(57)【要約】【課題】  位相不整合部分による性能劣化が少なく、波長広帯域に亘って回折効率が高い回折光学素子、これを有する光学系及び光学機器を提供することを目的とする。【解決手段】  第１回折光学面１３を有する第１光学部材１１と、第１回折光学面１３に接するように配置された第２回折光学面１４を有する第２光学部材１２とを有する回折光学素子１０であって、第１光学部材１１を構成する第１光学材料の屈折率は、第２光学部材１２を構成する第２光学材料の屈折率より高く、第１光学部材１１において、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の断面積は、第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の断面積より小さくなるように構成した。【選択図】  図１
2010128343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回折光学面を有する第１光学部材と、前記第１回折光学面に接するように配置された第２回折光学面を有する第２光学部材とを有し、
前記第１光学部材を構成する第１光学材料の屈折率は、前記第２光学部材を構成する第２光学材料の屈折率より高く、
前記第１光学部材において、前記第１回折光学面の山の位相不整合部分の断面積は、前記第１回折光学面の谷の位相不整合部分の断面積より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光学部材において、前記第１回折光学面の山の位相不整合部分の近似半径をｒ１とし、前記第１回折光学面の崖の高さをｈとしたとき、次式
ｒ１／ｈ＜０．６
の条件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回折光学面の格子ピッチの最小値をｐとし、前記第１光学部材の光軸に沿った厚さ及び前記第２光学部材の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さをｄとしたとき、次式
ｐ／ｄ＞０．０３
の条件を満足する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。
【請求項４】
前記第１光学材料と前記第２光学材料とのＣ線における屈折率の差をΔｎＣとし、前記第１光学材料と前記第２光学材料とのＦ線における屈折率の差をΔｎＦとしたとき、次式
ΔｎＦ−ΔｎＣ＜０
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記第１回折光学面の崖の高さ方向に沿って入射する光線に対する、ｄ線での回折効率をＥｄとし、ｇ線での回折効率をＥｇとし、Ｃ線での回折効率をＥＣとしたとき、次式
（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＞０．８０
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第１光学材料と前記第２光学材料とのｄ線における屈折率の差をΔｎｄとし、前記第１光学材料と前記第２光学材料との主分散（ｎＦ−ｎＣ）の差をΔ（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、次式
−２０．０＜Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＜−２．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記第１回折光学面の崖は、光軸に対して傾けて形成され、
その傾きは面周辺部より面中心部が小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記第１回折光学面の崖は、光軸に対して傾けて形成され、
その傾きは面周辺部より面中心部が大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記第１回折光学面の格子ピッチが最小となる領域において、前記第１回折光学面の谷の位相不整合部分の断面積をΔＳＬとし、位相不整合部分がないときの格子１つ分の断面積をΔＳＡとすると、次式
ΔＳＬ／ΔＳＡ≦０．０６
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記第１光学部材において、前記第１回折光学面の山の位相不整合部分の断面積をΔＳＨとし、谷の位相不整合部分の断面積をΔＳＬとしたとき、次式
ΔＳＨ／ΔＳＬ＜０．９
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回折光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項１２】
前記回折光学素子と、絞りとを有し、
前記第１光学部材は、前記絞り側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回折光学素子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、回折光学素子に関し、特に製造時の回折効率の低下を軽減した回折光学素子、これを有する光学系及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系の色収差を低減させる方法の一つとして、回折光学素子を用いる方法が知られている。近年では、複層型と呼ばれる回折光学素子が提案されている。このタイプの回折光学素子は、複数種類の材料からなる光学部材（例えば回折格子）を積層し、互いの回折光学面（以下、格子面とも称する）を密着させた構造を有するものであり、所望の波長領域（例えば、可視光領域）のほぼ全域で高い回折効率が保たれる、すなわち波長特性が良好であるという特徴を有している。このような回折光学素子は、射出成形やガラスモールド法といった方法で製造されている。これらの方法は、一度鋳型を製作しておけば、それを用いて大量の素子を量産できることから、製造コストを抑えることができるという利点がある（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５７４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回折光学素子を成形法により製造する場合、設計形状の格子面とは反転した形状の型面を有する成形型を作製する。この型面の形成は、例えば、先端径が小さい切削バイトで切削加工により行われる。このため、成形型の型面では少なくとも谷の形状が、切削バイトの先端の径に依存した丸みを帯びてしまう。すると、製造された回折光学素子の格子面の山が成形型の型面の谷の丸みを転写して丸みを帯び、成形された回折格子の格子面形状は理想形状とは異なったものとなる。このような回折格子を有する回折光学素子において、格子面の理想形状と実際に成形された格子面の形状とが異なる部分は、光の位相が所望値とは異なる、所謂「位相不整合部分」となる（図９参照）。この位相不整合部分を通過する光は、意図しない方向に進んでフレア光となるため回折効率が低下し、回折光学素子の光学性能が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、位相不整合部分による性能劣化が少なく、波長広帯域に亘って回折効率が高い回折光学素子、これを有する光学系及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】
【０００５】
本発明を例示する第１の態様によれば、第１回折光学面を有する第１光学部材と、前記第１回折光学面に接するように配置された第２回折光学面を有する第２光学部材とを有し、前記第１光学部材を構成する第１光学材料の屈折率は、前記第２光学部材を構成する第２光学材料の屈折率より高く、前記第１光学部材において、前記第１回折光学面の山の位相不整合部分の断面積は、前記第１回折光学面の谷の位相不整合部分の断面積より小さいことを特徴とする回折光学素子が提供される。
【０００６】
本発明を例示する第２の態様によれば、上記態様の回折光学素子を有することを特徴とする光学系が提供される。
【０００７】
本発明を例示する第３の態様によれば、上記態様の回折光学素子を有することを特徴とする光学機器が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位相不整合部分による性能劣化が少なく、波長広帯域に亘って回折効率が高い回折光学素子、これを有する光学系及び光学機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
従来より、屈折光学系や反射光学系では達し得ない高性能化・小型化を目指して、例えば光ディスク用のピックアップ用レンズなどの光学系に回折光学面を組み込む試みが種々行われてきた。しかしながら、このような回折光学面を有する単層型の回折光学素子では、設計波長からずれた波長域の光によりフレアが発生し、画質・結像性能を損ねてしまう問題があり、その使用はレーザー光源などの単一波長や狭い波長域での使用に限られていた。
【００１１】
そこで、近年、複層型（または積層型）と呼ばれる回折光学素子が提案されている。このタイプの回折光学素子は、例えば、鋸歯状に形成された回折光学面（レリーフパターン）を有し、異なる屈折率及び分散を有した複数の光学素子要素を分離あるいは密着させた形で積層させてなるものであり、所望の広波長域（例えば、可視光領域）のほぼ全域で高い回折効率が保たれる。すなわち、回折効率の波長特性が良好であるという特徴を有している。
【００１２】
ここで、複層型の回折光学素子の構造について説明すると、一般に、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第１の材質からなる第１光学素子要素１１１と、これとは屈折率や分散値が異なる第２の材質からなる第２光学素子要素１１２とから構成され、それぞれの光学素子要素の対向し合う面には鋸歯状の回折光学面１１１ａ，１１２ａが形成されている。そして、特定の２波長に対して色消し条件を満足させるように、第１光学素子要素１１１の格子高さ（溝の高さ）ｈ１を所定の値に決定し、第２光学素子要素１１２の格子高さｈ２を別の所定の値に決定する。これにより、特定の２波長に対しては回折効率が１．０となり、その他の波長に対してもかなり高い回折効率を得ることができるようになる。このように、回折光学素子を複層型にすることで、回折光学素子をほぼ全波長に対して適用することができるようになる。なお、回折効率とは、透過型の回折光学素子において、該回折光学素子に入射する光の強度Ｉ０と、回折光学素子を透過した光に含まれる一次回折光の強度Ｉ１との割合η（＝Ｉ１／Ｉ０）として定義される。
【００１３】
また、所定条件を満たすことにより、図１０（ｂ）に示すように、第１光学素子要素１１１の格子高さｈ１と、第２光学素子要素１１２の格子高さｈ２とを一致させた、いわゆる密着複層型の回折光学素子を達成することが可能となる。この密着複層型の回折光学素子では、図１０（ａ）に示す分離複層型に比べ、格子高さの誤差感度（公差）が緩くなったり、格子面の面粗さの誤差感度（公差）が緩くなったりする等、製造し易くなるメリットがあり、生産性に優れ、量産性が高く、光学製品のコストダウンに好都合であるという利点を有している。
【００１４】
また、分離複層型に比べ密着複層型の場合には、界面での屈折率差が小さいため、面粗さ等の誤差感度が小さく、金型加工のバイトの先端径を大きくできるので、加工上有利である。また、バイトの先端径が大きいと加工工数が削減できるばかりか、バイトの寿命も長くできるメリットもある。したがって、回折光学素子としての性能を確保した上で、できるだけバイトの先端径を大きく設定することが好ましい。
【００１５】
また、分離複層型に比べ密着複層型の場合には、第１光学素子要素１１１及び第２光学素子要素１１２のうち、いずれか一方の光学素子要素を先に精密に形成し、その後、他方の光学素子要素をＵＶ硬化型樹脂等に流し込んで成形することもできる。この場合、先に形成した格子が型となって後に成形する格子も精密に形成でき、両者の偏心も全く生じないという利点を持っている。ここで、ＵＶ硬化樹脂を用いて成形する場合には、金型を加工したバイトの先端形状がほぼそのまま転写されるため、本実施形態のように、低屈折率の材料からなる光学部材の山側にバイトの先端が来るようにし、高屈折率の材料からなる光学部材の山側をシャープにさせることが好ましい。
【００１６】
本実施形態は、以上のような密着複層型回折光学素子の製造時において、回折効率の低下を軽減する技術に関わるものである。より具体的には、本実施形態は、精密金型によって光学部材を成形し、光学部材のレプリカを安価で安定して生産するための技術に関わるものである。
【００１７】
ところで、回折光学素子の回折効率を計算する際に、スカラー理論計算の範囲では、格子厚さ＝０として考えるため、格子面での位相分布は、回折格子中の同じ量の寸法欠損（位相不整合部分；図９参照）であれば、回折効率の変化は同じであると考える。しかしながら、本実施形態のように、密着複層型ないし積層型の回折光学素子では、厚い格子構造を有するため、スカラー計算では十分でなく、厳密な電磁場解析計算が必要である。そこで、本実施形態においては、回折光学素子の回折効率を計算する際に、電磁場解析計算の一つの手法である、ＲＣＷＡ法（厳密結合波解析）を用いるものとする。なお、本実施形態においては、ブレーズ次数を−１としている。これは、ブレーズ次数を１ないし−１とした場合、格子高さが低く抑えられるため、斜入射光に対する光学特性が良好となり、好ましいからである。
【００１８】
以下に詳細を述べる本実施形態では、上記ＲＣＷＡ法を用いて回折効率の数値を算出した結果、相対的に高屈折率の材料からなる光学部材の山の位相不整合部分と谷の位相不整合部分とでは、同じ量の寸法欠損であっても影響が異なることを実証した。すなわち、相対的に高屈折率低分散の材料からなる光学部材においては、山の位相不整合部分の方が、谷の位相不整合部分よりも誤差感度が高いという結果を得た。このことより、相対的に高屈折率低分散の材料からなる光学部材において、谷の位相不整合部分の断面積よりも、山の位相不整合部分の断面積を小さくすれば、回折効率の低下が軽減できるということを見出した。
【００１９】
回折光学素子は、一例として、光軸に中心を持つ同心円状の周期構造（鋸歯状のレリーフパターン、ブレーズド形状等）を有する。この回折光学素子の光軸を含む平面で切った断面形状は、例えば、図１に示すような断面形状を有する。なお、図１では回折光学素子の断面形状のうち一部分のみを示している。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の回折光学素子１０は、２つの光学部材（例えば回折格子）を積層した、いわゆる密着複層型の回折光学素子である。すなわち、第１回折光学面１３を有する第１光学部材１１と、第１回折光学面１３に接するように配置された第２回折光学面１４を有する第２光学部材１２とを有する。ここで、第１光学部材１１を構成する第１光学材料の屈折率は、第２光学部材１２を構成する第２光学材料の屈折率より高くなるように構成されている。また、第１光学部材１１においては、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＨが、第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＬより小さくなるように構成した。
【００２１】
なお、本明細書において、山とは、回折光学面１３の理想形状（図１にて一点鎖線で示す、各頂点に丸みがない形状）の隣接する２つの頂点Ａ，Ｂのうち、相対的に小さい内角αを有する頂点Ａ側の領域を指すものとする。また、谷とは、相対的に大きい内角βを有する頂点Ｂ側の領域を指すものとする。
【００２２】
また、本明細書において、位相不整合部分とは、回折光学面１３の理想形状（図１にて一点鎖線で示す、各頂点に丸みがない形状）と、実際の形状（図１にて実線で示す、各頂点に丸みがある形状）とが異なる部分を指すものとする。位相不整合部分では、ここを通過する実際の光の位相と、理想形状の回折光学面を通過する光の位相とが異なっている、すなわち実際の光の位相と理想的な光の位相との間の整合がとれていない。このように回折光学面１３を通過する光の位相に不整合が生じている位相不整合部分では、通過する光が意図しない方向に進んでフレア光となり、回折効率が低下する。
【００２３】
なお、本実施形態においては、上記構成の基、２つの光学部材１１，１２を密着させた界面（回折光学面）１３，１４でのｄ線における屈折率の差をΔｎｄとしたとき、次式（１）の条件式を満足するようにしてもよい。
【００２４】
０．００５＜Δｎｄ＜０．４５  …（１）
【００２５】
上記条件式（１）は、２つの光学部材１１，１２を密着させた界面（回折光学面）１３，１４でのｄ線における屈折率の差Δｎｄの適切なる範囲を規定する。本実施形態のような密着型の回折光学素子を構成するためには、（その界面において）２つの光学部材１１，１２を形成する光学材料が、相対的に高屈折率の光学材料と、低屈折率の光学材料であることが、重要な条件の一つとして挙げられる。但し、どちらの材料が物体側に位置しても構わない。このことを踏まえた上で、条件式（１）の上限値を上回ると、屈折率差Δｎｄが大きくなり過ぎてしまい、格子の製造誤差感度が大きくなり、好ましくない。逆に、条件式（１）の下限値を下回ると、崖の高さが大きくなり過ぎてしまい、製造上不利となるばかりか、崖（図２で示す、山と谷とを有する第１回折光学面１３において、隣接し合う山の頂上（頂点Ａ）と谷の底（頂点Ｂ）との段差部分）による光の進行に対する影が生じてしまい、ブレーズ光の回折効率の低下や、崖に当たる光による散乱や反射による迷光が大きくなり、画質を損ねる原因となる。なお、製造上の誤差感度をより抑えるために、条件式（１）の上限値を０．２とすることができる。また、製造上の誤差感度をより抑えるために、条件式（１）の下限値を０．０１とすることができる。
【００２６】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、図１に示すように、第１光学部材１１において、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径をｒ１とし、第１回折光学面１３の崖の高さをｈとしたとき、次式（２）の条件を満足するようにしてもよい。
【００２７】
ｒ１／ｈ＜０．６  …（２）
【００２８】
上記条件式（２）は、第１光学部材１１において、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と、崖の高さｈとの比率を適切に規定する。ここで、山の位相不整合部分の近似半径ｒ１とは、形状がいびつな場合に最小二乗法で求めたものを指すものとする。また、崖の高さｈとは、隣接し合う山の頂上（頂点Ａ）から谷の底（頂点Ｂ）までの距離（第１回折光学面１３に沿った長さ）を指すものとする。よって、崖が光軸に対して傾けて形成されている場合、崖の高さｈの方向は光軸に対して傾いている。回折光学素子において回折効率の低下を防ぐためには、第１光学部材１１の山がシャープである方が好ましい。しかしながら、条件式（２）の上限値を上回ると、第１光学部材１１の山のシャープさが鈍り、回折効率の低下が大きくなるため、好ましくない。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するためには、条件式（２）の上限値を０．２５とすることができる。
【００２９】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、図１に示すように、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値をｐとし、第１光学部材１３の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さをｄ（なお、図１では説明のため、第２光学部材１２の光軸に沿った厚さをｄとして示している）としたとき、次式（３）の条件を満足するようにしてもよい。
【００３０】
ｐ／ｄ＞０．０３  …（３）
【００３１】
上記条件式（３）は、第１光学部材１１の最小格子ピッチｐと、２つの光学部材１１，１２のうち光軸に沿った厚さが薄い方の厚さｄとの比率を適切に規定する。この条件式（３）の下限値を下回ると、最小格子ピッチｐが細かくなり過ぎてしまい、回折効率が低下するばかりか、製作しづらくなる不都合が起きやすくなり、先端径が同じバイトであっても切削加工する際の回折効率の低下が大きくなってしまう。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するためには、条件式（３）の下限値を０．０５とすることができる。また、本実施形態の効果をより十分に発揮するためには、条件式（３）の下限値を０．１０とすることができる。
【００３２】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１光学材料と第２光学材料とのＣ線における屈折率の差をΔｎＣとし、第１光学材料と第２光学材料とのＦ線における屈折率の差をΔｎＦとしたとき、次式（４）の条件を満足するようにしてもよい。
【００３３】
ΔｎＦ−ΔｎＣ＜０  …（４）
【００３４】
上記条件式（４）は、設計中心波長をｄ線として、これに対する長波長側の光線としてＣ線を、短波長側の光線としてＦ線をそれぞれ設定した場合、回折光学素子１０を構成する第１光学材料と第２光学材料との長波長側の屈折率差ΔｎＣと、短波長側の屈折率差ΔｎＦとの適切なる大小関係を規定する。回折光学面を通過する光の光路差（崖の高さ×屈折率差）が各波長に比例することから、条件式（４）を満足することは、波長広帯域に亘って十分に高い回折効率を得るための条件である。なお、条件式（４）を満足しない場合には、長波長側と短波長側における回折効率の低下が著しく、十分な光学性能が得られない。
【００３５】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の崖の高さ方向に沿って入射する光線に対する、ｄ線での回折効率をＥｄとし、ｇ線での回折効率をＥｇとし、Ｃ線での回折効率をＥＣとしたとき、次式（５）の条件を満足するようにしてもよい。
【００３６】
（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＞０．８０  …（５）
【００３７】
上記条件式（５）は、広波長域化した使用光に対する回折効率のバランスについて適切な範囲を規定するものである。この条件式（５）の下限値を下回ると、主波長（設計中心波長）であるｄ線に対して、相対的に短波長であるｇ線及び長波長であるＣ線のうち、少なくとも一方の波長において回折効率が低下しすぎて、回折フレアが大きくなり、画質を損ねてしまう。すなわち、ブレーズされた以外の波長や画角等の光が不要な回折光となってしまい、フレアの発生が大きくなってしまい、良好な画質が得られなくなってしまう。なお、条件式（５）の効果を確実にするために、下限値を０．９０にすることができる。また、回折光学素子の用途に応じて、条件式（５）の上限値を０．９５にすることができる。なお、回折効率の計算は、上記したＲＣＷＡ法（厳密結合波解析）に基づく。また、本実施形態では、ｄ線に対してブレーズしたものになっているが、これに限られず、その他の波長に対してブレーズしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１光学材料と第２光学材料とのｄ線における屈折率の差をΔｎｄとし、第１光学材料と第２光学材料との主分散（ｎＦ−ｎＣ）の差をΔ（ｎＦ−ｎＣ）としたとき、次式（６）の条件を満足するようにしてもよい。
【００３９】
−２０．０＜Δｎｄ／Δ（ｎＦ−ｎＣ）＜−２．０  …（６）
【００４０】
上記条件式（６）は、回折光学素子１０を構成する、第１光学材料と第２光学材料とのｄ線における屈折率差Δｎｄと、主分散の差Δ（ｎＦ−ｎＣ）との適切な関係を規定する。この条件式（６）は、本実施形態のような密着複層型の回折光学素子において、広波長域に亘り高い回折効率を得るための重要な条件である。この条件式（６）の範囲を逸脱すると、使用波長域の全域に亘る高い回折効率を得ることができず、光の利用効率が低下するという不都合が生じる。なお、条件式（６）の効果を十分に発揮するには、上限値を−３．５とすることができる。また、条件式（６）の効果を十分に発揮するには、下限値を−１０．０とすることができる。
【００４１】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、絞りＳを有する光学系１内に配置される場合、第１光学部材１１が絞りＳ側に配置されるようにしてもよい。なお、図３（ａ）では回折光学素子１０が絞りＳより像面Ｉ側に配置される場合を示し、図３（ｂ）では回折光学素子１０が絞りＳより物体側に配置される場合を示している。このような構成により、フレアを減じ、ブレーズ光の回折効率を高めるという効果を得ることができる。なお、本実施形態の回折光学素子は、例えば、レーザースキャン光学系のような前置絞りを有する光学系への適用が好ましい。
【００４２】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の崖が光軸に対して傾けて形成され、その傾きが面周辺部より面中心部が小さくなるようにしてもよい。あるいは、その傾きが面周辺部より面中心部が大きくなるようにしてもよい。より具体的には、図４（ａ），（ｂ）に示すように回折光学面１３の崖を瞳（入射瞳もしくは射出瞳）の中心に向けて傾きを与えること、すなわち主光線にほぼ倣って傾きを与えることである。なお、図４において、（ａ）は入射瞳の中心に向かうように傾きを与えた場合、（ｂ）は射出瞳の中心から発するように傾きを与えた場合についてそれぞれ示す。また、図４では、傾きをより分かりやすくするため、崖を強調して描いている。この構成によれば、回折光学面１３の崖による散乱とブレーズ光の回折効率の低下を軽減することができる。さらに、このような傾きを有することで、回折光学素子の形成製法として金型を用いた樹脂成形法を用いることが可能となるため、生産性が上がりコストダウンが図れて好ましい。
【００４３】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の格子ピッチが最小となる領域において、第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の断面積をΔＳＬとし、位相不整合部分がないときの格子１つ分の断面積をΔＳＡとすると、次式（７）の条件を満足するようにしてもよい（図２参照）。
【００４４】
ΔＳＬ／ΔＳＡ≦０．０６  …（７）
【００４５】
上記条件式（７）は、第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の断面積（光軸を含む断面の面積）ΔＳＬと、山の位相不整合部分がない（すなわち理想形状である）場合の格子１つ分の断面積ΔＳＡとの適切な関係を規定する。この条件式（７）の上限値を上回ると、回折効率が急激に低下し、高次回折光によるフレアが大きくなってしまう。なお、条件式（７）の効果を十分に発揮するには、上限値を０．０５とすることができる。
【００４６】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１光学部材１１において、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の断面積をΔＳＨとし、谷の位相不整合部分の断面積をΔＳＬとしたとき、次式（８）の条件を満足するようにしてもよい（図１参照）。
【００４７】
ΔＳＨ／ΔＳＬ＜０．９  …（８）
【００４８】
上記条件式（８）は、第１光学部材１１において、山の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＨと、谷の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＬの適切な関係を規定する。第１光学部材１１では、谷の位相不整合部分に比べ、山の位相不整合部分の方が誤差感度が高い。このため、条件式（８）の上限値を上回ると、山の位相不整合部分が大きくなり、回折光学素子１０の回折効率が低下してしまう。なお、条件式（８）の効果を十分に発揮するには、上限値を０．８とすることができる。また、条件式（８）の効果をより十分に発揮するには、上限値を０．５とすることができる。さらに、条件式（８）の効果を十分に発揮するには、上限値を０．３とすることができる。
【００４９】
さらに、より優れた性能・仕様を達成するためには、以下の条件式を満たすようにしてもよい。
【００５０】
本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の崖の直線部分の長さをｓとし、第１回折光学面１３の崖の高さｈとしたとき、次式（９）の条件を満足するようにしてもよい（図１参照）。
【００５１】
ｓ／ｈ＞０．３  …（９）
【００５２】
上記条件式（９）は、第１回折光学面１３の直線部分の長さｓと、崖の高さｈの最適な比を規定する。ここで、崖領域の直線部分の長さｓとは、図１で示すように、第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２を半径とする円の接点から、山の位相不整合部分の近似半径ｒ１を半径とする円の接点までの距離（第１回折光学面１３に沿った長さ）を指すものとする。この条件式（９）の下限値を下回ると、第１回折光学面１３の山による回折効率の低下が大きくなり過ぎて不都合である。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するには、下限値を０．５とすることができる。さらに、本実施形態の効果を十分に発揮するには、下限値を０．９とすることができる。また、本実施形態の効果を十分に発揮するには、崖の直線部分の長さｓを７．０μｍ以上とすることができる。崖の直線部分は、その方向に入射して進む波面に対し位相不整合部分がなくなり、崖近傍での波面が滑らかな平面となるため、高い回折効率を得ることができる。
【００５３】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の崖の高さｈとし、設計基準波長λとしたとき、次式（１０）の条件を満足するようにしてもよい（図１参照）。
【００５４】
ｈ／λ＜７０．０…（１０）
【００５５】
上記条件式（１０）は、第１回折光学面１３の崖の高さｈと、設計基準波長λの適正な比を規定する。この条件式（１０）の上限値を下回ると、第１回折光学面１３の崖の高さｈが大きくなり過ぎて、斜めの入射光に対する回折効率が低下して、不要なフレア光が発生しまい不都合である。ここで、崖の高さｈとは、図１で示す、隣接し合う山の頂上（頂点Ａ）から谷の底（頂点Ｂ）までの距離（第１回折光学面１３に沿った長さ）であって、光軸方向の高さに限定したものではない。崖の高さｈは、通常、光軸方向の高さとして、ｈ＝（２つの光学部材を密着させた界面における屈折率差）×（設計基準波長）で定められるスカラー理論によるブレーズ高さとされることが多いが、光軸方向とは異なる方向からの入射光に対しては最適ブレーズとはならず、回折効率が下がってしまう。このため、崖の高さｈを、隣接し合う山の頂上（頂点Ａ）から谷の底（頂点Ｂ）までの距離（第１回折光学面１３に沿った長さ）とすることが必要である。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するには、上限値を４０．０とすることができる。
【００５６】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の崖を階段状のステップや粗面として正反射を防ぎ、迷光を減らす構造としてもよい。
【００５７】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径をｒ１とし、第１回折光学面１３の崖の直線部分の長さをｓとしたとき、次式（１１）の条件を満足するようにしてもよい（図１参照）。
【００５８】
ｒ１／ｓ＜１．０  …（１１）
【００５９】
上記条件式（１１）は、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１（いわゆるエッジ部分の近似半径）と、崖の直線部分の長さｓの適正な比を規定する。この条件式（１１）の上限値を上回ると、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１が大きくなり過ぎて、所望の結像を形成する次数の回折光の回折効率が低下するばかりか、不要次数の回折光が発生して有害なフレアとなり、不都合である。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するには、上限値を０．３とすることができる。
【００６０】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、加工を容易にするとともに回折効率の低下を防ぐため、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値をｐとし、第１回折光学面１３の崖の高さをｈとしたとき、次式（１２）の条件を満足するようにしてもよい（図２参照）。
【００６１】
ｐ／ｈ＞０．４  …（１２）
【００６２】
さらに、実際に回折光学素子１０を構成する際には、以下に述べる要件を満たすようにしてもよい。
【００６３】
本実施形態の回折光学素子１０は、２つの光学部材１１，１２を構成する材料は、成形性を良好に保ち、優れた量産性を確保するために、光学材料の粘度（未硬化物粘度）が５ｍＰａ・ｓ以上５００００ｍＰａ・ｓ以下であるようにしてもよい。光学材料として粘度が５ｍＰａ・ｓ以下の樹脂を用いる場合、成形中に樹脂が流れ易くなり、作業性が落ちることがある。また、５００００ｍＰａ・ｓ以上の樹脂を用いる場合、樹脂が流れにくく作業性が悪くなり、また気泡が混入しやすくなる。なお、本実施形態の効果を十分に発揮するには、下限値を４０ｍＰａ・ｓとすることができる。さらに、本実施形態の効果を十分に発揮するには、下限値を２０００ｍＰａ・ｓとすることができる。
【００６４】
また、本実施形態の回折光学素子１０において、２つの光学部材１１，１２を構成する光学材料は、いずれもＵＶ硬化型樹脂であるようにしてもよい。この構成により、生産効率がアップするので好ましい。また、工数が削減でき、コストダウンにも繋がり、好都合である。
【００６５】
また、本実施形態の回折光学素子１０において、２つの光学部材１１，１２を構成する光学材料は、比重が２．０以下の樹脂材料であるようにしてもよい。これは、ガラスに比して樹脂は比重が小さいため、回折光学素子１０を有する光学系１の軽量化に有効である。なお、その効果をより十分に発揮するには、比重が１．６以下の樹脂材料とすることができる。
【００６６】
また、本実施形態の回折光学素子１０は、平面上に形成されるものとは限らず、レンズやミラーの球面上や非球面上に形成されるものとしても良い。このような場合、着目している任意の回折光学面近傍では、平面の回折光学面として近似できるからである。
【００６７】
なお、本実施形態の回折光学素子１０を組み込んで得られる複数の構成要素からなる光学系も、本実施形態の範囲を逸脱するものではない。さらには、屈折率分布型レンズ、結晶材料レンズなどを組み込んで得られる光学系に関しても同様である。
【実施例】
【００６８】
以下に、第１〜第４実施例に係る回折光学素子１０（図１参照）について説明する。図１１の表図に、各実施例における［光学材料データ］及び［構成条件及び条件式対応値］をそれぞれ示す。
【００６９】
［光学材料データ］には、光学部材１１，１２を構成する２つの材料、すなわち高屈折率低分散の第１光学材料と、低屈折率高分散の第２光学材料の屈折率について示す。なお、ｎｄはｄ線（波長587.562nm）に対する屈折率を、ｎＣはＣ線（波長656.273nm）に対する屈折率を、ｎＦはＦ線（波長486.133nm）に対する屈折率を、ｎｇはｇ線（波長435.835nm）に対する屈折率をそれぞれ示す。また、各実施例において光学部材１１，１２を構成する材料は共通であり、図１１の表図に示すように、高屈折率低分散の第１光学材料としてｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5569、1.5537、1.5648、1.5711である材料を、低屈折率高分散の第２光学材料としてｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5276、1.5233、1.5385、1.5477である材料をそれぞれ用いた。
【００７０】
［構成条件及び条件式対応値］には、回折光学素子１０の構成条件と、上記条件式（１）〜（１２）に対応する値を示す（但し、光の入射方向は、第２光学部材１２側から第１光学部材１１側へと向かったものとして計算した）。なお、ｈは第１回折光学面１３の崖の高さ（単位：［μｍ］）を、αは光軸に対する崖の傾き（単位：［°］）を、ｄは第１光学部材１１の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さ（単位：［μｍ］）を、ｐは第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値（単位：［μｍ］）を、ｒ１は第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径を、ｒ２は第１回折光学面１３の谷の位相不整合部分の近似半径をそれぞれ示す。
【００７１】
（第１実施例）
第１実施例に係る回折光学素子１０は、図１１の表図に示すように、高屈折率低分散の第１光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5569、1.5537、1.5648、1.5711）と、低屈折率高分散の第２光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5276、1.5233、1.5385、1.5477）とを用いて、第１回折光学面１３の崖の高さｈを２０μｍとし、第１回折光学面１３の崖の傾きαを５°とし、第１光学部材１１の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さｄを１００μｍとし、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値ｐを５０［μｍ］として構成した。そして、このような構成条件の基で、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5），（0.2，10）の場合について調べた。
【００７２】
なお、（r1，r2）＝（0.2，10）の場合については、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06（本実施例ではΔＳＬ／ΔＳＡ＝0.09）が満足できなかった例（比較例）として掲載している。
【００７３】
図１１の表図より、第１実施例に係る回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5）の場合について、上記条件式（１）〜（１２）を全て満足していることが分かる。
【００７４】
図５は、第１実施例に係る回折光学素子１０において、入射光線の角度を−４０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合の回折効率について示している。なお、図５（ａ）〜（ｄ）において、入射光線の入射角度は、光軸に対して反時計回りを正、時計まわりを負としている。また、図５（ａ）〜（ｄ）では、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが(r1,r2)＝(0,0)の場合を実線で、(r1,r2)＝(0.2,1)の場合を点線で、(r1,r2)＝(0.2,5)の場合を一点鎖線で、(r1,r2)＝(0.2,10)の場合を二点鎖線でそれぞれ示している。
【００７５】
図５（ａ）〜（ｄ）より、第１実施例の回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5）の場合について、ｇ線からｄ線までの広い波長領域に亘って高い回折効率（回折光強度）を得られることが分かった。特に、第１回折光学面１３の崖の傾きと入射光線の入射角度とがほぼ一致した場合に、高い回折効率を得られることが分かった。また、（r1，r2）＝（0.2，10）の場合のように、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06が満足できない場合は、回折効率が悪化することが分かった。
【００７６】
（第２実施例）
第２実施例に係る回折光学素子１０は、図１１の表図に示すように、高屈折率低分散の第１光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5569、1.5537、1.5648、1.5711）と、低屈折率高分散の第２光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5276、1.5233、1.5385、1.5477）とを用いて、第１回折光学面１３の崖の高さｈを２０μｍとし、第１回折光学面１３の崖の傾きαを１０°とし、第１光学部材１１の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さｄを２００μｍとし、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値ｐを５０［μｍ］として構成した。そして、このような構成条件の基で、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5），（0.2，10）の場合について調べた。
【００７７】
なお、（r1，r2）＝（0.2，10）の場合については、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06（本実施例ではΔＳＬ／ΔＳＡ＝0.07）が満足できなかった例（比較例）として掲載している。
【００７８】
図１１の表図より、第２実施例に係る回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5）の場合について、上記条件式（１）〜（１２）を全て満足していることが分かる。
【００７９】
図６は、第２実施例に係る回折光学素子１０において、入射光線の角度を−４５度〜１５度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合の回折効率について示している。なお、図６（ａ）〜（ｄ）において、入射光線の入射角度は、光軸に対して反時計回りを正、時計まわりを負としている。また、図６（ａ）〜（ｄ）では、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが(r1,r2)＝(0,0)の場合を実線で、(r1,r2)＝(0.2,1)の場合を点線で、(r1,r2)＝(0.2,5)の場合を一点鎖線で、(r1,r2)＝(0.2,10)の場合を二点鎖線でそれぞれ示している。
【００８０】
図６（ａ）〜（ｄ）より、第２実施例の回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，5）の場合について、ｇ線からｄ線までの広い波長領域に亘って高い回折効率（回折光強度）を得られることが分かった。特に、第１回折光学面１３の崖の傾きと入射光線の入射角度とがほぼ一致した場合に、高い回折効率を得られることが分かった。また、（r1，r2）＝（0.2，10）の場合のように、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06が満足できない場合は、回折効率が悪化することが分かった。
【００８１】
（第３実施例）
第３実施例に係る回折光学素子１０は、図１１の表図に示すように、高屈折率低分散の第１光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5569、1.5537、1.5648、1.5711）と、低屈折率高分散の第２光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5276、1.5233、1.5385、1.5477）とを用いて、第１回折光学面１３の崖の高さｈを２０μｍとし、第１回折光学面１３の崖の傾きαを０°とし、第１光学部材１１の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さｄを３００μｍとし、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値ｐを２０［μｍ］として構成した。そして、このような構成条件の基で、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，3），（0.2，5）の場合について調べた。
【００８２】
なお、（r1，r2）＝（0.2，5）の場合については、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06（本実施例ではΔＳＬ／ΔＳＡ＝0.15）が満足できなかった例（比較例）として掲載している。
【００８３】
図１１の表図より、第３実施例に係る回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，3）の場合について、上記条件式（１）〜（１２）を全て満足していることが分かる。
【００８４】
図７は、第３実施例に係る回折光学素子１０において、入射光線の角度を−２０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合の回折効率について示している。なお、図７（ａ）〜（ｄ）において、入射光線の入射角度は、光軸に対して反時計回りを正、時計まわりを負としている。また、図７（ａ）〜（ｄ）では、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが(r1,r2)＝(0,0)の場合を実線で、(r1,r2)＝(0.2,1)の場合を点線で、(r1,r2)＝(0.2,3)の場合を一点鎖線で、(r1,r2)＝(0.2,5)の場合を二点鎖線でそれぞれ示している。
【００８５】
図７（ａ）〜（ｄ）より、第３実施例に係る回折光学素子１０においては、（r1，r2）＝（0，0）,（0.2，1），（0.2，3）の場合について、ｇ線からｄ線までの広い波長領域に亘って高い回折効率（回折光強度）を得られることが分かった。特に、第１回折光学面１３の崖の傾きと入射光線の入射角度とがほぼ一致した場合に、高い回折効率を得られることが分かった。また、（r1，r2）＝（0.2，5）の場合のように、上記条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06が満足できない場合は、回折効率が悪化することが分かった。
【００８６】
（第４実施例）
第４実施例に係る回折光学素子１０は、図１１の表図に示すように、高屈折率低分散の第１光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5569、1.5537、1.5648、1.5711）と、低屈折率高分散の第２光学材料（ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における屈折率がそれぞれ1.5276、1.5233、1.5385、1.5477）とを用いて、第１回折光学面１３の崖の高さｈを２０μｍとし、第１回折光学面１３の崖の傾きαを５°とし、第１光学部材１１の光軸に沿った厚さ及び第２光学部材１２の光軸に沿った厚さのうちの薄い方の厚さｄを６０μｍとし、第１回折光学面１３の格子ピッチの最小値ｐを５０［μｍ］として構成した。そして、このような構成条件の基で、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが（r1，r2）＝（0，0）,（2.75，5），（3.53，5），（4.47，5）の場合について調べた。
【００８７】
図１１の表図より、第４実施例に係る回折光学素子１０においては、上記条件式（１）〜（１２）を全て満足していることが分かる。
【００８８】
図８は、第４実施例に係る回折光学素子１０において、入射光線の角度を−４０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合の回折効率について示している。なお、図８（ａ）〜（ｄ）において、入射光線の入射角度は、光軸に対して反時計回りを正、時計まわりを負としている。また、図８（ａ）〜（ｄ）では、第１回折光学面１３の山の位相不整合部分の近似半径ｒ１と谷の位相不整合部分の近似半径ｒ２との組み合わせが(r1,r2)＝(0,0)の場合を実線で、(r1,r2)＝(2.75,5)の場合を点線で、(r1,r2)＝(3.53,5)の場合を一点鎖線で、(r1,r2)＝(4.47,5)の場合を二点鎖線でそれぞれ示している。
【００８９】
図８（ａ）〜（ｄ）より、第４実施例に係る回折光学素子１０においては、ｇ線からｄ線までの広い波長領域に亘って高い回折効率（回折光強度）を得られることが分かった。特に、第１回折光学面１３の崖の傾きと入射光線の入射角度とがほぼ一致した場合に、高い回折効率を得られることが分かった。
【００９０】
以上、第１〜第４実施例から分かるように、谷の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＬよりも、山の位相不整合部分の断面積（光軸を含む平面で切った断面の面積）ΔＳＨの方が小さくなるように回折光学素子を構成すれば、高い回折効率を得ることができる。さらに好ましくは、条件式（７）ΔＳＬ／ΔＳＡ≦0.06を満足することにより、より高い回折効率を得ることができる。
【００９１】
次に、上記実施形態の回折光学素子を用いた光学機器について簡単に説明する。図１２は、上記実施形態の回折光学素子を用いた、ヘッドマウントディスプレイの概略構成図である。ヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着して該使用者に映像や音声を提供するシステムであり、ヘッドホンタイプの頭部装着部４０と、頭部装着部４０に取り付け可能なディスプレイユニット部５０と、ディスプレイユニット部５０に音声信号や映像信号を供給し、各部材に電力を供給する再生機器部６０とから構成される。
【００９２】
頭部装着部４０は、使用者への装着時に該使用者の左右の耳近傍に位置する一対のスピーカ部４１と、このスピーカ部４１を介して使用者の頭部を挟持する付勢力を与えるアーム部４２と、一対のスピーカ部４１それぞれからアーチ状に延びて使用者の耳に引っ掛けるための耳掛け部材４３とから構成される。スピーカ部４１は、それぞれディスプレイユニット部５０の結合部５１と嵌合可能な形状を有しており、外側に該ディスプレイユニット部５０との電気接点４４が設けられている。なお、スピーカ部４１にディスプレイユニット部５０を取り付けない場合は、ダミーキャップ５５を取り付けることで外観を良好にしている。
【００９３】
次に、ディスプレイユニット部５０は、スピーカ部４１の外側に嵌合可能な結合部５１と、結合部５１に取り付けられて後述のディスプレイアーム５３を収納する空間を具備する収納部５２と、収納部５２への収納・引き出しが可能でありその先端には液晶表示素子や上記実施形態の回折光学素子１０などが組み込まれた表示部５４が取り付けられているディスプレイアーム５３とから構成される。また、ディスプレイユニット部５０は、再生機器部６０と接続されており、再生機器部６０から供給される電力及び映像信号を表示部５４に供給し、且つ、音声信号を結合部５１に供給するように配線が組まれている。
【００９４】
結合部５１は、スピーカ部４１の電気接点４４と接続可能な電気接点（図示略）を有しており、この電気接点（図示略）を介してスピーカ部４１に音声信号を供給している。
【００９５】
ディスプレイアーム５３は、上記したように収納部５２に収納可能となっており、本ヘッドマウントディスプレイの装着時には、表示部５４が使用者の眼前に位置するように、ディスプレイアーム５３を収納部５２から繰り出して使用する。また、非装着時には、ディスプレイアーム５３を収納部５２内に収納できるようになっている。
【００９６】
表示部５４は、図１２に示すように、ディスプレイアーム５３による片持ち梁構造で支持している。表示部５４内に設けられている光学系は、液晶表示素子と、液晶表示素子の映像の虚像を形成する回折光学素子１０と、液晶表示素子を照明するバックライトと、バックライトの光を集光して拡散する照明光学素子とから構成される。照明光学素子は、バックライト側が該バックライトの光を集光するためのレンズ面となっており、液晶表示素子側がスリガラス状又はマイクロレンズアレイ状の拡散面となっており、この構成によって液晶表示素子の照明分布を均一化している。なお、レンズ面はフレネルレンズ形状であってもよい。
【００９７】
ここで、回折光学素子１０は、屈折作用による集光作用と回折作用を併せ持ったもので、屈折作用により生ずる色収差を回折作用で相殺させている。それゆえ、上記のようにヘッドマウントディスプレイの接眼レンズに用いて、フルカラーの映像を投影しても、高品質な映像を使用者に提供することができる。
【００９８】
上記実施形態では、光学機器の例としてヘッドマウントディスプレイを示したが、本実施形態の回折光学素子を利用した光学機器はこれらに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しなければ、その他様々な光学系、光学機器（例えば、顕微鏡、双眼鏡、望遠鏡、カメラ、プロジェクター等）に対して応用でき、良好な光学性能を得ることができる。
【００９９】
なお、本発明を分かりやすくするため、上記のように実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本実施形態に係る回折光学素子の断面構成を示すとともに、第１回折光学面における谷の位相不整合部分の断面積ΔＳＬと山の位相不整合部分の断面積ΔＳＨについて説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る回折光学素子の断面構成を示すとともに、第１回折光学面における谷の位相不整合部分の断面積ΔＳＬと、位相不整合部分がないときの格子１つ分の断面積ΔＳＡについて説明するための図である。
【図３】本実施形態に係る光学系を説明するための図であり、（ａ）は回折光学素子を絞りに対して像側に配置した場合、（ｂ）は回折光学素子を絞りに対して物体側に配置した場合をそれぞれ示す。
【図４】本実施形態に係る回折光学素子の崖の傾きについて説明するための図であり、（ａ）は入射瞳の中心に対して傾きを与えた場合、（ｂ）は射出瞳の中心に対して傾きを与えた場合をそれぞれ示す。
【図５】第１実施例に係る回折光学素子において、入射光線の角度を−４０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合をそれぞれ示す。
【図６】第２実施例に係る回折光学素子において、入射光線の角度を−４５度〜１５度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合をそれぞれ示す。
【図７】第３実施例に係る回折光学素子において、入射光線の角度を−２０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合をそれぞれ示す。
【図８】第４実施例に係る回折光学素子において、入射光線の角度を−４０度〜２０度の間で変化させたときの回折効率を示す図であり、（ａ）は入射光線がｄ線の場合、（ｂ）は入射光線がＣ線の場合、（ｃ）は入射光線がＦ線の場合、（ｄ）は入射光線がｇ線の場合をそれぞれ示す。
【図９】位相不整合部分について説明する図である。
【図１０】複層型の回折光学素子の模式断面図であり、（ａ）は分離複層型の回折光学素子の模式断面図であり、（ｂ）は密着複層型の回折光学素子の模式断面図である。
【図１１】各実施例における［光学材料データ］及び［構成条件及び条件式対応値］を示す表図である。
【図１２】上記回折光学素子を用いたヘッドマウントディスプレイの概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    光学系
１０  回折光学素子
１１  第１光学部材
１２  第２光学部材
１３  第１回折光学面
１４  第２回折光学面
【図１】
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【図２】
2010128343.tif 000004
【図３】
2010128343.tif 000005
【図４】
2010128343.tif 000006
【図５】
2010128343.tif 000007
【図６】
2010128343.tif 000008
【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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