JP3530776B2 - 回折光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents
回折光学素子及びそれを用いた光学系Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子のうち
特に、複数の波長を含む光、あるいは帯域光で使用する
際に好適な回折光学素子及びそれを用いた光学系に関す
るものである。
特に、複数の波長を含む光、あるいは帯域光で使用する
際に好適な回折光学素子及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１部
に回折作用を有する回折光学素子（以下回折格子とも言
う）を設けることで、色収差を減じる方法がＳＰＩＥ V
ol.1354 International Lens Design Conference（１９
９０）等の文献や特開平４−２１３４２１号公報、特開
平６−３２４２６２号公報、そしてＵＳＰ５０４４７０
６号等により開示されている。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
果をも持たせることができ収差の低減に大きな効果があ
る。
減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の１部
に回折作用を有する回折光学素子（以下回折格子とも言
う）を設けることで、色収差を減じる方法がＳＰＩＥ V
ol.1354 International Lens Design Conference（１９
９０）等の文献や特開平４−２１３４２１号公報、特開
平６−３２４２６２号公報、そしてＵＳＰ５０４４７０
６号等により開示されている。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
果をも持たせることができ収差の低減に大きな効果があ
る。
【０００３】ここで、屈折においては、１本の光線は屈
折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、各
次数に光が複数に分かれてしまう。そこで、レンズ系と
して回折光学素子を用いる場合には、使用波長領域の光
束が１つの特定次数（以後「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。特定の次
数に光が集中している場合では、それ以外の回折光の光
線の強度は低いものとなり、強度が０の場合にはその回
折光は存在しないものとなる。
折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、各
次数に光が複数に分かれてしまう。そこで、レンズ系と
して回折光学素子を用いる場合には、使用波長領域の光
束が１つの特定次数（以後「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。特定の次
数に光が集中している場合では、それ以外の回折光の光
線の強度は低いものとなり、強度が０の場合にはその回
折光は存在しないものとなる。
【０００４】そのため前記特長を有するためには使用波
長域全域において設計次数の光線の回折効率が十分高い
ことが必要になる。また、設計次数以外の回折次数をも
った光線が存在する場合は、設計次数の光線とは別な所
に結像するため、フレア光となる。従って回折効果を利
用した光学系においては、設計次数での回折効率の光分
布及び設計次数以外の回折次数の光線の振る舞いについ
ても十分考慮する事が重要である。
長域全域において設計次数の光線の回折効率が十分高い
ことが必要になる。また、設計次数以外の回折次数をも
った光線が存在する場合は、設計次数の光線とは別な所
に結像するため、フレア光となる。従って回折効果を利
用した光学系においては、設計次数での回折効率の光分
布及び設計次数以外の回折次数の光線の振る舞いについ
ても十分考慮する事が重要である。
【０００５】図１６に示すような基板２０２に１つの層
より成る回折格子２０４を設けた回折光学素子２０１を
ある面に形成した場合、特定の回折次数に対する回折効
率の特性を図１７に示す。以下、回折効率の値は全透過
光束に対する各回折光の光量の割合であり、回折格子境
界面での反射光などは説明が複雑になるので考慮してい
ない値になっている。この図で、横軸は波長をあらわ
し、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素子２
０１は、１次の回折次数（図中実線）において、使用波
長領域でもっとも回折効率が高くなるように設計されて
いる。即ち設計次数は１次となる。さらに、設計次数近
傍の回折次数（１次±１次の０次と２次）の回折効率も
併せ並記しておく。図１７に示されるように、設計次数
では回折効率はある波長で最も高くなり（以下「設計波
長」と言う）それ以外の波長では序々に低くなる。この
設計次数での回折効率の低下分は、設計次数以外の次数
の回折光の回折効率の増加分になり、この設計次数以外
の次数の回折光が、フレアとなる。また、回折光学素子
を複数個使用した場合には特に、設計波長以外の波長で
の回折効率の低下は透過率の低下にもつながる。
より成る回折格子２０４を設けた回折光学素子２０１を
ある面に形成した場合、特定の回折次数に対する回折効
率の特性を図１７に示す。以下、回折効率の値は全透過
光束に対する各回折光の光量の割合であり、回折格子境
界面での反射光などは説明が複雑になるので考慮してい
ない値になっている。この図で、横軸は波長をあらわ
し、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素子２
０１は、１次の回折次数（図中実線）において、使用波
長領域でもっとも回折効率が高くなるように設計されて
いる。即ち設計次数は１次となる。さらに、設計次数近
傍の回折次数（１次±１次の０次と２次）の回折効率も
併せ並記しておく。図１７に示されるように、設計次数
では回折効率はある波長で最も高くなり（以下「設計波
長」と言う）それ以外の波長では序々に低くなる。この
設計次数での回折効率の低下分は、設計次数以外の次数
の回折光の回折効率の増加分になり、この設計次数以外
の次数の回折光が、フレアとなる。また、回折光学素子
を複数個使用した場合には特に、設計波長以外の波長で
の回折効率の低下は透過率の低下にもつながる。
【０００６】この回折効率の低下を減少できる構成が特
開平９−１２７３２２号公報に開示されている。これは
図１８に示すように３種類の異なる材料と、２種類の異
なる格子厚を最適に選び、等しいピッチ分布で近接して
配置することで図１９に示すように可視域全域で高い回
折効率を実現している。
開平９−１２７３２２号公報に開示されている。これは
図１８に示すように３種類の異なる材料と、２種類の異
なる格子厚を最適に選び、等しいピッチ分布で近接して
配置することで図１９に示すように可視域全域で高い回
折効率を実現している。
【０００７】また回折効率の低下を減少できる回折光学
素子を、出願人が特開平１０−１３３１４９号公報に提
示している。図２０は上記提案で提示した構成であり、
２層に重ね合わされた積層断面形状をもつ。そして２層
を構成する材質の屈折率、分散特性および各格子厚を最
適化することにより、高い回折効率を実現している。
素子を、出願人が特開平１０−１３３１４９号公報に提
示している。図２０は上記提案で提示した構成であり、
２層に重ね合わされた積層断面形状をもつ。そして２層
を構成する材質の屈折率、分散特性および各格子厚を最
適化することにより、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】回折光学素子を光学系
中に設けると、回折光学素子には通常、種々な画角の光
束が入射する。この為、平板上に回折格子を設けた回折
光学素子を光学系中に用いると、画角によって回折光学
素子への光束の入射角が変化し、設計次数での回折光の
回折効率が変化してくる。
中に設けると、回折光学素子には通常、種々な画角の光
束が入射する。この為、平板上に回折格子を設けた回折
光学素子を光学系中に用いると、画角によって回折光学
素子への光束の入射角が変化し、設計次数での回折光の
回折効率が変化してくる。
【０００９】特に、積層回折光学素子は従来の図１６に
示した単層回折光学素子に比べて、格子厚が厚くなる傾
向にある。そのため、平板上に形成された積層回折光学
素子は画角を有する光学系に用いた場合、格子エッジ面
での光束のけられなどで大幅に回折効率が低下する。
示した単層回折光学素子に比べて、格子厚が厚くなる傾
向にある。そのため、平板上に形成された積層回折光学
素子は画角を有する光学系に用いた場合、格子エッジ面
での光束のけられなどで大幅に回折効率が低下する。
【００１０】これに対して、曲面上に回折格子を設けた
回折光学素子を画角を有する光学系中に用いることが考
えられる。この場合、例えば絞りよりも物体側に回折光
学素子を配置する時には、絞りに対して凹面となる曲面
上に回折格子を設けることによって回折光学素子への光
束の入射角の変化が画角変化によって少なくなるかもし
れない。しかしながら、
回折光学素子を画角を有する光学系中に用いることが考
えられる。この場合、例えば絞りよりも物体側に回折光
学素子を配置する時には、絞りに対して凹面となる曲面
上に回折格子を設けることによって回折光学素子への光
束の入射角の変化が画角変化によって少なくなるかもし
れない。しかしながら、
【００１１】
【００１２】
【００１３】曲面上に積層構造を有する回折光学素子を
形成する際の格子形状を適切にしないと実際は場合によ
って、平面上に形成した積層構造の回折光学素子と同等
の高い光学性能が得られない。
形成する際の格子形状を適切にしないと実際は場合によ
って、平面上に形成した積層構造の回折光学素子と同等
の高い光学性能が得られない。
【００１４】本発明は、画角を有する光学系に用いたと
きでも画角によって回折効率の変化が小さい回折光学素
子及びそれを用いた光学系の提供を目的とする。
きでも画角によって回折効率の変化が小さい回折光学素
子及びそれを用いた光学系の提供を目的とする。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の回折光
学素子は、少なくとも２種類の分散の異なる材質からな
る複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次数の
回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、前記
複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回折格
子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格子
は、各格子部の先端部を連ねた先端曲面の形状が互いに
等しいことを特徴としている。
学素子は、少なくとも２種類の分散の異なる材質からな
る複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次数の
回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、前記
複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回折格
子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格子
は、各格子部の先端部を連ねた先端曲面の形状が互いに
等しいことを特徴としている。
【００１８】請求項２の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子のうち、一方の回折格
子の格子部の先端部を連ねた先端曲面の形状と、他方の
回折格子の格子部の溝底部を連ねた溝底曲面の形状が互
いに等しいことを特徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子のうち、一方の回折格
子の格子部の先端部を連ねた先端曲面の形状と、他方の
回折格子の格子部の溝底部を連ねた溝底曲面の形状が互
いに等しいことを特徴としている。
【００１９】請求項３の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子は、対向する格子部の
先端部を結んだ線が光軸と概平行となっていることを特
徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子は、対向する格子部の
先端部を結んだ線が光軸と概平行となっていることを特
徴としている。
【００２０】請求項４の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、該複数の回折格子のうち
隣接する２つの回折格子は格子部の格子エッジと格子部
の格子面とのなす角度をβ、該格子部の先端部を連ねた
先端曲面と該先端部が交わる位置での当該先端曲面の面
法線に対する該格子面がなす角をαとしたとき、 α≦β を満足することを特徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、該複数の回折格子のうち
隣接する２つの回折格子は格子部の格子エッジと格子部
の格子面とのなす角度をβ、該格子部の先端部を連ねた
先端曲面と該先端部が交わる位置での当該先端曲面の面
法線に対する該格子面がなす角をαとしたとき、 α≦β を満足することを特徴としている。
【００２１】請求項５の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、該回折格子の格子部は、
該格子部の先端部を連ねた先端曲面と該先端部が交わる
位置での当該先端曲面の面法線に平行な方向の長さが一
定であることを特徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、該回折格子の格子部は、
該格子部の先端部を連ねた先端曲面と該先端部が交わる
位置での当該先端曲面の面法線に平行な方向の長さが一
定であることを特徴としている。
【００２２】請求項６の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子は、各格子部の先端部
を連ねた先端曲面の曲率中心が互いに一致していること
を特徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子は、各格子部の先端部
を連ねた先端曲面の曲率中心が互いに一致していること
を特徴としている。
【００２３】請求項７の発明の回折光学素子は少なくと
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子の格子間隔が等しいこ
とを特徴としている。
も２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折格子を
積層し、使用波長領域で特定次数の回折光の回折効率を
高めた回折光学素子において、前記複数の回折格子のう
ち隣接する少なくとも２つの回折格子は曲面上に形成さ
れ、この隣接する２つの回折格子の格子間隔が等しいこ
とを特徴としている。
【００２４】請求項８の発明は、請求項１から７のいず
れか１項の発明において前記各回折格子の非格子領域で
前記各回折格子が形成された基板同士が接合されている
ことを特徴としている。
れか１項の発明において前記各回折格子の非格子領域で
前記各回折格子が形成された基板同士が接合されている
ことを特徴としている。
【００２５】請求項９の発明は、請求項１から８のいず
れか１項の発明において前記積層される回折格子の少な
くとも１つは格子部の格子形状の向きがそれとは異なる
少なくとも１つの回折格子を有することを特徴としてい
る。
れか１項の発明において前記積層される回折格子の少な
くとも１つは格子部の格子形状の向きがそれとは異なる
少なくとも１つの回折格子を有することを特徴としてい
る。
【００２６】請求項１０の発明は、請求項１から９のい
ずれか１項の発明において使用波長領域が可視域である
ことを特徴としている。
ずれか１項の発明において使用波長領域が可視域である
ことを特徴としている。
【００２７】請求項１１の発明は、請求項１から１０の
いずれか１項の発明において前記複数の回折格子のうち
少なくとも１つは、前記回折格子を形成する材質と該回
折格子を設けた基板が同材質であることを特徴としてい
る。
いずれか１項の発明において前記複数の回折格子のうち
少なくとも１つは、前記回折格子を形成する材質と該回
折格子を設けた基板が同材質であることを特徴としてい
る。
【００２８】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて前記基板がレンズ作用を有することを特徴として
いる。
おいて前記基板がレンズ作用を有することを特徴として
いる。
【００２９】請求項１３の発明は、請求項１から１１の
いずれか１項の発明において前記回折光学素子は貼り合
せレンズの貼り合せ面に形成したことを特徴としてい
る。
いずれか１項の発明において前記回折光学素子は貼り合
せレンズの貼り合せ面に形成したことを特徴としてい
る。
【００３０】請求項１４の発明の光学系は請求項１から
１３のいずれか１項記載の回折光学素子を用いたことを
特徴としている。
１３のいずれか１項記載の回折光学素子を用いたことを
特徴としている。
【００３１】請求項１５の発明の光学系は結像光学系で
あることを特徴としている。
あることを特徴としている。
【００３２】請求項１６の発明の光学系は観察光学系で
あることを特徴としている。
あることを特徴としている。
【００３３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の回折光学素子の要
部正面図と要部側面図、図２と図６は図１の素子１のＡ
−Ａ´断面の部分的断面図である。
部正面図と要部側面図、図２と図６は図１の素子１のＡ
−Ａ´断面の部分的断面図である。
【００３４】図１において、１は回折光学素子であり、
第１の回折光学素子２の回折格子６と第２の回折光学素
子３の回折格子７が近接し、対向した構成よりなってい
る。回折光学素子１を構成する回折格子６，７は同心円
状の格子形状からなり、レンズ作用を有している。ま
た、隣接する２つの回折格子６，７は各格子部６−１、
７−１の先端部６ｂ、７ｂを連ねたとき曲面（先端曲
面）９，１０となっている。そして、２つの先端曲面
９，１０が等しい曲面形状となっている。Ｏは光軸であ
る。
第１の回折光学素子２の回折格子６と第２の回折光学素
子３の回折格子７が近接し、対向した構成よりなってい
る。回折光学素子１を構成する回折格子６，７は同心円
状の格子形状からなり、レンズ作用を有している。ま
た、隣接する２つの回折格子６，７は各格子部６−１、
７−１の先端部６ｂ、７ｂを連ねたとき曲面（先端曲
面）９，１０となっている。そして、２つの先端曲面
９，１０が等しい曲面形状となっている。Ｏは光軸であ
る。
【００３５】図２は、格子深さ方向にかなりデフォルメ
された回折格子６，７の図となっている。回折光学素子
１は、基板４の表面に回折格子６が作成された第１の回
折光学素子２と、基板５の表面に回折格子７が作成され
た第２の回折光学素子３とが空気８を介して近接した構
成となっている。そして全層を通して１つの回折光学素
子として作用している。さらに、基板４、基板５とも
に、回折格子６，７の形成面及び反対の面は曲面であ
り、基板４，５自体で屈折レンズとしての作用を有す
る。図２において、９，１０は回折格子６，７の先端曲
面を示している。
された回折格子６，７の図となっている。回折光学素子
１は、基板４の表面に回折格子６が作成された第１の回
折光学素子２と、基板５の表面に回折格子７が作成され
た第２の回折光学素子３とが空気８を介して近接した構
成となっている。そして全層を通して１つの回折光学素
子として作用している。さらに、基板４、基板５とも
に、回折格子６，７の形成面及び反対の面は曲面であ
り、基板４，５自体で屈折レンズとしての作用を有す
る。図２において、９，１０は回折格子６，７の先端曲
面を示している。
【００３６】まず回折光学素子の回折効率について説明
する。
する。
【００３７】図１６に示すような通常の透過型の回折光
学素子２０１は１層の回折格子２０４を持ち、設計波長
λ０で回折効率が最大となる条件は、光束が回折格子２
０４（回折面）に対して垂直入射した場合は、回折格子
２０４の山と谷の光学光路長差が波長の整数倍になるこ
とであり、式で表すと、 （ｎ01−１）ｄ＝ｍλ0 （１） となる。ここでｎ01は波長λ0での回折格子の材質の屈
折率である。ｄは格子厚、ｍは回折次数である。図１７
はこのときの回折光学素子２０１の回折効率を示してい
る。
学素子２０１は１層の回折格子２０４を持ち、設計波長
λ０で回折効率が最大となる条件は、光束が回折格子２
０４（回折面）に対して垂直入射した場合は、回折格子
２０４の山と谷の光学光路長差が波長の整数倍になるこ
とであり、式で表すと、 （ｎ01−１）ｄ＝ｍλ0 （１） となる。ここでｎ01は波長λ0での回折格子の材質の屈
折率である。ｄは格子厚、ｍは回折次数である。図１７
はこのときの回折光学素子２０１の回折効率を示してい
る。
【００３８】一方、図２１に示すような２層以上の回折
格子３０６，３０７を持つ回折光学素子３０１は、全層
を通して１つの回折格子として作用させるためには、各
回折格子３０６，３０７の山と谷の光学光路長差を求
め、それを全層にわたって加え合わせたものが、波長の
整数倍になるように決定する。尚、図２１において、３
０４，３０５は各々基板、３０８は空気層である。図２
１に示した積層構造の回折光学素子３０１に光束が垂直
入射する場合の回折効率が最大となる条件式は、±（ｎ
01−１）ｄ１±（ｎ02−１）ｄ２＝ｍλ0 （２）とな
る。ここでｎ01は波長λ0での第１の回折格子３０６の
材質の屈折率、ｎ02は波長λ0での第２の回折格子３０
７の材質の屈折率である。ｄ１とｄ２はそれぞれ第１の
回折格子３０６と第２の回折格子３０７の格子厚であ
る。ここで回折方向を、図２１中の０次回折光から下向
きに回折するのを正の回折次数、０次回折光から上向き
に回折するのを負の回折次数とすると、（２）式での各
層の加減の符号は、図に示すように上から下に格子厚が
増加する格子形状（図中、回折格子３０７）の場合が正
となり、逆に下から上に格子厚が増加する格子形状（図
中、回折格子３０６）の場合が負となる。以下に具体的
な例を引用し説明する。
格子３０６，３０７を持つ回折光学素子３０１は、全層
を通して１つの回折格子として作用させるためには、各
回折格子３０６，３０７の山と谷の光学光路長差を求
め、それを全層にわたって加え合わせたものが、波長の
整数倍になるように決定する。尚、図２１において、３
０４，３０５は各々基板、３０８は空気層である。図２
１に示した積層構造の回折光学素子３０１に光束が垂直
入射する場合の回折効率が最大となる条件式は、±（ｎ
01−１）ｄ１±（ｎ02−１）ｄ２＝ｍλ0 （２）とな
る。ここでｎ01は波長λ0での第１の回折格子３０６の
材質の屈折率、ｎ02は波長λ0での第２の回折格子３０
７の材質の屈折率である。ｄ１とｄ２はそれぞれ第１の
回折格子３０６と第２の回折格子３０７の格子厚であ
る。ここで回折方向を、図２１中の０次回折光から下向
きに回折するのを正の回折次数、０次回折光から上向き
に回折するのを負の回折次数とすると、（２）式での各
層の加減の符号は、図に示すように上から下に格子厚が
増加する格子形状（図中、回折格子３０７）の場合が正
となり、逆に下から上に格子厚が増加する格子形状（図
中、回折格子３０６）の場合が負となる。以下に具体的
な例を引用し説明する。
【００３９】まず第１の回折光学素子３０２として以下
の構成をとる。回折格子３０６を形成する材質は紫外線
硬化樹脂（nd=1.635、νd=23.0）、格子厚ｄ１は６．９
μmとする。同様に第２の回折光学素子３０３として以
下の構成をとる。回折格子３０７を形成する材質は大日
本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂Ｃ００１
（nd=1.524、νd=50.8）、格子厚ｄ２は９．５μmとす
る。なお、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数
である。この構成での、１次回折光及び近傍の０次２次
の回折効率を図２２に示す。
の構成をとる。回折格子３０６を形成する材質は紫外線
硬化樹脂（nd=1.635、νd=23.0）、格子厚ｄ１は６．９
μmとする。同様に第２の回折光学素子３０３として以
下の構成をとる。回折格子３０７を形成する材質は大日
本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂Ｃ００１
（nd=1.524、νd=50.8）、格子厚ｄ２は９．５μmとす
る。なお、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数
である。この構成での、１次回折光及び近傍の０次２次
の回折効率を図２２に示す。
【００４０】図２２からわかるように１次回折光が可視
域全域で高い回折効率を維持していることがわかる。ま
た、設計次数である１次の回折光の隣りの次数である０
次及び２次回折光の回折効率は図１７の従来例に比べて
大幅に低減されていることがわかる。
域全域で高い回折効率を維持していることがわかる。ま
た、設計次数である１次の回折光の隣りの次数である０
次及び２次回折光の回折効率は図１７の従来例に比べて
大幅に低減されていることがわかる。
【００４１】次に曲面上に回折格子を形成した本発明の
回折光学素子の形状について順をおって説明する。構成
としては、曲率半径Ｒをもつ曲面（以下基準曲面とい
う）上に上記回折格子が形成されるとする。
回折光学素子の形状について順をおって説明する。構成
としては、曲率半径Ｒをもつ曲面（以下基準曲面とい
う）上に上記回折格子が形成されるとする。
【００４２】最初に第１の回折光学素子２と第２の回折
光学素子３の各回折格子６，７の格子ピッチについて説
明する。曲面上に形成した場合の回折格子の格子ピッチ
は、互いに隣接する回折格子６，７の最も近接する格子
部６−１，７−１の先端６ｂ，７ｂの位置での格子ピッ
チ分布が互いに実質的に等しくなるようにしている。即
ち、対向する格子部６−１，７−１の先端部６ｂと先端
部７ｂとを結んだ線分が光軸Ｏと概平行と成るようにし
ている。比較例として図４に基板側の格子先端（図では
回折格子６，７の格子部の溝底部６ｃ，７ｃ）の位置で
の格子ピッチ分布を同志のみが互いに等しくなる組み合
わせの回折光学素子を示す。以下の説明図では回折格子
のみ図示し、特に基板は図示しない。
光学素子３の各回折格子６，７の格子ピッチについて説
明する。曲面上に形成した場合の回折格子の格子ピッチ
は、互いに隣接する回折格子６，７の最も近接する格子
部６−１，７−１の先端６ｂ，７ｂの位置での格子ピッ
チ分布が互いに実質的に等しくなるようにしている。即
ち、対向する格子部６−１，７−１の先端部６ｂと先端
部７ｂとを結んだ線分が光軸Ｏと概平行と成るようにし
ている。比較例として図４に基板側の格子先端（図では
回折格子６，７の格子部の溝底部６ｃ，７ｃ）の位置で
の格子ピッチ分布を同志のみが互いに等しくなる組み合
わせの回折光学素子を示す。以下の説明図では回折格子
のみ図示し、特に基板は図示しない。
【００４３】図４に示す構成では、斜線Ａで表わす領域
を伝播する光束は第１の回折格子６の格子部６−１を射
出した後、対応する格子部７−１に入射せず、この格子
部７−１に隣接する格子部７−２に入射している。従っ
て、斜線Ａの領域の光束は所望の光学光路長差が得られ
ずに設計次数の回折光に変換されないで、設計次数以外
の次数の不要回折光となる。そのため、本実施形態では
この不要な光束を少なくするため、図２に示したよう
に、格子部６に隣接する格子部７の格子部６に最も近接
する格子先端の位置Ｐでの格子ピッチ分布が格子部６の
格子先端位置での格子ピッチと実質的に等しくなるよう
にしている。
を伝播する光束は第１の回折格子６の格子部６−１を射
出した後、対応する格子部７−１に入射せず、この格子
部７−１に隣接する格子部７−２に入射している。従っ
て、斜線Ａの領域の光束は所望の光学光路長差が得られ
ずに設計次数の回折光に変換されないで、設計次数以外
の次数の不要回折光となる。そのため、本実施形態では
この不要な光束を少なくするため、図２に示したよう
に、格子部６に隣接する格子部７の格子部６に最も近接
する格子先端の位置Ｐでの格子ピッチ分布が格子部６の
格子先端位置での格子ピッチと実質的に等しくなるよう
にしている。
【００４４】次に第１の回折光学素子２と第２の回折光
学素子３の各回折格子６，７の格子部６−１，７−１の
各々における先端部を連ねた面（先端曲面）９，１０の
形状について説明する。
学素子３の各回折格子６，７の格子部６−１，７−１の
各々における先端部を連ねた面（先端曲面）９，１０の
形状について説明する。
【００４５】図２の回折光学素子は隣接する２つの回折
格子６，７の格子部６−１，７−１の先端部６ｂ，７ｂ
を連ねた面（先端曲面）９，１０の形状が互いに実質的
に等しい。
格子６，７の格子部６−１，７−１の先端部６ｂ，７ｂ
を連ねた面（先端曲面）９，１０の形状が互いに実質的
に等しい。
【００４６】図５に比較例として格子部６−１，７−１
の溝底部６ｃ，７ｃを連ねた曲面４ａ，５ａ同士のみ
が、それらの形状が互いに等しい回折光学素子５１を示
す。ここでは曲率半径Ｒの曲面４ａ，５ａに回折格子
６，７を形成する場合を例にとり説明する。この場合、
図中、回折格子６，７の格子部６−１，７−１の先端部
６ｂ，７ｂを連ねた各先端曲面４ｂ，５ｂの曲率半径は
格子厚分は変わり、第１の回折光学素子２の先端曲面４
ｂの曲率半径はＲ−ｄ１、第２の回折光学素子３の先端
曲面５ｂの曲率半径はＲ＋ｄ２となる。上記先端部６
ｂ，７ｂを連ねた先端曲面４ｂ，５ｂ同士の光軸Ｏ上の
間隔をＤ１とする。
の溝底部６ｃ，７ｃを連ねた曲面４ａ，５ａ同士のみ
が、それらの形状が互いに等しい回折光学素子５１を示
す。ここでは曲率半径Ｒの曲面４ａ，５ａに回折格子
６，７を形成する場合を例にとり説明する。この場合、
図中、回折格子６，７の格子部６−１，７−１の先端部
６ｂ，７ｂを連ねた各先端曲面４ｂ，５ｂの曲率半径は
格子厚分は変わり、第１の回折光学素子２の先端曲面４
ｂの曲率半径はＲ−ｄ１、第２の回折光学素子３の先端
曲面５ｂの曲率半径はＲ＋ｄ２となる。上記先端部６
ｂ，７ｂを連ねた先端曲面４ｂ，５ｂ同士の光軸Ｏ上の
間隔をＤ１とする。
【００４７】ここで具体的な数値例として、曲率半径Ｒ
を１５０ｍｍ、格子有効径をφ１００ｍｍ、格子厚ｄ１
を９．５μｍ、格子厚ｄ２を６．９μｍ、間隔Ｄ１を３
μｍとした時の回折格子の周辺部での間隔は約２．０μ
ｍと、光軸上の中心部に比べて１．０μｍ程狭くなる。
この間隔の変動は格子厚のオーダーが数μmであること
を考えると無視できない量である。従って、この格子間
隔（ある格子部の先端部とこれと対向する他の格子部の
先端部との間隔）の場所による変動をなくすため、本実
施形態では図２及び図６に示したように、隣接する２つ
の回折格子６，７は各格子部６−１，７−１の先端部６
ｂ，７ｂを連ねた先端曲面９，１０の形状が実質的に等
しくしている（図６ではどちらの先端曲面も同じ曲率半
径Ｒ）としている。
を１５０ｍｍ、格子有効径をφ１００ｍｍ、格子厚ｄ１
を９．５μｍ、格子厚ｄ２を６．９μｍ、間隔Ｄ１を３
μｍとした時の回折格子の周辺部での間隔は約２．０μ
ｍと、光軸上の中心部に比べて１．０μｍ程狭くなる。
この間隔の変動は格子厚のオーダーが数μmであること
を考えると無視できない量である。従って、この格子間
隔（ある格子部の先端部とこれと対向する他の格子部の
先端部との間隔）の場所による変動をなくすため、本実
施形態では図２及び図６に示したように、隣接する２つ
の回折格子６，７は各格子部６−１，７−１の先端部６
ｂ，７ｂを連ねた先端曲面９，１０の形状が実質的に等
しくしている（図６ではどちらの先端曲面も同じ曲率半
径Ｒ）としている。
【００４８】図７に示すように、回折光学素子７０が第
１，第２，第３の３つの回折光学素子７１，７２，７３
から構成されるときには、素子７１の回折格子７１ａの
格子部７１ａ−１の先端部７１ｂを連ねた先端曲面７１
ｃと、素子７１に隣接する素子７２の回折格子７２ａの
格子部７２ａ−１の溝底部７２ｄを連ねた溝底曲面７２
ｃとを互いに曲率半径が等しい曲面（曲率半径Ｒ）とな
るようにしている。又、隣接する回折格子７２ａと回折
格子７３ａは、格子部７２ａ−１，７３ａ−１の先端７
２ｅ，７３ｂを連ねた先端曲面７２ｆ，７３ｃ同士が互
いに曲率半径が等しい面（曲率半径Ｒ−ｄ２）となるよ
うにしている。ここで、どの格子先端を連ねた曲面を基
準曲面とするかは特に限定はしない。
１，第２，第３の３つの回折光学素子７１，７２，７３
から構成されるときには、素子７１の回折格子７１ａの
格子部７１ａ−１の先端部７１ｂを連ねた先端曲面７１
ｃと、素子７１に隣接する素子７２の回折格子７２ａの
格子部７２ａ−１の溝底部７２ｄを連ねた溝底曲面７２
ｃとを互いに曲率半径が等しい曲面（曲率半径Ｒ）とな
るようにしている。又、隣接する回折格子７２ａと回折
格子７３ａは、格子部７２ａ−１，７３ａ−１の先端７
２ｅ，７３ｂを連ねた先端曲面７２ｆ，７３ｃ同士が互
いに曲率半径が等しい面（曲率半径Ｒ−ｄ２）となるよ
うにしている。ここで、どの格子先端を連ねた曲面を基
準曲面とするかは特に限定はしない。
【００４９】図８を用いて、隣接した回折格子６，７の
最も近接する格子部６−１，７−１の先端部６ｂ，７ｂ
を連ねた先端曲面９，１０が光軸Ｏ方向にＤ１だけ離れ
ている場合の、各回折格子６，７の格子ピッチとそれら
の先端曲面９，１０の面形状の決定の仕方について詳し
く説明する。
最も近接する格子部６−１，７−１の先端部６ｂ，７ｂ
を連ねた先端曲面９，１０が光軸Ｏ方向にＤ１だけ離れ
ている場合の、各回折格子６，７の格子ピッチとそれら
の先端曲面９，１０の面形状の決定の仕方について詳し
く説明する。
【００５０】所望の曲率半径Ｒを有する曲面１２を向い
合う格子先端部同士の間隔Ｄ１の中間位置に仮想的に配
置する。そして、各回折格子６，７の格子部の格子先端
部６ｂ，７ｂを連ねた先端曲面９，１０は同心円とし
て、第１の回折格子６の曲率半径はＲ＋Ｄ１／２、第２
の回折格子７の曲率半径はＲ−Ｄ１／２とする。
合う格子先端部同士の間隔Ｄ１の中間位置に仮想的に配
置する。そして、各回折格子６，７の格子部の格子先端
部６ｂ，７ｂを連ねた先端曲面９，１０は同心円とし
て、第１の回折格子６の曲率半径はＲ＋Ｄ１／２、第２
の回折格子７の曲率半径はＲ−Ｄ１／２とする。
【００５１】次に格子ピッチは、前述の仮想曲面Ｒ上
で、所望の回折条件を満足するように格子エッジ位置
（輪帯半径位置）を決定する。そして、図１、図２に示
すような同心円形状の回折光学素子の場合は、この位置
で仮想曲面Ｒに垂直に交わる円錐面を発生させ、この円
錐面が上記各格子部の山側の格子先端を連ねた先端曲面
９，１０と交差する位置を各回折光学素子の格子エッジ
位置とする。この構成は、基準曲面に垂直に交わる方向
で格子部同士の間隔を一定値Ｄ１に保ち、各格子部の格
子エッジ位置を一致させた構成である。一方、図１、図
２に示した実施例の、２つの隣接する格子部７−１，７
−２の近接する格子先端を同じ格子ピッチ分布とし、且
つ各格子部の格子先端を連ねた先端曲面９，１０を同じ
曲面とする構成は、光軸Ｏ方向で格子部同士の間隔を一
定値Ｄ１に保ち、各格子部の格子エッジ位置を一致させ
る構成である。厳密には、図８で示した構成とするのが
よいが、格子間隔Ｄ１が１〜３μｍと小さな時は、両者
に大きな差はなくなり、製造上の容易さから図２で示さ
れた構成にすることが好ましい。
で、所望の回折条件を満足するように格子エッジ位置
（輪帯半径位置）を決定する。そして、図１、図２に示
すような同心円形状の回折光学素子の場合は、この位置
で仮想曲面Ｒに垂直に交わる円錐面を発生させ、この円
錐面が上記各格子部の山側の格子先端を連ねた先端曲面
９，１０と交差する位置を各回折光学素子の格子エッジ
位置とする。この構成は、基準曲面に垂直に交わる方向
で格子部同士の間隔を一定値Ｄ１に保ち、各格子部の格
子エッジ位置を一致させた構成である。一方、図１、図
２に示した実施例の、２つの隣接する格子部７−１，７
−２の近接する格子先端を同じ格子ピッチ分布とし、且
つ各格子部の格子先端を連ねた先端曲面９，１０を同じ
曲面とする構成は、光軸Ｏ方向で格子部同士の間隔を一
定値Ｄ１に保ち、各格子部の格子エッジ位置を一致させ
る構成である。厳密には、図８で示した構成とするのが
よいが、格子間隔Ｄ１が１〜３μｍと小さな時は、両者
に大きな差はなくなり、製造上の容易さから図２で示さ
れた構成にすることが好ましい。
【００５２】次に各回折格子のエッジ形状について説明
する。図９に示すように、格子エッジ部１１ａ，１１ｂ
が格子面６ａとなす角度βが、前記先端曲面９と格子先
端６ｂが交わる点での面法線１１ｃと格子面６ａがなす
角度αと同一（図中エッジ部１１ａ）か、より鈍角（図
中エッジ部１１ｂ）となるように、即ち、α≦βとなる
ようにしている。
する。図９に示すように、格子エッジ部１１ａ，１１ｂ
が格子面６ａとなす角度βが、前記先端曲面９と格子先
端６ｂが交わる点での面法線１１ｃと格子面６ａがなす
角度αと同一（図中エッジ部１１ａ）か、より鈍角（図
中エッジ部１１ｂ）となるように、即ち、α≦βとなる
ようにしている。
【００５３】通常、回折光学素子は生産性を考え、型を
用いてプラスチック成形や紫外線硬化樹脂成形などで作
製することが多い。曲面形状を有する成形品は、一般
に、曲面の面垂線方向に収縮すると言われており、この
ことから、格子部を離型よく成形するために、前述した
ような格子エッジ部１１ａ，１１ｂを形成することが好
ましい。
用いてプラスチック成形や紫外線硬化樹脂成形などで作
製することが多い。曲面形状を有する成形品は、一般
に、曲面の面垂線方向に収縮すると言われており、この
ことから、格子部を離型よく成形するために、前述した
ような格子エッジ部１１ａ，１１ｂを形成することが好
ましい。
【００５４】次に各回折格子の格子厚ｄ１（ｄ２）につ
いて説明する。本発明の実施形態では、図９に示すよう
に格子部の先端を連ねた先端曲面９，（１０）と格子先
端６ｂ（７ｂ）が交わる位置での面法線１１ｃ方向の格
子厚み成分が一定となるようにしている。即ち、格子エ
ッジ部１１ａ，１１ｂの各格子先端位置での先端曲面の
面法線方向成分の長さが一定となるようにしている。
いて説明する。本発明の実施形態では、図９に示すよう
に格子部の先端を連ねた先端曲面９，（１０）と格子先
端６ｂ（７ｂ）が交わる位置での面法線１１ｃ方向の格
子厚み成分が一定となるようにしている。即ち、格子エ
ッジ部１１ａ，１１ｂの各格子先端位置での先端曲面の
面法線方向成分の長さが一定となるようにしている。
【００５５】図１０に、比較例として光軸Ｏに平行な格
子厚が一定となる回折格子の断面形状を示す。これは、
図１０に示す断面形状は、回折光学素子に入射する光束
が光軸Ｏに概平行に入射する場合の最適な回折効率が得
られる格子条件である。しかしこの場合、前述の成形性
を考えて格子エッジ部１１ａ，１１ｂを基準曲面Ｒに垂
直に形成すると、平行光束のうち図中Ａ１，Ａ２で示さ
れた光束は、格子エッジ部１１ａ，１１ｂへ入射し、所
望の回折方向に回折しない不要光束となってしまう。従
ってこの不要回折光の影響を少なくするには、光束が基
準曲面にほぼ垂直に入射するように回折光学素子を使用
することが好ましい。この時、入射光束に対して回折光
学素子が与える位相差は、光束が通過する光学光路長差
から与えられる。
子厚が一定となる回折格子の断面形状を示す。これは、
図１０に示す断面形状は、回折光学素子に入射する光束
が光軸Ｏに概平行に入射する場合の最適な回折効率が得
られる格子条件である。しかしこの場合、前述の成形性
を考えて格子エッジ部１１ａ，１１ｂを基準曲面Ｒに垂
直に形成すると、平行光束のうち図中Ａ１，Ａ２で示さ
れた光束は、格子エッジ部１１ａ，１１ｂへ入射し、所
望の回折方向に回折しない不要光束となってしまう。従
ってこの不要回折光の影響を少なくするには、光束が基
準曲面にほぼ垂直に入射するように回折光学素子を使用
することが好ましい。この時、入射光束に対して回折光
学素子が与える位相差は、光束が通過する光学光路長差
から与えられる。
【００５６】このことから、図中、エッジ部１１ａの光
軸Ｏ方向の長さ（ａｂ）が格子厚ｄａｂとなり、これは
所望の格子厚ｄ１に比べて薄い格子厚になっていること
は図から明らかである。そのため、図９に示す本発明の
ように、格子部の先端を連ねた面９（１０）と格子先端
が交わる位置での面法線１１ｃ方向の格子厚み成分が一
定となるようにすることで、格子エッジの影響が少ない
回折光学素子の使用に於いて、最適な回折効率を得てい
る。
軸Ｏ方向の長さ（ａｂ）が格子厚ｄａｂとなり、これは
所望の格子厚ｄ１に比べて薄い格子厚になっていること
は図から明らかである。そのため、図９に示す本発明の
ように、格子部の先端を連ねた面９（１０）と格子先端
が交わる位置での面法線１１ｃ方向の格子厚み成分が一
定となるようにすることで、格子エッジの影響が少ない
回折光学素子の使用に於いて、最適な回折効率を得てい
る。
【００５７】図３に本発明の実施形態の回折光学素子に
先端曲面垂線方向から入射した光束の設計次数の回折光
の回折効率と、図１０に示した回折光学素子に光軸Ｏ方
向から入射した光束の設計次数の回折光の回折効率を示
す。ここで、格子ピッチは７０μｍ、基準曲面の面法線
と光軸のなす角は５°とし、第１の回折光学素子２の回
折格子６の材質は紫外線硬化樹脂（nd=1.635、νd=23.
0）、第２の回折光学素子３の回折格子７ の材質は大
日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂Ｃ００１
（nd=1.524、νd=50.8）、とする。また各格子厚は夫々
の構成に於いて格子厚ｄ１が６．９μm、格子厚ｄ２が
９．5μmを満足するような形状とする。図中実線が本
発明の実施形態の回折光学素子、点線が図１０の構成
の回折光学素子である。
先端曲面垂線方向から入射した光束の設計次数の回折光
の回折効率と、図１０に示した回折光学素子に光軸Ｏ方
向から入射した光束の設計次数の回折光の回折効率を示
す。ここで、格子ピッチは７０μｍ、基準曲面の面法線
と光軸のなす角は５°とし、第１の回折光学素子２の回
折格子６の材質は紫外線硬化樹脂（nd=1.635、νd=23.
0）、第２の回折光学素子３の回折格子７ の材質は大
日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂Ｃ００１
（nd=1.524、νd=50.8）、とする。また各格子厚は夫々
の構成に於いて格子厚ｄ１が６．９μm、格子厚ｄ２が
９．5μmを満足するような形状とする。図中実線が本
発明の実施形態の回折光学素子、点線が図１０の構成
の回折光学素子である。
【００５８】この図３から、本発明の実施形態の回折光
学素子の回折効率が高く、しかも図２２に示した平面上
に形成された積層構造の回折光学素子と同等の性能が得
られていることがわかる。
学素子の回折効率が高く、しかも図２２に示した平面上
に形成された積層構造の回折光学素子と同等の性能が得
られていることがわかる。
【００５９】以上の説明は、曲面が球面となる回折光学
素子について行ったが、本発明は図１１に示す１次元格
子や先端曲面が非球面や、シリンドリカル面、トーリッ
ク面など、任意の面に適用できる。
素子について行ったが、本発明は図１１に示す１次元格
子や先端曲面が非球面や、シリンドリカル面、トーリッ
ク面など、任意の面に適用できる。
【００６０】図１２は本発明の回折光学素子の実施形態
２の要部概略図である。
２の要部概略図である。
【００６１】前記実施形態１では、第１、第２の２つの
回折光学素子を近接して配置する構成となっていた。こ
こで２つの回折光学素子の相対的な位置はかなり精度良
く合せられる必要がある。そこで、実施形態２では図１
２に示すように回折光学素子２，３の回折格子が存在し
ない非格子領域１３で２つの回折光学素子２，３を接着
する構成をとる。
回折光学素子を近接して配置する構成となっていた。こ
こで２つの回折光学素子の相対的な位置はかなり精度良
く合せられる必要がある。そこで、実施形態２では図１
２に示すように回折光学素子２，３の回折格子が存在し
ない非格子領域１３で２つの回折光学素子２，３を接着
する構成をとる。
【００６２】このような構成にすることで、接着までを
クリーンルームなどのゴミの少ない環境で組み立てれ
ば、格子面にゴミの付着は大幅に低減できる。また接着
後は格子面に触れることはなくなるので、回折光学素子
１を他の光学系に組込む際の作業性についても大幅に改
善される。
クリーンルームなどのゴミの少ない環境で組み立てれ
ば、格子面にゴミの付着は大幅に低減できる。また接着
後は格子面に触れることはなくなるので、回折光学素子
１を他の光学系に組込む際の作業性についても大幅に改
善される。
【００６３】図１３は本発明の回折光学素子の実施形態
３の要部概略図である。
３の要部概略図である。
【００６４】前記実施形態１，２の回折光学素子は、２
つの回折格子を近接して配置する構成となっている。実
施形態２において２つの回折格子間の相対位置は３次元
的に誤差を生じる場合がある。そこで実施形態３では図
１３に示すように非格子領域１３に格子部の高さ方向の
間隔を規制する箇所１４を設けることで、格子部の深さ
方向の相対間隔を精度良く出している。
つの回折格子を近接して配置する構成となっている。実
施形態２において２つの回折格子間の相対位置は３次元
的に誤差を生じる場合がある。そこで実施形態３では図
１３に示すように非格子領域１３に格子部の高さ方向の
間隔を規制する箇所１４を設けることで、格子部の深さ
方向の相対間隔を精度良く出している。
【００６５】このような構成により回折格子同士の位置
合せが図中ｘｙ方向のみの位置合わせを行うことで良く
なり作業性は大幅に改善される。また、位置合わせ中に
回折格子同士が干渉し格子先端が変形するなどの問題も
なくなる。なお、本実施形態の格子部の高さ規制箇所１
４は、回折格子６，７を作成するときに回折格子６，７
と同じ材料で一体的に製造すれば、精度、コストともに
好ましい。さらに、図１、図１２、図１３に示すように
基板がレンズ形状を有する場合には、位置合わせ調整時
に２つのレンズの相対的な偏心が相殺されるような調整
を実施すれば、透過光学偏心の少ない良好な性能の回折
光学素子を提供できる。
合せが図中ｘｙ方向のみの位置合わせを行うことで良く
なり作業性は大幅に改善される。また、位置合わせ中に
回折格子同士が干渉し格子先端が変形するなどの問題も
なくなる。なお、本実施形態の格子部の高さ規制箇所１
４は、回折格子６，７を作成するときに回折格子６，７
と同じ材料で一体的に製造すれば、精度、コストともに
好ましい。さらに、図１、図１２、図１３に示すように
基板がレンズ形状を有する場合には、位置合わせ調整時
に２つのレンズの相対的な偏心が相殺されるような調整
を実施すれば、透過光学偏心の少ない良好な性能の回折
光学素子を提供できる。
【００６６】次に本発明の回折光学素子の実施形態４に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００６７】前記各実施形態の回折光学素子は基板と回
折格子を形成する材料が異なっていたがこれに限定する
ものではなく、回折格子を形成する材料を基板と同じ材
料で構成し基板と一体で製造してもよい。
折格子を形成する材料が異なっていたがこれに限定する
ものではなく、回折格子を形成する材料を基板と同じ材
料で構成し基板と一体で製造してもよい。
【００６８】このような構成にすることで、基板外径と
回折格子中心の位置が精度良くあわせられる。或いは基
板がレンズ形状を有する場合は、基板レンズの芯と格子
中心を良子に合せることが可能になる。従って、本発明
の回折光学素子を他のレンズに組込む際の光軸合せ精度
が向上し、素子が偏心することによって生じる結像性能
等の収差の劣化は大幅に低減できる。
回折格子中心の位置が精度良くあわせられる。或いは基
板がレンズ形状を有する場合は、基板レンズの芯と格子
中心を良子に合せることが可能になる。従って、本発明
の回折光学素子を他のレンズに組込む際の光軸合せ精度
が向上し、素子が偏心することによって生じる結像性能
等の収差の劣化は大幅に低減できる。
【００６９】図１４に係る本発明の回折光学素子を用い
た光学系の要部概略図である。
た光学系の要部概略図である。
【００７０】図１４はカメラ等の撮影光学系の断面を示
したものであり、同図中１０１は撮影レンズで、内部に
絞り１０２と前述したいくつかの回折光学素子１のいず
れかを持つ。１０３は結像面であるフィルムまたはＣＣ
Ｄである。
したものであり、同図中１０１は撮影レンズで、内部に
絞り１０２と前述したいくつかの回折光学素子１のいず
れかを持つ。１０３は結像面であるフィルムまたはＣＣ
Ｄである。
【００７１】本発明に係る回折光学素子を用いること
で、回折効率の波長依存性は大幅に改善されているの
で、フレアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な
撮影レンズが得られる。またこの回折光学素子は、簡単
な製法で作成できるので、撮影光学系としては量産性に
優れた安価な光学系を提供できる。
で、回折効率の波長依存性は大幅に改善されているの
で、フレアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な
撮影レンズが得られる。またこの回折光学素子は、簡単
な製法で作成できるので、撮影光学系としては量産性に
優れた安価な光学系を提供できる。
【００７２】図１４では前玉のレンズの貼り合せ面に本
発明の回折光学素子１を設けたが、これに限定するもの
ではなく、レンズ表面に設けても良いし、撮影レンズ内
に複数、本発明の回折光学素子を使用しても良い。
発明の回折光学素子１を設けたが、これに限定するもの
ではなく、レンズ表面に設けても良いし、撮影レンズ内
に複数、本発明の回折光学素子を使用しても良い。
【００７３】また、本実施形態では、カメラの撮影レン
ズの場合を示したが、これ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など、広波長域で
使用される種々の結像光学系に使用しても、同様の効果
が得られる。
ズの場合を示したが、これ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など、広波長域で
使用される種々の結像光学系に使用しても、同様の効果
が得られる。
【００７４】図１５は本発明に係る回折光学素子を用い
た光学系の要部概略図である。
た光学系の要部概略図である。
【００７５】図１５は、双眼鏡等の観察光学系の断面を
示したものであり、図中、１は前記各実施形態のいずれ
かの回折光学素子を含む対物レンズ、１０４は像を成立
させるためのポロプリズム等の像反転手段であり、同図
では簡単の為にガラスブロックで示している。１０５は
接眼レンズ、１０６は評価面（瞳面）である。回折光学
素子１は対物レンズの結像面１０３での色収差等を補正
する目的で形成されている。
示したものであり、図中、１は前記各実施形態のいずれ
かの回折光学素子を含む対物レンズ、１０４は像を成立
させるためのポロプリズム等の像反転手段であり、同図
では簡単の為にガラスブロックで示している。１０５は
接眼レンズ、１０６は評価面（瞳面）である。回折光学
素子１は対物レンズの結像面１０３での色収差等を補正
する目的で形成されている。
【００７６】本発明に係る回折光学素子を用いること
で、回折効率の波長依存性は大幅に改善されているの
で、フレアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な
対物レンズが得られる。また本発明の回折光学素子は、
簡単な製法で作成できるので、観察光学系としては量産
性に優れた安価な光学系を提供できる。
で、回折効率の波長依存性は大幅に改善されているの
で、フレアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な
対物レンズが得られる。また本発明の回折光学素子は、
簡単な製法で作成できるので、観察光学系としては量産
性に優れた安価な光学系を提供できる。
【００７７】本実施形態では、対物レンズ部に回折光学
素子を形成した場合を示したが、これに限定するもので
はなく、プリズム表面や接眼レンズ内の位置であっても
同様の効果が得られる。しかしながら、結像面より物体
側に設けることで対物レンズのみでの色収差低減効果が
あるため、肉眼の観察系の場合すくなくとも対物レンズ
側に設けることが望ましい。
素子を形成した場合を示したが、これに限定するもので
はなく、プリズム表面や接眼レンズ内の位置であっても
同様の効果が得られる。しかしながら、結像面より物体
側に設けることで対物レンズのみでの色収差低減効果が
あるため、肉眼の観察系の場合すくなくとも対物レンズ
側に設けることが望ましい。
【００７８】また本実施形態の光学系は、双眼鏡の場合
を示したが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や
天体観測用望遠鏡などの光学系であってもよく、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
ァインダーの如き光学系であっても本発明を適用して双
眼鏡の場合と同様の効果が得られる。
を示したが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や
天体観測用望遠鏡などの光学系であってもよく、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
ァインダーの如き光学系であっても本発明を適用して双
眼鏡の場合と同様の効果が得られる。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、使用波長領域全域で高
い回折効率を有し、光学系の一部に用いたときでも画角
によって回折効率の変化が少なく良好なる光学性能が容
易に得られる回折光学素子及びそれを用いた光学系を達
成することができる。
い回折効率を有し、光学系の一部に用いたときでも画角
によって回折効率の変化が少なく良好なる光学性能が容
易に得られる回折光学素子及びそれを用いた光学系を達
成することができる。
【００８０】
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【図１】 本発明の実施形態１の回折光学素子の要部概
略図
略図
【図２】 本発明の実施形態１の回折格子の要部断面図
【図３】 本発明の実施形態１の回折光学素子の回折効
率の説明図
率の説明図
【図４】 格子ピッチの説明図
【図５】 回折格子の格子先端の曲面形状の説明図
【図６】 回折格子の格子先端の曲面形状の説明図
【図７】 回折格子の格子先端の曲面形状の説明図
【図８】 回折格子の格子ピッチと曲面形状の説明図
【図９】 格子エッジ形状の説明図
【図１０】 格子厚の説明図
【図１１】 本発明の実施形態１の１次元の回折光学素
子の説明図
子の説明図
【図１２】 本発明の実施形態２の回折光学素子の要部
概略図
概略図
【図１３】 本発明の実施形態３の回折光学素子の要部
概略図
概略図
【図１４】 本発明の実施形態４の撮影光学系
【図１５】 本発明の実施形態５の観察光学系
【図１６】 従来例の回折光学素子の格子形状（三角波
形状）の説明図
形状）の説明図
【図１７】 従来例の回折光学素子の回折効率の説明図
【図１８】 従来例の積層型の回折光学素子の回折格子
の断面形状の説明図
の断面形状の説明図
【図１９】 従来例の積層型の回折光学素子の回折効率
の説明図
の説明図
【図２０】 従来例の積層型の回折光学素子の回折格子
の断面形状の説明図
の断面形状の説明図
【図２１】 従来の平板上に形成された回折光学素子の
回折格子の断面形状の説明図
回折格子の断面形状の説明図
【図２２】 従来の平板上に形成された回折光学素子の
回折効率の説明図
回折効率の説明図
１、回折光学素子
２、第１の回折光学素子
３、第２の回折光学素子
４，５、回折光学素子の基板部
６，７、回折格子
８、空気層
９，１０、格子先端曲面
１１、格子エッジ部
１２、仮想曲面
１３、接着層
１４、格子高さ規制部
１０１、撮影レンズ
１０２、絞り
１０３、結像面
１０４、像反転プリズム
１０５、接眼レンズ
１０６、評価面（瞳面）
６−１，７−１、格子部
６ａ，７ａ、格子面
６ｂ，７ｂ、先端部
７２ｄ、溝底部
７２ｃ、溝底曲面
７２ｅ，７３ｂ、先端部
７１ａ，７２ａ，７３ａ、回折格子
７１ｃ，７２ｄ，７３ｃ、先端曲面
１１ａ，１１ｂ、格子エッジ部
Ｏ、光軸
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/18
Claims (16)
- 【請求項１】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
前記複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回
折格子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格
子は、各格子部の先端部を連ねた先端曲面の形状が互い
に等しいことを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項２】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
前記複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回
折格子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格
子のうち、一方の回折格子の格子部の先端部を連ねた先
端曲面の形状と、他方の回折格子の格子部の溝底部を連
ねた溝底曲面の形状が互いに等しいことを特徴とする回
折光学素子。 - 【請求項３】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
前記複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回
折格子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格
子は、対向する格子部の先端部を結んだ線が光軸と概平
行となっていることを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項４】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
該複数の回折格子のうち隣接する２つの回折格子は格子
部の格子エッジと格子部の格子面とのなす角度をβ、該
格子部の先端部を連ねた先端曲面と該端部が交わる位置
での当該先端曲面の面法線に対する該格子面がなす角を
αとしたとき、 α≦β を満足することを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項５】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
該回折格子の格子部は、該格子部の先端部を連ねた先端
曲面と該先端部が交わる位置での当該先端曲面の面法線
に平行な方向の長さが一定であることを特徴とする回折
光学素子。 - 【請求項６】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
前記複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回
折格子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格
子は、各格子部の先端部を連ねた先端曲面の曲率中心が
互いに一致していることを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項７】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
らなる複数の回折格子を積層し、使用波長領域で特定次
数の回折光の回折効率を高めた回折光学素子において、
前記複数の回折格子のうち隣接する少なくとも２つの回
折格子は曲面上に形成され、この隣接する２つの回折格
子の格子間隔が等しいことを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項８】 前記各回折格子の非格子領域で前記各回
折格子が形成された基板同士が接合されていることを特
徴とする請求項１から７のいずれか１項の回折光学素
子。 - 【請求項９】 前記積層される回折格子の少なくとも１
つは格子部の格子形状の向きがそれとは異なる少なくと
も１つの回折格子を有することを特徴とする請求項１か
ら８のいずれか１項の回折光学素子。 - 【請求項１０】 使用波長領域が可視域であることを特
徴とする請求項１から９のいずれか１項の回折光学素
子。 - 【請求項１１】 前記複数の回折格子のうち少なくとも
１つは、前記回折格子を形成する材質と該回折格子を設
けた基板が同材質であることを特徴とする請求項１から
１０のいずれか１項の回折光学素子。 - 【請求項１２】 前記基板がレンズ作用を有することを
特徴とする請求項１１の回折光学素子。 - 【請求項１３】 前記回折光学素子は貼り合せレンズの
貼り合せ面に形成したことを特徴とする請求項１から１
１のいずれか１項の回折光学素子。 - 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１項記載
の回折光学素子を用いたことを特徴とする光学系。 - 【請求項１５】 前記光学系は、結像光学系であること
を特徴とする請求項１４記載の光学系。 - 【請求項１６】 前記光学系は、観察光学系であること
を特徴とする請求項１４記載の光学系。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21337499A JP3530776B2 (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
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| DE60035834T DE60035834T2 (de) | 1999-07-28 | 2000-07-27 | Diffraktives optisches Element |
| EP00306401A EP1072906B1 (en) | 1999-07-28 | 2000-07-27 | Diffraction optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21337499A JP3530776B2 (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001042112A JP2001042112A (ja) | 2001-02-16 |
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Family
ID=16638141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21337499A Expired - Fee Related JP3530776B2 (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
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| EP (1) | EP1072906B1 (ja) |
| JP (1) | JP3530776B2 (ja) |
| DE (1) | DE60035834T2 (ja) |
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| DE10322238B4 (de) | 2003-05-17 | 2007-10-31 | Carl Zeiss Smt Ag | Diffraktives optisches Element sowie Projektionsobjektiv mit einem solchen Element |
| DE10322239B4 (de) | 2003-05-17 | 2011-06-30 | Carl Zeiss SMT GmbH, 73447 | Geblazetes diffraktives optisches Element sowie Projektionsobjektiv mit einem solchen Element |
| DE602004030335D1 (de) * | 2003-06-19 | 2011-01-13 | Nippon Kogaku Kk | Optisches element |
| JP4387855B2 (ja) | 2004-04-01 | 2009-12-24 | キヤノン株式会社 | 光学系 |
| DE102005036633A1 (de) * | 2005-08-04 | 2007-06-21 | Carl Zeiss Ag | Achromatisches diffraktives optisches Element sowie Verfahren zum Entwerfen eines solchen |
| DE102006061066B4 (de) * | 2006-12-22 | 2021-02-25 | Carl Zeiss Ag | Diffraktiv-optische Elemente-Anordnung |
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| JP2012083382A (ja) * | 2010-10-06 | 2012-04-26 | Canon Inc | 回折光学素子、光学系および光学機器 |
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| WO2013118499A1 (ja) | 2012-02-09 | 2013-08-15 | 株式会社メニコン | 多焦点眼用レンズとその製造方法 |
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