JP2003294924A - 回折光学素子およびそれを用いた光学系 - Google Patents
回折光学素子およびそれを用いた光学系Info
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- JP2003294924A JP2003294924A JP2002102760A JP2002102760A JP2003294924A JP 2003294924 A JP2003294924 A JP 2003294924A JP 2002102760 A JP2002102760 A JP 2002102760A JP 2002102760 A JP2002102760 A JP 2002102760A JP 2003294924 A JP2003294924 A JP 2003294924A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回折格子の格子側面でのケラレを低減するこ
と。 【解決手段】 異なる材料からなる複数の回折格子４，
５を積層した回折光学素子１において、回折格子４の側
面４０１ｐ，４０１ｑが傾いており、その傾き角φ
1（ｐ），φ1（ｑ）を回折光学素子１の面内の位置によ
り異ならせている。
と。 【解決手段】 異なる材料からなる複数の回折格子４，
５を積層した回折光学素子１において、回折格子４の側
面４０１ｐ，４０１ｑが傾いており、その傾き角φ
1（ｐ），φ1（ｑ）を回折光学素子１の面内の位置によ
り異ならせている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子および
それを用いた光学系に関するものであり、特に使用波長
帯域の全域で高い回折効率が得られるように、異なる材
料からなる複数の回折格子を積層した、所謂積層型の回
折光学素子およびそれを用いた光学系に関するものであ
る。
それを用いた光学系に関するものであり、特に使用波長
帯域の全域で高い回折効率が得られるように、異なる材
料からなる複数の回折格子を積層した、所謂積層型の回
折光学素子およびそれを用いた光学系に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より屈折光学系の色収差を補正する
方法の１つとして、それぞれ分散の異なる硝材からなる
複数のレンズを組み合わせる方法が知られている。
方法の１つとして、それぞれ分散の異なる硝材からなる
複数のレンズを組み合わせる方法が知られている。
【０００３】また、他の方法として、レンズ面あるいは
光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子を用いる
ことで色収差を減じる方法がSPIE Vol.1354 Internatio
nalLens Design Conference (1990)等の文献や、特開平
４−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公
報、そして米国特許第５０４４７０６号等に開示されて
いる。これらは、光学系中の屈折部と回折部とでは、あ
る基準波長に対する色収差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、その周期構造の周期を調整することで非球
面レンズと同様の効果を持たせることもでき、色収差以
外の諸収差の低減をも行うことができる。
光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子を用いる
ことで色収差を減じる方法がSPIE Vol.1354 Internatio
nalLens Design Conference (1990)等の文献や、特開平
４−２１３４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公
報、そして米国特許第５０４４７０６号等に開示されて
いる。これらは、光学系中の屈折部と回折部とでは、あ
る基準波長に対する色収差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、その周期構造の周期を調整することで非球
面レンズと同様の効果を持たせることもでき、色収差以
外の諸収差の低減をも行うことができる。
【０００４】ここで、光の屈折作用と回折作用を比較す
ると、通常の屈折作用を持ったレンズ面においては、あ
る波長の１本の光線は屈折後も１本の光線のままである
のに対し、回折面ではある波長の１本の光線は回折次数
の異なる複数の光線に分かれてしまう。
ると、通常の屈折作用を持ったレンズ面においては、あ
る波長の１本の光線は屈折後も１本の光線のままである
のに対し、回折面ではある波長の１本の光線は回折次数
の異なる複数の光線に分かれてしまう。
【０００５】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の回折次数（以下
「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。特定の回折次数に光が集中している
場合では、それ以外の回折次数での光線の強度は小さい
ものとなり、強度が０の場合にはその回折次数の光は存
在しないものとなる。そのため、前記のような特徴を有
するためには設計次数の回折効率が十分高いことが必要
である。
合には、使用波長領域の光束が特定の回折次数（以下
「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。特定の回折次数に光が集中している
場合では、それ以外の回折次数での光線の強度は小さい
ものとなり、強度が０の場合にはその回折次数の光は存
在しないものとなる。そのため、前記のような特徴を有
するためには設計次数の回折効率が十分高いことが必要
である。
【０００６】このような情況を鑑みて、広い波長領域に
わたり回折効率の低下を抑制できる構成を本出願人は特
開平１０−１３３１４９号公報で提案している。上記で
提案した回折光学素子は、図１５に示すように異なる材
料からなる回折格子４と回折格子５とを基板２上に重ね
合わせた積層型の回折光学素子であり、２つの回折格子
４，５を構成する材料の屈折率、分散特性および格子厚
ｄ1，ｄ2をそれぞれ適切な値とすることにより、使用波
長領域全域で、高い回折効率を実現している。
わたり回折効率の低下を抑制できる構成を本出願人は特
開平１０−１３３１４９号公報で提案している。上記で
提案した回折光学素子は、図１５に示すように異なる材
料からなる回折格子４と回折格子５とを基板２上に重ね
合わせた積層型の回折光学素子であり、２つの回折格子
４，５を構成する材料の屈折率、分散特性および格子厚
ｄ1，ｄ2をそれぞれ適切な値とすることにより、使用波
長領域全域で、高い回折効率を実現している。
【０００７】又、回折効率の低下を減少できる構成が特
開平９−１２７３２２号公報に提示されている。ここで
は、図１６に示すように３つの回折格子４，５，６を３
種の異なる材質と格子厚ｄ1，ｄ2を最適に選び積層する
ことで、可視領域全域で高い回折効率を実現している。
開平９−１２７３２２号公報に提示されている。ここで
は、図１６に示すように３つの回折格子４，５，６を３
種の異なる材質と格子厚ｄ1，ｄ2を最適に選び積層する
ことで、可視領域全域で高い回折効率を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の積層型
の回折光学素子では、回折格子の側面（結像に寄与しな
い格子の側壁部分、エッジ部ともいう）４ａ，５ａの角
度に関しては言及しておらず、格子側面４ａ，５ａはす
べて回折格子の設けられた面Ｈａに対し垂直なものとな
っている。
の回折光学素子では、回折格子の側面（結像に寄与しな
い格子の側壁部分、エッジ部ともいう）４ａ，５ａの角
度に関しては言及しておらず、格子側面４ａ，５ａはす
べて回折格子の設けられた面Ｈａに対し垂直なものとな
っている。
【０００９】実際の光学系、例えば銀塩カメラやデジタ
ルカメラなどに用いられる撮像光学系や、望遠鏡、双眼
鏡、顕微鏡などの観察光学系の一部に回折光学素子を用
いる場合、格子面内の任意の位置における回折格子に対
して、全ての有効光線が必ずしも入射角０°あるいは０
°を中心とした正、負に均等な角度分布で入射するとは
限らない。したがって、格子面内全域にわたって全ての
回折格子における格子側面の角度を回折格子の設けられ
た面に対して垂直とした場合、０°以外の入射角あるい
は０°以外の角度を中心とした入射角分布を持った光線
が入射する場合、格子側面で光線がケラレたり、高い回
折効率を達成するための条件を満たすための光路を通過
しない光線の割合が大きくなり（本明細書の中ではこれ
らを総じて、単に「ケラレ」と表現している）、結像に
寄与する有効光の光量が低下するばかりか、フレアやゴ
ースト等の要因となる有害光が増大する場合がある。
ルカメラなどに用いられる撮像光学系や、望遠鏡、双眼
鏡、顕微鏡などの観察光学系の一部に回折光学素子を用
いる場合、格子面内の任意の位置における回折格子に対
して、全ての有効光線が必ずしも入射角０°あるいは０
°を中心とした正、負に均等な角度分布で入射するとは
限らない。したがって、格子面内全域にわたって全ての
回折格子における格子側面の角度を回折格子の設けられ
た面に対して垂直とした場合、０°以外の入射角あるい
は０°以外の角度を中心とした入射角分布を持った光線
が入射する場合、格子側面で光線がケラレたり、高い回
折効率を達成するための条件を満たすための光路を通過
しない光線の割合が大きくなり（本明細書の中ではこれ
らを総じて、単に「ケラレ」と表現している）、結像に
寄与する有効光の光量が低下するばかりか、フレアやゴ
ースト等の要因となる有害光が増大する場合がある。
【００１０】本発明は、このような格子側面でのケラレ
を低減して、高い回折効率が得られる回折光学素子を実
現し、この回折光学素子を光学系中に用いた時にはフレ
ア光やゴースト光の発生を極力低減させることを目的と
する。
を低減して、高い回折効率が得られる回折光学素子を実
現し、この回折光学素子を光学系中に用いた時にはフレ
ア光やゴースト光の発生を極力低減させることを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、異なる材料からなる複数の回折格子を
積層した回折光学素子において、その複数の回折格子の
うち少なくとも１つの回折格子が、その側面が傾いた領
域、又はそのエッジがそれに近接する回折格子のエッジ
に対してずれた領域を有するよう構成し、入射する光線
の入射角・射出角の分布から求めた平均値、重心値、最
大値、最小値に基づいて決められた光線や、回折光学素
子を光学系に用いた際の絞りの中心を通過する光線等の
特定の光線の入射角又は射出角に応じて、その傾きやず
れ量を回折光学素子の面内の位置により異ならせてい
る。
め、本発明では、異なる材料からなる複数の回折格子を
積層した回折光学素子において、その複数の回折格子の
うち少なくとも１つの回折格子が、その側面が傾いた領
域、又はそのエッジがそれに近接する回折格子のエッジ
に対してずれた領域を有するよう構成し、入射する光線
の入射角・射出角の分布から求めた平均値、重心値、最
大値、最小値に基づいて決められた光線や、回折光学素
子を光学系に用いた際の絞りの中心を通過する光線等の
特定の光線の入射角又は射出角に応じて、その傾きやず
れ量を回折光学素子の面内の位置により異ならせてい
る。
【００１２】このような本発明の回折光学素子は、撮影
光学系や観察光学系などの光学系に好適に用いることが
できる。
光学系や観察光学系などの光学系に好適に用いることが
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
回折光学素子の実施形態１の正面図である。同図におい
て、回折光学素子１は、基板２の表面に、それぞれ異な
る材料からなる複数の回折格子を積層した回折部３が配
置された構成となっている。回折部３は、ｙ方向に伸び
る１次元格子（直線状格子）である回折格子４と回折格
子５とが空気層を挟んで積層されており、回折格子４，
５は中心（中心軸）Ｃａからｘ方向に沿って周辺に向か
うほど格子周期が徐々に小さくなっている。
回折光学素子の実施形態１の正面図である。同図におい
て、回折光学素子１は、基板２の表面に、それぞれ異な
る材料からなる複数の回折格子を積層した回折部３が配
置された構成となっている。回折部３は、ｙ方向に伸び
る１次元格子（直線状格子）である回折格子４と回折格
子５とが空気層を挟んで積層されており、回折格子４，
５は中心（中心軸）Ｃａからｘ方向に沿って周辺に向か
うほど格子周期が徐々に小さくなっている。
【００１４】図２は、図１の回折光学素子１を図中のＡ
−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示すものであ
り、分かりやすくするために、回折格子の厚さ方向（図
中のＺ方向）に拡大デフォルメして描いている（他の断
面図でも同様）。
−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示すものであ
り、分かりやすくするために、回折格子の厚さ方向（図
中のＺ方向）に拡大デフォルメして描いている（他の断
面図でも同様）。
【００１５】回折部３は、基板（透明基板）２上に、回
折格子４と回折格子５とを光学材料層ではない空気層ａ
ｉｒを介して積層配置することにより構成されている。
光の入射側ＬＩｎから数えて第１層目の回折格子４はエ
ネルギー硬化材料の１つである第１の紫外線硬化樹脂
（屈折率ｎd＝１．６３６、アッベ数νd＝２２．８）に
よって形成され、第２層目の回折格子５は第２の紫外線
硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１３、アッベ数νd＝５
１．０）によって形成されている。回折格子４は格子部
の格子厚が１つの周期で中心から周辺に向かって減少す
る鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１つの周期
で中心から周辺に向かって増加する鋸歯形状であり、特
定の次数の回折光の回折効率を高めるような形状に設定
されている。ここで「格子部」とは各回折格子を構成す
る１つの周期構造を指し、本実施形態及び他の実施形態
において「１周期」とは格子部の一方の側面から他方の
側面までと定義している。したがって、ｊ番目の格子部
の一方の側面は第（ｊ−１）番目の格子部の側面であ
り、他方の側面は第（ｊ＋１）番目の格子部の側面でも
あることになる。
折格子４と回折格子５とを光学材料層ではない空気層ａ
ｉｒを介して積層配置することにより構成されている。
光の入射側ＬＩｎから数えて第１層目の回折格子４はエ
ネルギー硬化材料の１つである第１の紫外線硬化樹脂
（屈折率ｎd＝１．６３６、アッベ数νd＝２２．８）に
よって形成され、第２層目の回折格子５は第２の紫外線
硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１３、アッベ数νd＝５
１．０）によって形成されている。回折格子４は格子部
の格子厚が１つの周期で中心から周辺に向かって減少す
る鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１つの周期
で中心から周辺に向かって増加する鋸歯形状であり、特
定の次数の回折光の回折効率を高めるような形状に設定
されている。ここで「格子部」とは各回折格子を構成す
る１つの周期構造を指し、本実施形態及び他の実施形態
において「１周期」とは格子部の一方の側面から他方の
側面までと定義している。したがって、ｊ番目の格子部
の一方の側面は第（ｊ−１）番目の格子部の側面であ
り、他方の側面は第（ｊ＋１）番目の格子部の側面でも
あることになる。
【００１６】さて、本実施形態の回折光学素子で最も特
徴的なのは、回折格子を構成する各格子部の側面の傾き
が、後述する特定の光線の入射角又は射出角に応じて有
効面内の位置によって異なっている（異なる領域を有し
ている）点である。
徴的なのは、回折格子を構成する各格子部の側面の傾き
が、後述する特定の光線の入射角又は射出角に応じて有
効面内の位置によって異なっている（異なる領域を有し
ている）点である。
【００１７】具体的には図２に示すように、回折格子４
において各格子部の射出側の稜線を連ねた面４０２（回
折格子４の射出面に相当）の法線４０１ｐａと中心軸Ｃ
ａから数えて第ｐ番目の格子部４ｐの周辺側（図中右
側）の格子側面４０１ｐとのなす角度φ1（ｐ）と、同
面４０２の法線４０１ｑａと第ｑ番目の格子部４ｑの周
辺側の格子側面４０１ｑとのなす角度φ1（ｑ）が、特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異なっており、格
子が並ぶ方向（格子の周期方向、図中ｘ方向）に変化し
ている。
において各格子部の射出側の稜線を連ねた面４０２（回
折格子４の射出面に相当）の法線４０１ｐａと中心軸Ｃ
ａから数えて第ｐ番目の格子部４ｐの周辺側（図中右
側）の格子側面４０１ｐとのなす角度φ1（ｐ）と、同
面４０２の法線４０１ｑａと第ｑ番目の格子部４ｑの周
辺側の格子側面４０１ｑとのなす角度φ1（ｑ）が、特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異なっており、格
子が並ぶ方向（格子の周期方向、図中ｘ方向）に変化し
ている。
【００１８】同様に、回折格子５における各格子部の入
射側の稜線を連ねた面（回折格子５の入射面に相当）５
０２の法線５０１ｐａと第ｐ番目の周辺側の格子側面５
０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、同面５０２の法線５
０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑの周辺側の格子側面５
０１ｑとのなす角度φ2（ｑ）も、特定の光線の入射角
又は射出角に応じて異なっており、格子が並ぶ方向で変
化している。格子側面の傾きの変化は中心軸Ｃａから離
れるに従って順次角度が大きく、又は小さくなってい
る。
射側の稜線を連ねた面（回折格子５の入射面に相当）５
０２の法線５０１ｐａと第ｐ番目の周辺側の格子側面５
０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、同面５０２の法線５
０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑの周辺側の格子側面５
０１ｑとのなす角度φ2（ｑ）も、特定の光線の入射角
又は射出角に応じて異なっており、格子が並ぶ方向で変
化している。格子側面の傾きの変化は中心軸Ｃａから離
れるに従って順次角度が大きく、又は小さくなってい
る。
【００１９】すなわち、通常の屈折光学系において色消
しを行うのと同様に、分散の異なる材料を組み合わせた
複数の回折格子によって回折光学素子を構成すること
で、回折効率の波長依存性を低減し、使用波長領域全域
で高い回折効率を得るとともに、格子部の位置ごとに通
過する全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それ
ぞれの格子部での光線のケラレが少なくなるように格子
側面の傾きを変化させ、画角全域にわたりフレアやゴー
スト等の撮影や観察の際に不要な有害光の発生を抑制し
ている。
しを行うのと同様に、分散の異なる材料を組み合わせた
複数の回折格子によって回折光学素子を構成すること
で、回折効率の波長依存性を低減し、使用波長領域全域
で高い回折効率を得るとともに、格子部の位置ごとに通
過する全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それ
ぞれの格子部での光線のケラレが少なくなるように格子
側面の傾きを変化させ、画角全域にわたりフレアやゴー
スト等の撮影や観察の際に不要な有害光の発生を抑制し
ている。
【００２０】図１７に実施形態１と同様の積層構造から
なり、格子側面４０１，５０１を回折部３の入射面Ｈａ
に対して垂直（すなわち面４０２，５０２に対しても垂
直）に設けた回折光学素子にある角度を持った光線（特
定の光線）が入射した際の光線の様子を示す。回折格子
の１周期の格子部に入射する光束７のうち、一部の光束
７０１は格子側面４０１，５０１などにより大きくケラ
レたり、高い回折効率を達成するための条件を満たさな
い光路を通過しており、これらは結像に寄与しないばか
りでなく有害光が発生する原因となる。
なり、格子側面４０１，５０１を回折部３の入射面Ｈａ
に対して垂直（すなわち面４０２，５０２に対しても垂
直）に設けた回折光学素子にある角度を持った光線（特
定の光線）が入射した際の光線の様子を示す。回折格子
の１周期の格子部に入射する光束７のうち、一部の光束
７０１は格子側面４０１，５０１などにより大きくケラ
レたり、高い回折効率を達成するための条件を満たさな
い光路を通過しており、これらは結像に寄与しないばか
りでなく有害光が発生する原因となる。
【００２１】例えば、光線の入射面Ｈａに対する入射角
θ1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格子
厚ｄ1を７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚
ｄ2を１０．９５μｍ、第１層目の回折格子４の稜線を
連ねた面４０２から第２層目の回折格子５の稜線を連ね
た面５０２までの間隔Ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、格子
ピッチを８０μｍとしたときには、１周期の格子部に入
射する光束７のうちケラレる光束７０１の割合は約５．
３％にもなる。
θ1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格子
厚ｄ1を７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚
ｄ2を１０．９５μｍ、第１層目の回折格子４の稜線を
連ねた面４０２から第２層目の回折格子５の稜線を連ね
た面５０２までの間隔Ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、格子
ピッチを８０μｍとしたときには、１周期の格子部に入
射する光束７のうちケラレる光束７０１の割合は約５．
３％にもなる。
【００２２】図３は、実施形態１の回折光学素子１に特
定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説明
図である。回折格子４，５の各格子部の側面の傾き角度
φi（ｊ）を光線のケラレが少なくなるように面内（ｘ
ｙ面内）で変化させることで、１周期の格子部に入射す
る光束７のうちケラレる光束７０１の割合が図１９の回
折光学素子に比べて明らかに減少していることが分か
る。
定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説明
図である。回折格子４，５の各格子部の側面の傾き角度
φi（ｊ）を光線のケラレが少なくなるように面内（ｘ
ｙ面内）で変化させることで、１周期の格子部に入射す
る光束７のうちケラレる光束７０１の割合が図１９の回
折光学素子に比べて明らかに減少していることが分か
る。
【００２３】本実施形態においては、特定の光線７０１
の回折光学素子１の入射面Ｈａに対する入射角θ
1（ｊ）を１０°、第１層目の回折格子４の格子厚ｄ1を
７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚ｄ2を１
０．９５μｍ、面４０２から面５０２までの間隔Ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍとし、
格子側面４０１の面４０２の法線に対する角度θ
1（ｊ）を１０°、格子側面５０１の面５０２の法線に
対する角度φ2（ｊ）を１２．８°と設定した。これに
より、回折部３の１周期の格子部に入射する光束７のう
ちケラレる光束７０１の割合は約０．９％となり、図１
９に示す従来例の構造に比べ光線のケラレる割合が約６
分の１にまで低減される。このような本実施形態の回折
光学素子１を光学系の一部に用いることでフレアやゴー
ストなどの要因となる有害光の抑制に大きな効果があ
る。
の回折光学素子１の入射面Ｈａに対する入射角θ
1（ｊ）を１０°、第１層目の回折格子４の格子厚ｄ1を
７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚ｄ2を１
０．９５μｍ、面４０２から面５０２までの間隔Ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍとし、
格子側面４０１の面４０２の法線に対する角度θ
1（ｊ）を１０°、格子側面５０１の面５０２の法線に
対する角度φ2（ｊ）を１２．８°と設定した。これに
より、回折部３の１周期の格子部に入射する光束７のう
ちケラレる光束７０１の割合は約０．９％となり、図１
９に示す従来例の構造に比べ光線のケラレる割合が約６
分の１にまで低減される。このような本実施形態の回折
光学素子１を光学系の一部に用いることでフレアやゴー
ストなどの要因となる有害光の抑制に大きな効果があ
る。
【００２４】ここで、格子側面４０１の角度φ1（ｊ）
および格子側面５０１の角度φ2（ｊ）を回折格子４，
５への特定の光線の入射角θ1（ｊ），θ2（ｊ）に基づ
きそれぞれ１０°，１２．８°と決定したが、いずれか
一方ないしは両方をそれぞれの格子からの特定の光線の
射出角θ1（ｊ）′、θ2（ｊ）′に基づいて決定しても
よい。また、格子側面の角度は特定の光線の入射角ない
しは射出角に厳密に一致させなくとも、入射角ないしは
射出角の０．２倍から２．０倍の間の角度で任意に設定
しても前述したのと同様の効果が得られる。
および格子側面５０１の角度φ2（ｊ）を回折格子４，
５への特定の光線の入射角θ1（ｊ），θ2（ｊ）に基づ
きそれぞれ１０°，１２．８°と決定したが、いずれか
一方ないしは両方をそれぞれの格子からの特定の光線の
射出角θ1（ｊ）′、θ2（ｊ）′に基づいて決定しても
よい。また、格子側面の角度は特定の光線の入射角ない
しは射出角に厳密に一致させなくとも、入射角ないしは
射出角の０．２倍から２．０倍の間の角度で任意に設定
しても前述したのと同様の効果が得られる。
【００２５】すなわち、複数の回折格子のうち光入射側
から数えて第ｉ層目および第（ｉ＋１）層目に配置され
た回折格子は、その中心から数えて第ｊ番目の格子部を
通過する特定の光線の入射角をθi（ｊ），θ
i+1（ｊ）、射出角をθi（ｊ）′，θi +1（ｊ）′とす
るとき、格子側面の傾き角度φi（ｊ）が、 φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ） …（１） φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ）′ …（２） φi+1（ｊ）＝Ｃ1・θi+1（ｊ） …（３） φi+1（ｊ）＝Ｃ1・θi+1（ｊ）′ …（４） ただし、 Ｃ1：０．２以上、２．０以下の任意の実数 のうちの少なくとも１つを満たしつつ変化する領域を有
することが好ましい。
から数えて第ｉ層目および第（ｉ＋１）層目に配置され
た回折格子は、その中心から数えて第ｊ番目の格子部を
通過する特定の光線の入射角をθi（ｊ），θ
i+1（ｊ）、射出角をθi（ｊ）′，θi +1（ｊ）′とす
るとき、格子側面の傾き角度φi（ｊ）が、 φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ） …（１） φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ）′ …（２） φi+1（ｊ）＝Ｃ1・θi+1（ｊ） …（３） φi+1（ｊ）＝Ｃ1・θi+1（ｊ）′ …（４） ただし、 Ｃ1：０．２以上、２．０以下の任意の実数 のうちの少なくとも１つを満たしつつ変化する領域を有
することが好ましい。
【００２６】本実施形態では、２つの層からなる積層型
の回折光学素子において、その両方の層の格子側面の傾
きが変化している形態を示しているが、この傾きの変化
はいずれか一方の層だけでもそれなりの効果が得られ
る。また、２層より多くの回折格子からなる積層型の回
折光学素子においても、１層以上で実施するだけでそれ
なりの効果がある。
の回折光学素子において、その両方の層の格子側面の傾
きが変化している形態を示しているが、この傾きの変化
はいずれか一方の層だけでもそれなりの効果が得られ
る。また、２層より多くの回折格子からなる積層型の回
折光学素子においても、１層以上で実施するだけでそれ
なりの効果がある。
【００２７】さらに、実施形態１では、図１に示したよ
うに、各回折格子を構成する格子部が直線状に設けられ
た場合を示しているが、格子部が同心円状に設けられて
いるような場合についても同様な効果が得られる。
うに、各回折格子を構成する格子部が直線状に設けられ
た場合を示しているが、格子部が同心円状に設けられて
いるような場合についても同様な効果が得られる。
【００２８】（実施形態２）図４は、本発明の回折光学
素子の実施形態２の正面図である。同図において、回折
光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料から
なる複数の回折格子を積層した回折部３が配置された構
成となっている。回折部３は、同心円状の回折格子４と
回折格子５とが空気層を挟んで積層されており、回折格
子４，５は中心Ｌａからｘ方向に沿って周辺に向かうほ
ど格子周期が徐々に小さくなっている。 図５は、実施
形態２の回折光学素子１を図４中のＡ−Ａ′断面で切断
した断面形状の一部を示すものである。入射側から数え
て第１層目の回折格子４はエネルギー硬化材料の１つで
ある第１の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．６３６、
アッベ数νd＝２２．８）で形成され、第２層目の回折
格子５は第２の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１
３、アッベ数νd＝５１．０）で形成されている。Ｌａ
は回折光学素子１の中心、すなわち光軸である。回折格
子４は格子部の格子厚が１つの周期で中心から周辺に向
かって減少する鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚
が１つの周期で中心から周辺に向かって増加する鋸歯形
状であり、特定の次数の回折光の回折効率を高めるよう
な形状に設定されている。
素子の実施形態２の正面図である。同図において、回折
光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料から
なる複数の回折格子を積層した回折部３が配置された構
成となっている。回折部３は、同心円状の回折格子４と
回折格子５とが空気層を挟んで積層されており、回折格
子４，５は中心Ｌａからｘ方向に沿って周辺に向かうほ
ど格子周期が徐々に小さくなっている。 図５は、実施
形態２の回折光学素子１を図４中のＡ−Ａ′断面で切断
した断面形状の一部を示すものである。入射側から数え
て第１層目の回折格子４はエネルギー硬化材料の１つで
ある第１の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．６３６、
アッベ数νd＝２２．８）で形成され、第２層目の回折
格子５は第２の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５１
３、アッベ数νd＝５１．０）で形成されている。Ｌａ
は回折光学素子１の中心、すなわち光軸である。回折格
子４は格子部の格子厚が１つの周期で中心から周辺に向
かって減少する鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚
が１つの周期で中心から周辺に向かって増加する鋸歯形
状であり、特定の次数の回折光の回折効率を高めるよう
な形状に設定されている。
【００２９】本実施形態においても、実施形態１と同様
に、回折格子４において各格子部の射出側の稜線を連ね
た面４０２の法線４０１ｐａと光軸Ｌａから数えて第ｐ
番目の格子部４ｐの周辺側の格子側面４０１ｐのなす角
度φ1（ｐ）と、同面４０２の法線４０１ｑａと第ｑ番
目の格子部４ｑの周辺側の格子側面４０１ｑのなす角度
φ1（ｑ）が、特定の光線の入射角又は射出角に応じて
異なっており、光軸Ｌａから離れるに従って順次大きく
若しくは小さく変化している。
に、回折格子４において各格子部の射出側の稜線を連ね
た面４０２の法線４０１ｐａと光軸Ｌａから数えて第ｐ
番目の格子部４ｐの周辺側の格子側面４０１ｐのなす角
度φ1（ｐ）と、同面４０２の法線４０１ｑａと第ｑ番
目の格子部４ｑの周辺側の格子側面４０１ｑのなす角度
φ1（ｑ）が、特定の光線の入射角又は射出角に応じて
異なっており、光軸Ｌａから離れるに従って順次大きく
若しくは小さく変化している。
【００３０】同様に回折格子５における各格子部の入射
側の稜線を連ねた面５０２の法線５０１ｐａと光軸Ｌａ
から数えて第ｐ番目の格子部５ｐの周辺側の格子側面５
０１ｐのなす角度φ2（ｐ）と、同面５０２の法線５０
１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑの周辺側の格子側面５０
１ｑとのなす角度φ2（ｑ）も特定の光線の入射角又は
射出角に応じて異なっている。
側の稜線を連ねた面５０２の法線５０１ｐａと光軸Ｌａ
から数えて第ｐ番目の格子部５ｐの周辺側の格子側面５
０１ｐのなす角度φ2（ｐ）と、同面５０２の法線５０
１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑの周辺側の格子側面５０
１ｑとのなす角度φ2（ｑ）も特定の光線の入射角又は
射出角に応じて異なっている。
【００３１】本実施形態において更に特徴的なのは、各
層の回折格子を構成する回折格子のエッジ（稜線）の位
置を特定の光線の入射角又は射出角に応じてｘ方向でず
らし、ずれ量が光軸Ｌａから離れるに従って大きく又は
小さくなるように変化させている点である。具体的には
第１層第ｐ番目の格子部の周辺側のエッジとそれに近接
した第２層第ｐ番目の格子部の周辺側のエッジのｘ方向
のずれ量ΔＳ2（ｐ）と、第１層第ｑ番目の格子部の周
辺側のエッジとそれに近接した第２層第ｑ番目の格子部
の周辺側のエッジのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｑ）を、特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異ならせている。
層の回折格子を構成する回折格子のエッジ（稜線）の位
置を特定の光線の入射角又は射出角に応じてｘ方向でず
らし、ずれ量が光軸Ｌａから離れるに従って大きく又は
小さくなるように変化させている点である。具体的には
第１層第ｐ番目の格子部の周辺側のエッジとそれに近接
した第２層第ｐ番目の格子部の周辺側のエッジのｘ方向
のずれ量ΔＳ2（ｐ）と、第１層第ｑ番目の格子部の周
辺側のエッジとそれに近接した第２層第ｑ番目の格子部
の周辺側のエッジのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｑ）を、特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異ならせている。
【００３２】このように、格子部の位置ごとに通過する
全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それぞれの
格子部で光線のケラレが少なくなるような格子側面の傾
き角度およびエッジの位置を最適に設定することで、画
角全域にわたりフレアやゴースト等の要因となる有害光
の発生を抑制している。
全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それぞれの
格子部で光線のケラレが少なくなるような格子側面の傾
き角度およびエッジの位置を最適に設定することで、画
角全域にわたりフレアやゴースト等の要因となる有害光
の発生を抑制している。
【００３３】図６は、実施形態２の回折光学素子１に特
定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説明
図である。格子側面の傾き角度および各層の格子部のエ
ッジのずれ量の少なくとも一方を光線のケラレが少なく
なるように変化させることで、１周期の格子部に入射す
る光束７のうちケラレる光束７０１の割合を大幅に減少
させることができる。
定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説明
図である。格子側面の傾き角度および各層の格子部のエ
ッジのずれ量の少なくとも一方を光線のケラレが少なく
なるように変化させることで、１周期の格子部に入射す
る光束７のうちケラレる光束７０１の割合を大幅に減少
させることができる。
【００３４】本実施形態においては、特定の光線の入射
角θ1（ｊ）を１０°、第１層目の回折格子４の格子厚
ｄ1を７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚ｄ2
を１０．９５μｍ、面４０２から面５０２までの間隔Ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍとし、
格子側面４０１の傾き角度φ1（ｊ）を１０°、格子側
面５０１の傾き角度φ2（ｊ）を１２．８°、エッジの
ずれ量ΔＳ2（ｊ）を０．３４μｍに設定した。これに
より、１周期の格子部に入射する光束７のうちケラレる
光束７０１の割合は約０．４２％となり、図１９に示し
た構造に比べ光線のケラレる割合が約１２分の１にまで
低減される。そして、このような本実施形態の回折光学
素子１を光学系の一部に用いることでフレアやゴースト
などの有害光の抑制に大きな効果がある。ただし、ここ
で示したケラレる光束の割合は、単純に回折格子を断面
形状で考えた際の横方向の割合である。
角θ1（ｊ）を１０°、第１層目の回折格子４の格子厚
ｄ1を７．８８μｍ、第２層目の回折格子５の格子厚ｄ2
を１０．９５μｍ、面４０２から面５０２までの間隔Ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍとし、
格子側面４０１の傾き角度φ1（ｊ）を１０°、格子側
面５０１の傾き角度φ2（ｊ）を１２．８°、エッジの
ずれ量ΔＳ2（ｊ）を０．３４μｍに設定した。これに
より、１周期の格子部に入射する光束７のうちケラレる
光束７０１の割合は約０．４２％となり、図１９に示し
た構造に比べ光線のケラレる割合が約１２分の１にまで
低減される。そして、このような本実施形態の回折光学
素子１を光学系の一部に用いることでフレアやゴースト
などの有害光の抑制に大きな効果がある。ただし、ここ
で示したケラレる光束の割合は、単純に回折格子を断面
形状で考えた際の横方向の割合である。
【００３５】本実施形態では、角度φ1（ｊ）および角
度φ2（ｊ）を回折格子４，５への特定の光線の入射角
θ1（ｊ），θ2（ｊ）に基づき１０°、１２．８°と決
定したが、いずれか一方ないしは両方をそれぞれの回折
格子からの特定の光線の射出角θ1（ｊ）′，θ
2（ｊ）′に基づいて決定してもよい。また、格子側面
４０１、５０１の傾き角度は厳密に特定の光線の入射角
ないしは射出角に一致させる必要はなく、前述の条件式
（１）〜（４）の少なくとも１つを満足するように、特
定の光線の入射角ないしは射出角の０．２倍から２．０
倍の間の角度で任意に設定してもよい。
度φ2（ｊ）を回折格子４，５への特定の光線の入射角
θ1（ｊ），θ2（ｊ）に基づき１０°、１２．８°と決
定したが、いずれか一方ないしは両方をそれぞれの回折
格子からの特定の光線の射出角θ1（ｊ）′，θ
2（ｊ）′に基づいて決定してもよい。また、格子側面
４０１、５０１の傾き角度は厳密に特定の光線の入射角
ないしは射出角に一致させる必要はなく、前述の条件式
（１）〜（４）の少なくとも１つを満足するように、特
定の光線の入射角ないしは射出角の０．２倍から２．０
倍の間の角度で任意に設定してもよい。
【００３６】さらに、各層の格子部のエッジのずれ量Δ
Ｓ2（ｊ）は、間隔Ｌ1（ｊ）′および回折格子４からの
特定の光線の射出角θ1（ｊ）′の値１２．８°に基づ
いて間隔１．５μｍにｔａｎ１２．８°を乗じた値から
０．３４μｍと決定したが、厳密にこうして求めた値に
一致させる必要はなく、この値 Ｌ1（ｊ）′×ｔａｎθ1（ｊ）′ の０．１倍から１．５倍の間で任意に設定してもよい。
Ｓ2（ｊ）は、間隔Ｌ1（ｊ）′および回折格子４からの
特定の光線の射出角θ1（ｊ）′の値１２．８°に基づ
いて間隔１．５μｍにｔａｎ１２．８°を乗じた値から
０．３４μｍと決定したが、厳密にこうして求めた値に
一致させる必要はなく、この値 Ｌ1（ｊ）′×ｔａｎθ1（ｊ）′ の０．１倍から１．５倍の間で任意に設定してもよい。
【００３７】具体的には、第ｉ層目に配置された回折格
子における中心から数えて第ｊ番目の格子部のエッジの
位置と、それに近接する第（ｉ＋１）層目の回折格子の
格子部のエッジの位置とが特定の光線のケラレが少なく
なるように格子部の並び方向にずれて配置されており、
そのずれ量ΔＳi+1（ｊ）が、 ΔＳi+1（ｊ）＝Ｃ2・Ｌi（ｊ）′ｔａｎθi（ｊ）′ …（５） ただし、 Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数 を満たすように変化させればよい。
子における中心から数えて第ｊ番目の格子部のエッジの
位置と、それに近接する第（ｉ＋１）層目の回折格子の
格子部のエッジの位置とが特定の光線のケラレが少なく
なるように格子部の並び方向にずれて配置されており、
そのずれ量ΔＳi+1（ｊ）が、 ΔＳi+1（ｊ）＝Ｃ2・Ｌi（ｊ）′ｔａｎθi（ｊ）′ …（５） ただし、 Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数 を満たすように変化させればよい。
【００３８】なお実施形態２では、図４のように回折格
子が同心円状に設けられた場合を示しているが、回折格
子が直線状に設けられた場合についても同様な効果が得
られる。
子が同心円状に設けられた場合を示しているが、回折格
子が直線状に設けられた場合についても同様な効果が得
られる。
【００３９】（実施形態３）図７は、本発明の回折光学
素子の実施形態３の正面図である。同図において、回折
光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料から
なる複数の回折格子を積層した回折部３が配置された構
成となっている。回折部３は、ｙ方向に伸びる１次元格
子（直線状格子）である回折格子４と回折格子５とが空
気層を挟んで、その回折格子５と回折格子６とが空気層
を挟まず積層されており、回折格子４，５，６は中心Ｃ
ａからｘ方向に沿って周辺に向かうほど格子周期が徐々
に小さくなっている。
素子の実施形態３の正面図である。同図において、回折
光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料から
なる複数の回折格子を積層した回折部３が配置された構
成となっている。回折部３は、ｙ方向に伸びる１次元格
子（直線状格子）である回折格子４と回折格子５とが空
気層を挟んで、その回折格子５と回折格子６とが空気層
を挟まず積層されており、回折格子４，５，６は中心Ｃ
ａからｘ方向に沿って周辺に向かうほど格子周期が徐々
に小さくなっている。
【００４０】図８は、実施形態３の回折光学素子１を図
７中のＡ−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示すも
のである。基板２上に入射側から順に、回折格子４、空
気層ａｉｒ、回折格子５、回折格子６が積層されてい
る。入射側から数えて第１層目の回折格子４はエネルギ
ー硬化材料の１つである第１の紫外線硬化樹脂（屈折率
ｎd＝１．６３６、アッベ数νd＝２２．８）、第２層目
の回折格子５は第２の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝
１．５９８、アッベ数νd＝２８．０）、第３層目の回
折格子６は第３の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５
１３、アッベ数νd＝５１．０）で形成されている。回
折格子４は格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かっ
て増加する鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１
つの周期で周辺に向かって減少する鋸歯形状、回折格子
６は格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加
する鋸歯形状であり、特定の次数の回折光の回折効率を
高めるような形状に設定されている。
７中のＡ−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示すも
のである。基板２上に入射側から順に、回折格子４、空
気層ａｉｒ、回折格子５、回折格子６が積層されてい
る。入射側から数えて第１層目の回折格子４はエネルギ
ー硬化材料の１つである第１の紫外線硬化樹脂（屈折率
ｎd＝１．６３６、アッベ数νd＝２２．８）、第２層目
の回折格子５は第２の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝
１．５９８、アッベ数νd＝２８．０）、第３層目の回
折格子６は第３の紫外線硬化樹脂（屈折率ｎd＝１．５
１３、アッベ数νd＝５１．０）で形成されている。回
折格子４は格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かっ
て増加する鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１
つの周期で周辺に向かって減少する鋸歯形状、回折格子
６は格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加
する鋸歯形状であり、特定の次数の回折光の回折効率を
高めるような形状に設定されている。
【００４１】本実施形態の回折光学素子では、回折格子
６の各格子部の入射側の稜線を連ねた面６０２の法線６
０１ｐａと空気層を挟まず密着した回折格子５，６にお
いて中心Ｃａから数えて第ｐ番目の格子部５ｐ，６ｐの
周辺側の格子側面５０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、
同面６０２の法線６０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑ，
６ｑの周辺側の格子側面５０１ｑのなす角度φ2（ｑ）
が、特定の光線の入射角又は射出角に応じて異なってお
り、ｘ方向に沿って変化している。
６の各格子部の入射側の稜線を連ねた面６０２の法線６
０１ｐａと空気層を挟まず密着した回折格子５，６にお
いて中心Ｃａから数えて第ｐ番目の格子部５ｐ，６ｐの
周辺側の格子側面５０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、
同面６０２の法線６０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑ，
６ｑの周辺側の格子側面５０１ｑのなす角度φ2（ｑ）
が、特定の光線の入射角又は射出角に応じて異なってお
り、ｘ方向に沿って変化している。
【００４２】図１８に実施形態３と同様の３層の回折格
子からなり、格子部の側面を入射面に対して垂直に設け
た回折光学素子に特定の光線が入射した際の様子を示
す。１周期の格子部に入射する光束７のうち、一部の光
束７０１は格子側面４０１，５０１などにより大きくケ
ラレたり、高い回折効率を達成するための条件を満たさ
ない光路を通過しており、これらは結像に寄与しないば
かりでなくフレアやゴーストなどの有害光が発生する原
因となる。
子からなり、格子部の側面を入射面に対して垂直に設け
た回折光学素子に特定の光線が入射した際の様子を示
す。１周期の格子部に入射する光束７のうち、一部の光
束７０１は格子側面４０１，５０１などにより大きくケ
ラレたり、高い回折効率を達成するための条件を満たさ
ない光路を通過しており、これらは結像に寄与しないば
かりでなくフレアやゴーストなどの有害光が発生する原
因となる。
【００４３】例えば、特定の光線７０１の入射角θ
1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格子厚
ｄ1を３．５４μｍ、第２層目の回折格子５および第３
層目の回折格子６の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、第１
層目の回折格子４の射出側の稜線を連ねた面４０２から
第２層目の回折格子５における入射側の界面５０３まで
の間隔ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５０３から面６
０２までの間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、格子ピッチを
８０μｍとしたときには、１周期の格子部に入射する光
束７のうちケラレる光束７０１の割合は約６．６％にな
る。
1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格子厚
ｄ1を３．５４μｍ、第２層目の回折格子５および第３
層目の回折格子６の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、第１
層目の回折格子４の射出側の稜線を連ねた面４０２から
第２層目の回折格子５における入射側の界面５０３まで
の間隔ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５０３から面６
０２までの間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、格子ピッチを
８０μｍとしたときには、１周期の格子部に入射する光
束７のうちケラレる光束７０１の割合は約６．６％にな
る。
【００４４】これに対し、図９は実施形態３の回折光学
素子１に特定の光線７が入射した際の光線のケラレの様
子を示す説明図である。回折格子５，６の各格子部の側
面５０１の傾き角度φi（ｊ）を光線のケラレが少なく
なるように面内（ｘｙ面内）でｘ方向で変化させること
で、１周期の格子部に入射する光束７のうち、ケラレる
光束７０１の割合が図１８の回折光学素子に比べて明ら
かに減少していることが分かる。
素子１に特定の光線７が入射した際の光線のケラレの様
子を示す説明図である。回折格子５，６の各格子部の側
面５０１の傾き角度φi（ｊ）を光線のケラレが少なく
なるように面内（ｘｙ面内）でｘ方向で変化させること
で、１周期の格子部に入射する光束７のうち、ケラレる
光束７０１の割合が図１８の回折光学素子に比べて明ら
かに減少していることが分かる。
【００４５】本実施形態においては、特定の光線の回折
光学素子１の入射面に対する入射角θ1（ｊ）を１０
°、第１層目の回折格子４の格子厚ｄ1を３．５４μ
ｍ、第２層目の回折格子５および第３層目の回折格子６
の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、面４０２から第２層目
の回折格子５における入射側の界面５０３までの間隔ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５０３から面６０２まで
の間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍ
とし、格子側面４０１の面４０２の法線に対する角度φ
1（ｊ）を０°、格子側面６０１の面６０２の法線に対
する角度φ2（ｊ）を１１．２°と設定した。これによ
り、回折部３の１周期の格子部に入射する光束７のうち
ケラレる光束７０１の割合は約１．７８％となり、図１
８に示す従来例の構造に比べ光線のケラレる割合が３分
の１以下にまで低減される。このような本実施形態の回
折光学素子１を光学系の一部に用いることで、フレアや
ゴーストなどの有害光の抑制に大きな効果がある。
光学素子１の入射面に対する入射角θ1（ｊ）を１０
°、第１層目の回折格子４の格子厚ｄ1を３．５４μ
ｍ、第２層目の回折格子５および第３層目の回折格子６
の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、面４０２から第２層目
の回折格子５における入射側の界面５０３までの間隔ｌ
1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５０３から面６０２まで
の間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、格子ピッチを８０μｍ
とし、格子側面４０１の面４０２の法線に対する角度φ
1（ｊ）を０°、格子側面６０１の面６０２の法線に対
する角度φ2（ｊ）を１１．２°と設定した。これによ
り、回折部３の１周期の格子部に入射する光束７のうち
ケラレる光束７０１の割合は約１．７８％となり、図１
８に示す従来例の構造に比べ光線のケラレる割合が３分
の１以下にまで低減される。このような本実施形態の回
折光学素子１を光学系の一部に用いることで、フレアや
ゴーストなどの有害光の抑制に大きな効果がある。
【００４６】ここで、格子側面６０１の角度φ2（ｊ）
を回折格子５からの特定の光線の射出角θ2（ｊ）′と
同じ１１．２°と決定したが、回折格子６への特定の光
線の入射角θ2（ｊ）に基づいて決定してもよい。ま
た、格子側面の角度は特定の光線の入射角ないしは射出
角に必ずしも厳密に一致させる必要はなく、前述の条件
式（１）〜（４）の少なくとも１つを満足するように、
入射角ないしは射出角の０．２倍から２．０倍の間の角
度で任意に設定してもよい。
を回折格子５からの特定の光線の射出角θ2（ｊ）′と
同じ１１．２°と決定したが、回折格子６への特定の光
線の入射角θ2（ｊ）に基づいて決定してもよい。ま
た、格子側面の角度は特定の光線の入射角ないしは射出
角に必ずしも厳密に一致させる必要はなく、前述の条件
式（１）〜（４）の少なくとも１つを満足するように、
入射角ないしは射出角の０．２倍から２．０倍の間の角
度で任意に設定してもよい。
【００４７】なお本実施形態では、３つの層からなる積
層型の回折光学素子において、入射側から数えて第２層
目および第３層目に配置された回折格子の格子側面の傾
き角度が変化している形態を示しているが、更に第１層
目の回折格子の側面の傾きをも変化させても良い。但
し、積層型の回折光学素子において少なくとも１層で実
施するだけでもそれなりの効果がある。
層型の回折光学素子において、入射側から数えて第２層
目および第３層目に配置された回折格子の格子側面の傾
き角度が変化している形態を示しているが、更に第１層
目の回折格子の側面の傾きをも変化させても良い。但
し、積層型の回折光学素子において少なくとも１層で実
施するだけでもそれなりの効果がある。
【００４８】さらに実施形態３では、図７に示したよう
に、各回折格子を構成する格子部が直線状に設けられた
場合を示しているが、格子部が同心円状に設けられてい
るような場合についても同様な効果が得られる。
に、各回折格子を構成する格子部が直線状に設けられた
場合を示しているが、格子部が同心円状に設けられてい
るような場合についても同様な効果が得られる。
【００４９】（実施形態４）図１０は、本発明の回折光
学素子の実施形態４の正面図である。同図において、回
折光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料か
らなる回折格子を積層した回折部３が配置された構成と
なっている。回折部３は、同心円状の回折格子４，５，
６が積層されており、それぞれの回折格子は中心Ｌａか
らｘ方向に沿って周辺に向かうほど周期が小さくなって
いる。
学素子の実施形態４の正面図である。同図において、回
折光学素子１は、基板２の表面にそれぞれ異なる材料か
らなる回折格子を積層した回折部３が配置された構成と
なっている。回折部３は、同心円状の回折格子４，５，
６が積層されており、それぞれの回折格子は中心Ｌａか
らｘ方向に沿って周辺に向かうほど周期が小さくなって
いる。
【００５０】図１１は、実施形態４の回折光学素子１を
図１０中のＡ−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示
すものである。基板２上に入射側から、回折格子４、空
気層ａｉｒを介して回折格子５、回折格子５と密着して
回折格子６が積層されている。そして、入射側から数え
て第１層目の回折格子４はエネルギー硬化材料の１つで
ある第１の紫外線硬化樹脂（ｎd＝１．６３６、νd＝２
２．８）、第２層目の回折格子５は第２の紫外線硬化樹
脂（ｎd＝１．５９８、νd＝２８．０）、第３層目の回
折格子６は第３の紫外線硬化樹脂（ｎd＝１．５１３、
νd＝５１．０）で形成されている。Ｌａは回折光学素
子１の中心すなわち光軸である。そして、回折格子４は
格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加する
鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１つの周期で
周辺に向かって減少する鋸歯形状、回折格子６は格子部
の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加する鋸歯形
状であり、特定の次数の回折光の回折効率を高めるよう
な形状に設定されている。
図１０中のＡ−Ａ′断面で切断した断面形状の一部を示
すものである。基板２上に入射側から、回折格子４、空
気層ａｉｒを介して回折格子５、回折格子５と密着して
回折格子６が積層されている。そして、入射側から数え
て第１層目の回折格子４はエネルギー硬化材料の１つで
ある第１の紫外線硬化樹脂（ｎd＝１．６３６、νd＝２
２．８）、第２層目の回折格子５は第２の紫外線硬化樹
脂（ｎd＝１．５９８、νd＝２８．０）、第３層目の回
折格子６は第３の紫外線硬化樹脂（ｎd＝１．５１３、
νd＝５１．０）で形成されている。Ｌａは回折光学素
子１の中心すなわち光軸である。そして、回折格子４は
格子部の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加する
鋸歯形状、回折格子５は格子部の格子厚が１つの周期で
周辺に向かって減少する鋸歯形状、回折格子６は格子部
の格子厚が１つの周期で周辺に向かって増加する鋸歯形
状であり、特定の次数の回折光の回折効率を高めるよう
な形状に設定されている。
【００５１】本実施形態においても、回折格子６の各格
子部の入射側の稜線を連ねた面６０２の法線６０１ｐａ
と空気層を挟まず密着した回折格子５，６において中心
Ｌａから数えて第ｐ番目の格子部５ｐ，６ｐの周辺側の
格子側面５０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、同面６０
２の法線６０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑ，６ｑの周
辺側の格子側面のなす角度φ2（ｑ）が、特定の光線の
入射角又は射出角に応じて異なっており、光軸Ｌａから
離れるに従って拡大又は減少するように変化している。
子部の入射側の稜線を連ねた面６０２の法線６０１ｐａ
と空気層を挟まず密着した回折格子５，６において中心
Ｌａから数えて第ｐ番目の格子部５ｐ，６ｐの周辺側の
格子側面５０１ｐとのなす角度φ2（ｐ）と、同面６０
２の法線６０１ｑａと第ｑ番目の格子部５ｑ，６ｑの周
辺側の格子側面のなす角度φ2（ｑ）が、特定の光線の
入射角又は射出角に応じて異なっており、光軸Ｌａから
離れるに従って拡大又は減少するように変化している。
【００５２】更に本実施形態の回折光学素子は、回折格
子４を構成する格子部の周辺側のエッジ（稜線）とそれ
に近接する回折格子５，６を構成する格子部の周辺側の
エッジを特定の光線の入射角又は射出角に応じてｘ方向
でずらし、ずれ量が光軸Ｌａから離れるにしたがって、
大きく又は小さくなるように変化させている。具体的に
は第１層第ｐ番目の格子部のエッジと第２，３層第ｐ番
目の格子部のエッジのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｐ）と、
第１層第ｑ番目の格子部のエッジ第２，３層第ｑ番目の
格子部のエッジとのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｑ）とを特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異ならせている。
子４を構成する格子部の周辺側のエッジ（稜線）とそれ
に近接する回折格子５，６を構成する格子部の周辺側の
エッジを特定の光線の入射角又は射出角に応じてｘ方向
でずらし、ずれ量が光軸Ｌａから離れるにしたがって、
大きく又は小さくなるように変化させている。具体的に
は第１層第ｐ番目の格子部のエッジと第２，３層第ｐ番
目の格子部のエッジのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｐ）と、
第１層第ｑ番目の格子部のエッジ第２，３層第ｑ番目の
格子部のエッジとのｘ方向のずれ量ΔＳ2（ｑ）とを特
定の光線の入射角又は射出角に応じて異ならせている。
【００５３】このように、格子部の位置ごとに通過する
全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それぞれの
格子部で光線のケラレが少なくなるような格子側面の傾
き角度およびエッジの位置を最適に設定することで、画
角全域にわたりフレアやゴースト等の要因となる有害光
の発生を抑制している。
全有効光線の入射・射出角度分布を考慮し、それぞれの
格子部で光線のケラレが少なくなるような格子側面の傾
き角度およびエッジの位置を最適に設定することで、画
角全域にわたりフレアやゴースト等の要因となる有害光
の発生を抑制している。
【００５４】図１２は、実施形態４の回折光学素子１に
特定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説
明図である。格子側面の傾き角度および第１層と第２層
の格子部のエッジのずれ量を光線のケラレが少なくなる
ように変化させることで、１周期の格子部に入射する光
束７のうち、ケラレる光束７０１の割合が大幅に減少し
ている。
特定の光線が入射した際の光線のケラレの様子を示す説
明図である。格子側面の傾き角度および第１層と第２層
の格子部のエッジのずれ量を光線のケラレが少なくなる
ように変化させることで、１周期の格子部に入射する光
束７のうち、ケラレる光束７０１の割合が大幅に減少し
ている。
【００５５】本実施形態においては、特定の光線の入射
角θ1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格
子厚ｄ1を３．５４μｍ、第２層目の回折格子５および
第３層目の回折格子６の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、
面４０２から第２層目の回折格子５における入射側の界
面５０３までの間隔ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５
０３から面６０２までの間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、
格子ピッチを８０μｍとし、第１層の格子側面４０１の
傾き角度φ1（ｊ）を０°、第２，３層の格子側面６０
１傾き角度φ2（ｊ）を１１．２°、エッジのずれ量Δ
Ｓ2（ｊ）を０．７９μｍに設定した。これにより、１
周期の格子部に入射する光束７のうちケラレる光束７０
１の割合は約０．７８％となり、図２０に示した構造に
比べ光線のケラレる割合は８分の１以下にまで低減され
る。そして、このような本実施形態の回折光学素子１を
光学系の一部に用いることで、フレアやゴーストなどの
有害光の抑制に大きな効果がある。ただし、ここで示し
たケラレる光束の割合は、単純に回折格子を断面形状で
考えた際の横方向の割合である。
角θ1（ｊ）を１０°とし、第１層目の回折格子４の格
子厚ｄ1を３．５４μｍ、第２層目の回折格子５および
第３層目の回折格子６の格子厚ｄ2を１９．５０μｍ、
面４０２から第２層目の回折格子５における入射側の界
面５０３までの間隔ｌ1（ｊ）′を１．５μｍ、同面５
０３から面６０２までの間隔ｌ2（ｊ）を１．５μｍ、
格子ピッチを８０μｍとし、第１層の格子側面４０１の
傾き角度φ1（ｊ）を０°、第２，３層の格子側面６０
１傾き角度φ2（ｊ）を１１．２°、エッジのずれ量Δ
Ｓ2（ｊ）を０．７９μｍに設定した。これにより、１
周期の格子部に入射する光束７のうちケラレる光束７０
１の割合は約０．７８％となり、図２０に示した構造に
比べ光線のケラレる割合は８分の１以下にまで低減され
る。そして、このような本実施形態の回折光学素子１を
光学系の一部に用いることで、フレアやゴーストなどの
有害光の抑制に大きな効果がある。ただし、ここで示し
たケラレる光束の割合は、単純に回折格子を断面形状で
考えた際の横方向の割合である。
【００５６】本実施形態では、角度φ2（ｊ）を回折格
子５からの特定の光線の射出角θ2（ｊ）′に基づき１
１．２°と決定したが、格子部への特定の光線の入射角
θ2（ｊ）に基づいて決定してもよい。また、格子側面
の角度は厳密に特定の光線の入射角ないしは射出角に一
致させる必要はなく、前述の条件式（１）〜（４）の少
なくとも１つを満足するように、入射角ないしは射出角
の０．２倍から２．０倍の間の角度で任意に設定しても
よい。
子５からの特定の光線の射出角θ2（ｊ）′に基づき１
１．２°と決定したが、格子部への特定の光線の入射角
θ2（ｊ）に基づいて決定してもよい。また、格子側面
の角度は厳密に特定の光線の入射角ないしは射出角に一
致させる必要はなく、前述の条件式（１）〜（４）の少
なくとも１つを満足するように、入射角ないしは射出角
の０．２倍から２．０倍の間の角度で任意に設定しても
よい。
【００５７】さらに、ずれ量ΔＳ2（ｊ）を間隔ｌ
1（ｊ）′，ｌ2（ｊ）、回折格子４からの特定の光線の
射出角θ1（ｊ）′の値１８．３°、回折格子５への入
射角θ2（ｊ）の値１１．３°に基づいて、１．５μｍ
にｔａｎ１８．３°を乗じた値と１．５μｍにｔａｎ１
１．３°を乗じた値の和から０．７９μｍと決定した
が、厳密にこうして求めた値に一致させる必要はなく、
この値のｌ1（ｊ）′×ｔａｎθ1（ｊ）′の０．１倍か
ら１．５倍の間で任意に設定してもよい。
1（ｊ）′，ｌ2（ｊ）、回折格子４からの特定の光線の
射出角θ1（ｊ）′の値１８．３°、回折格子５への入
射角θ2（ｊ）の値１１．３°に基づいて、１．５μｍ
にｔａｎ１８．３°を乗じた値と１．５μｍにｔａｎ１
１．３°を乗じた値の和から０．７９μｍと決定した
が、厳密にこうして求めた値に一致させる必要はなく、
この値のｌ1（ｊ）′×ｔａｎθ1（ｊ）′の０．１倍か
ら１．５倍の間で任意に設定してもよい。
【００５８】具体的には、入射側から数えて第ｉ層目に
配置された回折格子における中心から数えて第ｊ番目の
格子部のエッジの位置と、それに近接する回折格子にお
ける中心から数えて第ｊ番目の格子部のエッジの位置と
が特定の光線のケラレが少なくなるように格子部の並び
方向にずれて配置されており、そのずれ量ΔＳ
i+1（ｊ）が、 ΔＳi+1(ｊ)＝Ｃ2・[ｌi(ｊ)′ｔａｎθi(ｊ)′＋ｌ
i+1(ｊ)tanθi+1(ｊ)] ただし、 Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数 ｌi（ｊ）′：第ｉ層目の回折格子の格子部の稜線を連
ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の界面
までの第ｊ番目の格子部位置での間隔 θi（ｊ）′：第ｉ層目の回折格子における第ｊ番目の
格子部からの特定の光線の射出角 ｌi+1（ｊ）：第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の
界面から格子部の稜線を連ねた面までの第ｊ番目の格子
部位置での間隔 θi+1（ｊ）：第（ｉ＋１）層目の回折格子における第
ｊ番目の格子部への特定の光線の入射角 の式を満たすように変化させればよい。
配置された回折格子における中心から数えて第ｊ番目の
格子部のエッジの位置と、それに近接する回折格子にお
ける中心から数えて第ｊ番目の格子部のエッジの位置と
が特定の光線のケラレが少なくなるように格子部の並び
方向にずれて配置されており、そのずれ量ΔＳ
i+1（ｊ）が、 ΔＳi+1(ｊ)＝Ｃ2・[ｌi(ｊ)′ｔａｎθi(ｊ)′＋ｌ
i+1(ｊ)tanθi+1(ｊ)] ただし、 Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数 ｌi（ｊ）′：第ｉ層目の回折格子の格子部の稜線を連
ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の界面
までの第ｊ番目の格子部位置での間隔 θi（ｊ）′：第ｉ層目の回折格子における第ｊ番目の
格子部からの特定の光線の射出角 ｌi+1（ｊ）：第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の
界面から格子部の稜線を連ねた面までの第ｊ番目の格子
部位置での間隔 θi+1（ｊ）：第（ｉ＋１）層目の回折格子における第
ｊ番目の格子部への特定の光線の入射角 の式を満たすように変化させればよい。
【００５９】なお本実施形態では、３つの層からなる積
層型の回折光学素子において、入射側から数えて第２層
目および第３層目に配置された回折格子の格子側面の傾
き角度が変化している形態を示しているが、更に第１層
目の回折格子の格側面の傾きを変化させても良い。但
し、積層型の回折光学素子においても、少なくとも１層
で実施するだけでもそれなりの効果がある。
層型の回折光学素子において、入射側から数えて第２層
目および第３層目に配置された回折格子の格子側面の傾
き角度が変化している形態を示しているが、更に第１層
目の回折格子の格側面の傾きを変化させても良い。但
し、積層型の回折光学素子においても、少なくとも１層
で実施するだけでもそれなりの効果がある。
【００６０】また実施形態４では、図１０に示したよう
に、回折格子が同心円状に設けられた場合を示している
が、回折格子が直線状に設けられた場合についても同様
な効果が得られる。
に、回折格子が同心円状に設けられた場合を示している
が、回折格子が直線状に設けられた場合についても同様
な効果が得られる。
【００６１】以上の実施形態１〜４に示したように、積
層型の回折光学素子を構成する回折部の格子側面の傾き
を特定の光線の入射角あるいは射出角を考慮して変化さ
せる、ないしは各層の近接するエッジ位置のずれ量を特
定の光線の入射角ないしは射出角を考慮して変化させる
ことで、光線のケラレを大きく低減することができ、光
学系中に用いたときにはフレアやゴースト等の要因とな
る有害光の発生を有効に抑制することができる。
層型の回折光学素子を構成する回折部の格子側面の傾き
を特定の光線の入射角あるいは射出角を考慮して変化さ
せる、ないしは各層の近接するエッジ位置のずれ量を特
定の光線の入射角ないしは射出角を考慮して変化させる
ことで、光線のケラレを大きく低減することができ、光
学系中に用いたときにはフレアやゴースト等の要因とな
る有害光の発生を有効に抑制することができる。
【００６２】ここで、実際の光学系に回折光学素子を用
いた場合、中心（光軸）からの距離に応じて有効光の入
射角は変化しており、かつ、その入射角は単一の値では
なく、一定の分布を持っているのが一般的である。そこ
で実施形態１〜４に示した回折光学素子では、入射する
光線の入射角・射出角の分布から求めた平均値、重心
値、最大値、最小値等の光線や、回折光学素子を光学系
に用いた際の絞りの中心を通過する光線などのうち、ケ
ラレが最も少なくなるような光線を「特定の光線」に設
定し、これに基づいて格子側面の傾き角度、エッジ位置
のずれ量等を設定している。
いた場合、中心（光軸）からの距離に応じて有効光の入
射角は変化しており、かつ、その入射角は単一の値では
なく、一定の分布を持っているのが一般的である。そこ
で実施形態１〜４に示した回折光学素子では、入射する
光線の入射角・射出角の分布から求めた平均値、重心
値、最大値、最小値等の光線や、回折光学素子を光学系
に用いた際の絞りの中心を通過する光線などのうち、ケ
ラレが最も少なくなるような光線を「特定の光線」に設
定し、これに基づいて格子側面の傾き角度、エッジ位置
のずれ量等を設定している。
【００６３】また、実施形態１〜４の説明では、いずれ
も分かりやすくするために平らな基板２上に回折格子
４，５，６を設けた場合を示しているが、曲面より成る
基板上に設けられた場合についても同様な効果が得られ
る。
も分かりやすくするために平らな基板２上に回折格子
４，５，６を設けた場合を示しているが、曲面より成る
基板上に設けられた場合についても同様な効果が得られ
る。
【００６４】また、以上の各実施形態において、ある層
の回折格子のエッジの位置がその層の入射側あるいは射
出側に隣接する他の層の回折格子のエッジと格子部の並
び方向にずらして配置してある領域を有するだけでも良
く、これによれば光束のケラレをある程度少なくするこ
とができる。
の回折格子のエッジの位置がその層の入射側あるいは射
出側に隣接する他の層の回折格子のエッジと格子部の並
び方向にずらして配置してある領域を有するだけでも良
く、これによれば光束のケラレをある程度少なくするこ
とができる。
【００６５】また、実施形態１〜４において射出面を反
射面とし、反射型の回折光学素子としても同様の効果が
得られる。 （実施形態５）次に本発明の実施形態５として実施形態
１〜４で説明した回折光学素子を光学系の一部に用いた
例を示す。
射面とし、反射型の回折光学素子としても同様の効果が
得られる。 （実施形態５）次に本発明の実施形態５として実施形態
１〜４で説明した回折光学素子を光学系の一部に用いた
例を示す。
【００６６】図１３は、カメラ等の撮影光学系の断面を
示したものである。同図において、８は撮影レンズであ
り、内部に本発明に関わる回折光学素子１が基板２とし
てのレンズ面上に設けられている。９は絞りであり、１
０は結像面であるフィルム、又はＣＣＤやＣＭＯＳなど
の固体撮像素子（光電変換素子）である。
示したものである。同図において、８は撮影レンズであ
り、内部に本発明に関わる回折光学素子１が基板２とし
てのレンズ面上に設けられている。９は絞りであり、１
０は結像面であるフィルム、又はＣＣＤやＣＭＯＳなど
の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００６７】回折光学素子１を分散の異なる材料からな
る複数の回折格子の積層構造で構成することで、回折効
率の波長依存性は大幅に改善されている。さらに回折格
子の有効面内の位置に応じた入射角度分布から適切に格
子側面の傾き角度や各層の近接する格子部のエッジのず
れ量を適切に設定することで、格子側面でケラレる光線
の割合を大きく低減し、フレアやゴーストなどの有害光
が少なく画面全域にわたり解像度も高い高性能な撮影レ
ンズが得られる。
る複数の回折格子の積層構造で構成することで、回折効
率の波長依存性は大幅に改善されている。さらに回折格
子の有効面内の位置に応じた入射角度分布から適切に格
子側面の傾き角度や各層の近接する格子部のエッジのず
れ量を適切に設定することで、格子側面でケラレる光線
の割合を大きく低減し、フレアやゴーストなどの有害光
が少なく画面全域にわたり解像度も高い高性能な撮影レ
ンズが得られる。
【００６８】このような本実施形態の撮影光学系は、一
眼レフカメラ用の交換レンズ、ビデオカメラやデジタル
カメラ等の撮影レンズなどに好適に用いられる。 （実施形態６）次に本発明の実施形態６として実施形態
１〜４で説明した回折光学素子を観察光学系の一部に用
いた形態を示す。
眼レフカメラ用の交換レンズ、ビデオカメラやデジタル
カメラ等の撮影レンズなどに好適に用いられる。 （実施形態６）次に本発明の実施形態６として実施形態
１〜４で説明した回折光学素子を観察光学系の一部に用
いた形態を示す。
【００６９】図１４は、双眼鏡の一対の光学系のうち、
一方の断面を示したものである。同図において、１１は
観察像を形成する対物レンズ、１２は像を反転させるた
めのプリズム（像反転部材）、１３は接眼レンズ、１４
は評価面（瞳面）である。図中の１は本発明に係る回折
光学素子であり、対物レンズ１１の一部を構成してい
る。回折光学素子１は対物レンズ１１の結像面１０での
色収差などを補正する目的で設置されている。
一方の断面を示したものである。同図において、１１は
観察像を形成する対物レンズ、１２は像を反転させるた
めのプリズム（像反転部材）、１３は接眼レンズ、１４
は評価面（瞳面）である。図中の１は本発明に係る回折
光学素子であり、対物レンズ１１の一部を構成してい
る。回折光学素子１は対物レンズ１１の結像面１０での
色収差などを補正する目的で設置されている。
【００７０】回折光学素子１を分散の異なる材料からな
る複数の回折格子の積層構造で構成することで、回折効
率の波長依存性は大幅に改善されている。さらに回折格
子の有効面内の位置に応じた入射角度分布から適切に格
子側面の傾き角度や各層の近接する格子部のずれ量を適
切に設定することで、格子側面でケラレる光線の割合を
大きく低減し、フレアやゴーストなどの有害光が少な
く、画面全域にわたり解像度も高い高性能な観察光学系
が得られる。
る複数の回折格子の積層構造で構成することで、回折効
率の波長依存性は大幅に改善されている。さらに回折格
子の有効面内の位置に応じた入射角度分布から適切に格
子側面の傾き角度や各層の近接する格子部のずれ量を適
切に設定することで、格子側面でケラレる光線の割合を
大きく低減し、フレアやゴーストなどの有害光が少な
く、画面全域にわたり解像度も高い高性能な観察光学系
が得られる。
【００７１】本実施形態では、観察光学系における対物
レンズ１１が回折光学素子１を有する場合を示したが、
これに限定するものではなく、プリズム１２の表面や接
眼レンズ１３に設けてもよい。しかし、結像面１０より
物体側に設けることで対物レンズ側のみで色収差低減効
果があるため、肉眼での観察光学系の場合、少なくとも
１つの回折光学素子を結像面１０よりも対物レンズ側に
設けることが望ましい。
レンズ１１が回折光学素子１を有する場合を示したが、
これに限定するものではなく、プリズム１２の表面や接
眼レンズ１３に設けてもよい。しかし、結像面１０より
物体側に設けることで対物レンズ側のみで色収差低減効
果があるため、肉眼での観察光学系の場合、少なくとも
１つの回折光学素子を結像面１０よりも対物レンズ側に
設けることが望ましい。
【００７２】また、本実施形態では、双眼鏡の実施形態
について説明したが、これに限定するものではなく、地
上望遠鏡や天体観察用望遠鏡、顕微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。
について説明したが、これに限定するものではなく、地
上望遠鏡や天体観察用望遠鏡、顕微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。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折光学
素子によれば、回折光学素子を構成する回折格子の形状
を適切に設定することにより、高い回折効率が得られ、
光学系中に用いたときにフレア光やゴースト光等の有害
光を低減させることができる。そして本発明の回折光学
素子を結像光学系や観察光学系に適用すれば、小型で良
好な光学性能の光学系を実現できる。
素子によれば、回折光学素子を構成する回折格子の形状
を適切に設定することにより、高い回折効率が得られ、
光学系中に用いたときにフレア光やゴースト光等の有害
光を低減させることができる。そして本発明の回折光学
素子を結像光学系や観察光学系に適用すれば、小型で良
好な光学性能の光学系を実現できる。
【図１】実施形態１の回折光学素子の正面図である。
【図２】実施形態１の回折光学素子の要部断面図であ
る。
る。
【図３】実施形態１の回折光学素子における光線のケラ
レの説明図である。
レの説明図である。
【図４】実施形態２の回折光学素子の正面図である。
【図５】実施形態２の回折光学素子の要部断面図であ
る。
る。
【図６】実施形態２の回折光学素子における光線のケラ
レの説明図である。
レの説明図である。
【図７】実施形態３の回折光学素子の正面図である。
【図８】実施形態３の回折光学素子の要部断面図であ
る。
る。
【図９】実施形態３の回折光学素子における光線のケラ
レの説明図である。
レの説明図である。
【図１０】実施形態４の回折光学素子の正面図である。
【図１１】実施形態４の回折光学素子の要部断面図であ
る。
る。
【図１２】実施形態４の回折光学素子における光線のケ
ラレの説明図である。
ラレの説明図である。
【図１３】回折光学素子を有する撮像光学系の実施形態
の概略図である。
の概略図である。
【図１４】回折光学素子を有する観察光学系の実施形態
の概略図である。
の概略図である。
【図１５】従来の回折光学素子（２層）の断面図であ
る。
る。
【図１６】従来の回折光学素子（３層）の断面図であ
る。
る。
【図１７】従来の回折光学素子（２層）における光線の
ケラレの説明図である。
ケラレの説明図である。
【図１８】従来の回折光学素子（３層）における光線の
ケラレの説明図である。
ケラレの説明図である。
１ 回折光学素子
２ 基板
３ 回折部
４ 回折格子
４０１ｐ、４０１ｑ 格子側面
４０２ 回折格子４の稜線を連ねた面
５ 回折格子
５０１ｐ、５０１ｑ 格子側面
５０２ 回折格子５の稜線を連ねた面
５０３ 回折格子５の入射側の界面
６ 回折格子
８ 撮影レンズ
９ 絞り
１０ 結像面
１１ 対物レンズ
１２ 像反転プリズム
１３ 接眼レンズ
１４ 瞳面
Claims (22)
- 【請求項１】 異なる材料からなる複数の回折格子を積
層した回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち少なくとも１つの回折格子は、その格子側面が傾いた
領域を有し、その傾きが特定の光線の入射角又は射出角
に応じて位置により異なることを特徴とする回折光学素
子。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの回折格子は、格子
側面の傾きが中心部から周辺部に向かって次第に大きく
なるように変化する領域を有することを特徴とする請求
項１に記載の回折光学素子。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの回折格子は、格子
側面の傾きが中心部から周辺部に向かって次第に小さく
なるように変化する領域を有することを特徴とする請求
項１に記載の回折光学素子。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの回折格子は前記複
数の回折格子のうち入射側から数えて第ｉ層目に配置さ
れた回折格子であって、その中心部から数えて第ｊ番目
の格子部に入射する特定の光線の入射角をθi（ｊ）、
射出角をθi（ｊ）′とするとき、前記格子側面の傾き
角度φi（ｊ）が、 φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ） φi（ｊ）＝Ｃ1・θi（ｊ）′ ただし、Ｃ1：０．２以上、２．０以下の任意の実数 の少なくとも一方を満足するように変化する領域を有す
ることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の回
折光学素子。 - 【請求項５】 前記特定の光線は、その格子部を通過す
る全有効光線のうち入射角の分布から求めた平均の入射
角又は射出角の分布から求めた平均の射出角を持った光
線であることを特徴とする請求項４に記載の回折光学素
子。 - 【請求項６】 前記特定の光線は、その格子部を通過す
る全有効光線のうち最大の入射角又は最大の射出角を持
った光線であることを特徴とする請求項４に記載の回折
光学素子。 - 【請求項７】 前記特定の光線は、その格子部を通過す
る全有効光線のうち最小の入射角又は最小の射出角を持
った光線であることを特徴とする請求項４に記載の回折
光学素子。 - 【請求項８】 前記特定の光線は、前記回折光学素子を
光学系に用いた場合に該光学系の絞り中心を通過する光
線であることを特徴とする請求項４に記載の回折光学素
子。 - 【請求項９】 前記少なくとも１つの回折格子は、その
格子エッジの位置がそれに近接する回折格子の格子エッ
ジの位置に対して格子の並ぶ方向にずれた領域を有し、
そのずれ量が特定の光線の入射角又は射出角に応じて位
置により異なることを特徴とする請求項１乃至８のいず
れかに記載の回折光学素子。 - 【請求項１０】 前記少なくとも１つの回折格子は、前
記ずれ量が中心部から周辺部に向かって次第に大きくな
るように変化する領域を有することを特徴とする請求項
９に記載の回折光学素子。 - 【請求項１１】 前記少なくとも１つの回折格子は、前
記ずれ量が中心部から周辺部に向かって次第に小さくな
るように変化する領域を有することを特徴とする請求項
９に記載の回折光学素子。 - 【請求項１２】 第ｉ層目の回折格子の射出側の稜線を
連ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の稜
線を連ねた面までの中心部から数えて第ｊ番目の格子部
位置での間隔をＬi（ｊ）′、第ｉ層目の回折格子の第
ｊ番目の格子部からの特定の光線の射出角をθ
i（ｊ）′とするとき、第ｉ層目の回折格子の第ｊ番目
の格子部の格子エッジの位置と第（ｉ＋１）層目の回折
格子の第ｊ番目の格子エッジの位置とのずれ量ΔＳi+1
（ｊ）が、 ΔＳi+1（ｊ）＝Ｃ2・Ｌi（ｊ）′ｔａｎθi（ｊ）′ ただし、Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数 を満足するように変化する領域を有することを特徴とす
る請求項９乃至１１のいずれかに記載の回折光学素子。 - 【請求項１３】 第ｉ層目の回折格子の射出側の稜線を
連ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の界
面までの中心部から数えて第ｊ番目の格子部位置での間
隔をｌi（ｊ）′、第ｉ層目の回折格子の第ｊ番目の格
子部からの特定の光線の射出角をθi（ｊ）′、第ｉ＋
１層目の回折格子における第ｊ番目の格子部への特定の
光線の入射角をθi+1(ｊ)、第（ｉ＋１）層目の回折格
子の入射側の界面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入
射側の稜線を連ねた面までの第ｊ番目の格子部位置での
間隔をｌi+1（ｊ）とするとき、第ｉ層目の回折格子第
ｊ番目の格子エッジの位置と第（ｉ＋１）層目の回折格
子の第ｊ番目の格子部の格子エッジの位置とのずれ量Δ
Ｓi+1（ｊ）が、 ΔＳi+1(ｊ)＝Ｃ2・[ｌi(ｊ)′ｔａｎθi(ｊ)′＋ｌ
i+1(ｊ)tanθi+1(ｊ)] ただし、Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数を
満足するように変化する領域を有することを特徴とする
請求項９乃至１１のいずれかに記載の回折光学素子。 - 【請求項１４】 前記特定の光線は、その格子部を通過
する全有効光線のうち入射角の分布から求めた平均の入
射角又は射出角の分布から求めた平均の射出角を持った
光線であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載
の回折光学素子。 - 【請求項１５】 前記特定の光線は、その格子部を通過
する全有効光線のうち最大の入射角又は最大の射出角を
持った光線であることを特徴とする請求項１２又は１３
に記載の回折光学素子。 - 【請求項１６】 前記特定の光線は、その格子部を通過
する全有効光線のうち最小の入射角又は最小の射出角を
持った光線であることを特徴とする請求項１２又は１３
に記載の回折光学素子。 - 【請求項１７】 前記特定の光線は、前記回折光学素子
を光学系に用いた場合に該光学系の絞り中心を通過する
光線であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載
の回折光学素子。 - 【請求項１８】 前記複数の回折格子のうち少なくとも
２つの回折格子は、空気層を介して対向配置されている
ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載
の回折光学素子。 - 【請求項１９】 異なる材料からなる複数の回折格子を
積層した回折光学素子において、前記複数の回折格子の
うち少なくとも１つの回折格子は、その格子エッジの位
置がそれに近接する回折格子の格子エッジの位置に対し
て格子の並ぶ方向にずれた領域を有し、そのずれ量が特
定の光線の入射角又は射出角に応じて位置により異なる
ことを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項２０】 第ｉ層目の回折格子の射出側の稜線を
連ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の稜
線を連ねた面までの中心部から数えて第ｊ番目の格子部
位置での間隔をＬi（ｊ）′、第ｉ層目の回折格子の第
ｊ番目の格子部からの特定の光線の射出角をθ
i（ｊ）′とするとき、第ｉ層目の回折格子の第ｊ番目
の格子部の格子エッジの位置と第（ｉ＋１）層目の回折
格子の第ｊ番目の格子エッジの位置とのずれ量ΔＳi+1
（ｊ）が、 ΔＳi+1（ｊ）＝Ｃ2・Ｌi（ｊ）′ｔａｎθi（ｊ）′ ただし、Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数を
満足するように変化する領域を有することを特徴とする
請求項１９に記載の回折光学素子。 - 【請求項２１】 第ｉ層目の回折格子の射出側の稜線を
連ねた面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入射側の界
面までの中心部から数えて第ｊ番目の格子部位置での間
隔をｌi（ｊ）′、第ｉ層目の回折格子の第ｊ番目の格
子部からの特定の光線の射出角をθi（ｊ）′、第ｉ＋
１層目の回折格子における第ｊ番目の格子部への特定の
光線の入射角をθi+1(ｊ)、第（ｉ＋１）層目の回折格
子の入射側の界面から第（ｉ＋１）層目の回折格子の入
射側の稜線を連ねた面までの第ｊ番目の格子部位置での
間隔をｌi+1（ｊ）とするとき、第ｉ層目の回折格子第
ｊ番目の格子エッジの位置と第（ｉ＋１）層目の回折格
子の第ｊ番目の格子部の格子エッジの位置とのずれ量Δ
Ｓi+1（ｊ）が、 ΔＳi+1(ｊ)＝Ｃ2・[ｌi(ｊ)′ｔａｎθi(ｊ)′＋ｌ
i+1(ｊ)tanθi+1(ｊ)] ただし、Ｃ2：０．１以上、１．５以下の任意の実数を
満足するように変化する領域を有することを特徴とする
請求項１９に記載の回折光学素子。 - 【請求項２２】 請求項１〜２１のいずれか１項に記載
の回折光学素子を有することを特徴とする光学系。
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-
2002
- 2002-04-04 JP JP2002102760A patent/JP4174231B2/ja not_active Expired - Fee Related
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