JP2011107586A5 - 回折光学素子およびそれを有する光学系、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、回折光学素子およびこれを有する光学系、撮像装置に関し、例えばビデオカメラやデジタルカメラ、そしてテレビカメラ等の光学機器に用いる光学系に好適なものである。

本発明は、広い波長域において設計次数の回折効率の劣化を抑えつつ、格子側面に入射した後に像面（評価面）に到達する不要光の光量を抑制することができる回折光学素子及
びそれを有する光学系、撮像装置の提供を目的とする。

本発明の回折光学素子は、複数の回折格子が積層された回折光学素子であって、前記複数の回折格子のうち、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接して配置された２つの回折格子の組合せを第１の組合せとし、少なくとも一方が前記２つの回折格子の材料とは異なる材料より成る２つの回折格子の組合せを第２の組合せとし、前記第１の組合せに係る２つの回折格子のそれぞれについて、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率をＮ１Ａｗ及びＮ１Ｂｗ、アッベ数をν１Ａ及びν１Ｂ、とし、前記第２の組合せに係る２つの回折格子のそれぞれについて、ｄ線における屈折率をＮ２Ａｄ及びＮ２Ｂｄ、アッベ数をν２Ａ及びν２Ｂ、とするとき、前記波長ｗが
３７０（ｎｍ）＜ｗ＜７３０（ｎｍ）
の範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足し、かつ
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、広い波長域において設計次数の回折効率が高く、かつ格子側面による不要光が像面に到達することを抑制することができる回折光学素子を得ることができる。さらに、該回折光学素子を光学系中に用いることで、回折格子による不要光が抑制され、かつ、諸収差が低減された光学系や、全長が短縮された光学系、撮像装置を得ることができる。

第２の回折格子（Ｍ１Ａ）９と第４の材料（Ｍ１Ｂ）１１は第１の組合せ部、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８と第３の材料（Ｍ２Ａ）１０は第２の組合せ部に相当している。図１
８は、実施例６の回折光学素子１に、格子先端を連ねた包絡面の法線に対して垂直に光線が入射した時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図か
らも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、本実施例６においても、第２の回折格子９と第４の材料層１１の間で、屈折
率差が小さく分散の差が大きい材料の組合せを用いているため、第１の回折格子８の格子厚を低くすることができる。そのため、格子側面から発生するフレアを抑制した構成とな
っている。

Claims (15)

1. 複数の回折格子が積層された回折光学素子であって、
   前記複数の回折格子のうち、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接して配置された２つの回折格子の組合せを第１の組合せとし、
   少なくとも一方が前記２つの回折格子の材料とは異なる材料より成る２つの回折格子の組合せを第２の組合せとし、
   前記第１の組合せに係る２つの回折格子のそれぞれについて、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率をＮ１Ａｗ及びＮ１Ｂｗ、アッベ数をν１Ａ及びν１Ｂ、とし、前記第２の組合せに係る２つの回折格子のそれぞれについて、ｄ線における屈折率をＮ２Ａｄ及びＮ２Ｂｄ、アッベ数をν２Ａ及びν２Ｂ、とするとき、前記波長ｗが
   ３７０（ｎｍ）＜ｗ＜７３０（ｎｍ）
   の範囲内において
   Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
   を満足し、かつ
   １６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
   ０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
   １６＜（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜７５
   なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記第２の組合せに係る２つの回折格子のそれぞれは、
   １．３＜（Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ）×（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜３５
   なる条件式を満たす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格子厚の合計をｄｔｏｔとするとき、
   ｄｔｏｔ＜３０（ｕｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
4. 前記複数の回折格子のうち、ｄ線における屈折率差が０．０３以上となる回折格子同士の格子側面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域の高さの合計をｄＨ、前記複数の回折格子の格子厚の合計をｄｔｏｔ、とするとき、
   ０．１＜ｄＨ／ｄｔｏｔ＜０．７
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
5. 前記複数の回折格子のうち、ｄ線における屈折率差が０．０３以上となる回折格子同士の格子側面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域の高さの合計をｄＨとするとき、
   ｄＨ＜９（ｕｍ）
   なる条件式を満足する事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
6. 前記アッベ数ν１Ａ、ν１Ｂ、ν２Ａ及びν２Ｂは、
   ０＜｜ν１Ａ−ν２Ａ｜＜１５
   又は
   ０＜｜ν１Ｂ−ν２Ｂ｜＜１５
   なる条件式のうち少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
7. 前記第２の組合せに係る２つの回折格子のいずれか一方は、前記第１の組合せに係る２つの回折格子のいずれか一方と同一であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
8. 前記複数の回折格子は、互いに異なる材料より成る３つ以上の回折格子を含み、このうちの１つの回折格子の格子側面に対して、他の少なくとも２つの回折格子の格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子。
9. 前記複数の回折格子の格子壁面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域のそれぞれをｊ（ｊ＝１、２・・・ｎ）とし、前記領域ｊにおいて対向する回折格子間のｄ線における臨界角をθ_ｊ（ｒａｄ）、前記領域ｊの高さをＨ_ｊ（ｕｍ）、設計回折次数をｍ、とするとき、
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回折光学素子。
10. ３つの回折格子が積層された回折光学素子であって、
    互いの格子側面が密着して配置された２つの回折格子のそれぞれについて、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率をＮ１Ａｗ及びＮ１Ｂｗ、ｄ線における屈折率をＮ１Ａｄ及びＮ１Ｂｄ、アッベ数をν１Ａ及びν１Ｂ、とし、
    前記２つの回折格子の材料とは異なる材料より成る回折格子について、ｄ線における屈折率をＮ２Ｂｄ、アッベ数をν２Ｂ、とするとき、前記波長ｗが
    ３７０（ｎｍ）＜ｗ＜７３０（ｎｍ）
    の範囲内において
    Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
    を満足し、かつ
    １６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
    ０．０３＜｜Ｎ１Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
    １６＜（ν１Ａ−ν２Ｂ）＜７５
    なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
11. ３つの回折格子が積層された回折光学素子であって、
    互いの格子側面が密着して配置された２つの回折格子のそれぞれについて、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率をＮ１Ａｗ及びＮ１Ｂｗ、ｄ線における屈折率をＮ１Ａｄ及びＮ１Ｂｄ、アッベ数をν１Ａ及びν１Ｂ、とし、
    前記２つの回折格子の材料とは異なる材料より成る回折格子について、ｄ線における屈折率をＮ２Ａｄ、アッベ数をν２Ａ、とするとき、前記波長ｗが
    ３７０（ｎｍ）＜ｗ＜７３０（ｎｍ）
    の範囲内において
    Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
    を満足し、かつ
    １６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
    ０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ１Ｂｄ｜＜０．５
    １６＜（ν２Ａ−ν１Ｂ）＜７５
    なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
12. 前記３つの回折格子のうちの１つの回折格子の格子側面に対して、他の２つの回折格子の格子側面が密着して配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の回折光学素子。
13. 前記１つの回折格子の格子側面の高さと、前記他の２つの回折格子の格子側面の高さの合計と、が等しいことを特徴とする請求項１２に記載の回折光学素子。
14. 請求項１乃至１３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。
15. 請求項１４に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する固体撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。