎｄ２）／λｄ …（１７）

さらに、上記の式（１７）は整理すると、次式（１８）で表すことができる。

（数１３）
（ｎｄ１−ｎｄ２）／｛（ｎＦ１−ｎＦ２）−（ｎＣ１−ｎＣ２）｝
＝λｄ／（λＦ−λＣ） …（１８）

上記の式（１８）の右辺に、λｄ＝0.587562μｍ，λＦ＝0.486133μｍ，λＣ＝0.656273μｍをそれぞれ代入すると、次式（１９）が得られる。

（数１４）
（ｎｄ１−ｎｄ２）／｛（ｎＦ１−ｎＦ２）−（ｎＣ１−ｎＣ２）｝
＝-3.453403 …（１９）

上記の式（１９）において、Δｎｄ＝ｎｄ１−ｎｄ２，｛（ｎＦ１−ｎＦ２）−（ｎＣ１−ｎＣ２）｝＝｛（ｎＦ１−ｎＣ１）−（ｎＦ２−ｎＣ２）｝＝Δ（ｎＦ−ｎＣ）とすると、次式（２０）のように表すことができる。

（数１５）
Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-3.453403 …（２０）

上記の式（２０）の右辺は、選択した波長（ここではｄ線，Ｃ線及びＦ線）によって定まる値（回折光学素子のアッベ数そのものである）となり、式（２０）の関係に極力近付けるように、本発明の回折光学素子を構成する第１光学材料及び第２光学材料を選択すればよいことを示している。より具体的には、図２で示す（ｎＦ−ｎＣ）／ｎｄマップ上において式（２０）をできるだけ満足するような、第１光学材料及び第２光学材料の組み合わせを選定すればよい。このような選択基準に基づいて選択された光学材料を用いることにより、本発明の回折光学素子は、広い波長領域で良好な回折効率を得ることができる。なお、後述する第１〜第６実施例の回折光学素子では、図２中の（１）〜（６）で示すように、上記選定基準に基づいた光学材料が用いられている。また、図２では、式（２０）の関係を一例として直線Ａ，Ｂで示している。なお、式（２０）の勾配は−１．０〜−１３．０程度であれば、充分に実用的な性能が得られる。さらに高い効果を得るためには、この勾配は−２．５〜−９．５の範囲とすることが好ましい。

次に、本発明に係る回折光学素子１の製造手順について説明する。これにはまず、所定形状の回折格子溝３０が予め形成されている第１の金型５０と、所定の面が予め形成されている第２の金型６０とを用意する。また、所定の形状（本実施形態では円盤状とする）に形成され、ガラス転移点以上に加熱されたガラスモールド用のガラス１０´を用意する（図３（Ａ）参照）。なお、ガラスモールド用のガラスには、後述の実施例に示すものが用いられるとよい。

まず、ガラス転移点以上に加熱されたガラスモールド用のガラス１０´を第１の金型５０及び第２の金型６０により型押し成形した後、徐々に冷却し、固化させる（図３（Ｂ）参照）。そして、固化した上記ガラスモールド用のガラス１０´を第１及び第２の金型５０，６０より取り出す（図３（Ｃ）参照）。これにより、第１の金型５０の表面に形成された回折格子溝の形状が、ガラスモールド用のガラス１０´に転写されて第１の回折光学素子１０が形成される。

続いて、このようにして作製されたガラスモールド用のガラス１０´の回折格子溝３０が形成された面上に、液体の紫外線硬化樹脂２０´を適量滴下する（図３（Ｄ）参照）。ここで、紫外線硬化樹脂２０´には、後述の実施例に示すものが用いられるとよい。この液状の紫外線硬化樹脂２０´において、回折格子溝３０が形成されている面とは反対側の面に、面形成用の第３の金型７０を押し当てる（図３（Ｅ）参照）。さらに、紫外線８０を液状の紫外線硬化樹脂２０´に照射することで、液状の紫外線硬化樹脂２０´を硬化させる（図３（Ｆ）参照）。これにより、上記の第１の回折光学素子（ガラスモールド用のガラス）１０に密着接合された第２の回折光学素子（紫外線硬化樹脂）２０が形成される。最後に、面形成用の第３の金型７０を取り外せば、第１の回折光学素子（ガラスモールド用のガラス）１０と第２の回折光学素子（紫外線硬化樹脂）２０とから構成された、本発明にかかわる密着複層型の回折光学素子１が完成する。

上記の回折光学素子１の製造方法では、回折格子溝３０を予め形成しておかなければならない金型は１つ（ここでは第１の金型５０）のみでよく、製造コストを抑えて、密着複層型の回折光学素子を製造することができる。また、第１の回折光学素子（ガラスモールド用のガラス）１０と、第２の回折光学素子（紫外線硬化樹脂）２０に形成された両回折格子溝３０同士を位置合わせする作業も不要となる。

なお、本発明の回折光学素子は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、本回折光学素子は、回折格子溝を上記実施例のように平面上ではなく、曲面に形成してもよい。ここで、図４（Ａ）は、回折格子溝３０が凸の形状を有する曲面上に形成された例を、図４（Ｂ）は回折格子溝３０が凹の形状を有する曲面上に形成された例を示している。

また、本発明の回折光学素子は、特定次数の回折光が一点に集まるようにしてレンズのように用いることができ、この場合、本回折光学素子は、全体が円盤状に作られる。また、本回折光学素子の断面形状は、図１に示すように平行平板状であっても、図３（Ａ），（Ｂ）に示すようにレンズ状であってもよい。

（第１実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＰＳＫ５０（ｎｄＧ＝1.59380、νｄＧ＝61.41、図２中の点（１））とし、紫外線硬化樹脂をニコン社製ＮＭＳ６（ｎｄＲ＝1.55389、νｄＲ＝38.09、図２中の点（５））とし、ピッチｐを３００μｍとし、回折格子溝の高さｈを14.4μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは381℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを100μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを∞とした。以下の表１に、第１実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表１）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.001711407
（２） ｎｄＧ＝1.59380
（３） νｄＧ＝61.41（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00967）
（４） ｎｄＲ＝1.55389
（５） νｄＲ＝38.09（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01454）
（６） ｐ ＝300μｍ
（７） ｈ ＝14.4μｍ
（８） Ｔｇ ＝381℃
（９） ｔ／ｈ＝6.94
（１０）１／Ｒ＝０
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-8.1951

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図５に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）と紫外線硬化樹脂（ＮＭＳ６）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９７以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

（第２実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＰＳＫ６０（ｎｄＧ＝1.59087、νｄＧ＝62.33、図２中の点（２））とし、紫外線硬化樹脂をニコン社製ＮＭＳ６（ｎｄＲ＝1.55389、νｄＲ＝38.09、図２中の点（５））とし、ピッチｐを２００μｍとし、回折格子溝の高さｈを15.8μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは382℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを200μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを∞とした。以下の表２に、第２実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表２）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.001525578
（２） ｎｄＧ＝1.59087
（３） νｄＧ＝62.33（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00948）
（４） ｎｄＲ＝1.55389
（５） νｄＲ＝38.09（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01454）
（６） ｐ ＝200μｍ
（７） ｈ ＝15.8μｍ
（８） Ｔｇ ＝382℃
（９） ｔ／ｈ＝12.66
（１０）１／Ｒ＝０
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-7.3083

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図６に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ６０）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ６０）と紫外線硬化樹脂（ＮＭＳ６）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９８以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

（第３実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＰＳＫ６０（ｎｄＧ＝1.59087、νｄＧ＝62.33、図２中の点（２））とし、ピッチｐを１５０μｍとし、紫外線硬化樹脂をニコン社製樹脂Ａ（ｎｄＲ＝1.54988、νｄＲ＝41.63、図２中の点（６））とし、回折格子溝の高さｈを13.8μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは382℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを50μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを∞とした。以下の表３に、第３実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表３）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.001980193
（２） ｎｄＧ＝1.59087
（３） νｄＧ＝62.33（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00948）
（４） ｎｄＲ＝1.54988
（５） νｄＲ＝41.63（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01321）
（６） ｐ ＝150μｍ
（７） ｈ ＝13.8ｍ
（８） Ｔｇ ＝382℃
（９） ｔ／ｈ＝3.623
（１０）１／Ｒ＝０
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-10.9893

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図７に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ６０）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ６０）と紫外線硬化樹脂（樹脂Ａ）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９５以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

（第４実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＰＳＫ５０（ｎｄＧ＝1.59380、νｄＧ＝61.41、図２中の点（１））とし、紫外線硬化樹脂をニコン社製樹脂Ａ（ｎｄＲ＝1.54988、νｄＲ＝41.63、図２中の点（６））とし、ピッチｐを１００μｍとし、回折格子溝の高さｈを12.7μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは381℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを200μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを1000ｍｍとした。以下の表４に、第４実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表４）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.002220425
（２） ｎｄＧ＝1.59380
（３） νｄＧ＝61.41（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00967）
（４） ｎｄＲ＝1.54988
（５） νｄＲ＝41.63（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01321）
（６） ｐ ＝100μｍ
（７） ｈ ＝12.7μｍ
（８） Ｔｇ ＝381℃
（９） ｔ／ｈ＝15.75
（１０）１／Ｒ＝0.001
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-12.4068

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図８に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）と紫外線硬化樹脂（樹脂Ａ）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９４以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

（第５実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＰＳＫ１１（ｎｄＧ＝1.56580、νｄＧ＝61.04、図２中の点（３））とし、紫外線硬化樹脂をニコン社製樹脂Ａ（ｎｄＲ＝1.54988、νｄＲ＝41.63、図２中の点（６））とし、ピッチｐを９０μｍとし、回折格子溝の高さｈを39.5μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは381℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを50μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを100ｍｍとした。以下の表５に、第５実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表５）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.0008201958
（２） ｎｄＧ＝1.56580
（３） νｄＧ＝61.04（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00927）
（４） ｎｄＲ＝1.54988
（５） νｄＲ＝41.63（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01321）
（６） ｐ ＝90μｍ
（７） ｈ ＝39.5μｍ
（８） Ｔｇ ＝381℃
（９） ｔ／ｈ＝1.27
（１０）１／Ｒ＝0.01
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-4.0406

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図９に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＰＳＫ５０）と紫外線硬化樹脂（ＮＭＳ６）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９８以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

（第６実施例）
本実施例では、ガラスモールド用のガラスを住田光学ガラス社製ＧＦＫ６８（ｎｄＧ＝1.59240、νｄＧ＝68.33、図２中の点（４））とし、紫外線硬化樹脂をニコン社製樹脂Ａ（ｎｄＲ＝1.54988、νｄＲ＝41.63、図２中の点（６））とし、ピッチｐを５０μｍとし、回折格子溝の高さｈを13.4μｍとし、ガラス転移点温度Ｔｇは512℃とし、紫外線硬化樹脂の中心厚さｔを100μｍとし、ガラスモールド用のガラスの曲率半径Ｒを30ｍｍとした。以下の表６に、第６実施例における前述の条件式（１）〜（１０）及び（２０）に対応する値を示す。

（表６）
（１） （ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）＝0.001592509
（２） ｎｄＧ＝1.59240
（３） νｄＧ＝68.33（なお、ｎＦＧ−ｎＣＧ＝0.00867）
（４） ｎｄＲ＝1.54988
（５） νｄＲ＝41.63（なお、ｎＦＲ−ｎＣＲ＝0.01321）
（６） ｐ ＝50μｍ
（７） ｈ ＝13.4μｍ
（８） Ｔｇ ＝512℃
（９） ｔ／ｈ＝7.46
（１０）１／Ｒ＝0.033
（２０）Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝-9.3656

本実施例では、上記条件式（１）〜（１０）が全て満たされていることが分かる。図１０に示す曲線Ａ及びＢは、各々回折格子溝の高さをｄ線（波長λ＝587.562ｎｍ）で回折効率が１００％となるように設定した場合であり、曲線Ａはガラスモールド用のガラス（ＧＦＫ６８）の表面に回折格子溝が形成された単層の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂはガラスモールド用のガラス（ＧＦＫ６８）と紫外線硬化樹脂（樹脂Ａ）とからなる複層の回折光学素子における回折効率を示している。

このような構成である本実施例の回折光学素子は、ｇ線からＣ線までの波長領域で、０．９６以上の高い回折効率（光強度）を得ることができた。

本発明に係る密着複層型の回折光学素子の模式断面図である。 本発明に係る密着複層型の回折光学素子を構成する材料を選定するための（ｎＦ−ｎＣ）／ｎｄマップである。 本発明の回折光学素子の製造工程を（Ａ）から（Ｇ）の順で示す図である。 本発明に係る回折光学素子の変形例を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は回折格子溝が曲面を有する面に形成された場合を示す図である。 第１実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 第２実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 第３実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 第４実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 第５実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 第６実施例における回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。 従来の複層型回折格子の模式断面図である。

符号の説明

１ 回折光学素子
１０ ガラスモールド用のガラス
２０ 紫外線硬化樹脂
３０ 回折光学溝
５０ 第１の金型
６０ 第２の金型
７０ 第３の金型
８０ 紫外線

Claims (8)

1. 互いに異なる材質が同一の回折格子溝で接する回折光学素子であり、
   前記互いに異なる材質の一方は、ガラスモールド用のガラスであり、
   前記互いに異なる材質の他方は、紫外線硬化樹脂であり、
   前記ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、前記ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとし、前記紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、前記紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、次式
   ０．０００５≦（ｎｄＧ−ｎｄＲ）／（νｄＧ−νｄＲ）≦０．０２
   の条件を満足することを特徴とする回折光学素子。
2. 前記ガラスモールド用のガラスのｄ線での屈折率をｎｄＧとし、前記ガラスモールド用のガラスのアッベ数をνｄＧとしたとき、両式
   １．５５≦ｎｄＧ≦１．６５
   ５５≦νｄＧ≦６５
   の条件を満足し、且つ、前記紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄＲとし、前記紫外線硬化樹脂のアッベ数をνｄＲとしたとき、両式
   １．５０≦ｎｄＲ≦１．６０
   νｄＲ≦４５
   の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 前記回折光学素子の最小ピッチが８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
4. 前記回折格子溝の高さをｈとしたとき、次式
   ８．０μｍ≦ｈ≦５０μｍ
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折光学素子。
5. 前記ガラスモールド用のガラスのガラス転移点温度をＴｇとしたとき、次式
   Ｔｇ＜５１５℃
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回折光学素子。
6. 前記樹脂の光軸方向の中心厚さをｔとし、前記回折格子溝の高さをｈとしたとき、次式
   １．０＜ｔ／ｈ＜３０．０
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回折光学素子。
7. 前記ガラスモールド用のガラスの曲率半径をＲとしたとき、次式
   ０≦１／Ｒ＜０．１
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回折光学素子。
8. 前記第１の紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄ１、Ｃ線での屈折率をｎＣ１及びＦ線での屈折率をｎＦ１とし、前記第２の紫外線硬化樹脂のｄ線での屈折率をｎｄ２、Ｃ線での屈折率をｎＣ２及びＦ線での屈折率をｎＦ２とし、Δｎｄ＝ｎｄ１−ｎｄ２、Δ（ｎＦ−ｎＣ）＝｛（ｎＦ１−ｎＣ１）−（ｎＦ２−ｎＣ２）｝としたとき、次式
   −１３．０＜Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＜−１．０
   の条件を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の回折光学素子。

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