JP2017211466A

JP2017211466A - 回折光学素子

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Publication number: JP2017211466A
Application number: JP2016103964A
Authority: JP
Inventors: 窪　和人; Kazuto Kubo; 和人窪
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP6823381B2

Abstract

【課題】格子成形層と平坦化層を有する回折光学素子の光学有効径外の外周に、不規則に白く輝く線状の外観不良が発生する。【解決手段】ガラス基板と、格子を成形する第１の樹脂層と、平坦化を行う第２の樹脂層を光軸方向に順に積層してなり、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の間に回折格子を有する回折光学素子であって、該第１の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第１の樹脂層の外周面との交線、および該第２の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第２の樹脂層の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点の連続からなっており、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々が該各変曲点から径外周方向に向けて該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々の膜厚が次第に薄くなるテーパ部を備えており、かつ該各テーパ部の終端部の膜厚が５μｍ以上５０μｍ未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、カメラ等の光学機器に使用される回折光学素子に関するものである。

従来の回折光学素子は、特許文献１に記載されているように、ガラス基板と格子成形層光学材料と平坦化層光学材料が光軸方向に順に積層した構造を有する。回折格子は、格子成形層と平坦化層との間に形成されている。ガラス基板は、球面または非球面の凹凸形状を有しており、ガラスや樹脂で構成されている。格子成形層光学材料と平坦化層光学材料は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の互いに異なる光学特性を有する光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂から構成されている。

格子成形層の外周部は、隣接するガラス基板の外周部よりも光軸側に位置している。且つ、平坦化層の外周部は、隣接する格子成形層の外周部よりも光軸側に位置している。格子成形層と平坦化層の光軸方向の厚さは、それぞれ５０μｍ以上４００μｍ以下である。

回折光学素子の格子成形層は、ガラス基板と金型の間に充填した格子成形層光学材料を光硬化させて離型することで形成される。回折光学素子の平坦化層も同様に、先に成形した格子成形層と金型の間に充填した平坦化層光学材料を光硬化させて離型することで形成される。

特開２０１２−２１８３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例では、回折光学素子を成す格子成形層と平坦化層の光学有効径外の形状の影響から、回折光学素子の外観が悪化するといった解決すべき課題があった。

具体的には、レンズ鏡筒に設置した回折光学素子の外周に２本の白い輝線が発生する。２本の輝線は、輝線の幅を不規則に変化させつつ、波状に曲折しながら回折光学素子の外周を一周しており、見る角度によってその形状が変化する。２本の輝線の位置は、格子成形層と平坦化層の光学有効径外にある。回折光学素子に発生する輝線は、鏡筒等の光学系内において目に付く（目立つ）不規則な散乱光を発生させるので、回折光学素子を含む光学系の外観を悪化させる。

上記課題を解決するため、本出願の第一の観点に係る発明は、ガラス基板と、格子を成形する第１の樹脂層と、平坦化を行う第２の樹脂層を光軸方向に順に積層してなり、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の間に回折格子を有する回折光学素子であって、該第１の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第１の樹脂層の外周面との交線、および該第２の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第２の樹脂層の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点の連続からなっており、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々が該各変曲点から径外周方向に向けて該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々の膜厚が次第に薄くなるテーパ部を備えており、かつ該各テーパ部の終端部の膜厚が５μｍ以上５０μｍ未満であることを特徴とする。

本発明によれば、回折光学素子の外周で目に付く（目立つ）不規則な散乱光である輝線を低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

また、格子成形用の層のテーパ部や終端部からの不規則な散乱光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

さらに、格子成形用の層や平坦化用の層のテーパ部や終端部からの不規則な散乱光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

また、格子成形用の層のテーパ部や平坦化用の層のテーパ部からの反射光である輝線を低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本発明の実施形態に係る回折光学素子の製造方法を説明する図である。本発明の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本発明の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。従来技術の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本発明の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本発明の実施形態に係る回折光学素子の断面図である。

上述したように、本発明は、ガラス基板と、格子を成形する第１の樹脂層と、平坦化を行う第２の樹脂層を光軸方向に順に積層してなり、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の間に回折格子を有する回折光学素子であって、該第１の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第１の樹脂層の外周面との交線、および該第２の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第２の樹脂層の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点の連続からなっており、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々が該各変曲点から径外周方向に向けて該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々の膜厚が次第に薄くなるテーパ部を備えており、かつ該各テーパ部の終端部の膜厚が５μｍ以上５０μｍ未満であることを特徴とする。以下、かかる特徴を有する本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子の断面図である。本実施形態の回折光学素子は、ガラス基板１と、格子成形用の第１の樹脂層２と、平坦化用の第２の樹脂層３が光軸（図中、一点鎖線で示される）方向に順に積層されてなる構造を有する。該回折光学素子においては、第１の樹脂層２の成形面６の光学有効径外の成形面と第１の樹脂層２の外周面との交線、および第２の樹脂層３の成形面６の光学有効径外の成形面と第２の樹脂層３の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点７の連続からなっている。すなわち、本発明において「変曲点」とは、その点を境に回折光学素子の光軸に沿った断面における第１または第２の樹脂層の外形線の傾きが非連続的に変化する点をいう。該回折光学素子の第１の樹脂層２と第２の樹脂層３は、各変曲点７から径外周方向に向けて第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の各々の膜厚が次第に、連続的または不連続的に薄くなるテーパ部４を備えている。さらに、該回折光学素子は、テーパ部４の終端に膜厚が５μｍ以上５０μｍ未満である終端部５を備えている。

図６は、終端部５の形態を説明する断面図である。図６中のｔは、テーパ部４と終端部５の交点からガラス基板１までの最短の長さ、すなわち終端部５の膜厚を示すものであり、具体的には５μｍ以上５０μｍ未満であることが好ましい。遮光層１１は、回折光学素子の全周にわたって、終端部５の全体とテーパ部４の少なくとも一部（図４中の１１参照）を覆うように成膜されている。ただし、回折光学素子に求められる遮光性能によっては、遮光層１１は、図６に示すように、終端部５の全体、テーパ部４の全体、および第１の樹脂層２成形面の一部を覆っていてもよい。図中のｄは、テーパ部４や終端部５の表面に接する遮光層１１の膜厚を示す。遮光層１１は、十分な遮光性能を得るために、５μｍ以上の膜厚を有することが好ましい。

図２は、本発明の回折光学素子の製造方法の一例を説明する概略図である。格子成形用の第１の樹脂層２を成形する金型９と平坦化用の第２の樹脂層３を成形する金型１０は、回折光学素子の製造装置を構成する。

以下、本発明の回折光学素子を製造する工程を、図２を参照して順に説明する。
先ず、格子成形用の第１の樹脂層２を成形する金型９とガラス基板１の間に第１の樹脂層用の未硬化の光学材料２ａを適量配置する（図２（ａ））。次に、第１の樹脂層用の未硬化の光学材料２ａを金型９とガラス基板１の間に挟んで所望の層厚になるまで、且つ光学材料２ａが光学有効径外のテーパ部４に到達するまで押し広げる（図２（ｂ））。次に、第１の樹脂層用の未硬化の光学材料２ａに対して光や熱などのエネルギーを与えて、第１の樹脂層用の光学材料２ａを硬化させる。次に、硬化によりガラス基板１と一体になった第１の樹脂層用の光学材料２ａを離型することで、ガラス基板１上に、テーパ部４と、その終端に終端部５を有する格子成形用の第１の樹脂層２を成形する（図２（ｃ））。

次に、平坦化用の第２の樹脂層３を成形する金型１０と格子成形用の第１の樹脂層２の間に平坦化用の第２の樹脂層の成形用の未硬化の光学材料３ａを適量配置する（図２（ｄ））。次に、第２の樹脂層用の未硬化の光学材料３ａを金型１０と第１の樹脂層２の間に挟んで所望の層厚になるまで、且つ光学有効径外のテーパ部４に到達するまで押し広げる（図２（ｅ））。次に、第２の樹脂層用の未硬化の光学材料３ａに対して光や熱などのエネルギーを与えて、第２の樹脂層用の光学材料３ａを硬化させる。最後に、硬化により第１の樹脂層２と一体になった第２の樹脂層用の光学材料３ａを離型することで、第１の樹脂層２上に、テーパ部４と、その終端に終端部５を有する平坦化用の第２の樹脂層３を成形する（図２（ｆ））。
なお、本発明における第１の樹脂および第２の樹脂としては、従来の回折光学素子の構成材料として用いられている光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を含むエネルギー硬化性樹脂を使用することができる。

（実施例１）
本実施例の回折光学素子を、図１を参照して説明する。
本実施例の回折光学素子は、光軸に対して軸対称で、ガラス基板１と格子成形用の第１の樹脂層２と平坦化用の第２の樹脂層３から構成される。回折格子８は、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の界面に形成される。ガラス基板１は、半径３０ｍｍの平円板ガラスである。格子成形用の第１の樹脂層２は、無色透明な光硬化性のフッ素系エポキシ樹脂からなり、光軸上の膜厚は２００μｍである。平坦化用の第２の樹脂層３は、無色透明な光硬化性の硫黄含有アクリル樹脂からなり、光軸上の膜厚は２５０μｍである。

第１の樹脂層２の変曲点７は、同一成形面内で半径２８ｍｍの光学有効径外に位置する。第２の樹脂層３の変曲点７は、同一成形面内で半径２６ｍｍの光学有効径外に位置する。本実施例の回折光学素子の光学有効径は、半径２５．５ｍｍである。

第１の樹脂層２の変曲点７から径外周方向の半径２９ｍｍの位置まで第１の樹脂層２の膜厚が連続して薄くなるテーパ部４を備えている。さらに、第２の樹脂層３の変曲点７から径外周方向の半径２７ｍｍの位置まで第２の樹脂層３の膜厚が連続して薄くなるテーパ部４を備えている。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の各テーパ部４の表面は、鏡面である。

第１の樹脂層２のテーパ部４の終端には、膜厚１０μｍの終端部５を備えている。さらに、第２の樹脂層３のテーパ部４の終端には、膜厚２０μｍの終端部５を備えている。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３のテーパ部４の断面形状は、変曲点７から終端部５まで直線となる。第１の樹脂層２の終端部５の断面形状、および第１の樹脂層２に接する第２の樹脂層３の終端部５の断面形状は、光軸方向へへこんだ凹形状となる。

本実施例の回折光学素子の製造方法を、図２を参照して順に説明する。
先ず、ガラス基板１の格子成形用の第１の樹脂層２を成形する面に、フッ素系エポキシ樹脂との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。

次に、金型９上に、ガラス基板１を、そのシランカップリング処理面を金型９側に向けて配置し、金型９上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、フッ素系エポキシ樹脂２ａを６００ｍｇ滴下する（図２（ａ））。若しくは、フッ素系エポキシ樹脂をガラス基板１のシランカップリング処理面の中央付近に滴下しても良い。

次に、ガラス基板１を金型９に対して１０ｋｇｆで１０秒間押圧して、ガラス基板１と金型９の間に、フッ素系エポキシ樹脂２ａを押し広げ充填する（図２（ｂ））。この時、フッ素系エポキシ樹脂２ａのガラス基板１と金型９の間における光軸に沿った膜厚は２００μｍまで押し広げられ、且つフッ素系エポキシ樹脂２ａの広がりは金型９の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部４の終端部５の膜厚は１０μｍとなる。ここで、フッ素系エポキシ樹脂２ａをガラス基板１と金型９の間で同心円状に充填するため、ガラス基板１または金型９を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。

次に、不図示の紫外線照射ランプを用いてフッ素系エポキシ樹脂２ａを光硬化する。フッ素系エポキシ樹脂２ａに対して、光強度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光を、ガラス基板１を通して１０分間照射した。

次に、ガラス基板１と一体になった格子成形用の第１の樹脂層２を離型する（図２（ｃ））。これにより、格子成形用の第１の樹脂層２には、金型９によって回折格子８とテーパ部４が転写され、テーパ部４の終端には終端部５が形成される。

次に、金型１０上に、ガラス基板１を、第１の樹脂層２を金型１０側に向けて配置し、次いで、金型１０上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、硫黄含有アクリル樹脂３ａを７５０ｍｇ滴下する（図２（ｄ））。若しくは、硫黄含有アクリル樹脂をガラス基板１上の第１の樹脂層２の中央付近に滴下しても良い。

次に、ガラス基板１を金型１０に対して１０ｋｇｆで１５秒間押圧して、ガラス基板１上の第１の樹脂層２と金型１０の間に、硫黄含有アクリル樹脂３ａを押し広げ充填する（図２（ｅ））。この時、硫黄含有アクリル樹脂３ａの第１の樹脂層２と金型１０の間における光軸に沿った膜厚は２５０μｍまで押し広げられ、且つ硫黄含有アクリル樹脂３ａの広がりは金型１０の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部４の終端部５の膜厚は２０μｍとなる。ここで、硫黄含有アクリル樹脂３ａを第１の樹脂層２と金型１０の間で同心円状に充填するため、ガラス基板１または金型１０を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。

次に、不図示の紫外線照射ランプを用いて硫黄含有アクリル樹脂３ａを光硬化する。硫黄含有アクリル樹脂３ａに対して、光強度２０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光を、ガラス基板１と第１の樹脂層２を通して１５分間照射した。

最後に、ガラス基板１および第１の樹脂層２と一体になった第２の樹脂層３を離型する（図２（ｆ））。これにより、平坦化用の第２の樹脂層３には、金型１０によって平坦面とテーパ部４が転写され、テーパ部４の終端には終端部５が形成される。

本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、鏡面を有するテーパ部４と終端部５を備えているので、本発明の解決課題である不規則な散乱光である輝線の発生を低減することができる。かかる低減作用を奏する理由について以下説明する。

回折光学素子の周囲からテーパ部４に入射する光は、入射光の角度に対して一定の方向に反射屈折する。よって、テーパ部４から出射する光は、輝度の濃淡も無く且つ波状の曲折も無い真円状の規則性のある輝線として観察される。回折光学素子の周囲から終端部５に入射する光は、終端部５の凹形状によって散乱する。ただし、終端部５の凹形状が十分に小さいので、終端部５から散乱する光は十分に弱い。終端部５の凹形状は、第１の樹脂層２や第２の樹脂層３を構成する光学材料の硬化時の硬化収縮によって発生する。光学材料の硬化反応による体積の収縮が、硬化成形時に雰囲気と接する終端部５に集中するので、終端部５は体積の収縮分に比例して凹形状に変形する。一般的に、光学材料の硬化収縮率が大きいほど、終端部５はより大きく凹形状に変形する。また、終端部５の膜厚が厚いほど、終端部５はより大きく凹形状に変形する。本実施例の第１の樹脂層２を構成するフッ素系エポキシ樹脂の硬化収縮率は６％であり、終端部５の膜厚は１０μｍであるが、終端部５の凹形状の深さは３μｍであった。本実施例の第２の樹脂層３を構成する硫黄含有アクリル樹脂の硬化収縮率は８％であり、終端部５の膜厚は２０μｍであるが、終端部５の凹形状の深さは８μｍであった。

従来技術の回折光学素子においては、光学有効径外の外周にテーパ部が無く、終端部５の凹形状の大きさが異なるので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生を低減することができない。

図５は、従来技術の一例として挙げる回折光学素子の断面図である。図５に示される素子の形態と本発明に係る素子の形態とは、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の光学有効径外の外周形状が異なる。当該従来技術の素子には、本発明におけるテーパ部４に相当する部分が無いので、終端部５の膜厚は、本発明におけるテーパ部４を備えた終端部５の膜厚よりも大きくなる。さらに、終端部５の膜厚が厚いので、終端部５に形成される凹形状も大きくなる。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の硬化成形時に雰囲気と接する終端部５には硬化収縮が集中するので、終端部５の凹形状の面には不規則に複数の凹凸が発生する。

回折光学素子の周囲から終端部５に入射する光は、終端部５の凹形状によって散乱する。終端部５の凹形状が大きいので、終端部５から散乱する光は多くなる。さらに、終端部５の凹形状の面にある複数の凹凸によって、散乱光の強さに周方向の分布が生じるので、輝度に濃淡のある不規則な輝線が観察される。また、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の充填形状が光軸に対して真円状でなければ、終端部５は周方向に波状に曲折しながら回折光学素子の外周を一周するので、終端部５による輝線も同じく波状に観察される。本発明に係る素子の形態においては、終端部５が素子の周方向に波状に曲折していても終端部５が十分に小さいので、目に付く（目立つ）輝線を大幅に低減することができる。

このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く（目立つ）不規則な散乱光である輝線を、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３のテーパ部４と終端部５によって低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

（比較例１）
比較例１は、第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が実施例１と異なるだけで、その他の構成は同じである。比較例１の第１の樹脂層２の終端部５の膜厚は５０μｍであり、実施例１のそれよりも厚い。

比較例１の構成によれば、第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が厚いので、終端部５からの散乱光がさらに多くなる。第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が５０μｍ以上になると、終端部５からの目に付く（目立つ）不規則な輝線が増えて回折光学素子の外観が大幅に悪化した。第１の樹脂層２の場合に限らず、第２の樹脂層３においても同様の現象を確認した。

（比較例２）
比較例２は、第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が実施例１と異なるだけで、その他の構成は同じである。比較例２の第１の樹脂層２の終端部５の膜厚は４μｍであり、実施例１のそれよりも薄い。

比較例２の構成によれば、第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が薄いので、第１の樹脂層２のテーパ部４や終端部５が精度良く成形できなくなる。具体的には、終端部５の膜厚を薄くするほどテーパ部４と終端部５の膜厚比が大きくなるので、テーパ部４や終端部５に硬化収縮によるヒケが発生して、当該部の形状が大きく不規則に変形する。

よって、比較例２の構成によれば、テーパ部４や終端部５が所望の形状でないので、テーパ部４や終端部５からの不規則な散乱光がさらに多くなる。第１の樹脂層２の終端部５の膜厚が５μｍ未満になると、テーパ部４や終端部５からの目に付く（目立つ）不規則な輝線が増えて回折光学素子の外観が大幅に悪化した。第１の樹脂層２の場合に限らず、第２の樹脂層３においても同様の現象を確認した。

（実施例２）
本実施例の回折光学素子を、図３を参照して説明する。
本実施例の回折光学素子は、光軸に対して軸対称で、ガラス基板１と格子成形用の第１の樹脂層２と平坦化用の第２の樹脂層３から構成される。回折格子８は、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の界面に形成される。ガラス基板１は、ガラス製で半径４０ｍｍのメニスカスレンズである。第１の樹脂層２は、無色透明な屈折率１．５５７の熱硬化性のエポキシ樹脂からなり、光軸上の膜厚は３００μｍである。また、第２の樹脂層３は、無色透明な屈折率１．５２８の光硬化性のフッ素系アクリル樹脂からなり、光軸上の膜厚は１００μｍである。

第１の樹脂層２の変曲点７は、同一成形面内で半径３７．４ｍｍの光学有効径外に位置する。第２の樹脂層３の変曲点７は、同一成形面内で半径３７．５ｍｍの光学有効径外に位置する。本実施例の回折光学素子の光学有効径は、半径３６．５ｍｍである。

第１の樹脂層２の変曲点７から径外周方向の半径３８ｍｍの位置まで第１の樹脂層２の膜厚が連続して薄くなるテーパ部４を備える。第２の樹脂層３の変曲点７から径外周方向の半径３９ｍｍの位置まで第２の樹脂層３の膜厚が連続して薄くなるテーパ部４を備える。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３のテーパ部４の表面は、鏡面である。

第１の樹脂層２のテーパ部４の終端には、膜厚５μｍの終端部５を備える。第２の樹脂層３のテーパ部４の終端には、膜厚４５μｍの終端部５を備える。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３のテーパ部４の断面形状は、変曲点７から終端部５まで曲線となる。第１の樹脂層２の終端部５の断面形状、および第１の樹脂層２に接する第２の樹脂層３の終端部５の断面形状は、光軸方向へへこんだ凹形状となる。

本実施例の回折光学素子の製造方法を、図２を参照して順に説明する。
先ず、ガラス基板１の格子成形用の第１の樹脂層２を成形する凹面に、エポキシ樹脂との密着を強くするためのシランカップリング処理を施す。
次に、金型９上に、ガラス基板１をシランカップリング処理面を金型９側に向けて配置する。

次に、金型９上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、エポキシ樹脂２ａを９００ｍｇ滴下する（図２（ａ））。若しくは、エポキシ樹脂２ａをガラス基板１のシランカップリング処理面の中央付近に滴下しても良い。

次に、ガラス基板１を毎秒２０μｍの速度で金型９に接近させて、ガラス基板１と金型９の間に、エポキシ樹脂２ａを押し広げ充填する（図２（ｂ））。この時、エポキシ樹脂２ａのガラス基板１と金型９の間における光軸に沿った膜厚は３００μｍまで押し広げられ、且つエポキシ樹脂２ａの広がりは金型９の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部４の終端部５の膜厚は５μｍとなる。ここで、エポキシ樹脂２ａをガラス基板１と金型９の間で同心円状に充填するため、ガラス基板１または金型９を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。

次に、不図示の加熱源を用いて、エポキシ樹脂を８０℃で３０分加熱することで、エポキシ樹脂を熱硬化させる。
次に、ガラス基板１と一体になった第１の樹脂層２を離型する（図２（ｃ））。第１の樹脂層２には、金型９によって回折格子８とテーパ部４が転写され、テーパ部４の終端には終端部５が形成される。

次に、金型１０上に、ガラス基板１を第１の樹脂層２を金型１０側に向けて配置する。
次に、金型１０上の中央付近に不図示のディスペンサーによって、フッ素系アクリル樹脂３ａを３００ｍｇ滴下する（図２（ｄ））。若しくは、フッ素系アクリル樹脂３ａをガラス基板１上の第１の樹脂層２の中央付近に滴下しても良い。

次に、ガラス基板１を毎秒１０μｍの速度で金型１０に接近させて、ガラス基板１上の第１の樹脂層２と金型１０の間に、フッ素系アクリル樹脂３ａを押し広げ充填する（図２（ｅ））。この時、フッ素系アクリル樹脂３ａの第１の樹脂層２と金型１０の間の光軸に沿った膜厚は１００μｍまで押し広げられ、且つ第１の樹脂層２は第２の樹脂層３に覆われる。フッ素系アクリル樹脂の広がりは金型１０の外周部のテーパ形状部まで到達しており、テーパ部４の終端部５の膜厚は４５μｍとなる。ここで、フッ素系アクリル樹脂を第１の樹脂層２と金型１０の間で同心円状に充填するため、ガラス基板１または金型１０を光軸周りに回転させる工程を追加しても良い。

次に、不図示の紫外線照射ランプを用いてフッ素系アクリル樹脂を光硬化する。フッ素系アクリル樹脂に対して、光強度３０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光を、ガラス基板１と第１の樹脂層２を通して１０分間照射した。

最後に、ガラス基板１および第１の樹脂層２と一体になった第２の樹脂層３を離型する（図２（ｆ））。第２の樹脂層３には、金型１０によって平坦面とテーパ部４が転写され、テーパ部４の終端には終端部５が形成される。

本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、鏡面を有するテーパ部４と終端部５を備え、加えて第２の樹脂層３が第１の樹脂層２を覆っているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をさらに低減することができる。

本実施例における第２の樹脂層３のテーパ部４と終端部５が不規則な散乱光である輝線を低減する作用については、実施例１で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では加えて、第２の樹脂層３が第１の樹脂層２を覆っているので、第１の樹脂層２のテーパ部４や終端部５における第２の樹脂層３と第１の樹脂層２からなる界面の屈折率差が小さくなる。具体的には、第１の樹脂層２と空気からなる界面の屈折率差が１．５５７であるのに対して、本実施例の第１の樹脂層２と第２の樹脂層３からなる界面の屈折率差は０．０２９となる。これにより、本実施例の回折光学素子の外周への入射光に対して、第１の樹脂層２のテーパ部４や終端部５からの反射光や散乱光を低減できるので、当該部からの輝線の発生をさらに低減することができる。第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の屈折率差が小さいほど、第１の樹脂層２のテーパ部４や終端部５からの輝線を低減できる。

本実施例においては、テーパ部４の変曲点７から終端部５までの断面形状を連続した曲線としたが、不連続な段差形状でも同様の効果を得ることができる。

このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く（目立つ）不規則な散乱光である輝線を、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３のテーパ部４と終端部５によってさらに低減できるので、より外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

（実施例３）
本実施例の回折光学素子の構成は、終端部５に接する遮光層とテーパ部４の表面粗さが実施例１の表面粗さと異なるだけで、その他の構成は同じである。

本実施例の回折光学素子の外周部の断面構造を、図４を参照して説明する。遮光層１１は黒色の光硬化性のエポキシ材料からなり、終端部５とテーパ部４の少なくとも一部を覆っている。終端部５の成形面６側の端点１２における遮光層１１の最小の膜厚は、５μｍである。テーパ部４の表面粗さは、Ｒａで１０μｍである。

本実施例の回折光学素子の製造方法は、終端部５に接する遮光層１１の形成工程を実施例１に追加しただけで、その他の構成は同じである。

本実施例における遮光層１１は、黒色の光硬化性のエポキシ材料をテーパ部４や端点１２を含む終端部５に塗布して、紫外線を照射することで形成される。遮光層１１を終端部５の成形面６側の端点１２上に形成することは難しいが、本実施例では、エポキシ材料の端点１２への塗布直後にエポキシ材料を光硬化させることでこれを実現した。端点１２を含む終端部５へエポキシ材料を塗布したまま放置すると、エポキシ材料の表面張力や粘性の影響で、端点１２上のエポキシ材料は終端部５の凹部へ移動するので、結果として端点１２上に所望の遮光層１１を形成することができない。遮光層１１の形成装置には、３Ｄプリンターを用いても良い。

また、本実施例の表面粗さを有するテーパ部４を成形するには、金型のテーパ部４の転写面に同じ表面粗さの形状を形成しておく必要がある。本実施例のテーパ部４を有する金型は、切削加工で製作した。

本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、表面粗さを有するテーパ部４と終端部５を備え、加えてテーパ部４や終端部５が遮光層１１に覆われているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をさらに低減することができる。

本実施例におけるテーパ部４と終端部５が不規則な輝線を低減する作用については、実施例１で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では、加えて、遮光層１１がテーパ部４や終端部５を覆っているので、当該テーパ部４や終端部５からの一部散乱光や透過光を遮光層１１によって吸収することができる。さらに、テーパ部４の表面を粗面とすることで、当該テーパ部４からの反射光を低減することができる。

このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く（目立つ）不規則な散乱光である輝線を、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の遮光層１１を備えるテーパ部４と終端部５によってさらに低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

（実施例４）
本実施例の回折光学素子の構成は、テーパ部４の形状が実施例１と異なるだけで、その他の構成は同じである。本実施例の回折光学素子の外周部の断面構造を、図７を参照して説明する。テーパ部４は、径外周方向に向けて膜厚が薄くなるテーパ形状を有し、表面に不連続な凹凸形状を備える。当該凹凸形状は、幅２０μｍ深さ５μｍのラインアンドスペース構造である。

本実施例の回折光学素子の製造方法は、第１の樹脂層２と第２の樹脂層３の成形工程において、不連続な凹凸形状をテーパ部に備えた金型を用いただけで、その他の構成は実施例１に同じである。本実施例の不連続な凹凸形状を有するテーパ部４を成形するには、金型のテーパ部４の転写面に同構造の反転形状を形成しておく必要がある。本実施例のテーパ部４を有する金型は、切削加工やエッチング加工で製作した。

本実施例の回折光学素子は、光学有効径外の外周に、不連続な凹凸形状を有するテーパ部４と終端部５を備えているので、本発明の課題である不規則な散乱光である輝線の発生をより低減することができる。

本実施例における終端部５が不規則な輝線を低減する作用については、実施例１で説明した内容と同じであるので省略する。本実施例では、加えて、テーパ部４の表面を不連続な凹凸形状とすることで、当該テーパ部４へ入射する光を複数方向へ規則的に反射または回折させることができる。本実施例では、当該凹凸形状を幅２０μｍ、深さ５μｍのラインアンドスペース構造としたが、同様の効果を得られる形状であれば、この構造に限らない。

このように本実施例によれば、回折光学素子の外周で目に付く（目立つ）不規則な散乱光である輝線を、不連続な凹凸形状を備えるテーパ部４と終端部５によってより低減できるので、外観に優れた回折光学素子を提供することができる。

なお、上述した各実施例において、基材としてガラス基板を用いているが、ガラス基板は無機ガラス基板に限られるものではなく、いわゆる有機ガラス基板（プラスチック基板）であってもよい。

１ガラス基板
２第１の樹脂層
３第２の樹脂層
４テーパ部
５終端部
６成形面
７変曲点
８回折格子
９金型
１０金型
１１遮光層
１２端点

Claims

ガラス基板と、格子を成形する第１の樹脂層と、平坦化を行う第２の樹脂層を光軸方向に順に積層してなり、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の間に回折格子を有する回折光学素子であって、該第１の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第１の樹脂層の外周面との交線、および該第２の樹脂層の光学有効径外の成形面と該第２の樹脂層の外周面との交線の各々が、光軸からの距離を同じくする変曲点の連続からなっており、該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々が該各変曲点から径外周方向に向けて該第１の樹脂層と該第２の樹脂層の各々の膜厚が次第に薄くなるテーパ部を備えており、かつ該各テーパ部の終端部の膜厚が５μｍ以上５０μｍ未満であることを特徴とする回折光学素子。
前記第２の樹脂層が平坦面を有していることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記膜厚が連続的または不連続的に次第に薄くなることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記第１の樹脂層のテーパ部および終端部が前記第２の樹脂層に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の各テーパ部とその各終端部の表面に膜厚が５μｍ以上の遮光層が成膜されていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の各テーパ部の表面が粗面であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記第１の樹脂層のテーパ部の表面が凹凸形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。