专利名称：衍射光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及衍射光学元件及其制造方法。尤其涉及在透镜基体的表面具有光学调整层、而降低衍射效率的波长依赖性的衍射光学元件及其制造方法。
背景技术：
衍射光学元件是在由玻璃或树脂等光学材料构成的基体的表面具备多个栅格构造的光学元件。
衍射光学元件在各种光学系统中使用，已知例如用作以下用途等使用设计为将规定次数的衍射光汇集于I点的透镜、空间低通滤波器、偏振全息等。
衍射光学元件具有能够使光学系统变得紧凑的特征。
此外，与折射相反，波长越长的光衍射越显著，由于发现了这一现象，所以通过将衍射光学元件与折射类的光学元件组合，还能够改善光学系统的色像差和像面弯曲。
另一方面,衍射效率在理论上依赖于光的波长,所以在上述的衍射光学兀件中存在如下课题若将衍射光学元 件设计为对于规定的波长的光衍射效率最佳，则对于其他波长衍射效率降低。例如，在想要将衍射光学元件应用于摄像机用透镜等利用白色光的光学系统时，具有该衍射光学元件单独的应用存在极限的问题。
对于这样的课题，在专利文献I中，公开了一种相位差型的衍射光学元件，具备由光学材料构成并在表面设有衍射栅格的基体、以及由与基体不同的光学材料构成并覆盖衍射栅格的光学调整层。
该相位差型的衍射光学元件具有如下特性设透过衍射光学元件的光的波长为 λ、衍射栅格的深度为d时，若满足下式(1)，则相对于波长λ的光的m次衍射效率为100%。
[数式I]
d= --- …(1)In1(A)-n2(A}|
在此，m为整数，表示衍射次数。
因此，如果在使用的光的波段内，能够将具有使d大致一定的波长依赖性的折射率η ( λ )的光学材料和折射率η2 ( λ )的光学材料组合，则能够降低衍射效率的波长依赖性。一般来说，将折射率较高而波长色散较低的材料和折射率较低而波长色散较高的材料组合。在专利文献I中公开了 作为构成基体的光学材料而使用树脂，作为构成光学调整层的光学材料而使用紫外线固化树脂。
在这样的相位差型的衍射光学元件中，实现了光学特性的最佳化，然而，由于将性质相差较大的基体和光学调整层接合的构造，所以要求构造上的最佳化以实现高效接合。
在专利文献I中，作为提高接合强度的方法，还公开了如下方法在包围形成有衍射栅格的第一区域的平面状的第二区域中，设置轴中心与衍射环形光栅一致的同心圆形状的突起部，并以覆盖该突起的方式形成光学调整层，从而增大基体与光学调整层的接触面积，提闻接合强度。4CN 102918432 A书明说2/11 页
在先技术文献
专利文献
专利文献I :特开2010-102000号公报
发明的概要
发明所要解决的课题
本申请发明人发现，如专利文献I所记载，即使在平面状的第二区域设置突起部 (凸部)，也存在接合强度不够的情况。发明内容
本发明提供一种衍射光学元件及其制造方法，能够提高基体和光学调整层的接合强度，抑制由光学调整层从基体的剥离及光学调整层的分离导致的裂缝。
解决课题所采用的手段
本发明的衍射光学元件的特征在于，具有基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成， 形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；所述基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，所述光学调整层形成为覆盖所述第一区域、以及所述第二区域的至少一部分，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。
根据又一实施方式，在所述多个固定槽中，所述位于最内侧的固定槽最深，越位于外侧的槽越浅。
根据又一实施方式，所述多个固定槽中的最深的固定槽的深度为O. 05_以下。
根据又一实施方式，所述多个固定槽是使轴中心与所述衍射栅格形状的轴中心大致一致的同心圆形状。
根据又一实施方式，所述第二区域的表面的一部分是平面形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第一区域中是与连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线大致相同的形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第二区域中是沿着所述基体的形状的大致平面形状。
根据又一实施方式，所述光学调整层的厚度为从连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线沿着法线方向到所述光学调整层的表面的距离为O. 05mm以下。
根据又一实施方式,所述第一光学材料与所述第二光学材料相比，是低折射率高色散材料。
根据又一实施方式，所述第二光学材料是包含树脂和无机粒子的合成材料。
根据又一实施方式，所述无机粒子以氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铝及二氧化硅中的至少I种氧化物为主成分。
本发明的衍射光学元件的制造方法的特征在于，该衍射光学元件具有基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；该衍射光学元件的制造方法包括以下工序准备以下基体的工序该基体在表面具有第一区域和第二区域，该第一区域具有所述衍射栅格形状，该第二区域位于所述第一区域的外侧，在所述第二区域5中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅；将所述第二光学材料的原料滴注至用于将所述第二光学材料粘附到所述基体上的模具中的工序；以夹入所述第二光学材料的方式使所述基体与所述模具接合的工序；以及在使所述基体与所述模具接合的状态下，使所述第二光学材料的原料固化的工序。
根据又一实施方式，所述第二光学材料的原料具有光固化性，照射光而使所述第二光学材料的原料固化。
根据又一实施方式，所述第二光学材料的原料具有紫外线固化性，照射紫外线而使所述第二光学材料的原料固化。
发明效果
根据本发明，形成于基体的第二区域的多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。由此，能够大幅提高基体和光学调整层的接合强度。因此，能够抑制在制造时产生的由光学调整层的分离导致的裂缝不良，能够大幅提高生产性。 此外，能够防止由于环境的变化或长期使用等导致的、从光学调整层的端部逐渐行进的基体与光学调整层的剥离，能够提供可靠性高的衍射光学元件。
图I中(a)及(b)是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的基体的图。
图2是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的基体的图。
图3中(a) (C)是表示本发明的实施方式的固定槽的其他例的图。
图4是表示测定光学调整层向固定槽的进入量而得到的结果的图。
图5表不本发明的实施方式的衍射光学兀件的图。
图6中(a) (d)是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的制造方法的图。
图7是表示将代替凹形状的固定槽而设置凸部的基体与模具抵接时的光学调整层的原料的流动的图。
图8是表示将本发明的实施方式的设置了凹形状的固定槽的基体与模具抵接时的光学调整层的原料的流动的图。
图9是表示未形成固定槽的衍射光学元件的图。
图10是表示未形成固定槽的衍射光学元件的膜剥离数的推移的图。
图11中(a)及(b)是表示未形成固定槽的衍射光学元件的第二区域中的基体和光学调整层的状态的图。
图12是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的图。
图13是对本发明的实施方式的衍射光学元件的膜剥离数的推移进行评价的图。
图14中(a)及(b)是表示本发明的实施方式的衍射光学元件的第二区域中的基体和光学调整层的状态的图。
图15是表示在衍射光学元件的光学调整层中产生的裂缝的图。
具体实施方式
本申请发明人对于在具有衍射栅格形状的基体表面形成有以合成材料为原料的光学调整层的衍射光学元件中的、在光学调整层产生的裂缝进行了详细研究，并且对光学调整层和基体的膜剥离进行了详细研究。结果发现，以覆盖第一区域和第二区域的方式形成光学调整层的情况下，以第二区域的平面部为起点的光学调整层的裂缝和在第一区域的端部产生的基体与光学调整层的界面剥离，以较高的概率发生，其中，该第一区域具有在基体的表面形成的衍射栅格形状，该第二区域包含该第一区域。
根据该发现，本申请发明人想到了以下说明的衍射光学元件。
具体地说，在第二区域的平面部形成多个固定槽，光学调整层构成为以覆盖第一区域和第二区域的固定槽的方式粘附。由此，通过固定槽的效果，提高了基体和光学调整层的接合强度，能够防止第二区域中的光学调整层的剥离。此外，接合强度的提高能够抑制第二区域中的光学调整层的界面微动，作为裂缝对策是有效的。
以下，参照
本发明的实施方式。
(实施方式I)
图I及图2是表示本发明的第一实施方式的衍射光学元件的基体I的图。
图I (a)是在表面形成有衍射棚格2及固定槽3的基体的俯视图，图I (b)是基体I的侧截面图。
由含有第一树脂的第一光学材料构成的基体I在其表面具备衍射栅格2及固定槽3。衍射栅格2和固定槽3形成为，其形成轴中心4大致一致。
在表面形成有衍射栅格2的第一区域5具有凸状的截面形状，该凸状的截面形状具有透镜作用。在位于第一区域5的外侧并具有包围第一区域5的平面形状的第二区域6 上形成有多个固定槽3。另外，在本实施方式I中，将第一区域5的截面形状设为凸状，但是本发明不限定于此，也可以是凹状。此外，固定槽3的形状例如是轴中心与形成于第一区域 5的衍射栅格2大致一致的同心圆形状，但是本发明不限定于此。
固定槽3是相对于基体I的第二区域6的平面形状凹陷的形状。基体I在第二区域6中不具有相对于该平面形状突出的形状。
作为第一光学材料，只要在使用的整个波段与第二光学材料及衍射栅格的深度d 之间成立式(2)的关系、并且作为光学元件具有充分的透光性就能够使用。
[数式2]
权利要求
1.一种衍射光学兀件,具有基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；所述基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，所述光学调整层形成为覆盖所述第二区域的至少一部分和所述第一区域，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。
2.如权利要求I所述的衍射光学元件，在所述多个固定槽中，所述位于最内侧的固定槽最深，越位于外侧的槽越浅。
3.如权利要求I或2所述的衍射光学元件，所述多个固定槽中的最深的固定槽的深度为O. 05mm以下。
4.如权利要求I 3中任一项所述的衍射光学元件，所述多个固定槽是使轴中心与所述衍射栅格形状的轴中心大致一致的同心圆形状。
5.如权利要求I 4中任一项所述的衍射光学元件，所述第二区域的表面的一部分是平面形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第一区域中是与连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线大致相同的形状，所述光学调整层的表面的截面形状在所述第二区域中是沿着所述基体的形状的大致平面形状。
6.如权利要求I 5中任一项所述的衍射光学兀件，所述光学调整层的厚度为从连接所述衍射栅格形状的衍射阶梯的前端而成的包络线沿着法线方向到所述光学调整层的表面的距离为O. 05mm以下。
7.如权利要求I 6中任一项所述的衍射光学兀件，所述第一光学材料与所述第二光学材料相比，是低折射率高色散材料。
8.如权利要求I 7中任一项所述的衍射光学元件，所述第二光学材料是包含树脂和无机粒子的合成材料。
9.如权利要求8所述的衍射光学元件，所述无机粒子以氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铝及二氧化硅中的至少I种氧化物为主成分。
10.一种衍射光学元件的制造方法，该衍射光学元件具有基体，由包含第一树脂的第一光学材料构成，在表面具有衍射栅格形状；以及光学调整层，由包含第二树脂的第二光学材料构成，形成在所述基体的所述衍射栅格形状上；该衍射光学元件的制造方法包括以下工序准备以下基体，该基体包括在表面具有所述衍射栅格形状的第一区域、以及与所述第一区域相比位于外侧的第二区域，在所述第二区域中形成有多个固定槽，所述多个固定槽中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅；将所述第二光学材料的原料滴注至用于将所述第二光学材料粘附到所述基体上的模具中；以夹入所述第二光学材料的方式使所述基体与所述模具接合；以及在使所述基体与所述模具接合的状态下，使所述第二光学材料的原料固化。
11.如权利要求10所述的衍射光学元件的制造方法，所述第二光学材料的原料具有光固化性，照射光而使所述第二光学材料的原料固化。
12.如权利要求10所述的衍射光学元件的制造方法，所述第二光学材料的原料具有紫外线固化性，照射紫外线而使所述第二光学材料的原料固化。
全文摘要
在将基体与光学调整层粘附的构造的衍射光学元件中，若基体与光学调整层的接合强度低下，则在光学调整层中发生裂缝或剥离这样的不良。在本发明的衍射光学元件(100)中，在基体(1)的平面状的第二区域(6)上形成有多个固定槽(3)。此外，多个固定槽(3)中的位于最外侧的固定槽的深度比位于最内侧的固定槽的深度浅。以覆盖基体(1)的形成有衍射栅格(2)的第一区域(5)和形成有固定槽(3)的第二区域(6)的方式粘附光学调整层(9)。
文档编号G02B5/18GK102918432SQ20128000146
公开日2013年2月6日 申请日期2012年2月15日 优先权日2011年5月30日
发明者末永辰敏, 冈田夕佳, 村田晶子 申请人:松下电器产业株式会社