(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構成で可視域全域で高い回折効率を得、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、広い波長域において不要光の低減効果が得られる構成の回折光学素子、及びそれを有する。【解決手段】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８と、第１の回折格子の格子壁面に配置された誘電体薄膜１０、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９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た構成の回折光学素子１であり、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、ｎ２ｅ＜ｎ１ｅ＜ｎｈｅ、ｋｅ＜ｋｃを満たす。【選択図】図２
2020106562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
【請求項２】
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
【請求項３】
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｜
【請求項４】
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。
【請求項５】
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
【請求項６】
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
【請求項７】
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
【請求項８】
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。
【請求項９】
請求項８に記載の撮影光学系を有する光学機器。
【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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１８３８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７０１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
ｎ２ｅ＜ｎ１ｅ＜ｎｈｅ
ｋｅ＜ｋｃ
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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
【図２】本発明の実施例１の回折光学素子の部分断面図
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【図７】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
【図８】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
【図９】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
【図１０】本発明の実施例３の回折光学素子の部分断面図
【図１１】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
【図１２】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
【図１３】本発明の実施例４の回折光学素子の部分断面図
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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
【図１７】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
【図１８】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
【図１９】本発明の回折光学素子を用いた撮影光学系の構成図
【図２０】本発明の回折光学素子を用いた観察光学系の構成図
【図２１】本発明の撮像装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
本実施例の具体的な構成について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、回折光学素子１の具体的な構成について述べる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、本実施例の回折光学素子の設計波長は５５０ｎｍである。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【数１】
2020106562.tif 000003
【００５０】
（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。
【００５１】
また、（６）式は以下の式を満たすほうがより好ましい。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数２】
2020106562.tif 000004
【００５５】
【数３】
2020106562.tif 000005
【００５６】
ただし、ｋ０は以下の式である。
【００５７】
【数４】
2020106562.tif 000006
【００５８】
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。
【００５９】
【数５】
2020106562.tif 000007
【００６０】
【数６】
2020106562.tif 000008
【００６１】
【数７】
2020106562.tif 000009
【００６２】
ただし、κｃ、δｃは以下の式である。
【００６３】
【数８】
2020106562.tif 000010
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
０．０１３＜Ｐｍ＜０．０３５    ・・・（１２）
ただし、Ｐｍ＝（ｎｈｅ−ｎ１ｅ）×ｗｆ／λ１で与えられる。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
｜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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
図３に、ＲＣＷＡで計算した回折格子の断面模式図を示す。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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、
【０１０１】
【数９】
2020106562.tif 000011
【０１０２】
で与えられる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
具体的には、以下の条件式（１７）の範囲とするのが好ましい。
【０１１３】
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。
【０１１４】
（１７）式は望ましくは以下の範囲とするのが良い。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【実施例２】
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【実施例３】
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
【数１０】
2020106562.tif 000012
【０１４８】
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、
【０１４９】
【数１１】
2020106562.tif 000013
【０１５０】
で表わされる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【実施例４】
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
【数１２】
2020106562.tif 000014
【実施例５】
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【実施例６】
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
【表１】
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【実施例７】
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【実施例８】
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【実施例９】
【０２１６】
次に実施例９の撮像装置について説明する。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【符号の説明】
【０２２０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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