(57)【要約】【課題】、クラック発生が抑制される回折光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする【解決手段】本発明の回折光学素子は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面に回折格子を有する基体１と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、基体の回折格子上に設けられた光学調整層５とを備え、基体１の表面１ａは、曲面形状に沿って回折格子が形成された第１領域３と、第１領域３を囲む略平面状の第２領域４とを含み、光学調整層５は、基体の第１領域３および第２領域４の少なくとも一部を覆っており、光学調整層５の表面５ａは第１領域３と第２領域４との境界近傍上において、フィレット形状６を有している。【選択図】図１
2012220705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面に回折格子を有する基体と、
第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記基体の前記回折格子上に設けられた光学調整層と、
を備え、
前記基体の前記表面は、曲面形状に沿って前記回折格子が形成された第１領域と、前記第１領域を囲む略平面状の第２領域とを含み、
前記光学調整層は、前記基体の前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一部を覆っており、前記光学調整層の表面は前記第１領域と前記第２領域との境界近傍上において、フィレット形状を有している、回折光学素子。
【請求項２】
前記光学調整層の前記表面は金型成形されている請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記フィレット形状は、前記基体の光軸を含む断面において、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍの曲率半径を有する部分を含む請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記光学調整層の表面は、前記基体の前記第１領域上において、前記回折格子が有する回折段差の先端を結ぶ包絡面と略同一形状を有している、請求項１から３のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記光学調整層は、前記包絡面の法線方向に沿って０．０３ｍｍ以下の厚さを有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第１光学材料は、前記第２光学材料よりも低い屈折率および高い分散性を有する請求項１から５のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記第１樹脂はポリカーボネートである、請求項１から６のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記第２光学材料はさらに無機粒子を含み、前記第２光学材料は前記無機粒子が前記第２樹脂に分散しているコンポジット材料である請求項１から７のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記無機粒子は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、アルミナおよびシリカのうちの少なくとも１種類の酸化物を主成分とする請求項８に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面に回折格子を有する基体と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記基体の前記回折格子上に設けられた光学調整層とを備えた回折光学素子の製造方法であって、
前記回折格子の表面の形状を規定する曲面を備えた第１領域と、前記第１領域を囲む略平面状の第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域との境界にフィレット形状が設けられた金型を用意する第１の工程と、
前記第２光学材料の原料を前記金型の前記第１領域に配置する第２の工程と、
前記第１領域に配置された前記第２光学材料の原料を、前記基体の前記回折格子を有する表面で押圧する第３の工程と、
を包含する、回折光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記フィレット形状は、前記回折格子の表面の形状を規定する曲面の中心軸を含む断面において、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍの曲率半径を有する請求項１０に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２光学材料の原料は光硬化性を有し、
光を照射して前記第２光学材料の原料を硬化させる工程をさらに包含する、請求項１０または１１のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２光学材料の原料は紫外線硬化性を有し、
紫外線を照射して前記第２光学材料の原料を硬化させる、請求項１２に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記金型と前記基体とを直接押し付けたときに形成される前記成形面と前記回折格子の間の空間に前記光学調整層を形成する、請求項１０から１３のいずれか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、回折光学素子およびその製造方法に関する。特に、レンズ基体の表面に光学調整層を有し、回折効率の波長依存性を低減した回折光学素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折光学素子は、ガラスや樹脂等の光学材料によって構成される基体の表面に、多くの溝状の格子構造を備える。回折光学素子は、種々の光学系に用いられており、たとえば、特定次数の回折光を１点に集めるように設計したレンズや、空間ローパスフィルタ、偏光ホログラム等として使用するもの等が知られている。
【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徴を有する。また、屈折とは逆に長波長の光ほど回折は大きく発現することから、回折光学素子を屈折系の光学素子と組み合わせることにより、光学系の色収差や像面湾曲を改善することも可能である。
【０００４】
一方、上述した回折光学素子においては、回折効率は理想的に光の波長に依存することから、特定の波長の光で回折効率を最適となるように回折光学素子を設計すると、その他の波長では回折効率が低下するという課題を有する。たとえば、カメラ用レンズ等の白色光を利用する光学系に回折光学素子を用いる場合、この回折光学素子単独では白色光の全域において同じ回折効率が得られないため、撮影した画像の品位が低下するという課題が生じる。
【０００５】
このような課題に対して、特許文献１は、光学材料からなり、表面に回折格子が設けられた基体と、基体と異なる光学材料からなり、回折格子を覆う光学調整層とを備えた、位相差型の回折光学素子を開示している。
【０００６】
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とした場合、下記式（１）を満たす場合、波長λの光に対するｍ次回折効率が１００％となる。ここで、ｍは整数であり、回折次数を示す。
【数１】
2012220705.tif 000003
【０００７】
したがって、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ることができれば、回折効率の波長依存性を低減することができる。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１は、基体を構成する光学材料としてガラスまたは樹脂を用い、光学調整層を構成する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。
【０００８】
特許文献２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、基体を構成する光学材料としてガラスを用い、光学調整層を構成する光学材料としてエネルギー硬化型樹脂を用いることを開示している。特許文献２は、この構造によって、回折効率の波長依存性を低減し、色むらや不要次数光によるフレア発生等を有効に防止できると開示している。
【０００９】
本願の出願人は、特許文献３において、光学調整層として、マトリクス樹脂中に平均粒径１ｎｍ〜１００ｎｍの無機粒子を含んだコンポジット材料を用いることを提案している。このコンポジット材料は、分散させる無機粒子の材料や無機粒子の添加量によって屈折率およびアッベ数を制御でき、従来の樹脂にはない屈折率およびアッベ数を得ることができる。したがって、コンポジット材料を光学調整層に用いることにより、基体を構成する光学材料として樹脂を用いた場合の回折格子の設計自由度を高くして、成形性を向上させ、かつ優れた回折効率の波長特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２６８１１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９２０８号公報
【特許文献３】国際公開第０７／０２６５９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願発明者は、従来の回折光学素子において、基体および光学調整層を異なる樹脂によって形成した場合、回折光学素子の製造時において光学調整層にクラックが発生し易いことを見出した。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、クラック発生が抑制された回折光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の回折光学素子は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面に回折格子を有する基体と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記基体の前記回折格子上に設けられた光学調整層とを備え、前記基体の前記表面は、曲面形状に沿って前記回折格子が形成された第１領域と、前記第１領域を囲む略平面状の第２領域とを含み、前記光学調整層は、前記基体の前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一部を覆っており、前記光学調整層の表面は前記第１領域と前記第２領域との境界近傍上において、フィレット形状を有している。
【００１４】
本発明の回折光学素子の製造方法は、第１樹脂を含む第１光学材料からなり、表面に回折格子を有する基体と、第２樹脂を含む第２光学材料からなり、前記基体の前記回折格子上に設けられた光学調整層とを備えた回折光学素子の製造方法であって、前記回折格子の表面の形状を規定する曲面を備えた第１領域と、前記第１領域を囲む略平面状の第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域との境界にフィレット形状が設けられた金型を用意する第１の工程と、前記第２光学材料の原料を前記金型の前記第１領域に配置する第２の工程と、前記第１領域に配置された前記第２光学材料の原料を、前記基体の前記回折格子を有する表面で押圧する第３の工程とを包含する。
【００１５】
ある好ましい実施形形態において、前記フィレット形状は、前記回折格子の表面の形状を規定する曲面の中心軸を含む断面において、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍの曲率半径を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学調整層の表面にフィレット形状を設けることにより、光学調整層に発生する応力を緩和し、光学調整層にクラックが生じるのを抑制することができる。これにより、生産性に優れた回折光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、本発明による回折光学素子の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は基体の平面および断面を示す図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ部分を拡大して示す図である。
【図２】光学調整層のフィレット形状部分を拡大して示す図である。
【図３】フィレットを規定する曲率半径と膜応力の関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明による回折光学素子を製造するために用いる金型の断面を示す図であり、（ｂ）は、フィレット形状部分を拡大して示す図であり、（ｃ）は、フィレット形状を決定する方法を説明する図である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は、本発明による回折光学素子の製造方法の実施形態を示す工程断面図である。
【図６】実施例および比較例の回折光学素子におけるクラックの発生を調べた結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願発明者は、基体および光学調整層が異なる樹脂によって構成される回折光学素子の光学調整層に生じるクラックについて詳細に検討した。
【００１９】
通常、２つの異なる材料が接触あるいは被着した状態で構成される部品を製造する場合、２つの材料の熱収縮率をほぼ同一にすることにより、収縮率差による応力を抑制し、クラックを防止することが考えられる。しかし、本願発明者が検討したところ、基体と光学調整層との熱収縮率を同一にしても、光学調整層にはクラックが発生しやすいことを見出した。特に光学調整層としてコンポジット材料を用いる場合にクラックの発生が顕著であった。
【００２０】
詳細な検討の結果、光学調整層が回折格子の表面を覆い、さらに回折格子が設けられた領域の周辺を覆っている場合、光学調整層にクラック発生しやすいことが分かった。本願発明者は、このような知見に基づき、本願発明者はクラックの発生が抑制される新規な構造を備えた回折光学素子を想到した。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明による回折光学素子の実施形態を説明する。図１（ａ）は本発明による回折光学素子の一実施形態を示す断面図である。図１（ａ）に示す回折光学素子は、基体１と光学調整層５とを備えている。基体１には回折格子２が設けられている。
【００２２】
基体１は、第１光学材料からなる。第１光学材料は第１樹脂を含むことが好ましい。樹脂を含む光学材料を基体１に用いることによって、基体１を金型成形によって製造する場合、ガラスを含む光学材料と比較して、金型の寿命が１０倍程度長くなり、製造コストを低減できるからである。射出成形等の量産性の高い製造方法を用いることもできる。さらに、樹脂を含む材料は金型成形や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２のピッチを小さくすることによって回折光学素子の性能を向上させたり、回折光学素子の小型化が実現できる。さらに、回折光学素子の軽量化を図ることも可能である。
【００２３】
図１（ｂ）は基体１の平面および断面を示している。基体１は表面１ａおよび１ｂを有している。本実施形態では、表面１ｂは平らであり、集光機能を備えていない。なお、表面１ｂは必ずしも平らである必要はなく、曲面形状を含んでいてもよい。一方、表面１ａは、第１領域３および第２領域４を含む。表面１ａの第１領域３は、曲面形状を有しており、曲面形状に沿って回折格子２が形成されている。曲面形状は、好ましくは非球面形状がよい。第２領域４は第１領域３を囲んでおり、略平面状である。「略平面状」とは、第２領域４の表面全体の曲率が小さいことを意味する。表面は平滑でなくてもよい。例えば、第２領域４における基体１と光学調整層５との接触面積が大きくなるように、凹凸が設けられていてもよい。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、光学調整層５は、回折格子２上に設けられており、光学調整層５の端部は表面１ａの第２領域４にまで伸びている。つまり、光学調整層５は、表面１ａにおいて第１領域３および第２領域４の少なくとも一部を覆っている。
【００２５】
光学調整層５の表面５ａは、回折格子２が有する回折段差の先端を結ぶ包絡面に等しい形状を有する。本実施形態では、回折格子２が設けられる基体１の表面１ａは、第１領域３において、非球面形状を有しているため、第１領域３上の光学調整層５の表面５ａも非球面形状を有する。好ましくは、光学調整層５は、包絡面の法線方向に沿って０．０３ｍｍ以下の厚さを有する。
【００２６】
光学調整層５は第２光学材料からなる。波長λにおける第１光学材料および第２光学材料の屈折率をそれぞれｎ１（λ）およびｎ１（λ）とし、回折格子２の回折段差をｄとし、回折次数をｍとした場合、回折段差ｄ、ｎ１（λ）およびｎ１（λ）は、回折光学素子が使用される光の波長領域全体で、以下の式（１’）を満たすことが好ましい。
【数２】
2012220705.tif 000004
【００２７】
式（１’）は、回折光学素子のｍ次回折効率が、おおむね８０％となる条件を示している。回折効率が８０％以上あれば、回折光学素子が使用される光の波長領域全体で回折光学素子は十分優れた光学特性を示す。
【００２８】
回折光学素子が使用される光の波長領域全体で、ｎ１（λ）およびｎ１（λ）が式（１’）を満たすためには、基体１の第１光学材料と光学調整層５の第２光学材料とは、屈折率の波長依存性が逆の傾向を示し、波長に対する屈折率の変化を互いに打ち消し合う特性を備えていることが好ましい。より具体的には、第１光学材料の屈折率は第２光学材料の屈折率より小さく、第１光学材料の屈折率の波長分散性は第２光学材料の屈折率の波長分散性より大きいことが好ましい。屈折率の波長分散性は、たとえば、アッベ数によって表わされる。アッベ数が大きいほど屈折率の波長分散性は小さい。したがって、第１光学材料の屈折率は第２光学材料の屈折率より小さく、かつ、第１光学材料のアッベ数は第２光学材料のアッベ数よりも小さいことが好ましい。第１光学材料および第２光学材料の屈折率の波長依存性は、それぞれに含まれる第１樹脂および第２樹脂の物性に依存する。
【００２９】
光学調整層５の第２光学材料は第２樹脂を含む。好ましくは、第２光学材料は、第２樹脂に無機粒子が分散したコンポジット材料である。これにより、第２光学材料の屈折率およびアッベ数を調整することが可能となる。したがって、調整した適切な屈折率およびアッベ数を有する第２光学材料を光学調整層５に用いることにより、回折光学素子が用いられる光の波長帯域における回折効率を改善することができる。
【００３０】
また、屈折率の高い無機粒子を樹脂に分散させることにより、樹脂単体では達成し得ない高い屈折率を第２光学材料は有することができる。このため、第１光学材料と第２光学材料との屈折率差を拡大することができ、式（１’）から明らかなように、回折格子２が有する回折段差の深さｄを低減することが可能となる。この結果、基体１を成形により作製する場合、回折格子２の転写性が改善する。また、回折段差の深さを浅くできるため、段差の間隔を狭くしても転写が容易となる。したがって、回折格子２の狭ピッチ化による回折性能の向上を図ることができる。さらに、第２樹脂に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、光学以外の特性と両立させることもより容易となる。
【００３１】
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、基体１に第１樹脂を含む第１光学材料を用い、光学調整層５として、第２樹脂に無機粒子が分散した第２光学材料を用いる場合、上述したように第２光学材料は、第１光学材料よりも高屈折率低波長分散性を示すように調整すること可能である。
【００３２】
第１材料および第２光学材料の屈折率および分散性が上述した関係を満たすためには、第２樹脂に分散させる無機粒子も、低波長分散性、すなわち高アッベ数の材料を主成分とすることが好ましい。たとえば、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）、酸化ハフニウム（アッベ数３２）、酸化スカンジウム（アッベ数：２７）、アルミナ（アッベ数：７６）およびシリカ（アッベ数：６８）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特に好ましい。また、これらの複合酸化物を用いてもよい。回折光学素子が用いられる光の波長帯域において、式（１）を満たす限り、さらにこれらの無機粒子に加えて、たとえば酸化チタンや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よい。
【００３３】
第１樹脂としては、一般に光学素子の基体として使用される透光性の樹脂材料の中から、回折光学素子の設計次数における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を有する樹脂を選択する。たとえば、第１樹脂として、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、脂環式アクリル樹脂等のアクリル系樹脂、脂環式オレフィン樹脂等を選択することが、透光性が優れているという点で好ましい。これらの樹脂に対し、成形性や機械特性等を向上させる目的で他の樹脂と共重合させたり、他の樹脂とのアロイ化を行ったり、他の樹脂をブレンドしてもよい。このように第１樹脂は単一の樹脂のみを含んでいてもよいし、２以上の樹脂を含んでいてもよい。
【００３４】
第２樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂、エポキシ樹脂；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；ポリイミドや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を用いることができる。また、ポリカーボネート、液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、非晶性ポリオレフィン等のエンジニアリングプラスチックを用いてもよい。また、これらの樹脂の混合体や共重合体を用いてもよい。また、これらの樹脂を変性したものを用いてもよい。以下において説明するように特に第２樹脂として、熱硬化性樹脂やエネルギー線硬化樹脂を使用すると、生産性に優れるためより好ましい。
【００３５】
第２光学材料として無機粒子が分散したコンポジット材料を用いる場合、第２光学材料中の樹脂成分が減少することから第２光学材料の靭性が低下する。これにより内部応力差が発生した場合にクラックが発生しやすくなると考えられる。しかし、本実施形態の回折格子によれば、以下において説明する構造を有するため、クラックの発生が抑制される。
【００３６】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）においてＡで示す部分を拡大して示している。図１（ｃ）に示すように、本実施形態の回折光学素子において、光学調整層５の表面５ａは第１領域３と第２領域４との境界近傍上において、フィレット形状６を有している。フィレット形状６は回折光学素子の光学的有効領域７の外側に位置している。
【００３７】
図２は、光学調整層５の表面５ａに設けられたフィレット形状６近傍の拡大断面図である。本願明細書において「フィレット」とは、２つの面が交わってできる曲線または直線を稜とする空間の角を丸めることおよび丸められた部分をいう。図２に示すように、本実施形態では、光学調整層５の表面５ａのうち、第１領域３上にある表面形状３'と、第２領域４上にある表面形状４'との境界である曲線５ｂを稜とする角を丸めるように、斜線で示す肉厚部が曲線５ｂに沿って設けられ、フィレット形状６が構成されている。フィレット形状６は、基体１の光軸を含む断面、つまり、半径方向の断面において、凹形の部分円弧を含む。この部分円弧の曲率半径Ｒは、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。通常、製造誤差によって境界が丸みを帯びた場合、境界の角の曲率半径は０．０５ｍｍよりも小さい。このため、製造誤差によって境界が丸みを帯びた程度では、クラックを抑制する効果は十分には得られない。
【００３８】
なお、光学調整層５内の膜応力を均一に近づけるためには、光学調整層５は、基体１の第１領域３上と第２領域４上において、光軸方向に略同一の膜厚を有していることが好ましい。第１領域３と第２領域４において、膜厚を略同一にすることを考えると、図２で示した曲線５ｂは、ちょうど基体の第１領域３と第２領域４との境界上に存在することになる。上述のとおり、この曲線５ｂを稜とする角を丸めるようにフィレット形状６が設けられる。つまり、フィレット形状６は、第１領域３と第２領域４との境界及びその周辺の領域上に、曲率半径Ｒに応じた幅で形成されることになる。
【００３９】
本願発明者の検討の結果、従来の回折光学素子の光学調整層は、回折格子が設けられた領域とその周囲の領域との境界において、薄くなりやすく、また、応力が集中し易いことが分かった。このため、第１領域３と第２領域４との境界近傍上において、光学調整層５の表面５ａにフィレット形状６を設けることにより、光学調整層５を形成する際、屈曲した形状の境界に蓄積される光学調整層５内の応力が緩和され、光学調整層５にクラックが発生するのを抑制することができる。したがって、安定した光学調整層５を形成するプロセスが実現できる。さらに、回折光学素子が完成した後も、光学調整層５内における応力が緩和されているため、回折光学素子が大きな温度差が生じるような環境で使用されたり、高温の環境で使用される場合でも、光学調整層５内の応力が抑制される。したがって、信頼性の高い回折光学素子を実現することができる。
【００４０】
図３は、回折格子が設けられた基体に光学調整層を形成する場合の、フィレット形成部に蓄積される膜応力とフィレットサイズの関係を計算し求めた結果を示している。図３において、縦軸が膜応力（単位はＭＰａ）を示し、横軸が図１（ｃ）で示した前記フィレット形状６の曲率半径Ｒ（単位はμｍ）を示している。丸印および四角印は、回折格子が設けられる基体の曲面形状の曲率がそれぞれ１．９ｍｍおよび３.０ｍｍである場合の結果を示している。Ｒ＝０がフィレットを形成しない比較対象となる形態であり、１００μｍまでは、ほぼ１０μｍ間隔で膜応力との関係を計算した。
【００４１】
図３から、膜応力はフィレット形状６が大きくなるに従い低下することが分かる。また、曲率半径が５０μｍ（０．０５ｍｍ）までは急峻な変化を示すが、５０μｍを越えると膜応力の変化は小さくなる。
【００４２】
また、基体の曲面形状の曲率が１．９ｍｍおよび３.０ｍｍである場合の結果を比較すると、基体の曲面形状の曲率が小さいほど、特にフィレットの曲率半径Ｒが小さい領域において、膜応力が大きくなることが分かる。しかし、基体の曲面形状の曲率が、１．９ｍｍであっても３.０ｍｍであっても、フィレットの曲率半径Ｒが５０μｍ以上になると、膜応力の変化は小さくなる。これらの結果から、フィレットの曲率半径Ｒは、基体の曲面形状に関わらず５０μｍ以上であることが好ましいことが分かる。
【００４３】
一方、フィレット形状６のサイズの上限は、光学的有効領域に緩衝しないサイズであれば性能上は問題ない。ただし、フィレット形状６が大きくなり過ぎると、図１（ｃ）に示すように、フィレット形状６が光学的有効領域７に達し、回折光学素子の光学的特性に影響し得る。また、光学調整層５の第２領域４における平坦部分が小さくなり、回折光学素子を鏡筒などの光学系に組み込んだ場合において、安定にかつ精度良く回折光学素子を保持することが困難となる場合がある。また、第２領域４から、光学調整層５の剥離が生じやすくなる。これらの点を考慮し、フィレットの曲率半径Ｒは３００μｍ（０．３ｍｍ）以下であることが好ましい。
【００４４】
（第２の実施形態）
本発明による回折光学素子の製造法の一実施形態を説明する。まず、図４（ａ）から（ｃ）を参照して、表面にフィレット形状が設けられた光学調整層５を形成するための金型を説明する。図４（ａ）は金型１０の断面を模式的に示している。金型１０は、光学調整層５の表面形状を規定する曲面１１を備えた第１領域３’と、第１領域３’を囲んでおり、平面形状１２を有する第２領域４’と、レンズ当接部１４を有する第３領域２５を含む。曲面１１は、回折格子２の頂点を結ぶ包絡面である非球面形状とほぼ同一の形状を有する。レンズ当接部１４と平面形状１２との高さの差は、光学調整層５の第２領域４における厚さを規定する。
【００４５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）中、Ｂで示す部分を拡大して示している。図４（ｂ）に示すように、第２領域４’の平面形状１２と第１領域３’の曲面１１との境界にフィレット形状１５が設けられ、角が丸められている。このフィレット形状１５は、光学調整層５のフィレット形状６を反転させた形状である。より具体的には、フィレット形状１５は、曲面１１の中心軸を含む断面において、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍの曲率半径を有する。
【００４６】
図４（ｃ）は、フィレット形状１５の形状の規定の仕方を説明する図である。平面形状１２と曲面１１の接線１６とのなす角度の１／２の角度θ１（＝θ２）で中心線１７を決定する。中心線１７を基準とし、上述した範囲の曲率半径１８の円弧が平面形状１２および接線１６と接するように中心線１７上に円弧の中心を配置する。本実施の形態では、θ１を約７５°として上述した曲率半径のフィレット形状を形成している。ただし、θ１およびθ２は７５°に限られず、円弧が平面形状１２および接線１６と接すればよい。
【００４７】
次に、図５（ａ）から（ｄ）を参照しながら、この金型１０を用いた回折光学素子の製造方法を説明する。
【００４８】
まず、上述したように金型１０を用意し、図５（ａ）に示すように、たとえば、第２光学材料の原料５’を第１領域３’の曲面１１のほぼ中央に所定量滴下する。
【００４９】
その後、回折格子２が設けられた基体１を回折格子２が曲面１１内の原料５’と接するようにフェースダウンで基体１を金型１０に対向させ、回折格子２が設けられた基体１で原料５’を押圧する。これにより、基体１の第２領域４の平坦部分が金型１０のレンズ当接部１４と当接する。また、原料５２は、基体１の表面と金型１０の曲面１１および平面形状１２によって挟まれた空間に閉じ込められ、フィレット形状を有する光学調整層５の形に成形される。なお、本実施形態では、基体１を金型１０にフェースダウンで配置するが逆であってもよい。また、原料５’は基体１の回折格子２上に滴下してもよい。
【００５０】
次に成形された原料５’を硬化させる。図５（ｃ）に示すように、基体１の回折格子２が設けられていない側から原料５’に紫外線３６を照射し、原料５’を硬化させる。本実施形態では、原料５’は光硬化性を有するため、紫外線によって硬化させるが、原料５’の性質に応じたエネルギを与えることによって原料５’を硬化させる。たとえば、原料５’が熱硬化性樹脂原料であれば、熱を加える。
【００５１】
原料５’が硬化した後、金型１０を基体１からはずすことによって、基体１と、基体１の回折格子２上に設けられた光学調整層５とを備えた回折光学素子が得られる。この光学調整層５の表面５ａには、上述したように、所定の位置にフィレット形状６が形成されている。また、金型１０にフィレット形状が設けられているため、金型１０の離型の際、光学調整層５に応力が掛かりにくい。
【００５２】
（実験例）
第１の実施形態の回折光学素子を作製し、フィレット形状によるクラック抑制の効果を確認した。
【００５３】
基体１を構成する第１光学材料の第１樹脂として、ポリカーボネート樹脂（ｄ線屈折率１．５８５、アッベ数２８）を用い、第１光学材料を射出成形することにより、回折格子の先端の包絡面が非球面形状であり、深さ３９μｍの輪帯状を有する回折格子２が片面に設けられた基体１を作製した。レンズ部の有効半径は１．４４５ｍｍであり、輪帯数は２４本であり、最小輪帯ピッチは３０μｍであり、回折面の近軸Ｒ（曲率半径）は−１．４３３ｍｍである。また、この回折光学素子の焦点距離は１．１０９ｍｍである。
【００５４】
光学調整層５の第２樹脂の原料として、アクリレート樹脂（ｄ線屈折率１．６００、アッベ数３３）を基体１上にディスペンサーを用いて２．８μＬ滴下し、金型（ステンレス系合金表面にニッケルめっき膜形成）に設置し、基体１の裏面（コンポジット材料を滴下した面と反対の面）から、紫外線（照度１０７ｍＷ／ｃｍ2、積算光量３０００ｍＪ／ｃｍ2）を照射しアクリレート樹脂を硬化させた。その後、金型から離型し光学調整層５として成形した。光学調整層５の表面形状は、回折格子２の先端の包絡面形状に沿った非球面形状から法線方向に１５μｍの厚さを有していた。使用した金型には５０μｍのフィレット形状が設けられているため、光学調整層５にも、第１の実施形態で説明した位置に５０μｍの曲率半径を有するフィレット形状が設けられている。
【００５５】
比較例として、フィレット形状が設けられていない金型を用い、同様にして回折光学素子を作製した。
【００５６】
図６は、作製した回折光学素子にクラックが発生しているか否かを確認した結果を、回折光学素子を作製した順で示している。×はクラックが発生したことを示し、○はクラックが発生しなかったことを示している。また、Ｒ＝０μｍ型は、フィレット形状が設けられていない比較例の回折光学素子を示し、Ｒ＝５０μｍ型は、フィレット形状が設けられた実施例の回折光学素子を示している。
【００５７】
図６から分かるように、比較例の回折光学素子にはすべてクラックが発生していたのに対し、本実施例の回折光学素子にはクラックは発生しなかった。この結果からフィレット形状を設けることにより、クラックの発生が効果的に抑制できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、回折光学素子およびその製造方法の分野において特に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１    基体
２    回折格子
３    第１領域
４    第２領域
５    光学調整層
６    フィレット形状
７    光学的有効領域
１０    金型
１１    曲面
１２    平面形状
１３    高さ
１４    レンズ当接部
１６    傾斜面
【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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