JP2020027130A - 回折光学素子およびそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 基材上に複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層と、第２樹脂層とが順に積層され、第１樹脂層および第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部が壁面に形成された回折光学素子は、高温環境下において２つの樹脂層の界面において剥離を抑制することが困難であった。【解決手段】 基材上に複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層と、第２樹脂層とが順に積層され、第１樹脂層および第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部が壁面に形成された回折光学素子において、斜面上に高屈折率部と不連続である密着部を形成する。また、密着部の厚みを壁面の高さより小さくする。【選択図】 図２

Description

本発明は、カメラやビデオ等の光学機器に使用される回折光学素子、特に光学特性が異なる２種類の樹脂を用いた回折光学素子およびそれを用いた光学機器に関する。

レンズなどに用いられる回折光学素子として、光学特性が異なる２種類の光学部材を用いた回折光学素子が知られている。この回折光学素子は、回折光学系と屈折光学系では色収差が全く逆に発生する性質を利用してレンズとしての色収差を抑制し、かつレンズ全体の大幅な小型化、軽量化を実現可能としている。また、近年のカメラやビデオ等の光学機器の高画質化に伴い、レンズの光学性能はより高いレベルが要求されている。

例えば、特許文献１には回折格子形状に起因するフレア光の発生を低減するために、回折光学素子の壁面（崖面）に２つの光学部材より屈折率が高い高屈折率部材（導波路）を設けることが開示されている。

国際公開２０１１−０９９５５０号パンフレット

しかしながら、特許文献１に開示された回折光学素子は高温環境に長時間放置すると、フレア光の発生を低減できなかった。以下に、その原因を説明する。

図８は従来技術の回折光学素子の概略図であり、回折光学素子９００は、複数の壁面と斜面からなる回折格子形状を有する光学部材９０１と、光学部材９０１の壁面９０１Ａに設けられた高屈折率部材９０２と、光学部材９０３からなる。高屈折率部材９０２は光学部材９０１，９０３より高い屈折率に設計するため、例えば、高屈折率部材９０２は無機材料に、光学部材９０１，９０３は有機材料にそれぞれ構成される。有機材料の線膨張係数は一般に無機材料より大きいため、光学部材９０１，９０３の線膨張係数は高屈折率部材９０２の線膨張係数より大きい。したがって、高温環境下において、光学部材９０１，９０３が高屈折率部材９０２より膨張し、高屈折率部材９０２の両端部（図中の点線で囲まれた部分）には光学部材９０１，９０３から圧縮応力がかかる。そこで、高屈折率部材９０２の両端部が起点となり、回折格子の斜面９０１Ｂ近傍において光学部材９０１と光学部材９０３の界面全域に剥離が発生してしまう。そのため、高屈折率部材９０２を用いてもフレア光の発生を低減することが出来なかった。

上記課題を解決するための回折光学素子は、基材上に複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層と、第２樹脂層とが順に積層され、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部が前記壁面に形成された回折光学素子において、前記斜面上に、前記高屈折率部と不連続である密着部が形成されており、前記密着部の厚みが、前記壁面の高さより小さいことを特徴とする。

本発明によれば、高温環境に長時間放置しても、第１樹脂層と第２の樹脂層の界面における剥離の発生を抑制できるため、フレア光の発生が低減された回折光学素子を提供することができる。

本発明の回折光学素子の一実施態様を示す概略図である。 本発明の回折光学素子の一実施態様を示す概略図である。 本発明の回折光学素子の一実施態様を示す概略図である。 本発明の回折光学素子の製造方法の一実施態様を示す概略図である。 本発明の光学機器の一実施態様を示す概略図である。 本発明の回折光学素子の一実施態様を示す概略図である。 本発明の回折光学素子の一実施態様を示す概略図である。 従来技術の回折光学素子を示す概略図である。

（回折光学素子）
図１は本発明の回折光学素子の一実施態様を示す上面図および側面図であり、図２は図１の回折光学素子の部分拡大図である。

回折光学素子１００は、第１基材上に複数の壁面１Ａと斜面１Ｂよりなる回折格子形状を有する第１樹脂層１と、第２樹脂層２とが順に積層されている。壁面１Ａには高屈折率部３が設けられており、高屈折率部３は第１樹脂層１および第２樹脂層２より屈折率が高い。

（基材）
第１基材５は透明基材であり、例えば、ランタン系の高屈折率低分散ガラスであるＳ−ＬＡＨ５５（株式会社オハラ製）や超低分散ガラスであるＳ−ＦＰＬ５１（株式会社オハラ製）などを用いることができる。図１において、第１基材５はメニスレンズであるが、平板レンズであっても構わない。また、樹脂層の上に第２基材を設けても構わない。第２基材は、例えば、第１基材と同様に透明基材を用いることができる。

（樹脂層）
第１樹脂層１および第２樹脂層２は、例えば、光学用の無色透明な樹脂から構成され、回折光学素子が所望の光学特性が得られるように屈折率やアッベ数を設計する。広い波長帯域で高い回折効率を得るために、第１樹脂層１は低屈折率高分散に、第２樹脂層２は高屈折率低分散とすることが好ましい。ここで、低屈折率および高屈折率とは第１樹脂層１および第２樹脂層２の屈折率の相対的な関係を意味する。同様に、高分散および低分散とは第１樹脂層１および第２樹脂層２の分散特性（アッベ数ν_ｄ）の相対的な関係を意味する。すなわち、第１樹脂層１の屈折率をｎｄ１、アッベ数をν１、第２樹脂層２の屈折率をｎｄ２、アッベ数をν２としたときに、ｎｄ１＜ｎｄ２及びν１＜ν２の関係を満たすことを意味する。

第１樹脂層１は、可視域全域で９９％以上という高い回折効率を得るために、部分分散比θｇＦが小さいリニア分散特性を有する樹脂にすることが好ましい。このリニア分散特性を得るためには、樹脂に無機酸化物の微粒子（平均粒子径が５〜２０ｎｍ程度）を含有させても良い。樹脂としては、熱硬化性樹脂および紫外線硬化樹脂等の硬化性樹脂を用いることができ、エポキシ樹脂やアクリル樹脂が好ましい。また、無機酸化物の微粒子としては、例えば、Ｓｎがドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ）やＳｂがドープされた酸化インジウム（ＡＴＯ）を用いることができる。

第１樹脂層１は複数の壁面１Ａと複数の斜面１Ｂよりなる回折格子形状を有する。この回折格子形状は、積層方向から平面視した際に、光軸Ｏを中心に複数の円からなる同心円状のレリーフパターンからなる。レリーフパターンにおける格子ピッチは、回折光学素子の中心近傍では広く、周縁部に向かうほどが狭い。光の収斂作用や発散作用を発現させるためである。回折格子の壁面の高さは、例えば、５μｍ以上４０μｍ以下である。また、回折格子の斜面の長さは、例えば、１００μｍ以上５ｍｍ以下である。

第２樹脂層２も第１樹脂層１と同様に、樹脂としては、熱硬化性樹脂および紫外線硬化樹脂等の硬化性樹脂を用いることができ、エポキシ樹脂やアクリル樹脂が好ましい。また、無機酸化物の微粒子としては、例えば、酸化ジルコニウムや酸化チタンを用いることができる。

（高屈折率部）
高屈折率部３は、第１樹脂層１の壁面１Ａに設けられ、第１樹脂層１および第２樹脂層２より屈折率が高い材質で構成される。具体的には、ガラス等の無機材料を用いることができる。そのため高屈折率部３は第１樹脂層１および第２樹脂層２より線膨張係数の小さい材質で構成される。より具体的にはＡｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２のうちの一種或いは二種以上の混合物を用いることが出来る。コストの観点においては、Ａｌ_２Ｏ_３もしくはＡｌ_２Ｏ_３を主成分としたＬａがドープされたＡｌ_２Ｏ_３、もしくはＴｉがドープされたＡｌ_２Ｏ_３であることが好ましい。高屈折率部３が壁面１Ａに設けられることにより、壁面から発生するフレア光（特に格子フレア）を低減することが可能となる。

高屈折率部３の長さ（壁面と平行な方向の長さ）は壁面１Ａの高さと同じであることが好ましく、例えば、５μｍ以上４０μｍ以下である。高屈折率部３の長さが壁面の高さより短いと、回折光学素子の回折効率が十分でなくなるおそれがある。なお、高屈折率部３の長さが壁面の高さより長く、その一部が斜面１Ｂ上に形成されていても構わない。

高屈折率部３の厚み（壁面と垂直な方向の長さ）は、例えば、１０ｎｍ以上１．０μｍ以下である。この範囲であれば、壁面から発生するフレア光を効率よく抑制することが可能になる。

（密着部）
密着部４は、第１樹脂層１の斜面１Ｂ上に設けられており、その厚み（斜面と垂直な方向の長さ）は壁面の高さより小さい。密着部４が斜面上に設けられ、その厚みが壁面の高さに対し小さいと、斜面における樹脂層間の剥がれが生じにくく、かつ、散乱フレアの影響が少ない回折光学素子を提供することができる。これは、斜面１Ｂ上に密着部４を設けることにより、高屈折率部３に集中していた圧縮応力が密着部４にも分散し、且つ斜面における樹脂層間にいわゆるアンカー効果がするためである。また、高屈折率部３の端部にかかる圧縮応力により壁面端部に剥離が発生したとしても、このアンカー効果により剥離の斜面への進展を防止することができる。

ここで、密着部４の厚みは壁面の高さの１／４００以上１／５０以下であることが好ましい。より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。密着部４の厚みが１０ｎｍ未満であると、凹凸形状が浅すぎるため、アンカー効果を発現することが出来ないおそれがある。また、密着部４に応力がかかると、密着部４が薄いため割れるおそれがある。一方、密着部４の厚みが２００ｎｍより厚くなると、密着部４からレイリー散乱に起因する散乱フレア光が発生してしまうおそれがある。

また、密着部４は高屈折率部３とは不連続に形成されており、高屈折率部３とは別の部材である。密着部４と高屈折率部３とが連続的に形成されてしまうと、高屈折率部３の両端部ではなく、密着部４に圧縮応力が集中し、密着部４に割れが発生する可能性が高くなる。密着部４に割れが発生すると、フレア光が抑制できなくなり回折効率が低下する。

密着部４の斜面１Ｂに対する被覆面積は、斜面１００面積部に対して５面積部以上９９面積部以下であることが好ましい。この範囲であると、壁面１Ａに設けられた高屈折率部３と密着部４とに発生する圧縮応力が互いに移動分散可能となり、第１樹脂層１と第２樹脂層２との界面に発生する剥離を抑制する確率をより高めることできる。一方、５面積部未満であると、圧縮応力が高屈折率部３に集中し、剥離が斜面へ進展するおそれがある。

密着部４は、回折光学素子１００を積層方向から平面視した際に、回折光学素子の半径をＲ、回折光学素子の中心Ｏから周縁方向の距離をｒとしたときに、０．１Ｒ≦｜ｒ｜≦Ｒの領域に設けられていることが好ましい（図３参照）。回折光学素子の中心から０．１Ｒまでの範囲に密着部４を設けないことにより、回折光学素子の透過波面を良好にすることができるためである。回折光学素子の周縁に近い領域では格子間のピッチ間隔が狭くなり、隣り合う高屈折率部の応力が干渉して相乗するおそれがあるが、回折光学素子の中心から０．１Ｒ未満の範囲では、格子間のピッチ間隔が十分に広い。そのため、回折光学素子の中心から０．１Ｒ未満の範囲では、密着部４がなくても剥離が発生する確率が低い。

また、回折光学素子の中心から周縁に向かうほど、密着部４の厚みが厚いことが好ましい。さらに、回折光学素子の中心から周縁に向かうほど、密着部４の斜面に対する被覆面積が大きいことが好ましい。格子ピッチの間隔が狭くなる周縁に向かうほど隣接する高屈折率部３から発生する応力が相乗してしまうため、周縁に向かうほど密着部の厚みおよび被覆面積を多くすることによりアンカー効果を強め、より剥がれが生じにくい構造となる。

また、密着部４は斜面１Ｂ上において、図２のような海島構造を形成することが好ましい。同じ被覆面積であっても、一様に被覆されているより海島構造を形成されている方が凹凸領域が増え、アンカー効果を強めることが出来るためである。なお、図２においては密着部４が島、斜面が海となり海島構造が形成されている。

密着部４の材質は、透明性があり、かつ、第１樹脂層１および第２樹脂層２との密着性が十分に得られれば、特に限定されないが、第１樹脂層１および第２樹脂層２と屈折率が近い材質であることが好ましい。回折効率を高く得るためである。

なお、密着部４の材質が高屈折率部３の材質と同一であることが好ましい。密着部４と高屈折率部３を同時に形成することが容易となり、製造コストが低減できるためである。

また、密着部４の０℃から４０℃における線膨張係数は、第１樹脂層１および第２樹脂層２の０℃から４０℃における線膨張係数の１／１０以上であることが好ましい。線膨張係数が１／１０未満すなわち、密着部４と樹脂層の線膨張係数の差が大きすぎると、密着部と樹脂層の界面で剥がれが発生するおそれがあるためである。

また、密着部４と第１樹脂層１や第２樹脂層２との材料親和性が強いほどアンカー効果は強く発現する。例えば、密着部４の表面に水酸基が存在すると、第１樹脂層１や第２樹脂層２にも水酸基が水素結合で強く結合して存在しているため、アンカー効果がより増長されることが期待できる。

図２において密着部４は円柱状であるが、密着部４の形状はこれに限定されず、多角柱や多角錐や円錐であっても良い。

（回折光学素子の製造方法）
本発明の回折光学素子の製造方法を以下に説明する。

図４は本発明の回折光学素子の製造方法の一実施態様を示す概略図である。

まず、図４（ａ）のように第１基材５と型１０の間に第１樹脂層の前駆体である第１樹脂１１を設ける。ここで、型１０は所望の回折格子形状を反転した形状を有しており、型の材質は例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ材及びウッデホルム社製ＳＴＡＶＡＸなど）やＮｉＰである。また、第１樹脂１１は硬化性の樹脂を含有する樹脂であり、以下は紫外線硬化樹脂を用いた例である。

次に、図４（ｂ）のように第１基材５と同じ材質の透明基材からなる押圧治具１５を用いて第１基材５上に第１樹脂１１を押圧転写した後に、第１基材５を通して紫外線光源９より紫外線を照射する。紫外線を照射して第１樹脂１１を硬化させ、型１０を離型することにより、回折格子形状を有する第１樹脂層１を形成する（この中間体をレンズＡとよぶ）。

続いて、図４（ｃ）のようにレンズＡの回折格子の壁面に対して、高屈折率部３を蒸着法で形成する。形成時にはマスク１３を用い、蒸着源１４に対してレンズＡを所望の角度に傾け、光軸中心に所望の速度で回転させることにより、周縁方向に均一な厚みをもつ高屈折率部３を形成する。

さらに、レンズＡの回折格子の斜面に対して密着部４を蒸着法で形成する。高屈折率部３の形成時とは異なり、まず、蒸着源１４をレンズＡに対し垂直に配置し、密着部４を形成する（この中間体をレンズＢとよぶ）。なお、この際には壁面に密着部を形成させないために、回折格子形状の輪帯に間隔に合わせたマスクをしておくなお、密着部４と高屈折率部３の材質を同一にする場合は、密着部４と高屈折率部３とを連続的に形成することもできる。また、マスクに所望の形状の孔部を設けることにより、密着部４を海島構造にすることも可能である。なお、蒸着源１４に対しレンズＡを鋭角に配置して回転させることにより、密着部４の厚みを一様にしないことも可能である。

さらに密着部４の被覆面積、厚みを制御するためにエッチングを行っても構わない。エッチングはドライエッチングでもウェットエッチングでも構わず、超音波の周波数や温度や処理時間によって、密着部４の形状を所望の形状に調整することも可能である。

続いて、図４（ｄ）のようにレンズＢに第２樹脂層２を形成するために、レンズＢと第２基材６の間に第２樹脂層の前駆体である第２樹脂１２を設ける。ここで、第２樹脂１２は硬化性の樹脂を含有する樹脂である。続いて第２樹脂層２が所望の厚みになるように、レンズＢと第２基材６との距離を調整する。

そして、図４（ｅ）のように、第１基材５もしくは第２基材６を通して紫外線光源９より紫外線を照射し、第２樹脂１２を硬化させることにより、第２樹脂層２を形成し、本発明の回折光学素子が得られる。なお、第２基材６は第２樹脂層２を形成後に取り除いても構わない。

（回折光学素子の評価方法）
以下に本発明の回折光学素子の評価方法を示す。

＜格子斜面に対する密着部の被覆面積＞
各輪帯における格子斜面の面積に対する密着部の被覆面積はフィゾー干渉計による透過波面の測定から算出した。

回折光学素子の密着部を有する格子斜面の透過波面を測定すると、密着部が有る領域と無い領域で透過波面の位相が異なる。具体的には、密着部４の屈折率が第１樹脂層１と第２樹脂層２の屈折率よりも高い場合は、密着部が有る領域の透過波面の位相は密着部が無い領域よりも遅くなる。一方、密着部４の屈折率が第１樹脂層１と第２樹脂層２の屈折率よりも低い場合は、密着部が有る領域の透過波面の位相は密着部が無い領域よりも早くなる。

＜フレア率＞
高温耐久試験（温度６０℃、湿度７０％、１２００時間）の前後でフレア率を評価した。

回折光学素子をフレア率測定用に改造を施した撮像光学系（キヤノン（株）製ＥＦレンズ鏡筒）に組み込んで、高屈折率部材におけるフレア光の測定を行った。フレア光の測定では、測定する回折光学素子を組み込んだ撮像光学系で黒体を撮影して、その撮像の輝度を評価する。回折光学素子からのフレア光が多いほど、黒体へ被る漏れ光が多くなるので、黒体の撮像輝度は明るくなる。フレア光の定量には、フレア光の無い完全黒体に対するフレア光による漏れ光の輝度割合を解析した。具体的には、黒体の無い白色画面の輝度を１００％、完全黒体の輝度を０％とした時、完全黒体へかかるフレア光による輝度の増加割合をフレア率と定義した。フレア率としては０．１５％が好ましく、より好ましくは０．１０％以下である。また、高温耐久試験前後のフレア率の変化は０．０５％未満が好ましく、より好ましくは０．０２％以下である。

（光学機器）
次に本発明の光学機器に関して説明する。本発明の光学機器は、筐体と、該筐体内に配置された複数のレンズからなる光学系とを備える光学機器であって、前記レンズの少なくとも１つが上記回折光学素子であることを特徴とする。

図５は、本発明の光学機器の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の光学系の断面図である。レンズ鏡筒３０の光学系は、筐体３１の内部において、レンズ２１〜２９および回折光学素子２０が光軸Ｏに対して垂直に配列されている。ここでレンズ２１側が外光の入射面であり、レンズ２９側がカメラとの着脱マウント側である。

本発明の回折光学素子２０を光学系の適切な位置に配置させることにより、高温環境下においても、フレア光の発生を抑制できる光学機器を提供することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明の回折光学素子を具体的に説明する。

（実施例１）
図４で説明した製造方法で図６の回折光学素子を製造した。

第１基材５としてガラス製のメニスレンズを用意した（平面視した際の直径が６０ｍｍ）。また、型１０としてステンレス鋼（ウッデホルム株式会社製、商品名：ＳＴＡＶＡＸ）の土台にＮｉＰを２００μｍメッキしたものを研削機で鋸歯断面形状に加工したものを用意した。

型１０を用いて、第１基材５上に設けた第１樹脂１１である光硬化性のエポキシ樹脂を押圧転写した。その状態で、第１基材５を通して第１樹脂１１に紫外線を照射して、樹脂を硬化させた。紫外線の照射には紫外線照射装置（ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ 社製、商品名：ＵＶ光源ＵＬ７５０）を使用し、その照射量は１５Ｊ／ｃｍ^２（１５ｍＷ／ｃｍ^２の照度で１０００秒照射）とした。照射終了後に型１０を第１基材５上に同心円状の回折格子形状を有する第１樹脂層１を形成した。得られた回折格子形状は、壁面の高さが１０μｍ、格子間のピッチは０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で形成されており、その格子ピッチは第１輪帯において最も広く、周縁部である第８０輪帯に向かうほど狭かった。また、第１樹脂層１の屈折率ｎｄ１は１．５８であり、アッベ数ν１は３２であった。

続いて、第１樹脂層１の回折格子形状の壁面に高屈折率部３を、斜面に密着部４をそれぞれ形成するために、マスクを介してアルミナを蒸着した。高屈折率部３の蒸着条件は、角度は蒸着源１４に対して４５°、回転速度は５ｒｐｍ、成膜時間は２０分とした。高屈折率部３の厚みは２００ｎｍであり、屈折率は１．７５であった。

また、密着部４の蒸着条件は、角度は蒸着源１４に対して９０°、成膜時間は１５分とした。密着部４の厚みは１００ｎｍであり、壁面の高さに対して１／１００であった。また、マスクの形状で調整した各輪帯における格子斜面の被覆面積は平均で２０面積％であった。

第２基材６としてガラス製の凹レンズを用意し、第２基材６と第１樹脂層１との間に第２樹脂１２である光硬化性のアクリル樹脂を所望の厚みになるように調整した。そして、第２基材６を通して第２樹脂１２に紫外線を照射して、樹脂を硬化させ、第２樹脂層２を形成し、実施例１の回折光学素子を得た。なお、第２樹脂層２の屈折率ｎｄ２は１．６１であり、アッベ数ν２は４１であった。

続いて実施例１の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．０３％であったのに対し、試験後のフレア率は０．０４％であった。すなわち、その変化分は０．０１％と良好な値であった。

（比較例１）
高屈折率部３と密着部４を形成する際に格子斜面にマスクをして、アルミナを蒸着した点以外は、実施例１と同様の方法で比較例１の回折光学素子を製造した。そのため、比較例１の回折光学素子は密着部がなかった。

比較例１の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．０３％であったのに対し、試験後のフレア率は０．３１％であった。すなわち、その変化分は０．２８％と実施例１より大きかった。また、高温耐久試験後において、第１樹脂層１と第２樹脂層２との界面を電子顕微鏡で観察したところ剥離が発生していることを確認した。

（比較例２）
アルミナを蒸着する際の回転角度を変更し、密着部４を形成せずに、格子壁面および格子斜面に一様に、アルミナを蒸着した点以外は実施例１と同様の方法で比較例２の回折光学素子を製造した。すなわち、比較例２の回折光学素子は格子斜面の被覆面積が１００面積％であった。また、換言すると、比較例２は密着部と高屈折率部が一体に連続的に形成された形態である。

高屈折率部３の厚みは壁面および斜面において１００ｎｍであり、屈折率は１．７５であった。

比較例２の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．１２％であったのに対し、試験後のフレア率は０．３３％であった。すなわち、その変化分は０．２１％と実施例１より大きかった。また、高温耐久試験後において、第１樹脂層１と高屈折率部３の界面および第２樹脂層２と高屈折率部３の界面を電子顕微鏡で観察したところ、斜面付近にクラックが発生し、各樹脂層と高屈折率部３との界面に剥離が発生していることを確認した。

（実施例２）
高屈折率部３と密着部４を形成する際の、アルミナを蒸着する時間を実施例１より長くした点およびマスクの形状を変更した点、高屈折率部３を形成する際の回転角度を変更した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例２の回折光学素子を製造した。

高屈折率部３の厚みは３００ｎｍであり、屈折率は１．７５であった。また、密着部４の厚みは２００ｎｍであり、各輪帯における格子斜面の被覆面積は平均で５０面積％であった。

実施例２の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．０８％であったのに対し、試験後のフレア率は０．１０％であった。すなわち、その変化分は０．０２％と良好な値であった。

（実施例３）
図４で説明した製造方法で図７の回折光学素子を製造した。

第１基材５としてガラス製の平板レンズを用意した（平面視した際の直径が４０ｍｍ）。また、型１０としてステンレス鋼（ウッデホルム株式会社製、商品名：ＳＴＡＶＡＸ）の土台にＮｉＰを２００μｍメッキしたものを研削機で鋸歯断面形状に加工したものを用意した。

型１０を用いて、第１基材５上に設けた第１樹脂１１である光硬化性のフッ素系アクリル樹脂を押圧転写した。その状態で、第１基材５を通して第１樹脂１１に紫外線を照射して、樹脂を硬化させた。紫外線の照射には紫外線照射装置（ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ 社製、商品名：ＵＶ光源ＵＬ７５０）を使用し、その照射量は１５Ｊ／ｃｍ^２（１５ｍＷ／ｃｍ^２の照度で１０００秒照射）とした。照射終了後に型１０を第１基材５上に同心円状の回折格子形状を有する第１樹脂層１を形成した。得られた回折格子形状は、壁面の高さが２０μｍ、格子間のピッチは０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で形成されており、その格子ピッチは第１輪帯において最も広く、周縁部である第３５輪帯に向かうほど狭かった。また、第１樹脂層１の屈折率は１．４９であり、アッベ数ν１は３３であった。

続いて、第１樹脂層１の回折格子形状の壁面に高屈折率部３を形成するために、マスクを介してＬａ添加アルミナを蒸着した。なお、角度は蒸着源１４に対して４０°、回転速度は８ｒｐｍ、成膜時間は７分とした。高屈折率部３の厚みは１２０ｎｍであり、屈折率は１．７１であった。

続いて、回折格子の中心からの距離ｒが４ｍｍの位置から４０ｍｍの位置までにある格子斜面に対し密着部４を形成するために、ＳｉＯ_２を蒸着した。この際、壁面にＳｉＯ_２が付着しないよう壁面と蒸着源の間にはマスク（不図示）を設けた。密着部４の蒸着条件は、角度は蒸着源１４に対して９０°、成膜時間は１０分とした。密着部４の厚みは２０ｎｍであり、壁面の高さに対し１／１００であった。また、屈折率は１．４５であった。また、マスクの形状で調整した各輪帯における格子斜面の被覆面積は平均で７０面積％であった。

第２基材６としてガラス製の平板レンズを用意し、第２基材６と第１樹脂層１との間に第２樹脂１２である光硬化性のエポキシ樹脂を所望の厚みになるように調整した。そして、第２基材６を通して第２樹脂１２に紫外線を照射して、樹脂を硬化させ、第２樹脂層２を形成し、実施例３の回折光学素子を得た。なお、第２樹脂層２の屈折率は１．５３であり、アッベ数は３９であった。

続いて実施例１の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．０５％であったのに対し、試験後のフレア率は０．０７％であった。すなわち、その変化分は０．０２％と良好な値であった。

（実施例４）
図４で説明した製造方法で図１の回折光学素子を製造した。

第１基材５としてガラス製のメニスレンズを用意した（平面視した際の直径が１００ｍｍ）。また、型１０としてステンレス鋼（ウッデホルム株式会社製、商品名：ＳＴＡＶＡＸ）の土台にＮｉＰを２００μｍメッキしたものを研削機で鋸歯断面形状に加工したものを用意した。

型１０を用いて、第１基材５上に設けた第１樹脂１１であるＩＴＯ微粒子を１６体積％分散させた光硬化性のアクリル樹脂を押圧転写した。その状態で、第１基材５を通して第１樹脂１１に紫外線を照射して、樹脂を硬化させた。紫外線の照射には紫外線照射装置（ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ 社製、商品名：ＵＶ光源ＵＬ７５０）を使用し、その照射量は１５Ｊ／ｃｍ^２（１５ｍＷ／ｃｍ^２の照度で１０００秒照射）とした。照射終了後に型１０を第１基材５上に同心円状の回折格子形状を有する第１樹脂層１を形成した。得られた回折格子形状は、壁面の高さが８μｍ、格子間のピッチは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で形成されており、その格子ピッチは第１輪帯において最も広く、周縁部である第１２０輪帯に向かうほど狭かった。また、第１樹脂層１の屈折率は１．６２であり、アッベ数は１９であった。

続いて、第１樹脂層１の回折格子形状の壁面に高屈折率部３を、斜面に密着部４をそれぞれ形成するために、マスクを介してＴｉ添加アルミナを蒸着した。なお、高屈折率部３の蒸着条件は、角度は蒸着源１４に対して４０°、回転速度は１０ｒｐｍ、成膜時間は５分とした。高屈折率部３の厚みは８０ｎｍであり、屈折率は１．８１であった。

また、密着部４の蒸着条件は、角度は蒸着源１４に対して５０°、回転速度は６ｒｐｍ、成膜時間は７分とした。密着部４の厚みは第１輪帯で２０ｎｍ、第１１７輪帯で８０ｎｍであった。すなわち、壁面の高さに対し１／４００以上１／１００以下であった。また、マスクの形状により調整した各輪帯における格子斜面の被覆面積は第１輪帯で５面積％、第１１７輪帯で９９面積％であった。なお、第１１８輪帯から第１２０輪帯までは被覆面積が１００面積％であったが、光学有効外であるため、回折効率に影響を与えるものではなかった。

第２基材６としてガラス製の凹レンズを用意し、第２基材６と第１樹脂層１との間に第２樹脂１２であるジルコニア微粒子を２０体積％分散させた光硬化性のアクリル樹脂を所望の厚みになるように調整した。そして、第２基材６を通して第２樹脂１２に紫外線を照射して、樹脂を硬化させ、第２樹脂層２を形成した後に、第２基材６を取り除き、実施例４の回折光学素子を得た。なお、第２樹脂層２の屈折率ｎｄ２は１．６６であり、アッベ数ν２は４５であった。

続いて実施例４の回折光学素子の高温耐久試験前後のフレア率を評価した、その結果、試験前のフレア率が０．０９％であったのに対し、試験後のフレア率は０．１１％であった。すなわち、その変化分は０．０２％と良好な値であった。

以上の結果を表１にまとめる。

以上の結果より、厚みが壁面の高さより小さい密着部を斜面に設けた実施例１〜４は、高温耐久試験前後において比較例１、２より低いフレア率を達成できることが分かった。

１ 第１樹脂層
１Ａ 壁面
１Ｂ 斜面
２ 第２樹脂層
３ 高屈折率部
４ 密着部
５ 第１基材
６ 第２基材
２０ 回折光学素子
３０ 光学機器
１００ 回折光学素子

Claims (15)

1. 基材上に複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層と、第２樹脂層とが順に積層され、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部が前記壁面に形成された回折光学素子において、
   前記斜面上に、前記高屈折率部と不連続である密着部が形成されており、
   前記密着部の厚みが、前記壁面の高さより小さいことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記密着部の厚みが前記壁面の高さの１／４００以上１／５０以下である請求項１に記載の回折光学素子。
3. 前記密着部の厚みが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の回折光学素子。
4. 前記密着部の厚みが、前記回折光学素子の中心から周縁に向かうほど厚い請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
5. 前記密着部の前記斜面に対する被覆面積が、前記斜面１００面積部に対し５面積部以上９９面積部以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
6. 前記密着部の前記斜面に対する被覆面積が、前記回折光学素子の中心から周縁に向かうほど大きい請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
7. 前記回折光学素子を積層方向から平面視した際に、前記回折光学素子の半径をＲ、前記回折光学素子の中心から周縁方向の距離をｒとしたときに
   前記密着部が、式（１）の領域にある斜面に形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
   ０．１Ｒ≦｜ｒ｜≦Ｒ （１）
8. 前記密着部が無機材料からなる請求項１乃至７のいずれか１項に記載に回折光学素子。
9. 前記高屈折率部が無機材料からなる請求項１乃至８のいずれか１項に記載に回折光学素子。
10. 前記密着部が前記高屈折率部と同じ材質からなる請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回折光学素子。
11. 前記密着部の０℃から４０℃における線膨張係数が、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層の０℃から４０℃における線膨張係数の１／１０以上である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回折光学素子。
12. 前記第１樹脂層の屈折率をｎｄ１、前記第１樹脂層のアッベ数をν１、前記第２樹脂層の屈折率をｎｄ２、前記第２樹脂層のアッベ数をν２としたときに、
    ｎｄ１＜ｎｄ２及びν１＜ν２を満たす請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回折光学素子。
13. 前記第２樹脂層の上に第２基材が積層された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回折光学素子。
14. 筐体と、該筐体内に配置された複数のレンズからなる光学系と、を備える光学機器であって、前記レンズの少なくとも１つが請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の回折光学素子であることを特徴とする光学機器。
15. 基材上に複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層と、第２樹脂層とが順に積層され、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部が前記壁面に形成された回折光学素子の製造方法であって、
    基材上に、複数の壁面と複数の斜面よりなる回折格子形状を有する第１樹脂層を設ける工程と、
    前記複数の壁面に、前記第１樹脂層および第２樹脂層より屈折率が高い高屈折率部を設ける工程と、
    前記複数の斜面に、前記高屈折率部と不連続である密着部を、前記密着部の厚みが前記壁面の高さより小さくなるように設ける工程と、
    前記第１樹脂層の上に前記第２の樹脂層を設ける工程と、
    を備えることを特徴とする回折光学素子の製造方法。

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