(57)【要約】【課題】基体および光学調整層を樹脂材料によって構成する場合において、基体と光学調整層との密着性を高め、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の回折光学素子は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面を有する基体１であって、前記表面が、回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置し、凹凸形状が設けられた第２領域とを含む基体１と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記表面の第１領域および前記第２領域の少なくとも一部を覆うように前記基体に設けられた光学調整層２とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面を有する基体であって、前記表面が、回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置し、凹凸形状が設けられた第２領域とを含む基体と、
第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記表面の前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一部を覆うように前記基体に設けられた光学調整層と、
を備える回折光学素子。
【請求項２】
前記表面の第１領域はレンズ作用を有する曲面形状を有し、前記回折格子は前記曲面に設けられた同心円形状を有する請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記第２領域は前記第１領域を囲んでおり、前記第２領域の凹凸形状は、前記回折格子の同心円形状の中心と一致する中心を備える同心円形状を有する請求項２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する同心円形状の複数の凸部によって構成され、各凸部は、内側斜面と、前記内側斜面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である外側斜面とを有する請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記外側斜面は、前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して略垂直である請求項４に記載の回折光学素子。
【請求項６】
記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する複数の同心円形状の凸部によって構成され、
前記複数の同心円形状の凸部は、
内側斜面および前記内側斜面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である外側斜面を有する第１凸部と、
外側斜面および前記外側面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である内側斜面を有する第２凸部と
を含む請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記第１凸部の外側斜面および前記第２凸部の内側斜面は、前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対してそれぞれ略垂直である請求項６に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が矩形形状を有する複数の同心円形状の凸部によって構成されている請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記光学調整層の外周端部が全周にわたって前記第２領域上に位置している請求項１から８のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記基体の表面は、前記第２領域の外側に位置し平坦な表面部分を有する第３領域をさらに含む請求項１から９のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１１】
前記第１光学材料の屈折率は前記第２光学材料の屈折率より小さく、
前記第１光学材料の屈折率の波長分散性は前記第２光学材料の屈折率の波長分散性より大きい請求項１から１０のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１２】
前記第１樹脂および前記第２樹脂の溶解度パラメータの差が０．８[ｃａｌ／ｃｍ3]1/2以上である請求項１から１１のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記第２光学材料はさらに無機粒子を含み、前記無機粒子が前記第２樹脂中に分散している請求項１から１２のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１４】
前記第２樹脂はエネルギー硬化型樹脂である請求項１から１３のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項１５】
第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面を有する基体であって、前記表面が、回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置し、凹凸形状が設けられた第２領域とを含む基体を用意する工程と、
前記表面の第１の領域および少なくとも前記第２領域の一部を覆うように、前記基体上に第２樹脂の原料を含む第２光学材料の原料を配置する工程と、
前記第２樹脂の原料を硬化させることにより、前記第２光学材料からなる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。
【請求項１６】
前記基体を用意する工程において、前記基体の第２領域の凹凸形状を、前記凹凸形状に対応した形状が表面に形成された型を用い、成形により形成する請求項１５に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１７】
前記基体を用意する工程において、前記基体の第２領域の凹凸形状を切削により形成する請求項１５に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料の外周端部が全周にわたって前記第２領域上に位置するように前記第２光学材料の原料を配置する請求項１５に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料を成形により、前記基体上に配置する請求項１８に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料をパッド印刷により、前記基体上に配置する請求項１８に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料をスクリーン印刷により、前記基体上に配置する請求項１８に記載の回折光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折光学素子に関し、異なる樹脂をそれぞれ含む２つ以上の部材によって構成される回折光学素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折光学素子は、ガラスや樹脂等の光学材料からなる基体に光を回折させる回折格子が設けられた構造を備える。回折光学素子は、撮像装置や光学記録装置を含む種々の光学的機器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されたレンズや、空間ローパスフィルタ、偏光ホログラム等が知られている。
【０００３】
回折光学素子は、光学系をコンパクトにできるという特長を有する。また、屈折とは逆に長波長の光ほど大きく回折することから、回折光学素子と屈折を利用する通常の光学素子とを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。
【０００４】
しかし、回折効率は理論的に光の波長に依存することから、特定の波長の光における回折効率が最適となるように回折光学素子を設計すると、その他の波長の光では回折効率が低下するという課題が生じる。例えば、カメラ用レンズ等白色光を利用する光学系に回折光学素子を用いる場合、この回折効率の波長依存性によって、色むらや不要次数光によるフレアが生じ、回折光学素子だけで適切な光学特性を有する光学系を構成するのは困難である。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献１は、光学材料からなる基体の表面に回折格子を設け、基体と異なる光学材料からなる光学調整層で回折格子を覆うことによって、位相差型の回折光学素子を構成し、光学特性が所定の条件を満たすように２つの光学材料を選択することによって、設計した回折次数での回折効率を波長によらず高くする、つまり、回折効率の波長依存性を低減する方法を開示している。
【０００６】
回折光学素子を透過する光の波長をλとし、２種類の光学材料の波長λにおける屈折率をｎ１（λ）およびｎ２（λ）とし、回折格子の深さをｄとした場合、下記式（１）を満たす場合、波長λの光に対する回折効率が１００％となる。
【数１】
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【０００７】
したがって、回折効率の波長依存性を低減するためには、使用する光の波長帯域内においてｄがほぼ一定となるような波長依存性を持つ屈折率ｎ１（λ）の光学材料と屈折率ｎ２（λ）の光学材料とを組み合わせればよい。一般的には、屈折率が高く、波長分散の低い材料と屈折率が低く波長分散の高い材料とが組み合わされる。特許文献１は、基体となる第１光学材料としてガラスまたは樹脂を用い、第２光学材料として紫外線硬化樹脂を用いることを開示している。
【０００８】
特許文献２は、同様の構造を有する位相差型の回折光学素子において、第１光学材料としてガラスを用い、第２光学材料として、粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以下のエネルギー硬化型樹脂を用いることにより、回折効率の波長依存性を低減して、色むらや不要次数光によるフレア発生等を有効に防止できることを開示している。
【０００９】
基体となる第１光学材料としてガラスを用いる場合、樹脂と比較して微細加工が難しいため、回折格子のピッチを狭くし、回折性能を向上させることが容易ではないため、光学素子の小型化を図りながら光学性能を高めることが困難である。また、ガラスの成形温度は樹脂より高温であるため、ガラスを成型するための金型の耐久性が樹脂を成形するための金型に比べて低く、生産性にも課題がある。
【００１０】
一方、基体となる第１光学材料として樹脂を用いる場合、回折格子の加工性および成形性の点でガラスより優れる。しかし、ガラスと比べて種々の値の屈折率を実現することが難しく、第１光学材料と第２光学材料との屈折率差が小さくなるため、式（１）から明らかなように、回折格子の深さｄは大きくなる。
【００１１】
その結果、基体自体の加工性は優れるものの、回折格子を形成するための金型を深く加工したり、溝の先端を鋭利な形状に成形したりする必要があり、金型の加工が困難になる。また、回折格子が深くなるほど、基体および金型の少なくとも一方の加工上の制約から回折格子のピッチを大きくする必要がある。このため回折格子の数を増やすことができず、回折光学素子の設計上の制約が大きくなる。
【００１２】
このような課題を解決するため、本願の出願人は、特許文献３において、光学調整層として、マトリクス樹脂中に平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍの無機粒子を含んだコンポジット材料を用いることを提案している。このコンポジット材料は、分散させる無機粒子の材料や無機粒子の添加量によって屈折率およびアッベ数を制御でき、従来の樹脂にはない屈折率およびアッベ数を得ることができる。したがって、コンポジット材料を光学調整層に用いることにより、基体である第１の光学材料として樹脂を用いた場合の回折格子の設計自由度を高くして、成形性を向上させ、かつ優れた回折効率の波長特性を得ることができる。
【特許文献１】特開平１０−２６８１１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９２０８号公報
【特許文献３】国際公開第０７／０２６５９７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明者は、特許文献１から３に開示された位相差型の回折光学素子において、基体および光学調整層を樹脂材料によって構成する場合、樹脂材料の種類によっては、基体と光学調整層とが接する部分において、基体が膨潤したり溶解したりしてしまい、回折格子の形状が設計値からずれるという問題があることを見出した。また、このような基体の膨潤や溶解を抑制するために、基体および光学調整層を構成する樹脂材料として相互作用が小さいものを選択する必要があることを見出した。
【００１４】
しかし、基体および光学調整層を構成する樹脂材料として相互作用の小さいものを選択する場合、基体と光学調整層との密着性が不十分となり、光学調整層の一部が基体から浮き上がったり、剥離が発生したりする場合があることが分かった。このように、光学調整層と基体との間に空隙が生じると、回折格子近傍の幾何学的構造および光学的構造が変化し、設計した次数とは異なる次数の回折光（以下「不要回折光」と呼ぶ）が発生したり、迷光が発生したりし、回折光学素子の回折効率が低下する。また、このような光学調整層の浮き上がりや剥離が徐々に生じる場合、回折光学素子の長期信頼性が損なわれてしまう。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであって、基体および光学調整層を樹脂材料によって構成する場合において、基体と光学調整層との密着性を高め、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の回折光学素子は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面を有する基体であって、前記表面が、回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置し、凹凸形状が設けられた第２領域とを含む基体と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記表面の第１の領域および前記第２領域の少なくとも一部を覆うように前記基体に設けられた光学調整層とを備える。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記表面の第１領域はレンズ作用を有する曲面形状を有し、前記回折格子は前記曲面に設けられた同心円形状を有する。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記第２領域は前記第１領域を囲んでおり、前記第２領域の凹凸形状は、前記回折格子の同心円形状の中心と一致する中心を備える同心円形状を有する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する同心円形状の複数の凸部によって構成され、各凸部は、内側斜面と、前記内側斜面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である外側斜面とを有する。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記外側斜面は、前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して略垂直である。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する複数の同心円形状の凸部によって構成され、前記複数の同心円形状の凸部は、
内側斜面および前記内側斜面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である外側斜面を有する第１凸部と、外側斜面および前記外側面よりも前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対して急峻である内側斜面を有する第２凸部とを含む。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記第１凸部の外側斜面および前記第２凸部の内側斜面は、前記第２領域の凹凸が設けられた表面に対してそれぞれ略垂直である。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第２領域の凹凸形状は、半径方向の断面が矩形形状を有する複数の同心円形状の凸部によって構成されている。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記光学調整層の外周端部が全周にわたって前記第２領域上に位置している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記基体の表面は、前記第２領域の外側に位置し平坦な表面部分を有する第３領域をさらに含む。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記第１光学材料の屈折率は前記第２光学材料の屈折率より小さく、前記第１光学材料の屈折率の波長分散性は前記第２光学材料の屈折率の波長分散性より大きい。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記第１樹脂および前記第２樹脂の溶解度パラメータの差が０．８[ｃａｌ／ｃｍ3]1/2以上である。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記第２光学材料はさらに無機粒子を含み、前記無機粒子が前記第２樹脂中に分散している。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記第２樹脂はエネルギー硬化型樹脂である。
【００３０】
本発明の回折光学素子の製造方法は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面を有する基体であって、前記表面が、回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置し、凹凸形状が設けられた第２領域とを含む基体を用意する工程と、前記表面の第１の領域および少なくとも前記第２領域の一部を覆うように、前記基体上に第２樹脂の原料を含む第２光学材料の原料を配置する工程と、前記第２樹脂の原料を硬化させることにより、前記第２光学材料からなる光学調整層を形成する工程とを包含する。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記基体を用意する工程において、前記基体の第２領域の凹凸形状を、前記凹凸形状に対応した形状が表面に形成された型を用い、成形により形成する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記基体を用意する工程において、前記基体の第２領域の凹凸形状を切削により形成する。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料の外周端部が全周にわたって前記第２領域上に位置するように前記第２光学材料の原料を配置する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料を成形により、前記基体上に配置する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料をパッド印刷により、前記基体上に配置する。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記第２光学材料の原料を配置する工程において、前記第２光学材料の原料をスクリーン印刷により、前記基体上に配置する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、基体表面の回折格子が設けられた第１領域の外側に凹凸形状が設けられており、光学調整層が、回折格子および凹凸形状の少なくとも一部を覆うように基体表面に設けられている。このため、凹凸形状によって基体と光学調整層との接触面積が増大し、光学調整層を形成する際の樹脂の収縮や型からの離型による応力によって光学調整層の端部が基体から浮き上がったり剥離したりするのを防止することができ、製造時の不良を抑制でき、生産性を高めることができる。また、環境の変化や長期の使用により、光学調整層の端部が徐々に基体から浮き上がったり剥離したりするのを防止できるため、回折光学素子の長期信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本願発明者は、従来の回折光学素子において、基体および光学調整層の両方に樹脂を含む材料を用いることによって生じる基体の膨潤を詳細に検討した。以下、検討結果を説明する。
【００３９】
図１に示す従来の回折光学素子１１１は、表面に回折格子１０２が設けられた基体１０１と、回折格子１０２を覆うように設けられた光学調整層１０３を備えている。光学調整層１０３と基体１０１とが樹脂を含む光学材料によって形成されており、２つの光学材料の相互作用が強い場合、基体１０１と光学調整層１０３とが接する部分において、基体１０１が膨潤したり溶解したりすることによって、図１に示すように回折格子１０２の形状が崩れてしまう。回折格子１０２の形状が崩れると、所望の次数の回折光が十分な強度で得られなかったり、不要な回折光が生じたりする。
【００４０】
本願発明者は、回折格子１０２の形状に変化を生じていなくても、回折光学素子１１１に不要回折光が発生する場合があることを見出した。図２に示すように従来の回折光学素子１１２において、基体１０１の表面に設けられた回折格子１０２の形状が大きく変化しなくても、光学調整層１０３に含まれる樹脂が基体１０１の表面から浸透すると、樹脂の浸透した部分の基体１０１の屈折率が変化してしまい、図２に示すように、基体１０１と光学調整層１０３との界面に、屈折率が異なる層１０１ａ（以下「屈折率変化層」と呼ぶ）が形成されことを確認した。この屈折率変化層１０１ａは光学顕微鏡によって確認が可能であり、屈折率変化層１０１ａの厚さは約５００ｎｍ〜５０００ｎｍであった。
【００４１】
このように、目視や光学顕微鏡による観察によって、回折格子１０２の形状変化や屈折率変化層１０１ａの生成が確認できた場合には、回折光学素子１１１、１１２は設計通りの光学特性を示さないことが分かる。
【００４２】
また、本願発明者は、屈折率変化層が光学顕微鏡によって観察できないにもかかわらず、回折光学素子に不要回折光が発生し、１次回折効率が低下するという現象を見出した。この現象について詳細に検討するため、屈折率変化層が光学顕微鏡によって観察できないのに１次回折効率が低下した回折光学素子を分析した。分析には、屈折率を高精度に測定できるプリズムカプラー（メトリコン社製、ＭＯＤＥＬ２０１０）を用いて、光学調整層と接している部分の基体の屈折率を測定した。
【００４３】
その結果、光学調整層が樹脂から構成される系については、光学調整層と接している部分の基体の屈折率が、接していない部分よりも０．０１程度上昇していることが分かった。一方、光学調整層がコンポジット材料から構成される系については、光学調整層が接している部分の基体の屈折率は、接していない部分よりも０．０１程度低下していることが分かった。つまり、光学顕微鏡では観察できないレベルで基体に光学調整層の材料が浸透し、微少な屈折率変化を引き起こしていることがわかった。このような屈折率が変化した層の厚さは、光学顕微鏡で確認できないため、正確な厚さはわからないが、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であると推定される。
【００４４】
この結果をもとに、基体１０１の屈折率変化により光学素子の不要回折光が発生するメカニズムを、図３を参照しながら具体的に説明する。
【００４５】
まず、図３（ａ）のように、基体１０１（屈折率Ｎ１）と光学調整層１０３（屈折率Ｎ２）にそれぞれ異なる樹脂を用いて１次回折光を利用する回折光学素子１１３を考える。本願発明者の検討によれば、光学調整層１０３を構成する樹脂が基体１０１へ浸透することにより、光学顕微鏡では確認できないが、樹脂が浸透することによって屈折率がわずかに変化した微小屈折率変化層１０１ｂが生成すると推定される。基体１０１および光学調整層１０３の屈折率がＮ１＜Ｎ２の関係を満たしている場合、生成する微小屈折率変化層１０１ｂの屈折率Ｎ３は、Ｎ１＜Ｎ３＜Ｎ２の関係を満たす。
【００４６】
屈折率Ｎ１およびＮ２が使用する波長帯域内において式（１）を満たすように設計されている場合、界面に形成された微小屈折率変化層１０１ｂにより、回折格子を構成する段差の光学的距離の差つまり位相差が設計値より小さくなり、式（１）を満たさなくなる。この結果、使用する波長帯域内の光Ｂを入射させた場合の回折光学素子１１３の回折効率、つまり、１次回折光Ｂ1の出射効率が設計値より低くなる。この時、不要回折光として主に０次回折光Ｂ0が発生する。０次回折光Ｂ0は、１次回折光Ｂ1よりも焦点距離が長い。
【００４７】
一方、光学調整層として特許文献３に開示されるようなコンポジット材料を用いる場合も、コンポジット材料に含まれるマトリクス樹脂が基体へ浸透することにより、先述したような問題が生じる。図３（ｂ）に示すように、基体１０１と、マトリクス材１０３に無機粒子１０４を分散させることによって構成された光学調整層１０３’とを用い、１次回折光を利用する回折光学素子１１４を考える。基体１０１および光学調整層１０３’の屈折率をそれぞれＮ１およびＮ２とし、マトリクス材１０３の屈折率をＮ４とする。この場合、先述したように、光学調整層１０３’のマトリクス材１０３のみが基体１０１へ浸透することにより、光学顕微鏡では確認できないが、樹脂が浸透したことによって屈折率がわずかに変化した微小屈折率変化層１０１ｃが生成すると推定される。
【００４８】
基体１０１、光学調整層１０３’およびマトリクス材１０３の屈折率が、Ｎ１＜Ｎ２かつＮ４＜Ｎ１の関係を満たしている場合、生成する微小屈折率変化層１０１ｃの屈折率Ｎ３は、Ｎ１＞Ｎ３＜Ｎ２の関係を満たす。ナノメートルオーダの無機粒子１０４は基体１０１へ移動することはできず、基体１０１よりも屈折率の小さいマトリクス材１０３が浸透することによって、微小屈折率変化層１０１ｃが生成するからである。
【００４９】
先述の場合と同様、屈折率Ｎ１およびＮ２が使用する波長帯域内において式（１）を満たすように設計されている場合、界面に形成された微小屈折率変化層１０１ｃにより、回折格子を構成する段差の光学的距離の差、つまり位相差が設計値より大きくなり、式（１）を満たさなくなる。この結果、使用する波長帯域内の光Ｂを入射させた場合の回折光学素子１１４の回折効率、つまり、１次回折光Ｂ1の出射効率が設計値より低くなる。この時、不要回折光として主に２次回折光Ｂ2が発生する。２次回折光Ｂ2は、１次回折光Ｂ1よりも焦点距離が短い。
【００５０】
通常の屈折現象のみを利用した光学系においては、図４に示すように、基体１０１と光学調整層１０３との間に微小屈折率変化層１０１ｄが生成したとしても、微小屈折率変化層１０１ｄと基体１０１との屈折率の差が０．０１程度であれば、基体１０１から進入した光Ｃが、基体１０１と微小屈折率変化層１０１ｄとの界面で屈折する角度は小さい。また、微小屈折率変化層１０１ｄが薄ければ、屈折した角度で光Ｃが進む距離も短い。このため、微小屈折率変化層１０１ｄが生成した場合でも、光学調整層１０３へ入射する光Ｃの入射角度および入射位置は、微小屈折率変化層１０１ｄが生成しない場合とほとんど変わらず、光学性能への影響は無視し得るほど小さい。つまり、光学顕微鏡によって観察できない程度の微小屈折率変化層１０１ｄが生成してもその影響は無視し得る。
【００５１】
しかし、先述したように、回折光学素子の場合、光学顕微鏡によって観察できない程度の微小屈折率変化層であっても、回折の条件（１）を満たさなくなるため、微小屈折率変化層の生成は不要回折光の発生に直結する。この結果、設計次数における回折効率が大きく低下することになる。
【００５２】
特に、生産性の観点から光学調整層として紫外線硬化樹脂や熱硬化型樹脂を含む材料を使用する場合、光学調整層を形成する工程において、未硬化状態の樹脂、すなわちモノマーやオリゴマーが基体と接触する。モノマーやオリゴマーは硬化後の樹脂と比較して分子量が小さいことから、基体への反応性や浸透性が硬化後の樹脂と比較して大きくなる。つまり、先述した回折格子の変形や、屈折率変化層および微小屈折率変化層の生成に伴う回折効率の低下が発生しやすい。
【００５３】
また、光学調整層にコンポジット材料を用いる場合、無機粒子をマトリクス材中に均一に分散させたり、光学調整層を形成する工程における光学調整層の粘度を調整したりするため、光学調整層を形成する原料中に溶媒を添加することがある。このような溶媒は、光学調整層中の樹脂材料と同様、基体への溶解、および、溶媒の浸透による屈折率変化の原因となり、先述した問題の原因となる。
【００５４】
本願発明者はこのような問題を解決するため、基体および光学調整層を構成する樹脂の溶解度パラメータに着目し、以下において説明するように、溶解度パラメータの差が所定の値以上であれば、先述した回折格子の変形や、屈折率変化層および微小屈折率変化層の生成に伴う回折効率の低下を確実に防止することができることを見出した。これにより、特に、光学顕微鏡によっても確認ができない微小屈折率変化層の形成を確実に防止することができ、設計どおりの光学性能を有する回折光学素子を実現することができることが分かった。
【００５５】
しかし、基体および光学調整層を構成する樹脂の溶解度パラメータの差が所定の値以上である場合、２つの樹脂間の相互作用が小さくなるため、基体と光学調整層との密着性が低下する。
【００５６】
これは、たとえば、樹脂基体上に樹脂系材料を用いた塗膜を形成する場合、密着性が良好な材料系においては、両材料の界面付近の基体に、塗膜中の樹脂成分が厚さ方向に数μｍ程度浸透した層（以下、浸透層と呼ぶ）が形成されることからも理解される。このような浸透層では組成が連続的に変化し、分子間の絡み合いが密着性の向上に寄与しているものと考えられる。この浸透層は、光学的特性の観点から言えば、先述した屈折率変化層または微小屈折率変化層に該当する。したがって、回折光学素子において、それぞれが樹脂で構成される基体と光学調整層との密着性が良好である場合、先述した回折光学素子の回折効率が低下することになる。
【００５７】
光学樹脂層の浮き上がりや剥離は、基体と光学調整層との密着性が低い状態において、光学樹脂層に応力が生じるときに発生すると考えられる。応力の原因には複数考えられる。
【００５８】
第１の原因として、光学調整層に含まれる樹脂成分の硬化収縮が挙げられる。一般に、モノマーあるいはオリゴマーの重合により樹脂材料が形成される場合、モノマーあるいはオリゴマー中の重合性官能基中の反応点となる原子は、ファンデルワールス力等の分子間力により決定される距離を保っている。これらの反応点となる原子間で重合よる結合が生じると、原子間には共有結合が形成されるため、原子間距離は短くなる。このことにより、材料の体積は重合前より収縮する（硬化収縮）。
【００５９】
回折光学素子の光学調整層の形成においては、形状加工の容易性から、熱硬化型樹脂や紫外線などのエネルギー線硬化型樹脂（以下これらを総称してエネルギー硬化型樹脂と呼ぶ）を未硬化の状態で基体上に配置した後、硬化を行うことが考えられる。この場合、光学調整層の硬化時において、収縮による応力が中心部に向かう方向で発生する。この際、光学調整層の空気に面している表面においては、変形が規制されないため、収縮方向への変形によりこの応力が緩和される。しかし、基体に接している表面においては、基体によって変形が規制され応力緩和が起こりにくくなる。この結果、光学調整層の内部に、端部が持ち上げられる方向の応力が残留する。基体と光学調整層の密着力がこの残留応力より小さい場合には、光学調整層が基体からめくれ上がることにより、残留応力を解放する方向に作用する。
【００６０】
第２の原因として、型を用いた成形により光学調整層を形成する場合に、離型時に光学調整層にかかる応力が考えられる。形状を厳しく規定する必要のある光学調整層は成形により形成されることが一般的であり、離型時には、光学調整層と基体の界面に、界面に対して垂直方向の応力が発生する。光学調整層の原料と基体との濡れ性が低い場合や、粘度の高い光学調整層の原料を基体上で押し広げるように成形した場合、光学調整層の端部の基体との接触角は鈍角となる。この状態で離型により界面と垂直方向の応力が発生すると、応力のうち光学調整層と空気の界面と垂直に作用する成分が、光学調整層を基体からめくり上げるように作用する。ここで光学調整層の基体に対する密着力が小さいと、光学調整層の浮きや剥離が発生することになる。特に、型表面の汚染などの要因で離型性が低下した場合に、離型応力が増大し、浮きや剥離がより顕著に発生する。
【００６１】
第３の原因として、基体と光学調整層の熱膨張率差に伴い、温度変化時に両者の界面に発生する熱応力が挙げられる。特に、光学調整層の材料としてナノコンポジットを使用する場合、無機粒子の効果によってマトリクス樹脂より熱膨張率が低下するため、基体の樹脂材料の種類によっては熱膨張率差が拡大し、温度変化時の応力が増大して光学調整層の浮きや剥離がより発生しやすい傾向となることも考えられる。
【００６２】
また、水分や薬品の吸収によって、基体と光学調整層との体積変化に差異が発生するような材料系であれば、使用環境下において水分や薬品に接触した場合に界面に応力が発生し、光学調整層の浮きや剥離の原因となり得る。
【００６３】
このように、密着性の低い光学調整層が回折光学素子の有効領域上のみに形成されている場合、たとえ端部においてわずかな基体からの浮きや剥離が発生しても、収差や迷光等の発生による回折光学素子の特性低下を引き起こす。また、生産歩留まりの低下も問題となる。
【００６４】
本願発明は、このように基体と光学調整層との密着性が低い場合においても、光学調整層の浮き上がりおよび剥離を抑制する構造を備えた回折光学素子を提供する。
【００６５】
（第１の実施形態）
以下、本発明による回折光学素子の第１の実施形態を説明する。
【００６６】
図５は第１の実施形態である回折光学素子５１の構造を示しており、図５の上部は断面構造を示し、図５の下部は平面構造を示している。図５に示すように、回折光学素子５１は、基体１と光学調整層２とを含む。
【００６７】
基体１は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面１ａを有する。図５に示すように、基体１の表面１ａは第１領域５、第２領域７および第３領域８を含む。基体１の表面１ａの第１領域５には回折格子４が設けられている。光学調整層２は、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、基体１の表面１ａの第１領域５と、第２領域７の少なくとも一部とを覆うように設けられている。以下、基体１および光学調整層２の構造を詳細に説明する。
【００６８】
まず基体１の構造を説明する。先述したように基体１の表面１ａの第１領域５には、回折格子４が設けられている。本実施形態では、基体１の表面１ａは、第１領域５においてレンズ作用を有する曲面を備えており、この曲面に、同心円形状を有する回折格子４が設けられている。
【００６９】
回折格子４の半径方向の断面における形状は、矩形、鋸歯状、段差状、曲面形状、フラクタル形状、ランダム形状等が一例として挙げられるが、特に限定されるものではない。回折格子形状の配置パターンならびに配置ピッチも、回折光学素子５１に要求される特性を満たすものであれば特に限定されない。
【００７０】
本実施形態では、回折格子４は、鋸歯状の断面を有し、大きさの異なる複数のリング状凸部が同心円状に配置されることによって構成されている。複数のリング状凸部のピッチは、中心から周辺に向かって段階的に小さくなっている。
【００７１】
回折格子形状の溝を通る包絡面、つまり、第１領域５における表面１ａは、球面形状、非球面形状、（シリンドリカル形状）等の形状であることが好ましい。特に包絡面が非球面形状を有する場合、球面形状の場合に補正できなかったレンズ収差を補正することが可能になるので好ましい。「非球面形状」の面とは、下記式（２）を満足する曲面である。
【数２】
2010102000.tif 000004
【００７２】
ここで、式（２）は、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸の周りに回転させた場合の非球面を表す式であって、ｃは中心曲率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは２次曲面からのずれを表す係数である。また、Ｋの値によって、以下のような非球面となる。
０＞Ｋの場合、短径を光軸とする楕円面
−１＜Ｋ＜０の場合、長軸を光軸とする楕円面
Ｋ＝−１の場合、放物面
Ｋ＜−１の場合、双曲面
【００７３】
基体１の表面１ａと反対側の表面１ｂは平坦であり、回折格子の同心円形状の中心と一致する中心を有する非球面形状の非球面形状１ｃが設けられている。非球面形状１ｃは、屈折により光路を規定する機能を有し、その形状は回折光学素子５１を含む光学系全体の設計に応じて決定される。本実施形態では図５に示すように、非球面形状１ｃは凹形状である。しかし、光学系における回折光学素子５１に求められる機能に応じて、非球面形状１ｃは凸形状あるいは平面形状であってもよい。
【００７４】
基体１の表面１ａの第２領域７は、第１領域５の外側に位置しており、第２領域７には凹凸形状６が設けられている。凹凸形状６は、基体１上に形成される光学調整層２との密着性向上に寄与する。
【００７５】
先述したように、一般にモノマーあるいはオリゴマーの重合により樹脂材料が形成される際、重合反応に伴い重合性官能基中の反応点となる原子間の距離が短くなるため、材料の体積が重合前より収縮する硬化収縮現象が発生する。硬化収縮の大きさは樹脂の重合性官能基の構造や骨格構造、重合反応のメカニズム等に依存する。例えばラジカル重合性の紫外線硬化型樹脂であれば、一般的に５〜２０％程度の体積収縮率を示す。
【００７６】
光学調整層２としてエネルギー硬化型樹脂を含む材料を使用し、基体１上に配置した状態で硬化反応を行わせた場合、光学調整層２の内部には、中心方向への応力が発生する。この際、光学調整層２の空気に面している表面と基体１に面している表面において、変形の自由度に伴う応力の緩和度合が異なることから、光学調整層２の内部には外周端部が持ち上げられる方向の応力が残留する。
【００７７】
このような応力に抗して光学調整層２と基体１との密着性を維持するために、凹凸形状６は、凹凸によって基体１と光学調整層２との接触面積を増大させる。これにより、基体１と光学調整層２とが接触する界面の面積が増大し、摩擦による密着力を向上させることができる。
【００７８】
好ましくは、第２領域７は第１領域５を囲んでおり、第２領域７の凹凸形状６は、回折格子４の同心円形状の中心と一致する中心を有する同心円形状を有している。図６（ａ）、（ｂ）は凹凸形状６の断面の一部を拡大して示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、凹凸形状６は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する同心円形状の複数のリング状凸部９によって構成される、各凸部９は、内側斜面９ａと、外側斜面９ｂとを有し、内側斜面９ａよりも外側斜面９ｂの方が表面１ａに対して急峻である。より好ましくは、外側斜面９ｂと表面１ａとのなす角度θは略直角、具体的には７０度以上１００度以下である。このような外側斜面９ｂを有する凹凸形状６を備えることによって、光学調整層２内部に残留した応力Ｆ１が、凹凸形状６の各々の凸部９の外側斜面９ｂに対して垂直に近い角度で作用する。このため、光学調整層２が凹凸形状６を締め付けるように応力Ｆ１が基体１に作用することになり、基体１との密着性がさらに向上する。凹凸形状６を成形によって形成する場合、離型が容易となるという効果も得られる。
【００７９】
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光学調整層２の端部２ｅが、第２領域７の凹凸形状６に位置していることが好ましい。より具体的には、図６（ｂ）に示すように光学調整層２の端部２ｅが、凹凸形状６の各凸部９の内側斜面９ａまたは、図６（ａ）に示すように、外側斜面９ｂ上に位置していることが好ましい。
【００８０】
高粘度および／または基体１との濡れ性が低い材料の成形により光学調整層２を形成する場合、第２領域７が平坦であれば、光学調整層２の外周端部における基体１との接触角が鈍角となり、光学調整層２を形成する型の離型時の応力が光学調整層２を剥離させる方向とほぼ一致する方向に作用する。これに対して、光学調整層２の端部２ｅが、第２領域７の凹凸形状６に位置していれば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光学調整層２を剥離させる方向Ｆ２は、光学調整層２を形成する型の離型時の応力の方向である基体１の表面１ａと垂直な方向と異なる。このため、離型時の応力のうち光学調整層２を剥離させる方向の成分が減少し、離型時における光学調整層２の浮きや剥離を抑制することができる。
【００８１】
第２領域７は大きいほど基体１と光学調整層２との接触面積が増えるため好ましい。しかし、第２領域７が大きすぎると、回折光学素子５１全体が大きくなってしまい、樹脂系材料を利用することによる小型化のメリットが失われてしまうとともに、基体１上に配置する光学調整層２の材料の必要量も多くなってしまう。したがって、凹凸形状６を回折格子形状と同心円状に形成する場合は、第２領域７の最外周における直径は、第１領域５の直径の３倍以内であることが好ましい。
【００８２】
凹凸形状６は、凹部と凸部との差、つまり凹凸形状６が深いほど、基体１と光学調整層２との接触面積が増えるため好ましい。凹部と凸部との差が小さい場合、界面の面積の増加量が小さく、また、端面にて光学調整層２を締め付ける力を受ける端面の面積も小さくなるため、密着性を向上させる効果が不十分となる。一方、凹部と凸部との差が大きすぎる場合、凹凸形状６を埋めるために必要な多くの光学調整層２の材料が必要となり、材料コストが増大する。また、光学調整層２の形成時に凹凸形状６の凹部に気泡が噛み込まれ、基体１との密着面積が減少する可能性がある。さらに、基体１への凹凸形状６の加工も難しくなる上、第２領域７の厚みに対して凹凸形状６が深くなりすぎると、第２領域７の強度が低下する可能性がある。これらのことから、凹凸形状６の深さ、つまり凹部と凸部との差は１μｍ以上であり、回折格子４上における光学調整層２の最大厚みの９５％以下であることが好ましい。
【００８３】
凹凸形状６を同心円状に形成する場合、リング状凸部９の数が多いほど基体１と光学調整層２との接触面積が増えるため好ましい。ただし、リング状凸部９の数を多くするためにピッチが小さくなりすぎると、基体１への凹凸形状６の加工、あるいは基体を成形する金型への凹凸形状６に相当する形状の加工が困難となる。このため、凹凸形状６のアスペクト比（＝深さ／ピッチ）は１．５以下とすることが好ましい。
【００８４】
凹凸形状６の深さおよびピッチを、第１領域５に形成した回折格子４のうち最外周の形状と同程度に設定すれば、基体１を射出成形等の成形法にて形成する場合に、凹凸形状６に相当する形状の金型への加工が容易となる。
【００８５】
基体１は、表面１ａの第２領域７のさらに外側に第３領域８を備えていてもよい。この場合、第３領域８は平坦であることが好ましい。第３領域８を設けることによって、回折光学素子５１をモジュールに実装する際、第３領域８を実装のための保持部として使用することができる。また、第３領域８を、モジュールの構成部品間の実装精度を確保したり、フォーカス位置の調整を行うための基準面として使用してもよい。
【００８６】
第３領域８を実装時の基準面として使用する場合、第３領域８の表面粗さＲａは１．６μｍ以下とすることが好ましい。第３領域８の形状ならびに大きさは、回折光学素子５１が組み込まれるモジュールや機器によって要求される要件等により適宜決定されるものであり、本発明において特に限定されるものではない。
【００８７】
基体１は、先述したように第１樹脂を含む第１光学材料からなる。第１光学材料として樹脂を含む材料を使用するのは、レンズの生産において最も生産性が期待できる金型成形を考えた場合、ガラスを含む材料においては、金型の耐久性が樹脂を含む材料の１／１０以下であり、回折格子形状を有する基体１の製造が容易ではないのに対して、樹脂を含む材料は、射出成形等の量産性の高い製造方法を適用することができるからである。また、樹脂を含む材料は金型成形や他の加工法により微細加工を実施することが容易であるため、回折格子４のピッチを小さくすることによって回折光学素子５１の性能を向上させたり回折光学素子５１の小型化が実現できる。さらに、回折光学素子５１の軽量化を図ることも可能である。
【００８８】
第１樹脂としては、光学素子の材料として一般に使用される透光性の樹脂材料の中から、回折光学素子５１の設計次数での回折効率の波長依存性を低減可能な屈折率特性と波長分散性を有し、かつ光学調整層２の原料中に含まれる樹脂原料（モノマまたはオリゴマ）および／または溶媒に浸食されることなく透光性、屈折率特性を保つことができ、かつ、回折格子形状を保つことのできる材料を選択することができる。
【００８９】
例えば、ポリカーボネート系樹脂（例えば、帝人化成社製“パンライト”、ＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックス社製“レキサン”“ザイレックス”等）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、脂環式アクリル樹脂等のアクリル系樹脂、脂環式オレフィン樹脂（例えば、日本ゼオン社製“ＺＥＯＮＥＸ”、三井化学社製“アペル”等）、ポリエステル系樹脂（例えば、大阪ガスケミカル社製“ＯＫＰ４”等）等の中から適宜選択することができる。また、これらの樹脂に対し、成形性や機械特性等を向上させる目的で他の樹脂を添加した共重合体樹脂や、ポリマーアロイ、ブレンドポリマーを用いてもよい。
【００９０】
さらに、これらの樹脂中に、屈折率等の光学特性や、熱膨張性等の力学特性を調整するための無機粒子や、特定の波長領域の電磁波を吸収する染料や顔料等の添加剤を必要に応じて添加してもよい。
【００９１】
次に光学調整層２について詳細に説明する。光学調整層３は先述したとおり、回折光学素子５１における回折効率の波長依存性を低減するために設けられる。表面の少なくとも一方に回折格子形状を形成した基体１に光学調整層２を形成し、位相型回折格子を構成する場合、ある波長λにおいてレンズの１次回折効率が１００％となる回折格子深さｄは式（１）により与えられる。式（１）の右辺がある波長領域においてほぼ一定値になれば、その波長領域内において１次回折効率の波長依存性がなくなる。そのためには、基体１を構成する第１光学材料と光学調整層２を構成する第２の光学材料を低屈折率・高波長分散性材料と高屈折率・低波長分散性材料との組み合わせにより構成すればよい。
【００９２】
たとえば、第１光学材料における屈折率の波長依存性と逆の傾向を示す屈折率の波長依存性を有する材料を第２の光学材料として選択すればよい。より具体的には、回折光学素子５１を使用する光の波長範囲において、第１光学材料の屈折率は第２光学材料の屈折率より小さく、かつ、第１光学材料の屈折率の波長分散性は第２光学材料の屈折率の波長分散性より大きい。つまり、第１光学材料は第２光学材料よりも低屈折率高分散材料である必要がある。
【００９３】
屈折率の波長分散性は、たとえば、アッベ数によって表わされる。アッベ数が大きいほど屈折率の波長分散性は小さい。したがって、第１光学材料の屈折率は第２光学材料の屈折率より小さく、かつ、第１光学材料のアッベ数は第２光学材料のアッベ数よりも小さいことが必要である。
【００９４】
特に、波長４００〜７００ｎｍの可視光の全領域において、式（１）における回折格子深さｄがほぼ一定値となるような第１光学材料および第２光学材料の組合せを用いることによって、１次回折効率が可視光領域において波長に依存しない回折光学素子５１が実現する。このような回折光学素子５１を、例えばレンズとして撮像用途に適用すると、フレア等の発生が抑制されるため、結果として画質の向上が可能となる。
【００９５】
光学調整層２は、基体１の第１領域５上に形成された回折格子４による凹凸を完全に埋め込んで平滑な表面形状を形成していれば、光学特性上は問題ない。この場合、光学調整層２の膜厚は最も厚い部分で回折格子深さｄと一致し、最も薄い部分では０となる。実際には、形成プロセス条件に裕度を与える観点から、最も厚い部分での光学調整層２の膜厚は回折格子４の深さｄより大きくなるのが通常である。ただし、光学調整層２の膜厚が増大すると、レンズとして使用した場合にコマ収差等が増大するとともに、光学調整層２の形成時における樹脂の硬化収縮の影響が増大して表面形状の制御が困難となり、集光特性が低下する。また光学調整層２をコンポジット材料で形成する場合、膜厚の増加に伴い無機物粒子による散乱が増大し、透光性が低下する。以上の観点から、光学調整層２の膜厚は、最も厚い部分で、回折格子深さｄ以上２００μｍ以下であることが好ましく、特に回折格子深さｄ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。光学調整層２の材料としてナノコンポジット材料を使用すると、樹脂を単独で使用する場合より基体１との屈折率差を拡大することができるため、式（１）から明らかなように、回折格子深さｄを小さくすることができる。この結果、光学調整層２として必要な膜厚も小さくなり、透光性が改善される。
【００９６】
光学調整層２の基体１と反対側の面は、回折格子４の溝を通る包絡面、つまり、基体１の第１領域５における表面１ａのレンズ作用を有する曲面とほぼ同じ形状を有するように形成されることが好ましい。これにより、屈折作用と回折作用の組み合わせにより色収差や像面湾曲等がバランスよく改善され、ＭＴＦ特性が向上した高い撮像性能を有するレンズを得ることが可能となる。
【００９７】
光学調整層２は、先述したように、光学調整層２が基体１からの浮き上がりや剥離を抑制するため、基体１の第２領域７の少なくとも一部を覆うように形成されている。より好ましくは、光学調整層２の外周端部が全周にわたって第２領域７に位置しており、凹凸形状６のうちの少なくとも最内周の形状を埋めている。このように光学調整層２を形成することにより、先述したように、基体１の第２領域７に形成された凹凸形状６による界面面積の増大、凸部９の外側斜面９ｂでの締め付け力の発生、接触角の低減といった作用を発現させることができる。光学調整層２の外周端部２ｅは、基体１の第３領域８にまで到達していないことが好ましい。第３領域８上に光学調整層２の外周端部２ｅが達している場合、外周端部２ｅは、先述した効果を発揮する凹凸形状６と接していないため、この部分から光学調整層２の剥離や浮きが発生する可能性がある。
【００９８】
光学調整層２は、第２樹脂を含む第２光学材料からなる。第２光学材料は先述したように式（１）を満たしうるための屈折率特性を有するものの中から、基体非浸食性、形状制御性、プロセスにおける取扱い性、耐環境性等の特性を考慮して選択される。
【００９９】
先述したように、回折光学素子５１が設計どおりの良好な光学特性を発揮するためには、光学調整層５１の第２光学材料と基体１の第１光学材料との相互作用を小さくする必要がある。このために、第２光学材料に含まれる第２樹脂の未硬化の状態での溶解度パラメータ（ＳＰ値）が、第１光学材料に含まれる第１樹脂の溶解度パラメータと０．８［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2以上離れていることが好ましい。
【０１００】
溶解度パラメータは、正則溶液理論における凝集エネルギー密度の平方根であり、ある物質の溶解度パラメータδは、モル体積Ｖと１モルあたりの凝集エネルギーΔＥを用いて
、以下の式により定義される。
δ＝（ΔＥ／Ｖ）1/2
【０１０１】
溶解度パラメータは物質の分子間力の指標であり、溶解度パラメータが近い物質ほど親和性が高い。溶解度パラメータには、さまざまな導出方法が存在するが、例えばＦｅｄｏｒｓらによる分子構造式から計算する方法により求めた値等を用いることができる。本願明細書で用いる溶解度パラメータはこの分子構造式から計算する方法により求めた値である。溶解度パラメータが高くなる構造としては、ＯＨ基、アミド結合等高極性の官能基が挙げられる。一方、溶解度パラメータが低くなる構造としては、フッ素原子、炭化水素基、シロキサン結合等が挙げられる。
【０１０２】
基体１の第１樹脂と、光学調整層２の第２樹脂の溶解度パラメータの差が０．８［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2より小さい場合、両者の親和性が高いため、光学調整層２の第２樹脂が基体１へ浸透したり、さらに親和性が高い場合には基体１を溶解したりする現象が発生する。この結果、先述のように、得られる回折光学素子５１の設計次数における回折効率が低下する。一方、基体１の第１樹脂と光学調整層２の第２樹脂の溶解度パラメータの差が極端に大きいと、基体１と光学調整層２の親和性が悪く密着性が非常に低下する。その結果、基体１の第２領域７の表面に形成した凹凸形状６に外周端部２ｅが位置するように光学調整層２を形成しても、密着性を確保できなくなる。以上のことから、基体１の第１樹脂と、光学調整層２の第２樹脂の溶解度パラメータの差が０．８［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2以上２．５［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2以下の範囲内にあることがより好ましい。
【０１０３】
光学調整層２の第２樹脂として特に制限はないが、例えば、ポリメタクリル酸メチル、アクリレート、メタクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート等の（メタ）アクリル樹脂；エポキシ樹脂；オキセタン樹脂；エン−チオール樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートおよびポリカプロラクトン等のポリエステル樹脂；ポリスチレン等のポリスチレン樹脂；ポリプロピレン等のオレフィン樹脂；ナイロン等のポリアミド樹脂；ポリイミドやポリエーテルイミド等のポリイミド樹脂；ポリビニルアルコール；ブチラール樹脂；酢酸ビニル樹脂；脂環式ポリオレフィン樹脂等を用いることができる。また、これらの樹脂（高分子）の混合体や共重合体を用いてもよいし、これらの樹脂を変性したものを用いてもよい。この場合、第１樹脂の溶解度パラメータは、２以上の樹脂の混合比率に基づいて計算される。
【０１０４】
これらの中でも特に、光学調整層２の形成工程が簡易となることから、熱硬化型樹脂、エネルギー線硬化型樹脂などのエネルギー硬化型樹脂を用いることが好ましい。具体的には、アクリレート樹脂、メタクリレート樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、エン−チオール樹脂等が挙げられる。
【０１０５】
分子構造上、異なる樹脂材料であっても屈折率およびその波長分散は大きく変化することはなく、ガラスに比べて、屈折率およびその波長分散が大きく異なる樹脂材料を選択することが難しい。つまり、式（１）を満たす第１樹脂を含む第１光学材料および第２樹脂を含む第２光学材料の組み合わせの数は少ない。このため、光学特性を優先して第１樹脂および第２樹脂を選定すると、機械特性や耐環境性、プロセスにおける取扱い性等において問題が生じることがある。
【０１０６】
このような問題は、図５に示すようにマトリクスとなる樹脂に無機粒子２ａを分散させたコンポジット材料を光学調整層２の第２光学材料として用いることにより解決する。つまり、樹脂に分散させる無機粒子の種類や量、大きさによって、第２光学材料の屈折率およびアッベ数を微調整することが可能となり、式（１）を満たす第１光学材料および第２光学材料の組み合わせの候補を増やすことができる。また、第１光学材料および第２光学材料がより高い精度で式（１）を満たすようにできるため、回折光学素子５１の回折効率をより向上させることができる。さらに、樹脂としても様々な物性を有する材料を使用することが可能となり、光学特性と機械特性や耐環境性、プロセスにおける取扱い性との両方を満足する第２光学材料の選択の幅が広くなる。
【０１０７】
このようなコンポジット材料を第１光学材料および第２光学材料のいずれに使用してもよい。しかし、回折格子形状の成形性や、散乱や吸収等による透過率への影響を考慮すると、第１光学材料としてコンポジット材料を用いる場合には、第１樹脂に分散させる無機粒子の添加量を第２光学材料に比べてあまり多くすることはできない。
【０１０８】
コンポジット材料を第２光学材料に使用する場合もマトリクスとなる第２樹脂の未硬化の状態での溶解度パラメータは、基体１の第１光学材料の第１樹脂の溶解度パラメータと０．８［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2以上離れていることが好ましい。先述した第２樹脂として用いることのできる樹脂の中から、無機粒子の分散性や光学調整層に要求される物性や耐環境性、プロセスにおける取扱い性等を満たす材料を選定すればよい。
【０１０９】
基体１に第１樹脂を含む第１光学材料を用い、光学調整層２として、コンポジット材料を第２光学材料として用いる場合、一般に無機粒子は樹脂より高屈折率であることが多い。このため、コンポジット材料は高屈折率低波長分散性を示すよう調整することが、無機粒子、第１樹脂および第２樹脂として選択し得る材料が多くなるため好ましい。
【０１１０】
コンポジット材料によって構成される第２光学材料の屈折率は、マトリクスとなる第２樹脂および無機粒子の屈折率から、例えば下記式（３）にて表されるマックスウェル−ガーネット理論により推定できる。式（３）よりのｄ線（５８７．６ｎｍ）Ｆ線（４８６．１ｎｍ）Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をそれぞれ推定することにより、さらにコンポジット材料のアッベ数を推定することも可能である。逆にこの理論に基づく推定から、マトリクスとなる第２樹脂と無機粒子との混合比を決定してもよい。
【数３】
2010102000.tif 000005
【０１１１】
なお、式（３）において、ｎCOMλはある特定波長λにおけるコンポジット材料の平均屈折率であり、ｎpλ、ｎmλはそれぞれこの波長λにおける無機粒子およびマトリクスとなる第２樹脂の屈折率である。Ｐは、コンポジット材料全体に対する無機粒子の体積比である。無機粒子が光を吸収する場合や無機粒子が金属を含む場合には、式（３）の屈折率を複素屈折率として計算する。式（３）はｎpλ≧ｎmλの場合に成立する式であり、ｎpλ＜ｎmλの場合は以下の式（４）を用いて屈折率を推定する。
【数４】
2010102000.tif 000006
【０１１２】
先述したとおり、光学調整層２の第２光学材料としてコンポジット材料を使用する場合、コンポジット材料には高屈折率かつ低波長分散性が要求される。そこで、コンポジット材料中に分散させる無機粒子についても、低波長分散性、すなわち高アッベ数の材料を主成分とすることが好ましい。例えば、酸化ジルコニウム（アッベ数：３５）、酸化イットリウム（アッベ数：３４）、酸化ランタン（アッベ数：３５）、アルミナ（アッベ数：７６）およびシリカ（アッベ数：６８）、酸化ハフニウム（アッベ数：３２）、ＹＡＧ（アッベ数：５２）および酸化スカンジウム（アッベ数：２７）からなる群より選ばれる少なくとも１つの酸化物を主成分とすることができる。また、これらの複合酸化物を用いてもよい。さらにこれらの無機粒子に加えて、例えば酸化チタンや酸化亜鉛等に代表される高屈折率を示す無機粒子等を共存させても、コンポジット材料である第２光学材料の屈折率が使用する波長領域において式（１）を満たしていれば差し支えない。
【０１１３】
コンポジット材料中における無機粒子の実効粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。実効粒径が１００ｎｍ以下であれば、レイリー散乱による損失を低減させ、光学調整層２の透明性を高くすることができる。また、実効粒径が１ｎｍ以上であれば、量子効果による発光等の影響を抑制することができる。コンポジット材料中には、必要に応じて、無機粒子の分散性を改善する分散剤や、重合開始剤、レベリング剤等の添加剤を含有してもよい。
【０１１４】
ここで実効粒径について図７を参照しながら説明する。図７において、横軸は無機粒子の粒径を表し、左側の縦軸は横軸の粒径に対する無機粒子の頻度を示す。また、右側の縦軸は粒径の累積頻度を表している。実効粒径とは、無機粒子全体のうち、その粒径頻度分布において、累積頻度が５０％となる粒径を中心粒径（メジアン径：ｄ５０）とし、その中心粒径を中心として累積頻度が５０％の範囲Ａにある粒径範囲Ｂのことを指す。したがって、無機粒子のこのように定義される実効粒径の範囲が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。実効粒径の値を精度よく求めるためには、たとえば、２００個以上の無機粒子を測定することが好ましい。
【０１１５】
コンポジット材料を第２光学材料として用いて光学調整層２を形成する場合、形成プロセス内においては溶媒を共存させても良い。コンポジット材料に含まれる溶媒は、無機粒子を第２樹脂中で分散させやすくしたり、粘度を調整して気泡なく光学調整層２を形成したりするために使用される。
【０１１６】
コンポジット材料に含まれる溶媒は乾燥により除去され、最終的に形成される光学調整層２内には実質的に残存しないため、基体１との接触時間が未硬化樹脂よりも短く、相互作用の影響は第２樹脂よりも小さいと考えられる。しかし、基体１の第１樹脂への溶媒の浸食を防止するため、第１樹脂の溶解度パラメータより０．８［ｃａｌ／ｃｍ3］1/2以上離れた溶解度パラメータを有する溶媒を使用することが好ましい。このような溶媒の中から、無機粒子の分散性、コンポジット材料のマトリクスとなる樹脂の溶解性、プロセスにおける取扱い性（基体への濡れ性、乾燥の容易性（沸点、蒸気圧）等）等、必要とされる特性を満たすものを選定すればよい。例えば第１樹脂としてポリカーボネート（ＳＰ値：９．８）を使用する場合、メタノール（ＳＰ値：１４．５）、エタノール（ＳＰ値：１２．７）、２−プロパノール（ＳＰ値：１１．５）、１−プロパノール（ＳＰ値：１１．９）、１−ブタノール（ＳＰ値：１１．４）等に代表されるアルコール系溶媒、エチレングリコール（ＳＰ値：１４．６）、メチルセロソルブ（ＳＰ値：１１．４）等に代表されるグリコール系溶媒、水（ＳＰ値：２３．４）等をコンポジット材料である第２光学樹脂に添加する溶媒として使用することができる。
【０１１７】
以上のように構成される本実施形態の回折光学素子によれば、基体表面の回折格子が設けられた第１領域の外側に凹凸形状が設けられており、光学調整層が、回折格子および凹凸形状の少なくとも一部を覆うように基体表面に設けられている。このため、凹凸形状によって基体と光学調整層との接触面積が増大し、光学調整層を形成する際の樹脂の収縮や型からの離型による応力によって光学調整層の端部が基体から浮き上がったり剥離したりするのを防止することができ、製造時の不良を抑制でき、生産性を高めることができる。また、環境の変化や長期の使用により、光学調整層の端部が徐々に基体から浮き上がったり剥離したりするのを防止できるため、回折光学素子の長期信頼性を高めることができる。
【０１１８】
また、光学調整層および基体を構成する光学材料として、相互作用の小さい樹脂をそれぞれ含む光学材料を選択し得るため、光学調整層の基体への浸透による回折格子の変形や基体の屈折率の変動が抑制され、所望の高い回折効率ならびに集光特性を達成し得る回折光学素子を得ることができる。また、樹脂材料を用いることによって、型を用いて基体を成形する場合における型の寿命を長くすることができ、生産性を高めることができる。
【０１１９】
なお、本実施形態の回折光学素子において、基体表面の第１領域に設けられた回折格子は、その外側の凹凸形状と同様、光学調整層との接触面積を拡大し、光学調整層を形成する際の樹脂の収縮や型からの離型による応力によって光学調整層の中央部が基体から浮き上がったり剥離したりするのを防止することができる。このため、本実施形態の回折光学素子では、光学調整層全体の基体に対する密着性が向上している。
【０１２０】
次に図５を参照しながら、本実施形態の回折光学素子を製造する方法の一例を説明する。
【０１２１】
まず、表面１ａに回折格子４および凹凸形状６が形成された基体１を用意する。
【０１２２】
第１樹脂を含む第１の光学材料を用いて、表面１ａに回折格子４および凹凸形状６が形成された基体１を成形する。先述したように、基体１の表面は球面形状や非球面形状を有し、レンズ作用を備えていてもよいし、平坦であってよい。第１領域５の回折格子４および第２領域７の凹凸形状６は、例えば成形、転写、切削、研削、研磨、レーザー加工、エッチング等、その形状と基体１の材質に応じた方法で形成することができる。基体１が第１樹脂を含む第１の光学材料によって構成されるため、射出成形等の成形を用いて、回折格子４および凹凸形状６が形成された基体１を一体的に形成することが非常に簡便であり好ましい。これにより、生産性を大きく向上することができる。あるいは、成形により、回折格子４が形成された基体１を一体的に形成し、第２領域７上の凹凸形状６のみを、バイトなどを用いた切削によって形成してもよい。基体１が第１樹脂を含む第１の光学材料によって形成されているため、このような方法によっても容易に凹凸形状６を形成することができる。
【０１２３】
成形により、一体的に基体１を作製する場合、金型加工が容易であり、また、加工精度の高い回折格子形状を形成するため、回折格子形状の深さは２０μｍ以下であることが好ましい。回折格子形状の深さが数十μｍを越える場合、型を高い精度で加工することが困難となる。これは、一般に金型はバイトを用いた切削により形状加工が行われるが、回折格子形状が深くなると加工量が増え、バイト先端が磨耗するため、加工の進行に伴って加工精度が劣化するからである。また、回折格子形状が深くなるとピッチを狭くすることが困難となる。これは、回折格子形状が深くなると先端の曲率半径の大きなバイトで金型を加工する必要があり、その結果、ある程度ピッチを広げないと回折格子形状の加工ができなくなるためである。これらのことから、回折格子形状が深いほど設計自由度がなくなり、回折格子形状の導入による収差低減効果が得られなくなってしまう。
【０１２４】
次に、第２樹脂の原料を含む第２光学材料の原料を用意し、回折格子４を完全に覆い、第２領域７の凹凸形状６の少なくとも一部を覆うように第２光学材料の原料の基体１上に配置する。より好ましくは、第２光学材料の原料の外周端部が全周にわたって第２領域７の凹凸形状６上に位置するように、第２光学材料の原料を基体１上に配置する。
【０１２５】
第２光学材料の原料を基体１上に配置する方法は、粘度等の材料特性および回折光学素子に要求される光学的特性から決定される光学調整層２の形状精度に応じて、公知のコーティング層形成プロセスから適宜選択される。具体的には、型を使用した各種成形法、ディスペンサ等の注液ノズルを用いた塗布、インクジェット法等の噴射塗布、スピンコーティング法等の回転による塗布、スクリーン印刷やパッド印刷等のスキージングによる塗布、転写等の方法を用いることができる。これらのプロセスを適宜組み合わせてもよい。先述したプロセスの中でも特に、回折格子形状を埋めた上で表面形状を平滑に規定する観点から、成形、パッド印刷、スクリーン印刷のいずれかの方法またはこれらを組み合わせた方法を用いることが好ましい。
【０１２６】
その後、エネルギー硬化型樹脂を第２光学材料の第２樹脂に用いる場合には、第２樹脂の原料を硬化させる。第２樹脂の原料を硬化させる方法は、使用する樹脂の種類に応じて、熱硬化やエネルギー線照射等の工程を用いることができる。硬化工程に使用するエネルギー線としては、たとえば、紫外線、可視光線、赤外線、電子線等が挙げられる。紫外線硬化を実施する場合には、第２光学材料の原料にあらかじめ光重合開始剤を添加しておいてもよい。電子線硬化を実施する場合には重合開始剤は通常必要ない。第２樹脂の原料を硬化させることにより、第２光学材料の原料全体が硬化し、光学調整層２が形成される。この際、先述したように、光学調整層２が収縮し、光学調整層２の内部には端部が持ち上げられる方向の応力が残留する。凹凸形状６はこの応力に抗して光学調整層２と基体１との密着性を維持する。これにより回折格子４を有する基体１の表面に光学調整層３が設けられた回折光学素子５１が完成する。
【０１２７】
なお、本実施形態では、基体１は一方の表面１ａにのみ回折格子４および光学調整層２を備えている。しかし、基体１は、両面に回折格子を備えていてもよい。両面に回折格子が設けられる場合、両面の回折格子の溝の深さや断面形状は同じでなくてもよい。また、回折格子を構成するリング状凸部のピッチも両面において同じである必要はない。両面における光学調整層の各々の材料、および各々の厚みも同じである必要はない。また、基体１の表面によって形成されるレンズの形状は、図２に示した凹面と凸面に限るものではなく、平面と凸面、両面凸面、両面凹面、両面平面、平面と凹面等でもあってもよい。
【０１２８】
（第２の実施形態）
以下本発明による回折光学素子の第２の実施形態を説明する。
【０１２９】
図８は第２の実施形態である回折光学素子５２の断面構造を示している。
【０１３０】
回折光学素子５２は、基体１と光学調整層２とを備えている。回折光学素子５２は、基体１の第２領域７において、第１の実施形態と形状の異なる凹凸形状６’を備えている点で第１の実施形態と異なっている。回折光学素子５２の他の構成は第１の実施形態と同じであるため、凹凸形状６’を以下詳細に説明する。
【０１３１】
図９は凹凸形状６’の一部を拡大して示す断面図である。図８および図９に示すように、凹凸形状６’は、半径方向の断面が鋸歯形状を有する複数の同心円形状の第１凸部１０および第２凸部１１によって構成されている。第１凸部１０は、内側斜面１０ａおよび内側斜面１０ａよりも表面１ａに対して急峻である外側斜面１０ｂを有する。第２凸部１１は、外側斜面１１ｂおよび外側斜面１１ｂよりも表面１ａに対して急峻である内側斜面１１ａを有する。第１凸部１０の外側斜面１０ｂと表面１ａとのなす角θおよび第２凸部１１の内側斜面１１ａと表面１ａとのなす角θ’はそれぞれ７５度以上１００度以下であるが、θとθ’とは同じでなくてもよい。第１凸部１０および第２凸部１１は同心円の中心から外側に向かって交互に配置されている。
【０１３２】
周囲の環境の温度変化等によって、回折光学素子５２の温度が変化すると、基体１と光学調整層２の熱膨張率の差により、両者の界面に応力が発生する。例えば光学調整層２の熱膨張率が基体１より大きい場合には、温度上昇時には光学調整層２が外周方向に膨張する方向に、温度下降時には光学調整層２が中心方向に収縮する方向に、それぞれ応力が発生する。光学調整層２の熱膨張率が基体１より小さい場合には逆の関係となる。基体１と光学調整層２との界面に発生するこのような応力は、光学調整層２の基体からの浮きや剥離、あるいは光学調整層２のクラック等の発生要因となり、回折光学素子５２を使用した光学系の動作不良を引き起こす可能性がある。
【０１３３】
このような温度変化による応力に対し、本実施形態の回折光学素子５２では、凹凸形状６’は、急峻な外側斜面１０ｂを有する第１凸部１０と急峻な内側斜面１１ａを有する第２凸部１１を有する。これにより、基体１に対して相対的に外周方向へ向かう応力が光学調整層２に発生する場合には、応力が第２凸部１１の内側斜面１１ａに対して垂直に近い角度で作用する。このため、光学調整層２の応力が凹凸形状６を締め付けるように基体１に作用することになり、基体１と光学調整層２との密着性が維持され、光学調整層２の浮き上がりや剥離が抑制される。また、基体１に対して相対的に内周方向へ向かう応力が光学調整層２に発生する場合には、応力が第１凸部１０の外側斜面１０ｂに対して垂直に近い角度で作用する。このため、光学調整層２の応力が凹凸形状６を締め付けるように基体１に作用することになり、基体１と光学調整層２とのの密着性が維持され、光学調整層２の浮き上がりや剥離が抑制される。したがって、基体１および光学調整層２を構成する光学材料として相互作用の小さいものを選択し、光学調整層２の基体への浸透による回折格子4の変形や基体１の屈折率の変動を抑制することによって、所望の高い回折効率ならびに集光特性を達成し得る回折光学素子を実現した場合でも、基体１と光学調整層２との間で温度変化による熱応力に耐え得る十分な密着性を確保することが可能となる。
【０１３４】
第１凸部１０および第２凸部１１により形成される鋸歯形状の深さやピッチは、第１の実施形態で説明した値であることが好ましい。
【０１３５】
温度変化に伴う樹脂系材料の熱膨張量は、樹脂系材料の重合時における硬化収縮量と比較すると格段に小さい。このため、光学調整層２が膨張する際応力を受ける第２凸部１１の内側斜面１１ａのなす角θ’は第１凸部１０の外側斜面１０ｂのなす角θよりも小さくても光学調整層２が膨張する際、十分な密着性向上作用が得られる。
【０１３６】
なお、本実施形態では、第１凸部１０および第２凸部１１は交互に配置されているが、いずれか一方が連続する部分があってもよく、第１凸部１０および第２凸部１１がランダムに配置されてもよい。ただし、光学調整層２に働く両方向の応力によって密着性向上作用を得るために、複数の第１凸部１０のうち最内周のものおよび複数の第２凸部１１のうち最内周のものを光学調整層２が覆っていることが必要である。
【０１３７】
また、回折光学素子５２は、凹凸形状６’に替えて図１０に示すように凹凸形状６’’が設けられた基体１を備えていてもよい。凹凸形状６’’は、半径方向の断面が概ね矩形形状を有する複数の同心円形状の凸部１２によって構成されている。凸部１２の内側面１２ａおよび外側面１２ｂと表面１ａとのなす角θ’およびθは８５度以上９５度以下である。このような形状の凸部１２を有する場合、各凸部１２の内側面１２ａおよび外側面１２ｂが光学調整層２の内周方向へ向かう応力および外周方向へ向かう応力が凹凸形状６’’を締め付けるように基体１に作用する。したがって、各方向の応力に対して作用する面が増大し、より高い密着性向上作用が得られる。
【０１３８】
なお、内側面１２ａおよび外側面１２ｂと表面１ａとのなす角θ’およびθが９０度に近くなり、離型が困難となる場合には、凹凸形状６’’を切削によって基体１に設けることが好ましい。
【実施例】
【０１３９】
以下、本発明による回折光学素子の効果を確認するために、回折光学素子を作製し、特性を評価した結果を説明する。
【０１４０】
（実施例１）
実施例１の回折光学素子を以下に説明するように作製した。基体１として、ビスフェノールＡ系ポリカーボネート樹脂（６ｍｍ四方、厚さ０．８ｍｍ、ｄ線屈折率１．５８５、アッベ数２８）製の非球面レンズの一面に深さ１５μｍの輪帯状回折格子を設けたものを、射出成形により作製した。レンズ部の有効半径は０．８２１ｍｍであり、輪帯数は３３本である。最小輪帯ピッチは１３μｍであり、回折面の近軸Ｒ（曲率半径）は−１．００９４ｍｍであった。レンズ部の外周には、レンズの回折格子形状と同心円状に、図６に示す鋸歯状断面を有する凹凸形状を５本（深さ１５μｍ、ピッチ１４μｍ）形成した。
【０１４１】
光学調整層２の第２光学材料の原料として、脂環式炭化水素基含有アクリル系オリゴマー（ｄ線屈折率１．５２９、アッベ数５０、硬化後の密度１．１８ｇ／ｃｍ3）と酸化ジルコニウムフィラー（一次粒径３〜１０ｎｍ、酸化ジルコニウム１００重量部に対してシラン系表面処理剤を４０重量部含有、固形分中における重量比が６２重量％）のイソプロピルアルコール分散液（全固形分６２重量％）を使用した。この原料０．４μＬを、ディスペンサを用いて基体１上に塗布し、乾燥（２５℃、≦１．３ｋＰａ、６時間）した後、未硬化の原料を金型を用いて非球面形状に成形し、ＵＶ照射（照度１２０ｍＷ／ｃｍ２、積算光量５０００ｍＪ／ｃｍ2）後に離型することにより、図５に示す構成の回折光学素子を得た。光学調整層２は、凹凸形状のうち内側から３本を被覆する形で形成された。
【０１４２】
実施例１の回折光学素子は、光学調整層２の端部まで基体１との密着性が確保されていた。実施例１の回折光学素子についてヒートショック試験（高温側８０℃、低温側−３０℃、各０．５時間、１００サイクル）を実施したところ、試験終了後も光学調整層２の基体１との密着性は確保されていた。
【０１４３】
実施例１の回折光学素子について、可視光領域における１次回折効率を、超精密３次元測定装置を使用して測定したところ、ヒートショック試験前後とも９５％以上を示した。
【０１４４】
なお、１次回折効率は以下の式（５）を用いて算出した。
【数５】
2010102000.tif 000007
【０１４５】
（実施例２）
実施例１と同様の方法により実施例２の回折光学素子を作製した。実施例１と異なるのは、凹凸形状が図９に示す断面を有している点である（深さ１５μｍ、幅１５μｍ）。第１および第２凸部１０、１１として交互に３本ずつ形成した。光学調整層２は、第１および第２凸部１０、１１を２本ずつ被覆した形で形成された。
【０１４６】
実施例２の回折光学素子は、光学調整層２の端部まで基体との密着性が確保されていた。実施例２の回折光学素子についてヒートショック試験（高温側８０℃、低温側−３０℃、各０．５時間、１００サイクル）を実施したところ、試験終了後も光学調整層の基体との密着性は確保されていた。
【０１４７】
実施例２の回折光学素子について、可視光領域における１次回折効率を、超精密３次元測定装置を使用して測定したところ、ヒートショック試験前後とも９５％以上を示した。
【０１４８】
（比較例１）
実施例１と同様の方法により比較例１の回折光学素子を作製した。比較例１の回折光学素子はレンズ部の外周に凹凸形状が形成されていない点で実施例１と異なる。光学調整層２は、凹凸形状が形成されなかったレンズ部外周の平坦部に幅４０μｍにわたって設けられた。
【０１４９】
比較例１の回折光学素子は、光学調整層２のうちレンズ部外周の平坦部に到達していた部分が基体１から剥離していた。比較例１の回折光学素子についてヒートショック試験（高温側８０℃、低温側−３０℃、各０．５時間、１００サイクル）を実施したところ、レンズ部外周部の剥離部分を基点に、光学調整層２にクラックが発生していた。
【０１５０】
比較例２の回折光学素子について、可視光領域における１次回折効率を、超精密３次元測定装置を使用して測定したところ、ヒートショック試験前は９５％以上であったが、ヒートショック試験後は光学調整層の剥離により測定ができなかった。
【０１５１】
（比較例２）
実施例１と同様の方法により比較例２の回折光学素子を作製した。比較例２の回折光学素子は、光学調整層２がレンズ部外周に形成された凹凸形状まで到達せず、レンズ有効領域上のみに形成された点で実施例１と異なる。
【０１５２】
比較例２の回折光学素子は、光学調整層２の基体１との密着は確保されていた。しかし、比較例２の回折光学素子についてヒートショック試験（高温側８０℃、低温側−３０℃、各０．５時間、１００サイクル）を実施したところ、光学調整層２の外周端に基体１からの浮きが発生し、レンズ有効領域内まで進行していた。
【０１５３】
比較例２の回折光学素子について、可視光領域における１次回折効率を、超精密３次元測定装置を使用して測定したところ、ヒートショック試験前は９５％以上であったが、ヒートショック試験後は光学調整層の剥離により測定ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明の回折光学素子は、撮像レンズとして携帯電話用、車載用などのカメラモジュールに利用可能である。その他、空間ローパスフィルタ、偏光ホログラム等にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】従来技術の回折光学素子において、回折格子が変形した状態を模式的に示す図である。
【図２】従来技術の回折光学素子において、基体と光学調整層の界面に屈折率が変化した層が形成される状態を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、基体と光学調整層の界面に屈折率が変化した層が形成される従来技術の回折光学素子において、光学調整層の材料と不要回折光との関係を説明する図である。
【図４】基体と光学調整層の界面に屈折率が変化した層が形成される光学素子における光の屈折を模式的に示す図である。
【図５】本発明による回折光学素子の第１の実施形態を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、図５に示す回折光学素子における凹凸形状近傍の構造を示す断面図である。
【図７】粒子の実効粒径の定義を説明するグラフである。
【図８】本発明による回折光学素子の第２の実施形態を示す図である。
【図９】図８に示す回折光学素子における凹凸形状の構造を示す断面図である。
【図１０】図８に示す回折光学素子における他の凹凸形状の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１  基体
１ａ  表面
２  光学調整層
４  回折格子
５  第１領域
６、６’６’’  凹凸形状
７  第２領域
８  第３領域
９、１２  凸部
１０  第１凸部
１１  第２凸部
５１、５２  回折光学素子
【図１】
2010102000.tif 000008
【図２】
2010102000.tif 000009
【図３】
2010102000.tif 000010
【図４】
2010102000.tif 000011
【図５】
2010102000.tif 000012
【図６】
2010102000.tif 000013
【図７】
2010102000.tif 000014
【図８】
2010102000.tif 000015
【図９】
2010102000.tif 000016
【図１０】
2010102000.tif 000017