(57)【要約】【課題】回折光学素子が樹脂を硬化して作成される場合の樹脂の硬化収縮に起因するレンズ面の変形を低減すること【解決手段】  回折光学素子の製造方法は、第１のレンズ３０Ａの上に金型９１を配置して前記第１のレンズと前記金型の間に第１の樹脂材料を充填・硬化するステップと、第１の回折格子２１Ａの上に第２のレンズ４０Ａを配置して第１の回折格子と第２のレンズの間に第２の樹脂材料を充填・硬化するステップと、を有し、第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面２２Ａは非球面の部分を有し、非球面の部分は第２のレンズの回折光学素子側の面４２Ａとは異なる形状を有し、光軸付近に第２のレンズ側に凸面を有する。【選択図】図１
2015011293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレンズと第２のレンズの間に設けられ、複数の回折格子が密着配置された回折光学素子を形成する回折光学素子の製造方法であって、
前記複数の回折格子は、前記第１のレンズに最も近い、第１の樹脂材料から構成される第１の回折格子と、前記第２のレンズに最も近い、第２の樹脂材料から構成される第２の回折格子を含み、
前記第１のレンズの上に金型を配置して前記第１のレンズと前記金型の間に前記第１の樹脂材料を充填し、前記第１の樹脂材料を硬化し、前記第１の回折格子を前記第１のレンズの上に形成するステップと、
前記複数の回折格子の中で前記第２の回折格子よりも前記第１のレンズ側にある回折格子と前記第２のレンズの間に前記第２の樹脂材料を充填し、前記第２の樹脂材料を硬化し、前記第２の回折格子を形成するステップと、
を有し、
前記第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面は非球面の部分を有し、前記非球面の部分は前記第２のレンズの回折光学素子側の面とは異なる形状を有し、前記第１のレンズの光軸付近に前記第２のレンズ側に凸面を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２の回折格子の格子頂点が形成する第２の面は非球面の部分を有し、前記非球面の部分は前記第１のレンズの回折光学素子側の面とは異なる形状を有し、前記第１のレンズの光軸付近に前記第１のレンズ側に凹面を有することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項３】
第１のレンズと第２のレンズの間に設けられ、複数の回折格子が密着配置された回折光学素子を形成する回折光学素子の製造方法であって、
前記複数の回折格子は、前記第１のレンズに最も近い、第１の樹脂材料から構成される第１の回折格子と、前記第２のレンズに最も近い、第２の樹脂材料から構成される第２の回折格子を含み、
前記第２のレンズの上に金型を配置して前記第２のレンズと前記金型の間に前記第２の樹脂材料を充填し、前記第２の樹脂材料を硬化し、前記第２の回折格子を前記第２のレンズの上に形成するステップと、
前記複数の回折格子の中で前記第１の回折格子よりも前記第２のレンズ側にある回折格子と前記第１のレンズの間に前記第１の樹脂材料を充填し、前記第１の樹脂材料を硬化し、前記第１の回折格子を形成するステップと、
を有し、
前記第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面は非球面の部分を有し、前記非球面の部分は前記第２のレンズの回折光学素子側の面とは異なる形状を有し、前記第１のレンズの光軸付近に前記第２のレンズ側に凹面を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の回折格子の格子頂点が形成する第２の面は非球面の部分を有し、前記非球面の部分は前記第１のレンズの回折光学素子側の面とは異なる形状を有し、前記第１のレンズの光軸付近に前記第１のレンズ側に凸面を有することを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂材料と前記第２の樹脂材料はいずれも紫外線が照射されると硬化収縮する紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に項記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１の回折格子の前記第１の樹脂材料の屈折率をｎｄ１、前記第２の回折格子の前記第２の樹脂材料の屈折率をｎｄ２、前記第１の樹脂材料のアッベ数をνｄ１、第２の樹脂材料のアッベ数をνｄ２とすると、次式が成立することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に項記載の回折光学素子の製造方法。
ｎｄ２＞ｎｄ１
νｄ１＞νｄ２
【請求項７】
前記第１の樹脂材料はＩＴＯ微粒子が分散され、前記第２の樹脂材料はＺｒＯ２微粒子が分散されていることを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の回折格子は屈折率分を有することを特徴とする請求項１または３に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記光軸からの高さをｈ、ｎ次（偶数次）の係数をＣｎ、波長をλ、前記回折光学素子の光路長の付加量をφ（ｈ）、光路長を付加するベース面をＸ（ｈ）、光軸方向の位置をｘ、中心の輪帯を１輪帯として中心から数えた輪帯番号をｋ、格子高さをｄ０とすると以下の式が成り立ち、
φ（ｈ）＝（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６＋…）×２π／λ
2015011293.tif 000005
前記ベース面の少なくとも一部は非球面形状を有することを特徴とする請求項１または３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、回折光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーズ構造の回折光学素子は特定の一つの次数（以下、「特定次数」又は「設計次数」とも言う）と特定の波長に対して高い効率で光を回折することができる。特許文献１は、２つの回折格子を密着配置し、各回折格子を構成する材料に低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料を用い、回折格子の高さを適切に設定した（以下、このような回折光学素子を「密着２層ＤＯＥ」という）構成を開示している。特許文献２は、可視波長域全域で９９％以上の高い回折効率を得るために部分分散比θｇＦが通常の材料より小さな値（リニア異常分散性）を有する材料を用いることを開示している。
【０００３】
また、特許文献３は、保護膜を形成したときに発生する設計形状からのずれを相殺する変形を、予め回折光学素子を成形する金型に与える方法を提案している。特許文献４は、回折光学素子に蒸着する反射防止膜の膜厚が不均一になることを防止するために、金型に反射防止膜の膜厚の変化を相殺する変形を与える方法を提案している。特許文献５は、回折格子表面にパッドで光学調整層を設ける場合に、硬化収縮による表面の変形を中心の輪帯ピッチを変えることで抑制する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特登録３７１７５５５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１７３４号公報
【特許文献３】特開平１１−４８３５５号公報
【特許文献４】特開２００８−１８０９６３号公報
【特許文献５】特許第４３７８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２つのレンズの間に密着２層ＤＯＥを形成する際に、回折効率を高めるためにベースの樹脂材料に無機微粒子を使用し、成形によって製造することが考えられるが、成形時に、樹脂の硬化収縮によるレンズ表面が変形し、光学性能が低下する。これに対して、特許文献３〜４は、いずれも回折光学素子が樹脂を硬化して作成される場合の樹脂の硬化収縮に起因するレンズ面の変形を効果的に抑制することができなかった。
【０００６】
本発明は、回折光学素子が樹脂を硬化して作成される場合の樹脂の硬化収縮に起因するレンズ面の変形を低減することが可能な回折光学素子の製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回折光学素子の製造方法は、第１のレンズと第２のレンズの間に設けられ、複数の回折格子が密着配置された回折光学素子を形成する回折光学素子の製造方法であって、前記複数の回折格子は、前記第１のレンズに最も近い、第１の樹脂材料から構成される第１の回折格子と、前記第２のレンズに最も近い、第２の樹脂材料から構成される第２の回折格子を含み、前記第１のレンズの上に金型を配置して前記第１のレンズと前記金型の間に前記第１の樹脂材料を充填し、前記第１の樹脂材料を硬化し、前記第１の回折格子を前記第１のレンズの上に形成するステップと、前記複数の回折格子の中で前記第２の回折格子よりも前記第１のレンズ側にある回折格子と前記第２のレンズの間に前記第２の樹脂材料を充填し、前記第２の樹脂材料を硬化し、前記第２の回折格子を形成するステップと、を有し、前記第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面は非球面の部分を有し、前記非球面の部分は前記第２のレンズの回折光学素子側の面とは異なる形状を有し、前記第１のレンズの光軸付近に前記第２のレンズ側に凸面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回折光学素子が樹脂を硬化して作成される場合の樹脂の硬化収縮に起因するレンズ面の変形を低減することが可能な回折光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の回折光学素子の断面図である。（実施例１）
【図２】図１に示す回折光学素子の１次回折光、０次光と２次回折光の回折効率のグラフである。（実施例１）
【図３】図１に示す回折光学素子の材料の屈折率とアッベ数の関係を示すグラフである。（実施例１）
【図４】本発明の回折光学素子の断面図である。（実施例２）
【図５】本発明の回折光学素子の断面図である。（実施例３）
【図６】本実施形態の撮像装置と光学系の光路図である。（実施例１、２、３）
【図７】従来の回折光学素子の平面図と断面図である。
【図８】レンズの接合面に回折光学素子を作成するプロセスを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図６（ａ）は、本実施形態の光学機器の一例である一眼レフカメラシステムの断面図である。本発明の光学機器は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ミラーレスカメラ、双眼鏡、プロジェクタなどに適用することができる。
【００１１】
図６（ａ）において、２１０はカメラ本体（撮像装置）、２１１はカメラ本体２１０に着脱可能に装着される交換レンズ（光学機器）である。２１２は交換レンズ２１１を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子等の感光体である。２１３は交換レンズ２１１からの被写体像を観察するファインダー光学系である。２１４は矢印に示すように光路に進退可能なクイックリターンミラーである。
【００１２】
ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー２１４を光路中に配置してピント板２１５に結像した被写体像をペンタプリズム２１６で正立像とした後、接眼光学系２１７で拡大して観察する。撮影時には、クイックリターンミラー２１４を矢印方向に回動して光路から退避させて被写体像を感光体２１２に結像する。
【００１３】
図６（ｂ）は、交換レンズ２１１に設けられた、被写体像を形成する撮影光学系の光路図である。本実施形態の撮影光学系を使用することによって色収差を抑え、高い光学性能を有した一眼レフカメラシステムを提供することができる。図６（ｂ）において、１１は回折光学素子（ＤＯＥ）、１２は絞り、１３は像面、１４は最大画角の光束、１５は撮像光学系の光軸を示している。
【００１４】
望遠レンズのように第１群レンズが正のパワーを有する場合には、ＤＯＥはできるだけ物体側で使用した方が倍率色収差の補正に効果がある。図６（ｂ）に示す撮影光学系は、正の屈折力の第１群レンズＢ１、負の屈折率の第２群レンズＢ２、正の屈折率の第３群レンズＢ３を有し、最も倍率色収差の補正に効果がある第１レンズと第２レンズの間にＤＯＥ１１が設けられている。ＤＯＥ１１は、正のパワーを有する位相を付加するように格子中央から外側にかけて格子ピッチが狭くなっており、撮影光学系の色収差を改善している。
【００１５】
ＤＯＥは、ベースの形状に位相差関数で定義される位相項を付加した形状となっている。ベースの形状は、レンズ表面の形状であり、球面形状や非球面形状、平面形状であったりする。回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次（偶数次）の位相差関数係数Ｃｎ、波長λを用いて、次式で定義される位相差関数φ（ｈ）により表される。
【００１６】
φ（ｈ）＝（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６＋…）×２π／λ    ・・・（１）
曲率がＲのレンズ表面に位相差関数φ（ｈ）にて格子形状を付加する場合、光軸方向の位置をｘ、ｋを中心の輪帯を１輪帯として中心から数えた輪帯番号、ｄ０を格子高さとした時、次式で表される形状とする。
【００１７】
【数１】
2015011293.tif 000003
【００１８】
数式（２）において、最初の２項はベース形状を示しており、第３項は位相差関数で位相項を付加した形状を示している。また、第２項については輪帯番号が変わる部分でｘの位置が不連続となっており、これにより格子形状が生じる。
【００１９】
ＤＯＥを光学系中に用いるときには使用波長域全域において設計次数の光線の回折効率が十分高いことが必要になる。回折効率が低いと、設計次数以外の回折次数をもった光線が多く存在することになり、これらの光線は、設計次数の光線とは別な所に結像してフレア光となる。
【００２０】
図７（ａ）、（ｂ）は従来のＤＯＥ１００の平面図と断面図であり、図７（ｃ）は別の従来のＤＯＥの部分拡大断面図である。ＯＡは光軸である。図７（ａ）において、１０１は回折格子の輪帯であり、格子の間隔（ピッチ）を変えることで光学的なパワーを与えることができる。図７（ｂ）、図７（ｃ）は光軸を含む断面図である。
【００２１】
図７（ｂ）において、ＤＯＥ１００は、第１の回折格子１１０Ａと第２の回折格子１２０Ａを密着して配置しており、広い波長域に対して高い回折効率を得ている。２つのレンズ１３０Ａ、１４０Ａの間に形成される。
【００２２】
図７（ｃ）において、ＤＯＥ１００は、第１の回折格子１１０Ｂと第２の回折格子１２０Ｂを密着して配置しており、広い波長域に対して高い回折効率を得ている。第１のレンズ１３０Ｂと第２のレンズ１４０Ｂの間に形成される。
【００２３】
図７（ｂ）において、第１の回折格子１１０Ａの格子頂点が形成する第１の面１１２Ａと、第２の回折格子１２０Ａの格子頂点が形成する第２の面１２２Ａを、以下「包絡線」と呼ぶ場合がある。同様に、図７（ｃ）において、第１の回折格子１１０Ｂの格子頂点が形成する第１の面１１２Ｂと、第２の回折格子１２０Ｂの格子頂点が形成する第２の面１２２Ｂを、以下「包絡線」と呼ぶ場合がある。
【００２４】
図７（ｂ）に示すように、第１の面１１２Ａは第２のレンズ１４０ＡのＤＯＥ１００側の面１４２Ａと同一の（曲面）形状であり、第２の面１２２Ａは第１のレンズ１３０ＡのＤＯＥ１００側の面１３２Ａと同一の（曲面）形状である。同様に、図７（ｃ）に示すように、第１の面１１２Ｂは第２のレンズ１４０ＡのＤＯＥ１００側の面１４２Ａと同一の（平面）形状であり、第２の面１２２Ａは第１のレンズ１３０ＡのＤＯＥ１００側の面１３２Ａと同一の（平面）形状である。
【００２５】
図７（ｃ）に示すように、２種類の異なる材料からなる回折格子を密着配置したＤＯＥにおいて波長λの光の回折効率を最大とする条件は、次式で表すように、回折格子を通過する光の光路長を波長の整数倍とすることである。
【００２６】
（ｎ２−ｎ１）ｄ０＝ｍ×λ      ・・・（３）
ここで、ｎ１と、ｎ２はそれぞれ、第１の回折格子、第２の回折格子の材料の波長λ０の光に対する屈折率で、ｎ１＜ｎ２とする。また、ｄ０（＞０）は格子厚、ｍは回折次数である。
【００２７】
数式（３）は波長の項を含むが、広い波長域で高い回折効率を得るためには、ＤＯＥが使用される各波長における屈折率が数式（３）を満たすことが好ましい。例えば、可視域の広い波長範囲で高い回折効率を得るためには、ｄ線だけでなく、Ｆ線やＣ線等の波長においても、数式（３）を満たす必要がある。
【００２８】
ここで、ｎ１ｄ、ｎ１Ｆ、ｎ１Ｃをそれぞれ第１の回折格子の材料の、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長における屈折率、ｎ２ｄ、ｎ２Ｆ、ｎ２Ｃをそれぞれ第２の回折格子の材料の、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長における屈折率とし、ΔｎとΔｎＦＣを次のように定義する。
Δｎ＝（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）                            ・・・（４）
ΔｎＦＣ＝｛（ｎ２Ｆ−ｎ２Ｃ）−（ｎ１Ｆ−ｎ１Ｃ）｝  ・・・（５）
すると、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線において１００％の回折効率を得る条件は次式のようになり、２つの材料の屈折率差と、分散の差が一定の値をとることが分かる。
【００２９】
Δｎ／ΔｎＦＣ＝−３．４５  ・・・（６）
数式（６）の値が負であることから、回折格子を形成する材料は、高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料の組合せが好ましいことが分かる。このタイプのＤＯＥにおいて、９８％以上の高い回折効率は可視の波長域全域にて確保するためには、低屈折率高分散材料についてθｇＦを通常の材料より小さな値（リニア異常分散性）とする方が有利である。このような材料への要求を達成するためにベースの樹脂材料に無機微粒子を用いてもよい。
【００３０】
一方、各回折格子を作成する方法としては、格子形状を切削等によって型に作成し、ＵＶ硬化や熱硬化、射出成形などの成形プロセスによって樹脂に形状を転写する方法が採用されている。図８（ａ）~（ｄ）は、このＤＯＥの製造方法を示す断面図である。図８（ｅ）はＤＯＥの製造方法を説明するフローチャートであり、「Ｓ」はステップを表している。
【００３１】
図８（ａ）おいて、内面に第１の回折格子の形状が切削等によって作成された金型９１と第１のレンズ９３との間に未硬化の紫外線硬化樹脂（第１の樹脂材料）９２が充填され（Ｓ１０）、紫外線ＵＶが第１のレンズを介して紫外線硬化樹脂９２に照射される。これにより、紫外線硬化樹脂９２が硬化して、第１の回折格子９４が第１のレンズ９３の上に形成される（Ｓ１２）。次に、図８（ｂ）に示すように、金型９１を離型する（Ｓ１４）。次に、図８（ｃ）に示すように、ディスペンサー９５から紫外線硬化樹脂９２とは異なる紫外線硬化樹脂（第２の樹脂材料）９６を第１の回折格子９４の表面に滴下する（Ｓ１６）。次に、図８（ｄ）に示すように、第２のレンズ９８を紫外線硬化樹脂９６の上に配置し（Ｓ１８）、紫外線ＵＶを照射することによって紫外線硬化樹脂９６を硬化し（Ｓ２０）、第２の回折格子９７を形成する。第１の回折格子９４と第２の回折格子９７によってＤＯＥが完成する。
【００３２】
図７（ｄ）は、図７（ｂ）のＤＯＥ１００において硬化収縮によるレンズ表面の変形を示す断面図である。同図において、第１の回折格子１１０Ａは、例えば、低屈折率高分散の紫外線硬化樹脂、第２の回折格子１２０Ａは、例えば、高屈折率低分散の紫外線硬化樹脂から構成されている。ＤＯＥ１００のパワーは正であり、回折格子の格子と格子の間隔である格子ピッチは光軸ＯＡからレンズの周辺にいくに従って狭くなっている。図８に示す成形プロセスによりＤＯＥ１００を作製すると、第１のレンズ１３０Ａの上に第１の回折格子１１０Ａが形成され、その上に第２の回折格子１２０Ａの樹脂が塗付され第２のレンズ１４０Ａが配置されて硬化される。この時、第２の回折格子１２０Ａの樹脂が硬化収縮することで応力が発生し、第２のレンズ１４０Ａの外側の面１４４Ａが破線１４６で示すように変形する。特に、格子ピッチの広い、光軸付近は樹脂量が多くなるために硬化収縮による大きな応力が発生し易く、レンズ表面の変形も破線で示したようにレンズの光軸付近の変形が大きくなる。
【実施例１】
【００３３】
図１は、実施例１のＤＯＥ１１の断面図である。同図において、ＯＡは光軸、３０Ａは第１のレンズ、４０Ａは第２のレンズである。第１のレンズ３０Ａは凸メニスカスレンズであり、第１のレンズ３０ＡのＤＯＥ１１側の面３２Ａは凹面である。第２のレンズは正のパワーを有する凸レンズであり、第２のレンズ４０ＡのＤＯＥ１１側の面４２Ａは凸面である。
【００３４】
２１Ａは低屈折率高分散の紫外線硬化樹脂（第１の樹脂材料）から構成される第１の回折格子、２５Ａは高屈折率低分散の紫外線硬化樹脂（第２の樹脂材料）から構成される第２の回折格子である。第１の回折格子２１Ａの格子頂点が形成する第１の面２２Ａと、第２の回折格子２５Ａの格子頂点が形成する第２の面２６Ａは、図１では共に点線で示された包絡線となっている。点線２３Ａは、本実施例を適用しない場合に第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面であり、第２のレンズ４０ＡのＤＯＥ１１側（回折光学素子側）の面４２Ａと同一形状を有する。ＤＯＥ１１のパワーは正であり、格子ピッチは光軸ＯＡからレンズの周辺に行くに従って狭くなっている。
【００３５】
第１の回折格子２１Ａの第１の樹脂材料の屈折率をｎｄ１、第２の回折格子２５Ａの第２の樹脂材料の屈折率をｎｄ２、第１の樹脂材料のアッベ数をνｄ１、第２の樹脂材料のアッベ数をνｄ２とすると、次式が成立する。
【００３６】
ｎｄ２＞ｎｄ１                    （７）
νｄ１＞νｄ２                    （８）
図３は、実施例１の回折格子の材料のアッベ数と屈折率を示すグラフであり、横軸はアッベ数、縦軸は屈折率である。高屈折率低分散材料として、アクリル系の紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５２、νｄ＝５１）にＺｒＯ２微粒子を９．５ｖｏｌ％混ぜた材料を使用した。微粒子分散後の高屈折率低分散材料の屈折率とアッベ数は、図３の５２に示すように、ｎｄ＝１．５６５，νｄ＝５０．０であった。低屈折率高分散材料として、同じ紫外線硬化樹脂にＩＴＯの微粒子分散濃度を６ｖｏｌ％とした樹脂を使用した。微粒子分散後の低屈折率高分散材料の屈折率とアッベ数は、図３の５１に示すように、ｎｄ＝１．５４４，νｄ＝３１．４であった。ＩＴＯ微粒子を混合することで、材料としてはリニアの異常分散性を有した低アッベ数の材料を提供することができる。これにより格子の厚みは２８．２μｍの時に最も高い回折効率となった。
【００３７】
図２（ａ）は、この時の１次光の回折効率を示し、図２（ｂ）は、０次光（点線）と２次回折光（実線）の回折効率を示す。図２において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は回折効率（％）である。１次回折光が撮像光学系の結像に使用している回折光であり、図２（ａ）から殆ど１００％の非常に良好な回折効率を全波長域において維持していることがわかる。また、図２（ｂ）から、高輝度光源の周辺に同心円状に発生する不要回折光の原因となる０次光と２次光は共に全波長域で０．０２％以下の非常に小さい値となっていることが分かる。
【００３８】
ＩＴＯは、電子遷移による屈折率の変化に加え、錫によるドーピングや酸素の空孔によりフリーキャリアが発生し、屈折率が変化する。電子遷移による屈折率分散は可視域においては４００ｎｍ〜４５０ｎｍの短波長側で急激に変化し、屈折率の２次分散（θｇＦ）が通常の硝子が分布する所謂ノーマルラインより高い（ノンリニアの）特性を有している。一方、フリーキャリアによる屈折率分散は可視域においては６００ｎｍ〜７００ｎｍの長波長側でその変化が急激となり、非常に強いリニア特性を有している。その二つの影響が組み合わさることにより、屈折率の２次分散（θｇＦ）は他の無機酸化物に比べ非常に小さくなる。従って、ＩＴＯと同様に透明でフリーキャリアの影響があるＳｎＯ２及びＡＴＯ（アンチモンをドーピングしたＳｎＯ２）等も使用することができる。
【００３９】
本実施例は、各回折格子の格子頂点が形成する面の形状を従来とは変形することによって樹脂材料の硬化収縮によるレンズ表面の変形を低減している。本実施例では、第１のレンズ３０Ａの上に第１の回折格子２１Ａが形成され、その後、第１の回折格子２１Ａの上に第２の回折格子２５Ａの第２の樹脂材料が塗付され、第２のレンズ４０Ａが配置されて第２の樹脂材料が硬化される。この時、図１示す第１の面２２Ａ、２３Ａを比較すると理解されるように、第１の面２２Ａを光軸周りで凸形状にし、第２の面２６Ａを光軸周りで凹形状にしている。第１の面２２Ａの凸面は第２のレンズ側にあり、第２の面２６Ａの凹面は第１のレンズ側にある。この結果、第１の面２２Ａは第２のレンズ４０ＡのＤＯＥ１１側の面４２Ａと同一形状ではなくない非球面形状であり、第２の面２６Ａは第１のレンズ３０ＡのＤＯＥ１１側の面３２Ａと同一形状ではない非球面形状となっている。
【００４０】
ＤＯＥ１１は、光軸付近の格子ピッチが広く、光軸から離れるに従って狭くなっていくので、第２の回折格子２５Ａの第２の樹脂材料の塗布量は光軸の周りで最も多く、光軸ＯＡから離れるに従って少なくなる。紫外線硬化樹脂は紫外線を照射することで硬化収縮するが、樹脂量が多い部分においては収縮による応力が大きくなり、光軸付近のレンズ表面の変形量が大きくなり易い。ＤＯＥ１１は、第１の面２２Ａを変形させることでレンズ光軸付近の樹脂量を減らし、第２のレンズ４０Ａの面４４Ａの変形を低減することが可能となる。ＤＯＥ１１の格子高さは２０μｍ程度であり、２μｍ程度の包絡線の変形でも十分にレンズ面精度を改善する効果がある。第１の面２２と第２の面２６の両方を変えることにより、回折格子の各格子によって付加される位相差を設計値と変えること無く面精度の調整が可能である。
【００４１】
本実施例によれば、レンズ表面の変形を低減し、色収差を抑えた高い高性能な撮像光学系を実現することができる。
【実施例２】
【００４２】
図４は、実施例２の回折光学素子の断面図である。同図において、ＯＡは光軸、３０Ｂは第１のレンズ、４０Ｂは第２のレンズである。第１のレンズ３０Ｂは凸メニスカスレンズであり、第１のレンズ３０ＢのＤＯＥ１１側の面３２Ｂは凹面である。第２のレンズは凹メニスカスレンズであり、第２のレンズ４０ＢのＤＯＥ１１側の面４２Ａは凸面である。
【００４３】
２１Ｂは低屈折率高分散の紫外線硬化樹脂（第１の樹脂材料）から構成される第１の回折格子であり、アクリル系樹脂材料に無機微粒子を微粒子分散させることで屈折率とアッベ数が最適化されている。２５Ｂは高屈折率低分散の紫外線硬化樹脂（第２の樹脂材料）である。第１の回折格子２１Ｂの格子頂点が形成する第１の面２２Ｂは実線で示された包絡線であり、第２の回折格子２５Ｂの格子頂点が形成する第２の面２６Ｂは点線で示された包絡線となっている。点線２３Ｂは、本実施例を適用しない場合に第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面であり、第２のレンズ４０ＢのＤＯＥ１１側の面４２Ｂと同一形状を有する。ＤＯＥ１１のパワーは正であり、格子ピッチは光軸ＯＡからレンズの周辺に行くに従って狭くなっている。
【００４４】
第１の回折格子２１Ｂの第１の樹脂材料は無機微粒子を分散させた樹脂材料であるため、紫外線硬化する過程で微粒子が偏り、結果として回折格子に屈折率分布を有している。このような場合、微粒子の偏りによっては片方の包絡線については変形させること無く、片方の包絡線についてだけ非球面とすることで樹脂量を調整すると同時に位相差を波長の整数倍付近の値とすることが可能となる。
【００４５】
本実施例は、第１の回折格子２１Ｂの格子頂点が形成する第１の面２２Ｂの形状を従来とは変形することによって樹脂材料の硬化収縮によるレンズ表面の変形を低減している。本実施例では、第１のレンズ３０Ｂの上に第１の回折格子２１Ｂが形成され、その後、第１の回折格子２１Ｂの上に第２の回折格子２５Ｂの第２の樹脂材料が塗付され、第２のレンズ４０Ｂが配置されて第２の樹脂材料が硬化される。この時、図４示す第１の面２２Ｂ、２３Ｂを比較すると理解されるように、第１の面２２Ｂを光軸周りで凸形状にしている。第１の面２２Ｂの凸面は第２のレンズ側にある。この結果、第１の面２２Ｂは第２のレンズ４０ＢのＤＯＥ１１側の面４２Ｂと同一形状ではないが、第２の面２６Ｂは第１のレンズ３０ＢのＤＯＥ１１側の面３２Ｂと同一形状のままである。
【００４６】
回折格子の格子高さとしては、微粒子の濃度を変えることで屈折率とアッベ数のチューニングを行うことで格子高さを１０μｍ程度とすることも可能となる。このような場合には１μｍ程度の包絡線の変形によってもレンズ表面の形状変化を抑制することが可能となる。
【００４７】
本実施例によれば、レンズ表面の変形を低減し、色収差を抑えた高い高性能な撮像光学系を実現することができる。
【実施例３】
【００４８】
図５は、実施例３のＤＯＥの断面図である。同図において、ＯＡは光軸、３０Ｃは第１のレンズ、４０Ｃは第２のレンズである。第１のレンズ３０Ｃは凸メニスカスレンズであり、第１のレンズ３０ＣのＤＯＥ１１側の面３２Ｃは凹面である。第２のレンズ４０Ｃは正のパワーを有する凸レンズであり、第２のレンズ４０ＣのＤＯＥ１１側の面４２Ｃは凸面である。
【００４９】
２１Ｃは低屈折率高分散の紫外線硬化樹脂（第１の樹脂材料）から構成される第１の回折格子、２５Ｃは高屈折率低分散の紫外線硬化樹脂（第２の樹脂材料）から構成される第２の回折格子である。第１の回折格子２１Ｃの格子頂点が形成する第１の面２２Ｃと、第２の回折格子２５Ｃの格子頂点が形成する第２の面２６Ｃは、図５では共に実線で示された包絡線となっている。点線２３Ｃは、本実施例を適用しない場合に第１の回折格子の格子頂点が形成する第１の面であり、点線２７Ｃは、本実施例を適用しない場合に第２の回折格子の格子頂点が形成する第２の面である。従って、第１の面２３Ｃは、第２のレンズ４０ＣのＤＯＥ１１側の面４２Ｃと同一形状を有し、第２の面２７Ｃは、第１のレンズ３０ＣのＤＯＥ１１側の面３２Ｃと同一形状を有する。ＤＯＥ１１のパワーは正であり、格子ピッチは光軸ＯＡからレンズの周辺に行くに従って狭くなっている。
【００５０】
本実施例は、第１の回折格子２１Ｃの格子頂点が形成する第１の面２２Ｃと第２の回折格子２５Ｃの格子頂点が形成する第２の面２６Ｃの形状を従来とは変形することによって樹脂材料の硬化収縮によるレンズ表面の変形を低減している。本実施例では、第２のレンズ４０Ｃの上に第２の回折格子２５Ｃが形成され、その後、第２の回折格子２５Ｃの上に第１の回折格子２１Ｃの第１の樹脂材料が塗付され、第１のレンズ３０Ｃが配置されて第１の樹脂材料が硬化される。即ち、実施例１、２とは硬化の順序が逆である。この時、図４示す第１の面２２Ｃ、２３Ｃ、第２の面２６Ｃ、２７Ｃを比較すると理解されるように、第１の面２２Ｃを光軸周りで凹形状にしている。第１の面２２Ｃの凹面は第２のレンズ側にある。第２の面２６Ｃを光軸周りで凸形状にしている。第２の面２６Ｃの凸面は第１のレンズ側にある。この結果、第１の面２２Ｃは第２のレンズ４０ＣのＤＯＥ１１側の面４２Ｃと同一形状ではなく、第２の面２６Ｃは第１のレンズ３０ＣのＤＯＥ１１側の面３２Ｃと同一形状ではない。このように、成形プロセスによっては従来と逆方向の格子先端の包絡線とすることでレンズ表面の形状を抑制することが可能である。また、実施例２に対応する材料を使用して成形順序を逆にした場合は第１の面を第２のレンズ４０ＣのＤＯＥ１１側の面４２Ｃと同一形状ではなく、第２の面は第１のレンズ３０ＣのＤＯＥ１１側の面３２Ｃと同一形状にしてもよい。この場合、第１の面は光軸周りで凹形状になり、第１の面の凹面は第２のレンズ側にある。
【００５１】
本実施例によれば、レンズ表面の変形を低減し、色収差を抑えた高い高性能な撮像光学系を実現することができる。
【００５２】
実施例１〜３において、ＤＯＥの光路長の付加量を数式（１）に示す位相差関数φ（ｈ）で定義した場合を考える。この時、光路長を付加するベース面をＸ（ｈ）すると、回折格子の形状を次式で定義すると、ベース面Ｘ（ｈ）の少なくとも一部が非球面形状を有する。なお、各変数の定義は数式（２）と同様である。
【００５３】
【数２】
2015011293.tif 000004
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５５】
例えば、樹脂材料は紫外線硬化樹脂に限定されず、他の波長で硬化する樹脂や、熱硬化樹脂などを使用してもよい。
【００５６】
また、本実施例では、密着２層ＤＯＥについて説明したが、本発明は密着３層ＤＯＥ以上に拡張することができる。この場合、回折光学素子は、第１のレンズと第２のレンズの間に設けられ、複数の回折格子が密着配置されることによって構成される。複数の回折格子は、その中で最も第１のレンズに近い、第１の樹脂材料から構成される第１の回折格子と、最も第２のレンズに近い、第２の樹脂材料から構成される第２の回折格子を含む。
【００５７】
また、第１の面において非球面の部分は少なくとも光軸付近の中央部であり、中央部は第２のレンズの内面と形状が異なるが、第１の面が周辺部（像高が高い位置）において球面部や平面部を含んでもよい。また、第１の面の周辺部において第２のレンズの内面と形状が同じでもよい。同様に、第２の面において非球面の部分は少なくとも光軸付近の中央部であり、中央部は第１のレンズの内面と形状が異なるが、第２の面が周辺部において球面部や平面部を含んでもよい。また、第２の面の周辺部において第１のレンズの内面と形状が同じでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
回折光学素子は回折作用を必要とする光学機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１…回折光学素子、２１Ａ〜Ｃ…第１の回折格子、２２Ａ〜Ｃ…第１の面、２５Ａ〜Ｃ…第２の回折格子、２６Ａ〜Ｃ…第２の面、３０Ａ〜Ｃ…第１のレンズ、４０Ａ〜Ｃ…第２のレンズ
【図１】
2015011293.tif 000006
【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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【図７】
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【図８】
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