JP2008058907A - 回折光学素子及びこれを有する光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】外圧等による基板の変形を防止し、一方の格子部の格子面が他方の格子部の格子面と抵触して格子面が破損するような状況を無くし、且つ、複数の回折格子を積層することができ、高い光学性能が得られる回折光学素子を得ること。
【解決手段】材質が異なる複数の回折格子１１，２１を積層した回折光学素子３において、該複数の回折格子１１，２１のうち少なくとも１つの回折格子は、輪帯状の複数の格子部を基板面に形成して構成されており、その中心輪帯２０１の格子部は、その周囲の周辺輪帯の格子部に比べて基板面からの格子高さが高いことを特徴とすること。
【選択図】 図１

Description

本発明は回折光学素子及びこれを有する光学系に関するものである。

従来、硝材の組み合わせによりレンズ系の色収差を減じる方法に対して、レンズの表面やレンズ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レンズ系の色収差を減じる方法が知られている（非特許文献１、特許文献１〜３）。この回折光学素子を用いる方法は、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。

また、回折光学素子は、その周期的構造の周期を適宜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るので、色収差以外の諸収差の低減にも効果がある。

回折光学素子を有するレンズ系において、使用波長領域の光束が特定の一つの次数（特定次数又は設計次数とも言う）の回折光に集中している場合は、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の場合はその回折光は存在しないものとなる。しかし、実際には設計次数以外の次数の不要回折光が存在し、ある程度の強度を有する場合は、設計次数の光線とは別な経路で光学系を進行するため、フレア光となる。

従って回折光学素子を利用して収差低減作用を利用するためには、使用波長領域全域において設計次数の回折光の回折効率が十分高いことが必要となってくる。この設計次数での回折効率の分光分布及び設計次数以外の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。

そこで、回折効率を改善し、不要回折光を低減する構成の回折光学素子が、様々と提案されている（特許文献４〜６）。特許文献４〜６に開示された回折光学素子は、複数の回折格子を積層し、各回折格子を構成する材料や各回折格子の高さを適切に設定している。これにより、所望の次数の回折光に対し、広い波長帯域で高い回折効率（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域で９８％程度）を実現している。なお、回折効率は全透過光束の光量に対する各次数の回折光の光量の割合で表される。

積層型の回折光学素子において、積層された複数の回折格子間に設計値からの位置ずれがあると、設計次数とは異なる次数の光の回折効率が増加する。この結果、光学系に用いると得られる画像の画質が大きく低下してくる。このため、積層型の回折光学素子を製作するには、積層される複数の回折格子を高精度で位置決めすることが重要になってくる。複数の回折格子を高精度に位置決めして積層するようにした回折光学素子の製造方法が知れている（特許文献７〜１１）。

特許文献７では、一方の回折格子側に形成した凸部を他方の回折格子面側に形成した凹部に嵌め込むことで高精度の位置決めを行っている。

特許文献８では、第１の回折格子と第２の回折格子の各々を同心円状に形成し、回折格子にレジマークを施して位置決めを行っている。

特許文献９では、回折型レンズをレンズホルダーに装着するとき、回折型レンズの中心部に目印となる突起を設け、それを顕微鏡などで観察しながら位置合わせをして装着している。

特許文献１０では、球形状の位置決め部材を用い、これに対応する、それぞれの光学素子の位置合わせ個所には半球状の嵌合穴を形成して位置合わせをしている。

特許文献１１では、第１及び第２の光学素子のいずれか一方に凸部を形成し、他方に凹部を形成し、凸部と凹部が嵌合するようにしている。これにより、第１の光学素子と第２の光学素子の相対的な位置決めを行っている。
ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１３５４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｅｎｓ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９０） 特開平４−２１３４２１号公報 特開平６−３２４２６２号公報 米国特許５０４４７０６号明細書 特開平９−１２７３２２号公報 特開２０００−９８１１８号公報 特開２００２−１０７５２３号公報 特開２００１−１４１９１８号公報 特開２００２−６２４１７号公報 特開平１０−２７４７０５号公報 特開２０００−２９２６６８号公報 特開２０００−１１４１４３号公報

積層型の回折光学素子を用いると、広い波長域で高い回折効率を得ることができる。特に回折格子を構成する格子部の格子高さが低くても、可視領域全域で設計次数で高い回折効率を得ることが出来る。

しかしながら、複数の回折格子を積層するとき、各回折格子の互いの格子部のピッチや間隔等を高精度に位置合わせしなければならず、この為、高精度な位置合わせ手段が必要となる。

一方、回折効率を高めるには、積層される複数の回折格子の間隔（空気間隔）は狭い方が良い。

しかしながら、空気間隔が狭くなると、製造の際又は使用中に一方の回折格子の格子面が他方の回折格子の格子面と抵触して格子面が破損することがある。

又、複数の回折格子を薄型の基板で構成した場合には、回折格子に外圧が加わると基板が変形することがある。そうすると、一方の回折格子の格子面が他方の回折格子の格子面と抵触して格子面が破損する場合がある。

これを防ぐためには、複数の回折格子を積層するときに用いる位置決め部材を外圧による変形防止の支えとして使う方法がある。

しかしながら、この方法は位置決め部材が、一般に微小な一領域のみに用いられているため、大きな外圧が加わると、基板が大きく変形して格子面が接触して、格子面が破損してしまう。

本発明は、外圧等による基板の変形を防止し、一方の格子部の格子面が他方の格子部の格子面と抵触して格子面が破損するような状況を無くし、且つ、複数の回折格子を積層することができ、高い光学性能が得られる回折光学素子及びそれを有する光学系の提供を目的とする。

本発明の回折光学素子は、
材質が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素子において、
該複数の回折格子のうち少なくとも１つの回折格子は、輪帯状の複数の格子部を基板面に形成して構成されており、その中心輪帯の格子部は、その周囲の周辺輪帯の格子部に比べて基板面からの格子高さが高いことを特徴としている。

この他、本発明の回折光学素子は、
材質が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素子において、
該複数の回折格子のうち、対向する２つの回折格子は、輪帯状の複数の格子部により構成されており、該２つの回折格子の中心輪帯の格子部の格子面間隔は、その周囲の周辺輪帯の格子部の格子面間隔より狭いことを特徴としている。

本発明の回折光学素子によれば、薄型の基板で構成した場合にも外圧による変形等で一方の格子面が他方の格子面と抵触して格子面が破損するのを低減することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１〜図４には、本発明の実施例１の回折光学素子の構成の要部概略図である。

図５は、実施例１の回折光学素子から生ずる波面の説明図である。

図１は、積層型の回折光学素子としてユニット化（積層）する前の側断面図である。

図１において３は、材質の異なる複数の回折格子を積層してなる積層型の回折光学素子であり、空気層を介して対向配置された第１の素子部１と第２の素子部２を有している。

第１の素子部１は、ガラス基板１０と、その面上に設けたＵＶ硬化樹脂等から成るブレーズド型の第１の回折格子１１とで構成されている。第２の素子部２は、ガラス基板２０と、その面上に設けたＵＶ硬化樹脂等から成るブレーズド型の第２の回折格子２１とで構成されている。

図２は本発明の実施例１の積層型の回折光学素子３の正面図である。回折光学素子３は、中心輪帯部１０１、２０１を持つ輪帯状の複数の格子部より成る回折格子を有している。

図３、図４は本発明の実施例１の積層型の回折光学素子３の第１の素子部１と第２の素子部２とをユニット化した後の側断面図である。このうち図３はユニット化した回折光学素子３の通常の状態の図、図４は積層ユニット化した回折光学素子３に対して矢印方向から外圧がかかったときの図である。

第１の素子部１は、中心輪帯１０１から外側へ順に輪帯１０２，１０３，・・・と必要数だけ格子部１１ｂが形成されている。格子部１１ｂのそれぞれの格子高さは基板面１１ｄからｄ１であり、周囲を取り囲む受け部１０００は各格子部１１ｂの高さｄ１に対して高さＤ１だけ高い構造になっている。１１ａは、格子部１１ｂを形成する格子形成材料である。第２の素子部２は、中心輪帯２０１から外側へ順に輪帯２０２，２０３，・・・と必要数だけ格子部２１ｂが形成されている。格子部２１ｂの中心輪帯２０１を除く格子部２１ｂのそれぞれの格子高さは基板面２１ｄからｄ２であり、周囲を取り囲む受け部２０００が輪帯２０２以降の各格子部２１ｂに対して高さＤ２だけ高い構造になっている。

２１ａは、格子部２１ｂを形成する格子形成材料である。

第２の素子部２の中心輪帯２０１の格子部は、格子部２１ｂの形状として格子高さがｄ０２であるが、その他の周辺輪帯の格子部に対しては高さＤ０２−ｄ２だけ高い層の上に形成された構造になっている。

本実施例では、２つの回折格子１１、２１の中心輪帯１０１、２０１の格子部１１ｂ、２１ｂの格子面間隔が、その周囲の周囲輪帯の格子部１１ｂ、２１ｂの格子面間隔より狭くなるように構成している。

格子部１１ｂ、２１ｂは所定の格子ピッチで配置されている。第１、第２の回折格子１１、２１は同心円状の格子形状からなり、格子部１１ｂ、２１ｂの格子ピッチを中心（光軸）から周辺へ向かって徐々に小さくすることでレンズ作用（収斂作用又は発散作用）を得ている。

そして、第１の素子部１の第１回折格子１１と第２の素子部２の第２回折格子２は、ほぼ等しい格子ピッチ分布を持っており、対向する各格子部１１ｂ、２１ｂの幅がほぼ等しくなっている。

各回折格子１１、２１は、全層を通して一つの回折光学素子として作用している。

尚、本実施例においては、第１、第２の素子部１、２とを公知の位置決め手段を用いて位置を決めて積層している。

以下の各実施例においても同様である。

図３では、第１の素子部１と第２の素子部２とがそれぞれの受け部１０００，２０００で接合されて積層型の回折光学素子３を形成している状態を示している。

回折光学素子３は、第１の素子部１の中心輪帯１０１の格子部を除く格子部１１ｂと第２の素子部２の中心輪帯２０１の格子部を除く格子部２１ｂとは、高さＤ（≒Ｄ１＋Ｄ２）の空気層を隔てて格子部１１ｂ、２１ｂが対向配置されている。

本実施例においては、格子部２１ｂは中心輪帯部２０１のみを周辺部より高く、その高さＤ０２を
Ｄ＋ｄ２＜Ｄ０２＜Ｄ＋ｄ１＋ｄ２
としている。

これによって、回折光学素子３に矢印の方向から外圧がかかったとき、図４に示すように中心輪帯部分１０１、２０１のみの格子面１１ｃと２１ｃの一部又は全部とが接触し、他の格子部が接触しないようにして、格子部１１ｂ、１２ｂが破損しないようにしている。

本実施例においては、第２の素子部２は中心輪帯２０１の格子部が他の格子部に対して基板２０より高く形成されているが、格子部としての高さｄ０２は他の格子部の高さｄ２と等しい。そのため、図５に示すように、空気層を挟んだ２つの第１、第２の素子部１、２により生じる位相差は通常の積層型の回折光学素子と同様に、設計次数により定まる方向に向かう平面波Ｓａの集合となり、所定方向の点Ｐａに向かう。

以上のように本実施例の構成では、回折格子２１の中心輪帯２０１の格子２１ｂ部をその他の周囲輪帯の格子部に対して基板面２１ｄより高くしている。これより、製造の際に対向する回折格子の中心輪帯以外の格子面が互いに接触することを防止し、製造時の格子部１１ｂ、２１ｂの破損を防いでいる。

また、積層型の回折光学素子と同様の性能を維持し、薄型の基板で構成した場合にも外圧による変形等で一方の格子面が他方の格子面と抵触して格子面が破損するの低減している。

図６、図７は本発明の実施例２の回折光学素子の構成の要部概略図である。図６は、積層型の回折光学素子としてユニット化する前の側断面図である。図７は積層型の回折光学素子としてユニット化した後の側断面図である。

実施例２と実施例１との違いは、次のとおりである。

第１の素子部１と第２の素子部２のそれぞれの中心輪帯１０１、２０１の格子部１１ｂ、２１ｂの格子高さｄ０１、ｄ０２をその他の格子部の格子高さｄ１、ｄ２と変えたことである。格子高さｄ０１とｄ０２とを等しい高さとしたことである。中心輪帯２０１の格子部の高さＤ０２を、第１、第２の素子部１、２との空気層をＤとするとき、
（Ｄ＋ｄ１＋ｄ２）／Ｄ０２＝１
としたことである。その他の構成は実施例１と同じである。

尚、０．９＜（Ｄ＋ｄ１＋ｄ２）／Ｄ０２＜１．１は許容の範囲である。

ここで、本実施例の積層されユニット化された回折光学素子３の理想の回折方向を決める設計回折次数をｍとする（ｍは整数）。第１の回折格子１１の基準波長（例えば５５０ｎｍ）λ_０における屈折率をｎ_０１とする。第２の回折格子２１の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０２とする。この場合、高さｄ_１とｄ_２とに求められる条件は、光線が垂直入射する場合、
（ｎ_０ｌ−１）ｄ_ｌ−（ｎ_０２−１）ｄ_２＝ｍλ_０ ・・・（１）
である。

それに対して、中心輪帯１０１、２０１の格子部の格子高さｄ_０１とｄ_０２とに求められる条件は、
ｎ_０ｌ・ｄ_０１−ｎ_０２・ｄ_０２＝ｍλ_０ ・・・（２）
である。

条件（２）を満足し、且つ、ｄ_０１≒ｄ_０２となるように中心輪帯１０１、２０１の格子部の格子高さを決めている。

即ち、
ｄ_０１＝ｄ_０２＝ｄとするときに
ｄ＝ｍλ_０／（ｎ_０ｌ−ｎ_０２）
とする。

このようにすることで、周辺部で生じる位相差と中心部で生じる位相差とを等しくし、通常の空気層を挟んだ２層から成る積層型の回折光学素子と同様の光束進行方向並びに回折効率を得られるようにしている。

また、このようにすることで、図７に示すように、互いの中心輪帯部分１０１、２０１が密着した構成となる。即ち、実施例１のように外圧が加わった際だけでなく、ユニット化した初期状態において中心輪帯部分１０１、２０１が面として密着した状態となる。面で密着した状態であるので、外圧に対する荷重を分散し、より強度の高い回折光学素子とすることが出来る。これにより、実施例１と同様に、他の格子部が接触しないようにして、格子部１１ｂ、１２ｂが破損しないようにしている。

また、本実施例において、互いの中心輪帯部１０１、２０１を接着剤を用いて接合しても良い。図８、図９は、中心輪帯部１０１、２０１を接合する際の、第１の素子部１と第２の素子部２との形状の例を示した図である。実際の回折光学素子においては、通常、図８のように格子部の一方の面も完全な垂直面でなく多少の傾斜を持っている。従って、この傾斜を延長した形で中心輪帯２０１を高さＤ０２の高さにして、接合時に他方の中心輪帯１０１と周方向に隙間が出来るようにする。こうすることによって、接着剤の周辺格子部へのはみ出しを防ぐと、回折光学素子としての性能が損なわれない。図９の例は、両方の格子部１１ｂ、２１ｂを高くして高さＤ０１，Ｄ０２になるようにしたものであるが、この例では、ユニット化したとき
Ｄ０１＋Ｄ０２−ｄ＝Ｄ＋ｄ１＋ｄ２
（但し、ｄ＝ｄ０１＝ｄ０２）
として中心輪帯１０１、２０１を接合可能にしている。また、接着剤の周辺格子部へのはみ出しを防ぐために素子部１側の中心輪帯１０１と隣り合う輪帯１０２との間に隙間１０１ａを設けて回折効率の低下を防いでいる。

本実施例においては、第１の素子部１、第２の素子部２の中心輪帯１０１、２０１の格子部が他の格子部に対して異なる高さで形成されているが、両者が密着されることにより生じる位相差は、他の格子が空気層を挟んだものの合成としての位相差と等しい。そのため、図１０に示すように、積層型の回折光学素子３としての位相差は通常の積層型の回折光学素子と同様に、設計次数により定まる方向に向かう平面波Ｓａの集合となり、所定方向の点Ｐａに向かう。

図１１、図１２は本発明の実施例３の回折光学素子の要部概略図である。実施例１、２は、第１の素子部１と第２の素子部２の回折格子がブレーズド形状であった。これに対し、本実施例の第１の素子部１と第２の素子部２の回折格子はそれぞれ格子断面が曲線状のキノフォーム形状で構成されている。その他の構成は実施例２とほぼ同様であるので、同様の個所は同様の符号を付け説明を省略する。

本実施例では、実施例２に比べて次の点が同じである。

第１の素子部１と第２の素子部２とのそれぞれの中心輪帯１０１、２０１の格子部１１ｂ、１２ｂの格子高さｄ０１、ｄ０２をその他の格子部１１ｂ、１２ｂの格子高さｄ１、ｄ２と変えたことである。格子部１１ｂ、１２ｂの高さｄ０１と高さｄ０２とを等しい高さとしたことである。

高さＤ０２を（Ｄ＋ｄ１＋ｄ２）／Ｄ０２＝１
（０．９＜（Ｄ＋ｄ１＋ｄ２）／Ｄ０２＜１．１は許容の範囲）
としたことである。

ここで、本実施例の積層されユニット化された回折光学素子３の理想の回折方向を決める設計回折次数をｍとする。第１の回折格子１１の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０ｌとし、第２の回折格子２１の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０２とする。このとき高さ、ｄ１とｄ２とに求められる条件は、光線が垂直入射する場合、前述の（１）式と同様
（ｎ_０ｌ−１）ｄ_ｌ−（ｎ_０２−１）ｄ_２＝ｍλ_０ ・・・（１）
である。

積層型の回折格子としての位相関数φ（ｒ）＝２π／λ_０・Φ（ｒ）のうち光路差部分である光路差関数Φ（ｒ）は、
Φ（ｒ）＝Ｃ１・ｒ^２＋Ｃ２・ｒ^４＋Ｃ３・ｒ^６＋ ・・・（３）
と表される。ｒは中心（輪帯中心）からの距離である。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・は定数である。

これを用いると、第１、第２の回折格子１１、２１における格子の高さｄ１，ｄ２は、回折次数をｍ_０１、ｍ_０２とすると、
Φ（ｒ）＝（ｎ_０ｌ−１）ｄ_ｌ＝ｍ_０１λ_０
Φ（ｒ）＝（ｎ_０２−１）ｄ_２＝ｍ_０２λ_０
ｍ_０１＋ｍ_０２＝ｍ
で示される条件を満足する。

通常、積層型の回折光学素子の各々の回折格子１１、１２の中心輪帯の曲面の曲率半径をＲ１、Ｒ２とすると焦点距離ｆ１、ｆ２は、
ｆ１＝−０．５／Ｃ１＝Ｒ１／（ｎ_０１−１）
ｆ２＝−０．５／Ｃ１＝Ｒ２／（ｎ_０２−１）
となるように決まる。本実施例においては、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒとして焦点距離ｆが、
ｆ＝−０．５／Ｃ１＝Ｒ／（ｎ_０２−ｎ_０１）
で決まる曲率半径Ｒにしている。
即ち、
Ｒ＝−０．５×（ｎ_０２−ｎ_０１）／Ｃ１
となるようにしている。
このようにすることで、中心輪帯１０１と１０２との曲率半径を等しくしつつ、回折光学素子の周辺部で生じる位相差と中心部で生じる位相差とを等しくしている。そして、通常の空気層を挟んだ２層から成る積層型の回折光学素子と同様の光束進行方向並びに回折効率を得られるようにしている。

また、このようにすることで、図１２に示すように、互いの中心輪帯部分１０１、２０１が略密着した構成となる。即ち、実施例１のように外圧が加わった際だけでなく、ユニット化した初期状態において中心輪帯部分１０１、２０１が面として密着した状態となるようにしている。本実施例では、面で密着した状態であるので、外圧に対する荷重を分散し、より強度の高い回折光学素子３とすることが出来る。これにより実施例１と同様に、他の格子部が接触しないようにして、格子部１１ｂ、１２ｂが破損しないようにしている。

また、本実施例においても、互いの中心輪帯部１０１、２０１を接着剤を用いて接合しても良い。また図８、９で説明した実施例２の派生形態の格子形状をキノフォーム形状とし、該派生形態と同様の構成をとって良い。

本実施例においては、第１の素子部１，第２の素子部２の中心輪帯１０１、２０１の格子部が他の格子部に対して異なる高さで形成されている。このとき両者が密着されることにより生じる位相差は、他の格子部が空気層を挟んだものの合成としての位相差と等しくなるよう曲率を決めている。そのため、図１３に示すように、積層型の回折光学素子３としての光学系ＯＢ中に配置したときの位相差は通常の積層型の回折光学素子と同様に、設計次数により定まる方向に向かう球面波Ｓａの集合となり、所定方向の点Ｐａに向かう。

以上の各実施例では、回折格子として、回転対称のものを前提に説明してきたが、本発明に係る回折格子の格子部の外形の構成は図１４のように楕円形状の輪帯であったり、中心輪帯１０１が外形に対して偏心していても良い。そのときは、積層しユニット化された回折光学素子の理想の回折方向を決める設計回折次数をｍとし、位相関数をφ(r)
が０になるところを含むところを周囲格子に対して高くすれば良い。

また、以上の各実施例では２つの層からなる回折格子が空気層を挟んで配置されるものを前提に説明してきた。各実施例では、それより多層の回折格子が空気層を挟んで配置されたものや、少なくとも対向する２つの回折格子の間に空気層を有していれば、その他の層間の回折格子間に空気層を持たないものに対しても適応可能である。上述した実施例と同様の効果を有する。また、図１７のように回折格子１と２の層間に別の媒質４を有するものに対して利用しても良い。製造の際に一方の格子面が他方の格子面と抵触する際に中心輪帯部が先に接触するために、その他の格子面については互いに接触することを防止することが出来、製造時の格子面の破損を防止する効果が得られる。

また、以上の各実施例では、２つの回折格子がそれぞれ回折格子とは異なる基板上に形成されたものとして説明したが、少なくとも一方が基板上に直接回折格子が形成された一体型のものでも良い。

また、中心輪帯の直径φｃが外形の大きさφｄに対して、
φｃ／φｄ＞１／２０
が好ましい。更には、
φｃ／φｄ＞１／１０
が好ましい。
これによれば回折光学素子の強度を高くすることが出来る。

外径が角型である場合は、一方の辺の長さをφｄとしたものとして上記条件を満たせば良い。

また、各実施例において第１、第２の素子部を密着／接合させる場合は、中心輪帯部分の面積の８０％以上を密着／接合するようにすることが好ましい。更には９０％以上を密着／接合するようにすることが好ましい。密着／接合させることを前提に格子部の格子の高さ／曲率を決めているため、密着／接合していない箇所が増えることは、不要回折光の発生を招くためである。

また、中心輪帯以外の格子部の格子高さは一律として説明したが、回折格子の場所により主要光線の入射角度が違う場合には、格子部によって高さを変えたものが好ましい。この場合は、実施例１の場合ならば、中心輪帯以外で最も高い格子部の格子の高さｄ２に対して、
Ｄ＋ｄ２＜Ｄ０２＜Ｄ＋ｄ１＋ｄ２
となるようにするのが良い。
実施例２、３の場合ならば、中心輪帯以外で最も高い格子部の格子の高さｄ１、ｄ２に対して
０．９＜（Ｄ＋ｄ１＋ｄ２）／Ｄ０２＜１．１
とすれば良い。
中心輪帯を除く格子間の空気層間隔Ｄ（μｍ）は
０μｍ＜Ｄ＜１０μｍ
であることが好ましい。この条件を満たすことにより、入射光が格子基板面に対して斜入射する場合にも高い効率を得ることが出来る。

また、中心部にレジマーク等を施したものに適用しても良い。

本発明の回折光学素子を用いた光学系の実施例を図１５に示す。図１５はデジタルカメラやビデオカメラ等に用いられる撮影光学系の断面を示したものである。図１５中、５１は主に屈折レンズ（屈折光学素子）によって構成された撮影レンズで、内部に絞り５２と前述の本発明の回折光学素子３を持つ。５３は結像面であるフィルムまたはＣＣＤが配置されている。回折光学素子３は、レンズ機能を有する素子であり、撮影レンズ５２の色収差を補正している。

本発明の回折光学素子を用いた光学系の実施例を図１６に示す。図１６は、望遠端や双眼鏡等の観察光学系の断面を示したものである。図１６中、５４は対物レンズ、５５は像を成立させるための像反転プリズム、５６は接眼レンズ、５７は評価面（瞳面）である。３は前述の本発明の回折光学素子である。回折光学素子３は対物レンズ５４の結像面５８での色収差等を補正する目的で設けてある。

図１５、図１６の実施例の他、本発明の回折光学素子はズームレンズ、事務機のスキャナー、そして地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等にも適用して同様の効果が得られる。この他、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にも適用して同様の効果が得られる。

本発明の実施例１の回折光学素子のユニット化する前の側断面図 本発明の実施例１の正面図 本発明の実施例１の回折光学素子のユニット化した後の側断面図 本発明の実施例１の回折光学素子ユニットが圧力を受けたときの側断面図 本発明の実施例１の回折光学素子による波面を説明する図 本発明の実施例２の回折光学素子のユニット化する前の側断面図 本発明の実施例２の回折光学素子のユニット化した後の側断面図 本発明の実施例２の派生例の回折光学素子のユニット化前の側断面図 本発明の実施例２のその他の派生例の回折光学素子のユニット化前の側断面図 本発明の実施例２の回折光学素子による波面を説明する図 本発明の実施例３の回折光学素子のユニット化する前の側断面図 本発明の実施例３の回折光学素子のユニット化した後の側断面図 本発明の実施例３の回折光学素子による波面を説明する図 本発明のその他の実施例の回折光学素子の正面図 本発明の回折光学素子を有する光学系の実施例４の要部概略図 本発明の回折光学素子を有する光学系の実施例５の要部概略図 本発明のその他の実施例の回折光学素子のユニット化した後の側断面図

符号の説明

１ 第１の素子部
２ 第２の素子部
３ 回折光学素子
１０、２０ 基板
１１、２１ 回折格子
１０１、２０１ 中心輪帯
１０２、１０３、２０２、２０３ 中心輪帯以外の格子
１０００、２０００ ユニット化時の受け部
１１ａ，２１ａ 格子形成材料
１１ｂ，２１ｂ 格子部
１１ｃ，２１ｃ 格子面
ＯＢ 光学系
５１ 撮影レンズ
５２ 絞り
５３ 撮像面
５４ 対物レンズ
５５ 像反転プリズム
５６ 接眼レンズ
５７ 観察面
５８ 一次結像面

Claims (10)

1. 材質が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素子において、
   該複数の回折格子のうち少なくとも１つの回折格子は、輪帯状の複数の格子部を基板面に形成して構成されており、その中心輪帯の格子部は、その周囲の周辺輪帯の格子部に比べて基板面からの格子高さが高いことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記複数の回折格子の一部は空気層を挟んで積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 前記複数の回折格子のうち一方の回折格子の中心輪帯の格子部の格子面は、それと対向する他方の回折格子の中心輪帯の格子部の格子面と密着されていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
4. 前記複数の回折格子は中心輪帯の格子部とそれ以外の格子部とが異なる位相関数によって表される形状より成ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の回折光学素子。
5. 前記格子部の格子面が密着されている部分の位相差を生じる格子部の格子高さｄは、
   前記一方の回折格子の格子部の材料の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０ｌ、前記他方の回折格子の格子部の材料の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０２、ｍを整数とするとき、
   ｄ＝ｍλ_０／（ｎ_０ｌ−ｎ_０２）
   を満足することを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
6. 前記格子部の格子面が密着されている面は、曲率半径Ｒの曲面より成り、該格子部の輪帯中心からの距離をｒ、定数をＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・とし、該格子部の光路差関数φ（ｒ）を、
   φ（ｒ）＝Ｃ１・ｒ^２＋Ｃ２・ｒ^４＋Ｃ３・ｒ^６＋・・・
   と表し、前記一方の回折格子の格子部の材料の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０ｌ、前記他方の回折格子の格子部の材料の基準波長λ_０における屈折率をｎ_０２とするとき、
   Ｒ＝−０．５×（ｎ_０２−ｎ_０１）／Ｃ１
   を満足することを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
7. 材質が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素子において、
   該複数の回折格子のうち、対向する２つの回折格子は、輪帯状の複数の格子部により構成されており、該２つの回折格子の中心輪帯の格子部の格子面間隔は、その周囲の周辺輪帯の格子部の格子面間隔より狭いことを特徴とする回折光学素子。
8. 前記対向する２つの回折格子の中心輪帯の格子部の格子面は、一部又は全てが互いに接触していることを特徴とする請求項７の回折光学素子。
9. 前記対向する２つの回折格子は、空気層を挟んで配置されていることを特徴とする請求項７の回折光学素子。
10. 請求項１から９のいずれか１項の回折光学素子と屈折光学素子とを有することを特徴とする光学系。