JP2005164840A - 光学系及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 色収差と基準収差の双方で良好な光学性能を得られるように構成した回折光学素子を有する光学系を得ること。
【解決手段】 回折光学素子ＯＥと屈折光学素子ＲＥとを有し、回折光学素子ＯＥは、屈折光学素子ＲＥに残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を回折光学素子ＯＥの回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正する。そして、回折光学素子ＯＥの屈折部は、補正に伴って変位した回折光学素子ＯＥの設計基準波長の収差成分と屈折光学素子ＲＥの設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系及びその設計方法に関し、特に回折光学素子と屈折光学素子を組み合わせて色収差を良好に補正し、高い光学性能を容易に得ることができる、例えば銀塩写真カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に好適なものである。

従来、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つの材質の硝材（レンズ）を組み合わせる方法がある。

この従来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一部に回折作用を有する回折光学素子を設けることで、色収差を減じる方法が知られている（例えば特許文献１、２）。

これは、光学系中の屈折面と回折面とでは、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変化させることで非球面レンズ的な効果を持たせることができ収差の低減に大きな効果がある。
特開平０４−２１３４２１号公報 特開平０６−３２４２６２号公報

回折光学素子は強い色消し作用と非球面作用がある為、回折光学素子と屈折光学素子を組み合わせて色消しを行った光学系が種々と提案されているが、軸上色収差や倍率色収差を補正しつつ、設計基準波長における球面収差と色の球面収差などの色フレア成分を同時にしかも良好に補正することはなされていなかった。

本発明は、軸上色収差や倍率色収差を補正しつつ、設計基準波長における球面収差と色の球面収差などの色フレア成分を同時にしかも良好に補正することができ、高い光学性能が容易に得られる光学系及びその設計方法の提供を目的とする。

本発明の光学系は、回折光学素子と屈折光学素子とを有し、該回折光学素子は、該屈折光学素子に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を該回折光学素子の回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正しており、該回折光学素子の屈折部は、該補正に伴って変位した該回折光学素子の設計基準波長の収差成分と該屈折光学素子の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を補正していることとしている。

本発明の光学系の設計方法は、回折光学素子と屈折光学素子を有する光学系の該屈折光学素子に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を該回折光学素子の回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正する第１工程と、該第１工程の補正に伴って変位した設計基準波長の収差成分と屈折光学素子の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を該回折光学素子の屈折部で補正する第２工程とを有することとしている。

本発明によれば、軸上色収差や倍率色収差を補正しつつ、設計基準波長における球面収差と色の球面収差などの色フレア成分を同時にしかも良好に補正可能な光学系が得られる。

図１は本発明の回折光学素子を用いた光学系の模式図であり、例えばデジタルカメラやビデオカメラそしてフィルム用カメラ等の撮影光学系に適用したときの断面を示している。同図中、ＰＬは撮影レンズで、内部に屈折光学素子ＲＥと、絞りＳＰと回折光学素子ＯＥを有している。ＩＰは結像面であるＣＣＤ又はフィルムが位置している。図１では絞りＳＰ近傍の平板ガラス面に回折光学素子ＯＥを設けたが、これに限定するものではなく、レンズ曲面表面に回折光学素子を設けても良いし、撮影レンズ内に複数、回折光学素子を使用しても良い。

次に図面を用いて図１に適用可能な回折光学素子ＯＥの実施例について説明する。

図２は本発明の実施例１の回折光学素子ＯＥの要部断面図である。実施例１の回折光学素子ＯＥは、２つの異なる材料Ｍ１、Ｍ２の境界面に回折格子ＤＧ１、ＤＧ２を形成した密着２層構造の回折光学部ＤＧを有している。格子材料Ｍ２には低屈折率高分散、格子材料Ｍ２には高屈折率低分散の材料を設定し、可視域で高い回折効率を得ている。特に格子材料Ｍ１に関しては、アッベ数２０以下かつ屈折率１．６以下であることが望ましく、これにより良好な回折効率が得られる。非球面ＡＳＰＨは格子材料Ｍ２側の非格子面に設定しているが、格子材料Ｍ１側の非格子面でも良く、両側に設けても良い。

本実施例では非球面ＡＳＰＨは、Ｍ１側に設けてあり、これにより光学系の屈折光学系部分に残存する色の球面収差を回折光学素子の非球面項で補正するようにして、それに伴って変位した球面収差と屈折光学系部分の残存球面収差を合成した球面収差を非球面ＡＳＰＨで補正している。

図３は本発明の実施例２の回折光学素子ＯＥの要部断面図である。実施例２の回折光学素子ＯＥは、図２の実施例１に比べて、２つの異なる材料Ｍ１、Ｍ２の曲面より成る境界面に回折格子ＤＧ１、ＤＧ２を形成した密着２層構造の回折光学部ＤＥを有している。非格子面は、球面又は非球面であっても良い。なお、実施例２の材料構成は、実施例１と同様である。

図４は本発明の実施例３の回折光学素子ＯＥの要部断面図である。実施例３は、２つの異なる材料Ｍ２、Ｍ３の境界面に回折格子ＤＧ２、ＤＧ３を形成した密着２層構造の回折格子部と、単層型の回折格子ＤＧ１を隣接配置した３積層構造の回折光学部ＤＧを有している。材料Ｍ１とＭ２には低分散、材料Ｍ３には高分散の材料を設定し、可視域で高い回折効率を得ている。特に材料Ｍ２に関しては、アッベ数２５以下が望ましく、これにより良好な回折効率が得られる。非球面ＡＳＰＨは材料Ｍ２側の非格子面に設定しているが、材料Ｍ１側または材料Ｍ３側の非格子面でも良く、全ての非格子面にあっても良い。

図５は本発明の実施例４の回折光学素子ＯＥの要部断面図である。実施例４の回折光学素子ＯＥは、２つの異なる材料Ｍ１、Ｍ２の境界面に回折格子ＤＧ２、ＤＧ３を設け、一方の材料Ｍ１のその境界面と光軸上対向する面に回折格子ＤＧ１を形成して回折光学部ＤＧを構成している。格子材料Ｍ１には低分散、格子材料Ｍ２には高分散の材料を設定し、可視域で高い回折効率を得ている。特に材料Ｍ２に関しては、アッベ数２５以下が望ましく、これにより良好な回折効率が得られる。非球面ＡＳＰＨは材料Ｍ２側の非格子面に設定している。

本実施例の回折光学素子ＯＥが導入される光学系は、屈折光学素子ＲＥ部分に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を回折光学素子ＯＥの回折格子ＤＧ１〜ＤＧ３の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正している。

回折光学素子ＯＥの屈折部（非格子面）は、この補正に伴って変位した回折光学素子ＯＥの設計基準波長の収差成分と屈折光学素子ＲＥ部分の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を非球面を用いて補正している。

そして、このような光学系を設計するときは屈折光学系素子に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を回折光学素子ＯＥの回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正する第１工程と、該第１工程の補正に伴って変位した設計基準波長の収差成分と屈折光学素子の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を回折光学素子の非格子部（屈折部）で補正する第２工程を用いている。

以下、本発明に係る回折光学素子の光学作用について説明する。

回折光学素子にレンズ作用を持たせた場合、光の波長の違いによる光軸方向の結像位置が、同じ焦点距離符号を持つ屈折レンズ（屈折光学素子）とは逆の結像位置となることはよく知られている。これは回折光学部のアッベ数νが負であることを意味している。また、アッベ数の絶対値は３．４５と極めて高分散で、通常の光学ガラス材料よりも一桁小さく、このことが軸上色収差や倍率色収差などの色収差を始め、諸収差の補正に大きな効果をもたらす主な要因となっている。以下にその理由について説明する。

屈折レンズ面あるいは回折光学面（回折光学部）のパワー変化をΔＰ、アッベ数をνとすると、色収差（収差係数）の変化ΔＬは、
ΔＬ∝ΔＰ／ν ・・・・（１）
と表せる。ここで、実在の光学ガラスのアッベ数νはせいぜい２５〜７０であるから、回折光学素子では、必要な色収差を得るためのパワー変化量は、屈折レンズ面の１／７〜１／２０で済むことになる。

このことは収差論上、球面収差やコマ収差などに悪影響を及ぼすことなく軸上色収差や倍率色収差などの色収差をコントロールできることを意味している。

次に、回折光学素子のもう一つの代表的な特徴である非球面作用について説明する。

周知の通り、回折格子の回折角は入射する光の波長に比例し、格子ピッチに反比例する性質を持っている。従って、回折格子のパワーで決定される各輪帯の格子ピッチに対してそれぞれ変位を与えることにより、設計基準波長の近傍では屈折レンズの非球面に近い効果を得ることが出来る。つまり、回折光学素子の場合は、設計基準波長の球面収差などを補正する目的で格子ピッチ変化を与えたとき、与えられた格子ピッチ変化に伴う回折格子の局所的なパワー変化△ＰＬは、軸上色収差を補正すべく（１）式で与えたパワー変化△Ｐよりも一桁程度大きな値を取り、その結果、色の球面収差などの色フレアΔが著しく悪化することになる。その為、あくまでも屈折レンズの非球面と同様な効果が得られるのは、大きな色フレアΔの発生を伴わない設計基準波長近傍の波長域に限られてしまう。

図６は色フレアの説明図である。回折格子のパワーを変化させたとき、球面収差がＳＡ１からＳＡ２に変化したとする。このときＦナンバーＦｎｏにおける色フレアΔはΔ＝ｄ２−ｄ１となる。

つまり、この問題を解決して高い光学性能を得る為には、例えば球面収差を例にとると、設計基準波長の球面収差成分と、それを基準にした色の球面収差成分を同時に成立たせる新たな格子構造が必要となる訳である。

具体的には、回折光学素子が組み込まれた光学系の屈折光学素子の部分に残存する色の球面収差を回折光学素子の非球面項（位相係数Ｃ_２以上）で補正する構造とし、それに伴って変位した球面収差と屈折光学素子部分の残存球面収差を合成した球面収差を回折格子とは別の球面又は非球面で補正可能な構成とすることである。

本発明の光学系は、この構成を満足させる為に回折光学素子に効率よく屈折非球面を導入している、その効果的な導入条件を適切に設定している。

非球面が導入される回折光学素子の回折光学部としては、光軸に対して回転対称形状の複数の回折格子を光軸上に密接又は近接配置してなる積層型の回折光学部がよく、これにより色収差フレア以外の回折格子による寄生回折色フレアの発生を抑えられる。また、積層構造であるので、非球面を設けるための回折格子を持たないレンズ面を設定し易いという利点もある。更に、回折格子と光軸上隣接している為に、回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分の補正に伴って変位した設計基準波長の収差成分を直接的に制御し易いという利点がある。

回折光学部として望ましくは、前述の構成とした上で下記の条件式（ａ）を満足する形状とするのがよく、これにより、更に高性能な回折光学素子が得られる。即ち、
|(λ_０／２π)・(ψ(Ｙ)−ψｏ(Ｙ))|＜|(Ｎ‘−Ｎ)・(Ｘ(Ｙ)−Ｘｏ(Ｙ))|
Ｙ≠０ ・・・・（ａ）
を満足することである。

但し、 ψ（Ｙ） ：次の多項式で表した、該の回折格子与えられる位相形状
ψ（Ｙ）＝（２π／λ_０）（Ｃ_１Ｙ^２＋Ｃ_２Ｙ^４＋Ｃ_３Ｙ^６…）
ψ_ｏ（Ｙ）：次の式で表した、該の回折格子で与えられるパワーに対応した位相形状
ψ_ｏ（Ｙ）＝（２π／λ_０）Ｃ_１Ｙ^２
ここに、Ｙ ：光軸に対して垂直方向の高さ
λ_０ ：設計波長
Ｃ_ｋ ：回折格子で与えられる位相係数（ｋ＝１，２，３…）である。

Ｘ（Ｙ）：回折光学素子の非格子部に設けた非球面形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
Ｘｏ（Ｙ）：回折光学素子の非格子部に設けた非球面の近軸曲率を持つ球面の形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
Ｎ‘：回折光学素子に設けた前記非球面の光線通過直後の媒質の設計波長における屈折率
Ｎ ：回折光学素子に設けた前記非球面の光線通過直前の媒質の設計波長における屈折率
である。以下、条件式（ａ）の技術的意味について説明する。

条件式（ａ）は、回折格子で与えられる位相形状の非球面成分と回折光学素子ＯＥの非格子部に設けられた屈折非球面の前後の媒質の屈折率差（Ｎ‘−Ｎ）を考慮した光軸方向の非球面変位成分とに関し、主に色収差フレアと設計基準波長における諸収差を良好にバランスさせるためのものである。条件式（ａ）を満足しなくなると、色収差フレアと設計基準波長における諸収差のバランスが崩れ画質が悪化するので良くない。

本発明で用いる回折光学素子ＯＥの製造方法として、例えば、ガラスを高温で融解しながら金型等でプレス成形を行う方法、あるいは、ガラス基板等の表面に紫外線硬化性のプラスチック樹脂等を型でプレス成形し、紫外線を照射して硬化させる方法、あるいは、プラスチック樹脂そのものでレンズと共に型で成形する方法等が適用できる。ガラスを直接切削して回折格子を成形する方法、あるいは、ＳｉＯ２等をウェットエッチングないしドライエッチングにより細かい階段状の回折格子を成形する方法も適用できる。

更に、積層型の回折格子の成形方法としては以下に述べる成形方法とするのが良いく、これにより色収差の補正と回折効率の向上が共に良好な光学系が得られる。

光学系へ回折光学素子を導入する目的の１つには、屈折光学素子で発生する主に色収差を回折光学部で打ち消すことがある。

従って、回折光学部をレンズ面に設ける場合は、回折光学部との色収差分担において、回折光学部を設けるレンズは屈折光学素子として必要な色収差分担を担っているため、回折光学部を設けるレンズの材質を任意に選ぶことは困難である。

つまり、回折光学部をレンズ面に形成する方法として、ガラスを高温で融解しながら金型等でレンズと共にプレス成形を行う方法、あるいは、プラスチック樹脂でレンズと共に型で成形する方法等では、レンズと回折格子が同材料となり、格子材料の選択の自由度が奪われるため、色収差と積層型の回折格子における回折効率の波長依存性の向上の両立が難しくなってくる。

従って、レンズと回折格子の材料を独立に選択可能とする、例えば、紫外線硬化性のプラスチック樹脂等を用いた成形方法とすれば、色収差の補正と回折効率の向上が共に良好な光学系が得られることになり、この様な成形方法とするのが良い。

回折光学素子を光学系に設ける際に、光学系の何処に配置してもよいが、例えば近軸上光線と瞳近軸光線の光軸からの通過位置ができるだけ高くなる位置に設けると良好な光学性能が得易すくなる。

本実施例では、以上のように、回折光学素子を有した光学系を用いることで、色フレア成分が少なく解像力の高い高性能な光学系を達成している。又、本発明の回折光学素子は、簡単な製法で作成することができるので、光学系としては量産性に優れた光学系が得られる。

また、本実施例では、カメラの撮影用の光学系の場合を示したが、是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、半導体デバイス製造用の露光装置等の光学系に使用しても同様の効果が得られる。

次に本発明の光学系の具体的な数値実施例及びそのレンズ断面図と収差図を示す。

図７は実施例１に対応する数値実施例１の回折光学素子を用いて収差補正を行った光学系のレンズ断面図、
図８は実施例１に対応する数値実施例１の回折光学素子を用いて収差補正を行った光学系の無限遠物体のときの収差図、
図９は実施例１に対応する数値実施例１の回折光学素子を用いて収差補正を行った光学系から単純に非球面を除去したときの無限遠物体のときの収差図、
図１０は実施例１に対応する数値実施例２の回折光学素子を用いて収差補正を行った光学系から非球面を除去し、球面系のみで再度収差補正をしたときのレンズ断面図、
図１１は実施例１に対応する数値実施例２の回折光学素子を用いて収差補正を行った光学系から非球面を除去し球面系のみで再度収差補正をしたときの無限遠物体のときの収差図、
である。

図８は、実施例１の回折光学素子を用いた光学系の物体距離無限遠合焦状態の収差図であり、設計波長（ｄ線）の球面収差及び色の球面収差が共に良好に補正されているのが分る。図９に示す収差図は、この光学系から、非球面ＡＳＰＨを単純に除去した場合の物体距離無限遠合焦状態の収差図であり、非球面ＡＳＰＨの球面収差への寄与が大きいことが分かる。一方、図１１に示す収差図は、非球面ＡＳＰＨを設けない状態で設計したものであり、非球面ＡＳＰＨが無い様態で設計波長（ｄ線）の球面収差を補正すると、図８の収差図に比べて色の球面収差が僅かであるが残っているが実用上全く問題がない、これは屈折部に非球面を用いない為である。

以上のように、本実施例によれば、図８から明らかのように非球面を用いて収差補正を行ったときは、図１１の非球面を用いないで収差補正を行ったときに比べて諸収差が格段に良好に補正されていることがわかる。

尚、本実施例では屈折部に非球面を用いなくても図１１に示すように収差全体としては、良好に補正されている。

次に実施例１に対応する数値実施例１、２の数値データを示す。数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。またｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを４次、６次、８次、１０次の非球面係数とし、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、

で表示される。但しＲは曲率半径である。「Ｅ−０Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。

数値実施例１は、回折光学素子と非球面を用いて収差補正を行った例である。

数値実施例２は、回折光学素子のみであり非球面を用いないで収差補正を行った例である。

なお、回折光学素子の回折面の位相形状ψは、次式によって表される。

ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ_０）（Ｃ_１ｈ^２＋Ｃ_２ｈ^４＋Ｃ_３ｈ^６…）
ここに、ｈ：光軸に対して垂直方向の高さ
ｍ：回折光の回折次数
λ_０ ：設計波長
Ｃｉ 位相係数（ｉ＝１，２，３…） である。

また、任意の波長λ、任意の回折次数ｍに対する回折面の屈折力φ_Ｄは、最も低次の位相係数Ｃ_１を用いて次のように表すことができる。

φ_Ｄ（λ，ｍ）＝−２Ｃ_１ｍλ／λ_０
積層型回折光学素子を構成する各回折格子の回折次数ｍは１であり、設計波長λ_０ はｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）である。

本発明の光学系のレンズ断面図 本発明に係る回折光学素子の実施例１の要部断面図 本発明に係る回折光学素子の実施例２の要部断面図 本発明に係る回折光学素子の実施例３の要部断面図 本発明に係る回折光学素子の実施例４の要部断面図 色フレアの説明図 本発明の実施例１の回折光学素子を用いて収差補正した光学系の断面図 本発明の実施例１の回折光学素子を用いて収差補正した光学系の収差図 （無限遠合焦点状態） 本発明の実施例１の回折光学素子を用いて収差補正した光学系から非球面を除去した場合の収差図（無限遠合焦点状態） 本発明の実施例１の回折光学素子を用いた光学系から、非球面を除去して再度収差補正した光学系の断面図 本発明の実施例１の回折光学素子を用いた光学系から、非球面を除去して再度収差補正した光学系の収差図（無限遠合焦点状態）

符号の説明

ＰＬ ： 光学系
ＯＥ ： 回折光学素子
ＳＰ ： 絞り
ＩＰ ： 像面
ＲＥ ： 屈折光学素子
ＤＧ ： 回折光学部
ＤＧ１〜ＤＧ３：回折格子
Ｍ１〜Ｍ３： 基板
ＡＳＰＨ： 屈折非球面

Claims (6)

1. 回折光学素子と屈折光学素子とを有し、該回折光学素子は、該屈折光学素子に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を該回折光学素子の回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正しており、該回折光学素子の屈折部は、該補正に伴って変位した該回折光学素子の設計基準波長の収差成分と該屈折光学素子の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を補正していることを特徴とする光学系。
2. 前記回折光学素子は、複数の回折格子を密接又は近接配置してなる積層型の回折光学部を有し、該回折光学素子は回折光学部を有さないレンズ面を少なくとも１面有し、該レンズ面の内少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
   |(λ_０／２π)・（ψ(Ｙ)−ψ_ｏ(Ｙ))｜＜｜(Ｎ‘−Ｎ)・(Ｘ(Ｙ)−Ｘ_ｏ(Ｙ)）|
   Ｙ≠０
   但し、ψ（Ｙ）：次の多項式で表した、該回折光学素子の回折格子で与えられる位相形状
   ψ（Ｙ）＝（２π／λ_０）（Ｃ_１Ｙ^２＋Ｃ_２Ｙ^４＋Ｃ_３Ｙ^６…）
   ψ_ｏ（Ｙ）：次の式で表した、該回折光学素子の回折格子で与えられる格子のパワーに対応した位相形状
   ψ_ｏ（Ｙ）＝（２π／λ_０）Ｃ_１Ｙ^２
   ここに、Ｙ ：光軸に対して垂直方向の高さ
   λ_０：設計波長
   Ｃ_ｋ：回折光学素子の回折格子で与えられる位相係数（ｋ＝１，２，３…）である。
   Ｘ（Ｙ） ：回折光学素子の回折光学部に設けた非球面形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
   Ｘｏ（Ｙ）：回折光学素子の回折光学部に設けた非球面の近軸曲率を持つ球面
   の形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
   Ｎ‘：回折光学素子の非格子部に設けた非球面の光線通過直後の媒質の設計波長における屈折率
   Ｎ ：回折光学素子の非格子部に設けた非球面の光線通過直前の媒質の設計波長における屈折率
4. 回折光学素子と屈折光学素子を有する光学系の該屈折光学素子に残存する設計基準波長以外の色収差フレア成分を該回折光学素子の回折格子の格子ピッチで与えられる非球面成分で補正する第１工程と、該第１工程の補正に伴って変位した設計基準波長の収差成分と屈折光学素子の設計基準波長の収差成分を合成した収差成分を該回折光学素子の屈折部で補正する第２工程とを有することを特徴とする光学系の設計方法。
5. 前記回折光学素子は、複数の回折格子を密接又は近接配置してなる積層型の回折光学部を有し、該回折光学素子は回折光学部を有さないレンズ面を少なくとも１面有し、該レンズ面の内少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項４に記載の光学系の設計方法。
6. 前記回折光学素子は下記の条件式を満足することを特徴とする請求項４又は５に記載の光学系の設計方法。
   |(λ_０／２π)・（ψ(Ｙ)−ψ_ｏ(Ｙ))｜＜｜(Ｎ‘−Ｎ)・(Ｘ(Ｙ)−Ｘ_ｏ(Ｙ))|
   Ｙ≠０
   但し、ψ（Ｙ）：次の多項式で表した、該回折光学素子の回折格子で与えられる位相形状
   ψ（Ｙ）＝（２π／λ_０）（Ｃ_１Ｙ^２＋Ｃ_２Ｙ^４＋Ｃ_３Ｙ^６…）
   ψ_ｏ（Ｙ）：次の式で表した、該回折光学素子の回折格子で与えられる格子のパワーに対応した位相形状
   ψ_ｏ（Ｙ）＝（２π／λ_０）Ｃ_１Ｙ^２
   ここに、Ｙ ：光軸に対して垂直方向の高さ
   λ_０：設計波長
   Ｃ_ｋ：回折光学素子の回折格子で与えられる位相係数（ｋ＝１，２，３…）である。
   Ｘ（Ｙ） ：回折光学素子の回折光学部に設けた非球面形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
   Ｘｏ（Ｙ）：回折光学素子の回折光学部に設けた非球面の近軸曲率を持つ球面
   の形状であり、光軸に対して垂直方向の高さＹにおける、光軸頂点位置を基準とした光軸方向の変位量
   Ｎ‘：回折光学素子の非格子部に設けた非球面の光線通過直後の媒質の設計波長における屈折率
   Ｎ ：回折光学素子の非格子部に設けた非球面の光線通過直前の媒質の設計波長における屈折率