JP2022152224A - 回折光学素子、回折光学素子の製造方法、光学機器、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回折光学素子において、透過波面の位相ずれを低減することと、割れの発生を低減することを両立させることを目的とする。【解決手段】 第１の基材と、第１の樹脂層と、第２の樹脂層と、第３の樹脂層および第２の基材と、が順に積層され、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面に回折格子を有する回折光学素子であって、前記第３の樹脂層の弾性率は、前記第１の樹脂層の弾性率および前記第２の樹脂層の弾性率よりも小さく、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の弾性率の差は、前記第２の樹脂層と前記第３の樹脂層の弾性率の差よりも小さい、ことを特徴とする回折光学素子。【選択図】 図１

Description

本発明は、回折光学素子、その製造方法、およびその回折光学素子を用いた光学機器並びに撮像装置に関する。

カメラやビデオ等のレンズなどに用いられる光学素子として、光学特性が異なる２種類の樹脂材料を用いた（２層型）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。２種類の樹脂材料を用いた回折光学素子とその製造方法に関しては様々なものが提案されている。

例えば、特許文献１には２つの基材に挟まれた、第１の基材上に同心円状の回折格子形状を有する第１の樹脂層と、第１の樹脂層の上に第２の樹脂層が密着して設けられた回折光学素子とその製造方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された回折光学素子は１つの輪帯内で第２の樹脂層に屈折率分布が発生する。この回折光学素子を用い撮像すると、この第２の樹脂層の屈折率分布が原因で透過波面の位相ずれが生じ、撮影手法の１つであるボケ像撮影を行う際に、ボケ像にムラが生じて、撮影画像の品質を低下させることがあった。

また、特許文献２には基材上に同心円状の回折格子形状を有する第１の樹脂層と、第１の樹脂層の上に第２の樹脂層とが、第２の樹脂層の上に第２の樹脂層と同一の材料からなる中間層が密着して設けられた回折光学素子とその製造方法が開示されている。

特許文献２に開示された回折光学素子は、第１の樹脂層の上に第２の樹脂層と中間層が形成され、樹脂層に生じる屈折率分布が小さく、ボケ像のムラは改善される。しかし、樹脂層が３層存在するため、樹脂層が厚い構成である。高温環境において、樹脂層が厚みと、樹脂層と樹脂層を挟むレンズの弾性率の差と、に起因して、樹脂層に割れが生じるおそれがあった。

特開２００７－２１２５４７号公報 特開２０１３－２０５５３４号公報

本発明は、回折光学素子において、透過波面の位相ずれを低減することと、割れの発生を低減することを両立させることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の回折光学素子は、第１の基材と、第１の樹脂層と、第２の樹脂層と、第３の樹脂層および第２の基材と、が順に積層され、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面に回折格子を有する回折光学素子であって、前記第３の樹脂層の弾性率は、前記第１の樹脂層の弾性率および前記第２の樹脂層の弾性率よりも小さく、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の弾性率の差は、前記第２の樹脂層と前記第３の樹脂層の弾性率の差よりも小さい、ことを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の回折光学素子の製造方法は、第１の基材と、第１の樹脂層と、第２の樹脂層と、第３の樹脂層および第２の基材と、が順に積層され、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面に回折格子を有する回折光学素子の製造方法であって、回折格子の形状を反転した形状を有する第１の型と前記第１の基材との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第１の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第１の材料を硬化させ、前記第１の基材上前記第１の樹脂層を形成する工程と、第２の型と前記第１の樹脂層との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第２の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第２の材料を硬化させ、前記第１の樹脂層との界面に回折格子を有する第２の樹脂層を形成する工程と、前記第２の基材と前記第２の樹脂層との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第３の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第３の材料を硬化させ、前記第２の基材と前記第２の樹脂層との間に前記第３の樹脂層を形成する工程と、を有し、前記第３の樹脂層は、前記第１の樹脂層の弾性率および前記第２の樹脂層の弾性率よりも小さく、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の弾性率の差に対し前記第２の樹脂層と前記第３の樹脂層の弾性率の差が小さくなるように形成することを特徴とする。

本発明によれば、透過波面の位相ずれが低減されるとともに、割れの発生を低減される回折光学素子およびその製造方法を提供することができる。

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。 本発明の一実施形態に係る回折光学素子における、各樹脂層の弾性率の関係を示す断面模式図である。 ２層型回折光学素子の概略図である。 ３層型回折光学素子の概略図である。 本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第１の樹脂層を形成する工程を示した図である。 本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第２の樹脂層を形成する工程を示した図である。 本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第３の樹脂層を形成する工程を示した図である。 従来技術の回折光学素子の透過波面の位相ずれの関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る一眼レフデジタルカメラの断面図である。

（回折光学素子）
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。回折光学素子２０は、第１の基材１と第２の基材２およびそれらに挟まれ、樹脂で形成された第１の樹脂層３、第２の樹脂層４、および第３の樹脂層５を有する。

第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との界面は回折格子としての機能を備える。第３の樹脂層５は、温度変化による樹脂層の歪みを吸収する機能を備える。

本発明の回折光学素子２０は、温度変化による樹脂層の歪みを第３の樹脂層５に集中させるために各樹脂層の弾性率を次の通りに規定している。１つ目の条件は、第３の樹脂層５の弾性率を第１の樹脂層３および第２の樹脂層４よりも小さいことである。もう１つの条件は、第１の樹脂層３と前記第２の樹脂層４の弾性率の差は、前記第２の樹脂層４と前記第３の樹脂層５の弾性率の差よりも小さいことである。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子における、各樹脂層の弾性率の関係を示す断面模式図である。以下、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を使って説明する。図２（ａ）は第１の基材１と第２の基材２の間に第１の樹脂層３、第２の樹脂層４、および第３の樹脂層５が順に積層されている状態を示している。図の左側に第１の樹脂層３、第２の樹脂層４、および第３の樹脂層５の弾性率の相対的な大小関係を明記している。具体的には、弾性率の大小関係は第２の樹脂層４＞第１の樹脂層３＞第３の樹脂層５となっている。この場合は、樹脂層間での２つの界面（第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との間および第２の樹脂層４と第３の樹脂層５との間）の弾性率差は第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との間の差よりも、第２の樹脂層４と第３の樹脂層との間の差の方が大きい。これにより、第１の樹脂層３と第２の樹脂層４は合わせて１つの層として振る舞い易く、第３の樹脂層５は単独の層として振る舞い易くなる。第３の樹脂層５は、弾性率が他の２つの層よりも小さいことにより、第３の樹脂層５に歪みが集中して、温度変化による樹脂層の歪みを吸収する機能を発揮する。第３の樹脂層５内の矢印は、この層が柔軟に動いて歪みを吸収している状態を模式的に示したものである。

一方、図２（ｂ）、（ｃ）では何れも各層の弾性率の関係は第１の樹脂層３＞第２の樹脂層４＞第３の樹脂層５の関係にある。図２（ｂ）は、樹脂層間での２つの界面の弾性率差は第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との間での差よりも第２の樹脂層４と第３の樹脂層５との間での差の方が大きい場合を表している。この場合は、第１の樹脂層３と第２の樹脂層４は１つの層として振る舞うので、第３の樹脂層５は樹脂層の歪みを吸収する機能を発揮することになる。

図２（ｃ）は、樹脂層間での２つの界面の弾性率差は第２の樹脂層４と第３の樹脂層５との間での差よりも第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との間での差の方が大きい場合を表している。この場合は、第２の樹脂層４と第３の樹脂層５が１つの層として振る舞い易い状態にある。第３の樹脂層５は相対的に最も弾性率が小さいので、樹脂層の歪みを吸収する機能は有するが、第２の樹脂層４と第３の樹脂層５が１つの層として振る舞うことになる。よって、第３の樹脂層５が歪みを吸収するために変形すると、第２の樹脂層４も変形することがある。第２の樹脂層４の変形し回折格子の形状が変化すると、回折格子を形成する界面での屈折率分布を生じさせて、透過波面の位相ずれを引き起こすことがある。

以上より、第３の樹脂層５が樹脂層の歪みを吸収する機能を発揮するためには、各樹脂層の弾性率は第３の樹脂層５が最も小さいことが、好ましい。加えて、第１の樹脂層３と第２の樹脂層４との弾性率の差より、第２の樹脂層４と第３の樹脂層５との弾性率の差が大きいことが、より好ましい。

さらに、第１の樹脂層の第１基材に接していない部分は、第２の樹脂層に覆われていることが好ましい。それにより、第１の樹脂層３は第２の樹脂層４に拘束されるため、第１の樹脂層３と第２の樹脂層４は１つの層として振る舞いやすくなる。

図３は、２層型回折光学素子の一実施形態を示す概略図である。この回折光学素子は、図３（ａ）で示す様に、第２の樹脂層１０４が回折格子形状を有する第１の樹脂層１０３と第２の基材１０２に拘束されたまま硬化される。そのため、第２の樹脂層１０４は、図中Ａ部分の硬化収縮量が大きく、同Ｂ部分の硬化収縮量が小さくなる。また第２の樹脂層１０４は拘束されているため、自由に収縮できず、Ａ部分の密度とＢ部分の密度とが異なり、屈折率分布の原因となる（図３（ｂ））。この回折光学素子を用い撮像すると、この第２の樹脂層の屈折率分布が原因で透過波面の位相ずれが生じ、撮影手法の１つであるボケ像撮影を行う際に、ボケ像にムラが生じて、画質を劣化させるという課題があった。

次に、図４は、３層型回折光学素子の一実施形態を示す概略図である。第２の樹脂層２０４は、第１の基材２０１上に密着して設けられた第１の樹脂層２０３に密着して設けられる（図４（ａ）（ｂ））。第１の樹脂層２０３が形成している格子の高さをｄ１、これと同じ輪帯で第２の樹脂層２０４が形成している格子の高さをｄ２とすると、ｄ２はｄ１と比較して小さい値となる。したがって、２層型回折光学素子より、屈折率分布は小さくなり、ボケ像が改善される。

さらに、２層型回折光学素子の場合は、格子段差を埋めるための２層目の形成が接合工程となるため、樹脂硬化時に発生した歪みが開放されずに応力が残り易くなっている。

一方、３層型回折光学素子の場合は、格子段差を埋めるための２層目の形成が１層目と同様に型を使用したレプリカ成形となるので、硬化時に生じた歪みは離型の際に緩和される。これにより、残留応力が小さくなって屈折率差も低減し、透過波面の位相ずれも改善される。

図４を用いて３層構成による透過波面の位相ずれについて説明したが、図４（ｂ）では格子形状による段差は低減しているが、完全に無くなってはいない。第２の樹脂層２０４を形成した後も格子による段差は残っている。使用する材料にも依るが、第３の樹脂層の形成時には、数百ｎｍの段差が生じている。ここで、第２の樹脂層２０４の屈折率と第３の樹脂層２０５の屈折率に差が生じていると、屈折率差×段差分の透過波面の位相ずれが発生する。したがって、第３の樹脂層２０５の屈折率は第２の樹脂層２０４の屈折率と出来る限り近い方が良い。具体的には、第３の樹脂層２０５と第２の樹脂層２０４とのｄ線の屈折率の差を０．０５以下にすることが好ましい。それにより、第１の樹脂層２０３と第２の樹脂層２０４界面で発生する透過波面の位相ずれと合わせて０．０５λ程度に抑えることが可能となり、回折光学素子を鏡筒に組み込んで撮像を行った際にも良好な結果が得られる。

しかし、図３での第２の樹脂層１０４に相当する層が３層型回折光学素子を説明する図４では第２の樹脂層２０４と第３の樹脂層２０５と２層になるため、膜厚は厚くなっている。材料にも依るが、一般的なアクリレート系の材料を用いる場合、段差の影響を小さくするのに必要な第２の樹脂層２０４の膜厚は４０μｍ程度を必要とする。型を使用して第２の樹脂層２０４を成形したことにより格子段差の影響を低減させた状態から、透過波面の位相ずれを撮像の際に問題とならない程度まで低減するには、第３の樹脂層２０５の膜厚は３０μｍ程度が必要となる。これにより、１層目を含めた回折光学素子としての樹脂層厚は少なくとも８０μｍ程度となる。

一般に、第１の基材２０１として好適に使用するガラスは線膨張係数が６．０～９．０×１０^－６／Ｋと小さい。一方、回折格子層の樹脂がアクリレート系であれば、線膨張係数は４．５～７．０×１０^－５／Ｋと大きい。また、ガラスの弾性率が８０ＧＰａ程度であるのに対し、樹脂の弾性率は一般的には２～３ＧＰａ位のものが多い。そのため樹脂はガラスより変形し易い。ここで、温度が変化すると、樹脂はガラスとの界面において変形しようとするが、ガラスの影響により変形が抑制される。一方、ガラスとの界面から離れている部分では樹脂の線膨張係数に応じた界面よりも大きな変形が生じる。その結果、樹脂は１つの層内で変形量の小さい領域と大きい領域とが存在することになり、これが歪みとなって温度変化が生じた時の割れの発生要因となりえる。樹脂層の膜厚が厚くなると、伸縮の絶対量が大きくなり、歪は増大する。したがって、３層型回折光学素子には、温度変化によって回折光学素子に割れが発生する可能性に対して改善の余地がある。しかし、本発明においては、第１の樹脂層３、第２の樹脂層４、および第３の樹脂層５の各弾性率を上述の大小関係とすることで、第３の樹脂層５を干渉層として機能させている。したがって、温度変化によって生じた歪みは第３の樹脂層５で低減されるので、割れの発生を低減することが出来る。

以上のとおり、本発明の回折光学素子は、樹脂層の歪みを吸収する機能を有する第３の樹脂層５を備えた３層型の構成とし、更に各樹脂層の弾性率を規定した。これにより、透過波面の位相ずれを低減することと、温度変化による割れの発生を低減することと、を両立することが出来る。

なお、本発明の回折光学素子の透過波面は、例えば、レーザー干渉計により測定することができる。まず、回折光学素子を回折レンズとして、１次回折光が焦点を結ぶように光学系を設計する。次に、レーザー干渉計を用いて、レーザー干渉計に対して被計測物、反射ミラーの順に配置する。次に、反射ミラーを回折光学素子の焦点位置に調整して、回折光学素子の透過波面を計測して、その輪帯内の位相ずれおよび輪帯間の位相ずれを算出する。干渉計の計測波長λは例えば、６３２．８ｎｍである。透過波面のズレは最大で０．０４λ以下であることが好ましい。

また、回折光学素子の透過波面は、この回折光学素子を搭載したレンズで用いて撮影した写真によっても評価することができる。具体的には、第２の樹脂層の変形量と撮影写真のボケ像中の明暗の縞模様における輝度差との関係により評価することができる。透過波面の位相ずれは、撮影写真のボケ像中に同心円状の明暗の縞模様として現れるが、その明暗の輝度差やコントラスト値が、透過波面の位相ずれの程度に等しくなるからである。写真ボケ像中の明暗の縞模様の輝度差は、一般的な画像処理ソフトを用いて解析できる。

本発明の回折光学素子の面精度は例えば、レーザー干渉計で測定することができる。回折光学素子の光学有効部内でアス、クセが共に０．５本以下であることが好ましい。アス、クセを前記範囲にすることにより、本発明の回折光学素子は特に優れた光学特性を有するからである。

更に、回折光学素子の割れの発生は、例えば、－４０℃の恒温槽に一定時間放置して、割れが発生するか否かによって判断することができる。

（材料）
ここで、本発明の回折光学素子を構成する材料について説明する。

第１の基材１と第２の基材２は、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。

回折格子として機能する第１の樹脂層３および第２の樹脂層４は、広い波長帯域で高い回折効率を得るために高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料を使用することが好ましい。可視域全域で９９％以上の高い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使用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、無機微粒子を分散させてベース樹脂材料に混ぜる方法が知られており、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化ジルコニムなどを好適に用いることができる。また、ベース樹脂は紫外線硬化型樹脂材料が好ましく、特にアクリレート系樹脂が好ましい。高屈折率低分散材料、低屈折率高分散材料のどちらを第１の樹脂層或いは第２の樹脂層にするかは、光学設計によって適宜変更される。

光学素子に好適に使用されるアクリレート系樹脂の弾性率は２～３ＧＰａ位であるが、特に回折光学素子の場合は少なくとも一方の層は３ＧＰａ程度であることが望ましい。これは、回折光学素子では格子形状を変形させないことおよび格子間での屈折率差を一定に保つことが要求される為に、一般の接合レンズの場合と異なり、弾性率が比較的高い材料が好適に使用される。

干渉層として機能する第３の樹脂層５の材料は、回折格層を形成する第１の樹脂層３および第２の樹脂層４の材料よりも弾性率が低い材料であることが必要である。さらに、第３の樹脂層５の弾性率が、前記第１の樹脂層３および／または第２の樹脂層４の弾性率の１／２以下であると、第３の樹脂層５が干渉層としての機能を発揮しやすいため、より好ましい。第１の樹脂層３および第２の樹脂層４の少なくとも一方の層は３ＧＰａ程度である場合、第３の樹脂層５が干渉層としての機能を発揮するためには、第３の樹脂層５の弾性率は１．５ＧＰａ以下であることが好ましい。更に、第３の樹脂層５は回折格子層と同様に光学素子としての性能も要求されている。第１の樹脂層３および第２の樹脂層４の材料と同様に紫外線硬化型のアクリレート系樹脂が好ましく、必要に応じてチオールなどを添加して弾性率を調整することも可能である。

（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について、図を用いて以下に説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第１の樹脂層３を形成する工程を示した図である。図６は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第２の樹脂層４を形成する工程を示した図である。また、図７は、本発明の一実施形態に係る回折光学素子の第３の樹脂層５を形成する工程を示した図である。

本発明の製造方法は、回折格子形状を反転した形状を有する型７と基材１との間に光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第１の材料６を設ける工程（図５（ａ）（ｂ）（ｃ））を有する。次いで、熱または光エネルギーを与えて第１の材料６を硬化させ、基材１上に同心円状の輪帯形状を有する第１の樹脂層３を形成する工程（図５（ｄ））と、型７から第１の樹脂層３を離型する工程（図５（ｅ））を有して、第１の成形レンズ１０を得る。

その後、基材１の第１の樹脂層３が形成されている側の面と同程度の曲率形状を有する型１２と第１の成形レンズ１０との間に光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第２の材料１１を設ける工程（図６（ａ）、（ｂ））を有する。次いで、熱または光エネルギーを与えて第２の材料１１を硬化させ、第２の樹脂層４を第１の樹脂層３に積層する工程（図６（ｃ））と、型１２から第２の樹脂層４を離型する工程（図６（ｄ））を有して第２の成形レンズ１３を得る。

次いで、第２のレンズ２と第２の成形レンズ１３の間に光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第３の材料１４を設ける工程（図７（ａ）（ｂ）（ｃ））を有する。次いで、熱または光エネルギーを与えて第３の材料１４を硬化させ（図７（ｄ））、３積層型回折光学素子２０を得ることを特徴とする。

以下より、本発明の回折光学素子の製造方法について、より詳細に説明する。

図５（ａ）のように第１の基材１に第１の樹脂層３となる第１の材料６として紫外線硬化材料をディスペンサーで適量滴下する。

次に、図５（ｂ）のように回折格子形状を反転した形状を有する型７を用意する。金型の材質は加工性、耐久性、樹脂との密着力などの観点からステンレス鋼（ＳＵＳ材およびウッデホルム社製ＳＴＡＶＡＸなど）やＮｉＰなどが好ましい。また、必要に応じてＣｒＮなどのコートを施しても良い。第１の材料６を滴下した基材１を型７の上に配置する。

基材１を徐々に下降させることにより、滴下した第１の材料６と型７を接触させる。空気（泡）を巻き込まないように基材１と型７との間に第１の材料６を充填する。この際、基材１の層とは反対側の面から加圧用ガラス８を介して基材１と型７との間に設けられた第１の材料６に圧力をかけて、回折光学素子の光学有効部外まで押し拡げる（図５（ｃ））。加圧用ガラス８は基材１を均一に加圧する為に使用され、基材１と接する側は基材１と同一の曲率を有する球面形状、反対側は加圧方向に対して垂直な平面形状を有する。材質は、これを通して紫外線を照射するため、紫外線透過率が大きいことが好ましく、基材１と同材質であることがより好ましい。加圧用ガラスにかける圧力は、使用する樹脂の粘度、ベース基板の形状、および成形する層の形状により決定されるが、０．０１～１０Ｎ／ｍｍ^２の範囲であれば充填性、泡の巻き込み等の課題が発生しない。

その後、図５（ｄ）に示すように、基材１を通して紫外線光源９から紫外線を照射して第１の材料６を硬化させ、基材１上に同心円状の回折格子形状を有する第１の樹脂層３を形成する。紫外線の照射量は硬化反応率が８０％以上１００％以下の範囲にするのが好ましい。８０％より小さい硬化反応率で離型を行うとその後の形状変化量が大きく、型の転写精度が低下するおそれがある。硬化反応が完了する紫外線照射量は、使用する樹脂、ベースレンズ、加圧用ガラスなどにより決定されるが、一般的にアクリレート系樹脂の場合０．５～５０Ｊ／ｃｍ^２の照射量が必要となる。紫外線硬化型樹脂の反応率は、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光計）を用いて算出することが出来る。具体的には、硬化反応に寄与するＣ＝Ｃ二重結合の振動が表す波数（８０９ｃｍ^－１）の濃度と寄与しないＣ－Ｃ単結合の振動が表す波数（７６３ｃｍ^－１）の濃度を測定し、その比率を各照射量毎に算出し、初期（照射量０）との比較で反応率とする。これを事前に行って、予め照射条件を設定しておく。

硬化が終わったのち、図５（ｅ）に示すように、基材１と一体化した第１の樹脂層３を型７から離型して第１の成形レンズ１０を得る。離型の方法は、成形した格子を破損しなければ、エジェクタによる押し上げ、冷却など如何なる方法を用いても良い。

次に、図６（ａ）のように基材１の格子が形成された面側の曲率と同程度の曲率を有する型１２を用意する。金型の材質は型７と同様に加工性、耐久性、樹脂との密着力などの観点からステンレス鋼（ＳＵＳ材およびウッデホルム社製ＳＴＡＶＡＸなど）やＮｉＰなどが好ましい。また、必要に応じてＣｒＮなどのコートを施しても良い。その後、第１の成形レンズ１０および型１２に第２の樹脂層４となる第２の材料１１をディスペンサーで適量滴下すし、第２の材料１１を滴下した第１の成形レンズ１０を型１２の上に配置する。

第１の成形レンズ１０を徐々に下降させることにより、滴下した第２の材料１１と型１２を接触させる。空気（泡）を巻き込まないように第１の成形レンズ１０と型１２との間に第２の材料１１を充填する。この際、第１のレンズ１０の第１の樹脂層３が形成された面とは反対側の面から加圧用ガラス８を介して第１の成形レンズ１０と型１２との間に設けられた第２の材料１１に圧力をかけて、第１の樹脂層３を覆う様に外側まで押し拡げる（図６（ｂ））。加圧用ガラス８は第１の樹脂層を形成する際に使用したものと同一のものを使用すれば良い。加圧用ガラスにかける圧力は、使用する樹脂の粘度、ベース基板の形状、および成形する層の形状により決定されるが、０．０１～１０Ｎ／ｍｍ^２の範囲であれば充填性、泡の巻き込み等の課題が発生しない。

その後、図６（ｃ）に示すように、加圧用ガラス８、基材１および第１の樹脂層３を通して紫外線光源９から紫外線を照射して第２の材料１１を硬化させ、基材１および第１の樹脂層３上に第２の樹脂層を形成する。第１の樹脂層３を形成する時と同様に、紫外線の照射量は硬化反応率が８０％以上１００％以下の範囲にするのが好ましい。８０％より小さい硬化反応率で離型を行うとその後の形状変化量が大きく、型の転写精度が低下するおそれがある。硬化反応が完了する紫外線照射量は、使用する樹脂、ベースレンズ、加圧用ガラスなどにより決定されるが、一般的にアクリレート系樹脂の場合０．５～５０Ｊ／ｃｍ^２の照射量が必要となる。紫外線硬化型樹脂の反応率は、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光計）を用いて算出することが出来る。具体的には、硬化反応に寄与するＣ＝Ｃ二重結合の振動が表す波数（８０９ｃｍ^－１）の濃度と寄与しないＣ－Ｃ単結合の振動が表す波数（７６３ｃｍ^－１）の濃度を測定し、その比率を各照射量について算出し、初期（照射量０）との比較で反応率とする。これを事前に行って、予め照射条件を設定しておく。

硬化が終わったのち、図６（ｄ）に示すように、基材１、第１の樹脂層３と一体化した第２の樹脂層４を型１２から離型して２層型の回折光学素子である第２の成形レンズ１３を得る。離型の方法は、成形した格子を破損しなければ、エジェクタによる押し上げ、冷却など如何なる方法を用いても良い。

その後、図７（ａ）、（ｂ）で示す様に、第３の材料１４を基材２および第２の成形レンズ１３にディスペンサーを使用して滴下する。基材２と第２の成形レンズ１３に分けて滴下することにより、貼り合わせの際、材料に泡が混入するのを防ぐことができる。液体－固体の接触に比べて液体同士の接触は点接触になるので泡の混入リスクが小さく出来るためである。更に、一方の樹脂の滴下量を少なくして、曲率を小さくする方が多点接触による泡の混入を防ぐことが出来る。

図７（ｃ）に示す様に、第３の材料１４を滴下した基材２と第２の成形レンズ１３を相対速度０．１ｍｍ／秒で近づけて接液する。その後加圧用ガラス８を第２の成形レンズ１３の上面に設置した状態で２枚の成形レンズを加圧して、第３の材料１４の充填を完了する。

その後、第３の材料１４に紫外線光源９から加圧用ガラス８、基材１、第１の樹脂層３、第２の樹脂層４を通して紫外線を照射して硬化させる（図７（ｄ））。

次に、第２の樹脂層４と基材２の間に第３の樹脂層５を形成し、回折光学素子を得る（図７（ｅ））。

最後に必要に応じて、基材２側から紫外線を照射することで第３の樹脂層の硬化状態を一層均一化する処理を実施しても良い。

図８は回折光学素子の透過波面の位相ずれを示すグラフであり、横軸は素子中心からの距離（ｍｍ）、縦軸はその位置での透過波面の位相ずれ（λ）を示している。このようにボケ像の要因となる透過波面の位相ずれの値は素子中心近傍で大きく、周辺部に向かうに従って小さくなる。これは、中心近傍では格子ピッチが大きく硬化収縮で生じる疎な部分と密な部分の距離が長くなり粗密差が付き易いが、逆に周辺部分は格子ピッチが小さいため、粗密差が生じるだけの距離が得られず、平均化しているためと考えられる。

ボケ像ムラの発生要因となる屈折率分布は、上述した様に下地となる格子形状の影響を大きく受ける。一方で、第２の樹脂層４の膜厚が厚い場合には格子形状が形成する偏肉比率（図３（ａ）に示したＡに対するＢの割合）は相対的に小さくなり、下地の影響を打ち消すことになる。更に、第２の樹脂層を従来の様に接合工程で形成するのではなく、型を使用したレプリカ成形法にすることにより、成形で生じる応力を開放することが可能となる。

本発明では図５から図７に示した成形、接合プロセスを踏むことで、格子段差に起因した輪帯内での屈折率変動を低減することが可能となる。

以上、本発明の回折光学素子の製造方法によれば、透過波面の位相ずれを低減し、温度変化の際に回折格子層と基材の膨張または収縮に起因した割れが発生しないことを両立した回折光学素子を提供できる。

（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、上記の回折光学素子とレンズとを有することを特徴とする。

図９は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である、一眼レフデジタルカメラ３００の構成を示している。図９において、カメラ本体３２０と光学機器であるレンズ鏡筒３１０とが結合されているが、レンズ鏡筒３１０はカメラ本体３２０対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。

被写体からの光は、レンズ鏡筒３１０の筐体３１１内の撮影光学系の光軸Ｏ上に配置された複数のレンズ３１１、３１２などからなる光学系を通過し、撮像素子３２１に受光される。本発明の回折光学素子は例えば、レンズ３１２に用いることができる。

ここで、レンズ３１２は筐体内の内筒３１３によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒３１０の外筒に対して可動支持されている。本実施形態において、回折光学素子はレンズ３１２の位置に設けられているが、この位置に限定されず、目的に応じて好適な位置に設けられれば良い。また、回折光学素子が単数であるレンズ鏡筒の例を示したが、回折光学素子は複数設けられてもよい。

以上より、本発明の回折光学素子を光学系の適切な位置に配置させることにより、ボケ像が低減した、色収差が低減した小型かつ軽量のレンズ鏡筒およびカメラを提供することができる。また、図９のように回折光学素子をレンズ３１２の内側に設けることにより、回折光学素子に外光が直接当たることを防止できるため、フレアを抑制することができる。

また、本実施形態では、カメラの交換レンズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカメラやスマートフォンの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナ、およびデジタル複写機のリーダレンズ等の光学機器に用いても良い。

次に、実施例を挙げて本発明の回折光学素子、およびその製造方法を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
図５、図６、および図７で説明した製造方法で３層型の回折光学素子を製造した。基材１には、硝材（株式会社オハラ製、商品名：Ｓ－ＦＰＬ）を球面形状に加工（レプリカ成形面は曲率半径Ｒ２００で凸形状、反対側の面はＲ１５０に設計）したφ５５ｍｍのものを用いた。レプリカを形成する側の面には樹脂との密着性を高める目的でカップリング処理を施した。カップリング液は、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社製、商品名：ＫＢＭ５０３）を水とエタノールの混合液（水１０％）に５％濃度で溶かし、ｐＨ調整として酢酸を０．５％添加したものを使用した。このカップリング液をスプレーコーターで塗布し、１００℃のオーブン内で１時間の脱水乾燥処理をした。反対側の面にはＳｉＯ_２とＳｉＯで構成される反射防止膜を成膜した。

型７はステンレス鋼（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使用した。

次いで、ウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（日本チバガイギー株式会社製、商品名Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）を添加した紫外線硬化型樹脂材料を用意した。これらに酸化インジウム錫微粒子を分散させて第１の材料６を作製し、５０ｍｇをディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社製、商品名：ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＭＡＳＴＥＲ ＭＰＰ－１）を使用して基材に滴下した（図５（ａ））。

基材１を０．１ｍｍ／秒の速度でゆっくりと下降させ、滴下した樹脂材料と型７を接触させた後、空気（泡）を巻き込まないように基材１と型７とに挟まれた空間にある樹脂を光学有効部外まで押し拡げた（図５（ｂ）、（ｃ））。この際、基材１と同材料で構成される加圧用ガラス８を基材１の上に設置してその上から均一に圧力を加えることによって樹脂を充填させた。

その状態で、加圧用ガラスと基材１を通して樹脂材料に紫外線を照射して、基材１と樹脂を一体化させた（図５（ｄ））。紫外線の照射には紫外線照射装置（ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ 社製、商品面：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。

照射終了後に格子の成形された樹脂と一体化した基材１を離型して同心円状の回折格子形状を有する第１の樹脂層が形成された第１の成形レンズ１０を得た（図５（ｅ））。

次いで、第２の材料１１として、ウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（日本チバガイギー株式会社製、商品名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）を添加した紫外線硬化型樹脂材料を用意した。これらに二酸化ジルコニア微粒子を分散させた紫外線硬化型樹脂材料１０ｍｇをディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社製、商品名：ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＭＡＳＴＥＲ ＭＰＰ－１）を使用して、上記で得た第１の成形レンズ１０に滴下した。また、同じディスペンサーを使用して必要樹脂量の残りに相当する１８０ｍｇを型１２に滴下した（図６（ａ））。

その後第１の成形レンズ１０を０．１ｍｍ／秒の速度で下降させ、第１の成形レンズ１０と型１２に滴下した第２の材料１１を接触させた。その後、空気を巻き込まないように第１の成形レンズ１０と型１２とに挟まれた空間にある樹脂を押し拡げた（図６（ｂ））。押し拡げる領域は、第１の樹脂層３の最外縁の外側、つまり第１の樹脂層３を第２の材料１１で覆うまで充填させた。この際、第１の成形レンズ１０を形成したのと同様に加圧用ガラス８を第１の成形レンズ１０の上に設置してその上から均一に圧力を加えることによって樹脂を充填させた。

その状態で、加圧用ガラスと基材１を通して樹脂材料に紫外線を照射して、第１の成形レンズ１０に第２の樹脂を積層させた（図６（ｃ））。

紫外線照射装置は上記と同様のＵＬ７５０を使用し、紫外線の照射量は３２Ｊ／ｃｍ^２とした。照射終了後に格子の成形された樹脂と一体化した基材１を離型して同心円状の２層型の回折格子形状を有する第１の樹脂層および第２の樹脂層が形成された第２の成形レンズ１３を得た（図６（ｄ））。

次いで、第３の材料１４として、チオール基を有するアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（日本チバガイギー株式会社製、商品名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）を添加した紫外線硬化型樹脂を用意した。第３の材料１６５ｍｇをディスペンサー（ＭＰＰ－１）を使用して第２の成形レンズおよび第２の成形レンズと貼り合せる基材２に滴下した（図７（ａ）（ｂ））。基材２は、硝材（株式会社オハラ製、商品名：Ｓ－ＬＡＨ５５）を球面形状に加工（レプリカ成形面は曲率半径Ｒ２００で凹形状、反対側の面はＲ３００に設計）したφ６０ｍｍのものを用いた。基材１の時と同様にレプリカを形成する側の面には樹脂との密着性を高める目的でカップリング処理を施した。また、反対側の面にはＳｉＯ_２とＳｉＯで構成される反射防止膜を成膜している。

その後、第２の成形レンズと基材２を貼り合わせ装置内で接合した。この装置は基材２（凹形状）を下側に配置して固定し、成形レンズ（凸形状）を逆向きにして基材２に一定速度で近づけるものである。予め第２の成形レンズと基材２との間の樹脂層が成形されていない領域に７５μｍ厚のＳＵＳ製スペーサーを挿入した。第２の成形レンズを下降速度０．１ｍｍ／秒で基材２に近付け、完全に接液した後で加圧用ガラスを第２の成形レンズの上に設置し、一定圧力（１０ｋｇｆ）を加えてスペーサーに突き当たるまで第２の成形レンズを下降させた（図７（ｃ）（ｄ））。

樹脂材料が完全に第２の成形レンズと基材２との間に充填され、樹脂の反発力が無くなった後、スペーサーと加圧ガラスを取り除いた。その状態で第２の成形レンズを通して紫外線を照射して充填された樹脂材料を硬化（図７（ｄ））させて、３層型の回折光学素子２０を得た（図７（ｅ））。紫外線照射装置は上記と同様のＵＬ７５０を使用し、紫外線の照射量は３２Ｊ／ｃｍ^２とした。

形成した樹脂層の各３層をナノインデンター（アジレントテクノロジー社製 ＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒ Ｇ－２００）により、室温下（２３±２℃）で材料単体としての弾性率を測定した。その結果は、第１の樹脂層が２．８ＧＰａ、第２の樹脂層が３．８ＧＰａ、第３の樹脂層が１．５ＧＰａであり、弾性率の関係は第２の樹脂層＞第１の樹脂層＞第３の樹脂層となった。また、各層間での弾性率の差は第１の樹脂層と第２の樹脂層では１．０ＧＰａ、第２の樹脂層と第３の樹脂層では２．３ＧＰａであった。

この回折光学素子の透過波面をレーザー干渉計により測定したところ、素子中心の透過波面位相ずれは第一輪帯で最大値０．０２λを示した。素子は回折レンズとして、１次回折光が焦点を結ぶように設計した。まず、干渉計（ＺＹＧＯ社製、商品名：レーザー干渉計 ＧＰＩ）を用いて、干渉計に対して被計測物、反射ミラーの順で配置した。次に、反射ミラーを素子の焦点位置に調整して、素子の透過波面を計測して、その輪帯内の位相ずれおよび輪帯間の位相ずれを算出した。なお、干渉計の計測波長λは６３２．８ｎｍである。この回折光学素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、ボケ像には同心円状の縞模様や中心の輝点は見られず、回折光学素子を搭載していないレンズで撮影したボケ像と同様の結果が得られた。

上記で作製した素子を半分に切断した断面から各層の反射率測定を行った。その結果から屈折率を算出したところ、第１の樹脂層は１．５７、第２の樹脂層は１．６２、第３の樹脂層は１．６１であり、第２の樹脂層と第３の樹脂層の屈折率差は０．０１と小さいものであった。更にこの素子の面精度を同じくレーザー干渉計で測定したところ、光学有効部内でアス０．３３本、クセ０．４３本であった。

この回折光学素子を低温（－４０℃）試験槽に投入し、経過観察をする耐久試験を行ったところ、１ヶ月経過しても割れなどの不良は発生しなかった。また、耐久試験後の素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、耐久試験前と同様の結果が得られた。

（実施例２）
実施例２の回折光学素子について以下に説明する。実施例１と異なる点について記載し、その他の点は実施例１と同様にして回折光学素子を製造した。

第１の材料として実施例１と同様にウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（日本チバガイギー株式会社製、商品名Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）を添加した紫外線硬化型樹脂材料を用意した。これらに実施例１と同様に酸化インジウム錫微粒子を分散させているが、光学的な設計の面から酸化インジウム錫微粒子の添加量は実施例１の６０％に抑えたものである。但し、オリゴマー比率も減少させたので弾性率は実施例１と同等になっている。光学特性の関係で、所望の格子形状が実施例１とは異なり、更にそれに合わせて滴下する樹脂の量も１５０ｍｇと変更した。以上により第１の成形レンズを作製した。

次いで、第２の材料としてフルオレン骨格を有するアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（ジフェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ホスフィンオキシド）を添加した紫外線硬化型樹脂を用意した。この材料を第１の成形レンズに１０ｍｇ滴下した。また、必要樹脂量の残りに相当する２４０ｍｇを型１２に滴下した。以上により第２の成形レンズを作製した。

第３の樹脂層の形成は、予め第２の成形レンズと基材２との間の樹脂層が成形されていない領域に挿入するＳＵＳ製スペーサーの厚みを９０μｍ厚とした以外は実施例１と同様の材料と方法で行って３層型の回折光学素子を得た。

形成した樹脂層の各３層の弾性率を測定した結果は、第１の樹脂層が２．６ＧＰａ、第２の樹脂層が２．４ＧＰａ、第３の樹脂層が１．５ＧＰａであり、弾性率の関係は第１の樹脂層＞第２の樹脂層＞第３の樹脂層であった。また、各層間での弾性率の差は第１の樹脂層と第２の樹脂層では０．２ＧＰａ、第２の樹脂層と第３の樹脂層では０．９ＧＰａとなり、第１の樹脂層と第２の樹脂層の差よりも、第２の樹脂層と第３の樹脂層との差の方が大きくなった。

この回折光学素子の透過波面をレーザー干渉計により測定したところ、素子中心の透過波面位相ずれは第一輪帯で最大値０．０３λを示した。この回折光学素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、ボケ像には同心円状の縞模様や中心の輝点は見られず、回折光学素子を搭載していないレンズで撮影したボケ像と同様の結果が得られた。

上記で作製した素子を半分に切断した断面から各層の反射率測定を行い、その結果から屈折率を算出した。第１の樹脂層は１．５６、第２の樹脂層は１．６０、第３の樹脂層は１．６２であり、第２の樹脂層と第３の樹脂層の屈折率差は０．０２と小さいものであった。更にこの素子の面精度を測定したところ、光学有効部内でアス０．３５本、クセ０．４２本であった。

この回折光学素子を低温（－４０℃）試験槽に投入し、経過観察をする耐久試験を行ったところ、１ヶ月経過しても割れなどの不良は発生しなかった。また、耐久試験後の素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、耐久試験前と同様の結果が得られた。

（実施例３）
実施例３の回折光学素子について以下に説明する。実施例１と異なる点について記載し、その他の点は実施例１と同様にして回折光学素子を製造した。

基材１には、硝材（株式会社オハラ製、商品名：Ｓ－ＬＡＭ）を球面形状に加工（レプリカ成形面は曲率半径Ｒ２００で凹形状、反対側の面はＲ１００に設計）したφ６５ｍｍのものを用いた。

次いで、第１の材料としてチオール基を有するアクリレートを主成分としたものに実施例１と同じ光反応開始剤を添加した紫外線硬化型樹脂を用意した。１５０ｍｇを基材に滴下した。その後、実施例１と同様に基材１と型７とに挟まれた空間にある樹脂を光学有効部外まで押し拡げた。

その状態で、加圧用ガラスと基材１を通して樹脂材料に紫外線を照射して、基材１と樹脂を一体化させた。紫外線の照射には実施例１と同じ紫外線照射装置を使用し、その照射量は５Ｊ／ｃｍ^２とした。照射終了後に格子の成形された樹脂と一体化した基材１を離型して同心円状の回折格子形状を有する第１の樹脂層が形成された第１の成形レンズ１０を得た。

次いで、第２の材料としてフルオレン骨格を有するアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（ジフェニル（２，４，６－トリメチルベンゾイル）－ホスフィンオキシド）を添加した紫外線硬化型樹脂を用意した。この材料を上記で得た第１の成形レンズに１０ｍｇ滴下した。また、必要樹脂量の残りに相当する２４０ｍｇを型１２に滴下した。その後は実施例１と同様にして第２の成形レンズを作製した。

次いで、第３の材料として、脂肪族ウレタンアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）とチオールを５％添加した紫外線硬化型樹脂を用意した。この材料１００ｍｇを第２の成形レンズおよび第２の成形レンズと貼り合せる基材２に滴下した。基材２は、硝材（株式会社オハラ製、商品名：Ｓ－ＦＰＬ）を球面形状に加工（レプリカ成形面は曲率半径Ｒ２００で凸形状、反対側の面はＲ８０に設計）したφ６０ｍｍのものを用いた。その後は、ＳＵＳ製スペーサーの厚さが８０μｍである点、および紫外線の照射量は２０Ｊ／ｃｍ^２とした点以外は、実施例１と同様とした。

実施例１と同様に形成した樹脂層の各３層の弾性率を測定した。結果は、第１の樹脂層が１．８ＧＰａ、第２の樹脂層が２．９ＧＰａ、第３の樹脂層が０．３ＧＰａであり、弾性率の関係は第２の樹脂層＞第１の樹脂層＞第３の樹脂層となった。また、各層間での弾性率差は第１の樹脂層と第２の樹脂層との間では１．１ＧＰａ、第２の樹脂層と第３の樹脂層との間では２．６ＧＰａとなり、第１の樹脂層と第２の樹脂層の差よりも第２の樹脂層と第３の樹脂層との差の方が大きくなった。

この回折光学素子の透過波面をレーザー干渉計により測定したところ、素子中心の透過波面位相ずれは第一輪帯で最大値０．０４λを示した。素子は回折レンズとして、１次回折光が焦点を結ぶように設計した。実施例１と同様に、素子の透過波面を計測して、その輪帯内の位相ずれおよび輪帯間の位相ずれを算出した。なお、干渉計の計測波長λは６３２．８ｎｍである。この回折光学素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、ボケ像には同心円状の縞模様や中心の輝点は見られず、回折光学素子を搭載していないレンズで撮影したボケ像と同様の結果が得られた。

上記で作製した素子を半分に切断した断面から各層の反射率測定を行った。その結果から屈折率を算出したところ、第１の樹脂層は１．６２、第２の樹脂層は１．５９、第３の樹脂層は１．５８であり、第２の樹脂層と第３の樹脂層の屈折率差は０．０１と小さいものであった。更にこの素子の面精度を同じくレーザー干渉計で測定したところ、光学有効部内でアス０．４５本、クセ０．４５本であった。

この回折光学素子を低温（－４０℃）試験槽に投入し、経過観察をする耐久試験を行ったところ、１ヶ月経過しても割れなどの不良は発生しなかった。また、耐久試験後の素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、耐久試験前と同様の結果が得られた。

（比較例１）
比較例１の回折光学素子について以下に説明する。実施例１と異なる点について記載し、その他の点は実施例１と同様にして回折光学素子を製造した。

実施例１と同様の材料と方法で第１の成形レンズを作製した。

次いで、第２の材料として、ウレタン変性ポリエステルアクリレートを主成分としたものに光反応開始剤（日本チバガイギー株式会社製、商品名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４）を添加したものを用意した。これらに二酸化ジルコニア微粒子を分散させた紫外線硬化型樹脂材料を実施例１と同じディスペンサーを使用して、上記で得た第１の成形レンズに１０ｍｇ滴下した。また、同じディスペンサーを使用して必要樹脂量の残りに相当する１８０ｍｇを型に滴下した。その後は実施例１と同様にして第２の成形レンズを作製した。

第３の材料は第２の材料と同一のものを使用した。第３の材料１６５ｍｇを実施例１と同じディスペンサーを使用して第２の成形レンズおよび第２の成形レンズと貼り合せる基材２に滴下した。基材２は、実施例１と同一の硝材と球面形状に加工（レプリカ成形面は曲率半径Ｒ２００で凸形状、反対側の面はＲ８０に設計）したものを用いた。基材１の時と同様にレプリカを形成する側の面には樹脂との密着性を高める目的でカップリング処理を施した。また、反対側の面にはＳｉＯ_２とＳｉＯで構成される反射防止膜を成膜している。その後、実施例１と同様の方法で３層型の回折光学素子を得た。紫外線照射装置は上記と同様のＵＬ７５０を使用し、紫外線の照射量は３２Ｊ／ｃｍ^２とした。

形成した樹脂層の各３層の弾性率を測定した。結果は、第１の樹脂層が２．８ＧＰａ、第２および第３の樹脂層が６．３ＧＰａであり、弾性率の関係は第３の樹脂層＝第２の樹脂層＞第１の樹脂層となった。また、第１の樹脂層と第２の樹脂層との弾性率差、および第２の樹脂層と第３の樹脂層との弾性率差は、同一の３．５ＧＰａであった。

この回折光学素子の透過波面をレーザー干渉計により測定したところ、素子中心の透過波面位相ずれは第一輪帯で最大値０．０３λを示した。素子は回折レンズとして、１次回折光が焦点を結ぶように設計した。実施例１と同じ干渉計を用いて、素子の透過波面を計測して、その輪帯内の位相ずれおよび輪帯間の位相ずれを算出した。なお、干渉計の計測波長λは６３２．８ｎｍである。この回折光学素子を搭載したレンズでボケ像写真を撮影したところ、ボケ像には同心円状の縞模様や中心の輝点は見られず、回折光学素子を搭載していないレンズで撮影したボケ像と同様の結果が得られた。

上記で作製した素子を半分に切断した断面から各層の反射率測定を行い、その結果から屈折率を算出したところ、第１の樹脂層は１．５７、第２の樹脂層および第３の樹脂層は１．６２であり、第２の樹脂層と第３の樹脂層の屈折率差は同一材料なので０であった。更にこの素子の面精度を同じくレーザー干渉計で測定したところ、光学有効部内でアス０．３５本、クセ０．４５本であった。初期の光学性能としては、何ら問題の無い回折光学素子が作製されていた。

この回折光学素子を低温（－４０℃）試験槽に投入し、経過観察をする耐久試験を行ったところ、１０日後に取り出した時には素子全面で樹脂層に割れが発生していた。この素子を切断して割れの発生した領域をＳＥＭ観察したところ、第２の樹脂層および第３の樹脂層の樹脂が割れていることが確認された。

以上、表１に実施例１から３と比較例１の結果をまとめた。

１ 第１の基材
２ 第２の基材
３ 第１の樹脂層
４ 第２の樹脂層
５ 第３の樹脂層
６ 第１の材料
７ 第１の型
８ 加圧用ガラス
９ 紫外線照射光源
１０ 第１の成形レンズ
１１ 第２の材料
１２ 第２の型
１３ 第２の成形レンズ
１４ 第３の材料
２０ ３層型回折光学素子
１０１ 第１の基材
１０２ 第２の基材
１０３ 第１の樹脂層
１０４ 第２の樹脂層
２０１ 第１の基材
２０２ 第２の基材
２０３ 第１の樹脂層
２０４ 第２の樹脂層
２０５ 第３の樹脂層
３００ 一眼レフデジタルカメラ
３１０ レンズ鏡筒
３１１、３１２ レンズ
３１３ 内筒
３２０ カメラ本体
３２１ 撮像素子

Claims (12)

1. 第１の基材と、第１の樹脂層と、第２の樹脂層と、第３の樹脂層および第２の基材と、が順に積層され、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面に回折格子を有する回折光学素子であって、
   前記第３の樹脂層の弾性率は、前記第１の樹脂層の弾性率および前記第２の樹脂層の弾性率よりも小さく、
   前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の弾性率の差は、前記第２の樹脂層と前記第３の樹脂層の弾性率の差よりも小さい、
   ことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記第２の樹脂層の弾性率が前記第１の樹脂層の弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 前記第１の樹脂層および／または第２の樹脂層の材料にアクリレート系樹脂を用い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. 前記第３の樹脂層の弾性率が、前記第１の樹脂層および／または第２の樹脂層の弾性率の１／２以下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３の樹脂層の弾性率が１．５ＧＰａ以下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. 前記第３の樹脂層と前記第２の樹脂層の屈折率の差が０．０５以下であ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. 前記第３の樹脂層の材料にアクリレート系樹脂を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
8. 前記第１の樹脂層の前記第１基材に接していない部分は、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乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子。
9. 第１の基材と、第１の樹脂層と、第２の樹脂層と、第３の樹脂層および第２の基材と、が順に積層され、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面に回折格子を有する回折光学素子の製造方法であって、
   回折格子の形状を反転した形状を有する第１の型と前記第１の基材との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第１の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第１の材料を硬化させ、前記第１の基材上前記第１の樹脂層を形成する工程と、
   第２の型と前記第１の樹脂層との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第２の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第２の材料を硬化させ、前記第１の樹脂層との界面に回折格子を有する第２の樹脂層を形成する工程と、
   前記第２の基材と前記第２の樹脂層との間に、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む第３の材料を設け、熱または光エネルギーを与えて前記第３の材料を硬化させ、前記第２の基材と前記第２の樹脂層との間に前記第３の樹脂層を形成する工程と、
   を有し、
   前記第３の樹脂層は、前記第１の樹脂層の弾性率および前記第２の樹脂層の弾性率よりも小さく、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の弾性率の差に対し前記第２の樹脂層と前記第３の樹脂層の弾性率の差が小さくなるように形成することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
10. 筐体と、該筐体内に複数のレンズを有する光学系を備える光学機器であって、
    前記複数のレンズの少なくとも１つが請求項１乃至８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。
11. 筐体と、該筐体内に複数のレンズを有する光学系と、該光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を備える撮像装置であって、
    前記複数のレンズの少なくとも１つが請求項１乃至８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撮像装置。
12. 前記撮像装置がカメラである請求項１１に記載の撮像装置。

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