JP2003227912A

JP2003227912A - 回折光学素子

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Publication number: JP2003227912A
Application number: JP2002026309A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Tokiyoda; 義文常世田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】波長特性を大きく低下させることなく、回折
効率の角度特性を向上させる。【解決手段】第１の回折素子要素の最適設計溝高さが
ｄ1₀、第２の回折素子要素の最適設計溝高さがｄ2₀であ
るときに、第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ1、及
び第２の回折素子要素２０の溝の高さをｄ２が、式０．
５≦Ｄ1／Ｄ≦０．９（Ｄ1＝ｄ1＋ｄ2、溝高さの最適設
計値Ｄ＝ｄ1₀＋ｄ2₀）を満足するようにする。また、第
１の回折素子要素１０、及び第２の回折素子要素２０の
少なくとも一方をガラスから構成し、或いはこれら回折
素子要素１０，２０の少なくとも一方を樹脂から構成す
る。更に、回折光学素子の溝の高さの最適設計値Ｄを、
ｄ線とｇ線とで色消し条件を満足するように決定するよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射した光に対し
て回折光束を生じさせる回折光学素子に関し、更に詳し
くは、複数の回折素子要素を積み重ねて構成した複層型
の回折光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子は、微小間隔（約１ｍｍ）
当たり数百本程度の細かい等間隔のスリット状若しくは
溝状の格子構造を備えて作られた光学素子であり、光が
入射されると、スリットや溝の間隔（ピッチ）と光の波
長とで定まる方向に回折光束を生じさせる性質を有して
いる。このような回折光学素子は種々の光学系に用いら
れており、例えば、特定次数の回折光を一点に集めてレ
ンズとして使用するものなどが知られている。

【０００３】このような回折光学素子においては近年、
複層型と呼ばれる回折光学素子が提案されてきている。
このタイプの回折光学素子は、鋸歯状に形成された面を
持つ複数の回折素子要素を分離或いは密着させた形で積
層させてなるものであり、所望の広波長領域（例えば可
視光領域）のほぼ全域で高い回折効率が保たれる、すな
わち波長特性が良好であるという特徴を有している。

【０００４】一般に複層型回折光学素子の構造は、例え
ば図４に示すように、第１の材質からなる第１の回折素
子要素１１０と、第１の材質とは屈折率や分散値が異な
る第２の材質からなる第２の回折素子要素１２０とから
構成され、それぞれの回折素子要素の対向し合う面は図
のように鋸歯状になっている。ここで、特定の２波長に
対して色消し条件を満足させるように、第１の回折素子
要素１１０の溝の高さｄ1を所定の値に決定し、第２の
回折素子要素１２０の溝の高さｄ2を別の所定の値に決
定する。これにより、特定の２波長に対しては回折効率
が１．０となり、その他の波長に対しても、かなり高い
回折効率を得ることができるようになる。ここで、回折
効率とは、透過型の回折光学素子において、回折光学素
子に入射する光の振幅値Ｉ₀と一次回折光の振幅値Ｉ₁と
の割合η（＝Ｉ₁／Ｉ₀）とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の回折光学素子において、特定の２波長に対し
て色消し条件を満足させようとすると、第１の回折素子
要素１１０の溝の高さｄ1と第２の回折素子要素１２０
の溝の高さｄ2はそれぞれが単体で用いられる場合より
もかなり大きなものになってしまう。一般によく知られ
ている回折光学素子（すなわち単層の回折光学素子）の
溝の高さは１μｍ程度であるのに対し、このような複層
型の回折光学素子ではほとんどの場合、回折光学素子の
溝の高さの最適設計値、すなわち素子全体の溝の高さＤ
（＝ｄ1＋ｄ2）は１０μｍ以上にもなってしまう。

【０００６】このように回折光学素子全体の溝の高さが
大きなものとなると、入射する光線が基準光軸からわず
かに傾いただけで、両回折素子要素１１０，１２０を適
切に通過する光束が減少してしまう。このため、回折光
学素子の別の評価尺度として、入射光線の入射角の変化
に対する回折効率の低下の度合い（以下、これを角度特
性と称する）を採用した場合には、このような複層側の
回折光学素子では、一般に知られている通常の回折光学
素子に比べて角度特性が大きく低下してしまうという問
題があった。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、波長特性を大きく低下させることなく、回
折効率の角度特性を向上させることが可能な構成の回折
光学素子を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、請求項１に記載の回折光学素子は、少なくとも
第１の回折素子要素と第２の回折素子要素とを有して構
成される回折光学素子において、回折光学素子の溝の高
さの最適設計値をＤとし、前記回折光学素子の実際の溝
の高さをＤ1としたときに、式０．５≦Ｄ1／Ｄ≦０．９
を満足することを特徴とする。

【０００９】また、請求項２に記載の回折光学素子は、
第１の回折素子要素、及び第２の回折素子要素の少なく
とも一方がガラスから構成されていることを特徴とす
る。また、請求項３に記載の回折光学素子は、第１の回
折素子要素、及び第２の回折素子要素の少なくとも一方
が樹脂から構成されていることを特徴とする。また、請
求項４に記載の回折光学素子は、本回折光学素子の溝の
高さの最適設計値が、ｄ線とｇ線とで色消し条件を満足
するように決定されたものであることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図１（Ａ）は本発明
に係る回折光学素子の概念を示すものであり、分離した
２層で構成される複層型回折光学素子の模式断面図であ
る。本実施形態における回折光学素子１では、図１
（Ａ）に示すように、光の入射側に設けられる第１の回
折素子要素１０と、光の射出側に設けられる第２の回折
素子要素２０とが所定の間隔をおいて対向するように配
置されており、回折素子要素１０，２０同士が対向する
面はともに鋸歯状に成形されている。また、これら第１
及び第２の回折素子要素１０，２０は互いに異なる材質
からなっており、相異なる屈折率と分散を有している。
図１（Ｂ）は本発明の回折光学素子１と同じ第１及び第
２の回折素子要素１０’，２０’を用いて最適設計した
場合に得られる回折光学素子（以下、これを本発明の回
折光学素子１に対して「基準の回折光学素子」と称す
る）１’の概念を模式断面図により示している。

【００１１】図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、分離さ
れた２層で構成される複層型の回折光学素子１，１’の
溝の高さは、基準の回折光学素子１’の場合では、第１
の回折素子要素１０’の溝の高さｄ1₀、及び第２の回折
素子要素２０’の溝の高さｄ2₀から、これらの値の和、
すなわちＤ＝ｄ1₀＋ｄ2₀として得られる。また同様に、
本発明の回折光学素子１の場合では、第１の回折素子要
素１０の溝の高さｄ1、及び第２の回折素子要素２の溝
の高さｄ2から、これらの値の和、すなわちＤ1＝ｄ1＋
ｄ2として得られる。

【００１２】ここで、基準の回折光学素子１’における
第１の回折素子要素１０’の溝の高さｄ1₀、及び第２の
回折素子要素２０’の溝の高さｄ2₀は、色消しを行う２
波長がλ1，λ2であり、第１の回折素子要素１０’の波
長λ1に対する屈折率をｎ11、第１の回折素子要素１
０’の波長λ2に対する屈折率をｎ12、第２の回折素子
要素２０’の波長λ1に対する屈折率をｎ21、第２の回
折素子要素２０’波長λ2に対する屈折率をｎ22である
とき、下の両式（１），（２）からなる連立方程式を解
くことにより得られる。

【００１３】

【数１】ｄ1₀・（ｎ11−１）−ｄ2₀・（ｎ21−１）＝λ1 … （１）ｄ1₀・（ｎ11−１）−ｄ2₀・（ｎ22−１）＝λ2 … （２）

【００１４】本発明では、上記のようにして求められた
ｄ1₀及びｄ2₀の和として得られる基準の回折光学素子
１’の溝の高さ（溝高さの最適設計値）Ｄに対し、本発
明の回折光学素子１の溝の高さＤ1（＝ｄ1＋ｄ2）が下
式（３）を満足するように第１の回折素子要素の溝の高
さｄ1、及び第２の回折素子要素の溝の高さｄ2 を決定
する。

【００１５】

【数２】０．５≦Ｄ1／Ｄ≦０．９ … （３）

【００１６】このようにして本発明の回折光学素子１の
溝の高さＤ1を決定する具体的な手順の一例を説明す
る。上記両式（１），（２）からなる連立方程式を解く
ことにより基準の回折光学素子１’における第１の回折
素子要素１０’の溝の高さｄ1₀と第２の回折素子要素２
０’の溝の高さｄ2₀が得られたら、先ず、第１の回折素
子要素１０’の溝の高さｄ1₀に上式（３）を満たすＤ1
／Ｄの値（この値は任意に選択する）を乗じてこれを本
発明の回折光学素子１における第１の回折素子要素１０
の溝の高さｄ1として設定する。次に、本発明の回折光
学素子１における第２の回折素子要素２０の溝の高さｄ
2を、使用する波長領域（例えば可視光領域）において
高い回折効率（例えば０．９８以上）が得られる値に仮
設定する。

【００１７】このようにして本発明に係る回折光学素子
１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ1と、
第２の回折素子要素２０の溝の高さｄ2を設定したら、
これら両値ｄ1，ｄ2より本発明の回折光学素子１の溝の
高さＤ1（＝ｄ1＋ｄ2）を求め、この値Ｄ1が上式（３）
を満足することを確認する。ここで、溝の高さＤ1が式
（３）を満たしていなかった場合には、第２の回折素子
要素２０の溝の高さｄ2を仮設定する上記作業をやり直
し、溝の高さＤ1が式（３）を満たしていた場合には、
仮設定したｄ2の値を本発明の回折素子要素２０の溝の
高さとして設定（本設定）する。

【００１８】上記過程を経て得られた（設定された）溝
の高さｄ1を有する第１の回折素子要素１０と、溝の高
さｄ2を有する第２の回折素子要素２０とからなる本発
明の回折光学素子１では、使用する波長領域に対する回
折効率（波長特性）を大きく落ち込ませることなく、角
度特性が改善される（詳細は後述の実施例参照）。

【００１９】上式（３）において、本発明に係る回折光
学素子１の溝の高さの採り得る下限の値が、基準の回折
光学素子１’における溝の高さ（溝高さの最適設計値）
Ｄの０．５倍になっているのは、この下限値を下回る
と、短波長側（ｇ線付近）及び長波長側（Ｃ線付近）で
の回折効率の低下が大きくなる（すなわち、波長特性が
悪くなる）とともにフレアー光量が増大してくるためで
ある。このような回折光学素子は、撮像デバイス等の結
像レンズに適用することは困難となる。

【００２０】また、上式（３）において、本発明に係る
回折光学素子１の溝の高さの採り得る上限の値が、基準
の回折光学素子１’における溝の高さＤの０．９倍にな
っているのは、この上限値を上回ると、本発明の回折光
学素子１の溝の高さが基準の回折光学素子１’の溝の高
さ（すなわち最適設計値）とほとんど変わらなくなって
しまい、本発明の趣旨を失ってしまうからである。

【００２１】なお、上記下限値は０．５よりも大きい
０．５５である方がより良い波長特性の結果が得られ、
０．６とすれば更に良い波長特性の結果が得られる。ま
た、上限値は０．９よりも０．８５である方がより良い
角度特性の結果が得られ、０．８とすれば更に良い角度
特性の結果が得られる。

【００２２】ところで、本発明の回折光学素子１を構成
する第１の回折素子要素１０、及び第２の回折素子要素
２０の少なくとも一方はガラスから構成されていること
が好ましい。ガラスの種類は多く、材料選択の幅が広い
からである。また、上記両回折素子要素１０，２０の少
なくとも一方は樹脂から構成されていることが好まし
い。樹脂は種類が少なく選択の幅は狭いが加工が容易で
あり、生産性に優れているからである。

【００２３】また、本発明に係る回折光学素子１の溝の
高さの最適設計値Ｄは、ｄ線とｇ線とで色消し条件を満
足するように決定されたものであることが好ましい。こ
のようにすれば、本発明の回折光学素子１が、ほとんど
全波長に対して適用することができるようになり、白色
光を使用する写真カメラの撮像レンズ等に用いることも
容易となる。

【００２４】

【実施例】以下、上記過程を経て得られた本発明に係る
回折光学素子の実施例を示す。

【００２５】（第１実施例）第１実施例では、第１の回
折素子要素１０の材質をＢＫ７（ショット社製ガラ
ス）、第２の回折素子要素２０の材質をＦ２（ショット
社製ガラス）とし、ｄ線（587.6ｎｍ）とｇ線（435.8ｎ
ｍ）とで色消しを行った。このときの屈折率の諸元を下
の表１に示す。

【００２６】

【表１】 λ1＝587.6ｎｍ λ2＝435.8ｎｍｎ11＝1.51680 ｎ12＝1.52668 ｎ21＝1.62004 ｎ22＝1.64202

【００２７】これらの値を上記式（１），（２）に代入
して基準の回折光学素子１’の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀及びｄ2₀を求めると、下の表２に示す値になった。

【００２８】

【表２】ｄ1₀（最適）＝20453ｎｍｄ2₀（最適）＝16100ｎｍＤ＝36553ｎｍ

【００２９】（例１−１）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.90倍の18400ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝14400ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.897となり、式（３）が満たされた。

【００３０】（例１−２）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.75倍の15400ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝11900ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.747となり、式（３）が満たされた。

【００３１】（例１−３）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.51倍の10500ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝7850ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.502となり、式（３）が満たされた。

【００３２】下の表３に、本発明の回折光学素子１にお
ける溝（格子）ピッチが０．１ｍｍであり、入射光線が
ｄ線で、かつその入射角が＋５度である場合の回折効率
を示す。また、波長に対する回折効率が大きく落ち込ん
でいないことを示すため、Ｃ線の回折効率も合わせて示
す。なお、Ｃ線の回折効率は入射角±０度についてのも
のである。

【００３３】

【表３】回折効率入射角＋５度Ｃ線最適設計値０．５７０．９９４（例１−１）０．６８０．９９１（例１−２）０．８００．９８９（例１−３）０．９２０．９７３

【００３４】（第２実施例）第２実施例では、第１の回
折素子要素１０の材質をＦＫ５２（ショット社製ガラ
ス）、第２の回折素子要素２０の材質をＢａＦ４（ショ
ット社製ガラス）とし、ｄ線（587.6ｎｍ）とｇ線（43
5.8ｎｍ）とで色消しを行った。このときの屈折率の諸
元を下の表４に示す。

【００３５】

【表４】 λ1＝587.6ｎｍ λ2＝435.8ｎｍｎ11＝1.48605 ｎ12＝1.49338 ｎ21＝1.60562 ｎ22＝1.62318

【００３６】これらの値を上記式（１），（２）に代入
して基準の回折光学素子１’の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀及びｄ2₀を求めると、下の表５に示す値になった。

【００３７】

【表５】ｄ1₀（最適）＝24965ｎｍｄ2₀（最適）＝19066ｎｍ D＝44031ｎｍ

【００３８】（例２−１）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.80倍の20000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝15100ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.797となり、式（３）が満たされた。

【００３９】（例２−２）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.70倍の17500ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝13100ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.695となり、式（３）が満たされた。

【００４０】（例２−３）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.60倍の15000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝11100ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.593となり、式（３）が満たされた。

【００４１】下の表６に、本発明の回折光学素子１にお
ける溝ピッチが０．１ｍｍであり、入射光線がｄ線で、
かつその入射角が＋５度である場合の回折効率を示す。
また、波長に対する回折効率が大きく落ち込んでいない
ことを示すため、Ｃ線の回折効率も合わせて示す（Ｃ線
の回折効率は入射角±０度についてのもの）。

【００４２】

【表６】回折効率入射角＋５度Ｃ線最適設計値０．２８０．９９５（例２−１）０．６２０．９８９（例２−２）０．７４０．９８５（例２−３）０．８１０．９８２

【００４３】（第３実施例）第３実施例では、第１の回
折素子要素１０の材質をＳＫ１１（ショット社製ガラ
ス）、第２の回折素子要素２０の材質をＳＦ４（ショッ
ト社製ガラス）とし、ｄ線（587.6ｎｍ）とｇ線（435.8
ｎｍ）とで色消しを行った。このときの屈折率の諸元を
下の表７に示す。

【００４４】

【表７】 λ1＝587.6ｎｍ λ2＝435.8ｎｍｎ11＝1.56384 ｎ12＝1.57530 ｎ21＝1.75520 ｎ22＝1.79121

【００４５】これらの値を上記式（１），（２）に代入
して基準の回折光学素子１’の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀及びｄ2₀を求めると、下の表８に示す値になった。

【００４６】

【表８】ｄ1₀（最適）＝11657ｎｍｄ2₀（最適）＝7925ｎｍ D＝19582ｎｍ

【００４７】（例３−１）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.85倍の10000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝6700ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.853となり、式（３）が満たされた。

【００４８】（例３−２）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.75倍の9000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝5950ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.763となり、式（３）が満たされた。

【００４９】（例３−３）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.65倍の7500ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝4850ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.631となり、式（３）が満たされた。

【００５０】下の表９に、本発明の回折光学素子１にお
ける溝ピッチが０．１ｍｍであり、入射光線がｄ線で、
かつその入射角が＋５度である場合の回折効率を示す。
また、波長に対する回折効率が大きく落ち込んでいない
ことを示すため、Ｃ線の回折効率も合わせて示す（Ｃ線
の回折効率は入射角±０度についてのもの）。

【００５１】

【表９】回折効率入射角＋５度Ｃ線最適設計値０．９１０．９９４（例３−１）０．９４０．９８９（例３−２）０．９６０．９８９（例３−３）０．９７０．９８０

【００５２】（第４実施例）第４実施例では、第１の回
折素子要素１０の材質をＰＭＭＡ、第２の回折素子要素
２０の材質を樹脂Ａとし、ｄ線（587.6ｎｍ）とｇ線（4
35.8ｎｍ）とで色消しを行った。このときの屈折率の諸
元を下の表１０に示す。

【００５３】

【表１０】 λ1＝587.6ｎｍ λ2＝435.8ｎｍｎ11＝1.4908 ｎ12＝1.5016 ｎ21＝1.7046 ｎ22＝1.7336

【００５４】これらの値を上記式（１），（２）に代入
して基準の回折光学素子１’の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀及びｄ2₀を求めると、下の表１１に示す値になっ
た。

【００５５】

【表１１】ｄ1₀（最適）＝18520ｎｍｄ2₀（最適）＝12066ｎｍ D＝30586ｎｍ

【００５６】（例４−１）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.86倍の16000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝10310ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.860となり、式（３）が満たされた。

【００５７】（例４−２）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.70倍の13000ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝8240ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.694となり、式（３）が満たされた。

【００５８】（例４−３）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.52倍の9700ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝5970ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.512となり、式（３）が満たされた。

【００５９】下の表１２に、本発明の回折光学素子１に
おける溝ピッチが０．１ｍｍであり、入射光線がｄ線
で、かつその入射角が＋５度である場合の回折効率を示
す。また、波長に対する回折効率が大きく落ち込んでい
ないことを示すため、Ｃ線の回折効率も合わせて示す
（Ｃ線の回折効率は入射角±０度についてのもの）。

【００６０】

【表１２】回折効率入射角＋５度Ｃ線最適設計値０．７４０．９９５（例４−１）０．８２０．９９３（例４−２）０．８９０．９８６（例４−３）０．９５０．９７１

【００６１】（第５実施例）第５実施例では、第１の回
折素子要素１０の材質を紫外線硬化樹脂Ｂ、第２の回折
素子要素２０の材質を紫外線硬化樹脂Ｃとし、ｄ線（58
7.6ｎｍ）とｇ線（435.8ｎｍ）とで色消しを行った。こ
のときの屈折率の諸元を下の表１３に示す。

【００６２】

【表１３】 λ1＝587.6ｎｍ λ2＝435.8ｎｍｎ11＝1.524 ｎ12＝1.537 ｎ21＝1.635 ｎ22＝1.674

【００６３】これらの値を上記式（１），（２）に代入
して基準の回折光学素子１’の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀及びｄ2₀を求めると、下の表１４に示す値になっ
た。

【００６４】

【表１４】ｄ1₀（最適）＝9500ｎｍｄ2₀（最適）＝6900ｎｍ D＝16400ｎｍ

【００６５】（例５−１）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.80倍の7600ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝5360ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.790となり、式（３）が満たされた。

【００６６】（例５−２）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.70倍の6700ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝4630ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.691となり、式（３）が満たされた。

【００６７】（例５−３）この例では、本発明の回折光
学素子１における第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ
1を、例えば、最適設計値ｄ1₀の約0.62倍の5900ｎｍと
した。そして、本発明の回折光学素子１における第2の
回折素子要素２０の溝の高さｄ2を、可視光領域で高い
回折効率が得られる値ｄ2＝3980ｎｍに設定した。この
ときＤ1／D＝0.602となり、式（３）が満たされた。

【００６８】下の表１５に、本発明の回折光学素子１に
おける溝ピッチが０．１ｍｍであり、入射光線がｄ線
で、かつその入射角が＋５度である場合の回折効率を示
す。また、波長に対する回折効率が大きく落ち込んでい
ないことを示すため、Ｃ線の回折効率も合わせて示す
（Ｃ線の回折効率は入射角±０度についてのもの）。

【００６９】

【表１５】回折効率入射角＋５度Ｃ線最適設計値０．９４０．９９６（例５−１）０．９６０．９８８（例５−２）０．９７０．９８２（例５−３）０．９８０．９７７

【００７０】上記結果より、本発明の回折光学素子１を
構成する第１の回折素子要素１０の溝の高さｄ1と第２
の回折素子要素２０の溝の高さｄ2との和であるＤ1（＝
ｄ1＋ｄ2）が上式（３）を満たすときには、入射角＋５
度での回折効率は、この回折光学素子が最適設計される
場合よりも高い値を示しており、角度特性は大変良好で
あるといえる。また、ｄ線及びｇ線についての回折効率
は常に０．９７以上であって回折効率の波長依存性は低
く、波長により回折効率が急激に低下する減少は見られ
ないので、波長特性も非常に良好であるといえる。

【００７１】上記実施例は、分離した２層で構成される
複層型の回折光学素子についてのものであるが、本発明
は、密着した２層で構成される複層型の回折光学素子の
ほか、分離或いは密着した３層以上で構成される複層型
の回折光学素子についても有効である。

【００７２】図２は、密着した３層で構成される複層型
回折光学素子の概念図であり、光の出射側の面が鋸歯状
に形成された第１の回折素子要素３０と、この第１の回
折素子要素３０における鋸歯状の面に密着するように積
層された第２の回折素子要素４０と、この第２の回折素
子要素４０における光の出射側の面に密着するように積
層された第３の回折素子要素５０とから構成されてい
る。これら第１、第２及び第３の回折素子要素３０，４
０，５０は互いに異なる材質からなっており、相異なる
屈折率と分散を有している。

【００７３】このような構成の回折光学素子について
は、下式（５），（６），（７）の連立方程式をｄ1₀、
ｄ2₀及びｄ3₀について解けばよい。ここで、ｄ1₀、ｄ
2₀、ｄ3₀はそれぞれ、第１の回折素子要素の最適設計溝
高さ、第２の回折素子要素の最適設計溝高さ、及び第３
の回折素子要素の最適設計溝高さであり（ｄ1₀、ｄ2₀、
ｄ3₀は図示せず）、λ1、λ2、λ3は色消しを行う所望
の波長である。また、ｎ11は第１の回折素子要素３０の
波長λ1での屈折率、ｎ12は第１の回折素子要素３０の
波長λ2での屈折率、ｎ13は第１の回折素子要素３０の
波長λ3での屈折率、ｎ21は第２の回折素子要素４０の
波長λ1での屈折率、ｎ22は第２の回折素子要素４０の
波長λ2での屈折率、ｎ23は第２の回折素子要素４０の
波長λ3での屈折率、ｎ31は第３の回折素子要素５０の
波長λ1での屈折率、ｎ32は第３の回折素子要素５０の
波長λ2での屈折率、ｎ33第３の回折素子要素５０の波
長λ3での屈折率である。

【００７４】

【数３】ｄ1₀・（ｎ11−１）−ｄ2₀・（ｎ21−１）＋ｄ3₀・（ｎ31−１）＝λ1…（５）ｄ1₀・（ｎ12−１）−ｄ2₀・（ｎ22−１）＋ｄ3₀・（ｎ32−１）＝λ2…（６）ｄ1₀・（ｎ13−１）−ｄ2₀・（ｎ23−１）＋ｄ3₀・（ｎ33−１）＝λ3…（７）

【００７５】上式（５），（６），（７）からなる連立
方程式を解くことにより、第１、第２及び第３の回折素
子要素３０，４０，５０の最適設計溝高さｄ1₀、ｄ2₀、
ｄ3₀が求められたら、前述の実施形態に示したものと同
様な手順により本発明の回折光学素子を構成する第１の
回折素子要素３０の溝の高さｄ1、第２の回折素子要素
４０の溝の高さｄ2、及び第３の回折素子要素５０の溝
の高さｄ3を決定する。但し、図２に示す形態で３層が
密着している複層型の回折光学素子では、本発明の回折
光学素子における溝の高さＤ1は、第１の回折素子要素
３０の溝の高さｄ1と第３の回折素子要素５０の溝の高
さｄ3との和（Ｄ1＝ｄ1＋ｄ3）となり、基準の回折光学
素子（図示せず）における溝の高さ（最適設計値）Ｄ
は、第１の回折素子要素３０の溝の高さ（最適設計値）
ｄ1₀と第３の回折素子要素５０の溝の高さ（最適設計
値）ｄ3₀との和（Ｄ＝ｄ1₀＋ｄ3₀）となる。

【００７６】図３は、密着した２層で構成される複層型
回折光学素子の場合の例を示しており、光の出射側の面
が鋸歯状に形成された第１の回折光学素子７０と、この
第１の回折光学素子７０における鋸歯状の面に密着する
ように積層された第２の回折光学素子８０とから構成さ
れている。また、これら第１及び第２の回折素子要素７
０，８０は互いに異なる材質からなっており、相異なる
屈折率と分散を有している。第１及び第２の回折素子要
素の溝の高さｄ1，ｄ2の求め方は、前述の分離した２層
で構成される複層型の回折光学素子１の場合と同じであ
るが、本形態に係る回折光学素子の溝の高さＤ1は第１
の回折素子要素の溝の高さｄ1そのもの、また、この形
態に対応する基準の回折光学素子（図示せず）の溝の高
さ（最適設計値）Dは、第１の回折素子要素の溝の高さ
（最適設計溝高さ）ｄ1₀そのものとなる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る回折
光学素子によれば、回折光学素子の溝の高さの最適設計
値をＤとし、回折光学素子の実際の溝の高さをＤ１とし
たときに、式０．５≦Ｄ１／Ｄ≦０．９を満足するよう
に溝の高さを小さくするすることにより、波長特性を大
きく低下させることなく、回折効率の角度特性を従来に
比して向上させることができる。また、このような回折
光学素子の溝の高さＤ1は最適設計値Ｄより低くなるの
で、加工製造が容易になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る回折光学素子の一実施形
態を示す、分離した２層で構成される複層型回折光学素
子の模式断面図であり、（Ｂ）はこの回折光学素子に対
応する基準の回折光学素子の模式断面図である。

【図２】密着した３層で構成される複層型回折光学素子
の模式断面図である。

【図３】密着した２層で構成される複層型回折光学素子
の模式断面図である。

【図４】従来の回折光学素子の概念図である。

【符号の説明】

１回折光学素子１０，３０，７０第１の回折素子要素２０，４０，８０第２の回折素子要素５０第３の回折素子要素ｄ1 第１の回折素子要素の溝の高さｄ2 第２の回折素子要素の溝の高さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１の回折素子要素と第２の
回折素子要素とを有して構成される回折光学素子におい
て、前記回折光学素子の溝の高さの最適設計値をＤとし、前
記回折光学素子の実際の溝の高さをＤ１としたときに、
式０．５≦Ｄ１／Ｄ≦０．９を満足することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】前記第１の回折素子要素、及び前記第２
の回折素子要素の少なくとも一方がガラスから構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
【請求項３】前記第１の回折素子要素、及び前記第２
の回折素子要素の少なくとも一方が樹脂から構成されて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の回折光学素
子。
【請求項４】前記回折光学素子の溝の高さの前記最適
設計値が、ｄ線とｇ線とで色消し条件を満足するように
決定されたものであることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の回折光学素子。