JPH11202111A - 光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折面上に保護層を設けても像の質が低下す
るのを防ぎ、さらに、不要次数光の影響を抑えて、高い
像の質を得ることができる光学系。 【解決手段】 帯域光が入射する光学系であり、レリー
フ型回折光学素子２と、このレリーフ型回折光学素子２
に入射するかレリーフ型回折光学素子２を経た光の波長
帯域を制限する手段３とを有し、レリーフ型回折光学素
子２は、表面にレリーフ形状を有する光学部材４と、そ
の光学部材４とは異なる材料からなり、光学部材４の表
面上に形成された保護層５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系とそれを含
む撮像装置に関し、特に、レリーフ面に保護層を設けた
レリーフ型回折光学素子を含み帯域光が入射する光学
系、及び、この光学系を含む撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、収差補正や光学系の小型化等のた
め、回折光学素子、特にレリーフ型回折光学素子がよく
用いられるようになってきた。レリーフ型回折光学素子
とは、図１に断面を示すように、表面に形成された深さ
方向に構造を持つレリーフパターンによって光を回折す
るものである。このレリーフパターンは非常に微細であ
り、可視光を利用する場合、通常そのピッチは数μｍか
ら数百μｍ程度である。

【０００３】このように、微細なパターンが表面に形成
されているため、レリーフ型回折光学素子の表面は汚れ
やすい。溝の底に埃等がたまりやすく、また、指紋等の
汚れが付着しても通常の屈折レンズとは異なり拭き取る
ことは困難である。また、凹凸パターンの凸部は欠けや
すく、傷が付きやすい。そのため、例えばカメラの撮像
光学系に回折光学素子を用いた場合、レリーフパターン
の形成された回折面を物点側の第１面に配置することは
できない。

【０００４】このような問題に対して、回折面に保護層
を形成し、表面を平坦化する方法がある。例えば特開平
２−４３５０３号においては、表面にレリーフ格子パタ
ーンを形成したグレーティング層上に保護層を設け、表
面を平坦化している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回折面
上に保護層を形成すると、光学性能が低下し、この回折
光学素子を利用した光学系ではフレアーやゴースト等が
強く発生し、像の画質が低下してしまう場合もある。

【０００６】レリーフ型の回折光学素子には、レリーフ
形状のある溝深さに対して、ある波長である回折次数光
の回折効率が最高となり、波長がそれからずれるとその
回折次数光の回折効率は低くなるという性質がある。例
えば、図１（ａ）に示すように断面が鋸歯形状の回折光
学素子は、空気中に置かれている場合には、溝深さｄが
次の式（１０）を満たすとき、波長λ₀ でｍ次光の回折
効率が１００％となる。

【０００７】 ｄ＝ｍλ₀ ／｛ｎ₁ （λ₀ ）−１｝ ・・・（１０） ここで、ｎ₁ （λ₀ ）は回折光学素子のレリーフ面の材
料の波長λ₀ における屈折率である。以降、このような
回折効率が最高値となる波長λ₀ を最適化波長と呼ぶ。

【０００８】最適化波長λ₀ を５１０ｎｍとした場合
の、可視域における１次光の回折効率を図２に示す。た
だし、回折光学素子はＢＳＬ７（（株）オハラ製。ｎ_d
＝１．５１６３３，ν_d ＝６４．１）からなっていると
する。図２から分かるように、波長５１０ｎｍにおいて
は回折効率は１００％となるが、それより長波長及び短
波長の領域では回折効率が低下する。このとき、その低
下分は他の回折次数光、主に０次光と２次光として回折
する。図３に、最適化波長λ₀ の場合の０次光及び２次
光の回折効率を示す。０次光は長波長域で回折効率が高
くなり、２次光は短波長域で回折効率が高くなる。

【０００９】したがって、白色光のように波長範囲の広
い光を回折光学素子に入射すると、像の形成に使用する
回折次数光（ここでは、１次光）以外の不要な回折次数
光（ここでは、主に０次光及び２次光）が発生し、それ
はフレアーやゴースト等の原因となり、像の質が悪化し
てしまう。

【００１０】このレリーフ型回折光学素子の回折面上
に、図４のように、回折光学素子の材料と異なる材料か
らなる保護層を形成した場合を考える。この保護層をな
す材料の屈折率をｎ₂ とすると、保護層がない場合と同
様に、回折次数ｍ、最適化波長λ₀ で回折効率を１００
％とするためには、溝深さｄ’を次の式（１１）のよう
にする必要がある。

【００１１】 ｄ’＝ｍλ₀ ／｛ｎ₁ （λ₀ ）−ｎ₂ （λ₀ ）｝ ・・・（１１） 例えば、レリーフ型回折光学素子をＢＳＬ７、保護層を
ＰＣ（ポリカーボネート）とした場合、最適化波長λ₀
を５１０ｎｍとすると、可視域における１次光の回折効
率は図５ののようになる。なお、図中のは保護層を
設けない場合の１次光の回折効率であり、図２と同じも
のである。図５から分かるように、この場合も、回折効
率は最適化波長から離れるに従って下るが、保護層がな
い場合よりも下がり方が大きい。特に短波長域での低下
が大きい。また、０次光と２次光の回折効率は図６のよ
うになり、１次光の回折効率が低下した分、０次光と２
次光の回折効率が高くなる。

【００１２】このように、レリーフ型回折光学素子の回
折面上に保護層を設けると、回折効率の波長依存性が大
きくなり、像形成に使用する回折次数光の回折効率が最
適化波長に対して短波長域及び長波長域で低下し、像形
成に不要な回折次数光の回折効率がこれらの波長域で高
くなることがある。したがって、保護層を設けること
で、不要次数光による像への影響、すなわちフレアーや
ゴースト等が強くなり、像の質の劣化が大きくなる場合
がある。

【００１３】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、その目的は、回折面上に保護層を設けても像の質
が低下するのを防ぎ、さらに、不要次数光の影響を抑え
て、高い像の質を得ることができる光学系とそれを含む
撮像装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学系は、帯域光が入射する光学系において、前記
光学系は、レリーフ型回折光学素子と、このレリーフ型
回折光学素子に入射する、あるいは、レリーフ型回折光
学素子を経た光の波長帯域を制限する手段とを有し、該
レリーフ型回折光学素子は、表面にレリーフ形状を有す
る光学部材と、該光学部材とは異なる材料からなり、前
記光学部材の表面上に形成された保護層とを有すること
を特徴とするものである。

【００１５】この光学系は、後記の光学系の第１から第
３の実施の形態が対応する。この発明においては、レリ
ーフ型回折光学素子と波長帯域制限手段とを有する。こ
こで、レリーフ型回折光学素子は、表面に回折面として
のレリーフ形状を有する光学部材と、その表面上に形成
され、その光学部材とは異なる材料からなる保護層とを
有する。そのため、このレリーフ型回折光学素子に白色
光等の帯域光が入射すると、帯域光は回折面で回折さ
れ、像形成に必要な回折次数の回折光の他に、像形成に
は不要な次数の回折光も発生する。このレリーフ型回折
光学素子の回折面上には保護層が設けられているため、
保護層を設けない場合と比べて、短波長域と長波長域で
特に不要次数光が強くなる場合もある。

【００１６】例えば、表面にレリーフ形状を有する光学
部材がＢＳＬ７、保護層がＰＣであり、可視光の１次光
を像形成に使用する場合を考える。最適化波長を５１０
ｎｍとすると、１次光の回折効率は図５に示したように
なり、像形成に不要な０次光及び２次光の回折効率は図
６に示したようになる。

【００１７】レリーフ型回折光学素子の回折面で発生し
たこれらの回折光は、波長帯域制限手段に入射する。波
長帯域制限手段は、レリーフ型回折光学素子の回折面で
発生した回折光の中、像形成に不要な次数の回折光の影
響を低減するものである。例えば、波長帯域制限手段が
図７のような透過率分布を有するものであるとすれば、
不要次数光の強度が高い波長域で透過率が低いため、こ
の波長帯域制限手段を透過した不要次数光の相対的な強
度分布は図８のようになり、強度は大幅に低減する。た
だし、ここで、レリーフ型回折光学素子の回折面に入射
する光の強度分布は波長に対して一様であるとしてい
る。また、強度の相対値は、レリーフ型回折光学素子の
回折面に入射する前の強度を１としている。

【００１８】一方、像形成に必要な１次光は、使用する
波長域すなわち可視域においては波長域制限手段の透過
率が高く、波長に対して略平坦なため、全体的に若干強
度が弱くなるだけで波長に対する強度分布は大きくは変
わらずに波長帯域制限手段を透過する。

【００１９】以上から、レリーフ型回折光学素子の回折
面で回折した回折光が波長帯域制限手段を透過すると、
像形成に必要な回折次数光は効率良く透過し、像形成に
不要な回折次数光は大幅に除去できることが分かる。

【００２０】以上は、レリーフ型回折光学素子の回折面
より光の射出側に波長帯域制限手段が配置されている場
合であったが、波長帯域制限手段はレリーフ型回折光学
素子の回折面より光の入射側に配置されていてもよい。
この場合は、物点からの白色光はまず波長帯域制限手段
に入射する。そして、像形成に必要な波長域の光は効率
的に透過し、像形成に不要な回折次数光の回折効率が高
くなる波長域の光は除去され、レリーフ型回折光学素子
の回折面に入射する。レリーフ型回折光学素子の回折面
で回折を受けると、像形成に必要な回折次数光と共に不
要次数光も発生するが、すでに不要次数光の回折効率が
高くなる波長域の光の強度は弱くなっている。そのた
め、発生した不要次数光の強度も弱く、像へ及ぼす影響
も小さくなっている。

【００２１】この発明においては、像形成に必要な回折
次数光は、波長帯域制限手段を効率良く透過し、像形成
に不要な回折次数光は波長帯域制限手段で大幅に除去で
きるため、レリーフ型回折光学素子の回折面上に保護層
を設け不要次数光の影響が大きくなった場合でも、不要
次数光の影響、つまりフレアーやゴースト等を効率良く
低減することができる。そのため、高い質の像を得るこ
とができる。

【００２２】また、像の質を落とすことなく、回折面上
に保護層を設けたレリーフ型回折光学素子を組み込むこ
とができるため、耐環境性に優れた光学系を得ることが
できる。

【００２３】また、回折面に保護層が設けられているた
め、例えばカメラの望遠レンズ系に使用する場合、回折
面を物点側に配置することが可能となり、設計上の自由
度が大きくなり、応用範囲を広げることができる。

【００２４】上記発明の光学系において、レリーフ型回
折光学素子以外の光学系を構成する光学素子の少なくと
も一部が、波長帯域制限手段を構成するようにすること
ができる。

【００２５】この構成は、後記の光学系の第１の実施の
形態が対応する。この構成においては、レリーフ型回折
光学素子以外の結像光学系を構成する光学素子の少なく
とも一部が波長帯域制限手段を有する。

【００２６】光の進行順に見て、レリーフ型回折光学素
子の後に波長帯域制限手段が配置されている場合を考え
る。このとき、レリーフ型回折光学素子に帯域光が入射
すると、像形成に必要な回折次数光と不要な回折次数光
とが発生する。像形成に不要な回折次数光は波長帯域制
限手段に入射して、回折効率が高くなる波長域の光が波
長帯域制限手段で除去されるため、大幅に低減されて射
出する。一方、像形成に必要な回折次数光も波長帯域制
限手段に入射するが、波長帯域制限手段は像形成に必要
な回折次数光の回折効率が高くなる波長域では透過率が
高く、効率良く透過することになる。したがって、不要
次数光のみ除去されて、像に対する不要次数光の影響が
低減される。

【００２７】以上は、レリーフ型回折光学素子、波長帯
域制限手段の順に配置されている場合であるが、その配
置は逆でもよい。ここで、波長帯域制限手段はレリーフ
型回折光学素子とは別の素子であるため、レリーフ型回
折光学素子に特別な処理をする必要はなく、レリーフ型
回折光学素子の保護層は使用する波長域で透明であれば
よい。

【００２８】また、レリーフ型回折光学素子はそのまま
で、波長帯域制限手段は制限する波長帯域が異なるもの
に取り換えて、使用する波長域を変えることができる。
逆に、波長帯域制限手段はそのままで、レリーフ型回折
光学素子を別のものに取り換えることもできる。

【００２９】この構成においては、波長帯域制限手段が
レリーフ型回折光学素子とは別の素子であるため、レリ
ーフ型回折光学素子には特別処置を施す必要がなく、保
護層も特別のものである必要はない。そのため、レリー
フ型回折光学素子を容易に安価に製作することができ、
安価な結像光学系を得ることができる。

【００３０】また、レリーフ型回折光学素子を変えるこ
となく、制限する波長帯域を変えることができ、逆に制
限する波長帯域を変えずに、レリーフ型回折光学素子だ
けを変えることもできる。したがって、目的に合わせて
使用波長域だけを変えたり、使用波長域は変えずに結像
性能を変えたりすることができ、汎用性の高い結像光学
系を得ることができる。

【００３１】上記のレリーフ型回折光学素子以外の光学
系を構成する光学素子の少なくとも一部が波長帯域制限
手段を構成する場合に、波長帯域制限手段には、レリー
フ型回折光学素子以外の光学系を構成する光学素子の少
なくとも一部の表面に設けた多層膜が含まれる構成とす
ることができる。

【００３２】この構成は、後記の光学系の第１の実施の
形態が対応する。この構成においては、波長帯域制限手
段には、レリーフ型回折光学素子以外の光学系を構成す
る光学素子の少なくとも一部の表面に設けた多層膜が含
まれる。この光学素子は、例えば屈折レンズやプリズム
等である。これらは、元々光学系として必要な光学素子
であり、その光学素子の表面に多層膜を設けるため、波
長帯域を制限するために特に光学部材を追加する必要が
ない。

【００３３】この構成においては、多層膜は光学系を構
成する光学素子の少なくとも一部の表面に設けられてお
り、波長帯域を制限するための光学部材を特に追加する
必要がなく、素子数の少ない小型の光学系を得ることが
できる。

【００３４】また、前記発明の光学系において、レリー
フ型回折光学素子が波長帯域制限手段を有する構成とす
ることができる。

【００３５】この構成は、後記の光学系の第２の実施の
形態が対応する。この構成においては、レリーフ型回折
光学素子が波長帯域制限手段を有する。すなわち、波長
帯域制限手段はレリーフ型回折光学素子とは別の素子で
はなく、レリーフ型回折光学素子内に含まれている。

【００３６】このレリーフ型回折光学素子に入射した帯
域光は、レリーフ型回折光学素子の回折面で回折を受
け、像形成に必要な回折次数光と不要な回折次数光が発
生する。それと同時に、発生した不要次数光は不要次数
光の回折効率が高くなる波長域の光強度を低減する波長
帯域制限手段により弱められ、像形成に使用する回折次
数光は効率良く透過する。そのため、レリーフ型回折光
学素子からは像形成に必要な回折次数光と、大幅に強度
が低減された不要次数光が射出することになる。

【００３７】この構成においては、レリーフ型回折光学
素子自体が波長帯域制限手段を有するため、入射光を回
折して像形成に必要な回折次数光を発生すると共に、レ
リーフ型回折光学素子だけで像形成に不要な回折次数光
の影響を低減することができる。そのため、不要次数光
の影響を低減するために他の素子を必要とせず、光学系
を小型化することができる。

【００３８】上記のレリーフ型回折光学素子が波長帯域
制限手段を有する構成において、波長帯域制限手段はレ
リーフ型回折光学素子の保護層とすることができる。

【００３９】この構成は、後記の光学系の第２の実施の
形態が対応する。この構成においては、波長帯域制限手
段はレリーフ型回折光学素子の保護層である。すなわ
ち、レリーフ型回折光学素子の保護層は、回折面を保護
すると同時に、像形成に不要な回折次数光の回折効率が
高くなる波長域の光を吸収し、像形成に使用する波長域
の光を透過する。そのため、回折面上に保護層を形成す
るだけで、像形成に不要な回折次数光の影響を除去する
ことができる。

【００４０】この構成においては、保護層が回折面を保
護すると同時に、像形成に不要な回折次数光の影響を除
去することができるため、保護層を形成するだけで不要
次数光の影響の低減された良好な像が得られる。そのた
め、容易で安価にレリーフ型回折光学素子を製造するこ
とができ、安価な光学系を得ることができる。

【００４１】上記のレリーフ型回折光学素子が波長帯域
制限手段を有する構成において、波長帯域制限手段は、
レリーフ型回折光学素子の保護層と、レリーフ型回折光
学素子の保護層とは反対の面に設けた多層膜とによって
構成することができる。

【００４２】この構成は、後記の光学系の第２の実施の
形態が対応する。この構成においては、波長帯域制限手
段は、レリーフ型回折光学素子の保護層と、レリーフ型
回折光学素子の保護層とは反対の面に設けた多層膜であ
る。このとき、保護層は像形成に不要な回折次数光の回
折効率が高い波長域の中、例えば短波長域で透過率が低
いものであり、多層膜は長波長域で透過率が低いものと
する。すると、レリーフ型回折光学素子に入射した帯域
光の中、短波長域で回折効率が高くなる不要次数光は保
護層で除去され、長波長域で回折効率が高くなる不要次
数光は多層膜で除去され、光が光学系を射出したときに
は、不要次数光は短波長域でも長波長域でも大幅に低減
されていることになる。

【００４３】このように、短波長域及び長波長域で強く
なる不要次数光を、短波長域では保護層、長波長域では
多層膜で除去することができ、像における不要次数光の
影響を短波長域と長波長域で別々の手段で低減すること
ができる。したがって、保護層の材料を変えたり、多層
膜の構成を変えれば、短波長域及び長波長域で不要次数
光を除去する波長域を独立に変えることができる。

【００４４】以上では、保護層が短波長域で、多層膜が
長波長域で不要次数光の影響を低減する場合であった
が、逆に、保護層が長波長域で、多層膜が短波長域で不
要次数光の影響を低減するものであってもよい。

【００４５】この構成においては、レリーフ型回折光学
素子に設けた保護層及び多層膜で不要次数光の短波長域
及び長波長域における影響を別々に除去するため、除去
する波長域を短波長域と長波長域とで独立に制御するこ
とができる。したがって、保護層あるいは多層膜を変え
ることで除去する波長域を短波長域と長波長域で別々に
変えることかでき、一つの手段で制御する場合に比べ
て、不要次数光を除去する波長域の設定の自由度が大き
くなり、使用目的に合わせて制限する波長域を細かく設
定することができ、より使用目的に合った良好な像が得
られる。

【００４６】また、保護層及び多層膜は、ある波長に対
してそれより長波長域あるいは短波長域でのみ不要次数
光を除去すればよく、もう一方の波長域には関係なく設
定することができ、一つの手段で両領域を除去する場合
に比べ、使用できる材料が多くなり、実現性が高くな
る。

【００４７】また、前記発明の光学系において、レリー
フ型回折光学素子及びレリーフ型回折光学素子以外の光
学系を構成する光学素子の少なくとも一部が、波長帯域
制限手段に含まれる構成とすることができる。

【００４８】この構成は、後記の光学系の第３の実施の
形態が対応する。この構成においては、レリーフ型回折
光学素子とレリーフ型回折光学素子以外の光学系を構成
する光学素子の少なくとも一部とが、波長帯域制限手段
に含まれる。このとき、レリーフ型回折光学素子は像形
成に不要な回折次数光の回折効率が高くなる短波長域、
あるいは長波長域で透過率が低く、光学素子の少なくと
も一部はレリーフ型回折光学素子とは反対の波長域で透
過率が低いものである。

【００４９】例えば、光の進行順に、レリーフ型回折光
学素子、波長帯域制限手段の一部を構成する光学素子が
配置されている場合、入射帯域光はレリーフ型回折光学
素子に入射し、回折を受けて像形成に必要な回折次数
光、及び、不要な回折次数光が発生する。不要次数光は
まずレリーフ型回折光学素子自体で一方の波長域が除去
され、次に、波長帯域制限手段の一部を構成する光学素
子でもう一方の波長域が除去される。したがって、レリ
ーフ型回折光学素子とこの光学素子を透過した光は主に
像形成に必要な回折次数光であり、不要次数光は大幅に
低減されている。レリーフ型回折光学素子、波長帯域制
限手段の一部を構成する光学素子の配置は上記と逆でも
よい。

【００５０】以上説明したように、レリーフ型回折光学
素子と光学素子は、制限する波長域の中、一方は短波長
域を、もう一方は長波長域を制限する。したがって、光
学素子の制限する波長域とは関係なく、レリーフ型回折
光学素子が制限する波長域を決めることができ、その逆
もまた可能となる。

【００５１】この構成においては、制限する波長域を、
短波長域と長波長域とで別々の素子で制限するため、制
限する波長域を短波長域と長波長域とで独立に設定する
ことができる。したがって、使用目的に合わせて制限す
る波長域を細かく設定することができ、より使用目的に
合った良好な像が得られる。

【００５２】また、一方の波長域を制限する素子はもう
一方の波長域には関係なく設定することができ、一つの
素子が両波長域共制限する場合に比べて、自由度が大き
くなり、実現性が高くなる。

【００５３】また、前記発明の光学系において、波長帯
域制限手段は脱着可能である構成とすることができる。

【００５４】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、波長帯
域制限手段は脱着可能である。したがって、容易に波長
帯域制限手段を外したり、別の波長帯域制限手段に交換
することができる。

【００５５】不要次数光の像への影響は、受光素子の感
度に依存する。例えば像を直接目で観察する場合、人間
の目の比視感度は波長５５０ｎｍ付近でピークを持ち、
４００ｎｍ付近や７００ｎｍ付近では非常に低い。した
がって、不要次数光の回折効率が高くなる波長域が４０
０ｎｍや７００ｎｍ辺りであれば、元々目の感度が低い
ため不要次数光の影響は少なく、波長帯域制限手段で不
要次数光を完全に除去する必要がない場合もある。一
方、固体撮像素子で受光する場合は、目とは感度分布が
異なり、さらに短波長、長波長でも感度が高い場合もあ
る。このときには、波長帯域制限手段は不要次数光をよ
り低減するものでなければならない。

【００５６】このように、受光素子によって波長帯域制
限手段に要求される性能は異なる。そこで、波長帯域制
限手段は場合によっては変更できることが望ましい。そ
こで、波長帯域制限手段を脱着可能にすれば、例えば目
で直接観察する場合、固体撮像素子で受光しモニターで
観察する場合、写真フィルムで撮影する場合等、様々な
状況に合った性能を持つ波長帯域制限手段に容易に交換
することができる。

【００５７】この構成においては、波長帯域制限手段が
脱着可能であるため、観察する状況に合わせて最適な性
能の波長帯域制限手段に容易に交換することができ、そ
れぞれの状況でより良い映像を得ることができる。ま
た、様々な状況に使用でき、汎用性の高い光学系を得る
ことができる。

【００５８】また、前記発明の光学系において、以下の
条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満足すること
が望ましい。 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．１ ・・・（１） λ_S ／λ₀ ＜０．９５ ・・・（２） λ_L ／λ₀ ＞１．２ ・・・（３） ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜２０％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（４） ただし、 Ａ_a ：対象波長帯域における全光量 Ａ₀ ：対象波長帯域における像形成に不要な次数の回折
光の光量 λ₀ ：最適化波長 λ_S ：λ₀ より短波長で光量を５０％カットする波長 λ_L ：λ₀ より長波長で光量を５０％カットする波長 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最適化され
たときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最長波長λ
₂ における利用する回折次数光の回折効率（％）であ
る。

【００５９】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、上記の
条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満足する。

【００６０】上記条件式（１）を満足するとき、波長帯
域制限手段を持たない場合に像形成に不要な回折次数光
の光量が無視できないレベルとなる対象波長帯域におい
て、本発明の光学系では、不要次数光の光量はこの対象
波長域における全光量の１０％より小さい。したがっ
て、不要次数光の像への影響は小さく、像の質の劣化を
有効に防ぐことが可能になる。

【００６１】また、不要次数光の光量は少なければ少な
い程よいが、像における不要次数光の影響が無視できる
程度であれば、必ずしも０でなくてもよい。像形成に必
要な次数光の光量を確保しつつ、不要次数光の光量を完
全に除去するのは非常に困難である。しかし、本発明の
光学系では、不要次数光の光量は０ではない。そのた
め、像の質の劣化を有効に防ぎつつも実現性の高い光学
系となる。

【００６２】例えば、ＢＳＬ７の基板上にＰＣの保護層
を形成したレリーフ型回折光学素子を含み、図９に示し
た透過率分布を有する波長帯域制限手段で不要次数光を
除去する光学系を考える。このとき、レリーフ型回折光
学素子への入射光の強度が波長によらず一定であるとす
ると、像形成に不要な回折次数光である０次光と２次光
の相対強度は図１０のようになる。ただし、レリーフ型
回折光学素子の最適化波長λ₀ は５１０ｎｍであり、レ
リーフ型回折光学素子に入射する前の強度を１としてい
る。

【００６３】このとき、波長範囲４００〜７００ｎｍに
おける全光量（０次光、１次光、２次光の光量の合計）
に占める不要次数光（０次光と２次光）の光量の割合は
およそ０．０９となる。

【００６４】条件式（２）を満足するとき、最適化波長
λ₀ よりも短波長域において波長帯域制限手段が光量を
５０％カットする波長λ_S は、 λ_S ＜０．９５λ₀ ・・・（１２） となり、例えば最適化波長λ₀ が５１０ｎｍの場合、λ
_S ＜４８４．５ｎｍである。

【００６５】また、条件式（３）を満足するとき、最適
化波長λ₀ よりも長波長域において波長帯域制限手段が
光量を５０％カットする波長λ_L は、 λ_L ＞１．２λ₀ ・・・（１３） となり、例えば最適化波長λ₀ が５１０ｎｍの場合、λ
_L ＞６１２ｎｍである。

【００６６】ここで、λ_S ／λ₀ が条件式（２）の上限
値を越えて大きな値となったり、λ_L ／λ₀ が条件式
（３）の下限値を越えて小さな値となると、制限する波
長帯域が最適化波長λ₀ に接近しすぎて、カラー画像を
形成する波長帯域幅が狭くなり、十分な色再現性を保つ
ことができなくなる。逆に、条件式（２）あるいは条件
式（３）を満足すれば、十分な色再現性を保つことがで
きることになる。

【００６７】ところで、前述したように、レリーフ型回
折光学素子の回折効率は、最適化波長λ₀ に対して短波
長側でも長波長側でも低下する。最適化波長λ₀ が像形
成に使用する波長帯域において短波長側に寄りすぎる
と、長波長域での像形成に必要な回折次数光の回折効率
が下がり、長波長域の色が弱くなる。また、不要次数光
が増加して、像における不要次数光の影響が大きくな
る。したがって、像の質の低下が著しくなる。一方、最
適化波長λ₀ が像形成に使用する波長帯域において長波
長側に寄りすぎると、短波長域での像形成に必要な回折
次数光の回折効率が下がり、短波長域の色が弱くなり、
また、不要次数光が増加して、同様に像の質の低下が著
しくなる。そのため、使用する波長域の両端での像形成
に利用する回折次数光の回折効率が略等しくなるよう
に、最適化波長λ₀ を決める必要がある。条件式（４）
を満たす場合、この回折効率Ｃ₁ 、Ｃ₂ の差は２０％よ
り小さくなり、使用する波長域内では像形成に必要な回
折次数光の回折効率は高く、不要次数光の回折効率は低
くなる。

【００６８】ここで、利用する回折次数を１次とする
と、最適化波長λ₀ に対して、任意波長λでのｍ次回折
効率Ｃ_(m) は、以下の式（１４）で計算することができ
る。

【００６９】 Ｃ_(m) ＝｜ｓｉｎπ［ｍ−｛ｎ₁ （λ）−ｎ₂ （λ）｝（λ₀ ／λ） ／｛ｎ₁ （λ₀ ）−ｎ₂ （λ₀ ）｝］ ÷［πｍ−π｛ｎ₁ （λ）−ｎ₂ （λ）｝（λ₀ ／λ） ／｛ｎ₁ （λ₀ ）−ｎ₂ （λ₀ ）｝］｜² ・・・（１４） したがって、例えばＢＳＬ７の基板上にＰＣの保護層を
設けたレリーフ型回折光学素子を、１次回折光を利用し
て、波長帯域４００ｎｍ＜λ＜７００ｎｍで使用する
と、条件式（４）を満足するには、最適化波長λ₀ はお
よそ４６４ｎｍ〜４９６ｎｍの波長範囲内とすればよ
い。図１１に、最適化波長λ₀ を４６４ｎｍと４９６ｎ
ｍとした場合の１次回折光の回折効率を示す。図中の
が最適化波長λ₀ が４６４ｎｍの場合、が最適化波長
λ₀ が４９６ｎｍの場合である。図１１から分かるよう
に、最適化波長が４６４ｎｍ〜４９６ｎｍのとき、１次
光の回折効率は像形成に必要な波長帯域４００ｎｍ＜λ
＜７００ｎｍにおいて回折効率が高く、また、短波長域
と長波長域での差が小さい。

【００７０】上記構成においては、条件式（１）を満た
す場合には、不要次数光の光量が全光量の１０％より小
さくなり、不要次数光による像の質の劣化を有効に低減
することが可能となり、質の良い像を得ることができ
る。

【００７１】条件式（２）あるいは（３）を満たす場合
には、像形成に使用する波長帯域を狭めすぎず、十分な
色再現性を保つことができるため、質の良い像を得るこ
とができる。

【００７２】条件式（４）を満たす場合には、短波長域
あるいは長波長域のみ不要次数光の影響が大きくなった
り、像形成に使用する回折次数光が弱くなったりするこ
とがなく、カラーバランスの保たれた質の良い像を得る
ことができる。

【００７３】したがって、条件式（１）〜（４）の少な
くとも一つを満足すれば、質の高い像を得ることができ
る。

【００７４】また、前記発明の光学系において、以下の
条件式（５）〜（８）の少なくとも一つを満足すること
が望ましい。 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．０５ ・・・（５） λ_S ／λ₀ ＜０．９４ ・・・（６） λ_L ／λ₀ ＞１．２２ ・・・（７） ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜１０％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（８） ただし、 Ａ_a ：対象波長帯域における全光量 Ａ₀ ：対象波長帯域における像形成に不要な次数の回折
光の光量 λ₀ ：最適化波長 λ_S ：λ₀ より短波長で光量を５０％カットする波長 λ_L ：λ₀ より長波長で光量を５０％カットする波長 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最適化され
たときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最長波長λ
₂ における利用する回折次数光の回折効率（％）であ
る。

【００７５】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、上記の
条件式（５）〜（８）の少なくとも一つを満足する。

【００７６】条件式（５）を満足する場合、不要次数光
の光量は全光量の５％より小さくなり、条件式（１）を
満たす場合よりもさらに不要次数光の影響は小さくな
る。

【００７７】条件式（６）あるいは（７）を満足する場
合、光量を５０％カットする波長λ_S 及びλ_L は_, それ
ぞれ λ_S ＜０．９４λ₀ ・・・（１５） λ_L ＞１．２２λ₀ ・・・（１６） となり、例えば最適化波長λ₀ が５１０ｎｍの場合、λ
_S ＜４７９．４ｎｍ、λ_L ＞６２２．２ｎｍである。条
件式（２）及び（３）に比べ、λ_S は上限値が，λ_L は
下限値が最適化波長から遠ざかっている。したがって、
カラー画像を形成する波長帯域幅が広がり、より十分に
色再現性を保つことができる。

【００７８】条件式（８）を満足する場合、使用する波
長域の両端での像形成に利用する回折次数光の回折効率
Ｃ₁ 、Ｃ₂ の差は１０％より小さく、条件式（４）より
小さい。そのため、よりカラーバランスが良く、不要次
数光の影響も小さくなる。

【００７９】この構成においては、条件式（５）を満た
す場合には、不要次数光の光量が全光量の５％より小さ
くなり、不要次数光による像の質の劣化をより有効に低
減することが可能となり、より質の良い像を得ることが
できる。

【００８０】条件式（６）あるいは（７）を満たす場合
には、像形成に使用する波長帯域を狭めすぎず、より十
分な色再現性を保つことができるため、より質の良い像
を得ることができる。

【００８１】条件式（８）を満たす場合には、短波長域
あるいは長波長域のみ不要次数光の影響が大きくなった
り、像形成に使用する回折次数光が弱くなったりするこ
とがさらになく、よりカラーバランスの保たれた質の良
い像を得ることができる。

【００８２】したがって、条件式（５）〜（８）の少な
くとも一つを満足すれば、より高い質の像を得ることが
できる。

【００８３】また、前記発明の光学系において、以下の
条件式（９）を満足することが望ましい。 ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜５％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（９） ただし、Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最
適化されたときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最
長波長λ₂ における利用する回折次数光の回折効率
（％）である。

【００８４】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成において、条件式
（９）を満足する場合、使用する波長域の両端での像形
成に利用する回折次数光の回折効率Ｃ₁ 、Ｃ₂ の差は５
％より小さく、条件式（８）より小さい。そのため、さ
らにカラーバランスが良くなり、不要次数光の影響も小
さくなる。

【００８５】この構成においては、条件式（９）を満足
する場合、使用する波長域の両端での像形成に利用する
回折次数光の回折効率Ｃ₁ 、Ｃ₂ の差は５％より小さ
く、条件式（８）よりさらに差が小さいため、短波長域
と長波長域での像形成に使用する回折次数光の強度がよ
り等しくなり、よりカラーバランスを保つことができ
る。また、不要次数光の影響もさらに小さくなり、さら
に高い質の像を得ることができる。

【００８６】上記の条件式（１）〜（４）、又は、
（５）〜（８）、あるいは、（９）を満たす場合、波長
λ₁ が４００ｎｍ、波長λ₂ が７００ｎｍであるように
構成することができる。

【００８７】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、前記波
長λ₁ が４００ｎｍ、波長λ₂ が７００ｎｍである。す
なわち、像形成に使用する波長帯域は４００ｎｍから７
００ｎｍとなる。この波長帯域は可視域であり、この波
長帯域の光を利用して像を形成するため、可視光の像が
得られる。

【００８８】この構成においては、可視光の像を得るこ
とができるため、目視での観察が可能となる。また、可
視光を利用して像を観察したり撮影する装置は、例えば
カメラや顕微鏡、内視鏡等数多くあり、本発明の光学系
は可視光の像を得ることができるため、これら様々な装
置に利用することができ、利用範囲の広い光学系を得る
ことができる。

【００８９】また、前記発明の光学系において、レリー
フ型回折光学素子の表面にレリーフ形状を有する光学部
材と保護層は、何れか一方が他方と比較して高屈折率高
分散の材料からなる構成とすることができる。

【００９０】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、レリー
フ型回折光学素子の表面にレリーフ形状を有する光学部
材と保護層は、一方が高屈折率高分散、もう一方が低屈
折率低分散の材料からなる。式（１１）から分かるよう
に、表面にレリーフ形状を有する光学部材と保護層の屈
折率差ｎ₁ −ｎ₂ が小さいと、回折面の溝深さｄ’を深
くしなければならなくなり、製造が困難になる。そのた
め、溝深さｄ’をある程度小さくするためには、表面に
レリーフ形状を有する光学部材と保護層を、一方が高屈
折率、もう一方が低屈折率の材料で構成する必要があ
る。

【００９１】ところで、市販されているガラスは、高屈
折率のものは分散も高く、低屈折率のものは分散も低い
ものが一般的である。したがって、レリーフ型回折光学
素子の表面にレリーフ形状を有する光学部材をガラスで
構成する場合、高屈折率高分散あるいは低屈折率低分散
の材料とすれば、使用できる材料が多く、その中から目
的に合った材料を選ぶことができる。

【００９２】また、表面にレリーフ形状を有する光学部
材あるいは保護層の材料として樹脂を用いると、製造が
容易となり、また安価となるが、光学プラスチック素材
としてはＰＣの他にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレー
ト）やＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル）、ＰＳ（ポ
リスチレン）、ジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート等がある。これらも屈折率が低い程分散が低く、
屈折率が高い程分散が高い。したがって、保護層も高屈
折率高分散あるいは低屈折率低分散の材料で構成する
と、樹脂を用いることができ、製造が容易となる。

【００９３】この構成においては、レリーフ型回折光学
素子の表面にレリーフ形状を有する光学部材と保護層
は、一方が高屈折率高分散、もう一方が低屈折率低分散
であるため、両者の屈折率差が大きく、回折面の溝深さ
を浅くすることができ、製造が容易になる。また、ガラ
スは高屈折率高分散あるいは低屈折率低分散の材料が多
くあり、これら多くの材料の中から目的により適した材
料を選ぶことができるようになる。さらに、光学プラス
チック材料も屈折率が低い程分散が低く、屈折率が高い
程分散も高い傾向があり、基板と保護層を、一方を高屈
折率高分散、もう一方を低屈折率低分散の材料で構成す
れば、安く加工性の良いプラスチックを用いることがで
き、製造が容易になり、保護層を設けたレリーフ型回折
光学素子を安価に得ることができるようになる。

【００９４】また、前記発明の光学系において、レリー
フ型回折光学素子の表面にレリーフ形状を有する光学部
材と保護層は、何れか一方が他方と比較して高屈折率低
分散の材料からなる構成とすることができる。

【００９５】この構成は、後記の光学系の第１から第３
の実施の形態が対応する。この構成においては、レリー
フ型回折光学素子の表面にレリーフ形状を有する光学部
材と保護層は、一方が高屈折率低分散、もう一方が低屈
折率高分散の材料からなる。上記の一方が高屈折率高分
散、もう一方が低屈折率低分散の材料からなる場合に説
明したように、一方が高屈折率、もう一方が低屈折率で
あると、屈折率差が大きくなり、回折面の溝深さを浅く
することができる。

【００９６】ここで、表面にレリーフ形状を有する光学
部材と保護層が、一方が高屈折率低分散、もう一方が低
屈折率高分散とすると、レリーフ型回折光学素子の回折
効率の波長依存性が保護層を設けない場合に比べて小さ
くなる。例えば、表面にレリーフ形状を有する光学部材
をＬＡＬ５６（（株）オハラ製。ｎ_d ＝１．６７７９
０，ν_d ＝５０．７）とし、保護層をＰＣとした場合、
及び、表面にレリーフ形状を有する光学部材をＬＡＬ５
６とし、保護層を設けない場合の１次光の回折効率の波
長依存性は図１２のようになる。ここで、最適化波長は
５１０ｎｍとした。図中のが上記の保護層を設けた場
合、が設けない場合である。

【００９７】図１２から分かるように、ＰＣの保護層を
設けると、回折効率の波長依存性が小さくなり、最適化
波長より短波長域、長波長域での回折効率の低下が小さ
くなる。特に短波長域では、回折効率は略１００％とな
る。このとき、不要次数光である０次光、２次光の回折
効率は図１３のようになる。ＰＣの保護層を設けない場
合の０次光、２次光の回折効率は図１４のようになり、
保護層を設けることにより不要次数光の回折効率が小さ
くなることが分かる。特に短波長域では、ほとんど０％
であり、この波長域においては、波長帯域制限手段の減
衰率が小さいものでも不要次数光の影響を十分低減で
き、また、全く低減しなくてすむ場合もある。

【００９８】また、長波長域においては、１次光の回折
効率は高くなり、不要次数光の回折効率は低くなるた
め、不要次数光の影響は小さくなる。したがって、不要
次数光の影響が無視できない程大きくなる波長が長波長
側にずれ、波長帯域制限手段で制限しなければならない
波長域も長波長側にずれて、像形成に使用できる波長帯
域が広がり、より色再現性の良い像が得られるようにな
る。

【００９９】この構成においては、レリーフ型回折光学
素子の表面にレリーフ形状を有する光学部材と保護層
が、一方が高屈折率低分散、もう一方が低屈折率高分散
の材料で構成されているため、レリーフ型回折光学素子
自体の回折効率の波長依存性が小さくなり、不要次数光
も弱くなる。そのため、より不要次数光の影響の小さい
高い質の像を得ることができる。また、元々不要次数光
の影響が小さいため、波長帯域制限手段で制限すべき波
長帯域は、最適化波長に対して短波長域では短波長側
に、長波長域では長波長側にずれ、像形成に利用できる
波長域が広がり、より色再現性の良い像を得ることがで
きる。

【０１００】前記目的を達成する本発明の撮像装置は、
対象物の像を、前記発明の光学系により電子撮像素子上
に結像させるものである。

【０１０１】この発明は、撮像装置の第１の実施の形態
が対応する。この発明においては、対象物からの光は前
記発明の光学系に入射して透過し、電子撮像素子の光電
変換面上で結像して、電気信号に変換され、検出され
る。ここで、この光学系は、前述の通り、回折面上に保
護層を有するレリーフ型回折光学素子と波長帯域制限手
段とを有し、レリーフ型回折光学素子で発生する像形成
に不要な回折次数光を除去し、回折面上に保護層があっ
ても像における不要次数光の影響を低減して、高い質の
像を形成するものである。したがって、電子撮像素子上
で結像する対象物の像は、不要次数光の影響の少ない高
い質の像となる。

【０１０２】この発明においては、回折面上に保護層を
形成しても、レリーフ型回折光学素子で発生する不要次
数光の影響を低減し、高い質の像が得られる光学系で電
子撮像素子上に結像するため、不要次数光の影響の少な
い高い質の像を撮像することができる。

【０１０３】上記発明の撮像装置において、電子撮像素
子に、その出力信号を処理して前記対象物の色情報を補
正する信号処理手段を結合した構成とすることができ
る。

【０１０４】この構成は、後記の撮像装置の第１の実施
の形態が対応する。この構成においては、電子撮像素子
には、その出力信号を処理して、対象物の色情報を補正
する信号処理手段を結合してある。この発明の撮像装置
が有する結像光学系には、波長帯域制限手段が含まれ、
像形成に不要な回折次数光の影響が無視できなくなる程
大きくなる波長域の光を除去し、不要次数光の影響を低
減する。このとき、像形成に利用する回折次数光もこの
波長域で波長帯域制限手段で多かれ少なかれ除去され
る。したがって、像の色再現性が低下してしまう。

【０１０５】そこで、この構成では、電子撮像素子に結
合した信号処理手段で対象物の色情報を補正するため、
像形成に利用する回折次数光が波長帯域制限手段で除去
されても、像の色再現性の低下を防ぐように補正するこ
とができる。

【０１０６】この構成においては、電子撮像素子に結合
した信号処理手段で対象物の色情報を補正するため、不
要次数光の影響を低減するための波長帯域制限手段によ
る像の色再現性の低下を防ぎ、色再現性の良い画像情報
を得ることができる。

【０１０７】前記目的を達成するもう１つの本発明の撮
像装置は、対象物の像を、レリーフ型回折光学素子以外
の光学系を構成する光学素子の少なくとも一部が波長帯
域制限手段を構成しているか、あるいは、レリーフ型回
折光学素子及びレリーフ型回折光学素子以外の光学系を
構成する光学素子の少なくとも一部が波長帯域制限手段
に含まれる構成の前記発明の光学系により電子撮像素子
上に結像させる撮像装置において、波長帯域制限手段に
含まれる光学素子の少なくとも一部は、電子撮像素子の
光電変換面を保護するカバーガラスであるものである。

【０１０８】この発明は、後記の撮像装置の第１の実施
の形態が対応する。この発明においては、波長帯域制限
手段に含まれる光学素子の少なくとも一部は、電子撮像
素子の光電変換面を保護するカバーガラスである。した
がって、電子撮像素子のカバーガラスにレリーフ型回折
光学素子で発生した不要次数光の少なくとも一部が入射
すると、カバーガラスで除去され、像形成に必要な回折
次数光のみ電子撮像素子の光電変換面に入射する。カバ
ーガラスは一般には電子撮像素子に元々備わるものであ
り、波長帯域制限のために素子を追加する必要がない。

【０１０９】この発明においては、元々電子撮像素子に
備わった光電変換面を保護するカバーガラスに波長帯域
制限手段の少なくとも一部の機能を持たせたため、波長
帯域制限のために素子を追加する必要がなく、部品点数
を削減したり、撮像装置を小型化することができる。

【０１１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のとそれを含む撮像
装置の実施の形態について説明する。 （光学系の第１の実施の形態）図１５に、本発明の光学
系の第１の実施の形態の模式図を示す。この光学系は対
象物の像を結像させるものであり、レンズ群１、レリー
フ型回折光学素子２、波長帯域制限手段３を有する。対
象物からの帯域光は、図の左側からレンズ群１に入射
し、屈折、透過した後、レリーフ型回折光学素子２に入
射する。レリーフ型回折光学素子２で回折を受け、像形
成に必要な回折次数光は波長帯域制限手段３を透過し、
結像する。一方、像形成に不要な回折次数光は、波長帯
域制限手段３で除去される。

【０１１１】レリーフ型回折光学素子２は、表面に凹凸
のレリーフ形状を有する光学部材４と、この表面にレリ
ーフ形状を有する光学部材４の回折面上に形成した保護
層５とからなる。回折面上に保護層５を形成してあるた
め、回折面の溝に汚れがたまることなく、保護層５の表
面に汚れが付いても平面であるため拭き取りやすい。ま
た、回折面に傷が付き、レリーフパターンの形状が崩れ
ることも防ぐことができる。

【０１１２】レリーフ型回折光学素子２のレリーフ形状
としては、図１に示したように、様々な形状があるが、
特に図１（ａ）に示したような断面が鋸歯形状であるも
のが望ましい。レリーフ形状が鋸歯形状の場合、ある回
折次数光のある波長における回折効率を１００％とする
ことができ、レリーフ型回折光学素子２に入射した光を
有効に利用することができる。

【０１１３】レリーフ型回折光学素子２の表面にレリー
フ形状を有する光学部材４は、この実施の形態では、図
１６（ａ）及び（ｂ）に平面図及び断面図を示すよう
に、平行平板状の光学材料基板６上に同心円状に断面が
鋸歯形状のレリーフパターン７を形成して構成する。こ
こで、レリーフパターン７は、１次光を利用するよう
に、また、他のレンズ素子との相互関係により結像性能
が最適となるように形成する。

【０１１４】表面にレリーフ形状を有する光学部材４と
保護層５の材料としては、様々なものがあるが、本実施
の形態では、表面にレリーフ形状を有する光学部材４を
ＢＳＬ７、保護層５はＰＣとする。このとき、レリーフ
型回折光学素子２の１次光の回折効率は図５の、不要
次数光である０次光と２次光は図６のようになる。ただ
し、最適化波長は５１０ｎｍとしている。保護層５を設
けない場合には、１次光の回折効率は図５の、０次光
と２次光は図３のようになり、保護層５を設けると、最
適化波長の短波長側及び長波長側で１次光の回折効率が
下がり、不要次数光の回折効率が高くなることが分か
る。特に短波長域でその傾向が強い。不要次数光はフレ
アーやゴーストの原因となり、像の質の劣化につながっ
てしまう。

【０１１５】本実施の形態では、レリーフ型回折光学素
子２から発生した１次光及び不要次数光は、波長帯域制
限手段３に入射する。波長帯域制限手段３が図７に示し
たような透過率分布を持つ場合、この波長帯域制限手段
３に白色光が入射すると、およそ４４０ｎｍ以下の波長
の光、及び、およそ６２０ｎｍ以上の波長の光は波長帯
域制限手段３を透過できず、除去される。また、およそ
４４０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の光は波長帯域制
限手段３を効率良く透過する。

【０１１６】レリーフ型回折光学素子２に全波長域で強
度が一定の白色光が入射したとすると、レリーフ型回折
光学素子２で回折され、波長帯域制限手段３を透過した
ときの不要次数光の強度の相対値は図８のようになる。
ただし、レリーフ型回折光学素子２に入射する前の強度
を１としている。図８から分かるように、不要次数光の
強度は大幅に低減される。したがって、この実施の形態
によれば、レリーフ型回折光学素子２に保護層５を設け
て不要次数光の回折効率が高くなっても、結像に不要な
回折光の強度を無視できる程度に低減することができ、
不要次数光の影響、例えばフレアーやゴースト等が低減
された質の高い像を得ることができる。

【０１１７】また、像の質を落とすことなく、回折面上
に保護層５を設けたレリーフ型回折光学素子２を光学系
に組み込むことができるため、耐環境性に優れた光学系
を得ることができる。さらに、回折面に保護層５が設け
られているため、例えばカメラの望遠レンズ系に使用す
る場合、回折面を物点側に配置することが可能となり、
設計上の自由度が大きくなり、応用範囲を広げることが
できる。

【０１１８】ここで、波長帯域制限手段３としては、例
えば、吸収フィルター、干渉フィルター等のように透過
率に波長特性があるフィルターを用いることができる。
例えば図７に示したような透過率分布を持つバンドパス
フィルターを波長帯域制限手段３として用いれば、およ
そ４４０ｎｍ以下、及び、およそ６２０ｎｍ以上の波長
の光を除去し、およそ４４０ｎｍから６２０ｎｍの波長
帯域の光を効率良く透過して、不要次数光を低減するこ
とができる。

【０１１９】フィルターは必ずしもバンドパスフィルタ
ーである必要はなく、例えば不要次数光の回折効率が高
くなる波長域の中、図１７に示すように短波長域で透過
率が低くなるような分光透過率を有するフィルターと、
図１８に示すように長波長域で透過率が低くなるような
分光透過率を有するフィルターとを組み合わせて全体と
して図７に示したような透過率分布を持つようにしても
よい。

【０１２０】また、波長帯域制限手段３は、図１５に模
式的に示したように、レンズ群１及びレリーフ型回折光
学素子２から独立した素子でなくてもよく、光学系を構
成する光学素子の表面の少なくとも１面に多層膜を設け
て構成してもよい。例えば、レンズ群１を構成する光学
素子の中、ある光学素子、例えば屈折レンズの一方の面
に不要次数光の回折効率が高くなる波長域の中、短波長
域で透過率が低くなる多層膜を設け、もう一方の面に長
波長域で透過率が低くなる多層膜を設けると、この屈折
レンズを透過する白色光は短波長域及び長波長域で低減
され、不要次数光が低減される。

【０１２１】光学系を構成する光学素子の少なくとも１
面に設けた多層膜で短波長域及び長波長域の少なくとも
一方の波長域の光を除去すれば、元々光学系を構成する
光学素子の表面に設けたものであるから、他の光学部材
を特に追加する必要がなく、素子数の少ない小型の光学
系を得ることができる。

【０１２２】また、レンズ群１を構成する光学素子を、
不要次数光の回折効率が高くなる波長域で透過率が低く
なる材料で構成してもよい。例えば、レンズ群１を構成
する光学素子の一つを図７のような透過率分布を有する
材料で形成すれば、不要次数光の回折効率が高くなる波
長域の光はこの光学素子で除去される。この場合も、元
々光学系を構成する光学素子自体が波長帯域を制限する
機能を持つため、特に他の光学部材を追加する必要がな
く、素子数の少ない小型の光学系を得ることができる。

【０１２３】また、以上の手段を組み合わせてもよい。
例えば、不要次数光の回折効率が高くなる波長域の中、
図１７に示すように短波長域で透過率が低い材料で形成
されたレンズ群１を構成する光学素子の表面に、図１８
に示すように長波長域で透過率が低い多層膜を設け、全
体として図７に示したような透過率分布となるようにし
てもよい。

【０１２４】なお、図１５では、光の進行順に、レンズ
群１、レリーフ型回折光学素子２、波長帯域制限手段３
の配置としたが、これに限らない。波長帯域制限手段３
は、対象物から像を検出する素子、例えば固体撮像素
子、眼球、フィルター等に至る光路中の任意の位置に配
置しても、同様の効果を得ることができる。

【０１２５】（光学系の第２の実施の形態）図１９に、
本発明の光学系の第２の実施の形態の模式図を示す。こ
の光学系は、レンズ群１、レリーフ型回折光学素子２を
有する。レリーフ型回折光学素子２は波長帯域制限手段
を含み、この波長帯域制限手段は、像形成に不要な回折
次数光の回折効率が高くなる波長域の光を除去し、像形
成に使用する回折次数光の回折効率が高くなる波長域の
光を効率良く透過するものである。

【０１２６】対象物からの帯域光は、図の左側からレン
ズ群１に入射し、屈折、透過した後、レリーフ型回折光
学素子２に入射する。レリーフ型回折光学素子２で回折
を受けて発生した複数の回折次数光の中、像形成に必要
な回折次数光は結像する。一方、像形成に不要な回折次
数光は、レリーフ型回折光学素子２が含む波長帯域制限
手段で除去される。したがって、第１の実施の形態と同
様に、レリーフ型回折光学素子２に保護層５を設けて
も、像形成に不要な次数の回折光の強度を無視できる程
度に低減することができ、不要次数光の影響、例えばフ
レアーやゴースト等が低減された質の高い像を得ること
ができる。

【０１２７】また、レリーフ型回折光学素子２が波長帯
域制限手段を含んでいるため、レリーフ型回折光学素子
２自体で不要次数光を除去することができ、特に他の素
子を追加する必要がなく、素子数の少ない小型の光学系
を得ることができる。

【０１２８】ここで、レリーフ型回折光学素子２が含む
波長帯域制限手段としては、例えば保護層５がある。保
護層５を、例えば図７に示したような分光透過率を有す
る材料で形成した場合、この保護層５に白色光が入射す
ると、およそ４４０ｎｍ以下の波長の光、及び、およそ
６２０ｎｍ以上の波長の光は保護層５を透過できず、除
去される。また、およそ４４０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下
の波長の光は保護層５を効率良く透過する。

【０１２９】レリーフ型回折光学素子２に全波長域で強
度が一定の白色光が入射したとすると、レリーフ型回折
光学素子２で回折され、レリーフ型回折光学素子２の保
護層５を透過したときの不要次数光の強度の相対値は図
８のようになる。ただし、レリーフ型回折光学素子２に
入射する前の強度を１としている。図８から分かるよう
に、レリーフ型回折光学素子２に保護層５を設けても、
結像に不要な次数の回折光の強度を無視できる程度に低
減することができ、不要次数光の影響、例えばフレアー
やゴースト等が低減された質の高い像を得ることができ
る。

【０１３０】また、波長帯域制限手段として、他に、例
えば図２０に示すように、レリーフ型回折光学素子２の
保護層５とは反対の面に設けた多層膜８としてもよい。
このとき、例えば、保護層５は図１７に示したように不
要次数光の回折効率が高くなる波長域の中、短波長域で
透過率が低く、多層膜８は図１８に示したように長波長
域で透過率が低くなるものとすれば、全体としては図７
に示したような透過率分布となり、不要次数光を除去
し、像形成に利用する波長域の光を効率良く透過するこ
とになる。

【０１３１】この場合にも、レリーフ型回折光学素子２
に保護層５を設けても、結像に不要な次数の回折光の強
度を無視できる程度に低減することができ、不要次数光
の影響、例えばフレアーやゴースト等が低減された質の
高い像を得ることができる。

【０１３２】（光学系の第３の実施の形態）図２１に、
本発明の光学系の第３の実施の形態の模式図を示す。こ
の光学系は、レンズ群１、レリーフ型回折光学素子２を
有する。レリーフ型回折光学素子２、及び、レリーフ型
回折光学素子２以外の光学系を構成する光学素子の少な
くとも一部とが、波長帯域制限手段を構成する。この波
長帯域制限手段は、像形成に不要な回折次数光の回折効
率が高くなる波長域の光を除去し、像形成に使用する回
折次数光の回折効率が高くなる波長域の光を効率良く透
過するものである。

【０１３３】例えば、レリーフ型回折光学素子２が、図
１７に示すように不要次数光の回折効率が高くなる波長
域の中、短波長域で透過率が低くなるような手段を有
し、レリーフ型回折光学素子２以外の光学系を構成する
光学素子の少なくとも一部が、図１８に示すように、長
波長域で透過率が低くなるような手段を有している場
合、これらから構成される波長帯域制限手段全体として
は、図７に示すような透過率分布となる。

【０１３４】したがって、この光学系に白色光が入射す
ると、不要次数光の回折効率が高くなる波長域の光は除
去され、像形成に使用する波長域の光は効率良く透過す
る。そのため、第１及び第２の実施の形態と同様に、レ
リーフ型回折光学素子２に保護層５を設けても、像形成
に不要な次数の回折光の強度を無視できる程度に低減す
ることができ、不要次数光の影響、例えばフレアーやゴ
ースト等が低減され、質の高い像を得ることができる。

【０１３５】また、レリーフ型回折光学素子２自体が不
要次数光の中、短波長域あるいは長波長域の光を除去で
きるため、この波長域の不要次数光を除去するために他
の光学部材を追加する必要がなく、素子数の少ない小型
の光学系を得ることができる。

【０１３６】ここで、波長帯域制限手段を構成するレリ
ーフ型回折光学素子２が有する手段としては、例えば保
護層５がある。保護層５を不要次数光の回折効率が高く
なる波長域の中、短波長域あるいは長波長域で透過率が
低い材料で形成すれば、このレリーフ型回折光学素子２
に入射した帯域光は回折され、同時に不要次数光の回折
効率が高くなる波長域の中、一方の波長域の光は除去さ
れ、像形成に使用する波長域の光は効率良く透過する。
元々必要な保護層５で不要次数光の一部を除去するた
め、保護層５を形成するだけで他に特別な処置をする必
要がなく、容易にレリーフ型回折光学素子２を得ること
ができる。

【０１３７】また、波長帯域制限手段を構成するレリー
フ型回折光学素子２が有する手段としては、他には、例
えばレリーフ型回折光学素子２の保護層５とは反対の面
に形成した多層膜がある。不要次数光の回折効率が高く
なる波長域の中、短波長域あるいは長波長域で透過率が
低くなるように多層膜を形成すれば、保護層５で不要次
数光の一部を除去する場合と同様に、不要次数光の中、
短波長域あるいは長波長域の光を除去することができ
る。このとき、保護層５の材料としては使用する波長域
で透明であればよく、使用できる材料が増え、実現性が
高くなる。

【０１３８】一方、波長帯域制限手段を構成するレリー
フ型回折光学素子２以外の光学系を構成する光学素子の
少なくとも一部が有する手段としては、例えば光学系を
構成する光学素子の表面の少なくとも１面に設けた多層
膜がある。例えば、レンズ群１を構成する光学素子の中
のある光学素子、例えば屈折レンズの一面に不要次数光
の回折効率が高くなる波長域の中、レリーフ型回折光学
素子２で除去されない波長域で透過率が低くなる多層膜
を設ければよい。元々光学系に必要な素子に多層膜を設
けるため、他に光学部材を追加する必要がなく、素子数
の少ない小型の光学系を得ることができる。

【０１３９】また、波長帯域制限手段を構成するレリー
フ型回折光学素子２以外の光学系を構成する光学素子の
少なくとも一部の手段としては、他には、不要次数光の
回折効率が高くなる波長域の中、レリーフ型回折光学素
子２で除去されない波長域で透過率が低くなる材料で形
成したレンズ群１を構成する光学素子であってもよい。
また、図２２に示すように、不要次数光の回折効率が高
くなる波長域の中、レリーフ型回折光学素子２で除去さ
れない波長域で透過率か低くなる光学部材９、例えばフ
ィルターを追加してもよい。これらの場合でも、多層膜
を設けた場合と同様に、不要次数光の一部を除去するこ
とができる。

【０１４０】以上の第１から第３の実施の形態におい
て、波長帯域制限手段は、具体的には像形成に不要な次
数の回折光量が無視できないレベルとなる対象波長帯域
において、この対象波長帯域における全光量（Ａ_a ）に
対する像形成に不要な次数の回折光の光量（Ａ₀ ）が、 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．１ ・・・（１） を満足するよう構成するのが好ましい。すでに説明した
ように、この条件式（１）を満たせば、像形成に不要な
次数の回折光による像の質の劣化を有効に無視すること
が可能となる。

【０１４１】さらに具体的には、最適化波長λ₀ よりも
短波長領域において波長帯域を制限する場合には、光量
を５０％カットする、すなわち波長帯域制限手段の透過
率が５０％となる波長λ_S が以下の条件式（２）を満足
することが望ましい。

【０１４２】 λ_S ／λ₀ ＜０．９５ ・・・（２） また、最適化波長λ₀ よりも長波長領域において波長帯
域を制限する場合には、光量を５０％カットする、すな
わち波長帯域制限手段の透過率が５０％となる波長λ_L
が以下の条件式（３）を満足することが望ましい。

【０１４３】 λ_L ／λ₀ ＞１．２ ・・・（３） ここで、λ_S ／λ₀ やλ_L ／λ₀ が条件式（２）及び
（３）の範囲から外れると、すでに説明したように、カ
ラー画像を形成する波長帯域幅が狭くなり、十分な色再
現性を保つことができなくなったりするため、好ましく
ない。

【０１４４】さて、前述したように、レリーフ型回折光
学素子の波長に対する回折効率は、最適化波長λ₀ に対
して、短波長側でも長波長側でも低下する。保護層を形
成すると、特に短波長側で低下が大きくなる場合もあ
る。このため、良好な色再現性を保ち、かつ、像形成に
不要な次数の回折光の影響を十分に低減するには、最適
化波長λ₀ は、使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ に対し
て、 ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜２０％ ・・・（４） を満足するように定めることが望ましい。ただし、
Ｃ₁ 、Ｃ₂ は、波長λ₀ で利用する回折次数が最適化さ
れたときの、それぞれ波長λ₁ 、λ₂ における利用する
回折次数光の回折効率（％）を示す。

【０１４５】すでに述べたように、上記の｜Ｃ₁ −Ｃ₂
｜を条件式（４）の上限値を越えて大きな値とすると、
短波長領域又は長波長領域での不要な回折次数光が増加
して像の質の低下が著しくなるため、上記のように波長
帯域の制限をすると、カラーバランスを保つことが困難
となる。

【０１４６】なお、すでに述べたように、上記の条件式
（１）〜（４）の代わりに、下記の条件式（５）〜
（８）の中少なくとも一つを満たすようにするとさらに
よい。

【０１４７】 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．０５ ・・・（５） λ_S ／λ₀ ＜０．９４ ・・・（６） λ_L ／λ₀ ＞１．２２ ・・・（７） ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜１０％ ・・・（８） さらに望ましくは、下記の条件式（９）を満たすように
するとよい。

【０１４８】 ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜５％ ・・・（９） 以上の条件式（１）〜（９）を満足するようにすると、
十分に不要次数光の影響を低減し、また、十分な色再現
性を保ち、高い質の像を形成することのできる光学系を
得ることができる。

【０１４９】ところで、波長λ₁ は４００ｎｍ、波長λ
₂ は７００ｎｍであると、特に好ましい。このとき、使
用する波長帯域は４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域とな
る。したがって、この光学系を用いれば、目視で観察す
ることのできる装置を得ることができる。また、例えば
カメラや顕微鏡、内視鏡等のように、可視光の像を観察
撮影する装置は数多くあり、使用波長帯域が４００ｎｍ
〜７００ｎｍであれば、可視光の像を観察する様々な装
置に利用することができ、利用範囲の広い光学系とな
る。

【０１５０】ここで、例えば図１５に示した構成におい
て、レリーフ型回折光学素子２が、表面にレリーフ形状
を有する光学部材４がＰＭＭＡ、保護層５がＰＣからな
り、１次回折光が波長４９０ｎｍで最適化されていると
する。このとき、このレリーフ型回折光学素子２の１次
光及び不要次数光である０次光と２次光の回折効率は図
２３のようになる。使用する波長帯域を４００ｎｍ〜７
００ｎｍとすると、｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜は約４％となり、条
件式（９）を満たしている。

【０１５１】ここで、波長帯域制限手段３を、分光透過
率が図２４に示すようになるよう構成する。すると、こ
の光学系に白色光を入射すると、光学系を透過した１次
光及び０次光、２次光の相対強度分布は図２５のように
なる。ただし、光学系への入射光の強度は波長によらず
一定であるとし、その強度を１とする。このとき、波長
帯域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける全光量に占める不
要次数光（０次光、２次光）の割合はおよそ０．０４６
となり、条件式（５）を満たしている。

【０１５２】また、図２４から分かるように、波長帯域
制限手段３の透過率が５０％となる波長λ_S 及びλ_L は
それぞれ約４５３ｎｍと６１０ｎｍである。いま、最適
化波長λ₀ は４９０ｎｍであるから、λ_S ／λ₀ は約
０．９２、λ_L ／λ₀ は約１．２４であり、条件式
（６）及び（７）も満たしている。

【０１５３】したがって、この場合の光学系は、十分に
不要次数光の影響を低減し、かつ、色再現性も良く、質
の高い像を形成することができるものとなる。

【０１５４】また、以上の実施の形態において、波長帯
域制限手段は脱着可能であることが望ましい。結像光学
系で形成した像を検出する場合、受光する素子によって
波長感度特性は異なり、それぞれの素子に最適な波長帯
域、波長強度分布を持つ光で像を形成する必要がある。
例えば、対象物の像を目視で観察する場合やＣＣＤカメ
ラで受光しモニターで観察する場合、写真フィルムで感
光させて写真を撮る場合等、様々な場合があるが、波長
帯域制限手段が脱着可能であると、波長帯域制限手段を
取り換えてそれぞれの場合に適した波長帯域の光がそれ
ぞれの場合に適した波長強度分布で入射するようにする
ことが容易にでき、様々な撮像装置に対応できる汎用性
のある光学系を得ることができる。

【０１５５】さらに、以上の実施の形態において、レリ
ーフ型回折光学素子２は、図１６に示したような、平板
状の基板６にレリーフパターン７を形成したものに限ら
ず、球面基板や非球面基板上にレリーフパターン７を形
成して構成することもできるし、レリーフパターン７も
同心円状に限らず、結像光学系の機能に応じて例えば、
回転非対称な結像性能を必要とする場合には、楕円状の
パターンとしたり、シリンドリカルレンズと同等の機能
を有するように平行パターンとすることもできる。な
お、実施の形態においては、像形成に１次光を用いるよ
うにしたが、さらに高次の次数を用いてもよい。

【０１５６】また、以上の実施の形態において、レリー
フ型回折光学素子２を構成する表面にレリーフ形状を有
する光学部材４はＢＳＬ７あるいはＰＭＭＡ、保護層５
はＰＣとしたが、表面にレリーフ形状を有する光学部材
４及び保護層５の材料はこれに限らない。ＢＳＬ７及び
ＰＭＭＡはＰＣに比べると低屈折率低分散であり、ＰＣ
はＢＳＬ７及びＰＭＭＡに比べると高屈折率高分散であ
るが、表面にレリーフ形状を有する光学部材４と保護層
５をこのような組合せとすると、すでに説明したよう
に、組み合わせて使用できる材料が多くなる。また、両
者の屈折率差が大きくなるため、レリーフパターン７の
溝深さを浅くすることができ、製造が容易になる。さら
に、光学プラスチックを用いることができ、製造が容易
で安価なレリーフ型回折光学素子を得ることができるよ
うになる。したがって、光学系も安価になる。

【０１５７】表面にレリーフ形状を有する光学部材４と
保護層５の組合せは、互いに比較して、高屈折率低分散
の材料と、低屈折率高分散の材料の組合せとしてもよ
い。この組合せの一例としてＬＡＬ５６とＰＣがある。
ＬＡＬ５６はＰＣに比べて高屈折率低分散であり、ＰＣ
はＬＡＬ５６と比べると低屈折率高分散である。すでに
説明したように、このような組合せとすると、レリーフ
型回折光学素子２の回折効率の波長依存性が低減でき、
像形成に利用する回折次数光の回折効率が全波長域で高
くなり、不要な回折次数光の回折効率は低くなる。その
ため、より不要次数光の影響の小さい高い質の像を得る
ことができる。また、波長帯域制限手段で制限すべき波
長帯域が狭くなり、像形成に利用できる波長域が広が
り、より色再現性の良い像が得られるようになる。

【０１５８】（撮像装置の第１の実施の形態）図２６
に、本発明の撮像装置の第１の実施の形態の模式図を示
す。この撮像装置は、対象物の像を、光学系１０を経
て、電子撮像素子である固体撮像素子１１の光電変換面
上に結像させ、この固体撮像素子１１の出力信号を信号
処理回路１２で処理して映像信号を得るようにしたもの
である。光学系１０は、光学系の第１の実施の形態で示
したものであり、レンズ群１、レリーフ型回折光学素子
２、及び、波長帯域制限手段を含む光学部材１３を有す
る。

【０１５９】レリーフ型回折光学素子２は、光学系の第
１の実施の形態で説明したように、表面にレリーフ形状
を有する光学部材４と保護層５とからなるものである。
また、光学部材１３には、図２７に示した分光透過率を
有する波長帯域制限手段を設けると共に、ローパスフィ
ルターを設ける。また、固体撮像素子１１には、その光
電変換面上に、図２８に示す分光特性を有するＲ，Ｇ，
Ｂ３原色のモザイク状の色フィルターを設ける。

【０１６０】このようにして、固体撮像素子１１におい
て、光学系１０を経て結像された物体の像を、その光強
度に応じて電気信号に変換して信号処理回路１２に供給
し、ここで所要に応じてＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの信号強度
の正規化や表現する色をシフトさせる等の方法により、
物体のカラー情報が損なわれないように補正してカラー
映像信号に変換し、図示しないメモリーに書き込んだ
り、パソコンや表示装置あるいはプリンター等の外部に
出力する。なお、このような処理は、外部の制御装置あ
るいは撮像装置に組み込まれたＣＰＵにより制御する。

【０１６１】図２９は、図２６に示す構成において、光
学部材１３が波長帯域制限手段を含まない場合に、固体
撮像素子１１に入射するレリーフ型回折光学素子２にお
ける０次光及び２次光の分光特性を示すものである。

【０１６２】また、図３０は、この実施の形態におい
て、上述したように、光学部材１３に図２７に示した分
光特性を有する波長帯域制限手段を設けた場合の０次光
及び２次光の分光特性を示すものである。ただし、レリ
ーフ型回折光学素子２を構成する表面にレリーフ形状を
有する光学部材４はＰＭＭＡ、保護層５はＰＣからなる
としており、最適化波長λ₀ は５００ｎｍとしている。
また、図２９、図３０共、Ｇを基準としてホワイトバラ
ンスを取った後であり、図３０は、さらに波長帯域制限
手段で光量が減った分を増幅して補った後である。

【０１６３】不要次数光を低減していない図２９では、
不要次数光である０次光及び２次光の光量のＲ，Ｇ，Ｂ
それぞれでの全光量に対する割合は、Ｒでは０．１４
３、Ｇでは０．０３３、Ｂでは０．０３２であり、Ｒで
特に割合が大きく、赤いフレアーやゴーストが生じる可
能性がある。一方、不要次数光を低減した図３０では、
０次光と２次光の割合は、Ｒでは０．０９０、Ｇでは
０．０３１、Ｂでは０．０２０であり、Ｒでの不要次数
光の影響が特に低減されている。したがって、この実施
の形態によれば、レリーフ型回折光学素子２に保護層５
を設けても、結像に不要な次数の回折光の強度を無視で
きる程度に低減することができる。

【０１６４】なお、この実施の形態では、波長帯域制限
手段を光学部材１３に設けるようにしたが、レンズ群１
の前に配置したり、レンズ群１から固体撮像素子１１の
光電変換面に至る光路の任意の位置に配置しても、同様
の効果を得ることができる。特に、固体撮像素子１１の
光電変換面を保護するカバーガラスを、波長帯域制限手
段、例えば波長帯域制限フィルターで構成すれば、部品
点数の削減、光学システムの小型化の点で効果的であ
る。

【０１６５】この実施の形態では、光学系１０として結
像光学系の第１の実施の形態で述べた光学系を用いた
が、光学系の第２及び第３の実施の形態で述べた光学系
を用いてもよい。何れの場合も、レリーフ型回折光学素
子２に保護層５を設けても、結像に不要な次数の回折光
の強度を無視できる程度に低減することができ、不要次
数光の影響のない高い質の像で対象物を撮像することの
できる撮像装置を得ることができる。

【０１６６】また、波長帯域制限手段は脱着可能である
ことが望ましい。すでに説明したように、波長帯域制限
手段が脱着可能であれば、容易に波長帯域制限手段を交
換することができる。そのため、様々な撮影条件に合わ
せて波長帯域制限手段を交換し、制限波長帯域や使用す
る光の波長強度分布を最適化してより高い質の像で対象
物を撮像することのできる撮像装置が得られる。

【０１６７】さらに、レリーフ型回折光学素子２は、図
１６に示したような、平板状の基板６にレリーフパター
ン７を形成したものに限らず、球面基板や非球面基板上
にレリーフパターン７を形成して構成することもできる
し、レリーフパターン７も同心円状に限らず、結像光学
系の機能に応じて例えば、回転非対称な結像性能を必要
とする場合には、楕円状のパターンとしたり、シリンド
リカルレンズと同等の機能を有するように平行パターン
とすることもできる。なお、実施の形態においては、像
形成に１次光を用いるようにしたが、さらに高次の次数
を用いてもよい。

【０１６８】また、光学系の実施の形態で述べたよう
に、撮像装置の光学系１０における波長帯域制限手段
は、既述の条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満
足する、あるいは、条件式（５）〜（８）の少なくとも
一つを満足する、あるいは、条件式（９）を満足するこ
とが望ましい。これらの条件式を満足すれば、光学系は
十分に不要次数光の影響を低減し、また、十分な色再現
性を保ち、高い質の像を形成することのできるものとな
り、不要次数光の影響の低減された、色再現性の良い高
い質の像で対象物を撮像することのできる撮像装置を得
ることができる。

【０１６９】この実施の形態におけるレリーフ型回折光
学素子２は、ＰＭＭＡからなる表面にレリーフ形状を有
する光学部材４とＰＣからなる保護層５で構成されてい
るが、表面にレリーフ形状を有する光学部材４と保護層
５の材料の組合せはこれに限らない。すでに述べたよう
に、どちらか一方がもう一方に比べて高屈折率高分散の
材料で、もう一方が低屈折率低分散の材料とを組み合わ
せれば、製造が容易で安価なレリーフ型回折光学素子２
を得ることができ、撮像装置も安価になる。例えば、Ｐ
ＭＭＡとＰＣの組合せの他に、ＢＳＬ７とＰＣの組合せ
等、他にも多数ある。

【０１７０】また、どちらか一方がもう一方に比べて高
屈折率低分散の材料で、もう一方が低屈折率高分散の材
料とを組み合わせれば、レリーフ型回折光学素子２の回
折効率の波長依存性が低減でき、より不要次数光の影響
が低減され、また、より色再現性の良い高い質の像で対
象物を撮像することのできる撮像装置を得ることができ
る。例えば、ＬＡＬ５６とＰＣの組合せ、ＢＳＭ１６
（（株）オハラ製。ｎ_d＝１．６２０４１，ν_d ＝６
０．３）とＳＡＮの組合せ等がある。

【０１７１】この実施の形態においては、電子撮像素子
として固体撮像素子を用いたが、撮像管を用いる場合で
も、この発明を有効に適用することができ、同様の効果
を得ることができる。

【０１７２】以上の本発明の光学系及びそれを含む撮像
装置は例えば次のように構成することができる。 〔１〕 帯域光が入射する光学系において、前記光学系
は、レリーフ型回折光学素子と、このレリーフ型回折光
学素子に入射する、あるいは、レリーフ型回折光学素子
を経た光の波長帯域を制限する手段とを有し、該レリー
フ型回折光学素子は、表面にレリーフ形状を有する光学
部材と、該光学部材とは異なる材料からなり、前記光学
部材の表面上に形成された保護層とを有することを特徴
とする光学系。

【０１７３】〔２〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記レリーフ型回折光学素子以外の光学系を構成す
る光学素子の少なくとも一部が、前記波長帯域制限手段
を構成することを特徴とする光学系。

【０１７４】〔３〕 上記〔２〕記載の光学系におい
て、前記波長帯域制限手段には、前記レリーフ型回折光
学素子以外の光学系を構成する光学素子の少なくとも一
部の表面に設けた多層膜が含まれることを特徴とする光
学系。

【０１７５】〔４〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記レリーフ型回折光学素子が前記波長帯域制限手
段を有することを特徴とする光学系。

【０１７６】〔５〕 上記〔４〕記載の光学系におい
て、前記波長帯域制限手段は、前記レリーフ型回折光学
素子の保護層であることを特徴とする光学系。

【０１７７】〔６〕 上記〔４〕記載の光学系におい
て、前記波長帯域制限手段は、前記レリーフ型回折光学
素子の保護層と、前記レリーフ型回折光学素子の保護層
とは反対の面に設けた多層膜とによって構成されること
を特徴とする光学系。

【０１７８】〔７〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記レリーフ型回折光学素子及び前記レリーフ型回
折光学素子以外の光学系を構成する光学素子の少なくと
も一部が、前記波長帯域制限手段に含まれることを特徴
とする光学系。

【０１７９】〔８〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記波長帯域制限手段は着脱可能であることを特徴
とする光学系。

【０１８０】

〔９〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、以下の条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満
足することを特徴とする光学系。 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．１ ・・・（１） λ_S ／λ₀ ＜０．９５ ・・・（２） λ_L ／λ₀ ＞１．２ ・・・（３） ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜２０％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（４） ただし、 Ａ_a ：対象波長帯域における全光量 Ａ₀ ：対象波長帯域における像形成に不要な次数の回折
光の光量 λ₀ ：最適化波長 λ_S ：λ₀ より短波長で光量を５０％カットする波長 λ_L ：λ₀ より長波長で光量を５０％カットする波長 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最適化され
たときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最長波長λ
₂ における利用する回折次数光の回折効率（％）であ
る。

【０１８１】〔１０〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、以下の条件式（５）〜（８）の少なくとも一つを満
足することを特徴とする光学系。 ０＜Ａ₀ ／Ａ_a ＜０．０５ ・・・（５） λ_S ／λ₀ ＜０．９４ ・・・（６） λ_L ／λ₀ ＞１．２２ ・・・（７） ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜１０％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（８） ただし、 Ａ_a ：対象波長帯域における全光量 Ａ₀ ：対象波長帯域における像形成に不要な次数の回折
光の光量 λ₀ ：最適化波長 λ_S ：λ₀ より短波長で光量を５０％カットする波長 λ_L ：λ₀ より長波長で光量を５０％カットする波長 Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最適化され
たときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最長波長λ
₂ における利用する回折次数光の回折効率（％）であ
る。

【０１８２】〔１１〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、以下の条件式（９）を満足することを特徴とする光
学系。 ｜Ｃ₁ −Ｃ₂ ｜＜５％ （使用する波長帯域λ₁ ＜λ＜λ₂ において） ・・・（９） ただし、Ｃ₁ ，Ｃ₂ ：波長λ₀ で利用する回折次数が最
適化されたときの使用する波長域の最短波長λ₁ 及び最
長波長λ₂ における利用する回折次数光の回折効率
（％）である。

【０１８３】〔１２〕 上記

〔９〕、〔１０〕又は〔１
１〕記載の光学系において、波長λ₁ が４００ｎｍ、波
長λ₂ が７００ｎｍであることを特徴とする光学系。

【０１８４】〔１３〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記レリーフ型回折光学素子の表面にレリーフ形状
を有する光学部材と保護層は、何れか一方が他方と比較
して高屈折率高分散の材料からなることを特徴とする光
学系。

【０１８５】〔１４〕 上記〔１〕記載の光学系におい
て、前記レリーフ型回折光学素子の表面にレリーフ形状
を有する光学部材と保護層は、何れか一方が他方と比較
して高屈折率低分散の材料からなることを特徴とする光
学系。

【０１８６】〔１５〕 対象物の像を上記〔１〕記載の
光学系により電子撮像素子上に結像させることを特徴と
する撮像装置。

【０１８７】〔１６〕 上記〔１５〕記載の撮像装置に
おいて、前記電子撮像素子に、その出力を処理して前記
対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合したこと
を特徴とする撮像装置。

【０１８８】〔１７〕 対象物の像を上記〔２〕又は
〔７〕記載の光学系により、電子撮像素子上に結像させ
る撮像装置において、前記波長帯域制限手段に含まれる
光学素子の少なくとも一部は、前記電子撮像素子の光電
変換面を保護するカバーガラスであることを特徴とする
撮像装置。

【０１８９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、像形成に必要な回折次数光は、波長帯域制限
手段を効率良く透過し、像形成に不要な回折次数光は波
長帯域制限手段で大幅に除去できるため、レリーフ型回
折光学素子の回折面上に保護層を設け不要次数光の影響
が大きくなった場合でも、不要次数光の影響、つまりフ
レアーやゴースト等を効率良く低減することができる。
そのため、高い質の像を得ることができる。また、像の
質を落とすことなく、回折面上に保護層を設けたレリー
フ型回折光学素子を組み込むことができるため、耐環境
性に優れた光学系を得ることができる。また、回折面に
保護層が設けられているため、例えばカメラの望遠レン
ズ系に使用する場合、回折面を物点側に配置することが
可能となり、設計上の自由度が大きくなり、応用範囲を
広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レリーフ型回折光学素子のレリーフパターンを
示す断面図である。

【図２】レリーフ型回折光学素子の１次光の回折効率の
例を示す図である。

【図３】図２の場合の０次光及び２次光の回折効率を示
す図である。

【図４】保護層を設けたレリーフ型回折光学素子の例の
断面図である。

【図５】図２の場合の保護層を設けた場合と設けない場
合の１次光の回折効率を示す図である。

【図６】図２の場合で保護層を設けた場合の０次光と２
次光の回折効率を示す図である。

【図７】本発明に基づく波長帯域制限手段の透過率分布
の一例を示す図である。

【図８】図７の波長帯域制限手段を用いた場合の不要次
数光の相対的な強度分布を示す図である。

【図９】本発明に基づく波長帯域制限手段の透過率分布
の別の例を示す図である。

【図１０】図９の波長帯域制限手段を用いた場合の不要
次数光の相対的な強度分布を示す図である。

【図１１】レリーフ型回折光学素子の異なる最適化波長
に対する１次光の回折効率の例を示す図である。

【図１２】高屈折率低分散と低屈折率高分散の材料の組
合せからなるレリーフ型回折光学素子の回折効率の波長
依存性を示す図である。

【図１３】図１２の場合の０次光、２次光の回折効率を
示す図である。

【図１４】図１２の場合で保護層を設けない場合の０次
光、２次光の回折効率を示す図である。

【図１５】本発明の光学系の第１の実施の形態の模式図
である。

【図１６】本発明に用いるレリーフ型回折光学素子の一
例の平面図と断面図である。

【図１７】本発明に基づく波長帯域制限手段を２つの素
子で構成する場合の一方の分光透過率を示す図である。

【図１８】本発明に基づく波長帯域制限手段を２つの素
子で構成する場合の他方の分光透過率を示す図である。

【図１９】本発明の光学系の第２の実施の形態の模式図
である。

【図２０】本発明の光学系の第２の実施の形態の変形の
模式図である。

【図２１】本発明の光学系の第３の実施の形態の模式図
である。

【図２２】本発明の光学系の第３の実施の形態の変形の
模式図である。

【図２３】本発明の一具体例におけるレリーフ型回折光
学素子の１次光及び不要次数光の回折効率を示す図であ
る。

【図２４】図２３の場合に用いる波長帯域制限手段の分
光透過率を示す図である。

【図２５】本発明の一具体例における１次光及び０次
光、２次光の相対強度分布を示す図である。

【図２６】本発明の撮像装置の第１の実施の形態の模式
図である。

【図２７】図２６の撮像装置で用いる波長帯域制限手段
の分光透過率を示す図である。

【図２８】図２６の撮像装置で用いる色フィルターの分
光特性を示す図である。

【図２９】図２６の撮像装置で波長帯域制限手段を含ま
ない場合の０次光及び２次光の分光特性を示す図であ
る。

【図３０】図２６の撮像装置で波長帯域制限手段を設け
た場合の０次光及び２次光の分光特性を示す図である。

【符号の説明】

１…レンズ群 ２…レリーフ型回折光学素子 ３…波長帯域制限手段 ４…表面に凹凸のレリーフ形状を有する光学部材 ５…保護層 ６…平行平板状の光学材料基板 ７…レリーフパターン ８…多層膜 ９…光学部材 １０…光学系 １１…固体撮像素子 １２…信号処理回路 １３…波長帯域制限手段を含む光学部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯域光が入射する光学系において、前記
   光学系は、レリーフ型回折光学素子と、このレリーフ型
   回折光学素子に入射する、あるいは、レリーフ型回折光
   学素子を経た光の波長帯域を制限する手段とを有し、該
   レリーフ型回折光学素子は、表面にレリーフ形状を有す
   る光学部材と、該光学部材とは異なる材料からなり、前
   記光学部材の表面上に形成された保護層とを有すること
   を特徴とする光学系。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学系において、前記レ
   リーフ型回折光学素子以外の光学系を構成する光学素子
   の少なくとも一部が、前記波長帯域制限手段を構成する
   ことを特徴とする光学系。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光学系において、前記レ
   リーフ型回折光学素子が前記波長帯域制限手段を有する
   ことを特徴とする光学系。