JP2020106562A - Diffraction optical element and optical system having the same - Google Patents

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幹生 小林
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Abstract

To provide a diffraction optical element and an optical system having the diffraction optical element with a simple configuration such that a high diffraction efficiency can be obtained in the entire visible range and the effect of reducing unnecessary light can be obtained in a wide wavelength range when oblique incident light flux that is different from a designed incident light flux is incident on the diffraction optical element.SOLUTION: A diffraction optical element 1 includes a first diffraction grating 8 having a first grating surface and a first grating wall surface, a dielectric thin film 10 arranged on the grating wall surface of the first diffraction grating, and a second diffraction grating 9 having a second grating surface and a second grating wall surface, and has a configuration such that the second grating wall surface is arranged in contact with the dielectric thin film. If the refractive indices of the materials of the first and second diffraction gratings are defined as n1e and n2e, respectively, the average of the refractive indices of the dielectric thin film on the grating wall surface in the wavelength λ1 is defined as nhe, the average extinction coefficient of the dielectric thin film on the grating wall surface in the wavelength λ1 is defined as ke, and the average extinction coefficient of the dielectric thin film on the grating wall surface in the second wavelength λ2 that is different from the wavelength λ1 is defined as kc, the relationship of n2e<n1e<nhe and ke<kc is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回折光学素子およびこれを有する光学系に関し、ビデオカメラやデジタルカメラ、そしてテレビカメラ等の光学機器に用いる光学系に好適なものである。 The present invention relates to a diffractive optical element and an optical system having the same, and is suitable for an optical system used in an optical device such as a video camera, a digital camera, and a television camera.

従来、光学系の一部に回折作用を有する回折光学素子を設けることで、レンズ系の色収差を減じる方法が知られている。 Conventionally, there is known a method of reducing chromatic aberration of a lens system by providing a diffractive optical element having a diffractive action in a part of an optical system.

回折光学素子には、色収差の補正の他、その周期構造の格子ピッチを適宜変化させることで非球面的な効果を持たせることができることが知られている。 It is known that the diffractive optical element can have an aspherical effect by appropriately changing the grating pitch of its periodic structure in addition to the correction of chromatic aberration.

光学系のレンズに用いられる回折光学素子において、２つの回折格子を密着配置し、各回折格子を構成する材料と格子高さを適切に設定することで広い波長帯域で高い回折効率を得ることが知られている。 In a diffractive optical element used for a lens of an optical system, two diffraction gratings are closely arranged, and a material forming each diffraction grating and a grating height are appropriately set to obtain high diffraction efficiency in a wide wavelength band. Are known.

また、この格子面と格子壁面を備えた回折光学素子に光束が入射すると、その入射光束が格子壁面で反射又は屈折することにより、不要光（フレア）が発生する。 Further, when a light beam is incident on the diffractive optical element having the grating surface and the grating wall surface, the incident light beam is reflected or refracted by the grating wall surface, and unnecessary light (flare) is generated.

特許文献１、及び特許文献２に記載の回折光学素子は、回折格子の壁面部に格子材料とは異なる材料層を設けることで、設計入射光束とは異なる斜入射光束が回折光学素子に入射したときの不要な光を抑制している。さらに、格子壁面部に光を吸収する材料を用いて、不要光を抑制した回折光学素子を得ている。 In the diffractive optical elements described in Patent Documents 1 and 2, a material layer different from the grating material is provided on the wall surface portion of the diffraction grating, so that the oblique incident light beam different from the design incident light beam enters the diffractive optical element. It suppresses unnecessary light when. Furthermore, a diffractive optical element that suppresses unnecessary light is obtained by using a material that absorbs light for the wall surface of the grating.

特開２０１２−１８３８０号公報JP2012-18380A 特開２０１４−１７０１０９号公報JP, 2014-170109, A

しかしながら、特許文献１及び特許文献２においては、壁面部に設けた材料層の波長特性は述べられておらず、広い波長域において設計入射光束とは異なる斜入射光束が回折光学素子に入射したときに、発生する不要光が抑制された構成ではない。 However, in Patent Documents 1 and 2, the wavelength characteristics of the material layer provided on the wall surface are not described, and when an obliquely incident light beam different from the designed incident light beam enters the diffractive optical element in a wide wavelength range. Moreover, it is not a configuration in which unnecessary light generated is suppressed.

そこで、本発明では、簡素な構成の回折光学素子において可視域全域で高い回折効率を得ると共に、設計入射光束とは異なる斜入射光束が回折光学素子に入射したときに発生する不要光が広い波長域において低減された回折光学素子、及びそれを有する光学系、光学機器を提供することを目的としている。 Therefore, in the present invention, in a diffractive optical element having a simple structure, a high diffraction efficiency is obtained in the entire visible region, and unnecessary light generated when an obliquely incident light beam different from the design incident light beam enters the diffractive optical element has a wide wavelength range. It is an object of the present invention to provide a diffractive optical element having a reduced area, an optical system having the same, and an optical device.

上記の目的を達成するために、本発明に係る回折光学素子は、
第１の格子面と第１の格子壁面を備えた第１の回折格子と、前記第１の回折格子の格子壁面に配置された誘電体薄膜、及び第２の格子面と第２の格子壁面を備えた第２の回折格子を有し、かつ、該第２の格子壁面が前記誘電体薄膜と接するように配置されており、回折格子の使用波長域の中間波長λ１における、前記第１、第２の回折格子の材料の屈折率をそれぞれｎ１ｅ、ｎ２ｅ、格子壁面上の誘電体薄膜の波長λ１における屈折率平均値をｎｈｅとし、かつ、格子壁面上の誘電体薄膜の波長λ１における平均消衰係数をｋｅ、波長λ１とは異なる第２波長λ２における格子壁面上の誘電体薄膜の平均消衰係数をｋｃとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the diffractive optical element according to the present invention,
A first diffraction grating having a first grating surface and a first grating wall surface, a dielectric thin film arranged on the grating wall surface of the first diffraction grating, and a second grating surface and a second grating wall surface. A second diffraction grating provided with the second grating wall, and the second grating wall surface is arranged so as to contact the dielectric thin film, and the first grating at the intermediate wavelength λ1 of the wavelength range used by the grating, The refractive indices of the materials of the second diffraction grating are n1e and n2e, the average value of the refractive index of the dielectric thin film on the grating wall surface at wavelength λ1 is nhe, and the average extinction of the dielectric thin film on the grating wall surface at wavelength λ1 is set. When the extinction coefficient is ke and the average extinction coefficient of the dielectric thin film on the grating wall surface at the second wavelength λ2 different from the wavelength λ1 is kc, the following conditional expression is satisfied.

ｎ２ｅ＜ｎ１ｅ＜ｎｈｅ
ｋｅ＜ｋｃ n2e<n1e<nhe
ke<kc

本発明によれば、簡素な構成の回折光学素子において可視域全域で高い回折効率を得ると共に、設計入射光束とは異なる斜入射光束が回折光学素子に入射したときに発生する不要光が広い波長域において低減された回折光学素子を得ることができる。 According to the present invention, in a diffractive optical element having a simple structure, high diffraction efficiency is obtained in the entire visible region, and unnecessary light generated when an obliquely incident light beam different from the design incident light beam enters the diffractive optical element has a wide wavelength range. A diffractive optical element having a reduced area can be obtained.

本発明の実施例１の回折光学素子の正面図および側面図Front and side view of a diffractive optical element of Example 1 of the present invention 本発明の実施例１の回折光学素子の部分断面図Partial cross-sectional view of the diffractive optical element of Example 1 of the present invention 第１実施例の回折格子へ斜入射光線が入射している状態を示す図The figure which shows the state which the grazing incidence light ray is injecting into the diffraction grating of 1st Example. 第１実施例の回折格子の壁面部薄膜の平均消衰係数の波長分布Wavelength distribution of the average extinction coefficient of the wall surface thin film of the diffraction grating of the first embodiment 第１実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 1st Example. 比較例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of a comparative example. 第１実施例の回折格子の他の実施形態における部分断面図Partial sectional view of another embodiment of the diffraction grating of the first example. 第２実施例の回折格子の壁面部薄膜の平均消衰係数の波長分布Wavelength distribution of the average extinction coefficient of the thin film on the wall surface of the diffraction grating of the second embodiment 第２実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 2nd Example. 本発明の実施例３の回折光学素子の部分断面図Partial cross-sectional view of a diffractive optical element of Example 3 of the present invention 第３実施例の回折格子の壁面部薄膜の平均消衰係数の波長分布Wavelength distribution of the average extinction coefficient of the wall surface thin film of the diffraction grating of the third embodiment 第３実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 3rd Example. 本発明の実施例４の回折光学素子の部分断面図Partial sectional view of a diffractive optical element of Example 4 of the present invention. 第４実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図。The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 4th Example. 第５実施例の回折格子の壁面部薄膜の平均消衰係数の波長分布。The wavelength distribution of the average extinction coefficient of the wall surface thin film of the diffraction grating of the fifth example. 第５実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 5th Example. 第６実施例の回折格子の壁面部薄膜の平均消衰係数の波長分布Wavelength distribution of the average extinction coefficient of the wall surface thin film of the diffraction grating of the sixth embodiment 第６実施例の回折格子へ斜入射光線が入射した際の回折効率を示す図The figure which shows the diffraction efficiency when the grazing incidence light ray injects into the diffraction grating of 6th Example. 本発明の回折光学素子を用いた撮影光学系の構成図Configuration diagram of a photographing optical system using the diffractive optical element of the present invention 本発明の回折光学素子を用いた観察光学系の構成図Configuration diagram of an observation optical system using the diffractive optical element of the present invention 本発明の撮像装置の要部概略図Schematic diagram of main parts of an image pickup apparatus of the present invention

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例の具体的な構成について説明する。 A specific configuration of this embodiment will be described.

図１（ａ）は、本発明の実施例１の回折光学素子の正面図であり、図１（ｂ）は上記回折光学素子の側面図である。また、図２には、図１の回折光学素子をＡ−Ａ’線で切断したときの断面形状の一部を拡大して示している。但し、図２は格子深さ方向にかなりデフォルメされた図となっている。これらの図に示すように、実施例１の回折光学素子１は、それぞれ異なる材料からなる格子８、９が、誘電体薄膜１０を挟んで密着して積層されている。 FIG. 1A is a front view of the diffractive optical element of Example 1 of the present invention, and FIG. 1B is a side view of the diffractive optical element. Further, FIG. 2 shows an enlarged part of the cross-sectional shape of the diffractive optical element of FIG. 1 taken along the line A-A′. However, FIG. 2 is a diagram considerably deformed in the lattice depth direction. As shown in these drawings, in the diffractive optical element 1 of Example 1, gratings 8 and 9 made of different materials are laminated in close contact with each other with a dielectric thin film 10 interposed therebetween.

また、図２に示すように、第１の素子部２は、第１の透明基板４と、格子ベース部６およびこの格子ベース部６に一体形成された第１の回折格子８からなる第１格子形成層からなる。 Further, as shown in FIG. 2, the first element unit 2 includes a first transparent substrate 4, a grating base unit 6, and a first diffraction grating 8 integrally formed on the grating base unit 6. It is composed of a lattice formation layer.

一方、第２の素子部３も第１の素子部２と同様に、第２の透明基板５と、この第２の透明基板５上に設けられた格子ベース部７およびこの格子ベース部７に一体形成された第２の回折格子９からなる第２格子形成層とを有している。 On the other hand, similarly to the first element unit 2, the second element unit 3 includes the second transparent substrate 5, the lattice base portion 7 provided on the second transparent substrate 5, and the lattice base portion 7. It has a second grating formation layer formed of the second diffraction grating 9 formed integrally.

また、第１の回折格子の格子斜面８ａと第２の回折格子の格子斜面９ａが密着して積層させており、第１の回折格子の格子壁面と第２の回折格子の格子壁面の間に、誘電体薄膜層１０を密着して積層させている。 Further, the grating slope 8a of the first diffraction grating and the grating slope 9a of the second diffraction grating are laminated in close contact with each other, and between the grating wall surface of the first diffraction grating and the grating wall surface of the second diffraction grating. The dielectric thin film layers 10 are laminated in close contact with each other.

これら第１，第２の素子部２，３の全体で１つの回折光学素子として作用するものである。 The entire first and second element portions 2 and 3 act as one diffractive optical element.

回折格子８、９は同心円状の格子形状からなり、径方向における格子ピッチが変化することで、レンズ作用を有する。 The diffraction gratings 8 and 9 have a concentric circular grating shape, and have a lens effect by changing the grating pitch in the radial direction.

本実施形態において、回折光学素子１に入射させる光の波長領域、すなわち使用波長領域は可視領域であり、回折格子８、９を構成する材料および格子厚さは、可視領域全体で１次の回折光の回折効率を高くするよう選択される。 In the present embodiment, the wavelength range of the light incident on the diffractive optical element 1, that is, the used wavelength range is the visible range, and the material and the grating thickness forming the diffraction gratings 8 and 9 are the first-order diffraction in the entire visible range. It is selected to increase the diffraction efficiency of light.

次に、回折光学素子１の具体的な構成について述べる。 Next, a specific configuration of the diffractive optical element 1 will be described.

図２に示した回折光学素子１において、回折格子８を形成する第１の材料には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．６１９９、νｄ＝４３．２、θｇＦ＝０．５６４）を用いた。 In the diffractive optical element 1 shown in FIG. 2, the first material forming the diffraction grating 8 is a resin (Nd=1.6199, νd=43.2, θgF) in which ZrO 2 fine particles are mixed with acrylic resin. = 0.564) was used.

一方、回折格子９を形成する第２の材料として、アクリル系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６６０、νｄ＝１９．０、θｇＦ＝０．４１８）を用いている。 On the other hand, as the second material for forming the diffraction grating 9, a resin (Nd=1.5660, νd=19.0, θgF=0.418) in which ITO fine particles are mixed with an acrylic resin is used.

格子壁面部の誘電体薄膜には、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合材料の薄膜を用いており、可視域で吸収を持っており、波長によって消衰係数が異なっている。 A thin film of a mixed material of Al 2 O 3 and ZrO 2 is used as the dielectric thin film on the wall surface of the lattice, has absorption in the visible region, and has an extinction coefficient different depending on the wavelength.

さらに、回折光学素子の径方向の場所によっても屈折率を変化させている。 Furthermore, the refractive index is also changed depending on the radial position of the diffractive optical element.

なお、本発明において、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、フラウンホーファー線のｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。 In the present invention, the definitions of the Abbe number νd and the partial dispersion ratio θgF are the same as those generally used, and the refractive indexes for the Fraunhofer line g line, F line, d line, and C line are Ng, NF, and When Nd and NC are used, they are respectively expressed by the following equations.

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ） ・・・（ａ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ） ・・・（ｂ）
また、Ｎ５５は波長５５０ｎｍにおける屈折率である。 νd=(Nd-1)/(NF-NC) (a)
θgF=(Ng-NF)/(NF-NC) (b)
N55 is a refractive index at a wavelength of 550 nm.

第１の材料からなるベース部６の厚さは４０μｍ、第２の材料からなるベース部７の厚さは２μｍ、回折ピッチＰは１００〜３０００μｍ、格子高さｄ１は１０．７９μｍである。 The thickness of the base portion 6 made of the first material is 40 μm, the thickness of the base portion 7 made of the second material is 2 μm, the diffraction pitch P is 100 to 3000 μm, and the grating height d1 is 10.79 μm.

次に、本実施例の回折格子の位相差と回折効率の関係について述べる。 Next, the relationship between the phase difference and the diffraction efficiency of the diffraction grating of this embodiment will be described.

図２に示した、本実施例１における回折光学素子１において、波長λの場合に、回折次数ｍの回折光の回折効率が最大となる条件は、光路長差Φ（λ）が、
Φ（λ）＝―（ｎ０２−ｎ０１）×ｄ１＝ｍλ ・・・（ｃ）
なる条件を満足することである。 In the diffractive optical element 1 of the first embodiment shown in FIG. 2, in the case of the wavelength λ, the condition that the diffraction efficiency of the diffracted light of the diffraction order m is maximum is that the optical path length difference Φ(λ) is
Φ(λ)=−(n02−n01)×d1=mλ (c)
To satisfy the condition.

ここで、上記（ｃ）式において、ｎ０２は回折格子９を形成する材料の波長λの光に対する屈折率であり、同様に、ｎ０１は回折格子８を形成する材料の波長λの光に対する屈折率である。ｄ１は回折格子８、９の格子厚である。 Here, in the equation (c), n02 is the refractive index of the material forming the diffraction grating 9 with respect to the light having the wavelength λ, and similarly, n01 is the refractive index of the material forming the diffraction grating 8 with respect to the light having the wavelength λ. Is. d1 is the grating thickness of the diffraction gratings 8 and 9.

図２中の０次回折光から下向きに回折する光の回折次数を負の回折次数、０次回折光から上向きに回折する光の回折次数を正の回折次数とする。 The negative diffraction order of the light diffracted downward from the 0th order diffracted light in FIG. 2 is defined as the positive diffraction order of the light diffracted upward from the 0th order diffracted light.

その場合、図２中に示すような入射側の回折格子８の格子厚が図中下から上に増加する格子形状を持つ回折格子の場合、上記（ｃ）式での格子厚ｄ１の符号は、正となる。
また、任意の波長λでの回折効率η（λ）は、
η（λ）＝ｓｉｎｃ２〔π｛ｍ−Φ（λ）／λ｝〕 ・・・（ｄ）
で表すことができる。 In that case, in the case of a diffraction grating having a grating shape in which the grating thickness of the incident-side diffraction grating 8 increases from bottom to top in the figure as shown in FIG. 2, the sign of the grating thickness d1 in the above equation (c) is , Will be positive.
Further, the diffraction efficiency η(λ) at an arbitrary wavelength λ is
η(λ)=sinc 2 [π{m-Φ(λ)/λ}] (d)
Can be expressed as

上記（ｄ）式において、ｍは評価すべき回折光の次数、Φ（λ）は波長λの光に対する回折光学素子の１つの単位格子における光路長差である。また、ｓｉｎｃ（ｘ）は、｛ｓｉｎ（ｘ）／ｘ｝で表される関数である。 In the above equation (d), m is the order of diffracted light to be evaluated, and Φ(λ) is the optical path length difference in one unit grating of the diffractive optical element with respect to light of wavelength λ. Also, sinc(x) is a function represented by {sin(x)/x}.

また、本実施例の回折光学素子の設計波長は５５０ｎｍである。 The design wavelength of the diffractive optical element of this example is 550 nm.

実施例１の回折格子においては、格子高さｄ１＝１０．７９μｍの時に可視波長域で最も回折効率が高い状態となる。 In the diffraction grating of Example 1, the diffraction efficiency is highest in the visible wavelength region when the grating height d1=10.79 μm.

本発明では、回折格子８と９は互いに異なる材料により形成され、回折格子９は低屈折率高分散材料から構成され、回折格子８はそれよりも高い屈折率を有する高屈折率低分散材料から構成されている。以下の式（１）、（２）、及び（３）を満足することによって、高い回折効率を得ることができる。 In the present invention, the diffraction gratings 8 and 9 are made of different materials, the diffraction grating 9 is made of a low refractive index and high dispersion material, and the diffraction grating 8 is made of a high refractive index and low dispersion material having a higher refractive index. It is configured. High diffraction efficiency can be obtained by satisfying the following expressions (1), (2), and (3).

νｄ１＞３５ ・・・（１）
νｄ２＜２５ ・・・（２）
０．９６０≦（ｎ１ｄ−ｎ２ｄ）×ｄ／（ｍ×λｄ）≦１．０４０ ・・・（３）
ただし、ｄ線における回折格子８および回折格子９を構成する材料の屈折率をそれぞれｎ１ｄ、ｎ２ｄ、アッべ数をνｄ１、νｄ２、回折格子の格子高さをｄ、設計次数をｍとする。 νd1>35 (1)
νd2<25 (2)
0.960≦(n1d−n2d)×d/(m×λd)≦1.040 (3)
However, the refractive indices of the materials forming the diffraction grating 8 and the diffraction grating 9 at the d-line are n1d and n2d, the Abbe numbers are νd1 and νd2, the grating height of the diffraction grating is d, and the design order is m.

次に、本実施形態の回折格子の壁面部に設けた誘電体薄膜について述べる。 Next, the dielectric thin film provided on the wall surface of the diffraction grating of this embodiment will be described.

壁面部の誘電体薄膜１０は格子壁面に沿って略均一な厚さを有し、回折格子８と９の境界面の少なくとも一部に配置され、本実施例では、回折格子８の壁面部と回折格子９の壁面部と密着接合されている。この薄膜は格子壁面付近に入射する光束が薄膜の内部に閉じ込められ、光導波路になっている。 The dielectric thin film 10 on the wall surface has a substantially uniform thickness along the wall surface of the grating and is arranged on at least a part of the boundary surface between the diffraction gratings 8 and 9. It is in close contact with the wall surface of the diffraction grating 9. This thin film serves as an optical waveguide by confining the light flux incident near the lattice wall surface inside the thin film.

本発明の回折光学素子において光導波路効果を持たせるためには、設計波長における壁面部の誘電体薄膜１０の平均屈折率をｎｈｅ、前記第１、第２の回折格子の材料の第１の波長における各屈折率ｎ１ｅ、ｎ２ｅ、が（４）式を満たすことが重要となる。 In order to have an optical waveguide effect in the diffractive optical element of the present invention, the average refractive index of the dielectric thin film 10 on the wall surface at the design wavelength is nhe, and the first wavelength of the material of the first and second diffraction gratings is It is important that the respective refractive indices n1e and n2e in the above satisfy the equation (4).

ｎ２ｅ＜ｎ１ｅ＜ｎｈｅ ・・・（４）
ここでいう第１の波長λ１（ｎｍ）は、回折光学素子の使用波長の平均値付近の値であり、具体的には、使用波長の平均値をλａｖｅ（ｎｍ）としたとき、以下の波長範囲とする。 n2e<n1e<nhe (4)
The first wavelength λ1 (nm) referred to here is a value near the average value of the wavelength used by the diffractive optical element. Specifically, when the average value of the wavelength used is λave (nm), the following wavelength Range.

０．９＜λｄ／λａｖｅ＜１．１ ・・・（５）
ここで、使用波長とは、回折光学素子を用いた光学系の分光透過率や撮像装置の撮像素子（センサ―など）の分光感度が十分有る領域のことを示し、望ましくは光学系と撮像装置（撮像素子）全体を通した分光感度が５％以上有る波長領域が望ましい。 0.9<λd/λave<1.1 (5)
Here, the used wavelength refers to a region in which the spectral transmittance of the optical system using the diffractive optical element and the spectral sensitivity of the image pickup device (sensor, etc.) of the image pickup device are sufficient, and preferably the optical system and the image pickup device. A wavelength region having a spectral sensitivity of 5% or more throughout the (imaging device) is desirable.

本実施例の回折光学素子は可視域において使用するものであり、使用波長は４００ｎｍ〜７００ｎｍ、λａｖｅは５５０ｎｍとなる。第１の波長λ１もλａｖｅと同じく５５０ｎｍとした。 The diffractive optical element of the present embodiment is used in the visible range, the wavelength used is 400 nm to 700 nm, and λ ave is 550 nm. The first wavelength λ1 is also 550 nm, which is the same as λave.

また、（４）式に加え、比屈折率差Δが下記（６）式を満たすことによって、設計入射角度で入射する光束の設計次数の回折効率を向上し、設計次数±１次の回折効率を低減させ、かつ斜入射角度で入射する光束による不要光のうち、結像面に到達する不要光を低減させ、かつ波長特性および偏光特性を低減することができる。 Further, in addition to the expression (4), the relative refractive index difference Δ satisfies the following expression (6), so that the diffraction efficiency of the design order of the light beam incident at the design incident angle is improved, and the diffraction efficiency of the design order ±1st order It is possible to reduce the light intensity, reduce unnecessary light that reaches the image forming surface among unnecessary light due to the light flux that is incident at an oblique incident angle, and reduce wavelength characteristics and polarization characteristics.

０．００５＜Δ＜０．０９０ ・・・（６）
ただし、前記比屈折率差Δは以下の式より求められる。 0.005<Δ<0.090 (6)
However, the relative refractive index difference Δ is obtained from the following equation.

（６）式の下限を満足することによって、斜入射角度で入射する光束による不要光のうち、結像面に到達する不要光を低減させることができる。（６）式の上限を満足することによっては偏光依存性を低減することができる。 By satisfying the lower limit of the expression (6), it is possible to reduce the unnecessary light reaching the image forming surface among the unnecessary light due to the light flux incident at the oblique incident angle. The polarization dependence can be reduced by satisfying the upper limit of the expression (6).

また、（６）式は以下の式を満たすほうがより好ましい。 Further, it is more preferable that the expression (6) satisfies the following expression.

０．０１０＜Δ＜０．０８０ ・・・（６ａ）
また、壁面部の誘電体薄膜１０、回折格子８、および回折格子９を構成する材料は非対称３層平板導波路になっているため、導波モードが以下の固有値方程式を満たすことが知られている。 0.010<Δ<0.080 (6a)
Further, it is known that the waveguide mode satisfies the following eigenvalue equation, because the material forming the dielectric thin film 10, the diffraction grating 8, and the diffraction grating 9 on the wall surface is an asymmetric three-layer plate waveguide. There is.

なお、ＴＥ偏光が（８）式、ＴＭ偏光が（９）式であり、第１の回折格子の屈折率をｎ１、第２の回折格子の屈折率をｎ２、壁面誘電体薄膜の平均屈折率をｎｈとする。 Note that TE polarized light is of the formula (8) and TM polarized light is of the formula (9), the refractive index of the first diffraction grating is n1, the refractive index of the second diffraction grating is n2, and the average refractive index of the wall surface dielectric thin film is Be nh.

ただし、ｋ０は以下の式である。 However, k 0 is the following formula.

また、非対称３層平板導波路の単一モードが発生するカットオフ幅はＴＥ偏光が（１０ａ）式、ＴＭ偏光が（１０ｂ）式、ＴＥ、ＴＭ偏光の平均値が（１０ｃ）式となる。 In addition, the cutoff width in which a single mode of the asymmetric three-layered flat plate waveguide is generated is expressed by the formula (10a) for TE polarization, the formula (10b) for TM polarization, and the formula (10c) for the average value of TE and TM polarization.

ただし、κｃ、δｃは以下の式である。 However, κc and δc are the following equations.

本発明では、（１１）式のＴＥ偏光とＴＭ偏光の単一モードが発生するカットオフ幅の平均Ｗｃと壁面部の誘電体薄膜１０の膜幅ｗｆが下記の（１３）式を満足することによって、設計入射角度で入射する光束の設計次数の回折効率を向上し、設計次数±１次の回折効率を低減させることができる。 In the present invention, the average Wc of the cutoff widths in which a single mode of TE polarization and TM polarization of formula (11) is generated and the film width wf of the dielectric thin film 10 on the wall surface satisfy the following formula (13). Thus, it is possible to improve the diffraction efficiency of the design order of the light beam incident at the design incident angle and reduce the diffraction efficiency of the design order ±1st order.

さらに、斜入射角度で入射する光束による不要光のうち、結像面に到達する不要光を低減させ、かつ波長特性および偏光特性を低減することができる。 Further, it is possible to reduce unnecessary light reaching the image forming surface among unnecessary light due to a light beam entering at an oblique incident angle, and to reduce wavelength characteristics and polarization characteristics.

０．５≦ｗｆ／Ｗｃ≦２．０ ・・・（１３）
また、（１３）式は以下の式を満たすほうがより好ましい。 0.5≦wf/Wc≦2.0 (13)
It is more preferable that the expression (13) satisfies the following expression.

０．７５≦ｗｆ／Ｗｃ≦１．７５ ・・・（１３ａ）
なお、誘電体薄膜の膜幅ｗｆは、格子壁面に対し垂直な方向の厚さである。 0.75≦wf/Wc≦1.75 (13a)
The film width wf of the dielectric thin film is the thickness in the direction perpendicular to the lattice wall surface.

本発明の回折光学素子においては、壁面部の誘電体薄膜からなる導波路の屈折率と回折格子８の高屈折率材料との位相差を適切に制御することで、薄膜が設けられていない場合は不要光となっていた光を光導波路内に閉じ込め、導波モードと回折格子の位相整合させることができる。 In the diffractive optical element of the present invention, when the thin film is not provided by appropriately controlling the phase difference between the refractive index of the waveguide formed of the dielectric thin film of the wall surface and the high refractive index material of the diffraction grating 8. Can confine the unwanted light in the optical waveguide and phase-match the guided mode with the diffraction grating.

その結果、設計次数の回折効率を向上や斜入射角度（画面外光入射角度）で入射する光束による不要光のうち、結像面に到達する不要光を低減することができる。 As a result, it is possible to improve the diffraction efficiency of the design order and reduce the unnecessary light that reaches the image forming surface among the unnecessary light due to the light flux incident at the oblique incidence angle (the incident angle of light outside the screen).

具体的には、少なくとも一つ以上の輪帯において、第１波長λ１における壁面部の位相差Ｐｍが以下の条件式を満たすことが望ましい。 Specifically, in at least one or more ring zones, it is desirable that the phase difference Pm of the wall surface portion at the first wavelength λ1 satisfies the following conditional expression.

０．０１３＜Ｐｍ＜０．０３５ ・・・（１２）
ただし、Ｐｍ＝（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×ｗｆ／λ１で与えられる。 0.013<Pm<0.035 (12)
However, it is given by Pm=(nhe-n1e)×wf/λ1.

ここで、λ１は第１の波長（ｎｍ）、ｗｆは格子壁面上の誘電体薄膜の総膜厚（ｎｍ）である。 Here, λ1 is the first wavelength (nm), and wf is the total film thickness (nm) of the dielectric thin film on the lattice wall surface.

（１２）式の上限を超えるか、もしくは下限を下回ると、導波モードの最適条件から外れるため、光の閉じ込め効果が少なくなり、例えば斜入射角度（画面外光入射角度）で入射する光束による不要光のうち、結像面に到達する不要光の低減効果が少なくなる。
（１２）式は好ましくは、以下の範囲とするのがよい。 If the upper limit or the lower limit of the equation (12) is exceeded, the guided mode is deviated from the optimum condition, and the light confinement effect is reduced. For example, due to a light beam incident at an oblique incidence angle (outside screen incident angle). Of the unnecessary light, the effect of reducing the unnecessary light reaching the image plane is reduced.
The expression (12) is preferably in the following range.

０．０１５＜Ｐｍ＜０．０３０ ・・・（１２ａ）
（１２）式はさらに好ましくは、以下の範囲とするのがよい。 0.015<Pm<0.030 (12a)
Formula (12) is more preferably in the following range.

０．０１７＜Ｐｍ＜０．０２６ ・・・（１２ｂ）
また、（１２）式は、第１の波長だけでなく使用波長全域においても同様の条件を満たし、かつ、Ｐｍの値の波長による変化を少なくすると、使用波長全域において斜入射角度で入射する光束による不要光を低減することができる。 0.017<Pm<0.026 (12b)
Further, the formula (12) satisfies the same condition not only in the first wavelength but also in the entire used wavelength range, and if the change in the value of Pm with wavelength is reduced, the luminous flux incident at an oblique incidence angle in the entire used wavelength range. It is possible to reduce unnecessary light due to.

本実施例の構成の回折光学素子の場合、誘電体薄膜の屈折率の波長分散を小さくすることで、広い波長域においてＰｍの値の変化を少なくすることができる。しかし、高屈折率材料は屈折率の波長分散が大きい材料が多い為、波長によるＰｍの値の変化を抑えようとすると、壁面部の誘電体薄膜の選択自由度が少なくなってしまう。 In the case of the diffractive optical element having the configuration of the present embodiment, by reducing the wavelength dispersion of the refractive index of the dielectric thin film, it is possible to reduce the change in the value of Pm in a wide wavelength range. However, since many high refractive index materials have large wavelength dispersion of the refractive index, if the change in Pm value depending on the wavelength is suppressed, the degree of freedom in selecting the dielectric thin film on the wall surface portion decreases.

そのため、製造性を鑑みた場合、Ｐｍの値を波長によって変化させても、使用波長全域において斜入射角度で入射する光束による不要光を低減することができる回折光学素子が望まれる。 Therefore, in view of manufacturability, a diffractive optical element is desired that can reduce unnecessary light due to a light beam incident at an oblique incident angle over the entire used wavelength range even if the value of Pm is changed depending on the wavelength.

そこで、本発明の回折光学素子においては、Ｐｍの値が所望の値からずれている波長域において、誘電体薄膜の材料に吸収を有する材料を用いることで、斜入射角度で入射する光束による不要光を効果的に低減可能な構成とした。 Therefore, in the diffractive optical element of the present invention, when a material having absorption is used as the material of the dielectric thin film in the wavelength range in which the value of Pm deviates from the desired value, unnecessary light beams incident at an oblique incident angle are unnecessary. The configuration is such that light can be effectively reduced.

具体的には、使用波長域の中心付近の第１波長λ１における平均消衰係数をｋｄ、波長λ１とは異なる第２波長λ２における平均消衰係数をｋｃとしたとき、以下の条件式（１３）を満たす構成としている。 Specifically, when the average extinction coefficient at the first wavelength λ1 near the center of the used wavelength range is kd and the average extinction coefficient at the second wavelength λ2 different from the wavelength λ1 is kc, the following conditional expression (13 ) Is satisfied.

ｋｄ＜ｋｃ ・・・（１３）
ここで、第２波長λ２は中心波長λ１に対し、以下の範囲の波長とすることが望ましい。 kd<kc (13)
Here, it is desirable that the second wavelength λ2 be within the following range with respect to the central wavelength λ1.

０．１１＜｜１−λ２／λ１｜＜０．２１ ・・（１４）
（１４）式は望ましくは以下の範囲とするのが良い。 0.11<|1-λ2/λ1|<0.21 (14)
The expression (14) is preferably set in the following range.

０．１３＜｜１−λ２／λ１｜＜０．１９ ・・（１４ｂ）
さらに望ましくは以下の条件式の値を用いることが好ましい。 0.13<|1-λ2/λ1|<0.19 ··· (14b)
It is more preferable to use the value of the following conditional expression.

｜１−λ２／λ１｜＝０．１６ ・・・（１４ｃ）
さらに、本実施例の回折光学素子において、第２波長λ２における第１の回折格子の屈折率をｎ１ｃ、格子壁面上の誘電体薄膜の屈折率をｎｈｃとしたとき、以下の条件式（１５）を満たすことで、材料選択の自由度が高く製造容易な回折光学素子とすることができる。 │1-λ2/λ1│=0.16 (14c)
Furthermore, in the diffractive optical element of the present embodiment, when the refractive index of the first diffraction grating at the second wavelength λ2 is n1c and the refractive index of the dielectric thin film on the grating wall surface is nhc, the following conditional expression (15) is obtained. By satisfying the above condition, a diffractive optical element having a high degree of freedom in material selection and easy to manufacture can be obtained.

０．１＜｜｛（ｎｈｃ−ｎ１ｃ）×λ１｝／｛（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×λ２｝−１｜
・・・（１５）
（１５）式は好ましくは、以下の範囲とするのが良い。 0.1<|{(nhc-n1c)×λ1}/{(nhe-n1e)×λ2}-1|
...(15)
The expression (15) is preferably set in the following range.

０．１３＜｜｛（ｎｈｃ−ｎ１ｃ）×λ１｝／｛（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×λ２｝−１｜
・・・（１５ｂ）
（１５）式はさらに好ましくは、以下の範囲とするのが良い。 0.13<|{(nhc-n1c)×λ1}/{(nhe-n1e)×λ2}-1|
...(15b)
Formula (15) is more preferably in the following range.

０．１６＜｜｛（ｎｈｃ−ｎ１ｃ）×λ１｝／｛（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×λ２｝−１｜
・・・（１５ｃ）
次に、本発明の回折光学素子に斜入射角度（画面外光入射角度）で入射した光束による不要光の振る舞いについて、厳密波動計算のうち厳密結合波解析（以下、ＲＣＷＡ：Ｒｅｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて説明する。 0.16<|{(nhc-n1c)×λ1}/{(nhe-n1e)×λ2}-1|
...(15c)
Next, regarding the behavior of unnecessary light due to the light flux incident on the diffractive optical element of the present invention at an oblique incident angle (outside screen incident angle), a strict coupled wave analysis (hereinafter, RCWA: Regulated Coupled Wave Analysis) of the strict wave calculation. Will be explained.

図３に、ＲＣＷＡで計算した回折格子の断面模式図を示す。 FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the diffraction grating calculated by RCWA.

図３に示す格子部分断面図は、図１（ｂ）に示す回折光学素子の図中下側の部分断面図に相当する。 The grating partial cross-sectional view shown in FIG. 3 corresponds to the lower partial cross-sectional view of the diffractive optical element shown in FIG.

回折格子の格子先端を連ねた包絡面の面法線と格子壁面がなす角θｔは５°であり、θｔは回折光学素子に入射する有効光束（撮影に使用する光束）の重心角度と略一致するように設定している。 The angle θt formed by the surface normal of the envelope surface connecting the grating tips of the diffraction grating and the grating wall surface is 5°, and θt is substantially equal to the barycentric angle of the effective light beam (light beam used for shooting) incident on the diffractive optical element. Is set to.

また、本回折格子において、像面に到達する出射光線角度は、５°で入射した光線の出射角度の方向に相当し、回折格子の格子先端を連ねた包絡面の面法線に対して、５．２°前後の方向となる。 Further, in the present diffraction grating, the angle of the outgoing light ray reaching the image plane corresponds to the direction of the outgoing angle of the light ray that is incident at 5°, and with respect to the surface normal of the envelope surface that links the grating tips of the diffraction grating, The direction is about 5.2°.

回折格子は回折ピッチが１００μｍ、格子高さｄ１ｔが１０．６９μｍであり、１次の回折光が最大の強度となるよう最適化されており、正の屈折力を持っている。 The diffraction grating has a diffraction pitch of 100 μm and a grating height d1t of 10.69 μm, is optimized so that the first-order diffracted light has the maximum intensity, and has a positive refracting power.

回折格子８及び回折格子９の格子材料については、図２に示した本実施例の回折格子と同じである。 The grating material of the diffraction grating 8 and the diffraction grating 9 is the same as that of the diffraction grating of this embodiment shown in FIG.

格子壁面上の誘電体薄膜１０は、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．７４６０、第２波長６５０ｎｍにおける屈折率は１．７３６２であり、膜厚は１０１．５ｎｍである。誘電体薄膜は可視域で吸収を持っており、波長によって異なる消衰係数を有している。図４に消衰係数の波長分布を示す。 The dielectric thin film 10 on the lattice wall surface has a refractive index of 1.7460 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 1.7362 at a second wavelength of 650 nm, and a film thickness of 101.5 nm. The dielectric thin film has absorption in the visible region and has an extinction coefficient that varies depending on the wavelength. FIG. 4 shows the wavelength distribution of the extinction coefficient.

図４に示すように、実施例１の誘電体薄膜は長波長側で吸収が大きい材料を用いており、第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．００１０、第２波長６５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．０２１９であり、条件式（１３）を満たす構成となっている。 As shown in FIG. 4, the dielectric thin film of Example 1 uses a material having large absorption on the long wavelength side. The extinction coefficient kd=0.010 at the first wavelength of 550 nm and the extinction coefficient at the second wavelength of 650 nm. kc=0.0219, which satisfies the conditional expression (13).

長波長側に吸収を持った特性の誘電体薄膜を作成するためには、例えば、各種酸化物の誘電体薄膜に、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）やリン酸塩化合物（Ｐ２Ｏ５）などを添加することで得ることができる。 In order to form a dielectric thin film having absorption characteristics on the long wavelength side, for example, titanium oxide (TiOx) or phosphate compound (P 2 O 5 ) is added to dielectric thin films of various oxides. It can be obtained by adding.

図３の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った。 The RCWA calculation was performed at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm for a light ray (ray 1 in the figure) that was incident on the grating wall surface of the diffraction grating in FIG. 3 at an oblique incident angle (outside screen incident angle).

図中上側から入射する光線１は、回折格子の格子先端を連ねた包絡面の面法線に対して斜入射角度θｉｎ＝−５°で入射している。格子壁面部との相対角度は−１０°となる。 The light ray 1 which is incident from the upper side in the drawing is incident at an oblique incident angle θin=−5° with respect to the surface normal of the envelope surface that connects the grating tips of the diffraction grating. The relative angle with the wall surface of the lattice is −10°.

図５に、光線１における出射角度と回折効率の関係を示す。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける回折効率をしめしており、図５（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 FIG. 5 shows the relationship between the emission angle of the light beam 1 and the diffraction efficiency. 5(a), 5(b), and 5(c) show the diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 5(d) shows the average luminance Y at 450 nm, 550 nm, and 650 nm. It shows the diffraction efficiency.

グラフ横軸の出射角度は、前述した像面出射方向（回折格子の格子先端を連ねた包絡面の面法線に対して約５．２度で出射する方向）を０度としたときの出射角度である。 The emission angle on the horizontal axis of the graph is the emission when the above-mentioned image plane emission direction (the direction of emission at about 5.2 degrees with respect to the surface normal to the envelope surface that connects the grating tips of the diffraction grating) is 0 degree. It is an angle.

また、輝度Ｙは、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長において同じ出射角度となる次数の回折効率をそれぞれηＢ、ηＧ、ηＲとしたとき、 Further, the luminance Y is defined as ηB, ηG, and ηR, which are diffraction efficiencies of orders having the same emission angle at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively.

で与えられる。 Given in.

また、比較例として、図３と同様の回折格子構成で、誘電体薄膜に吸収がない回折格子についても同様のＲＣＷＡによる回折効率の計算を行った。 As a comparative example, the same diffraction efficiency calculation by RCWA was performed for a diffraction grating having the same diffraction grating structure as that shown in FIG. 3 and having no absorption in the dielectric thin film.

図６に、比較例の回折格子の、光線１における出射角度と回折効率の関係を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける回折効率をしめしており、図６（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 FIG. 6 shows the relationship between the emission angle of the light beam 1 and the diffraction efficiency of the diffraction grating of the comparative example. 6(a), 6(b), and 6(c) show the diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 6(d) shows the average luminance Y at 450 nm, 550 nm, and 650 nm. It shows the diffraction efficiency.

比較例の回折光学素子においては、中心波長５５０ｎｍにおいては図６（ｂ）に示すように、像面方向（０度方向）のフレアが良好に抑えられている。 In the diffractive optical element of the comparative example, flare in the image plane direction (0 degree direction) is favorably suppressed at the center wavelength of 550 nm, as shown in FIG. 6B.

しかしながら、４５０ｎｍにおける回折効率を示す図６（ａ）や６５０ｎｍにおける回折効率を示す図６（ｃ）から分かるように、Ｐｍが所望の値からずれた波長域では、像面方向（０度方向）の不要光が増大してしまっている。その結果、輝度値Ｙも増加し、像面方向に不要光が多く到達してしまう。 However, as can be seen from FIG. 6A showing the diffraction efficiency at 450 nm and FIG. 6C showing the diffraction efficiency at 650 nm, in the wavelength range in which Pm deviates from the desired value, the image plane direction (0 degree direction) The unnecessary light of is increasing. As a result, the brightness value Y also increases, and a large amount of unnecessary light reaches the image plane direction.

それに対し、本実施例１の構成においては、壁面部の誘電体薄膜に長波長側で吸収を持つ材料を用いたことで図５（ｃ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた６５０ｎｍの波長域においても、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 On the other hand, in the configuration of the first embodiment, since the dielectric thin film on the wall surface is made of a material having absorption on the long wavelength side, as shown in FIG. Unwanted light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed even in the shifted wavelength range of 650 nm.

その結果、図５（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて大幅に低減できている。 As a result, as shown in FIG. 5D, the brightness value Y of the unnecessary light in the image plane direction can be significantly reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

また、実施例１の回折光学素子は壁面部のみに誘電体薄膜を設ける構成としたが、例えば図７に示すように、格子斜面部にも同様の誘電体薄膜１０ａを設けても同様のフレア低減効果が得られる。 Further, the diffractive optical element of the first embodiment has a structure in which the dielectric thin film is provided only on the wall surface portion. However, as shown in FIG. A reduction effect can be obtained.

図７に示すような構成の場合、壁面部に選択的に誘電体薄膜を設ける必要が無くなるため、製造容易な回折光学素子となり好ましい。 In the case of the configuration as shown in FIG. 7, it is not necessary to selectively provide the dielectric thin film on the wall surface portion, so that the diffractive optical element is easy to manufacture, which is preferable.

しかし、斜面部に誘電体薄膜を設けた場合、回折光学素子を通る光線の透過率が減少してしまうため、誘電体薄膜による吸収は大きすぎない値とするのが好ましい。 However, when the dielectric thin film is provided on the inclined surface portion, the transmittance of the light beam passing through the diffractive optical element decreases, so it is preferable that the absorption by the dielectric thin film is not too large.

具体的には、以下の条件式（１７）の範囲とするのが好ましい。 Specifically, it is preferable to set the range of conditional expression (17) below.

０．４＜ｗｆ×ｋｃ＜６．５ ・・・（１７）
式（１７）の下限値を下回ると、壁面部へ斜入射光が入射したときに発生する不要光を十分に抑制することができなくなる。式（１７）の上限値を上回ると、斜面部に誘電体薄膜を設けた際に透過率が下がってしまい好ましくない。 0.4<wf×kc<6.5 (17)
When the value goes below the lower limit of Expression (17), it becomes impossible to sufficiently suppress unnecessary light generated when obliquely incident light is incident on the wall surface portion. When the value exceeds the upper limit of Expression (17), the transmittance decreases when the dielectric thin film is provided on the slope portion, which is not preferable.

（１７）式は望ましくは以下の範囲とするのが良い。 The expression (17) is preferably set in the following range.

０．７＜ｗｆ×ｋｃ＜４．５ ・・・（１７ａ）
（１７）式はさらに望ましくは以下の範囲とするのが良い。 0.7<wf×kc<4.5 (17a)
The expression (17) is more preferably set in the following range.

０．９＜ｗｆ×ｋｃ＜３．５ ・・・（１７ｂ）
また、図６（ｂ）に示す比較例のＲＣＷＡの結果の通り、適切に誘電体薄膜を設計すれば、中心波長においては斜入射角度で壁面部に光線が入射した際の不要光は十分抑制されている。 0.9<wf×kc<3.5 (17b)
Further, as shown in the RCWA result of the comparative example shown in FIG. 6B, when the dielectric thin film is properly designed, unnecessary light when the light beam is incident on the wall surface portion at the oblique incidence angle at the center wavelength is sufficiently suppressed. Has been done.

そのため、中心波長においては壁面部誘電体薄膜の吸収を少なくして、中心からずれた波長における吸収を大きくすることが望ましい。 Therefore, it is desirable to reduce the absorption of the wall surface dielectric thin film at the central wavelength and increase the absorption at the wavelength deviated from the center.

本実施例の回折光学素子において、使用波長域内における消衰係数の平均値をｋａとしたとき、以下の条件式を満たすことがのぞましい。 In the diffractive optical element of the present example, it is desirable that the following conditional expression be satisfied when the average value of the extinction coefficient in the used wavelength range is ka.

１．０５＜ｋｃ／ｋａ＜７．０ ・・・（１８）
（１８）式は望ましくは以下の範囲とするのが良い。 1.05<kc/ka<7.0 (18)
The expression (18) is preferably set in the following range.

１．１＜ｋｃ／ｋａ＜４．５ ・・・（１８ａ）
以上の関係を満たす薄膜の材料、膜幅を適切に設定することによって、本発明の効果を得ることができるため、薄膜の材料は特に限定されない。 1.1<kc/ka<4.5 (18a)
The material of the thin film is not particularly limited because the effects of the present invention can be obtained by appropriately setting the material of the thin film and the film width that satisfy the above relationship.

また、薄膜１０の製造方法は特に限定されない。例えば、回折格子９を製造し、その後、薄膜１０を選択的に形成してもよい。 The method for manufacturing the thin film 10 is not particularly limited. For example, the diffraction grating 9 may be manufactured, and then the thin film 10 may be selectively formed.

具体的には、薄膜を構成する材料を真空蒸着等の物理蒸着手法やスピンコート法等で薄膜形状に成膜した後、リソグラフィー手法やナノインプリント法等によるによるパターニングしてエッチング手法等で選択的に形成する手法を用いることができる。 Specifically, the material forming the thin film is formed into a thin film shape by a physical vapor deposition method such as vacuum vapor deposition or a spin coating method, and then patterned by a lithography method or a nanoimprint method and selectively etched by an etching method or the like. Any method of forming can be used.

また、マスクパターンを用いて選択的に蒸着手法等で形成する方法等を用いることができる。さらに、回折光学素子の輪帯毎に薄膜の幅、屈折率、または形状を変えることによって輪帯毎に制御してもよい。 Further, a method of selectively forming by a vapor deposition method or the like using a mask pattern can be used. Further, the width, the refractive index, or the shape of the thin film may be changed for each ring zone of the diffractive optical element to control each ring zone.

いずれの製法においても、格子壁面部と格子斜面部の誘電体薄膜を同じ原材料とすることで、壁面部と斜面部を同時に形成することが可能になり、より簡素な製造方法となるため好ましい。 In any of the manufacturing methods, by using the same raw material for the dielectric thin films of the lattice wall surface portion and the lattice slant surface portion, the wall surface portion and the slant surface portion can be formed at the same time, which is a simpler manufacturing method, which is preferable.

実施例１の回折光学素子においては、壁面誘電体薄膜に中心波長よりも長波長において吸収が大きい材料を用いたが、本発明の効果はこれに限らない。 In the diffractive optical element of Example 1, a material having large absorption at a wavelength longer than the central wavelength was used for the wall surface dielectric thin film, but the effect of the present invention is not limited to this.

実施例２の回折光学素子は、実施例１と同様に図３に示すような構成となっており、第１の回折格子、第２の回折格子は実施例１の構成と同じ構成となっており、壁面部の誘電体薄膜の吸収特性を変えた構成となっている。 The diffractive optical element of Example 2 has the same configuration as that of Example 1 as shown in FIG. 3, and the first diffraction grating and the second diffraction grating have the same configuration as that of Example 1. The absorption characteristics of the dielectric thin film on the wall surface are changed.

実施例２の回折光学素子の格子壁面上の誘電体薄膜１０は、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．７４６０、第２波長４５０ｎｍにおける屈折率は１．７６３０であり、膜厚は１０６ｎｍである。誘電体薄膜は可視域で吸収を持っており、短波長で吸収が大きい材料を用いている。図８に消衰係数の波長分布を示す。 The dielectric thin film 10 on the grating wall surface of the diffractive optical element of Example 2 has a refractive index of 1.7460 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 1.7630 at a second wavelength of 450 nm, and a film thickness of 106 nm. The dielectric thin film has absorption in the visible range and uses a material having large absorption at short wavelengths. FIG. 8 shows the wavelength distribution of the extinction coefficient.

第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．０００２、第２波長４５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．０２１９であり、条件式（１３）を満たす構成となっている。 The extinction coefficient kd=0.0002 at the first wavelength of 550 nm and the extinction coefficient kc=0.0219 at the second wavelength of 450 nm, and the conditional expression (13) is satisfied.

短波長側に吸収を持った特性の誘電体薄膜を作成するためには、例えば、各種酸化物の誘電体薄膜に、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）や染料などを添加することで得ることができる。 In order to create a dielectric thin film having a characteristic of having absorption on the short wavelength side, for example, it can be obtained by adding tantalum oxide (TaOx) or a dye to a dielectric thin film of various oxides.

図３の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度θｉｎ＝−５°（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った結果を図９（ａ）〜図９（ｄ）に示す。 The RCWA calculation is performed at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm for a light ray (ray 1 in the figure) that is incident on the grating wall surface of the diffraction grating of FIG. 3 at an oblique incident angle θin=−5° (outside-screen light incident angle). The results of the above are shown in FIGS. 9(a) to 9(d).

図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける出射角度と回折効率の関係を示しており、図９（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 9(a), 9(b), and 9(c) show the relationship between the emission angle and the diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 9(d) shows 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Shows the diffraction efficiency of the average luminance Y.

図９（ａ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた波長域（４５０ｎｍ）においても、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 As shown in FIG. 9A, unnecessary light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed even in the wavelength range (450 nm) in which the value of Pm deviates from the desired value.

その結果、図９（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて低減できている。 As a result, as shown in FIG. 9D, the luminance value Y of the unnecessary light in the image plane direction can also be reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

ここで、図５（ｄ）に示す実施例１の結果と、図９（ｄ）に示す実施例２の結果を比較すると、実施例１の回折光学素子の方が像面方向の不要光を、より低減出来ている事が分かる。これは短波長側の被視感度が低いことに起因する。 Here, comparing the results of Example 1 shown in FIG. 5D with the results of Example 2 shown in FIG. 9D, the diffractive optical element of Example 1 produces unnecessary light in the image plane direction. , You can see that it has been reduced more. This is because the visibility on the short wavelength side is low.

そのため、誘電体薄膜に吸収を有する際には中心波長よりも長波長側に優先的に吸収をもたせることが望ましい。すなわち、本実施例の回折光学素子において、第２波長λ２が中間波長λ１よりも長波長となる構成とすることが望ましい。 Therefore, when the dielectric thin film has absorption, it is desirable to give absorption preferentially to the longer wavelength side than the central wavelength. That is, in the diffractive optical element of the present embodiment, it is desirable that the second wavelength λ2 has a longer wavelength than the intermediate wavelength λ1.

実施例１及び２の回折光学素子においては、壁面部の誘電体薄膜が１つの材料から構成されていたが、本発明の効果はこれに限らない。 In the diffractive optical elements of Examples 1 and 2, the dielectric thin film on the wall surface portion was made of one material, but the effect of the present invention is not limited to this.

実施例３の回折光学素子の部分断面図を図１０に示す。図１０は実施例１同様に図１の回折光学素子をＡ−Ａ’線で切断したときの断面形状の一部を拡大して示している。但し、図１０は格子深さ方向にかなりデフォルメされた図となっている。 A partial sectional view of the diffractive optical element of Example 3 is shown in FIG. FIG. 10 is an enlarged view of a part of the cross-sectional shape of the diffractive optical element of FIG. 1 taken along the line A-A′, as in the first embodiment. However, FIG. 10 is a diagram considerably deformed in the lattice depth direction.

実施例３の回折光学素子は、第１の回折格子、第２の回折格子は実施例１の構成と同じ構成となっており、壁面部の誘電体薄膜を変えた構成となっている。 The diffractive optical element of Example 3 has the same configuration as that of Example 1 for the first diffraction grating and the second diffraction grating, but has a configuration in which the dielectric thin film on the wall surface portion is changed.

実施例３の回折光学素子においては、誘電体薄膜１０と誘電体薄膜１１が共に壁面部に密着積層されており、誘電体薄膜１０は第１の回折格子８と密着しており、誘電体薄膜１１は第２の回折格子９と密着している。 In the diffractive optical element of Example 3, both the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 are closely laminated on the wall surface portion, and the dielectric thin film 10 is closely adhered to the first diffraction grating 8 and the dielectric thin film is formed. Reference numeral 11 is in close contact with the second diffraction grating 9.

誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１共に第１の回折格子８の屈折率よりも高い屈折率を有した材料であり、誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１全体で光導波路効果を有し、壁面部に斜入射光束が入射した際の不要光を低減可能な構成となっている。 Both the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 are materials having a refractive index higher than that of the first diffraction grating 8, and the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 as a whole have an optical waveguide effect and a wall surface. It is possible to reduce unnecessary light when the obliquely incident light beam enters the portion.

さらに、誘電体薄膜１０を使用波長域内で吸収を持つ材料としており、さらには長波長側の吸収が大きい材料を用いている。 Further, the dielectric thin film 10 is made of a material having absorption in the used wavelength range, and further, a material having large absorption on the long wavelength side is used.

誘電体薄膜１０は、Ｔｉ酸化物からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は２．０４１６、第２波長６５０ｎｍにおける屈折率は２．０２０２であり、膜厚は９．１ｎｍである。誘電体薄膜１０は可視域で吸収を持っており、長波長で吸収が大きい材料を用いている。 The dielectric thin film 10 is made of Ti oxide, has a refractive index of 2.0416 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 2.0202 at a second wavelength of 650 nm, and a film thickness of 9.1 nm. The dielectric thin film 10 uses a material that has absorption in the visible region and has large absorption at long wavelengths.

第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．１２１、第２波長６５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．１９１である。 The extinction coefficient kd=0.121 at the first wavelength 550 nm and the extinction coefficient kc=0.191 at the second wavelength 650 nm.

誘電体薄膜１１は、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合材料の薄膜からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．７４６０であり、第２波長６５０ｎｍにおける屈折率は１．７３６２、膜厚は７０．４ｎｍである。誘電体薄膜１１は可視域で実質的に吸収が無い材料である。 The dielectric thin film 11 is made of a thin film of a mixed material of Al2O3 and ZrO2, has a refractive index of 1.7460 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 1.7362 at a second wavelength of 650 nm, and a film thickness of 70.4 nm. The dielectric thin film 11 is a material having substantially no absorption in the visible region.

壁面部の誘電体薄膜が多層構造からなる場合、壁面部に斜入射光束が入射した際の不要光の振る舞いは、壁面誘電体薄膜の平均屈折率及び平均消衰係数に依存する。 When the dielectric thin film on the wall surface has a multi-layered structure, the behavior of unnecessary light when the obliquely incident light flux enters the wall surface depends on the average refractive index and the average extinction coefficient of the wall dielectric thin film.

平均屈折率Ｎａｖｅとは、各層の誘電体薄膜の屈折率をＮｉ、膜厚をｗｉとしたとき、以下の式で表わされる。 The average refractive index N ave is represented by the following formula, where Ni is the refractive index of the dielectric thin film of each layer and wi is the film thickness.

同様に、平均消衰係数ｋａｖｅも各層の誘電体薄膜の消衰係数をｋｉとしたとき、 Similarly, the average extinction coefficient k ave is also the extinction coefficient ki of the dielectric thin film of each layer,

で表わされる。 It is represented by.

図１１に実施例３の壁面誘電体薄膜１０及び壁面誘電体薄膜１１の消衰係数と、壁面部全体の平均消衰係数の波長分布を示す。 FIG. 11 shows the wavelength distribution of the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10 and the wall surface dielectric thin film 11 of Example 3 and the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

図１１中において、破線は壁面誘電体薄膜１１の消衰係数、一点鎖線は壁面誘電体薄膜１０の消衰係数、実線は壁面部全体の平均消衰係数を示す。 In FIG. 11, the broken line indicates the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 11, the dashed line indicates the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10, and the solid line indicates the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

第１波長５５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｄ＝０．０１３９、第２波長６５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｃ＝０．０２１９であり、条件式（１３）を満たす構成となっている。 The average extinction coefficient kd=0.139 at the first wavelength 550 nm and the average extinction coefficient kc=0.0219 at the second wavelength 650 nm, and the conditional expression (13) is satisfied.

図１０の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度θｉｎ＝−５°（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った結果を図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示す。 The RCWA calculation is performed at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm in a light ray (ray 1 in the figure) that is incident on the grating wall surface of the diffraction grating in FIG. 10 at an oblique incident angle θin=−5° (outside screen incident angle) The results of the above are shown in FIGS. 12(a) to 12(d).

図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける出射角度と回折効率の関係を示しており、図１２（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 12(a), 12(b), and 12(c) show the relationship between the emission angle and diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, and FIG. 12(d) shows 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Shows the diffraction efficiency of the average luminance Y.

図１２（ｃ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた波長域（６５０ｎｍ）においても、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 As shown in FIG. 12C, unnecessary light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed even in the wavelength range (650 nm) in which the value of Pm deviates from the desired value.

その結果、図１２（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて低減できている。 As a result, as shown in FIG. 12D, the brightness value Y of the unnecessary light in the image plane direction can be reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

実施例４の回折光学素子の部分断面図を図１３に示す。図１３は実施例１同様に図１の回折光学素子をＡ−Ａ’線で切断したときの断面形状の一部を拡大して示している。但し、図１３は格子深さ方向にかなりデフォルメされた図となっている。 A partial sectional view of the diffractive optical element of Example 4 is shown in FIG. FIG. 13 is an enlarged view of a part of the cross-sectional shape of the diffractive optical element of FIG. 1 taken along the line A-A′, as in the first embodiment. However, FIG. 13 is a diagram considerably deformed in the lattice depth direction.

実施例４の回折光学素子は、第１の回折格子、第２の回折格子は実施例１の構成と同じ構成となっており、壁面部の誘電体薄膜を変えた構成となっている。 The diffractive optical element of Example 4 has the same configuration as that of Example 1 for the first diffraction grating and the second diffraction grating, but has a configuration in which the dielectric thin film on the wall surface portion is changed.

実施例４の回折光学素子においては、誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１、誘電体薄膜１２が共に壁面部に密着積層されており、誘電体薄膜１０は第１の回折格子８と密着しており、誘電体薄膜１２は第２の回折格子９と密着している。 In the diffractive optical element of Example 4, the dielectric thin film 10, the dielectric thin film 11, and the dielectric thin film 12 are all laminated in close contact with the wall surface portion, and the dielectric thin film 10 is in close contact with the first diffraction grating 8. The dielectric thin film 12 is in close contact with the second diffraction grating 9.

実施例４の誘電体薄膜１０及び誘電体薄膜１２は同一材料であり、実施例３の回折光学素子の誘電体薄膜１１と同じ材料であり、誘電体薄膜１０及び誘電体薄膜１２の厚さの合計が実施例３の回折光学素子の誘電体薄膜１１と同じ厚さになるよう構成されている。 The dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 12 of the fourth embodiment are made of the same material, and the same material as the dielectric thin film 11 of the diffractive optical element of the third embodiment. The total thickness is the same as that of the dielectric thin film 11 of the diffractive optical element of the third embodiment.

実施例４の誘電体薄膜１１は実施例３の回折光学素子の誘電体薄膜１０と同一の材料で、Ｔｉ酸化物からなり使用波長域で吸収を持った材料であり、かつ、膜厚も実施例３の膜厚と同じである。 The dielectric thin film 11 of the fourth embodiment is the same material as the dielectric thin film 10 of the diffractive optical element of the third embodiment, is made of Ti oxide and has absorption in the used wavelength range, and has the same thickness. It is the same as the film thickness of Example 3.

すなわち、壁面部誘電体薄膜全体の平均屈折率と平均消衰係数が実施例３と同じであり、吸収を持った材料の配置を変えた構成となっている。 That is, the average dielectric index and the average extinction coefficient of the entire wall surface dielectric thin film are the same as in Example 3, and the arrangement of the absorbing material is changed.

具体的には、実施例４の誘電体薄膜１０の厚さは４１．０ｎｍ、誘電体薄膜１２の厚さは２９．４ｎｍである。吸収を有した誘電体薄膜１１の膜厚は９．１ｎｍである。 Specifically, the dielectric thin film 10 of Example 4 has a thickness of 41.0 nm, and the dielectric thin film 12 has a thickness of 29.4 nm. The film thickness of the dielectric thin film 11 having absorption is 9.1 nm.

図１３の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度θｉｎ＝−５°（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った結果を図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示す。 The RCWA calculation is performed at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm in a light ray (ray 1 in the figure) that is incident on the grating wall surface of the diffraction grating in FIG. The results of the above are shown in FIGS. 14(a) to 14(d).

図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける出射角度と回折効率の関係を示しており、図１４（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 14(a), 14(b), and 14(c) show the relationship between the emission angle and diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 14(d) shows 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Shows the diffraction efficiency of the average luminance Y.

図１４（ｃ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた波長域（６５０ｎｍ）においても、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 As shown in FIG. 14C, unnecessary light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed even in the wavelength range (650 nm) in which the value of Pm deviates from the desired value.

その結果、図１４（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて低減できている。 As a result, as shown in FIG. 14D, the luminance value Y of the unnecessary light in the image plane direction can also be reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

ここで、実施例３の回折光学素子と実施例４の回折光学素子における、像面方向の不要光輝度値Ｙを比較してみると、図１２（ｄ）に示す実施例３の回折光学素子の不要光輝度値の方が小さいことが分かる。 Here, comparing the unnecessary light luminance value Y in the image plane direction between the diffractive optical element of Example 3 and the diffractive optical element of Example 4, the diffractive optical element of Example 3 shown in FIG. It can be seen that the unnecessary light luminance value of is smaller.

すなわち、壁面部の誘電体薄膜を多層構造とした場合、第２の回折格子よりも屈折率が高い第１の回折格子に近い方に消衰係数が大きい材料層を配置した方が、より効果的に像面方向の不要光を抑制出来ることが分かる。 That is, when the dielectric thin film on the wall surface has a multi-layer structure, it is more effective to dispose a material layer having a large extinction coefficient closer to the first diffraction grating having a higher refractive index than the second diffraction grating. It can be seen that unnecessary light in the image plane direction can be suppressed.

具体的には、格子壁面上の誘電体薄膜内の第１の回折格子側の端点を０、第２の回折格子側の端点を１としたとき、格子壁面上の誘電体薄膜内の消衰係数の重心位置ｘｋが以下の条件式を満たすことが望ましい。 Specifically, when the end point on the side of the first diffraction grating in the dielectric thin film on the grating wall surface is 0 and the end point on the side of the second diffraction grating is 1, the extinction in the dielectric thin film on the wall surface of the grating is performed. It is desirable that the barycentric position xk of the coefficient satisfies the following conditional expression.

０＜ｘｋ＜０．６ ・・・（２０）
ここで、重心位置ｘｋとは、各層の誘電体薄膜の位置ｘ（０〜１．０）における消衰係数をｋ（ｘ）としたとき、以下の式で表わされる。 0<xk<0.6 (20)
Here, the barycentric position xk is represented by the following equation, where the extinction coefficient at the position x (0 to 1.0) of the dielectric thin film of each layer is k(x).

実施例５の回折光学素子は、実施例３と同様に図１０に示すような構成となっており、第１の回折格子、第２の回折格子は実施例１の構成と同じ構成となっており、壁面部の誘電体薄膜を変えた構成となっている。 The diffractive optical element of Example 5 has a configuration as shown in FIG. 10 similarly to Example 3, and the first diffraction grating and the second diffraction grating have the same configuration as that of Example 1. In this structure, the dielectric thin film on the wall surface is changed.

誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１共に第１の回折格子８の屈折率よりも高い屈折率を有した材料であり、誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１全体で光導波路効果を有し、壁面部に斜入射光束が入射した際の不要光を低減可能な構成となっている。 Both the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 are materials having a refractive index higher than that of the first diffraction grating 8, and the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 as a whole have an optical waveguide effect and a wall surface. It is possible to reduce unnecessary light when the obliquely incident light beam enters the portion.

さらに、誘電体薄膜１０を使用波長域内で吸収を持つ材料としており、さらには短波長側の吸収が大きい材料を用いている。 Further, the dielectric thin film 10 is made of a material having absorption in the used wavelength range, and further, a material having a large absorption on the short wavelength side is used.

誘電体薄膜１０は、Ｔａ酸化物からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は２．２２８７、第２波長４５０ｎｍにおける屈折率は２．１８８０であり、膜厚は５．７ｎｍである。誘電体薄膜１０は可視域で吸収を持っており、短波長で吸収が大きい材料を用いている。 The dielectric thin film 10 is made of Ta oxide, has a refractive index of 2.2287 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 2.1880 at a second wavelength of 450 nm, and a thickness of 5.7 nm. The dielectric thin film 10 uses a material that has absorption in the visible region and has large absorption at short wavelengths.

誘電体薄膜１０の第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．１８０、第２波長４５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．２０４である。 The extinction coefficient kd=0.180 of the dielectric thin film 10 at the first wavelength 550 nm and the extinction coefficient kc=0.204 at the second wavelength 450 nm.

誘電体薄膜１１は、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合材料の薄膜からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．７４６０、第２波長４５０ｎｍにおける屈折率は１．７６３０であり、膜厚は６６．６ｎｍである。誘電体薄膜１１は可視域で実質的に吸収が無い材料である。 The dielectric thin film 11 is made of a thin film of a mixed material of Al2O3 and ZrO2, has a refractive index of 1.7460 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 1.7630 at a second wavelength of 450 nm, and a film thickness of 66.6 nm. The dielectric thin film 11 is a material having substantially no absorption in the visible region.

図１５に実施例５の壁面誘電体薄膜１０及び壁面誘電体薄膜１１の消衰係数と、壁面部全体の平均消衰係数の波長分布を示す。 FIG. 15 shows the wavelength distribution of the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10 and the wall surface dielectric thin film 11 of Example 5 and the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

図１５中において、破線は壁面誘電体薄膜１１の消衰係数、一点鎖線は壁面誘電体薄膜１０の消衰係数、実線は壁面部全体の平均消衰係数を示す。 In FIG. 15, the broken line shows the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 11, the dashed line shows the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10, and the solid line shows the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

第１波長５５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｄ＝０．０１４３、第２波長４５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｃ＝０．０１６１であり、条件式（１３）を満たす構成となっている。 The average extinction coefficient kd=0.0143 at the first wavelength 550 nm and the average extinction coefficient kc=0.0161 at the second wavelength 450 nm, which satisfy the conditional expression (13).

実施例５の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度θｉｎ＝−５°（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った結果を図１６（ａ）〜図１６（ｄ）に示す。 In the ray (ray 1 in the figure) incident on the grating wall surface of the diffraction grating of Example 5 at an oblique incident angle θin=−5° (outside screen incident angle), RCWA is obtained at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm. The calculation results are shown in FIGS. 16(a) to 16(d).

図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける出射角度と回折効率の関係を示しており、図１６（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 16(a), 16(b), and 16(c) show the relationship between the emission angle and diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 16(d) shows 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Shows the diffraction efficiency of the average luminance Y.

図１６（ａ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた波長域（４５０ｎｍ）においても、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 As shown in FIG. 16A, unnecessary light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed even in the wavelength range (450 nm) in which the value of Pm deviates from the desired value.

その結果、図１６（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて低減できている。 As a result, as shown in FIG. 16D, the luminance value Y of the unnecessary light in the image plane direction can be reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

実施例６の回折光学素子は、実施例３と同様に図１０に示すような構成となっており、第１の回折格子、第２の回折格子は実施例１の構成と同じ構成となっており、壁面部の誘電体薄膜を変えた構成となっている。 The diffractive optical element of Example 6 has the same configuration as that of Example 3 as shown in FIG. 10, and the first diffraction grating and the second diffraction grating have the same configuration as that of Example 1. In this structure, the dielectric thin film on the wall surface is changed.

誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１共に第１の回折格子８の屈折率よりも高い屈折率を有した材料であり、誘電体薄膜１０、誘電体薄膜１１全体で光導波路効果を有し、壁面部に斜入射光束が入射した際の不要光を低減可能な構成となっている。 Both the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 are materials having a refractive index higher than that of the first diffraction grating 8, and the dielectric thin film 10 and the dielectric thin film 11 as a whole have an optical waveguide effect and a wall surface. It is possible to reduce unnecessary light when the obliquely incident light beam enters the portion.

さらに、誘電体薄膜１０を使用波長域内で吸収を持つ材料としており、さらには短波長側の吸収が大きい材料を用いている。誘電体薄膜１１も使用波長域内で吸収を持つ材料としており、さらには長波長側の吸収が大きい材料を用いている。 Further, the dielectric thin film 10 is made of a material having absorption in the used wavelength range, and further, a material having a large absorption on the short wavelength side is used. The dielectric thin film 11 is also made of a material having absorption in the used wavelength range, and further, a material having large absorption on the long wavelength side is used.

誘電体薄膜１０は、Ｔａ酸化物からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は２．２２８７、波長４５０ｎｍにおける屈折率は２．１８８０、波長６５０ｎｍにおける屈折率は２．２５２３であり、膜厚は６．７ｎｍである。誘電体薄膜１０は可視域で吸収を持っており、短波長で吸収が大きい材料を用いている。 The dielectric thin film 10 is made of Ta oxide, has a refractive index of 2.2287 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 2.1880 at a wavelength of 450 nm, a 2.2523 at a wavelength of 650 nm, and a thickness of 6.7 nm. Is. The dielectric thin film 10 uses a material that has absorption in the visible region and has large absorption at short wavelengths.

誘電体薄膜１０は、第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．１８０、波長４５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．２０４、波長６５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．１４６である。 The dielectric thin film 10 has an extinction coefficient kd=0.180 at a first wavelength of 550 nm, an extinction coefficient kc=0.204 at a wavelength of 450 nm, and an extinction coefficient kc=0.146 at a wavelength of 650 nm.

誘電体薄膜１１は、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合材料の薄膜からなり、波長５５０ｎｍにおける屈折率は１．７４６０、波長４５０ｎｍにおける屈折率は１．７６３０、波長６５０ｎｍにおける屈折率は１．７３６２であり、膜厚は６８．３ｎｍである。 The dielectric thin film 11 is composed of a thin film of a mixed material of Al2O3 and ZrO2, has a refractive index of 1.7460 at a wavelength of 550 nm, a refractive index of 1.7630 at a wavelength of 450 nm, and a refractive index of 1.7362 at a wavelength of 650 nm. The thickness is 68.3 nm.

誘電体薄膜１１は、第１波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋｄ＝０．００１０、波長４５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．０００１、波長６５０ｎｍにおける消衰係数ｋｃ＝０．０２１９である。 The dielectric thin film 11 has an extinction coefficient kd=0.010 at a first wavelength of 550 nm, an extinction coefficient kc=0.0001 at a wavelength of 450 nm, and an extinction coefficient kc=0.0219 at a wavelength of 650 nm.

図１７に実施例６の壁面誘電体薄膜１０及び壁面誘電体薄膜１１の消衰係数と、壁面部全体の平均消衰係数の波長分布を示す。 FIG. 17 shows the wavelength distribution of the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10 and the wall surface dielectric thin film 11 of Example 6 and the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

図１７中において、破線は壁面誘電体薄膜１１の消衰係数、一点鎖線は壁面誘電体薄膜１０の消衰係数、実線は壁面部全体の平均消衰係数を示す。 In FIG. 17, the broken line shows the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 11, the dashed line shows the extinction coefficient of the wall surface dielectric thin film 10, and the solid line shows the average extinction coefficient of the entire wall surface portion.

図１７に示すように、壁面部全体の平均消衰係数においては長波長側の吸収が大きい構成となっている。実施例６の回折光学素子においては、第２波長は６５０ｎｍである。 As shown in FIG. 17, the long-wavelength side absorption is large in the average extinction coefficient of the entire wall surface portion. In the diffractive optical element of Example 6, the second wavelength is 650 nm.

第１波長５５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｄ＝０．０１７２、第２波長６５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｃ＝０．０３３０であり、条件式（１３）を満たす構成となっている。さらに実施例６においては、波長４５０ｎｍにおける平均消衰係数ｋｃ＝０．０１８４となっており、複数の波長において中心波長よりも消衰係数が大きい構成となっている。 The average extinction coefficient kd=0.172 at the first wavelength 550 nm and the average extinction coefficient kc=0.0330 at the second wavelength 650 nm, and the conditional expression (13) is satisfied. Further, in Example 6, the average extinction coefficient kc=0.184 at a wavelength of 450 nm, and the extinction coefficient is larger than the central wavelength at a plurality of wavelengths.

実施例６の回折格子の格子壁面に対し、斜入射角度θｉｎ＝−５°（画面外光入射角度）で入射した光線（図中光線１）において、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの３つの波長においてＲＣＷＡ計算を行った結果を図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示す。 In the ray (ray 1 in the figure) incident on the grating wall surface of the diffraction grating of Example 6 at an oblique incident angle θin=−5° (outside screen incident angle), RCWA is obtained at three wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm. The calculated results are shown in FIGS. 18(a) to 18(d).

図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１８（ｃ）はそれぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける出射角度と回折効率の関係を示しており、図１８（ｄ）は、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの平均輝度Ｙの回折効率をしめしている。 18(a), 18(b), and 18(c) show the relationship between the emission angle and diffraction efficiency at 450 nm, 550 nm, and 650 nm, respectively, and FIG. 18(d) shows 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Shows the diffraction efficiency of the average luminance Y.

図１８（ａ）、図１８（ｃ）に示すように、Ｐｍの値が所望の値からずれた波長域（４５０ｎｍ、６５０ｎｍ）共に、像面方向（０度方向）の不要光を抑制できている。 As shown in FIGS. 18A and 18C, unnecessary light in the image plane direction (0 degree direction) can be suppressed in both wavelength regions (450 nm and 650 nm) in which the value of Pm deviates from the desired value. There is.

その結果、図１８（ｄ）に示すように、像面方向の不要光の輝度値Ｙも図６（ｄ）に示す比較例の値に比べて大幅に低減できている。 As a result, as shown in FIG. 18D, the brightness value Y of the unnecessary light in the image plane direction can be significantly reduced as compared with the value of the comparative example shown in FIG. 6D.

以下の表１に、各実施例１〜６の回折光学素子の、各条件式に対応した値を示す。 Table 1 below shows values corresponding to each conditional expression of the diffractive optical elements of Examples 1 to 6.

次に、実施例７の光学系について説明する。屈折光学素子と回折光学素子を共に用いることで、光学系の色収差を低減することができることが知られている。本実施例の光学系も、回折光学素子によって色収差を低減している。本実施例の光学系は、例えば撮像装置の光学系として用いることができる。 Next, the optical system of Example 7 will be described. It is known that chromatic aberration of an optical system can be reduced by using both a refractive optical element and a diffractive optical element. Also in the optical system of the present embodiment, the chromatic aberration is reduced by the diffractive optical element. The optical system of this embodiment can be used, for example, as an optical system of an imaging device.

図１９に本実施例の光学系１００を示す。本実施例の光学系１００は、複数の光学素子１０１を有している。複数の光学素子１０１のうちの１つは回折光学素子１となっており、その他は屈折光学素子（レンズ）となっている。 FIG. 19 shows an optical system 100 of this example. The optical system 100 of this embodiment has a plurality of optical elements 101. One of the plurality of optical elements 101 is the diffractive optical element 1, and the other is the refractive optical element (lens).

本実施例における回折光学素子１は、上述した実施例１乃至６のいずれかと同様の特性を有している。また、図１９において１０２は絞り、１０３は結像面を表している。 The diffractive optical element 1 according to the present embodiment has the same characteristics as those of any of the above-described Embodiments 1 to 6. Further, in FIG. 19, reference numeral 102 denotes a diaphragm, and 103 denotes an image plane.

実施例１乃至６で述べたように、回折光学素子１では広い波長域において斜入射光束による格子壁面部からの不要光を低減している。これによって、回折光学素子１に起因したフレアやゴーストの発生を低減することができる。これによって、高品位な像を得ることができる。 As described in Examples 1 to 6, the diffractive optical element 1 reduces unnecessary light from the grating wall surface portion due to the obliquely incident light flux in a wide wavelength range. As a result, it is possible to reduce the occurrence of flares and ghosts due to the diffractive optical element 1. Thereby, a high-quality image can be obtained.

なお、本実施例では、絞り１０２の近傍に配置された平板ガラスに回折光学素子１を設けているが、本発明はこれに限定されない。回折光学素子１をレンズの凹面又は凸面上に設けてもよい。また、本実施例では光学系１００が１つの回折光学素子１を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。光学系１００は複数の回折光学素子を有していても良い。 In the present embodiment, the diffractive optical element 1 is provided on the flat glass arranged near the diaphragm 102, but the present invention is not limited to this. The diffractive optical element 1 may be provided on the concave surface or the convex surface of the lens. Further, although the case where the optical system 100 has one diffractive optical element 1 has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this. The optical system 100 may have a plurality of diffractive optical elements.

次に、実施例８の光学系について説明する。本実施例の光学系は、例えば双眼鏡の光学
系として用いることができる。 Next, the optical system of Example 8 will be described. The optical system of this embodiment can be used as an optical system of binoculars, for example.

図２０に本実施例の光学系２００を示す。本実施例の光学系２００は、対物レンズ部２０１と、プリズム２０５と、接眼レンズ部２０６を有する。２０７は瞳面である。 FIG. 20 shows an optical system 200 of this example. The optical system 200 of this embodiment includes an objective lens section 201, a prism 205, and an eyepiece lens section 206. 207 is a pupil plane.

対物レンズ部２０１は、屈折光学素子（レンズ）と回折光学素子１を有する。これによって結像面２０３における色収差を低減している。本実施例における回折光学素子１は、上述した実施例１乃至６のいずれかと同様の特性を有している。 The objective lens unit 201 has a refractive optical element (lens) and a diffractive optical element 1. This reduces chromatic aberration on the image plane 203. The diffractive optical element 1 according to the present embodiment has the same characteristics as those of any of the above-described Embodiments 1 to 6.

実施例１乃至６で述べたように、回折光学素子１では広い波長域において斜入射光束による格子壁面部からの不要光を低減している。これによって、回折光学素子１に起因したフレアやゴーストの発生を低減することができる。これによって、本実施例の光学系２００においても高品位な像を得ることができる。 As described in Examples 1 to 6, the diffractive optical element 1 reduces unnecessary light from the grating wall surface portion due to the obliquely incident light flux in a wide wavelength range. As a result, it is possible to reduce the occurrence of flares and ghosts due to the diffractive optical element 1. As a result, a high-quality image can be obtained even in the optical system 200 of this embodiment.

なお、本実施例では、対物レンズ部２０１に配置された平板ガラスに回折光学素子１を設けているが、本発明はこれに限定されない。回折光学素子１をレンズの凹面又は凸面上に設けてもよい。また、本実施例では光学系２００が１つの回折光学素子１を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。光学系２００は複数の回折光学素子を有していても良い。 In the present embodiment, the diffractive optical element 1 is provided on the flat glass arranged in the objective lens section 201, but the present invention is not limited to this. The diffractive optical element 1 may be provided on the concave surface or the convex surface of the lens. Further, although the case where the optical system 200 has one diffractive optical element 1 has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this. The optical system 200 may have a plurality of diffractive optical elements.

また、本実施例では、対物レンズ部２０１に回折光学素子１が配置されている場合について説明したが、プリズム２０５の表面や接眼レンズ２０６に回折光学素子１を配置しても良い。ただし、回折光学素子１を結像面２０３よりも物体側に設けることで、対物レンズ部２０１における色収差を低減することができるため、回折光学素子１は結像面２０３よりも物体側に設けることが好ましい。 Further, although the case where the diffractive optical element 1 is arranged in the objective lens unit 201 has been described in the present embodiment, the diffractive optical element 1 may be arranged in the surface of the prism 205 or the eyepiece 206. However, since the chromatic aberration in the objective lens unit 201 can be reduced by providing the diffractive optical element 1 on the object side of the image plane 203, the diffractive optical element 1 should be provided on the object side of the image plane 203. Is preferred.

また、本実施例では、双眼鏡の観察光学系について説明したが、本発明の回折光学素子は、望遠鏡等の光学系にも適用することができる。また、さらにはレンズシャッターカメラやビデオカメラなどの光学式ファインダにも適用することができる。 Further, although the observation optical system of the binoculars has been described in the present embodiment, the diffractive optical element of the present invention can be applied to an optical system such as a telescope. Further, it can also be applied to an optical viewfinder such as a lens shutter camera or a video camera.

次に実施例９の撮像装置について説明する。 Next, an image pickup apparatus according to the ninth embodiment will be described.

図２１は、本実施例の撮像装置としてのデジタルカメラ３００である。デジタルカメラ３００は、レンズ部３０１に前述した実施例７の光学系１００を有する。また、光学系１００の結像面１０３には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子３０３が、本体部３０２に配置される。 FIG. 21 shows a digital camera 300 as an image pickup apparatus of this embodiment. The digital camera 300 includes the optical system 100 of the seventh embodiment described above in the lens unit 301. Further, on the image forming surface 103 of the optical system 100, an image pickup device 303 such as a CCD or a CMOS sensor is arranged in the main body 302.

デジタルカメラ３００が光学系１００を有することで、フレアやゴーストの発生を低減した高品位な画像を得ることができる。 Since the digital camera 300 has the optical system 100, it is possible to obtain a high-quality image with reduced flare and ghost.

なお、図２１では、本体部３０２とレンズ部３０１が一体となった例を示しているが、撮像装置本体に対して着脱可能なレンズ装置に本発明を適用してもよい。このようなレンズ装置は、例えば一眼カメラ用の交換レンズとして用いられる。この場合、図２１は、光学系１００を有するレンズ装置３０１が撮像装置本体３０２に装着されている状態と見ることもできる。 Note that FIG. 21 shows an example in which the main body 302 and the lens 301 are integrated, but the present invention may be applied to a lens device that is attachable to and detachable from the imaging device main body. Such a lens device is used, for example, as an interchangeable lens for a single-lens camera. In this case, FIG. 21 can also be viewed as a state in which the lens device 301 having the optical system 100 is attached to the imaging device main body 302.

１ 回折光学素子、２ 第１の素子部、３ 第２の素子部、４ 第１の基板、
５ 第２の基板、６ 第１の格子ベース部、７ 第２の回折ベース部、
８ 第１の回折格子、９ 第２の回折格子、１０１ 撮影レンズ、
１０２ 開口絞り、１０３ 結像面 1 diffractive optical element, 2 first element section, 3 second element section, 4 first substrate,
5 second substrate, 6 first grating base portion, 7 second diffraction base portion,
8 first diffraction grating, 9 second diffraction grating, 101 photographing lens,
102 aperture stop, 103 image plane

Claims (9)

第１の格子面と第１の格子壁面を備えた第１の回折格子と、前記第１の回折格子の格子壁面に配置された誘電体薄膜、及び第２の格子面と第２の格子壁面を備えた第２の回折格子を有し、かつ、該第２の格子壁面が前記誘電体薄膜と接するように配置されており、回折格子の使用波長域の中間波長λ１における、前記第１、第２の回折格子の材料の屈折率をそれぞれｎ１ｅ、ｎ２ｅ、格子壁面上の誘電体薄膜の波長λ１における屈折率平均値をｎｈｅとし、かつ、格子壁面上の誘電体薄膜の波長λ１における平均消衰係数をｋｅ、波長λ１とは異なる第２波長λ２における格子壁面上の誘電体薄膜の平均消衰係数をｋｃとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
ｎ２ｅ＜ｎ１ｅ＜ｎｈｅ
ｋｅ＜ｋｃ A first diffraction grating having a first grating surface and a first grating wall surface, a dielectric thin film arranged on the grating wall surface of the first diffraction grating, and a second grating surface and a second grating wall surface. A second diffraction grating provided with the second grating wall, and the second grating wall surface is arranged so as to contact the dielectric thin film, and the first grating at the intermediate wavelength λ1 of the wavelength range used by the grating, The refractive indices of the materials of the second diffraction grating are n1e and n2e, the average value of the refractive index of the dielectric thin film on the grating wall surface at wavelength λ1 is nhe, and the average extinction of the dielectric thin film on the grating wall surface at wavelength λ1 is set. A diffractive optical element satisfying the following conditional expression, where ke is an extinction coefficient and kc is an average extinction coefficient of a dielectric thin film on a grating wall surface at a second wavelength λ2 different from the wavelength λ1.
n2e<n1e<nhe
ke<kc 前記回折光学素子の格子壁面上の誘電体薄膜の総厚をｗｆ（ｎｍ）としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
０．４＜ｗｆ×ｋｃ＜６．５ The diffractive optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied, where wf (nm) is the total thickness of the dielectric thin film on the grating wall surface of the diffractive optical element.
0.4<wf×kc<6.5 前記回折光学素子において、第２波長λ２における第１の回折格子の屈折率をｎ１ｃ、格子壁面上の誘電体薄膜の屈折率をｎｈｃとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
０．１＜｜｛（ｎｈｃ−ｎ１ｃ）×λ１｝／｛（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×λ２｝−１｜ In the diffractive optical element, when the refractive index of the first diffraction grating at the second wavelength λ2 is n1c and the refractive index of the dielectric thin film on the grating wall surface is nhc, the following conditional expressions are satisfied. Item 3. The diffractive optical element according to item 1 or 2.
0.1<|{(nhc-n1c)×λ1}/{(nhe-n1e)×λ2}-1| 前記回折光学素子において、第２波長λ２が中間波長λ１よりも長波長であるとこを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。 The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the second wavelength λ2 is longer than the intermediate wavelength λ1 in the diffractive optical element. 前記回折光学素子において、少なくとも一つ以上の輪帯において第１の波長λ１における壁面部の位相差Ｐｍとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
０．０１３＜Ｐｍ＜０．０３５
ただし、Ｐｍ＝（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×ｗｆ／λ１ In the diffractive optical element, the following conditional expression is satisfied when the phase difference Pm of the wall surface portion at the first wavelength λ1 in at least one or more ring zones is satisfied. The diffractive optical element according to the item.
0.013<Pm<0.035
However, Pm=(nhe-n1e)×wf/λ1 前記回折光学素子において、使用波長域内における消衰係数の平均値をｋａとしたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素子。
１．０５＜ｋｃ／ｋａ＜７．０ The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 5, wherein the following conditional expression is satisfied when the average value of the extinction coefficient in the used wavelength range is ka.
1.05<kc/ka<7.0 前記回折光学素子において、格子壁面上の誘電体薄膜内の第１の回折格子側の端点を０、第２の回折格子側の端点を１としたとき、格子壁面上の誘電体薄膜内の消衰係数の重心位置ｘｋが以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
０＜ｘｋ＜０．６ In the diffractive optical element, when the end point on the side of the first diffraction grating in the dielectric thin film on the wall surface of the grating is 0 and the end point on the side of the second diffraction grating is 1, the eraser in the dielectric thin film on the wall surface of the grating is assumed. 7. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the barycentric position xk of the extinction coefficient satisfies the following conditional expression.
0<xk<0.6 請求項１乃至７のいずれか１項に記載された回折光学素子を備えたことを特徴とする撮影光学系。 An imaging optical system comprising the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7. 請求項８に記載の撮影光学系を有する光学機器。 An optical device comprising the taking optical system according to claim 8.
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