JP5765998B2 - 回折光学素子、光学系および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、回折光学素子、光学系および光学機器に関する。

複数の回折格子を積層配置すると共に、各回折格子を構成する材料や各回折格子の格子高さを適切に設定した積層ＤＯＥは知られている（特許文献１）。また、可視波長域全域で９９％以上の高い回折効率を得るためには部分分散比θｇＦが通常の材料より小さな値（リニア異常分散性）を有する材料を用いることも知られている（特許文献２、３）。

特登録３７１７５５５号公報 特開２００４−７８１６６号公報 特開２００８−２４１７３４号公報

特許文献２、３は、リニア異常分散性を有する材料としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）微粒子を樹脂に分散した材料を用いている。しかし、ＩＴＯは電子遷移による屈折率の変化と錫のドーピングや酸素の空孔によりフリーキャリアが発生し屈折率が変化する。この電子遷移とフリーキャリアの存在により非常に強いリニア分散特性を有する。一方、ＩＴＯは透明電極に使用されるなど、透過率が比較的高い材料として知られている。しかしながら、それ以上の高い透過率を要求される光学系にＩＴＯを用いる場合には十分とはいえない。このＩＴＯの透過率の低下は錫のドーピングに起因しており、強いリニア分散特性を有しかつ透過率が極めて高い材料を得ることは極めて困難である。このため、単一格子内において、ＩＴＯを分散した材料の格子高さの絶対値が相対的に高い部分と絶対値が相対的に低い部分とを比較すると、透過率差が発生してしまう。回折光学素子の単一格子内における透過率差は格子と格子の間隔（ピッチ）に対して光束の幅が広いときには問題とならないが、光束の幅が狭くなるにつれて像面照度ムラを引き起こす。透過率差を小さくするためにＩＴＯ微粒子の混合比率を下げると回折効率が低下する。

本発明は、高い回折効率を得ながら単一格子内における透過率差の低減を可能にする回折光学素子、光学系および光学機器を提供することを目的とする。

本発明の回折光学素子は、第１の回折格子と該第１の回折格子に積層された第２の回折格子とを有し、前記第１及び第２の回折格子のそれぞれは、互いに異なる材料から成る２つの光学要素で構成され、前記第１及び第２の回折格子のそれぞれを構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する消衰係数の差は、０．０００２よりも大きく且つ０．００２よりも小さく、
前記第１の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する屈折率の差及びアッベ数の差をそれぞれΔｎｄ１及びΔνｄ１、前記第２の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する屈折率の差及びアッベ数の差をそれぞれΔｎｄ２及びΔνｄ２、とするとき、
０．０５＜｜Δｎｄ１｜＜０．３、０．０５＜｜Δｎｄ２｜＜０．３、２０＜｜Δνｄ１｜＜４０、｜Δνｄ２｜＜１５なる条件式を満足し、かつ前記第１及び第２の回折格子のそれぞれについて、前記２つの光学要素のうち少なくとも一方の光学要素の部分分散比及びアッベ数をそれぞれθｇＦ及びνｄとするとき、０．３５＜θｇＦ＜（−１．６６５×１０ ^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０ ^−５×νｄ^２−５．６５６×１０ ^−３×νｄ＋０．７１５）なる条件式を満足する。

本発明によれば、高い回折効率を得ながら単一格子内における透過率差の低減を可能にする回折光学素子、光学系および光学機器を提供することができる。

回折光学素子の平面図及び側面図である。（実施例１〜５） 図１のＡ−Ａ’線に沿った部分断面図である。（実施例１〜５） 図２に示す回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。（実施例１） 実施例１〜５の回折光学素子と比較例を構成する材料の屈折率特性を示す図である。（実施例１〜５） 図２に示す回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。（実施例２） 図２に示す回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。（実施例３） 図２に示す回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。（実施例４） 図２に示す回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。（実施例５） 実施例５の変形例の回折光学素子の構造を示す部分断面図である。 実施例５の変形例の回折光学素子の構造を示す部分断面図である。 実施例５の変形例の回折光学素子の構造を示す部分断面図である。 図１に示す回折光学素子を有する光学系の断面図である。（実施例１〜５） 比較例の回折光学素子の部分断面図である。 比較例の回折光学素子の回折効率と透過率差のグラフである。

図１は本実施形態の回折光学素子１０の正面図及び側面図である。平板又は曲面より成る基板レンズ２０、３０の面に回折光学素子（ＤＯＥ）１０が形成されている。本実施例では、ＤＯＥ１０が形成されている基板レンズ２０、３０の面は曲面となっている。ＤＯＥ１０は光軸Ｏを中心とした同心円状の回折格子形状からなり、レンズ作用を有している。

図２は図１のＡ−Ａ′線に沿った部分拡大断面図である。格子形状を分かりやすくするために、格子高さ（深さ）方向にかなりデフォルメされ、基板レンズ２０、３０のＤＯＥ１０が形成される面を平面としている。

ＤＯＥ１０は、材料１１で構成される回折格子と材料１２で構成される回折格子が密着した第１の回折格子１と材料２１で構成される回折格子と材料２２で構成される回折格子が密着した第２の回折格子２が密着されることによって形成されている（積層ＤＯＥ）。

第１、第２の回折格子１、２は同心円状のブレーズ構造の格子形状からなり、格子ピッチを中心（光軸）から周辺へ向かって徐々に変化させることでレンズ作用（光の収斂作用や発散作用）を得ることができる。そして、各回折格子１、２は、格子面および格子壁面は互いに隙間なく接し、全層を通して一つのＤＯＥ子１０として作用している。ブレーズ構造にすることによってＤＯＥ１０に入射した入射光は、特定の回折次数（図では＋１次）方向に集中して回折する。

図２に示す積層ＤＯＥにおいて、設計波長又は使用波長λにおいてある次数の回折光の回折効率を最大にするために、スカラー回折理論に従い、格子部の最大光路長差を回折格子全体に亘って加算した値が設計波長の整数倍になるように決定する。回折格子のベース面に垂直に入射する波長λの光線に対して、回折次数ｍの回折光の回折効率が最大となる条件は次式で与えられる。

数式１において、ｎ１１、ｎ１２、ｎ２１、ｎ２２はそれぞれ回折格子を形成する材料１１、材料１２、材料２１、材料２２の波長λでの屈折率、ｄ１、ｄ２は第１、第２の回折格子の格子高さであり、ｍは回折次数である。

ここで、図２に示す０次光よりも下向きに回折する光線の回折次数を正の回折次数とし、０次光よりも上向きに回折する光線の回折次数を負の回折次数とする。また、屈折率ｎ１１、ｎ１２、ｎ２１、ｎ２２がｎ１１＞ｎ１２、ｎ２１＜ｎ２２であり、格子高さの正負の符号は、図２の下から上に向かって回折格子を構成する材料１１の格子高さが減少する（材料１２の格子高さが増加する）場合ｄ１、ｄ２共に負とする。

図２に示すＤＯＥにおいて、波長λでの回折効率η（λ）は次式で与えられる。

数式２のｍ１、ｍ２、φ１、φ２は次式で与えられる。

本実施形態の回折光学素子の使用波長領域は可視域であるため、可視領域全体で単一格子内の透過率差を低減しながら設計次数の回折光の回折効率が高くなるように、第１の回折格子１及び第２の回折格子２を構成する材料及び格子高さを選択する。即ち、複数の回折格子を通過する光の最大光路長差（回折部の山と谷の光路長差の最大値）が使用波長域内で、その波長の整数倍付近となるように各回折格子の材料及び格子高さが定められている。このように回折格子の材料、形状を適切に設定することによって、使用波長全域で高い回折効率が得られる。

可視波長帯域全域で９９％以上の回折効率を得るためには、吸収を有するＩＴＯを含んだ材料を用いることが必要不可欠であるが、単一格子内において透過率差が発生してしまう。これに対して、本発明者は、第１の回折格子で発生する透過率差と第２の回折格子で発生する透過率差を積層ＤＯＥの素子構成によって相殺して上記透過率差を低減することができることを発見した。

図４は、実施例１〜５および比較例のＤＯＥの材料のｄ線における屈折率ｎｄとアッベ数νｄの関係を示す図である。比較例は、２つの回折格子を密着配置し、各回折格子を構成する材料に低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料を用い、回折格子の高さを適切に設定した密着２層ＤＯＥを使用している。

一方、本実施例は、密着２層ＤＯＥの高屈折率低分散材料をさらに高屈折率化させ、それにより回折効率が低下する部分について、低屈折率高分散材料と高屈折率高分散材料を組み合わせた第２の回折格子として、第１の回折格子と積層した構成としている。これにより、可視域全域で９９％以上の回折効率を得ることができ、同時に単一格子内における透過率差を低減できる。

図示していないが、第２回折格子について低屈折率高分散材料と低屈折率低分散材料を組み合わせて第１の回折格子と積層した構成とすることによっても可視域全域で９９％以上高い回折効率を得ることができる。しかしこの場合は、単一格子内における透過率差を低減することができない構成となることを確認している。

以下の条件式を満足することにより、高い回折効率と透過率差の低減を可能にするＤＯＥを得ることができる。

但し、Δｎｄ１、Δｎｄ２はそれぞれ第１、第２の回折格子のそれぞれの２つの材料のｄ線における屈折率の差、また、Δνｄ１、Δνｄ２はそれぞれ第１、第２の回折格子のそれぞれ２つの材料のアッベ数の差である。

数式５、６の下限を満足しないと屈折率差が小さくなり、可視域全域の回折効率を高くした場合に第１と第２の回折格子の格子高さの差が大きくなる。この結果、透過率差の低減効果が小さくなるため好ましくない。数式７の下限、数式８を満足しないと可視域全域の回折効率を高くすることができないため好ましくない。数式５の上限、数式６の上限、数式７の上限を満足しないと材料を選択することが困難になるため好ましくない。

また、以下の条件式を満足することが好ましい。

但し、ｋ１１、ｋ１２、ｋ２１、ｋ２２はそれぞれ第１の回折格子を構成する材料１１、１２、第２の回折格子を構成する材料２１、２２のｄ線における消衰係数である。

数式９、１０の下限を満たさないと吸収を有する材料を用いないため、可視域全域で高い回折効率を得ることが困難となる。また、第１の回折格子と第２の回折格子の透過率差を相殺することができないために、透過率差を低減することができない。数式９、１０の上限を満たさないと第１の回折格子を構成する材料１１、１２、第２の回折格子を構成する材料２１、２２のいずれかの材料の吸収が大きくなる。この結果、透過率の絶対値が下がり、高い透過率を要求される光学系への適用が困難となるので、好ましくない。

更に、次式の条件を満足することにより単一格子内における透過率差の低減を可能にする回折光学素子得ることができる。

回折格子の少なくとも一つの材料に、以下の条件式の上限を満足する部分分散比がリニア特性を有する材料を使用することによって可視域全域で高い回折効率を得ることができる。なお、νｄは前記少なくとも一つの材料のアッベ数である。条件式の下限を満足しないと材料を選択することが困難になるため好ましくない。

また、数式１を設計次数と波長の積で割った式が以下を満足することによって、設計次数の回折効率の低下を低減して可視域全域で９９％以上の高い回折効率を得ることができる。但し、λは可視帯域の任意の波長である。

また、回折効率の角度依存性を小さくして応用できる光学系の制限を少なくするために、第１の回折格子の格子高さと第２の回折格子の格子高さの絶対値の和は次式を満足することが好ましい。

実施例１は、材料１１にＺｒＯ_２微粒子を２０ｖｏｌ％混合させたアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．６０８７、νｄ＝４８．７、θｇＦ＝０．５８２）を使用する。また、材料１２にＩＴＯ微粒子を１５ｖｏｌ％混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９７０、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１０）を使用する。また、材料２１にＩＴＯ微粒子を１５ｖｏｌ％混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９７０、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１０）を使用する。材料２２にチオアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３５６、νｄ＝２２．７、θｇＦ＝０．６８９）を使用する。材料１２と材料２１は同じＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂材料である。

格子高さｄ１は−１０．１２μｍ、ｄ２は−４．００μｍ、設計次数は＋１次である。材料１１、１２、２１、２２のベース厚ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２はそれぞれ３０μｍ、１．０μｍ、１．０μｍ、３０μｍである。ベース厚とは格子が形成されていない部分の厚さである。部分分散比θｇＦは次式で定義される。

材料１２と２１に可視波長帯域で吸収を有するＩＴＯを含んだ材料を使用し、第１の回折格子１と第２の回折格子２の格子の向きが同じである。このため、単一格子内において第１の回折格子１で発生する透過率差と第２の回折格子２で発生する透過率差をあわせた透過率差を低減することができる。また、本実施例では材料１２と２１は同じ材料を用いているため、図２のｈ１２とｈ２１の界面はないことになる。

図３（ａ）は、実施例１のＤＯＥ１０の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。不要次数光の回折効率については０次と＋２次の回折光についてのみ対象にしているが、これは０次と＋２次から離れた次数ほど、回折効率が急激に下がるためである。

図３（ａ）において、設計次数である＋１次光の回折効率（％）を左側の縦軸に、０次光および＋２次光の回折効率（％）を右側の縦軸に示し、横軸は波長（ｎｍ）である。入射角度は垂直の場合である。

同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域（波長４３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）で９９．８％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．１％以下となっている。また、可視波長帯域として知られている４００ｎｍ〜７００ｎｍの帯域のうち、波長４３０ｎｍ〜６７０ｎｍを対象としている。これは４００ｎｍ〜４３０ｎｍおよび６７０ｎｍ〜７００ｎｍは波長比視感度が低いため画像に対する影響が小さいためである。もちろん、この波長帯域が広いほうがより好ましく、この波長帯域に限定されない。これらは以下の実施例についても同様である。

図３（ｂ）は、実施例１のＤＯＥ１０の単一格子内の両端における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。横軸が波長（ｎｍ）で縦軸が透過率差（％）である。単一格子内における透過率差とは図２に示すような透過率Ｔ１とＴ２の差であり、次式で与えられる。

但し、ｋ１１、ｋ１２、ｋ２１、ｋ２２はそれぞれ材料１１、１２、２１、２２の材料の消衰係数である。また、材料１１および２２は吸収がほとんどないために無視して問題はない。

図３（ｂ）に示すように、実施例１のＤＯＥ１０の透過率差は可視全域（波長４３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）の平均値で８．４％となっており、後述する比較例よりも透過率差が低減しており、像面照度ムラを低減することができる。

以上、本実施例によれば、数式５〜８を満足する材料と数式１３を満たす格子高さを選択し、数式９〜１１を満足する所定の積層ＤＯＥを採用しているので可視域全域において９９％以上の回折効率を確保して単一格子内の透過率差を低減することができる。なお、本実施例は、ＤＯＥの材料、製造方法に限定されない。これは以下の実施例でも同様である。

実施例２は、材料１１にＺｒＯ_２微粒子の混合比率を増加させ、ＺｒＯ_２微粒子を３０ｖｏｌ％混合させたアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．６４９３、νｄ＝４７．８、θｇＦ＝０．５８９）を使用する。材料１２、２１、２２は実施例１と同じである。格子高さｄ１は−９．５４μｍ、ｄ２は−６．２０μｍ、設計次数は＋１次である。また、材料１１、１２、２１、２２のベース厚はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２は実施例１と同じである。

図５（ａ）は、実施例２のＤＯＥ１０の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ａ）と同じである。同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域で９９．５％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．２％以下となっている。

図５（ｂ）は、実施例２のＤＯＥ１０の単一格子内における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、透過率差は可視全域の平均値で４．５％となっており、後述する比較例よりも透過率差が低減しており、像面照度ムラを低減することができる。実施例１と比較して設計次数の回折効率が若干低下しているが、透過率差は実施例１よりも低減している。

以上、本実施例によれば、数式５〜８を満足する材料と数式１３を満たす格子高さを選択し、数式９〜１１を満足する所定の積層ＤＯＥを採用しているので可視域全域において９９％以上の回折効率を確保して単一格子内の透過率差を低減することができる。

実施例３は、材料２２にアクリル系紫外線硬化樹脂４０ｖｏｌ％とチオアクリル系紫外線硬化樹脂６０ｖｏｌ％を混合した樹脂（ｎｄ＝１．５９１９、νｄ＝２８．０、θｇＦ＝０．６６７）を使用し、材料１１、１２、２１は実施例１と同じである。格子高さｄ１は−１０．３８μｍ、ｄ２は−４．８８μｍ、設計次数は＋１次である。また、材料１１、１２、２１、２２のベース厚はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２は実施例１と同じである。

図６（ａ）は、実施例３のＤＯＥ１０の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ａ）と同じである。同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域で９９．６％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．２％以下となっている。

図６（ｂ）は、実施例３のＤＯＥ１０の単一格子内における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、透過率差は可視全域の平均値で７．４％となっており、後述する比較例よりも透過率差が低減しており、像面照度ムラを低減することができる。

以上、本実施例によれば、数式５〜８を満足する材料と数式１３を満たす格子高さを選択し、数式９〜１１を満足する所定の積層ＤＯＥを採用しているので可視域全域において９９％以上の回折効率を確保して単一格子内の透過率差を低減することができる。

実施例４は、材料１１にＫ−ＶＣ８０（Ｋ−ＶＣ８０は株式会社住田光学ガラスの商品名、ｎｄ＝１．６９３８、νｄ＝５３．１、θｇＦ＝０．５４９）を使用している。また、材料２２にＫ−ＣＤ１２０（Ｋ−ＣＤ１２０は株式会社住田光学ガラスの商品名、ｎｄ＝１．７７２２、νｄ＝２９．２、θｇＦ＝０．６０４）を使用している。材料１２、２１は実施例１と同じである。格子高さｄ１は−１１．５５μｍ、ｄ２は−７．４６μｍ、設計次数は＋１次である。また、材料１１、１２、２１、２２のベース厚はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２は実施例１と同じである。

図７（ａ）は、実施例４のＤＯＥ１０の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ａ）と同じである。同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域で９９．７％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．１％以下となっている。

図７（ｂ）は、実施例４のＤＯＥ１０の単一格子内における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、透過率差は可視全域の平均値で５．３％となっており、後述する比較例よりも透過率差が低減しており、像面照度ムラを低減することができる。

以上、本実施例によれば、数式５〜８を満足する材料と数式１３を満たす格子高さを選択し、数式９〜１１を満足する所定の積層ＤＯＥを採用しているので可視域全域において９９％以上の回折効率を確保して単一格子内の透過率差を低減することができる。

実施例５は、材料１２にＩＴＯ微粒子を１５ｖｏｌ％混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９７０、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１０）を使用している。また、材料２１にＩＴＯ微粒子を２３ｖｏｌ％混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５３１３、νｄ＝１４．９、θｇＦ＝０．３９５）を使用している。材料１１、２２は実施例１と同じである。格子高さｄ１は−１３．３４μｍ、ｄ２は−８．５５μｍ、設計次数は＋１次である。また、材料１１、１２、２１、２２のベース厚はｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２は実施例１と同じである。

図８（ａ）は、実施例５のＤＯＥ１０の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ａ）と同じである。同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域で９９．０％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．４％以下となっている。

図８（ｂ）は、実施例５のＤＯＥ１０の単一格子内における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、透過率差は可視全域の平均値で０．３％となっており、後述する比較例よりも透過率差が大幅に低減しており、像面照度ムラを低減することができる。

以上、本実施例によれば、数式５〜８を満足する材料と数式１３を満たす格子高さを選択し、数式９〜１１を満足する所定の積層ＤＯＥを採用しているので可視域全域において９９％以上の回折効率を確保して単一格子内の透過率差を低減することができる。

実施例５は、材料１２と２１に異なった材料を用いているために、素子構成の自由度が上がる。特に、第１の回折格子と比較して、格子高さが低い第２の回折格子の材料に吸収の大きい（ＩＴＯ分散量が大きい）材料を選択した構成とすることによって、透過率差がほとんどない素子構成が実現できる。

積層ＤＯＥの素子構成については第１の回折格子と第２の回折格子の順番、格子の向きを適宜変えても回折効率、単一格子内の透過率差は変わらない。実施例５の構成を例として積層ＤＯＥの素子の構成を入れ替えた構成例１〜７を表１に示す。

構成例１は図９の構成で実施例５の材料１１と材料１２、材料２１と材料２２をそれぞれ入れ替えて、格子の向きを共に反転させた構成である。

構成例２は図１０の構成で実施例５の材料２１と材料２２を入れ替えて、第２の回折格子の向きを反転させた構成である。

構成例３は図１１の構成で実施例５の材料１１と材料１２を入れ替えて、第１の回折格子の向きを反転させた構成である。

構成例４、５、６、７はそれぞれ構成例１、２、３の材料１１と材料２１、材料１２と材料２２をそれぞれ入れ替えた構成である。これらの構成はそれぞれのベース厚を同じと仮定した場合、全て構成例１と同じ回折効率、透過率差となる。
（比較例）
図１３は、ＤＯＥ１０に対応する比較例の（密着２層）ＤＯＥ３の部分拡大断面図である。材料３１はＺｒＯ_２微粒子を６ｖｏｌ％混合させたアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５５２１、νｄ＝５０．４、θｇＦ＝０．５７０）を使用している。材料３２はＩＴＯ微粒子を１５ｖｏｌ％混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．４９７０、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１０）を使用している。格子高さｄ３は−１０．５２μｍ、設計次数は＋１次である。また、材料３１、３２のベース厚はｈ３１、ｈ３２はそれぞれ３０μｍ、１．０μｍである。

図１４（ａ）は、ＤＯＥ３の設計次数（＋１次）での回折効率および０次と＋２次の回折効率の特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ａ）と同じである。同図に示すように、設計次数の回折効率は可視全域で９９．９％以上得られており、不要次数の回折効率も可視全域で０．１％以下となっている。

図１４（ｂ）は、ＤＯＥ３の単一格子内における透過率差ΔＴの特性を示すグラフである。縦軸と横軸の定義は図３（ｂ）と同じである。同図に示すように、ＤＯＥ３の透過率差は可視全域の平均値で１４．９％となっており、実施例１〜５のＤＯＥ１０と比較して大きく、像面照度ムラが発生する。

比較例では密着２層ＤＯＥの構成を示したが、図１３の回折格子材料３１と３２を分離させて、境界に空間を有する構成にすると積層ＤＯＥの構成となる。この場合も透過率差は図１４（ｂ）と同じになる。このため、従来の密着２層ＤＯＥも積層ＤＯＥの透過率差は同じく大きいことになる。

図１２は、デジタルスチルカメラの撮影レンズ（撮影光学系）１０１の断面図であり、撮影レンズ１０１は絞り４０と各実施例のＤＯＥ１０を有している。４１は結像面で、フィルムまたはＣＣＤ等の光電変換素子が配置されている。ＤＯＥ１０は撮影レンズ１０１の色収差を補正する。ＤＯＥ１０は、高い回折効率を維持すると共に単一格子内の透過率差を低減しているので、フレアが少なく像面照度ムラが少ない高性能な撮影レンズが得られる。

図１２では前玉のレンズの貼り合せ面にＤＯＥ１０が設けられているが、これに限定されるものではなく、レンズ表面に設けても良いし、撮影レンズ内に複数ＤＯＥ１０を使用してもよい。

また、光学機器と光学系はデジタルスチルカメラの撮影レンズに限定されず、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、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結像光学系に適用可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

回折光学素子は回折作用を必要とする用途に適用することができる。

１…第１の回折格子、２…第２の回折格子、１０…回折光学素子、１１、１２、２１、２２…材料

Claims (9)

1. 第１の回折格子と該第１の回折格子に積層された第２の回折格子とを有し、
   前記第１及び第２の回折格子のそれぞれは、互いに異なる材料から成る２つの光学要素で構成され、
   前記第１及び第２の回折格子のそれぞれを構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する消衰係数の差は、０．０００２よりも大きく且つ０．００２よりも小さく、
   前記第１の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する屈折率の差及びアッベ数の差をそれぞれΔｎｄ１及びΔνｄ１、前記第２の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する屈折率の差及びアッベ数の差をそれぞれΔｎｄ２及びΔνｄ２、とするとき、
   ０．０５＜｜Δｎｄ１｜＜０．３
   ０．０５＜｜Δｎｄ２｜＜０．３
   ２０＜｜Δνｄ１｜＜４０
   ｜Δνｄ２｜＜１５
   なる条件式を満足し、かつ
   前記第１及び第２の回折格子のそれぞれについて、前記２つの光学要素のうち少なくとも一方の光学要素の部分分散比及びアッベ数をそれぞれθｇＦ及びνｄとするとき、
   ０．３５＜θｇＦ＜（−１．６６５×１０ ^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０ ^−５×νｄ^２−５．６５６×１０ ^−３×νｄ＋０．７１５）
   なる条件式を満足することを特徴とする回折光学素子。
2. 以下の条件式を更に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。
   ０＜｜ｄ１｜×（ｋ１１−ｋ１２）＋｜ｄ２｜×（ｋ２１−ｋ２２）＜０．００６μｍ
   但し、ｋ１１、ｋ１２は前記第１の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する消衰係数、ｋ２１、ｋ２２は前記第２の回折格子を構成する前記２つの光学要素のｄ線に対する消衰係数、ｄ１は第１の回折格子の格子高さ（μｍ）、ｄ２は第２の回折格子の格子高さ（μｍ）である。
3. 前記少なくとも一方の光学要素は、ＩＴＯ微粒子を含む材料から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
4. 前記少なくとも一方の光学要素は、ＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂材料から成ることを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
5. 前記第１の回折格子を構成する前記２つの光学要素のうち少なくとも一方は、前記第２の回折格子を構成する前記２つの光学要素のうち少なくとも一方と同じ材料から成ること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. 可視帯域における波長をλ（μｍ）、前記第１の回折格子を構成する前記２つの光学要素のうち前記第２の回折格子に対して遠い方及び近い方の前記波長λの光に対する屈折率をそれぞれｎ１１及びｎ１２、前記第２の回折格子を構成する前記２つの光学要素のうち前記第１の回折格子に対して近い方及び遠い方の前記波長λの光に対する屈折率をそれぞれｎ２１及びｎ２２、前記第１及び第２の回折格子の格子高さをそれぞれｄ１（μｍ）及びｄ２（μｍ）、設計次数をｍ、とするとき、
   ０．９４０≦｛ｄ１×（ｎ１２−ｎ１１）＋ｄ２×（ｎ２２−ｎ２１）｝／（ｍ×λ）≦１．０６０
   なる条件式を満足する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１の回折格子の格子高さをｄ１（μｍ）、前記第２の回折格子の格子高さをｄ２（μｍ）、とするとき、
   ｜ｄ１｜＋｜ｄ２｜＜３０μｍ
   なる条件式を満足す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. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子と、絞りと、を有することを特徴とする光学系。
9. 請求項８に記載の光学系と、光電変換素子と、を備えることを特徴とする光学機器。