JPH11287904A

JPH11287904A - 回折光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11287904A
Application number: JP8863898A
Authority: JP
Inventors: Kunihisa Koo; 邦寿小尾
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】回折効率の波長依存性を低減させる回折光学
素子とすることにより、色むらやフレアをなくす。【解決手段】使用する波長帯域で実質的に透明である
光学材料からなる第１の層と、使用する波長帯域で実質
的に透明であるエネルギー硬化型樹脂からなる第２の層
とによって構成する。第１の層と第２の層の境界面にレ
リーフパターンを形成する。また、第１の層の屈折率お
よび第２の層の屈折率が一定の条件を満たすことによ
り、回折効率の波長依存性を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の波長で使用
する回折光学素子及び製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子、例えば集光作用を有する
回折レンズなどを用いる光学系では、屈折レンズを用い
る場合に比べて、以下のような特長を有している。回折レンズによって非球面波を容易に生成できるた
め、収差補正上、効果的である。回折レンズは、実質的に厚みを有していないため、光
学系をコンパクトにできると共に、設計の自由度を増大
させることができる。屈折レンズでの分散特性に相当する量が、回折レンズ
では逆の値となるため、色収差を効果的に補正すること
ができる。

【０００３】以上のような回折レンズの特長を利用し
て、光学系の性能を向上させることに関しては、例え
ば、ＢｉｎａｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｔｈｅｏｒ
ｙａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉＬｅｖ
ｅｌＤｉｆｆｒａｃｔＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅ
ｎｔ，ＧａｒｙＪ．Ｓｗａｓｏｎ，Ｔｅｃｈｉｃａｌ
Ｒｅｐｏｒｔ８５４，ＭＩＴ，ＬｉｎｃｏｌｎＬａ
ｂｏｒａｔｏｒｙ，Ａｕｇｕｓｔ１９８９．に詳しく
記述されている。

【０００４】次に、異なる光学材料の境界面にレリーフ
パターンを構成した従来の回折素子としては、特開平２
−４３５０３号公報に記載されている複合光学素子が開
示されている。また、特開平５−６６３７０号公報に
は、波長選択性の位相格子光学的ローパスフィルタが光
学材料として開示されている。一方、特開昭６４−６１
７２６号公報には、２種類の光学材料の屈折率差をゼロ
を中心にして制御する光変調装置が開示されている。さ
らに、特開平９−１２７３２１号公報には、回折効率の
波長依存を低減する２種類のガラスあるいはガラスと熱
可塑性プラスチックからなる回折光学素子が開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、回折
光学素子には従来の屈折素子が有していない多くの有用
な特長があるが、他方では、回折光学素子の回折効率が
波長に依存するため、以下に説明するような種々の問題
がある。

【０００６】例えば、光学系に適用する回折光学素子
は、レンズ素子として使用する場合が多いが、このよう
な用途では、複数の回折光（複数の焦点）が存在するこ
とが好ましくない。そこで、回折レンズにおいては、使
用する波長領域内で透明な基材を用い、この基材にレリ
ーフパターンを成形することがなされている。図１２
は、この回折レンズを示し、使用する波長領域内で透明
である基材９に、断面形状が鋸歯波状のレリーフパター
ン１０を形成することにより、特定次数の回折光にエネ
ルギーを集中させるようにしている。

【０００７】しかしながら、断面形状を図１２に示すよ
うに鋸歯波状に加工すると、その溝深さによってエネル
ギーを集中できる波長が異なるため、波長幅を有する帯
域光のエネルギーを特定次数の回折光に集中させること
ができなくなる。このような現象は、例えばレーザのよ
うな単色と見なせる光を利用する場合には問題とならな
いが、カメラのように白色光を利用する光学系において
は無視できない問題となる。

【０００８】また、回折光学素子の有用な特長の一つで
ある色収差補正効果を実現する場合には、使用する波長
が必然的に複数であるために、特定の波長光で回折効率
を最適化すると、その他の波長では回折効率が低下し、
特に、可視帯域光で撮像する撮像光学系に適用する場合
には、回折効率の波長依存特性によって、色むらや不要
次数光によるフレアが生じる問題がある。

【０００９】図１３は、図１２に示す回折光学素子にお
いて、基材９として硝材ＢＫ７を用い、レリーフパター
ン１０を波長λ＝５２０ｎｍにおいて１次回折効率が１
００％となるような溝深さで形成した場合の１次回折効
率の波長依存特性を示している。図１３から明らかなよ
うに、一般に可視波長領域と見なせるλ＝４００ｎｍか
らλ＝７００ｎｍにおいて、回折効率は最適化したλ＝
５２０ｎｍから離れるのに従って減少し、特に短波長領
域での低下が著しくなっている。このような所望次数に
おける回折効率の低下は、不要次数光の増加として、光
学系に悪影響を与える結果となる。

【００１０】特開平２−４３５０３号公報では、グレー
ティング層上面に平坦な保護層を形成して回折レンズを
積層することにより、個々の回折レンズのパワー負担を
減少させるようにしているが、上記の回折効率の波長依
存特性の問題および用いる光学材料の特性に関しては何
ら言及されておらず、本発明とその目的と技術的思想が
異なっている。

【００１１】また、特開平５−６６３７０号公報では、
確かにＧ波長において回折作用をなくすという一種の回
折効率の制御を行っているが、その周辺の波長における
回折作用、つまり回折効率の波長依存回折効率の波長依
存は、必ずしも最適に制御されているとは言えない。こ
れは、特開昭６４−６１７２６号公報に開示されている
ように、２種類の光学材料の屈折率差をゼロを中心にし
て制御する、一種のスイッチング素子を実現したものと
同一の思想の上に成り立っており、回折効率の波長依存
が最適に制御されているとはいえない。

【００１２】さらに、特開平９−１２７３２１号公報で
は、２種類の光学材料の特性を適切に選択することによ
り回折効率の波長依存を低減させている。しかし、構成
する材料の組み合わせが２種類のガラスあるいはガラス
と熱可塑性プラスチックであるために、それぞれの材料
へのレリーフパターンの形成方法や材料の積層方法或い
は要求を満たすガラスの製造方法など回折光学素子の製
造方法に多くの問題がある。

【００１３】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、回折効率の波長依存を低減し
て、色むらや不要次数光によるフレアの発生等を有効に
防止することができるように構成した回折光学素子及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回折光学素子は、使用する波長帯域で実質
的に透明である光学材料からなる第１の層と、使用する
波長帯域で実質的に透明であるエネルギー硬化型樹脂か
らなる第２の層とからなり、前記第１の層と第２の層の
境界面にレリーフパターンを有すると共に、第１の層の
屈折率ｎ₁（λ）および第２の層の屈折率ｎ₂（λ）が
数３を満たすことを特徴とする。

【００１５】

【数３】

【００１６】この回折光学素子を製造する本発明の方法
は、使用する波長帯域で実質的に透明である光学材料か
らなる第１層に対し、少なくとも一方の面にレリーフパ
ターンを有した成形型を精密プレスして、第１の層の少
なくとも一方の面にレリーフパターンを形成する工程
と、使用する波長帯域で実質的に透明であるエネルギー
硬化型樹脂を第１の層における前記レリーフパターンの
形成面に塗布して第２の層を形成する工程と、前記エネ
ルギー硬化型樹脂を所望の形状に硬化させる工程とから
なることを特徴とする。

【００１７】一般的に、断面を鋸歯波状に形成したレリ
ーフパターンは、図１に示すような位相シフト関数φ
（ｘ）で表すことができる。この関数φ（ｘ）は、レリ
ーフパターンの波面変調作用を特長づける関数であり、
その形状は図１に示すように、レリーフパターンの断面
形状と一致した周期関数となっている。ここで、位相シ
フト関数φ（ｘ）の振れ幅（位相振幅と記載する）ａを
用いることにより、図１に示す位相シフト関数φ（ｘ）
で表されるレリーフパターンのｍ次回折効率η_mは、数
４で与えられる。

【００１８】

【数４】

【００１９】（１）式において、位相振幅ａは、空気の
屈折率を１、基材の屈折率をｎ、溝深さをｄ、および光
の波長をλとして、数５で定義される量である。

【００２０】

【数５】

【００２１】ここで、最適化する波長λ₀でｍ₀次回折
効率が１００％となるように最適化した溝深さｄ₀は、
数６となる。

【００２２】

【数６】

【００２３】この結果を（２）式に用いることにより、
溝深さｄ₀における位相振幅ａは、数７のように表すこ
とができる。

【００２４】

【数７】

【００２５】（４）式は、ある定まった溝深さｄ₀に対
して位相振幅ａが波長に依存することを意味し、この位
相振幅ａの波長依存によって、（１）式から明らかなよ
うに、回折効率の波長依存が引き起こされる。図２は、
図１３に示した回折効率の波長依存特性に対応する位相
振幅ａ（λ）の波長依存特性を示している。

【００２６】この位相振幅の波長依存を、さらに詳しく
説明するために、（４）式から位相振幅の波長依存を決
定する要素Ｒ（λ）、Ｄ（λ）を数８のように定義す
る。

【００２７】

【数８】

【００２８】図３は、（５）式で定義したＲ（λ）、Ｄ
（λ）の位相振幅の波長依存特性を示している。図３か
ら明らかなように、Ｒ（λ）、Ｄ（λ）は、波長の増加
に伴ってともに単調に減少するが、その減少率はＲ
（λ）よりもＤ（λ）のほうが大きい。このことから、
位相振幅ａの波長依存は専らＤ（λ）に依存しており、
ひいてはレリーフパターンの回折効率の波長依存もＤ
（λ）に依存していると考えることができる。

【００２９】本発明者は、種々の実験検討により、特定
の条件下において、Ｒ（λ）がＤ（λ）の波長依存を打
ち消すように作用し、その結果、位相振幅の波長依存が
低減し、回折効率の波長依存特性を改善できることを見
いだした。

【００３０】すなわち、低融点ガラス等の光学材料から
なる第１の層と、エネルギー硬化型樹脂からなる第２の
層とからなり、第１の層と第２の層の境界面にレリーフ
パターンを形成する。このように構成すると、位相振幅
の波長依存は、数９のようになる。

【００３１】

【数９】

【００３２】さらに、この（６）式から、（５）式に相
当する位相振幅の波長依存を決定する要素Ｒ’（λ）、
Ｄ（λ）は、数１０で与えられる。ここでｎ₁（λ）お
よびｎ₂（λ）はそれぞれ光学材料およびエネルギー硬
化型樹脂の屈折率である。

【００３３】

【数１０】

【００３４】このように本発明では、従来、基材と空気
との屈折率の差を利用して構成していたレリーフパター
ンを、低融点ガラス等の光学材料およびエネルギー硬化
型樹脂のような異なる材料の屈折率の差を利用して構成
し、さらにその組み合わせを最適化することによって、
回折効率の波長依存を改善するものである。

【００３５】より具体的には、波長の増加に伴って単調
に減少する回折効率の波長依存の主因であるＤ（λ）に
対し、従来は（５）式で定義されるＲ（λ）も同様に波
長の増加に伴って単調に減少して、むしろ回折効率の波
長依存を増大させるように作用していたが、本発明で
は、低融点ガラス等の光学材料およびエネルギー硬化型
樹脂を、図４に示すように、両者の屈折率差ｎ₁（λ）
−ｎ₂（λ）が短波長側で小さく、長波長側で大きくな
るように選定する。

【００３６】これにより、図５で示すように（７）式で
示したＲ’（λ）が波長の増加に伴って単調に増加し
て、Ｄ（λ）の波長の増加に伴う単調減少を打ち消すよ
うに作用し、その結果、（６）式で示した位相振幅ａ
（λ）の波長依存が低減されて、回折効率の波長依存が
改善される。これは、レリーフパターンを形成した境界
面に接する低融点ガラス等の光学材料およびエネルギー
硬化型樹脂の屈折率ｎ₁（λ）、ｎ₂（λ）が、数１１
で示す条件を満足することである。

【００３７】

【数１１】

【００３８】なお、（８）式において、使用波長帯域の
下限（λ₁）および上限（λ₂）は、特に限定されるも
のではないが、実用的には、通常のカメラ等に用いられ
る可視光の波長領域に適用することから、λ₁＝４００
ｎｍ、λ₂＝７００ｎｍとするのが好適である。

【００３９】しかし、（８）式の条件から外れた２種類
の光学材料を選択すると、基材表面にレリーフパターン
を形成した従来の回折光学素子と比較して、回折効率の
波長依存が悪化する。例えば、低屈折率低分散の硝材で
あるＢＫ７と高屈折率高分散の樹脂であるＰＣ（ポリカ
ーボネイト）との境界面にレリーフパターンを形成する
と、その回折効率の波長依存は、図６の曲線Ｂで示すよ
うになり、従来の基材（ＢＫ７）表面にレリーフパター
ンを形成した回折光学素子における回折効率の波長依存
（曲線Ａ）と比較して悪くなる。なお、図６の曲線Ａお
よびＢは、それぞれレリーフの溝深さを、波長λ＝５２
０ｎｍで回折効率が１００％となるように設定した場合
の波長依存を示す。

【００４０】このように、（８）式の条件を満たさない
ような光学材料の組み合わせでは、むしろ回折効率の波
長依存が悪化する。従って、２種類の光学材料の境界面
にレリーフパターンを形成して、回折効率の波長依存を
向上させるためには、光学材料の組み合わせが重要な要
素となる。

【００４１】次に、本発明にかかる回折光学素子におけ
るレリーフパターンの溝深さについて説明する。本発明
において、低融点ガラス等の光学材料およびエネルギー
硬化型樹脂の境界面の断面を鋸歯波状に形成したレリー
フパターンの溝深さは、数１２で表される。これは、基
材表面にレリーフパターンを形成する場合の（３）式に
相当する溝深さであって、波長λ₀においてｍ₀次回折
効率が１００％となるように最適化した溝深さである。

【００４２】

【数１２】

【００４３】この溝深さは、従来の基材表面にレリーフ
パターンを形成する場合と比較して一般に深くなる。し
かし、溝深さが、レリーフパターンのピッチＴに対して
ある程度深くなると、回折効率の入射角依存が増大し
て、光学系への適用の際に問題となる場合があると共
に、回折効率の波長依存に関して、（１）式で示した関
係が不正確なものとなる。このように溝深さが深いレリ
ーフパターンは、一般に厚型格子と呼ばれる。

【００４４】本発明において、レリーフパターンの厚さ
を特徴づけるパラメータとしてのＱ値は、溝深さｄ、波
長λとして、数１３で表すことができる。

【００４５】

【数１３】

【００４６】ここで、一般に薄いレリーフパターンは、
Ｑ＜１の条件で分類されるので、この発明の回折光学素
子においても、その周期構造のピッチＴが、Ｑ＜１を満
たすように構成することが望ましく、数１４を満足する
ことが好ましい。

【００４７】

【数１４】

【００４８】本発明者による種々の実験検討によれば、
特にＱ＜０．１のときにレリーフパターンは薄型の性質
をよりよく表すことが確認された。このため、数１５を
満足するようにレリーフパターンを構成することが望ま
しい。

【００４９】

【数１５】

【００５０】次に、本発明の第２層に用いるエネルギー
硬化型樹脂について説明する。エネルギー硬化型樹脂
は、化２で表されるフルオレン誘導体を主成分として含
有している。

【００５１】

【化２】

【００５２】これらの誘導体は、分子中にフルオレン構
造を有しているため、屈折率が高く分散が大きいとい
う、従来の樹脂にはない特異な光学特性を備えている。
また、吸水率が小さいため、屈折率変化などの外部環境
の変化に対する光学特性の変化および寸法変化が小さく
耐環境性に優れる。さらに、硬化時の体積収縮率が小さ
いため、レリーフパターン形状および他の光学面に歪み
を生じさせることがなく、硬化した場合の表面硬度も高
いため、表面に傷が付きにくく、擦傷性にも優れてい
る。

【００５３】これらの誘導体は、融点が高く室温付近で
は固体あるいは高粘度の液体であるため、使用の際に
は、加熱したり、有機溶剤で希釈することによって粘度
を調整し、レリーフパターンの凹部に隙間なく塗布でき
る粘度とすることが好ましい。また本発明では、複数の
種類のフルオレン誘導体を混合してもよい。

【００５４】本発明の第１層に用いる光学材料について
説明する。光学材料は低融点ガラスがよい。このガラス
はガラス転移点が約５６０℃以下のガラスであり、成形
型を用いて精密プレスすることにより所望の形状を形成
できる。このため所望形状の第１の層を簡単にそして生
産性よく製造できる利点がある。このようなガラスはガ
ラスメーカー各社から提供されており、例えば、株式会
社オハラ製のＬ−ＬＡＬ１２、Ｌ−ＬＡＭ６９、Ｌ−Ｔ
ＩＭ２８およびＬ−ＢＳＭ１５などの硝材、住田光学株
式会社製のＬａＦＫ５５、ＬａＦＫ６０、ＶＣ７０およ
びＶＣ８１などの硝材がある。なお、ガラス転移点が高
いガラスを用いるとそれに応じて成形時の型温度を上昇
させる必要があり、成形型の寿命が短くなる問題が新た
に発生するため注意を要する。

【００５５】本発明の回折光学素子の製造方法では、ま
ず、切削および研磨、イオンミリング法あるいは反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）法等によって、成形型の成
形面に所望のレリーフパターンの反転パターンを形成す
る。型材料としてはシリコンカーバイトあるいはタング
ステンカーバイドなど通常の低融点ガラス成形用型材料
を用いることができる。

【００５６】次に、この成形型を用いて、上述した光学
材料を精密プレスしてレリーフパターンを転写する。成
形条件および成形機は、一般的な球面、非球面あるいは
平面のレンズを形成するものとほぼ同様のもので良い
が、レリーフパターンの精度を考慮すると成形圧あるい
は成形温度をわずかに高めたり、成形時間を長くして高
精度の転写を行う。

【００５７】次に、フルオレン誘導体を含有する液状の
エネルギー硬化型樹脂をレリーフパターン面に塗布す
る。このとき、塗布の方法あるいは樹脂の膜厚等を考慮
して、希釈溶剤で粘度及び乾燥性を調整することが好ま
しい。希釈溶剤としては、トルエンおよびキシレンなど
の炭化水素類、ジエチレングリコールモノメチルエーテ
ルおよびトリエチレングリコールモノメチルエーテルな
どのグリコールエーテル類、プロピレングリコールモノ
メチルエーテルアセテートおよび３−メチル−３−メト
キシブチルエーテルアセテートなどのエステル類および
Ｎ−メチルピロリドンなどを使用することができる。

【００５８】また熱や活性エネルギー線などのエネルギ
ーによって硬化させるため、１−ヒドロキシシクロヘキ
シルフェニルケトン、１−フェニル−２−ヒドロキシ−
２−メチルプロパン−１−オン、クロロアセトン、ベン
ゾフェノン、ベンゾインエチルエーテルなどの硬化剤を
添加する。この硬化剤は硬化速度、樹脂の膜厚および硬
化後の樹脂の黄変度合いを考慮して適当に選択する。

【００５９】塗布の方法としては、スピンコート、ディ
ッピングおよびスプレーなどを採用できる。この塗布に
より、エネルギー硬化型樹脂が液状であるため、微細な
レリーフパターンの凹凸にも容易に浸透し均一な第２の
層を形成できる。なお、この第２の層をガラスあるいは
熱可塑性プラスチックで構成する場合は、レリーフパタ
ーンをそれぞれの材料に形成した後に、第１の層に積層
することになり、第１の層と第２の層のレリーフパター
ンの位置合わせ作業が必要であるが、本発明では第１の
層のレリーフパターン面に塗布するだけで第２の層を簡
単に形成できるメリットがある。

【００６０】この塗布の後、加熱および／またはエネル
ギー線を照射することにより、エネルギー硬化型樹脂を
硬化させて、境界面にレリーフパターンを有した回折光
学素子とする。エネルギー線としては、紫外線、可視光
線、電子線などを選択できるが、作業性からは紫外線が
良好である。また、照射条件は、硬化剤の種類、硬化剤
の配合比によって調整する。例えば、紫外線を１２０秒
間照射して硬化させても良く、紫外線を６０秒間照射
し、その後、１７０℃で１時間加熱して硬化させても良
い。

【００６１】なお、エネルギー硬化型樹脂を光学材料の
レリーフパターン面に塗布した後、所望の形状の成形型
を押圧して、エネルギー硬化型樹脂を所望の形状に硬化
させても良く、これにより、樹脂層の膜厚制御、レリー
フパターンへの確実な密着および生産性などを向上させ
ることができる。

【００６２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図９は、実施の
形態１の回折光学素子を示し、第１の層２としての低融
点ガラスにＬａＦＫ５５（住田光学社（製））を使用
し、第２の層１としてのエネルギー硬化型樹脂として化
３に示されるフルオレン誘導体を使用している。

【００６３】

【化３】

【００６４】また、第１の層２と第２の層１との境界面
には、鋸歯波状レリーフパターン３が形成されることに
より、プリズム作用をなす回折光学素子となっている。
これに対し、比較例１としては、上述した低融点ガラス
ＬａＦＫ５５を精密プレスして、片方の面に鋸歯波状の
レリーフパターンを形成しただけの従来と同様の回折光
学素子である。

【００６５】この回折光学素子の作製は、まず、低融点
ガラスの一方の片面にレリーフパターン３を形成し、低
融点ガラスの他方の片面を平面に成形する成形型を用い
てＬａＦＫ５５を精密プレスする。これにより、一方の
片面にレリーフパターン３を形成した。

【００６６】次に、化３で示すフルオレン誘導体、紫外
線硬化剤としての１−ヒドロキシシクロキシルフェニル
ケトンおよび希釈溶剤としてのトリエチレングリコール
モノメチルエーテルを混合した液状のエネルギー硬化型
樹脂組成物をレリーフパターン面にスピンコートにより
塗布した。そしてエネルギー硬化型樹脂組成物に紫外線
を６０秒間した後、さらに１７０℃で１時間加熱するこ
とにより硬化させ、低融点ガラスおよびエネルギー硬化
型樹脂からなり、境界面にレリーフパターンを有した回
折光学素子とする。

【００６７】この回折光学素子では、可視光の波長領域
であるλ₁＝４００ｎｍおよびλ₂＝７００ｎｍとする
と、（８）式の左辺は、数１６であり、右辺は、数１７
であり、左辺＞右辺となり、（８）式を満たしている。

【００６８】

【数１６】

【００６９】

【数１７】

【００７０】図４における曲線ｎ₁（λ）はＬａＦＫ５
５の屈折率の波長依存特性を、曲線ｎ₂（λ）はエネル
ギー硬化型樹脂の屈折率の波長依存特性をそれぞれ示し
ている。

【００７１】図７は、位相振幅ａ（λ）の波長依存特性
を示しており、曲線Ｃは低融点ガラスＬａＦＫ５５の表
面にパターンを形成しただけの比較例１の回折光学素子
の場合を、曲線Ｄは低融点ガラスおよびエネルギー硬化
型樹脂からなり、境界面にレリーフパターンを形成した
本実施の形態の回折光学素子の場合を示している。な
お、回折効率が最大となるように最適化した波長はＣに
ついては５２０ｎｍ、Ｄについては、ｄ−ｌｉｎｅ（５
８７．５５ｎｍ）とした。

【００７２】本実施の形態においては、比較的短波長側
での位相振幅の波長依存の改善効果が大きいので、回折
効率が最大となるように最適化する波長は、従来の場合
と比較して長波長側に設定するのが好ましく、このよう
に設定することにより使用波長帯域に亘って位相振幅の
変化量をより小さく抑えることが可能となる。

【００７３】図８は、図７に示した位相振幅の波長依存
特性に対応する回折効率の波長依存特性を示すもので、
曲線Ｅは比較例１の回折光学素子の波長依存特性、曲線
Ｆは本実施の形態による回折光学素子の波長依存特性を
示している。図８から明らかなように、比較例１と比べ
て実施の形態１による回折光学素子によれば、回折効率
の波長依存特性を実質的に無視できる程度に小さく抑え
ることができ、改善の効果が著しいことが実証された。

【００７４】また、本実施の形態の回折光学素子によれ
ば、入射する光は、特定方向に進行方向が曲げられる
が、その際に光を曲げる作用の波長依存が、レリーフパ
ターン３と、外部に接する面４（屈折面）とで相補的と
なるので、色収差を低減させることができる。

【００７５】さらに、通常の屈折素子（例えばレンズ）
では、その表面がホコリや指紋で汚染された場合、払拭
することが一般に困難であるが、本実施の形態では、レ
リーフパターンを低融点ガラスおよびエネルギー硬化型
樹脂の境界面に形成しているので、汚染の問題が生じ
ず、耐環境性を向上させることができる。

【００７６】（実施の形態２）この実施の形態２では、
実施の形態１の材料の組み合わせを変化させ、第１の層
２をＬ−ＬＡＬ１２（オハラ社（製））よりなる低融点
ガラスとし、第２の層１には化４で示されるフルオレン
誘導体よりなるエネルギー硬化型樹脂とし、第１の層２
と第２の層１との境界面に、鋸歯波状レリーフパターン
３を形成することによって回折光学素子とした。一方、
比較例２としては、比較例１と同様に、低融点ガラスＬ
−ＬＡＬ１２の片方の面にレリーフパターンを形成した
だけの回折光学素子とした。

【００７７】

【化４】

【００７８】この実施の形態では、まず、実施の形態１
と同様に低融点ガラスＬ−ＬＡＬ１２の片方の面にレリ
ーフパターン３を形成した。次に上述したフルオレン誘
導体、紫外線硬化剤としての１−フェニル−２−ヒドロ
キシ−２−メチルプロパン−１−オンおよび希釈溶剤と
してのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ートを混合した液状のエネルギー硬化型樹脂組成物を、
表面温度約１００℃に加熱した低融点ガラスのレリーフ
パターン３の形成面に適当量塗布した。そして、塗布後
の樹脂組成物に、平面に研磨された成形型を押し当て紫
外線を照射してエネルギー硬化型樹脂組成物を硬化さ
せ、これにより低融点ガラスおよびエネルギー硬化型樹
脂からなり、境界面にレリーフパターン３を有した回折
光学素子とした。

【００７９】この実施の形態の回折光学素子において、
可視光の波長領域であるλ₁＝４００ｎｍおよびλ₂＝
７００ｎｍとすると、（８）式の左辺は、数１８であ
り、右辺は、数１９であり、左辺＞右辺となり、（８）
式を満たしている。

【００８０】

【数１８】

【００８１】

【数１９】

【００８２】図１０は、回折効率の波長依存特性を示す
もので、曲線Ｇは低融点ガラスＬ−ＬＡＬ１２の表面に
レリーフパターンを形成しただけの比較例２の回折光学
素子の波長依存特性を、曲線Ｈは低融点ガラスおよびエ
ネルギー硬化型樹脂からなり、境界面にレリーフパター
ンを形成した本実施の形態による回折光学素子の波長依
存特性を示している。図１０から明らかなように、比較
例２と比べ、本実施の形態による回折光学素子によれ
ば、回折効率の波長依存特性を実質的に無視できる程度
に小さく抑えることができ、改善の効果が著しいことが
実証された。また、この実施の形態の回折光学素子で
は、実施の形態１と同様に色収差を低減させる効果があ
ると共に、汚染の問題が生じず、耐境界性が向上してい
る。

【００８３】（実施の形態３）図１１は、実施の形態３
の回折光学素子を示す。第１層６の低融点ガラスとして
は、ＬａＦＫ５５を用い、第２層５のエネルギー硬化型
樹脂としては、実施の形態２の樹脂を用いた。また、こ
れらの境界面のレリーフパターン７は集光作用を有する
ように形成すると共に、低融点ガラス（ＬａＦＫ５５）
の外部と接する面８も集光作用を有するように曲面とし
たものである。この実施の形態の製造は、実施の形態２
と同様に行うことができる。この実施の形態の回折光学
素子によれば色収差が低減する効果に加えて集光作用を
行う効果がある。

【００８４】以上の説明から明らかなように、本発明は
以下の発明を包含している。（１）使用する波長帯域で実質的に透明である低融点ガ
ラスからなる第１の層と、使用する波長帯域で実質的に
透明であるエネルギー硬化型樹脂からなる第２の層から
なり、第１の層と第２の層の境界面にレリーフパターン
を有し、第１の層の屈折率ｎ₁（λ）および第２の層の
屈折率ｎ₂（λ）が数２０を満たすことを特徴とする回
折光学素子。

【００８５】

【数２０】

【００８６】（２）上記（１）項において、前記エネル
ギー硬化型樹脂が化５で示されるフルオレン誘導体を含
有することを特徴とする回折光学素子。

【００８７】（３）使用する波長帯域で実質的に透明で
ある低融点ガラスからなる第１の層と、使用する波長帯
域で実質的に透明であるエネルギー硬化型樹脂からなる
第２の層からなり、第１の層と第２の層の境界面にレリ
ーフパターンを有し、第１の層の屈折率ｎ₁（λ）およ
び第２の層の屈折率ｎ₂（λ）が数２１を満たす回折光
学素子の製造方法において、少なくとも一方の面に前記
レリーフパターンを有した成形型を用いて前記低融点ガ
ラスを精密プレスして、第１の層の少なくとも一方の面
に前記レリーフパターンを形成する工程と、前記エネル
ギー硬化型樹脂を第１の層における前記レリーフパンー
タを形成した面に塗布する工程と、前記エネルギー硬化
型樹脂を所望の形状に硬化させる工程とからなることを
特徴とする回折光学素子の製造方法。

【００８８】

【数２１】

【００８９】（４）上記（３）項において、前記エネル
ギー硬化型樹脂が化５で示されるフルオレン誘導体を含
有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。

【００９０】

【化５】

【００９１】（５）上記（３）または（４）項におい
て、前記エネルギー硬化型樹脂をスピンコートにより前
記レリーフパターン面に塗布することを特徴とする回折
光学素子の製造方法。

【００９２】（６）上記（３）または（４）項におい
て、成形型を用いて前記エネルギー硬化型樹脂を所望の
形状に硬化させることを特徴とする回折光学素子の製造
方法。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、回折効率の波長依存特性を実質的に無視できる
程度に小さく抑えることができるため、色むらや不要次
数光によるフレアを防止することができる。このため、
例えばカメラ等の白色光を扱う光学系に適用でき、色収
差等の収差を低減させた非常に薄く小型で高性能な光学
系を簡単にできる。

【００９４】請求項２の発明によれば、フルオレン構造
を有した樹脂を使用するため、屈折率が高く、分散が大
きな光学特性を有し、しかも外部環境の変化に対した耐
環境性に優れた回折光学素子とすることができる。

【００９５】請求項３の発明によれば、波長依存特性が
低減した回折光学素子を簡単に、しかも効率良く製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】断面が鋸歯状のレリーフパターンにおける位相
シフト関数φ（Ｘ）を示す特性図である。

【図２】図１３で示した回折効率の波長依存性に対応す
る位相振幅ａ（λ）の波長依存性を示す特性図である。

【図３】図２の位相振幅ａ（λ）の波長依存を決定する
要素Ｒ（λ）とＤ（λ）の波長依存性を示す特性図であ
る。

【図４】実施の形態１において用いたエネルギー硬化型
樹脂と低融点ガラスの屈折率の波長依存性を示す特性図
である。

【図５】実施の形態１において用いたエネルギー硬化型
樹脂と低融点ガラスの位相振幅ａ（λ）の波長依存を決
定する要素Ｒ’（λ）とＤ（λ）の波長依存性を示す特
性図である。

【図６】回折光学素子の回折効率の波長依存性を示す特
性図であり、曲線Ａは基材の表面にレリーフパターンを
形成した従来の回折光学素子を、曲線Ｂは２種類の材料
の境界面にレリーフパターンを有しているが、材料の組
み合わせが不適切な回折光学素子を示す。

【図７】回折光学素子の位相振幅の波長依存性を示す特
性図であり、曲線Ｃは比較例１を、曲線Ｄは実施の形態
１を示す。

【図８】回折光学素子の位相振幅の波長依存特性に対応
する回折効率の波長依存特性をを示す特性図であり、曲
線Ｅは比較例１を、曲線Ｆは実施の形態１を示す。

【図９】実施の形態１の回折光学素子の構成を示す部分
断面図である。

【図１０】回折光学素子の回折効率の波長依存性を示す
特性図であり、曲線Ｇは比較例２を、曲線Ｈは実施の形
態２を示す。

【図１１】実施の形態３の回折光学素子の構成を示す部
分断面図である。

【図１２】基材の表面にレリーフパターンを形成した従
来の回折光学素子の構成を示す部分断面図である。

【図１３】基材の表面にレリーフパターンを形成した従
来の回折光学素子の１次回折効率の波長依存特性を示す
特性図である。

【符号の説明】

１第２の層２第１の層３レリーフパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用する波長帯域で実質的に透明である
光学材料からなる第１の層と、使用する波長帯域で実質
的に透明であるエネルギー硬化型樹脂からなる第２の層
とからなり、前記第１の層と第２の層の境界面にレリー
フパターンを有すると共に、第１の層の屈折率ｎ
₁（λ）および第２の層の屈折率ｎ₂（λ）が数１を満
たすことを特徴とする回折光学素子。【数１】
【請求項２】請求項１記載の発明において、前記エネ
ルギー硬化型樹脂が化１で示されるフルオレン誘導体を
含有することを特徴とする回折光学素子。【化１】
【請求項３】使用する波長帯域で実質的に透明である
光学材料からなる第１の層と、使用する波長帯域で実質
的に透明であるエネルギー硬化型樹脂からなる第２の層
とからなり、前記第１の層と第２の層の境界面にレリー
フパターンを有し、第１の層の屈折率ｎ₁（λ）および
第２の層の屈折率ｎ₂（λ）が数２を満たす回折光学素
子を製造する製造方法において、少なくとも一方の面に前記レリーフパターンを有した成
形型を用いて前記光学材料を精密プレスして、第１の層
の少なくとも一方の面に前記レリーフパターンを形成す
る工程と、前記エネルギー硬化型樹脂を第１の層における前記レリ
ーフパターンの形成面に塗布する工程と、前記エネルギー硬化型樹脂を所望の形状に硬化させる工
程とからなることを特徴とする回折光学素子の製造方
法。【数２】