(57)【要約】【課題】良好な回折効率を実現しつつ透過率差が小さい回折光学素子、光学系および光学機器を提供すること。【解決手段】回折光学素子は、第１ベース部および第１格子部を含む第１の回折格子と、第２ベース部および第２格子部を含む第２の回折格子とを有し、第１の回折格子の材料の設計波長における第１消衰係数、第２の回折格子の材料の設計波長における第２消衰係数を各々適切に設定し、光軸に垂直な方向において、第１の領域と、第２格子部の格子高さが第１の領域よりも低い第２の領域とを有し、第１ベース部の厚さに第１消衰係数を乗じた第１乗算値と第２ベース部の厚さに第２消衰係数を乗じた第２乗算値との合計値の第１の領域における平均値は、合計値の第２の領域の光軸側半分における平均値よりも小さい。【選択図】図２
2020140091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ベース部および第１格子部を含む第１の回折格子と、
第２ベース部および第２格子部を含む第２の回折格子とを有し、
前記第１の回折格子の材料の設計波長における第１消衰係数をｋＬ、前記第２の回折格子の材料の設計波長における第２消衰係数をｋＦとするとき、
０．０００１＜ｋＬ＜０．０２００
０．００１＜ｋＦ＜０．５００
なる条件式を満たし、
光軸に垂直な方向において、第１の領域と、前記第２格子部の格子高さが前記第１の領域よりも低い第２の領域とを有し、
前記第１ベース部の厚さに前記第１消衰係数を乗じた第１乗算値と前記第２ベース部の厚さに前記第２消衰係数を乗じた第２乗算値との合計値の前記第１の領域における平均値は、前記合計値の前記第２の領域の光軸側半分における平均値よりも小さいことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第１の領域において、前記回折光学素子の径方向のうち、前記第１格子部の格子高さが増加する方向と前記第２格子部の格子高さが増加する方向は反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第１乗算値をｋＢＬ、前記第２乗算値をｋＢＦ、前記第１格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｌａ、前記第２格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｆａ、設計波長をλ０とするとき、
−０．００１＜（ｄ１Ｌａ×ｋＬ−ｄ１Ｆａ×ｋＦ）／λ０＜０．０１１
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第１乗算値をｋＢＬ、前記第２乗算値をｋＢＦ、前記第１格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｌａ、前記第２格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｆａとするとき、
０．２＜ｄ１Ｆａ×ｋＦ／ｄ１Ｌａ×ｋＬ＜１．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記回折光学素子の有効径をＲｅ、前記回折光学素子の光軸から前記第１の領域の端部までの距離をＲｅ１としたとき、
１＜Ｒｅ／Ｒｅ１＜２０
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記合計値は、前記第２の領域において、前記回折光学素子の径方向に沿って変化することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記合計値は、前記第２の領域において、前記回折光学素子の光軸から離れるにつれて小さくなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記合計値の前記第２の領域における最大値をｋＢ２ｍａｘ、前記合計値の前記第２の領域における最大値をｋＢｍｉｎとしたとき、
０．１＜ｋＢ２ｍｉｎ／ｋＢ２ｍａｘ＜１．１
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第１格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｌａ、前記第２格子部の前記第２の領域における格子高さの平均値をｄ２Ｆａとしたとき、
０≦ｄ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．５
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第１格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｌａ、前記第１ベース部の厚さの平均値をＢＬａとしたとき、
０．１＜ＢＬａ／ｄ１Ｌａ＜１．５
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
前記第１格子部および前記第２格子部の格子高さは、前記回折光学素子の径方向において変化し、
前記第２格子部の前記第１の領域における格子高さの平均値をｄ１Ｆａ、前記第２ベース部の前記第２の領域の光軸側半分における厚さの平均値をＢ２Ｆａとしたとき、
０＜Ｂ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．９
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
第３ベース部および第３格子部を有し、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の材料とは異なる材料からなる第３の回折格子を更に有し、
所定の１つの輪帯内において、前記第１のベース部、前記第２のベース部および前記第３のベース部の厚さと、前記第１の格子部および前記第２の格子部の格子高さとの合計値の前記第１の領域と前記第２の領域における平均値をそれぞれ、Ｂ１ｓｕｍ、Ｂ２ｓｕｍとしたとき、
０．８＜Ｂ１ｓｕｍ／Ｂ２ｓｕｍ＜１．２
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記第２の回折格子の材料は金属酸化物であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子の少なくとも１つは請求項１乃至１３の何れか一項に記載の回折光学素子であることを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の回折光学素子と、
該回折光学素子を保持する保持部材と、を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子、光学系および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折作用を有する回折光学素子によって光学系の色収差を補正する方法が知られている。また、回折光学素子の格子ピッチを変化させることで、回折光学素子に非球面的な効果を持たせる方法が知られている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、透明な材料に染料や顔料を加えることで、単位格子内での透過率差を相殺する回折光学素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−５３７３６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２０８９９号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の回折光学素子では、回折格子を透過する全体の光量が減少してしまう。
【０００６】
これを解決するために、光束が平均化されにくい一部の領域のみにおいて透過率差を相殺する相殺手段を設けてもよいが、その場合、相殺手段を有する領域と有さない領域間で透過率差が生じてしまう。また、相殺手段によっては、回折効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、良好な回折効率を実現しつつ透過率差が小さい回折光学素子、光学系および光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての回折光学素子は、第１ベース部および第１格子部を含む第１の回折格子と、第２ベース部および第２格子部を含む第２の回折格子とを有し、第１の回折格子の材料の設計波長における第１消衰係数をｋＬ、第２の回折格子の材料の設計波長における第２消衰係数をｋＦとするとき、
０．０００１＜ｋＬ＜０．０２００
０．００１＜ｋＦ＜０．５００
なる条件式を満たし、光軸に垂直な方向において、第１の領域と、第２格子部の格子高さが第１の領域よりも低い第２の領域とを有し、第１ベース部の厚さに第１消衰係数を乗じた第１乗算値と第２ベース部の厚さに第２消衰係数を乗じた第２乗算値との合計値の第１の領域における平均値は、合計値の第２の領域の光軸側半分における平均値よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好な回折効率を実現しつつ透過率差が小さい回折光学素子、光学系および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の回折光学素子の正面図および側面図である。
【図２】実施例１の回折光学素子の部分断面図である。
【図３】比較例の回折光学素子の部分断面図である。
【図４】実施例１の回折光学素子の領域１における回折効率特性を示している。
【図５】比較例の回折光学素子の回折効率特性を示している。
【図６】実施例１の回折光学素子の各格子形状を表している。
【図７】実施例１の回折光学素子のｋＢｓｕｍを示している。
【図８】実施例１の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図９】比較例の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図１０】実施例２の回折光学素子の部分断面図である。
【図１１】実施例２の回折光学素子の各格子形状を表している。
【図１２】実施例２の回折光学素子のｋＢｓｕｍを示している。
【図１３】実施例２の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図１４】実施例３の回折光学素子の各格子形状を表している。
【図１５】実施例３の回折光学素子のｋＢｓｕｍを示している。
【図１６】実施例３の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図１７】実施例４の回折光学素子の各格子形状を表している。
【図１８】実施例４の回折光学素子のｋＢｓｕｍを示している。
【図１９】実施例４の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図２０】実施例５の回折光学素子の部分断面図である。
【図２１】実施例５の回折光学素子の各格子形状を表している。
【図２２】本発明の実施例５の回折光学素子のｋＢｓｕｍの値を示す図。
【図２３】実施例５の回折光学素子の平均透過率を示している。
【図２４】実施例６の光学系の構成図である。
【図２５】実施例７の光学系の構成図である。
【図２６】実施例８の撮像装置の要部概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１２】
図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ、本実施例の回折光学素子１の正面図および側面図である。図２は、回折光学素子１を図１（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した場合の部分断面図である。ただし、図２は、格子高さの方向へデフォルメされた図となっている。
【００１３】
回折光学素子１は、素子部２，３，１２を有し、素子部２，３，１２の全体で１つの回折光学素子として作用する。
【００１４】
素子部２は、透明基板４と、透明基板４上に設けられたベース部６および格子部８からなる格子形成層（第３の回折格子ＧＨ）とを有する。ベース部６および格子部８は、同一部材であってもよいし、異なる部材であってもよい。ベース部６および格子部８が異なる部材である場合、接合等により１つの部材として機能するように構成されていればよい。
【００１５】
素子部１２は、透明基板５と、透明基板５上に設けられたベース部１１および格子部（第２の格子部）１０からなる第３格子形成層（第２の回折格子ＧＦ）とを有する。ベース部１１および格子部１０は、同一部材であってもよいし、異なる部材であってもよい。ベース部１１および格子部１０が異なる部材である場合、接合等により１つの部材として機能するように構成されていればよい。
【００１６】
素子部３は、ベース部７および格子部（第１格子部）９を有し、格子部８と格子部１０との間に設けられている。ベース部７および格子部９により回折格子（第１の回折格子ＧＬ）が構成される。ベース部７および格子部９は、同一部材であってもよいし、異なる部材であってもよい。ベース部７および格子部９が異なる部材である場合、接合等により１つの部材として機能するように構成されていればよい。格子部９は、格子部９ａ，９ｂから構成される。格子部９ａ，９ｂはそれぞれ、格子斜面を介して格子部８，１０に密着している。
【００１７】
格子部８，９，１０は、同心円状の格子形状を有し、径方向（光軸に垂直な方向）における格子ピッチが変化すること、および光軸Ｏから徐々に格子高さが減少および増加することによってレンズ作用を有する。
【００１８】
本実施例では、回折光学素子１は、径方向に沿って複数の領域を有し、それぞれの領域に応じて各格子部の格子高さおよび各ベース部の厚さを変更した構成となっている。本実施例では、回折光学素子１は、光軸Ｏに近い領域１（第１の領域）と光軸Ｏから離れた領域２（第２の領域）とで構成されている。
【００１９】
なお、図２において、領域１の格子が２つ表示されているが、本発明はこれに限定されない。各領域の格子数は、設計者により適宜設定可能である。
【００２０】
本実施例では、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る。各格子部を構成する材料および各格子部の格子高さは、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に選択される。
【００２１】
以下、回折光学素子１の具体的な構成について説明する。格子部８を形成する第１の材料として、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）が用いられる。第１の材料は、可視領域で吸収が少なく、波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋは６．８×１０−６である。
【００２２】
格子部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）が用いられる。第２の材料は、可視領域で吸収を有し、波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋは９．０×１０−４である。
【００２３】
格子部１０を形成する第３の材料として、ニオブ酸化物とチタン酸化物を混合した無機材料（Ｎｄ＝２．２２６０、νｄ＝８．２７、θｇＦ＝０．５３７）が用いられる。第３の材料は、可視域で吸収を有し、波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋは１．９６×１０−１である。
【００２４】
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。
【００２５】
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）           （ａ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）       （ｂ）
格子部９ａの領域１における格子高さは１０．３０μｍであり、１つの輪帯内において、格子高さが低い箇所と高い箇所の間で約１４．７％の透過率差が生じる。格子部１０の領域１における格子高さは０．０３５μｍであり、格子高さが低い箇所と高い箇所の間で約１４．５％の透過率差が生じる。本実施例では、領域１において、回折光学素子１の径方向のうち、格子部９の格子高さが増減する方向と格子部１０の格子高さが増減する方向は反対方向である。言い換えると、格子部９の径方向に対する透過率差の増減の方向は格子部１０の径方向に対する透過率差の増減の方向と反対となっている。そのため、格子部９で発生する輪帯内における透過率差を、格子部１０を用いてキャンセルさせることができるため、回折光学素子１の全体として輪帯内における透過率差を少なくすることができる。
【００２６】
以下、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説明する。回折光学素子１において、波長λでの回折次数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）が以下の式（ｃ）を満足することである。
【００２７】
Φ（λ）＝−（ｎ０２−ｎ０１）×ｄＬ＋（ｎ０３−ｎ０２）×ｄＦ
＝ｍλ                                      （ｃ）
式（ｃ）において、ｎ０１，ｎ０２，ｎ０３はそれぞれ、第１から第３の材料の波長λの光に対する屈折率である。また、ｄＬは格子部８，９ａの格子高さ、ｄＦは格子部９ｂ，１０の格子高さである。
【００２８】
本実施例では、図２の０次回折光から上向きに回折する光の回折次数を負の回折次数、０次回折光から下向きに回折する光の回折次数を正の回折次数とする。入射側の格子部８が、格子高さが図中下から上に減少する格子形状を有する場合、式（ｃ）での格子高さｄＬ，ｄＦの符号は正となる。
【００２９】
また、任意の波長λでの回折効率η（λ）は、以下の式（ｄ）で表される。
【００３０】
η（λ）＝ｓｉｎｃ２〔π｛ｍ−Φ（λ）／λ｝〕             （ｄ）
式（ｄ）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１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。
【００３１】
また、回折光学素子１の設計波長は５５０ｎｍである。本実施例の回折格子は、領域１において、格子高さｄＬ，ｄＦがそれぞれ、１０．３０μｍ，０．０３５μｍである場合に可視波長域で最も回折効率が高い状態となる。
【００３２】
本実施例の回折光学素子１においては、格子部９ｂ，１０の格子高さは非常に低いため、実質的な位相差は格子部８，９ａで得られている。そのため、格子部８，９において、適切な材料選択をすることで、高い回折効率を得ることができる。本実施例では、格子部９は低屈折率高分散材料から構成され、格子部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。また、格子部１０は、格子部８と同様に低分散材料から構成されていることが望ましいが、本実施例では、格子高さを低くして格子部１０による透過率低下を少なくするために、高屈折率で比較的分散が大きい材料で構成されている。そのため、回折光学素子１の全体として、格子部１０を用いない構成に対して、回折効率は若干低くなる。
【００３３】
回折光学素子１では、第２の材料の設計波長における消衰係数（第１消衰係数）をｋＬ、第３の材料の設計波長における消衰係数（第２消衰係数）をｋＦとしたとき、以下の条件式（１）および条件式（２）を満たす。
【００３４】
０．０００１＜ｋＬ＜０．０２００                    （１）
０．００１＜ｋＦ＜０．５００                        （２）
なお、ここでいう消衰係数とは、厚さＤの材料層に入る波長λ０の光の入射光量をＩ０、射出された光の光量をＩ１としたとき、以下の式（ｅ）で与えられるものである。
【００３５】
【数１】
2020140091.tif 000003
【００３６】
式（１）の下限値を下回ると、所望の屈折率が得られにくくなり、高い回折効率を得ることが困難となる。式（１）の上限値を上回ると、格子部９の輪帯内における透過率差が大きくなり、格子部１０での補正が困難となる。
【００３７】
式（２）の下限値を下回ると、格子部１０の格子高さが高くなるため、可視域全域で高い回折効率を得ることが困難となる。式（２）の上限値を上回ると、格子部１０の格子高さやベース部１１の厚さの敏感度が高くなるため、製造難易度が高くなるため、好ましくない。
【００３８】
また、条件式（１）および条件式（２）の数値範囲をそれぞれ、以下の条件式（２ａ）および条件式（２ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
０．０００２＜ｋＬ＜０．００５                      （１ａ）
０．００５＜ｋＦ＜０．４００                        （２ａ）
また、条件式（１）および条件式（２）の数値範囲をそれぞれ、以下の条件式（２ｂ）および条件式（２ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００４０】
０．０００４＜ｋＬ＜０．００２                      （１ｂ）
０．０１＜ｋＦ＜０．３５                            （２ｂ）
以下、比較例を用いながら回折光学素子１の回折効率について説明する。図３は、比較例の回折光学素子の部分断面図である。比較例の回折光学素子では、格子部８，９は実施例１と同様の材料構成を有し、格子部９の格子高さｄ１を１０．８μｍとしている。ただし、比較例の回折光学素子は、格子部１０を有さない。
【００４１】
図４は、本実施例の回折光学素子１の領域１において、格子先端を連ねた包絡面の法線に対して垂直に光線が入射した場合の設計次数である１次での回折効率特性を示している。図５は、比較例の回折光学素子に、格子先端を連ねた包絡面の法線に対して垂直に光線が入射した場合の設計次数である１次での回折効率特性を示している。実施例１の回折光学素子１では、比較例の回折光学素子と同様に、可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。
【００４２】
以下、本実施例の回折格子の位相変調効果と透過率との関係について説明する。光軸Ｏを基準とする垂直方向（径方向）の位置（ｍｍ）をＲ、回折光の回折次数をｍ、設計波長（ｎｍ）をλ０、位相係数（ｉ＝２，４，６…）をＣｉとするとき、回折光学素子１の回折面の位相関数Ｐｈ（Ｒ）は、以下の式（ｆ）によって表される。
【００４３】
Ｐｈ（Ｒ）＝（Ｃ２×Ｒ−２＋Ｃ４×Ｒ−４＋・・・）／（ｍ×λ０）  （ｆ）
本実施例では、式（ｆ）において、位相係数Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ、−５．７１０Ｅ−５，−８．３３１Ｅ−９、回折次数ｍは＋１、設計波長λ０は５５０ｎｍである。なお、「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味する。
【００４４】
また、有効径半径は２５ｍｍである。以降の記述において、径比率とは有効径半径を１．０とした場合の所定の場所における比率値を示す。ここで、有効径とは、回折光学素子１の物体側の面を通過する光束のうち最も光軸から離れた位置を通過する光束の物体側の面上の径を言う。または、物体側の面上で研磨仕上げされた部分の径、あるいは回折光学素子１を保持するメカ部材によって決定される径や回折光学素子１の外径であってもよい。
【００４５】
式（ｆ）に示されるように、回折光学素子１の位相変調効果は、光軸Ｏから離れるにつれて大きくなる。格子部８，９，１０の格子斜面の面形状は、位相関数に基づいて決定される。
【００４６】
また、回折光学素子１の位相段差は、光軸Ｏから所定距離だけ離れた位置において位相関数Ｐｈをｍ×λ分ずらすことによって形成する。各位相段差によって不連続に区切られた領域がそれぞれの輪帯となる。位相段差とは、格子部の格子斜面の段差量である。
【００４７】
具体的には、本実施例では、格子部９ａの面形状は、以下の式（ｇ）で表される関数ＤＬ（Ｒ，ｉ）を満たすように設定される。
【００４８】
ＤＬ（Ｒ，ｉ）＝（−Ｐｈ（Ｒ）−ｉ＋１）×ｄ＋ｄＬ         （ｇ）
ここで、関数ＤＬ（Ｒ，ｉ）は、格子部９ａのベース部７からの厚さを示している。Ｒは光軸Ｏからの距離、ｉは第ｉ輪帯の輪帯番号、ｄＬは格子部９ａの各輪帯の格子高さである。
【００４９】
また、格子部１０の面形状は、以下の式（ｈ）で表される関数ＤＦ（Ｒ，ｉ）を満たすように設定される。
【００５０】
ＤＦ（Ｒ，ｉ）＝（Ｐｈ（Ｒ）＋ｉ）×ｄＦ            （ｈ）
ここで、関数ＤＦ（Ｒ，ｉ）は、格子部１０のベース部１１からの厚さを示している。ｄＦは、格子部１０の各輪帯の格子高さである。
【００５１】
本実施例の回折光学素子１では、第１輪帯において光軸Ｏから離れるにつれて関数ＤＬ（Ｒ，ｉ）は増加し、関数ＤＦ（Ｒ，ｉ）は減少する構成となっている。
【００５２】
図２に示されるように、回折光学素子１では、中心部（光軸付近）においてピッチが広く、周辺部にいくにつれてピッチが小さくなる構成となっており、回折ピッチＰは１６５〜３１０１μｍである。
【００５３】
なお、ピッチが狭い領域においては、１つの輪帯内に透過率差があっても、光束内の透過率差が平均化されやすくなるため、目立ちにくくなる。そのため、ピッチが狭い領域において、格子部１０の格子高さを低くして、透過率差の補正量を少なくしても、光束内の透過率差が平均化されるため画像への影響が小さくなる。
【００５４】
また、前述したように、格子部１０の格子高さを低くすると、比較例の回折光学素子の構成に近くなるため、より高い回折効率を得ることができる。
【００５５】
以上のことを考慮して、本実施例の回折光学素子１では、格子部１０の中心部から離れた領域２における格子高さ（第２の高さ）を領域１における格子高さ（第１の高さ）に比べて低くしている。具体的には、中心部から数えて第３番目の輪帯以降（径比率＝０．１７５以降）の領域２において格子高さを０としている。なお、格子部９ａの領域２における格子高さは比較例と同様に１０．８μｍとしている。
【００５６】
また、本実施例の回折光学素子１では、ベース部７，１１の領域２における厚さ（Ｂ２Ｌ，Ｂ２Ｆ）を領域１における厚さ（Ｂ１Ｌ，Ｂ１Ｆ）に対して変化する構成としている。領域２において、ベース部７，１１の厚さを変えずに格子部１０の格子高さを低くすると、輪帯を通る平均透過率が高くなってしまう。そのため、領域１の輪帯を通る光束の平均透過率と領域２の輪帯を通る光束の平均透過率に差が生じ、取得される画像内に濃淡ムラが発生してしまう。
【００５７】
ここで、ベース部７の厚さに設計波長における消衰係数を乗じた第１乗算値をｋＢＬ、ベース部１１の厚さに設計波長における消衰係数を乗じた第２乗算値をｋＢＦとし、ｋＢＬとｋＢＦの合計値をｋＢｓｕｍとする。本実施例の回折光学素子１では、合計値ｋＢｓｕｍの領域１における平均値ｋＢｓｕｍ１が、合計値ｋＢｓｕｍの領域２の中心側半分（光軸側半分）の領域における平均値ｋＢｓｕｍ２よりも小さくなる構成としている。その結果、領域１の輪帯を通る光束の平均透過率と領域２の輪帯を通る光束の平均透過率を近づけた構成の回折光学素子１を得ることができる。
【００５８】
図６は、本実施例の回折光学素子１の各格子形状を表している。図６（ａ）は、回折光学素子１の各径比率の場所における格子部９ａ，１０の格子高さを示している。図６（ａ）において、実線は格子部９ａの格子高さを示し、図中左側の軸数値を参照し、破線は格子部１０の格子高さを示し、図中右側の軸数値を参照している。なお、以下の実施例における図においても同様である。
【００５９】
図６（ｂ）〜図６（ｄ）はそれぞれ、回折光学素子１の各径比率の場所におけるベース部７，１１，６の厚さを示している。
【００６０】
図６（ｅ）は、回折光学素子１の透明基板４，５を除いた総厚、すなわちベース部６，７，１１の厚さの合計と、格子部９ａ，１０の格子高さの合計を足した値を示している。
【００６１】
図７は、本実施例の回折光学素子１における合計値ｋＢｓｕｍを示している。合計値ｋＢｓｕｍは、第３番目の輪帯以降（径比率＝０．１７５以降）の領域２において領域１よりも高い値となるように設定されている。
【００６２】
図８は本実施例の回折光学素子１における透過率平均値を示し、図９は比較例の回折光学素子における透過率平均値を示している。図８および図９の透過率平均値は、有効径直径の１／２５となる範囲の透過率の平均をプロットしたものである。なお、以下の実施例においても同様である。本実施例の回折光学素子１では、比較例の回折光学素子に対して、第１輪帯内（径比率０〜０．１２４）における透過率変化が少なく、かつ径方向の領域間においても透過率変化が緩やかである。
【００６３】
また、格子部９，１０の間で輪帯内における透過率差を効果的に低減する必要がある。そのため、格子部９ａ，１０の領域１における格子高さの平均値をそれぞれｄ１Ｌａ，ｄ１Ｆａ、設計波長をλ０としたとき、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
【００６４】
−０．００１＜（ｄ１Ｌａ×ｋＬ−ｄ１Ｆａ×ｋＦ）／λ０＜０．０１１  （３）
条件式（３）の下限値を下回ると、透過率差の補正が過補正となり逆に輪帯内の透過率差が低下してしまうため好ましくない。条件式（３）の上限値を上回ると、輪帯内の透過率差が十分に補正されず、画像に影響を与えてしまうため好ましくない。
【００６５】
また、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３ａ）の範囲とすることが好ましい。
−０．０００５＜（ｄ１Ｌａ×ｋＬ−ｄ１Ｆａ×ｋＦ）／λ０＜０．０１０  （３ａ）
また、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００６６】
０＜（ｄ１Ｌａ×ｋＬ−ｄ１Ｆａ×ｋＦ）／λ０＜０．００９   （３ｂ）
さらに、以下の条件式（４）も満たすことで、同様に輪帯内の透過率差を良好に補正することができる。
【００６７】
０．２＜ｄ１Ｆａ×ｋＦ／ｄ１Ｌａ×ｋＬ＜１．１      （４）
条件式（４）の下限値を下回ると、輪帯内の透過率差が十分に補正されず、条件式（４）式の上限値を上回ると、透過率差の補正が過補正となり逆に輪帯内の透過率差が低下してしまうため好ましくない。
【００６８】
また、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００６９】
０．２５＜ｄ１Ｆａ×ｋＦ／ｄ１Ｌａ×ｋＬ＜１．０５                （４ａ）
また、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００７０】
０．３＜ｄ１Ｆａ×ｋＦ／ｄ１Ｌａ×ｋＬ＜１．０      （４ｂ）
また、光束内の透過率差を少なくするためには、格子部１０による透過率補正を行う領域の範囲を適切に設定する必要がある。具体的には、回折光学素子１の有効径をＲｅ、光軸Ｏから領域１の端部までの距離をＲｅ１としたとき、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
【００７１】
１＜Ｒｅ／Ｒｅ１＜２０                              （５）
条件式（５）の下限値を下回ると、中心部の補正領域が多くなり、中心部の透過率が低い領域が増えてしまうため好ましくない。条件式（５）の上限値を上回ると、光束内の透過率差が平均化されやすくなるため、本発明の構成を必要としなくなる。
【００７２】
また、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００７３】
１．５＜Ｒｅ／Ｒｅ１＜１８．５                                    （５ａ）
また、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００７４】
２＜Ｒｅ／Ｒｅ１＜１７                                     （５ｂ）
前述したように、本実施例の回折光学素子１は、全体の位相差のうち、格子部８，９ａで大部分の位相差を得ることで広い波長域で高い回折効率を得ることができる。そのため、格子部１０の領域２における格子高さを低くすることが望ましい。具体的には、格子部１０の領域２における格子高さの平均値をｄ２Ｆａとしたとき、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
【００７５】
０≦ｄ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．５                      （６）
条件式（６）の上限値を上回ると、格子部１０の領域２における格子高さが高くなり、領域２内における回折効率が低くなってしまう。
【００７６】
また、条件式（６）の数値範囲を、以下の条件式（６ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００７７】
０≦ｄ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．３５                                  （６ａ）
また、条件式（６）の数値範囲を、以下の条件式（６ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００７８】
０≦ｄ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．２                      （６ｂ）
また、格子部１０の格子高さを低くするためには、第３の材料の屈折率を高くする必要がある。そのためには、第３の材料を金属酸化物とすることが望ましい。この場合、格子部１０は、例えば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、リソグラフィー法やナノインプリント法等によりパターニングしてエッチング法等で選択的に形成すればよい。また、マスクパターンを用いて蒸着法等で選択的に形成してもよい。
【００７９】
また、ベース部７の厚さの平均値をＢＬａとしたとき、以下の条件式（７）を満たすことが望ましい。
【００８０】
０．１＜ＢＬａ／ｄ１Ｌａ＜１．５                    （７）
条件式（７）の下限値を下回ると、ベース部７の厚さが薄くなるため、領域１と領域２の間でのベース部７の厚さの調整が困難になるとともに、製造が困難となる。条件式（７）の上限値を上回ると、回折光学素子１の全体の透過率が下がってしまうため好ましくない。
【００８１】
また、条件式（７）の数値範囲を、以下の条件式（７ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００８２】
０．１１＜ＢＬａ／ｄ１Ｌａ＜１．１５                （７ａ）
また、条件式（７）の数値範囲を、以下の条件式（７ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００８３】
０．１２＜ＢＬａ／ｄ１Ｌａ＜０．８                  （７ｂ）
領域１から領域２にかけて格子部１０の格子高さを低くしつつ、領域間の透過率差を少なくするためには、ベース部１１の領域２における厚みがある程度厚いことが望ましい。具体的には、ベース部１１の領域２の中心側半分の領域における厚さの平均値をＢ２Ｆａとしたとき、以下の条件式（８）を満たすことが望ましい。
【００８４】
０＜Ｂ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．９                      （８）
条件式（８）の下限値を下回ると、領域間の透過率差を補正するために、ベース部７の厚さが厚くなりすぎてしまい、好ましくない。条件式（８）の上限値を上回ると、回折光学素子１の全体の透過率が低下してしまうため好ましくない。
【００８５】
また、条件式（８）の数値範囲を、以下の条件式（８ａ）の範囲とすることが好ましい。
【００８６】
０．０２５＜Ｂ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．８                            （８ａ）
また、条件式（８）の数値範囲を、以下の条件式（８ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【００８７】
０．０５＜Ｂ２Ｆａ／ｄ１Ｆａ＜０．７                （８ｂ）
ここで、ｄ線における第１の材料および第２の材料のアッべ数をνｄ１、νｄ２とするとき、以下の式（９），（１０）を満足することが望ましい。条件式（９），（１０）を満足することで、高い回折効率を得ることができる。
【００８８】
νｄ１＞３５                                        （９）
νｄ２＜２５                                        （１０）
このとき、回折格子を形成する材料のうち、少なくとも１つの材料の部分分散比θｇＦが以下の条件式（１１）を満足することが望ましい。条件式（１１）を満足することで、高い回折効率を有する回折光学素子１を取得することができる。
【００８９】
θｇＦ−（−１．６６５Ｅ−０７×νｄ３＋５．２１３Ｅ−０５×νｄ２
−５．６５６Ｅ−０３×νｄ＋０．７２７８）＜−０．０２７２ （１１）
【実施例２】
【００９０】
図１０は、本実施例の回折光学素子１の部分断面図である。本実施例の回折光学素子１は実施例１の回折光学素子１と同じ材料で構成されているが、格子部１０の位置が実施例１の回折光学素子１とは異なる。
【００９１】
第３の素子部１２は、透明基板４と、透明基板４上に設けられたベース部１１および格子部１０からなる第３格子形成層とを有する。
【００９２】
第２の素子部３は、透明基板５と、透明基板５上に設けられたベース部７および格子部９からなる第２格子形成層とを有する。
【００９３】
第１の素子部２は、ベース部６および格子部８を有し、格子部９，１０との間に設けられている。格子部８は、格子部８ａ，８ｂから構成されている。
【００９４】
本実施例の回折光学素子１は、実施例１の回折光学素子１と同様に、径方向によって複数の領域を有し、それぞれの領域に応じて各格子部の格子高さおよび各ベース部の厚さを変更した構成となっている。
【００９５】
なお、図１０において、領域１の格子が２つ表示されているが、本発明はこれに限定されない。各領域の格子数は、設計者により適宜設定可能である。
【００９６】
本実施例の回折光学素子１では、式（ｆ）の位相係数の値は実施例１の回折光学素子１と同一であり、設計波長は５５０ｎｍ、有効径半径は２５ｍｍである。
【００９７】
本実施例の回折格子は、領域１において、格子高さｄＬ，ｄＦがそれぞれ、１０．３３μｍ、０．０３５μｍである場合に可視波長域で最も回折効率が高い状態となる。
【００９８】
本実施例の回折光学素子１では、実施例１の回折光学素子１と同様、中心部から離れた領域２において、格子部１０の格子高さを低くしている。具体的には、中心部から数えて第４番目の輪帯以降（径比率＝０．２１５以降）の領域２において格子高さを０としている。なお、格子部９の領域２における格子高さは１０．８２μｍとしている。
【００９９】
また、本実施例の回折光学素子１では、ベース部７，１１の領域２における厚さが領域１における厚さに対して変化する構成としている。
【０１００】
図１１は、本実施例の回折光学素子１の各格子形状を表している。図１１（ａ）は、回折光学素子１の各径比率の場所における格子部９，１０の格子高さを示している。図１１（ｂ）〜図１１（ｄ）はそれぞれ、回折光学素子１の各径比率の場所におけるベース部７，１１，６の厚さを示している。図１１（ｅ）は、回折光学素子１の透明基板４，５を除いた総厚、すなわちベース部６，７，１１の厚さの合計と、格子部９，１０の格子高さの合計を足した値を示している。
【０１０１】
図１２は、本実施例の回折光学素子１における合計値ｋＢｓｕｍを示している。合計値ｋＢｓｕｍは、領域２の中心側半分の領域において領域１よりも高い値となるように設定されている。
【０１０２】
図１１に示されるように、本実施例の回折光学素子１では、領域２内において、各ベース部の厚さを緩やかに変化させている。具体的には、領域２内において、ベース部１１の厚さを外周部に向けて減少する構成としている。その結果、図１２に示されるように、合計値ｋＢｓｕｍが領域２内において、外周部に向けて徐々に減少する。
【０１０３】
図１３は、本実施例の回折光学素子１における透過率平均値を示している。図１３に示されるように、本実施例では、第１輪帯内における透過率変化が少なく、かつ径方向の領域間においても透過率変化が緩やかな回折光学素子１を得ることができる。
【０１０４】
また、領域２内において合計ｋＢｓｕｍを外周部に向けて減少させることにより、外周部において、実施例１の回折光学素子１よりも透過率を高めることができ、より好ましい構成の回折光学素子１となっている。
【０１０５】
また、領域２において、合計値ｋＢｓｕｍの最大値をｋＢ２ｍａｘ、最小値をｋＢｍｉｎとしたとき、以下の条件式（１２）を満たすことが望ましい。
【０１０６】
０．１＜ｋＢ２ｍｉｎ／ｋＢ２ｍａｘ＜１．１          （１２）
条件式（１２）の下限値を下回ると、領域２内における透過率変化が大きくなるため、画像として目立ってしまい好ましくない。条件式（１２）の上限値を上回ると、周辺部において透過率を高くすることができないため、回折光学素子１の全体としての透過率が低下してしまう。
【０１０７】
また、条件式（１２）の数値範囲を、以下の条件式（１２ａ）の範囲とすることが好ましい。
【０１０８】
０．１２５＜ｋＢ２ｍｉｎ／ｋＢ２ｍａｘ＜１．０７５  （１２ａ）
また、条件式（１２）の数値範囲を、以下の条件式（１２ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
【０１０９】
０．１５＜ｋＢ２ｍｉｎ／ｋＢ２ｍａｘ＜１．０５      （１２ｂ）
【実施例３】
【０１１０】
本実施例の回折光学素子１は、図１０の構成を有し、実施例２の回折光学素子１と比べて回折格子を形成する材料や構成を若干変更したものである。第１の材料と第２の材料は、実施例２と同一である。
【０１１１】
本実施例では、第３の材料として、無機材料であるＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）（Ｎｄ＝１．９８１１、νｄ＝１５．５４、θｇＦ＝０．３６４）が用いられる。第３の材料は、可視域で吸収を有し、波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋは４．７３×１０−２である。
【０１１２】
格子部９の領域１における格子高さは９．９５μｍであり、格子部１０の領域１における格子高さは０．１μｍである。格子部１０の径方向に対する透過率差の増減の方向は、格子部９と反対の方向となっているため、回折光学素子１の全体として透過率差が少なくなる構成となっている。
【０１１３】
本実施例の回折光学素子１では、式（ｆ）の位相係数の値は実施例１の回折光学素子１と同一であり、設計波長は５５０ｎｍ、有効径半径は２５ｍｍである。
【０１１４】
本実施例の回折光学素子１では、実施例１の回折光学素子１と同様、中心部から離れた領域２において、格子部１０の格子高さを低くしている。本実施例では、格子部１０の格子高さを領域１および領域２内において徐々に変化させている。格子部１０の格子高さの変化率が最も大きい場所は、第４番目の輪帯と第５番目の輪帯の境界（径比率＝０．２４８）であり、第１〜第４輪帯を領域１、第５輪帯以降を領域２としている。
【０１１５】
ここで、格子高さの変化率Δｄは、所定の輪帯ｍの格子高さをｄｍ、前後１輪帯（当該輪帯を含めて合計３輪帯）の格子高さの平均値をｄａｖｅとしたとき、以下の式（ｉ）から計算される。なお、格子部９の領域２における格子高さを１０．８２μｍとしている。
【０１１６】
Δｄ＝ｄａｖｅ−ｄｍ                                （ｉ）
また、本実施例の回折光学素子１では、ベース部７，１１の領域２における厚さが領域１における厚さに対して変化する構成としている。
【０１１７】
図１４は、本実施例の回折光学素子１の各格子形状を表している。図１４（ａ）は、回折光学素子１の各径比率の場所における格子部９，１０の格子高さを示している。図１４（ｂ）〜図１４（ｄ）はそれぞれ、回折光学素子１の各径比率の場所におけるベース部７，１１，６の厚さを示している。図１４（ｅ）は、回折光学素子１の透明基板４，５を除いた総厚、すなわちベース部６，７，１１の厚さの合計と、格子部９，１０の格子高さの合計を足した値を示している。
【０１１８】
図１５は、本実施例の回折光学素子１における合計値ｋＢｓｕｍを示している。合計値ｋＢｓｕｍは、領域２の中心側半分の領域において領域１よりも高い値となるように設定されている。
【０１１９】
図１４に示されるように、本実施例の回折光学素子１では、領域２内において、各ベース部の厚さを緩やかに変化させている。具体的には、領域２内において、ベース部１１の厚さを外周部に向けて減少する構成としている。その結果、図１５に示されるように、合計値ｋＢｓｕｍが領域２内において、外周部に向けて徐々に減少する。
【０１２０】
図１６は、本実施例の回折光学素子１における透過率平均値を示している。図１６に示されるように、本実施例では、第１輪帯内における透過率変化が少なく、かつ径方向の領域間においても透過率変化が緩やかな回折光学素子１を得ることができる。
【０１２１】
また、領域２において、合計値ｋＢｓｕｍを外周部に向けて減少させることにより、外周部において透過率を高めることができ、より好ましい構成の回折光学素子１となっている。
【実施例４】
【０１２２】
本実施例の回折光学素子１は、図１０の構成を有し、実施例２の回折光学素子１と比べて回折格子を形成する材料や構成を若干変更したものである。第１の材料と第２の材料は、実施例２と同一である。
【０１２３】
本実施例では、第３の材料として、無機材料であるチタン酸化物（Ｎｄ＝２．１２９１、νｄ＝４．８４、θｇＦ＝０．４９９）が用いられる。第３の材料は、可視域で吸収を有し、波長５５０ｎｍにおける消衰係数ｋは２．０５×１０−１である。
【０１２４】
格子部９の領域１における格子高さは１０．４１μｍであり、格子部１０の領域１における格子高さは０．０３μｍである。格子部１０の径方向に対する透過率差の増減の方向は、格子部９と反対の方向となっているため、回折光学素子１の全体として透過率差が少なくなる構成となっている。
【０１２５】
本実施例の回折光学素子１では、式（ｆ）の位相係数の値は実施例１の回折光学素子１と同一であり、設計波長は５５０ｎｍ、有効径半径は２５ｍｍである。
【０１２６】
本実施例の回折光学素子１では、実施例１の回折光学素子１と同様、中心部から離れた領域２において、格子部１０の格子高さを低くしている。本実施例では、格子部１０の格子高さを領域１および領域２内において徐々に変化させている。格子部１０の格子高さの変化率が最も大きい場所は、第５番目の輪帯と第６番目の輪帯の境界（径比率＝０．２７７）であり、第１〜第５輪帯を領域１、第５輪帯以降を領域２としている。なお、格子部９の領域２における格子高さを１０．８２μｍとしている。
【０１２７】
また、本実施例の回折光学素子１では、ベース部７，１１の領域２における厚さが領域１における厚さに対して変化する構成としている。
【０１２８】
また、実施例１〜３の回折光学素子１では、各ベース部の厚さは、１つの輪帯内においては同じ厚さであり、輪帯間で離散的に変化する構成であったが、本実施例の回折光学素子１では、各ベース部の厚さを連続的に変化させた構成としている。
【０１２９】
図１７は、本実施例の回折光学素子１の各格子形状を表している。図１７（ａ）は、回折光学素子１の各径比率の場所における格子部９と格子部１０の格子高さを示している。図１７（ｂ）〜図１７（ｄ）はそれぞれ、回折光学素子１の各径比率の場所におけるベース部７，１１，６の厚さを示している。図１７（ｅ）は、回折光学素子１の透明基板４，５を除いた総厚、すなわちベース部６，７，１１の厚さの合計と、格子部，１０の格子高さの合計を足した値を示している。
【０１３０】
図１８は、本実施例の回折光学素子１における合計値ｋＢｓｕｍを示している。合計値ｋＢｓｕｍは、領域２の中心側半分の領域において領域１よりも高い値となるように設定されている。
【０１３１】
図１７に示されるように、本実施例の回折光学素子１では、領域２内において、各ベース部の厚さを緩やかに変化させている。具体的には、領域２内において、ベース部１１の厚さを外周部に向けて減少する構成としている。その結果、図１８に示されるように、合計値ｋＢｓｕｍが領域２内において、外周部に向けて徐々に減少する。
【０１３２】
図１９は、本実施例の回折光学素子１における透過率平均値を示している。図１９に示されるように、本実施例では、第１輪帯内における透過率変化が少なく、かつ径方向の領域間においても透過率変化が緩やかな回折光学素子１を得ることができる。
【０１３３】
また、領域２において、合計値ｋＢｓｕｍを外周部に向けて減少させることにより、外周部において透過率を高めることができ、より好ましい構成の回折光学素子１となっている。
【実施例５】
【０１３４】
図２０は、本実施例の回折光学素子１の部分断面図である。本実施例の回折光学素子１は実施例１の回折光学素子１と同じ材料で構成されているが、第１の透明基板４が設けられていない。
【０１３５】
格子部９ａの領域１における格子高さは１０．４４８μｍであり、格子部１０の領域１における格子高さは０．０２５μｍである。格子部１０の径方向に対する透過率差の増減の方向は、格子部９と反対の方向となっているため、回折光学素子１の全体として透過率差が少なくなる構成となっている。
【０１３６】
本実施例の回折光学素子１では、式（ｆ）の位相係数の値は実施例１の回折光学素子１と同一であり、設計波長は５５０ｎｍ、有効径半径は２５ｍｍである。
【０１３７】
本実施例の回折光学素子１では、実施例１の回折光学素子１と同様、中心部から離れた領域２において、格子部１０の格子高さを低くしている。本実施例では、格子部１０の格子高さを領域１および領域２内において徐々に変化させている。格子部１０の格子高さの変化率が最も大きい場所は、第３番目の輪帯と第４番目の輪帯の境界（径比率＝０．２１５）であり、第１〜第３輪帯を領域１、第４輪帯以降を領域２としている。なお、格子部９ａの領域２における格子高さを１０．８２μｍとしている。
【０１３８】
また、本実施例の回折光学素子１では、ベース部７，１１の領域２における厚さが領域１における厚さに対して変化する構成としている。
【０１３９】
図２１は、本実施例の回折光学素子１の各格子形状を表している。図２１（ａ）は、回折光学素子１の各径比率の場所における格子部９ａ，１０の格子高さを示している。図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）はそれぞれ、回折光学素子１の各径比率の場所におけるベース部７，１１，６の厚さを示している。図２１（ｅ）は、回折光学素子１の透明基板４，５を除いた総厚、すなわちベース部６，７，１１の厚さの合計と、格子部９ａおよび格子部１０の格子高さの合計を足した値を示している。
【０１４０】
図２２は、本実施例の回折光学素子１における合計値ｋＢｓｕｍを示している。合計値ｋＢｓｕｍは、領域２の中心側半分の領域において領域１よりも高い値となるように設定されている。
【０１４１】
図２１に示されるように、本実施例の回折光学素子１では、領域２内において、各ベース部の厚さを緩やかに変化させている。具体的には、領域２内において、ベース部７，１１の厚さを外周部に向けて減少する構成としている。その結果、図２２に示されるように、合計値ｋＢｓｕｍが領域２内において、外周部に向けて徐々に減少する。
【０１４２】
図２３は、本実施例の回折光学素子１における透過率平均値を示している。図２３に示されるように、本実施例では、第１輪帯内における透過率変化が少なく、かつ径方向の領域間においても透過率変化が緩やかな回折光学素子１を得ることができる。
【０１４３】
また、領域２において、合計値ｋＢｓｕｍを外周部に向けて減少させることにより、外周部において透過率を高めることができ、より好ましい構成の回折光学素子１となっている。
【０１４４】
実施例１から実施例４の回折光学素子１のように、各回折格子を透明基板４，５で挟んだ構成とする場合、各素子部の総厚を領域に応じて一定とする必要がある。本実施例のように透明基板を片側だけに設けた場合においても、各素子部の総厚を一定範囲内とすることで、成形安定性が向上するとともに、環境変動に対する変化が少ない回折光学素子１を得ることができる。
【０１４５】
具体的には、所定の１つの輪帯内でのベース部の厚さと格子部の格子高さの合計値をＢｓｕｍ、合計値Ｂｓｕｍの、領域１における平均値をＢ１ｓｕｍ、領域２における平均値をＢ２ｓｕｍとしたとき、以下の条件式（１３）を満たすことが望ましい。
【０１４６】
０．８＜Ｂ１ｓｕｍ／Ｂ２ｓｕｍ＜１．２                            （１３）
また、条件式（１３）の数値範囲を、以下の条件式（１３ａ）の範囲とすることが好ましい。
【０１４７】
０．９＜Ｂ１ｓｕｍ／Ｂ２ｓｕｍ＜１．１                            （１３ａ）
以下の表１は、各実施例の回折光学素子１の各条件式に対応した値を表している。
【０１４８】
【表１】
2020140091.tif 000004
【実施例６】
【０１４９】
本実施例では、実施例１乃至５の何れかの回折光学素子１と同様の特性を有する回折光学素子を備える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、光学系の色収差が低減され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１によって色収差を低減する。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。
【０１５０】
図２４は、本実施例の光学系１００の構成図である。光学系１００は、複数の光学素子１０１および絞り１０２を有する。光学系１００は、被写体像を結像面１０３に結像する。複数の光学素子１０１のうちの１つは回折光学素子１であり、その他は屈折光学素子（レンズ）である。
【０１５１】
実施例１乃至５で説明したように、回折光学素子１は広い波長域において高い回折効率を有している。これにより、回折光学素子１に起因するフレアやゴーストの発生を低減することができるため、高品位な像を得ることができる。
【０１５２】
さらに、回折光学素子１の輪帯内における透過率差、および領域間における透過率変化が少ない構成となっているため、撮影した画像においても画像領域内での透過率差が少ない。
【０１５３】
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よい。
【実施例７】
【０１５４】
本実施例では、実施例１乃至５の何れかの回折光学素子１と同様の特性を有する回折光学素子１を備える、実施例６とは異なる光学系について説明する。本実施例の光学系は、例えば、双眼鏡の観察光学系として用いることができる。
【０１５５】
図２５は、本実施例の光学系２００の構成図である。光学系２００は、対物レンズ部２０１、プリズム２０５および接眼レンズ部２０６を有する。観察者は瞳面２０７に眼を配置することで、接眼レンズ部２０６を通して対象物を観察することができる。
【０１５６】
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。本実施例の回折光学素子１は、実施例１乃至５の何れかの回折光学素子１と同様の特性を有する。
【０１５７】
実施例１乃至５で説明したように、回折光学素子１は、広い波長域において高い回折効率を有する。これにより、回折光学素子１に起因するフレアやゴーストの発生を低減することができるため、高品位な像を得ることができる。
【０１５８】
さらに、回折光学素子１の輪帯内における透過率差、および領域間における透過率変化が少ない構成となっているため、撮影した画像においても画像領域内での透過率差が少ない。
【０１５９】
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をレンズの凹面また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よい。
【０１６０】
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部２０６に回折光学素子１を配置してもよい。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。
【０１６１】
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、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。
【実施例８】
【０１６２】
図２６は、本実施例の撮像装置（光学機器）としてのデジタルカメラ３００の要部概略図である。デジタルカメラ３００は、実施例６の光学系１００を保持する保持部材であるレンズ部３０１と本体部３０２を有する。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が配置される。デジタルカメラ３００が光学系１００を有することで、フレアやゴーストの発生を低減した高品位な画像を得ることができる。
【０１６３】
なお、図２６では、レンズ部３０１と本体部３０２と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２６は、光学系１００を有するレンズ部３０１が本体部３０２に装着されている状態と見ることもできる。
【０１６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１６５】
１    回折光学素子
７    ベース部（第１ベース部）
９    格子部（第１格子部）
１０  格子部（第２格子部）
１１  ベース部（第２ベース部）
ＧＬ  第１の回折格子
ＧＦ  第２の回折格子
【図１】
2020140091.tif 000005
【図２】
2020140091.tif 000006
【図３】
2020140091.tif 000007
【図４】
2020140091.tif 000008
【図５】
2020140091.tif 000009
【図６】
2020140091.tif 000010
【図７】
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【図８】
2020140091.tif 000012
【図９】
2020140091.tif 000013
【図１０】
2020140091.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020140091.tif 000018
【図１５】
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【図１６】
2020140091.tif 000020
【図１７】
2020140091.tif 000021
【図１８】
2020140091.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
2020140091.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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