(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】
(45)【発行日】
(54)【発明の名称】光学素子、光源装置、画像投影装置、および光学素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
【ＦＩ】
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】
(22)【出願日】
(65)【公開番号】
(43)【公開日】
【審査請求日】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100114915
【弁理士】
【氏名又は名称】三村 治彦
(74)【代理人】
【識別番号】100182257
【弁理士】
【氏名又は名称】川内 英主
(74)【代理人】
【識別番号】100101498
【弁理士】
【氏名又は名称】越智 隆夫
(74)【代理人】
【識別番号】100136799
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 亜希
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 陽
【審査官】酒井 康博
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第０１／０１１３９３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００８／０５６５７７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－０７５５８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／１８
Ｇ０２Ｂ １／１０ － １／１８
Ｇ０２Ｂ ５／２０
Ｇ０３Ｂ ２１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項】
基材と、前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる光学素子部と、
を有する光学素子であって、
前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から、前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、
（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上である、ことを特徴とする光学素子。
【請求項】
前記光学素子部の上に、無機酸化物または無機フッ化物を主成分とする被覆層をさらに有する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項】
前記光学素子は回折光学素子であり、前記光学素子部は、回折構造を有する回折光学素子部であり、
前記回折光学素子は、前記基材の上に、前記回折光学素子部と一体に形成され、平坦な表面を有する平坦部をさらに有し、
前記平坦部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｃとしたとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｃの０．９倍以上１．１倍以下である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項】
光源と回折光学素子とを備えており、前記回折光学素子が、前記光源に対して光出射側に配置され、
前記回折光学素子が請求項３に記載の回折光学素子である、ことを特徴とする光源装置。
【請求項】
前記光源が、半導体レーザを有する、請求項４に記載の光源装置。
【請求項】
前記光源から出射される光が、青色光を含む、請求項４に記載の光源装置。
【請求項】
前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、請求項６に記載の光源装置。
【請求項】
光学系と前記光学系を制御する制御装置とを備える画像投影装置であって、光学系が、光源装置と複数の光学素子とを含み、
前記光源装置が請求項４に記載の光源装置である、ことを特徴とする画像投影装置。
【請求項】
前記光源が、半導体レーザを有する、請求項８に記載の画像投影装置。
【請求項】
前記光源から出射される光が、青色光を含む、請求項８に記載の画像投影装置。
【請求項】
前記光源装置が、前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、請求項１０に記載の画像投影装置。
【請求項】
前記光学系が、前記蛍光体を介して前記光源装置から出射された光を、赤色光と緑色光と青色光とに分離し、前記制御装置がカラー画像を生成する、請求項１１に記載の画像投影装置。
【請求項】
前記光源は複数のレーザ光源より構成されている請求項４乃至７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項】
前記光源は複数のレーザ光源より構成されている請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【】
本発明は、光学素子、光源装置、画像投影装置、および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【】
近年、回折光学素子は、レーザ光源と組み合わされ、特許文献１に記載のようにプロジェクタ等の電子機器の一部に用いられるようになってきている。特許文献１に記載の回折光学素子は、ガラス等の無機材料からなる透光基材上に形成された、回折構造を有する回折光学部を備える。回折光学部を構成する材料は、耐熱性や耐光性を有するものが望ましく、特許文献１には、当該材料として、シロキサン結合を骨格としたシロキサン系樹脂材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【】
【文献】特開２０１４－２２８６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【】
回折光学素子に照射する光の強度として、特許文献１には例えば６０Ｗ/ｃｍ２である例が開示されている。しかしながら、さらに高い強度、例えば、３００Ｗ/ｃｍ２程度の光を長時間照射したときには、特許文献１のように回折光学部を構成する材料にシロキサン系樹脂材料を用いた場合でも、回折光学素子の回折効率が低下する場合があった。
【】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、高強度の光を長時間照射した場合における性能の低下を抑制した光学素子を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【】
本発明の一態様に係る光学素子は、基材と、前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる光学素子部と、を有する光学部材であって、前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から、前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きいことを特徴とする。
【】
また、本発明の別の態様に係る光学素子の製造方法は、基材の上に光学素子部を形成する工程を含む、光学素子の製造方法であって、前記光学素子部を形成する工程は、後処理を行う工程を含み、前記後処理を経て形成された前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【】
本発明によれば、高強度の光を長期間照射した場合における、性能の低下を抑制した光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【】
【図】第１実施形態に係る光学素子を備えた電子機器の一例である画像投影装置としてのプロジェクタを示す説明図である。
【図】第１実施形態に係る光学素子を有する光源装置の説明図である。
【図】（ａ）は、第１実施形態に係る光学素子を示す上面図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る光学素子を示す断面図である。
【図】（ａ）～（ｈ）は、第１実施形態に係る回折光学素子の製造方法の説明図である。
【図】実施例１に係る光学素子について回折光学素子部の断面に対してＥＤＳにより面分析を行った結果を示す図である。
【図】比較例１に係る光学素子について回折光学素子部の断面に対してＥＤＳにより面分析を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学素子を備えた電子機器の一例である画像投影装置としてのプロジェクタを示す説明図である。
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学素子を備えた電子機器の一例である画像投影装置としてのプロジェクタを示す説明図である。
【】
プロジェクタ５００は、プロジェクタ用の光学系５５０と、光学系５５０を制御する制御装置５３０と、を備えており、光学系５５０は、光源装置５０１と、複数の光学素子（偏光変換素子５０２～投射レンズ５１１）と、を有する。
【】
光源装置５０１は、白色光６０２を発するものである。白色光６０２は、点線で示す赤色光６０２ｒ、緑色光６０２ｇ、および青色光６０２ｂからなる。赤色光６０２ｒ、緑色光６０２ｇ、および青色光６０２ｂは、偏光変換素子５０２に入射し、偏光変換素子５０２で一様な偏光方向を有する直線偏光として、実線で示す赤色照明光６０４ｒ、緑色照明光６０４ｇ、および青色照明光６０４ｂに変換される。これら赤色照明光６０４ｒ、緑色照明光６０４ｇ、および青色照明光６０４ｂはダイクロイックミラー５０３により赤色照明光６０４ｒおよび青色照明光６０４ｂと、緑色照明光６０４ｇとに分離される。
【】
緑色照明光６０４ｇは、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）５０４および位相補償板５０５ｇを透過して光変調素子５０６ｇに到達する。赤色照明光６０４ｒおよび青色照明光６０４ｂは、偏光板５０７を透過して色選択性位相板５０８に入射する。色選択性位相板５０８は、赤色照明光６０４ｒの偏光方向を維持しつつ、青色照明光６０４ｂの偏光方向を９０°回転させる。
【】
色選択性位相板５０８から出射した赤色照明光６０４ｒは、ＰＢＳ５０９および位相補償板５０５ｒを透過して光変調素子５０６ｒに到達する。色選択性位相板５０８から出射した青色照明光６０４ｂは、ＰＢＳ５０９で反射して位相補償板５０５ｂを透過して光変調素子５０６ｂに到達する。各光変調素子５０６ｒ、５０６ｇ、５０６ｂは、反射型液晶パネルまたはデジタルマイクロミラーデバイスにより構成される。なお、光変調素子５０６ｒ、５０６ｇ、５０６ｂとして、透過型液晶パネルを用いることも可能である。
【】
制御装置５３０は、入力された画像データに応じて光変調素子５０６ｒ、５０６ｇ、５０６ｂを制御する。これにより、光変調素子５０６ｒ、５０６ｇ、５０６ｂは、入射した赤色照明光６０４ｒ、緑色照明光６０４ｇ、および青色照明光６０４ｂを画像変調して、赤色画像光６１５ｒ、緑色画像光６１５ｇ、および青色画像光６１５ｂに変換する。
【】
これら赤色画像光６１５ｒ、緑色画像光６１５ｇ、および青色画像光６１５ｂは、ＰＢＳ５０４、５０９および合成プリズム５１０を介して合成され、投射レンズ５１１によりスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、投影画像としてカラー画像が表示される。
【】
図２は、第１実施形態に係る光学素子を有する光源装置の説明図である。光源装置５０１は、複数のレーザ光源４１と、第１実施形態に係る光学素子としての回折光学素子１０と、蛍光体４３と、を有する。回折光学素子１０は、複数のレーザ光源４１に対して光出射側に配置され、蛍光体４３は、回折光学素子１０に対して光出射側に配置されている。
【】
レーザ光源４１は、例えば半導体レーザを有する。複数のレーザ光源４１は、赤色、緑色、および青色のうち少なくとも１つの色のレーザ光４４を発するレーザ光源を含んでいればよい。少なくとも青色（波長が例えば４００ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内）のレーザ光４４を発するレーザ光源を含んでいることが好ましい。各レーザ光源４１は、およそ３００Ｗ／ｃｍ２の照射強度のレーザ光４４を出射する。各レーザ光源４１は、図１に示す制御装置５３０によって駆動制御される。複数のレーザ光源４１が、赤色、緑色、および青色それぞれの色を発するレーザ光源を含んでいる場合、蛍光体４３は省略することができる。赤色光、緑色光は、同じ照射強度でも青色に比べてエネルギーが小さいため、赤色光あるいは緑色光が照射される回折光学素子１０は、回折効率が低下する問題が生じない場合がある。その場合は、赤色光あるいは緑色光が照射される回折光学素子１０には、従来の回折光学素子を用いることもできる。
【】
複数のレーザ光源４１は、アレイ状に配置され、回折光学素子１０にレーザ光４４を照射する。回折光学素子１０を透過したレーザ光４４は、蛍光体４３に照射される。回折光学素子１０は、基材１２と、基材１２の上に光学素子部としての回折光学素子部１３と、を有する。
【】
【】
回折光学素子１０は、上述したように、基材１２と、基材１２の上に設けられた回折光学素子部１３とを有する。回折光学素子部１３は、基材１２と接する面と反対の側の面に、光を回折させるための凹凸形状である回折構造１４を有する。
【】
回折光学素子１０はまた、基材１２の上に、回折光学素子部１３と一体に形成され、平坦な表面を有する平坦部１５をさらに有する。回折光学素子１０において、回折光学素子部１３は、基材１２の上にアレイ状に複数配置されている。
【】
各回折光学素子部１３には、対応するレーザ光源４１によって円または楕円形状のレーザ光４４が照射される。各回折光学素子部１３に照射された円または楕円形状のレーザ光４４は、対応する回折光学素子部１３によって、蛍光体４３上に所定形状となるように集光される。所定形状は、例えば矩形状である。反射型液晶パネル等の光変調素子５０６ｒ、５０６ｇ、５０６ｂの形状に合わせてレーザ光４４を矩形状に集光することで、均一かつ無駄なく光を利用できる。
【】
蛍光体４３に用いる材質としては、例えばセリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物（ＹＡＧ：Ｃｅ）等が用いられる。蛍光体４３に照射された青色のレーザ光４４の一部は、蛍光体４３を励起して黄色光に変換される。この黄色光と、青色のレーザ光４４の残りとが合わさることで、白色光６０２が生成される。蛍光体４３から拡散光として出射された白色光６０２は、不図示のコリメータレンズで平行光に変換されて光源装置５０１から均一な分布の光が出射される。
【】
基材１２は、無機の透光基材であり、少なくとも青色光を透過する材料、例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長の可視光を透過する材料で構成されている。基材１２は、照射された光が透過するよう十分な透過率、具体的には９０％以上の透過率を有する材料で構成されていることが好ましく、例えばガラスが用いられる。
【】
ガラスとしては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化リチウム、酸化ガドリニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、および酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも１種の成分を含有する無機ガラスを用いることができる。
【】
基材１２としては、研削研磨、モールド成形、およびフロート成形等で成形されたガラス基材を用いることができる。基材１２と、回折光学素子部１３および平坦部１５との密着性、基材１２の強度、および基材１２の平坦性等を向上させるために、基材１２の表面を洗浄したり、研磨したりしてもよい。また、基材１２と、回折光学素子部１３および平坦部１５との間に接着層、ハードコート層、および屈折率調節層等を設けてもよい。
【】
回折光学素子部１３および平坦部１５は、オルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる。オルガノポリシロキサンは、結合エネルギーの高いシロキサン結合を主骨格に含み、高い耐光性を有する。そのため、回折光学素子部１３が、オルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなることで、回折光学素子部１３に光が照射されることに伴う回折光学素子部１３の劣化が抑制される。特に、回折光学素子部１３を透過する光の強度が１００Ｗ／ｃｍ２を超える場合や、回折光学素子部１３を透過する光が青色光のようにフォトンエネルギーが高い光の場合に、回折光学素子部１３にシロキサンを主成分とする材料を用いることが効果的である。オルガノポリシロキサンは、例えばシリコーン（シリコーンゴム、シリコーン樹脂）であってもよい。
【】
オルガノポリシロキサンは通常、硬化性シリコーンを硬化させて得られる。硬化性シリコーンは、その硬化機構により付加反応型シリコーン、縮合反応型シリコーンに分類されるが、いずれも使用することができる。オルガノポリシロキサンの種類は、回折構造１４の形状の転写し易さや材料の流動性の制御し易さから、適宜選択することができる。また硬化方法としては、加熱硬化、紫外線硬化、および湿気硬化等が挙げられるが、硬化物内を均一に硬化させることができ、硬化物内に残留する応力が少ないことから紫外線硬化が好ましい。紫外線硬化であれば、例えば、高精度に回折構造１４の形状を転写する際に、転写前後で樹脂を加熱する必要が無く、高精度に回折構造１４を形成することができる。
【】
オルガノポリシロキサンを形成する原材料としては、分子中に単一または複数のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、分子中に単一または複数のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが挙げられる。また別の架橋性の反応基として、ビニル基、アリル基、およびイソプロペニル基のようなアルケニル基等のエチレン性二重結合を有するラジカル重合性の官能基や、エポキシ基、オキセタン基、脂環式エポキシ基、およびビニルエーテル基等のカチオン重合性の官能基を有していてもよい。このような原材料から形成されたオルガノポリシロキサンは、直鎖状であっても、分子構造の一部に分枝状の構造を含んでいてもよく、環状体であってもよい。またそれらが網目状に３次元的に架橋していてもよい。
【】
回折光学素子部１３は厚さ方向にケイ素の原子濃度と炭素の原子濃度との比率に分布を有している。ここで、厚さ方向とは、基材１２と回折光学素子部１３とが接する面に垂直な方向、すなわち、回折光学素子１０に入射するレーザ光４４の進行方向に沿った方向である。回折光学素子部１３の厚さ方向において、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、基材１２に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａとする。一方、回折光学素子部１３の厚さ方向において、回折光学素子部１３と基材１２とが接する面から、回折光学素子部１３の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂとする。このとき、本実施形態に係る回折光学素子１０は、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａが基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きいという特徴を有する。これにより、レーザ光源４１から、およそ３００Ｗ／ｃｍ２の高い強度を有するレーザ光４４を長期間照射された場合であっても、回折光学素子１０の性能の低下、すなわち、回折光学素子部１３における回折効率の低下を抑制することができる。表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上であることが好ましい。
【】
本実施形態に係る回折光学素子１０が、上記特徴を有することで高強度の光を長期間照射された場合であっても、性能の低下を抑制することができる理由は、次のように考えられる。
【】
回折光学素子部１３の材料の主成分であるオルガノポリシロキサンは、オルガノポリシロキサンの主骨格を構成するシロキサン結合を含む分子鎖が、アクリル基やエポキシ基等の重合により結合した重合反応部を介して３次元的に結合している。加えて、光学素子部を構成する材料には、上記の３次元的な結合に取り込まれなかった低分子シロキサン、例えば、ヘキサメチルシクロトリシロキサンおよびオクタメチルシクロテトラシロキサン等の環状シロキサンが少量残留している。ここでいう主成分とは、材料の８０体積％以上を占める成分をいう。
【】
低分子シロキサンは揮発性が高く、３次元的に結合しているシロキサン結合鎖や重合反応部と比較して回折光学素子部１３の中で不均一に存在している。そして、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比率について、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａが基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きいことは、回折光学素子部１３の、光が出射する側の表面の近傍における低分子シロキサンの含有割合が小さいことに対応している。すなわち、オルガノポリシロキサンが有する有機基の重合により形成された重合反応部は、回折光学素子部１３の中で均一に分布していることから、回折光学素子部１３の中の炭素原子も均一に分布している。一方で、炭素原子を有しない低分子シロキサンは、回折光学素子部１３の光が出射する側の表面の近傍で含有割合が小さくなっており、その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きな値となっている。
【】
本実施形態に係る回折光学素子１０では、回折光学素子部１３の、光が出射する側の表面近傍において揮発性の高い低分子シロキサンの残留量が少ないことで、高強度なレーザ光４４を長時間照射された際も揮発による変形や屈折率の上昇を抑制することができる。それにより回折効率の低下を防止することができる。
【】
また、回折光学素子部１３の、基材１２と接する側の面の近傍には、オルガノポリシロキサンの分子鎖の３次元的な構造の中に、流動性の高い低分子シロキサンが比較的多く残留している。これにより回折光学素子部１３の、基材１２と接する側の面の近傍において、高強度なレーザ光４４を長時間照射された際に、残留応力の解放や発熱に伴う膨張によってクラックが発生することを抑制することができる。その結果、回折光学素子１０の回折効率の低下を抑制することができる。表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａが、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上であれば、上記で述べた効果をより高く得ることができる。
【】
また、本実施形態に係る回折光学素子１０において、平坦部１５の、基材１２と接する面と反対の側の面から基材１２の方向に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対すると炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｃとする。このとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｃの０．９倍以上１．１倍以下であることが好ましい。
【】
高強度なレーザ光４４が長時間照射される回折光学素子部１３の周囲に位置する平坦部１５が、回折光学素子部１３と同様の組成を有することで、高強度なレーザ光４４を長時間照射した時の熱膨張による面形状の変化を緩和することができる。（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｃの０．９倍以上であれば、回折光学素子部１３が平坦部１５より大きく熱膨張することによる面形状の変化を抑制することができる。また、（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｃの１．１倍以下であることで、平坦部１５が回折光学素子部１３より大きく熱膨張することによる面形状の変化を抑制することができる。
【】
平坦部１５の厚さは、成形のしやすさや材料のクラック発生のしやすさ等を加味して設定すればよいが、２０μｍ以上設けることが好ましい。平坦部１５の厚さを２０μｍ以上とすることで、回折光学素子部１３の光が出射される側の面において低分子シロキサンが揮発した場合でも、クラックの発生を抑制することができる。
【】
回折光学素子部１３および平坦部１５における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比は以下の方法で測定することができる。
まず回折光学素子部１３および平坦部１５の断面を５か所切り出し、電子顕微鏡で拡大する。次に、５か所についてエネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＤＳ））により面分析する。面分析は、各５か所において膜全体の情報が得られるように行う。面分析によって検出された膜厚方向（基材１２に対して垂直な方向）における、ケイ素原子の強度値と炭素原子の強度値とから、膜厚方向の所定範囲についてケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を算出する。５か所について得られた平均値をさらに平均化して、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比とする。
まず回折光学素子部１３および平坦部１５の断面を５か所切り出し、電子顕微鏡で拡大する。次に、５か所についてエネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＤＳ））により面分析する。面分析は、各５か所において膜全体の情報が得られるように行う。面分析によって検出された膜厚方向（基材１２に対して垂直な方向）における、ケイ素原子の強度値と炭素原子の強度値とから、膜厚方向の所定範囲についてケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を算出する。５か所について得られた平均値をさらに平均化して、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比とする。
【】
本実施形態に係る回折光学素子１０は、回折光学素子部１３の光が出射される側の面の上に、被覆層をさらに有することが好ましい。回折光学素子１０が被覆層をさらに有することで、高強度なレーザ光４４を長時間照射された際の、低分子シロキサンの急激な揮発による変形や屈折率の上昇を抑制することができる。なお、回折光学素子１０が被覆層をさらに有するとき、被覆層は、回折光学素子部１３のみでなく、平坦部１５も同時に覆うように形成されていることが好ましい。
【】
被覆層は、無機酸化物あるいは無機フッ化物を主成分とすることが好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、および酸化ジルコニウム等が挙げられる。無機フッ化物としては、フッ化マグネシウム等が挙げられる。特に回折光学素子部１３は、オルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなることから、回折光学素子部１３と被覆層との密着性等の観点から、被覆層は、オルガノポリシロキサンと相性の良い酸化ケイ素を主成分として含むことが好ましい。
【】
被覆層は、１つの層からなってもよく複数の層からなるものであってもよい。また、被覆層の厚さとしては、４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。被覆層の厚さが４０ｎｍ以上であれば、高強度なレーザ光４４を長時間照射された際の、低分子シロキサンの急激な揮発を効果的に抑制することができる。また、被覆層の厚さが５００ｎｍ以下であれば、被覆層の応力が大きくなり過ぎず、高強度なレーザ光４４を長時間照射された際に、回折光学素子部１３が変形することを抑制することができる。
【】
次に、第１実施形態に係る回折光学素子１０の製造方法の一例について説明する。
第１実施形態に係る回折光学素子１０の製造方法は、基材１２の上に光学素子部としての回折光学素子部１３を形成する工程を含み、回折光学素子部１３を形成する工程は、後処理を行う工程を含む。そして、後処理を経て形成された回折光学素子部１３について、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から基材１２の方向に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ａとする。また、回折光学素子部１３と基材１２とが接する面から、回折光学素子部１３の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとする。このとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい。
第１実施形態に係る回折光学素子１０の製造方法は、基材１２の上に光学素子部としての回折光学素子部１３を形成する工程を含み、回折光学素子部１３を形成する工程は、後処理を行う工程を含む。そして、後処理を経て形成された回折光学素子部１３について、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から基材１２の方向に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ａとする。また、回折光学素子部１３と基材１２とが接する面から、回折光学素子部１３の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとする。このとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい。
【】
基材１２の上に回折光学素子部１３を形成する工程は、以下の工程を含むことが好ましい。
（１）基材１２の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする原材料を載置する工程。
（２）原材料を基材１２と型部材とで挟んで加圧する工程。
（３）原材料を硬化してオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる回折光学素子部１３を形成する工程。
（４）型部材を回折光学素子部１３から離型する工程。
（５）回折光学素子部１３に後処理を行う工程。
（１）基材１２の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする原材料を載置する工程。
（２）原材料を基材１２と型部材とで挟んで加圧する工程。
（３）原材料を硬化してオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる回折光学素子部１３を形成する工程。
（４）型部材を回折光学素子部１３から離型する工程。
（５）回折光学素子部１３に後処理を行う工程。
【】
また、基材１２の上に回折光学素子部１３を形成する工程は、（４）型部材を回折光学素子部１３から離型する工程と、（５）回折光学素子部１３に後処理を行う工程と、の間に、回折光学素子部１３の上に被覆層を形成する工程を含むことがより好ましい。
【】
【】
まず、図４（ａ）に示すように、回折構造１４と対応した形状の表面を含む型部材としての転写型８１を準備する。転写型８１としては例えば石英等を用いることができる。転写型８１の転写面には、後の離型が円滑に行われるよう離型剤８２が塗布される。離型剤８２としては、例えばフッ素系コーティング剤等を用いることができる。
【】
次に図４（ｂ）に示すように、基材１２の一方の面に、オルガノポリシロキサンの原料を主成分とする原材料８３を一定量載置する。原材料８３の載置に当たっては、原材料８３中や原材料８３と基材１２との間に、泡等の空気だまりが残らないよう工夫することが好ましい。
【】
次に図４（ｃ）に示すように基材１２に載置された原材料８３と転写型８１の転写面とを対向させ、図４（ｄ）に示すように原材料８３を基材１２と転写型８１とで挟んで押圧力Ｆを加える。この際にも、原材料８３中に空気だまりが残らないよう、例えば真空排気しながら行うのが好ましい。
【】
次に図４（ｅ）に示すように、加圧された状態の原材料８３に紫外線（ＵＶ）を照射して原材料８３を硬化させる。ＵＶは基材１２側から照射してもよいし、転写型８１側から照射してもよい。これにより硬化部材８４が形成される。硬化部材８４の硬化が十分に進行した後、図４（ｆ）に示すように転写型８１を硬化部材８４から離型することで、図４（ｇ）に示す回折構造１４を有する回折光学素子部１３が形成される。その後、図４(ｈ)に示すように、回折光学素子部１３の表面に被覆層１６を形成し、その後、回折光学素子部１３に後処理を行う。なお、本実施形態においては、回折光学素子部１３とともに平坦部１５も同時に一体に形成されることが好ましい。この時、被覆層は、回折光学素子部１３のみでなく、平坦部１５も同時に覆うように形成されることが好ましく、また、後処理は平坦部に対しても回折光学素子部１３と同時に施されることが好ましい。
【】
後処理を行う工程としては、後処理を経た回折光学素子部１３について、その性能を損なうことなく、（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きくなるような処理であれば、いかなる処理であっても良い。後処理を行う工程としては、例えば、加熱および減圧乾燥が挙げられる。回折光学素子部１３にこれらの後処理を行うことで、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、低分子シロキサンを揮発させることができる。
【】
後処理は、効果的に低分子成分を揮発できることから加熱処理であることが好ましい。例えば、加熱処理は、１００～２００℃の範囲内の温度で行うことができる。特に、後処理としての加熱処理は、温度１２０℃以上、加熱時間２時間以上の条件で行われることが好ましい。回折光学素子部１３に対して後処理として加熱処理を施すことで、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、低分子シロキサンを面内で均一に除去することができる。回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、低分子シロキサンを面内で均一に除去することで、レーザ光４４の照射部と非照射部と間での応力や発熱による変形差を低減することができ、クラックの発生を効果的に抑制することができる。
【】
また、後処理は、減圧乾燥であってもよく、具体的には、５０Ｐａ以下の減圧下で２時間以上乾燥させることが好ましい。また、上記の加熱処理と組み合わせて加熱減圧処理を後処理として行ってもよい。
【】
被覆層１６を形成する工程は、上記では後処理を行う工程の前にある例を述べたが、後処理を行う工程の後にあってもよい。回折光学素子部１３が被覆層１６を有する状態で後処理を行うことで、低分子シロキサンが急激に揮発することを抑制することでき、その結果、低分子シロキサンの急激な揮発に起因する回折光学素子部１３でのクラックの発生を抑制することができる。そのため、被覆層１６を形成する工程は、後処理を行う工程の前にあることが好ましい。
【】
被覆層１６を形成する工程には、蒸着法やスパッタリング法等の乾式成膜法や、スピンコート法、スプレーコート法、およびディップコート法等のコーティング液を用いた湿式成膜法を用いることができる。回折構造１４の複雑な形状への層の追従性の観点から乾式成膜法が好ましく、湿式成膜法であればスピンコート法やスプレーコート法が好ましい。
【】
［実施例］
次に、第１実施形態に係る光学素子について、実施例および比較例を用いてさらに説明するが、本発明を実施するための態様は、以下の実施例で示す具体例によって限定されるものではない。
次に、第１実施形態に係る光学素子について、実施例および比較例を用いてさらに説明するが、本発明を実施するための態様は、以下の実施例で示す具体例によって限定されるものではない。
【】
（実施例１）
ガラスの基材１２を用意し、基材１２の表面にシロキサン系ＵＶ硬化樹脂（商品名：ＫＥＲ－４０００－ＵＶ、信越化学工業社製）を用いて回折構造１４を有する回折光学素子部１３を形成した。回折構造１４を有する回折光学素子部１３の形成プロセスは、図４（ａ）～図４（ｇ）を用いて説明した通りである。また、回折光学素子部１３の周囲には平坦部１５が形成されている。その後、回折光学素子部１３の上に被覆層１６を形成した後、後処理を行った。
ガラスの基材１２を用意し、基材１２の表面にシロキサン系ＵＶ硬化樹脂（商品名：ＫＥＲ－４０００－ＵＶ、信越化学工業社製）を用いて回折構造１４を有する回折光学素子部１３を形成した。回折構造１４を有する回折光学素子部１３の形成プロセスは、図４（ａ）～図４（ｇ）を用いて説明した通りである。また、回折光学素子部１３の周囲には平坦部１５が形成されている。その後、回折光学素子部１３の上に被覆層１６を形成した後、後処理を行った。
【】
被覆層１６の形成には、スパッタリング法を用いた。回折光学素子部１３の表面に、酸化ケイ素を用いて層厚が８０ｎｍとなるようにスパッタリング法により成膜を行った。続いて後処理を行う工程として、１８０℃に加熱した熱風循環オーブン中で９６時間加熱を行った。
【】
上記のように作製した実施例１に係る回折光学素子１０について、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率を測定した。その結果、初期の回折効率は９７．５％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率も９７．５％であった。
【】
上記で作製した実施例１に係る回折光学素子１０について、回折光学素子部１３の断面を切り出し、電子顕微鏡を用いたＥＤＳでの面分析を実施した結果を図５に示す。なお、図５では、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、基材１２の方向に向かって進んだ距離を、厚さ方向位置として示す。
【】
図５に示すように、実施例１に係る回折光学素子１０は、回折光学素子部１３の基材１２と接する面と反対の側（外気と接する側）において、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比（図５中の縦軸Ｃ／Ｓｉ）について高い値を示した。ＥＤＳでの面分析の結果から表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａおよび基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂを算出したところ、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは２．４２であり、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０８であった。また、回折構造１４を有しない平坦部１５に対しても同様にＥＤＳでの面分析を行い、（Ｃ／Ｓｉ）ｃを算出したところ２．４０であった。
【】
（実施例２）
実施例２では、回折光学素子部１３の上に被覆層１６を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．１％であり、レーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率も９７．１％であった。
また、実施例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは２．７２、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．２０、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは２．６７であった。
実施例２では、回折光学素子部１３の上に被覆層１６を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．１％であり、レーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率も９７．１％であった。
また、実施例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは２．７２、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．２０、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは２．６７であった。
【】
（実施例３）
実施例３では、後処理における加熱条件を、１５０℃の熱風循環オーブン中で９６時間加熱としたこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．４％であり、レーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率は９６．７％であった。
また、実施例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．６２、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０８、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．５９であった。
実施例３では、後処理における加熱条件を、１５０℃の熱風循環オーブン中で９６時間加熱としたこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．４％であり、レーザ光４４を１０００時間照射した後の回折効率は９６．７％であった。
また、実施例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．６２、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０８、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．５９であった。
【】
（実施例４）
実施例４では、後処理における加熱条件を１５０℃の熱風循環オーブン中で２４時間加熱としたこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例４に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９６．９％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は８８．４％であった。
また、実施例４に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．３１、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０８、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．３３であった。
実施例４では、後処理における加熱条件を１５０℃の熱風循環オーブン中で２４時間加熱としたこと以外は、実施例１と同様にして、光学素子を作成した。
実施例４に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９６．９％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は８８．４％であった。
また、実施例４に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．３１、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０８、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．３３であった。
【】
（比較例１）
比較例１では、被覆層１６の形成と後処理とを行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして光学素子を作成した。
比較例１に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．１％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は７６．４％であった。
比較例１では、被覆層１６の形成と後処理とを行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして光学素子を作成した。
比較例１に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は９７．１％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は７６．４％であった。
【】
また、比較例１に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に回折光学素子部１３の断面を切り出して面分析を実施した。その結果を図６に示す。なお、図６では、回折光学素子部１３の、基材１２と接する面と反対の側の面から、基材１２の方向に向かって進んだ距離を、厚さ方向位置として示す。
図６に示すように、比較例１に係る回折光学素子１０は、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比（図６の縦軸Ｃ／Ｓｉ）について厚さ方向に分布がみられなかった。ＥＤＳでの面分析の結果から、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａ、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂ、および（Ｃ／Ｓｉ）ｃを算出した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．０８、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０９、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
図６に示すように、比較例１に係る回折光学素子１０は、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比（図６の縦軸Ｃ／Ｓｉ）について厚さ方向に分布がみられなかった。ＥＤＳでの面分析の結果から、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａ、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂ、および（Ｃ／Ｓｉ）ｃを算出した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．０８、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０９、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
【】
（比較例２）
比較例２では、後処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして光学素子を作成した。
比較例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率が９７．３％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は８１．２％であった。
また、比較例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．０８、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０９、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
比較例２では、後処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして光学素子を作成した。
比較例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率が９７．３％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は８１．２％であった。
また、比較例２に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．０８、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．０９、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
【】
（比較例３）
比較例３では、後処理の代わりに波長４５５ｎｍ（１２００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を回折光学素子部１３に２００時間照射したこと以外は、実施例２と同様にして光学素子を作成した。
比較例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は８５．２％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は７４．３％であった。
また、比較例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．８３、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．１０、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
比較例３では、後処理の代わりに波長４５５ｎｍ（１２００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を回折光学素子部１３に２００時間照射したこと以外は、実施例２と同様にして光学素子を作成した。
比較例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に、波長４５５ｎｍ（３００Ｗ／ｃｍ２）のレーザ光４４を透過回折させたときの初期の回折効率、およびレーザ光を１０００時間照射した後の回折効率をそれぞれ測定した。その結果、初期の回折効率は８５．２％であり、レーザ光４４を１０００時間照射後の回折効率は７４．３％であった。
また、比較例３に係る回折光学素子１０について、実施例１と同様に断面を切り出して面分析を実施した。その結果、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａは１．８３、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは１．１０、（Ｃ／Ｓｉ）ｃは１．０８であった。
【】
表１に、実施例１～４および比較例１～３に係る回折光学素子１０について得られた結果をまとめて示す。
なお、回折効率については、レーザ光４４を１０００時間照射する前後での変化量が１．０％以下である場合をＡ、変化量が１．０％より大きく１０.０％以下である場合をＢ、変化量が１０．０％より大きい場合をＣと評価した。
なお、回折効率については、レーザ光４４を１０００時間照射する前後での変化量が１．０％以下である場合をＡ、変化量が１．０％より大きく１０.０％以下である場合をＢ、変化量が１０．０％より大きい場合をＣと評価した。
【】
【表】
【】
表１に示されるように、後処理を行うことで回折光学素子１０について表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａが基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい値となった。その結果、高強度のレーザ光４４を１０００時間照射した後においても高い回折効率を維持できることが確認できた。
【】
さらに、表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａが、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上であれば、高強度のレーザ光４４を１０００時間照射する前後での回折効率の変化量が１．０％以下となり、回折効率の低下を抑制する効果を高く得ることができた。
【】
一方、被覆層１６の形成および後処理を行わなかった比較例１では、高強度のレーザ光４４を１０００時間照射する前後での回折効率の変化量が１０％より大きくなった。また後処理を行わなかった比較例２においても同様に、レーザ光４４を１０００時間照射する前後での回折効率の変化量が１０％より大きかった。比較例１および２ではいずれも、基材側比率（Ｃ／Ｓｉ）ｂは表面側比率（Ｃ／Ｓｉ）ａより大きい値となった。
【】
さらに、比較例３においても、レーザ光４４を１０００時間照射する前後での回折効率の変化量が１０％より大きかった。比較例３では、（Ｃ／Ｓｉ）ａ１と（Ｃ／Ｓｉ）ｃとで値が大きく異なっており、（Ｃ／Ｓｉ）ａ１は（Ｃ／Ｓｉ）ｃの１．１倍より大きい値となった。
【】
本発明に係る光学素子は、プロジェクタ５００の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ビューファインダー（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ（ＥＶＦ））、車載機器、およびヘッドアップディスプレイ等に用いることができる。
【】
本発明の実施形態に係る開示は、以下の構成および方法を含む。
（構成１）
基材と、
前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる光学素子部と、
を有する光学素子であって、
前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から、前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、
（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい、ことを特徴とする光学素子。
（構成２）
前記（Ｃ／Ｓｉ）ａが前記（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上である、構成１に記載の光学素子。
（構成３）
前記光学素子部の上に、無機酸化物または無機フッ化物を主成分とする被覆層をさらに有する、構成１または２に記載の光学素子。
（構成４）
前記光学素子は回折光学素子であり、
前記光学素子部は、回折構造を有する回折光学素子部であり、
前記回折光学素子は、前記基材の上に、前記回折光学素子部と一体に形成され、平坦な表面を有する平坦部をさらに有し、
前記平坦部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｃとしたとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｃの０．９倍以上１．１倍以下である、構成１～３のいずれか１つの構成に記載の光学素子。
（構成５）
複数のレーザ光源と回折光学素子とを備えており、
前記回折光学素子が、前記複数のレーザ光源に対して光出射側に配置され、
前記回折光学素子が構成４に記載の回折光学素子である、ことを特徴とする光源装置。
（構成６）
複数のレーザ光源が、半導体レーザを有する、構成５に記載の光源装置。
（構成７）
複数のレーザ光源から出射される光が、青色光を含む、構成５または６に記載の光源装置。
（構成８）
前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、
前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、構成５～７のいずれか１つの構成に記載の光源装置。
（構成９）
光学系と前記光学系を制御する制御装置とを備える画像投影装置であって、
光学系が、光源装置と複数の光学素子とを含み、
前記光源装置が構成５～８のいずれか１つの構成に記載の光源装置である、ことを特徴とする画像投影装置。
（構成１０）
複数のレーザ光源が、半導体レーザを有する、構成９に記載の画像投影装置。
（構成１１）
複数のレーザ光源から出射される光が、青色光を含む、構成９または１０に記載の画像投影装置。
（構成１２）
前記光源装置が、前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、
前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、構成９～１１のいずれか１つの構成に記載の画像投影装置。
（構成１３）
前記光学系が、前記蛍光体を介して前記光源装置から出射された光を、赤色光と緑色光と青色光とに分離し、
前記制御装置がカラー画像を生成する、請求項１２に記載の画像投影装置。
（方法１）
基材の上にオルガノポリシロキサンを含む光学素子部を形成する工程を有する、光学素子の製造方法であって、
前記光学素子部を形成する工程は、後処理を行う工程を含み、
前記後処理を経て形成された前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、
（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい、ことを特徴とする光学素子の製造方法。
（方法２）
前記後処理が、加熱処理であり、
前記加熱処理は、温度１２０℃以上、加熱時間２時間以上の条件で行われる、方法１に記載の光学素子の製造方法。
（方法３）
前記光学素子部を形成する工程が、
前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする原材料を載置する工程と、
前記原材料を前記基材と型部材とで挟んで加圧する工程と、
前記原材料を硬化させた後に前記型部材から離型する工程と、
を含む、方法１または２に記載の光学素子の製造方法。
（方法４）
前記光学素子部を形成する工程が、前記原材料を硬化させた後に前記型部材から離型する工程と前記後処理を行う工程との間に、前記光学素子部を覆う被覆層を形成する工程を含む、方法３に記載の光学素子の製造方法。
（方法５）
前記被覆層が酸化ケイ素からなる、方法４に記載の光学素子の製造方法。
（構成１）
基材と、
前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする材料からなる光学素子部と、
を有する光学素子であって、
前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から、前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、
（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい、ことを特徴とする光学素子。
（構成２）
前記（Ｃ／Ｓｉ）ａが前記（Ｃ／Ｓｉ）ｂの１．５倍以上である、構成１に記載の光学素子。
（構成３）
前記光学素子部の上に、無機酸化物または無機フッ化物を主成分とする被覆層をさらに有する、構成１または２に記載の光学素子。
（構成４）
前記光学素子は回折光学素子であり、
前記光学素子部は、回折構造を有する回折光学素子部であり、
前記回折光学素子は、前記基材の上に、前記回折光学素子部と一体に形成され、平坦な表面を有する平坦部をさらに有し、
前記平坦部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比の平均値を（Ｃ／Ｓｉ）ｃとしたとき、（Ｃ／Ｓｉ）ａは（Ｃ／Ｓｉ）ｃの０．９倍以上１．１倍以下である、構成１～３のいずれか１つの構成に記載の光学素子。
（構成５）
複数のレーザ光源と回折光学素子とを備えており、
前記回折光学素子が、前記複数のレーザ光源に対して光出射側に配置され、
前記回折光学素子が構成４に記載の回折光学素子である、ことを特徴とする光源装置。
（構成６）
複数のレーザ光源が、半導体レーザを有する、構成５に記載の光源装置。
（構成７）
複数のレーザ光源から出射される光が、青色光を含む、構成５または６に記載の光源装置。
（構成８）
前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、
前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、構成５～７のいずれか１つの構成に記載の光源装置。
（構成９）
光学系と前記光学系を制御する制御装置とを備える画像投影装置であって、
光学系が、光源装置と複数の光学素子とを含み、
前記光源装置が構成５～８のいずれか１つの構成に記載の光源装置である、ことを特徴とする画像投影装置。
（構成１０）
複数のレーザ光源が、半導体レーザを有する、構成９に記載の画像投影装置。
（構成１１）
複数のレーザ光源から出射される光が、青色光を含む、構成９または１０に記載の画像投影装置。
（構成１２）
前記光源装置が、前記回折光学素子に対して光出射側に配置された蛍光体をさらに有し、
前記蛍光体が、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物を含む、構成９～１１のいずれか１つの構成に記載の画像投影装置。
（構成１３）
前記光学系が、前記蛍光体を介して前記光源装置から出射された光を、赤色光と緑色光と青色光とに分離し、
前記制御装置がカラー画像を生成する、請求項１２に記載の画像投影装置。
（方法１）
基材の上にオルガノポリシロキサンを含む光学素子部を形成する工程を有する、光学素子の製造方法であって、
前記光学素子部を形成する工程は、後処理を行う工程を含み、
前記後処理を経て形成された前記光学素子部について、前記光学素子部の、前記基材と接する面と反対の側の面から前記基材に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ａとし、前記光学素子部と前記基材とが接する面から、前記光学素子部の中に向かって０．５μｍから３μｍの範囲における、ケイ素原子に対する炭素原子の原子濃度比を（Ｃ／Ｓｉ）ｂとしたとき、
（Ｃ／Ｓｉ）ａが（Ｃ／Ｓｉ）ｂより大きい、ことを特徴とする光学素子の製造方法。
（方法２）
前記後処理が、加熱処理であり、
前記加熱処理は、温度１２０℃以上、加熱時間２時間以上の条件で行われる、方法１に記載の光学素子の製造方法。
（方法３）
前記光学素子部を形成する工程が、
前記基材の上にオルガノポリシロキサンを主成分とする原材料を載置する工程と、
前記原材料を前記基材と型部材とで挟んで加圧する工程と、
前記原材料を硬化させた後に前記型部材から離型する工程と、
を含む、方法１または２に記載の光学素子の製造方法。
（方法４）
前記光学素子部を形成する工程が、前記原材料を硬化させた後に前記型部材から離型する工程と前記後処理を行う工程との間に、前記光学素子部を覆う被覆層を形成する工程を含む、方法３に記載の光学素子の製造方法。
（方法５）
前記被覆層が酸化ケイ素からなる、方法４に記載の光学素子の製造方法。
【符号の説明】
【】
１０ 回折光学素子
１２ 基材
１３ 回折光学素子部
１４ 回折構造
１５ 平坦部
１６ 被覆層
４１ レーザ光源
４４ レーザ光
８１ 転写型
５００ プロジェクタ
５０１ 光源装置
１２ 基材
１３ 回折光学素子部
１４ 回折構造
１５ 平坦部
１６ 被覆層
４１ レーザ光源
４４ レーザ光
８１ 転写型
５００ プロジェクタ
５０１ 光源装置
【図】
【図】
【図】
【図】
【図】
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