(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回折光学素子を接合して構成する合成光学素子において、接合されるそれぞれの光学素子の光学中心に半球状の嵌合穴からなる位置合わせ個所を設け、該位置合わせ個所で、それぞれの回折光学素子を、それらの光学中心が一致するように、球形状の位置決め部材を介して位置決めし、接合したことを特徴とする合成光学素子。
【請求項２】
上記位置決め部材は、光学的に不透明な部材、もしくは、合成される光学素子の屈折率より高屈折率の光学素材からなることを特徴とする請求項１に記載の合成光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、加熱軟化されたガラス素材を、成形されるべき光学素子の光学機能面に対応する成形面を持った成形型によって、押圧成形するなどの手段で得られた光学素子を複数、接合して構成する合成光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、屈折系のみによって構成される光学系においては、分散特性の異なる硝材を組み合わせることによって、色収差を減らしている。例えば、望遠鏡などの対物レンズでは、分散の小さい硝材を正レンズ、分散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合わせることで、光軸上に現れる色収差を補正している。このため、レンズの構成枚数が制限される場合や使用できる硝材が限られている場合などでは、色収差が十分に補正できないことがあった。
【０００３】
硝材の組み合わせにより色収差を補正する方法については、ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１３５４  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｅｎｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９０）などの文献があり、そこでは、光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子を設けることで、色収差を減らす方法が開示されている。この方法は、図４に示したように、屈折光学素子と回折光学素子とでは、分散が逆方向に発生するという物理現象を利用したものである。
【０００４】
回折光学素子としては、例えば、所定次数の回折光に光量を集中できるキノフォーム型や、キノフォーム型を階段状に近似したバイナリー型の格子断面形状を有する位相型の回折光学素子が知られている。このような回折光学素子では、同心円状の格子周期を、素子中心から周辺に向けて変化させることで、屈折光学素子と同様の収斂作用や発散作用を持たせることができる。
【０００５】
キノフォーム型やバイナリー型の回折光学素子において、素子の屈折率がｎであったとき、格子高さｄを、ｄ＝ｍλ／（ｎ−１）と設定することによって、波長：λにおけるｍ次の回折光の回折効率を、最も高くすることができる。ここで、回折効率とは、特定次数の回折光に配分される光量の割合であり、特定次数の回折光の光量に対する入射光全体の光量の比で表される。
【０００６】
ところで、位相型回折光学素子の特定次数の回折光の回折効率は、例えば、図５のような特性を持っている。即ち、図５において、横軸は波長、縦軸は回折効率を表しており、この回折光学素子は、特定波長：λＤ（λＬ≦λＤ≦λＵ）において、特定次数の回折光の回折効率が最も高くなるように設計される。このために、それ以外の波長での回折効率は、波長：λＤにおける回折効率に比して相対的に低くなる。これは、格子高さｄが、波長：λＤにおいて、前式を用いて最適化されるためであり、その他の波長において、最適値でなくなるからである。ここでは、このλＤのような格子高さｄを決定するのに用いた波長を設計波長と、また、対象となる回折光の次数を設計次数と呼ぶことにする。
【０００７】
例えば、設計波長を５５０ｎｍ、設計次数を１次とし、回折光学素子を輪帯状の８段の階段構造に形成したとき、設計波長での回折効率は、約９５％になり、波長：６５０ｎｍにおける１次回折光の回折効率は約８８％、波長：４４０ｎｍにおける１次回折光の回折効率は約８０％になる。回折効率が１００％に満たない分は、設計次数以外の回折光になる。
【０００８】
この内、設計次数から離れた次数の回折光は、設計次数の回折光の結像位置に対して大幅にずれるので、結像には寄与せず、全面にフレアのような状態で付加される。一方、設計次数近傍の次数（具体的には設計次数±１次）の回折光は、結像性能を評価するような空間周波数領域では解像しないが、完全にぼけた状態でもなく、低い空間周波数領域では結像する。このため、この次数の回折光の回折効率が大きいと、設計次数の回折光の回りに、かなり大きなサイドローブのあるようなスポットとなり、光学性能が悪化するという問題があった。
【０００９】
つまり、回折光学素子を光学系に利用して、良好な光学性能を得るためには、設計次数の回折光の回折効率を、使用全波長帯域に亘って高く維持すると共に、特に、設計次数近傍の回折光の回折効率を低く抑える必要があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、設計次数近傍次数の回折光の回折効率を低く抑え、設計次数の回折光の回折効率を広い波長帯域に亘って高く維持するためには、分散の異なる材質の光学素子を複数、重ね合わせて構成した回折光学素子が用いられている。なお、このような回折光学素子は、特開平９−１２７３２１号公報や特開平９−１２７３２２号公報に開示されている。これらは、特に、特開平９−１２７３２２号公報に示されているように、対面する２つの光学素子のレリーフパターンの位置関係を高精度に維持した状態で、それぞれの光学素子を貼り合わせないと、本来の性能が実現できない。しかし、これらには、位置合わせに関する具体的な手法が開示されていない。また、特開平１０−２７４７０５号公報には、回折型レンズをレンズホルダーに装着する場合の位置決め方法として、回折型レンズの中心部に目印となる突起を設け、それを顕微鏡などで視覚的に位置合わせする方法が開示されているが、仮に、この方法を、対面する２つの光学素子の位置合わせに採用したとすると、顕微鏡などで状況を把握しながら、接合することになり、非常に効率が悪く、コストの高いものとなってしまい、量産性が全くない。
【００１１】
また、実開平１−１０１２１４号公報には、複数の光学素子を接合する方法が開示されている。これは、光学素子の外周全域に形成されたテーパー部同志を接合することで、光学素子の間隔および光軸中心を合わせるものである。しかしながら、このような位置決め方法には、以下のような問題点がある。
【００１２】
１）合わせられるテーパー部の角度を、両者共に完全に一致させる必要があるが、これは、現実的には不可能である。従って、テーパー部角度に若干の誤差が発生すると、接合される部分は、実際には、線当たりとなり、平行偏芯および傾き偏芯が生じる。
【００１３】
２）成形型における胴型と下型および上型の嵌め合いには、誤差があるので、それによって、成形された光学素子単体には、平行偏芯および傾き偏芯が既に含まれているから、それらを接合するために、偏芯成分が２倍に効いてくる。
【００１４】
本発明は、上記のような問題を解決するためなされたもので、その目的とするところは、回折光学素子同志の高精度位置決め接合が容易に行える構成の合成光学素子を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、複数の回折光学素子を接合して構成する合成光学素子において、接合されるそれぞれの光学素子の光学中心に半球状の嵌合穴からなる位置合わせ個所を設け、該位置合わせ個所で、それぞれの回折光学素子を、それらの光学中心が一致するように、球形状の位置決め部材を介して位置決めし、接合したことを特徴とする。
【００１７】
また、上記位置決め部材は、光学的に不透明な部材、もしくは、合成される光学素子の屈折率より高屈折率の光学素材からなることが、有効である。
【００１８】
このような構成により、軸中心の合致が容易かつ高精度に行えるようになる。特に、回折光学素子同志の接合に好適に作用する。特に、接合される、それぞれの光学素子の光学中心に嵌合穴を設け、これに球形状の位置合わせ部材を入れることで、光学素子間の位置合わせが容易となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図１は本発明の特徴を最も良く表す合成光学素子の断面図であり、ここでは、加熱軟化されたガラス素材を、一対の成形型で成形して、回折光学素子１と１’を構成し、これらの２枚の回折光学素子１と１’を貼り合わせて、合成光学素子を構成している。また、位置合わせのために、それらの回折光学素子１と１’のそれぞれの光学中心には、球形状の位置決め部材２が埋められるように、嵌合穴４と４’が、互いに対向して、形成されている。なお、貼り合わせの際は、貼り合わせ面に、光学性能を持つ樹脂３が塗布され、位置決め部材２を基準に、光学素子１と１′の光学中心で位置決めされ、結合される。
【００２０】
この場合、本発明の実施の形態においては、光学素子１と１’は、回折光学素子であり、また、上記位置合わせ個所は、それぞれの光学素子１と１’の光学中心にあり、更には、位置決め部材２は、光学的に不透明な部材、もしくは、合成される光学素子１と１’の屈折率より高屈折率の光学素材からなることが、有効である。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
以上のような構成の合成光学素子の具体例として、以下に、第１の実施例を説明する。なお、この実施例は、一般撮影系の色消し用合成光学素子であり、貼り合わせる光学素子１と１′は、平面図として、図２に示す。なお、光学素子１と１′は同硝種・同形状の光学素子であり、硝材は、ｎｄ＝１．５９３８、νｄ＝６１．４のリン酸系ガラスである。ここで、符号１０１および１０１′は、成形により形成された同心円状の回折格子である。また、符号２は、直径が５０μｍのステンレス系の金属球である。４および４′は、光学中心の位置に形成された嵌合穴であり、金属球２と同径である。
【００２２】
まず、合成光学素子を得るための光学素子の接合方法について説明する。光学素子１′を図示しないテーブルに載置する。テーブルには、位置出しユニットが設けられていて、光学素子１′の外形部分を、基準になる一定の位置にセッティングする。この時、光学素子１′の外形部分の精度は、±３μｍ程度に成形されている。このため、上記位置出しユニットの誤差を含めても、±６μｍ程度に位置決め可能である。次に、その上に、図示しない樹脂塗布ユニットで、樹脂３を塗布する。
【００２３】
そして、図示しないＮＣオートハンドで、金属球２を光学中心に設けられた嵌合穴４′に供給する。光学中心に対するＮＣオートハンドの供給精度は±１０μｍであるが、金属球の直径が５０μｍであるため、±２５μｍ未満のズレは吸収でき、嵌合穴４′の中に確実に供給することができる。次に、光学素子１を、同じく、外形基準で保持したＮＣオートハンドにより、光学素子１′上の金属球２と光学素子１の光学中心とを合わせるように供給する。ここでも、上述したように、±２５μｍ未満のズレであるため、確実に、光学素子１の光学中心にある嵌合穴４と金属球２が合致でき、高精度な位置合わせができる。最後に、上部から、図示しない紫外線照射装置で、紫外線を照射し、樹脂３を硬化させる。これによって、接合が完了となる。金属球は、直径で５０μｍであるため、光学的には問題とならないところが、この発明のポイントである（光学中心に小さなゴミが付いた場合と考えれば良い）。
【００２４】
次に、図３を参照して、個々の光学素子１（１′）の成形方法を説明する。図３は、光学素子１（１′）を成形する成形型の断面図で、同図において、符号６は上型、５は下型、７は光学素材である。下型５には、格子深さが約９μｍの同心円状の回折格子に対応する成形面５０１が形成されている。また、下型５には光学中心に位置して、位置決め嵌合穴となる半球状の突起８が設けられている。
【００２５】
この成形型は、不活性ガスが充填された成形室にセッティングされており、まず、下型５の上にガラス素材７を載置し、図示しない加熱源で、成形型およびガラス素材を加熱する。ガラス素材７の粘度がｌｏｇη＝８〜１０になり、次第、成形室を真空にする。真空にする理由は、回折格子部のガス残りによる転写不良を防ぐためである。真空度が０〜２０Ｐａで、プレスロッド（図示しない）に連結された上型６を下降し、ガラス素材が所定の厚みになるまで、約１０００Ｎでプレス成形する。成形が完了したら、再度、成形室に不活性ガスを充填し、成形品の粘度がｌｏｇη＝１４に相当する温度まで冷却し、取り出す。
【００２６】
このようにして得られた合成光学素子は、対向する格子ピッチの位置ずれが２μｍ未満であり、設計次数の回折光の回折効率を、使用全波長域に亘って高く維持できるものとなった。
【００２７】
（実施例２）
次に、実施例の２として、球形状の位置決め部材２が、合成される光学素子の屈折率より高屈折率の光学素材からなる場合の、合成光学素子を製造する事例を説明する。なお、屈折率を高くしている理由は、光学中心を通る光をぼかして、光学的な品質を保証するためである。なお、成形方法や接合方法は、実施例１と同様であるから、その説明を省略する。
【００２８】
このようにして得られた合成光学素子は、実施例の１と同様、対向する格子ピッチの位置ずれが２μｍ未満であり、設計次数の回折光の回折効率を使用全波長域にわたって高く維持できるものとなった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、複数の回折光学素子を接合して構成する合成光学素子において、接合されるそれぞれの光学素子の光学中心に半球状の嵌合穴からなる位置合わせ個所を設け、該位置合わせ個所で、それぞれの回折光学素子を、それらの光学中心が一致するように、球形状の位置決め部材を介して位置決めし、接合したことを特徴とする。
【００３０】
従って、合成光学素子の接合が、容易に、かつ、非常に高精度に位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す合成光学素子の断面図である。
【図２】実施例１の回折光学素子の断面図である。
【図３】回折光学素子を成形するための成形型の断面図である。
【図４】光学素子の物理現象を現す概要図である。
【図５】位相型回折光学素子の特定次数の回折光の回折効率を表す図である。
【符号の説明】
１（１′）  回折光学素子
１０１（１０１′）  回折格子
２  球面状の位置決め部材
３  樹脂
４（４′）  嵌合穴
５  下型
５０１  成形面
６  上型
７  光学素材
８  突起
【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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