JP3617584B2 - 回折光学素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子に関するものであり、更に詳しくは、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する光学素子が、特開平７−７７６０６号公報に開示されている。この回折光学素子は、装置の組み立てを簡素化するために、回折格子と撮像素子との間の空間に低屈折率材料が充填された構造をとっている。回折格子は、ローパスフィルター効果を得るために複数の次数光が発生する設計になっており、そのため格子形状は矩形形状（バイレベル）となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例では、回折格子によるレンズ作用が得られない。また、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子においては、波長によらずただ一つの次数光が発生する設計でなければならない。設計波長以外で回折効率が低下すると、ゴーストが発生するからである。このため、格子形状は階段状（マルチレベル）又はのこぎり刃状（ブレーズ）であるのが望ましい。しかし、これらの格子形状を有する回折光学素子は製造が困難である。
【０００４】
高い回折効率を波長に対して比較的フラットに得るために、ガラス（ＳＳＫ３）とポリスチレンとを組み合わせた回折光学素子が、文献：Ｓｔｅｖｅｎ Ｍ．Ｅｂｓｔｅｉｎ ”Ｎｅａｒｌｙ ｉｎｄｅｘ−ｍａｔｃｈｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ，ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ，ａｎｄ ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ−ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ”（ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ／Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１８／Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １５，１９９６）で提案されている。しかし、製造容易な構成を有する回折光学素子についての開示はない。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、設計次数での回折効率が波長によらず高く、かつ、製造容易な回折光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の回折光学素子は、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子であって、一方の光学材料を第１光学材料とし他方の光学材料を第２光学材料とすると、第１，第２光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする。
｜ k − k' ｜＜ 0.024
｜ nd − n'd ｜＞ 0.035
ただし、
k ： ( ν d ／ν DOE −１ ) × (nF − nC) で表される第１光学材料の値，
ν d ：第１光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 ) ，
ν DOE ：回折光学効果による分散値 (=-3.45) ，
nF − nC ：第１光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差 ( 主分散 ) ，
k' ： ( ν 'd ／ν DOE −１ ) × (n'F − n'C) で表される第２光学材料の値，
ν 'd ：第２光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 ) ，
n'F − n'C ：第２光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差 ( 主分散 ) ，
nd ：第１光学材料のｄ線に対する屈折率，
n'd ：第２光学材料のｄ線に対する屈折率
である。
【０００７】
第２の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第１光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする。
ν d ＞ 60
ただし、
ν d ：第１光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 )
である。
【０００８】
第３の発明の回折光学素子は、上記第１又は第２の発明において、前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第２光学材料の空気に接する面が凹形状であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が浸し又は流しによって前記回折格子面上に塗布された樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた液体であることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた弾性を有する樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有する相対的に高融点の樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた相対的に低融点の樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した回折光学素子を、図面を参照しつつ説明する。いずれの実施の形態も、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子である。各実施の形態において、２種類の光学材料のうちの一方の光学材料を第１光学材料１とし、他方の光学材料を第２光学材料２とする。また、回折格子面をＤＳとする。
【００１５】
《紫外線硬化樹脂を用いた実施の形態（図１）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳ上に設けられた紫外線硬化樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、第２光学材料２となる液化状態の紫外線硬化樹脂を回折格子面ＤＳ上に塗布し、図１に示すように金型Ｍ内にセットする。第１光学材料１側から回折格子面ＤＳに向けて紫外線Ｌを照射して紫外線硬化樹脂を硬化させると、硬化した紫外線硬化樹脂から成る第２光学材料２と第１光学材料１との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。
【００１６】
《樹脂が塗布された実施の形態（図２）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が浸し又は流しによって回折格子面ＤＳ上に塗布された樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図２に示すように、第１光学材料１を回折格子の光軸を中心として回転させながら、第２光学材料２となる液化状態の樹脂を回折格子面ＤＳ上に滴下する。液化状態の樹脂を乾燥させると、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。
【００１７】
《液体を用いた実施の形態（図３，図４）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳと接するように設けられた液体である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図３（Ａ）に示すように、第２光学材料２である液体を液体保持ケース３内に充填し、第１光学材料１で液体保持ケース３を密閉する。第２光学材料２である液体は第１光学材料１の回折格子面ＤＳと接するため、図３（Ｂ）の拡大図で示すように、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。２個の第１光学材料１を用いれば、図４に示すように２枚の回折格子面ＤＳを有する回折光学素子を得ることができる。この回折光学素子は、回折格子面ＤＳが向かい合うように２個の第１光学材料１を液体保持ケース４内に配置して、その間の空間に液体である第２光学材料２を充填した構成となっている。
【００１８】
《弾性樹脂を用いた実施の形態（図５，図６）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳと接するように設けられた弾性を有する樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図５（Ａ）に示すように、第２光学材料２である弾性樹脂を加圧保持ケース５内に入れて、第２光学材料２が回折格子面ＤＳに圧着するように、第１光学材料１で加圧保持ケース５を密閉する。第２光学材料２である弾性樹脂は第１光学材料１の回折格子面ＤＳと接するため、図５（Ｂ）の拡大図で示すように、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。２個の第１光学材料１を用いれば、図６に示すように２枚の回折格子面ＤＳを有する回折光学素子を得ることができる。この回折光学素子は、回折格子面ＤＳが向かい合うように２個の第１光学材料１を加圧保持ケース６内に配置して、その間の空間に弾性樹脂である第２光学材料２を入れて、２個の第１光学材料１で挟み込んだ構成となっている。
【００１９】
《融点の異なる樹脂を用いた実施の形態（図７）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有する相対的に高融点の樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳ上に設けられた相対的に低融点の樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の成形を行う。第１光学材料１の成形は、金型Ｍ内に第１光学材料１である高融点樹脂を入れて溶融状態とし、図７（Ａ）に示すように回折格子面ＤＳを成型する金型Ｍ１で第１光学材料１をプレスすることにより行う。第１光学材料１の表面に形成される回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。金型Ｍ，Ｍ１の温度が第２光学材料２である低融点樹脂の融点温度程度まで低下したら、金型Ｍから金型Ｍ１を取り外す。そして、図７（Ｂ）に示すように第２光学材料２である低融点樹脂を充填し、金型Ｍ２で第２光学材料２をプレスする。第１，第２光学材料１，２の温度が常温まで低下すると、一体化した第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。このように、高融点樹脂が固まった状態で低融点樹脂が投入されるため、回折格子面ＤＳの形状を保持しながら２種類の樹脂を接合することができる。
【００２０】
《分散の異なる樹脂を用いた実施の形態》
ここでは、分散の異なる第１，第２光学材料１，２を用いた回折光学素子を説明する。ブレーズ形状を有する回折光学素子の任意波長λでの回折効率ηは、次の式▲１▼で表される。
η＝ｓｉｎｃ２（α−１） …▲１▼
ただし、
α＝ｈ×｛ｎ（λ）−ｎ’（λ）｝／λ，
ｈ：λ０／｛ｎ（λ０）−ｎ’（λ０）｝で表される格子高さ（ブレーズ高さ），
ｎ（λ）：第１光学材料１の任意波長λの光に対する屈折率，
ｎ’（λ）：第２光学材料２の任意波長λの光に対する屈折率，
λ０：回折格子（ブレーズ）の設計波長
ｎ（λ０）：第１光学材料１の設計波長λ０の光に対する屈折率，
ｎ’（λ０）：第２光学材料２の設計波長λ０の光に対する屈折率
である。
【００２１】
Ｆ線でのαをαＦとすると、αＦ＝ｈ×（ｎＦ−ｎ’Ｆ）／λＦである（ただし、λＦ：Ｆ線の波長，ｎＦ：第１光学材料１の波長λＦの光に対する屈折率，ｎ’Ｆ：第２光学材料２の波長λＦの光に対する屈折率である。）。また、Ｃ線でのαをαＣとすると、αＣ＝ｈ×（ｎＣ−ｎ’Ｃ）／λＣである（ただし、λＣ：Ｃ線の波長，ｎＣ：第１光学材料１の波長λＣの光に対する屈折率，ｎ’Ｃ：第２光学材料２の波長λＣの光に対する屈折率である。）。したがって、次の式▲２▼が成り立つ。
αＦ×λＦ−αＣ×λＣ＝ｈ×｛（ｎＦ−ｎＣ）−（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）｝ …▲２▼
【００２２】
上式▲２▼について、ブレーズの設計波長λ０をｄ線の波長とし、αが波長によらず一定値１をとるとすると、式▲２▼は次の式▲３▼となる（ただし、λｄ：ｄ線の波長，ｎｄ：第１光学材料１の波長λｄの光に対する屈折率，ｎ’ｄ：第２光学材料２の波長λｄの光に対する屈折率である。）。
（ｎｄ−ｎ’ｄ）／νＤＯＥ＝（ｎＦ−ｎＣ）−（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ） …▲３▼
ただし、
νＤＯＥ＝λｄ／（λＦ−λＣ）＝−３．４５
である。
【００２３】
第１光学材料１の分散値（アッベ数）をνｄとし、第２光学材料２の分散値（アッベ数）をν’ｄとして上式▲３▼を整理すると、次の式▲４▼が得られる。
（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）＝（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ） …▲４▼
この式▲４▼は、Ｆ線，Ｃ線で回折効率１を与える条件であるが、回折効率がＦ線，Ｃ線で１とならない場合には、
（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）≠（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）
であり、任意の２種類の材料（すなわち、第１，第２光学材料１，２）について、
ｋ＝（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ），
ｋ’＝（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）
とすると、｜ｋ−ｋ’｜の値が小さいほど、Ｆ線，Ｃ線で回折効率が高くなることを示す。
【００２４】
したがって、次の条件式（１）を満たすことが望ましく、条件式（１）を満たす第１，第２光学材料１，２の組み合わせであれば、波長に対して比較的フラットで高効率な回折光学素子を得ることが可能となる。
｜ｋ−ｋ’｜＜０．０２４ …（１）
ただし、
ｋ：（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）で表される第１光学材料の値，
νｄ：第１光学材料のｄ線に対する分散値（アッベ数），
νＤＯＥ：回折光学効果による分散値（＝−３．４５），
ｎＦ−ｎＣ：第１光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差（主分散），
ｋ’：（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）で表される第２光学材料の値，
ν’ｄ：第２光学材料のｄ線に対する分散値（アッベ数），
ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ：第２光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差（主分散）
である。
【００２５】
次に、単レンズに回折格子面を有することにより色補正を行う光学系を考える。回折格子面の格子ピッチは、回折光学素子のパワーに逆比例し、また、半径に逆比例する。したがって、有効径の最外周が最小ピッチとなる。以上より最外周での格子ピッチｄｍｉｎは、次の式▲５▼で表される。
ただし、
Ｆ：単レンズのＦナンバー，
ｒａｔｉｏ：単レンズ全パワーに対する回折光学素子によるパワーの比
である。
【００２６】
また、回折格子の格子高さｈは式▲６▼で表される。
ｈ＝λ０／Δｎ０ …▲６▼
ただし、
Δｎ０：回折格子面の入射，出射媒質の設計波長λ０についての屈折率差（＝｜ｎ０−ｎ’０｜）
である。
【００２７】
単レンズの色収差がとれている場合、パワー比ｒａｔｉｏは次の式▲７▼で表されるので、ブレーズの最大勾配（ｈ／ｄｍｉｎ）は次の式▲８▼で表される。式▲７▼のサンプルとして、Ｆ＝４についての最大勾配（°）を表１に示す。ただし、Δｎｄ＝｜ｎｄ−ｎ’ｄ｜である。
【００２８】
【表１】
【００２９】
ダイヤモンドバイトで回折格子を作製する場合、バイト刃先の耐摩耗性を考慮した格子の勾配は１０°程度までが望ましい。したがって、ダイヤモンドターニングでの作製を前提とするならば、以下の式（２）で示すようにνｄは６０よりも大きいことが望ましい。
νｄ＞６０ …（２）
【００３０】
また、以下の式（３）で示すように、Δｎｄは０．０３５よりも大きいことが望ましい。更に望ましくは０．０４以上、更には０．０５以上が望ましい。
｜ｎｄ−ｎ’ｄ｜＞０．０３５ …（３）
ただし、
ｎｄ：第１光学材料のｄ線に対する屈折率，
ｎ’ｄ：第２光学材料のｄ線に対する屈折率
である。
【００３１】
以上説明したいずれの実施の形態も、設計次数での回折効率が波長によらず高く（つまり、波長に対してフラットな高効率）、かつ、製造容易な回折光学素子が達成されている。波長によらず回折効率が改善されるためゴーストの発生がなく、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子として好適に使用することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施した回折光学素子を、コンストラクションデータ，図面等を参照しつつ更に具体的に説明する。表２に、各実施例に用いられている光学材料の特性（ｄ線に対する屈折率ｎｄ，アッベ数νｄ）を示す。表３に、各実施例における光学材料の組み合わせ（表２中のＮｏ．で表す。），回折格子の格子高さｈ，条件式（１）の対応値及びＦ線，Ｃ線での回折効率を示す。なお、全て設計波長はｄ線である。
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
《実施例１（図１）》
実施例１は、樹脂材料である非晶質ポリオレフィン（Ｎｏ．２）と、紫外線硬化樹脂であるオリゴエステルアクリレート（Ｎｏ．３）と、の境界面に回折格子を有する例である。非晶質ポリオレフィン（Ｎｏ．２）とオリゴエステルアクリレート（Ｎｏ．３）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３６】
《実施例２（図２）》
実施例２は、あらかじめ作製された回折格子面ＤＳに流動性を有する樹脂（例えば溶融状態のＮｏ．６，Ｎｏ．７）を塗布して成る例である。回折格子が形成される基盤光学材料と塗布用樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３７】
《実施例３（図３，図４）》
実施例３は、樹脂材料であるＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，Ｎｏ．１）と、液体（Ｎｏ．４）と、の境界面に回折格子を有する例である。光学材料（Ｎｏ．１）と液体（Ｎｏ．４）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３８】
《実施例４（図５，図６）》
実施例４は、弾性樹脂である（Ｎｏ．５）とガラス（Ｎｏ．１２）との境界面に回折格子を有する例である。基盤光学材料（Ｎｏ．１２）と弾性樹脂材料（Ｎｏ．５）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３９】
《実施例５（図７）》
実施例５は、高融点を有する樹脂材料ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，Ｎｏ．６，融点：１４１℃）と、低融点を有する樹脂材料ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，Ｎｏ．７，融点：８０℃）と、の境界面に回折格子を有する例である。高融点樹脂材料（Ｎｏ．６）と低融点樹脂材料（Ｎｏ．７）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００４０】
《実施例６》
実施例６は、屈折率差（Δｎｄ＝０．０５５）が大きい２種類のガラス：ＳＦＳ５３（Ｎｏ．１２）とＬＡＳＦ６０（Ｎｏ．１０）との境界面に回折格子を有する例である。
【００４１】
《実施例７》
実施例７は、低分散の光学材料ＰＳＫＳ５３（Ｎｏ．１１）の空気に接する面が凸形状であり、その凸面の反対側の面と樹脂ＰＣ（Ｎｏ．６）との境界面に回折格子面ＤＳを有する例である。低分散のガラス材料と樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００４２】
《実施例８》
実施例８は、低分散の光学材料ＰＳＫＳ５３（Ｎｏ．１１）の空気に接する面が凸形状であり、その凸面の反対側の面と樹脂ＰＣ（Ｎｏ．６）との境界面に回折格子面ＤＳを有し、樹脂ＰＣの境界面の反対側の空気に接する面が凹形状である例である。低分散のガラス材料と樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。凸面で発生する色収差を回折格子面ＤＳ及び凹面で補正するために、回折光学素子によるパワーは実施例７に比べて弱いものとなる。したがって、格子ピッチも相対的に大きくなるため、ダイヤモンドターニングでの作製が更に容易な形状となる。
【００４３】
表４，表５に、実施例７，８のコンストラクションデータ｛面，曲率半径，軸上間隔，屈折率（ｄ線），アッベ数｝を示し、併せて合成焦点距離，Ｆナンバー，回折光学面データＣ１，最外周ピッチ及び最外周ブレーズ勾配を示す。各コンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）は物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、（ＤＯＥ）印が付された面Ｓｉは、回折光学面で構成された面であることを示し、回折光学面のピッチの位相形状を表す以下の式（ＤＳ）で定義されるものとする。
【００４４】
φ（ｈ）＝（２π／λ０）・Ｃ１・ｈ２ …（ＤＳ）
ただし、式（ＤＳ）中、
φ（ｈ）：回折光学面の位相関数、
Ｃ１ ：回折光学面の１次の位相関数係数、
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ（格子高さ）、
λ０ ：設計波長｛ｄ線の波長（＝５８７．６ｎｍ）｝
である。
【００４５】
【表４】
【００４６】
〈実施例７のその他のデータ〉
合成焦点距離＝１００，Ｆ４
Ｓ２：Ｃ１＝−３．１×１０−４
最外周ピッチ＝７５．８μｍ
最外周ブレーズ勾配＝１２．６°
【００４７】
【表５】
【００４８】
〈実施例８のその他のデータ〉
合成焦点距離１００，Ｆ４
面Ｓ２：Ｃ１＝−１．１×１０−４
最外周ピッチ＝２１３μｍ
最外周ブレーズ勾配＝４．６°
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように第１〜第８の発明によれば、設計次数での回折効率が波長によらず高く、かつ、製造容易な回折光学素子を実現することができる。波長によらず回折効率が改善されるためゴーストの発生がなく、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】紫外線硬化樹脂を用いた実施の形態の製法を説明するための模式図。
【図２】樹脂が塗布された実施の形態の製法を説明するための模式図。
【図３】液体を用いた実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図４】液体を用いた他の実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図５】弾性樹脂を用いた実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図６】弾性樹脂を用いた他の実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図７】融点の異なる樹脂を用いた実施の形態の製法を説明するための模式図。
【符号の説明】
１ …第１光学材料
２ …第２光学材料
ＤＳ …回折格子面
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子に関するものであり、更に詳しくは、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する光学素子が、特開平７−７７６０６号公報に開示されている。この回折光学素子は、装置の組み立てを簡素化するために、回折格子と撮像素子との間の空間に低屈折率材料が充填された構造をとっている。回折格子は、ローパスフィルター効果を得るために複数の次数光が発生する設計になっており、そのため格子形状は矩形形状（バイレベル）となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例では、回折格子によるレンズ作用が得られない。また、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子においては、波長によらずただ一つの次数光が発生する設計でなければならない。設計波長以外で回折効率が低下すると、ゴーストが発生するからである。このため、格子形状は階段状（マルチレベル）又はのこぎり刃状（ブレーズ）であるのが望ましい。しかし、これらの格子形状を有する回折光学素子は製造が困難である。
【０００４】
高い回折効率を波長に対して比較的フラットに得るために、ガラス（ＳＳＫ３）とポリスチレンとを組み合わせた回折光学素子が、文献：Ｓｔｅｖｅｎ Ｍ．Ｅｂｓｔｅｉｎ ”Ｎｅａｒｌｙ ｉｎｄｅｘ−ｍａｔｃｈｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ，ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ，ａｎｄ ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ−ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ”（ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ／Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１８／Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １５，１９９６）で提案されている。しかし、製造容易な構成を有する回折光学素子についての開示はない。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、設計次数での回折効率が波長によらず高く、かつ、製造容易な回折光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の回折光学素子は、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子であって、一方の光学材料を第１光学材料とし他方の光学材料を第２光学材料とすると、第１，第２光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする。
｜ k − k' ｜＜ 0.024
｜ nd − n'd ｜＞ 0.035
ただし、
k ： ( ν d ／ν DOE −１ ) × (nF − nC) で表される第１光学材料の値，
ν d ：第１光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 ) ，
ν DOE ：回折光学効果による分散値 (=-3.45) ，
nF − nC ：第１光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差 ( 主分散 ) ，
k' ： ( ν 'd ／ν DOE −１ ) × (n'F − n'C) で表される第２光学材料の値，
ν 'd ：第２光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 ) ，
n'F − n'C ：第２光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差 ( 主分散 ) ，
nd ：第１光学材料のｄ線に対する屈折率，
n'd ：第２光学材料のｄ線に対する屈折率
である。
【０００７】
第２の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第１光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする。
ν d ＞ 60
ただし、
ν d ：第１光学材料のｄ線に対する分散値 ( アッベ数 )
である。
【０００８】
第３の発明の回折光学素子は、上記第１又は第２の発明において、前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第２光学材料の空気に接する面が凹形状であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が浸し又は流しによって前記回折格子面上に塗布された樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた液体であることを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた弾性を有する樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明の回折光学素子は、上記第１の発明において、前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有する相対的に高融点の樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた相対的に低融点の樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した回折光学素子を、図面を参照しつつ説明する。いずれの実施の形態も、２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子である。各実施の形態において、２種類の光学材料のうちの一方の光学材料を第１光学材料１とし、他方の光学材料を第２光学材料２とする。また、回折格子面をＤＳとする。
【００１５】
《紫外線硬化樹脂を用いた実施の形態（図１）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳ上に設けられた紫外線硬化樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、第２光学材料２となる液化状態の紫外線硬化樹脂を回折格子面ＤＳ上に塗布し、図１に示すように金型Ｍ内にセットする。第１光学材料１側から回折格子面ＤＳに向けて紫外線Ｌを照射して紫外線硬化樹脂を硬化させると、硬化した紫外線硬化樹脂から成る第２光学材料２と第１光学材料１との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。
【００１６】
《樹脂が塗布された実施の形態（図２）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が浸し又は流しによって回折格子面ＤＳ上に塗布された樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図２に示すように、第１光学材料１を回折格子の光軸を中心として回転させながら、第２光学材料２となる液化状態の樹脂を回折格子面ＤＳ上に滴下する。液化状態の樹脂を乾燥させると、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。
【００１７】
《液体を用いた実施の形態（図３，図４）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳと接するように設けられた液体である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図３（Ａ）に示すように、第２光学材料２である液体を液体保持ケース３内に充填し、第１光学材料１で液体保持ケース３を密閉する。第２光学材料２である液体は第１光学材料１の回折格子面ＤＳと接するため、図３（Ｂ）の拡大図で示すように、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。２個の第１光学材料１を用いれば、図４に示すように２枚の回折格子面ＤＳを有する回折光学素子を得ることができる。この回折光学素子は、回折格子面ＤＳが向かい合うように２個の第１光学材料１を液体保持ケース４内に配置して、その間の空間に液体である第２光学材料２を充填した構成となっている。
【００１８】
《弾性樹脂を用いた実施の形態（図５，図６）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有するガラス又は樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳと接するように設けられた弾性を有する樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の表面に回折格子を作製する。この回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。次に、図５（Ａ）に示すように、第２光学材料２である弾性樹脂を加圧保持ケース５内に入れて、第２光学材料２が回折格子面ＤＳに圧着するように、第１光学材料１で加圧保持ケース５を密閉する。第２光学材料２である弾性樹脂は第１光学材料１の回折格子面ＤＳと接するため、図５（Ｂ）の拡大図で示すように、第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。２個の第１光学材料１を用いれば、図６に示すように２枚の回折格子面ＤＳを有する回折光学素子を得ることができる。この回折光学素子は、回折格子面ＤＳが向かい合うように２個の第１光学材料１を加圧保持ケース６内に配置して、その間の空間に弾性樹脂である第２光学材料２を入れて、２個の第１光学材料１で挟み込んだ構成となっている。
【００１９】
《融点の異なる樹脂を用いた実施の形態（図７）》
この実施の形態では、第１光学材料１が回折格子面ＤＳを有する相対的に高融点の樹脂であり、第２光学材料２が回折格子面ＤＳ上に設けられた相対的に低融点の樹脂である。製造においては、まず第１光学材料１の成形を行う。第１光学材料１の成形は、金型Ｍ内に第１光学材料１である高融点樹脂を入れて溶融状態とし、図７（Ａ）に示すように回折格子面ＤＳを成型する金型Ｍ１で第１光学材料１をプレスすることにより行う。第１光学材料１の表面に形成される回折格子の格子高さは、第１，第２光学材料１，２の屈折率差で決定される。金型Ｍ，Ｍ１の温度が第２光学材料２である低融点樹脂の融点温度程度まで低下したら、金型Ｍから金型Ｍ１を取り外す。そして、図７（Ｂ）に示すように第２光学材料２である低融点樹脂を充填し、金型Ｍ２で第２光学材料２をプレスする。第１，第２光学材料１，２の温度が常温まで低下すると、一体化した第１光学材料１と第２光学材料２との間に回折格子面ＤＳを有する回折光学素子が得られる。このように、高融点樹脂が固まった状態で低融点樹脂が投入されるため、回折格子面ＤＳの形状を保持しながら２種類の樹脂を接合することができる。
【００２０】
《分散の異なる樹脂を用いた実施の形態》
ここでは、分散の異なる第１，第２光学材料１，２を用いた回折光学素子を説明する。ブレーズ形状を有する回折光学素子の任意波長λでの回折効率ηは、次の式▲１▼で表される。
η＝ｓｉｎｃ２（α−１） …▲１▼
ただし、
α＝ｈ×｛ｎ（λ）−ｎ’（λ）｝／λ，
ｈ：λ０／｛ｎ（λ０）−ｎ’（λ０）｝で表される格子高さ（ブレーズ高さ），
ｎ（λ）：第１光学材料１の任意波長λの光に対する屈折率，
ｎ’（λ）：第２光学材料２の任意波長λの光に対する屈折率，
λ０：回折格子（ブレーズ）の設計波長
ｎ（λ０）：第１光学材料１の設計波長λ０の光に対する屈折率，
ｎ’（λ０）：第２光学材料２の設計波長λ０の光に対する屈折率
である。
【００２１】
Ｆ線でのαをαＦとすると、αＦ＝ｈ×（ｎＦ−ｎ’Ｆ）／λＦである（ただし、λＦ：Ｆ線の波長，ｎＦ：第１光学材料１の波長λＦの光に対する屈折率，ｎ’Ｆ：第２光学材料２の波長λＦの光に対する屈折率である。）。また、Ｃ線でのαをαＣとすると、αＣ＝ｈ×（ｎＣ−ｎ’Ｃ）／λＣである（ただし、λＣ：Ｃ線の波長，ｎＣ：第１光学材料１の波長λＣの光に対する屈折率，ｎ’Ｃ：第２光学材料２の波長λＣの光に対する屈折率である。）。したがって、次の式▲２▼が成り立つ。
αＦ×λＦ−αＣ×λＣ＝ｈ×｛（ｎＦ−ｎＣ）−（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）｝ …▲２▼
【００２２】
上式▲２▼について、ブレーズの設計波長λ０をｄ線の波長とし、αが波長によらず一定値１をとるとすると、式▲２▼は次の式▲３▼となる（ただし、λｄ：ｄ線の波長，ｎｄ：第１光学材料１の波長λｄの光に対する屈折率，ｎ’ｄ：第２光学材料２の波長λｄの光に対する屈折率である。）。
（ｎｄ−ｎ’ｄ）／νＤＯＥ＝（ｎＦ−ｎＣ）−（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ） …▲３▼
ただし、
νＤＯＥ＝λｄ／（λＦ−λＣ）＝−３．４５
である。
【００２３】
第１光学材料１の分散値（アッベ数）をνｄとし、第２光学材料２の分散値（アッベ数）をν’ｄとして上式▲３▼を整理すると、次の式▲４▼が得られる。
（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）＝（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ） …▲４▼
この式▲４▼は、Ｆ線，Ｃ線で回折効率１を与える条件であるが、回折効率がＦ線，Ｃ線で１とならない場合には、
（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）≠（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）
であり、任意の２種類の材料（すなわち、第１，第２光学材料１，２）について、
ｋ＝（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ），
ｋ’＝（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）
とすると、｜ｋ−ｋ’｜の値が小さいほど、Ｆ線，Ｃ線で回折効率が高くなることを示す。
【００２４】
したがって、次の条件式（１）を満たすことが望ましく、条件式（１）を満たす第１，第２光学材料１，２の組み合わせであれば、波長に対して比較的フラットで高効率な回折光学素子を得ることが可能となる。
｜ｋ−ｋ’｜＜０．０２４ …（１）
ただし、
ｋ：（νｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎＦ−ｎＣ）で表される第１光学材料の値，
νｄ：第１光学材料のｄ線に対する分散値（アッベ数），
νＤＯＥ：回折光学効果による分散値（＝−３．４５），
ｎＦ−ｎＣ：第１光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差（主分散），
ｋ’：（ν’ｄ／νＤＯＥ−１）×（ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ）で表される第２光学材料の値，
ν’ｄ：第２光学材料のｄ線に対する分散値（アッベ数），
ｎ’Ｆ−ｎ’Ｃ：第２光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差（主分散）
である。
【００２５】
次に、単レンズに回折格子面を有することにより色補正を行う光学系を考える。回折格子面の格子ピッチは、回折光学素子のパワーに逆比例し、また、半径に逆比例する。したがって、有効径の最外周が最小ピッチとなる。以上より最外周での格子ピッチｄｍｉｎは、次の式▲５▼で表される。
Ｆ：単レンズのＦナンバー，
ｒａｔｉｏ：単レンズ全パワーに対する回折光学素子によるパワーの比
である。
【００２６】
また、回折格子の格子高さｈは式▲６▼で表される。
ｈ＝λ０／Δｎ０ …▲６▼
ただし、
Δｎ０：回折格子面の入射，出射媒質の設計波長λ０についての屈折率差（＝｜ｎ０−ｎ’０｜）
である。
【００２７】
単レンズの色収差がとれている場合、パワー比ｒａｔｉｏは次の式▲７▼で表されるので、ブレーズの最大勾配（ｈ／ｄｍｉｎ）は次の式▲８▼で表される。式▲７▼のサンプルとして、Ｆ＝４についての最大勾配（°）を表１に示す。ただし、Δｎｄ＝｜ｎｄ−ｎ’ｄ｜である。
【表１】
ダイヤモンドバイトで回折格子を作製する場合、バイト刃先の耐摩耗性を考慮した格子の勾配は１０°程度までが望ましい。したがって、ダイヤモンドターニングでの作製を前提とするならば、以下の式（２）で示すようにνｄは６０よりも大きいことが望ましい。
νｄ＞６０ …（２）
【００３０】
また、以下の式（３）で示すように、Δｎｄは０．０３５よりも大きいことが望ましい。更に望ましくは０．０４以上、更には０．０５以上が望ましい。
｜ｎｄ−ｎ’ｄ｜＞０．０３５ …（３）
ただし、
ｎｄ：第１光学材料のｄ線に対する屈折率，
ｎ’ｄ：第２光学材料のｄ線に対する屈折率
である。
【００３１】
以上説明したいずれの実施の形態も、設計次数での回折効率が波長によらず高く（つまり、波長に対してフラットな高効率）、かつ、製造容易な回折光学素子が達成されている。波長によらず回折効率が改善されるためゴーストの発生がなく、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子として好適に使用することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施した回折光学素子を、コンストラクションデータ，図面等を参照しつつ更に具体的に説明する。表２に、各実施例に用いられている光学材料の特性（ｄ線に対する屈折率ｎｄ，アッベ数νｄ）を示す。表３に、各実施例における光学材料の組み合わせ（表２中のＮｏ．で表す。），回折格子の格子高さｈ，条件式（１）の対応値及びＦ線，Ｃ線での回折効率を示す。なお、全て設計波長はｄ線である。
【００３３】
【表２】
【表３】
《実施例１（図１）》
実施例１は、樹脂材料である非晶質ポリオレフィン（Ｎｏ．２）と、紫外線硬化樹脂であるオリゴエステルアクリレート（Ｎｏ．３）と、の境界面に回折格子を有する例である。非晶質ポリオレフィン（Ｎｏ．２）とオリゴエステルアクリレート（Ｎｏ．３）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３６】
《実施例２（図２）》
実施例２は、あらかじめ作製された回折格子面ＤＳに流動性を有する樹脂（例えば溶融状態のＮｏ．６，Ｎｏ．７）を塗布して成る例である。回折格子が形成される基盤光学材料と塗布用樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３７】
《実施例３（図３，図４）》
実施例３は、樹脂材料であるＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，Ｎｏ．１）と、液体（Ｎｏ．４）と、の境界面に回折格子を有する例である。光学材料（Ｎｏ．１）と液体（Ｎｏ．４）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３８】
《実施例４（図５，図６）》
実施例４は、弾性樹脂である（Ｎｏ．５）とガラス（Ｎｏ．１２）との境界面に回折格子を有する例である。基盤光学材料（Ｎｏ．１２）と弾性樹脂材料（Ｎｏ．５）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００３９】
《実施例５（図７）》
実施例５は、高融点を有する樹脂材料ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，Ｎｏ．６，融点：１４１℃）と、低融点を有する樹脂材料ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，Ｎｏ．７，融点：８０℃）と、の境界面に回折格子を有する例である。高融点樹脂材料（Ｎｏ．６）と低融点樹脂材料（Ｎｏ．７）との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００４０】
《実施例６》
実施例６は、屈折率差（Δｎｄ＝０．０５５）が大きい２種類のガラス：ＳＦＳ５３（Ｎｏ．１２）とＬＡＳＦ６０（Ｎｏ．１０）との境界面に回折格子を有する例である。
【００４１】
《実施例７》
実施例７は、低分散の光学材料ＰＳＫＳ５３（Ｎｏ．１１）の空気に接する面が凸形状であり、その凸面の反対側の面と樹脂ＰＣ（Ｎｏ．６）との境界面に回折格子面ＤＳを有する例である。低分散のガラス材料と樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。
【００４２】
《実施例８》
実施例８は、低分散の光学材料ＰＳＫＳ５３（Ｎｏ．１１）の空気に接する面が凸形状であり、その凸面の反対側の面と樹脂ＰＣ（Ｎｏ．６）との境界面に回折格子面ＤＳを有し、樹脂ＰＣの境界面の反対側の空気に接する面が凹形状である例である。低分散のガラス材料と樹脂材料との屈折率差を考慮して、回折光学素子の格子高さｈが決められる。凸面で発生する色収差を回折格子面ＤＳ及び凹面で補正するために、回折光学素子によるパワーは実施例７に比べて弱いものとなる。したがって、格子ピッチも相対的に大きくなるため、ダイヤモンドターニングでの作製が更に容易な形状となる。
【００４３】
表４，表５に、実施例７，８のコンストラクションデータ｛面，曲率半径，軸上間隔，屈折率（ｄ線），アッベ数｝を示し、併せて合成焦点距離，Ｆナンバー，回折光学面データＣ１，最外周ピッチ及び最外周ブレーズ勾配を示す。各コンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）は物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、（ＤＯＥ）印が付された面Ｓｉは、回折光学面で構成された面であることを示し、回折光学面のピッチの位相形状を表す以下の式（ＤＳ）で定義されるものとする。
【００４４】
φ（ｈ）＝（２π／λ０）・Ｃ１・ｈ２ …（ＤＳ）
ただし、式（ＤＳ）中、
φ（ｈ）：回折光学面の位相関数、
Ｃ１ ：回折光学面の１次の位相関数係数、
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ（格子高さ）、
λ０ ：設計波長｛ｄ線の波長（＝５８７．６ｎｍ）｝
である。
【００４５】
【表４】
〈実施例７のその他のデータ〉
合成焦点距離＝１００，Ｆ４
Ｓ２：Ｃ１＝−３．１×１０−４
最外周ピッチ＝７５．８μｍ
最外周ブレーズ勾配＝１２．６°
【００４７】
【表５】
〈実施例８のその他のデータ〉
合成焦点距離１００，Ｆ４
面Ｓ２：Ｃ１＝−１．１×１０−４
最外周ピッチ＝２１３μｍ
最外周ブレーズ勾配＝４．６°
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように第１〜第８の発明によれば、設計次数での回折効率が波長によらず高く、かつ、製造容易な回折光学素子を実現することができる。波長によらず回折効率が改善されるためゴーストの発生がなく、回折格子を有することによりレンズとして作用する回折光学素子として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】紫外線硬化樹脂を用いた実施の形態の製法を説明するための模式図。
【図２】樹脂が塗布された実施の形態の製法を説明するための模式図。
【図３】液体を用いた実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図４】液体を用いた他の実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図５】弾性樹脂を用いた実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図６】弾性樹脂を用いた他の実施の形態の概略構造を示す断面図。
【図７】融点の異なる樹脂を用いた実施の形態の製法を説明するための模式図。
【符号の説明】
１ …第１光学材料
２ …第２光学材料
ＤＳ …回折格子面
Claims (8)
- ２種類の光学材料の境界面に回折格子を有する位相型の回折光学素子であって、一方の光学材料を第１光学材料とし他方の光学材料を第２光学材料とすると、第１，第２光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする回折光学素子；
｜k−k'｜＜0.024
｜nd−n'd｜＞0.035
ただし、
k：(νd／νDOE−１)×(nF−nC)で表される第１光学材料の値，
νd：第１光学材料のｄ線に対する分散値(アッベ数)，
νDOE：回折光学効果による分散値(=-3.45)，
nF−nC：第１光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差(主分散)，
k'：(ν'd／νDOE−１)×(n'F−n'C)で表される第２光学材料の値，
ν'd：第２光学材料のｄ線に対する分散値(アッベ数)，
n'F−n'C：第２光学材料のＦ線に対する屈折率とＣ線に対する屈折率との差(主分散)，
nd：第１光学材料のｄ線に対する屈折率，
n'd：第２光学材料のｄ線に対する屈折率
である。 - 前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第１光学材料が以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載の回折光学素子；
νd＞60
ただし、
νd：第１光学材料のｄ線に対する分散値(アッベ数)
である。 - 前記第１光学材料の空気に接する面が凸形状であり、第２光学材料の空気に接する面が凹形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の回折光学素子。
- 前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
- 前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が浸し又は流しによって前記回折格子面上に塗布された樹脂であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
- 前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた液体であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
- 前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有するガラス又は樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面と接するように設けられた弾性を有する樹脂であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
- 前記２種類の光学材料のうち、一方の光学材料が回折格子面を有する相対的に高融点の樹脂であり、他方の光学材料が前記回折格子面上に設けられた相対的に低融点の樹脂であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
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