(57)【要約】      （修正有）【課題】耐環境性の良い回折レンズ等の光学素子の提供、またフレアが発生しにくい回折光学素子の提供を目的とする。【解決手段】（ａ）における樹脂層２と樹脂層３を組み合わせたものの上下を、そっくり反転したものが（ｂ）となっている。よって、（ａ）と（ｂ）とが、同一の光学特性を有する。樹脂層２と樹脂層３のうち、基板１と最上部の樹脂層に挟まれた樹脂層（（ａ）では樹脂層２、（ｂ）では樹脂層３）は、その表面が直接外気に触れないが、最上層の樹脂層（（ａ）では樹脂層３、（ｂ）では樹脂層２）は、その表面が外気に触れる。よって、樹脂層２の樹脂と樹脂層３の樹脂の耐環境性を比較し、もし、樹脂層２の樹脂の耐環境性が樹脂層３の樹脂の耐環境性より優れているのであれば、（ｂ）に示すような構成を採用し、もし、樹脂層３の樹脂の耐環境性が樹脂層２の樹脂の耐環境性より優れているのであれば、（ａ）に示すような構成を採用すればよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂が、前記樹脂層を形成する樹脂のうちで、最も耐環境性に優れたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記耐環境性が、樹脂の硬度であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項３】
前記耐環境性が、吸水による寸法変化率であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項４】
前記耐環境性が、ゲル分率であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記耐環境性が、ガラス転移点であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記耐環境性が、線膨張係数であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記耐環境性が、耐湿性であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光学素子。
【請求項８】
母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記樹脂層を形成する樹脂のうち、カーボンフェードメータによる耐光性試験における透過率変化が最大のものが、光を入射させる側の最初の樹脂層とはされていないことを特徴とする光学素子。
【請求項９】
母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、フッ素含有樹脂が樹脂層に用いられている場合、当該樹脂層が、最上層の樹脂層とされていないことを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
前記フッ素含有樹脂とその上に形成される樹脂との界面が、回折光学面とされていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
正の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが増加し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが減少するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子。
【請求項１２】
負の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが減少し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが増加するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折レンズ等、母材の上に２層以上の樹脂を積層することにより所定の光学特性を持たせた光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の母材の表面に、当該母材と屈折率の異なる樹脂層を形成し、この母材と樹脂層の界面を特殊な形状とすることにより、全体として回折レンズ等の光学素子としての特性を持たせた光学素子が公知となっている。しかしながら、このような光学素子においては、ガラス等の母材表面の加工を行わなければならないため、その加工に手間がかかるという問題点がある。
【０００３】
このような問題点を解決する光学素子として、ガラス等の母材の表面上に、所定の表面形状パターンを有する第１層目の樹脂層を形成し、その上に第１層目の樹脂と異なる屈折率を有する第２層目の樹脂層を形成し、これらの樹脂間での光の干渉や屈折を利用して所定の光学特性を有するようにしたものがある。その例を図６に示す。図６は断面図であるが、かえって分かりにくくなるのでハッチングを省略する。
【０００４】
図６において母材であるガラス等の透明基板１１の上にシランカップリング処理層を介して、第１層目の樹脂層１２が形成されている。そして、樹脂層１２の表面には回折レンズ等の光学的特性を与えるようにパターンが形成されている。樹脂層１２の上にはさらにシランカップリング処理層が形成され、その上に１層目の樹脂層１２と屈折率の異なる２層目の樹脂層１３が形成されている。そして、１層目の樹脂層１２と２層目の樹脂層１３の屈折率の違いと、両者の間に形成されたパターン形状によって、所定の光学特性を有するようになっている。なお、シランカップリング処理層を形成することは、必ずしも、必須の条件ではない。
【０００５】
図６は、母材である透明基板１１と、２層の樹脂層１２、１３からなるものであるが、さらに必要に応じて、樹脂層１３の上に、層間で屈折率が異なる単数又は複数の樹脂層を設けることも可能である。このような光学素子の例は、例えば、特開平９−１２７３２１号公報に記載されている。
【０００６】
このように母材の上に複数層の樹脂層を重ねて形成される光学素子の場合、母材の上に単層の樹脂層を形成したものと同じ思想で設計されていた。一般的に使用される母材であるガラスの方が樹脂よりも屈折率が大きいため、それと同じ思想で設計された場合、２層の樹脂のうち、屈折率の大きな方を母材側に設け、屈折率の小さな方を外気に曝すような設計がされ、耐環境性を考慮した設計がなされていなかった。そのため、最上層（母材と反対側の表面）に形成され、外気に曝される樹脂層に傷が入ったり、反射防止膜の密着性が悪かったりすることがあった。
【０００７】
また、回折光学面を型により樹脂成形するとき、型と成形された樹脂との剥離性を良くするために、回折光学面の段差構造部分に「抜き勾配」と呼ばれる勾配をつけることがある。前記発明は、このような場合においても、抜き勾配の部分でフレアが発生するという問題もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、母材の上に複数層の樹脂層を重ねて形成される光学素子であって、耐環境性の良い光学素子を提供することを第１の目的とする。また、抜き勾配が設けられた回折光学面において、フレアが発生しにくい回折光学素子を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記第１の目的を達成するための第１の発明は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂が、前記樹脂層を形成する樹脂のうちで、最も耐環境性に優れたものであることを特徴とするものである。
【００１０】
樹脂は、ガラス等の母材に比べて加工がし易いので、例えば２層の樹脂層を重ね合わせてその界面の形状により所定の特性を持たせる場合、どちらを上層（母材と反対側）にしても、界面の形状を逆転させることにより同じ特性を有するようにすることが容易である。
【００１１】
本発明はこのことを利用して、最上面（母材と反対側）に形成される前記樹脂層を構成する樹脂が、前記樹脂層を形成する樹脂のうちで、最も耐環境性に優れたものであるようにしている。このようにすれば、直接外気に触れる樹脂層の表面が、最も耐環境性に優れた樹脂の表面となるので、この光学素子を耐環境性に優れたものとすることができる。
【００１２】
前記第１の目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、樹脂の硬度であることを特徴とするものである。
【００１３】
耐環境性の指標として、硬度（特に鉛筆硬度）を使用し、硬度の高い樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、樹脂の表面に傷が付きにくい光学素子とすることができる。
【００１４】
前記第１の目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、吸水による寸法変化率であることを特徴とするものである。
【００１５】
耐環境性の指標として、吸水による寸法変化率を使用し、この変化率が小さい樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、耐湿性の良い光学素子とすることができる。
【００１６】
前記第１の目的を達成するための第４の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、ゲル分率であることを特徴とするものである。
【００１７】
耐環境性の指標として、ゲル分率（７０℃のメチルエチルケトン中に６時間浸漬する前後の重量比）を使用し、ゲル分率の大きい樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、表面に傷が付きにくく、かつ、耐湿性の良い光学素子とすることができる。
【００１８】
前記第１の目的を達成するための第５の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、ガラス転移点であることを特徴とするものである。
【００１９】
耐環境性の指標として、ガラス転移点を使用し、ガラス転移点が高い樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、高温まで使用でき、温度変化に強い光学素子とすることができる。
【００２０】
前記目的を達成するための第６の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、線膨張係数であることを特徴とするものである。
【００２１】
耐環境性の指標として、線膨張係数を使用し、線膨張係数の小さい樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、温度変化に強い光学素子とすることができる。
【００２２】
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第１の発明であって、前記耐環境性が、耐湿性であることを特徴とするものである。
【００２３】
耐環境性の指標として、耐湿性を使用し、耐湿性の高い樹脂を、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂とすることにより、湿度が高かったり水分が多い状態においても、その影響を受けにくい光学素子とすることができる。
【００２４】
前記第１の目的を達成するための第８の発明は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記樹脂層を形成する樹脂のうち、カーボンフェードメータによる耐光性試験における透過率変化が最大のものが、光を入射させる側の最初の樹脂層とはされていないことを特徴とするものである。
【００２５】
カーボンフェードメータから発生する紫外線に曝されることにより、樹脂が変質し透過率が低下するが、本発明においては、光を入射させる側の最初の樹脂層とはされていない。よって、紫外線を受けた場合に、その感受性が高い樹脂が、最初に紫外線を受けることが防止され、その結果、紫外線に対して強い光学素子とすることができる。
【００２６】
前記第１の目的を達成するための第９の発明は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、フッ素含有樹脂が樹脂層に用いられている場合、当該樹脂層が、最上層の樹脂層とされていないことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明においては、フッ素含有樹脂層の表面が直接外気に触れることがないので、光学素子の表面に傷が付きにくく、又、反射防止膜の密着性が悪くなることを防止できる。なお、フッ素含有樹脂は、複数の樹脂の混合物や重合体からなる樹脂であってもよい。
【００２８】
前記第１の目的を達成するための第１０の発明は、前記第９の発明であって、前記フッ素含有樹脂とその上に形成される樹脂との界面が、回折光学面とされていることを特徴とするものである。
【００２９】
フッ素含有樹脂と他の樹脂との間で、レリーフパターンや段差形状等からなる回折光学面を形成する場合、型を用いて下側に形成される樹脂の表面形状を回折光学面とし、固化した当該樹脂の表面に、他の樹脂を流し込むことにより、両者を接合させる。回折光学面とは、その面において回折効果を生じる面のことであり、一般に球面レンズや非球面レンズの面のように滑らかな部分（連続面）から構成されず、何らかの非連続面（面形状が非連続関数で表される面）を有している。
【００３０】
この場合、発明者の発見によると、フッ素含有樹脂は、型（特に金型）との剥離性が良く、表面がレリーフパターンや段差形状等、複雑な形状からなる回折光学面である型を用いても、その形状を正確に転写することができる。
【００３１】
前記第２の目的を達成するための第１１の発明は、正の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが増加し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが減少するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子である。
【００３２】
本発明においては、母材が正の光学パワーを持つと共に、第１の樹脂層と第２の樹脂層の間のレリーフパターンにより正の光学パワーが生じるようにされている。
【００３３】
後に発明を実施するための最良の形態で説明するように、本手段においては、母材と型の間に第１の樹脂層を形成した後に、第１の樹脂と型との剥離性を容易にするために、レリーフパターンにおいて、第１の樹脂層の厚さが減少する部分を、段差的に減少させず、急激な勾配を持たせて減少させている。その際、レリーフパターン面に入射する光線は、母材の正の光学パワーにより第１の樹脂層の中心に向かうが、前記急激な勾配の方向が、この光線の方向と同じ方向であるので、光線が急激な勾配をもつ界面を横切ることを少なくでき、そのために、フレアの発生を減少させることができる。
【００３４】
前記第２の目的を達成するための第１２の発明は、負の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが減少し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが増加するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子である。
【００３５】
本発明においても、第１１の発明と同様な理由により、フレアの発生を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態の例を説明するための図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を説明するための図である。
【図３】図２に示す回折光学面を拡大して見た模式図である。
【図４】回折光学素子に凹パワーを持たせる場合に、透明基板にも凹パワーを持たせた場合の構造を示す図である。
【図５】図４に示す回折光学面を拡大して見た模式図である。
【図６】従来の２層樹脂による光学素子の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態である光学素子の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の例を説明するための図であり、断面図であるが、ハッチングを省略している。なお、この光学素子は平面で見ると円形をしている。これらのことは、以下の図においても同様である。図１（ａ）において母材であるガラス等の透明基板１の上にシランカップリング処理層を介して、第１層目の樹脂層２が形成されている。そして、樹脂層２の表面には回折レンズ等の光学的特性を与えるようにパターンが形成されている。１層目樹脂層２の上にはさらにシランカップリング処理層が形成され、その上に１層目の樹脂層２と屈折率の異なる２層目の樹脂層３が形成されている。そして、１層目の樹脂層２と２層目の樹脂層３の屈折率の違いと、両者の間に形成されたパターン形状によって、所定の光学特性を有するようになっている。
【００３８】
図１（ａ）に示すような光学素子と同じ光学特性を与える光学素子は、図１（ｂ）のような構成でも実現することができる。図１（ｂ）において、母材であるガラス等の透明基板１の上にシランカップリング処理層を介して、第１層目の樹脂層３が形成されている。そして、樹脂層３の表面には回折レンズ等の光学的特性を与えるようにパターンが形成されている。樹脂層３の上にはさらにシランカップリング処理層が形成され、その上に１層目の樹脂層３と屈折率の異なる第２層目の樹脂層２が形成されている。そして、１層目の樹脂層３と２層目の樹脂層２の屈折率の違いと、両者の間に形成されたパターン形状によって、所定の光学特性を有するようになっている。なお、シランカップリング処理層を形成することは、必ずしも、必須の条件ではない。
【００３９】
図１（ａ）の場合と（ｂ）の場合とでは、樹脂層２と樹脂層３の界面の形状が、上下反転したものとなっている。すなわち、（ａ）における樹脂層２と樹脂層３を組み合わせたものの上下を、そっくり反転したものが（ｂ）となっている。よって、（ａ）と（ｂ）とが、同一の光学特性を有することは、説明を要しないであろう。
【００４０】
樹脂層２と樹脂層３のうち、基板１と最上部の樹脂層に挟まれた樹脂層（（ａ）では樹脂層２、（ｂ）では樹脂層３）は、その表面が直接外気に触れないが、最上層の樹脂層（（ａ）では樹脂層３、（ｂ）では樹脂層２）は、その表面が外気に触れる。
【００４１】
よって、樹脂層２の樹脂と樹脂層３の樹脂の耐環境性を比較し、もし、樹脂層２の樹脂の耐環境性が樹脂層３の樹脂の耐環境性より優れているのであれば、（ｂ）に示すような構成を採用し、もし、樹脂層３の樹脂の耐環境性が樹脂層２の樹脂の耐環境性より優れているのであれば、（ａ）に示すような構成を採用すればよい。
【００４２】
耐環境性を示す指標には、例えば、樹脂の硬度、吸水による寸法変化率、ゲル分率、ガラス転移点、線膨張係数等がある。
【００４３】
又、樹脂層２の樹脂と樹脂層３の樹脂との、紫外線に対する強さ（変質のしにくさ）を比較し、樹脂層２の樹脂の方が樹脂層３の樹脂よりも優れていれば、樹脂層２を光が入射する方向に位置させ、樹脂層３の樹脂の方が樹脂層２の樹脂よりも優れていれば、樹脂層３を光が入射する方向に位置させるようにしてもよい。
【００４４】
さらに、樹脂層２の樹脂がフッ素含有樹脂であれば、（ａ）に示すような構成を採用し、樹脂層３の樹脂がフッ素含有樹脂であれば、（ｂ）に示すような構成を採用することにより、傷が入りにくくすることができ、さらには、反射防止膜の密着性が悪化するのを防ぐことができる。
【００４５】
なお、図１に示すような光学素子の製造方法の例を以下に述べる。
【００４６】
透明基板１の表面にシランカップリング処理を施し、所定の形状を有する金型と透明基板１とを対面させ、ディスペンサ等を使用して、透明基板１と金型との間に、樹脂層２（図１（ａ）の場合）、又は樹脂層３（図１（ｂ）の場合）を形成する紫外線硬化型樹脂を充填する。そして、透明基板１側から紫外線を照射し、樹脂を硬化させて樹脂層を形成し、金型を剥離する。そして、形成された樹脂層の表面にシランカップリング処理を施し、当該表面を、表面が平面の透明型に対面させ、前記樹脂層と透明型との間に、表面の樹脂層３（図１（ａ）の場合）、又は樹脂層２（図１（ｂ）の場合）を形成する紫外線硬化型樹脂を充填する。そして、透明型側から紫外線を照射し、充填した樹脂を硬化させて樹脂層を形成し、透明型を剥離する。
【００４７】
図１に示すように、樹脂層２と樹脂層３の間に複雑な回折光学面が形成される場合、その回折光学面が形成された金型との剥離性がよくなるように、樹脂層２（図１（ａ）の場合）、又は樹脂層３（図１（ｂ）の場合）として、フッ素含有樹脂を使用することが好ましい。
【００４８】
図２は、本発明の他の実施の形態を説明するための図である。回折光学素子においては、回折光学面での回折作用の他に、透明基板１にも光学的パワーを持たせる場合がある。図２は、透明基板１に正の光学パワーを持たせた場合を示す図である。この場合には、透明基板１の光学パワーと協働させる意味で、２つの樹脂層の界面に形成される回折光学面にも正の光学パワーを持たせるのが一般的である。
【００４９】
図２に示す例において、４は低屈折率樹脂層であり、５は高屈折率樹脂層である。図２に示す光学素子は、図１に示した光学素子と同じ方法で製造される。
【００５０】
ここで、透明基板１の上に高屈折率樹脂層５を形成し、その上に低屈折率樹脂層４を形成する場合は、その間の回折光学面は、図２（ａ）に示すようになる。すなわち、中心から周縁に向かうに従って、高屈折率樹脂層５の厚さは滑らかに減少し、ある位置に達すると段差的に厚くなり、さらにそこから滑らかに減少するという構造の繰り返しとなる。
【００５１】
一方、透明基板１の上に低屈折率樹脂層４を形成し、その上に高屈折率樹脂層５を形成する場合は、その間の回折光学面は、図２（ｂ）に示すようになる。すなわち、中心から周縁に向かうに従って、低屈折率樹脂層４の厚さは滑らかに増加し、ある位置に達すると段差的に薄くなり、さらにそこから滑らかに増加するという構造の繰り返しとなる。
【００５２】
しかしながら、このように段差を設けると、製作過程において、透明基板１と型との間に形成された樹脂層から型を剥離するときに容易に剥離することができない場合がある。よって、段差構造とせず、段差構造に相当する部分を、急激な勾配を有する部分とすることが多い。この勾配のことを抜き勾配と呼んでいる。
【００５３】
図３は、図２に示す回折光学面を拡大して見た模式図である。図３（ａ）は図２（ａ）における高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４の間の回折光学面（レリーフパターン面）の拡大図、図３（ｂ）は図２（ｂ）における高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４の間の回折光学面（レリーフパターン面）の拡大図である。これらの図において６が抜き勾配面を示す。
【００５４】
図３においては、図２における透明基板１の凸パワーにより、透明基板１側から入射する光線は矢印のように、周縁部から中心部に向かいながら回折光学面に入射する。よって、（ａ）の場合、この光線が抜き勾配面６を通過することになる。これに対して（ｂ）の場合には、光線は抜き勾配面６と平行に近くなり、抜き勾配面６を通過する光線は極わずかとなる。よって、（ｂ）の場合には、（ａ）の場合に比して、フレアが発生しにくくなる。
【００５５】
図４は、回折光学素子に凹パワーを持たせる場合に、透明基板にも凹パワーを持たせた場合の構造を示す図である。回折光学面に凹パワーを持たせる場合には、図２における高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４を逆にすればよい。よって、図４（ａ）、（ｂ）に示すように高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４を配置し、その界面を図４（ａ）、（ｂ）に示すようにすれば、回折光学面に凹パワーを持たせることができる。
【００５６】
この場合にも、その製造工程（図１に示した光学素子の製造工程と同じ）において、透明基板１と型との間に樹脂層（図４（ａ）の場合低屈折率樹脂層４、図４（ｂ）の場合高屈折率樹脂層５）を形成してから型を剥離するとき、その剥離性を良くするため抜き勾配を設ける。
【００５７】
図５は、図４に示す回折光学面を拡大して見た模式図である。図５（ａ）は図４（ａ）における高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４の間の回折光学面（レリーフパターン面）の拡大図、図５（ｂ）は図４（ｂ）における高屈折率樹脂層５と低屈折率樹脂層４の間の回折光学面（レリーフパターン面）の拡大図である。これらの図において６が抜き勾配面を示す。
【００５８】
図５においては、図４における透明基板１の凹パワーにより、透明基板１側から入射する光線は矢印のように、中心部から周縁部に向かいながら回折光学面に入射する。よって、（ｂ）の場合、この光線が抜き勾配面６を通過することになる。これに対して（ａ）の場合には、光線は抜き勾配面６と平行に近くなり、抜き勾配面６を通過する光線は極わずかとなる。よって、（ａ）の場合には、（ｂ）の場合に比して、フレアが発生しにくくなる。
【００５９】
（実施例１）
図１に示すような形状を有する光学素子（凸レンズの機能を有する回折レンズ）を形成した。光学素子（樹脂部分）の外径は外径60ｍｍ、回折格子は円形であり、レンズ中心付近でピッチが２ｍｍ、図１に示すように外周に行くほどピッチが細かくなり、外周付近では0.12ｍｍとなっている。
【００６０】
樹脂２としてウレタンアクリレートを主成分とする樹脂を使用し、樹脂３としてフッ素系アクリレートを含む樹脂を使用した。樹脂２の屈折率の方が、樹脂３の屈折率よりも大きい。樹脂２と樹脂３の硬化物の特性は、表１に示すとおりである。表１において、カーボンフェードメータによる耐光性試験前後の透過率変化（「カーボンフェード前後の透過率変化」と略して記述）は、カーボンフェードメータ装置から出る紫外線に500時間暴露した結果を示すものである。又、基板１としてはガラス（ＢＫ７）を使用した。
【表１】
2010102353.tif 000003
【００６１】
成形された光学素子について、反射防止コートを施した場合のコートクラックの有無、エタノールを含ませた拭き布（商品名：サヴィーナ  ミニマックス（ワイピングクロス）、カネボウ合繊社製）により１０回手拭きを行った場合の表面傷の有無、６０℃、湿度８０％の雰囲気に200時間曝した耐湿テスト、及び−４０℃〜７０℃の温度サイクルを５回行う温度サイクルテストを行った。図１に示す（ａ）方式のもの（樹脂３の表面が外気に曝されるもの）と、（ｂ）方式のもの（樹脂２の表面が外気に曝されるもの）との比較結果を表２に示す。
【表２】
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【００６２】
表２の結果から明らかなように、耐環境性の良い樹脂２を外気に曝すようにした図１（ｂ）の構成の方が、耐環境性が高い。なお、反射防止コートのコートクラックの有無に影響を与えているのは、ガラス転移点と線膨張係数、耐擦傷性に影響を与えているのは、鉛筆硬度とゲル分率、耐湿テストに影響を与えているのは、吸水率とゲル分率、温度サイクルにおける樹脂の剥離に影響を与えているのはガラス転移点と線膨張係数であると考えられる。
【００６３】
（実施例２）
正のパワーを有する回折レンズを製造した。回折格子の形状は、図２（ｂ）に示すような形状のものであり、光学素子の外形６０ｍｍ、格子高２０μｍ、格子ピッチは中心付近で２ｍｍ、外周付近で0.12mmであって、外周面に行くほどピッチが細かくなるようになっている。
【００６４】
高屈折率樹脂５としてはウレタンアクリレートを主成分とする樹脂を使用し、低屈折樹脂４としては、フッ素系アクリレートを含む樹脂を使用した。
【００６５】
第１の回折レンズにおいては、レリーフパターンに抜き勾配をつけず、垂直な段差構造を有するものとし、第２の回折レンズにおいては、図３に示したようにレリーフパターンに抜き勾配を付け、当該抜き勾配は回折レンズの周縁部に行くほど傾きが大きくなるようにし、最外周での勾配は７°とした。
【００６６】
これらの２つの回折レンズについて、低屈折樹脂４を型により成形した後、型を剥離するときの剥離力を測定した。その結果、第１の回折レンズについては、１００ｋｇｆであったが、第２の回折レンズについては、５０ｋｇｆと半減し、容易に剥離を行うことができた。また、成形した格子を顕微鏡で観察したところ、第１の回折レンズでは格子が欠けている様子が見られたのに対し、第２の回折レンズではこのような格子の欠けは全く見られなかった。
【００６７】
このようにして形成された回折レンズについて、レーザ光を用いて、３つの波長における１次回折光の割合を測定した。結果を表３に示す。１次回折光の割合が大きいほど、性能が優れている。表３を見ると分かるように、第２の回折レンズの方が性能が光学特性においても、第１の回折レンズに比して優れている。
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記第１の目的を達成するための第１の形態は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、最上面に形成される前記樹脂層を構成する樹脂が、前記樹脂層を形成する樹脂のうちで、最も耐環境性に優れたものであることを特徴とするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本形態はこのことを利用して、最上面（母材と反対側）に形成される前記樹脂層を構成する樹脂が、前記樹脂層を形成する樹脂のうちで、最も耐環境性に優れたものであるようにしている。このようにすれば、直接外気に触れる樹脂層の表面が、最も耐環境性に優れた樹脂の表面となるので、この光学素子を耐環境性に優れたものとすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記第１の目的を達成するための第２の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、樹脂の硬度であることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記第１の目的を達成するための第３の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、吸水による寸法変化率であることを特徴とするものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
前記第１の目的を達成するための第４の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、ゲル分率であることを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
前記第１の目的を達成するための第５の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、ガラス転移点であることを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
前記目的を達成するための第６の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、線膨張係数であることを特徴とするものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
前記目的を達成するための第７の形態は、前記第１の形態であって、前記耐環境性が、耐湿性であることを特徴とするものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
前記第１の目的を達成するための第８の形態は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記樹脂層を形成する樹脂のうち、カーボンフェードメータによる耐光性試験における透過率変化が最大のものが、光を入射させる側の最初の樹脂層とはされていないことを特徴とするものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
前記第１の目的を達成するための第９の形態は、母材の上に第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、フッ素含有樹脂が樹脂層に用いられている場合、当該樹脂層が、最上層の樹脂層とされていないことを特徴とするものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本形態においては、フッ素含有樹脂層の表面が直接外気に触れることがないので、光学素子の表面に傷が付きにくく、又、反射防止膜の密着性が悪くなることを防止できる。なお、フッ素含有樹脂は、複数の樹脂の混合物や重合体からなる樹脂であってもよい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
前記第１の目的を達成するための第１０の形態は、前記第９の形態であって、前記フッ素含有樹脂とその上に形成される樹脂との界面が、回折光学面とされていることを特徴とするものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
前記第２の目的を達成するための第１１の形態は、正の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが増加し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが減少するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本形態においては、母材が正の光学パワーを持つと共に、第１の樹脂層と第２の樹脂層の間のレリーフパターンにより正の光学パワーが生じるようにされている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
後に発明を実施するための最良の形態で説明するように、本形態においては、母材と型の間に第１の樹脂層を形成した後に、第１の樹脂と型との剥離性を容易にするために、レリーフパターンにおいて、第１の樹脂層の厚さが減少する部分を、段差的に減少させず、急激な勾配を持たせて減少させている。その際、レリーフパターン面に入射する光線は、母材の正の光学パワーにより第１の樹脂層の中心に向かうが、前記急激な勾配の方向が、この光線の方向と同じ方向であるので、光線が急激な勾配をもつ界面を横切ることを少なくでき、そのために、フレアの発生を減少させることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
前記第２の目的を達成するための第１２の形態は、負の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが減少し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが増加するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本形態においても、第１１の形態と同様な理由により、フレアの発生を減少させることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが増加し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが減少するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
負の光学パワーを持つ母材の上に、第１の樹脂層を形成し、その上に第１の樹脂層と屈折率の異なる第２の樹脂層を形成し、さらに必要に応じて、その上に、その下に形成された樹脂層と屈折率の異なる樹脂層を順次形成し、前記樹脂層間の界面に所定の形状を持たせることにより、所望の光学的特性を有するようにした光学素子であって、前記第１の樹脂層の屈折率が前記第２の樹脂層に比べて小さくされており、かつ、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との界面がレリーフパターン形状とされていて、前記レリーフパターンの形状は、前記第１の樹脂層の中心から周縁に行くに従って緩やかに前記第１の樹脂層の厚さが減少し、その後急激な勾配で前記第１の樹脂層の厚さが増加するようなパターンの繰り返しからなることを特徴とする回折光学素子。