JP2014126629A - Optical element - Google Patents

Optical element Download PDF

Info

Publication number
JP2014126629A
JP2014126629A JP2012282020A JP2012282020A JP2014126629A JP 2014126629 A JP2014126629 A JP 2014126629A JP 2012282020 A JP2012282020 A JP 2012282020A JP 2012282020 A JP2012282020 A JP 2012282020A JP 2014126629 A JP2014126629 A JP 2014126629A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
transmittance
optical element
refractive index
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2012282020A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Touge
幸宏 垰
Takuji Nomura
琢治 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2012282020A priority Critical patent/JP2014126629A/en
Publication of JP2014126629A publication Critical patent/JP2014126629A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently reduce wavelength dependence of diffraction efficiency while maintaining the diffraction efficiency at a high level in a visible light region.SOLUTION: An optical element in the invention comprises a retardation layer for causing an incident light flux to develop a phase difference, and the retardation layer is formed using: a first material that relatively has low refractive index and high dispersibility; and a second material that relatively has high refractive index and low dispersibility. The first material is made of a raw material at least including: a substance that has an absorption band in a region with a wavelength of 300 nm or low; and a substance that has the absorption band or a reflection band in a region with a wavelength of 800 to 2500 nm. With respect to the first material, a d-line internal transmittance is 80% or more and the internal transmittance at a wavelength of 300 nm and that at a wavelength of 1500 nm are 50% or less to the d-line internal transmittance, in thickness of the retardation layer, and a value of the Abbe number is in a range of 5 to 35.

Description

本発明は、屈折率の異なる２つの材料を用いて形成される位相差層により生じる入射光束の位相差を利用して、入射光束に対して何らかの光学的作用を付与する光学素子に関する。   The present invention relates to an optical element that imparts some optical action to an incident light beam by using a phase difference of the incident light beam generated by a retardation layer formed using two materials having different refractive indexes.

入射光束の位相差を利用して入射光束に対して光学的作用を付与する光学素子の例として、例えば、入射光束の位相差を利用して入射光束の少なくとも一部を回折させることにより入射光束に対して集光、発散、偏向等の光学的作用を与える回折光学素子がある。このような回折光学素子は、位相型の回折格子として作用する凹凸構造を備えている。この場合、回折格子として作用する凹凸構造が形成されている層が位相差層に相当する。   As an example of an optical element that imparts an optical action to an incident light beam using the phase difference of the incident light beam, for example, the incident light beam is diffracted by diffracting at least a part of the incident light beam using the phase difference of the incident light beam. There are diffractive optical elements that provide optical effects such as condensing, divergence, and deflection. Such a diffractive optical element has an uneven structure that acts as a phase type diffraction grating. In this case, the layer in which the concavo-convex structure acting as a diffraction grating is formed corresponds to the retardation layer.

一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ、携帯用のカメラといったデジタルカメラの光学系には、凹レンズや凸レンズといった光の屈折作用を用いた屈折レンズが多く用いられてきたが、このような撮像光学系において、屈折レンズの色収差による画質の劣化は、従来より大きな問題であった。   In an optical system of a digital camera such as a single-lens reflex camera, a compact digital camera, or a portable camera, a refractive lens using a refractive action of light such as a concave lens or a convex lens has been used in many cases. In such an imaging optical system, Degradation of image quality due to chromatic aberration of the refractive lens has been a greater problem than before.

屈折レンズの色収差を補正するために、蛍石や異常分散材料等をレンズ材料に用いた色収差補正用レンズを光学系に組み込む等の対策がとられていたが、補正効果が十分でなかったり、光学系が大きくなったり、またコスト的に非常に高いものになるなど、実用化には未だ多くの課題を残していた。   In order to correct the chromatic aberration of the refractive lens, measures such as incorporating a chromatic aberration correction lens using a fluorite or anomalous dispersion material as a lens material into the optical system have been taken, but the correction effect is not sufficient, Many problems still remain in practical use, such as the increase in the optical system and the cost.

近年では、回折レンズと呼ばれる、レンズ作用を有するように構成した回折光学素子を撮像光学系に組み込むことで、色収差の問題を解決しようという試みが数多くなされている。回折レンズは、光の回折現象を利用して光の集光や発散等を行うレンズであり、屈折レンズにはない特徴を有することで知られている。   In recent years, many attempts have been made to solve the problem of chromatic aberration by incorporating a diffractive optical element called a diffractive lens having a lens action into an imaging optical system. A diffractive lens is a lens that collects or diverges light by utilizing a light diffraction phenomenon, and is known to have characteristics that are not found in a refractive lens.

例えば、回折レンズと屈折レンズとでは、入射光の波長変化に対する焦点距離の変化が異なる。具体的には、屈折レンズはアッベ数が正の値であるのに対して、回折レンズのアッベ数に相当する量は負の値である。このような回折レンズの光学特性を利用し、屈折レンズ光学系の一部に回折レンズを組み合わせることで、光学系の色収差の問題が解決できるとされている。   For example, a diffractive lens and a refractive lens have different focal length changes with respect to changes in the wavelength of incident light. Specifically, the refractive lens has a positive Abbe number, whereas the amount corresponding to the Abbe number of the diffractive lens is a negative value. It is said that the problem of chromatic aberration of the optical system can be solved by utilizing such optical characteristics of the diffractive lens and combining the diffractive lens with a part of the refractive lens optical system.

ところが、回折光学素子を用いれば、効果的に色収差を補正でき、また光学系を小さくできるが、光学系にフレアが生じて画質が劣化するという新たな問題が生じていた。フレアの原因の一つに、回折光学素子に回折効率が低い波長帯が存在することが挙げられる。すなわち、回折効率に波長依存性があるために、回折効率が高くない波長の光が入射すると目的の次数以外の光が発生し、それらが散乱光となってフレアを発生させていた。   However, if a diffractive optical element is used, chromatic aberration can be effectively corrected and the optical system can be made small. However, a new problem has arisen that image quality deteriorates due to flare in the optical system. One cause of flare is the presence of a wavelength band with low diffraction efficiency in the diffractive optical element. That is, since the diffraction efficiency has wavelength dependency, when light having a wavelength that does not have high diffraction efficiency is incident, light other than the target order is generated, and these are scattered light to generate flare.

特許文献１には、回折格子を形成する２種の材料の屈折率と分散の組み合わせによって、可視光領域における回折効率の波長依存性を低減させる例が示されている。   Patent Document 1 shows an example in which the wavelength dependency of diffraction efficiency in the visible light region is reduced by a combination of the refractive index and dispersion of two materials forming a diffraction grating.

また、特許文献２には、回折格子の材料に、無機微粒子と樹脂材料とによるコンポジット材料を用いることにより、回折効率の波長依存性を低減させる例が示されている。   Patent Document 2 shows an example in which the wavelength dependence of diffraction efficiency is reduced by using a composite material composed of inorganic fine particles and a resin material as the material of the diffraction grating.

特開平１０−２６８１１６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-268116 特開２００８−２０３８２１号公報JP 2008-203821 A

回折効率の波長依存性を低減するためには、回折格子の材料を高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料の組み合わせとし、使用する波長帯域に含まれる任意の波長λに対して、｜ｎ１（λ）−ｎ２（λ）｜・ｄ／λの値を実質的に等しくすればよい。ここで、ｎ１（λ）は回折格子の一方の材料の波長λにおける屈折率を表し、ｎ２（λ）は回折格子の他方の材料の波長λにおける屈折率を表している。また、ｄは、回折格子の厚さを表している。 In order to reduce the wavelength dependence of diffraction efficiency, the material of the diffraction grating is a combination of a high refractive index low dispersion material and a low refractive index high dispersion material, and for any wavelength λ included in the wavelength band to be used, The values of | n 1 (λ) −n 2 (λ) | · d / λ may be made substantially equal. Here, n 1 (λ) represents the refractive index at the wavelength λ of one material of the diffraction grating, and n 2 (λ) represents the refractive index at the wavelength λ of the other material of the diffraction grating. D represents the thickness of the diffraction grating.

しかし、可視光領域（例えば、波長４３０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の全域において９９％以上の回折効率を確保しようとすると、高い異常分散特性を示す光学材料が必要となるが、そのような高い異常分散性を示す光学材料は、特殊な材料であるために高価であったり、またその材料を用いて回折構造を作成するのが非常に困難であったり、材料の耐久性、温度等の環境変動に対する光学特性の変化に対する耐性等が不十分であるなど、実用化に耐えうるものではなかった。   However, in order to secure a diffraction efficiency of 99% or more in the entire visible light region (for example, wavelength 430 nm to 650 nm), an optical material exhibiting high anomalous dispersion characteristics is required. The optical material shown is expensive because it is a special material, it is very difficult to create a diffractive structure using the material, and the optical properties against environmental fluctuations such as durability and temperature of the material It was not able to withstand practical use, such as insufficient resistance to changes.

なお、特許文献１に記載されている光学材料は、材料の選択肢が非常に狭いだけでなく、緑の波長領域の回折効率が青の波長領域の回折効率に対して低くなっており、回折効率の波長依存性の低減効果が十分でない。このため、解像度の劣化を引き起こす可能性がある。   Note that the optical material described in Patent Document 1 has not only a very narrow selection of materials, but also has a lower diffraction efficiency in the green wavelength region than that in the blue wavelength region. The effect of reducing the wavelength dependence is not sufficient. For this reason, there is a possibility of causing resolution degradation.

一方、特許文献２には、光学材料に透明導電体微粒子を用いることで、可視光領域において９９％以上の回折効率が得られる旨が記載されている。しかし、透明導電体微粒子を用いた場合、その透明導電体微粒子が光を吸収することによって着色が見られたり、また可視光領域中に透過率が低くなる領域が発生するなどの問題があるが、特許文献２にはそのような透明導電体微粒子を用いた場合の問題について何ら開示されていない。   On the other hand, Patent Document 2 describes that by using transparent conductive fine particles as an optical material, a diffraction efficiency of 99% or more can be obtained in the visible light region. However, when transparent conductive fine particles are used, there is a problem that the transparent conductive fine particles are colored by absorbing light, and there is a problem that a region with low transmittance is generated in the visible light region. Patent Document 2 does not disclose any problems when such transparent conductive fine particles are used.

例えば、可視光領域中に透過率が低くなる領域があると、遮光の影響により光が散って回折効率が劣化することがわかっている。特に、高い異常分散性を持たせるために透明導電体微粒子を多く含ませる低屈折率高分散材料側においてそのような透過率の低下が生じる可能性が高い。しかし、特許文献２には、低屈折率高分散材料の例については、光学素子として十分な透過率を有していたとの記載だけで具体的な数値は示されていない。   For example, it is known that if there is a region where the transmittance is low in the visible light region, light is scattered due to the influence of light shielding and the diffraction efficiency is deteriorated. In particular, there is a high possibility of such a decrease in transmittance on the low refractive index and high dispersion material side containing a large amount of transparent conductive fine particles in order to have high anomalous dispersion. However, Patent Document 2 does not show any specific numerical value only for the description of the example of the low refractive index and high dispersion material that it has sufficient transmittance as an optical element.

なお、領域内における局所的な透過率の低下を防ぐために、透明導電体微粒子の含有量を減らすことも考えられる。しかし、透明導電体微粒子の含有量を減らせば、それに応じて材料の異常分散特性も低下するために、格子の高さを大きくしなければならず、回折格子を作成したときに領域全体で透過率が大きく低下してしまうという別の問題が生じる可能性がある。なお、組み合わせる材料との間で透過率を合わせれば、透過率差による回折効率の劣化は防げるが、光学系によっては着色や透過率の低下は無視できない問題である。   In addition, in order to prevent the local transmittance | permeability fall in an area | region, reducing the content of transparent conductor fine particles is also considered. However, if the content of the transparent conductor fine particles is reduced, the anomalous dispersion characteristics of the material will be reduced accordingly. Therefore, the height of the grating must be increased. Another problem can be that the rate drops significantly. Note that if the transmittance is matched with the material to be combined, the deterioration of the diffraction efficiency due to the difference in transmittance can be prevented, but depending on the optical system, the coloring and the decrease in the transmittance cannot be ignored.

このように、回折格子の材料として見た場合、材料の異常分散性と透過率とは密接に関係しており、波長による透過率の変化や格子を作成した際の透過率を考慮せずに、異常分散特性と屈折率にだけ着目して材料の選定を行っても、回折効率の劣化や素子厚の増加、透過率の低下、色味の発生などを招くおそれがあり、十分でない。   In this way, when viewed as a diffraction grating material, the anomalous dispersion of the material and the transmittance are closely related, and without considering the change in transmittance due to wavelength and the transmittance when creating the grating. Even if the material is selected by paying attention only to the anomalous dispersion characteristic and the refractive index, there is a risk that the diffraction efficiency is deteriorated, the element thickness is increased, the transmittance is decreased, and the color is generated.

本発明は、可視光領域において回折効率が高いまま、回折効率の波長依存性を十分に低減できる光学素子の提供を目的とする。また、本発明は、素子厚の増加や透過率の低下、色味の発生、温度変動耐性の劣化、作成難度の向上を抑えた上で、可視光領域において回折効率が高いまま、回折効率の波長依存性を十分に低減できる光学素子の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical element that can sufficiently reduce the wavelength dependence of diffraction efficiency while maintaining high diffraction efficiency in the visible light region. In addition, the present invention suppresses the increase in element thickness, the decrease in transmittance, the occurrence of color, the deterioration of temperature fluctuation resistance, and the improvement of the production difficulty, while maintaining a high diffraction efficiency in the visible light region. An object is to provide an optical element capable of sufficiently reducing the wavelength dependency.

本発明による光学素子は、屈折率の異なる２つの材料を用いて形成される位相差層により生じる入射光束の位相差を利用して、入射光束に対して光学的作用を付与する光学素子であって、入射光束に位相差を発現させる位相差層を備え、位相差層は、相対的に低屈折率高分散な材料である第１の材料と、相対的に高屈折率低分散な材料である第２の材料とを用いて形成されており、第１の材料は、原料に、波長３００ｎｍ以下の領域に吸収帯を有する物質と、波長８００〜２５００ｎｍの領域に吸収帯または反射帯を有する物質とを少なくとも含み、位相差層の厚みにおいて、ｄ線の内部透過率が８０％以上であるとともに、ｄ線の内部透過率に対し、波長３００ｎｍの内部透過率が５０％以下、かつ波長１５００ｎｍの内部透過率が５０％以下であり、アッベ数の値が５〜３５の範囲内であることを特徴とする。   An optical element according to the present invention is an optical element that imparts an optical action to an incident light beam by using a phase difference of the incident light beam generated by a retardation layer formed using two materials having different refractive indexes. The phase difference layer includes a phase difference layer that causes the incident light beam to exhibit a phase difference. The phase difference layer is composed of a first material that is a relatively low refractive index and high dispersion material and a relatively high refractive index and low dispersion material. The first material has a material having an absorption band in a region with a wavelength of 300 nm or less, and an absorption band or a reflection band in a region with a wavelength of 800 to 2500 nm. The internal transmittance of the d-line is 80% or more in the thickness of the retardation layer, and the internal transmittance at a wavelength of 300 nm is 50% or less and the wavelength is 1500 nm with respect to the internal transmittance of the d-line. Internal transmittance of 50% A lower, wherein the value of the Abbe number is in the range of 5 to 35.

また、本発明の光学素子は、第１の材料の透過率をＴ１、第２の材料の透過率をＴ２とした場合に、少なくとも波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲においてＴ１／Ｔ２＞０．８を満たすものであってもよい。   The optical element of the present invention satisfies T1 / T2> 0.8 at least in the wavelength range of 450 nm to 600 nm, where T1 is the transmittance of the first material and T2 is the transmittance of the second material. It may be a thing.

また、第１の材料は、位相差層の厚みをｄ、当該材料の吸収係数をαとした場合に、α×ｄ＞−０．０２２３を満たすものであってもよい。   The first material may satisfy α × d> −0.0223, where d is the thickness of the retardation layer and α is the absorption coefficient of the material.

また、第１の材料は、位相差層の厚みにおいて、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおける最も高い透過率をＴＭＡＸ、最も低い透過率をＴＭＩＮとするとき、ＴＭＩＮ／ＴＭＡＸ＞０．８を満たすものであってもよい。   The first material satisfies TMIN / TMAX> 0.8, where TMAX is the highest transmittance at a wavelength of 450 nm to 600 nm and TMIN is the lowest transmittance in the thickness of the retardation layer. Also good.

また、第１の材料は、ドーパントが添加された透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料であってもよい。   Further, the first material may be a composite material using transparent conductive fine particles to which a dopant is added.

また、第２の材料は、マトリクスに樹脂材料を用い、ドーパントの量が１〜３０ｍｏｌ％である透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料であってもよい。   The second material may be a composite material using a resin material for the matrix and using transparent conductive fine particles having a dopant amount of 1 to 30 mol%.

また、第２の材料は、材料系が異なるまたは同一材料系でドーパントの量が異なる２以上の透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料であってもよい。   Further, the second material may be a composite material using two or more transparent conductive fine particles having different material systems or different dopant amounts in the same material system.

また、透明導電体微粒子は、ＧＺＯ、ＩＴＯ、ＡＴＯ、ＰＴＯ、ＡＺＯのいずれかを含んでいてもよい。   The transparent conductive fine particles may contain any of GZO, ITO, ATO, PTO, and AZO.

また、位相差層は、位相段差であってもよい。   The retardation layer may be a phase step.

また、位相差層は、回折格子であってもよい。   The retardation layer may be a diffraction grating.

本発明によれば、可視光領域において回折効率が高いまま、その回折効率の波長依存性を十分に低減できる光学素子を提供できる。また、本発明によれば、素子厚の増加や透過率の低下、色味の発生、温度変動耐性の劣化、作成難度の向上を抑えた上で、可視光領域において回折効率が高いまま、回折効率の波長依存性を十分に低減できる光学素子を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can fully reduce the wavelength dependence of the diffraction efficiency can be provided, with diffraction efficiency being high in visible region. In addition, according to the present invention, it is possible to suppress the increase in the element thickness, the decrease in transmittance, the occurrence of color, the deterioration in temperature fluctuation resistance, and the improvement in the production difficulty, and the diffraction efficiency remains high in the visible light region. An optical element that can sufficiently reduce the wavelength dependency of efficiency can be provided.

位相差層の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a phase difference layer. 位相差層の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of a phase difference layer. 一般的な低屈折率高分散材料の波長分散特性の一例と本発明の光学素子の位相差層に用いる低屈折率高分散材料の波長分散特性の一例とを比較して示す説明図である。It is explanatory drawing which compares and shows an example of the wavelength dispersion characteristic of a general low refractive index high dispersion material, and an example of the wavelength dispersion characteristic of the low refractive index high dispersion material used for the phase difference layer of the optical element of this invention. 吸収帯が屈折率に与える影響を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the influence which an absorption band has on a refractive index. 低屈折率高分散材料のα×ｄが回折効率に与える影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which (alpha) xd of a low refractive index high dispersion material has on diffraction efficiency. 低屈折率高分散材料の透過率と高屈折率低分散材料の透過率の比であるＴ１／Ｔ２が回折効率に与える影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which T1 / T2 which is the ratio of the transmittance | permeability of a low refractive index high dispersion material and the transmittance | permeability of a high refractive index low dispersion material has on diffraction efficiency. 実際に得た光学材料が示す光学特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical characteristic which the optical material actually obtained shows. 図７に示した例１〜８の透過率比率のスペクトルデータを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum data of the transmittance | permeability ratio of Examples 1-8 shown in FIG. 図７に示した例１〜８の格子厚みでの透過率データを示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability data in the grating | lattice thickness of Examples 1-8 shown in FIG. 例９の透過率比率のスペクトルデータを示すグラフである。10 is a graph showing spectral data of a transmittance ratio in Example 9. 例９の格子厚みでの透過率データを示すグラフである。10 is a graph showing transmittance data at a lattice thickness of Example 9. 本発明の光学素子の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the optical element of this invention. 回折レンズとして機能する回折光学素子１０に形成される回折格子１００の一例を模式的に示す模式上面図である。1 is a schematic top view schematically showing an example of a diffraction grating 100 formed on a diffractive optical element 10 that functions as a diffractive lens. FIG. 回折光学素子１０の他の例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the diffractive optical element 10. 回折光学素子１０の他の例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the diffractive optical element 10. 回折光学素子を用いた色収差の補正原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the correction principle of the chromatic aberration using a diffractive optical element. 回折光学素子を用いた色収差の補正原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the correction principle of the chromatic aberration using a diffractive optical element. 第１の実施例の回折光学素子１０の回折効率を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction efficiency of the diffractive optical element 10 of a 1st Example. 第１の実施例の回折光学素子１０の回折格子部分の透過率データを示すグA graph showing transmittance data of the diffraction grating portion of the diffractive optical element 10 of the first embodiment. 第２の実施例の回折光学素子１０の回折効率を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction efficiency of the diffractive optical element 10 of a 2nd Example. 第２の実施例の回折光学素子１０の回折格子部分の透過率データを示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability data of the diffraction grating part of the diffractive optical element 10 of a 2nd Example.

まず、本発明の概要および発明原理について説明する。図１は、位相差層の例を示す説明図である。本発明において、「位相差層」とは位相差を発現させるよう構成された層をいう。図１には、屈折率の異なる光学材料により形成される光学材料層１と光学材料層２の境界面に高さｄの段差（位相段差）３が設けられることによって、位相差層を形成している例が示されている。なお、図１には、位相段差によって区切られる２つの領域間で生じる光路差も模式的に示されている。図１に示すように、屈折率の異なる光学材料層の境界面に高さｄの段差が設けられることによって、段差を挟む領域間で光の進行方向における２つの光学材料層の高さが異なるように構成されている場合、その段差を挟む領域に入射する光線間には光路差が生じる。このような波面の光路差が光の位相差となって表れる。なお、図１に示す例では、実際に位相差を生じさせている位相段差３が形成されている部分が「位相差層」である。   First, the outline and principle of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a retardation layer. In the present invention, the “retardation layer” refers to a layer configured to develop a retardation. In FIG. 1, a phase difference layer is formed by providing a step (phase step) 3 having a height d on the boundary surface between the optical material layer 1 and the optical material layer 2 formed of optical materials having different refractive indexes. An example is shown. FIG. 1 also schematically shows the optical path difference that occurs between two regions separated by a phase step. As shown in FIG. 1, the height d of the two optical material layers in the light traveling direction is different between regions sandwiching the level difference by providing a level difference of height d on the boundary surface of the optical material layers having different refractive indexes. In such a configuration, an optical path difference occurs between the light rays incident on the region sandwiching the step. Such a wavefront optical path difference appears as a light phase difference. In the example shown in FIG. 1, the portion where the phase step 3 that actually causes the phase difference is formed is the “phase difference layer”.

また、図２は、位相差層の他の例を示す説明図である。図２には、位相差層として回折格子１００を備えた光学素子１０の例が示されている。なお、図２（ａ）には、透明基板１１上に、屈折率の異なる光学材料により形成される光学材料層１２と光学材料層１３とによって構成される断面が矩形波状の回折格子１００が形成されている回折光学素子１０が示されている。また、図２（ｂ）には、透明基板１１上に、屈折率の異なる光学材料により形成される光学材料層１２と光学材料層１３とによって構成される断面が鋸歯状の回折格子１００が形成されている回折光学素子１０が示されている。位相型の回折格子は、格子の１周期分（図中のＰ参照）で入射光に位相差を与えることで、光を回折させる。なお、図２に示す例では、回折格子１００が形成されている部分が「位相差層」である。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing another example of the retardation layer. FIG. 2 shows an example of the optical element 10 including the diffraction grating 100 as a retardation layer. In FIG. 2A, a diffraction grating 100 having a rectangular wave cross section formed of an optical material layer 12 and an optical material layer 13 made of optical materials having different refractive indexes is formed on a transparent substrate 11. A diffractive optical element 10 is shown. Further, in FIG. 2B, a diffraction grating 100 having a sawtooth cross section formed by the optical material layer 12 and the optical material layer 13 formed of optical materials having different refractive indexes is formed on the transparent substrate 11. A diffractive optical element 10 is shown. A phase type diffraction grating diffracts light by giving a phase difference to incident light in one period of the grating (see P in the figure). In the example shown in FIG. 2, the portion where the diffraction grating 100 is formed is a “retardation layer”.

回折格子の回折効率の波長依存性を小さくするためには、既に説明したように、相対的に高屈折率低分散な材料と、相対的に低屈折率高分散な材料とを組み合わせて位相差層を形成すればよい。また、高分散材料の異常分散が強ければ強いほど、位相差層の厚さを小さく保ったまま、より効果的に回折効率の波長依存性を低減できる。以下では、相対的に高屈折率低分散な材料を単に「高屈折率低分散材料」といい、相対的に高屈折率低分散な材料を単に「低屈折率高分散材料」という。   In order to reduce the wavelength dependence of the diffraction efficiency of the diffraction grating, as described above, a phase difference is obtained by combining a relatively high refractive index and low dispersion material with a relatively low refractive index and high dispersion material. A layer may be formed. Further, the stronger the anomalous dispersion of the high dispersion material, the more effectively the wavelength dependency of the diffraction efficiency can be reduced while keeping the thickness of the retardation layer small. Hereinafter, a material having a relatively high refractive index and low dispersion is simply referred to as “high refractive index and low dispersion material”, and a material having a relatively high refractive index and low dispersion is simply referred to as “low refractive index and high dispersion material”.

図３は、一般に低屈折率高分散材料と呼ばれる光学材料の波長分散特性の一例と本発明の光学素子の位相差層に用いる低屈折率高分散材料の波長分散特性の一例とを比較して示す説明図である。なお、図３において、実線で示す材料１’が本発明の光学素子が位相差層に用いる低屈折率高分散材料の例であり、一点鎖線で示す材料１が一般に低屈折率高分散材料と呼ばれる光学材料の例である。また、二点鎖線で示す材料２は一般的に高屈折率低分散材料と呼ばれる光学材料の例である。なお、図３では、材料１を、特に材料１’との間でｇ線とC線が同じ屈折率になるような光学材料の例として示している。   FIG. 3 shows a comparison between an example of the wavelength dispersion characteristic of an optical material generally called a low refractive index and high dispersion material and an example of the wavelength dispersion characteristic of a low refractive index and high dispersion material used for the retardation layer of the optical element of the present invention. It is explanatory drawing shown. In FIG. 3, the material 1 ′ indicated by a solid line is an example of a low refractive index and high dispersion material used for the retardation layer of the optical element of the present invention, and the material 1 indicated by a dashed line is generally a low refractive index and high dispersion material. It is an example of an optical material called. Moreover, the material 2 shown with a dashed-two dotted line is an example of the optical material generally called a high refractive index low dispersion material. In FIG. 3, the material 1 is shown as an example of an optical material in which the g-line and the C-line have the same refractive index particularly between the material 1 ′.

図３に示すように、屈折率ｎは波長λによって変化する性質すなわち波長分散特性をもっている。また、光学材料によって波長分散特性は異なるため、単純に、低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料とを組み合わせただけでは、可視光領域においてΔｎに対する波長の割合は一定にならない。   As shown in FIG. 3, the refractive index n has a property that changes depending on the wavelength λ, that is, a wavelength dispersion property. Further, since the wavelength dispersion characteristic varies depending on the optical material, the ratio of the wavelength to Δn in the visible light region is not constant simply by combining the low refractive index high dispersion material and the high refractive index low dispersion material.

本発明の発明者は、光学材料として、原料に、紫外領域（具体的には、波長３００ｎｍ以下の領域）に吸収帯を有する物質と、赤外領域（具体的には、波長８００〜２５００ｎｍの領域）に吸収帯または反射帯を有する物質を含むものを用い、それら吸収帯または反射帯を有する物質の量や濃度、種類、組み合わせを調整すると、可視光領域における異常分散を制御できることを見いだした。また、そのような調整をしていく中で、透過率の分布すなわち波長依存性と得られる異常分散性とが密接な関係にあることを発見した。すなわち、光学材料の透過率の分布を制御することで、異常分散性を制御できることを見いだした。   The inventor of the present invention uses, as an optical material, a material having an absorption band in the ultraviolet region (specifically, a region having a wavelength of 300 nm or less) and an infrared region (specifically, having a wavelength of 800 to 2500 nm). We have found that anomalous dispersion in the visible light region can be controlled by adjusting the amount, concentration, type, and combination of substances having absorption or reflection bands in the region) . In addition, while making such adjustments, it was discovered that the transmittance distribution, that is, wavelength dependence, and the obtained anomalous dispersion are closely related. That is, it was found that the anomalous dispersion can be controlled by controlling the transmittance distribution of the optical material.

目標とする異常分散性は、図３に材料１’として示したような、可視光領域における屈折率の波長分散特性が、より直線的な変化をするものである。すなわち、短波長側に向かって湾曲したカーブを描きながら上がっていくものではなく、より直線的に上がっていくものがよい。これは、波長４５０ｎｍ付近と波長６００〜６５０ｎｍの屈折率差はそのままに、波長５００〜５５０ｎｍでの屈折率差が小さくなるように低屈折率材料の異常分散性を制御すればよい。このような異常分散性を示す低屈折率材料が得られれば、一般的な高屈折率低分散材料と組み合わせた場合であっても、可視光領域全域に渡ってΔｎに対する波長の割合をより一定に近づけられる。   The target anomalous dispersion is such that the wavelength dispersion characteristic of the refractive index in the visible light region changes more linearly as shown as the material 1 'in FIG. That is, it is better not to go up while drawing a curved curve toward the short wavelength side, but to go up more linearly. This is achieved by controlling the anomalous dispersibility of the low refractive index material so that the difference in refractive index at a wavelength of 500 to 550 nm becomes small while the difference in refractive index between the wavelength of 450 nm and the wavelength of 600 to 650 nm remains unchanged. If a low refractive index material exhibiting such anomalous dispersion is obtained, the ratio of wavelength to Δn is more constant over the entire visible light region even when combined with a general high refractive index low dispersion material. To be close to.

例えば、２層積層型の光学回折素子の回折効率は、回折格子に用いる２つの材料の屈折率の差Δｎと、回折格子の高さｄを掛けたものに、入射する光の波長λを割ったものが整数となる条件、すなわちΔｎｄ／λ＝ｍ（ｍは０以外の整数）となる条件が最も高い状態となる。可視光領域全域にわたって高い回折効率を得るためには、それらの領域内においてΔｎｄ／λが略ｍ（例えば、ｍ±０．１以内）であると好ましい。そこで、より直線的な異常分散性を示す低屈折率材料が得られれば、波長が長くなるのに対してΔｎを大きくできるので、両材料の波長に対する屈折率の変化を打ち消しあって可視光領域全域にわたってΔｎｄ／λをｍ付近にできる。すると、Δｎｄ／λの波長依存性が十分に低減されて、可視光領域全域にわたって高い回折効率が得られる。   For example, the diffraction efficiency of a two-layer stacked optical diffraction element is obtained by dividing the wavelength difference λ of the incident light by multiplying the difference Δn between the refractive indexes of the two materials used for the diffraction grating by the height d of the diffraction grating. Is the highest condition, ie, the condition that Δnd / λ = m (m is an integer other than 0). In order to obtain high diffraction efficiency over the entire visible light region, Δnd / λ is preferably approximately m (for example, within m ± 0.1) in those regions. Therefore, if a low-refractive index material showing more linear anomalous dispersion is obtained, Δn can be increased as the wavelength becomes longer, so the change in the refractive index with respect to the wavelength of both materials is canceled and the visible light region is cancelled. Δnd / λ can be in the vicinity of m over the entire area. Then, the wavelength dependency of Δnd / λ is sufficiently reduced, and high diffraction efficiency can be obtained over the entire visible light region.

また、位相段差により生じる波面の光路差は、位相段差を構成する２つの光学層の実効的な屈折率ｎの差（Δｎ）と段差の高さの積に等しい。したがって、上記条件を満たせば、位相段差により発生する入射光束の位相差の波長依存性も低減できる。   The optical path difference of the wavefront caused by the phase step is equal to the product of the difference (Δn) between the effective refractive indexes n of the two optical layers constituting the phase step and the height of the step. Therefore, if the above conditions are satisfied, the wavelength dependence of the phase difference of the incident light beam generated by the phase step can be reduced.

なお、ｍの値は、±１であると回折格子の高さを下げられ、製造が容易になり、かつ入射角度依存性が小さくなりやすいため好ましく、良好な特性を得られやすい。しかし、ｍの値が±１以外の場合においても、回折格子を集光レンズもしくは発散レンズとして機能させ、光学系のレンズ枚数の削減や光学系の全長を小さくする場合において、ｍ≒±１の場合に対し、フレアの発生の状況が変わるため、光学系によってはより最適な状況が得られる場合がある。したがって、最もよいｍの値を選択でき好ましい。なお、｜ｍ｜が大きくなりすぎると格子高さが大きくなりすぎるため、作成が困難なことや、フレアが発生しやすいため、｜ｍ｜≦５であるとよい。   Note that the value of m is preferably ± 1, because the height of the diffraction grating can be lowered, manufacturing becomes easy, and the incident angle dependency tends to be small, and good characteristics can be easily obtained. However, even when the value of m is other than ± 1, when the diffraction grating functions as a condensing lens or a diverging lens and the number of lenses of the optical system is reduced or the total length of the optical system is reduced, m≈ ± 1. On the other hand, since the state of occurrence of flare changes, a more optimal state may be obtained depending on the optical system. Therefore, the best value of m can be selected, which is preferable. If | m | is too large, the lattice height will be too large, making it difficult to produce or flaring easily. Therefore, | m | ≦ 5 is preferable.

以下、具体的な調整方法について説明する。本発明の発明者は、透過率の分布の変化と異常分散性の変化との関係の調査を進めるうちに、紫外領域に吸収のピークをもたせ、かつ赤外領域に反射または吸収のピークをもたせると、上述したような、より直線的な波長分散曲線を描く強い異常分散性が得られることを見いだした。   Hereinafter, a specific adjustment method will be described. The inventor of the present invention has an absorption peak in the ultraviolet region and a reflection or absorption peak in the infrared region while investigating the relationship between the change in transmittance distribution and the change in anomalous dispersion. It was found that strong anomalous dispersion that draws a more linear wavelength dispersion curve as described above can be obtained.

例えば、低屈折率高分散材料の一つに、樹脂材料と透明導電体微粒子とによるコンポジット材料が挙げられるが、このコンポジット材料が強い異常分散性を示すのは、透明導電体微粒子の多くが紫外領域だけでなく赤外領域にも吸収ピークを持っているからである。なお、樹脂材料とのコンポジット材料とするのは、透明導電体微粒子が総じて高い屈折率を持っているからである。すなわち、屈折率が相対的に低い樹脂材料をマトリクスに用いることで低屈折率化を図っている。   For example, one of the low-refractive-index high-dispersion materials is a composite material composed of a resin material and transparent conductive fine particles. This composite material exhibits strong anomalous dispersion because most of the transparent conductive fine particles are ultraviolet. This is because it has an absorption peak not only in the region but also in the infrared region. The reason why the composite material with the resin material is used is that the transparent conductive fine particles generally have a high refractive index. That is, the refractive index is lowered by using a resin material having a relatively low refractive index for the matrix.

透明導電体微粒子の多くが紫外領域だけでなく赤外領域にも吸収ピークを持つのは、スズ（Ｓｎ）やガリウム（Ｇａ）、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）といった不純物がドーパントとして添加されている透明半導体を材料としているためである。すなわち、透明半導体の多くは、母体材料に紫外領域に吸収帯を有する物質が用いられていることに加えて、ドーパントを添加することで赤外領域にも吸収帯を有するようになるためである。ドーパントを添加する理由は、電気物性的には半導体に導電性を付与するためであるが、光学物性的には、異常分散を強くする効果と吸収を大きくする効果がある。   Many transparent conductor fine particles have absorption peaks not only in the ultraviolet region but also in the infrared region because impurities such as tin (Sn), gallium (Ga), phosphorus (P), and antimony (Sb) are added as dopants. This is because the transparent semiconductor is used as a material. That is, many transparent semiconductors have an absorption band in the infrared region when a dopant is added in addition to a substance having an absorption band in the ultraviolet region being used as a base material. . The reason for adding the dopant is to impart electrical conductivity to the semiconductor in terms of electrical properties, but in terms of optical properties, it has the effect of increasing anomalous dispersion and the effect of increasing absorption.

そのため、ドーパントの量が増えると、同材料系で同様の作成手法にて微粒子を作成した場合と比べて、異常分散性が強くなる一方、吸収や着色も強くなっていき、それを用いた光学材料の光学特性において透過率の劣化を引き起こしたり、またそれにより回折効率が劣化するといった悪影響が発生する。   Therefore, as the amount of dopant increases, the anomalous dispersion becomes stronger and the absorption and coloring become stronger compared to the case where fine particles are made with the same preparation method using the same material system. In the optical characteristics of the material, there is an adverse effect that the transmittance is deteriorated and the diffraction efficiency is thereby deteriorated.

そこで、本発明では、透明導電体微粒子に添加されるドーパントの量やマトリクスに混ぜ込む透明導電体微粒子の濃度、種類、組み合わせ等を調整する際の指標として、得られる光学材料の光学特性に以下の条件を与えることで、このような悪影響の発生を防ぎつつ、回折効率の波長依存性を十分低減できる光学材料を得られるようにする。   Therefore, in the present invention, as an index when adjusting the amount of the dopant added to the transparent conductive fine particles and the concentration, type, combination, etc. of the transparent conductive fine particles mixed in the matrix, the optical characteristics of the obtained optical material are as follows. By providing the conditions, it is possible to obtain an optical material that can sufficiently reduce the wavelength dependence of diffraction efficiency while preventing the occurrence of such adverse effects.

ここで、導電性微粒子のドーパントの量やマトリクスに混ぜ込む導電性微粒子の濃度、種類、組み合わせを調整することは、紫外領域の吸収帯および赤外領域の吸収帯または反射帯のピーク波長やその強度を調整することを意味する。したがって、そのような調整が可能な原料を用いた光学材料であればよく、導電性微粒子を用いたコンポジット材料に限らない。すなわち、原料に、紫外領域に吸収帯を有する物質（以下、紫外吸収物質という。）と、赤外領域に吸収帯または反射帯を有する物質（以下、赤外吸収物質という。）とを用いた光学材料であれば、以下の条件を満たすように調整することで、同様の効果が得られるものと考えられる。   Here, adjusting the amount of conductive fine particle dopant and the concentration, type, and combination of the conductive fine particles mixed into the matrix are the absorption wavelength of the ultraviolet region and the peak wavelength of the absorption band or reflection band of the infrared region. It means adjusting the strength. Therefore, any optical material using a raw material capable of such adjustment may be used, and the optical material is not limited to a composite material using conductive fine particles. That is, a material having an absorption band in the ultraviolet region (hereinafter referred to as an ultraviolet absorbing material) and a material having an absorption band or a reflection band in the infrared region (hereinafter referred to as an infrared absorbing material) were used as raw materials. If it is an optical material, it is thought that the same effect is acquired by adjusting so that the following conditions may be satisfy | filled.

以下、本発明の位相差層に用いる光学材料、特に高分散側の光学材料である低屈折率高分散材料の光学特性の条件について説明する。まず、低屈折率高分散材料は、位相差層の厚みにおける透過率に関して、以下に示す条件を満たすものとする。第１に、ｄ線の内部透過率が８０％以上であること。第２に、ｄ線の内部透過率に対し、波長３００ｎｍの内部透過率が５０％以下であり、かつ波長１５００ｎｍの内部透過率が５０％以下であること。ここで、内部透過率とは、界面による反射等を含まない、素材自体の透過率である。なお、上記第１の条件に関して、波長４５０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長帯域における内部透過率が８０％以上であるとより好ましい。また、上記第２の条件に関して、透過率のピークが４００ｎｍ〜７００ｎｍであるとより好ましい。以下、透過率の分布に関する上記条件を、条件（Ａ）という。   Hereinafter, the conditions of the optical characteristics of the optical material used for the retardation layer of the present invention, particularly the low refractive index and high dispersion material which is an optical material on the high dispersion side will be described. First, the low refractive index and high dispersion material satisfies the following conditions regarding the transmittance in the thickness of the retardation layer. First, the d-line internal transmittance is 80% or more. Second, the internal transmittance at a wavelength of 300 nm is 50% or less and the internal transmittance at a wavelength of 1500 nm is 50% or less with respect to the internal transmittance of d-line. Here, the internal transmissivity is the transmissivity of the material itself that does not include reflection by the interface. In addition, regarding the said 1st condition, it is more preferable in the internal transmittance | permeability in the wavelength band of wavelength 450nm -660nm being 80% or more. Further, regarding the second condition, it is more preferable that the transmittance peak is 400 nm to 700 nm. Hereinafter, the above-mentioned condition relating to the transmittance distribution is referred to as condition (A).

条件（Ａ）では、紫外光と赤外光に吸収があることを主な条件としているが、それにより屈折率の波長による変化が通常分散（例えば、紫外光にのみ吸収がある光学材料の平均的な分散特性）に比べてより直線的になる理由は以下のように考えられる。   In condition (A), the main condition is that there is absorption in ultraviolet light and infrared light, but due to this, changes in the refractive index due to wavelength are usually dispersed (for example, the average of optical materials that only absorb ultraviolet light) The reason why it is more linear than the typical dispersion characteristic is considered as follows.

図４は、吸収帯が屈折率に与える影響を模式的に示す説明図である。なお、図４（ａ）は、近赤外領域（例えば、波長８００ｎｍ〜２５００ｎｍ）に吸収がない通常材料の可視光領域および赤外領域における一般的な屈折率および透過率の例を模式的に示す説明図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した材料にさらに吸収をもたせた場合の屈折率および透過率の変化の例を模式的に示す説明図である。   FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the influence of the absorption band on the refractive index. FIG. 4A schematically shows an example of general refractive index and transmittance in a visible light region and an infrared region of a normal material having no absorption in the near infrared region (for example, a wavelength of 800 nm to 2500 nm). It is explanatory drawing shown. FIG. 4B is an explanatory view schematically showing an example of changes in refractive index and transmittance when the material shown in FIG. 4A is further absorbed.

図４（ａ）に示すように、近赤外領域に吸収がない場合、透過率は高い値で一定に保たれており、従って透明性を有するが、屈折率は湾曲したカーブを描きながら下がる変化となっている。なお、この屈折率の変化は、波長が長くなると変化は小さくなるような変化である。   As shown in FIG. 4 (a), when there is no absorption in the near-infrared region, the transmittance is kept constant at a high value and thus has transparency, but the refractive index decreases while drawing a curved curve. It has changed. This change in refractive index is such that the change becomes smaller as the wavelength becomes longer.

一方、図４（ｂ）に示すように、近赤外領域に吸収がある場合、透過率はその吸収がある領域すなわち吸収帯で急激に低下する。また、屈折率は吸収帯付近で急激に変化する（図中のＡおよびＢで囲った範囲を参照。）。吸収帯付近で異常分散が生じることは一般に知られているが、具体的に屈折率がどのように変化するかを調べてみると、次のような傾向が見られた。すなわち、屈折率は、吸収帯のより短波長側では吸収帯に近づくほど急激に低下し、吸収帯ではその急激に低下した屈折率が直線的に増加し、そして吸収帯のより長波長側では吸収帯で急激に増加した影響により該吸収帯に近い領域で急激な低下がみられるがその後は吸収帯から遠ざかるほど緩やかに低下する。ここで、吸収帯付近よりも少し離れた領域（特に、より短波長側）の変化を見てみると、吸収帯付近の急激な変化に引っ張られるように吸収帯がない場合と比べて屈折率の変化が大きくなっている（図中のＣで囲った範囲を参照。）。このように、吸収帯があると、屈折率の波長分散特性としては、吸収帯に近づくにつれて変化が大きくなる作用を受ける。なお、変化の度合いは吸収が大きいほど大きい。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, when there is absorption in the near-infrared region, the transmittance rapidly decreases in the region where the absorption is present, that is, in the absorption band. Further, the refractive index changes abruptly in the vicinity of the absorption band (see the range enclosed by A and B in the figure). It is generally known that anomalous dispersion occurs in the vicinity of the absorption band, but when examining how the refractive index changes specifically, the following tendency was observed. That is, the refractive index rapidly decreases as it approaches the absorption band on the shorter wavelength side of the absorption band, and the rapidly decreased refractive index increases linearly in the absorption band, and on the longer wavelength side of the absorption band. Due to the abrupt increase in the absorption band, a rapid decrease is observed in a region near the absorption band, but thereafter it gradually decreases as the distance from the absorption band increases. Here, looking at the change in the region slightly away from the vicinity of the absorption band (especially on the shorter wavelength side), the refractive index compared to the case where there is no absorption band so that it is pulled by a sudden change near the absorption band. (See the range enclosed by C in the figure). Thus, when there is an absorption band, the wavelength dispersion characteristic of the refractive index is affected by a change that increases as the absorption band is approached. Note that the degree of change increases as the absorption increases.

図４（ｃ）は、紫外領域と赤外領域に吸収帯がある場合の屈折率の波長による変化の例を模式的に示す説明図である。図４（ｃ）に示すように、紫外領域と赤外領域とに吸収帯があると、それぞれの吸収帯からの影響を受けて、紫外領域の吸収帯付近では屈折率の変化が大きくなり、そこから離れるにつれて屈折率の変化は小さくなるが、そこからまた赤外領域の吸収帯に近づくにつれて屈折率の変化が大きくなる作用を受ける。このような作用を受けるために、紫外領域と赤外領域の間にある可視光領域では、より直線に近い屈折率の変化が得られる。なお、図４（ｃ）では、比較のためにさらに図３に示した材料１の例も合わせて示している。   FIG. 4C is an explanatory view schematically showing an example of a change in refractive index depending on the wavelength when there are absorption bands in the ultraviolet region and the infrared region. As shown in FIG. 4 (c), if there are absorption bands in the ultraviolet region and the infrared region, the change in the refractive index increases in the vicinity of the absorption band in the ultraviolet region under the influence of each absorption band. Although the refractive index change decreases as the distance from the distance increases, the refractive index change increases as the distance from the absorption band approaches the absorption band in the infrared region. In order to receive such an effect, a refractive index change closer to a straight line can be obtained in the visible light region between the ultraviolet region and the infrared region. In FIG. 4C, an example of the material 1 shown in FIG. 3 is also shown for comparison.

なお、このような異常分散特性は吸収帯に限らず、同様な透過率低下をもたらす反射帯によっても生じる。反射帯近傍には異常分散と類似した形の位相の変調が生じ、その光の位相の変調が屈折率の異常分散として表れるからである。   Note that such anomalous dispersion characteristics are caused not only by the absorption band but also by a reflection band that causes a similar decrease in transmittance. This is because phase modulation similar to anomalous dispersion occurs in the vicinity of the reflection band, and the phase modulation of the light appears as anomalous dispersion of the refractive index.

赤外領域（特に、１０００ｎｍ〜２０００ｎｍ）に吸収または反射のピークがあると、赤外領域付近の屈折率分散における異常分散性が強くなり、その影響により、６００ｎｍ以降のΔｎｄ／λの波長依存性の改善の効果が高くなる。また、６００ｎｍよりも短波長側に対しても、赤外近くの波長域に与える影響よりは小さいものの無視できない影響を与える。なお、吸収、反射が大きいほど与える影響は大きい。このような影響およびその度合いを精査した結果、条件（Ａ）に示した光学特性を有する低屈折率高分散材料であれば、可視光領域において十分な透過率を示しつつ、可視光領域における屈折率分散が波長依存性を低減する傾向、具体的にはより直線的な変化を示す傾向を得られる。屈折率分散が直線的であればあるほど高い異常分散性を有していると言える。なお、高い異常分散性を有しているすなわち高分散材料であることの条件として、アッベ数が５〜３５の範囲内であることを条件（Ａ）の第３の条件としてもよい。   If there is an absorption or reflection peak in the infrared region (especially 1000 nm to 2000 nm), the anomalous dispersion in the refractive index dispersion near the infrared region becomes strong, and due to the influence, the wavelength dependence of Δnd / λ after 600 nm. The effect of improvement becomes higher. Further, the influence on the shorter wavelength side than 600 nm is not negligible although it is smaller than the influence on the wavelength region near infrared. The greater the absorption and reflection, the greater the effect. As a result of scrutinizing such influence and its degree, if the low refractive index and high dispersion material having the optical characteristics shown in the condition (A), the refraction in the visible light region is shown while exhibiting sufficient transmittance in the visible light region. It is possible to obtain a tendency that the rate dispersion reduces the wavelength dependency, specifically, a more linear change. It can be said that the higher the refractive index dispersion, the higher the anomalous dispersion. Note that the third condition of the condition (A) may be that the Abbe number is in the range of 5 to 35 as a condition for having high anomalous dispersion, that is, a highly dispersed material.

また、材料の吸収が大きいと遮光の影響により回折効率が劣化するので、そのような劣化を抑制するために、低屈折率高分散材料は、さらに以下に示す条件を満たすことが好ましい。すなわち、位相差層の厚みをｄ、当該材料の吸収係数をαとすると、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍでα×ｄ＞−０．２２５を満たす。なお、波長４３０ｎｍ〜６６０ｎｍでα×ｄ＞−０．１６を満たすとより好ましい。また、波長４００〜７００ｎｍでα×ｄ＞−０．１０を満たすとさらに好ましい。以下、このような厚みと吸収係数によって示される上記条件を、条件（Ｂ）という。   Moreover, since the diffraction efficiency deteriorates due to the influence of light shielding when the absorption of the material is large, in order to suppress such deterioration, the low refractive index and high dispersion material preferably further satisfies the following conditions. That is, when the thickness of the retardation layer is d and the absorption coefficient of the material is α, α × d> −0.225 is satisfied at a wavelength of 450 nm to 600 nm. It is more preferable that α × d> −0.16 is satisfied at a wavelength of 430 nm to 660 nm. Further, it is more preferable that α × d> −0.10 is satisfied at a wavelength of 400 to 700 nm. Hereinafter, the above condition indicated by such thickness and absorption coefficient is referred to as condition (B).

以下、波長範囲に関して、上記で示した波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍを第１の波長範囲という。また、波長４３０ｎｍ〜６６０ｎｍを第２の波長範囲という。また、波長４００〜７００ｎｍを第３の波長範囲という。なお、第１の波長範囲は、実用上十分な範囲としての波長範囲である。また、第２の波長範囲は、より好ましい範囲としての波長範囲である。また、第３の波長範囲は、さらに好ましい範囲としての波長範囲である。   Hereinafter, regarding the wavelength range, the above-described wavelengths of 450 nm to 600 nm are referred to as a first wavelength range. The wavelength 430 nm to 660 nm is referred to as the second wavelength range. The wavelength 400 to 700 nm is referred to as the third wavelength range. The first wavelength range is a wavelength range as a practically sufficient range. Further, the second wavelength range is a wavelength range as a more preferable range. Further, the third wavelength range is a wavelength range as a more preferable range.

図５は、低屈折率高分散材料のα×ｄが回折効率に与える影響を示すグラフである。なお、図５では、組み合わせる高屈折率低分散材料に吸収が無い場合の低屈折率高分散材料のα×ｄが回折効率に与える影響を示している。ここで、回折格子は、Δｎｄ／λ＝１となるように屈折率が調整されたブレーズ型回折格子であり、回折格子のピッチが波長に対して十分に大きいものを想定している。また、回折効率の劣化量とは、回折格子から透過される光の合計を１００％とした際に、所望の次数の回折光以外の光として出射された光の合計である。図５のグラフより、α×ｄが小さくなると、回折効率が劣化していくことがわかる。また、回折効率劣化量を０．１％以下としたい場合には、α×ｄ＞−０．０２２５を満たせばよいことがわかる。また、回折効率劣化量を０．０５％以下としたい場合には、α×ｄ＞−０．０１６を満たせばよいことがわかる。また、回折効率劣化量を０．０２５％以下としたい場合には、α×ｄ＞−０．１０を満たせばよいことがわかる。   FIG. 5 is a graph showing the influence of α × d of the low refractive index and high dispersion material on the diffraction efficiency. FIG. 5 shows the influence of α × d of the low refractive index and high dispersion material on the diffraction efficiency when the combined high refractive index and low dispersion material has no absorption. Here, it is assumed that the diffraction grating is a blazed diffraction grating whose refractive index is adjusted so that Δnd / λ = 1, and the pitch of the diffraction grating is sufficiently large with respect to the wavelength. The deterioration amount of the diffraction efficiency is the total amount of light emitted as light other than the desired order of diffracted light when the total amount of light transmitted from the diffraction grating is 100%. From the graph of FIG. 5, it can be seen that as α × d becomes smaller, the diffraction efficiency deteriorates. Also, it is understood that α × d> −0.0225 should be satisfied when the diffraction efficiency deterioration amount is desired to be 0.1% or less. Further, it is understood that α × d> −0.016 should be satisfied when the diffraction efficiency deterioration amount is desired to be 0.05% or less. Further, it is understood that α × d> −0.10 should be satisfied when the diffraction efficiency deterioration amount is desired to be 0.025% or less.

なお、条件（Ｂ）は、次に示す条件に置き換えてもよい。すなわち、位相差層における低屈折率高分散材料の透過率をＴ１とし、組み合わせる高屈折率低分散材料の透過率をＴ２とすると、第１の波長範囲でＴ１／Ｔ２≧０．８を満たす。なお、第２の波長範囲でＴ１／Ｔ２≧０．９を満たすとより好ましい。また、第３の波長範囲でＴ１／Ｔ２≧０．９５を満たすとさらに好ましい。以下、このような組み合わせる材料間における透過率の比によって示される条件を、条件（Ｃ）という。   The condition (B) may be replaced with the following condition. That is, when the transmittance of the low refractive index and high dispersion material in the retardation layer is T1, and the transmittance of the combined high refractive index and low dispersion material is T2, T1 / T2 ≧ 0.8 is satisfied in the first wavelength range. It is more preferable that T1 / T2 ≧ 0.9 is satisfied in the second wavelength range. Further, it is more preferable that T1 / T2 ≧ 0.95 is satisfied in the third wavelength range. Hereinafter, the condition indicated by the ratio of transmittance between the combined materials is referred to as condition (C).

図６は、Ｔ１／Ｔ２が回折効率に与える影響を示すグラフである。なお、図６のグラフは、組み合わせる高屈折率低分散材料に吸収が無い場合のＴ１／Ｔ２が回折効率に与える影響を示している。回折格子や回折効率の劣化量に関しては図５の場合と同様である。図６のグラフより、Ｔ１／Ｔ２が小さくなると、回折効率が劣化していくことがわかる。また、回折効率劣化量を０．１％以下としたい場合には、Ｔ１／Ｔ２≧０．８を満たせばよいことがわかる。また、回折効率劣化量を０．０５％以下としたい場合には、Ｔ１／Ｔ２≧０．８５を満たせばよいことがわかる。また、回折効率劣化量を０．０２５％以下としたい場合には、Ｔ１／Ｔ２≧０．９を満たせばよいことがわかる。なお、条件（Ｃ）においてＴ２＝１００％としたときの低屈折率高分散材料の透過率の許容値を厚みと吸収係数で規定したものが、条件（Ｂ）である。   FIG. 6 is a graph showing the influence of T1 / T2 on the diffraction efficiency. In addition, the graph of FIG. 6 has shown the influence which T1 / T2 has on the diffraction efficiency when there is no absorption in the high refractive index low dispersion material to combine. The amount of deterioration of the diffraction grating and diffraction efficiency is the same as in FIG. From the graph of FIG. 6, it can be seen that the diffraction efficiency decreases as T1 / T2 decreases. Further, it is understood that T1 / T2 ≧ 0.8 should be satisfied when the diffraction efficiency degradation amount is desired to be 0.1% or less. Further, it is understood that T1 / T2 ≧ 0.85 should be satisfied when the diffraction efficiency deterioration amount is desired to be 0.05% or less. Further, it is understood that T1 / T2 ≧ 0.9 should be satisfied when the diffraction efficiency deterioration amount is desired to be 0.025% or less. In the condition (C), the condition (B) is that the allowable value of the transmittance of the low refractive index and high dispersion material when T2 = 100% is defined by the thickness and the absorption coefficient.

条件（Ｂ）では、光学素子において透過率はなるべく高い方がよいため、組み合わせる材料を可視光領域において実質的に吸収がない、すなわちＴ２＝１００％として低屈折率高分散材料の条件を示しているが、Ｔ２は１００％でなくてもよい。その場合は、条件（Ｃ）を基準にして組み合わせる２つの材料の透過率の差を小さくすれば、遮光の影響による位相差層の光学的効率の劣化を抑制できる。   In condition (B), the transmittance of the optical element should be as high as possible. Therefore, the material to be combined has substantially no absorption in the visible light region, that is, T2 = 100%, and the condition of the low refractive index and high dispersion material is shown. However, T2 may not be 100%. In that case, if the difference in transmittance between the two materials to be combined based on the condition (C) is reduced, it is possible to suppress the deterioration of the optical efficiency of the retardation layer due to the influence of light shielding.

このようにして高い異常分散性を有する材料を得ることで、位相差層に用いた場合に、可視光領域において回折効率が高いまま、回折効率の波長依存性を十分に低減できる。したがって、可視光領域全域にわたって高い回折効率を示す光学素子が得られる。なお、本発明において高い回折効率といった場合には、第１の波長範囲で９９．０％以上をいう。なお、９９．５％以上であればより好ましく、９９．８％であればさらに好ましい。さらに、第２の波長範囲で９９．０％以上であれば好ましく、９９．５％以上であればより好ましく、９９．８％であればさらに好ましい。さらに、第３の波長範囲で９９．０％以上であれば好ましく、９９．５％以上であればより好ましく、９９．８％であればさらに好ましい。可視光領域全域で高い回折効率が得られれば、所望の次数以外の回折によるコントラストの低下や解像度の低下を十分に抑制できる。   By obtaining a material having high anomalous dispersion in this manner, when used in a retardation layer, the wavelength dependence of diffraction efficiency can be sufficiently reduced while the diffraction efficiency is high in the visible light region. Therefore, an optical element showing high diffraction efficiency over the entire visible light region can be obtained. In the present invention, in the case of high diffraction efficiency, it means 99.0% or more in the first wavelength range. In addition, it is more preferable if it is 99.5% or more, and it is more preferable if it is 99.8%. Further, it is preferably 99.0% or more in the second wavelength range, more preferably 99.5% or more, and further preferably 99.8%. Furthermore, it is preferably 99.0% or more in the third wavelength range, more preferably 99.5% or more, and further preferably 99.8%. If high diffraction efficiency can be obtained in the entire visible light region, it is possible to sufficiently suppress a decrease in contrast and a decrease in resolution due to diffraction other than the desired order.

なお、高い回折効率が得られても、各材料において透過率の波長依存性があると色味が発生し、光学素子として好ましくない場合がある。そこで、低屈折率高分散材料は、さらに位相差層の厚みにおける透過率に関して次に示す条件を満たすことが好ましい。すなわち、当該材料の対象とする波長範囲における最も高い透過率をＴＭＡＸ、最も低い透過率をＴＭＩＮとするとき、第１の波長範囲でＴＭＩＮ／ＴＭＡＸ＞０．８を満たすことが好ましい。なお、好ましくは、第２の波長範囲でＴＭＩＮ／ＴＭＡＸ＞０．８５を満たすとよい。さらに好ましくは、第３の波長範囲でＴＭＩＮ／ＴＭＡＸ＞０．９を満たすとよい。以下、このような色味に関する条件を、条件（Ｄ）という。   Even when high diffraction efficiency is obtained, if each material has wavelength dependency of transmittance, color may be generated, which may not be preferable as an optical element. Therefore, the low refractive index and high dispersion material preferably further satisfies the following conditions with respect to the transmittance in the thickness of the retardation layer. That is, when TMAX is the highest transmittance in the target wavelength range of the material and TMIN is the lowest transmittance, it is preferable that TMIN / TMAX> 0.8 is satisfied in the first wavelength range. Preferably, TMIN / TMAX> 0.85 is satisfied in the second wavelength range. More preferably, TMIN / TMAX> 0.9 is satisfied in the third wavelength range. Hereinafter, such a condition relating to the color is referred to as a condition (D).

次に、具体的な調整方法について説明する。調整方法は、例えば、紫外領域の吸収帯のピーク波長の位置や強度および赤外領域の吸収帯または反射帯のピーク波長の位置や強度の変位を見ながら、紫外吸収物質および赤外吸収物質の量や、それらを含む微粒子であればマトリクス材料に混ぜ込む微粒子の濃度、種類、組み合わせ等の調整である。   Next, a specific adjustment method will be described. The adjustment method is, for example, by checking the position and intensity of the peak wavelength of the absorption band in the ultraviolet region and the position of the peak wavelength or intensity of the absorption band in the infrared region or the reflection band and the displacement of the infrared absorbing material. Adjustment of the amount, concentration, type, combination, etc. of the fine particles mixed in the matrix material if fine particles containing them.

例えば、光学材料または光学材料に利用される微粒子には、可視光領域において高い透明性を示しつつ、紫外吸収性を持つすなわち紫外領域に吸収帯を有するものがある。そのような光学材料または微粒子に、赤外吸収物質をドーパントとして混ぜ込むまたは添加することにより、紫外領域と赤外領域に吸収のピークを持たせられる。その場合、ドーパントの量を増やすことで、赤外領域の吸収波長を短波長側に近づけられ、その結果、異常分散性を上昇できる。ただし、赤外吸収物質の量を増やしすぎると吸収が大きくなっていき、透明性を損なったり、着色する原因となる。そこで、上述の条件（少なくとも条件（Ａ））を指標にして、ドーパントの量を調整していくことが好ましい。なお、導電体微粒子の場合、ドーパントの量は、１〜３０ｍｏｌ％であるとよく、好ましくは１〜１５ｍｏｌ％以内であるとよい。なお、ドーパントの量の調整だけでは上記の条件を満たせない場合には、ドーパントの種類、微粒子の種類、またはマトリクス材料に混ぜ込む微粒子の濃度等を調整すればよい。   For example, some of the optical materials or fine particles used in the optical material have high transparency in the visible light region and have ultraviolet absorption, that is, have an absorption band in the ultraviolet region. By mixing or adding an infrared absorbing substance as a dopant to such an optical material or fine particles, absorption peaks can be provided in the ultraviolet region and the infrared region. In that case, by increasing the amount of dopant, the absorption wavelength in the infrared region can be made closer to the short wavelength side, and as a result, anomalous dispersion can be increased. However, if the amount of the infrared absorbing material is excessively increased, the absorption increases, causing the transparency to be lost or coloring. Therefore, it is preferable to adjust the amount of dopant using the above-described conditions (at least the condition (A)) as an index. In the case of conductor fine particles, the amount of the dopant is preferably 1 to 30 mol%, and preferably 1 to 15 mol%. Note that in the case where the above condition cannot be satisfied only by adjusting the amount of dopant, the type of dopant, the type of fine particles, or the concentration of fine particles mixed into the matrix material may be adjusted.

光学材料の例としては、フツリン酸塩系ガラスにＣｕＯを添加した光学ガラス、Ｃｕや鉄系の錯体を含んだガラスや樹脂、タングステンブロンズ型の微粒子を利用したコンポジット材料、透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料、赤外線吸収色素を含んだ樹脂材料等が挙げられる。   Examples of optical materials include optical glass in which CuO is added to fluorophosphate glass, glass or resin containing Cu or iron complex, composite material using tungsten bronze type fine particles, transparent conductive fine particles Composite materials, resin materials containing infrared absorbing dyes, and the like.

また、原料とする紫外吸収物質および赤外吸収物質は１種類に限らない。例えば、複数種類の微粒子を利用してもよい。その場合、微粒子の種類や組み合わせも含めて調整すればよい。複数種類の物質または微粒子を利用すれば、後述する薄膜等、別途手段を用いなくても低屈折率高分散材料単体で色味を低減でき、好ましい。例えば、微粒子の色味は、微粒子の種類を変えたり、ドーパントの量を制御することで制御可能である。ドーパントの量の制御としては、ドーパント量がゼロまたは少ないと透明または黄色を帯びていることが多く、そこからドーパント量を増すと緑、さらに増すと青と変化していく傾向が多く見られるため、こういった微粒子の色味を基にドーパントの量の調節を行ってもよい。   Further, the ultraviolet absorbing material and the infrared absorbing material as raw materials are not limited to one type. For example, a plurality of types of fine particles may be used. In that case, adjustment may be made including the type and combination of fine particles. Use of a plurality of types of substances or fine particles is preferable because the color can be reduced with a single material having a low refractive index and high dispersion without using a separate means such as a thin film described later. For example, the color of the fine particles can be controlled by changing the type of fine particles or controlling the amount of dopant. Control of the amount of dopant is often transparent or yellowish when the amount of dopant is zero or small, and tends to change to green when the amount of dopant is increased, and to blue when it is further increased. The amount of dopant may be adjusted based on the color of such fine particles.

ドーパントの量と色味の変化の関係は、より具体的には以下の通りである。ドーパントの添加量を増加していくとバースタイン・モスシフトが大きくなっていき、ベースとなる透明半導体のバンドギャップを起因とする青紫・紫外領域の吸収波長が短波長側へシフトする。そのため、ドーパントの添加量を増加していくと青色の吸収は減少していく。また、ドーパントの添加量を増加していくと、キャリアの吸収に起因する赤外の吸収ピークが増大、吸収ピークの波長が短波長側へシフトしていく。吸収ピークの端部が可視光の赤色領域にも掛かってくると、赤色の吸収が他の波長に対して大きくなる。また、添加量をさらに増やすと緑色領域、青色領域と吸収の影響が及ぶ領域は短波長化していく。これらが同時に進行するが、透明半導体とドーパントの種類またその組み合わせによってどちらの現象がより顕著に見えるかは異なる。ただし、透明導電体の材料の多くは、元々青色領域の吸収がかなり小さいものを用いているため、微粒子の色味としては青緑から青へと変化することが多い。   More specifically, the relationship between the amount of dopant and the change in color is as follows. As the amount of dopant added increases, the Burstein-Moss shift increases, and the absorption wavelength in the blue-violet / ultraviolet region due to the band gap of the transparent semiconductor as a base shifts to the short wavelength side. Therefore, blue absorption decreases as the amount of dopant added increases. As the amount of dopant added is increased, the infrared absorption peak due to carrier absorption increases, and the wavelength of the absorption peak shifts to the short wavelength side. When the end of the absorption peak is also applied to the red region of visible light, red absorption increases with respect to other wavelengths. Further, when the addition amount is further increased, the green region, the blue region, and the region affected by the absorption are shortened. These proceed simultaneously, but the phenomenon that appears more prominent depends on the type and combination of the transparent semiconductor and the dopant. However, since many of the transparent conductor materials originally use a material that has a very small absorption in the blue region, the color of the fine particles often changes from blue-green to blue.

また、原料に用いる物質によっては光学材料の屈折率が相対的に高くなってしまうことが考えられるため、そのような場合には屈折率が相対的に低い樹脂材料等をマトリクスに用いてコンポジット化してもよい。また、微粒子を利用する場合には、樹脂材料をマトリクスに用いることで、回折格子を作成する際に、インプリント、成型といったプロセスを利用でき、安価に正確な回折格子形状を得られる。   Also, depending on the material used as the raw material, the refractive index of the optical material may be relatively high. In such a case, a resin material having a relatively low refractive index may be used as a matrix to form a composite. May be. Further, when using fine particles, by using a resin material as a matrix, a process such as imprinting or molding can be used when creating a diffraction grating, and an accurate diffraction grating shape can be obtained at low cost.

また、用いる微粒子の表面に、シランカップリング処理を施してもよい。その場合は、カップリングをするシランの種類により、分散性、耐湿性、温度特性、可視光の吸収の低減、吸収波長の調整、屈折率分散、ＨＡＺＥの低減といった光学特性のいずれかまたはこのような光学特性の２以上を向上させられる。   Further, silane coupling treatment may be performed on the surface of the fine particles to be used. In that case, depending on the type of silane to be coupled, either optical properties such as dispersibility, moisture resistance, temperature characteristics, reduction of visible light absorption, adjustment of absorption wavelength, refractive index dispersion, reduction of HAZE, or such 2 or more of excellent optical characteristics can be improved.

微粒子表面とマトリクスの極性は近いほど、コンポジット化した際に微粒子が凝集する可能性が小さくなるため、極性を近くに調整するのが好ましい。この場合の表面は、微粒子の表面、もしくは、微粒子にシラン等でカップリング処理をなされている場合は、それらを含めて表面と考えればよい。また、マトリクスの極性の調整方法としては、マトリクスの極性を水酸基、エーテル、エステル等の量により、調整する方法が挙げられる。   The closer the polarity of the surface of the fine particles to that of the matrix is, the smaller the possibility that the fine particles are aggregated when composited. Therefore, it is preferable to adjust the polarity closer. The surface in this case may be considered as the surface of the fine particles, or when the fine particles are subjected to a coupling treatment with silane or the like, the surface including them. Examples of the method for adjusting the polarity of the matrix include a method for adjusting the polarity of the matrix by the amount of hydroxyl group, ether, ester, or the like.

なお、透明導電体微粒子を用いる場合、ＧＺＯ（Gallium-doped Zinc Oxide）、ＡＺＯ（Aluminum-doped Zinc Oxide）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＡＴＯ（Antimony-doped Tin Oxide）、ＰＴＯ（Phosphorus-doped Tin Oxide）、ＴＮＯ（Titanium Niobium Oxide）、ＩＧＺＯ（Indium Gallium Zinc Oxide）、ＩＴＺＯ（Indium Tin Zinc Oxide）は、安定であり、耐環境性等に優れているため、信頼性の高い光学素子を作成できる。   When transparent conductive fine particles are used, GZO (Gallium-doped Zinc Oxide), AZO (Aluminum-doped Zinc Oxide), ITO (Indium Tin Oxide), ATO (Antimony-doped Tin Oxide), PTO (Phosphorus-doped Tin Oxide) Oxide), TNO (Titanium Niobium Oxide), IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), and ITZO (Indium Tin Zinc Oxide) are stable and have excellent environmental resistance, making it possible to create highly reliable optical elements. .

図７は、実際に上述した指標を基にして得た光学材料が示す光学特性を示す説明図である。なお、例１〜６が、少なくとも上記条件（Ａ）を満たすよう調整された低屈折率高分散材料の例であり、例７，８はその比較例であって上記条件（Ａ）を満たさない例である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the optical characteristics of the optical material actually obtained based on the above-described indicators. Examples 1 to 6 are examples of a low refractive index and high dispersion material adjusted to satisfy at least the above condition (A), and Examples 7 and 8 are comparative examples and do not satisfy the above condition (A). It is an example.

なお、図７には、各例について、用いた微粒子の種類と、当該材料を用いて作製される回折格子の最低回折効率と、格子高さと、該格子高さにおける当該材料の平均透過率と、最低透過率と、最大透過率と最低透過率との差と、ｄ線の屈折率と、アッベ数とが示されている。なお、図７において、波長依存性を有する項目については、いずれも波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍの波長領域での値が示されている。また、回折格子は以下のように構成されている。すなわち、高屈折率高分散材料に脂環系アクリル材料とジルコニアの微粒子のコンポジット材料を用い、回折効率のピーク値を４３０ｎｍと６００ｎｍが最大となるように設計している。   FIG. 7 shows, for each example, the kind of fine particles used, the minimum diffraction efficiency of the diffraction grating produced using the material, the grating height, and the average transmittance of the material at the grating height. The minimum transmittance, the difference between the maximum transmittance and the minimum transmittance, the refractive index of the d-line, and the Abbe number are shown. In FIG. 7, for items having wavelength dependency, values in the wavelength region of wavelengths of 450 nm to 600 nm are shown. The diffraction grating is configured as follows. That is, a composite material of alicyclic acrylic material and zirconia fine particles is used for the high refractive index and high dispersion material, and the peak values of diffraction efficiency are designed to be maximum at 430 nm and 600 nm.

図７に示すように、例１〜６はいずれもアッベ数が３５以下というように高い異常分散性を示しているだけでなく、当該材料を用いて作成される回折格子が波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて９９％以上の回折効率を示し、かつそのような回折格子を作成したときの同波長範囲における透過率が８０％以上を示している。   As shown in FIG. 7, all of Examples 1 to 6 not only exhibit high anomalous dispersion such as an Abbe number of 35 or less, but diffraction gratings made using the material have wavelengths of 450 nm to 600 nm. The diffraction efficiency is 99% or more, and the transmittance in the same wavelength range when such a diffraction grating is formed is 80% or more.

図８は、図７に示した各例のｄ線の透過率を１としたときの透過率比率のスペクトルデータを示すグラフである。また、図９は、図７に示した各例の回折格子としての透過率データを示すグラフである。すなわち、図９は、図７に示した各例について回折格子高さと同じ膜厚にしたときの透過率データを示すグラフである。図８および図９に示すように、例１〜６は、少なくとも波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて９９％以上の回折効率を確保できるよう回折格子を作成した場合であっても、波長４５０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて透過率が８０％以上となっていることがわかる。   FIG. 8 is a graph showing the spectral data of the transmittance ratio when the transmittance of the d-line in each example shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing transmittance data as the diffraction grating of each example shown in FIG. That is, FIG. 9 is a graph showing transmittance data when the film thickness is the same as the diffraction grating height for each example shown in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, Examples 1 to 6 have transmittances at wavelengths of 450 nm to 800 nm even when a diffraction grating is prepared so as to ensure a diffraction efficiency of 99% or higher at least at wavelengths of 450 nm to 600 nm. It can be seen that is 80% or more.

なお、例１，２，３は、典型的な透明導電体微粒子を用いた例である。具体的には、例１はＧＺＯを微粒子濃度が５５質量％となるように用いた例であり、例２はＩＴＯを微粒子濃度が５５質量％となるように用いた例であり、例３はＡＴＯを微粒子濃度が２７質量％となるように用いた例である。ＧＺＯにはガリウムが添加されているために、紫外領域だけでなく赤外領域にも吸収性を示す。また、ＩＴＯにはスズが添加されているために、紫外領域だけでなく赤外領域にも吸収性を示す。また、ＡＴＯにはアンチモンが添加されているために、紫外領域だけでなく赤外領域にも吸収性を示す。   Examples 1, 2, and 3 are examples using typical transparent conductive fine particles. Specifically, Example 1 is an example using GZO so that the fine particle concentration is 55% by mass, Example 2 is an example using ITO so that the fine particle concentration is 55% by mass, and Example 3 is In this example, ATO is used so that the fine particle concentration becomes 27% by mass. Since gallium is added to GZO, it absorbs not only in the ultraviolet region but also in the infrared region. In addition, since tin is added to ITO, it absorbs not only in the ultraviolet region but also in the infrared region. Further, since antimony is added to ATO, it exhibits absorption not only in the ultraviolet region but also in the infrared region.

また、例７，８は、例３に示した透明導電体微粒子よりも、透明導電体微粒子におけるドーパントのドープ量を減らして透過率の低下波長を、例３に比べてより長波長側へ移動させた例である。なお、ドープ量の関係は、例３＞例７＞例８である。例７，８は、同じ膜厚であれば透過率自体は例３と比べてそれほど変わらない。しかし、赤外領域の吸収波長がより長波長側へ移動したことによって屈折率の分散が下がったために、格子の高さを大きくしなければならず、それにより回折格子としての透過率が大きく低下する結果となっている。   In Examples 7 and 8, the doped wavelength of the transparent conductive fine particles is reduced compared to the transparent conductive fine particles shown in Example 3, and the wavelength of transmittance decrease is shifted to the longer wavelength side compared to Example 3. This is an example. The relationship between the doping amounts is as follows: Example 3> Example 7> Example 8. In Examples 7 and 8, if the film thickness is the same, the transmittance itself is not so different from that in Example 3. However, since the dispersion of the refractive index is reduced by moving the absorption wavelength in the infrared region to the longer wavelength side, the height of the grating must be increased, thereby greatly reducing the transmittance as a diffraction grating. It has become the result.

また、例４，５，６は、例７の材料と例１〜３のいずれかの材料とを混合して、最低透過率を８０％に調整した例である。   Examples 4, 5, and 6 are examples in which the material of Example 7 and any one of Examples 1 to 3 are mixed to adjust the minimum transmittance to 80%.

図７〜図９より、低屈折率高分散材料の位相差層の厚みにおいて波長１５００ｎｍの透過率が５０％以下であれば、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて、最低透過率が８０％以上、かつ回折効率が９９％以上を確保できる可能性が高いといえる。   From FIG. 7 to FIG. 9, when the transmittance at a wavelength of 1500 nm is 50% or less in the thickness of the retardation layer of the low refractive index and high dispersion material, the minimum transmittance is 80% or more and the diffraction efficiency at a wavelength of 450 nm to 600 nm. It is highly possible that 99% or more can be secured.

また、透明導電体材料の透過率のピーク波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にあると、可視光領域全域において透過率の高い材料となるため、これを指標に加えてもよい。   Further, when the peak wavelength of the transmittance of the transparent conductor material is in the range of 400 nm to 700 nm, the material has high transmittance in the entire visible light region, and this may be added to the index.

また、例９は、例１のＧＺＯと例３のＡＴＯを混合して、透過率の分布等を改善した例である。図１０は、例９の透過率比率のスペクトルデータを示すグラフである。また、図１１は、例９の透過率データを示すグラフである。なお、図１１には、例９を膜厚９．３μｍとしたときの透過率データが示されている。   Example 9 is an example in which GZO of Example 1 and ATO of Example 3 are mixed to improve the transmittance distribution and the like. FIG. 10 is a graph showing the spectral data of the transmittance ratio of Example 9. FIG. 11 is a graph showing the transmittance data of Example 9. FIG. 11 shows transmittance data when Example 9 has a film thickness of 9.3 μm.

図１０，図１１に示すように、５００ｎｍよりも短波長側に透過率のピークを持つ上述の例３の光学材料に用いた透明導電体微粒子であるＡＴＯと、５００ｎｍよりも長波長側に透過率のピークを持つ上記の例１の光学材料に用いた透明導電体微粒子であるＧＺＯとを混合すると、これらを単体で用いたときと比べて、透過率分布がより平坦化された光学材料が得られる。このように、透過率分布の異なる透明導電体微粒子を混合することにより、透過率分布の平坦化を行うことも可能である。なお、混合する材料は、ＡＴＯやＧＺＯといった材料に限定されるものではなく、上記の条件を満たす透過率分布を持つようにドーパントの量や種類を調整された微粒子材料を適宜組み合わせればよい。例えば、ＡＴＯの代わりにＩＴＯや他の微粒子を用いてもよいし、同一材料系でドーパント量の異なるものを混合してもよいし、また３つ以上の微粒子を混合してもよい。   As shown in FIGS. 10 and 11, ATO, which is a transparent conductive fine particle used in the optical material of Example 3 having a transmittance peak on the shorter wavelength side than 500 nm, and transmitted on the longer wavelength side than 500 nm. When GZO, which is a transparent conductive fine particle used in the optical material of Example 1 having a peak of the transmittance, is mixed, an optical material with a more flat transmittance distribution is obtained compared to when these are used alone. can get. As described above, the transmittance distribution can be flattened by mixing the transparent conductive fine particles having different transmittance distributions. Note that the material to be mixed is not limited to materials such as ATO and GZO, and it is only necessary to appropriately combine fine particle materials whose amounts and types of dopants are adjusted so as to have a transmittance distribution that satisfies the above conditions. For example, ITO or other fine particles may be used in place of ATO, those having the same material system and different dopant amounts may be mixed, or three or more fine particles may be mixed.

なお、上記の各例では、高屈折率低分散材料を特定の材料とした上で、低屈折率高分散材料の透過率と屈折率の分布を調整した例を示したが、透過率は膜厚によって変わるため、位相差層を形成するもう一方の材料すなわち高屈折率低分散材料の透過率を低屈折率高分散材料の透過率と近づけることで、条件（Ｃ）を満たすようにしてもよい。そのような方法によっても、材料間の透過率差によって発生する回折等の迷光の発生を抑制でき、さらに回折効率を高められる。透過率の差は、可視光領域の任意の波長における差の最大値が２０％以内で有れば実用上十分であるが、１０％以内であるとよく、５％以内であるとさらに好ましい。   In each of the above examples, a high refractive index and low dispersion material was used as a specific material, and the transmittance and refractive index distribution of the low refractive index and high dispersion material were adjusted. Since the thickness varies depending on the thickness, the transmittance of the other material forming the retardation layer, that is, the high refractive index / low dispersion material is made close to the transmittance of the low refractive index / high dispersion material so that the condition (C) is satisfied. Good. Such a method can also suppress the generation of stray light such as diffraction caused by the difference in transmittance between materials, and can further increase the diffraction efficiency. The difference in transmittance is practically sufficient if the maximum value of the difference in an arbitrary wavelength in the visible light region is within 20%, but it is preferably within 10%, and more preferably within 5%.

また、条件（Ｄ）に関して、低屈折率高分散材料単体では条件（Ｄ）を満たせなくても、光学素子の表面、内面に薄膜を作成したり、光学系のいずれかの光路中に透過率の波長依存性を低減させるための薄膜を設けるなどして、素子全体または光学系全体での透過率が条件（Ｄ）を満たすようにしてもよい。   In addition, regarding the condition (D), even if the low refractive index and high dispersion material alone cannot satisfy the condition (D), a thin film is formed on the surface and the inner surface of the optical element, or the transmittance in any optical path of the optical system. The transmittance of the entire element or the entire optical system may satisfy the condition (D) by providing a thin film for reducing the wavelength dependence of the element.

例えば、低屈折率高分散材料の透過率が、他の波長領域に比べて青波長領域で高い場合は、光学系に含まれるレンズ等の硝材に、青波長領域の透過率が他の波長領域よりも低い硝材を利用して、透過率の波長依存性の低減を図ってもよい。また、例えば、低屈折率高分散材料が、青波長領域の光の透過率が緑や赤波長領域に対して低い場合は、赤外線カットフィルターのような赤領域の光の透過率が下がる硝材を光学系に用いて、透過率の波長依存性の低減を図ってもよい。また、例えば、低屈折率高分散材料の緑領域の光の透過率が他の波長領域に比べて高い場合は、上記２つの硝材を光学系に利用して、透過率の波長依存性の低減を図ってもよい。   For example, when the transmittance of a low refractive index and high dispersion material is higher in the blue wavelength region than in other wavelength regions, the transmittance of the blue wavelength region is different from that of other wavelength regions in glass materials such as lenses included in the optical system. A lower glass material may be used to reduce the wavelength dependency of the transmittance. In addition, for example, when the low refractive index and high dispersion material has a low light transmittance in the blue wavelength region relative to the green or red wavelength region, a glass material that reduces the light transmittance in the red region, such as an infrared cut filter, is used. It may be used in an optical system to reduce the wavelength dependency of transmittance. For example, when the light transmittance in the green region of the low refractive index and high dispersion material is higher than that in other wavelength regions, the above two glass materials are used in the optical system to reduce the wavelength dependency of the transmittance. You may plan.

また、逆に、光学系の透過率の波長依存性を本回折格子の吸収によって低減させるようにしてもよい。   Conversely, the wavelength dependency of the transmittance of the optical system may be reduced by absorption of the diffraction grating.

また、位相差層を形成した後に透過率を測定する場合には、ｄ線の透過率に対し、波長１５００ｎｍの透過率が７８％以下であればよい。   When the transmittance is measured after forming the retardation layer, the transmittance at a wavelength of 1500 nm may be 78% or less with respect to the transmittance of d-line.

また、作成の都合上、低屈折率高分散材料が、基板と位相差層を形成する領域との間に位相差層を形成しない領域として、ある一定の厚みを持って形成される場合がある。特に、インプリント等によって形状を形成する際には、位相差層を形成しない領域をある一定の厚みをもたせて形成すると作成が容易になってよい。ただし、低屈折率高分散材料を用いて当該領域すなわち位相差層を形成しない領域を形成したことによる透過率の減少量を５０％以下に抑える必要性を考慮すると、位相差層を形成しない低屈折率高分散材料の厚みは位相差層の３倍以下とするのが好ましい。なお、透過率の観点からは、位相差層を形成しない低屈折率高分散材料の厚みは薄い方がよい。ただし、低屈折率高分散材料がインプリント後に反応させて硬化させる場合においては、位相差層の１割以上の厚みがあると硬化時の形状劣化を抑制でき、好ましい。また、この場合にも、上述した位相差層形成後に測定する透過率の条件が当てはまる。   In addition, for the convenience of production, the low refractive index and high dispersion material may be formed with a certain thickness as a region where the retardation layer is not formed between the substrate and the region where the retardation layer is formed. . In particular, when the shape is formed by imprinting or the like, the formation may be facilitated by forming a region where the retardation layer is not formed with a certain thickness. However, in consideration of the necessity to suppress the reduction in transmittance to 50% or less due to the formation of the region, that is, the region where the retardation layer is not formed using the low refractive index and high dispersion material, the low retardation layer is not formed. The thickness of the high refractive index dispersion material is preferably 3 times or less that of the retardation layer. From the viewpoint of transmittance, it is better that the thickness of the low refractive index and high dispersion material not forming the retardation layer is thinner. However, in the case where the low refractive index and high dispersion material is reacted and cured after imprinting, it is preferable that the retardation layer has a thickness of 10% or more because shape deterioration during curing can be suppressed. Also in this case, the above-described transmittance conditions measured after forming the retardation layer are applicable.

また、位相差層を形成しない低屈折率高分散材料の厚みを低減させることは、光学系の透過率向上に効果があるが、低屈折率高分散材料の回折格子形状を良好な形状にて安定的に維持させるためには、ある程度の厚みが必要である。ただし、この厚みは、樹脂の硬化時の収縮量や基材、インプリントをする際に用いる型との濡れ性、インプリント時の圧力により変化する。   In addition, reducing the thickness of the low refractive index and high dispersion material that does not form a retardation layer is effective in improving the transmittance of the optical system, but the diffraction grating shape of the low refractive index and high dispersion material is improved. In order to maintain it stably, a certain amount of thickness is required. However, this thickness varies depending on the shrinkage amount when the resin is cured, the substrate, the wettability with the mold used for imprinting, and the pressure during imprinting.

樹脂の硬化時の収縮量を小さくすると、位相差層を形成しない低屈折率高分散材料の厚みを低減でき、好ましい。これに関し、透明導電体微粒子や赤外吸収粒子、錯体等の濃度を上げてマトリクスの濃度を下げることにより重合収縮量を小さくし、それにより樹脂の硬化時の収縮量を下げてもよい。ただし、赤外吸収材料の濃度には、安定して混ぜ込める限界値が存在し、濃度を高くし過ぎるとＨＡＺＥが急激に大きくなる。このため、より樹脂マトリクスに分散させやすく、屈折率が樹脂マトリクスに近いような微粒子、例えばＳｉＯ２のような微粒子を添加し、重合収縮量を小さくしてもよい。この時の微粒子の濃度は、無機微粒子表面に化学的に結合しているアルキル基やシラン等の有機基を含めて微粒子と考えた場合、１０体積％以上であればよく、１５体積％以上であればなおよく、３０体積％以上であればさらによい。また、低屈折率高分散材料に多官能系の材料やデンドリマー、多官能のチオール等を添加して重合収縮量を小さくしてもよい。また、マトリクスにエポキシ系のモノマーのような、重合収縮量が小さくなる開環重合するものを用いてもよい。 It is preferable to reduce the shrinkage when the resin is cured, because the thickness of the low refractive index and high dispersion material that does not form the retardation layer can be reduced. In this regard, the polymerization shrinkage amount may be reduced by increasing the concentration of transparent conductive fine particles, infrared absorbing particles, complexes, etc. and decreasing the concentration of the matrix, thereby reducing the shrinkage amount when the resin is cured. However, there is a limit value that can be stably mixed in the concentration of the infrared absorbing material. If the concentration is too high, HAZE increases rapidly. For this reason, fine particles that are easier to disperse in the resin matrix and have a refractive index close to that of the resin matrix, for example, fine particles such as SiO 2 may be added to reduce the amount of polymerization shrinkage. The concentration of the fine particles at this time may be 10% by volume or more and 15% by volume or more when considered as fine particles including an organic group such as an alkyl group or silane chemically bonded to the surface of the inorganic fine particles. It is even better if it is 30% by volume or more. Further, a polyfunctional material, dendrimer, polyfunctional thiol or the like may be added to the low refractive index and high dispersion material to reduce the polymerization shrinkage. Further, a matrix that undergoes ring-opening polymerization, such as an epoxy monomer, having a small polymerization shrinkage may be used for the matrix.

また、位相差層を形成しない低屈折率高分散材料の厚みを低減させるためには、基材や型に対する低屈折率高分散材料の濡れ性は、高い方がよい。   Moreover, in order to reduce the thickness of the low refractive index and high dispersion material that does not form the retardation layer, the wettability of the low refractive index and high dispersion material with respect to the base material or mold is preferably high.

また、低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料の間に、空隙等が発生すると反射によって透過率が劣化するため、好ましくない。そのため、低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料がともに樹脂材料を利用するものであれば、低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料の樹脂材料の２０重量％以上が同一、もしくは、溶解パラメーターが±１以内の材料となるものを利用すると、両材料層間の密着性を向上でき、剥離等を抑制できるため好ましい。また、低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料の温度変動も近い値にできるため、回折効率が温度によって劣化するのを抑制しやすくなる効果もある。   In addition, if a void or the like is generated between the low refractive index high dispersion material and the high refractive index low dispersion material, the transmittance deteriorates due to reflection, which is not preferable. Therefore, if both the low-refractive index high-dispersion material and the high-refractive index low-dispersion material use resin materials, 20% by weight or more of the resin material of the low-refractive index high-dispersion material and the high-refractive index low-dispersion material is the same. Alternatively, it is preferable to use a material whose solubility parameter is within ± 1 because adhesion between the two layers can be improved and peeling can be suppressed. Moreover, since the temperature fluctuations of the low refractive index and high dispersion material and the high refractive index and low dispersion material can be made close to each other, there is an effect that it is easy to suppress the deterioration of the diffraction efficiency due to temperature.

また、低屈折率高分散材料のマトリクスに重合基が２つ以上ある材料を加えると、材料層の割れ等を抑制できるため好ましい。加える量としては、マトリクス重量の５重量％で有ればよい。なお、これは高屈折率低分散材料にも適用できる。   In addition, it is preferable to add a material having two or more polymerization groups to the matrix of the low refractive index and high dispersion material because cracking of the material layer can be suppressed. The amount to be added may be 5% by weight of the matrix weight. This can also be applied to high refractive index and low dispersion materials.

実施形態１．
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１２は、本発明の光学素子の例を示す構成図である。図１２では、本発明の光学素子の例として、回折光学素子１０を示している。なお、図１２（ａ）は、回折光学素子１０の断面を模式的に示す模式断面図であり、図１２（ｂ）は、回折光学素子１０の分解断面図である。図１２に示す回折光学素子１０は、透明基板１１上に、屈折率の異なる光学材料により形成される光学材料層１２と光学材料層１３とによって構成される回折格子１００が形成されている。より具体的には、透明基板１１上に、屈折率の異なる光学材料により形成される光学材料層１２と光学材料層１３とが積層されており、その光学材料層１２の図面における上側すなわち光学材料層１３がある側の界面の少なくとも一部領域と、光学材料層１３の図面における下側すなわち光学材料層１２がある側の界面の少なくとも一部領域とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造１２１，１３１が形成されており、そのような構成を有することによって、透明基板１１上には異なる２つの材料によって構成される回折格子１００が形成されている。 Embodiment 1. FIG.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of the optical element of the present invention. In FIG. 12, a diffractive optical element 10 is shown as an example of the optical element of the present invention. 12A is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section of the diffractive optical element 10, and FIG. 12B is an exploded cross-sectional view of the diffractive optical element 10. In the diffractive optical element 10 shown in FIG. 12, a diffraction grating 100 composed of an optical material layer 12 and an optical material layer 13 formed of optical materials having different refractive indexes is formed on a transparent substrate 11. More specifically, an optical material layer 12 and an optical material layer 13 formed of optical materials having different refractive indexes are laminated on the transparent substrate 11, and the upper side of the optical material layer 12 in the drawing, that is, the optical material. At least a partial region of the interface on the side where the layer 13 is present and at least a partial region on the lower side of the optical material layer 13 in the drawing, that is, the interface on the side where the optical material layer 12 is present are combined to form one diffraction grating. The concavo-convex structure 121 and 131 which acts is formed, and the diffraction grating 100 comprised by two different materials is formed on the transparent substrate 11 by having such a structure.

光学材料層１２を、例えば、インプリント法等によって所望の凹凸構造１２１を有するように形成してもよい。また、光学材料層１３は、光学材料層１２を形成した後でその凹凸構造１２１の凹部を埋めるように、モノマー材料を充填し、硬化させたり、熱可塑樹脂を充填し、成型する等により形成して、接合積層してもよい。その際、光学材料層１２に対し、プラズマ処理を実施したり、シラン等を用いたカップリング処理を実施したりして、光学材料層１２と光学材料層１３の密着性を向上させると好ましい。なお、透明基板１１と光学材料層１２とを同じ材料としてもよい。すなわち、透明基板１１の表面を加工して基板上に直接、凹凸構造１２１を形成して、透明基板１１が光学材料層１２を兼用することも可能である。加工する手段としては、透明基板１１がガラスであれば、ガラスモールド法、切削、ドライエッチング法等があり、透明基板１１が樹脂であれば、射出成型等によって加工する。   The optical material layer 12 may be formed to have a desired concavo-convex structure 121 by, for example, an imprint method or the like. Further, the optical material layer 13 is formed by filling the monomer material and curing it, filling the thermoplastic resin, molding, or the like so as to fill the concave portion of the concave-convex structure 121 after the optical material layer 12 is formed. And you may carry out joining lamination | stacking. At that time, it is preferable to improve the adhesion between the optical material layer 12 and the optical material layer 13 by performing a plasma treatment or a coupling treatment using silane or the like on the optical material layer 12. The transparent substrate 11 and the optical material layer 12 may be the same material. That is, the surface of the transparent substrate 11 can be processed to form the concavo-convex structure 121 directly on the substrate, and the transparent substrate 11 can also serve as the optical material layer 12. As a means for processing, if the transparent substrate 11 is glass, there are a glass mold method, cutting, dry etching method and the like, and if the transparent substrate 11 is resin, it is processed by injection molding or the like.

また、透明基板１１の対向側に、さらに１つの透明基板を有していてもよい。すなわち、２枚の透明基板の間に光学材料層１２，１３が挟持された構成であってもよい。   Further, one transparent substrate may be provided on the opposite side of the transparent substrate 11. That is, the optical material layers 12 and 13 may be sandwiched between two transparent substrates.

回折格子１００を構成する凹凸構造１２１，１３１は、例えば断面形状が鋸歯状の凹凸が周期的に並んだ構造であってもよい。また、素子面全体においては、いずれか一方の凹凸構造がフレネルレンズを模した形状、例えば鋸歯状の断面形状を有する輪帯が光軸に対して回転対称な同心円状に配置された構造であってもよい。そのような回折格子を備えることで、入射光束に対してレンズ作用を付与できる。なお、そのような回折格子を備えた回折光学素子は、回折レンズと呼ばれる場合がある。図１３は、回折レンズとして機能する回折光学素子１０に形成される回折格子１００の一例を模式的に示す模式上面図である。なお、格子ピッチや格子高さは、回折光学素子１０に持たせたい機能および用いる材料に応じて、適宜選択可能である。   The concavo-convex structures 121 and 131 constituting the diffraction grating 100 may be, for example, a structure in which serrated concavo-convex sections are periodically arranged. In addition, on the entire element surface, one of the concave and convex structures has a shape simulating a Fresnel lens, for example, a ring zone having a sawtooth cross-sectional shape arranged in a concentric manner rotationally symmetric with respect to the optical axis. May be. By providing such a diffraction grating, a lens action can be imparted to the incident light beam. A diffractive optical element provided with such a diffraction grating may be called a diffractive lens. FIG. 13 is a schematic top view schematically showing an example of the diffraction grating 100 formed in the diffractive optical element 10 functioning as a diffractive lens. Note that the grating pitch and the grating height can be appropriately selected according to the function desired to be given to the diffractive optical element 10 and the material used.

回折格子１００を構成する２つの材料、すなわち光学材料層１２，１３の材料は、高屈折率低分散材料と、低屈折率高分散材料の組み合わせとする。なお、回折格子１００に用いる材料については、上述したとおりである。すなわち位相差層に用いる材料として示した各種条件を基に選定または調整すればよい。なお、高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料のいずれを、どちらの光学材料層に用いるかは任意である。すなわち、高屈折率低分散材料を光学材料層１２の材料に用い、低屈折率高分散材料を光学材料層１３の材料に用いてもよいし、高屈折率低分散材料を光学材料層１３の材料に用い、低屈折率高分散材料を光学材料層１２の材料に用いてもよい。   Two materials constituting the diffraction grating 100, that is, the materials of the optical material layers 12 and 13, are a combination of a high refractive index low dispersion material and a low refractive index high dispersion material. The materials used for the diffraction grating 100 are as described above. That is, selection or adjustment may be made based on various conditions indicated as materials used for the retardation layer. Note that it is arbitrary which optical material layer is used for the high refractive index low dispersion material or the low refractive index high dispersion material. That is, a high refractive index and low dispersion material may be used for the material of the optical material layer 12, a low refractive index and high dispersion material may be used for the material of the optical material layer 13, or a high refractive index and low dispersion material may be used for the optical material layer 13. A material having a low refractive index and high dispersion may be used as the material of the optical material layer 12.

なお、回折格子の具体的な形状は特に限定されない。図１４および図１５は、回折光学素子１０の他の例を示す構成図である。例えば、図１４に示すように、単レンズ形状の透明基板１１上に回折格子１００を形成して、素子全体で正のパワーを有するハイブリッドレンズとして機能するよう構成されたものであってもよい。なお、図１４では凸レンズ形状の透明基板１１上に回折格子１００を形成する例を示しているが、凹レンズ形状の透明基板１１上に回折格子１００を形成して、素子全体で負のパワーを有するハイブリッドレンズとして機能するよう構成してもよい。   The specific shape of the diffraction grating is not particularly limited. 14 and 15 are configuration diagrams showing another example of the diffractive optical element 10. For example, as shown in FIG. 14, the diffraction grating 100 may be formed on a single-lens transparent substrate 11 so that the entire element functions as a hybrid lens having positive power. FIG. 14 shows an example in which the diffraction grating 100 is formed on the convex lens-shaped transparent substrate 11, but the diffraction grating 100 is formed on the concave lens-shaped transparent substrate 11 so that the entire element has negative power. You may comprise so that it may function as a hybrid lens.

また、例えば、図１５に示すように、２つの透明基板１１、１４の間に回折格子１００が形成される構成であってもよい。   Further, for example, as shown in FIG. 15, the diffraction grating 100 may be formed between the two transparent substrates 11 and 14.

なお、光学素子を撮像光学系に組み込む場合には、入射角度依存性による回折効率の変化が問題とならないよう、回折格子１００のアスペクト比を小さくするのが好ましい。そのために、回折格子１００の格子の高さが２０μｍ以下であると好ましく、１５μｍ以下であるとさらに好ましい。   When the optical element is incorporated in the imaging optical system, it is preferable to reduce the aspect ratio of the diffraction grating 100 so that the change in diffraction efficiency due to the incident angle dependency does not become a problem. Therefore, the grating height of the diffraction grating 100 is preferably 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less.

また、回折光学素子は、２層積層型の光学回折素子に限らず、例えば、光学材料層を３層以上を積層して２以上の回折格子を備える構成であってもよい。   Further, the diffractive optical element is not limited to the two-layer stacked optical diffractive element, and for example, may be configured to include two or more diffraction gratings by stacking three or more optical material layers.

また、本発明の光学素子は、回折光学素子に限定されない。すなわち、少なくとも屈折率の異なる２つの材料を用いて形成される位相差層を備えた光学素子であって、位相差層により発生する入射光束の位相差の波長依存性を問題とする光学素子であれば、上述した条件を満たすよう選定または調整された低屈折率高分散材料と高屈折率低分散材料とを用いて位相差層を形成することにより、同様の効果を得られる。なお、この場合、回折格子の回折効率の波長依存性は、位相差層によって付与される光の位相差の波長依存性と言い換えられ、また、回折格子の回折効率の高／低は、位相差層の所望の位相差を有する光の出射効率の高／低と言い換えられる。   The optical element of the present invention is not limited to a diffractive optical element. That is, an optical element provided with a retardation layer formed using at least two materials having different refractive indexes, the wavelength dependence of the phase difference of an incident light beam generated by the retardation layer being a problem. If there is, the same effect can be obtained by forming the retardation layer using the low refractive index high dispersion material and the high refractive index low dispersion material selected or adjusted so as to satisfy the above-described conditions. In this case, the wavelength dependence of the diffraction efficiency of the diffraction grating is paraphrased as the wavelength dependence of the phase difference of the light imparted by the retardation layer, and the high / low diffraction efficiency of the diffraction grating is the phase difference. In other words, the output efficiency of light having a desired phase difference of the layer is high / low.

実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明による回折光学素子は撮像光学系に組み込まれている。図１６および図１７は、回折光学素子を用いた色収差の補正原理を説明する説明図である。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the diffractive optical element according to the present invention is incorporated in an imaging optical system. 16 and 17 are explanatory diagrams for explaining the principle of correcting chromatic aberration using a diffractive optical element.

図１６（ａ）に示す屈折レンズ９０のように、通常の屈折系凸レンズでは、屈折率の波長依存性によって色収差が発生する。すなわち、集光位置が波長によって異なり、青、緑、赤の波長の順で結像する。それに対して、図１６（ｂ）に示す回折光学素子１０を、回折方向が正のパワーを有するように構成すれば、赤、緑、青の波長の順で結像できる。すると、図１７に示すように、図１６（ａ）に示す屈折系光学レンズ９０と、図１６（ｂ）に示す回折光学素子１０とを組み合わせて撮像光学系１０００を構成することによって、互いの色収差をうち消せる。   As with the refractive lens 90 shown in FIG. 16A, a normal refractive convex lens causes chromatic aberration due to the wavelength dependence of the refractive index. That is, the condensing position varies depending on the wavelength, and images are formed in the order of blue, green, and red wavelengths. On the other hand, if the diffractive optical element 10 shown in FIG. 16B is configured so that the diffraction direction has a positive power, an image can be formed in the order of the wavelengths of red, green, and blue. Then, as shown in FIG. 17, the imaging optical system 1000 is configured by combining the refractive optical lens 90 shown in FIG. 16A and the diffractive optical element 10 shown in FIG. Chromatic aberration can be eliminated.

組み合わせるレンズ系の屈折方向が正のパワーを有する場合には、色収差は、焦点距離が短い順に、青＜緑＜赤となりやすい。それに対して色消し効果を発現させるためには、回折方向が正のパワーを有する回折光学素子を組み合わせればよい。すなわち、回折光学素子の回折方向が正のパワーとなる場合には、焦点位置は、赤＜緑＜青となるため、色収差が効率よく補正できる。   When the refraction direction of the combined lens system has a positive power, chromatic aberration tends to be blue <green <red in order of increasing focal length. In contrast, in order to develop an achromatic effect, a diffractive optical element having a positive power in the diffraction direction may be combined. That is, when the diffraction direction of the diffractive optical element has a positive power, the focal position is red <green <blue, so that chromatic aberration can be corrected efficiently.

逆に、組み合わせるレンズ系の屈折方向が負のパワーを有する場合には、回折方向も負のパワーを有する回折光学素子を組み合わせれば色収差が効率よく補正できる。なお、本発明による撮像光学系においては、屈折系のレンズの色収差が、回折光学素子が有する色収差と逆傾向に一致するように設計されているものとする。例えば、通常の屈折系光学レンズの場合、結像位置は波長に対して不等分であるが、回折光学素子では等分となる。したがって、屈折系光学レンズで発生する色収差を、波長に対して逆傾向ではあるが等分となるように設計すればよい。なお、色収差の補正量は格子ピッチで調整可能である。   On the contrary, when the refraction direction of the lens system to be combined has negative power, chromatic aberration can be efficiently corrected by combining diffractive optical elements having negative power in the diffraction direction. In the imaging optical system according to the present invention, it is assumed that the chromatic aberration of the refractive lens coincides with the chromatic aberration of the diffractive optical element. For example, in the case of a normal refractive optical lens, the imaging position is not evenly divided with respect to the wavelength, but in a diffractive optical element, it is equally divided. Therefore, the chromatic aberration generated in the refractive optical lens may be designed to be equally divided although having a reverse tendency with respect to the wavelength. The correction amount of chromatic aberration can be adjusted by the grating pitch.

また、撮像光学系は、複数のレンズを備えていてもよい。また、ＣＣＤやＣＭＯＳのような撮像素子を備えていてもよい。それら撮像光学系が備えるレンズ系によって発生する色収差が、最終的に回折格子と組み合わされたときにお互いに打ち消しあうように設計されていればよい。   The imaging optical system may include a plurality of lenses. Moreover, you may provide an image pick-up element like CCD and CMOS. The chromatic aberration generated by the lens system included in these imaging optical systems may be designed so as to cancel each other when finally combined with the diffraction grating.

なお、光学系に組み込む回折光学素子１０は、図１２に示すような平板の回折光学素子１０に限られない。例えば、図１４や図１５に示した回折光学素子１０を光学系に組み込むことも可能である。この場合、回折光学素子１０を、既存の光学系が有するレンズの中に回折構造を入れたハイブリッドレンズとしてもよい。そのような回折光学素子１０は、当該回折光学素子１０が備える透明基板１１や１４を、既存の光学系が有するレンズのいずれかとして機能する形状に加工することで得られる。   The diffractive optical element 10 incorporated in the optical system is not limited to the flat diffractive optical element 10 as shown in FIG. For example, the diffractive optical element 10 shown in FIGS. 14 and 15 can be incorporated into the optical system. In this case, the diffractive optical element 10 may be a hybrid lens in which a diffractive structure is included in a lens of an existing optical system. Such a diffractive optical element 10 is obtained by processing the transparent substrates 11 and 14 included in the diffractive optical element 10 into a shape that functions as one of lenses included in an existing optical system.

レンズの中や表面に回折格子を形成する場合、レンズのパワーと回折格子のパワーの符号を同一の符号にし、回折格子のピッチを調整することにより、異常分散材料のレンズに類似した特性を与えることも可能である。この場合、高価な異常分散材料のレンズを回折レンズに置き換えられるので、同様の光学系を安価に構成できる。また、従来設計と同様のコンセプトの光学系を利用でき、回折素子を利用したレンズ系の設計を容易にできる。   When a diffraction grating is formed in or on the lens, the lens power and the power of the diffraction grating are set to the same sign, and the pitch of the diffraction grating is adjusted to give characteristics similar to those of an anomalous dispersion material lens. It is also possible. In this case, since an expensive anomalous dispersion material lens can be replaced with a diffractive lens, a similar optical system can be constructed at low cost. In addition, an optical system having the same concept as the conventional design can be used, and a lens system using a diffraction element can be easily designed.

また、回折光学素子１０を組み込む先の撮像光学系としては、例えば、コンパクトデジタルカメラ、携帯電話やスマートフォン用等の小型カメラ、監視カメラ、内視鏡、イメージセンサ等の光学系であってもよい。また、回折光学素子１０に限らず本発明が適用された光学素子は、撮像光学系だけでなく、可視光の複数波長またはある波長帯域をもった光を利用する光学系において利用可能であり、例えば、プロジェクター等の投影光学系にも利用可能である。   The imaging optical system into which the diffractive optical element 10 is incorporated may be, for example, an optical system such as a compact digital camera, a small camera for a mobile phone or a smartphone, a surveillance camera, an endoscope, an image sensor, or the like. . In addition to the diffractive optical element 10, the optical element to which the present invention is applied can be used not only in the imaging optical system but also in an optical system that uses light having a plurality of wavelengths of visible light or a certain wavelength band, For example, it can be used for a projection optical system such as a projector.

実施例１．
以下、具体的な数値等を用いて第１の実施形態の光学素子の例を示す。第１の実施例では、光学素子は、図１５に示したようなレンズとして機能する２つの透明基板１１，１４の間に回折格子１００が形成されている回折光学素子１０である。 Example 1.
Hereinafter, examples of the optical element of the first embodiment will be described using specific numerical values and the like. In the first embodiment, the optical element is a diffractive optical element 10 in which a diffraction grating 100 is formed between two transparent substrates 11 and 14 that function as lenses as shown in FIG.

まず、回折格子１００の材料を作成する。まず、低屈折率高分散材料の原料として、透明導電体微粒子ＧＺＯの有機溶媒の分散ゾルを用意する。そして、用意した分散ゾルと２−エチル２−アダマンチルアクリレートと２−アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを１：１の重量比にて混合したアクリル酸モノマーとを混合し、有機溶媒を揮発させることで、微粒子重量５５質量％のコンポジットモノマーＡを得る。このコンポジットモノマーＡは、硬化した際のｄ線の透過率が１．５９２、アッベ数が２３．４、部分分散Ｐｆｇの標準線からの差が−０．０６７である。   First, a material for the diffraction grating 100 is created. First, a dispersion sol of an organic solvent of transparent conductive fine particles GZO is prepared as a raw material for a low refractive index and high dispersion material. Then, by mixing the prepared dispersion sol, 2-ethyl 2-adamantyl acrylate and acrylic acid monomer mixed with 2-acryloyloxy-γ-butyrolactone at a weight ratio of 1: 1, and evaporating the organic solvent, A composite monomer A having a fine particle weight of 55% by mass is obtained. This composite monomer A has a d-line transmittance of 1.592 when cured, an Abbe number of 23.4, and a difference from the standard line of the partial dispersion Pfg of -0.067.

一方、高屈折率低分散材料の原料として、ＺｒＯ２微粒子の有機溶媒の分散ゾルを用意する。そして、用意した分散ゾルと２−エチル２−アダマンチルアクリレートとを混合し、有機溶媒を揮発させることで、微粒子重量５２質量％のコンポジットモノマーＢを得る。このコンポジットモノマーＢは、硬化した際のｄ線の透過率が１．６４１、アッベ数が４３．９、部分分散Ｐｆｇの標準線からの差が−０．０２８である。 On the other hand, an organic solvent dispersion sol of ZrO 2 fine particles is prepared as a raw material for the high refractive index and low dispersion material. Then, the prepared dispersion sol and 2-ethyl 2-adamantyl acrylate are mixed and the organic solvent is volatilized to obtain a composite monomer B having a fine particle weight of 52 mass%. This composite monomer B has a d-line transmittance of 1.641 when cured, an Abbe number of 43.9, and a difference from the standard line of the partial dispersion Pfg of -0.028.

次に、基板１１，１４を作成する。本例では、ガラス基板をガラスモールド法により所望の形状（本例では、単レンズ形状）に加工して、レンズ１１を得る。また、同様の方法により、レンズ１４を得る。レンズ１１と１４の形状は、張り合わせ部分のギャップがレンズのどの領域でも５０μｍを維持するように、曲率、非球面係数が調整されている。なお、レンズの有効径は１０ｍｍである。   Next, the substrates 11 and 14 are created. In this example, the glass substrate is processed into a desired shape (in this example, a single lens shape) by the glass mold method, and the lens 11 is obtained. Further, the lens 14 is obtained by the same method. The curvatures and aspherical coefficients of the lenses 11 and 14 are adjusted so that the gap between the bonded portions is maintained at 50 μm in any region of the lens. The effective diameter of the lens is 10 mm.

次に、回折格子を形成する。本例では、レンズ１１の表面にインプリント法を用いて、コンポジットモノマーＡをフレネルレンズ形状にして積層させて光学材料層１２を形成する。形成される光学材料層１２は、具体的には、表面形状が焦点距離７００ｍｍのレンズの位相を与えるフレネルレンズ形状であり、断面形状がブレーズ状の凹凸構造である。なお、凸部の高さすなわち回折格子１００となる部分の高さは、１１．９μｍである。また、凸部を形成しない低屈折率高分散材料の厚みは、６．０μｍである。なお、凸部の高さの方向は、光線が入射する方向と同一になるように調整されている。   Next, a diffraction grating is formed. In this example, the optical material layer 12 is formed by laminating the composite monomer A in the Fresnel lens shape on the surface of the lens 11 using an imprint method. Specifically, the optical material layer 12 to be formed has a Fresnel lens shape in which the surface shape gives a phase of a lens having a focal length of 700 mm, and has a concavo-convex structure having a blazed cross section. The height of the convex portion, that is, the height of the portion that becomes the diffraction grating 100 is 11.9 μm. Moreover, the thickness of the low refractive index high dispersion material which does not form a convex part is 6.0 micrometers. In addition, the height direction of the convex portion is adjusted to be the same as the direction in which the light beam enters.

次いで、コンボジットモノマーＢを、光学材料層１２が形成されたレンズ１１とレンズ１４との間に充填し、レンズ１１とレンズ１４との間が５０μｍとなるように調整した状態で硬化することで、光学材料層１３を形成する。このようにして、レンズ１１，１４の間に光学材料層１２と１３とによって構成される回折格子１００が形成された回折光学素子１０を得る。得られた回折光学素子１０は、光学材料層１２と光学材料層１３とが剥離なく密着された状態である。   Next, the composite monomer B is filled between the lens 11 and the lens 14 on which the optical material layer 12 is formed, and cured in a state where the distance between the lens 11 and the lens 14 is adjusted to 50 μm. Then, the optical material layer 13 is formed. In this way, the diffractive optical element 10 in which the diffraction grating 100 composed of the optical material layers 12 and 13 is formed between the lenses 11 and 14 is obtained. The obtained diffractive optical element 10 is in a state where the optical material layer 12 and the optical material layer 13 are in close contact with each other without peeling.

図１８は、得られた回折光学素子１０の回折効率を示すグラフである。図１８のグラフより、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて、非常に高い回折効率を示すことがわかる。具体的には、９９．３％以上の回折効率を得られることがわかる。また、図１９は、本例の回折光学素子１０の回折格子部分の透過率データを示すグラフである。図１９のグラフより、実用的に十分な透過率であることがわかる。具体的には、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて８５％以上の透過率を得られることがわかる。   FIG. 18 is a graph showing the diffraction efficiency of the obtained diffractive optical element 10. It can be seen from the graph of FIG. 18 that very high diffraction efficiency is exhibited at wavelengths of 450 nm to 600 nm. Specifically, it can be seen that a diffraction efficiency of 99.3% or more can be obtained. FIG. 19 is a graph showing transmittance data of the diffraction grating portion of the diffractive optical element 10 of this example. It can be seen from the graph of FIG. 19 that the transmittance is practically sufficient. Specifically, it can be seen that a transmittance of 85% or more can be obtained at wavelengths of 450 nm to 600 nm.

実施例２．
また、以下に回折格子の材料セットの他の好適例を示す。回折格子１００の材料である低屈折率高分散材料の原料として、透明導電体微粒子ＩＴＯの有機溶媒の分散ゾルと２−エチル２−アダマンチルアクリレートと２−アクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを１：１の重量比にて混合したアクリル酸モノマーとを混合し、第１の実施例と同様の方法にて、微粒子重量５５質量％のコンポジットモノマーＡを得る。このコンポジットモノマーＡは、硬化した際のｄ線の透過率が１．５７８、アッベ数が１８．６、部分分散Ｐｆｇの標準線からの差が−０．１５６である。また、一方、高屈折率低分散材料として、第１の実施例と同様の手法で、微粒子重量５５質量％のコンポジットモノマーＢを得る。このコンポジットモノマーＢは、硬化した際のｄ線の透過率が１．６４３、アッベ数が４３．８、部分分散Ｐｆｇの標準線からの差が−０．０２９である。 Example 2
Further, other suitable examples of the material set of the diffraction grating will be shown below. As a raw material of the low refractive index and high dispersion material which is the material of the diffraction grating 100, the dispersion sol of the transparent conductive fine particle ITO, 2-ethyl 2-adamantyl acrylate, 2-acryloyloxy-γ-butyrolactone is 1: 1. The acrylic acid monomer mixed at a weight ratio is mixed, and the composite monomer A having a fine particle weight of 55 mass% is obtained by the same method as in the first embodiment. This composite monomer A has a d-line transmittance of 1.578 when cured, an Abbe number of 18.6, and a difference from the standard line of the partial dispersion Pfg of -0.156. On the other hand, a composite monomer B having a fine particle weight of 55 mass% is obtained as a high refractive index and low dispersion material by the same method as in the first embodiment. The composite monomer B has a d-line transmittance of 1.643, a Abbe number of 43.8, and a difference from the standard line of the partial dispersion Pfg of −0.029 when cured.

そして、第１の実施例と同様の手法にて回折格子１００が形成された回折光学素子１０を得る。回折格子１００となる部分の高さは、９．０μｍである。また、凸部を形成しない低屈折率高分散材料の厚みは、４．５μｍである。また、本例においても、得られた回折光学素子１０は、光学材料層１２と光学材料層１３とが剥離なく密着された状態である。   Then, the diffractive optical element 10 on which the diffraction grating 100 is formed is obtained by the same method as in the first embodiment. The height of the portion that becomes the diffraction grating 100 is 9.0 μm. Moreover, the thickness of the low refractive index high dispersion material which does not form a convex part is 4.5 micrometers. Also in this example, the obtained diffractive optical element 10 is in a state where the optical material layer 12 and the optical material layer 13 are in close contact with each other without peeling.

図２０は、得られた回折光学素子１０の回折効率を示すグラフである。図２０のグラフより、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて、非常に高い回折効率を示すことがわかる。具体的には、９９．９％以上の回折効率を得られることがわかる。また、図２１は、本例の回折光学素子１０の回折格子部分の透過率データを示すグラフである。図２１のグラフより、実用的に十分な透過率であることがわかる。具体的には、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおいて９０％以上の透過率を得られることがわかる。   FIG. 20 is a graph showing the diffraction efficiency of the obtained diffractive optical element 10. From the graph of FIG. 20, it can be seen that very high diffraction efficiency is exhibited at wavelengths of 450 nm to 600 nm. Specifically, it can be seen that a diffraction efficiency of 99.9% or more can be obtained. FIG. 21 is a graph showing transmittance data of the diffraction grating portion of the diffractive optical element 10 of this example. It can be seen from the graph of FIG. 21 that the transmittance is practically sufficient. Specifically, it can be seen that a transmittance of 90% or more can be obtained at wavelengths of 450 nm to 600 nm.

本発明は、あらゆる光学系に適用可能であるが、特に、カメラ、携帯電話、スマートフォン、内視鏡、イメージセンサ等に組み込まれる撮像光学系において、フレアの低減を行う用途に好適である。   The present invention can be applied to any optical system, and is particularly suitable for an application for reducing flare in an imaging optical system incorporated in a camera, a mobile phone, a smartphone, an endoscope, an image sensor, or the like.

１、２ 光学材料層
３ 位相差層（位相段差）
１０ 光学素子、回折光学素子
１１、１４ 透明基板
１２、１３ 光学材料層
１００ 位相差層（回折格子）
１２１、１３１ 凹凸構造
１０００ 撮像光学系 1, 2 Optical material layer 3 Phase difference layer (phase step)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical element, diffractive optical element 11, 14 Transparent substrate 12, 13 Optical material layer 100 Retardation layer (diffraction grating)
121, 131 Uneven structure 1000 Imaging optical system

Claims (10)

屈折率の異なる２つの材料を用いて形成される位相差層により生じる入射光束の位相差を利用して、入射光束に対して光学的作用を付与する光学素子であって、
入射光束に位相差を発現させる位相差層を備え、
前記位相差層は、相対的に低屈折率高分散な材料である第１の材料と、相対的に高屈折率低分散な材料である第２の材料とを用いて形成されており、
前記第１の材料は、原料に、波長３００ｎｍ以下の領域に吸収帯を有する物質と、波長８００〜２５００ｎｍの領域に吸収帯または反射帯を有する物質とを少なくとも含み、前記位相差層の厚みにおいて、ｄ線の内部透過率が８０％以上であるとともに、前記ｄ線の内部透過率に対し、波長３００ｎｍの内部透過率が５０％以下、かつ波長１５００ｎｍの内部透過率が５０％以下であり、アッベ数の値が５〜３５の範囲内である
ことを特徴とする光学素子。 An optical element that imparts an optical action to an incident light beam using a phase difference of an incident light beam generated by a retardation layer formed using two materials having different refractive indexes,
Provided with a phase difference layer that causes a phase difference in the incident light beam,
The retardation layer is formed using a first material that is a relatively low refractive index and high dispersion material and a second material that is a relatively high refractive index and low dispersion material,
The first material includes at least a substance having an absorption band in a region with a wavelength of 300 nm or less and a substance having an absorption band or a reflection band in a region with a wavelength of 800 to 2500 nm in the raw material, and the thickness of the retardation layer The internal transmittance of d line is 80% or more, and the internal transmittance of wavelength 300 nm is 50% or less and the internal transmittance of wavelength 1500 nm is 50% or less with respect to the internal transmittance of d line, An optical element having an Abbe number in the range of 5 to 35. 前記位相差層の厚みにおける、前記第１の材料の透過率をＴ１、前記第２の材料の透過率をＴ２とした場合に、少なくとも波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲においてＴ１／Ｔ２＞０．８を満たす
請求項１に記載の光学素子。 T1 / T2> 0.8 at least in the wavelength range of 450 nm to 600 nm, where T1 is the transmittance of the first material and T2 is the transmittance of the second material in the thickness of the retardation layer. The optical element according to claim 1. 前記第１の材料は、前記位相差層の厚みをｄ、当該材料の吸収係数をαとした場合に、α×ｄ＞−０．０２２３を満たす
請求項１または請求項２に記載の光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein the first material satisfies α × d> −0.0223 when the thickness of the retardation layer is d and the absorption coefficient of the material is α. . 前記第１の材料は、前記位相差層の厚みにおいて、波長４５０ｎｍ〜６００ｎｍにおける最も高い透過率をＴＭＡＸ、最も低い透過率をＴＭＩＮとするとき、ＴＭＩＮ／ＴＭＡＸ＞０．８を満たす
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光学素子。 The first material satisfies TMIN / TMAX> 0.8, where TMAX is the highest transmittance at a wavelength of 450 nm to 600 nm and TMIN is the lowest transmittance in the thickness of the retardation layer. The optical element according to claim 1. 前記第２の材料は、ドーパントが添加された透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料である
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光学素子。 The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the second material is a composite material using transparent conductive fine particles to which a dopant is added. 前記第１の材料は、マトリクスに樹脂材料を用い、ドーパントの量が１〜３０ｍｏｌ％である透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料である
請求項５に記載の光学素子。 The optical element according to claim 5, wherein the first material is a composite material using a resin material for a matrix and using transparent conductive fine particles having a dopant amount of 1 to 30 mol%. 前記第１の材料は、材料系が異なるまたは同一材料系でドーパントの量が異なる２以上の透明導電体微粒子を利用したコンポジット材料である
請求項５または請求項６に記載の光学素子。 7. The optical element according to claim 5, wherein the first material is a composite material using two or more transparent conductor fine particles having different material systems or having the same material system but different dopant amounts. 前記透明導電体微粒子は、ＧＺＯ、ＩＴＯ、ＡＴＯ、ＰＴＯ、ＡＺＯのいずれかを含む
請求項５から請求項７のうちのいずれか１項に記載の光学素子。 The optical element according to claim 5, wherein the transparent conductive fine particles include any one of GZO, ITO, ATO, PTO, and AZO. 前記位相差層は、位相段差である
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の光学素子。 The optical element according to claim 1, wherein the retardation layer is a phase step. 前記位相差層は、回折格子である
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の光学素子。 The optical element according to any one of claims 1 to 9, wherein the retardation layer is a diffraction grating.
JP2012282020A 2012-12-26 2012-12-26 Optical element Withdrawn JP2014126629A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012282020A JP2014126629A (en) 2012-12-26 2012-12-26 Optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012282020A JP2014126629A (en) 2012-12-26 2012-12-26 Optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014126629A true JP2014126629A (en) 2014-07-07

Family

ID=51406190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012282020A Withdrawn JP2014126629A (en) 2012-12-26 2012-12-26 Optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014126629A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019521391A (en) * 2016-07-06 2019-07-25 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Optical grating and optical assembly of optical grating

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110090566A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-21 Canon Kabushiki Kaisha Optical material and multilayer diffractive optical element formed with same
WO2012067050A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Canon Kabushiki Kaisha Laminated diffractive optical element
JP2012154700A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Mitsubishi Materials Corp Infrared sensor and method for manufacturing the same
JP2013194442A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Mitsuo Minagawa Heat-shielding building material and manufacturing method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110090566A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-21 Canon Kabushiki Kaisha Optical material and multilayer diffractive optical element formed with same
JP2011085869A (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Canon Inc Optical material and multilayer diffractive optical element
WO2012067050A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Canon Kabushiki Kaisha Laminated diffractive optical element
JP2012108319A (en) * 2010-11-17 2012-06-07 Canon Inc Laminated diffractive optical element
US20130235460A1 (en) * 2010-11-17 2013-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Laminated diffractive optical element
JP2012154700A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Mitsubishi Materials Corp Infrared sensor and method for manufacturing the same
JP2013194442A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Mitsuo Minagawa Heat-shielding building material and manufacturing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019521391A (en) * 2016-07-06 2019-07-25 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Optical grating and optical assembly of optical grating
JP7199227B2 (en) 2016-07-06 2023-01-05 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Optical gratings and optical assemblies of optical gratings

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7236302B2 (en) Diffraction optical element
US10133084B2 (en) Diffractive optical element, optical system, and optical apparatus which reduce generation of unnecessary light
JP4977275B2 (en) Diffraction grating lens and imaging device using the same
JP5132284B2 (en) Diffractive optical element, optical system having the same, and optical instrument
US8120852B2 (en) Diffractive optical element, optical system, and optical apparatus
US9400396B2 (en) Diffractive optical element and image pickup optical system
JP4796660B2 (en) Two-disc imaging optical system and imaging apparatus including the same
US10401544B2 (en) Optical system and optical apparatus including the same
US20100134889A1 (en) Diffractive optical element, optical system and optical apparatus
JP4815029B2 (en) Diffraction lens and imaging apparatus using the same
US9285518B2 (en) Diffractive optical element, optical system, and optical apparatus
WO2012176388A1 (en) Diffraction optical element
JP2016218436A (en) Diffraction optical element, optical system, and optical instrument
WO2010143394A1 (en) Diffraction optical element
US20030231396A1 (en) Diffractive optical element, and optical system and optical apparatus provided with the same
US8755119B2 (en) Diffractive optical element, optical system and optical apparatus
WO2015029645A1 (en) Far infrared lens, photographing lens system and camera system
JP4817705B2 (en) Optical system
JP5091369B2 (en) Diffraction grating lens and imaging device using the same
JP2014126629A (en) Optical element
JP5615065B2 (en) Diffractive optical element, optical system and optical instrument
WO2013168740A1 (en) Diffractive optical element and image-capturing optical system
JP2013205534A (en) Diffractive-optical element, method for manufacturing the same, and optical system using diffractive-optical element
JP2018025650A (en) Diffraction optical device and optical system including the same, and imaging apparatus
JP5459966B2 (en) Diffractive optical element, optical system having the same, and optical instrument

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150730

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160310

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160322

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20160323