(57)【要約】【課題】格子面の山の頂上または谷の底の形状が丸みを帯びている場合でも、回折効率が高く、且つフレア光の少ない回折光学素子及びその製造方法、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】本発明の回折光学素子は、回折格子を具え、この回折格子の格子面の山５又は谷６の少なくとも一方が丸みを帯びており、使用波長をλ、前記回折格子の基板の屈折率をｎ１、前記格子面に隣接する媒質の屈折率をｎ２、ｍを整数としたとき、前記格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓが式１で与えられることを特徴とする。（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）【選択図】  図９
2004157404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子を具えた回折光学素子であり、前記回折格子の格子面の山又は谷の少なくとも一方が丸みを帯びており、使用波長をλ、前記回折格子の基板の屈折率をｎ１、前記格子面に隣接する媒質の屈折率をｎ２、ｍを整数としたとき、前記格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓが式１で与えられることを特徴とする回折光学素子。
（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
【請求項２】
前記回折格子の基板の材料がガラスであることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
【請求項３】
回折格子と前記回折格子の格子面に隣接する媒質を有する媒質部とを具えた回折光学素子であり、前記媒質が流体又は樹脂から成り、前記格子面の山又は谷の内少なくとも一方が丸みを帯びており、使用波長をλ、前記回折格子の基板の屈折率をｎ１、前記格子面に隣接する媒質の屈折率をｎ２、ｍを整数としたとき、前記格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓが式１で与えられることを特徴とする回折光学素子。
（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
【請求項４】
前記回折格子の基板の材料がガラスであることを特徴とする請求項３記載の回折光学素子。
【請求項５】
所望の使用波長、所望の回折次数に対して最適化され、且つ、山又は谷の内少なくとも一方が丸みを帯びた格子面を持つ回折格子を有する回折光学素子を、母材の成形により製造する方法であって、前記所望の使用波長λ、前記所望の回折次数ｍ、回折格子の基板の屈折率ｎ１、該回折格子の格子面に隣接する媒質の屈折率ｎ２を次式、
Ｌ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
に代入して理想形状の格子面の格子高Ｌを求め、前記母材に格子面を転写する型面における山の頂上と谷の底との段差が、前記格子高Ｌより大きい成形型を準備し、前記母材に前記成形型を接触させ、前記型面の略反転形状で且つ段差が前記格子高Ｌに等しい格子面を前記母材に転写する段階と、前記母材を前記成形型から離型する段階とを具えることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項６】
更に、前記成形型の型面が、前記製造対象の回折光学素子の回折格子の格子面の山の丸みの曲率半径をＲ１、前記型面の谷の丸みの曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ２＜Ｒ１とされていることを特徴とする請求項５記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記回折格子の基板の材料がガラスであることを特徴とする請求項５、６何れか１項記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項８】
更に、前記格子面に流体又は樹脂を接触させ、前記接触させた状態を保持するようにする段階を具えることを特徴とする請求項５〜７何れか１項記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４何れか１項に記載の回折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、カメラ等の光学装置に用いられる回折格子を具えた回折光学素子、及び回折光学素子の製造方法、及びこの回折光学素子を具えた光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はブレーズ型の回折光学素子の理想的な形状を示す。図２はこのブレーズ型回折光学素子が具えるブレーズ型回折格子の理想的な格子面の断面を示す。図２に示されるように、ブレーズ型回折格子は、格子面の断面形状が鋸歯状である。その山の頂上と谷の底とは共に刃先状とされ、理想的には山の頂上と谷の底の曲率半径は共に零である。このような理想形状のブレーズ型回折格子は、特定次数に対して使用波長の光の回折効率を理論上１００％にすることができ、最大の回折効率は、式２が成立するときに得られることが知られている。
（式２）    Ｌ×（ｎ１−ｎ２）＝ｍ×λ
ここで、λは使用波長であり、通常は回折効率を最適化して最大にする対象の光の波長とされる。Ｌは理想形状の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。
【０００３】
従って、従来、ブレーズ型回折光学素子のブレーズ型回折格子の製造に当たっては、先ず、式２に所望の使用波長λ、製造対象の回折格子の基板の屈折率ｎ１、使用媒質の屈折率ｎ２、所望の回折次数ｍを代入することにより理想形状の格子高Ｌを求める。次に、格子高がＬになるように、ブレーズ型回折格子の格子面の形状を設計する。
【０００４】
従来は、回折光学素子の格子面が、以上のように設計された理想形状の格子面に極力近い形状を持つように、ブレーズ型回折光学素子の製造が行なわれる。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２６８１１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブレーズ型回折光学素子の格子面を、図２で示されるように山や谷が尖った理想的な断面形状に製造することは困難である。特に、成形型の反転形状を転写する成形法によりブレーズ型回折光学素子を製造する場合、山や谷を実質的に完全に尖らせることは困難である。
【０００７】
成形法によりブレーズ型回折光学素子を製造する場合、前述のようにブレーズ型回折格子を設計した後に、設計形状の格子面の反転形状の型面を有する成形型を作製する。この型面の形成は、例えば、先端径が小さい切削バイトで切削加工により行なわれる。そのために、成形型の型面では、少なくとも谷の形状が切削バイトの先端の径に依存した丸みを帯びてしまう。この様子を図４に示す。
【０００８】
次に、この成形型を未硬化の樹脂に接触させて、硬化後に成形型から樹脂を離型して、ブレーズ型回折光学素子を製造する。製造されたブレーズ型回折光学素子の格子面の山は成形型の型面の谷の丸みを転写して丸みを帯びる。更に、成形時に発生する樹脂の流動摩擦等により成形型の型面の一部に樹脂が充填されにくいために、一般に型面を完全に転写することは困難である。その結果、型面が仮に完全に尖っていたとしても成形された格子面の山の頂上や谷の底が丸みを帯びることは避けることが出来ない。そのために、成形された回折格子の格子面の形状は理想形状からずれてしまう。この理想形状の格子面の格子高Ｌと、成形して得られた格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓ’との関係は図３に模式的に示される。一般にＳ’はＬよりも小さい。
【０００９】
図３に示された山や谷が丸みを帯びたブレーズ型回折光学素子は、所望の波長λの光、所望の回折次数に対して回折効率が著しく低下してしまう。この回折効率が低下した分だけ、回折光学素子へ入射した光の内でフレア光として意図しない方向へ進む光は増え、その結果、回折光学素子の光学性能は低下する。
【００１０】
本発明は、格子面の山の頂上または谷の底の形状が丸みを帯びている場合でも、回折効率が高く、且つフレア光の少ない回折光学素子及びその製造方法、並びに本回折光学素子を具えるカメラ等の光学系を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決する為に、本発明の回折光学素子は、回折格子を具えた回折光学素子であり、前記回折格子の格子面の山又は谷の少なくとも一方が丸みを帯びており、使用波長をλ、前記回折格子の基板の屈折率をｎ１、前記格子面に隣接する媒質の屈折率をｎ２、ｍを整数としたとき、前記格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓが式１で与えられることを特徴とする。
（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
又、本発明の回折光学素子において、前記回折格子の基板の材料がガラスであることが好ましい。
【００１２】
本発明の他の回折光学素子は、回折格子と前記回折格子の格子面に隣接する媒質を有する媒質部とを具えた回折光学素子であり、前記媒質が流体又は樹脂から成り、前記格子面の山又は谷の内少なくとも一方が丸みを帯びており、使用波長をλ、前記回折格子の基板の屈折率をｎ１、前記格子面に隣接する媒質の屈折率をｎ２、ｍを整数としたとき、前記格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓが式１で与えられることを特徴とする。
（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
又、本発明の他の回折光学素子において、前記回折格子の基板の材料がガラスであることが好ましい。
【００１３】
本発明の回折光学素子の製造方法は、所望の使用波長、所望の回折次数に対して最適化され、且つ、山又は谷の内少なくとも一方が丸みを帯びた格子面を持つ回折格子を有する回折光学素子を、母材の成形により製造する方法であって、前記所望の使用波長λ、前記所望の回折次数ｍ、回折格子の基板の屈折率ｎ１、該回折格子の格子面に隣接する媒質の屈折率ｎ２を次式、
Ｌ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
に代入して理想形状の格子面の格子高Ｌを求め、前記母材に格子面を転写する型面における山の頂上と谷の底との段差が、前記格子高Ｌより大きい成形型を準備し、前記母材に前記成形型を接触させ、前記型面の略反転形状で且つ段差が前記格子高Ｌに等しい格子面を前記母材に転写する段階と、前記母材を前記成形型から離型する段階とを具えることを特徴とする。
【００１４】
又、本発明の回折光学素子の製造方法において、更に、前記製造対象の回折光学素子の回折格子の格子面の山の丸みの曲率半径をＲ１とするとき、前記型面の谷の丸みの曲率半径Ｒ２を、Ｒ２＜Ｒ１とすることが好ましい。
【００１５】
又、本発明の回折光学素子の製造方法において、前記回折格子の基板の材料がガラスであることが好ましい。
【００１６】
又、本発明の回折光学素子の製造方法において、更に、前記格子面に流体又は樹脂を接触させ、前記接触させた状態を保持するようにする段階を具えることが好ましい。
【００１７】
本発明の光学系は、前記回折光学素子を何れか一つは具えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図６は本発明の単層型回折光学素子１を、そして図７は本発明の密着複層型回折光学素子２を示す。また、図１は本発明の単層型回折光学素子と密着複層型回折光学素子に共通する回折格子３の格子面４の断面を示す。
【００１９】
本発明の単層型回折光学素子１は、回折格子３を具える。７は回折格子の基板であり、８は媒質である。本発明の単層型回折光学素子１の格子面４の山５と谷６は少なくともどちらか一方が丸みを帯びている。そして回折光学素子１の使用波長をλ、回折格子３の基板の屈折率をｎ１、格子面４に隣接する媒質の屈折率をｎ２、所望の回折の次数をｍとしたときに、隣接する山５と谷６の段差Ｓは以下の式１、
（式１）    Ｓ＝ｍ×λ／（ｎ１−ｎ２）
で表される。
【００２０】
本発明の密着複層型回折光学素子２は、回折格子３を具える。７は回折格子の基板であり、９は媒質部であり、媒質部９の少なくとも格子面に接する部分は媒質である。本発明の回折光学素子２の格子面４の山５と谷６は少なくともどちらか一方が丸みを帯びている。そして回折光学素子２の使用波長をλ、回折格子３の基板の屈折率をｎ１、格子面４に隣接する媒質の屈折率をｎ２、所望の回折の次数をｍとしたときに、隣接する丸みのある山５の頂上と丸みのある谷６の底との段差Ｓは式１で表される。
【００２１】
即ち、本発明の単層型回折光学素子と密着複層型回折光学素子（以下、特に明記の無い限り、回折光学素子によってこれらを総称する）は、所望の回折次数がｍ次であり、使用波長がλのときには、式１を満足するような段差Ｓと回折格子の基板の屈折率ｎ１と媒質の屈折率ｎ２とを持つように調整されている。
【００２２】
具体的に、例えば１次の回折光を使用し、所望の使用波長がλのときには、本発明の回折光学素子では、Ｓ＝λ／（ｎ１−ｎ２）を満足するような段差Ｓと回折格子の基板の屈折率ｎ１と媒質の屈折率ｎ２とを持つように調整されている。また、例えば１次の回折光を使用し、所望の使用波長がλ、回折格子の基板の屈折率がｎ１、媒質の屈折率がｎ２のときには、本発明の回折光学素子では、段差Ｓが、Ｓ＝λ／（ｎ１−ｎ２）を満足するように調整されている。
【００２３】
以上の説明にて、段差Ｓは、丸みを帯びている山又は丸みを帯びている谷を有する格子面において、隣接し合う山の頂上と谷の底との段差である。
【００２４】
本発明の使用波長λは、本発明の回折光学素子で使用される光の波長を意味し、使用する光がレーザ発振光のような狭帯域光の場合は、通常その帯域の中心の波長が使用波長として選ばれ、使用する光が白色光のような広帯域光の場合には、通常その帯域の中心付近の特定波長またはその帯域の中の特に重要な波長、等が使用波長として選ばれる。
【００２５】
本発明の回折光学素子は、それが具える回折格子が、位相型回折格子のときに好ましい効果を発揮する。このとき、回折格子の格子面の形状に特別な制約はないが、格子面の形状が鋸歯状であるブレーズ型回折格子のときに、特に好ましい効果を発揮する。
【００２６】
本発明の回折光学素子の回折格子の基板７の材料としては、使用波長の光を透過し、式１を満足する屈折率を持っていさえすれば、特に限定されるものではなく、ガラスや樹脂から選ばれた材料が使用される。
【００２７】
本発明で基板７の材料として用いられるガラス材料としては、石英ガラス、蛍石、ＢＫ７が好ましく使用される。特に軟化点が低い低融点ガラスと呼ばれる物質はガラスモールド法により回折格子の格子面を成形できるので、製造コストを低くできるために、好ましく使用される。又、回折格子の基板がガラスの場合、ガラスは格子面の山の頂上の曲率半径を微少な刃先状にすることが樹脂の場合よりも困難であり、基板がガラスの回折格子の格子面の山又は谷の曲率半径は、基板が樹脂のものよりも一般に大きい。従って、格子面の製造された形状と所望形状との差異、更には、製造された格子面の山の頂上と谷の底との段差と理想の格子高との差異は、樹脂よりもガラスにおいて大きい。その結果、従来の基板がガラスの回折光学素子は基板が樹脂のものよりも回折効率が一般に低かった。本発明では、丸みを見込んだ段差を設計に取り入れているので、回折格子の基板にガラスを用い、格子面の山の丸みや谷の丸みが比較的大きい場合でも、回折効率が高く、フレアが少ない。
【００２８】
本発明の回折光学素子の回折格子の基板７の材料に用いる樹脂としては、射出成形用の熱可塑性樹脂のうち、使用波長の光を透過するものが広く用いられる他、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレートなどの紫外線硬化型あるいは熱硬化型樹脂などが用いられる。
【００２９】
本発明の回折光学素子の格子面４に隣接する媒質８は、回折光学素子として機能させるために、その屈折率ｎ２が基板の屈折率ｎ１と少なくとも異ならなければならない。図６に示す単層型光学素子の場合、媒質は一般には空気であり、屈折率ｎ２は１．０である。
【００３０】
図７に示す本発明の密着複層型回折光学素子の媒質９としては、樹脂または流体が用いられる。樹脂としては、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又は熱硬化型樹脂などが用いられ、流体としては空気またはシリコンオイルなどが用いられる。媒質が樹脂の場合、樹脂そのものが媒質部９を構成し、媒質が流体の場合、流体を格子面に接触させながら保持するために保持容器に入れて使用され、流体と保持容器とが媒質部を構成する。
【００３１】
本発明の密着複層型回折光学素子は、媒質９の屈折率ｎ２と回折格子の基板７の屈折率ｎ１が式１を満足するようにすると共に、媒質９の分散と回折格子の基板７の分散との関係を適当に組み合わせることにより、使用波長のみならず広い波長域で高い回折効率を実現することができる。その結果、カメラの撮像光学系等にも使用可能となる。
【００３２】
本発明の回折光学素子の回折格子の基板７を、低融点ガラス等のガラスにすると、ガラスモールド法を用い、低い製造コストで回折格子を製造することができ、又、樹脂にすると、射出成形などの成形を用い低い製造コストで回折格子を製造できるので、回折格子の基板７はガラス又は樹脂とすることが好ましい。本発明の密着複層型回折光学素子２の格子面４に隣接する媒質９としては樹脂を用いると加工上有利であり、特に紫外線硬化型樹脂を用いると未硬化状態で液体であり、製造しやすく製造コストが低いので、特に好ましい。
【００３３】
図６、図７に示される本発明の回折光学素子の回折格子３は直線格子であるが、本発明はその他に、同心円状格子、等の場合を含み、回折格子の形状や配置には限定されないことは言うまでもない。
【００３４】
図９は本発明の回折光学素子とその製造方法の説明に用いる、回折格子の格子面と成形型の型面の断面の拡大図であり、１ピッチ分のみ示されている。図９にて実線は製造対象の格子面の、破線は理想形状の格子面の、そして点線は成形型の型面の断面の図である。Ｓは製造対象の格子面の段差であり、これは理想格子面の格子高Ｌに等しい。Ｓ０は成形型の型面の段差であり、Ｓ０はＳよりも大きい。
【００３５】
本発明の回折光学素子の製造方法を以下に示すが、本発明は本手順に限定されるものではない。
（１）所望の使用波長λ、回折次数ｍ、回折格子の基板の材料、媒質の種類を決定する。媒質は、単層型回折光学素子の場合、通常空気とされ、密着複層型回折光学素子の場合、樹脂又は流体である。
（２）λ、ｍ、回折格子の基板の屈折率ｎ１、媒質の屈折率ｎ２を式２に代入して、理想の回折格子の格子高Ｌを求める。
（３）段差Ｓが格子高Ｌに等しく、Ｓ＝Ｌであり、且つ所望の形状の格子面を決定する。この格子面は山５又は谷６の少なくとも一方が丸みを帯びており、所定の格子ピッチ、格子面の傾き等を有する。
（４）成形型の型面の段差が（３）で決定された段差Ｓよりも大きいＳ０であり、且つ、型面の形状が（３）で決定された格子面の反転形状とほぼ同じ形状の成形型を準備する。
【００３６】
成形型の型面の好ましい段差Ｓ０は事前の成形実験により知られている。
（５）回折格子の基板となる母材に（４）で準備された成形型の型面を接触させ、成形型の型面の反転形状を母材に転写する。
（６）母材を成形型から離型し、格子面の段差がＳの回折格子を有する回折格子基板（単層型回折光学素子）を得る。
【００３７】
このようにして単層型回折光学素子が製造される。
【００３８】
密着複層型回折光学素子を製造するためには、（６）に引き続いて（７）の手順を経る。
（７）更に、（６）で作製された回折格子基板の格子面に媒質として紫外線硬化型樹脂を接触させた状態で樹脂に紫外線を照射することにより樹脂を硬化させる。
このようにして回折格子基板とその上に密着させた紫外線硬化型樹脂とを具える密着複層型回折光学素子が製造される。媒質の樹脂として、紫外線硬化型樹脂でなくて熱硬化型樹脂を用いる場合は、樹脂を加熱することにより硬化させれば良い。また、媒質として液体や気体を用いる場合は、回折格子基板上の格子面を取り囲む位置に、予め容器としての側壁を形成しておき、液体又は気体を注入後に容器を封止すれば良い。
【００３９】
尚、従来の成形では、例えば成形型の型面の谷の形状が、図９の１０に示すように、曲率半径０の刃先状の理想形状であるという前提の基に製造される。一方本発明では、図９の１１に示すように、型面の谷が有限の曲率半径の丸みを持つという前提で回折格子の成形が行なわれる。この型面の谷１１の曲率半径は所望の格子面の山５の曲率半径よりも小さくされる。
【００４０】
型面の谷１１の曲率半径が小さすぎると、成形された格子面の山の曲率半径が所望の値よりも小さくなる。その結果、所望形状の格子面が得られず、成形される回折格子の格子面の段差が所望の値Ｓよりも大きくなるばかりでなく、成形型の作製に必要以上のコストを掛けることになる。一般に、刃先状の型面の谷の曲率半径が小さいほど、成形型の製造コストが高いからである。
【００４１】
逆に、型面の谷１１の曲率半径が大きすぎると、格子面の山の曲率半径が所望の値よりも大きくなり、その結果、所望形状の格子面が得られず、成形される回折格子の格子面の段差が所望の値Ｓよりも小さくなる。
【００４２】
回折格子の格子面を成形法で形成すると、前に述べたように、成形型の格子の切削加工上の問題と成型時の樹脂の摩擦の為に、山又は谷が特に丸みを帯びやすいので、本発明は成形法で作製された回折光学素子に対して特に有効である。成形法には、熱可塑性樹脂を成形する射出成形法、加熱して軟化したガラスをプレス成形するガラスモールド法、未硬化で液体状態の紫外線硬化樹脂又は熱硬化型樹脂を硬化させる樹脂成形法、等があるが、特に射出成形法とガラスモールド法は格子面の先端（山と谷）の丸みが大きい。丸みが大きいほど、山の頂上と谷の底との段差と理想の格子高との差異は大きくなり、従来方法では回折効率が低くなる。従って、本発明は、射出成形法とガラスモールド法に於いて特に有効である。
【００４３】
以上のように、本発明の回折光学素子は、丸みのある山と丸みのある谷との段差を、式１を基に決めているために、回折光学素子の格子面の山、谷の丸みが比較的大きい場合でも回折効率が高く、且つフレアが少ない。
【００４４】
以下、実施例１〜４を開示するが、これら実施例の説明のために共通して図９を合わせ用いる。
［実施例１］
本実施例では、ガラスモールド法で、図６で示される３０ｍｍ×３０ｍｍの単層型回折光学素子を作製した。この単層型回折光学素子の基板７の材料は低融点ガラス（住田光学ガラス社製Ｐ−ＳＫ６０：ｄ線屈折率ｎｄ＝ｎ１＝１．５９１９）であり、回折格子３としてブレーズ型の直線格子を具える。
（１）単層型回折光学素子の使用波長をｄ線波長５８７．６ｎｍ、回折次数を１０、媒質を空気（ｎ２＝１．０）とした。
（２）λ＝５８７．６ｎｍ、ｍ＝１０、ｎ１＝１．５９１９、ｎ２＝１．０を前記式２に代入して、理想の回折格子の格子高９．９μｍを求めた。
（３）作製対象の回折格子の格子面の所望の形状を、作製対象の単層型回折光学素子の所望の光学特性から決定した。この所望の形状は格子面は山と谷とが丸みを帯びており、格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓは（２）で決定された格子高９．９μｍに等しく、格子面の斜面が直線状であり、ピッチは１５０μｍである。
（４）成形型の型面の形状を決定した。型面は、段差が（３）で決定された段差９．９μｍよりも２．５μｍ大きい１２．４μｍであり、且つ、（３）で決定された格子面の反転形状を谷の方向（格子面では山の方向に対応する）に２．５μｍだけ引き延ばした形状に決定された。型面の谷と山の曲率半径は、この谷と山に各々対応する所望の格子面の山と谷の曲率半径よりも小さくされた。
（５）（４）で決定された形状の型面の成形型を以下のようにして作製した。
炭素綱製の３０ｍｍ×３０ｍｍのブランク上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を先端径が３μｍのダイヤモンドバイトで切削加工し、所望の型面を形成することにより成形型を作製した。
（６）（５）で作製した成形型を上部成形型として用い、以下のようにガラスモールド法で回折格子を成形した。尚下部成形型の型面は平面とした。
【００４５】
成形機（加熱加圧状態での成形型の近傍を図１２に示す）にセットした上部成形型２１と下部成形型２２と上記低融点ガラスの３０ｍｍ×３０ｍｍの平板の母材２０とを、窒素雰囲気中で４１５℃に加熱しながら、成形型２１、２２を母材２０に接触させ、加圧して、押し当てて、成形型の型面２４、２５を母材２０の面に転写し、冷却、離型後、母材（基板）２０の上面に格子面が、下面に平面が成形された回折光学素子を成形機から取り出した。
【００４６】
このようにして製造された単層型回折光学素子は、図９に示すように、格子面の山と谷とが成形型の対応する谷と山よりも丸みを帯びており、山の頂上と谷の底との段差Ｓが所望の９．９μｍだった。
［実施例２］
本実施例では図１０で示される５０ｍｍφの密着複層型回折光学素子をガラスモールド法により作製した。図１０にて４は格子面、７は基板、１４は樹脂層である。この密着複層型回折光学素子の回折格子の基板の材料は低融点ガラス（住田光学ガラス社製Ｐ−ＳＫ６０：ｄ線屈折率ｎｄ＝ｎ１＝１．５９１９）、媒質である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、そのピッチは中心から外側に向かうに従い小さくなり、この同心円状格子は平面上に配列される。また、使用波長はｄ線の波長である５８７．６ｎｍ、回折次数を１とする。
（１）λ＝５８７．６ｎｍ、ｍ＝１、ｎ１＝１．５９１９、ｎ２＝１．５５５を式２に代入して、理想の回折格子の格子高１６．３μｍを求めた。
（２）作製対象の回折格子の格子面の形状を決定した。この作製対象の回折格子の格子面は山５と谷６とが丸みを帯びており、格子面の山の頂上と谷の底との段差Ｓは（１）で決定された格子高１６．３μｍに等しく、格子面の斜面は曲線状であり、ピッチは中央部で２ｍｍ、周辺部で０．２ｍｍの同心円状格子である。
（３）成形型の型面の形状を決定した。型面は、段差が（２）で決定された段差１６．３μｍよりも２．５μｍ大きい１８．８μｍであり、且つ、（２）で決定された格子面の反転形状を谷の方向（格子面では山の方向に対応する）に２．５μｍだけ引き延ばした形状である。型面の谷と山の曲率半径は、この谷と山に各々対応する所望の格子面の山と谷の曲率半径よりも小さくされた。
（４）上で決定された形状の型面の成形型を以下のようにして作製した。
炭素綱製の５０ｍｍφのブランク上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層を先端径が３μｍのダイヤモンドバイトで切削加工し、所望の型面を形成することにより成形型を作製した。
（５）（４）で作製した成形型を上部成形型として用い、以下のようにガラスモールド法で回折格子を成形した。尚下部成形型の型面は平面とした。
成形機（加熱加圧状態での成形型の近傍を図１２に示す）にセットした上部成形型２１と下部成形型２２と上記低融点ガラスの５０ｍｍφの平板の母材２０とを、窒素雰囲気中で４１５℃に加熱しながら、成形型２１、２２を母材２０に接触、加圧して、押し当てて成形型の型面２４、２５を母材２０の面に転写し、冷却、離型後、母材（基板）２０の上面に同心円状の格子面が、下面に平面が成形された回折格子基板を成形機から取り出した。
【００４７】
このようにして作製された回折格子基板は、図９に示すように、格子面の山と谷とが成形型の対応する谷と山よりも丸みを帯びており、山の頂上と谷の底との段差Ｓが所望の１６．３μｍだった。
（６）回折格子基板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、型面が平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、樹脂層を所定厚みに調整した。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。
（７）光硬化後、金型を樹脂から離型することにより、図１０のような所望の回折格子を具えた密着複層型回折光学素子が得られた。
【００４８】
このようにして製造された密着複層型回折光学素子は、図９に示すように、格子面の山と谷とが成形型の対応する谷と山よりも丸みを帯びており、山の頂上と谷の底との段差Ｓが所望の１６．３μｍだった。
［実施例３］
本実施例では、射出成形法で、図６で示される３０ｍｍ×３０ｍｍの単層型回折光学素子を作製した。この単層型回折光学素子の母材は脂環式オレフィン系熱可塑性樹脂（ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ：ｎｄ＝ｎ１＝１．５１０）であり、回折格子としてブレーズ型の直線格子を具える。
（１）実施例１の（１）と同様である。
（２）λ＝５８７．６ｎｍ、ｍ＝１０、ｎ１＝１．５１０、ｎ２＝１．０を式２に代入して、理想の回折格子の格子高１１．５μｍを求めた。
（３）作製対象の回折格子の格子面の所望の形状を決定した。この所望の形状は山５と谷６とが丸みを帯びており、格子面の山の頂上と谷の底との段差は（２）で決定された格子高１１．５μｍに等しく、格子面の斜面が直線状であり、ピッチ１５０μｍの直線状である。
（４）射出成形用の成形型の型面の形状を決定した。型面は、段差が（３）で決定された段差１１．５μｍよりも２．０μｍ大きい１３．５μｍであり、且つ、（３）で決定された格子面の反転形状を谷の方向（格子面では山の方向に対応する）に２．０μｍだけ引き延ばした形状に決定した。型面の谷と山の曲率半径は、この谷と山に各々対応する所望の格子面の山と谷の曲率半径よりも小さくされた。
（５）上で決定された形状の型面を有する射出成形用の成形型を作製し、射出成形することにより、所望の形状の格子面を有する回折格子を具える単層型回折光学素子を作製した。
【００４９】
このようにして製造された単層型回折光学素子は、図９に示すように、格子面の山と谷とが成形型の対応する谷と山よりも丸みを帯びており、山の頂上と谷の底との段差Ｓが所望の１１．５μｍだった。
［実施例４］
本実施例では図５で示される５０ｍｍφの密着複層型回折光学素子をガラスモールド法により作製した。図５にて４は格子面、７は基板、１４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低融点ガラス（住田光学ガラス社製Ｐ−ＳＫ６０：ｄ線屈折率ｎｄ＝ｎ１＝１．５９１９）、媒質である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、そのピッチは中心から外側に向かうに従い小さくなり、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５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、回折次数を１とする。
（１）実施例２の（１）と同様に求めた。
（２）作製対象の回折格子の格子面の形状を実施例２の（２）と同様な形状に決定した。但し、同心円状格子は平面上にではなくて、上に凸の９３ｍｍＲの球面上に配列するようにした。
（３）上部成形型の型面の形状を実施例２の（３）と同様な形状に決定した。但し、型面を全体的に平面状にするのではなくて、下に凹の９３ｍｍＲの球面状にした。また、基板の格子面に対向する面を成形するための下部成形型の型面の形状を上に凸の９３ｍｍＲに決定した。
（４）上部成形型を、実施例２の（４）と同様な方法で、（３）で決定された形状の型面をブランクに形成することにより作製した。下部成形型は、上で形状が決定された型面を炭素綱製の５０ｍｍφのブランクに形成し、その上にＮｉ及びＰを主成分とする無電解メッキ層を形成した後、切削加工することにより作製した。
（５）（４）で作製した成形型を用い、実施例２の（５）と同様なガラスモールド法で、回折格子と対向の球面を成形した。
このようにして作製された回折格子基板は、図９に示すように、格子面の山と谷とが成形型の対応する谷と山よりも丸みを帯びており、山の頂上と谷の底との段差Ｓが所望の１６．３μｍだった。
（６）回折格子基板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。
（７）光硬化後、樹脂を金型から離型することにより、図５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が得られた。
【００５０】
以上、実施例１〜４で説明した本発明の回折光学素子は、格子面の山の頂上または谷の底が丸みを帯びている場合でも、丸みを帯びた山の頂上と丸みを帯びた谷の底との段差を考慮して設計されているので、回折効率が高く、且つフレア光が少なく、高性能である。更に、本発明の回折光学素子は、製造に当たって、成形型の型面の形状をブレーズ型の回折格子の理想的な形状である山と谷との曲率半径が極小の刃先状にする必要がない上に、回折格子の格子面の形状を成形型の型面の正確な反転形状にする必要もないので、製造が容易であり、従って製造コストが低い。
［実施例５］
図１１は本発明の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４の密着複層型回折光学素子１５を用いている。
【００５１】
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、本発明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。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の回折光学素子は、格子面の山の頂上または谷の底が丸みを帯びている場合でも、丸みを帯びた山の頂上と丸みを帯びた谷の底との段差を考慮して設計されるので、回折効率が高く、且つフレア光が少ない。又、本発明の回折光学素子を用いた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】本発明の単層型回折光学素子と密着複層型回折光学素子の回折格子３の格子面４の断面を示す。
【図２】ブレーズ型回折格子の理想的な格子面４の断面形状を示す。
【図３】理想形状格子面の格子高Ｌと、成形して得られた格子面の段差Ｓ’との関係を示す。
【図４】格子の切削加工の様子を示す。
【図５】本発明の実施例４の密着複層型回折光学素子である。
【図６】本発明の単層型回折光学素子１を示す。
【図７】本発明の密着複層型回折光学素子２を示す。
【図８】ブレーズ型回折光学素子の理想的な形状を示す。
【図９】本発明の実施形態及び実施例の、回折光学素子及びその製造方法の説明に共通に用いる、回折格子の格子面と成形型の型面の断面の拡大図を示す。
【図１０】本発明の実施例２の密着複層型回折光学素子を示す。
【図１１】本発明の回折光学素子を用いたカメラ用の光学系を示す。
【図１２】成形機の成形型の近傍を示す。
【符号の説明】
１    単層型回折光学素子
２    密着複層型回折光学素子
３    回折格子
４    格子面
５    格子面の山
６    格子面の谷
７    回折格子の基板
８    媒質
９    媒質部
１０    理想的な成形型の谷の頂点
１１    本発明に用いる成形型の丸みのある谷
１４    樹脂層
１５    実施例４の密着複層型回折光学素子
２０    母材
２１    上部成形型
２２    下部成形型
２３    スリーブ
２４、２５    型面
【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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