JP6929350B2 - 回折光学素子及びそれを有する光学系、撮像装置、レンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ等の光学系に用いられる回折光学素子に関する。

鋸刃状の回折格子（ブレーズ格子）を備える回折光学素子において、格子壁面に膜を設けて導波路を形成することで、回折効率が向上することが知られている。

特許文献１には、導波路を有する回折光学素子が記載されている。

また、格子壁面に膜を設ける際、格子面にも膜を設けるように構成することで、容易かつ安価に導波路を有する回折光学素子が得られることが記載されている。

特開２０１１−２５７６８９号公報

しかしながら、格子面にも膜を設ける場合、回折光学素子の格子面における光の反射率が増大してしまうおそれがある。

本発明の目的は、第１の回折格子と第２の回折格子の間に膜を有する回折光学素子において、格子面における反射率を低減することである。

本発明の回折光学素子は、複数の第１の格子壁面及び複数の第１の格子面を含む第１の回折格子と、複数の第２の格子壁面及び複数の第２の格子面を含む第２の回折格子と、前記複数の第１の格子壁面及び前記複数の第２の格子壁面に接する複数の第１の膜と、前記複数の第１の格子面及び前記複数の第２の格子面に接する複数の第２の膜とを有し、前記複数の第１の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率の平均値をｎ_ｈａ、前記複数の第２の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率の平均値をｎ_ｓａ、前記第１の回折格子の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_１、前記第２の回折格子の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_２ 、前記複数の第１の膜の厚さの平均値をｄ _ｈａ 、前記複数の第２の膜の厚さの平均値をｄ _ｓａ とするとき、
ｎ_２＜ｎ_１＜ｎ_ｈａ
ｎ_ｓａ＜ｎ_ｈａ
０．１＜ｄ _ｓａ ／ｄ _ｈａ ＜０．９
なる条件式を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、第１の回折格子と第２の回折格子の間に膜を有する回折光学素子において、格子面における反射率を低減することができる。

回折光学素子の概略図である。 回折光学素子の回折格子部の拡大図である。 実施例１における膜の屈折率の変化および厚さの変化を示す図である。 実施例１における式（９）の値を示す図である。 実施例１における式（１７）の値を示す図である。 実施例１における式（７）の値を示す図である。 実施例１における反射率を示す図である。 実施例２における膜の屈折率の変化および厚さの変化を示す図である。 実施例２における式（９）の値を示す図である。 実施例２における式（１７）の値を示す図である。 実施例２における式（７）の値を示す図である。 実施例２における反射率を示す図である。 実施例３における膜の屈折率の変化および厚さの変化を示す図である。 実施例３における式（９）の値を示す図である。 実施例３における式（１７）の値を示す図である。 実施例３における式（７）の値を示す図である。 実施例３における反射率を示す図である。 実施例４における光学系の概略図である。 実施例５における光学系の概略図である。 実施例６における撮像装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）、（ｂ）の各図は、本実施例の回折光学素子（以下、ＤＯＥと称する）１０を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、本実施例のＤＯＥ１０は円形の形状を有する。

また、図１（ａ）において、点線で示した同心円は、後述する第１の回折格子の形状を模式的に表したものである。

図１（ｂ）は、ＤＯＥ１０の断面図である。図１（ｂ）に示すように、ＤＯＥ１０は、第１の基板１と第２の基板２を有し、第１の基板１と第２の基板２の間には回折格子部３が設けられている。ここで、図１（ｂ）に示したＯは、ＤＯＥ１０の中心軸を表している。ＤＯＥ１０を撮像装置等の光学系に用いる場合、ＤＯＥ１０は中心軸Ｏと光学系の光軸が一致するように配置される。

回折格子部３の拡大図を図２に示す。

なお、図２は回折格子部３の模式図であり、実際の寸法とは異なる。回折格子部３は、第１の回折格子４と、第２の回折格子５と、膜６を有する。

第１の回折格子４は第１の基板１に設けられている。第１の回折格子４の波長５５０ｎｍにおける屈折率はｎ_１である。

また、第１の回折格子４は、格子面４ａと格子壁面４ｂを交互に有しており、鋸刃状の回折格子（ブレーズ構造）となっている。

ここで、格子面４ａとは、鋸刃状の回折格子を構成する面のうち面法線と中心軸Ｏが成す角度が小さい方の面であり、格子壁面４ｂとは鋸刃状の回折格子を構成する面のうち面法線と中心軸Ｏが成す角度が大きい方の面である。

また、第２の回折格子５は第２の基板２に設けられている。第２の回折格子５の波長５５０ｎｍにおける屈折率はｎ_２である。ｎ_２はｎ_１よりも小さくなっている。

また、第２の回折格子５は、第１の回折格子４と同様に、格子面５ａと格子壁面５ｂを交互に有しており、鋸刃状の回折格子（ブレーズ構造）となっている。

ここで、格子面５ａとは、鋸刃状の回折格子を構成する面のうち面法線と中心軸Ｏが成す角度が小さい方の面であり、格子壁面５ｂとは鋸刃状の回折格子を構成する面のうち面法線と中心軸Ｏが成す角度が大きい方の面である。

図１（ａ）において点線で示した複数の円は、第１の回折格子４の格子面４ａと格子壁面４ｂの境界を表したものである。図１（ａ）に示すように、第１の回折格子４は中心軸Ｏを中心とした同心円状の回折格子となっている。これは第２の回折格子５についても同様であり、第２の回折格子５は中心軸Ｏを中心とした同心円状の回折格子となっている。

また、第１の回折格子４の格子面４ａと格子壁面４ｂの境界のうち、最も中心軸Ｏから離れている境界の半径はｒ_ｍａｘである。

図１（ａ）に示すように、第１の回折格子４および第２の回折格子５の格子ピッチを中心軸Ｏから離れるにつれて徐々に変化させることで、回折格子部３にレンズ作用（光の収斂作用や発散作用）を具備させることができる。

膜６は第１の回折格子４と第２の回折格子５の間に設けられている。本実施例において第１の回折格子４および第２の回折格子５は、共に膜６に密着するように構成されている。このとき、第１の回折格子４の谷部を結んだ包絡線と第２の回折格子５の谷部を結んだ包絡線の距離がＤＯＥ１０の格子厚さｄ_１となる。

以下の説明では、膜６において格子面４ａと格子面５ａの間に形成されている膜を膜６ａと称する。また、膜６において格子壁面４ｂと格子壁面５ｂの間に形成されている膜を膜６ｂと称する。中心軸Ｏからｒなる距離だけ離れた位置での波長５５０ｎｍにおける膜６ａの屈折率をｎ_ｓ（ｒ）とする。

また、中心軸Ｏからｒなる距離だけ離れた位置での波長５５０ｎｍにおける膜６ｂの屈折率をｎ_ｈ（ｒ）とする。

また、中心軸Ｏからｒなる距離だけ離れた位置における膜６ａの厚さをｄ_ｓ（ｒ）とする。膜６ａの厚さとは格子面４ａの面法線方向の厚みである。

また、中心軸Ｏからｒなる距離だけ離れた位置における膜６ｂの厚さをｄ_ｈ（ｒ）とする。膜６ｂの厚さとは、格子壁面４ｂの面法線方向の厚みである。

なお、図２に示すように、ＤＯＥ１０において膜６ａは格子面ごとに複数存在している。このため、ｎ_ｓ（ｒ）およびｄ_ｓ（ｒ）は膜６ａが存在するようなｒに対して定義される離散的な値である。また、膜６ｂは格子壁面ごとに複数存在している。このため、ｎ_ｈ（ｒ）およびｄ_ｈ（ｒ）は膜６ｂが存在するようなｒに対して定義される離散的な値である。

ＤＯＥ１０において、第ｍ次の回折光の回折効率が最大となる条件は次の式（１）で与えられる。

Φ（λ）＝−（ｎ_２（λ）−ｎ_１（λ））×ｄ_１＝ｍλ （１）

Φ（λ）は回折格子部３によって生じる光路長差の最大値を表している。

またλは光の波長を表しており、ｎ_１（λ）は第１の回折格子４の波長λにおける屈折率、ｎ_２（λ）は第２の回折格子５の波長λにおける屈折率である。

式（１）におけるｍは回折次数であり、任意の整数値をとる。式（１）では、第１の回折格子４から第２の回折格子５へ向かって中心軸Ｏに平行な光が入射したときに、中心軸Ｏに近づく方向に回折する場合の回折次数を正（ｍ＞０）とし、中心軸Ｏから離れる方向に回折する場合の回折次数を負（ｍ＜０）としている。

ＤＯＥ１０は、式（１）に基づいて特定の回折次数（例えばｍ＝１）における回折効率を高めるように設計される。ただし、現実には格子壁面４ｂや５ｂの周辺を透過する光束の波面には位相の乱れが生じる。このため、この位相の乱れが無視できない程に大きくなると、実際の回折効率は式（１）の光路長差から見積もった回折効率よりも低くなってしまう。そこで、ＤＯＥ１０では以下の条件式（２）を満たすような膜６ｂを設けている。

ｎ_２＜ｎ_１＜ｎ_ｈａ （２）

ここで、ｎ_ｈａは膜６ｂの波長５５０ｎｍにおける屈折率ｎ_ｈ（ｒ）をｒに対して平均した値である。なお、ｎ_ｈａは格子面ごとに複数存在する膜６ｂの屈折率の和を格子面の数で除すことで得ることができる。

なお、格子面ごとに複数存在する膜６ｂの屈折率の和をとる際には、各膜６ｂの代表点における屈折率をｎ_ｈ（ｒ）の代表値として用いれば良い。

式（２）を満たすことにより、膜６ｂは導波路として機能する。格子壁面４ｂおよび格子壁面５ｂ付近に入射した光束の一部は、膜６ｂの内部に閉じ込められて、膜６ｂ内を伝播するようになる。これによって格子壁面４ｂや５ｂの周辺を透過する光束における位相の乱れを低減することができ、結果としてＤＯＥ１０の回折効率を高めることができる。

このような膜６ｂを格子壁面４ｂと格子壁面５ｂの間に設ける場合、格子面４ａと格子面５ａの間にも膜が形成されることを許容することで、ＤＯＥ１０を容易に得ることができる。

しかしながら、格子面４ａと格子面５ａの間に屈折率の大きな膜が形成されると、ＤＯＥ１０の格子面における反射率が増大してしまい、フレアやゴーストが生じ得る。

そこで、ＤＯＥ１０の格子面における反射率を低減するために、膜６ａは以下の条件式（３）と式（４）の少なくとも一方を満たすように設けられている。

ｎ_ｓａ＜ｎ_ｈａ （３）
０＜ｄ_ｓａ＜ｄ_ｈａ （４）

ここで、ｎ_ｓａは格子面ごとに複数存在する膜６ａの屈折率の和を格子面の数で除した値である。ｄ_ｓａは格子面ごとに複数存在する膜６ａの厚さの和を格子面の数で除した値である。ｄ_ｈａは格子壁面ごとに複数存在する膜６ｂの厚さの和を格子壁面の数で除した値である。

なお、格子面ごとに複数存在する膜６ａの屈折率の和をとる際には、各膜６ａの代表点における屈折率をｎ_ｓ（ｒ）の代表値として用いれば良い。格子面ごとに複数存在する膜６ａの厚さの和をとる際には、各膜６ａの代表点における屈折率をｄ_ｓ（ｒ）の代表値として用いれば良い。

また、格子壁面ごとに複数存在する膜６ｂの厚さの和をとる際には、各膜６ｂの代表点における屈折率をｄ_ｈ（ｒ）の代表値として用いれば良い。

式（３）について説明する。格子面４ａと膜６ａの界面における反射率は、第１の回折格子４と膜６ａの屈折率の差が小さいほど小さくなる傾向がある。同様に、格子面５ａと膜６ａの界面における反射率は、第２の回折格子５と膜６ａの屈折率の差が小さいほど小さくなる傾向がある。

したがって、式（３）を満足するように膜６ａを設けることで、ＤＯＥ１０の格子面における反射率を低減することができる。ここで、ＤＯＥ１０の格子面における反射率とは、膜６ａと格子面４ａの界面における反射光と、膜６ａと格子面５ａの界面における反射光の干渉を考慮した正味の反射率を指す。

次に、式（４）について説明する。格子面における反射率の波長依存性は、膜６ａの厚さが薄いほど小さくなる傾向がある。反対に、膜６ａの厚さが厚くなると、一部の波長に対して格子面における反射率が大きくなってしまう。

したがって、式（４）を満足するように膜６ａを設けることで、第１の回折格子４と第２の回折格子５の間に一様な厚さを有する膜を設ける場合と比較して、格子面における反射率の波長依存性を低減することができ、広い波長帯域で反射率を低くすることができる。

上述した式（３）および式（４）の少なくとも一方を満たしていれば、格子面における反射率を低減することができるが、式（３）と式（４）をともに満たすことが好ましい。

なお、ＤＯＥ１０が式（４）を満たしている場合、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。

０．１＜ｄ_ｓａ／ｄ_ｈａ＜０．９ （５）

ｄ_ｓａ／ｄ_ｈａを式（５）の下限よりも大きくすることで、ＤＯＥ１０を製造する際に膜６ａと膜６ｂの厚さの制御を容易に行うことができる。

したがって、ＤＯＥ１０を容易に製造することができる。

また、ｄ_ｓａ／ｄ_ｈａを式（５）の上限よりも小さくすることで、格子面における反射率の波長依存性をより低減することができる。

なお、式（５）の範囲は好ましくは以下の式（５ａ）の範囲とすると良い。

０．３＜ｄ_ｓａ／ｄ_ｈａ＜０．８５ （５ａ）

また、ＤＯＥ１０の格子面における反射率をより低減するためには、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。

（ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ））^２＜０．３ （６）

式（６）は、格子面ごとに存在する複数の膜６ａのそれぞれについて、膜６ａの屈折率と第１の回折格子４および第２の回折格子５の屈折率の差が小さいことを表している。式（６）の上限値を上回るほどに膜６ａの屈折率と第１の回折格子４および第２の回折格子５の屈折率の差が大きくなると、ＤＯＥ１０の格子面における反射率を十分に低減することが困難となる。

このため、少なくとも一部のｒにおいて式（６）を満たすことで、格子面における反射率をさらに低減させることができる。

なお、より好ましくはｒの値に依らず式（６）を満足すると良い。

また、ＤＯＥ１０の格子面における反射率は、格子面４ａと膜６ａの界面で生じた反射光と、膜６ａと格子面５ａの界面で生じた反射光の干渉によって決まる。ゆえに、反射率は膜６ａの厚さに依っても変化する。

したがって、厚さ格子面における反射率をより低減するためには、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。

［ｓｉｎ｛α×ｄ_ｓ（ｒ）｝×｛ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ）｝］^２＜０．２ （７）

ここで、ｄ_ｓ（ｒ）はｎｍ（ナノメートル）を単位とした値であり、αは０．０１６５６４ｎｍ^−１である。厚さ
式（７）はより好ましくは式（７ａ）の範囲、さらに好ましくは式（７ｂ）の範囲とすると良い。

［ｓｉｎ｛α×ｄ_ｓ（ｒ）｝×｛ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ）｝］^２＜０．１６ （７ａ）
［ｓｉｎ｛α×ｄ_ｓ（ｒ）｝×｛ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ）｝］^２＜０．１２ （７ｂ）

さらに、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果を高めつつ格子面における反射率をより低減するためには、以下の式（８）を満たすことが好ましい。

｜（２ｎ_ｓａ−ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_ｈａ−ｎ_１）｜＜５ （８）

式（８）の分子は、膜６ａの屈折率と第１の回折格子４および第２の回折格子５の屈折率の差であり、式（８）の分子の絶対値が小さいほど反射率は小さくなる傾向がある。

また、式（８）の分母は膜６ｂの屈折率と格子壁面４ｂの屈折率の差である。式（８）の分母の値をある程度大きくすることで光の閉じ込め効果を大きくすることができる。

したがって、式（８）を満たすことで膜６ｂにおける光の閉じ込め効果を高めつつ格子面における反射率をより低減することができる。

式（８）はより好ましくは以下の式（８ａ）の範囲とすると良い。

｜（２ｎ_ｓａ−ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_ｈａ−ｎ_１）｜＜３ （８ａ）

また、膜６ｂの光の閉じ込め効果をさらに向上させて格子壁面４ｂおよび格子壁面５ｂにおいて生じる不要光をより低減するためには、好ましくは式（９）を、より好ましくは式（９ａ）を満たすと良い。

０．５≦ｄ_ｈ（ｒ）／Ｗ_ｃ≦２ （９）
０．７５≦ｄ_ｈ（ｒ）／Ｗ_ｃ≦１．７５ （９ａ）

式（９）におけるＷ_ｃは、ＴＥ偏光に関するカットオフ幅Ｗ_ｃ，ＴＥとＴＭ偏光に関するカットオフ幅Ｗ_ｃ，ＴＭを用いて以下の式（１０）で与えられる値である。

Ｗ_ｃ＝（Ｗ_ｃ，ＴＥ＋Ｗ_ｃ，ＴＭ）／２ （１０）

ここで、Ｗ_ｃ，ＴＥおよびＷ_ｃ，ＴＭについて説明する。上述のように第１の回折格子４、膜６ｂ、第２の回折格子５は、式（２）を満たしている。このとき、格子壁面に着目すると、第１の回折格子４と膜６ｂと第２の回折格子５は、非対称な３層平板導波路を構成しているとみることができる。

一般に、導波層（導波路として機能する層）の屈折率をｎ_ｇ、クラッド層（導波層を挟みこんでいる層）の屈折率をｎ_ｃ１、ｎ_ｃ２としたとき、非対称な３層平板導波路の固有値方程式は以下の式（１１）及び（１２）で与えられることが知られている。ただし、ｎ_ｇ＞ｎ_ｃ１＞ｎ_ｃ２である。なお、式（１１）はＴＥモード、式（１２）はＴＭモードに対応している。

ここで、Ｗは導波層の厚みであり、β_ＴＭはＴＭ偏光の伝搬定数、β_ＴＥはＴＥ偏光の伝搬定数である。また、ｋ_０は光の波長をλとしたときｋ_０＝２π／λなる式で与えられる値である。

このとき、単一モードが発生するカットオフ幅を考えると、ＴＥ偏光について式（１３）、ＴＭ偏光について式（１４）が得られる。

ただし、κ_ｃは次の式（１５）で、δ_ｃは式（１６）で与えられる値である。

本実施例においては、ｎ_ｃ１が第１の回折格子４の屈折率ｎ_１、ｎ_ｃ２が第２の回折格子５の屈折率ｎ_２、波長５５０ｎｍにおけるｎ_ｇが膜６ｂの屈折率ｎ_ｈ（ｒ）に対応している。

ゆえに、式（１３）および（１４）を用いることでＤＯＥ１０におけるＷ_ｃ，ＴＥおよびＷ_ｃ，ＴＭを求めることができる。

ＤＯＥ１０においては、膜６ｂの厚さｄ_ｈ（ｒ）を、上述のようにして得られたＷ_ｃ程度の厚さにすることで、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果をより大きくすることができる。一方、式（９）の上限値上回るまたは下限値を下回る場合、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果を十分に大きくすることが困難となる。

このため、少なくとも一部のｒにおいて式（９）を満たすことで、回折効率をさらに向上させることができる。また、ＤＯＥ１０に対して斜めに光が入射した場合においても、格子壁面において生じる不要光をより低減することができる。

なお、好ましくはｒの値に依らず式（９）を満足すると良い。

なお、ＤＯＥ１０を全体として見た場合の膜６ｂの光の閉じ込め効果の大きさは（ｎ_ｈａ−ｎ_１）×ｄ_ｈａの値で見積もることができる。膜６ｂにおける光の閉じ込め効果をより大きくするためには、以下の式（１７）を満たすことが好ましい。

７＜（ｎ_ｈａ−ｎ_１）×ｄ_ｈａ＜３０ ［ｎｍ］ （１７）

（ｎ_ｈａ−ｎ_１）×ｄ_ｈａの値を式（１７）の範囲とすることで膜６ｂにおける光の閉じ込め効果をより大きくすることができ、回折効率をより向上することができる。

また、ＤＯＥ１０に対して斜めに光が入射した場合においても、格子壁面において生じる不要光をより低減することができる。

式（１７）は、好ましくは以下の式（１７ａ）の範囲とするとよい。

１０＜（ｎ_ｈａ−ｎ_１）×ｄ_ｈａ＜２０ ［ｎｍ］ （１７ａ）

また、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果の偏光依存性を低減させるためには、比屈折率差は小さいことが好ましい。一方、比屈折率差が小さくなりすぎると膜６ｂにおける光の閉じ込め効果が小さくなる。すなわち、膜６ｂの導波路としての機能が低下する。

そこで、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果を維持しつつ偏光依存性を低減するためには、以下の式（１８）を満たすことが好ましい。

０．００５＜Δ＜０．０４５ （１８）

ここで、Δは比屈折率差である。比屈折率差Δは以下の式（１９）で与えられる。

Δを式（１８）の下限値よりも大きくすることで、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果の偏光依存性を低減させることができる。また、Δを式（１８）の上限値よりも小さくすることで、膜６ｂにおける光の閉じ込め効果を十分に大きくすることができる。

なお、式（１８）は好ましくは以下の式（１８ａ）の範囲とするとよい。

０．００７＜Δ＜０．０４２ （１８ａ）

さらに、波長７００ｎｍにおけるΔの値よりも、波長４００ｎｍにおけるΔの値を小さくすることが好ましい。これによって膜６ｂにおける光の閉じ込め効果の波長依存性を低減することができる。

次に、ＤＯＥ１０を製造する方法について説明する。

まず、第１の回折格子４にスパッタリングや蒸着等を用いて一様に膜を成膜する。その後、格子面４ａ上に成膜された膜と、格子壁面４ｂ上に成膜された膜の屈折率が式（３）と式（４）の少なくとも一方を満足するように屈折率および厚さを調整することで、膜６を得ることができる。

屈折率および厚さを調整する方法の一例としては、リソグラフィー法やナノインプリント法等を用いて、格子壁面４ｂ上に成膜された膜のみに保護層を設けた後エッチングを行う方法がある。これによって、格子面４ａ上に成膜された膜のみの実効的な屈折率を変化させたり、厚さを変化させたりすることができる。

なお、リソグラフィー法やナノインプリント法等を用いて格子面４ａ上に成膜された膜のみに保護層を設けた後、エッチングを行うことで格子壁面４ｂ上に成膜された膜のみの実効的な屈折率を変化させたりたり、厚さを変化させたりしても良い。

このようにして、式（３）と（４）の少なくとも一方を満足する膜６を形成することができる。

このように膜６を形成したのち、第２の回折格子５を形成することによって、ＤＯＥ１０を得ることができる。

なお、ＤＯＥ１０を製造する方法は、上述した製造方法に限定されるものではない。

また、ＤＯＥ１０における第１の回折格子４、第２の回折格子５、膜６を構成する材料は、式（２）を満足すれば特に限定されない。ただし、第１の回折格子４を構成する材料の屈折率分散と第２の回折格子５を構成する材料の屈折率分散は異なっていることが好ましい。具体的には、以下の条件式（２０）、（２１）を満たすことが好ましい。

νｄ_１＞３５ （２０）
νｄ_２＜２５ （２１）

ここで、式（２０）におけるνｄ_１は、第１の回折格子４のアッべ数である。

また、式（２１）におけるνｄ_２は、第２の回折格子５のアッべ数である。

なお、ある媒質のアッべ数はフラウンホーファー線のｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する該媒質の屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとしたとき、次式（２２）で与えられる。

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ） （２２）

これによって、可視波長の全域（４００〜７００ｎｍ）でより高い回折効率を得ることができる。

さらに、より高い回折効率を得るためには、第１の回折格子４と第２の回折格子５は、λ＝５５０ｎｍにおいて以下の条件式（２３）を満足する整数ｍが存在するように設計することが好ましい。

０．９６０≦（ｎ_１−ｎ_２）×ｄ_１／（ｍ×λ）≦１．０４０ （２３）
これにより、ｍ次の回折光の回折効率をより高めることができる。

光学系の一部にＤＯＥ１０を用いる場合、ＤＯＥ１０を透過する光の量はＤＯＥ１０の周辺部よりも中心部の方が多い。このため、ＤＯＥ１０の周辺部における反射光よりもＤＯＥ１０の中心部における反射光の方がフレアやゴーストの原因となりやすい。

一方、図１に示すＤＯＥ１０のように第１の回折格子４が曲率を有する場合、蒸着等を用いて第１の回折格子４上に膜を成膜すると第１の回折格子４の中心部における厚さと周辺部における厚さは異なる場合がある。この場合、以下の条件式（２４）を満たすように膜６ａの厚さを調節することが好ましい。

ｄ_ｓｃ＜ｄ_ｓｅ （２４）

ここで、式（２４）におけるｄ_ｓｃは、ＤＯＥ１０の中心部における膜６ａの厚さの平均値であり、ｒ＝０からｒ＝ｒ_ｍａｘ／３までの範囲でｄ_ｓ（ｒ）を平均した値である。

また、式（２４）におけるｄ_ｓｅは、ＤＯＥ１０の周辺部における膜６ａの厚さの平均値であり、ｒ＝２ｒ_ｍａｘ／３からｒ＝ｒ_ｍａｘまでの範囲でｄ_ｓ（ｒ）を平均した値である。

式（２４）を満たすことで、ＤＯＥ１０の中心部において反射率の波長依存性をより小さくすることができ、より広い波長範囲において反射率を低減させることができる。これによって、ＤＯＥ１０を光学系の一部に用いる際に、ＤＯＥ１０の格子面における反射光に起因するフレアやゴーストの発生をより低減することができる。

また、図１に示すＤＯＥ１０のように回折格子部３が曲率を有しているような場合、膜６を形成する際に、特にＤＯＥ１０の周辺部において厚さの製造誤差が大きくなる傾向がある。このため、膜６ｂの屈折率の変化による光の閉じ込め効果の変化を低減するためには、以下の条件式（２５）を満足することが好ましい。

ｄ_ｈｃ＜ｄ_ｈｅ （２５）

ここで、式（２５）におけるｄ_ｈｃは、ＤＯＥ１０の中心部における膜６ｂの厚さの平均値であり、中心軸Ｏからの距離が０以上ｒ_ｍａｘ／３以下である範囲でｄ_ｈ（ｒ）を平均した値である。また、式（２５）におけるｄ_ｈｅは、ＤＯＥ１０の周辺部における膜６ｂの厚さの平均値であり、中心軸Ｏからの距離が２ｒ_ｍａｘ／３以上ｒ_ｍａｘ以下である範囲でｄ_ｈ（ｒ）を平均した値である。

式（２５）を満足することは、膜６ｂの厚さはＤＯＥ１０の中心部よりもＤＯＥ１０の周辺部の方が厚いことを表す。このように膜６ｂの厚さを調整し、ＤＯＥ１０の周辺部における膜６ｂの屈折率ｎ_ｈｅをＤＯＥ１０の中心部における膜６ｂの屈折率ｎ_ｈｃよりも小さくすることで、膜６ｂの厚さの変化による光の閉じ込め効果の変化を低減することができる。これによって、ＤＯＥ１０を容易に製造することができる。

なお、ＤＯＥ１０の周辺部における膜６ｂの屈折率ｎ_ｈｃは中心軸Ｏからの距離が０以上ｒ_ｍａｘ／３以下である範囲でｎ_ｈ（ｒ）を平均した値である。また、ｎ_ｈｅは、ＤＯＥ１０の周辺部における膜６ｂの厚さの平均値であり、中心軸Ｏからの距離が２ｒ_ｍａｘ／３以上ｒ_ｍａｘ以下である範囲でｎ_ｈ（ｒ）を平均した値である。

次に、本実施例のＤＯＥ１０の特性について述べる。

ＤＯＥ１０において、第１の回折格子４はジルコニア（ＺｒＯ_２）の微粒子を混合させたアクリル系の樹脂により形成されている。第１の回折格子４の屈折率は、波長５５０ｎｍにおいて１．６２３０、フラウンホーファー線のｄ線に対して１．６１９である。

また、第１の回折格子４のアッべ数νｄ_１は４３．２であり、部分分散比θｇＦは０．５６４である。ここで、部分分散比θｇＦとは、フラウンホーファー線のｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する媒質の屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとしたとき、次の式（２６）で与えられる値である。

θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ） （２６）

第２の回折格子５は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の微粒子を混合させたアクリル系の樹脂により形成されている。第２の回折格子５の屈折率は、波長５５０ｎｍにおいて１．５７２４、フラウンホーファー線のｄ線に対して１．５６６である。

また、第２の回折格子５のアッべ数νｄ_２は１９．０であり、部分分散比は０．４１８である。

薄膜６はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とジルコニア（ＺｒＯ_２）を混合した材料を用いて形成されている。

また、格子厚さｄ_１は１０．７９μｍであり、格子ピッチは１００〜３０００μｍである。

図３（ａ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図３（ａ）においてｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

なお、上述したようにｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒに対して定義される離散的な値である。図３（ａ）では、それぞれのｒに対応するｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値を実線で結んで示している。これはｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）についても同様であり、それぞれのｒに対応するｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値を点線で結んで示している。

図３（ａ）からわかるように、ほぼ全域でｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりもｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の方が小さくなっている。また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｓａは１．６２１６、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｈａは１．６８０７となっており、ＤＯＥ１０は式式（３）を満足している。

なお、式（３）を満足していればＤＯＥ１０の全体としての反射率を低減できるため、図３（ａ）に示すようにＤＯＥ１０の一部においてｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）がｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりも小さくなっていても良い。

また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って増加するように変化している。ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って減少するように変化している。すなわち、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａの屈折率は増加し、膜６ｂの屈折率は減少している。

図３（ｂ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの厚さｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの厚さｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図３（ｂ）においてｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

なお、上述したようにｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒに対して定義される離散的な値である。図３（ｂ）では、それぞれのｒに対応するｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値を実線で結んで示している。これはｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）についても同様であり、それぞれのｒに対応するｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値を点線で結んで示している。

図３（ｂ）に示すように、中心軸Ｏからの距離に依らずｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりも大きくなっている。また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｓａは１９３ｎｍ、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｈａは２６８ｎｍとなっており、本実施例のＤＯＥ１０は式（４）を満足している。

また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は、共に中心軸Ｏから離れるに従って増加するように変化している。すなわち、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａおよび膜６ｂの厚さは厚くなっている。

図４に、本実施例のＤＯＥ１０におけるｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）、ＴＥ偏光のカットオフ幅とＴＭ偏光のカットオフ幅の平均値Ｗ_ｃおよびｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗ_ｃを示す。点線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）および一点鎖線で示したＷ_ｃは左側の縦軸を参照する。実線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗ_ｃは右側の縦軸を参照する。

図４に示す通り、ＤＯＥ１０は式（９）を満足している。

図５に、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｎ_１の差に、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を乗じた値とｒの関係を示す。図５に示す通り、（ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）−ｎ_１）×ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値はｒに依らず略一定であり、式（１７）の範囲を満足している。

図６に、式（７）の値とｒの関係を示す。図６に示すように、ＤＯＥ１０はｒに依らず式（７）を満たしている。

図７に、本実施例のＤＯＥ１０の格子面における反射率とｒの関係を示す。図７に示すように、ＤＯＥ１０の格子面における反射率はｒに依らず２％以下と低い値となっており、反射率を低減させることができていることがわかる。

次に、実施例２のＤＯＥについて説明する。本実施例のＤＯＥは、実施例１と同様に、図２に示すような構成となっている。第１の回折格子４および第２の回折格子５は実施例１と同様の光学定数を有しており、膜６ａおよび膜６ｂの屈折率や厚さのみが実施例１と異なっている。

図８（ａ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図８（ａ）においてｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

図８（ａ）からわかるように、本実施例のＤＯＥ１０では、中心軸Ｏからの距離に依らずｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりもｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の方が小さくなっている。

また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｓａは１．５２９８、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｈａは１．６８４０となっており、本実施例のＤＯＥ１０は式（３）を満足している。

また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って増加するように変化している。ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って減少するように変化している。すなわち、本実施例のＤＯＥ１０では、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａの屈折率は増加し、膜６ｂの屈折率は減少している。

図８（ｂ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの厚さｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの厚さｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図８（ｂ）においてｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

図８（ｂ）に示すように、中心軸Ｏからの距離に依らずｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりも大きくなっている。また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｓａは１５３ｎｍ、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｈａは２４６ｎｍとなっており、本実施例のＤＯＥ１０は式（４）を満足している。

また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は、共に中心軸Ｏから離れるにつれて増加するように変化している。すなわち、本実施例のＤＯＥ１０では、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａおよび膜６ｂの厚さは共に厚くなっている。

図９に、本実施例のＤＯＥ１０におけるｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）、ＴＥ偏光のカットオフ幅とＴＭ偏光のカットオフ幅の平均値Ｗ_ｃおよびｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗｃを示す。点線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）および一点鎖線で示したＷ_ｃは左側の縦軸を参照する。実線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗ_ｃは右側の縦軸を参照する。

図９に示す通り、本実施例のＤＯＥ１０は式（９）を満足している。

図１０に、本実施例のＤＯＥ１０におけるｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｎ_１の差に、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を乗じた値とｒの関係を示す。図１０に示す通り、（ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）−ｎ_１）×ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値はｒに依らず略一定であり、本実施例のＤＯＥ１０は式（１７）の範囲を満足している。

図１１に、本実施例のＤＯＥ１０における式（７）の値とｒの関係を示す。図１１に示すように、本実施例のＤＯＥ１０はｒに依らず式（７）を満たしている。

図１２に、本実施例のＤＯＥ１０の格子面における反射率とｒの関係を示す。図１２に示すように、ＤＯＥ１０の格子面における反射率はｒに依らず２％以下と低い値となっており、本実施例のＤＯＥ１０においても、格子面における反射率を低減させることができている。

次に、実施例３のＤＯＥについて説明する。本実施例のＤＯＥは、実施例１や実施例２と同様に、図２に示すような構成となっている。第１の回折格子４および第２の回折格子５は実施例１や実施例２と同様の光学定数を有しており、膜６ａおよび膜６ｂの屈折率や厚さのみ実施例１および実施例２と異なっている。

図１３（ａ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの波長５５０ｎｍの光に対する屈折率ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図１３（ａ）においてｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

図１３（ａ）からわかるように、本実施例のＤＯＥ１０では、中心軸Ｏからの距離に依らずｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりもｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の方が小さくなっている。

また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｓａは１．５０９９、ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｎ_ｈａは１．６８９０となっている。従って、本実施例のＤＯＥ１０は式（３）を満足している。

また、ｎ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って増加するように変化している。ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｒが大きくなるに従って減少するように変化している。すなわち、本実施例のＤＯＥ１０では、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａの屈折率は増加し、膜６ｂの屈折率は減少している。

図１３（ｂ）に、本実施例のＤＯＥ１０における膜６ａの厚さｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）と、膜６ｂの厚さｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を示す。図１３（ｂ）においてｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は実線で、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は点線で示している。

図１３（ｂ）に示すように、中心軸Ｏからの距離に依らずｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）はｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）よりも大きくなっている。また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｓａは１２７ｎｍ、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）をｒに対して平均した値であるｄ_ｈａは２２３ｎｍとなっている。従って、ＤＯＥ１０は式（３）を満足している。

また、ｄ_ｓ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）は、共に中心軸Ｏから離れるにつれて増加するように変化している。すなわち、本実施例のＤＯＥ１０では、ＤＯＥ１０の中心から周辺にかけて膜６ａおよび膜６ｂの厚さは共に厚くなっている。

図１４に、本実施例のＤＯＥ１０におけるｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）、ＴＥ偏光のカットオフ幅とＴＭ偏光のカットオフ幅の平均値Ｗ_ｃおよびｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗ_ｃを示す。点線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）および一点鎖線で示したＷ_ｃは左側の縦軸を参照する。実線で示したｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）／Ｗ_ｃは右側の縦軸を参照する。

図１４に示す通り、本実施例のＤＯＥ１０は式（９）を満足している。

図１５に、本実施例のＤＯＥ１０におけるｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）とｎ_１の差に、ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）を乗じた値とｒの関係を示す。図１０に示す通り、（ｎ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）−ｎ_１）×ｄ_ｈ（ｒ／ｒ_ｍａｘ）の値はｒに依らず略一定であり、本実施例のＤＯＥ１０においても式（１７）の範囲を満足している。

図１６に、本実施例のＤＯＥ１０における式（７）の値とｒの関係を示す。図１６に示すように、本実施例のＤＯＥ１０においてもｒに依らず式（７）を満たしている。

図１７に、本実施例のＤＯＥ１０の格子面における反射率とｒの関係を示す。図１７に示すように、ＤＯＥ１０の格子面における反射率はｒに依らず２％以下と低い値となっており、本実施例のＤＯＥ１０においても、格子面における反射率を低減させることができている。

以上の実施例１乃至３のＤＯＥにおける種々の値を次の表１にまとめて示す。

なお、表１に示した各値は、波長５５０ｎｍにおける値である。

次に、実施例４の光学系について説明する。屈折光学素子とＤＯＥを共に用いることで、光学系の色収差を低減することができることが知られている。本実施例の光学系も、ＤＯＥによって色収差を低減している。本実施例の光学系は、例えば撮像装置の光学系として用いることができる。

図１８に本実施例の光学系１００を示す。本実施例の光学系１００は、複数の光学素子１０１を有している。複数の光学素子１０１のうちの１つはＤＯＥ１０となっており、その他は屈折光学素子（レンズ）となっている。本実施例におけるＤＯＥ１０は、上述した実施例１乃至３のいずれかと同様の特性を有している。

また、図１８において１０２は絞り、１０３は結像面を表している。

実施例１乃至３で述べたように、ＤＯＥ１０では格子面における反射率を低減している。これによって、ＤＯＥ１０の格子面における反射光に起因したフレアやゴーストの発生を低減することができる。これによって、高品位な像を得ることができる。

なお、本実施例では、絞り１０２の近傍に配置された平板ガラスにＤＯＥ１０を設けているが、本発明はこれに限定されない。ＤＯＥ１０をレンズの凹面又は凸面上に設けてもよい。

また、本実施例では光学系１００が１つのＤＯＥ１０を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。光学系１００は複数のＤＯＥを有していても良い。

次に、実施例５の光学系について説明する。本実施例の光学系は、例えば双眼鏡の光学系として用いることができる。

図１９に本実施例の光学系２００を示す。本実施例の光学系２００は、対物レンズ部２０１と、プリズム２０５と、接眼レンズ部２０６を有する。２０７は瞳面である。

対物レンズ部２０１は、屈折光学素子（レンズ）とＤＯＥ１０を有する。これによって結像面２０３における色収差を低減している。本実施例におけるＤＯＥ１０は、上述した実施例１乃至３のいずれかと同様の特性を有している。

実施例１乃至３で述べたように、ＤＯＥ１０では格子面における反射率を低減している。これによって、ＤＯＥ１０の格子面での反射光に起因したフレアやゴーストの発生を低減することができる。これによって、本実施例の光学系２００においても高品位な像を得ることができる。

なお、本実施例では、対物レンズ部２０１に配置された平板ガラスにＤＯＥ１０を設けているが、本発明はこれに限定されない。ＤＯＥ１０をレンズの凹面又は凸面上に設けてもよい。

また、本実施例では光学系２００が１つのＤＯＥ１０を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。光学系２００は複数のＤＯＥを有していても良い。

また、本実施例では、対物レンズ部２０１にＤＯＥ１０が配置されている場合について説明したが、プリズム２０５の表面や接眼レンズ２０６にＤＯＥ１０を配置しても良い。ただし、ＤＯＥ１０を結像面２０３よりも物体側に設けることで、対物レンズ部２０１における色収差を低減することができるため、ＤＯＥ１０は結像面２０３よりも物体側に設けることが好ましい。

また、本実施例では、双眼鏡の観察光学系について説明したが、本発明の回折光学素子は、望遠鏡等の光学系にも適用することができる。

また、さらにはレンズシャッターカメラやビデオカメラなどの光学式ファインダにも適用することができる。

次に実施例６の撮像装置について説明する。

図２０は、本実施例の撮像装置としてのデジタルカメラ３００である。デジタルカメラ３００は、レンズ部３０１に前述した実施例４の光学系１００を有する。また、光学系１００の結像面１０３には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子３０３が、本体部３０２に配置される。

デジタルカメラ３００が光学系１００を有することで、フレアやゴーストの発生を低減した高品位な画像を得ることができる。

なお、図２０では、本体部３０２とレンズ部３０１が一体となった例を示しているが、撮像装置本体に対して着脱可能なレンズ装置に本発明を適用してもよい。このようなレンズ装置は、例えば一眼カメラ用の交換レンズとして用いられる。この場合、図２０は、光学系１００を有するレンズ装置３０１が撮像装置本体３０２に装着されている状態と見ることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

１０ 回折光学素子
４ 第１の回折格子
５ 第２の回折格子
６ 膜

Claims (15)

1. 複数の第１の格子壁面及び複数の第１の格子面を含む第１の回折格子と、
   複数の第２の格子壁面及び複数の第２の格子面を含む第２の回折格子と、
   前記複数の第１の格子壁面及び前記複数の第２の格子壁面に接する複数の第１の膜と、
   前記複数の第１の格子面及び前記複数の第２の格子面に接する複数の第２の膜とを有し、
   前記複数の第１の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率の平均値をｎ_ｈａ、前記複数の第２の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率の平均値をｎ_ｓａ、前記第１の回折格子の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_１、前記第２の回折格子の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_２ 、前記複数の第１の膜の厚さの平均値をｄ _ｈａ 、前記複数の第２の膜の厚さの平均値をｄ _ｓａ とするとき、
   ｎ_２＜ｎ_１＜ｎ_ｈａ
   ｎ_ｓａ＜ｎ_ｈａ
   ０．１＜ｄ _ｓａ ／ｄ _ｈａ ＜０．９
   なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
2. ７＜（ｎ_ｈａ−ｎ_１）×ｄ_ｈａ＜３０ ［ｎｍ］
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 

   
   とするとき、
   ０．００５＜Δ＜０．０４５
   なる条件式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. ｜（２ｎ_ｓａ−ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_ｈａ−ｎ_１）｜＜５
   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のいずれか一項に記載の回折光学素子。
5. 前記第１及び第２の回折格子は、共通の中心軸に対して同心円状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
6. 前記中心軸からの距離がｒとなる位置における前記第２の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_ｓ（ｒ）とするとき、
   （ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ））^２＜０．３
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
7. 前記中心軸からの距離がｒとなる位置における前記第２の膜の厚さをｄ_ｓ（ｒ）［ｎｍ］、波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_ｓ（ｒ）、α＝０．０１６５６４ｎｍ^−１とするとき、
   ［ｓｉｎ｛α×ｄ_ｓ（ｒ）｝×｛ｎ_１＋ｎ_２−２ｎ_ｓ（ｒ）｝］^２＜０．２
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項５又は６に記載の回折光学素子。
8. 前記中心軸からの距離がｒとなる位置における前記第１の膜の厚さをｄ_ｈ（ｒ）［ｎｍ］、波長５５０ｎｍに対する屈折率をｎ_ｈ（ｒ）、λ＝５５０［ｎｍ］、Ｗ_ｃ＝（Ｗ_ｃ，ＴＥ＋Ｗ_ｃ，ＴＭ）／２、
   

   

   
   とするとき、
   ０．５≦ｄ_ｈ（ｒ）／Ｗ_ｃ≦２
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
9. 前記中心軸からの距離がｒとなる位置における前記第２の膜の厚さをｄ_ｓ（ｒ）、前記中心軸から最も離れている前記第１の格子面及び前記第１の格子壁面の境界の半径をｒ_ｍａｘ、前記中心軸からの距離が０以上ｒ_ｍａｘ／３以下となる範囲におけるｄ_ｓ（ｒ）の平均値をｄ_ｓｃ、前記中心軸からの距離が２ｒ_ｍａｘ／３以上ｒ_ｍａｘ以下となる範囲におけるｄ_ｓ（ｒ）の平均値をｄ_ｓｅとするとき、
   ｄ_ｓｃ＜ｄ_ｓｅ
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
10. 前記中心軸から距離がｒとなる位置における前記第１の膜の波長５５０ｎｍに対する屈折率をｄ_ｈ（ｒ）、前記中心軸から最も離れている前記第１の格子面及び前記第１の格子壁面の境界の半径をｒ_ｍａｘ、前記中心軸からの距離が０以上ｒ_ｍａｘ／３以下となる範囲におけるｄ_ｈ（ｒ）の平均値をｄ_ｈｃ、前記中心軸からの距離が２ｒ_ｍａｘ／３以上ｒ_ｍａｘ以下となる範囲におけるｄ_ｈ（ｒ）の平均値をｄ_ｈｅとするとき、
    ｄ_ｈｃ＜ｄ_ｈｅ
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載の回折光学素子。
11. 前記第１及び第２の膜は、互いに同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回折光学素子。
12. 前記第１及び第２の膜は、Ａｌ _２ Ｏ _３ とＺｒＯ _２ を混合した材料で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の回折光学素子。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の回折光学素子と、光学素子とを有することを特徴とする光学系。
14. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の回折光学素子と、撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
15. 請求項１３に記載の光学系を有し、撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とするレンズ装置。

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