(57)【要約】【課題】成形により、位相不整合部の面積が小さく、高い回折効率の回折光学素子等の光学素子を及びその製造方法、並びに本回折光学素子を具える光学系を提供すること。【解決手段】本発明の光学素子の製造方法は、表面に所望の凹凸パターンを有する光学素子を製造する方法であって、母材の表面に前記所望の凹凸パターンの凹部と凸部とほぼ同じ位置に凹部と凸部とを形成する第一の段階と、前記第一の段階で凹部と凸部とが形成された母材に前記所望の凹凸パターンの反転形状の型表面を有する成形型を、前記型表面の凹部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凸部の位置にほぼ一致し、且つ、前記型表面の凸部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凹部の位置にほぼ一致するように位置決めして押し付け、前記所望の凹凸パターンを転写する第二の段階とを具える。【選択図】    図１
2004151377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に所望の凹凸パターンを有する光学素子を製造する方法であって、母材の表面に前記所望の凹凸パターンの凹部と凸部とほぼ同じ位置に凹部と凸部とを形成する第一の段階と、前記第一の段階で凹部と凸部とが形成された母材に前記所望の凹凸パターンの反転形状の型表面を有する成形型を、前記型表面の凹部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凸部の位置にほぼ一致し、且つ、前記型表面の凸部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凹部の位置にほぼ一致するように位置決めして押し付け、前記所望の凹凸パターンを転写する第二の段階とを具えることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第一の段階で形成される凹部と凸部との段差が、前記第二の段階で転写される所望の凹凸パターンの凹部と凸部との段差よりも高いことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第一の段階で形成される凹部と凸部との段差が、前記型表面の凹部と凸部との段差よりも高いことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第一の段階で形成される凹部と凸部とが、前記所望の凹凸パターンの略反転形状の型表面を有する成形型を母材に押し付ける成形により形成されることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記所望の凹凸パターンが所望の回折格子パターンであることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５何れか１項記載の光学素子の製造方法により製造されることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記母材の材料がガラスであることを特徴とする請求項６記載の光学素子。
【請求項８】
前記回折格子パターンが前記母材とは屈折率が異なる材料により被覆されていることを特徴とする請求項６〜７何れか１項記載の光学素子。
【請求項９】
前記回折格子パターンが、断面形状が鋸歯状のブレーズ格子パターンであることを特徴とする請求項６〜８何れか１項記載の光学素子。
【請求項１０】
表面にガラスモールド法により形成された回折格子パターンを有する光学素子であって、前記回折格子パターンの凸部に於ける位相不整合幅が、格子間距離の１０％以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項６〜１０何れか１項に記載の光学素子を具えることを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等に用いられる、表面に凹凸パターンを具えた光学素子、特に回折格子等の先端が鋭い刃先状の凹凸パターンを具えた回折光学素子等の光学素子、及びこの光学素子の製造方法、及びこの光学素子を具えた光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折光学素子は光の集光、光の合分波、光強度分布変換など様々な機能を有する光学素子であり、光通信用デバイスの光学素子として、または通常の屈折光学素子の採用が難しい超短波長域用の光学素子として、あるいはカメラなどの撮影光学系の色収差補正用等の光学素子として、幅広く用いられている。
【０００３】
回折光学素子の製造技術は、基本的には表面が連続面である母材の上に、不連続面である回折格子を形成する技術であると言える。ここで、不連続面とは、例えば凹凸パターンであって、その凹部又は凸部の先端が鋭い刃先状になっている面のことをいう。従来、回折格子の形成の為に、その回折格子を形成する基板の材料である母材の特性に合った方法が採用されてきた。例えば母材が熱可塑性樹脂である場合には射出成形法が、母材がガラスである場合には研削や研磨による方法の他、高温に加熱したガラス材料（母材）を成形型に押し付けて成形型の反転形状を母材に形成する所謂ガラスモールド法が用いられている。この内、射出成形法やガラスモールド法は、研削や研磨による方法に比べ生産性が高い為、広く用いられている。（射出成形については例えば、特許文献１参照。ガラスモールドについては例えば、特許文献２参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２０８２７９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５５５７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
回折格子を成形によって作製する場合、成形型の型表面の反転形状が母材に正確に転写される度合い、すなわち転写性が非常に重要である。転写性が低いと、成形された回折格子の格子面の形状は設計の形状とは異なったものとなる。このような回折格子を有する回折光学素子においては、格子面の設計形状と実際に成形された形状とが異なる部分は、光の位相が所望の値とは異なる所謂位相不整合部となる。この位相不整合部を通過する光は意図しない方向に進んでフレアとなる為、回折効率が低下する。
【０００６】
特にガラスモールド法でガラスの上に回折格子を形成する場合には、転写性が問題となる。ガラスモールド法による従来の成形の手順を図７に示す。ガラスモールド法は軟化点が比較的低い所謂低融点ガラスを約３００℃から約６５０℃の温度に加熱し、軟化させて、成形型に押し付けて、型表面を転写する成形方法である。ガラスは、加熱し、軟化されたものでも通常の液体のようには流動性が高くなく、依然として比較的高い粘性を有する。この為、成形型の谷の底にガラスが完全には入り込まず、成形型の谷が仮に完全に尖った刃先状になっていたとしても、成形型の谷に対応する、成形される格子面の山の形状は一般に丸みを帯びる。即ち、回折格子の不連続面となる山の部分の転写性が低くなる。
【０００７】
この為、ガラスモールド法で成形した回折格子は不連続面の近傍が位相不整合部となり、回折効率が低下する原因となる。
【０００８】
本発明は、位相不整合部の面積が小さく、高い回折効率を有する回折光学素子、等の光学素子及びこの光学素子の製造方法及びこの光学素子を具えた光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決する為に、本発明者等は鋭意研究の結果本発明を得た。
【００１０】
本発明の光学素子の製造方法は、表面に所望の凹凸パターンを有する光学素子を製造する方法であって、母材の表面に前記所望の凹凸パターンの凹部と凸部とほぼ同じ位置に凹部と凸部とを形成する第一の段階と、前記第一の段階で凹部と凸部とが形成された母材に前記所望の凹凸パターンの反転形状の型表面を有する成形型を、前記型表面の凹部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凸部の位置にほぼ一致し、且つ、前記型表面の凸部の位置が前記第一段階で形成された前記母材の凹部の位置にほぼ一致するように位置決めして押し付け、前記所望の凹凸パターンを転写する第二の段階とを具えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光学素子の製造方法において、前記第一の段階で形成される凹部と凸部との段差が、前記第二の段階で転写される所望の凹凸パターンの凹部と凸部との段差よりも高いことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の光学素子の製造方法において、前記第一の段階で形成される凹部と凸部との段差が、前記型表面の凹部と凸部との段差よりも高いことが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学素子の製造方法において、前記第一の段階で形成される凹部と凸部とが、前記所望の凹凸パターンの略反転形状の型表面を有する成形型を母材に押し付ける成形により形成されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学素子の製造方法において、前記所望の凹凸パターンが所望の回折格子パターンであることが好ましい。
【００１５】
本発明の光学素子は、前記光学素子の製造方法により製造されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光学素子において、前記母材の材料がガラスであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学素子において、前記回折格子パターンが前記母材とは屈折率が異なる材料により被覆されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学素子において、前記回折格子パターンが、断面形状が鋸歯状のブレーズ格子パターンであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学素子において、回折格子がガラスモールド法により形成され、前記回折格子パターンの凸部に於ける位相不整合幅が、格子間距離の１０％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明の光学系は、前記光学素子を何れか一つ具えることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下の説明で、変形プリフォームは、請求項１の第一段階で凹部と凸部が形成された母材に相当する。
【００２２】
図１は、本発明の光学素子の製造方法を説明する図であり、光学素子８として凹凸パターンが回折格子パターンである回折光学素子が示されている。１は変形プリフォーム、２は成形型である。以下に製造法を手順を追って説明する。
（１）先ず、変形プリフォーム１と成形型２とを準備する。変形プリフォーム１は母材に凹部５と凸部４とを形成することにより作製される。これら凹部５と凸部４とは、所望の凹凸パターンの凹部と凸部とほぼ同じ位置に来るよう形成されている。成形型２は所望の凹凸パターンの反転形状の型表面３を持っている。
【００２３】
次に、この変形プリフォーム１に成形型２を近付ける。このとき、成形型２の凹部６の位置が変形プリフォーム１の凸部４の位置に、また成形型２の凸部７の位置が変形プリフォーム１の凹部５の位置に各々一致するように位置決めした状態で近付ける。
（２）変形プリフォーム１に成形型２を押し付け、所望の凹凸パターンを変形プリフォーム（母材）１に転写する。
（３）成形型２を母材から離型する。このようにして基板上に所望の凹凸パターン９を有する光学素子８が得られる。
【００２４】
この製造方法は転写性が良いので、成形して得られた光学素子の凹凸パターンは成形型の型表面の凹凸パターンの反転形状と良く一致している。
【００２５】
特に、（１）に於いて、変形プリフォーム１の凸部４の頂上と凹部５の底との段差を成形型２の凸部７の頂上と凹部６の底との段差よりも大きくしておくと、より高い転写性が得られる。更に、変形プリフォーム１に成形型２を近付ける際に、成形型２の凹部６の底の位置が変形プリフォーム１の凸部４の頂上の位置に、また成形型２の凸部７の頂上の位置が変形プリフォーム１の凹部５の底の位置に各々一致するように近付けると、より転写性の高い成形が出来る。
【００２６】
以下、本発明の構成要素について詳しく説明する。
［凹凸パターン］
本発明の光学素子８が有する凹凸パターンの形状には特別な制限はないが、特に有効であるのは凸部の先端が尖った形状のもの、最も有効であるのは凸部の先端が鋭角状に尖った形状のものである。後者の例としては、山の先端が鋭角に尖った格子形状のものがあり、これの代表には所謂ブレーズ型回折格子のパターンがある。ブレーズ型回折格子は、図４に示すように格子面の断面が鋸歯状をしており、格子の高さを次式を充たすような所望の高さに加工することにより、所望の次数の回折光のみに光を集中させることができる。
【００２７】
Ｌ×（ｎ１−ｎ２）＝ｍ×λ
ここで、λは使用波長であり、Ｌはブレーズ型回折格子の格子面の格子高、ｎ１は回折格子の基板の屈折率、ｎ２は格子面に隣接する媒質の屈折率、ｍは回折次数を表す整数である。
［変形プリフォームの作製方法］
本発明の光学素子の製造方法に用いられる変形プリフォームの作製方法としては、平面又は連続な曲面のような連続形状に加工された母材の被加工面を切刃が細い切削バイトを用いて切削加工（運動転写）したり、総型砥石を用いて研削加工（形状転写）したり、フォトエッチングする方法の他、平面又は曲面のような連続形状に加工された母材を所望の凹凸パターンよりも大きい段差の型表面を持つ成形型で成形する方法などを用いることが出来る。
【００２８】
変形プリフォームを母材の成形により作製する方法を、図５（１）、（２）、（３）を参照して以下に説明する。
（１）先ず、変形プリフォーム用の低融点ガラス等のガラス製又は熱可塑性樹脂製の母材１０と、変形プリフォーム用の凹凸パターンを型表面に有する成形型１１とを準備する。次に、母材１０と成形型１１とを適当な雰囲気ガス中で加熱し、母材１０を軟化させ、この母材１０に成形型１１を近付ける。
（２）成形型１１を母材１０に押し付け、成形型１１の型表面の凹凸パターンを母材１０の表面に転写する。
（３）成形型１１を母材１０から離型すると、凹凸パターンを有する変形プリフォーム１が得られる。この凹凸パターンの凹部と凸部とは少なくと一方が丸みを帯びていた。
【００２９】
変形プリフォームの作製方法は、以上の方法に限定されるものではない。
【００３０】
何れの方法で作製するにせよ、変形プリフォームの凹凸パターンの凹部と凸部との段差（図５（３）の場合、１４）を、光学素子又はその成形型の凹凸パターンの凹部と凸部との段差よりも高くすることが好ましい。しかしながら、必ずしも高くする必要はない。要は最小限、変形プリフォームに成形型を押し当て、成形型が変形プリフォームに沈み込んで成形型の凹部の底付近が変形プリフォームの凸部に近付いたときに、成形型の凹部が押している変形プリフォームの部分にその母材を流動させるために必要な応力が働きさえすれば良い。
［母材］
本発明の光学素子に用いる母材としては特に低融点ガラス等のガラスが好ましい。
【００３１】
母材がガラスの場合、工程が安定したガラスモールド法により凹凸パターンを形成することができるので、製造品質が安定するという効果がある。更に母材をガラスにすると、ガラスは樹脂と較べて耐熱性が高いので、光学素子の耐熱性が高いという効果がある。
【００３２】
本発明の光学素子の母材としては熱可塑性樹脂も使用可能である。この場合、射出成形により変形プリフォームが作製される。この変形プリフォームを所定の粘度が得られる温度まで加熱した状態で、所望の凹凸パターンの反転形状の型表面を有する成形型を、成形型の凹凸を変形プリフォームの凹凸に位置合わせをして押し付け、成形型の凹凸パターンを転写し、成形型を離型することにより光学素子が作製される。母材を熱可塑性樹脂にすると、大量生産の場合に、製造コストが低い射出成形により変形プリフォームを作製できるので、光学素子の製造コストが低いという効果がある。
［光学素子の成形方法］
本発明の光学素子の凹凸パターンを転写する為の成形方法としてはガラスモールド法が特に有効である。ガラスモールド法で光学素子の凹凸パターンを転写するときは、真空中または窒素ガス雰囲気中でガラス製のプリフォームと金属製の成形型とを加熱し、ガラス製プリフォームを軟化させ、金属製の成形型をガラス製のプリフォームに押し付け、成形型の型表面の反転形状を母材（プリフォーム）表面に転写する。加熱温度はプリフォームの材料のガラスの種類によって異なるが、約３００℃〜約６５０℃の範囲である。
【００３３】
本発明の光学素子の製造方法に用いるガラスモールド法の成形型は、金属製の母材の型表面となる面にＮｉ−Ｐ系無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を切削加工することにより型表面を形成して作製される。特に母材のガラスの軟化温度が高く、高温且つ高い成形圧力で成形する必要がある場合には、耐熱性と硬度を高める為にＷ（タングステン）をＮｉ−Ｐ系無電解メッキ層に含有させると良い。また、成形型を高温で使用するときにもクラックが入りにくく、安定した成形を可能にするために、無電解メッキ層と母材との熱膨張係数の差を小さくしておくことが好ましい。Ｎｉ−Ｐ系無電解メッキ層との熱膨張係数の差が小さい成形型の母材として炭素鋼を用いることが好ましい。
【００３４】
本発明の光学素子の凹凸パターンを転写する為の成形方法としては射出成形等の樹脂成形法も可能である。熱可塑性樹脂を樹脂成形する為には、例えば、熱可塑性樹脂製の変形プリフォームと所望の凹凸パターンの成形型とを加熱して変形プリフォームを適当な粘度に軟化させた状態で、成形型を変形プリフォームに押し付けることにより所望の凹凸パターンを有する光学素子が作製される。
［位置決め方法］
本発明の光学素子を製造するために、光学素子の成形型の凹部と凸部を変形プリフォームの凸部と凹部に位置決めする方法としては、１．成形型と変形プリフォームとを共通の筒（スリーブ）入れて配置する方法、２．成形型と変形プリフォームとを成形機の位置決めピンに押し当てる方法、３．変形プリフォームの凹凸パターンに光を投射することにより得られる回折光を光学位置決めセンサーで位置検出する方法、等が使用できる。
【００３５】
尚、光学素子の凹凸パターンと変形プリフォームの凹凸パターンの形成とを同じ成形で行なう場合、初回に変形プリフォーム作製の為に所望の凹凸パターンの段差より高い段差の凹凸パターンを持った型表面を有する成形型で、ガラス製又は熱可塑性樹脂製の母材の成形を行う。次に成形型を光学素子用に交換して成形を行なう。この成形においては成形型の型表面の凹凸パターンの凹部と凸部が各々変形プリフォームの凸部と凹部を凸部から凹部の順で凹凸パターンを上から押し潰すようにしながら成形を行う。以上の方法によれば、光学素子の製造装置と変形プリフォームの製造装置を共有化できるので製造コストが低いという効果がある。母材が低融点ガラス等のガラスのときには、ガラスモールド法で成形が行なわれる。ガラスモールド法は、工程が安定しているので、作製される光学素子は高品質であり、且つ製造コストが更に低い。
【００３６】
本発明の製造方法で凹凸パターンを成形すると高い転写性が得られる理由を、発明者等は以下のように推定している。すなわち、成形型を同じ力で母材に押し付けても、母材の内部に生じる応力は必ずしも均一ではない。例えば先端の尖った針を突き刺す場合のように接触面積が小さい場合には、押す力が小さくても局部的に母材に大きな応力が発生する為に、針は母材中に容易に浸入する。従来の方法でも、成形型の凸部（＝成形される回折格子パターンの凹部）で比較的高い転写性が確認されるのに対し、成形型の凹部（＝成形される回折格子パターンの凸部）の転写性が低いのも同じ理由によると推定される。凸部と凹部とを持つ成形型を適当な成形圧で母材に押し付けると、凸部の先の部分が接触した部分に高い応力が発生する為に、始めは母材が容易に流動し、成形型の凸部は比較的容易に母材の中に沈み込んで行く。従って、成形型の凸部（成形される回折格子パターンの凹部）の転写性は高い。成形型の沈み込み量が増えるに従って成形型と母材との接触面積は次第に増える。成形型の凹部が回折格子パターンの凸部となるべき母材表面に近付く時には母材と成形型の接触面積が非常に大きくなっており、与えられた成形圧が母材の接触部分に生じる応力は小さく、従って、成形型の凹部の付近の母材に生じる応力も小さくなり、母材を充分に流動させることが出来なくなってしまっているので、母材を成形型の奥まで充填させることができない。従って、成形品の格子の凸部の先端付近は通常丸みを帯びたものになり、成形型の凹部（成形される凹凸パターンの凸部）の転写性は低くなるのだと考えられる。この成形の様子を図２に示す。
【００３７】
これに対し、本発明の成形方法では、予め母材に、所望の凹凸パターンの凹部と凸部との段差よりも好ましくは高い段差の、凹凸パターンを形成したプリフォームを使用する為、成形型の凹部が母材と接触する瞬間においても、成形型の凸部は母材から離れている。したがって、本発明の成形方法では回折格子パターンの凸部になるべき母材部分に応力を集中させ、その結果大きな応力を発生することができる為、転写性が向上すると考えられる。この成形の様子を図３に示す。
【００３８】
本発明の光学素子の範囲には、凹凸パターンが回折格子パターンである回折光学素子が含まれる。これら回折光学素子の中でも回折格子パターンがブレーズ型であるブレーズ型回折光学素子が特に好ましい。回折光学素子には、単層型回折光学素子と密着複層型回折光学素子が含まれる。単層型回折光学素子は図１（３）の凹凸パターン９が回折格子パターンであるときの光学素子８に相当する。
【００３９】
本発明の密着複層型回折光学素子は図６に示される。本発明の密着複層型回折光学素子は、光学恒数が所望の組み合わせとなるよう選ばれた互いに異なる光学材料でできた第１の部材１５と第２の部材１６を、格子面を挟んで密着させたものである。ここで本発明の密着複層型回折光学素子は、第１の部材１５をガラスモールドで成形した回折格子を備えるガラス製の基板（ガラスモールド法で作製された場合の前段の単層型回折光学素子に相当する）とし、その上に未硬化の紫外線硬化型または加熱硬化型樹脂を充填し、所定厚みに調整した後、この層を紫外線を照射するか又は加熱して硬化させることにより形成した樹脂層を第２の部材とすることにより作製することができる。このような密着複層型回折光学素子は、カメラの撮影光学系など広い波長域で高い回折効率が要求される光学系に使用されることが多い。その為に、このような密着複層型回折光学素子では特に格子形状が所望の形状通りであることが強く要求される為、本発明の光学素子の製造方法の格子形成方法が有効である。
【００４０】
本発明の密着複層型回折光学素子の第２の部材の材料としては、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレートなどの紫外線硬化型樹脂の他、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレートなどの加熱硬化型樹脂などが用いられる。また、樹脂の他に空気やシリコンオイルなどの流体も用いられる。
【００４１】
本発明の光学素子の範囲は、回折格子パターンを具える回折光学素子に限定されるものではない。本発明の光学素子の範囲は、光学素子の凹凸パターンが入射光にその凹凸パターンの形状に固有の変調をする全ての光学素子に及ぶ。
【００４２】
本発明の光学素子が回折格子を具える回折光学素子のとき、全ての格子に対する位相不整合部の幅が３μｍ〜１５μｍの範囲に入った。位相不整合部とは図７に示すように、成形した格子の形状が所望の形状とは異なっている部分のことである。この位相不整合部の幅と格子間距離との比が回折効率の低下分と概ね比例関係にある。従って、例えば９０％以上の高い回折効率を確実に実現する為には、位相不整合部の幅が隣接する格子間距離の１０％以下であることが望ましい。ガラスモールド法の場合、平面又は連続な曲面のような連続形状に加工された母材に対して成形する従来法でこれだけの転写性を実現するのは困難であったが、本発明の光学素子の製造に用いる成形法により、前記のような高い転写性が実現できるようになった。
［実施例１］
図８（１）（２）（３）と図９（４）（５）（６）は本発明の光学素子の製造方法を説明する図である。本実施例で作製対象の光学素子は基板の材料が低融点ガラス（住田Ｐ−ＳＫ６０：φ５０ｍｍ）、格子高さが１６μｍ、そのピッチは外側に向かうに従い小さくなり、ピッチが中心部で３ｍｍ、最外周で１６０μｍの同心円状ブレーズ格子（輪帯数は５０本）を有する回折光学素子である。
【００４３】
以下にその製造法を図８、図９を参照しながら手順を追って説明するが、本手順に限定されるものではない。
（１）先ず、変形プリフォーム成形用成形型１１と変形プリフォームの母材１０を準備した。
【００４４】
変形プリフォーム成形用成形型１１は、直径５０ｍｍの平板の炭素鋼製の基材の表面にＮｉ−Ｐ系無電解メッキ層を形成し、メッキ層の表面を先端径２μｍのダイヤモンドバイトで切削加工して以下の型表面の形状を形成することにより作製した。変形プリフォーム成形用成形型１１の型表面の形状は、作製対象の格子と同様にピッチが中心部で３ｍｍ、最外周で１６０μｍだが、格子高さのみを１６μｍから２０μｍに高くした同心円状ブレーズ格子（輪帯数は５０本）の反転形状とした。
【００４５】
変形プリフォームの母材１０として低融点ガラス（住田Ｐ−ＳＫ６０）製のφ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板を作製した。
【００４６】
次に、この母材１０と成形型１１とを成形機にセットし、窒素ガス雰囲気中で、４１５℃に加熱し、母材１０を軟化させてから、成形型１１を母材１０に近付けた。
（２）成形型１１を母材１０に１８００ｋｇｆの力で５分間押し付け、母材１０に成形型１１の型表面の反転形状を転写した。
（３）除荷、冷却し、成形型１１を離型した後、成形された母材１０を成形機から取り出すことにより変形プリフォーム１を作製した。作製された変形プリフォーム１は格子面の山の先端が丸まっており、格子高さは約２０μｍだった。
（４）回折光学素子成形用成形型２を準備した。この成形型２の型表面は、直径５０ｍｍの平板の炭素鋼製の基材の表面にＮｉ−Ｐ系無電解メッキ層を形成し、メッキ層の表面を先端径２μｍのダイヤモンドバイトで切削加工して以下の型表面の形状を形成することにより作製した。成形型２の型表面の形状は、作製対象の格子形状の反転形状であり、格子高さを１６μｍとした。
【００４７】
次に、変形プリフォーム１と成形型２とを成形機にセットし、窒素ガス雰囲気中で、４１５℃に加熱し、変形プリフォーム１を軟化させてから、成形型２を変形プリフォーム１に近付けた。
（５）成形型２の格子面の山と谷が、変形プリフォーム１の格子面の谷と山とに各々一致するように位置決めした状態で、成形型２を変形プリフォーム１に１８００ｋｇｆの力で５分間押し付け、変形プリフォーム１に成形型２の型表面の反転形状を転写した。
（６）除荷、冷却し、成形型２を離型した後、成形された変形プリフォーム１を成形機から取り出すことにより回折光学素子８を作製した。作製された回折光学素子８は格子面の山の先端まで転写されており、ＳＥＭで断面を観察した結果、位相不整合の幅は、回折光学素子の全領域で１２μｍ以下であり、格子間距離に対しては７．５％以下であった。
【００４８】
この回折光学素子８の回折効率を測定した。測定の為に、波長５４３ｎｍのレーザ光を格子に照射し、１次回折光強度を測定し、回折効率として入射光強度に対する１次回折光強度の比率を求めたところ、０．９７が得られた。従って、入射した光の内９７％が設計通りに１次光として回折していることが確認できた。これはカメラ等の撮影光学系で充分に使用できるレベルである。
［比較例］
図１０（１）、（２）は、実施例１に対する本比較例の光学素子の製造方法を説明する図である。作製対象の回折光学素子は実施例１と同じである。以下に製造方法を示す。
（１）従来の平面のプリフォーム１７として低融点ガラス（住田Ｐ−ＳＫ６０）製のφ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板を用い、実施例１の手順（４）で用いたものと同じ成形型２で１回の成形により格子成形を試みた。
成形の温度と成形圧等の条件は実施例と同じとした。
（２）このように格子が成形されて作製された回折光学素子８は、格子面の先端が丸みを帯びており、ＳＥＭで観察したところ、位相不整合幅は最小で１５μｍ、最大の箇所では８０μｍであり、格子間距離に対しては最小でも１２．５％だった。
【００４９】
この回折光学素子８の回折効率を実施例と同様な方法で計測した。その結果、回折効率は０．８８であり、残り０．１２（１２％）はフレアとなっていることが分かった。
【００５０】
この回折折光学素子８は、カメラの撮影光学系など広い波長域で高い回折効率が要求される光学系に使用することが出来なかった。
［実施例２］
本実施例では図１１で示される５０ｍｍφの密着複層型回折光学素子を作製した。図１１にて１９は格子面、１８は基板、２０は樹脂層である。この密着複層型回折光学素子の基板の材料は実施例１と同じ低融点ガラス、樹脂はウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂（ｎｄ＝ｎ２＝１．５５５）である。回折格子は同心円状のブレーズ型であり、そのピッチは外側に向かうに従い小さくなり、中心部で３ｍｍ、最外周で１６０μｍの同心円状であり、この同心円状格子は上に凸の９３ｍｍＲの球面上に配列される。図１１では同心円状のブレーズ型の回折格子は明示されていない。基板の中心厚は１２ｍｍ、基板の格子面に対向する面は下に凹の９３ｍｍＲとされる。また、樹脂層の厚みは０．１ｍｍ、樹脂層の格子面に対向する面は上に凸の９３ｍｍＲとされる。また、使用波長はｄ線の波長である５８７．６ｎｍ、ブレーズ次数を１とする。
【００５１】
この密着複層型回折光学素子を以下のようにして作製した。
先ず、実施例１で作製した回折光学素子８と同様な形状の格子を具えているが、ガラスモールド時に、上部成形型で格子面の成形を、下部成形型でその裏面の凹の９３ｍｍＲのレンズ面の成形を行なうことによって作製された基板１８の格子面にウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を滴下した後、格子面上の樹脂に、型表面が上に凹の９３ｍｍＲの球面であるステンレス製の金型を近接させ、樹脂を押し広げ、樹脂層の層厚を０．１ｍｍに調整した。この状態で高圧水銀灯の紫外線（中心波長３６５ｎｍ）を回折格子基板の側から照射し、樹脂を光硬化させた。紫外線の積算照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ２だった。
【００５２】
光硬化後、金型を樹脂から離型することにより、図１１のような所望の回折格子と所望の球面とを具えた密着複層型回折光学素子２１が得られた。
このように作製された密着複層型回折光学素子２１は、ＳＥＭで断面を観察した結果、位相不整合の幅は、回折光学素子の全領域で１２μｍ以下であり、格子間距離に対しては７．５％以下であった。
【００５３】
この密着複層型回折光学素子２１の回折効率を実施例１と同様な方法で測定したところ、０．９７が得られた。従って、入射した光の内９７％が設計通りに１次光として回折していることが確認できた。
【００５４】
この密着複層型回折光学素子２１は、カメラの撮影光学系など広い波長域で高い回折効率が要求される光学系に好ましく使用される。
［実施例３］
図１２は本発明の撮影カメラ用光学系であり、この光学系の中に本発明の実施例２で作製した密着複層型回折光学素子２１を用いている。
【００５５】
本発明の光学系は、回折効率が高く、フレア光が少なく、且つ製造コストが低い本発明の回折光学素子を用いているので、透過率が高く、フレアが少なく、且つ製造コストが低い。また、小型の回折光学素子の特性を有効に用いているので、コンパクトである。
【００５６】
本実施例では、光学系に回折光学素子を１個用いているが、用いる回折光学素子は２個以上でも良く、異なる発明のものであっても良い。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の回折光学素子は、位相不整合部の面積が小さく、高い回折効率を有する。又、本発明の回折光学素子の製造方法は、変形プリフォームを成形する段階を具えるので、位相不整合部の面積が小さく、高い回折効率を有する回折光学素子を作製することを可能とする。又、本発明の回折光学素子を用いた撮影カメラ等の光学系は、フレアが少なくて、透過率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の製造方法を説明する図である。
【図２】従来の成形方法の成形型の型表面とプリフォームとの関係を示す図である。
【図３】本発明の成形方法の成形型の型表面とプリフォームとの関係を示す図である。
【図４】ブレーズ型回折光学素子の格子面の形状を示す図である。
【図５】本発明の回折光学素子の製造方法に用いる変形プリフォームの作製方法を説明する図である。
【図６】本発明の密着複層型回折光学素子を示す。
【図７】従来の光学素子の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の実施例の回折光学素子の製造方法の手順（１）、（２）（３）を説明する図である。
【図９】本発明の実施例の回折光学素子の製造方法の手順（４）、（５）（６）を説明する図である。
【図１０】比較例の回折光学素子の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の密着複層型回折光学素子を示す図である。
【図１２】本発明の光学系である。
【発明の効果】
１      変形プリフォーム
２      成形型
３      型表面
４      変形プリフォームの凸部
５      変形プリフォームの凹部
６      成形型の型表面の凹部
７      成形型の型表面の凸部
８      光学素子
９      光学素子の凹凸パターン
１０    変形プリフォームの母材
１１    変形プリフォーム用の成形型
１２    変形プリフォーム用の成形型の凸部
１３    変形プリフォーム用の成形型の凹部
１４    段差
１５    第１の部材（ガラス）
１６    第２の部材（樹脂）
１７    平面プリフォーム（従来のプリフォーム）
１８    基板
１９    格子面
２０    樹脂層
２１    密着複層型回折光学素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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