WO2010073675A1 - 回折光学素子の製造方法および回折光学素子 - Google Patents
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Abstract
本発明の回折光学素子の製造方法によれば、金型１の成型面２の中心に形成された所定形状のマーカー３と、基材４の回折格子５の形状とに基づいて、成型面２の中心と基材４の中心との位置合わせをする。成型面２と回折格子５との間に、ナノコンポジット材料９を配置し、金型１と基材４とにより材料９を押圧して、回折格子５上に光学調整層１０を形成する。
Description
本発明は、回折光学素子の製造方法、および回折光学素子に関する。特に、レンズ基材の表面に保護膜を有し、回折効率の波長依存性を低減した回折光学素子の製造方法、および回折光学素子に関する。
回折光学素子は、ガラスや樹脂等の光学材料からなる基材の表面に、多くの溝状の格子構造を備えた光学素子である。
回折光学素子は、種々の光学系に用いられており、例えば、特定次数の回折光を１点に集めるように設計したレンズや、空間ローパスフィルタ、偏光ホログラム等として使用するもの等が知られている。
回折光学素子は、光学系をコンパクトにできるという特徴を有する。また、屈折とは逆に長波長の光ほど回折は大きく発現することから、回折光学素子を屈折系の光学素子と組み合わせることにより、光学系の色収差や像面湾曲を改善することも可能である。
ところで、カメラ等の光学機器を組み立てるときには、光学部品同士の光軸を高精度に位置合わせする必要がある。特許文献１は、そのような位置合わせを行うためのマーカーがレンズ中心に形成されている球面レンズを開示している。このようなマーカーを用いることで、光学部品同士の位置決めを高精度に行うことができる。
上述した回折光学素子においては、回折効率は理想的に光の波長に依存することから、特定の波長の光で回折効率を最適となるように回折光学素子を設計すると、その他の波長では回折効率が低下するという課題を有する。
例えば、カメラ用レンズ等の白色光を利用する光学系に回折光学素子を適用しようとした場合、この回折光学素子単独での適用には限界があるという問題がある。
そこで、この問題を解決するため、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子を形成することが考えられる。このような位相型の回折光学素子は、ガラスや樹脂基材からなる第１の光学材料に紫外線硬化樹脂等からなる第２の光学材料を被着することで実現できる。そして、双方の光学特性がある特定な条件式を満たす光学材料を選択することで、設計次数での回折効率が波長によらず高くなるようにし、回折効率の波長依存を低減している。
しかし、第１の光学材料に第２の光学材料を被着する場合は、それぞれの頂点位置を高精度で合わせ込む等、製造上解決すべき課題も多い。第２の光学材料で回折格子の段差を埋めようとした場合、第２の光学材料の厚さは例えば２０μｍ前後かそれ以上となり、それぐらいの厚さになると少しの位置ズレで光学特性が大きく変わってしまうため、位置合わせは高精度に行う必要がある。
特許文献１には、球面レンズの中心にマーカーを形成する方法の一例として、内面の中心に凹部を形成した金型を用いて押圧成形する製法を開示している。この製法では、金型の中心に設けられた注入口よりオートコリメータからの光をレンズ基材表面に照射し、その反射光の位置によってレンズ基材と金型中心との位置を調整している。しかしながら、このような方法においては、レンズ基材の曲率に依存した認識誤差が発生する。例えば、レンズ基材の曲率が小さい場合は反射光の変化は比較的大きくなり、レンズ基材の中心を求めることは可能である。しかし、逆に曲率が大きい場合は、反射光の変化は小さくなりレンズ基材の中心を求めることは困難である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、構造および製造工程を複雑化することなく、高精度で高機能の回折光学素子を提供する。
本発明の回折光学素子の製造方法は、第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり表面に回折格子形状を有する基材と、第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層とを有する回折光学素子の製造方法であって、前記製造方法は、金型の成型面の中心に形成された所定形状のマーカーと、前記基材の前記回折格子形状とに基づいて、前記金型の前記成型面の中心と前記基材の前記回折格子形状の中心との位置合わせをする工程と、前記金型の前記成型面と前記基材の前記回折格子形状との間に、前記第２の光学材料の原料を配置する工程と、前記金型と前記基材とにより前記第２の光学材料の原料を押圧して、前記回折格子形状上に前記光学調整層を形成する工程とを包含する。
ある実施形態によれば、前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の複数の座標より求めた前記回折格子形状の中心位置と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む。
ある実施形態によれば、前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の輪帯と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む。
ある実施形態によれば、前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の最内周の輪帯と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む。
ある実施形態によれば、前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の最内周の輪帯を検出する工程と、前記最内周の輪帯よりも内側に前記マーカーの位置を設定する工程と含む。
ある実施形態によれば、前記マーカーは、前記成型面に形成された凹部または凸部である。
ある実施形態によれば、前記マーカーの大きさは、前記成型面に沿った長さが５０μｍ以下であり、かつ前記成型面に対する深さが５０μｍ以下である。
本発明の回折光学素子は、第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり、表面に回折格子形状を有する基材と、第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり、前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層とを有し、前記光学調整層は、成型面の中心に所定形状のマーカーを有する金型を用いて前記基材上に成型されており、前記光学調整層のうちの前記基材側とは反対側の表面には、前記マーカーの形状に応じた所定形状の凹部または凸部が形成されている。
ある実施形態によれば、前記光学調整層の前記凹部または凸部は、前記基材の前記回折格子形状の最内周の輪帯よりも内側に位置している。
ある実施形態によれば、前記第１の光学材料は、前記第２の光学材料よりも低屈折率高分散材料である。
ある実施形態によれば、前記第１の光学材料はポリカーボネートを含む。
ある実施形態によれば、前記第２の光学材料は、樹脂と無機粒子とを含むコンポジット材料である。
ある実施形態によれば、前記無機粒子は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、アルミナおよびシリカのうちの少なくとも１種類の酸化物を主成分とする。
本発明の回折光学素子の成型誤差を検出する方法において、前記回折光学素子は、第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり表面に回折格子形状を有する基材と、第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層とを有し、前記光学調整層は、成型面の中心に所定形状のマーカーを有する金型を用いて前記基材上に成型されており、前記光学調整層のうちの前記基材側とは反対側の表面には、前記マーカーの形状に応じた所定形状の凹部または凸部が形成されており、前記方法は、表示装置に表示された第１の印と、前記回折格子形状の輪帯との位置合わせを行う工程と、前記第１の印に対応付けて前記表示装置に表示された第２の印と、前記光学調整層の前記凹部または凸部との位置関係を検出する工程とを包含する。
ある実施形態によれば、前記第１の印と前記回折格子形状の最内周の輪帯との位置合わせを行う。
本発明の回折光学素子の製造方法は、第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり表面に回折格子形状を有する基材と、第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層とを有する回折光学素子の製造方法であって、前記製造方法は、前記光学調整層を成型するための成型面を有する第１の金型と、前記基材の位置を規制する第２の金型との間に、前記第２の光学材料の原料を配置する工程と、前記第１の金型と前記第２の金型とを嵌合する工程と、前記金型と前記基材とにより前記第２の光学材料の原料を押圧して、前記回折格子形状上に前記光学調整層を形成する工程と、を包含する。
ある実施形態によれば、前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、前記第２の金型は開口部を有し、前記第２の金型の開口部および前記基材を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する。
ある実施形態によれば、前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、前記第２の金型は光を透過する材料から形成されており、前記第２の金型を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する。
ある実施形態によれば、前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、前記第１の金型は光を透過する材料から形成されており、前記第１の金型を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する。
ある実施形態によれば、前記第２の光学材料の原料は紫外線硬化性を有し、前記第２の光学材料の原料に紫外線を照射して硬化させる。
ある実施形態によれば、前記第１の金型と前記基材とを直接押し付けたときに形成される前記成型面と前記回折格子形状の間の空間に前記光学調整層を形成する。
本発明によれば、レンズ基材と光学調整層との偏芯を高精度に抑制できる。これにより、光学特性の優れた回折光学素子を得ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る回折光学素子の製造方法を示す図である。図１、図２を参照して、回折光学素子である回折レンズの基材の中心と、金型の成型面の中心とを認識し、高精度に回折光学素子を製造する方法について説明する。
図１、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る回折光学素子の製造方法を示す図である。図１、図２を参照して、回折光学素子である回折レンズの基材の中心と、金型の成型面の中心とを認識し、高精度に回折光学素子を製造する方法について説明する。
図１（ａ）は、回折格子が表面に形成された基材（以下、レンズ基材と記す）に、ナノコンポジット膜（光学調整層）を形成する際に用いる、金型の構造を示す側断面図である。
レンズ基材表面に被着するナノコンポジット膜は金型形状を転写することで整えられる。その金型１の成型面２は、形成されるナノコンポジット膜の形状を規定する凹面形状となっている。さらに、成型面２の中心には幅が数μｍ程度のマーカー３（図１（ａ）の窪み部）が形成されている。
レンズ基材の材料としては、ポリカーボネートなどの樹脂が用いられる。また、ナノコンポジット材料としては、アクリル樹脂などの樹脂に無機粒子を含むものが用いられる。無機粒子は、例えば、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、アルミナ、シリカなどのうちの少なくとも１種類を主成分とする微粒子である。また、回折効率の波長依存性を低減するため、レンズ基材の光学材料は、光学調整層の光学材料（ナノコンポジット材料）よりも低屈折率高分散材料であることが好ましい。
尚、本実施の形態では、マーカー３を窪み部（凹部）としているが、これに限定するものではなく、同形状の突起（凸部）であっても構わない。また、マーカーの大きさは、成型面に沿った長さが５０μｍ以下であり、かつ成型面に対する深さが５０μｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、製造された回折光学素子において、光学調整層に形成されるマーカーの跡が光学特性に影響しない。
また、マーカー３の成型面２に沿った平面形状は特定の形状に限定するものではなく、一般的な円形のみならず四角や三角または十字など、位置が認識できるものであれば、どのような形状であっても構わない。
次に、図１（ｂ）に示すごとく、レンズ基材４の回折格子５形成面と金型１とを対向させる。そして、金型１とレンズ基材４の中心とが一致するように、レンズ基材４をＸ－Ｙ方向（図中に示す）に移動させて位置決めする。
尚、本実施の形態では、レンズ基材４側を動作軸としているが、これに限定するものではなく、金型１側を動作軸としても構わない。即ち、一方が固定軸、他方が動作軸の関係が成り立てばよい。また、レンズ基材４と金型１との両方を移動させて位置決めを行ってもよい。
また、金型１の成型面２の中心とレンズ基材４の中心との位置決めは、金型１中心に形成したマーカー３と、レンズ基材４に形成された回折格子の最内周の回折輪帯６（図１（ｂ）の右側に表示）の中心とを、同軸上で認識することで行われる。認識手段の一例として、上下の被写体を同時に認識でき、同軸上でそれぞれの画像を取得できるカメラ７を用いて位置決めを行った。また、レンズ基材４の中心は、回折輪帯６上の複数の点の座標より計算で求めた。
レンズ基材４の中心の求め方の一例を、図３を用いて説明する。図３は、回折格子の回折輪帯６の座標から中心を求める方法であり、図３に示した４点座標（０、０）（０、２００）（２００、０）（２００、２００）をまず計測する。次に、座標（０、０）および座標（２００、２００）の対角方向と、座標（０、２００）および座標（２００、０）の対角方向との交点（１００、１００）を検出する。この検出した交点（１００、１００）を回折輪帯６の中心（すなわち回折格子５の中心）とする。
また、計算で求める以外の方法として、回折格子の回折輪帯６そのものの円環形状を用いる方法がある。回折格子５は、レンズ基材４の中心を基準に形成された同心円構造のものであることから、回折格子の円環エッジを高精度で認識すれば、おのずと、その中心が導出される。このように、回折輪帯６の円環そのものを一つのマーカーとして捉え、位置決めに用いることもできる。
また、上述のように４点座標を測定して中心を求める以外に、図４（ｅ）に示すような網目状のグリッドラインを用いて位置決めを行ってもよい。例えば、予め設定された複数の座標６５、６６、６７、６８と回折輪帯６の円環エッジとを一致させることで、レンズ基材４の中心位置を検出することができる。なお、回折輪帯６は最内周の輪帯であることが望ましいが、それに限定されず、最内周以外の輪帯であってもよい。
このようにして、金型１の成型面２の中心と、レンズ基材４の中心とが同軸上になるように位置合わせをする。そして、このときのレンズ基材４の位置座標を記録しておく。
その後、レンズ基材４を、金型１上から、金型１表面が完全に露出する位置まで一旦退避させる。
図１（ｃ）は、金型１にナノコンポジット材料を滴下する工程を示す断面図である。レンズ基材４を退避させた状態の金型１の成型面２の底部付近に、滴下装置８を用いて所定量のナノコンポジット材料９を滴下する。
尚、本実施形態では金型１にナノコンポジット材料９を滴下しているが、これに限定するものではなく、レンズ基材４の回折格子形成面に所定量のナノコンポジット材料を滴下しても同様に回折光学素子を製造できる。
図１（ｄ）は、退避位置から金型上の座標記憶位置にレンズ基材４を移動させ、金型１とレンズ基材４とを対向させた状態を示す断面図である。ナノコンポジット材料９を滴下した金型１の直上に、図１（ｂ）の工程で記憶した座標に従いレンズ基材４を移動させる。
図２（ａ）は、レンズ基材４と金型１との当接状態を示す断面図である。レンズ基材４を金型１方向にフェースダウンし、ナノコンポジット材料９を押し広げながら挟み込む。
その際、レンズ基材４は完全に金型１と密着させるのではなく、ナノコンポジット材料９の膜厚を確保できる位置で停止させる。
つまり、レンズ基材４と金型１との間に、ナノコンポジット材料９の膜厚とほぼ同寸法の隙間を開けた状態でレンズ基材４を停止させる。
尚、本実施形態では、回折格子レンズをフェースダウンするとしているが、これに限定するものではなく、回折格子レンズ側を固定軸にした場合は、金型をレンズにフェースダウンして当接させてもよい。
次に、このような当接位置を保持した状態でコンポジット材料９を硬化させる。硬化の方法は、樹脂の種類に応じて適切に選択すればよい。例えば、熱硬化、紫外線硬化、電子線硬化などが挙げられ、その中でも特に紫外線硬化が簡便でより好ましい。コンポジット材料９が紫外線硬化性を有する場合は、紫外線１２をレンズ基材４を介してコンポジット材料９に照射することで硬化させることができる。
図２（ｂ）は、金型１から開放して取り出すことにより得られた回折光学素子の完成品１００を示す断面図である。ナノコンポジット材料は硬化後、ナノコンポジット膜（光学調整層）１０となり、レンズ基材４の回折格子５形成面に密着する形で被着される。レンズ基材４の中心のナノコンポジット膜１０上には、金型１に形成したマーカー３とほぼ同サイズ・同形状のマーカー１１が形成される。マーカー３の形状に応じて、マーカー１１は凹形状または凸形状となる。
このように、本実施の形態によれば、金型１の成型面２の中心に形成されたマーカー３と、基材４の回折格子５の形状とを用いて、成型面２の中心と基材４の中心との位置合わせを行う。これにより、レンズ基材４と光学調整層１０との位置合わせを高精度に行うことができ、光学特性の優れた回折光学素子１００を得ることができる。また、回折格子５の形状を位置合わせに用いることで、基材４に位置合わせのためのマーカーを別途形成する工程を省略することができる。
また、光学調整層１０の表面に形成されたマーカー１０は、回折光学素子１００が搭載される光学機器（カメラ等）を組み立てるときに、光学部品同士の光軸を高精度に位置合わせするためのマーカーとして用いることができる。
尚、本実施の形態では、金型１の中心に形成したマーカー３と、レンズ基材４の中心とが同軸上になるように位置合わせするために、同軸上の上下方向のそれぞれの画像を取得できるカメラを用いたが、他の方法を用いてもよい。例えば、レンズ基材４の背面（金型１に対向する面とは反対側の面）から見た撮像画像を用いて、金型１の中心に形成したマーカー３と、レンズ基材４の中心とが同軸上になるように位置合わせをしてもよい。この方法であれば、ナノコンポジット材料を塗布するためにレンズ基材４を一旦退避させる工程を省略することも可能である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る回折光学素子の成型誤差を検出する方法を説明する。
次に、本発明の実施の形態２に係る回折光学素子の成型誤差を検出する方法を説明する。
上述したような、成型面２の中心に所定形状のマーカー３を有する金型１を用いて、ナノコンポジット膜１０を基材４上に成型することで得られる回折光学素子構造とすることで、レンズ基材４の中心、すなわち最内周の回折輪帯６の中心とナノコンポジット膜中心の膜成形誤差（以下、偏芯と記す）を素早く高精度で簡便に測定する事ができる。その偏芯検出方法の一例を図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、最内周回折輪帯の調整位置を現す円環６１（第１の印）と、偏芯許容範囲を現す円環６２（第２の印）とが調整位置として、ＣＲＴ等のモニター６０に映し出される。円環６２は円環６１で囲まれた範囲の中心部に位置している。本実施形態では、円環Ａと円環Ｂの面積比は約１４：１であるが、これに限定されない。
次に、図４（ｂ）に示すように、回折光学素子を任意の位置に設置し、最内周の回折輪帯６（具体的には回折輪帯のエッジ）にピントを合わせ、回折輪帯６の画像をモニター６０に映し出す。この際、ナノコンポジット膜の膜厚および画像の倍率によっても異なるが、ナノコンポジット膜の中心に形成されたマーカー１１の映像は不鮮明な状態であっても問題ない。
次に、円環６１と回折輪帯６の位置が一致するように、回折光学素子を微動させ（図中の→方向）、図４（ｃ）に示すような一致した状態になるよう調整する。
この位置を保持した状態で、ナノコンポジット膜中心に形成されたマーカー１１にピントを合わせ、マーカー１１が円環６２内に位置していれば、その回折光学素子の成型誤差は許容範囲内であるので、合格品と判断する。一方、図４（ｄ）に示すように、円環６２外にマーカー１１が位置していれば、成型誤差は許容範囲外であるので、不合格品と判断する。
このような方法により、成形誤差（偏芯）の検出を高精度で簡便に行う事が可能となる。
尚、モニター６０に映し出す規格領域画像（第１の印）は円環に限定するものではなく、図４（ｅ）に示すようなマトリックス画像であってもよい。このような場合は、回折輪帯６に合致させるための複数座標６５、６６、６７、６８（本実施の形態では４箇所）をモニター５０上に予め設定しておき、回折輪帯６と座標６５、６６、６７、６８を一致させるよう位置調整し、円環６２とマーカー１１の位置関係によって、成形誤差（偏芯）を検出することができる。
ところで、一方、本発明のマーカーなど中心を表す目印がナノコンポジット膜にない場合は、レーザー顕微鏡など特殊な装置を投資する必要があるばかりでなく、高精度な判定を行うためには長い時間を要し、量産上の障害となる。
なお、本実施の形態の成形誤差（偏芯）検出方法は、実施の形態１の回折光学素子１００の構造に限らず、光学調整層になんらかのマーカーが形成された回折光学素子であれば適用することができる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る回折光学素子の製造方法を示す図である。図５（ａ）は、レンズ基材４の平面図および断面図であり、図５（ｂ）は、金型１の平面図および断面図である。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る回折光学素子の製造方法を示す図である。図５（ａ）は、レンズ基材４の平面図および断面図であり、図５（ｂ）は、金型１の平面図および断面図である。
実施の形態１で説明したマーカー認識方法に代え、図５に示したレンズ基材４および金型１を用いても、実施の形態１と同様の回折光学素子を得る事ができる。
図５（ａ）に示したレンズ基材４では、認識マーカー２１、２２を回折格子形成面２３の外周部分に形成している。
また、図５（ｂ）に示す金型１では、認識マーカー２５、２６を凹面形状の成型面２の外周部分に形成している。
位置決めは、レンズ基材４側を動作軸とする場合、Ｘ－Ｙ－Ｚ（図中に示す）の３軸方向に行う。レンズ基材４に形成したマーカー２１、２２と金型４に形成したマーカー２５、２６とを一致させるためにレンズ基材４を移動させて位置決めする。その他のプロセスは実施の形態１で説明したプロセスと共通であり、この方法により、実施の形態１の回折光学素子と同性能の回折光学素子が得られる。
（実施の形態４）
図６（ａ）～（ｄ）を参照して、レンズ基材の回折輪帯と金型のマーカーを認識して位置決めする製造方法とは異なり、金型同士を位置決めしてナノコンポジット膜を成形する回折光学素子の製造方法を説明する。
図６（ａ）～（ｄ）を参照して、レンズ基材の回折輪帯と金型のマーカーを認識して位置決めする製造方法とは異なり、金型同士を位置決めしてナノコンポジット膜を成形する回折光学素子の製造方法を説明する。
図６（ａ）は、レンズ基材と金型の位置規制を金型のみで行いナノコンポジット膜を形成する金型を示す断面図である。
本実施形態の金型は、ナノコンポジット膜の形状を規制する下型３０と、レンズ基材を保持し下型３０とレンズ基材の位置を規制する規制型３１と、レンズ基材を下型３０の方向に押え付ける上型３２から構成される。
下型３０に形成した位置規制ピン３３、３４は規制型３１の貫通穴３５、３６と上型３２の貫通穴３７、３８に、それぞれに高精度で嵌合する。また、下型３０には湾曲部３９の中心に所定サイズの凹部４０を設けており、ナノコンポジット膜にその形状が転写される。
尚、この凹部４０によってナノコンポジット膜表面に形成されるマーカーは、回折光学素子の形状評価の際に、回折光学素子の中心を求めるための目印として用いられる。
図６（ｂ）は、下型３０と規制型３１を組み立てた状態と、レンズ基材４３の装着状態を示す断面図である。まず、下型３０の位置規制ピン３３、３４に規制型３１の貫通穴３５、３６を嵌め込む。次に、規制型３１に形成されたレンズ保持部４１に、予め所定量のナノコンポジット材料４２を滴下したレンズ基材４３を、ナノコンポジット材料４２と金型３０が当接する形に反転させ嵌め込む。
尚、本実施の形態では、レンズ基材４３側にナノコンポジト材料を滴下する方法で説明しているが、これに限定するものではなく、下型３０に同量のナノコンポジット材料を滴下してもよい。
図６（ｃ）は、上型３２を装着した状態を示す断面図である。図６（ｂ）で示したレンズ基材４３の背面に上型３２を密着させる形で装着する。その際の組み立ては、下型３０の位置規制ピン３３、３４と上型３２の貫通穴３７、３８を合致させるように嵌め込むことで行われる。
尚、図では省略するが、組み立てた金型３０、３１、３２の固定方法の一例としては、下型３０に形成する位置決めピン３３、３４の外周に所定サイズのネジを形成しておき、そのネジ部にナットを装着し締め付ける事で固定することができる。この場合、レンズ基材４３と下型３０の間には、レンズ基材４３と下型３０を完全に密着させた状態でも所定の隙間が形成されるような構造としており、この隙間にナノコンポジット材料４２が満たされる。
このような密着状態を保持した位置で、所定波長の紫外線を上型３２中央に形成した開口窓４４より取り込み、レンズ基材４３を介して紫外線をナノコンポジット材料４２に照射して硬化させる。ナノコンポジット材料４２は例えば光硬化性を有し、この例では紫外線硬化性を有する。材料４２の性質に応じた所望の波長の光等の電磁波を照射することで材料４２を硬化させることができる。
また、下型３０は、例えばガラス等の光を透過する材料から形成されていてもよく、その場合は、下型３０を介して材料４２に所望の光（電磁波）を照射することで、材料４２を硬化させることができる。また、同様に、上型３２および規制型３１が光を透過する材料から形成されていてもよく、その場合は、上型３２および規制型３１を介して材料４２に所望の光（電磁波）を照射することで、材料４２を硬化させることができる。なお、材料４２が熱硬化性を有する場合は、熱を加えて硬化させる。
図６（ｄ）は、完成した回折光学素子４５を示す断面図である。ナノコンポジット材料４２を硬化後、金型を開放してレンズ基材４３を取り出すと、レンズ基材４３の回折格子形成面４６にナノコンポジット膜４７が成形された回折光学素子４５が完成する。回折光学素子４５の中心位置のナノコンポジット膜４７上には、金型形状を転写した所定サイズのマーカー４８が形成されている。
本発明は、回折光学素子およびその製造方法の分野において特に有用である。
１ 金型
２ 成型面
３ マーカー
４ レンズ基材
５ 回折格子
６ 回折輪帯
７ カメラ
８ 滴下装置
９ ナノコンポジット材料
１０ 光学調整層
１１ マーカー
２ 成型面
３ マーカー
４ レンズ基材
５ 回折格子
６ 回折輪帯
７ カメラ
８ 滴下装置
９ ナノコンポジット材料
１０ 光学調整層
１１ マーカー
Claims (21)
- 第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり、表面に回折格子形状を有する基材と、
第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり、前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層と、
を有する回折光学素子の製造方法であって、
前記製造方法は、
金型の成型面の中心に形成された所定形状のマーカーと、前記基材の前記回折格子形状とに基づいて、前記金型の前記成型面の中心と前記基材の前記回折格子形状の中心との位置合わせをする工程と、
前記金型の前記成型面と前記基材の前記回折格子形状との間に、前記第２の光学材料の原料を配置する工程と、
前記金型と前記基材とにより前記第２の光学材料の原料を押圧して、前記回折格子形状上に前記光学調整層を形成する工程と、
を包含する、回折光学素子の製造方法。 - 前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の複数の座標より求めた前記回折格子形状の中心位置と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む、請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。
- 前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の輪帯と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む、請求項１または２に記載の回折光学素子の製造方法。
- 前記位置合わせをする工程は、前記回折格子形状の最内周の輪帯と前記マーカーとの位置合わせをする工程を含む、請求項１から３のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
- 前記位置合わせをする工程は、
前記回折格子形状の最内周の輪帯を検出する工程と、
前記最内周の輪帯よりも内側に前記マーカーの位置を設定する工程と、
を含む、請求項１から４のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。 - 前記マーカーは、前記成型面に形成された凹部または凸部である、請求項１から５のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
- 前記マーカーの大きさは、前記成型面に沿った長さが５０μｍ以下であり、かつ前記成型面に対する深さが５０μｍ以下である、請求項１から６のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
- 第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり、表面に回折格子形状を有する基材と、
第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり、前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層と、
を有し、
前記光学調整層は、成型面の中心に所定形状のマーカーを有する金型を用いて前記基材上に成型されており、
前記光学調整層のうちの前記基材側とは反対側の表面には、前記マーカーの形状に応じた所定形状の凹部または凸部が形成されている、回折光学素子。 - 前記光学調整層の前記凹部または凸部は、前記基材の前記回折格子形状の最内周の輪帯よりも内側に位置している、請求項８に記載の回折光学素子。
- 前記第１の光学材料は、前記第２の光学材料よりも低屈折率高分散材料である、請求項８または９に記載の回折光学素子。
- 前記第１の光学材料はポリカーボネートを含む、請求項８から１０のいずれかに記載の回折光学素子。
- 前記第２の光学材料は、樹脂と無機粒子とを含むコンポジット材料である、請求項８から１１のいずれかに記載の回折光学素子。
- 前記無機粒子は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、アルミナおよびシリカのうちの少なくとも１種類の酸化物を主成分とする、請求項１２に記載の回折光学素子。
- 回折光学素子の成型誤差を検出する方法であって、
前記回折光学素子は、
第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり、表面に回折格子形状を有する基材と、
第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり、前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層と、
を有し、
前記光学調整層は、成型面の中心に所定形状のマーカーを有する金型を用いて前記基材上に成型されており、
前記光学調整層のうちの前記基材側とは反対側の表面には、前記マーカーの形状に応じた所定形状の凹部または凸部が形成されており、
前記方法は、
表示装置に表示された第１の印と、前記回折格子形状の輪帯との位置合わせを行う工程と、
前記第１の印に対応付けて前記表示装置に表示された第２の印と、前記光学調整層の前記凹部または凸部との位置関係を検出する工程と、
を包含する、回折光学素子の成型誤差を検出する方法。 - 前記第１の印と前記回折格子形状の最内周の輪帯との位置合わせを行う、請求項１４に記載の回折光学素子の成型誤差を検出する方法。
- 第１の樹脂を含む第１の光学材料からなり、表面に回折格子形状を有する基材と、
第２の樹脂を含む第２の光学材料からなり、前記基材の前記回折格子形状上に形成された光学調整層と、
を有する回折光学素子の製造方法であって、
前記製造方法は、
前記光学調整層を成型するための成型面を有する第１の金型と、前記基材の位置を規制する第２の金型との間に、前記第２の光学材料の原料を配置する工程と、
前記第１の金型と前記第２の金型とを嵌合する工程と、
前記金型と前記基材とにより前記第２の光学材料の原料を押圧して、前記回折格子形状上に前記光学調整層を形成する工程と、
を包含する、回折光学素子の製造方法。 - 前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、
前記第２の金型は開口部を有し、
前記第２の金型の開口部および前記基材を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する、請求項１６に記載の回折光学素子の製造方法。 - 前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、
前記第２の金型は光を透過する材料から形成されており、
前記第２の金型を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する、請求項１６に記載の回折光学素子の製造方法。 - 前記第２の光学材料の原料は光硬化性を有し、
前記第１の金型は光を透過する材料から形成されており、
前記第１の金型を介して前記第２の光学材料の原料に光を照射して硬化させる工程をさらに包含する、請求項１６に記載の回折光学素子の製造方法。 - 前記第２の光学材料の原料は紫外線硬化性を有し、
前記第２の光学材料の原料に紫外線を照射して硬化させる、請求項１７から１９のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。 - 前記第１の金型と前記基材とを直接押し付けたときに形成される前記成型面と前記回折格子形状の間の空間に前記光学調整層を形成する、請求項１６から２０のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
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