JP2002006128A - 回折光学素子を用いた撮像装置 - Google Patents
回折光学素子を用いた撮像装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い回折効率が広範囲の波長域において得ら
れ、かつ色フレアが目立たない回折光学素子及びそれを
有した撮像装置を得ること。 【解決手段】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格
子構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長であ
る設計波長を複数有し、該設計波長λ０が所定の条件を
満たす回折光学素子を、光学系中に用い、撮像手段に画
像を形成すること。
れ、かつ色フレアが目立たない回折光学素子及びそれを
有した撮像装置を得ること。 【解決手段】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格
子構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長であ
る設計波長を複数有し、該設計波長λ０が所定の条件を
満たす回折光学素子を、光学系中に用い、撮像手段に画
像を形成すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の波長、あるい
は所定の帯域光で使用する回折光学素子及びそれを有し
た撮像装置に関するものであり、特に、３色以上の色光
を用いてカラー画像を形成する撮影光学系の一部に用い
る回折光学素子として好適なものである。
は所定の帯域光で使用する回折光学素子及びそれを有し
た撮像装置に関するものであり、特に、３色以上の色光
を用いてカラー画像を形成する撮影光学系の一部に用い
る回折光学素子として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光学系の色収差を補正する方
法の１つとして、分散の異なる２つの硝材（レンズ）を
組み合わせる方法がある。
法の１つとして、分散の異なる２つの硝材（レンズ）を
組み合わせる方法がある。
【０００３】この２つの硝材の組み合わせにより色収差
を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系のレ
ンズ面以外の部分に回折作用を有する回折光学素子（以
下回折格子とも言う）を設けることで、色収差を減じる
方法が、例えばＳＰＩＥ Vol.1354 International Lens
Design Conference（１９９０）等の文献や特開平４−
２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公報、
ＵＳＰ５０４４７０６等により開示されている。これ
は、光学系中の屈折面と回折面とでは、屈折力の符号が
同じ場合には、ある基準波長の光線に対する色収差の出
方が逆方向に発現するという物理現象を利用したもので
ある。さらに、このような回折光学素子は、その周期的
構造の周期を自由に変化させることで非球面レンズ的な
効果をも持たせることができるので単色収差の低減にも
大きな効果がある。
を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系のレ
ンズ面以外の部分に回折作用を有する回折光学素子（以
下回折格子とも言う）を設けることで、色収差を減じる
方法が、例えばＳＰＩＥ Vol.1354 International Lens
Design Conference（１９９０）等の文献や特開平４−
２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公報、
ＵＳＰ５０４４７０６等により開示されている。これ
は、光学系中の屈折面と回折面とでは、屈折力の符号が
同じ場合には、ある基準波長の光線に対する色収差の出
方が逆方向に発現するという物理現象を利用したもので
ある。さらに、このような回折光学素子は、その周期的
構造の周期を自由に変化させることで非球面レンズ的な
効果をも持たせることができるので単色収差の低減にも
大きな効果がある。
【０００４】ここで、屈折においては、１本の光線は屈
折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、１
本の光線が回折されると複数の次数の回折光に光が分か
れてしまう。そこで、光学系に回折光学素子を用いる場
合には、使用波長領域の光束が特定次数（以後「設計次
数」とも言う）に集中するように格子構造を決定する必
要がある。特定の次数に光が集中している場合では、そ
れ以外の次数の回折光の強度は低いものとなり、強度が
０の場合にはその回折光は存在しないものとなる。
折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、１
本の光線が回折されると複数の次数の回折光に光が分か
れてしまう。そこで、光学系に回折光学素子を用いる場
合には、使用波長領域の光束が特定次数（以後「設計次
数」とも言う）に集中するように格子構造を決定する必
要がある。特定の次数に光が集中している場合では、そ
れ以外の次数の回折光の強度は低いものとなり、強度が
０の場合にはその回折光は存在しないものとなる。
【０００５】前記回折光学素子の特長を有用するために
は、使用波長域全域において設計次数の光線の回折効率
が十分高いことが必要になる。また、設計次数以外の回
折次数をもった光線は、設計次数の光線とは別な所に結
像するため、フレア（光）となる。従って回折光学素子
を利用した光学系においては、回折光学素子の設計次数
の光線の回折効率の分光分布及び設計次数以外の次数の
光線（不要回折光）の振る舞いについても十分考慮する
事が重要である。
は、使用波長域全域において設計次数の光線の回折効率
が十分高いことが必要になる。また、設計次数以外の回
折次数をもった光線は、設計次数の光線とは別な所に結
像するため、フレア（光）となる。従って回折光学素子
を利用した光学系においては、回折光学素子の設計次数
の光線の回折効率の分光分布及び設計次数以外の次数の
光線（不要回折光）の振る舞いについても十分考慮する
事が重要である。
【０００６】図１３に示すような基板４に１つの層より
成る回折格子６を設けた回折光学素子１を光学系中のあ
る面に形成した場合の特定の回折次数の光線に対する回
折効率の特性を図１４に示す。以下、回折効率の値は全
透過光束に対する各回折光の光量の割合であり、格子境
界面での反射光などは説明が複雑になるので考慮してい
ない。この図１４で、横軸は波長を表し、縦軸は回折効
率を表している。この回折光学素子は、１次の回折次数
（図中実線）において、使用波長領域で最も回折効率が
高くなるように設計されている。即ち設計次数は１次と
なる。さらに、設計次数近傍の回折次数（１次±１次の
０次と２次）の回折効率も併せ並記しておく。
成る回折格子６を設けた回折光学素子１を光学系中のあ
る面に形成した場合の特定の回折次数の光線に対する回
折効率の特性を図１４に示す。以下、回折効率の値は全
透過光束に対する各回折光の光量の割合であり、格子境
界面での反射光などは説明が複雑になるので考慮してい
ない。この図１４で、横軸は波長を表し、縦軸は回折効
率を表している。この回折光学素子は、１次の回折次数
（図中実線）において、使用波長領域で最も回折効率が
高くなるように設計されている。即ち設計次数は１次と
なる。さらに、設計次数近傍の回折次数（１次±１次の
０次と２次）の回折効率も併せ並記しておく。
【０００７】図１４に示されるように、設計次数では回
折効率はある波長で最も高くなり（以下「設計波長」と
言う）それ以外の波長では序々に低くなる。この設計次
数での回折効率の低下分は、他の次数の回折光となり、
フレアとなる。また、回折光学素子を複数個使用した場
合には特に、設計波長以外の波長での回折効率の低下は
透過率の低下にもつながる。
折効率はある波長で最も高くなり（以下「設計波長」と
言う）それ以外の波長では序々に低くなる。この設計次
数での回折効率の低下分は、他の次数の回折光となり、
フレアとなる。また、回折光学素子を複数個使用した場
合には特に、設計波長以外の波長での回折効率の低下は
透過率の低下にもつながる。
【０００８】このフレアの影響を低減する構成が従来よ
り様々と提案されている。
り様々と提案されている。
【０００９】例えば、特開平９−１２７３２２号公報に
開示されている回折光学素子は、図１５に示すように３
種類の異なる材料（３つの回折格子６，７，１２）と、
２種類の異なる格子厚ｄ１，ｄ２を最適に選び、等しい
ピッチ分布で各回折格子近接して配置したものであり、
この構成により図１６に示すように可視域全域で設計次
数での高い回折効率を実現している。
開示されている回折光学素子は、図１５に示すように３
種類の異なる材料（３つの回折格子６，７，１２）と、
２種類の異なる格子厚ｄ１，ｄ２を最適に選び、等しい
ピッチ分布で各回折格子近接して配置したものであり、
この構成により図１６に示すように可視域全域で設計次
数での高い回折効率を実現している。
【００１０】又、本発明者は回折効率の低下を減少でき
る構成を特開平１０−１３３１４９号公報に提示してい
る。同公報で提示された回折光学素子は、図１７に示す
ように、２層に重ね合わされた積層断面形状をもってい
て、そして２層６，７を構成する材質の屈折率、分散特
性および各格子厚を最適化することにより、可視域全域
で設計次数での高い回折効率を実現している。
る構成を特開平１０−１３３１４９号公報に提示してい
る。同公報で提示された回折光学素子は、図１７に示す
ように、２層に重ね合わされた積層断面形状をもってい
て、そして２層６，７を構成する材質の屈折率、分散特
性および各格子厚を最適化することにより、可視域全域
で設計次数での高い回折効率を実現している。
【００１１】また特開平１０−１０４４１１号公報で
は、図１３に示したようなキノフォーム型の回折光学素
子の格子厚を調整することで設計波長を適宜シフトする
ことにより、設計次数近傍の次数の不要回折光の量を低
減した回折光学素子を開示している。
は、図１３に示したようなキノフォーム型の回折光学素
子の格子厚を調整することで設計波長を適宜シフトする
ことにより、設計次数近傍の次数の不要回折光の量を低
減した回折光学素子を開示している。
【００１２】又本出願人は特願平１１−３４４３６９号
（特開２０００−２４１６１４号公報）において積層構
造の回折光学素子を用い設計次数近傍の不要回折光を適
切に低減する光学系を提案している。
（特開２０００−２４１６１４号公報）において積層構
造の回折光学素子を用い設計次数近傍の不要回折光を適
切に低減する光学系を提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例のうち、特
開平９−１２７３２２号公報で提案されている回折光学
素子は、設計次数の回折効率が大幅に改善されているた
め、設計次数以外の次数の回折光である不要回折光の量
も低減されフレアは減少している。しかしながら得られ
る画像には色フレアが目立っていた。又、フレアの色味
やフレアの量などについての詳細な記述はされていな
い。
開平９−１２７３２２号公報で提案されている回折光学
素子は、設計次数の回折効率が大幅に改善されているた
め、設計次数以外の次数の回折光である不要回折光の量
も低減されフレアは減少している。しかしながら得られ
る画像には色フレアが目立っていた。又、フレアの色味
やフレアの量などについての詳細な記述はされていな
い。
【００１４】一方、特開平１０−１０４４１１号公報で
は、図１３に示すような１つの回折面を有する格子形状
について不要次数光の色フレアの影響などについては記
述されているが、（以下「単層ＤＯＥ」という）、２層
以上に重ね合わされた積層断面形状をもつ回折光学素子
（以下「積層ＤＯＥ」という）についてのフレアに関し
ては何ら言及されていない。
は、図１３に示すような１つの回折面を有する格子形状
について不要次数光の色フレアの影響などについては記
述されているが、（以下「単層ＤＯＥ」という）、２層
以上に重ね合わされた積層断面形状をもつ回折光学素子
（以下「積層ＤＯＥ」という）についてのフレアに関し
ては何ら言及されていない。
【００１５】前述の積層ＤＯＥを用いた光学系では、単
層ＤＯＥと比べるとフレアは大幅に低減しているもの
の、不要回折光が全く存在しないということはなく、わ
ずかながら残存している。
層ＤＯＥと比べるとフレアは大幅に低減しているもの
の、不要回折光が全く存在しないということはなく、わ
ずかながら残存している。
【００１６】撮影（投影）条件の変化しない光学系（例
えば、複写機のリーダーレンズや液晶プロジェクターの
投射レンズ）への応用では、積層ＤＯＥによりフレアの
影響は問題ないレベルまで抑制されている。しかしなが
ら、本発明者が種々と検討した結果によると、カメラ、
ビデオなど様々な被写体を様々な条件で撮影するような
光学系に於いては、わずかに残存しているフレアが問題
になる場合があることが分かった。
えば、複写機のリーダーレンズや液晶プロジェクターの
投射レンズ）への応用では、積層ＤＯＥによりフレアの
影響は問題ないレベルまで抑制されている。しかしなが
ら、本発明者が種々と検討した結果によると、カメラ、
ビデオなど様々な被写体を様々な条件で撮影するような
光学系に於いては、わずかに残存しているフレアが問題
になる場合があることが分かった。
【００１７】一例を示すと被写界中に高輝度光源などが
存在する場合、撮影時には光源が適正な露出になるよう
には撮影せず、光源以外の被写体が適正露出になるよう
な撮影を行なう。従って光源部は適正露光以上の露光で
撮影されることになる。例えば、光源が適正露光の１０
００倍で露光されると、フレアがわずか０．２％残存し
ていたとしても、光源部のフレアの量も１０００倍され
るので適正露光の２倍の光量をもつフレアとなり、撮影
画像に目立つフレアが発生する。
存在する場合、撮影時には光源が適正な露出になるよう
には撮影せず、光源以外の被写体が適正露出になるよう
な撮影を行なう。従って光源部は適正露光以上の露光で
撮影されることになる。例えば、光源が適正露光の１０
００倍で露光されると、フレアがわずか０．２％残存し
ていたとしても、光源部のフレアの量も１０００倍され
るので適正露光の２倍の光量をもつフレアとなり、撮影
画像に目立つフレアが発生する。
【００１８】上述のようにカメラやビデオへ積層ＤＯＥ
を応用した場合、わずかなフレアでも問題となることが
ある。特に、フレア成分に波長依存性がある場合には、
特開平１０−１０４４１１号公報で開示している単層Ｄ
ＯＥに基づく色光特性に似た色フレアが積層ＤＯＥの場
合にも発生する。
を応用した場合、わずかなフレアでも問題となることが
ある。特に、フレア成分に波長依存性がある場合には、
特開平１０−１０４４１１号公報で開示している単層Ｄ
ＯＥに基づく色光特性に似た色フレアが積層ＤＯＥの場
合にも発生する。
【００１９】本発明は、不要次数の回折光による色フレ
アが目立たない回折光学素子及びそれを有した撮像装置
の提供を目的としている。
アが目立たない回折光学素子及びそれを有した撮像装置
の提供を目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の回折光
学素子を有した撮像装置は、少なくとも２種類の分散の
異なる材質からなる複数の回折格子を積層した格子構造
をもち、該格子構造での最大光路長差が波長の整数倍と
なる波長である設計波長を複数有し、該設計波長λ0が
次の条件を満たし、かつ使用波長領域全域で特定次数
（設計次数）の回折効率を高くする回折光学素子を、光
学系中に用い、撮像手段に画像を形成することを特徴と
する回折光学素子を有した撮像装置。
学素子を有した撮像装置は、少なくとも２種類の分散の
異なる材質からなる複数の回折格子を積層した格子構造
をもち、該格子構造での最大光路長差が波長の整数倍と
なる波長である設計波長を複数有し、該設計波長λ0が
次の条件を満たし、かつ使用波長領域全域で特定次数
（設計次数）の回折効率を高くする回折光学素子を、光
学系中に用い、撮像手段に画像を形成することを特徴と
する回折光学素子を有した撮像装置。
【００２１】 U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.75[U3,n(λ0)-U3,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>U3,n(λ0)-U3,r(λ0) U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.5[U2,n(λ0)-U2,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)≧ U2,n(λ0)-U2,r(λ0) （0<r<nの任意の整数） ここで、U1,n（λ0）、U2,n（λ0）、U3,n（λ0）は次
の通りである。
の通りである。
【００２２】
【数５】
【００２３】又、U1,r（λ0）、U2,r（λ0）、U3,r（λ
0）は次の通りである。
0）は次の通りである。
【００２４】
【数６】
【００２５】ただし、 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。以上において、 Dp（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がp、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算する
がこの場合、p=mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長λでの寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ)とする。
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。以上において、 Dp（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がp、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算する
がこの場合、p=mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長λでの寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ)とする。
【００２６】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記積層される複数の回折格子には格子形状の格子
の向きが他の回折格子とは異なる回折格子が少なくとも
１つ以上含まれることを特徴としている。
て、前記積層される複数の回折格子には格子形状の格子
の向きが他の回折格子とは異なる回折格子が少なくとも
１つ以上含まれることを特徴としている。
【００２７】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、前記特定の波長域が、可視光域であることを特徴と
している。
て、前記特定の波長域が、可視光域であることを特徴と
している。
【００２８】請求項４の発明は請求項１の発明におい
て、前記積層される回折格子は基板上に積層されてお
り、該積層される回折格子の基板側に近いほうから第１
の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子としたと
き、第１の回折格子を形成する材質と基板が同材質であ
ることを特徴としている。
て、前記積層される回折格子は基板上に積層されてお
り、該積層される回折格子の基板側に近いほうから第１
の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子としたと
き、第１の回折格子を形成する材質と基板が同材質であ
ることを特徴としている。
【００２９】請求項５の発明は請求項１の発明におい
て、前記光学系は、結像光学系であることを特徴として
いる。
て、前記光学系は、結像光学系であることを特徴として
いる。
【００３０】請求項６の発明の回折光学素子は、少なく
とも２種類の分散の異なる材質から成る複数の回折格子
を積層した格子構造をもち、該格子構造での最大光路長
差が波長の整数倍となる波長である設計波長を複数有
し、設計次数以外の次数の回折光によるフレアを青味が
かった白色のような青色系の色相としたことを特徴とし
ている。
とも２種類の分散の異なる材質から成る複数の回折格子
を積層した格子構造をもち、該格子構造での最大光路長
差が波長の整数倍となる波長である設計波長を複数有
し、設計次数以外の次数の回折光によるフレアを青味が
かった白色のような青色系の色相としたことを特徴とし
ている。
【００３１】請求項７の発明の回折光学素子は、設計次
数以外の次数の回折光によるフレアを青味がかった白色
のような青色系の色相としたことを特徴としている。
数以外の次数の回折光によるフレアを青味がかった白色
のような青色系の色相としたことを特徴としている。
【００３２】請求項８の発明の光学系は、請求項６又は
７記載の回折光学素子を有していることを特徴としてい
る。
７記載の回折光学素子を有していることを特徴としてい
る。
【００３３】請求項９の発明の撮像装置は、請求項８に
記載の光学系により被写体を撮像手段に結像することを
特徴としている。
記載の光学系により被写体を撮像手段に結像することを
特徴としている。
【００３４】請求項１０の発明の回折光学素子は、光学
系中に用い、撮像手段に画像を形成するときに用い、使
用波長領域全域で特定次数（設計波長）の回折効率を高
くする回折光学素子であって、該回折光学素子は、少な
くとも２種類の分散の異なる材質からなる回折格子を積
層した格子構造をもち、該格子構造での最大光路長差が
波長の整数倍となる波長である設計波長を複数有し、該
設計波長λ0が次の条件を満たすことを特徴としてい
る。
系中に用い、撮像手段に画像を形成するときに用い、使
用波長領域全域で特定次数（設計波長）の回折効率を高
くする回折光学素子であって、該回折光学素子は、少な
くとも２種類の分散の異なる材質からなる回折格子を積
層した格子構造をもち、該格子構造での最大光路長差が
波長の整数倍となる波長である設計波長を複数有し、該
設計波長λ0が次の条件を満たすことを特徴としてい
る。
【００３５】 U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.75[U3,n(λ0)-U3,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>U3,n(λ0)-U3,r(λ0) U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.5[U2,n(λ0)-U2,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)≧ U2,n(λ0)-U2,r(λ0) （0<r<nの任意の整数） ここで、U1,n（λ0）、U2,n（λ0）、U3,n（λ0）は次
の通りである。
の通りである。
【００３６】
【数７】
【００３７】
【数８】
【００３８】ただし、 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。
【００３９】以上において、 Dp（λ0,λ）:回折光学素子の回折次数がp、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ）:回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算する
がこの場合、p=mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長での寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ）とする。
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ）:回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算する
がこの場合、p=mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長での寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ）とする。
【００４０】請求項１１の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記積層される回折格子の格子形状は格子の向き
が異なる回折格子が少なくとも１つ以上含まれることを
特徴としている。
いて、前記積層される回折格子の格子形状は格子の向き
が異なる回折格子が少なくとも１つ以上含まれることを
特徴としている。
【００４１】請求項１２の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記特定の波長域が、可視光域であることを特徴
としている。
いて、前記特定の波長域が、可視光域であることを特徴
としている。
【００４２】請求項１３の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記積層される回折格子は基板上に積層されてお
り、該積層される回折格子の基板側に近いほうから第１
の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子としたと
き、第１の回折格子を形成する材質と基板が同材質であ
ることを特徴としている。
いて、前記積層される回折格子は基板上に積層されてお
り、該積層される回折格子の基板側に近いほうから第１
の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子としたと
き、第１の回折格子を形成する材質と基板が同材質であ
ることを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の回
折光学素子を用いた撮像装置の要部構成図である。
折光学素子を用いた撮像装置の要部構成図である。
【００４４】本実施形態の光学系は撮影用，画像読取
用，検査用，観察用等の各種の光学機器に適用可能なも
のである。
用，検査用，観察用等の各種の光学機器に適用可能なも
のである。
【００４５】図１の光学系ＯＬは回折光学素子（ＤＯ
Ｅ）１、屈折光学素子９（図ではレンズ)、絞り１０を
各々少なくとも１つ以上有している。図１では光学系Ｏ
Ｌに入射した物体からの光束が受光部（撮像手段）１１
に結像する状態を示している。
Ｅ）１、屈折光学素子９（図ではレンズ)、絞り１０を
各々少なくとも１つ以上有している。図１では光学系Ｏ
Ｌに入射した物体からの光束が受光部（撮像手段）１１
に結像する状態を示している。
【００４６】回折光学素子１の設計次数の回折光は、屈
折光学素子９との合成で特定の波長域で良好な光学性能
が得られるように収差補正されている。受光部１１は異
なる分光感度を有する複数の受光体から構成され、異な
る分光感度の受光体からの画像を合成することでカラー
画像が得られる構成となっている。
折光学素子９との合成で特定の波長域で良好な光学性能
が得られるように収差補正されている。受光部１１は異
なる分光感度を有する複数の受光体から構成され、異な
る分光感度の受光体からの画像を合成することでカラー
画像が得られる構成となっている。
【００４７】受光部１１としてはＣＣＤ、銀塩フィル
ム、感光体、そして人眼の眼などが通常は用いられる。
例として、図８に一般的な銀塩カラーフィルムの可視領
域でのＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３つの分
光感度特性を示した。受光部１１は、通常は３つの異な
る波長帯に感度を有する３つの受光手段を有しており、
それを混合することによってカラー画像の再現を行って
いる。銀塩カラーフィルムは青、緑、赤にピーク感度を
有する３つの感光層から構成されているし、ＣＣＤも
青、緑、赤にピーク感度を有する３つのセンサから構成
されている。
ム、感光体、そして人眼の眼などが通常は用いられる。
例として、図８に一般的な銀塩カラーフィルムの可視領
域でのＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３つの分
光感度特性を示した。受光部１１は、通常は３つの異な
る波長帯に感度を有する３つの受光手段を有しており、
それを混合することによってカラー画像の再現を行って
いる。銀塩カラーフィルムは青、緑、赤にピーク感度を
有する３つの感光層から構成されているし、ＣＣＤも
青、緑、赤にピーク感度を有する３つのセンサから構成
されている。
【００４８】以下、青、緑、赤にピーク感度を有する受
光手段を、それぞれ第１、第２、第３受光手段と呼ぶこ
とにする。
光手段を、それぞれ第１、第２、第３受光手段と呼ぶこ
とにする。
【００４９】図１では平板上に回折格子部を設けた回折
光学素子を示しているがレンズ等の曲面上に設けた回折
光学素子を用いても良い。
光学素子を示しているがレンズ等の曲面上に設けた回折
光学素子を用いても良い。
【００５０】図２は本実施形態に用いた回折光学素子１
の正面図及び側面図である。回折光学素子１は第１の回
折光学素子２と第２の回折光学素子３が近接した構成と
なっている。
の正面図及び側面図である。回折光学素子１は第１の回
折光学素子２と第２の回折光学素子３が近接した構成と
なっている。
【００５１】図中、回折格子は同心円状の格子形状から
なり、中心から周辺にかけて格子ピッチを徐々に小さく
していくことでレンズ作用を有するようにしている。
なり、中心から周辺にかけて格子ピッチを徐々に小さく
していくことでレンズ作用を有するようにしている。
【００５２】図３は図２の回折光学素子１を図中Ａ−
Ａ’断面で切断した断面形状の一部である。図３は格子
（回折格子）のピッチ方向に比し、深さ方向がかなりデ
フォルメ（誇張）された図となっている。
Ａ’断面で切断した断面形状の一部である。図３は格子
（回折格子）のピッチ方向に比し、深さ方向がかなりデ
フォルメ（誇張）された図となっている。
【００５３】本実施形態の回折光学素子１の回折格子の
断面格子形状は、基板４上に設けられた第１層（回折格
子）６と空気層８の境界部に回折格子面６ａが作成され
た第１の回折光学素子２と、基板５上に設けられた第２
層（回折格子）７と空気層８の境界部に回折格子面７ａ
が作成された第２の回折光学素子３とが空気層８を介し
て近接した構成となっている。そして全層を通して１つ
の回折光学素子として作用することを特徴としている。
断面格子形状は、基板４上に設けられた第１層（回折格
子）６と空気層８の境界部に回折格子面６ａが作成され
た第１の回折光学素子２と、基板５上に設けられた第２
層（回折格子）７と空気層８の境界部に回折格子面７ａ
が作成された第２の回折光学素子３とが空気層８を介し
て近接した構成となっている。そして全層を通して１つ
の回折光学素子として作用することを特徴としている。
【００５４】このような構成にすることで、各回折光学
素子の回折格子６，７は単層の回折光学素子を作成する
技術が使用できる。また、２つの材料の境界に回折格子
部を形成する従来の場合には、材料の光学特性の他に、
材料の密着性、膨張率など様々な特性を満足する材料を
用いる必要があるのに対して、上述の積層構造の回折光
学素子では、光学特性のみを満足すれば基本的には良い
ので材料の選択範囲は広くなり、作成には有利となって
いる。
素子の回折格子６，７は単層の回折光学素子を作成する
技術が使用できる。また、２つの材料の境界に回折格子
部を形成する従来の場合には、材料の光学特性の他に、
材料の密着性、膨張率など様々な特性を満足する材料を
用いる必要があるのに対して、上述の積層構造の回折光
学素子では、光学特性のみを満足すれば基本的には良い
ので材料の選択範囲は広くなり、作成には有利となって
いる。
【００５５】次に本発明の回折光学素子の回折効率につ
いて説明する。
いて説明する。
【００５６】通常の図１３に示すような従来の１層の透
過型の回折格子１で、設計波長λ０で回折効率が最大
（１００％）となる条件は、光束が格子（基板２）６に
対して垂直入射した場合は、回折格子６の山と谷を通過
する光線間の光学光路長差が波長の整数倍になればよ
く、式で表わすと、 (n01-1)d=mλ0 ・・・(3) となる。
過型の回折格子１で、設計波長λ０で回折効率が最大
（１００％）となる条件は、光束が格子（基板２）６に
対して垂直入射した場合は、回折格子６の山と谷を通過
する光線間の光学光路長差が波長の整数倍になればよ
く、式で表わすと、 (n01-1)d=mλ0 ・・・(3) となる。
【００５７】ここでn01は波長λ0での回折格子６の材質
の屈折率である。dは格子厚、mは回折次数（設計回折次
数）である。
の屈折率である。dは格子厚、mは回折次数（設計回折次
数）である。
【００５８】図３に示すような複数の格子６，７を重ね
合せた構造からなる回折光学素子でも、基本は１層の場
合と同様で、全層を通して１つの回折格子として作用さ
せるためには、各材質の境界に形成された回折格子の山
と谷の光学光路長差を求め、それを全層にわたって加え
合わせたものが、波長の整数倍になるように決定する。
従って図３に示した積層構造の回折光学素子１の基板に
光束が垂直入射する場合の回折効率が最大となる条件式
は、 ±（n01-1）d1±（n02-1）d2=mλ0 ・・・（4） となる。ここでn01は波長λ0での第１の回折格子６の材
質の屈折率、n02は波長λ0での第２の回折格子７の材質
の屈折率である。d1とd2はそれぞれ第１の回折格子６と
第２の回折格子７の格子厚である。ここで回折方向を図
３中の０次回光から下向きに回折するのを正の回折次数
とすると、（4）式での各層の加減の符号は、図に示す
ように上から下に格子厚が増加する格子形状（図中、回
折格子７）の場合が正となり、逆に下から上に格子厚が
増加する格子形状（図中、回折格子６)の場合が負とな
る。
合せた構造からなる回折光学素子でも、基本は１層の場
合と同様で、全層を通して１つの回折格子として作用さ
せるためには、各材質の境界に形成された回折格子の山
と谷の光学光路長差を求め、それを全層にわたって加え
合わせたものが、波長の整数倍になるように決定する。
従って図３に示した積層構造の回折光学素子１の基板に
光束が垂直入射する場合の回折効率が最大となる条件式
は、 ±（n01-1）d1±（n02-1）d2=mλ0 ・・・（4） となる。ここでn01は波長λ0での第１の回折格子６の材
質の屈折率、n02は波長λ0での第２の回折格子７の材質
の屈折率である。d1とd2はそれぞれ第１の回折格子６と
第２の回折格子７の格子厚である。ここで回折方向を図
３中の０次回光から下向きに回折するのを正の回折次数
とすると、（4）式での各層の加減の符号は、図に示す
ように上から下に格子厚が増加する格子形状（図中、回
折格子７）の場合が正となり、逆に下から上に格子厚が
増加する格子形状（図中、回折格子６)の場合が負とな
る。
【００５９】上記構成に於いて、設計波長λ0以外の波
長λでの回折効率η（λ)は、 η(λ)=sinc2[π[M-[±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2]/λ]] =sinc2[π[M-Φ（λ)/λ]] ・・・（5) ここでΦ（λ）=±（n1（λ）-1）d1±（n2（λ）-1）d
2 ただし、Mは評価回折次数、n1（λ）は第１の回折格子
の波長λでの屈折率、 n2（λ）は第２の回折格子の波
長λでの屈折率、d1、d2はそれぞれ第１の回折格子と第
２の回折格子の格子厚である。又、sinc（ｘ）=sin
（ｘ）/ｘ である。
長λでの回折効率η（λ)は、 η(λ)=sinc2[π[M-[±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2]/λ]] =sinc2[π[M-Φ（λ)/λ]] ・・・（5) ここでΦ（λ）=±（n1（λ）-1）d1±（n2（λ）-1）d
2 ただし、Mは評価回折次数、n1（λ）は第１の回折格子
の波長λでの屈折率、 n2（λ）は第２の回折格子の波
長λでの屈折率、d1、d2はそれぞれ第１の回折格子と第
２の回折格子の格子厚である。又、sinc（ｘ）=sin
（ｘ）/ｘ である。
【００６０】図３では各回折格子面６ａ，７ａは空気と
の境界面に形成されているが、本発明の目的を達成する
ためには、これに限定するものではなく、２つの異なる
材料の境界面に回折格子面を構成した回折格子を有して
も良い。一般には、前述の製造上の面から空気層との境
界面に形成されるのが好ましい。
の境界面に形成されているが、本発明の目的を達成する
ためには、これに限定するものではなく、２つの異なる
材料の境界面に回折格子面を構成した回折格子を有して
も良い。一般には、前述の製造上の面から空気層との境
界面に形成されるのが好ましい。
【００６１】次に、色フレアの原因である不要次数の回
折光（設計次数以外の次数の回折光）の説明を行なう。
不要次数の回折光（不要次数光）の回折効率を説明する
ために、本発明の積層型の回折光学素子として図３に示
した積層の構造を考える。
折光（設計次数以外の次数の回折光）の説明を行なう。
不要次数の回折光（不要次数光）の回折効率を説明する
ために、本発明の積層型の回折光学素子として図３に示
した積層の構造を考える。
【００６２】まず第１の回折光学素子２として以下の構
成をとる。格子部６を形成する材質は紫外線硬化樹脂
（nd=1.635、νd=23.0）、格子厚d1は7.88μmとする。
成をとる。格子部６を形成する材質は紫外線硬化樹脂
（nd=1.635、νd=23.0）、格子厚d1は7.88μmとする。
【００６３】同様に第２の回折光学素子３として以下の
構成をとる。格子部７を形成する材質は大日本インキ化
学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＣＯＯ１（nd=1.524、
νd=50.8）、格子厚d2は10.71μmとする。
構成をとる。格子部７を形成する材質は大日本インキ化
学工業（株）製の紫外線硬化樹脂ＣＯＯ１（nd=1.524、
νd=50.8）、格子厚d2は10.71μmとする。
【００６４】設計次数mは１次であり、設計次数の回折
効率を図４に示す。この例では設計波長は可視領域で２
つ存在し、短波長側から順に４４７ｎｍ、６０８ｎｍで
ある。図から明らかに設計波長の４４７ｎｍと６０８ｎ
ｍでは回折効率が１００％になっていることが分かる。
効率を図４に示す。この例では設計波長は可視領域で２
つ存在し、短波長側から順に４４７ｎｍ、６０８ｎｍで
ある。図から明らかに設計波長の４４７ｎｍと６０８ｎ
ｍでは回折効率が１００％になっていることが分かる。
【００６５】また図５に、不要次数光の回折効率を示
す。図中からはそれぞれ−２次、−１次、０次、２
次、３次、４次の回折効率を表している。
す。図中からはそれぞれ−２次、−１次、０次、２
次、３次、４次の回折効率を表している。
【００６６】各回折光とも設計波長４４７ｎｍ，６０８
ｎｍでは不要回折光は存在せず、設計次数である１次の
設計次数の回折光の回折効率が低下すると、１次以外の
回折効率が大きくなっていることが分かる。
ｎｍでは不要回折光は存在せず、設計次数である１次の
設計次数の回折光の回折効率が低下すると、１次以外の
回折効率が大きくなっていることが分かる。
【００６７】つまり、設計次数以外の不要次数の回折な
光が発生することになる。さらに図から−２次、−１
次、０次や、２次、３次、４次については、次数が設計
次数（１次)から離れるにつれて回折効率は小さくなっ
ていることが分かる。従って、フレア光は弱くなってき
て影響は少なくなってくる。即ち設計次数（１次）の隣
の次数（０次，２次）の影響が最も大きい。
光が発生することになる。さらに図から−２次、−１
次、０次や、２次、３次、４次については、次数が設計
次数（１次)から離れるにつれて回折効率は小さくなっ
ていることが分かる。従って、フレア光は弱くなってき
て影響は少なくなってくる。即ち設計次数（１次）の隣
の次数（０次，２次）の影響が最も大きい。
【００６８】次に前述の不要次数の回折光の結像状態に
ついて説明する。図６に各回折次数の結像状態を示す。
図６（ａ）は設計次数及び設計次数近傍の不要次数の回
折光の結像状態、図６（ｂ）は図６（ａ）を光軸方向か
ら見た結像状態、図６（ｃ)は各受光位置での不要次数
光の光量状態を示す。以下順をおって詳細に説明する。
ついて説明する。図６に各回折次数の結像状態を示す。
図６（ａ）は設計次数及び設計次数近傍の不要次数の回
折光の結像状態、図６（ｂ）は図６（ａ）を光軸方向か
ら見た結像状態、図６（ｃ)は各受光位置での不要次数
光の光量状態を示す。以下順をおって詳細に説明する。
【００６９】ここでは、説明を簡単にするため軸上光束
の結像状態を例にとる。また、カラー画像を形成するの
に必要な色の光束を青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３
色とし、各色Ｂ，Ｇ，Ｒを４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６
５０ｎｍの単一波長で代表させる。さらに設計回折次数
を１次（回折光）とする。
の結像状態を例にとる。また、カラー画像を形成するの
に必要な色の光束を青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３
色とし、各色Ｂ，Ｇ，Ｒを４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６
５０ｎｍの単一波長で代表させる。さらに設計回折次数
を１次（回折光）とする。
【００７０】図６（ａ）で各次数での結像状態を図示す
る。図中１ｃの光束が設計次数の光束であり、結像面
（感光面）１１上では軸上に集光している。この光束１
ｃは、色収差は良好に補正された光束であるので、収差
レベルでの結像状態の差はあるが、現在問題としている
色フレアの結像状態に比べれば、波長の違いによる結像
状態の差は無視できる量である。この設計次数より高い
回折次数の回折光は、回折面でより大きく回折する。
る。図中１ｃの光束が設計次数の光束であり、結像面
（感光面）１１上では軸上に集光している。この光束１
ｃは、色収差は良好に補正された光束であるので、収差
レベルでの結像状態の差はあるが、現在問題としている
色フレアの結像状態に比べれば、波長の違いによる結像
状態の差は無視できる量である。この設計次数より高い
回折次数の回折光は、回折面でより大きく回折する。
【００７１】図中に２次回折光の各色光２ｂ，２ｇ，２
ｒと３次回折光の各色光３ｂ，３ｇ，３ｒの結像状態を
図示する。
ｒと３次回折光の各色光３ｂ，３ｇ，３ｒの結像状態を
図示する。
【００７２】実際はこの他にもさらに高次の回折光や、
設計次数より低い次数（０次、−１次など)も重なりあ
って最終的なフレアとなるが説明が複雑になるので、上
記２つの不要次数（２次、３次）の回折光についてのみ
説明する。
設計次数より低い次数（０次、−１次など)も重なりあ
って最終的なフレアとなるが説明が複雑になるので、上
記２つの不要次数（２次、３次）の回折光についてのみ
説明する。
【００７３】設計次数以外の回折次数の光束は、屈折レ
ンズとの合成で色収差が補正されていないので、波長に
より回折角が異なる。従って２次回折光のＢ成分は２
ｂ、Ｇ成分は２ｇ、Ｒ成分は２ｒで示されるように結像
面１１上で異なる箇所に結像する。
ンズとの合成で色収差が補正されていないので、波長に
より回折角が異なる。従って２次回折光のＢ成分は２
ｂ、Ｇ成分は２ｇ、Ｒ成分は２ｒで示されるように結像
面１１上で異なる箇所に結像する。
【００７４】図６（ｂ）は光軸Ｌａ方向から前記結像状
態を図示したものである。この図から解るように、Ｂ成
分（ｂ）よりＲ成分（ｒ）のほうが感光面１１上で大き
くぼけた結像状態であることが分かる。
態を図示したものである。この図から解るように、Ｂ成
分（ｂ）よりＲ成分（ｒ）のほうが感光面１１上で大き
くぼけた結像状態であることが分かる。
【００７５】同様に３次回折光は２次回折光よりさらに
回折し、３次回折光のＢ成分は３ｂ、Ｇ成分は３ｇ、Ｒ
成分は３ｒで示されるように２次回折光よりもさらにぼ
けて感光面１１上に結像される。設計次数より低い次数
に関しても現象は同じで、設計次数から離れた次数の回
折光ほどぼけは大きくなり、また各次数内もＢ成分より
Ｒ成分のぼけが大きくなる。つまり、０次回折光より−
１次回折光、−１次回折光より−２次回折光のほうがぼ
けは大きくなる。
回折し、３次回折光のＢ成分は３ｂ、Ｇ成分は３ｇ、Ｒ
成分は３ｒで示されるように２次回折光よりもさらにぼ
けて感光面１１上に結像される。設計次数より低い次数
に関しても現象は同じで、設計次数から離れた次数の回
折光ほどぼけは大きくなり、また各次数内もＢ成分より
Ｒ成分のぼけが大きくなる。つまり、０次回折光より−
１次回折光、−１次回折光より−２次回折光のほうがぼ
けは大きくなる。
【００７６】図６（ｃ）にフレアが発生した場合の各エ
リアでのフレア光量の状態を表している。図中ａは２次
回折光と３次回折光のＲＧＢ成分のフレアが存在するエ
リア、ｂは２次回折光のＢ成分のフレアは存在しない
が、２次回折光のＧ成分、Ｒ成分と、３次回折光のＲ，
Ｇ，Ｂ成分のフレアが存在するエリア、ｃは２次回折光
のＢ成分、Ｇ成分のフレアは存在しないが、２次回折光
のＲ成分と３次回折光のフレアが存在するエリア、ｄは
２次回折光のフレアは存在しないが、３次回折光のＲＧ
Ｂ成分のフレアが存在するエリア、ｅは３次回折光のＢ
成分のフレアは存在しないが、３次回折光のＧ成分、Ｒ
成分のフレアが存在するエリア、ｆは３次回折光のＢ成
分、Ｇ成分のフレアは存在しないが、３次回折光のＲ成
分のフレアが存在するエリアとなっている。
リアでのフレア光量の状態を表している。図中ａは２次
回折光と３次回折光のＲＧＢ成分のフレアが存在するエ
リア、ｂは２次回折光のＢ成分のフレアは存在しない
が、２次回折光のＧ成分、Ｒ成分と、３次回折光のＲ，
Ｇ，Ｂ成分のフレアが存在するエリア、ｃは２次回折光
のＢ成分、Ｇ成分のフレアは存在しないが、２次回折光
のＲ成分と３次回折光のフレアが存在するエリア、ｄは
２次回折光のフレアは存在しないが、３次回折光のＲＧ
Ｂ成分のフレアが存在するエリア、ｅは３次回折光のＢ
成分のフレアは存在しないが、３次回折光のＧ成分、Ｒ
成分のフレアが存在するエリア、ｆは３次回折光のＢ成
分、Ｇ成分のフレアは存在しないが、３次回折光のＲ成
分のフレアが存在するエリアとなっている。
【００７７】次に各エリアの色味について本発明者が特
願平１１−３４４３６９号（特開２０００−２４１６１
４号公報）で提案した積層型の回折光学素子のフレア光
に関する先願の実施例と本発明の実施例について説明す
る。まずは、先願におけるフレアの色味について説明す
る。
願平１１−３４４３６９号（特開２０００−２４１６１
４号公報）で提案した積層型の回折光学素子のフレア光
に関する先願の実施例と本発明の実施例について説明す
る。まずは、先願におけるフレアの色味について説明す
る。
【００７８】先願においては、設計次数の隣りの次数
（上記説明では０次と２次）のフレア光のＢ、Ｇ、Ｒ成
分を小さくしつつ、受光体で読み取られる積分光量がＢ
ＧＲ成分で差が少なくなるように構成している。また先
願には回折効率の値しか記載していないが、設計次数を
mとしたときのm±2次以上の高次回折光は、各次数内の
色フレアのＢＧＲ成分の差はm±1次回折光と同じ傾向と
なる。さらに、次数が設計次数から離れるにつれて回折
効率は大幅に低下している。
（上記説明では０次と２次）のフレア光のＢ、Ｇ、Ｒ成
分を小さくしつつ、受光体で読み取られる積分光量がＢ
ＧＲ成分で差が少なくなるように構成している。また先
願には回折効率の値しか記載していないが、設計次数を
mとしたときのm±2次以上の高次回折光は、各次数内の
色フレアのＢＧＲ成分の差はm±1次回折光と同じ傾向と
なる。さらに、次数が設計次数から離れるにつれて回折
効率は大幅に低下している。
【００７９】この場合の各エリアのフレアの色味につい
て定性的な説明をする。エリアａについては図６（ｃ）
から判るように全ての回折次数、全ての波長のフレア成
分が重なり合ったフレアとなっている。２次回折光の３
つの色について考えると、積分光量がほぼ等しいが、感
光面１１上での波長のぼけがＢ成分のほうが小さいの
で、エリアａの単位面積あたりの２次回折光のフレアの
色味としては若干青み係った白となる。この２次回折光
のフレアにさらに３次回折光が重なることになるが、３
次回折光だけを考えると２次回折光と同様の色味を示
す。従ってエリアａのフレアの色味は若干青み係った白
となる。
て定性的な説明をする。エリアａについては図６（ｃ）
から判るように全ての回折次数、全ての波長のフレア成
分が重なり合ったフレアとなっている。２次回折光の３
つの色について考えると、積分光量がほぼ等しいが、感
光面１１上での波長のぼけがＢ成分のほうが小さいの
で、エリアａの単位面積あたりの２次回折光のフレアの
色味としては若干青み係った白となる。この２次回折光
のフレアにさらに３次回折光が重なることになるが、３
次回折光だけを考えると２次回折光と同様の色味を示
す。従ってエリアａのフレアの色味は若干青み係った白
となる。
【００８０】次にエリアｂは、２次回折光のＢ成分は全
く存在しないエリアである。従ってこのエリアに寄与す
るフレア光は３次以上の高次回折光と２次回折光のＧ、
Ｒ成分となる。先願では２次回折光に比べて、３次回折
光が少ないうえに、よりぼけは大きいため、このエリア
ｂのＢ成分はＧ、Ｒ成分に比べてかなり少ない量とな
る。従ってエリアｂの色味はかなり鮮やかな黄色とな
る。
く存在しないエリアである。従ってこのエリアに寄与す
るフレア光は３次以上の高次回折光と２次回折光のＧ、
Ｒ成分となる。先願では２次回折光に比べて、３次回折
光が少ないうえに、よりぼけは大きいため、このエリア
ｂのＢ成分はＧ、Ｒ成分に比べてかなり少ない量とな
る。従ってエリアｂの色味はかなり鮮やかな黄色とな
る。
【００８１】次にエリアｃの色味を説明する。このエリ
アは２次回折光のＢ、Ｇ成分は全く存在しないエリアで
ある。従ってこのエリアｃに寄与するフレア光は３次以
上の高次回折光と２次回折光のＲ成分のみとなる。エリ
アｂと同様に２次回折光のＲ成分に比べて、３次回折光
のＢ、Ｇ成分が少ないのでフレアの色味は鮮やかな赤と
なる。３次回折光が寄与するエリアｄ、ｅ、ｆについて
も絶対量は少なくなるが色味は２次回折光と同じで順に
白、黄色、赤となる。
アは２次回折光のＢ、Ｇ成分は全く存在しないエリアで
ある。従ってこのエリアｃに寄与するフレア光は３次以
上の高次回折光と２次回折光のＲ成分のみとなる。エリ
アｂと同様に２次回折光のＲ成分に比べて、３次回折光
のＢ、Ｇ成分が少ないのでフレアの色味は鮮やかな赤と
なる。３次回折光が寄与するエリアｄ、ｅ、ｆについて
も絶対量は少なくなるが色味は２次回折光と同じで順に
白、黄色、赤となる。
【００８２】通常の使用に於いては、積層構造の回折光
学素子を使うことで、フレア量は大幅に低減しているの
で上記フレアは読み取り画像には発生しない。
学素子を使うことで、フレア量は大幅に低減しているの
で上記フレアは読み取り画像には発生しない。
【００８３】しかし前述したような特殊な撮影条件下で
は、フレアが発生することが考えられ、一旦発生した場
合には先願では黄色、赤など目につく（誘目性の高い)
色フレアが発生する場合がある。
は、フレアが発生することが考えられ、一旦発生した場
合には先願では黄色、赤など目につく（誘目性の高い)
色フレアが発生する場合がある。
【００８４】次に本発明の実施形態における色フレアにつ
いて説明する。本発明は、色フレアの色味を補正してい
る。定性的に説明すると先願の黄色、赤のフレアの色味
を目立たない青系統の色味にしている。
いて説明する。本発明は、色フレアの色味を補正してい
る。定性的に説明すると先願の黄色、赤のフレアの色味
を目立たない青系統の色味にしている。
【００８５】具体的には図６（ｃ）のエリアｃにおいて
２次回折光の赤成分と３次回折光の青成分のフレア量が
単位面積当たりほぼ等しくなるように、各次数のフレア
量を調整する。このように構成して図６（ｃ）の各エリ
アの色味がエリアａから順番に青、白、紫、青、白、紫
と各フレアを目立たない色味にしている。
２次回折光の赤成分と３次回折光の青成分のフレア量が
単位面積当たりほぼ等しくなるように、各次数のフレア
量を調整する。このように構成して図６（ｃ）の各エリ
アの色味がエリアａから順番に青、白、紫、青、白、紫
と各フレアを目立たない色味にしている。
【００８６】以上は本発明の特徴を解りやすくするため
に様々な仮定を用いている。実際の系では各色の波長は
単波長ではなくある波長の幅をもつので結像面でのぼけ
も波長毎に異なる。そのためフレア光も徐々に色味が変
化している。また、回折光も説明を簡単にするために、
設計次数（１次）と近傍の２次、３次回折光のみが存在
する場合を例に説明したが、実際は３次以上の高次回折
光も寄与しているし、０次や−１次など設計次数より低
い次数のフレアも高い次数のフレアと同様にフレア光と
して存在している。これらのことを考慮することで、よ
り実際のフレアの色味に近くなり、補正精度が向上す
る。さらに軸上光束のフレアについての説明に言及した
が、軸外光束についても同様の色味の評価が行なえる。
に様々な仮定を用いている。実際の系では各色の波長は
単波長ではなくある波長の幅をもつので結像面でのぼけ
も波長毎に異なる。そのためフレア光も徐々に色味が変
化している。また、回折光も説明を簡単にするために、
設計次数（１次）と近傍の２次、３次回折光のみが存在
する場合を例に説明したが、実際は３次以上の高次回折
光も寄与しているし、０次や−１次など設計次数より低
い次数のフレアも高い次数のフレアと同様にフレア光と
して存在している。これらのことを考慮することで、よ
り実際のフレアの色味に近くなり、補正精度が向上す
る。さらに軸上光束のフレアについての説明に言及した
が、軸外光束についても同様の色味の評価が行なえる。
【００８７】軸外の場合は上記軸上の場合と異なり各フ
レアが同心円状に重ならなかったり、各次数、各色のフ
レアがぼけ領域で光量むらを有することがある。その場
合も特定位置でどの回折次数のどの波長のフレアが存在
し、単位面積あたりのフレアの寄与率がいくらかを正確
に計算して色味の設定を行うことができる。
レアが同心円状に重ならなかったり、各次数、各色のフ
レアがぼけ領域で光量むらを有することがある。その場
合も特定位置でどの回折次数のどの波長のフレアが存在
し、単位面積あたりのフレアの寄与率がいくらかを正確
に計算して色味の設定を行うことができる。
【００８８】次に、本発明において色フレアの色味が良
好に補正されるように複数の設計波長λ0を最適に組み
合わせ構成する手順と作用を順に説明する。まず、回折
光学素子を用いたときの分光特性について説明する。従
来の一般的な撮影光学系での分光特性は、光源又は外光
の分光特性と撮像手段の分光感度特性とレンズ（撮像光
学系）の透過率とから決まる。特に、撮像手段が３つの
波長域の３つの受光手段に分かれているときには、撮影
光学系の分光特性は各々次のように定義される。
好に補正されるように複数の設計波長λ0を最適に組み
合わせ構成する手順と作用を順に説明する。まず、回折
光学素子を用いたときの分光特性について説明する。従
来の一般的な撮影光学系での分光特性は、光源又は外光
の分光特性と撮像手段の分光感度特性とレンズ（撮像光
学系）の透過率とから決まる。特に、撮像手段が３つの
波長域の３つの受光手段に分かれているときには、撮影
光学系の分光特性は各々次のように定義される。
【００８９】 L（λ)F1（λ)T（λ) ・・・（6-1) L（λ)F2（λ)T（λ) ・・・（6-2) L（λ)F3（λ)T（λ) ・・・（6-3) ただしL（λ）は光源からの光束の波長λでの分光特
性、F1（λ）、F2（λ）F3（λ)は各々撮像手段の第
１、第２、第３の受光手段の波長λでの分光感度特性、
T（λ)は撮影光学系の波長λでの透過率である。また、
それぞれの式の関係は、 ∫L(λ)F1 (λ)T(λ)dλ=∫L(λ)F2 (λ)T(λ)dλ =∫L（λ)F3 （λ)T（λ)dλ ・・・（7) であり、それぞれの受光手段の出力を同じにして色を混
合することによりカラーバランスのとれた色再現を行っ
ている。
性、F1（λ）、F2（λ）F3（λ)は各々撮像手段の第
１、第２、第３の受光手段の波長λでの分光感度特性、
T（λ)は撮影光学系の波長λでの透過率である。また、
それぞれの式の関係は、 ∫L(λ)F1 (λ)T(λ)dλ=∫L(λ)F2 (λ)T(λ)dλ =∫L（λ)F3 （λ)T（λ)dλ ・・・（7) であり、それぞれの受光手段の出力を同じにして色を混
合することによりカラーバランスのとれた色再現を行っ
ている。
【００９０】ここで、本発明の実施形態１の条件、すな
わち、光源が白色光源（Ｄ６５）である図７に示す分光
特性を有しており、撮像手段が一般的なカラーフィルム
である図８に示す分光特性を有しており、レンズの透過
率が図９に示す分光特性を有しているようなとき、L
（λ)、F1 （λ)、F2 （λ)、F3 （λ)、T（λ)について
計算を行い、積分光量が等しくなるようにする。
わち、光源が白色光源（Ｄ６５）である図７に示す分光
特性を有しており、撮像手段が一般的なカラーフィルム
である図８に示す分光特性を有しており、レンズの透過
率が図９に示す分光特性を有しているようなとき、L
（λ)、F1 （λ)、F2 （λ)、F3 （λ)、T（λ)について
計算を行い、積分光量が等しくなるようにする。
【００９１】撮影光学系中にＤＯＥを用いると、さらに
ＤＯＥの設計次数m次の回折効率Dm（λ）の要因が加わ
ってくる。回折効率Dm（λ）は、設計波長λ0と任意の
波長λをパラメータとして、Dm（λ0、λ)と書ける。よ
って、設計波長λ0のＤＯＥを用いたときの分光特性は
次のように定義できる。
ＤＯＥの設計次数m次の回折効率Dm（λ）の要因が加わ
ってくる。回折効率Dm（λ）は、設計波長λ0と任意の
波長λをパラメータとして、Dm（λ0、λ)と書ける。よ
って、設計波長λ0のＤＯＥを用いたときの分光特性は
次のように定義できる。
【００９２】 Dm（λ0,λ)L（λ)F1（λ)T（λ) ・・・（8-1) Dm（λ0,λ）L（λ）F2（λ）T（λ） ・・・（8-2） Dm（λ0,λ）L（λ）F3（λ）T（λ） ・・・（8-3） 当然光学系にＤＯＥを組込んだ状態で受光手段の出力を
同じにしてカラーバランスのとれた色再現を行なうため
（7）と同様の等号が成り立つ。 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ)dλ =∫Dm（λ0,λ)L（λ)F3（λ)T（λ)dλ ・・・（9) この式を用いて不要次数の回折光の分光特性も定義でき
る。
同じにしてカラーバランスのとれた色再現を行なうため
（7）と同様の等号が成り立つ。 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ)dλ =∫Dm（λ0,λ)L（λ)F3（λ)T（λ)dλ ・・・（9) この式を用いて不要次数の回折光の分光特性も定義でき
る。
【００９３】不要次数の回折光としてｐ次光の分光特性
は、 Dp（λ0,λ)L（λ)F1（λ)T（λ) ・・・（10-1) Dp（λ0,λ)L（λ)F2（λ)T（λ) ・・・（10-2) Dp（λ0,λ)L（λ)F3（λ)T（λ) ・・・（10-3) で定義できる。
は、 Dp（λ0,λ)L（λ)F1（λ)T（λ) ・・・（10-1) Dp（λ0,λ)L（λ)F2（λ)T（λ) ・・・（10-2) Dp（λ0,λ)L（λ)F3（λ)T（λ) ・・・（10-3) で定義できる。
【００９４】このように定義された分光特性から特定エ
リアにおけるフレア量を定義する。分光特性が示す値
は、光学系を通った後、受光体に記録される波長λでの
光のエネルギーであるため、フレアに関る光のエネルギ
ーを求めるには、この分光特性を感光領域における全て
の波長λで積分すればよい。
リアにおけるフレア量を定義する。分光特性が示す値
は、光学系を通った後、受光体に記録される波長λでの
光のエネルギーであるため、フレアに関る光のエネルギ
ーを求めるには、この分光特性を感光領域における全て
の波長λで積分すればよい。
【００９５】従って、本発明では特定エリアにおけるフ
レア量として、式（10-1)〜（10-3)に示される各次数の
フレア量を波長に応じた結像状態を考慮したウェイトSp
（λ)で重みづけし、全ての波長域で積分した値を、必
要次数だけ加算した値で定義している。
レア量として、式（10-1)〜（10-3)に示される各次数の
フレア量を波長に応じた結像状態を考慮したウェイトSp
（λ)で重みづけし、全ての波長域で積分した値を、必
要次数だけ加算した値で定義している。
【００９６】第１〜３の受光手段毎の特定エリアでの色
フレア量は、次の式（11-1)〜（11-3)のように表わすこ
とができる。
フレア量は、次の式（11-1)〜（11-3)のように表わすこ
とができる。
【００９７】ここで結像状態を考慮したウェイト（寄与
率ともいう）Ｓｐ（λ）は例えば着目する色フレアが発
生している領域の単位面積をｓとし、その色フレアに影
響している光束に波長λのｐ次回折光が寄与していると
した場合、その回折光の評価面(前述のフィルム面)での
光束の広がり面積をｓｐ（λ）とすると、 Ｓｐ（λ)=s
/ sp（λ)で表される値である。
率ともいう）Ｓｐ（λ）は例えば着目する色フレアが発
生している領域の単位面積をｓとし、その色フレアに影
響している光束に波長λのｐ次回折光が寄与していると
した場合、その回折光の評価面(前述のフィルム面)での
光束の広がり面積をｓｐ（λ）とすると、 Ｓｐ（λ)=s
/ sp（λ)で表される値である。
【００９８】第１受光手段で受光する特定エリアの色フ
レア量: U1,n（λ0)
レア量: U1,n（λ0)
【００９９】
【数９】
【０１００】第２受光手段で受光する特定エリアの色フ
レア量: U2,n（λ0）
レア量: U2,n（λ0）
【０１０１】
【数１０】
【０１０２】第３受光手段で受光する特定エリアの色フ
レア量: U3,n（λ0）
レア量: U3,n（λ0）
【０１０３】
【数１１】
【０１０４】上記色フレア量U1,n（λ0）、U2,n（λ
0）、U3,n（λ0）を計算する際は設計次数以外の不要回
折光のみを計算することは言うまでもない。従って、Σ
の加算において数式上はｐ＝ｍも加算されてしまうが、
実際はｐ＝ｍは設計次数なので、加算から除外する。
0）、U3,n（λ0）を計算する際は設計次数以外の不要回
折光のみを計算することは言うまでもない。従って、Σ
の加算において数式上はｐ＝ｍも加算されてしまうが、
実際はｐ＝ｍは設計次数なので、加算から除外する。
【０１０５】ここで必要な次数ｎは寄与する回折次数分
を全て加算することが望ましいが、設計次数から離れる
につれ回折効率の絶対値が小さくなることと、受光面で
のフレアのぼけが大きくなり、特定エリアの寄与率が低
くなるので考慮する次数ｎはｎ＝４程度で十分である。
を全て加算することが望ましいが、設計次数から離れる
につれ回折効率の絶対値が小さくなることと、受光面で
のフレアのぼけが大きくなり、特定エリアの寄与率が低
くなるので考慮する次数ｎはｎ＝４程度で十分である。
【０１０６】従って設計次数ｍを１次とした場合の計算
次数は１次±４次即ち−３次から５次光なる。
次数は１次±４次即ち−３次から５次光なる。
【０１０７】本発明の目的である色フレアを目立たなく
するためには、積層ＤＯＥの設計波長λ0を以下の条件
式を満たすように設定すればよい。
するためには、積層ＤＯＥの設計波長λ0を以下の条件
式を満たすように設定すればよい。
【０１０８】 U1,n（λ0)-U1,r（λ0)>0.75[U3,n（λ0)-U3,r-1（λ0)] ・・・(1) U1,n（λ0)-U1,r（λ0)> U3,n（λ0)-U3,r（λ0) ・・・(2) U1,n（λ0)-U1,r（λ0)>0.5[U2,n（λ0)-U2,r-1（λ0)] ・・・(3) U1,n（λ0)-U1,r（λ0)≧ U2,n（λ0)-U2,r（λ0) ・・・(4) 又、U1,r（λ0)、U2,r（λ0)、U3,r（λ0)は次の通りで
ある。
ある。
【０１０９】
【数１２】
【０１１０】（0<r<nの任意の整数）（1）式は図６
（ｃ)の説明におけるエリアｂ、ｃ、ｅ、ｆの各エリア
の色フレアについての条件式である。
（ｃ)の説明におけるエリアｂ、ｃ、ｅ、ｆの各エリア
の色フレアについての条件式である。
【０１１１】この式を満たせば、領域ｂ、ｅは緑から白
の色相、ｃ、ｆは白から紫の色相となる。
の色相、ｃ、ｆは白から紫の色相となる。
【０１１２】（2)式は図６（ｃ）の説明におけるエリア
ａ、ｄの各エリアの色フレアについての条件式で、色相
を青系統にする条件である。
ａ、ｄの各エリアの色フレアについての条件式で、色相
を青系統にする条件である。
【０１１３】（3）式は６（ｃ）の説明におけるエリア
ｂ、ｅの各エリアの色フレアについての条件式であり、
色相を青から白の領域にする条件である。
ｂ、ｅの各エリアの色フレアについての条件式であり、
色相を青から白の領域にする条件である。
【０１１４】（4)式は図６（ｃ）の説明におけるエリア
ａ、ｄの各エリアの色フレアについての条件式であり、
（２）式とあわせて青系統の色相にする条件式である。
ａ、ｄの各エリアの色フレアについての条件式であり、
（２）式とあわせて青系統の色相にする条件式である。
【０１１５】以上のようにフレア量が満たされるように
設計波長の組み合わせを最適化すれば、色フレアが発生
した場合でも誘色性の低いフレアとすることができ、特
殊な撮影条件でも良好な撮影光学系を得ることができ
る。
設計波長の組み合わせを最適化すれば、色フレアが発生
した場合でも誘色性の低いフレアとすることができ、特
殊な撮影条件でも良好な撮影光学系を得ることができ
る。
【０１１６】尚、本発明の回折光学素子を、ファインダ
ー系のような撮像手段のない観察系に適用するときのF1
（λ）、F2（λ）、F3（λ）についてはＣＩＥのＲＧＢ
等色関数における３刺激値を用いれば、観察系における
色フレアを評価することができる。
ー系のような撮像手段のない観察系に適用するときのF1
（λ）、F2（λ）、F3（λ）についてはＣＩＥのＲＧＢ
等色関数における３刺激値を用いれば、観察系における
色フレアを評価することができる。
【０１１７】図４に比較例である先願（特開２０００−
２４１６１４号公報）と本実施形態１の色フレアを実現
するための設計次数（１次)の回折効率を示す。先願に
比べて、青の回折効率をさげ、赤の回折効率をあげてい
る。
２４１６１４号公報）と本実施形態１の色フレアを実現
するための設計次数（１次)の回折効率を示す。先願に
比べて、青の回折効率をさげ、赤の回折効率をあげてい
る。
【０１１８】図１８に不要次数の回折光の回折効率を示
す。図１８（ａ）が０次回折光、図１８（ｂ）が２次回
折光である。図から判るように、不要次数の回折効率は
逆に青のフレアを多くし、赤のフレアを少なくしてい
る。
す。図１８（ａ）が０次回折光、図１８（ｂ）が２次回
折光である。図から判るように、不要次数の回折効率は
逆に青のフレアを多くし、赤のフレアを少なくしてい
る。
【０１１９】図１０に図４で示される２種類の回折効率
を有する回折光学素子を使い、前述した図６（ｃ）のフ
レアの状態における各エリアの相対光量を表す。ここで
は、解りやすい数値例として、８ＢｉｔのＣＣＤ出力の
形式を例にとった。
を有する回折光学素子を使い、前述した図６（ｃ）のフ
レアの状態における各エリアの相対光量を表す。ここで
は、解りやすい数値例として、８ＢｉｔのＣＣＤ出力の
形式を例にとった。
【０１２０】従って、一番明るい場合の出力が２５５レ
ベル、一番暗い場合の出力が０レベルとなっている。前
述の分光感度を有する仮想のＣＣＤで読み取った場合の
各エリアでのフレア量を表示している。評価次数ｎをｎ
＝４とし、Ｕ３、４（λ）のエリアａからｃの単位面積
（１画素）当たりのＣＣＤ出力が２００レベルとなるよ
うに設定した場合の各エリアでの出力を表し、計算上２
５５レベルを超える値は、センサで飽和するものと見做
し、２５５レベルとしている。
ベル、一番暗い場合の出力が０レベルとなっている。前
述の分光感度を有する仮想のＣＣＤで読み取った場合の
各エリアでのフレア量を表示している。評価次数ｎをｎ
＝４とし、Ｕ３、４（λ）のエリアａからｃの単位面積
（１画素）当たりのＣＣＤ出力が２００レベルとなるよ
うに設定した場合の各エリアでの出力を表し、計算上２
５５レベルを超える値は、センサで飽和するものと見做
し、２５５レベルとしている。
【０１２１】U1、n（λ）の数値はエリアaがU1、4
（λ）、エリアbからエリアdがU1、4（λ）-U1、1
（λ）、e、fがU1、4(λ)-U1、2(λ)を表す。同様にU2、n
（λ）の数値はエリアa、bがU2、4（λ）、エリアcからエ
リアeがU2、4（λ）-U2、1（λ）、エリアfがU2、4(λ)-U2、
2(λ)を表す。さらにU3、n（λ）の数値はエリアaからエ
リアcはU3、4（λ）、エリアeからfはU3、4（λ）-U3、1
（λ）となる。
（λ）、エリアbからエリアdがU1、4（λ）-U1、1
（λ）、e、fがU1、4(λ)-U1、2(λ)を表す。同様にU2、n
（λ）の数値はエリアa、bがU2、4（λ）、エリアcからエ
リアeがU2、4（λ）-U2、1（λ）、エリアfがU2、4(λ)-U2、
2(λ)を表す。さらにU3、n（λ）の数値はエリアaからエ
リアcはU3、4（λ）、エリアeからfはU3、4（λ）-U3、1
（λ）となる。
【０１２２】図１０の表において、○は条件式を満足す
ることを意味している。×は条件式を満足しないことを
意味している。斜線部は条件式に適用されないことを意
味している。ａからｆのエリアは条件式（１）か条件式
（２）のどちらかを適用している。例えば、ａは条件式
（２）が適用され、条件式（１）は適用されないので条
件式（１）の表に斜線が引かれている。さらに、ａから
ｆのエリアは条件式（３）か条件式（４）のどちらかに
も適用している。
ることを意味している。×は条件式を満足しないことを
意味している。斜線部は条件式に適用されないことを意
味している。ａからｆのエリアは条件式（１）か条件式
（２）のどちらかを適用している。例えば、ａは条件式
（２）が適用され、条件式（１）は適用されないので条
件式（１）の表に斜線が引かれている。さらに、ａから
ｆのエリアは条件式（３）か条件式（４）のどちらかに
も適用している。
【０１２３】この表からも本発明の実施形態は前述の条
件式（１）、（２）、（３）、（４）を満たしているこ
とが分かる。
件式（１）、（２）、（３）、（４）を満たしているこ
とが分かる。
【０１２４】前述の実施例の図２では平板上に回折格子
部を設けた素子であるが、レンズ曲面表面に設けた回折
光学素子においても同様の効果が得られることは言うま
でもない。
部を設けた素子であるが、レンズ曲面表面に設けた回折
光学素子においても同様の効果が得られることは言うま
でもない。
【０１２５】実施形態１を応用した光学系を図１１に示
す。図１１はカメラ等の撮影光学系の断面を示したもの
であり、同図中、１０１は撮影レンズで、内部に絞り１０
２と本発明に係る回折光学素子１を持つ。１０３は結像
面であるフィルムまたはＣＣＤである。
す。図１１はカメラ等の撮影光学系の断面を示したもの
であり、同図中、１０１は撮影レンズで、内部に絞り１０
２と本発明に係る回折光学素子１を持つ。１０３は結像
面であるフィルムまたはＣＣＤである。
【０１２６】積層構造で且つ設計波長を最適な組み合わ
せで構成することで、回折効率の波長依存性は大幅に改
善され、且つ不要次数のフレアの色味が改善されている
ので、様々な撮影状態において、フレアが少なく（誘目性
が低く）解像力も高い高性能な撮影レンズを提供でき
る。
せで構成することで、回折効率の波長依存性は大幅に改
善され、且つ不要次数のフレアの色味が改善されている
ので、様々な撮影状態において、フレアが少なく（誘目性
が低く）解像力も高い高性能な撮影レンズを提供でき
る。
【０１２７】図１１では絞り近傍の平板ガラス面に本発
明の回折光学素子を設けたが、これに限定するものでは
なく、レンズ曲面表面に設けても良いし、撮影レンズ内に
複数、本発明の回折光学素子を使用しても良い。
明の回折光学素子を設けたが、これに限定するものでは
なく、レンズ曲面表面に設けても良いし、撮影レンズ内に
複数、本発明の回折光学素子を使用しても良い。
【０１２８】また、本実施例では、カメラの撮影レンズの
場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカ
メラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジ
タル複写機のリーダーレンズなど広波長域で使用される
結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデオカ
メラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナーや、デジ
タル複写機のリーダーレンズなど広波長域で使用される
結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
【０１２９】（実施形態２）上記実施形態では、感光体
の感度が可視域にある例で説明した。ＣＣＤなどのセン
サの中には、可視域だけでなく、紫外や近赤外にも感度を
有するものが存在する。このような場合、上記、昼色光
でフレアの色味を決定しても、人工灯などで、大きく色味
が変わることがおこる。このような、光源の種類による
色味のばらつきを少なくするために、光学系の一部に赤
外カットのフィルタや紫外光カットのフィルタを設ける
ことが好ましい。
の感度が可視域にある例で説明した。ＣＣＤなどのセン
サの中には、可視域だけでなく、紫外や近赤外にも感度を
有するものが存在する。このような場合、上記、昼色光
でフレアの色味を決定しても、人工灯などで、大きく色味
が変わることがおこる。このような、光源の種類による
色味のばらつきを少なくするために、光学系の一部に赤
外カットのフィルタや紫外光カットのフィルタを設ける
ことが好ましい。
【０１３０】（実施形態３)上記説明の回折格子の形状
は一定の格子厚になっていたがこれに限定するものでは
ない。回折光学素子を通過する入射光束は、回折光学素
子の場所毎に様々な入射条件を有している。従ってその
入射条件の違いも考慮し、回折光学素子の場所毎に、格子
厚を変えてあげれば、さらに色フレアの誘目性を有効に
抑制することが可能となる。
は一定の格子厚になっていたがこれに限定するものでは
ない。回折光学素子を通過する入射光束は、回折光学素
子の場所毎に様々な入射条件を有している。従ってその
入射条件の違いも考慮し、回折光学素子の場所毎に、格子
厚を変えてあげれば、さらに色フレアの誘目性を有効に
抑制することが可能となる。
【０１３１】（実施形態４）上記説明では、センサ（受
光手段）の分光感度として異なる３つの感度帯（ＲＧ
Ｂ）をもつ受光体を例にフレアの色味を説明した。イエ
ロー、マゼンタ、シアンの赤緑青の補色の分光感度を有す
る受光体で読み取る場合は、受光体によるフレア量は実
施形態１の条件式を満足しなくなる。このような場合
は、受光体からの出力ではなく、一旦、ＲＧＢの３色に変
換した出力に対して実施例の条件が満足するように各色
のフレア量を決定すればよい。
光手段）の分光感度として異なる３つの感度帯（ＲＧ
Ｂ）をもつ受光体を例にフレアの色味を説明した。イエ
ロー、マゼンタ、シアンの赤緑青の補色の分光感度を有す
る受光体で読み取る場合は、受光体によるフレア量は実
施形態１の条件式を満足しなくなる。このような場合
は、受光体からの出力ではなく、一旦、ＲＧＢの３色に変
換した出力に対して実施例の条件が満足するように各色
のフレア量を決定すればよい。
【０１３２】また、ＲＧＢの３色のセンサを使用した場
合でも、センサからの直接の出力に対してでなく、様々
な画像処理が行われたあとの最終画像データに対して、
上記条件式が満足するように決めることが望ましい。
合でも、センサからの直接の出力に対してでなく、様々
な画像処理が行われたあとの最終画像データに対して、
上記条件式が満足するように決めることが望ましい。
【０１３３】（実施形態５）本発明に係る実施形態５を
図１２に示す。図１２は、双眼鏡等の観察光学系の断面
を示したものであり、同図中、１０１は対物レンズ、１
０４は像を成立させるためのプリズム（像反転手段）、
１０５は接眼レンズ、１０６は評価面（瞳面）である。
図中１は本発明の回折光学素子である。回折光学素子１
は対物レンズ１０１の結像面１０３での色収差等を補正
する目的で形成されている。
図１２に示す。図１２は、双眼鏡等の観察光学系の断面
を示したものであり、同図中、１０１は対物レンズ、１
０４は像を成立させるためのプリズム（像反転手段）、
１０５は接眼レンズ、１０６は評価面（瞳面）である。
図中１は本発明の回折光学素子である。回折光学素子１
は対物レンズ１０１の結像面１０３での色収差等を補正
する目的で形成されている。
【０１３４】回折光学素子を本発明の方法に基づいて積
層構造にすることで、回折効率の波長依存性は大幅に改
善され、且つ不要次数のフレアの色味が改善されている
ので、目視した場合でもフレアが少なく（誘目性が低
く）解像力も高い高性能な対物レンズを提供できる。
層構造にすることで、回折効率の波長依存性は大幅に改
善され、且つ不要次数のフレアの色味が改善されている
ので、目視した場合でもフレアが少なく（誘目性が低
く）解像力も高い高性能な対物レンズを提供できる。
【０１３５】本実施形態では、対物レンズ部１０１に回
折光学素子１を形成した場合を示したが、これに限定す
るものではなく、プリズム表面や接眼レンズ内の位置で
あっても同様の効果が得られる。しかしながら、結像面
より物体側に設けることで対物レンズのみでの色収差低
減効果があるため、肉眼の観察系の場合少なくとも対物
レンズ側に設けることが望ましい。
折光学素子１を形成した場合を示したが、これに限定す
るものではなく、プリズム表面や接眼レンズ内の位置で
あっても同様の効果が得られる。しかしながら、結像面
より物体側に設けることで対物レンズのみでの色収差低
減効果があるため、肉眼の観察系の場合少なくとも対物
レンズ側に設けることが望ましい。
【０１３６】また本実施形態では、双眼鏡の場合を示し
たが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や天体観
測用望遠鏡などであってもよく、またレンズシャッター
カメラやビデオカメラなどの光学式のファインダーであ
っても同様の効果が得られる。
たが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や天体観
測用望遠鏡などであってもよく、またレンズシャッター
カメラやビデオカメラなどの光学式のファインダーであ
っても同様の効果が得られる。
【０１３７】
【発明の効果】本発明によれば、不要次数の回折光によ
る色フレアが目立たない回折光学素子及びそれを有した
撮像装置を達成することができる。
る色フレアが目立たない回折光学素子及びそれを有した
撮像装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の回折光学素子を用いた
撮像装置の概略図
撮像装置の概略図
【図２】 本発明の実施形態１の回折光学素子の要部正
面図
面図
【図３】 本発明の実施形態１の回折光学素子の断面回
折格子形状の説明図
折格子形状の説明図
【図４】 本発明の実施形態１の回折光学素子の設計次
数の回折効率の説明図
数の回折効率の説明図
【図５】 本発明の実施形態１の回折光学素子の不要回
折次数の回折効率の説明図
折次数の回折効率の説明図
【図６】 本発明の実施形態１のフレアの結像状態の説
明図
明図
【図７】 本発明の白色光源の分光特性の説明図
【図８】 本発明の一般的なカラーフィルムの分光特性
の説明図
の説明図
【図９】 本発明のレンズの分光透過率の説明図
【図１０】 本発明の実施形態１のフレアの色味を示し
た説明図
た説明図
【図１１】 本発明の実施形態１を応用した撮影光学系
の概略図
の概略図
【図１２】 本発明の実施形態２の観察光学系の概略図
【図１３】 従来例の格子形状（三角波形状）の説明図
【図１４】 従来例の回折効率の説明図
【図１５】 従来例の積層型回折光学素子の断面形状の
説明図
説明図
【図１６】 従来例の積層型回折光学素子の回折効率の
説明図
説明図
【図１７】 従来例の積層型回折光学素子の断面形状の
説明図
説明図
【図１８】 先願と本発明の回折光学素子の回折効率の
説明図
説明図
１、回折光学素子 ２、素子基板 ３、回折格子部 ４、第１層の領域 ５、第２層の領域 ６、第１の回折格子部、 ７、第２の回折格子部 ８、空気層 ９、屈折レンズ １０、絞り １１、結像面 １２、対物レンズ １３、プリズム １４、接眼レンズ １５、評価面（瞳面）
Claims (13)
- 【請求項１】少なくとも２種類の分散の異なる材質から
なる複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格子
構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長である
設計波長を複数有し、該設計波長λ0が次の条件を満た
し、かつ使用波長領域全域で特定次数（設計次数）の回
折効率を高くする回折光学素子を、光学系中に用い、撮
像手段に画像を形成することを特徴とする回折光学素子
を有した撮像装置。 U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.75[U3,n(λ0)-U3,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>U3,n(λ0)-U3,r(λ0) U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.5[U2,n(λ0)-U2,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)≧ U2,n(λ0)-U2,r(λ0) （0<r<nの任意の整数） ここで、U1,n（λ0）、U2,n（λ0）、U3,n（λ0）は次
の通りである。 【数１】 又、U1,r（λ0）、U2,r（λ0）、U3,r（λ0）は次の通
りである。 【数２】 ただし、 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。以上において、 Dp（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がp、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ):回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、 図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算するがこの場合、p=
mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長λでの寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ)とする。 - 【請求項２】前記積層される複数の回折格子には格子形
状の格子の向きが他の回折格子とは異なる回折格子が少
なくとも１つ以上含まれることを特徴とする請求項１の
回折光学素子を有した撮像装置。 - 【請求項３】前記特定の波長域が、可視光域であること
を特徴とする請求項１の回折光学素子を有した撮像装
置。 - 【請求項４】前記積層される回折格子は基板上に積層さ
れており、該積層される回折格子の基板側に近いほうか
ら第１の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子と
したとき、第１の回折格子を形成する材質と基板が同材
質であることを特徴とする請求項１の回折光学素子を有
した撮像装置。 - 【請求項５】前記光学系は、結像光学系であることを特
徴とする請求項１の回折光学素子を有した撮像装置。 - 【請求項６】少なくとも２種類の分散の異なる材質から
成る複数の回折格子を積層した格子構造をもち、該格子
構造での最大光路長差が波長の整数倍となる波長である
設計波長を複数有し、設計次数以外の次数の回折光によ
るフレアを青味がかった白色のような青色系の色相とし
たことを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項７】設計次数以外の次数の回折光によるフレア
を青味がかった白色のような青色系の色相としたことを
特徴とする回折光学素子。 - 【請求項８】請求項６又は７記載の回折光学素子を有し
ていることを特徴とする光学系。 - 【請求項９】請求項８に記載の光学系により被写体を撮
像手段に結像することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項１０】光学系中に用い、撮像手段に画像を形成
するときに用い、使用波長領域全域で特定次数（設計波
長）の回折効率を高くする回折光学素子であって、該回
折光学素子は、少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる回折格子を積層した格子構造をもち、該格子構造
での最大光路長差が波長の整数倍となる波長である設計
波長を複数有し、該設計波長λ0が次の条件を満たすこ
とを特徴とする回折光学素子。 U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.75[U3,n(λ0)-U3,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>U3,n(λ0)-U3,r(λ0) U1,n(λ0)-U1,r(λ0)>0.5[U2,n(λ0)-U2,r-1(λ0)] U1,n(λ0)-U1,r(λ0)≧ U2,n(λ0)-U2,r(λ0) （0<r<nの任意の整数） ここで、U1,n（λ0）、U2,n（λ0）、U3,n（λ0）は次
の通りである。 【数３】 【数４】 ただし、 ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T
(λ)F2(λ)dλ=∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλ とする。以上において、 Dp（λ0,λ）:回折光学素子の回折次数がp、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 Dm（λ0,λ）:回折光学素子の回折次数がm、設計波長が
λ0のときの波長λの回折効率 m:設計次数、 n:フレアに寄与する次数（n>0) Σ:加算記号、図中Σでp=m-nからp=m+nの値を加算する
がこの場合、p=mを含まないこととする。 ∫:積分記号 λ1、λ2:特定波長域の最短波長と最長波長 Sp（λ）:受光面（設計次数の結像位置）の特定領域で
のＰ次回折次数光の波長での寄与率。 L（λ):光学系に入射する光束の波長λでの分光特性、 T（λ）:光学系の波長λでの透過率。 F1 （λ）、F2 （λ）、F3 （λ）:撮像手段の中のそれ
ぞれある波長域の光を検出する受光手段の分光感度特
性。 ただし、分光感度が最大になる波長が小さい方からF1
（λ）、F2 （λ）、F3 （λ）とする。 - 【請求項１１】前記積層される回折格子の格子形状は格
子の向きが異なる回折格子が少なくとも１つ以上含まれ
ることを特徴とする請求項１０の回折光学素子。 - 【請求項１２】前記特定の波長域が、可視光域であるこ
とを特徴とする請求項１０の回折光学素子を有した撮像
装置。 - 【請求項１３】前記積層される回折格子は基板上に積層
されており、該積層される回折格子の基板側に近いほう
から第１の回折格子、第２の回折格子、第ｉの回折格子
としたとき、第１の回折格子を形成する材質と基板が同
材質であることを特徴とする請求項１０の回折光学素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001117979A JP3619165B2 (ja) | 2000-04-20 | 2001-04-17 | 回折光学素子を用いた撮像装置 |
| EP01303550A EP1148355B1 (en) | 2000-04-20 | 2001-04-19 | Picturetaking apparatus having diffractive optical element |
| US09/838,422 US6757104B2 (en) | 2000-04-20 | 2001-04-19 | Picture taking apparatus having diffractive optical element |
| DE60105481T DE60105481T2 (de) | 2000-04-20 | 2001-04-19 | Bildaufnahmegerät mit diffraktivem optischen Element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-119744 | 2000-04-20 | ||
| JP2000119744 | 2000-04-20 | ||
| JP2001117979A JP3619165B2 (ja) | 2000-04-20 | 2001-04-17 | 回折光学素子を用いた撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002006128A true JP2002006128A (ja) | 2002-01-09 |
| JP3619165B2 JP3619165B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=26590487
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001117979A Expired - Fee Related JP3619165B2 (ja) | 2000-04-20 | 2001-04-17 | 回折光学素子を用いた撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6757104B2 (ja) |
| EP (1) | EP1148355B1 (ja) |
| JP (1) | JP3619165B2 (ja) |
| DE (1) | DE60105481T2 (ja) |
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