(57)【要約】【課題】広い波長域において単位格子内での透過率差による影響を低減可能な回折光学素子、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、ベース部及び格子部を含む回折格子を有し、回折格子の材料の設計波長における消衰係数をｋ１、回折格子の中心部の厚さをｄ０、回折格子の第１輪帯の格子高さをｄ１、ベース部の厚さをＢ１とするとき、    ０．０００１＜ｋ１＜０．０２    ０．２＜（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１＜０．９なる条件式を満足する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部及び格子部を含む回折格子を有し、
該回折格子の材料の設計波長における消衰係数をｋ１、前記回折格子の中心部の厚さをｄ０、前記回折格子の第１輪帯の格子高さをｄ１、前記ベース部の厚さをＢ１とするとき、
０．０００１＜ｋ１＜０．０２
０．２＜（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１＜０．９
なる条件式を満足することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
光軸に対する径方向の高さをＲ、位相係数をＣ２，Ｃ４，・・・、回折次数をｍ、前記設計波長をλ０、前記第１輪帯の輪帯半径をＲｍ１、
Ｐｈ（Ｒ）＝（Ｃ２×Ｒ-２＋Ｃ４×Ｒ-４＋・・・）／（ｍ×λ０）
Δφ＝１−｜Ｐｈ（Ｒｍ１）｜
とするとき、
０．１＜Δφ＜０．８
なる条件式を満足す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輪帯の中心側半分の領域における格子厚の平均値をｄｃ、前記第１輪帯の周辺側半分の領域における格子厚の平均値をｄｒとするとき、
０．０４５＜｜ｄｒ−ｄｃ｜／ｄ１＜０．４５
なる条件式を満足する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輪帯の中心側半分の領域における透過率の平均値をＴｃ、前記第１輪帯の周辺側半分の領域における透過率の平均値をＴｒ、設計波長をλ０とするとき、
０．６＜｜（Ｔｒ−Ｔｃ）×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜７．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項５】
設計波長をλ０とするとき、
０．００１５＜ｋ１×ｄ１／λ０＜０．３５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第１輪帯の中心側半分の領域における透過率の平均値をＴｃ、前記回折格子の第２輪帯の透過率の平均値をＴ２とするとき、
０．９０＜Ｔｃ／Ｔ２＜１．０８
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記回折格子の有効径を１とするときの前記第１輪帯の周辺側１／４の領域における透過率の変化率をＧＴｅ１、前記第１輪帯の最周辺部における透過率をＴｅ１、前記有効径に対する前記第１輪帯の輪帯半径の比率をｒｒ１、設計波長をλ０とするとき、
４．５＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（Ｔｅ１×ｄ１×ｋ１）｜＜２１．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記回折格子の有効径を１とするときの第１輪帯の周辺側１／４の領域における透過率の変化率をＧＴｅ１、前記有効径に対する前記第１輪帯の輪帯半径の比率をｒｒ１、設計波長をλ０とするとき、
３．４＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜１７．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記回折格子とは異なる材料からなる回折格子を更に有し、
該回折格子の設計波長における消衰係数をｋ２とするとき、
０．００００＜ｋ２＜０．０００２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記回折格子とは異なる材料からなる回折格子を更に有し、
該回折格子の設計波長における消衰係数をｋ２とするとき、
０．０００１＜ｋ１−ｋ２＜０．０２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から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輪帯の輪帯半径をＲｍ１、前記回折格子の有効径をＲｅとするとき、
３＜Ｒｅ／Ｒｍ１＜２０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
前記回折格子の第ｉ輪帯（ｉ＝１，２，・・・）における位相段差をＰＤｉ、回折次数をｍとするとき、全ての輪帯のうち８割以上の輪帯において、
０．７＜｜ＰＤｉ／ｍ｜＜１．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
ベース部及び格子部を含む回折格子を有し、
光軸に対する径方向での高さをＲ、位相係数をＣ２，Ｃ４，・・・、回折次数をｍ、設計波長をλ０、第１輪帯の輪帯半径をＲｍ１、前記回折格子の材料の設計波長における消衰係数をｋ１、
Ｐｈ（Ｒ）＝（Ｃ２×Ｒ-２＋Ｃ４×Ｒ-４＋・・・）／（ｍ×λ０）
Δφ＝１−｜Ｐｈ（Ｒｍ１）｜
とするとき、
０．０００１＜ｋ１＜０．０２
０．１＜Δφ＜０．８
なる条件式を満足することを特徴とする回折光学素子。
【請求項１４】
複数の光学素子を有し、該複数の光学素子の少なくとも一つは請求項１から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から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ことができることが知られている。特許文献１には、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）の微粒子を含む樹脂材料を採用することで、可視域で高い回折効率を得ることができ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】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７８１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回折光学素子では、単位格子内での格子高さが増減するように設計されるため、単位格子内で透過率差が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、広い波長域において単位格子内での透過率差による影響を低減可能な回折光学素子、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】
【０００６】
本発明の一側面としての回折光学素子は、ベース部及び格子部を含む回折格子を有し、回折格子の材料の設計波長における消衰係数をｋ１、回折格子の中心部の厚さをｄ０、回折格子の第１輪帯の格子高さをｄ１、ベース部の厚さをＢ１とするとき、
０．０００１＜ｋ１＜０．０２
０．２＜（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１＜０．９
なる条件式を満足する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、広い波長域において単位格子内での透過率差による影響を低減可能な回折光学素子、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】
【０００８】
【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】比較例の回折光学素子の厚さおよび透過率の平均値を示す図である。
【図５】実施例１の回折光学素子の格子形状および透過率の平均値を示す図である。
【図６】実施例２の回折光学素子の各輪帯の位相段差を示す図である。
【図７】実施例２の回折光学素子の格子形状および透過率の平均値を示す図である。
【図８】実施例３の回折光学素子の各輪帯の位相段差を示す図である。
【図９】実施例３の回折光学素子の格子形状および透過率の平均値を示す図である。
【図１０】実施例４の回折光学素子の部分断面図である。
【図１１】実施例４の回折光学素子の各輪帯の位相段差を示す図である。
【図１２】実施例４の回折光学素子の格子形状および透過率の平均値を示す図である。
【図１３】実施例５の光学系の構成図である。
【図１４】実施例６の光学系の構成図である。
【図１５】実施例７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】
【０００９】
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】
【００１０】
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、格子深さ方向へデフォルメされた図となっている。
【００１１】
回折光学素子１は、第１の素子部２および第２の素子部３を有する。第１の素子部２は、第１の透明基板４と、第１の透明基板４上に設けられたベース部６および第１の格子部８からなる第１格子形成層とを有する。ベース部６および第１の格子部８により第１の回折格子が構成される。ベース部６および第１の格子部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および第１の格子部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。第２の素子部３は、第２の透明基板５と、第２の透明基板５上に設けられたベース部７および第２の格子部９からなる第２格子形成層とを有する。ベース部７および第２の格子部９により第２の回折格子が構成される。ベース部７および第２の格子部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および第２の格子部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。第１の格子部８および第２の格子部９は、同心円状の格子形状を有し、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。また、第１の回折格子および第２の回折格子は、光軸２０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。第１の格子部８の格子斜面８ａおよび第２の格子部９の格子斜面９ａは、互いに密着している。
【００１２】
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。第１の回折格子および第２の回折格子を構成する材料および格子高さは、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。
【００１３】
以下、回折光学素子１の具体的な構成について説明する。第１の回折格子を形成する第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の回折格子を形成する第１の材料は、可視領域で吸収が少なく、ｄ線における消衰係数は２．６×１０−７である。第２の回折格子を形成する第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の回折格子を形成する第２の材料は、可視領域で吸収を有し、ｄ線における消衰係数ｋは９．０×１０−４である。
【００１４】
なお、本実施例において、アッベ数νｄおよび部分分散比θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じである。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、アッベ数νｄおよび部分分散比θｇＦはそれぞれ以下の式（ａ），（ｂ）で表される。
【００１５】
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）                                （ａ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）                            （ｂ）
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、回折ピッチは１６４〜２４０３μｍ、格子高さは１０．８０μｍである。第２の回折格子は、中心部（光軸部）での厚さがベース部７の厚さよりも厚くなるように構成されている。
【００１６】
以下、回折光学素子１の位相差と回折効率と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。
【００１７】
Φ（λ）＝−（ｎ０２−ｎ０１）×ｄ１＝ｍλ                        （ｃ）
式（ｃ）において、ｎ０１は第１の材料の波長λの光に対する屈折率であり、ｎ０２は第２の材料の波長λの光に対する屈折率である。また、ｄ１は第１の回折格子および第２の回折格子の格子高さである。
【００１８】
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。その場合、入射側の第１の回折格子が、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ｄ１の符号は正となる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、回折光学素子１の設計波長は、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）である。第１の回折格子および第２の回折格子は、格子高さｄ１が１０．８０μｍである場合に可視領域で最も回折効率が高い状態となる。
【００２２】
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２０に対する垂直方向（径方向）の高さ（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（４）によって表される。
【００２３】
Ｐｈ（Ｒ）＝（Ｃ２×Ｒ-２＋Ｃ４×Ｒ-４＋・・・）／（ｍ×λ０）   （１）
本実施例では、式（１）において、位相係数Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ、−６．１０Ｅ−５，−８．９０Ｅ−９、回折次数ｍは＋１、設計波長λ０は５８７．５６ｎｍである。また、有効径半径は２５ｍｍである。
【００２４】
式（１）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２０から離れるにつれて大きくなる。第１の格子部８の格子斜面８ａおよび第２の格子部９の格子斜面９ａの面形状は、位相関数に基づいて決定される。
【００２５】
また、回折光学素子１の位相段差は、光軸２０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。
【００２６】
具体的には、本実施例では、第２の格子部の面形状は、以下の式（ｅ）で表される関数Ｄ（Ｒ，ｉ）を満たすように設定される。
【００２７】
Ｄ（Ｒ，ｉ）＝（−Ｐｈ（Ｒ）−ｉ＋１）×ｄ＋ｄ０                  （ｅ）
ここで、関数Ｄ（Ｒ，ｉ）は、第２の回折格子の透明基板５からの厚さを示している。Ｒは光軸２０からの距離、ｉは第ｉ輪帯の輪帯番号、ｄ０は第２の回折格子の中心部の厚さである。本実施例では、第１輪帯において光軸２０から離れるにつれて関数Ｄ（Ｒ，ｉ）は増加する。
【００２８】
本実施例では、第２の回折格子の中心部の厚さｄ０をベース部７の厚さＢ１よりも厚くしているため、第１輪帯において格子厚変化を少なくすることができる。なお、格子厚とは、回折格子の厚さのことである。
【００２９】
以下、比較例を用いながら具体的な数値を示して説明する。比較例の回折光学素子は、本実施例の回折光学素子１と同様の材料構成を有し、格子厚も１０．８μｍである。また、位相係数Ｐｈ（Ｒ）も本実施例と同じである。ただし、吸収を有する第２の回折格子の中心部の厚さｄ０をベース部７の厚さＢ１と等しくしている。
【００３０】
図３は、比較例の回折光学素子の部分断面図である。図４（ａ）は、比較例の回折光学素子の第２の回折格子の透明基板５からの格子形状（厚さ）を示している。図４（ｂ）は、比較例の回折光学素子の透過率の平均値を示している。図４（ｂ）の透過率の平均値は、有効径直径の１／２５となる範囲の透過率の平均値をプロットしたものであり、以下の実施例においても同様である。比較例の回折光学素子では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、第１輪帯において、吸収を有する第２の回折格子の厚さの変化、および透過率変化が大きい。
【００３１】
図５（ａ）は、本実施例の第２の回折格子の透明基板５からの格子形状（厚さ）を示している。図５（ｂ）は、本実施例の回折光学素子１の透過率の平均値を示している。本実施例では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、第１輪帯において、吸収を有する第２の回折格子の厚さの変化、および透過率変化が小さい回折光学素子１を得ることができる。
【００３２】
本実施例においては、第１輪帯における透過率変化を小さくするために、吸収を有する第２の回折格子を形成する第２の材料の設計波長における消衰係数ｋ１を以下の条件式（２）を満足するように設定している。
【００３３】
０．０００１＜ｋ１＜０．０２                                      （２）
消衰係数ｋ１が条件式（２）の下限値を下回ると、第１輪帯における透過率差が小さくなるため、本実施例の構成を用いる必要性が少なくなる。また、消衰係数ｋ１が条件式（２）の上限値を上回ると、第１輪帯における透過率差が大きくなり、本実施例の回折光学素子１を用いても光束間における透過率差を無視できなくなる。
【００３４】
条件式（２）の数値範囲を以下のように設定することが好ましい。
【００３５】
０．０００１＜ｋ１＜０．００５                                    （２ａ）
また、条件式（２）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００３６】
０．０００２＜ｋ１＜０．００１                                    （２ｂ）
なお、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、射出される光の光量をＩ１とするとき、以下の式（ｆ）で与えられる。
【００３７】
【数１】
2020086106.tif 000003
【００３８】
また、吸収を有する第２の材料からなる第２の回折格子の中心部の厚さをｄ０、第１輪帯の格子高さをｄ１、ベース部７の厚さをＢ１とするとき、以下の式（３）を満足するように設定している。
【００３９】
０．２＜（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１＜０．９                              （３）
条件式（３）の下限値を下回ると、中心部の透過率が低くなるため好ましくない。また、条件式（３）の上限値を上回ると、中心部の透過率が高くなるため好ましくない。
【００４０】
条件式（３）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００４１】
０．２５＜（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１＜０．８５                          （３ａ）
また、第２の回折格子の第１輪帯の輪帯半径をＲｍ１とするとき、第１輪帯の位相ずれ量Δφは、以下の式（４）で表される。
【００４２】
Δφ＝１−｜Ｐｈ（Ｒｍ１）｜                                      （４）
なお、「輪帯半径」とは、光軸２０から輪帯の格子頂点までの距離である。
【００４３】
位相ずれ量Δφは、以下の条件式（５）を満足するように設定されている。
【００４４】
０．１＜Δφ＜０．８                                              （５）
条件式（５）の下限値を下回ると、中心部の厚さが厚くなり、透過率が高くなるため好ましくない。また、条件式（５）の上限値を上回ると、中心部の厚さが薄くなり、透過率が低くなるため好ましくない。
【００４５】
条件式（５）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００４６】
０．１５＜Δφ＜０．７５                                          （５ａ）
なお、式（３）の（ｄ０−Ｂ１）／ｄ１と式（４）の｜Ｐｈ（Ｒｍ１）｜は、同じ値であり、式（３）と式（５）の意図することは同じである。
【００４７】
また、第２の回折格子の第１輪帯の光軸側半分（中心側半分）の領域における格子厚の平均値をｄｃ、第１輪帯の周辺側半分の領域における格子厚の平均値をｄｒとするとき、以下の条件式（６）を満足することで、第１輪帯の透過率差を小さくすることができる。なお、格子厚の平均値とは、径方向における１次元の格子厚の平均値を示している。
【００４８】
０．０４５＜｜ｄｒ−ｄｃ｜／ｄ１＜０．４５                        （６）
条件式（６）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００４９】
０．１＜｜ｄｒ−ｄｃ｜／ｄ１＜０．４２                            （６ａ）
さらに、第２の回折格子の第１輪帯の光軸側半分（中心側半分）の領域における透過率の平均値をＴｃ、第１輪帯の周辺側半分の領域における透過率の平均値をＴｒとするとき、以下の条件式（７）を満足することで、第１輪帯における透過率差を小さくすることができる。なお、透過率とは１００％を１．０とする値である。また、透過率の平均値とは、径方向における１次元の透過率の平均値である。
【００５０】
０．６＜｜（Ｔｒ−Ｔｃ）×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜７．５          （７）
条件式（７）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００５１】
１．２＜｜（Ｔｒ−Ｔｃ）×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜５．０          （７ａ）
また、本実施例の回折光学素子１において、透過率変化を低減するためには、第２の回折格子の消衰係数だけでなく、格子厚も考慮すべきである。具体的には、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
【００５２】
０．００１５＜ｋ１×ｄ１／λ０＜０．３５                          （８）
条件式（８）の下限値を下回ると、第１輪帯における透過率差が小さくなるため、本実施例の構成を用いる必要性が少なくなる。また、条件式（８）の上限値を上回ると、第１輪帯における透過率差が大きくなり、本実施例の回折光学素子１を用いても光束間における透過率差を無視できなくなる。
【００５３】
条件式（８）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００５４】
０．００３＜ｋ１×ｄ１／λ０＜０．１                              （８ａ）
さらに、回折光学素子全体の透過率差を目立たなくするためには、中心部の透過率と、第２輪帯以降の透過率を近づけることが望ましい。具体的には、第２の回折格子の第２輪帯の透過率の平均値をＴ２とするとき、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
【００５５】
０．９０＜Ｔｃ／Ｔ２＜１．０８                                    （９）
条件式（９）の下限値を下回るか上限値を上回ると、第１輪帯と第２輪帯との間で透過率差が生じるため、光束間での透過率差が大きくなり好ましくない。
【００５６】
また、第１輪帯における透過率変化を小さくするためには、材料の消衰係数や厚さだけではなく、透過率の変化率を抑制することが好ましい。具体的には、第２の回折格子において、有効径を１とするときの第１輪帯の周辺側１／４の領域における透過率の変化率をＧＴｅ１、第１輪帯の最周辺部における透過率をＴｅ１、有効径に対する第１輪帯の輪帯半径の比率をｒｒ１とするとき、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。透過率の変化率ＧＴｅ１とは、第１輪帯の中心から３／４となる位置から第１輪帯最外周部までの範囲内において、径方向長さ（有効径を１とする）に対する透過率（１００％を１．０とする）の変化の傾きである。
【００５７】
４．５＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（Ｔｅ１×ｄ１×ｋ１）｜＜２１．１       （１０）
条件式（１０）の上限値を上回ると、第１輪帯周辺部での透過率変化が大きくなり好ましくない。また、条件式（１０）の下限値を下回ると、第１輪帯周辺部での透過率変化は小さくなるが逆に中心部の透過率が低下してしまうため好ましくない。
【００５８】
なお、透過率の変化率ＧＴｅ１は、第２の回折格子の面取りやバリなどの、変化が急峻となる場所は含まずに算出される。具体的には、透過率の変化率ＧＴｅ１は、所定位置における透過率の変化率と、所定位置の前後周辺部（有効径外径の１／１００の領域）における透過率の変化率の平均値との比率が８０％〜１２０％となる範囲において算出される。
【００５９】
条件式（１０）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００６０】
５．０＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（Ｔｅ１×ｄ１×ｋ１）｜＜２０．０       （１０ａ）
また、以下の条件式（１１）を満足することで、第１輪帯における透過率変化を抑制することができる。
【００６１】
３．４＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜１７          （１１）
条件式（１１）の上限値を上回ると、第１輪帯周辺部での透過率変化が大きくなり好ましくない。また、条件式（１１）の下限値を下回ると、第１輪帯周辺部での透過率変化は小さくなるが逆に中心部の透過率が低下してしまうため好ましくない。
【００６２】
条件式（１１）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００６３】
４．５＜｜ＧＴｅ１×ｒｒ１×λ０／（ｄ１×ｋ１）｜＜１５．５      （１１ａ）
また、本実施例の回折光学素子１において、第１の回折格子の消衰係数を小さくすることで、回折光学素子全体の透過率を高くすることができるため好ましい。具体的には、第２の回折格子とは異なる材料からなる第１の回折格子の設計波長における消衰係数をｋ２とするとき、以下の条件式（１２）を満足することが好ましい。
【００６４】
０．００００＜ｋ２＜０．０００２                                  （１２）
また、第１の回折格子および第２の回折格子の消衰係数の差が一定範囲の値となることが好ましい。具体的には、以下の条件式（１３）を満足することが好ましい。
【００６５】
０．０００１＜ｋ１−ｋ２＜０．０２                                （１３）
条件式（１３）の下限値を下回ると、第１輪帯における透過率差が小さくなるため、本実施例の構成を用いる必要性が少なくなる。また、条件式（１３）の上限値を上回ると、第１輪帯における透過率差が大きくなり、本実施例の回折光学素子１を用いても光束間における透過率差を無視できなくなる。
【００６６】
条件式（１３）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００６７】
０．０００２＜ｋ１−ｋ２＜０．００５                              （１３ａ）
本実施例の回折光学素子１では、式（ｃ）で示されるように、輪帯間で波長の整数倍となるように格子高さを設定することで、回折光学素子全体として、位相をそろえた波面とすることができる。
【００６８】
回折光学素子１を光学系中に配置した場合、回折光学素子１に入射する光の入射角度や回折格子のピッチなどが場所によって変化する。そのため、回折光学素子１の各場所において回折効率が１００％となるように、格子高さを場所によって適宜変更可能である。
【００６９】
本実施例の回折光学素子１では、全ての輪帯のうち８割以上の輪帯で以下の条件式（１４）を満足することで、様々な光学系に配置されても、回折光学素子全体として高い回折効率を得ることができる。
【００７０】
０．７＜｜ＰＤｉ／ｍ｜＜１．３                                    （１４）
ここで、ＰＤｉは、第ｉ輪帯（ｉ＝１，２，・・・）における位相段差であり、輪帯段差における２つの格子材料の設計波長における屈折率をそれぞれＮ１ｉ、Ｎ２ｉ、格子高さをＤｉとするとき、以下の式（１５）で表される。位相段差とは、格子部の格子斜面の段差量である。
【００７１】
ＰＤｉ＝（Ｎ１ｉ−Ｎ２ｉ）×Ｄｉ／λ０                            （１５）
なお、本実施例では、全輪帯で格子高さＤｉは同一の１０．８μｍとしており、式（１４）の値は全域で０．９９１である。
【００７２】
条件式（１４）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００７３】
０．７５＜｜ＰＤｉ／ｍ｜＜１．１５                                （１４ａ）
本実施例では、第１の回折格子および第２の回折格子は、異なる材料により形成されている。第２の回折格子は、低屈折率高分散材料である第２の材料から構成されている。また、第１の回折格子は、第２の材料に比べて高い屈折率を有する高屈折率低分散材料である第１の材料から構成されている。
【００７４】
ここで、ｄ線における第１の材料および第２の材料のアッベ数をそれぞれνｄ１、νｄ２とするとき、以下の条件式（１５），（１６）を満足することが望ましい。条件式（１６），（１８）を満足することで、高い回折効率を得ることができる。
【００７５】
νｄ１＞３５                                                      （１６）
νｄ２＜２５                                                      （１７）
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が以下の式（１８）を満足することが望ましい。条件式（１８）を満足することで、高い回折効率を有する回折光学素子を取得することができる。なお、「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味する。
θｇＦ−（−１．６６５Ｅ−０７×νｄ３＋５．２１３Ｅ−０５×νｄ２
−５．６５６Ｅ−０３×νｄ＋０．７２７８）＜−０．０２７２            （１８）
【実施例２】
【００７６】
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、図２に示される構成を有し、回折格子を形成する材料や構成が実施例１の回折光学素子１と異なる。
【００７７】
本実施例では、第１の回折格子を形成する第１の材料として、(株）スミタ光学ガラス製のガラスモールド用材料Ｋ−ＧＦＫ６８（Ｎｄ＝１．５９２，νｄ＝６８．３，θｇＦ＝０．５４６）が用いられている。第１の回折格子を形成する第１の材料は、可視領域で吸収が少なく、ｄ線における消衰係数は、１．６×１０−７である。第２の回折格子を形成する第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＝１．５５０，νｄ＝２８．１，θｇＦ＝０．４６０）が用いられている。第２の回折格子を形成する第２の材料は、可視領域で吸収を有し、ｄ線における消衰係数ｋは４．０×１０−４である。
【００７８】
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Ｂ１は３μｍ、回折ピッチＰは１６４〜１７００μｍ、格子高さｄ１は１３．９４〜１３．５２μｍである。
【００７９】
図６は、本実施例の回折光学素子１の各輪帯の位相段差ＰＤｉを示す図である。本実施例の回折光学素子１は、全域で式（１７）を満足し、有効内全域で回折効率が高い回折光学素子となっている。
【００８０】
また、第２の回折格子は、中心部の厚さｄ０がベース部７の厚さＢ１よりも厚くなるように構成されている。
【００８１】
本実施例では、式（４）において、位相係数Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ、−６．１０Ｅ−５，−８．９０Ｅ−９、回折次数ｍは＋１、設計波長λ０は５８７．５６ｎｍである。また、有効径半径は２５ｍｍである。
【００８２】
図７（ａ）は、本実施例の第２の回折格子の透明基板５からの格子形状（厚さ）を示している。図７（ｂ）は、本実施例の回折光学素子１の透過率の平均値を示している。本実施例では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、第１輪帯において、吸収を有する第２の回折格子の厚さの変化、および透過率変化が小さい回折光学素子１を得ることができる。
【実施例３】
【００８３】
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、図２に示される構成を有し、回折格子の構成が実施例１の回折光学素子１と異なる。
【００８４】
本実施例の回折光学素子１を形成する材料は、実施例１の回折光学素子１と同一である。本実施例の回折光学素子１は、回折面における位相係数が実施例１の回折光学素子１とは異なる。
【００８５】
本実施例では、式（４）において、位相係数Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ、−１．２２Ｅ−４，−１．７８Ｅ−８、回折次数ｍは＋１、設計波長λ０は５８７．５６ｎｍである。また、有効径半径は２５ｍｍである。
【００８６】
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Ｂ１は２μｍ、回折ピッチＰは８２〜１９６２μｍ、格子高さｄ１は１０．８５〜９．７６μｍである。
【００８７】
図８は、本実施例の回折光学素子１の各輪帯の位相段差ＰＤｉを示す図である。本実施例の回折光学素子１は、全域で式（１７）を満足し、有効内全域で回折効率が高い回折光学素子となっている。
【００８８】
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に比べて回折面のパワーを大きくしているため、回折ピッチが実施例１の回折光学素子１に比べて全体的に小さくなっている。
【００８９】
図９（ａ）は、本実施例の第２の回折格子の透明基板５からの格子形状（厚さ）を示している。図９（ｂ）は、本実施例の回折光学素子１の透過率の平均値を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、第１輪帯において、吸収を有する第２の回折格子の厚さの変化、および透過率変化が小さい回折光学素子１を得ることができる。
【００９０】
本実施例の回折光学素子１では、中心部の厚さが実施例１の回折光学素子１に比べて薄いにもかかわらず、ピッチを小さくしたことにより、第１輪帯における透過率の平均値の差が大きくなることを抑制できる。具体的には、回折格子の有効径をＲｅとするとき、以下の式（１９）を満足することで、第１輪帯における透過率差を目立たなくすることができる。
【００９１】
３＜Ｒｅ／Ｒｍ１＜２０                                            （１９）
式（１９）の上限値を上回ると、周辺部のピッチが細かくなりすぎるため、回折格子の製造が困難となる。また、式（１９）の下限値を下回ると、光束内における透過率変化が平均化されにくくなるため、透過率差が目立ちやすくなる。
【００９２】
式（１９）の数値範囲を以下のように設定することがより好ましい。
【００９３】
５＜Ｒｅ／Ｒｍ１＜１７                                            （１９ａ）
【実施例４】
【００９４】
実施例１から３の回折光学素子は吸収を有する材料で構成された回折格子の厚さが中心から周辺にかけて増加する構成を有するが、本実施例の回折光学素子１は異なる構成を有する。
【００９５】
図１０は、本実施例の回折光学素子１を図１のＡ−Ａ’線で切断した場合の部分断面図である。本実施例の回折光学素子１を形成する材料は、実施例１の回折光学素子１と同一である。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に対して、第１の回折格子および第２の回折格子の、格子の向きを反転させている。回折光学素子１全体としては、負のパワーを持ち、回折次数ｍ＝−１において最も回折効率が高くなる。
【００９６】
本実施例の回折光学素子１では、第１輪帯における格子厚の変化を少なくし、第１輪帯における透過率変化を少なくしている。
【００９７】
本実施例では、式（４）において、位相係数Ｃ２，Ｃ４はそれぞれ、−６．１０Ｅ−５，−８．９０Ｅ−９、回折次数ｍは−１、設計波長λ０は５８７．５６ｎｍである。また、有効径半径は２５ｍｍである。
【００９８】
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Ｂ１は２μｍ、回折ピッチＰは１６４〜２４０３μｍ、格子高さｄ１は１０．８５〜１０．４１μｍである。
【００９９】
図１１は、本実施例の回折光学素子の各輪帯の位相段差ＰＤｉを示す図である。本実施例の回折光学素子１は、全域で式（１７）を満足し、有効内全域で回折効率が高い回折光学素子となっている。
【０１００】
図１２（ａ）は、本実施例の第２の回折格子の透明基板５からの格子形状（厚さ）を示している。図１２（ｂ）は、本実施例の回折光学素子１の透過率の平均値を示している。本実施例では、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、第１輪帯において吸収を有する第２の回折格子の厚さの変化、および透過率変化が小さい回折光学素子１を得ることができる。
【０１０１】
表１および表２は、比較例、および各実施例の回折光学素子の、各条件式に対応した値を表している。
【０１０２】
【表１】
2020086106.tif 000004
【０１０３】
【表２】
2020086106.tif 000005
【実施例５】
【０１０４】
本実施例では、実施例１から４のいずれかの回折光学素子と同様の特性を有する回折光学素子１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。
【０１０５】
図１３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。
【０１０６】
実施例１から４の回折光学素子は、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。
【０１０７】
さらに、回折光学素子の中心部の透過率差が小さいため、撮影した画像においても画像領域内での透過率差が小さくなる。
【０１０８】
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をレンズの凹面また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６】
【０１０９】
本実施例では、実施例１から４のいずれかの回折光学素子と同様の特性を有する回折光学素子１を備える、実施例５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。図１４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。
【０１１０】
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から実施例４のいずれかの回折光学素子１と同様の特性を有する。
【０１１１】
実施例１から実施例４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に起因したフレアやゴーストの発生を低減することができる。そのため、光学系２００において高品位な像を得ることができる。さらに、回折光学素子１の中心部の透過率差が小さいため、光学系２００は観察像においても領域内での透過率差が小さい光学系となっている。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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７】
【０１１５】
図１５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５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。
【０１１６】
なお、図１５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１５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。
【０１１７】
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】
【０１１８】
１      回折光学素子
９      第２の回折格子（回折格子）
【図１】
2020086106.tif 000006
【図２】
2020086106.tif 000007
【図３】
2020086106.tif 000008
【図４】
2020086106.tif 000009
【図５】
2020086106.tif 000010
【図６】
2020086106.tif 000011
【図７】
2020086106.tif 000012
【図８】
2020086106.tif 000013
【図９】
2020086106.tif 000014
【図１０】
2020086106.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020086106.tif 000019
【図１５】
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