JP4697584B2

JP4697584B2 - 回折光学素子及び回折光学素子の製造方法

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Publication number: JP4697584B2
Application number: JP2005062710A
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Inventors: 一政田中
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Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2011-06-08
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Description

本発明は、回折光学素子及びその製造方法に関し、より詳しくは、写真用光学系、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡等で用いる複数の波長あるいは帯域で使用する回折光学素子及びその製造方法に関する。

従来、光学系の色収差を低減させる方法の一つとして、レンズ面やあるいは光学系のレンズ面以外の部分に回折作用を有する回折光学素子を設ける方法が知られている。

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、色収差を低減させるため、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、互いに異なる材料である２種類の回折光学素子要素から構成され、同一の回折格子溝で密着している、いわゆる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）。
特開平９−１２７３２１号公報

上記のような密着複層型の回折光学素子を製造方法のひとつとして、転写性及び量産性に優れた、レプリカ成形がある。レプリカ成形は、基板上に滴下した光硬化樹脂に、所望の回折光学溝の反転形状を有する金型を押し当て、光源からの光を照射して硬化させ、基板及び金型を取り外して、光学素子の成形を行う技術である。

このようなレプリカ成形技術を用いて密着複層型の回折光学素子を製造する場合は、例えば、該回折光学素子を構成する材料として互いに異なる第１の紫外線硬化樹脂及び第２の紫外線硬化樹脂を用意し、まず、基板上に滴下した第１の紫外線硬化樹脂に、所望の回折光学溝の反転形状を有する金型を押し当て、紫外線を照射して硬化させ、金型を取り外して、第１の回折光学素子要素の成形を行う。続いて、第１の回折光学素子要素の回折格子溝が形成された面上に第２の紫外線硬化樹脂を滴下する。そして、この滴下した第２の紫外線硬化樹脂に、面形成用の金型を押し当て、紫外線を照射して硬化させ、面形成用の金型を取り外して、第２の回折光学素子要素の成形を行い、第１の紫外線硬化樹脂と第２の紫外線硬化樹脂とが同一の回折格子溝で密着接合した回折光学素子が完成する。

ところで、上記のレプリカ成形技術を用いた製造方法では、第２の紫外線硬化樹脂を硬化させるための紫外線照射を、第１の紫外線硬化樹脂側から行っている。一般に、紫外線硬化樹脂など光によって硬化させる樹脂は光の内部透過率が低いため、光硬化樹脂の厚さが厚い部分は透過率が低くなってしまう。特に、その傾向は短波長領域において顕著である。

このため、上記のように、第２の紫外線硬化樹脂への紫外線照射を第１の紫外線硬化樹脂を通して行うと、第１の紫外線硬化樹脂の表面に形成された回折格子溝の凹凸により、第２の紫外線硬化樹脂の層内部に光強度の傾斜を生じて、硬化収縮量の差を招き、該第２の紫外線硬化樹脂の表面に微小な凹凸、いわゆる浮きが発生する。この微小な凹凸である浮きは、回折格子溝の凹凸に起因しているために周期性を有し、ある程度の回折格子としての作用を持つ。これにより、レプリカ成形技術を用いて製作された回折光学素子では、本来の第１と第２の紫外線硬化樹脂層の境界面以外に、第２の紫外線硬化樹脂の表面にも回折格子を有することになり、所望の光学性能とはかけ離れたものになるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、構成材料の内部透過率及び境界面に形成された回折格子溝に起因する成形誤差（浮き）を軽減し、成形品の転写性を向上させることができる回折光学素子及び回折光学素子の製造方法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、紫外線を透過させる材料から作られるとともに表面に回折格子溝を有する第１の要素と、前記紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂材料から作られ、前記第１の要素の前記回折格子溝に密着接合して設けられた第２の要素とを有し、前記第１の要素における前記回折格子溝が形成された表面に、液状の前記紫外線硬化樹脂材料を設け、前記第１の要素を通して前記紫外線硬化樹脂材料に前記紫外線を照射して硬化させて前記第２の要素を前記第１の要素に密着接合させて作られる回折光学素子であって、前記回折格子溝の高さをＨ（単位：μｍ）とし、前記紫外線の波長における、前記第１の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ１、前記第２の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ２としたとき、式０．９９０≦（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}≦１．０１０の条件を満足することを特徴とする。

また、前記第１の要素を通して前記第２の要素を硬化させる前記光が紫外線であることが好ましく、さらに、この紫外線はｉ線であることが好ましい。
なお、前記第１の要素が紫外線硬化樹脂製であることが好ましい。

本発明の回折光学素子の製造方法は、紫外線を透過させる材料から作られる第１の要素に、前記材料が液体の状態で回折格子溝の反転形状が形成された型を押しつけて表面に前記回折格子溝を形成する工程と、前記型を押しつけて表面に前記回折格子溝を形成した状態の前記第１の要素を硬化させる工程と、硬化された前記第１の要素を前記型から取り外す工程と、前記第１の要素における前記回折格子溝が形成された表面に、前記紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂材料を溶融状態で設ける工程と、前記第１の要素を介して前記紫外線硬化樹脂材料に前記紫外線を照射して硬化させ、前記第１の要素の前記回折格子溝に密着接合した第２の要素を作る工程とを有し、前記回折格子溝の高さをＨ（単位：μｍ）とし、前記紫外線の波長における、前記第１の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ１、前記第２の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ２としたとき、式０．９９０≦（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}≦１．０１０の条件を満足する。

なお、前記第１の要素を通して前記第２の要素を硬化させる前記光が紫外線であることが好ましく、さらに、前記紫外線がｉ線であることが好ましい。

以上説明したように、本発明に係る回折光学素子によれば、第１の要素と第２の要素の境界面に形成された回折格子溝に起因する、第２の要素における表面（回折格子溝が形成された面とは反対の面）に発生する浮きを低減できるため、第１の要素と第２の要素（紫外線硬化樹脂）との境界面に形成された本来の回折格子溝以外での光の回折を低減して、所望の光学性能を良好に達成することができる。

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図を示すものであり、密着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、互いに異なる材質からなる第１の要素１０と第２の要素２０とが密着接合され、これら要素１０，２０は同一の回折格子溝３０で接する形状を有している。なお、少なくとも第２の要素２０は、例えば水銀のｉ線に代表されるような紫外線で硬化するような、光硬化樹脂製である。

本発明の回折光学素子１を構成する第１の要素１０及び第２の要素２０は、それぞれ紫外線硬化樹脂であることが好ましい。このような構成とすることで、本発明の回折光学素子１は、金型に材料を滴下して、紫外線を照射し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ため、効率よく量産できる。また、第１の要素１０と第２の要素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。

ところで、本発明の回折光学素子１は、製造する際に、第１の要素１０に形成された回折格子溝３０上に第２の要素２０を滴下し、図１に示すように紫外線ＵＶを第１の要素１０を通して第２の要素２０に照射して硬化させる（詳しい製造方法については後述する）。このとき、第１の要素１０の内部透過率と第２の要素２０の内部透過率との違い及び回折格子溝３０の凹凸に起因して、第２の要素２０の層内部に光強度の傾斜が生じる（図２（Ａ），図３（Ｂ）参照）。このような層内部の光強度の傾斜は、樹脂の硬化収縮量の差を招き、該第２の要素２０の表面に微小な凹凸、いわゆる浮きＤを発生させる。

例えば、第１の要素１０における内部透過率をＴ１とし、第２の要素２０における内部透過率をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２のとき、第２の要素２０では、層内部で図２（Ａ）に示す光強度分布等高線のような光強度の傾斜が生じて、表面に図２（Ｂ）に示すような回折光学溝の凹凸と同じ向きの浮きＤが現れる。また、Ｔ１＜Ｔ２のとき、第２の要素２０では、層内部で図３（Ａ）に示す光強度分布等高線のような光強度の傾斜が生じて、表面に図３（Ｂ）に示すような回折光学溝の凹凸と逆向きの浮きＤが現れる。

浮きＤは、回折格子溝３０の形状に起因するために微小な凹凸が周期的に繰り返される構造を有しており、ある程度の回折作用を持つ。このため、浮きＤが発生する回折光学素子１では、本来の（第１の要素１０と第２の要素２０との境界面に形成された）回折格子溝３０以外に、第２の要素２０の表面にも回折構造を持つことになり、所望の光学性能とはかけ離れたものになってしまう。よって、良好な光学性能を得るためには、できるだけ浮きＤを抑える必要がある。

ここで、上記の浮きＤについて定量的に説明する。図１に示すように、第２の要素２０に表面における（回折格子溝３０の山部分ａ１の延長線上にある）第２の要素２０の厚さが最も薄いＡ点，（回折格子溝３０の谷部分ｂ１の延長線上にある）第２の要素２０の厚さが最も厚いＢ点における光強度ＩＡ，ＩＢを求める。

第２の要素２０の表面におけるＡ点，Ｂ点の光強度ＩＡ，ＩＢは、回折格子溝の高さをＨ（μｍ）とし、第２の要素２０の厚みをＬ（μｍ）とし、第１の要素１０における１０ｍｍあたりの紫外線（例えば水銀のｉ線：λ＝３６５．０ｎｍ）内部透過率をＴ１とし、第２の要素における１０ｍｍあたりの紫外線（例えば水銀のｉ線）内部透過率をＴ２とし、第１の要素１０の下面側から入射する光強度を１．０とすると、次式（１），（２）でそれぞれ表せる。

（数１）
ＩＡ＝Ｔ１^{（Ｈ／１００００）}×Ｔ２^{（Ｌ／１００００）} …（１）
ＩＢ＝Ｔ２^{（（Ｌ＋Ｈ）／１００００）} …（２）

よって、Ａ点，Ｂ点での光強度比ＩＢ／ＩＡは、次式（３）で表せる。

（数２）
ＩＢ／ＩＡ＝（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）} …（３）

上記したように、浮きＤは、条件式（１）で示すＡ点の光強度ＩＡと、条件式（２）で示すＢ点での光強度ＩＢの違いにより、第２の要素２０の層内部で硬化収縮量に差が生じて、発生するものである。したがって、浮きＤの発生を抑えるためには、Ａ点，Ｂ点における光強度ＩＡ，ＩＢの違いができるだけ小さくなるように、条件式（３）の範囲を設定する必要がある。

そこで、本発明者は種々の実験検討を重ねて、浮きＤによる回折作用の影響を受けず、良好な光学性能が得ることができる条件を見出した。すなわち、本発明の回折光学素子１においては、該第２の要素２０を第１の要素１０を通したｉ線で硬化させる場合、回折格子溝３０の高さをＨとし、第１の要素１０のｉ線での内部透過率をＴ１とし、第２の要素２０のｉ線での内部透過率をＴ２としたとき、次式（４）を満足するように構成するのが望ましい。

（数３）
０．９９０≦ＩＢ／ＩＡ≦１．０１０ …（４）

上記の条件式（４）は、式（３）を参照して、次式（５）のように書くことができる。

（数４）
０．９９０≦（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}≦１．０１０ …（５）

上記条件式（５）を満足するような内部透過率Ｔ１，Ｔ２を有する材料で本発明の回折光学素子１を構成すれば、第１の要素１０の層内部を通り回折格子溝３０を経て、第２の要素２０の表面に到達する光（紫外線）の強度の差がＡ点とＢ点で小さくなるため、Ａ点とＢ点での樹脂の硬化収縮量の差も小さくなり、第２の要素２０の表面に発生する浮きＤが小さくなる。その結果、本回折光学素子１は、この浮きＤにより発生する回折有害光の発生を防止でき、良好な光学性能を得ることが可能となる。なお、条件式（５）の上限値を上回ったり或いは下限値を下回ったりすると、第２の要素２０の表面に発生する浮きＤが大きくなり、浮きＤの大きさが回折光学素子を使用するときの光の波長に近づくにつれて、本来の回折格子溝３０に加えて浮きＤの光の回折の影響が無視できなくなるため、フレアが発生し、所望の回折光学素子の性能からはかけ離れたものになる。

また、本発明は、第１の要素１０の内部透過率Ｔ１と、第２の要素２０の内部透過率Ｔ２とがほぼ等しいことが望ましい（但し、上記したように、本発明の回折光学素子１を構成する第１の要素１０と第２の要素２０は互いに異なる材質である。よって、第１の要素１０と第２の要素２０の材質には、内部透過率Ｔ１とＴ２はほぼ等しいが、例えば、屈折率ｎ１とｎ２が異なるものを選定している）。この条件を満足することで、第１の要素１０の層内部を通り回折格子溝３０を経て、第２の要素２０の表面に到達する光の強度がＡ点とＢ点でほぼ均一となるため、Ａ点とＢ点での樹脂の硬化収縮量もほぼ均一となり、第２の要素２０の表面に形成される浮きＤの発生を抑えることができる。よって、所望の光学性能を有する回折光学素子１を得ることが可能となる。

以下に、本発明に係る回折光学素子１（本実施形態では円盤状とする）の製造手順について説明する。なお、ここでは、第１の要素１０を第１の紫外線硬化樹脂１０と称し、第２の要素２０を第２の紫外線硬化樹脂２０と称する。

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、所定の面を予め形成してある基板ガラス６０（但し、後述する紫外線ＵＶを透過する材料）とを用意する。また、十分に加熱され可塑性を有した第１の紫外線硬化樹脂１０´を用意する。第１の紫外線硬化樹脂１０´には、後述の実施例１〜実施例８に示す内部透過率Ｔ１を有するものを用いるのが好ましい。

次に、基板ガラス６０上に、十分に加熱され可塑性を有した上記第１の紫外線硬化樹脂１０´を滴下する（図４（Ａ）参照）。そして、滴下した第１の紫外線硬化樹脂１０´に所望の回折格子溝３０の反転形状が形成された第１の金型５０を押し当てる（図４（Ｂ）参照）。さらに、基板ガラス６０側から紫外線ＵＶを照射することで、第１の紫外線硬化樹脂１０´を硬化させる（図４（Ｃ）参照）。そして、硬化させた第１の紫外線硬化樹脂１０´を第１の金型５０及び基板ガラス６０より取り外す（図４（Ｄ）参照）。これにより、第１の金型５０に形成されていた回折格子溝３０の形状が、第１の紫外線硬化樹脂１０´に転写され、第１の回折光学素子１０が形成される。

続いて、上記のようにして作成された第１の回折光学素子１０の回折格子溝３０が形成された面上に、液状の第２の紫外線硬化樹脂２０´を適量滴下する（図４（Ｅ）参照）。この第２の紫外線硬化樹脂２０´には、後述の実施例１〜実施例８に示す内部透過率Ｔ２を有するものを用いるのが好ましい。滴下された第２の紫外線硬化樹脂２０´において、回折格子溝３０が形成される面とは反対側の面に、面形成用の第２の金型７０を押し当てる（図４（Ｆ）参照）。さらに、紫外線ＵＶを照射することで、第２の紫外線硬化樹脂２０´を硬化させる（図４（Ｇ）参照）。これにより、第１の回折光学素子１０に密着接合された第２の回折光学素子２０が形成される。最後に、面形成用の第２の金型７０を取り外せば、第１の回折光学素子（第１の紫外線硬化樹脂）１０と第２の回折光学素子（第２の紫外線硬化樹脂）２０とから構成される、本発明に係る密着複層型の回折光学素子１が完成する（図４（Ｈ）参照）。

なお、本発明の回折光学素子１は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記において、第１の要素（回折光学素子）１０は、紫外線硬化樹脂であり紫外線を照射することで硬化させる工程としたが、熱硬化樹脂として熱で硬化させる工程等、他の成型方法による工程としても構わない。また、回折格子溝３０の形状は、図１に示すように鋸歯状であったが、例えば、図５（Ａ）に示すような同心円状に形成してもよい（図５（Ａ）では第２の要素２０は不図示）。

また、本回折光学素子１は、回折格子溝３０を図１に示すような平面状ではなく、曲面に形成してもよい。すなわち、回折格子溝３０を凸の形状を有する曲面上に形成しても、凹の形状を有する曲面上に形成してもよい。

さらに、本発明の回折光学素子１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５（Ｂ），（Ｃ）に示すようにレンズ状であってもよい。

ここで、本発明の回折光学素子に係る実施例１〜１６及び参考例１〜８を示して、条件式（５）の上限値及び下限値を限定した理由について説明する。実施例１〜１６及び参考例１〜８では、本発明に係る回折光学素子１において、第２要素２０を第１要素１０を通したｉ線（λ＝３６５．０ｎｍ）又はｈ線（λ＝４０４．７ｎｍ）で硬化させ、第１要素１０のｉ線又はｈ線での内部透過率Ｔ１及びｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）の屈折率ｎ１と、第２の要素２０のｉ線又はｈ線での内部透過率Ｔ２及びｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）の屈折率ｎ２との組み合わせを変えて、条件式（５）に対応する値及び発生する浮きＤの大きさ（図２（Ｂ），図３（Ｂ）参照）を導出した。表１には、実施例１〜８及び参考例１，２において用いた回折光学素子１を構成する第１の要素１０のｉ線での内部透過率Ｔ１及びｄ線の屈折率ｎ１と、第２の要素２０のｉ線での内部透過率Ｔ２及びｄ線の屈折率ｎ２とを示す。また、表２には、実施例１〜８及び参考例１，２における条件式（５）に対応する値と、発生した浮きＤの大きさと、光学性能を判定した結果を示す。ここで、回折格子溝の高さＨは、Ｈ＝５０μｍを使用している。

表３には、実施例９〜１４及び参考例３〜６において用いた回折光学素子１を構成する第１の要素１０のｉ線での内部透過率Ｔ１及びｄ線の屈折率ｎ１と、第２の要素２０のｉ線での内部透過率Ｔ２及びｄ線の屈折率ｎ２とを示す。また、表４、には、実施例１〜６及び参考例１〜４における条件式（５）に対応する値と、発生した浮きＤの大きさと、光学性能を判定した結果を示す。ここで、回折格子溝の高さＨは、Ｈ＝７５μｍを使用している。

表５には、実施例１５，１６及び参考例７，８において用いた回折光学素子１を構成する第１の要素１０のｈ線での内部透過率Ｔ１及びｄ線の屈折率ｎ１と、第２の要素２０のｈ線での内部透過率Ｔ２及びｄ線の屈折率ｎ２とを示す。また、表６、には、実施例１５，１６及び参考例７，８における条件式（５）に対応する値と、発生した浮きＤの大きさと、光学性能を判定した結果を示す。ここで、回折格子溝の高さＨは、Ｈ＝１５０μｍを使用している。

なお、表２、表４及び表６における光学性能は、発生したフレアの有無で判定しており、フレアの発生が大変良好に抑えられているものについては◎、良好に抑えられているものについては○、抑えられていないものについては×を付している。

（表１）（ｉ線：λ＝３６５．０ｎｍ）
第１の要素第２の要素
内部透過率Ｔ１（屈折率ｎ１）内部透過率Ｔ２（屈折率ｎ２）
参考例１： 0.1468 1.553 0.0053 1.530
実施例１： 0.0280 1.553 0.0053 1.530
実施例２： 0.0155 1.553 0.0053 1.530
実施例３： 0.1468 1.553 0.0533 1.530
実施例４： 0.0053 1.553 0.0053 1.530
実施例５： 0.0053 1.530 0.0053 1.553
実施例６： 0.0533 1.530 0.1468 1.553
実施例７： 0.0053 1.530 0.0155 1.553
実施例８： 0.0053 1.530 0.0280 1.553
参考例２： 0.0053 1.530 0.1468 1.553

（表２）（ｉ線：λ＝３６５．０ｎｍ）（Ｈ＝５０μｍ）
（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}浮きＤ（μｍ）光学性能
参考例１： 0.9835 0.030 ×（フレア大）
実施例１： 0.9917 0.015 ○（フレア微小）
実施例２： 0.9946 0.010 ○（フレア微小）
実施例３： 0.9949 0.010 ○（フレア微小）
実施例４： 1.0000 0.000 ◎（フレアなし）
実施例５： 1.0000 0.000 ◎（フレアなし）
実施例６： 1.0051 0.010 ○（フレア微小）
実施例７： 1.0054 0.010 ○（フレア微小）
実施例８： 1.0084 0.015 ○（フレア微小）
参考例２： 1.0167 0.030 ×（フレア大）

（表３）（ｉ線：λ＝３６５．０ｎｍ）
第１の要素第２の要素
内部透過率Ｔ１（屈折率ｎ１）内部透過率Ｔ２（屈折率ｎ２）
参考例３： 0.1468 1.553 0.0053 1.530
参考例４： 0.0280 1.553 0.0053 1.530
実施例９： 0.0155 1.553 0.0053 1.530
実施例１０： 0.1468 1.553 0.0533 1.530
実施例１１： 0.0053 1.553 0.0053 1.530
実施例１２： 0.0053 1.530 0.0053 1.553
実施例１３： 0.0533 1.530 0.1468 1.553
実施例１４： 0.0053 1.530 0.0155 1.553
参考例５： 0.0053 1.530 0.0280 1.553
参考例６： 0.0053 1.530 0.1468 1.553

（表４）（ｉ線：λ＝３６５．０ｎｍ）（Ｈ＝７５μｍ）
（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）} 浮きＤ（μｍ）光学性能
参考例３： 0.9754 0.042 ×（フレア大）
参考例４： 0.9876 0.021 ×（フレア大）
実施例９： 0.9920 0.014 ○（フレア微小）
実施例１０： 0.9924 0.014 ○（フレア微小）
実施例１１： 1.0000 0.000 ◎（フレアなし）
実施例１２： 1.0000 0.000 ◎（フレアなし）
実施例１３： 1.0076 0.014 ○（フレア微小）
実施例１４： 1.0081 0.014 ○（フレア微小）
参考例５： 1.0126 0.021 ×（フレア大）
参考例６： 1.0252 0.042 ×（フレア大）

（表５）（ｈ線：λ＝４０４．７ｎｍ）
第１の要素第２の要素
内部透過率Ｔ１（屈折率ｎ１）内部透過率Ｔ２（屈折率ｎ２）
参考例７： 0.9970 1.591 0.4049 1.554
実施例１５： 0.6058 1.530 0.4049 1.554
実施例１６： 0.4049 1.554 0.6058 1.530
参考例８： 0.4049 1.554 0.9970 1.591

（表６）（ｈ線：λ＝４０４．７ｎｍ）（Ｈ＝１５０μｍ）
（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）} 浮きＤ（μｍ）光学性能
参考例７： 0.9865 0.022 ×（フレア大）
実施例１５： 0.9940 0.010 ○（フレア微小）
実施例１６： 1.0061 0.010 ○（フレア微小）
参考例８： 1.0136 0.022 ×（フレア大）

上記の表１〜表６に示すように、参考例１〜８の回折光学素子ではそれぞれ浮きＤの大きさが０．０２１以上であり、フレアの発生が大きく、著しく光学性能が低下した。しかしながら、浮きＤの大きさが小さい実施例１〜１６の回折光学素子では（具体的には、発生した浮きＤの大きさは０．０００μｍ〜０．０１５μｍの範囲内であった）、フレアの発生が良好に抑えられ、所望の光学性能が得られた。フレアの発生は、浮きＤの大きさが回折光学素子を使用する時の光の波長に近づく程大きくなった。

このような結果に基づいて、条件式（５）の下限値を、表２（ｉ線、Ｈ＝５０μｍ）における、参考例１の条件式（５）の対応値０．９８３５（浮きＤの大きさは０．０３０）及び実施例１の条件式（５）の対応値０．９９１７（浮きＤの大きさは０．０１５）、表４（ｉ線、Ｈ＝７５μｍ）における、参考例４の条件式（５）の対応値０．９８７６（浮きＤの大きさは０．０２１）及び実施例９の条件式（５）の対応値０．９９２０（浮きＤの大きさは０．０１４）、表６（ｈ線、Ｈ＝１５０μｍ）における、参考例７の条件式（５）の対応値０．９８６５（浮きＤの大きさは０．０２２）及び実施例１５の条件式（５）の対応値０．９９４０（浮きＤの大きさは０．０１０）の結果に基づいて限定した。すなわち、条件式（５）の下限値を０．９９０とした。

また、条件式（５）の上限値を、表２（ｉ線、Ｈ＝５０μｍ）における、実施例８の条件式（５）の対応値１．００８４（浮きＤの大きさは０．０１５）及び参考例２の条件式（５）の値１．０１６７（浮きＤの大きさは０．０３０）、表４（ｉ線、Ｈ＝７５μｍ）における、実施例１４の条件式（５）の対応値１．００８１（浮きＤの大きさは０．０１４）及び参考例５の条件式（５）の値１．０１２６（浮きＤの大きさは０．０２１）、表６（ｈ線、Ｈ＝１５０μｍ）における、実施例１６の条件式（５）の対応値１．００６１（浮きＤの大きさは０．０１０）及び参考例８の条件式（５）の値１．０１３６（浮きＤの大きさは０．０２２）の結果に基づいて限定した。すなわち、条件式（５）の上限値を１．０１０とした。

なお、実施例では第２の要素を硬化させる光の例として、紫外線のｉ線（λ＝３６５．
０ｎｍ）と、可視光線のｈ線（λ＝４０４．７ｎｍ）とを示したが、前記以外の異な
る波長の光で硬化させる場合でも、その波長での内部透過率が条件式（５）を満足すれば
同等の効果が得られる。

以上のように、本発明者は、回折光学素子を構成する互いに異なる材料を選択するときには、光学設計の段階で、従来のように屈折率や分散だけでなく、内部透過率の差も調整した樹脂を用いることが望ましいことを見出した。

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。図２（Ａ）は第１の要素の内部透過率が第２の要素の内部透過率よりも高い場合における光強度分布等高線、図２（Ｂ）は第１の要素の内部透過率が第２の要素の内部透過率よりも高い場合における光照射による第２の要素の樹脂硬化の様子を示す概念図である。図３（Ａ）は第１の要素の内部透過率が第２の要素の内部透過率よりも低い場合における光強度分布等高線、図３（Ｂ）は第１の要素の内部透過率が第２の要素の内部透過率よりも低い場合における光照射による第２の要素の樹脂硬化の様子を示す概念図である。本発明の回折光学素子の製造工程を（Ａ）から（Ｈ）の順で示す図である。本発明の回折光学素子の変形例を示す図であり、図５（Ａ）は回折格子溝が同心円状に形成された場合であり、図５（Ｂ），（Ｃ）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。

符号の説明

１回折光学素子
１０第１の要素（紫外線硬化樹脂）
２０第２の要素（紫外線硬化樹脂）
３０回折格子溝
５０第１の金型
６０基板ガラス（基板）
７０面形成用の金型
ＵＶ紫外線

Claims

紫外線を透過させる材料から作られるとともに表面に回折格子溝を有する第１の要素と、
前記紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂材料から作られ、前記第１の要素の前記回折格子溝に密着接合して設けられた第２の要素とを有し、
前記第１の要素における前記回折格子溝が形成された表面に、液状の前記紫外線硬化樹脂材料を設け、前記第１の要素を通して前記紫外線硬化樹脂材料に前記紫外線を照射して硬化させて前記第２の要素を前記第１の要素に密着接合させて作られる回折光学素子であって、
前記回折格子溝の高さをＨ（単位：μｍ）とし、前記紫外線の波長における、前記第１の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ１、前記第２の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ２としたとき、式
０．９９０≦（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}≦１．０１０
の条件を満足することを特徴とする回折光学素子。
前記紫外線がｉ線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の要素が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の回折光学素子。
紫外線を透過させる材料から作られる第１の要素に、前記材料が液体の状態で回折格子溝の反転形状が形成された型を押しつけて表面に前記回折格子溝を形成する工程と、
前記型を押しつけて表面に前記回折格子溝を形成した状態の前記第１の要素を硬化させる工程と、
硬化された前記第１の要素を前記型から取り外す工程と、
前記第１の要素における前記回折格子溝が形成された表面に、前記紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂材料を液体の状態で設ける工程と、
前記第１の要素を介して前記紫外線硬化樹脂材料に前記紫外線を照射して硬化させ、前記第１の要素の前記回折格子溝に密着接合した第２の要素を作る工程とを有し、
前記回折格子溝の高さをＨ（単位：μｍ）とし、前記紫外線の波長における、前記第１の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ１、前記第２の要素の１０ｍｍ当たりの内部透過率をＴ２としたとき、式
０．９９０≦（Ｔ２／Ｔ１）^{（Ｈ／１００００）}≦１．０１０
の条件を満足することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
前記紫外線がｉ線であることを特徴とする請求項４に記載の回折光学素子の製造方法。