JP3472154B2 - 回折光学素子及びこれを有する光学系 - Google Patents
回折光学素子及びこれを有する光学系Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子及びこ
れを有する光学系に関し、特に、複数の波長の光或いは
ある波長帯域の光で使用する回折光学素子及びこれを有
する光学系に関するものである。
れを有する光学系に関し、特に、複数の波長の光或いは
ある波長帯域の光で使用する回折光学素子及びこれを有
する光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硝材の組み合わせによりレンズ系の色収
差を減じる方法に対して、レンズの表面や系の一部に回
折作用を有する回折光学素子（以下「回折格子」とも言
う）を設けることでレンズ系の色収差を減じる方法が、
ＳＰＩＥ Vol.1354 International Lens Design Confer
ence（１９９０）等の文献や特開平４−２１３４２１、
特開平６−３２４２６２、ＵＳＰ５０４４７０６等によ
り開示されている。この回折光学素子を用いる方法は、
屈折面と回折面とでは、ある基準波長の光線に対する色
収差の出方が逆方向に発現するという物理現象を利用し
たものである。また、回折光学素子は、その周期的構造
の周期を適宜変化させることで非球面レンズ的な効果を
持たせることができるので、色収差の以外の収差の低減
にも効果がある。
差を減じる方法に対して、レンズの表面や系の一部に回
折作用を有する回折光学素子（以下「回折格子」とも言
う）を設けることでレンズ系の色収差を減じる方法が、
ＳＰＩＥ Vol.1354 International Lens Design Confer
ence（１９９０）等の文献や特開平４−２１３４２１、
特開平６−３２４２６２、ＵＳＰ５０４４７０６等によ
り開示されている。この回折光学素子を用いる方法は、
屈折面と回折面とでは、ある基準波長の光線に対する色
収差の出方が逆方向に発現するという物理現象を利用し
たものである。また、回折光学素子は、その周期的構造
の周期を適宜変化させることで非球面レンズ的な効果を
持たせることができるので、色収差の以外の収差の低減
にも効果がある。
【０００３】回折光学素子を有するレンズ系において、
使用波長領域の光束が特定の一つの次数（以下、「特定
次数」又は「設計次数」とも言う）の回折光に集中して
いる場合は、それ以外の次数の回折光の強度は低いもの
となり、強度が０の場合はその回折光は存在しないが、
設計次数以外の次数の回折光が存在しある程度の強度を
有する場合は、設計次数の光線とは別な所に結像するた
め、フレア光となる。
使用波長領域の光束が特定の一つの次数（以下、「特定
次数」又は「設計次数」とも言う）の回折光に集中して
いる場合は、それ以外の次数の回折光の強度は低いもの
となり、強度が０の場合はその回折光は存在しないが、
設計次数以外の次数の回折光が存在しある程度の強度を
有する場合は、設計次数の光線とは別な所に結像するた
め、フレア光となる。
【０００４】従って前述の回折光学素子の収差低減作用
を有用するためには、使用波長領域全域において設計次
数の回折光の回折効率が十分高いことが必要であり、こ
の設計次数での回折効率の分光分布及び設計次数以外の
回折光の振る舞いについても十分考慮する事が重要であ
る。
を有用するためには、使用波長領域全域において設計次
数の回折光の回折効率が十分高いことが必要であり、こ
の設計次数での回折効率の分光分布及び設計次数以外の
回折光の振る舞いについても十分考慮する事が重要であ
る。
【０００５】図１２に示すような回折光学素子（以下、
「単層ＤＯＥ」と言う）をある面に形成した場合の特定
次数に対する回折効率の特性を図１３に示す。図１３に
おいて、横軸は波長を、縦軸は回折効率を示している。
回折効率の値は全透過光束の光量に対する各次数の回折
光の光量の割合であり、格子境界面での反射光などは説
明が複雑になるので考慮していない値になっている。
「単層ＤＯＥ」と言う）をある面に形成した場合の特定
次数に対する回折効率の特性を図１３に示す。図１３に
おいて、横軸は波長を、縦軸は回折効率を示している。
回折効率の値は全透過光束の光量に対する各次数の回折
光の光量の割合であり、格子境界面での反射光などは説
明が複雑になるので考慮していない値になっている。
【０００６】図１３に示すように、図１２の単層ＤＯＥ
は、１次の回折次数（図中実線）において使用波長領域
で最も回折効率が高くなるように設計されており、設計
次数は１次である。この設計次数で回折効率はある波長
で最も高くなり（以下「設計波長」と言う）それ以外の
波長では徐々に低くなる。この設計次数での回折効率の
低下分は、他の次数の回折光となり、フレア光となる。
図１３にはこの他の次数として設計次数近傍の次数（１
次±１次の０次と２次）の回折効率も併せ並記してあ
る。
は、１次の回折次数（図中実線）において使用波長領域
で最も回折効率が高くなるように設計されており、設計
次数は１次である。この設計次数で回折効率はある波長
で最も高くなり（以下「設計波長」と言う）それ以外の
波長では徐々に低くなる。この設計次数での回折効率の
低下分は、他の次数の回折光となり、フレア光となる。
図１３にはこの他の次数として設計次数近傍の次数（１
次±１次の０次と２次）の回折効率も併せ並記してあ
る。
【０００７】このフレア光の影響を低減する構成とし
て、様々な提案がなされている。
て、様々な提案がなされている。
【０００８】特開平９−１２７３２２号公報が示す回折
光学素子は、図１６に示すように、３種類の異なる格子
材料と２種類の異なる格子厚を最適に選び、複数の互い
に回折格子を等しいピッチ分布で近接して配置すること
によって、図１７に示すように設計次数で可視域全域に
亘り高い回折効率を実現している。
光学素子は、図１６に示すように、３種類の異なる格子
材料と２種類の異なる格子厚を最適に選び、複数の互い
に回折格子を等しいピッチ分布で近接して配置すること
によって、図１７に示すように設計次数で可視域全域に
亘り高い回折効率を実現している。
【０００９】また特開平１０−１３３１４９号公報が示
す回折光学素子は、図１４に示すように、回折格子を２
層積層した断面形状を有し、２層を構成する各材質の屈
折率、分散特性（アッベ数νｄ ）及び各層の格子厚を
最適化することにより、図１５に示すように設計次数で
可視領域全域に亘り高い回折効率を実現している。ま
た、これにより、設計次数近傍の次数の回折効率も大幅
に低減されるとともに、波長依存性も改善されている。
特開平９−１２７３２２号公報や特開平１０−１３３１
４９号公報が示すような複数の材料と複数の回折格子を
重ね合せた構成を「積層ＤＯＥ」と言う。
す回折光学素子は、図１４に示すように、回折格子を２
層積層した断面形状を有し、２層を構成する各材質の屈
折率、分散特性（アッベ数νｄ ）及び各層の格子厚を
最適化することにより、図１５に示すように設計次数で
可視領域全域に亘り高い回折効率を実現している。ま
た、これにより、設計次数近傍の次数の回折効率も大幅
に低減されるとともに、波長依存性も改善されている。
特開平９−１２７３２２号公報や特開平１０−１３３１
４９号公報が示すような複数の材料と複数の回折格子を
重ね合せた構成を「積層ＤＯＥ」と言う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平９−１２７
３２２号公報の積層ＤＯＥの複数の回折格子の内の一つ
は格子厚が１０μｍを超える厚さになっており、光束が
垂直方向からずれて斜め方向から回折光学素子に入射す
ると、この斜入射光束が回折格子のエッジ部で散乱され
るので、高い回折効率が得られなくなってくる。
３２２号公報の積層ＤＯＥの複数の回折格子の内の一つ
は格子厚が１０μｍを超える厚さになっており、光束が
垂直方向からずれて斜め方向から回折光学素子に入射す
ると、この斜入射光束が回折格子のエッジ部で散乱され
るので、高い回折効率が得られなくなってくる。
【００１１】これに対し、特開平１０−１３３１４９号
公報の積層ＤＯＥは、複数の回折格子全体の格子厚です
ら2μｍ程度と非常に薄いため、上述の斜入射光束の散
乱による回折効率の劣化は少ない。しかしながら、設計
次数である１次の回折光の回折効率は、使用波長領域で
ある可視域全体をみると最大と最小の回折効率の差が１
０％程度あり、従って、０次、２次の回折光のそれぞれ
の回折効率は最大で４％、５％残存している。
公報の積層ＤＯＥは、複数の回折格子全体の格子厚です
ら2μｍ程度と非常に薄いため、上述の斜入射光束の散
乱による回折効率の劣化は少ない。しかしながら、設計
次数である１次の回折光の回折効率は、使用波長領域で
ある可視域全体をみると最大と最小の回折効率の差が１
０％程度あり、従って、０次、２次の回折光のそれぞれ
の回折効率は最大で４％、５％残存している。
【００１２】そこで本発明では、複数の波長或いはある
波長帯域より成る使用波長領域全体で特定次数に関して
従来よりも高い回折効率が得られる回折光学素子及びこ
の回折光学素子を有する光学系を提供することを目的と
する。
波長帯域より成る使用波長領域全体で特定次数に関して
従来よりも高い回折効率が得られる回折光学素子及びこ
の回折光学素子を有する光学系を提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の回折光
学素子は、互いにアッベ数が異なる複数の回折格子を積
層した回折光学素子において、少なくとも一つの回折格
子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料または紫外
線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一つの回折
格子にはアッベ数４０以上の材料を用いることを特徴と
している。
学素子は、互いにアッベ数が異なる複数の回折格子を積
層した回折光学素子において、少なくとも一つの回折格
子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料または紫外
線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一つの回折
格子にはアッベ数４０以上の材料を用いることを特徴と
している。
【００１４】請求項２の発明の回折光学素子は、互いに
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した格子構造を
持つことで使用波長領域全域で特定次数の回折光の回折
効率を高くした回折光学素子において、少なくとも一つ
の回折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料ま
たは紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一
つの回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いること
を特徴としている。
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した格子構造を
持つことで使用波長領域全域で特定次数の回折光の回折
効率を高くした回折光学素子において、少なくとも一つ
の回折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料ま
たは紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一
つの回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いること
を特徴としている。
【００１５】請求項３の発明の回折光学素子は、互いに
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素
子において、前記複数の回折格子のそれぞれの格子厚は
１０μｍ以下で、少なくとも一つの回折格子にはアッベ
数２５以下のプラスチック材料または紫外線硬化樹脂を
用いると共に、他の少なくとも一つの回折格子にはアッ
ベ数４０以上の材料を用いることを特徴としている。
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した回折光学素
子において、前記複数の回折格子のそれぞれの格子厚は
１０μｍ以下で、少なくとも一つの回折格子にはアッベ
数２５以下のプラスチック材料または紫外線硬化樹脂を
用いると共に、他の少なくとも一つの回折格子にはアッ
ベ数４０以上の材料を用いることを特徴としている。
【００１６】請求項４の発明の回折光学素子は、互いに
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した格子構造を
持つことで使用波長領域全域で特定次数の回折光の回折
効率を高くした回折光学素子において、前記複数の回折
格子のそれぞれの格子厚は１０μｍ以下で、少なくとも
一つの回折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材
料または紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくと
も一つの回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いる
ことを特徴としている。
アッベ数が異なる複数の回折格子を積層した格子構造を
持つことで使用波長領域全域で特定次数の回折光の回折
効率を高くした回折光学素子において、前記複数の回折
格子のそれぞれの格子厚は１０μｍ以下で、少なくとも
一つの回折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材
料または紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくと
も一つの回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いる
ことを特徴としている。
【００１７】請求項５の発明は、請求項１、２、３又は
４の発明において前記複数の回折格子のそれぞれの格子
厚は７．５μｍ以下であることを特徴としている。
４の発明において前記複数の回折格子のそれぞれの格子
厚は７．５μｍ以下であることを特徴としている。
【００１８】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れか１項の発明において前記アッベ数２５以下の材料を
用いる回折格子は、空気層を介して、前記アッベ数４０
以上の材料を用いる回折格子と積層してあることを特徴
としている。
れか１項の発明において前記アッベ数２５以下の材料を
用いる回折格子は、空気層を介して、前記アッベ数４０
以上の材料を用いる回折格子と積層してあることを特徴
としている。
【００１９】請求項７の発明は、請求項１乃至６のいず
れか１項の発明において前記複数の回折格子の各々が、
格子ピッチをＰ、格子厚をｄとした時、ｄ／Ｐ＜１／６
を満たすことを特徴としている。
れか１項の発明において前記複数の回折格子の各々が、
格子ピッチをＰ、格子厚をｄとした時、ｄ／Ｐ＜１／６
を満たすことを特徴としている。
【００２０】請求項８の発明は、請求項１乃至７のいず
れか１項の発明において前記複数の回折格子の各々が、
格子厚をｄ（μｍ）とした時、１＜ｄ＜６を満たすこと
を特徴としている。
れか１項の発明において前記複数の回折格子の各々が、
格子厚をｄ（μｍ）とした時、１＜ｄ＜６を満たすこと
を特徴としている。
【００２１】請求項９の発明は、請求項１乃至８のいず
れか１項の発明において使用波長領域が可視域であるこ
とを特徴としている。
れか１項の発明において使用波長領域が可視域であるこ
とを特徴としている。
【００２２】請求項１０の発明は、請求項１乃至９のい
ずれか１項の発明において前記複数の回折格子は透明な
基板上に形成されており、前記複数の回折格子の内の前
記透明基板に最も近い回折格子は前記透明基板と同じ材
質より成ることを特徴としている。
ずれか１項の発明において前記複数の回折格子は透明な
基板上に形成されており、前記複数の回折格子の内の前
記透明基板に最も近い回折格子は前記透明基板と同じ材
質より成ることを特徴としている。
【００２３】請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の
いずれか１項の発明において使用波長領域全体に亘って
回折効率が９７％以上となるように設計してあることを
特徴としている。
いずれか１項の発明において使用波長領域全体に亘って
回折効率が９７％以上となるように設計してあることを
特徴としている。
【００２４】請求項１２の発明は、請求項１乃至１０の
いずれか１項の発明においてｄ線、Ｆ線、Ｃ線にそれぞ
れに関して回折効率が９９％以上となるように設計して
あることを特徴としている。
いずれか１項の発明においてｄ線、Ｆ線、Ｃ線にそれぞ
れに関して回折効率が９９％以上となるように設計して
あることを特徴としている。
【００２５】請求項１３の発明の光学系は、請求項１乃
至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、レン
ズとを有することを特徴としている。
至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、レン
ズとを有することを特徴としている。
【００２６】請求項１４の発明の結像光学系は、請求項
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
【００２７】請求項１５の発明の撮像光学系は、請求項
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
【００２８】請求項１６の発明の観察光学系は、請求項
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
１乃至請求項１２のいずれかに記載の回折光学素子と、
レンズとを有することを特徴としている。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施例を説明
する。
する。
【００３８】図１は本発明の一実施例の回折光学素子の
正面図である。
正面図である。
【００３９】図１において、回折光学素子１は、基板２
の表面に回折格子３が作成された構成となっている。
の表面に回折格子３が作成された構成となっている。
【００４０】図２は図１の回折光学素子を図１中Ａ−Ａ
‘断面で切断した断面形状の一部を示す。図２は格子深
さ方向にかなりデフォルメした形で素子を描いている
が、図２から明らかな通り、本回折光学素子は、基板２
と、基板２上に積層した第１層目の回折格子（第１回折
格子）４、第２層目の回折格子（第２回折格子）５を備
え、第１回折格子４はそれと空気層８との境界部に第１
の回折格子面６を有し、第２回折格子５はそれと空気層
８との境界部に第２の回折格子面７を有する。また、第
１、第２の回折格子４、５の寸法は、格子ピッチをＰ
（μｍ）、格子厚をｄ（μｍ）とした時、ｄ／Ｐ＜１／
６を満たす。この条件を満たしていると、素子自身又は
素子製造用の型に対し格子形状を機械加工し易い。
‘断面で切断した断面形状の一部を示す。図２は格子深
さ方向にかなりデフォルメした形で素子を描いている
が、図２から明らかな通り、本回折光学素子は、基板２
と、基板２上に積層した第１層目の回折格子（第１回折
格子）４、第２層目の回折格子（第２回折格子）５を備
え、第１回折格子４はそれと空気層８との境界部に第１
の回折格子面６を有し、第２回折格子５はそれと空気層
８との境界部に第２の回折格子面７を有する。また、第
１、第２の回折格子４、５の寸法は、格子ピッチをＰ
（μｍ）、格子厚をｄ（μｍ）とした時、ｄ／Ｐ＜１／
６を満たす。この条件を満たしていると、素子自身又は
素子製造用の型に対し格子形状を機械加工し易い。
【００４１】本回折光学素子の使用波長領域は可視域で
あり、可視領域全体で１次の回折光の回折効率を高くす
るように第１、第２回折格子の材料及び高さが選択され
ている。簡単に言うと、第１、第２回折格子４、５のそ
れぞれの格子厚は１０μｍ以下で、第１、第２回折格子
４、５の一方の回折格子のアッベ数は３０以下で、第
１、第２回折格子４、５の他方の回折格子のアッベ数は
４０以上である。
あり、可視領域全体で１次の回折光の回折効率を高くす
るように第１、第２回折格子の材料及び高さが選択され
ている。簡単に言うと、第１、第２回折格子４、５のそ
れぞれの格子厚は１０μｍ以下で、第１、第２回折格子
４、５の一方の回折格子のアッベ数は３０以下で、第
１、第２回折格子４、５の他方の回折格子のアッベ数は
４０以上である。
【００４２】以下にこのような構成を選択した理由を述
べる。
べる。
【００４３】図１２に示す通常の単層ＤＯＥにおいて、
設計波長λ０のある次数の回折光の回折効率が最大とな
る条件は、光束が回折格子形成面に対して垂直入射する
場合は回折格子の山と谷の光学光路長差（つまり山と谷
のそれぞれを通過する光線間の光路長の差）が光束の波
長の整数倍になることであり、式で表わすと、 (n01-1)d=mλ0 （１） となる。（１）式において、ｎ０１は波長λ０での回折
格子の屈折率、ｄは格子厚、ｍは回折光の次数である。
設計波長λ０のある次数の回折光の回折効率が最大とな
る条件は、光束が回折格子形成面に対して垂直入射する
場合は回折格子の山と谷の光学光路長差（つまり山と谷
のそれぞれを通過する光線間の光路長の差）が光束の波
長の整数倍になることであり、式で表わすと、 (n01-1)d=mλ0 （１） となる。（１）式において、ｎ０１は波長λ０での回折
格子の屈折率、ｄは格子厚、ｍは回折光の次数である。
【００４４】（１）式は波長の項を含むため、同一次数
では設計波長でしか等号は成り立たず、設計波長以外の
波長では回折効率は最大値から低下してしまう。任意の
波長λでの回折効率は、 η(λ)=sinc2〔π{M-(n1(λ)-1)d/λ}〕 （２） という（２）式で表わすことができる。（２）式におい
て、Ｍは評価すべき回折光の次数、ｎ１（λ）は波長λ
での回折格子の（材質の）屈折率である。
では設計波長でしか等号は成り立たず、設計波長以外の
波長では回折効率は最大値から低下してしまう。任意の
波長λでの回折効率は、 η(λ)=sinc2〔π{M-(n1(λ)-1)d/λ}〕 （２） という（２）式で表わすことができる。（２）式におい
て、Ｍは評価すべき回折光の次数、ｎ１（λ）は波長λ
での回折格子の（材質の）屈折率である。
【００４５】積層ＤＯＥのような２層以上の回折格子構
造から成る回折光学素子における回折効率も、基本的に
は同様で、全層を通して一つの回折格子として作用させ
るためには、素子を構成する各材質（空気等も含む）の
境界に形成された回折格子の山と谷の光学光路長差を求
め、この光学光路長差を全回折格子に亘って加え合わせ
たものが波長の整数倍になるように決定する。
造から成る回折光学素子における回折効率も、基本的に
は同様で、全層を通して一つの回折格子として作用させ
るためには、素子を構成する各材質（空気等も含む）の
境界に形成された回折格子の山と谷の光学光路長差を求
め、この光学光路長差を全回折格子に亘って加え合わせ
たものが波長の整数倍になるように決定する。
【００４６】従って、図２に示した本回折光学素子にお
いて設計波長λ０の次数ｍの回折光の回折効率が最大と
なる条件式は ±(n01-1)d1±(n02-1)d2=mλ0 （３） となる。（３）式で、ｎ０１は第１回折格子４の材質の
波長λ０での屈折率、ｎ０２は第２回折格子５の材質の
波長λ０での屈折率、ｄ１、ｄ２はそれぞれ第１回折格
子４と第２回折格子５の格子厚である。
いて設計波長λ０の次数ｍの回折光の回折効率が最大と
なる条件式は ±(n01-1)d1±(n02-1)d2=mλ0 （３） となる。（３）式で、ｎ０１は第１回折格子４の材質の
波長λ０での屈折率、ｎ０２は第２回折格子５の材質の
波長λ０での屈折率、ｄ１、ｄ２はそれぞれ第１回折格
子４と第２回折格子５の格子厚である。
【００４７】ここで、図２中の０次回折光から左寄りの
方向に回折する場合を正の回折次数、図２中の０次回折
光から右寄りの方向に回折する場合を負の回折次数とす
ると、（２）式での加減の符号（±）は、図に示すよう
に左から右に格子厚が減少する回折格子４の形状の場合
が正（＋）となり、逆に左から右に格子厚が増加する回
折格子５の形状の場合が負（−）となる。
方向に回折する場合を正の回折次数、図２中の０次回折
光から右寄りの方向に回折する場合を負の回折次数とす
ると、（２）式での加減の符号（±）は、図に示すよう
に左から右に格子厚が減少する回折格子４の形状の場合
が正（＋）となり、逆に左から右に格子厚が増加する回
折格子５の形状の場合が負（−）となる。
【００４８】図２の構成に於いて、設計波長λ０以外の
波長λでの回折効率は、 η(λ)=sinc2〔π{M-{±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2}/λ}〕 ＝sinc2〔π{M-Φ(λ)/λ}〕 （４） という（４）式で表わすことができる。（４）式中のΦ
（λ）は、 Φ(λ)=±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2 であり、Ｍは評価すべき回折光の次数、ｎ１（λ）は第
１回折格子４の波長λでの屈折率、ｎ２（λ）は第２回
折格子５の波長λでの屈折率、ｄ１、ｄ２はそれぞれ第
１回折格子４と第２の回折格子５の格子厚である。
波長λでの回折効率は、 η(λ)=sinc2〔π{M-{±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2}/λ}〕 ＝sinc2〔π{M-Φ(λ)/λ}〕 （４） という（４）式で表わすことができる。（４）式中のΦ
（λ）は、 Φ(λ)=±(n1(λ)-1)d1±(n2(λ)-1)d2 であり、Ｍは評価すべき回折光の次数、ｎ１（λ）は第
１回折格子４の波長λでの屈折率、ｎ２（λ）は第２回
折格子５の波長λでの屈折率、ｄ１、ｄ２はそれぞれ第
１回折格子４と第２の回折格子５の格子厚である。
【００４９】図２の回折光学素子は回折格子面６、７を
空気層８との境界面に形成しているが、本発明は、これ
に限定されるものではなく、空気とは異なる２つの異な
る材質（光学材料）の境界面に回折格子面を形成する回
折格子を用いることもできる。
空気層８との境界面に形成しているが、本発明は、これ
に限定されるものではなく、空気とは異なる２つの異な
る材質（光学材料）の境界面に回折格子面を形成する回
折格子を用いることもできる。
【００５０】次に本実施例における薄い回折格子で高い
回折効率を得る構成について説明を行なう。薄い回折格
子の例として、図２に示す構成に於いて、第１回折格子
４の格子厚ｄ１を１０μｍとした場合の第２回折格子５
に用いる材料に必要な特性を決定した。
回折効率を得る構成について説明を行なう。薄い回折格
子の例として、図２に示す構成に於いて、第１回折格子
４の格子厚ｄ１を１０μｍとした場合の第２回折格子５
に用いる材料に必要な特性を決定した。
【００５１】特定次数即ち設計次数での目標とする回折
効率として可視域の波長ｄ、Ｃ、Ｆ線で９９％以上の回
折効率が得られることとした。
効率として可視域の波長ｄ、Ｃ、Ｆ線で９９％以上の回
折効率が得られることとした。
【００５２】まず、回折効率が９９％以上であるために
は、（４）式のη（λ）の値が0.99以上になればよい。
ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長で９９％以上の回折効率が得られ
る場合のΦ（λ）として要求される値を求めてみると、
設計次数及び使用次数を１次とすると、Ｍ＝１であり、 0.55510=0.94476*0.58756≦Φ（ｄ）≦1.05524*0.58756=0.62002 （５） 0.62002=0.94476*0.65627≦Φ（Ｃ）≦1.05524*0.65627=0.69252 （６） 0.45928=0.94476*0.48613≦Φ（Ｆ）≦1.05524*0.48613=0.51298 （７） が成り立てばよいことがわかる。更に、 Φ(d)=(n1(d)-1)d1-(n2(d)-1)d2 （８） Φ(C)=(n1(C)-1)d1-(n2(C)-1)d2 （９） Φ(F)=(n1(F)-1)d1-(n2(F)-1)d2 （１０） という関係も（４）式より導かれる。ｎ１（ｄ）、ｎ１
（Ｃ）、ｎ１（Ｆ）はそれぞれ第１の回折格子４の（材
質の）ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長での屈折率、ｎ２（ｄ）、
ｎ２（Ｃ）、ｎ２（Ｆ）はそれぞれ第２回折格子５の
（材質の）ｄ、Ｃ、Ｆ線での屈折率である。ここで、第
２回折格子５の材料として要求されるアッベ数について
考えてみる。アッベ数の定義より第２回折格子５のアッ
ベ数ν２（νｄ）は、 ν2={n2(d)-1}/{n2(F)-n2(C)} （１１） で表される。（１１）式を変形して（８）、（９）、（１０）を代入すると ν2={n2(d)-1}/{n2(F)-n2(C)}={n2(d)-1}/〔{n2(F)-1}-{n2(C)-1}〕 ={n2(d)-1}d2/〔{n2(F)-1}d2-{n2(C)-1}d2〕 =〔{n1(d)-1}d1-Φ(d)〕/〔{n1(F)-1}d1-Φ(F)-{n1(C)-1}d1+Φ(C)〕 （１２） となる。
は、（４）式のη（λ）の値が0.99以上になればよい。
ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長で９９％以上の回折効率が得られ
る場合のΦ（λ）として要求される値を求めてみると、
設計次数及び使用次数を１次とすると、Ｍ＝１であり、 0.55510=0.94476*0.58756≦Φ（ｄ）≦1.05524*0.58756=0.62002 （５） 0.62002=0.94476*0.65627≦Φ（Ｃ）≦1.05524*0.65627=0.69252 （６） 0.45928=0.94476*0.48613≦Φ（Ｆ）≦1.05524*0.48613=0.51298 （７） が成り立てばよいことがわかる。更に、 Φ(d)=(n1(d)-1)d1-(n2(d)-1)d2 （８） Φ(C)=(n1(C)-1)d1-(n2(C)-1)d2 （９） Φ(F)=(n1(F)-1)d1-(n2(F)-1)d2 （１０） という関係も（４）式より導かれる。ｎ１（ｄ）、ｎ１
（Ｃ）、ｎ１（Ｆ）はそれぞれ第１の回折格子４の（材
質の）ｄ、Ｃ、Ｆ線の各波長での屈折率、ｎ２（ｄ）、
ｎ２（Ｃ）、ｎ２（Ｆ）はそれぞれ第２回折格子５の
（材質の）ｄ、Ｃ、Ｆ線での屈折率である。ここで、第
２回折格子５の材料として要求されるアッベ数について
考えてみる。アッベ数の定義より第２回折格子５のアッ
ベ数ν２（νｄ）は、 ν2={n2(d)-1}/{n2(F)-n2(C)} （１１） で表される。（１１）式を変形して（８）、（９）、（１０）を代入すると ν2={n2(d)-1}/{n2(F)-n2(C)}={n2(d)-1}/〔{n2(F)-1}-{n2(C)-1}〕 ={n2(d)-1}d2/〔{n2(F)-1}d2-{n2(C)-1}d2〕 =〔{n1(d)-1}d1-Φ(d)〕/〔{n1(F)-1}d1-Φ(F)-{n1(C)-1}d1+Φ(C)〕 （１２） となる。
【００５３】この（１２）式が示すように、第２回折格
子５の材料として要求されるアッベ数は、第１回折格子
４の材料と格子厚が決まると、第２回折格子５の材料の
屈折率や格子厚には無関係に決定できることになる。
子５の材料として要求されるアッベ数は、第１回折格子
４の材料と格子厚が決まると、第２回折格子５の材料の
屈折率や格子厚には無関係に決定できることになる。
【００５４】図３に第１回折格子４のアッベ数と第２回
折格子のアッベ数の関係を示す。図３では第１回折格子
４の格子厚を１０μｍとし、第１回折格子４の材料とし
て様々な光学ガラス材料を選び、その時必要とされる第
２回折格子５の材料のアッベ数を、プロットしている。
第２回折格子５の材料のアッベ数は、（１２）式より決
定できるが、（１２）式のΦ（λ）の値は（５）、
（６）、（７）の範囲の任意の値になる。従って、選択
できるアッベ数も範囲をもった値になる。図３は、その
範囲を持ったアッベ数の中の最大のアッベ数をプロット
している。この図からわかるように、第１回折格子４の
アッベ数が４６から７２程度の幅をもっているのに比
べ、第２回折格子５のアッベ数は２５から２８程度しか
ばらついていない。
折格子のアッベ数の関係を示す。図３では第１回折格子
４の格子厚を１０μｍとし、第１回折格子４の材料とし
て様々な光学ガラス材料を選び、その時必要とされる第
２回折格子５の材料のアッベ数を、プロットしている。
第２回折格子５の材料のアッベ数は、（１２）式より決
定できるが、（１２）式のΦ（λ）の値は（５）、
（６）、（７）の範囲の任意の値になる。従って、選択
できるアッベ数も範囲をもった値になる。図３は、その
範囲を持ったアッベ数の中の最大のアッベ数をプロット
している。この図からわかるように、第１回折格子４の
アッベ数が４６から７２程度の幅をもっているのに比
べ、第２回折格子５のアッベ数は２５から２８程度しか
ばらついていない。
【００５５】図４は図２の第１回折格子４の格子厚を
７．５μｍとした時の、第１回折格子４のアッベ数と第
２回折格子５のアッベ数の関係を示す。図４も図３と同
様の方法で作成した。図４の場合は、第２回折格子５の
アッベ数として必要な値は図３と比較して約５程度小さ
な値となっている。従って、これらのことから、積層Ｄ
ＯＥのような積層タイプの回折光学素子で、格子厚が１
０μｍ以下と薄いものにおいて従来よりも高い回折効率
を得るためには、第２回折格子５にアッベ数ν２が３０
以下である材料を用いることが必要であることになる。
７．５μｍとした時の、第１回折格子４のアッベ数と第
２回折格子５のアッベ数の関係を示す。図４も図３と同
様の方法で作成した。図４の場合は、第２回折格子５の
アッベ数として必要な値は図３と比較して約５程度小さ
な値となっている。従って、これらのことから、積層Ｄ
ＯＥのような積層タイプの回折光学素子で、格子厚が１
０μｍ以下と薄いものにおいて従来よりも高い回折効率
を得るためには、第２回折格子５にアッベ数ν２が３０
以下である材料を用いることが必要であることになる。
【００５６】前述の条件を満たす第２回折格子５の材料
としては、光学ガラス、プラスチック、紫外線硬化樹脂
などが考えられるが、生産（量産）性、成形性などを考
えるとプラスチック樹脂、紫外線硬化樹脂などが好まし
い。
としては、光学ガラス、プラスチック、紫外線硬化樹脂
などが考えられるが、生産（量産）性、成形性などを考
えるとプラスチック樹脂、紫外線硬化樹脂などが好まし
い。
【００５７】図５及び図６に、図４にプロットした組み
合わせの中から一例として、二重丸で示した組み合わせ
より成る図２のタイプの積層ＤＯＥの回折効率を示す。
この積層ＤＯＥは、第１回折格子４の材料に住田光学ガ
ラス（株）社製のLaFK60(nd=1.63246、νd=63.8)を用
い、第２回折格子５の材料に紫外線硬化樹脂（nd=1.63
5、νd=23.0）を用い、第１回折格子４の格子厚を7.5μ
ｍ、第２回折格子５の格子厚を6.54μｍとしたものであ
る。
合わせの中から一例として、二重丸で示した組み合わせ
より成る図２のタイプの積層ＤＯＥの回折効率を示す。
この積層ＤＯＥは、第１回折格子４の材料に住田光学ガ
ラス（株）社製のLaFK60(nd=1.63246、νd=63.8)を用
い、第２回折格子５の材料に紫外線硬化樹脂（nd=1.63
5、νd=23.0）を用い、第１回折格子４の格子厚を7.5μ
ｍ、第２回折格子５の格子厚を6.54μｍとしたものであ
る。
【００５８】図５は設計次数である１次の回折光の回折
効率、図６は設計次数の隣りの次数である０次と２次の
回折光の各回折効率を示している。
効率、図６は設計次数の隣りの次数である０次と２次の
回折光の各回折効率を示している。
【００５９】図５、６から分かるように、ｄ、Ｆ、Ｃ線
の回折効率は、９９％以上を満足している。また可視域
全体にわたって回折効率が９７％以上と高い回折効率を
維持している。更に、０次、２次の回折効率もｄ、Ｆ、
Ｃ線では0.4％以下、可視域全体をみても１％以下と、
かなり低い。従って、この積層ＤＯＥは非常に良好な性
能を有していることが分かる。
の回折効率は、９９％以上を満足している。また可視域
全体にわたって回折効率が９７％以上と高い回折効率を
維持している。更に、０次、２次の回折効率もｄ、Ｆ、
Ｃ線では0.4％以下、可視域全体をみても１％以下と、
かなり低い。従って、この積層ＤＯＥは非常に良好な性
能を有していることが分かる。
【００６０】以上説明した図１、２の回折光学素子は一
定の格子ピッチを有する回折格子から成るものであった
が、回折効率は格子ピッチに基本的に依存しないので、
本発明においては、図７に示すような徐々に格子ピッチ
が変わるレンズ機能を備える回折光学素子にも、以上説
明した技術が適用できる。
定の格子ピッチを有する回折格子から成るものであった
が、回折効率は格子ピッチに基本的に依存しないので、
本発明においては、図７に示すような徐々に格子ピッチ
が変わるレンズ機能を備える回折光学素子にも、以上説
明した技術が適用できる。
【００６１】また、第１回折格子４の材料に光学ガラス
を用いる場合は、図１、２に示した基板２と第１回折格
子４を同じ材料として一体で作成したほうが、部品も減
り、コスト的に好ましい。
を用いる場合は、図１、２に示した基板２と第１回折格
子４を同じ材料として一体で作成したほうが、部品も減
り、コスト的に好ましい。
【００６２】また、以上述べた実施例は、平板上に回折
格子部（積層ＤＯＥ）を設けた回折光学素子であるが、
レンズの凸面や凹面等の曲面の表面に回折格子部を設け
ても、上記実施例と同様の効果が得られる。
格子部（積層ＤＯＥ）を設けた回折光学素子であるが、
レンズの凸面や凹面等の曲面の表面に回折格子部を設け
ても、上記実施例と同様の効果が得られる。
【００６３】また、以上述べた実施例は、設計次数が１
の所謂１次回折光を用いる回折光学素子を示したが、設
計次数は１に限定するものではなく、２次や３次の１次
とは違う回折光であっても、回折格子部の合成光学光路
長差を所望の設計次数で所望の設計波長となるように設
定すれば、上記実施例と同様の効果が得られる。更に、
回折格子部の回折格子の層数は２層に限らず３層以上で
も良く、この場合も回折格子部の合成光学光路長差を所
望の設計次数で所望の設計波長となるように設定すれ
ば、上記実施例と同様の効果が得られる。
の所謂１次回折光を用いる回折光学素子を示したが、設
計次数は１に限定するものではなく、２次や３次の１次
とは違う回折光であっても、回折格子部の合成光学光路
長差を所望の設計次数で所望の設計波長となるように設
定すれば、上記実施例と同様の効果が得られる。更に、
回折格子部の回折格子の層数は２層に限らず３層以上で
も良く、この場合も回折格子部の合成光学光路長差を所
望の設計次数で所望の設計波長となるように設定すれ
ば、上記実施例と同様の効果が得られる。
【００６４】上記実施例では、第１回折格子４の材料と
して光学ガラスを用いた場合の第２回折格子５の材料に
ついて必要な特性に関して説明を行なったが、第１回折
格子４の材料は光学ガラスに限定するものではなく、プ
ラスチック樹脂や紫外線硬化樹脂等を使用することも可
能である。これらの樹脂を用いることで型による成形が
容易に行なえるので、回折光学素子の生産性が大幅に向
上する。以下に、第１回折格子４の材料として様々な樹
脂を用いた場合の実施例を示す。
して光学ガラスを用いた場合の第２回折格子５の材料に
ついて必要な特性に関して説明を行なったが、第１回折
格子４の材料は光学ガラスに限定するものではなく、プ
ラスチック樹脂や紫外線硬化樹脂等を使用することも可
能である。これらの樹脂を用いることで型による成形が
容易に行なえるので、回折光学素子の生産性が大幅に向
上する。以下に、第１回折格子４の材料として様々な樹
脂を用いた場合の実施例を示す。
【００６５】図８は、第１回折格子４の格子厚を１０μ
ｍとし、その材料として様々な樹脂を用いた場合の、第
１回折格子４の材料のアッベ数と第２回折格子５の材料
のアッベ数の組み合わせをプロットしたものである。
ｍとし、その材料として様々な樹脂を用いた場合の、第
１回折格子４の材料のアッベ数と第２回折格子５の材料
のアッベ数の組み合わせをプロットしたものである。
【００６６】図９に第１回折格子４の格子厚を7.5μｍ
とし、その材料として様々な樹脂を用いた場合の、第１
回折格子４の材料のアッベ数と第２回折格子５の材料の
アッベ数の組み合わせをプロットしたものである。
とし、その材料として様々な樹脂を用いた場合の、第１
回折格子４の材料のアッベ数と第２回折格子５の材料の
アッベ数の組み合わせをプロットしたものである。
【００６７】図８や図９が示す材料の組み合せより成る
積層ＤＯＥにおいては、第２回折格子５としては、図３
及び図４が示すものに比べて、必要とされるアッベ数が
小さな値となっていることが分かる。しかしながら、図
３及び図４が示すものと同様に、第１回折格子４の材料
のアッベ数が４０から５７程度の範囲と広い値を持つの
に対し、図８の場合の第２回折格子５の材料のアッベ数
は２０から２４と狭い範囲となっており、図９の場合も
第２回折格子５の材料のアッベ数は１６から２０の狭い
範囲である。
積層ＤＯＥにおいては、第２回折格子５としては、図３
及び図４が示すものに比べて、必要とされるアッベ数が
小さな値となっていることが分かる。しかしながら、図
３及び図４が示すものと同様に、第１回折格子４の材料
のアッベ数が４０から５７程度の範囲と広い値を持つの
に対し、図８の場合の第２回折格子５の材料のアッベ数
は２０から２４と狭い範囲となっており、図９の場合も
第２回折格子５の材料のアッベ数は１６から２０の狭い
範囲である。
【００６８】従って本実施例のように第１回折格子４の
格子厚を１０μｍ以下の薄いものとし、その材料として
樹脂を用いた場合でも、第２回折格子５の材料としてア
ッベ数が２５以下の材料を用いれば、高い回折効率を得
ることが可能となる。
格子厚を１０μｍ以下の薄いものとし、その材料として
樹脂を用いた場合でも、第２回折格子５の材料としてア
ッベ数が２５以下の材料を用いれば、高い回折効率を得
ることが可能となる。
【００６９】本発明においては、回折光学素子１の第
１、第２回折格子４、５のそれぞれの格子厚をｄ（μ
ｍ）とした時、１＜ｄ＜６を満たすと、より製造し易
い。
１、第２回折格子４、５のそれぞれの格子厚をｄ（μ
ｍ）とした時、１＜ｄ＜６を満たすと、より製造し易
い。
【００７０】本発明の他の実施例を図１０に示す。図１
０はカメラ等の撮影光学系の断面を示したものであり、
図１０中、９は撮影レンズで、内部に絞り１０と前述の
本発明の回折光学素子１を持つ。１１は結像面であるフ
ィルムまたはＣＣＤである。回折光学素子１は、図７で
説明したレンズ機能を有する素子であり、撮影レンズの
色収差を補正している。
０はカメラ等の撮影光学系の断面を示したものであり、
図１０中、９は撮影レンズで、内部に絞り１０と前述の
本発明の回折光学素子１を持つ。１１は結像面であるフ
ィルムまたはＣＣＤである。回折光学素子１は、図７で
説明したレンズ機能を有する素子であり、撮影レンズの
色収差を補正している。
【００７１】図１０の撮影レンズは、回折光学素子１が
本発明の回折効率の波長依存性が大幅に改善されている
光学素子であるので、フレア光が少なく低周波数での解
像力も高く、高い性能を有する。回折光学素子１は、図
２に示した空気層を有する光学素子のように各回折格子
を製造した後、周辺部で貼り合わせるような簡単な製法
でも作成できるので、撮影レンズとしては量産性に優れ
た安価なレンズを提供できる。
本発明の回折効率の波長依存性が大幅に改善されている
光学素子であるので、フレア光が少なく低周波数での解
像力も高く、高い性能を有する。回折光学素子１は、図
２に示した空気層を有する光学素子のように各回折格子
を製造した後、周辺部で貼り合わせるような簡単な製法
でも作成できるので、撮影レンズとしては量産性に優れ
た安価なレンズを提供できる。
【００７２】図１０では絞り１０近傍の平板ガラス面に
本発明の回折光学素子１を設けたが、これに限定するも
のではなく、以前説明したように、回折光学素子１はレ
ンズの凹面又は凸面上に設けても良い。更に、撮影レン
ズ内に本発明の回折光学素子を複数個使用しても良い。
本発明の回折光学素子１を設けたが、これに限定するも
のではなく、以前説明したように、回折光学素子１はレ
ンズの凹面又は凸面上に設けても良い。更に、撮影レン
ズ内に本発明の回折光学素子を複数個使用しても良い。
【００７３】また、本実施例では、カメラの撮影レンズ
の場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデ
オカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナー
や、デジタル複写機のリーダーレンズなど広い波長域で
使用される結像光学系に本発明の回折光学素子を使用し
ても、同様の効果が得られる。
の場合を示したが、これに限定するものではなく、ビデ
オカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナー
や、デジタル複写機のリーダーレンズなど広い波長域で
使用される結像光学系に本発明の回折光学素子を使用し
ても、同様の効果が得られる。
【００７４】本発明の他の実施例を図１１に示す。図１
１は、双眼鏡等観察光学系の断面を示したものであり、
図１１中、１２は対物レンズ、１３は像を成立させるた
めのプリズム、１４は接眼レンズ、１５は評価面（瞳
面）で、１は前述の本発明の回折光学素子である。１は
対物レンズの結像面１１での色収差等を補正する目的で
設けてある。
１は、双眼鏡等観察光学系の断面を示したものであり、
図１１中、１２は対物レンズ、１３は像を成立させるた
めのプリズム、１４は接眼レンズ、１５は評価面（瞳
面）で、１は前述の本発明の回折光学素子である。１は
対物レンズの結像面１１での色収差等を補正する目的で
設けてある。
【００７５】図１１の観察光学系は、回折光学素子１が
本発明の回折効率の波長依存性が大幅に改善されている
光学素子であるので、フレア光が少なく低周波数での解
像力も高く、高い性能を有する。回折光学素子１は、図
２に示した空気層を有する光学素子のように各回折格子
を製造した後、周辺部で貼り合わせるような簡単な製法
でも作成できるので、観察光学系（の対物レンズ部）と
して量産性に優れた安価な光学系を提供できる。
本発明の回折効率の波長依存性が大幅に改善されている
光学素子であるので、フレア光が少なく低周波数での解
像力も高く、高い性能を有する。回折光学素子１は、図
２に示した空気層を有する光学素子のように各回折格子
を製造した後、周辺部で貼り合わせるような簡単な製法
でも作成できるので、観察光学系（の対物レンズ部）と
して量産性に優れた安価な光学系を提供できる。
【００７６】図１１では平板ガラス面に本発明の回折光
学素子１を設けたが、これに限定するものではなく、以
前説明したように、回折光学素子１はレンズの凹面又は
凸面上に設けても良い。更に、本発明の回折光学素子を
複数個使用しても良い。
学素子１を設けたが、これに限定するものではなく、以
前説明したように、回折光学素子１はレンズの凹面又は
凸面上に設けても良い。更に、本発明の回折光学素子を
複数個使用しても良い。
【００７７】また図１１の観察光学系では対物レンズ部
に本発明の回折光学素子１を設けた場合を示したが、こ
れに限定するものではなく、プリズム１３の表面や接眼
レンズ１４内の位置にも設けることができ、この場合も
同様の効果が得られる。しかしながら、回折光学素子１
を結像面１１より物体側に設けることで対物レンズ部の
みでの色収差低減効果があるため、肉眼の観察系の場
合、少なくとも対物レンズ部に設けることが望ましい。
に本発明の回折光学素子１を設けた場合を示したが、こ
れに限定するものではなく、プリズム１３の表面や接眼
レンズ１４内の位置にも設けることができ、この場合も
同様の効果が得られる。しかしながら、回折光学素子１
を結像面１１より物体側に設けることで対物レンズ部の
みでの色収差低減効果があるため、肉眼の観察系の場
合、少なくとも対物レンズ部に設けることが望ましい。
【００７８】また本実施例は双眼鏡の場合を示したが、
これに限定するものではなく、本発明の回折光学素子は
地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等の観察光学系にも適用
して同様の効果が得られるし、レンズシャッターカメラ
やビデオカメラなどの光学式のファインダーにも適用し
て同様の効果が得られる。
これに限定するものではなく、本発明の回折光学素子は
地上望遠鏡や天体観測用望遠鏡等の観察光学系にも適用
して同様の効果が得られるし、レンズシャッターカメラ
やビデオカメラなどの光学式のファインダーにも適用し
て同様の効果が得られる。
【００７９】
【発明の効果】以上、本発明によれば、複数の波長或い
はある波長帯域より成る使用波長領域全体で特定次数に
関して従来よりも高い回折効率が得られる回折光学素子
とこれを有する光学系とを提供できる。
はある波長帯域より成る使用波長領域全体で特定次数に
関して従来よりも高い回折効率が得られる回折光学素子
とこれを有する光学系とを提供できる。
【図１】本発明の実施例１の1次元回折光学素子を示す
図
図
【図２】実施例１の断面回折格子形状を示す図
【図３】実施例１の回折光学素子の材料特性を示す図
【図４】実施例１の回折光学素子の材料特性を示す図
【図５】実施例１の回折光学素子の回折効率を示す図
【図６】実施例１の回折光学素子の回折効率を示す図
【図７】実施例１のレンズタイプの回折光学素子を示す
図
図
【図８】本発明の実施例２の回折光学素子の材料特性を
示す図
示す図
【図９】実施例２の回折光学素子の材料特性を示す図
【図１０】本発明の実施例３の撮影光学系を示す図
【図１１】本発明の実施例４の観察光学系を示す図
【図１２】従来の単層ＤＯＥ（回折光学素子）の格子形
状を示す図
状を示す図
【図１３】図１２の従来例の回折効率を示す図
【図１４】従来の積層型ＤＯＥの断面形状を示す図
【図１５】図１４の従来例の積層型ＤＯＥの回折効率を
示す図
示す図
【図１６】従来の他の積層型ＤＯＥの断面形状を示す図
【図１７】図１６の積層型ＤＯＥの回折効率を示す図
１ 回折光学素子
２ 基板
３ 回折格子部
４ 第１回折格子
５ 第２回折格子
６ 第１回折格子面
７ 第２回折格子面
８ 空気層
９ 屈折レンズ
１０ 絞り
１１ 結像面
１２ 対物レンズ
１３ プリズム
１４ 接眼レンズ
１５ 評価面（瞳面）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/18
Claims (16)
- 【請求項１】 互いにアッベ数が異なる複数の回折格子
を積層した回折光学素子において、少なくとも一つの回
折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料または
紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一つの
回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いることを特
徴とする回折光学素子。 - 【請求項２】 互いにアッベ数が異なる複数の回折格子
を積層した格子構造を持つことで使用波長領域全域で特
定次数の回折光の回折効率を高くした回折光学素子にお
いて、少なくとも一つの回折格子にはアッベ数２５以下
のプラスチック材料または紫外線硬化樹脂を用いると共
に、他の少なくとも一つの回折格子にはアッベ数４０以
上の材料を用いることを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項３】 互いにアッベ数が異なる複数の回折格子
を積層した回折光学素子において、前記複数の回折格子
のそれぞれの格子厚は１０μｍ以下で、少なくとも一つ
の回折格子にはアッベ数２５以下のプラスチック材料ま
たは紫外線硬化樹脂を用いると共に、他の少なくとも一
つの回折格子にはアッベ数４０以上の材料を用いること
を特徴とする回折光学素子。 - 【請求項４】 互いにアッベ数が異なる複数の回折格子
を積層した格子構造を持つことで使用波長領域全域で特
定次数の回折光の回折効率を高くした回折光学素子にお
いて、前記複数の回折格子のそれぞれの格子厚は１０μ
ｍ以下で、少なくとも一つの回折格子にはアッベ数２５
以下のプラスチック材料または紫外線硬化樹脂を用いる
と共に、他の少なくとも一つの回折格子にはアッベ数４
０以上の材料を用いることを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項５】 前記複数の回折格子のそれぞれの格子厚
は７．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１、
２、３又は４に記載の回折光学素子。 - 【請求項６】 前記アッベ数２５以下の材料を用いる回
折格子は、空気層を介して、前記アッベ数４０以上の材
料を用いる回折格子と積層してあることを特徴とする請
求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回折光学素子。 - 【請求項７】 前記複数の回折格子の各々が、格子ピッ
チをＰ、格子厚をｄとした時、ｄ／Ｐ＜１／６を満たす
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記
載の回折光学素子。 - 【請求項８】 前記複数の回折格子の各々が、格子厚を
ｄ（μｍ）とした時、１＜ｄ＜６を満たすことを特徴と
する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の回折光学
素子。 - 【請求項９】 使用波長領域が可視域であることを特徴
とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の回折光
学素子。 - 【請求項１０】 前記複数の回折格子は透明な基板上に
形成されており、前記複数の回折格子の内の前記透明基
板に最も近い回折格子は前記透明基板と同じ材質より成
ることを特徴とする請求項１項乃至請求項９のいずれか
に記載の回折光学素子。 - 【請求項１１】 使用波長領域全体に亘って回折効率が
９７％以上となるように設計してあることを特徴とする
請求項１乃至請求項１０に記載の回折光学素子。 - 【請求項１２】 ｄ線、Ｆ線、Ｃ線にそれぞれに関して
回折効率が９９％以上となるように設計してあることを
特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の
回折光学素子。 - 【請求項１３】 請求項１乃至請求項１２のいずれかに
記載の回折光学素子と、レンズとを有することを特徴と
する光学系。 - 【請求項１４】 請求項１乃至請求項１２のいずれかに
記載の回折光学素子と、レンズとを有することを特徴と
する結像光学系。 - 【請求項１５】 請求項１乃至請求項１２のいずれかに
記載の回折光学素子と、レンズとを有することを特徴と
する撮影光学系。 - 【請求項１６】 請求項１乃至請求項１２のいずれかに
記載の回折光学素子と、レンズとを有することを特徴と
する観察光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26302098A JP3472154B2 (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 回折光学素子及びこれを有する光学系 |
| US09/395,364 US6560019B2 (en) | 1998-02-05 | 1999-09-14 | Diffractive optical element and optical system having the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26302098A JP3472154B2 (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 回折光学素子及びこれを有する光学系 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000098118A JP2000098118A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3472154B2 true JP3472154B2 (ja) | 2003-12-02 |
| JP2000098118A5 JP2000098118A5 (ja) | 2004-08-19 |
Family
ID=17383777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26302098A Expired - Fee Related JP3472154B2 (ja) | 1998-02-05 | 1998-09-17 | 回折光学素子及びこれを有する光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3472154B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103370641A (zh) * | 2011-02-07 | 2013-10-23 | 株式会社尼康 | 使用自由曲面棱镜的衍射光学***及图像拍摄装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4590082B2 (ja) * | 2000-10-02 | 2010-12-01 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
| JP3652260B2 (ja) * | 2001-03-06 | 2005-05-25 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子、該回折光学素子を有する光学系、撮影装置、観察装置 |
| DE60324062D1 (de) | 2002-06-17 | 2008-11-27 | Canon Kk | Optisches Beugungselement und damit ausgestattetes optisches System |
| JP4411026B2 (ja) | 2002-08-30 | 2010-02-10 | キヤノン株式会社 | 光学材料及び、光学素子、回折光学素子、積層型回折光学素子、光学系 |
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| JP2008058907A (ja) | 2006-09-04 | 2008-03-13 | Canon Inc | 回折光学素子及びこれを有する光学系 |
| JP4847351B2 (ja) | 2007-01-11 | 2011-12-28 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子及びそれを用いた回折格子 |
| US7710651B2 (en) | 2007-03-23 | 2010-05-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Contacting two-layer diffractive optical element |
| JP2012078397A (ja) | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Canon Inc | 回折格子を含む光学系および光学機器 |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP26302098A patent/JP3472154B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103370641A (zh) * | 2011-02-07 | 2013-10-23 | 株式会社尼康 | 使用自由曲面棱镜的衍射光学***及图像拍摄装置 |
| CN103370641B (zh) * | 2011-02-07 | 2015-09-16 | 株式会社尼康 | 使用自由曲面棱镜的衍射光学***及图像拍摄装置 |
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|---|---|
| JP2000098118A (ja) | 2000-04-07 |
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