JP2013205534A - 回折光学素子及びその製造方法並びに回折光学素子を用いた光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】密着２層ＤＯＥにおける応力が残存する場合に発生する回折光学素子の中心と周辺での回折効率の場所依存性（むら）を低減できる回折光学素子及びその製造方法並びに回折光学素子を用いた光学系を提供する。
【解決手段】互いに異なる材料により形成される第１の回折格子と第２の回折格子が各々の格子面が接するように積層される回折格子部を有し、第１の回折格子、第２の回折格子は、各々の格子面の下に夫々第１のレンズ側の第１のベース層、第２のレンズ側の第２のベース層を備え、第１の回折格子は、第２の回折格子に対し屈折率が高く分散が低い材料で形成される回折光学素子であって、第１のレンズと第１の回折格子との間に中間層を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の回折格子と第２の回折格子が積層される回折格子部を有する回折光学素子及びその製造方法並びに回折光学素子を用いた光学系に関するものである。

従来、硝材の組み合わせによりレンズ系の色収差を減じる方法に対して、レンズの表面やレンズ系の一部に回折作用を有する回折光学素子を設けることでレンズ系の色収差を減じる方法が知られている。この回折光学素子を用いる方法は、光学系中の屈折面と回折面とでは、ある基準波長の光線に対する偏向方向が逆方向になるという物理現象を利用したものである。また、回折光学素子は、その周期的構造の周期を適宜変化させることで非球面レンズ的な効果を持たせることができるので、色収差以外の諸収差の低減にも効果がある。

一般的に、回折光学素子は、格子面と、その格子面と反対側のベース層から構成されるブレーズ構造より成っている。このようなブレーズ構造の回折光学素子は、特定の一つの次数（以下、「特定次数」又は「設計次数」とも言う）と特定の波長に対して、高い効率で光を回折することができる。

一方、この特定次数の回折効率を、可視波長帯域全域で十分高く得るための回折光学素子構成が知られている（特許文献１）。具体的には、２つの回折格子の格子面を密着配置すると共に、各回折格子を構成する材料に低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料を用い、回折格子の高さを適切に設定する（以下、このような回折光学素子を「密着２層ＤＯＥ」という）。密着２層ＤＯＥにより、特定の次数の回折光に対し、広い波長帯域で高い回折効率を得ることができる。

また、密着２層ＤＯＥで、吸収を有する材料で構成された回折効率のベース層を薄くして透過率を高くするために、基板レンズと低屈折率高分散材料の回折格子の間に中間層を形成することが知られている（特許文献２）。

特開２００８−２４１７３４号公報 特開２００９−１３４２２３号公報

しかしながら、特許文献１、２には、密着２層ＤＯＥにおける格子成形（接合）工程の応力による僅かな屈折率分布によって、回折光学素子の中心と周辺での回折効率の場所依存性（むら）が発生し、光学性能が低下するという問題に対する改善の余地があった。

本発明の目的は、密着２層ＤＯＥにおける応力が残存する場合に発生する回折光学素子の中心と周辺での回折効率の場所依存性（むら）を低減できる回折光学素子及びその製造方法並びに回折光学素子を用いた光学系を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る回折光学素子の代表的な構成は、曲面形状の第１のレンズと第２のレンズの間に互いに異なる材料により形成される第１の回折格子と第２の回折格子が各々の格子面が接するように積層される回折格子部を有し、前記第１の回折格子、前記第２の回折格子は、前記各々の格子面の下に夫々前記第１のレンズ側の第１のベース層、前記第２のレンズ側の第２のベース層を備え、前記第１の回折格子は、前記第２の回折格子に対し屈折率が高く分散が低い材料で形成される回折光学素子であって、前記第１のレンズと前記第１の回折格子との間に中間層を有することを特徴とする。

また、上記回折光学素子を用いた光学系も、本発明の他の一側面を構成する。

更に、本発明に係る回折光学素子の製造方法の代表的な構成は、前記第２のレンズ上に前記第２の回折格子を第１の金型を用いて格子成形を行う工程と、前記第２の回折格子と前記第１の金型を離型する工程と、前記第２のレンズの前記第２の回折格子が形成された面に前記第１の回折格子を第２の金型または前記第１のレンズで格子成形を行う工程と、前記第１の回折格子と前記第２の金型または前記第１のレンズを離型する工程と、前記第２のレンズの前記第２の回折格子および前記第１の回折格子が形成された面に中間層を前記第1のレンズを用いて形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、密着２層ＤＯＥにおける応力が残存する場合に発生する回折光学素子の中心と周辺での回折効率の場所依存性（むら）を低減できる。

（ａ）乃至（ｈ）は本発明の実施形態に係る回折光学素子の製造方法を示す図である。 （ａ）は第１の実施形態に係る回折光学素子の要部概略図、（ｂ）は第１の実施形態に係る回折光学素子の素子構造を示す模式図である。 第１の実施形態に係る回折光学素子の回折効率のグラフである。 第２の実施形態に係る回折光学素子の素子構造を示す模式図である。 第２の実施形態に係る回折光学素子の回折効率のグラフである。 本発明の実施形態に係る回折光学素子を用いた撮影光学系を示す図である。 比較例の回折光学素子の素子構造を示す模式図である。 （ａ）乃至（ｅ）は比較例の回折光学素子の製造方法を示す図である。 比較例の回折光学素子の回折効率のグラフである。

《第１の実施形態》
（光学系）
図６に、本発明の実施形態に係る回折光学素子を用いたカメラ等の撮影光学系を示す。同図中、１０１は撮影レンズで、内部に絞り４０と後述する回折格子部１０とを有している。４１は結像面で、フィルムまたはＣＣＤ等の光電変換素子が配置されている。回折格子部１０は撮影レンズ１０１の色収差を補正するが、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）が低減しているので、像性能の高い高性能な撮影レンズとなっている。図６では、基板レンズとしての第１のレンズ２０と第２のレンズ３０の貼り合せ面に回折格子部１０を設けているが、これに限定されるものではなく、また撮影レンズ内に回折光学素子を単数でなく複数設けても良い。

本実施形態では、カメラの撮影レンズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジタル複写機のリーダーレンズなど広波長域で使用される結像光学系に使用しても良い。

（回折光学素子）
図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る回折光学素子の正面図及び側面図である。

本実施形態に係る回折光学素子は、基板レンズとしての第１のレンズ２０、基板レンズとしての第２のレンズ３０、回折格子部１０から構成される。第１のレンズ２０と第２のレンズ３０の貼り合せ面（ここでは曲面）に形成される回折格子部１０では、互いに異なる材料により形成される第１の回折格子１と第２の回折格子２が各々の格子面が接するように積層される。回折格子部１０は、光軸Ｏを中心とした同心円状の回折格子形状からなり、レンズ作用を有している。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の回折光学素子を図中Ａ−Ａ′断面で切断した断面形状であるが、格子形状を分かりやすくするために、かなりデフォルメされた図となっている。図２（ｂ）において、回折格子部１０は、第１の回折格子１と第２の回折格子２の回折面が密着配置（積層）した密着ＤＯＥの構成となっている。第１、第２の回折格子は同心円状のブレーズ構造の格子形状からなり、格子ピッチを中心（光軸）から周辺へ向かって徐々に変化させることで、レンズ作用（収斂作用又は発散作用）を得ている。

そして、各回折格子は、全層を通して一つの回折格子部１０として作用している。また、第１のレンズ側に第１のベース層１１、第２のレンズ側に第２のベース層２１を備えるブレーズ構造にすることで、回折格子部１０に入射した入射光は特定の回折次数方向に集中して回折する。また、第１の回折格子１のベース層１１と基板レンズとしての第１のレンズ２０との間に、中間層３１を有している。

（高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料）
密着２層DOEにおいて，広い波長帯域で高い回折効率を得るために、第１の回折格子１を形成する材料に高屈折率低分散材料、第２の回折格子２を形成する材料に低屈折率高分散材料を用いる。更に、可視域全域で９９％以上の回折効率を得るためには低屈折率高分散材料に部分分散比θgFが通常の材料より小さいリニア分散特性を有する材料を用いることが必要である。このリニア分散特性を得るために、ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）微粒子を微粒子分散させてベース樹脂材料に混ぜる方法が知られる。

ＩＴＯは他の無機酸化物と異なり、電子遷移による屈折率の変化に加え、錫のドーピングや酸素の空孔によりフリーキャリアが発生し屈折率が変化する。この電子遷移とフリーキャリアにより非常に強いリニア分散特性を有する。従って、ＩＴＯと同様にフリーキャリアの影響があるＳｎＯ２及びＡＴＯ（アンチモンをドーピングしたＳｎＯ２）等も使用することができる。

ＩＴＯは透明電極に使用されるなど、透過率が比較的高い材料として知られている。しかしながら、それ以上の高い透過率を要求される光学系にＩＴＯを用いる場合には十分とはいえない。このＩＴＯの透過率の低下は錫のドーピングに起因しており、強いリニア分散特性を有しかつ透過率が極めて高い材料を得ることは極めて困難である。このため、図２（ｂ）に示すように、密着２層ＤＯＥ構成の回折光学素子がレンズの境界面に形成されている場合、ＩＴＯ微粒子を分散した樹脂で構成された第２の回折格子２のベース層２１の膜厚がより薄い方が透過率が高くなる。

ここで、ベース層は格子が形成されていない格子の下側の領域であるが、レンズ全域で第２の回折格子２のベース層２１の膜厚をより均一にする方が、透過率の素子面内の場所依存性（むら）が小さくなるため、ベース層の膜厚は等しくする必要がある。このため、回折格子２のベース層２１の膜厚は薄く、且つレンズ全域に均一に精度高く製造することが重要となる。

（回折光学素子の製造方法）
図１に、本発明の実施形態に係る回折光学素子の製造方法を示す。第１の金型５０上に第２の回折格子を構成する紫外線硬化材料２２を所要量滴下する（図１（ａ））。第１の金型５０の周辺に設けられた段差部５０１を第２のレンズ３０に押し付けるように加圧しながら、紫外線を照射して紫外線硬化材料２２を硬化させ、第２のレンズ上に第２の回折格子２を格子成形する（図１（ｂ）格子接合工程）。第１の金型５０の周辺の段差５０１を利用することによって、第２の回折格子２のベース膜厚２１を薄く且つレンズ全域に均一に精度高く製造することが可能である。

紫外線硬化樹脂の硬化の際に生じる重合収縮によって回折面形状が設計値と異なった場合、金型形状を補正することによって設計値に合わせることができる。この工程の際、重合収縮によって応力が生じ、曲率を有する基板レンズの場合、レンズ中心と周辺で応力分布が発生する。その後、基板レンズ３０上に硬化した第２の回折格子２を第１の金型５０から離型する（図１（ｃ））。この工程によって、硬化によって発生した応力が開放される。その後、第２の回折格子２が形成された基板レンズ３０上に第１の回折格子を構成する紫外線硬化材料１２を所要量滴下する（図１（ｄ））。

第２の金型５１を第２の回折格子２が形成された基板レンズ３０に押し付けるように加圧し、紫外線を照射して紫外線硬化材料１２を硬化させ、第１の回折格子１を格子成形する（図１（ｅ）格子接合工程）。第２の金型５１が紫外線に対して透明な材質の場合は、第２の金型５１側または基板ガラス３０側から、第２の金型５１が紫外線に対して不透明な材質の場合は基板ガラス３０側から紫外線を照射する（図では第２の金型５１側からの場合を示している）。図１（ｂ）と同様に曲率を有する基板レンズの場合、紫外線硬化樹脂の硬化の際に生じる重合収縮によって中心と周辺で応力分布が発生する。

その後、第２の回折格子２が形成された基板レンズ３０上に硬化した第１の回折格子１を第２の金型５１から離型する（図１（ｆ））。図１（ｃ）と同様に、この離型の工程によって硬化によって発生した応力が開放される。その後、第１の回折格子１および第２の回折格子２が形成された第２のレンズ３０上に中間層３１を構成する紫外線硬化材料３２を所要量滴下する（図１（ｇ））。第１のレンズ２０を用いてを基板レンズ３０に押し付けるように加圧し、紫外線を照射して紫外線硬化材料３２を硬化させ、中間層３１として接合する（図１（ｈ））。この製造方法によって本実施形態の回折光学素子を製造することができる。

回折光学素子の回折効率は回折格子の屈折率に敏感なことがよく知られており、特に９９％以上の高い回折効率を得るには屈折率変化を極めて小さくすることが必要である。応力によって屈折率が変化するため、製造上発生する応力分布を開放しないと屈折率分布が発生する。特に、微粒子を分散した材料は応力によっても内部に分散している微粒子分散量は一定なので、応力による屈折率の変化量が大きい。

このため、第１の回折格子および第２の回折格子に応力分布が残存していると屈折率分布が発生し、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）が発生する。この回折光学素子を撮影光学系に適用した場合には、像性能が低下してしまう。本実施形態の回折光学素子は、第１の回折格子および第２の回折格子の応力を開放しているため、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）が低減し、撮影光学系に適用した場合に像性能を向上させることができる。中間層には応力分布が残存して屈折率分布が発生しているが、中間層と第１の回折格子の境界面は略曲面または極微小の鋸形状の周期形状であるため、回折効率への影響は小さい。

以上、説明したように、密着２層ＤＯＥにおける格子成形工程の応力による屈折率分布によって回折光学素子の中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）が発生し、光学性能が低下するという課題を解決できる。本実施形態によれば、安定した製造ができ、回折光学素子の中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）を低減し、高い回折効率を可能にする回折光学素子およびそれを有する光学系、製造方法を提供することができる。

更に、以下の条件を満足することによって、回折光学素子の中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）を低減し、高い回折効率を可能にすることが見出された。

即ち、中間層、第１の回折格子を構成する材料、第２の回折格子を構成する材料のｄ線の波長λｄにおける消衰係数ｋｉ、ｋ１、ｋ２、および第１の回折格子のベース膜厚ｔ１、第２の回折格子のベース膜厚ｔ２とするとき、以下の条件を満足するようにする。

ｋｉ ＜ ｋ２ （１）
ｋ１ ＜ ｋ２ （２）
ｔ１ ＞ ｔ２ （３）
中間層を形成しないと、後述する比較例に示すように、第１の回折格子の応力分布が残存してしまうため、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）を低減することが困難となる。ここで、（１）式、（２）式を満足しないと回折光学素子の吸収が増大し、透過率が低下してしまう。また、（３）式を満足しないと、製造上、中間層と第１の回折格子のベース層との界面に発生する鋸形状の周期構造の格子高さが増大してしまい、高い回折効率が得られる回折光学素子を安定に製造することが困難になる。

また、中間層３１と第１の回折格子１のベース層１１との界面には、第１の回折格子１および第２の回折格子２の格子周期と同じ周期の鋸形状の周期構造が形成されているが、以下の条件を満足するようにする。即ち、鋸形状の最大高さをｄｉとし、中間層と第１の回折格子とのｄ線の波長λｄにおける屈折率差△ｎｄとするとき、以下のようにする。

｜ｄｉ×△ｎｄ｜／λｄ ＜ ０．００５ （４）
（４）式を満足しないと、中間層３１と第１の回折格子１のベース層１１との界面の鋸形状の周期構造によって回折効率が低減してしまう。

また、中間層３１の膜厚をｔｉ、第１の回折格子１のベース層１１の膜厚をｔ１、第２の回折格子２のベース層２１の膜厚をｔ２とするとき、以下の条件を満足するようにする。

２０μｍ ＜ ｔｉ ＜ ６０μｍ （５）
２０μｍ ＜ ｔ１ ＜ ６０μｍ （６）
１．０μｍ ＜ ｔ２ ＜ ５．０μｍ （７）
（５）式、（６）式の下限を満足しないと、製造上、中間層と第１の回折格子のベース層との界面に発生する鋸形状の周期構造の格子高さが増大してしまい、高い回折効率が得られる回折光学素子を安定に製造することが困難になる。（５）式、（６）式の上限を満足しないと、樹脂材料の耐環境性能が劣化してしまう。（７）式の下限を満足しないと第２の回折格子の製造が困難になり、（７）式の上限を満足しないと回折光学素子の吸収が増大し、透過率が低下してしまう。

また、中間層３１、第１の回折格子１を構成する材料、第２の回折格子２を構成する材料のｄ線における消衰係数ｋｉ、ｋ１、ｋ２が、以下の条件を満足するようにする。

０ ＜ ｋｉ ＜ １．０×１０^−６ （８）
０ ＜ ｋ１ ＜ １．０×１０^−６ （９）
１．０×１０⁻⁴＜ ｋ２ ＜ １．０×１０⁻³ （１０）
（８）式、（９）式を満足しないと、回折光学素子の吸収が増大し、透過率が低下してしまう。そして、（１０）式を満足しないと、リニア分散特性を得る材料の選択が困難になる。また、中間層の材料と第１の回折格子の材料のｄ線の波長λｄにおける屈折率差△ｎｄが０．２以下でないと、中間層と第１の回折格子の界面で反射が発生し、ゴーストが発生してしまうので好ましくない。また、中間層３１の材料と第１の回折格子１の材料のヤング率Ｅｉ、Ｅ１が、以下の条件を満足するようにする。

０．５ ＜ Ｅｉ／Ｅ１ ＜ ２．０ （１１）
（１１）式を満足しないと中間層の材料と第１の回折格子の材料の機械的特性が大きく異なるために、耐環境性能の特性が低下してしまう。また、中間層３１の材料と第１の回折格子１の材料の線膨張係数αi、α１が、以下の条件を満足するようにする。

０．５ ＜ αi／α１ ＜ ２．０ （１２）
（１２）式を満足しないと、中間層の材料と第１の回折格子の材料の機械的特性が大きく異なるために、耐環境性能の特性が低下してしまう。

更に、回折光学素子の曲率半径Ｒおよび直径Φが以下の条件を満足するようにする。

２．０ｍｍ ＜ Ｒ−√｛Ｒ^２−（Φ/２）^２｝ ＜ １５．０ｍｍ （１３）
（１３）式は、曲面形状の回折光学素子の中心と周辺の光軸方向の距離を示す式である。本実施形態の回折光学素子は、曲面形状の（１３）式の下限を満足しないと、屈折力が十分得られない。また、（１３）式の上限を満足しないと、金型を用いた格子成形を行う回折光学素子の製造が困難になる。

以下に、本発明の具体的な実施例を示す。

（実施例１）
回折光学素子の具体的な構成として、第１の回折格子１の材料は、アクリル系紫外線硬化樹脂にＺｒＯ２微粒子を２０ｖｏｌ％混合させた紫外線硬化樹脂を用いた。第１の回折格子１は、ｎｄ＝１．６１８６、νｄ＝４４．３、θｇＦ＝０．５６９、ｋｄ＝５．６９×１０^−８である。また、第２の回折格子２の材料としてアクリル系紫外線硬化樹脂にＩＴＯ微粒子を１６ｖｏｌ％混合させた紫外線硬化樹脂を用いた。

第２の回折格子２は、ｎｄ＝１．５６５５、νｄ＝１９．２、θｇＦ＝０．４２５、ｋｄ＝７．７９×１０^−４である。また、中間層３１の材料として第１の回折格子１と同一のアクリル系紫外線硬化樹脂にＺｒＯ２微粒子を２０ｖｏｌ％混合させた紫外線硬化樹脂を用いた。中間層３１と第１の回折格子１の境界面は、略曲面の連続形状で、格子高さは１１．１１μｍ、設計次数は＋１次である。なお、部分分散比θｇＦは以下の式で定義される。
θｇＦ=（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
本実施例の回折光学素子は、図１の製造方法で製造され、ベース層の膜厚は第１の回折格子１、第２の回折格子２でそれぞれ４０μｍ、２．０μｍ、中間層の膜厚は４０μｍである。

図３に、この回折光学素子の中心部と周辺部の設計次数（＋１次）での回折効率の特性を示す。η１は周辺部、η２は中心部の回折効率、入射角度は面法線方向の場合である。周辺の回折効率η１が最適になるように設計されており、可視全域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）で９９．９％以上得られている。なお、回折効率は全透過光束の光量に対する各次数の回折光の光量の割合と定義する。

中心に関しては、図１の製造方法で製造しているため、第１の回折格子１および第２の回折格子２を構成する材料の周辺に対する中心の屈折率の変化が０．００１５と小さい。このため、中心の回折効率η２も周辺に対しての低減が小さく、可視全域で９９．５％以上得られている。この回折光学素子を撮影光学系に適用した場合に像性能の高い撮影光学系を得ることができる。以上、本実施例の回折光学素子は、中心と周辺の回折効率の場所依存性を低減し、高い回折効率を可能にしている。

（比較例）
本実施例の効果をより明らかにするために、以下、比較例を示す。図７は、比較例の回折光学素子の断面形状である。図７において、回折光学素子１１が実施例１と異なる点は、第１の回折格子１のベース層１１と第１のレンズ２０との間に中間層３１が存在しない点である。

図８に比較例の製造方法を示す。図８（ａ）〜図８（ｃ）は図１（ａ）〜図１（ｃ）と同様に、第２の回折格子２の格子成形と第１の金型５０の離型を行う。その後、図８（ｄ）〜図８（ｅ）で、中間層３１を製造する工程を行わずに、第１の回折格子１の硬化、接合を行うことで回折光学素子を製造することができる。この比較例は、実施例１と比較して簡易な工程で製造することができるものである。

しかしながら、第１の回折格子１について、実施例１とは異なり、硬化接合後に離型工程を行わないため、紫外線硬化樹脂の硬化の際に生じる重合収縮によって中心と周辺で応力分布が残存したままである。この応力分布により屈折率分布が発生し、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）が発生してしまう。

回折光学素子の具体的な構成として、第１の回折格子および第２の回折格子、格子高さ、ベース層の膜厚は実施例１と同じである。図９に比較例の回折光学素子の中心部と周辺部の設計次数（＋１次）での回折効率の特性を示す。η１は周辺部、η２は中心部の回折効率、入射角度は面法線方向の場合である。周辺の回折効率η１が最適になるように設計されており、可視全域で９９．９％以上得られている。

しかしながら、中心に関しては、図８の製造方法で製造しているため、第１の回折格子１を構成する材料の周辺に対する中心の屈折率の変化が０．００５０と大きい。このため、中心の回折効率η２が周辺に対して大幅に低減している。この回折光学素子を撮影光学系に適用した場合に像性能が低下してしまう。

（実施例２）
実施例２は、中間層３１と第１の回折格子１の境界面形状が実施例１と異なった場合の実施例である。回折光学素子の具体的な構成は、図４に示すように、中間層３１と第１の回折格子１の境界面が、第１の回折格子１および第２の回折格子２の格子ピッチと略等しい周期の鋸形状の周期続形状３になっている。第１の回折格子１、第２の回折格子２、中間層３１の材料、格子高さは、実施例１と同じである。また、鋸形状の周期続形状３の高さは０．１５μｍである。

本実施例の回折光学素子は、図１と同様の製造方法で製造されている。ただし、第２の回折格子の格子成形と金型の離型を行う際、硬化収縮によって鋸形状の周期続形状３が生じている。第１の回折格子１、第２の回折格子２のベース層１１、２１の膜厚は、それぞれ４０μｍ、２．０μｍであり、中間層３１の膜厚は４０μｍである。

図５に、この回折光学素子の中心部と周辺部の設計次数（＋１次）での回折効率の特性を示す。η１は周辺部、η２は中心部の回折効率、入射角度は面法線方向の場合である。周辺の回折効率η１が最適になるように設計されており、可視全域で９９．９％以上得られている。中心に関しては、図１の製造方法で製造しているため、第１の回折格子１および第１の回折格子２を構成する材料の周辺に対する中心の屈折率の変化が０．００１５と小さい。

なお、中間層３１を構成する材料は内部応力が残存しているため、周辺に対する中心の屈折率の変化が０．００５０と大きいが、第１の回折格子と第２の回折格子の屈折率差よりも小さく、回折効率への影響が少ない。これは、鋸形状の周期続形状３の高さが第１および第２の回折格子の格子高さよりも小さいためである。

このため、中心の回折効率η２も周辺に対しての低減が小さく、可視全域で９９．４％以上得られている。この回折光学素子を撮影光学系に適用した場合には、像性能の高い撮影光学系を得ることができる。

なお、この鋸形状の周期形状は量産製造の際に個体によってばらつくが、中間層３１と第１の回折格子１の屈折率差が小さいため、回折効率への影響が少なく、この結果、安定的に量産製造することができる。

（実施例３）
実施例３は、実施例１と中間層３１の材料が異なった場合の実施例である。回折光学素子の具体的な構成は、実施例１と同様、図２（ｂ）に示すように、中間層３１と第１の回折格子１の境界面は略曲面の連続形状になっている。第１の回折格子１、第２の回折格子２の材料、格子高さは実施例１と同じである。本実施例では、中間層３１の材料としてアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５２４２、νｄ＝５１．６、θｇＦ＝０．５６３、ｋｄ＝３．６９×１０^−７）を用いている。

本実施例の回折光学素子は実施例１と同様、図１の製造方法で製造されている。ベース層の膜厚は、実施例１と同様であり、中間層３１の材料が実施例１と異なるだけなので、中間層３１が回折効率に影響は与えることがない。このため、本実施例の回折光学素子の中心部と周辺部の設計次数（＋１次）での回折効率の特性は実施例１と同じく図３のようになり、中心と周辺の回折効率の場所依存性（むら）を低減している。この回折光学素子を撮影光学系に適用した場合には、像性能の高い撮影光学系を得ることができる。このように、中間層の材料に関しては、適宜選択することが可能である。

（変形例）
なお、本発明は上述した回折格子の材料、製造方法に限定されるものではなく、適宜変更がされても良い。例えば、図１（ｄ）乃至（ｆ）において、第２の金型５１の替わりに第１のレンズ２０を用いることができる。

１・・第１の回折格子、２・・第２の回折格子、１０・・回折格子部、１１・・第１のベース層、２０・・第１のレンズ、２１・・第２のベース層、３０・・第２のレンズ、３１・・中間層、１０１・・撮影レンズ

Claims (14)

1. 曲面形状の第１のレンズと第２のレンズの間に互いに異なる材料により形成される第１の回折格子と第２の回折格子が各々の格子面が接するように積層される回折格子部を有し、
   前記第１の回折格子、前記第２の回折格子は、前記各々の格子面の下に夫々前記第１のレンズ側の第１のベース層、前記第２のレンズ側の第２のベース層を備え、
   前記第１の回折格子は、前記第２の回折格子に対し屈折率が高く分散が低い材料で形成される回折光学素子であって、
   前記第１のレンズと前記第１の回折格子との間に中間層を有することを特徴とする回折光学素子。
2. 前記中間層、前記第１の回折格子、前記第２の回折格子を構成する材料の各々ｄ線の波長λｄにおける消衰係数をｋｉ、ｋ１、ｋ２とし、前記第１のベース層の膜厚をｔ１、前記第２のベース層の膜厚をｔ２とするとき、以下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
   ｋｉ ＜ ｋ２
   ｋ１ ＜ ｋ２
   ｔ１ ＞ ｔ２
3. 前記第１の回折格子の材料が微粒子を分散した紫外線硬化樹脂であり、前記第２の回折格子の材料がＩＴＯ微粒子を分散した紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
4. 前記中間層の材料と前記第１の回折格子の材料が同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
5. 前記第１の回折格子の材料がＺｒＯ２微粒子を分散した紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
6. 前記中間層と前記第１のベース層との界面に、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の格子周期と同じ周期の鋸形状の周期構造が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
7. 前記界面における鋸形状の最大高さをｄｉとし、前記中間層と前記第１の回折格子のｄ線の波長λｄにおける屈折率差を△ｎｄとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項６に記載の回折光学素子。
   ｜ｄｉ×△ｎｄ｜／λｄ ＜ ０．００５
8. 前記中間層、前記第１の回折格子のヤング率Ｅｉ、Ｅ１が、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子。
   ０．５ ＜ Ｅｉ／Ｅ１ ＜ ２．０
9. 前記中間層、前記第１の回折格子の線膨張係数αi、α１が、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回折光学素子。
   ０．５ ＜ αi／α１ ＜ ２．０
10. 前記回折光学素子の曲率半径をＲ、直径をΦとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回折光学素子。
    ２．０ｍｍ ＜ Ｒ−√｛Ｒ^２−（Φ/２）^２｝ ＜ １５．０ｍｍ
11. 前記中間層の膜厚をｔｉとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の回折光学素子。
    ２０μｍ ＜ ｔｉ ＜ ６０μｍ
    ２０μｍ ＜ ｔ１ ＜ ６０μｍ
    １．０μｍ ＜ ｔ２ ＜ ５．０μｍ
12. 前記消衰係数であるｋｉ、ｋ１、ｋ２が、以下の条件を満足することを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の回折光学素子。
    ０ ＜ ｋｉ ＜ １．０×１０^−６
    ０ ＜ ｋ１ ＜ １．０×１０^−６
    １．０×１０⁻⁴ ＜ ｋ２ ＜ １．０×１０⁻³
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回折光学素子を用いることを特徴とする光学系。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回折光学素子の製造方法であって、
    前記第２のレンズ上に前記第２の回折格子を第１の金型を用いて格子成形を行う工程と、
    前記第２の回折格子と前記第１の金型を離型する工程と、
    前記第２のレンズの前記第２の回折格子が形成された面に前記第１の回折格子を第２の金型または前記第１のレンズで格子成形を行う工程と、
    前記第１の回折格子と前記第２の金型または前記第１のレンズを離型する工程と、
    前記第２のレンズの前記第２の回折格子および前記第１の回折格子が形成された面に中間層を前記第１のレンズを用いて形成する工程と、
    を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。