(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせた複層回折光学素子であって、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形することを特徴とする複層回折光学素子。
【請求項２】
前記材料は樹脂及び／又はガラスとした請求項１に記載の複層回折光学素子。
【請求項３】
同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせて形成する回折光学素子の作製方法において、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形することを特徴とする複層回折光学素子の作製方法。
【請求項４】
前記型の両面に回折面を形成する請求項３に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項５】
前記型の両面に形成する２つの回折面の格子間隔が互いに正確に対応するようにした請求項４に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項６】
前記型の両面に形成する２つの回折面の格子高さが同一又は異なるようにした請求項４に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項７】
前記外筒の内径が２つの回折光学素子を形成する空腔部分において同一又は同心上で異なるようにした請求項３に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項８】
前記回折面は型を用いてキャスティング、加圧成形又は射出成形により形成する請求項３に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項９】
前記２種類の材料を前記型を挟持する両方向から同時又は別々にキャスティング、加圧成形又は射出成形する請求項３に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１０】
同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせた複層回折光学素子であって、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形した後に、前記回折面の間に流動性物質を注入することを特徴とする複層回折光学素子。
【請求項１１】
前記材料は樹脂及び／又はガラスとした請求項１０に記載の複層回折光学素子。
【請求項１２】
同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせて形成する回折光学素子の作製方法において、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形した後に、前記２種類の回折面間に流動性物質を注入することを特徴とする複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１３】
前記流動性物質の注入は前記外筒と同一外筒内で行う請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１４】
前記流動性物質の注入は前記外筒と別の外筒内で行う請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１５】
前記同一外筒内に載置した型の両面に回折面を形成する請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１６】
前記型の両面に形成する２つの回折面の格子間隔が互いに正確に対応するようにした請求項１５に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１７】
前記型の両面に形成する２つの回折面の格子高さが同一又は異なるようにした請求項１５に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１８】
前記型は一体構造又は分割構造とした請求項１５に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項１９】
前記外筒の内径が２つの回折光学素子を形成する空腔部分において同一又は同心上で異なるようにした請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項２０】
前記回折面は型を用いてキャスティング、加圧成形又は射出成形により形成する請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項２１】
前記２種類の材料を前記型を挟持する両方向から同時又は別々にキャスティング、加圧成形又は射出成形する請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【請求項２２】
前記流動性物質は樹脂又は水ガラスとした請求項１２に記載の複層回折光学素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学機器に使用される複数回折面を有する複層回折光学素子及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、屈折光学素子だけで構成した光学系では、分散特性の異なる硝材を組み合わせることにより色収差を減少している。例えば、望遠鏡等の対物レンズでは、分散の小さい硝材を正レンズとし、分散の大きい硝材を負レンズとして組み合わせて用いることにより、光軸上に現れる色収差を補正している。しかし、この方式では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等に色収差が十分に補正できないことがある。
【０００３】
硝材の組み合わせにより色収差を補正する方法に対して、ＳＰＩＥ    Ｖｏｌ．１３６４（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｅｎｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  １９９０）等の文献には、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により、色収差を減少する方法が開示されている。この方法は、図９に示す屈折光学素子と図１０に示す回折光学素子とで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、このキノフォーム型を階段状に近似したバイナリ型の格子断面形状を有する位相型回折光学素子が知られている。このような回折光学素子は、同心円上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により、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。キノフォーム型やバイナリ型の回折光学素子において、光学素子の屈折率ｎと格子高さｄとは次式の関係がある。
ｄ＝ｍλ／（ｎ−１）                                        …（１）
【０００５】
このような関係に、屈折率ｎと格子高さｄを設定することにより、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。なお、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、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】
位相型回折光学素子における特定次数の回折光の回折効率は、例えば図１１に示すような特性を持っており、横軸は波長、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素子は特定波長λＤ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ているので、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に対して式（１）  を用いて最適化されるために、その他の波長に対しては最適値でなくなることに起因する。
【０００７】
格子高さｄを決定するために用いたこのような波長λＤを設計波長、対象となる回折光の次数を設計次数と呼ぶと、例えば設計波長を５５０ｎｍ、設計次数を１次として、回折光学素子を輪帯状の８段の階段構造により形成したときに、設計波長λＤ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。ここで、回折効率が１００％に満たない残分は設計次数以外の回折光になっている。
【０００８】
この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ために、結像には寄与せずに全面にフレアのような状態で付加される。一方、設計次数の近傍の例えば設計次数±１次の回折光は、結像性能を評価する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。従って、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周りに相当に大きなサイドローブのあるスポット光となり、光学性能が悪化するという問題が生ずる。
【０００９】
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城に渡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る。そして、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渡って高く維持するために、分散の異なる材質を複数重ね合わせた回折光学素子が特開平９−１２７３２１号公報や特開平９−１２７３２２号公報に開示されており、更にその作製方法として、モアレ縞を用いて複数の回折光学素子の位置合わせをする方法が開示されている。
【００１０】
図１２、図１３はそれぞれ第１の従来例の２層回折光学素子作製方法の説明図を示し、樹脂を使用して２種類の回折光学素子を別々の外筒で射出成型又はキャスティングする。スリーブ１ａ、１ｂ内にそれぞれ異なる回折面形状を有する金型２ａ、２ｂを配置し、その上方に光学面を形成するための型３ａ、３ｂをセットすることにより、この間にキャビティ４ａ、４ｂが形成される。スリーブ１ａ、１ｂに設けられた注入口５ａ、５ｂから、異なる樹脂をキャビティ４ａ、４ｂにそれぞれ注入して射出成型を行い、キャビティ４ａ、４ｂに２つの回折光学素子が形成する。この樹脂製の２つの回折光学素子を、外筒７内で外径寸法を正確に位置合わせを行って接着することにより、２層回折光学素子を得る。
【００１１】
なお、射出成型ではなくキャスティングによっても２層回折光学素子を作成することができる。即ち、金型２ａと３ａ、２ｂと３ｂをそれぞれスリーブ１ａ、１ｂにセットし、形成されたキャビティ４ａ、４ｂに樹脂を注入し、そのまま硬化させて回折光学素子を形成し、両者を鏡筒内で接着して２層回折光学素子とする。
【００１２】
図１４、図１５はそれぞれ第２の従来例の２層回折光学素子の作製方法の説明図を示し、ガラス素材を使用して別々の外筒で加圧成形を行って２種類の回折光学素子を作製する。スリーブ８ａ、８ｂ内にそれぞれ異なる回折面形状を有する金型９ａ、９ｂを配置し、キャビティ１０ａ、１０ｂ内に正確に重量調整したガラス素材をセットする。そして、それぞれ異なる温度４５０℃、５００℃で回折面と逆側の光学面を形成するための型１１ａ、１１ｂによりガラス素材を加圧成形して、それぞれ２種類の回折光学素子を形成する。これらを鏡筒内で外径寸法を正確に位置合わせして接着することにより、２層回折光学素子を得る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来例の何れの場合においても、製品に組み込む際に複数の回折光学素子を鏡筒内に正確に位置合わせすることが非常に難しいという問題点がある。
【００１４】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、複数の回折格子を正確かつ容易に位置合わせ可能な複層回折光学素子及びその作製方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る複層回折光学素子は、同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせた複層回折光学素子であって、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る複層回折光学素子の作製方法は、同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせて形成する回折光学素子の作製方法において、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る複層回折光学素子は、同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせた複層回折光学素子であって、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形した後に、前記回折面の間に流動性物質を注入することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る複層回折光学素子の作製方法は、同一又は異なる形状の複数の回折面を重ね合わせて形成する回折光学素子の作製方法において、同一外筒内に載置した型により異なる２種類の材料を成形した後に、前記２種類の回折面間に流動性物質を注入することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図８に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例の２層回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図を示し、樹脂を使用して２種類の回折光学素子を同一の外筒内で射出成形又はキャスティングする。所望の面形状を有する第１の回折面は、円形状の平面に１００本の回折格子があり、格子の高さは全てｌμｍ、格子間隔は中心が５００μｍ、周辺が５０μｍであり、中心から周辺に向って順次に小さくなる形状である。第２の回折面は同様に円形状の平面に１００本の回折格子があり、格子高さは全て１．５μｍ、格子間隔は中心が５００μｍ、周辺が５０μｍであり、中心から周辺に向って順次に小さくなり、各格子間隔は対応する第１の回折面の格子間隔と同等な形状である。
【００２０】
金型２１の両面に、２つの回折格子の位置ずれが０．５μｍ以下となるように正確に回折面形状を加工し、この金型２１をスリーブ２２にセットする。そして、回折格子と反対側に光学面を形成するための型２３及び２４をそれぞれ両側にセットする。これによって、同一スリーブ２２内に２つのキャビティ２５、２６が形成され、両キャビティ２５、２６のそれぞれに、注入口２７、２８から互いに異なる樹脂を注入して射出成形を行う。
【００２１】
次に、これらの方法で得た樹脂製の回折光学素子２９、３０を、図２に示すように鏡筒３１内で正確に外径の位置合わせを行った後に、接着して２層回折光学素子を得る。この２種類の回折格子を有する２層回折光学素子の両面間の格子ずれは、金型加工時に起因するものだけなので、格子ずれがｌμｍ以下と極めて良好な光学性能を示している。
【００２２】
また、キャスティングによって２層回折光学素子を形成することもできる。即ち、セッティングされたキャビティ２５、２６に注入口２７、２８からそれぞれ異なる流動性樹脂を注入し、同一スリーブ２２内で硬化させて、得られた２種類の回折光学素子２９、３０を正確に位置合わせした後に、接着して２層回折光学素子を得る。この２層回折光学素子の精度も格子ずれがｌμｍ以下で良好な光学性能を示している。
【００２３】
図３は第２の実施例の２層回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図を示し、ガラス素材による２種類の回折光学素子を同一の外筒内で加圧成形する。所望の形状の第１の回折面と第２の回折面は共に、円形状の平面上に１００本の回折格子があり、格子高さは全て１μｍ、格子間隔は中心が５００μｍ、周辺が５０μｍであり、中心から周辺に向って順次に小さくなる形状である。
【００２４】
両面に回折面形状を形成した金型３２をスリーブ３３にセットする。金型３２の２つの回折格子の位置関係は、成形材料の収縮率の差分を考慮してキャビテイ３４側を大きくし、成形品が常温になったときの２つの形成された回折格子のずれが、０．５μｍ以下になるように正確に加工する。また、スリーブ３３の内径も、成形材料の収縮率の差分を考慮して、２つの回折光学素子の外形差が、常温になったときに０．５μｍ以下になるように、キャビティ３４側を大きく加工する。
【００２５】
そして、キャビティ３４、３５にそれぞれ成形温度の異なるガラス素材を正確に重量調整してセットし、初めにキャビティ３４をヒータ３６で５００℃に加熱して、回折格子と反対の光学面を形成するための型３７で加圧して成形する。このとき、キャビティ３５が４００℃以上にならないように温度調整機構３８で制御する。次に、温度調節機構３８でキャビティ３５を４５０℃に加熱して、回折格子と反対側の光学面を形成するための型３９により加圧して成形する。
【００２６】
次に、得られた回折光学素子４０、４１を図４に示すように鏡筒４２内で外径の位置合わせを行った後に、接着して２層回折光学素子を得る。得られた２種類の回折格子による格子のずれは１μｍ以下で良好な光学性能を示している。この格子ずれは金型加工時の両面間の格子ずれのみに起因し、更に従来例に比べて成形温度が低くなるので、ずれ量が小さくなっている。
【００２７】
図５は第３の実施例の３層回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図を示し、同一外筒内で射出成形又はキャスティングを行う。両面に回折面形状を有する金型５０を３体５０ａ、５０ｂ、５０ｃに分割可能な構造とし、２つの回折格子の位置ずれが０．５μｍ以下となるように正確に加工する。この金型５０をスリーブ５１にセットし、更に回折格子と逆側に光学面を形成するための型５２、５３をそれぞれセットする。これにより、同一スリーブ５１内キャビティ５４、５５が形成され、このキャビティ５４、５５内に注入口５６、５７からそれぞれ異なる樹脂を注入して射出成形を行い、２つの回折光学素子５８、５９を形成する。
【００２８】
その後に、スリーブ５１に設けられた型取出口６０を開けて、金型５０を５０ａ〜５０ｃの順に取り出し、再び型取出口６０を閉める。次に、図６に示すように型５２、５３によってキャビティ５４、５５内の回折光学素子５８、５９を移動し、所望の例えば２μｍの隙間６１を形成し、この隙間６１に注入口６２から上述の２種類の樹脂と異なる流動性樹脂を注入して硬化させて３層目の素子６３を形成し、図７に示すような３層回折光学素子を得る。この３層回折光学素子も格子ずれが１μｍ以下で良好な光学性能を示している。なお、射出成形でなくキャスティングによっても、同様の方法で高性能の３層回折光学素子を形成することができる。
【００２９】
図８は第４の実施例の３層回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図を示す。ガラス素材を使用して第２の実施例と同様にスリーブ３３内にセットした金型３２と型３７、３９によって２種類の回折光学素子４０、４１を加圧成形する。
【００３０】
次に、得られたガラス製の回折光学素子４０、４１を、図８に示すように鏡筒６３に隙間６４が３μｍになるようにセットして、この隙間６４に注入口６５から水ガラスを注入し、硬化させて３層回折光学素子を得る。この３層回折光学素子の格子のずれも１μｍ以下で良的な光学性能を示している。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る複層回折光学素子は、同一外筒内において複数の回折光学素子を成形し、それらを鏡筒により位置合わせ及び接着することにより、容易にかつ正確な位置関係を有する素子とすることができる。
【００３２】
また、本発明に係る複層回折光学素子の作製方法は、同一外筒内に載置された両面に回折面形状を有する型で異なる２種類の材料を成形して、回折格子間隔が正確に一致する２種類の回折光学素子を得て、それらを外筒を用いて重ね合わせることにより、高精度な複層回折光学素子を得ることができる。
【００３３】
本発明に係る複層回折光学素子は、同一外筒内において複数の回折光学素子を成形し、それらの回折光学素子間に流動性物質を注入することにより、容易かつ正確な位置関係を有する素子とすることができる。
【００３４】
本発明に係る複層回折光学素子の作製方法は、同一外筒内に置載された両面に回折面形状を有する型で異なる２種類の材料を形成した後に、同一外筒又は別の外筒を用いて２種類の回折光学素子の回折面間に流動性物質を注入することにより、回折格子間隔が正確に一致する高精度な複層回折光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図２】２層回折光学素子の断面図である。
【図３】第２の実施例の回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図４】２層回折光学素子の断面図である。
【図５】第３の実施例の回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図６】３層目形成時の断面図である。
【図７】３層回折光学素子の断面図である。
【図８】第４の実施例の３層目形成時の断面図である。
【図９】屈折光学素子の回折作用の説明図である。
【図１０】回折光学素子の回折作用の説明図である。
【図１１】回折効率のグラフ図である。
【図１２】第１の従来例の回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図１３】回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図１４】第２の実施例の回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【図１５】回折光学素子の作製方法で使用する金型の断面図である。
【符号の説明】
２１、３２、５０  金型
２２、３３、５１、６３  スリーブ
２３、２４、３７、３９、５２、５９  光学面形成型
２５、２６、３４、３５、５４、５５  キャビティ
２７、２８、５６、５７、６２、６５  注入口
２９、３０、４０、４１、５８、５９  回折光学素子
３１、４２、６３  鏡筒
３６、３８  温度調節機構
６０  金型取出口
６１、６４  隙間
６３  外筒
【図１】
0003581569.tif 000002
【図２】
0003581569.tif 000003
【図３】
0003581569.tif 000004
【図４】
0003581569.tif 000005
【図５】
0003581569.tif 000006
【図６】
0003581569.tif 000007
【図７】
0003581569.tif 000008
【図８】
0003581569.tif 000009
【図９】
0003581569.tif 000010
【図１０】
0003581569.tif 000011
【図１１】
0003581569.tif 000012
【図１２】
0003581569.tif 000013
【図１３】
0003581569.tif 000014
【図１４】
0003581569.tif 000015
【図１５】
0003581569.tif 000016