(57)【要約】【課題】構成が単純であり、また工程数の増加を必要とせずに低コストで量産化を図ることができ、有害光の発生を減少させることが可能となる回折光学素子、積層回折光学素子、及び回折光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】ブレーズド形状の回折格子を有する回折光学素子において、前記ブレーズド形状の回折格子の溝部及び先端部の少なくとも一方には、前記回折格子の縦面への入射光を偏向する、格子の傾斜角度が変更された傾斜部１１，１２が形成された構成とする。【選択図】            図２
2005346004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーズド形状の回折格子を有する回折光学素子において、前記ブレーズド形状の回折格子の溝部及び先端部の少なくとも一方には、前記回折格子の縦面への入射光を偏向する、格子の傾斜角度が変更された傾斜部が形成されていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記傾斜部は、前記格子の傾斜角度に対して、１５度〜２５度であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記格子形状は、格子の傾斜角度に対して、３０〜６０度面取りされていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子が、２層以上の積層された構造を有することを特徴とする積層回折光学素子。
【請求項５】
成形型によって回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法において、前記回折光学素子におけるブレーズド形状の回折格子の、溝部及び先端部の少なくとも一方の傾斜角度が変更された傾斜部を有する成形型を用い、回折格子形状を形成することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記回折光学素子は、２層以上の積層構造を有する回折光学素子であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子及び回折光学素子を複数積層した積層回折光学素子と、回折光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系の色収差を補正するためには、分散の異なる硝材からなる光学素子を組み合わせることによりなされていた。また、屈折型光学系（レンズ）ではなく、回折型光学系を用いることが、ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．１３５４  第２４〜３７巻に開示されている。
ところで、分光特性を有する光学系に回折効率を有する回折面を付加する場合、使用する波長領域における回折効率を高く保つことが重要である。しかし、回折型光学系においては、設計次数以外の次数の光は、次数が離れるだけ回折角が大きくなり、焦点距離の差が大きくなるので、デフォーカスとして現れ、特に高輝度な光源が存在する場合、サイドローブが生じることがある。
【０００３】
一方、２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を構成することにより、画質および情報において、かなりの品質向上が期待でき、光学的性能を向上させることが可能となる。
このような２層あるいはそれ以上の多層を有する積層構造の回折光学素子を実現する方法として、従来、微細加工技術の代表的なものとして、半導体製造プロセスである光リソグラフィーあるいはダイヤモンドバイトによる精密切削技術が知られている。それらの加工技術による微細形状を型とし、プラスチックまたはガラスを成形することで、上記積層構造の回折光学素子を製造することができる。
【０００４】
このような回折光学素子の性能は、格子となる材料の光学特性と、格子の形状によって決定される。カメラなど光学機器への使用を考えると、回折光学素子の性能を十分に活用するためには、その格子の高さを数μｍ程度にすることが条件になってくる。そのため、光学機器に入射してくる光に対して不必要な入射面となる格子の側面を大きくすることになり、この格子の側面に入射した光による反射光あるいは屈折後透過した光は、結像面においてフレア成分として現れ、著しく画質を悪化させる原因となる。
前述したように回折光学素子の性能は、格子となる材料の光学特性により改善することが可能であるが、現状では材料開発には限界がある。また、回折素子を球面上に位置付けることにより、有効光に対して極力影響がないように構成しても、斜入射光によるエッジフレア等の発生を避けることは困難である。
【０００５】
このような、斜入射光に対しては、レンズ群の鏡筒側にフードを取り付けることにより防止を図ることも可能であるが、これによると製品長が伸びるため、好ましくない。また、これらの対策として、例えば特許文献１のように格子壁面を通過した光をマスクにより遮光する提案がなされている。
【特許文献１】特開２０００−４８９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述特許文献１の格子壁面を通過した光をマスクにより遮光する発明によれば、斜入射光によるフレアの発生を減少させることが可能となるが、回折格子のエッジ部に対して入射あるいは出射する光を遮光するための手段を設けることが必要となる。そのため遮光を施す追加工程を要することとなり、コスト面等において必ずしも満足の行くものではない。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みて、構成が単純であり、また工程数の増加を必要とせずに低コストで量産化を図ることができ、有害光の発生を減少させることが可能となる回折光学素子、積層回折光学素子、及び回折光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成した回折光学素子、積層回折光学素子、及び回折光学素子の製造方法を提供するものである。
すなわち、本発明の回折光学素子は、ブレーズド形状の回折格子を有する回折光学素子において、前記回折格子の側面への入射光を偏向する格子構造を有し、該入射光を偏向する格子構造によってエッジフレアの影響を調整・低減することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の回折光学素子の製造方法は、成形型によって回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法において、前記回折光学素子におけるブレーズド形状の回折格子の溝部及び／または先端部の傾斜角度の変更された形状を形成するための成形型を用い、格子形状を形成する工程を有することを特徴としている。また、本発明においては、前述したいずれかの回折光学素子を用いて光学系を構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構成が単純であり、また工程数の増加を必要とせずに低コストで量産化を図ることができ、有害光の発生を減少させることが可能となる回折光学素子及びその製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
本発明における実施例１は、上記した本発明の構成を適用したものであり、図を用いて説明する。
図１は本発明によって製造される回折光学素子の構成を示す断面図である。本実施例の積層回折光学素子１は、回折光学格子がブレーズド形状の格子を有している２つの回折光学素子を積層した構成となっている。第１層の回折光学素子２は、ガラス基板３の上に高屈折率で分散の大きい変性ウレタンアクレリートを主成分とする光硬化樹脂で成形されている。また、第２層の回折光学素子４は、ガラス基板５の上に低分散のアクレリート系紫外線硬化樹脂で成形されている。積層回折光学素子１は、第１層の回折光学素子２と第２層の回折光学素子４のそれぞれのブレーズド形状の格子が、空隙部６を介して対向するように接合されている。
【００１３】
第１、第２層の回折光学素子２の樹脂の種類は、積層回折光学素子１の要求される特性により任意に選択することができる。すなわち積層回折光学素子１の光学的設計は、２種あるいは多種の樹脂材料のコンビネーションにより決定される。また、重ねる順序も同様に任意で選択できる。
【００１４】
本実施例において使用した樹脂の光学的特性と、上記２層構造の回折光学素子の設計仕様は以下の通りである。
第１層材料の主成分：メタクリレリート系紫外線硬化樹脂
・硬化後の屈折率        １．６３５
・アッベ数              ２３
第２層材料の主成分：ウレタン変性ポリエステルアクレリート系紫外線硬化樹脂
・硬化後の屈折率        １．５２５
・アッベ数              ５０．８
カメラなどの光学機器での使用波長領域の光束が、特定次数に集中する格子構造としては、例えば、ｃ線波長５６５．２７ｎｍとｇ線４３５．８３ｎｍにおいて、積層回折光学素子が高い回折効率を得るように、それぞれの材料での格子形状を決めなければならない。本実施例では、格子高さを高屈折率樹脂では６．７４μｍ、低屈折率樹脂では９．５０μｍとした。格子ピッチは回折レンズの目的から、中心から離れるにしたがって小さくなり、最小ピッチは４０μｍ弱である。また、両材料より成形される回折格子において、ピッチは同一とする。ただしこれらの値は、積層回折光学素子１の要求される光学的設計値に応じて、適宜選択できるものである。
【００１５】
第１層の回折光学素子２及び、第２層の回折光学素子４のブレーズド形状を成形する成形型には、光学有効部外に円上に凹あるいは凸の形状が切削工程で施されている。各凹凸の回折レンズの中心からの位置は、第１層の回折光学素子２及び、第２層の回折光学素子４において等しいことが必要であり、実際の切削加工ではその差は１μｍ内としなければならない。
【００１６】
本実施例では、回折光学素子を成形型によって、格子形状の先端部と溝部に格子の傾斜角度が変更された傾斜部を有する形状となるように形成する。その構成を図２に示す。図２において、１１は格子形状の溝部の傾斜角度が変更された傾斜部であり、１２は格子形状の先端部の傾斜角度が変更された傾斜部である。傾斜角度と傾斜角度を変える領域は、製品形態により最適化される。
格子形状の溝部の傾斜角度が変更された傾斜部１１の形状は、格子の傾斜角度に対して、１５度〜２５度を持つようにするのが望ましい。また傾斜部１１は平坦部でも、曲面上であってもかまわない。また、格子形状の先端部の傾斜角度が変更された傾斜部１２の形状は、格子の傾斜角度に対して、３０〜６０度面取りをするように形状を取ると十分な効果が得られる。
【００１７】
つぎに、本実施例における回折光学素子の作成工程について説明する。まず、第１層材料及び第２層材料を、前述の格子形状を有する成形型上の中心に、ディスペンサーで制御することで所定量滴下する。樹脂材料が型の回折格子形状域と周辺部の凹あるいは凸形状まで広がったのち、真空容器内で約１０ｍｍＨｇに減圧し脱泡を行うことが好ましい。それは格子形状がピッチ４０μｍで格子高さが１０μｍを超えると、樹脂が型上で広がる際に微細形状内に空気を溜めてしまうことが確認されているため、成形品の形状欠陥をきたすためである。脱泡したあとに、成形品の基板となるガラス板の中心にごく少量の上記した樹脂を滴下し、その樹脂滴と型上の樹脂を最初に接触させた後、ゆっくりとガラス板を降下させ、所望の膜厚位置で固定する。
【００１８】
つぎに、紫外線ランプで仮硬化させ、ガラス基板の周囲を引き上げることにより型から成形品ごと離型させる。ガラス基板は、樹脂との密着性を高めるため表面にシランカップリング剤をスピンナーで塗布の後、オーブンで乾燥させる処理をしておく。
以上により、図３（ａ）に示すような凸レンズタイプの第１層の回折光学素子２と、図３（ｂ）に示すような凹レンズタイプの第２層の回折光学素子４の成形品が出来上がる。
【００１９】
つぎに、第１層の回折光学素子２と第２層の回折光学素子４の接合方法について述べる。前記第１層の回折光学素子２と第２層の回折光学素子４の一方を、固定治具にセットし、凹あるいは凸形状より外側に流動性の小さいチキソ系光硬化接着剤を周方向の複数箇所に滴下する。もう一方の回折レンズを成形面側に向き合わせ、その中心が合うよう重ね合わせる。そのとき、回折格子域には干渉縞が見られ、それを目安に中心への粗調整をしても良い。周辺部に施した凹凸形状の円が重なるようにして、組み込んだのち、紫外線を照射し上記複数箇所に滴下した接着剤を硬化させる。
【００２０】
つぎに、以上のようにして形成された本実施例の回折光学素子における光の進行の様子について説明する。図４は、従来例の回折光学素子における格子の溝部の傾斜角度が変更されていない構成において、樹脂側からの光入射の場合を説明する断面図である。図４において１１’は格子形状の溝部の傾斜角度が変更されていない。入射光１３’は格子縦面で反射し、これにより撮像面へのエッジフレアを生じさせる。
図５は、本実施例の回折光学素子における格子の溝部における傾斜角度の変更された構成例において、樹脂側からの光入射の場合を説明する図である。図５において１１は格子形状の溝部の傾斜角度が変更された部分であり、本実施例では、格子形状の溝部の傾斜部の傾斜角度が、図５に示すように、６０度の傾斜角度になるように変更されている。これにより、入射光１３は屈折により偏向し、格子縦面への入射方向が変わるので、格子縦面からの反射光も偏向される。これにより撮像面へのエッジフレアの影響を調整・低減することが可能となる。
【００２１】
図６に、従来例の回折光学素子における格子の先端部の傾斜角度が変更されていない構成において、空気側からの光入射の場合を説明する図を示す。図６において１２’は格子形状の先端部の傾斜角度が変更されていない。入射光１４’は格子縦面で反射し、これにより撮像面へのエッジフレアを生じさせる。
図７は、本実施例の回折光学素子における格子の先端部の傾斜角度が変更された構成例において、樹脂側からの光入射の場合を説明する断面図である。図７において１２は格子形状の先端部の傾斜角度が変更された部分であり、本実施例では、格子形状の先端部の傾斜部の傾斜角度が、図７に示すように、６０度の傾斜角度になるように変更されている。これにより、入射光１４は屈折により偏向し、格子縦面への入射方向が変わるので、格子縦面からの反射光も偏向される。これにより撮像面へのエッジフレアの影響を調整・低減することが可能となる。
以上のように、本実施例によれば、撮像面へのエッジフレアの影響を起こす斜め入射の角度変更を、単純に格子形状を変えるだけで実現することができ、回折光学素子の製造に際して、工程数の増加を必要とせずに低コストで量産化を図ることが可能となる。
【００２２】
［実施例２］
本発明における実施例２は、前述した本発明の構成を適用したものであるが、格子形状の溝部あるいは先端部の傾斜部の傾斜角度を、実施例１に比してより大きくした点が実施例１と相違する。尚実施例１と重複する部分の説明は省略する。
図８に、本実施例の回折光学素子における格子の溝部における傾斜部の傾斜角度を２５〜３５度にし、実施例１に比してより大きく変更した構成例を示す。図８において、２１は格子形状の溝部の傾斜角度が変更された部分である。そのため、入射光２３は屈折により偏向し、格子縦面への入射方向が変わるので、格子縦面からの反射光も偏向されることにより、撮像面への入射を制御しフレアを低減することが可能になる。
また、図９に本実施例の回折光学素子における格子の先端部における傾斜部の傾斜角度を５０度にし、実施例１に比してより大きく変更した構成例を示す。図９において、２２は格子形状の先端部の傾斜部の傾斜角度が変更された部分である。そのため、入射光２４は屈折により偏向し、格子縦面への入射方向が変わるので、格子縦面からの反射光も偏向される。本実施例によれば、撮像面へのエッジフレアの影響を起こす斜め入射の角度を、実施例１に比してより大きく変えることが可能となる。なお、本実施例では、通常の格子形状の場合より頂点高さが大きくなるので、積層構造の回折光学素子の形成において、回折光学素子の接合に際して、空気ギャップの補正を図るようにする。
【００２３】
［実施例３］
本発明における実施例３は、前述した本発明の構成を適用したものであるが、実施例１及び実施例２では格子の溝部のみ、あるいは先端部のみの傾斜部を考慮した構成であったのに対して、本実施例では格子形状の溝及び先端部の傾斜角度の双方を変更して積層構造の回折光学素子を構成した点が実施例１及び実施例２と相違するだけであるので、実施例１及び実施例２と重複する部分の説明は省略する。
図１０に、本実施例の格子形状の溝及び先端部の傾斜部の傾斜角度の双方を変更して積層した積層構造の回折光学素子の構成例を示す。図１０において、３１は格子形状の溝部の傾斜角度が変更された部分であり、３２は格子形状の先端部の傾斜角度が変更された部分である。
本実施例によれば、格子の縦面へ入射する光を偏向することにより、格子の縦面での反射光の角度を調整することが可能となるため、撮像面へのエッジフレアの低減化に際して、より多様に対処することが可能となる。
【００２４】
以上の各実施例における光学特性の優れた回折光学素子を用いて光学系を構成し、それらを撮影装置あるいは観察装置等に適用することが可能となる。また、これらの各実施例の説明では、積層構造の回折光学素子について説明したが、本発明はこのような積層構造の回折光学素子に限らず、単層の回折光学素子にも適用されることは、言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１における積層構造を有する回折光学素子の構成を示す断面図。
【図２】実施例１における回折格子の溝部及び先端部の構成を示す断面図。
【図３】実施例１における回折格子の凹・凸レンズタイプの回折光学素子の構成を示す断面図。
【図４】従来例の回折光学素子における回折格子の溝部の構成を説明する断面図。
【図５】実施例１の回折光学素子における回折格子の溝部の構成を説明する断面図。
【図６】従来例の回折光学素子における回折格子の先端部の構成を説明する断面図。
【図７】実施例１の回折光学素子における回折格子の先端部の構成を説明する断面図。
【図８】実施例２の回折光学素子における回折格子の溝部の構成を示す断面図。
【図９】実施例２の回折光学素子における回折格子の先端部の構成を示す断面図。
【図１０】実施例３における回折光学素子の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１：回折光学素子
２：第１層の回折光学素子
３、５：ガラス基板
４：第２層の回折光学素子
６：空隙部
１１、２１、３１：格子形状の溝部の傾斜角度が変更された部分
１２、２２、３２：格子形状の先端部の傾斜角度が変更された部分
１３、１３’、１４、１４’、２３、２４：入射光
【図１】
2005346004.tif 000003
【図２】
2005346004.tif 000004
【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】
2005346004.tif 000009
【図８】
2005346004.tif 000010
【図９】
2005346004.tif 000011
【図１０】
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