(57)【要約】  回折光学素子（１０１）は、回折格子の設けられた第１領域（１０５）と、第１領域の外側に位置する第２領域（１０６）と、を表面に含む基体（１０２）と、第１領域（１０５）と、第２領域（１０６）の少なくとも一部と、に接するように表面上に設けられた光学調整層（１０３）と、を有する。光学調整層（１０３）のうち第２領域（１０６）に接している部分の少なくとも一部に、光学調整層（１０３）のうち第２領域（１０６）に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分（１０７）が設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置する第２領域と、を表面に有する基体と、
前記第１領域と、前記第２領域の少なくとも一部と、に接するように前記表面上に設けられた光学調整層と、を有し、
前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の少なくとも一部に、前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分が設けられている、回折光学素子。
【請求項２】
前記薄膜部分の膜厚が、前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の最大膜厚に対して２％以上５０％以下である、請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記薄膜部分が、光学調整層の最も外側に設けられている、請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記薄膜部分が、前記第１領域の外側に同心円状に設けられている、請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記薄膜部分が、前記第２領域に接して設けられた光学調整層の表面形状の凹みによって設けられている、請求項１から４のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記基体の第２領域の少なくとも一部に、前記薄膜部分に対応した位置に凸部が設けられている、請求項１から４のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記基体の第２領域の少なくとも一部に、凹凸形状が設けられている、請求項１から６のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記基体の第２領域に接して設けられた光学調整層の表面形状の少なくとも一部に、前記薄膜部分の膜厚より微細な凹凸形状が設けられている、請求項１から７のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記回折格子の深さが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある、請求項１から８のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記基体は、第１樹脂を含む第１光学材料からなる、請求項１から９のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項１１】
前記光学調整層は、第２樹脂を含む第２光学材料からなる、請求項１から１０のいずれか１つに記載の回折光学素子。
【請求項１２】
前記第１樹脂は熱可塑性樹脂である、請求項１０に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記第２樹脂はエネルギー硬化型樹脂である、請求項１１に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
前記第２光学材料は、無機粒子をさらに含み、前記無機粒子が前記第２樹脂中に分散している、請求項１１または１３に記載の回折光学素子。
【請求項１５】
前記基体は、熱硬化性樹脂およびエネルギー硬化型樹脂を含まない、請求項１０に記載の回折光学素子。
【請求項１６】
前記基体は、実質的に熱可塑性樹脂からなる、請求項１０に記載の回折光学素子。
【請求項１７】
回折格子の設けられた第１領域と、前記第１領域の外側に位置する第２領域と、を表面に有する基体を用意する工程と、
前記基体の表面上に、光学材料の原料を配置する工程と、
前記原料が前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一部とを覆うように、前記原料を押圧する工程と、
前記原料を硬化させることにより、前記光学材料からなる光学調整層を形成する工程と、を包含し、
前記押圧する工程において、前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の少なくとも一部に、前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分を形成する、回折光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記薄膜部分の膜厚が、前記光学調整層のうち前記第２領域に接している部分の最大膜厚に対して２％以上５０％以下である、請求項１７に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１記載の回折光学素子の製造に用いられる型であって、前記第１領域に対応する領域に曲面形状が設けられ、前記第２領域に対応する領域の一部に凸部が設けられた型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回折光学素子、回折光学素子の製造方法および回折光学素子の製造方法に用いられる型に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折光学素子は、例えば、ガラスまたは樹脂により構成される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、撮像装置および光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いる。回折光学素子としては、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、空間ローパスフィルタ、または偏光ホログラムが知られている。【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、光学系の色収差または像面湾曲を改善することも可能である。【０００４】
回折光学素子の製造方法として、大面積成形性と高転写性とに優れたレプリカ成形法が知られている。特許文献１および２は、レプリカ成形法により、回折光学素子を含む複合型光学素子を製造する方法を開示している。【０００５】
特許文献１に開示された方法においては、まず。複合型光学素子の樹脂層を成形するための光学有効部と、前記光学有効部外において、同心円状に配置された２つの土手と、土手の間に配置された溝とを備えた型を準備する。次に、この型に樹脂を滴下し、基板を２つの土手に突き当てながら加圧し、樹脂を硬化させた後、硬化した樹脂層と基板を一体として型から離脱させる。溝と外側の土手により、外側に向かう樹脂の流れが弱くなるため、光学有効部の未充填領域にむけて樹脂が回りこむ流れが大きくなる。したがって、型の光学有効部内に樹脂を不足なく充填し、型の外に樹脂があふれることを防ぐことができる。【０００６】
特許文献２においては、成形面における光学有効成形面外に、光硬化性樹脂の樹脂厚の７０％以上９５％以下の高さを有する凸形状部を有する型を準備し、成形面に押圧充填された光硬化性樹脂を光硬化させ、ガラス基板と共に離型する方法を開示している。この方法により、成形樹脂の離型性を向上させることができ、生産の効率化とコストダウンとが可能となる。【０００７】
一方、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。例えば、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、色むらまたは不要次数光によるフレアが生じる。白色光を利用する光学系としては、例えばカメラ用レンズが挙げられる。【０００８】
そこで、特許文献３および４は、回折効率の波長依存性を低減する方法を開示している。特許文献３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することを開示している。この回折光学素子によると、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ことができる。【０００９】
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とすると、下記数式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。【００１０】
【数１】
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【００１１】
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３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。【００１２】
特許文献４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を開示している。この回折光学素子によると、回折効率の波長依存性を低減して、例えば、色むらおよび不要次数光によるフレア発生を有効に防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−２３２４４９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６３３０号公報
【特許文献３】特開平１０−２６８１１６号公報
【特許文献４】特開２００１−２４９２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本開示は、光学調整層内部および／または基体と光学調整層の界面への気泡残留が抑制される、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子、その製造方法およびその製造方法に用いられる型を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本開示に係る回折光学素子は、回折格子の設けられた第１領域と第１領域の外側に位置する第２領域とを表面に有する基体と、第１領域と第２領域の少なくとも一部とに接するように表面上に設けられた光学調整層と、を有する。光学調整層のうち第２領域に接している部分の少なくとも一部に、光学調整層のうち第２領域に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分が設けられている。【００１６】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システムまたは方法で実現されてもよく、素子、システム、装置および方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によると、光学調整層内部および／または基体と光学調整層の界面での気泡残留が抑制される、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子、その製造方法およびその製造方法に用いられる型を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態における回折光学素子の全体図である。
【図２】従来技術の回折光学素子の説明図である。
【図３】第１の実施の形態の回折光学素子の説明図である。
【図４】第２の実施の形態の回折光学素子の断面図である。
【図５】第２の実施の形態の回折光学素子の説明図である。
【図６】第３の実施の形態における回折光学素子の全体図である。
【図７】第１の実施の形態の回折光学素子を製造する方法の説明図である。
【図８】微細凹凸部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（本開示の基礎となった知見）
本願発明者は、特許文献３および４に開示された位相差型の回折光学素子において、特に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際に、有効領域内の光学調整層内に気泡が残留することを見出し、その制御要因について検討を行った。その結果、光学調整層の原料として６０℃における粘度が１０００Ｐａ・ｓ以下の材料を使用して従来の位相差型回折光学素子を作製した場合、基体表面上に形成された回折格子の凹部に気泡が残留したまま、光学調整層が形成される傾向が顕著であることを見出した。
【００２０】
光学調整層内に気泡が残留するメカニズムについて、発明者の見解を以下に説明する。位相差型の回折光学素子は一般的に、表面に回折格子を形成した基体と、非球面形状を規定する成膜型との間に光学調整層の原料を配置し、基体と成膜型との間に押圧力を印加することにより、光学調整層の原料が回折格子を含むキャビティを充填しながら流動し、有効領域内に配置されていく。しかし、光学調整層の原料として扱い易い上述の低粘度の材料を使用すると、押圧力の印加に際して光学調整層の原料が平滑な非球面形状を有する成膜型側に沿って優先的に流動してしまい、凹凸を有する回折格子には追従しない。この結果、回折格子の凹部には光学調整層の原料が充填されず、気泡として残留してしまうものと考えられる。
【００２１】
特に、基体および光学調整層の両方に樹脂を含む材料を用いた場合、樹脂の光学特性の選択範囲はガラスと比較して限定されることから、数式１より、回折格子の深さｄが拡大される傾向にある。したがって、上述した気泡の残留がより発生しやすい状況となる。
【００２２】
このように有効領域内の光学調整層に気泡が残留すると、気泡により入射光が散乱されるため、光学特性が著しく低下する課題が生じていた。入射光が散乱されると、例えば、フレアの発生、ゴーストの発生、またはコントラストの低下が生じる。また、入射光の散乱が顕著な場合には、結像自体が不可能となる。また耐環境性の低下、例えば、残留した気泡を基点とした光学調整層のクラック発生も実際に生じていることが確認された。
【００２３】
一方、光学調整層の原料として６０℃における粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上の高粘度の材料を使用した場合、先述した気泡の残留はそれ程発生しないことを、発明者は見出した。押圧力の印加に際して光学調整層原料が基体表面上の回折格子にも追従しながらキャビティ内をゆっくりと移動し、回折格子の凹部に存在した空気を有効領域外にまで押し出したため、気泡がそれ程残留していないものと考えられる。
【００２４】
このように高粘度材料を使用すると、残留気泡の面では利点があるが、生産性等の製造上の面で、課題が確認された。具体的には、光学調整層の原料を基体上へ安定して配置することが著しく困難であり、例えば、配置量不足により光学調整層が形成されない部分の発生、または配置量過剰による光学調整層形状不良により、回折光学素子の歩留まりが低下する課題が生じていた。また生産性が低下する課題、例えば、配置の際に光学調整層の原料の加熱が必要であるために配置自体にも長時間を要する点も生じていた。また、１Ｐａ・ｓ以下の低すぎる粘度では、例えば、光学調整層を形成してもレンズに実装すると結像しないという不具合を生じ、製造上問題があった。
【００２５】
なお、上記のメカニズムは、成膜型を使用して光学調整層の原料を基体上に配置する場合について例示したが、押圧力の印加により光学調整層の原料を回折格子に充填するプロセス、例えば、スクリーン印刷またはパッド印刷を用いる場合全般に適用されるものと考えられる。本願発明者は、上記の知見に基づき、以下に説明する技術的思想を考案するに至った。
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、図面を用いて本開示による回折光学素子の第１の実施形態を説明する。
【００２７】
図１は第１の実施形態における回折光学素子１０１の構造を示しており、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図を示している。図１（ｂ）に示すように、回折光学素子１０１は、基体１０２、光学調整層１０３を含んで構成されている。基体１０２は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面１０２ａを有する。基体１０２の表面１０２ａは第１領域１０５および第２領域１０６を含み、第１領域１０５には回折格子１０４が設けられている。光学調整層１０３は、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、基体１０２の表面１０２ａの第１領域１０５と、第２領域１０６の少なくとも一部とに接するように設けられている。光学調整層１０３の最外周に薄膜部分１０７が形成されている。薄膜部分１０７の膜厚は、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分における光学調整層１０３の最大膜厚よりも小さい。本実施形態において、薄膜部分１０７の膜厚は、第２領域１０６のうち凹凸形状１０８が配置されていない平坦な面から、光学調整層１０３の基体１０２と反対側の表面１０３ａまでの、光学調整層１０３の膜厚に相当する。
【００２８】
図２は、従来技術の回折光学素子の課題を説明するための図である。図２は、回折光学素子２０１において、成膜型２１１を使用して光学調整層の原料２１２を配置する際に、光学調整層の原料２１２が流動する状態を示している。図２（ａ）は成膜型２１１から押圧力の印加を受ける回折光学素子２０１全体の断面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部を拡大した図である。図２（ｃ）は、完成した回折光学素子２０１の断面図である。
【００２９】
上述のとおり、本願発明者は、位相差型の回折光学素子２０１の光学調整層２０３内部および／または基体２０２と光学調整層２０３との界面における気泡２１３の残留状態の制御要因について検討を実施した。その結果、本願発明者は、気泡２１３の残留は、押圧力の印加に際して光学調整層の原料２１２が平滑な曲面形状を有する成膜型２１１側に沿って優先的に流動してしまい、凹凸を有する回折格子２０４には追従しないために発生するという考えに、想到した。
【００３０】
一般的に、光学調整層の原料２１２が流動する成膜型２１１のキャビティの容積は、光学調整層の原料２１２の配置量のばらつきを吸収するため、光学調整層の原料２１２が実際に配置される量に対して余裕を持たせて設計される。すなわち、光学調整層の原料２１２が成膜型２１１のキャビティを完全に充填することはなく、キャビティの少なくとも一部において光学調整層の原料２１２は開放された状態をとる。
【００３１】
この状態において、光学調整層の原料２１２に印加された押圧力は、光学調整層の原料２１２がキャビティ内の開放領域２１４へ向かって流動することに優先的に寄与し、凹凸を有し流動抵抗の大きい回折格子２０４への充填に対しては十分に作用していないものと考えられる。特に、光学調整層の原料２１２の６０℃における粘度が１０００Ｐａ・ｓ以下である場合、回折格子２０４の形状への追従が間に合わないまま、光学調整層の原料２１２へ印加された押圧力の流動による開放が進行し、最終的に気泡２１３を残した状態にて光学調整層の原料２１２の流動が停止してしまう。
【００３２】
上記課題に対して、本願発明者は、図１に示すように、回折光学素子１０１の有効領域外である基体１０２の第２領域１０６上に設けられた光学調整層１０３の少なくとも一部に、第２領域１０６上における光学調整層１０３の最大膜厚と比較して膜厚の薄い薄膜部分１０７を形成することにより、有効領域内において光学調整層１０３内への気泡残留を効果的に抑制できることを見出した。
【００３３】
図３は、図１に示す本実施形態の回折光学素子１０１において、成膜型３１１を使用して光学調整層の原料３１２を配置する際に、光学調整層の原料３１２が流動する状態を示した図である。図３（ａ）は成膜型３１１から押圧力の印加を受けているときの回折光学素子１０１全体の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ部を拡大した図である。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、成膜型３１１には、第１領域１０５に対応する領域に曲面形状３１３と、第２領域１０６に対応する領域に薄膜部分１０７を形成するためのキャビティの領域３２０と、が設けられている。薄膜部分１０７に対応する成膜型３１１のキャビティの領域３２０は、他の領域と比較して光学調整層の原料３１２の流動抵抗が大きくなる。押圧力の印加により塑性流動した光学調整層の原料３１２がこの領域３２０に到達すると、抵抗の増大により流動速度が低下し、この領域３２０より内側に存在する光学調整層の原料３１２に対し、押し戻される方向の応力が発生する。この応力の作用により、光学調整層の原料３１２が充填できていなかった回折格子１０４側へ押し戻されることになり、回折格子１０４上に残留していた気泡は押しつぶされて消滅する。この結果、原料３１２に製造上扱い易い、粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の材料を使用しても、光学調整層１０３内に気泡の残留がない回折光学素子１０１を形成することが可能となる。
【００３５】
薄膜部分１０７の最小膜厚は、以下の観点から、例えば第１領域１０５上における光学調整層１０３の最大膜厚に対して２％以上５０％以下としてもよい。すなわち、第１領域１０５上における最大膜厚の５０％を超えると、光学調整層の原料３１２に付与される応力が不足して回折格子１０４への充填が不十分となり得、光学調整層１０３内に気泡が残留し得る場合がある。一方、第１領域１０５上における最大膜厚の２％未満では、薄膜部分１０７を基点として離型時または使用環境において光学調整層１０３にクラックが発生し、歩留まりまたは長期信頼性の低下につながり得る。また、光学調整層の原料３１２の回折格子１０４への充填に必要な応力を、より大きく発生させるため、薄膜部分１０７の最小膜厚は、第１領域１０５上における光学調整層１０３の最大膜厚に対して２％以上２０％以下としてもよい。また、薄膜部分１０７の最小膜厚は、第２領域１０６上における光学調整層１０３の最大膜厚に対して２％以上５０％以下としてもよく、２０％以下としてもよい。
【００３６】
図１においては、薄膜部分１０７は光学調整層１０３の最も外側の全周に形成されている。回折格子１０４の有効領域内全てに対し、光学調整層の原料３１２を充填するため必要な応力を十分に作用させることを考慮すると、薄膜部分１０７は、例えば光学調整層１０３の最外周のうち、円周方向の３０％以上の領域にて形成される。また、５０％以上の領域にて形成されてもよい。円周方向の３０％未満の領域にしか薄膜部分１０７が形成されない場合、薄膜部分１０７が形成されない領域においては上述の応力が十分に得られず、結果として第１領域１０５上の光学調整層１０３内に気泡が残留し得る。５０％以上の領域に薄膜部分１０７が形成される場合、気泡残留の抑制効果がより確実なものになる。
【００３７】
一方、薄膜部分１０７の半径方向の幅については、基体１０２の第２領域１０６上の少なくとも一部に形成されていれば、先に述べた回折格子１０４への充填に必要な応力が光学調整層の原料３１２に対して作用するため、特に限定されない。
【００３８】
次に基体１０２について説明する。まず基体１０２の構造を説明する。図１に示すように、基体１０２の表面１０２ａの第１領域１０５には、回折格子１０４が設けられている。回折格子の深さｄは、例えば２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とする。本実施形態では、基体１０２の表面１０２ａは、第１領域１０５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１０４が設けられている。
【００３９】
回折格子１０４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、およびランダム形状が一例として挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。回折格子１０４の配置パターンならびに配置ピッチも、回折光学素子１０１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。
【００４０】
回折格子１０４の底部を通る包絡面１０２ｄは、例えば球面形状、非球面形状、またはシリンドリカル形状である。特に包絡面１０２ｄが非球面形状を有する場合、球面形状の場合には補正できない収差を補正することが可能になる。本実施形態では図１に示すように、包絡面１０２ｄは凸形状である。しかし、光学系における回折光学素子１０１に求められる機能に応じて、包絡面１０２ｄは凹形状あるいは平面形状であってもよい。
【００４１】
本実施形態においては、基体１０２の表面１０２ａと反対側の表面１０２ｂは平坦であり、回折格子１０４の同心円形状の中心と一致する中心を有する曲面形状１０２ｃが設けられている。曲面形状１０２ｃ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１０１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１に示すように、曲面形状１０２ｃは凹形状である。しかし、光学系における回折光学素子１０１に求められる機能に応じて、曲面形状１０２ｃは凸形状であってもよいし、あるいは表面１０２ｂに曲面形状１０２ｃを形成せず、平面形状としてもよい。
【００４２】
すなわち、基体１０２は、表面が球面形状または非球面形状を有することからレンズ作用を備えていてもよいし、表面が平坦であることからレンズ作用を備えなくてもよい。
【００４３】
なお、基体１０２は、本実施形態においては一方の表面１０２ａにのみ回折格子１０４および光学調整層１０３を備えているが、一方の表面１０２ａと他方の表面１０２ｂの両方に回折格子１０４を備えていてもよい。両面に回折格子１０４が設けられる場合、両面の回折格子１０４の深さおよび断面形状は同じでなくてもよい。両面における光学調整層１０３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。
【００４４】
第２領域１０６は平坦形状をとってもよいし、図１に示すように凹凸形状１０８が形成されてもよい。この凹凸形状１０８の上に光学調整層１０３を配置することにより、基体１０２と光学調整層１０３との接触界面面積の増大に伴うアンカー効果が発現し、両者の密着性が増大する。凹凸形状１０８における凹凸の高さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
【００４５】
凹凸形状１０８の形状は、図１においては鋸刃状の断面形状を示している。この形状は、基体１０２と光学調整層１０３との密着性が確保できる限りにおいては、特にこの形状に限定されない。矩形、三角形、または円弧状の断面形状を有する凹凸形状１０８を形成しても良いし、例えば、シボ加工形成またはサンドブラストによる粗面化をもって凹凸形状１０８としてもよい。特に鋸刃状の断面形状の凹凸形状１０８を形成することにより、基体１０２と光学調整層１０３との密着性がより確実なものとなる。
【００４６】
続いて基体１０２を構成する材料について説明する。基体１０２は、本実施形態においては、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利点は、一つにはレンズの生産において量産性の高い製造方法を適用することができる点である。また、樹脂を含む材料は成形または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１０４のピッチを小さくすることができ、これによって回折光学素子１０１の性能向上、小型化、および軽量化が実現できる。なお、基体１０２は、樹脂でない光学材料、例えば、ガラスから構成してもよい。
【００４７】
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１０１の設計次数ｍ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とを、使用する波長領域全体で有する材料を、下記数式２に基づいて選択できる。すなわち、第２の光学材料の屈折率ｎ２（λ）および回折格子の深さｄとの間で数式２の関係が成立する屈折率ｎ１（λ）を有する材料である。このような材料であって、第２の光学材料に含まれる第２樹脂の原料である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、かつ回折格子１０４の形状を保つ材料を選択することができる。
【００４８】
【数２】
2015015693.tif 000004
【００４９】
例えば、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、脂環式オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、およびシリコーン樹脂の中から適宜選択することができる。アクリル系樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）および脂環式アクリル樹脂が挙げられる。
【００５０】
また、これらの樹脂に対し、例えば成形性もしくは機械特性を向上させる目的で他の樹脂を添加した共重合体樹脂、ポリマーアロイ、またはブレンドポリマーを用いてもよい。さらに、これらの樹脂中に、屈折率等の光学特性もしくは熱膨張性等の力学特性を調整するための無機粒子、または、特定の波長領域の電磁波を吸収する添加剤である染料もしくは顔料を必要に応じて添加してもよい。
【００５１】
特に第１樹脂として、例えばポリカーボネート系樹脂、脂環式オレフィン樹脂、およびポリエステル系樹脂に代表される熱可塑性樹脂を使用すると、基体１０２の製造において生産性に特に優れた射出成形を採用できる。この場合、第１樹脂の屈折率はある程度限定され、数式２から決定される回折格子深さｄの低減にも限界が生じるが、本実施形態の構成により、回折格子深さｄが深い状態であっても光学調整層１０３が回折格子１０４を不足なく充填できる。このため、光学特性および長期信頼性に優れた回折光学素子の提供が可能となる。
【００５２】
次に光学調整層１０３について詳細に説明する。光学調整層１０３は先述したとおり、回折光学素子１０１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１０４を形成した基体１０２に光学調整層１０３を形成することにより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は数式１により与えられる。数式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１０２を構成する第１光学材料と光学調整層１０３を構成する第２光学材料とを、低屈折率および高波長分散性を有する材料と高屈折率および低波長分散性を有する材料との組み合わせにより構成すればよい。
【００５３】
特に、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下.の可視光の全領域において、数式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１０１が実現する。このような回折光学素子１０１を、例えばレンズとして撮像用途に適用すると、不要次数回折光に伴うフレア等の発生が抑制され画質が向上する。なお、可視光の全領域において、数式１における回折格子深さｄを厳密に一定値とすることは実態としては困難である。第１光学材料と第２光学材料の屈折率が数式２を満足すれば、本開示の実施形態にかかる回折光学素子１０１としては、十分な光学特性を得ることができる。
【００５４】
光学調整層１０３は、回折格子１０４を完全に充填して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。光学調整層１０３の膜厚が極端に増大すると、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１０３の形成時における第２光学材料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。以上の観点から、例えば光学調整層１０３の最大膜厚は、回折格子深さｄ以上２００μｍ以下としてもよく、特に回折格子深さｄ以上１００μｍ以下としてもよい。光学調整層１０３の最大膜厚は、光学調整層１０３の基体１０２と反対側の表面１０３ａから、回折格子１０４の底部までの膜厚に相当する。
【００５５】
光学調整層１０３の基体１０２と反対側の表面１０３ａは、例えば回折格子１０４の底部を通る包絡面１０２ｄとほぼ同じ形状を有するように形成する。これにより、屈折作用と回折作用との組み合わせにより、例えば色収差および像面湾曲がバランスよく改善され、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）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。
【００５６】
光学調整層１０３は、光学調整層の原料の配置量不足、および／または基体１０２からの浮き上がりもしくは剥離に伴う光学特性の劣化を抑制するため、基体１０２の表面１０２ａの第１領域１０５のみならず、第２領域１０６の少なくとも一部を覆うように形成される。
【００５７】
続いて光学調整層１０３を構成する材料について説明する。光学調整層１０３は、本実施形態において第２樹脂を含む第２光学材料からなる。第２光学材料は先に述べたように数式２を満たしうるための屈折率特性を有するものの中から、例えば、基体１０２の表面１０２ａの第１領域１０５に対する非浸食性、形状制御性、製造工程における取扱い性、および耐環境性を考慮して選択される。
【００５８】
第２樹脂の種類については特に制限はないが、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；ポリイミドおよび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、これらの樹脂の混合体または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。
【００５９】
これらの中でも特に、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第２樹脂として用いることにより、光学調整層１０３を形成する工程が簡易となる。具体的には、第２樹脂として、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、シリコーン樹脂、エン−チオール樹脂等が挙げられる。
【００６０】
樹脂材料はその組成上、ガラスと比較して、屈折率およびその波長分散が大きく異なる材料を選択することが難しい。つまり、数式２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。この問題を解決するため、マトリクス材となる樹脂に無機粒子を分散させたコンポジット材料を第２光学材料として使用することができる。
【００６１】
マトリクス材に分散させる無機粒子の種類、量、または大きさによって、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る。これにより、数式２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とともに、樹脂を単独で使用する場合より基体１０２との屈折率差を拡大することができる。このため、数式２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、光学調整層１０３として必要な膜厚も小さくなり透光性が改善されるとともに、回折格子１０４の側面部分を通過する光が低減される。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数式２を満たすようにできるため、回折光学素子１０１の回折効率をより向上させることができる。以上の結果、撮影画像上のフレア発生およびコントラスト低下が改善される。さらに、第２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、耐環境性、または製造工程における取扱い性との両方を満足する第２光学材料の組成選択の幅が広くなる。
【００６２】
基体１０２に第１樹脂を含む第１光学材料を用い、光学調整層１０３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、コンポジット材料が高屈折率および低波長分散性を示すよう調整することで、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。
【００６３】
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、マトリクス材となる第２樹脂および無機粒子の屈折率から、例えば下記数式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。数式３より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、マトリクス材となる第２樹脂と無機粒子との混合比を決定してもよい。
【００６４】
【数３】
2015015693.tif 000005
【００６５】
なお、数式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材となる第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または無機粒子が金属を含む場合には、数式３の屈折率を複素屈折率として計算する。
【００６６】
先述したとおり、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してもよい。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）、シリカ（アッベ数：６８）、酸化ハフニウム（アッベ数：３２）、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）（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、例えば酸化チタンおよび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数式２を満たしていれば差し支えない。
【００６７】
コンポジット材料中における無機粒子の中心粒径は、例えば１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。中心粒径が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１０３の透明性を高くすることができる。また、中心粒径が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、または重合開始剤、レベリング剤等の添加剤を含有してもよい。
【００６８】
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１０３を形成する場合、形成工程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、粘度を調整して取り扱い性を改善したりするために使用される。溶媒の種類については、無機粒子の分散性、コンポジット材料のマトリクス材となる樹脂の溶解性、製造工程における取扱い性等の必要とされる特性を満たすものを選定すればよい。製造工程における取扱い性としては、例えば、基体への濡れ性、または沸点もしくは蒸気圧により表される乾燥の容易性が挙げられる。
【００６９】
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、光学調整層の少なくとも一部に設けられた薄膜部分の作用により、製造工程において扱いやすい低粘度の光学調整層原料を使用しても、回折光学素子の有効領域内において、光学調整層内部および／または基体と光学調整層との界面への気泡残留が抑制される。その結果、気泡による入射光散乱に伴う光学特性低下のない回折光学素子を得ることができる。そして、環境の変化または長期の使用に伴い、残留した気泡を起点として発生する光学調整層のクラックを防止できる。更には、これらにより、回折光学素子の長期信頼性を高めることができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すとおり薄膜部分１０７として光学調整層１０３の表面形状に凹部が形成された形態をとっている。しかしながら、薄膜部分１０７は、必ずしもこの形態に限定されるものではない。例えば、図４のように、基体１０２の第２領域１０６の表面の一部に、薄膜部分１０７に対応した凸部４０１が形成された形態をとっても差し支えない。
【００７１】
また、図１および図４においては、薄膜部分１０７とその周辺の光学調整層との接続部分について、半径方向の断面における形状は段差状をとっているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。図５（ａ）、（ｂ）は成膜型３１１ａ、３１１ｂから押圧力の印加を受けているときの回折光学素子の一部を拡大した図である。例えば図５（ａ）、（ｂ）のように、薄膜部分１０７とその周辺の光学調整層との接続部分について、半径方向の断面における形状が、円弧状、または明確な段差のないスロープ状を呈しても差し支えない。
【００７２】
また、第２領域１０６上における、薄膜部分１０７以外の光学調整層１０３の膜厚については、特に限定されない。略一定であってもよいし、密着性向上または過剰に配置された光学調整層の原料の格納等の目的により適宜凹凸が発生していても差し支えない。
【００７３】
更に、図４に示すように、基体１０２は表面１０２ａの第２領域１０６のさらに外側に第３領域４０２を備えていてもよい。この場合、第３領域４０２は、少なくとも一部が平坦としてもよい。第３領域４０２は、回折光学素子１０１をモジュールに実装する際、第３領域４０２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４０２を、モジュールの構成部品間の実装精度を確保したり、フォーカス位置を調整したりするための基準面として使用してもよい。
【００７４】
第３領域４０２を、実装時の基準面として使用する場合、たとえば第３領域４０２の表面粗さＲａは１．６μｍ以下とする。第３領域４０２の形状および大きさは、回折光学素子１０１が組み込まれるモジュールまたは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、本実施形態において特に限定されるものではない。
【００７５】
（第３の実施の形態）
以下、回折光学素子の第３の実施形態を説明する。図６は第３の実施形態である回折光学素子６０１の構造を示している。図６（ａ）は上面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’断面における断面図、図６（ｂ）は図６（ｃ）に対応する成膜型３１１ｃの断面図を示している。
【００７６】
図６に示すように、回折光学素子６０１は、基体１０２、および光学調整層１０３を含んで構成されている。光学調整層１０３の一部に、基体１０２の第１領域１０５に対して同心円状に薄膜部分１０７が形成され、そのさらに外周にも光学調整層１０３が形成されている点で第１の実施形態と異なっている。回折光学素子１０１の他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００７７】
第３の実施形態である回折光学素子６０１においても、第１の実施形態と同様、薄膜部分１０７に対応する、成膜型３１１のキャビティ領域３２０ｃ内の凸部３２２に光学調整層の原料３１２が到達すると、抵抗の増大により流動速度が低下し、この領域より内側に存在する光学調整層の原料３１２に対し、押し戻される方向の応力が発生する。この応力の作用により、光学調整層１０３内に気泡の残留がない回折光学素子６０１を形成することが可能となる。
【００７８】
第３の実施形態においては、薄膜部分１０７のさらに外周にも光学調整層１０３が形成される。この外周部分の光学調整層１０３にて、光学調整層の原料の配置量ばらつきを吸収させる構成とすることにより、薄膜部分１０７を確実に形成することが可能となる。
【００７９】
薄膜部分１０７の幅については、光学調整層の原料３１２に対する流動抵抗を発現させる目的から、例えば０．０２ｍｍ以上とし、０．０５ｍｍ以上としてもよい。上限値については、回折光学素子６０１全体および有効領域の大きさまたは形状により決定されるもので、特に限定されない。
【００８０】
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、第１の実施形態と同様、光学調整層の少なくとも一部に設けられた薄膜部分の作用により、製造工程において扱いやすい低粘度の光学調整層原料を使用しても、回折光学素子の有効領域内において、光学調整層内部および／または基体と光学調整層の界面への気泡残留が抑制される。その結果、光学特性および長期信頼性に優れた回折光学素子を得ることができる。
【００８１】
（第４の実施形態）
次に図７を参照しながら、第１の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。以下に説明する製造方法は、第２、第３の実施形態についても同様に適用できる。
【００８２】
まず、図７（ａ）に示すように、表面１０２ａに回折格子１０４が形成された基体１０２を用意する。基体１０２は、例えば第１樹脂を含む第１光学材料を用いて、表面１０２ａに回折格子１０４が形成され、成形される。先述したように、基体１０２の表面は球面形状または非球面形状を有し、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１０５の回折格子１０４、ならびに必要に応じて第２領域１０６に形成する凸部４０１および／または凹凸形状１０８は、その形状と基体１０２の材質とに応じた方法、例えば成形、転写、切削、研削、研磨、レーザー加工、またはエッチングで形成することができる。
【００８３】
基体１０２が第１樹脂を含む第１光学材料によって構成される場合、射出成形等の成形プロセスを用いて、回折格子１０４、凸部４０１および／または凹凸形状１０８が形成された基体１０２を一体的に形成することが非常に簡便である。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、成形プロセスにより、回折格子１０４が形成された基体１０２を一体的に形成し、第２領域１０６上の凸部４０１および／または凹凸形状１０８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１０２が第１樹脂を含む第１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凸部４０１および／または凹凸形状１０８を形成することができる。
【００８４】
特に本開示の実施形態にかかる回折光学素子１０１において、後で述べるように光学調整層１０３を成形にて形成する場合、薄膜部分１０７を形成する際に、薄膜部分１０７より内側、すなわち光軸側に位置する光学調整層の原料３１２に印加される押圧力が高まると考えられる。この際、光学調整層の原料３１２が成膜型３１１に圧接される応力も高まり、その結果、薄膜部分１０７を形成しない場合と比較して、成膜型３１１の離型時に要する応力が増大、すなわち離型性が低下する。基体１０２と光学調整層１０３との密着性が低いと、この離型時に光学調整層１０３の基体１０２からの剥離が発生し、回折光学素子１０１の光学特性および歩留まりの低下につながることから、本開示の実施形態にかかる回折光学素子１０１においては、基体１０２の第２領域１０６上に凹凸形状１０８を形成し、両者の密着性を高めてもよい。
【００８５】
成形により一体的に基体１０２を作製する場合、型加工が容易であり、また、加工精度の高い回折格子１０４を形成するため、たとえば回折格子１０４の深さは２０μｍ以下とする。回折格子１０４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１０４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１０４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１０４が深くなると先端の曲率半径の大きなバイトで成膜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１０４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１０４が深いほど設計自由度がなくなり、回折格子１０４の導入による収差低減効果が得られなくなってしまう。
【００８６】
続いて、図７（ｂ）に示すように、用意された基体１０２に対し、光学調整層の原料３１２を配置する。本実施形態においては、第２樹脂の原料を含む光学調整層の原料３１２を用意し、回折格子１０４を完全に覆い、かつ基体１０２の第２領域１０６上に薄膜部分１０７が形成されるように、光学調整層の原料３１２を基体１０２上に配置する。
【００８７】
光学調整層の原料３１２を基体１０２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１０１に要求される光学的特性から決定される光学調整層１０３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、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、スクリーン印刷またはパッド印刷等のスキージングによる塗布、転写または成膜型を使用した各種成形法、スピンコーティング法等の回転による塗布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、押圧力の印加により回折格子１０４を不足なく充填し、かつ光学調整層１０３の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てもよい。
【００８８】
本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、ディスペンサ７０４を用いて光学調整層の原料３１２を基体１０２上に配置した後、図７（ｃ）に示すように、成膜型３１１を基体１０２に設置する工程を示している。なお、図７に示す例とは逆に、光学調整層の原料３１２を成膜型３１１上に配置した後、基体１０２を成膜型３１１に設置する工程に置き換えても良い。
【００８９】
成膜型３１１を用いた成形により光学調整層の原料３１２を配置する場合、成膜型３１１が、基体１０２の第２領域１０６に相対する部分に凸部７０３を有することにより、光学調整層１０３に薄膜部分１０７を形成することが可能となる。なお、基体１０２に凸部４０１、４０１ａを設けて、対応する薄膜部分１０７を形成してもよい。
【００９０】
光学調整層の原料３１２の粘度については、例えば６０℃において１０００Ｐａ・ｓ以下とする。この場合、光学調整層内部および／または基体と光学調整層との界面への気泡残留の抑制が顕著に観測され、高い生産性が期待できる。６０℃における粘度が１０００Ｐａ・ｓを超えると、基体１０２上への配置が困難となり、タクトタイムの長時間化または歩留まりの低下を生じる可能性がある。また、下限は例えば６０℃において１Ｐａ・ｓ以上とする。光学調整層の原料３１２の粘度が６０℃において１Ｐａ・ｓ未満で光学調整層１０３を形成すると、これを実装したレンズを用いて画像撮影を行っても結像しない、といった不具合が生じる可能性がある。このような場合、光学調整層内部および／または基体と光学調整層との界面に気泡が残留し得る。
【００９１】
成膜型３１１の作製にあたり、図８に示すように、薄膜部分１０７に対応する凸部７０３とともに、基体１０２の第２領域１０６に対応する領域の少なくとも一部に、薄膜部分１０７より微細な微細凹凸部７０５を形成してもよい。成形により光学調整層の原料３１２を配置する場合、先に述べたように、薄膜部分１０７の形成に伴って離型性の低下が見られることがある。成膜型３１１の、基体１０２の第２領域１０６に対応する領域の少なくとも一部に微細凹凸部７０５を形成することにより、第２光学材料の原料と成膜型３１１との接触面積が低減される。その結果、薄膜部分１０７を形成した本開示の実施形態にかかる回折光学素子においても、成膜型３１１の離型が容易になり、光学調整層１０３の剥離に伴う光学特性または歩留まりの低下を抑制することが可能となる。
【００９２】
微細凹凸部７０５の形状は、上記の目的を達成するものであれば特に限定されない。例えばシボ形状、矩形溝、鋸歯状溝、ピット形状等を採用することができる。矩形溝または鋸歯状溝を、光学中心を中心とした同心円状またはらせん状に配置すれば、成膜型３１１の作製時に、有効領域に相当する非球面形状および凸部７０３と同時に、切削加工により、微細凹凸部７０５を形成することが可能である。
【００９３】
微細凹凸部７０５の凹凸の大きさは、薄膜部分１０７より粗くなると、薄膜部分１０７の作用が見られなくなる。薄膜部分１０７より微細である分には特に限定されないが、例えば溝形状であれば深さが１μｍ以上１５μｍ以下、ピッチが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にて設定すれば、先に述べた離型性の改善効果を発現させることができる。
【００９４】
その後、エネルギー硬化型樹脂を第２樹脂に用いる場合には、これらの原料を含む光学調整層の原料３１２を硬化させる工程を行う。第２樹脂の原料を硬化させることにより、光学調整層の原料３１２全体が硬化し、光学調整層１０３が形成される。これにより、図７（ｄ）に示すように、回折格子１０４を有する基体１０２の表面に光学調整層１０３が設けられた回折光学素子１０１が完成する。
【００９５】
硬化の方法は、使用する第２樹脂の種類に応じて、熱硬化または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、光学調整層の原料３１２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。
【００９６】
本開示の実施形態によれば、製造工程において扱いやすい粘度を有する光学調整層原料を使用しても、回折光学素子の有効領域内において、光学調整層内部および／または基体と光学調整層の界面への気泡残留が抑制される。したがって、前記光学調整層原料の前記基体への配置が容易であり、かつ成膜型からの離型時に、残留した気泡を起点として発生する光学調整層のクラックを防止できるため、生産性に優れた回折光学素子の製造方法を実現できる。
【実施例】
【００９７】
以下、本開示の実施形態による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。【００９８】
（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。まず基体１０２として、ビスフェノールＡ系ポリカーボネート樹脂（直径６．０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、ｄ線屈折率１．５８５、アッベ数３０）製の非球面レンズの一面に深さ１５μｍの輪帯状の回折格子１０４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１．４ｍｍであり、輪帯数は１６本である。最小輪帯ピッチは１５μｍであり、回折面の近軸Ｒ（曲率半径）は１．３７ｍｍであった。【００９９】
次に光学調整層の原料３１２を作製した。アクリレートモノマ混合物（ｄ線屈折率１．５３０、アッベ数５０、硬化後の密度１．１４ｇ／ｃｍ３）、光重合開始剤イルガキュア（ＩＲＧＡＣＵＲＥ）（登録商標）１８４（モノマ混合物に対して３重量％）、酸化ジルコニウムフィラー（中心粒径６ｎｍ）のイソプロピルアルコール分散液（全固形分３５．６重量％）を調合した後、ロータリーエバポレータによりイソプロピルアルコールを７０℃にて３０分間減圧除去した。得られた第２光学材料の原料の硬化前の粘度は８０Ｐａ・ｓ（２５℃）、２．７Ｐａ・ｓ（６０℃）であり、ｄ線屈折率は１．６２６、アッベ数は４６であった。【０１００】
続いて、光学調整層の原料３１２を配置する成膜型３１１を作製した。スタバックス（ＳＴＡＶＡＸ）（登録商標）上にニッケルめっき（膜厚１００μｍ）を施した成膜型ベース上に、基体の第１領域に対応する非球面形状、基体の第２領域に対応する形状、および光学調整層１０３の薄膜部分１０７に対応する凸部７０３を、ダイヤモンドバイトを使用した切削加工により形成した。非球面形状の最大膜厚は３０μｍとした。凸部７０３は非球面形状に対して同心円状に形成し、非球面形状の最外端から凸部７０３の最内端までの距離は０．６ｍｍ、凸部７０３の幅は０．３５ｍｍ、高さは３０μｍとした。【０１０１】
光学調整層の原料３１２を３０℃に加熱し、ディスペンサを用いて基体１０２の第１領域１０５の略中心部に０．３μＬを配置した。光学調整層の原料３１２の配置に要する時間は１秒以内であった。続いて成膜型３１１を、配置された光学調整層の原料３１２に対向させて設置し、押圧（６ｋｇｆ）により光学調整層の原料３１２を非球面形状に成形した。その後、成形された光学調整層の原料３１２に紫外線照射（照度５００ｍＷ／ｃｍ２、積算光量１５０００ｍＪ／ｃｍ２）を行って硬化させ、光学調整層１０３を形成した。その後成膜型３１１から離型し、図１に示す構成の回折光学素子１０１を得た。【０１０２】
得られた回折光学素子１０１は、光学調整層１０３の最外周部分が成膜型３１１の凸部７０３に到達する形で薄膜部分１０７を形成していた。回折光学素子１０１の断面を光学顕微鏡にて観察したところ、薄膜部分１０７の膜厚は３μｍであった。【０１０３】
実施例１の回折光学素子１０１は、有効領域内の光学調整層１０３に気泡は観察されなかった。本回折光学素子を実装したレンズ（ＶＧＡ相当、Ｆ２．８）を用いて画像撮影を行ったところ、迷光に伴う顕著なフレア光の発生およびコントラストの低下はなく、良好な画像が得られた。また、本回折光学素子に対して高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ、１０００時間）を実施したところ、光学調整層１０３にクラックは発生せず、良好な耐環境性を示した。【０１０４】
（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６０１を作製した。実施例１と異なるのは、成膜型３１１について、凸部７０３の幅を０．２ｍｍとした点、離型後の光学調整層１０３の最外周部分が薄膜部分１０７のさらに外側まで到達した点である。実施例２の回折光学素子６０１の断面を光学顕微鏡にて観察したところ、薄膜部分１０７の膜厚は５μｍであった。【０１０５】
実施例２の回折光学素子６０１は、有効領域内の光学調整層１０３に気泡は観察されなかった。本回折光学素子を実装したレンズを用いて画像撮影を行ったところ、迷光に伴う顕著なフレア光の発生およびコントラストの低下はなく、良好な画像が得られた。また、本回折光学素子に対して高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ、１０００時間）を実施したところ、光学調整層１０３にクラックは発生せず、良好な耐環境性を示した。【０１０６】
（比較例１）
比較例１の回折光学素子は、光学調整層の原料の配置量が０．１μＬである。比較例１は、薄膜部分が形成されない点で実施例１と異なる。【０１０７】
比較例１の回折光学素子は、有効領域内の光学調整層中に、直径１０μｍを超える気泡が複数確認された。本回折光学素子を実装したレンズを用いて画像撮影を行ったところ、気泡により入射光が散乱され、フレアが発生した。また、高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ）を実施したところ、２００時間経過時点にて、気泡を起点として光学調整層にクラックが発生した。【０１０８】
（比較例２）
比較例２の回折光学素子は、光学調整層の原料の硬化前の粘度が７００Ｐａ・ｓ（６０℃）である点、第２光学材料の原料を基体に配置する際の加熱温度が６０℃である点、および、光学調整層の原料の配置量が０．１μＬである。比較例２は、薄膜部分が形成されない点で実施例１と異なる。第２光学材料の原料０．１μＬを基体に配置する工程に要した時間は５秒であった。【０１０９】
比較例２の回折光学素子においても、比較例１と同様に、有効領域内の光学調整層中に直径１０μｍを超える気泡が複数確認された。本回折光学素子を実装したレンズを用いて画像撮影を行ったところ、気泡により入射光が散乱され、フレアが発生した。【０１１０】
（まとめ）
以上の記載には、以下の実施形態が開示されている。【０１１１】
（１）本開示の回折光学素子１０１，６０１は、回折格子１０４の設けられた第１領域１０５と第１領域１０５の外側に位置する第２領域１０６とを表面に有する基体１０２と、第１領域１０５と第２領域１０６の少なくとも一部とに接するように表面上に設けられた光学調整層１０３と、を有する。光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の少なくとも一部に、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分１０７が設けられている。【０１１２】
本開示の構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面での気泡残留が抑制される、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子を提供できる。【０１１３】
気泡残留の抑制により、気泡による入射光散乱が抑制され、ゴースト・フレアまたはコントラスト低下の発生がない良好な光学特性を有する回折光学素子を得ることができる。また、光学調整層の原料の基体への配置が容易であり、かつ成膜型からの離型時に、残留した気泡を起点として発生する光学調整層のクラックを防止できるため、生産性に優れた回折光学素子の製造方法を実現できる。さらに、環境の変化や長期の使用により、残留した気泡を起点として発生する光学調整層のクラックを防止できるため、回折光学素子の長期信頼性を高めることができる。【０１１４】
（２）薄膜部分１０７は、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚に対して２％以上５０％以下の膜厚を有してもよい。【０１１５】
この構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面での残留気泡を、より顕著に抑制できる。【０１１６】
薄膜部分１０７は、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚に対して２％以上２０％以下の膜厚を有してもよい。【０１１７】
この構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面での残留気泡を、より顕著に抑制できる。【０１１８】
（３）薄膜部分１０７は、光学調整層１０３の最も外側に設けられていてもよい。【０１１９】
（４）（１）、（２）の構成において、薄膜部分１０７は、第１領域１０５の外側に同心円状に設けられてもよい。【０１２０】
（５）（１）から（４）の構成において、薄膜部分１０７は、第２領域１０６に接して設けられた光学調整層１０３の表面形状の凹みによって設けられてもよい。【０１２１】
この構成によると、薄膜部分１０７のさらに外周にも光学調整層１０３が形成され、光学調整層１０３の原料の配置量ばらつきがこれに吸収されることにより、薄膜部分１０７を確実に形成することが可能となる。【０１２２】
（６）（１）から（４）の構成において、基体１０２の第２領域１０６の少なくとも一部に、薄膜部分１０７に対応した位置に凸部４０１が設けられてもよい。【０１２３】
この構成によると、基体の凸部４０１によって薄膜部分１０７を形成し、光学調整層１０３における気泡の残留を抑制できる。【０１２４】
（７）（１）から（６）の構成において、基体１０２の第２領域１０６の少なくとも一部に、凹凸形状１０８が設けられてもよい。【０１２５】
この構成によると、基体１０２と光学調整層１０３との接触界面面積の増大に伴うアンカー効果が発現し、両者の密着性が増大する。【０１２６】
（８）（１）から（７）の構成において、基体１０２の第２領域１０６に接して設けられた光学調整層１０３の表面形状の少なくとも一部に、薄膜部分１０７の膜厚より微細な凹凸形状７０６が設けられてもよい。【０１２７】
この構成によると、光学調整層１０３と成膜型３１１との接触面積が低減される。その結果、薄膜部分１０７を形成した本開示の回折光学素子においても、成膜型３１１の離型が容易になり、光学調整層１０３の剥離に伴う光学特性および歩留まりの低下を抑制することが可能となる。【０１２８】
（９）（１）から（８）の構成において、回折格子１０４の深さが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあってもよい。【０１２９】
（１０）（１）から（９）の構成において、基体１０２は、第１樹脂を含む第１光学材料からなるものでもよい。【０１３０】
この構成によると、回折格子１０４のピッチを小さくすることができるなど、成形または他の加工法により微細加工を実施することが容易となる。【０１３１】
（１１）（１）から（１０）の構成において、光学調整層１０３は、第２樹脂を含む第２光学材料からなるものでもよい。【０１３２】
（１２）（１０）の構成において、第１樹脂は熱可塑性樹脂でもよい。【０１３３】
この構成によると、基体１０２の製造において生産性に特に優れた射出成形を採用できる。【０１３４】
（１３）（１１）の構成において、第２樹脂はエネルギー硬化型樹脂であってもよい。【０１３５】
（１４）（１１）、（１３）の構成において、第２光学材料は、無機粒子をさらに含み、無機粒子が第２樹脂中に分散していてもよい。【０１３６】
この構成によると、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る。そのため、数式２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とともに、樹脂を単独で使用する場合より基体１０２との屈折率差を拡大することができる。【０１３７】
（１５）（１０）の構成において、基体は、熱硬化性樹脂およびエネルギー硬化型樹脂を含まなくてもよい。【０１３８】
（１６）（１０）の構成において、基体は、実質的に熱可塑性樹脂からなるものでもよい。【０１３９】
（１７）本開示の回折光学素子の製造方法は、回折格子１０４の設けられた第１領域１０５と第１領域１０５の外側に位置する第２領域１０６とを表面に有する基体１０２を用意する工程と、基体１０２の表面上に、光学材料の原料３１２を配置する工程と、原料３１２が第１領域１０５と第２領域１０６の少なくとも一部とを覆うように、原料３１２を押圧する工程と、原料３１２を硬化させることにより、光学材料からなる光学調整層１０３を形成する工程と、を包含する。押圧する工程において、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の少なくとも一部に、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚よりも小さい膜厚を有する薄膜部分１０７を形成する。【０１４０】
本開示の構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面への気泡残留が抑制される、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子を製造できる。【０１４１】
（１８）（１７）の構成において、薄膜部分１０７の膜厚が、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚に対して２％以上５０％以下であってもよい。【０１４２】
この構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面での残留気泡を、より顕著に抑制できる。【０１４３】
（１７）の構成において、薄膜部分１０７の膜厚が、光学調整層１０３のうち第２領域１０６に接している部分の最大膜厚に対して２％以上２０％以下であってもよい。【０１４４】
この構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面での残留気泡を、より顕著に抑制できる。【０１４５】
（１９）（１７）、（１８）の構成において、押圧する工程において、第１領域１０５に対応する領域に曲面形状３１３が設けられ、第２領域１０６に対応する領域の少なくとも一部に凸部３２２，７０３が設けられた型を使用し、前記型の凸部に対応して前記薄膜部分を形成してもよい。【０１４６】
この構成によると、型の凸部３２２，７０３によって薄膜部分１０７を形成し、光学調整層１０３における気泡の残留を抑制した回折光学素子を製造できる。【０１４７】
（２０）（１７）、（１８）の構成において、基体１０２の第２領域１０６の少なくとも一部に凸部４０１が設けられており、押圧する工程において、基体の凸部４０１に対応して薄膜部分１０７を形成してもよい。【０１４８】
この構成によると、基体の凸部４０１によって薄膜部分１０７を形成し、光学調整層１０３における気泡の残留を抑制した回折光学素子を製造できる。【０１４９】
（２１）（１７）から（２０）の構成において、基体１０２は、第２領域１０６の少なくとも一部に凹凸形状１０８が設けられているものであってもよい。【０１５０】
この構成によると、基体１０２と光学調整層１０３との接触界面面積の増大に伴うアンカー効果が発現し、両者の密着性が増大する。【０１５１】
（２２）（２０）、（２１）の構成において、型の、第２領域１０６に対応する領域の少なくとも一部に、薄膜部分１０７の膜厚より微細な凹凸形状が設けられてもよい。【０１５２】
この構成によると、光学調整層１０３と成膜型３１１との接触面積が低減される。その結果、薄膜部分１０７を形成した本開示の回折光学素子においても、成膜型３１１の離型が容易になり、光学調整層１０３の剥離に伴う光学特性および歩留まりの低下を抑制することが可能となる。【０１５３】
（２３）（１７）から（２２）の構成において、光学材料の原料３１２はエネルギー硬化型樹脂を含み、光学調整層１０３を形成する工程において、原料３１２にエネルギーを付与して硬化させてもよい。【０１５４】
（２４）（２３）の構成において、配置する工程において、光学材料の原料の６０℃における粘度が１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下のものであってもよい。【０１５５】
この構成によると、製造工程において扱いやすく、一般的に用いられる粘度の光学調整層１０３原料を用いて、回折光学素子の有効領域内において光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面への気泡残留が抑制できる。【０１５６】
（２５）本開示の型は、（１）の回折光学素子の製造に用いられる型であって、第１領域１０５に対応する領域に曲面形状３１３が設けられ、前記第２領域１０６に対応する領域の一部に凸部３２２，７０３が設けられる。【０１５７】
本開示の構成によると、光学調整層１０３内部および／または基体１０２と光学調整層１０３との界面への気泡残留が抑制される、生産性および長期信頼性に優れた回折光学素子を製造する型を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本開示にかかる回折光学素子は、例えば、撮像レンズとして携帯電話用、車載用、監視用、画像センシング用等のカメラモジュールに利用可能である。本開示にかかる回折光学素子は、撮像レンズ以外に、例えば、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。
【符号の説明】
【０１５９】
１０１，２０１，６０１    回折光学素子
１０２，２０２    基体
１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ    表面
１０２ｃ，３１３    曲面形状
１０３，２０３    光学調整層
１０４，２０４    回折格子
１０５    第１領域
１０６    第２領域
１０７    薄膜部分
１０８，７０６    凹凸形状
２１１，３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ    成膜型
２１２，３１２    原料
３２２，４０１，７０３    凸部
７０４    ディスペンサ
【図１】
2015015693.tif 000006
【図２】
2015015693.tif 000007
【図３】
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【図４】
2015015693.tif 000009
【図５】
2015015693.tif 000010
【図６】
2015015693.tif 000011
【図７】
2015015693.tif 000012
【図８】
2015015693.tif 000013
【国際調査報告】
2015015693.tif 000014
2015015693.tif 000015
2015015693.tif 000016
2015015693.tif 000017