(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回折格子が積層された回折光学素子であって、
波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ａｄ、アッベ数がν２Ａ、である第３の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ｂｄ、アッベ数がν２Ｂ、である第４の回折格子と、を有し、
前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、
３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
１．３＜（Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ）×（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜３５
なる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。
【請求項３】
前記複数の回折格子の格子厚の合計をｄｔｏｔとするとき、
ｄｔｏｔ＜３０（μｍ）
なる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。
【請求項４】
前記複数の回折格子のうち、ｄ線における屈折率差が０．０３以上となる回折格子同士の格子側面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域の高さの合計をｄＨ、前記複数の回折格子の格子厚の合計をｄｔｏｔ、とするとき、
０．１＜ｄＨ／ｄｔｏｔ＜０．７
なる条件式を満たすこと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】
前記複数の回折格子のうち、ｄ線における屈折率差が０．０３以上となる回折格子同士の格子側面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域の高さの合計をｄＨとするとき、
ｄＨ＜９（μｍ）
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
０＜｜ν１Ａ−ν２Ａ｜＜１５
又は
０＜｜ν１Ｂ−ν２Ｂ｜＜１５
なる条件式のうち少なくとも１つ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。
【請求項７】
前記第３又は第４の回折格子のいずれか一方は、前記第１又は第２の回折格子のいずれか一方である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。
【請求項８】
前記複数の回折格子は、互いに異なる材料より成る３つ以上の回折格子を含み、このうちの１つの回折格子の１つの格子側面に対して、他の少なくとも２つの回折格子の格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記複数の回折格子の格子壁面において、互いに格子ピッチ方向に接触又は近接する領域のそれぞれをｊ（ｊ＝１、２・・・ｎ）とし、前記領域ｊにおいて対向する回折格子間のｄ線における臨界角をθｊ（ｒａｄ）、前記領域ｊの高さをＨｊ（ｕｍ）、設計回折次数をｍ、とするとき、
【数１】
0005546217.tif 000007
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ａｄ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ｂｄ、アッベ数がν２Ｂ、である第３の回折格子と、から成る回折光学素子であって、
前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、
３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ１Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν１Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
【請求項１１】
波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ｂｄ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ａｄ、アッベ数がν２Ａ、である第３の回折格子と、から成る回折光学素子であって、
前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、
３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ１Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν１Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
【請求項１２】
前記第１乃至第３の回折格子のうちの１つの回折格子の１つの格子側面に対して、他の２つの回折格子の格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接して配置されていることを特とする請求項１０又は１１に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記１つの回折格子の格子側面の高さと、前記他の２つの回折格子の格子側面の高さの合計と、が等しいことを特徴とする請求項１２に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１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１５】
請求項１４に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する固体撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【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、撮像装置に関し、例えば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】
光学系（レンズ系）の色収差を減じる方法として、互いに異なった硝材の組み合わせによる方法が知られている。この他、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方法が知られている。回折光学素子には、色収差の補正の他、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ことが知られている。ここで、屈折においては、１本の光線は屈折後も１本の光線であるのに対し、回折においては、各次数に光が分かれてしまう。そこで、レンズ系として回折光学素子を用いる場合には、使用波長領域の光束が１つの特定次数（以後設計次数とも言う）に集中するように格子構造を決定する必要がある。
【０００３】
そこで、一般的に回折レンズとして用いられる回折光学素子のうち、ブレーズ構造の回折光学素子は、特定の回折次数と、特定の波長に対して、高い効率で光を回折できる。このブレーズ構造の回折光学素子として広い波長域において高い効率で光を回折するような構成の回折光学素子が知られている（特許文献１）。一方、回折格子の格子部の格子側面に入射した光束は、格子側面で反射、屈折など格子面と異なる振る舞いをするため、回折レンズとしては、不要な光となる。この格子側面での不要光を抑制するため格子側面に入射光束が当たりにくいように、格子溝を連ねた包絡面の曲率と格子側面の角度を最適化した回折光学素子が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０７２９８号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５，８０１，８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
格子側面より生ずる不要光を軽減するため、格子側面の傾きを変えて格子側面に入射した光が像面（評価面）に到達することを抑制する構成は必ずしも抑制効果が十分ではない。回折格子の格子部の格子厚を低くすると、撮像に寄与しない光が壁面（格子側面）に入射した際にも、不要光の発生する割合が少なく、望ましい。さらに、撮像に寄与する光に関しても、光の入射角度の変化による回折効率の劣化が少なく、望ましい。２種類の材料からなる回折格子が密着配置した回折光学素子において、広い波長範囲で高い回折効率を得るためには、高屈折率低分散材料と低屈折率高分散材料の組合せが必要であることが知られている。２種類の材料からなる回折格子が密着配置されている回折光学素子において、格子部の格子厚を低くするためには、材料の屈折率差、及び分散の差を大きくする必要があり、より高屈折率で低分散な材料や、より低屈折率で高分散な材料等が必要となる。
【０００６】
しかしながら、現実に存在する光学材料の屈折率と分散（屈折率の波長分散）との関係は、おおよそ、屈折率が大きくなるほど分散も大きくなる傾向を示す。このため、十分な効果を有する複数の光学材料の組み合わせを見つけることは、現状の材料を用いては大変困難である。材料の組合せを増やして、広い波長範囲で比較的高い回折効率を得た回折光学素子が知られている。しかしながら、この構成では全体の格子厚が高く（厚く）なるため、撮像に寄与しない光が壁面（格子側面）に入射した際に、不要光が発生し、このとき発生する不要光を抑制することが大変困難となる。
【０００７】
本発明は、広い波長域において設計次数の回折効率の劣化を抑えつつ、格子側面に入射した後に像面（評価面）に到達する不要光の光量を抑制することができる回折光学素子及
びそれを有する光学系、撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回折光学素子は、複数の回折格子が積層された回折光学素子であって、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ａｄ、アッベ数がν２Ａ、である第３の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ｂｄ、アッベ数がν２Ｂ、である第４の回折格子と、を有し、前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする。
また、本発明の異なる回折光学素子は、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ａｄ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ｂｄ、アッベ数がν２Ｂ、である第３の回折格子と、から成る回折光学素子であって、前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ１Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν１Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする。
また、本発明の異なる回折光学素子は、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ｂｄ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子と、ｄ線における屈折率がＮ２Ａｄ、アッベ数がν２Ａ、である第３の回折格子と、から成る回折光学素子であって、前記第１及び第２の回折格子は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されており、３７０（ｎｍ）から７３０（ｎｍ）までの範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０
を満足する１つの前記波長ｗが存在しており、
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ１Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν１Ｂ）＜７５
なる条件式を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、広い波長域において設計次数の回折効率が高く、かつ格子側面による不要光が像面に到達することを抑制することができる回折光学素子を得ることができる。さらに、該回折光学素子を光学系中に用いることで、回折格子による不要光が抑制され、かつ、諸収差が低減された光学系や、全長が短縮された光学系、撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である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を示す回折光学素子の部分断面図
【図３】比較例の回折光学素子の部分断面図
【図４】（ａ），（ｂ）本発明の回折光学素子を説明するための模式断面図
【図５】本発明の実施例１の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図６】回折光学素子に入射角＋１０度光束が入射する様子を示す模式図
【図７】（ａ）〜（ｃ）実施例１の回折光学素子の入射角＋１０度光束に対する回折効率のグラフ
【図８】（ａ）〜（ｃ）比較例の回折光学素子の入射角＋１０度光束に対する回折効率のグラフ
【図９】本発明の実施例２を示す回折光学素子の部分断面図
【図１０】（ａ）〜（ｃ）実施例２の回折光学素子の入射角＋１０度光束に対する回折効率のグラフ
【図１１】本発明の実施例３を示す回折光学素子の部分断面図
【図１２】本発明の実施例３の別の構成を示す回折光学素子の部分断面図
【図１３】本発明の実施例４を示す回折光学素子の部分断面図
【図１４】（ａ），（ｂ）本発明の実施例４の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図１５】本発明の実施例５を示す回折光学素子の部分断面図
【図１６】（ａ），（ｂ）本発明の実施例５の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図１７】本発明の実施例６を示す回折光学素子の部分断面図
【図１８】本発明の実施例６の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図１９】本発明の実施例７を示す回折光学素子の部分断面図
【図２０】本発明の実施例７の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図２１】本発明の実施例８を示す回折光学素子の部分断面図
【図２２】本発明の実施例９を示す回折光学素子の部分断面図
【図２３】本発明の実施例９形態の回折光学素子の回折効率のグラフ
【図２４】（ａ）（ｂ）本発明の回折光学素子を用いた撮影光学系の構成図
【図２５】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】
【００１１】
本発明の回折光学素子は、少なくとも３種類の材料からなる３層以上の複数の回折格子を直接又は基板を介して又は空気層を介して積層して構成されている。複数の回折格子は任意の２つの回折格子より成る第１の組合せ部と、少なくとも１つの回折格子が第１の組合せ部の２つの回折格子と異なる２つの回折格子より成る第２の組合せ部を有している。このうち第１の組合せ部は、互いに異なった材料Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂより成り、格子部の格子側面が、格子ピッチ方向に接触又は近接配置された２つの回折格子より成る。第２の組合せ部は、少なくとも１つの材料が第１の組合せ部の２つの回折格子の材料と異なり、互いに異なった材料Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂより成る。
【００１２】
まず最初に、本実施形態の回折光学素子を構成する材料の選択と、回折効率の関係について説明する。図３の参考例を用いて２種類の異なる材料からなる回折格子８、９を密着配置した回折光学素子１において、波長λで次数ｍの回折光の回折効率が最大となる条件を示す。図３に示す回折光学素子１は、第１の素子部２と第２の素子部３とを、それぞれの素子部に形成された第１の回折格子８と第２の回折格子９とが互いに密着するように重ね合わせた構成となっている。また、図３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の材料より成る第１の回折格子８からなる。
【００１３】
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の材料より成る第２の回折格子９からなる。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１として作用する。第１および第２の回折格子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。図３に示す回折光学素子１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（波長３７０ｎｍ〜波長７３０ｎｍ）である。第１および第２の回折格子８，９を構成する材料および格子部８ｂ、９ｂの格子厚さｄ０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。
【００１４】
光束が回折格子のベース面６ａ（図３に点線で示す面６ａ）に対して垂直に入射する場合は、回折格子の山と谷の光学光路長差（つまりは、山と谷のそれぞれを通過する光線間における光路長差）が光束の波長の整数倍になることである。これを式で表わすと、
（ｎ２−ｎ１）ｄ０＝ｍ×λ      ・・・（ｘ１）
となる。ここで、ｎ１と、ｎ２はそれぞれ、第１の回折格子８、第２の回折格子９の材料の波長λ０の光に対する屈折率で、ここではｎ１＜ｎ２とする。また、ｄ０（＞０）は格子厚、ｍは回折次数である。
【００１５】
図３において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、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とする。このとき、上記（ｘ１）式での格子厚ｄ０の符号は、図中上から下に格子厚が増加する格子形状を持つ回折格子（第２の回折格子９）の場合、正となる。また、任意の波長λでの回折効率η（λ）は、
η（λ）＝ｓｉｎｃ＾２〔π｛Ｍ−（ｎ２（λ）−ｎ１（λ））ｄ／λ｝〕
・・・（ｘ２）
で表すことができる。上記（ｘ２）式において、Ｍは評価すべき回折光の次数、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）は波長λの光に対する第１、第２の回折格子８、９の材料の屈折率である。また、ｓｉｎｃ＾２（ｘ）は、｛ｓｉｎ（ｘ）／ｘ｝＾２で表わされる関数である。
【００１６】
上記（ｘ１）式は波長の項を含むため、広い波長域で高い回折効率を得るためには、回折光学素子が使用される各波長における屈折率が、（ｘ１）式をなるべく満たすような材料を用いる必要がある。たとえば、可視域の広い波長範囲で高い回折効率を得るためには、ｄ線だけでなくＦ線やＣ線等の波長においても、（ｘ１）式を満たす必要がある。すなわち、ｄ線の波長において高い回折効率を得ることができる格子厚をｄ０としたとき、
（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）ｄ０＝ｍ×λｄ      ・・・（ｘ３ａ）
（ｎ２Ｆ−ｎ１Ｆ）ｄ０＝ｍ×λＦ      ・・・（ｘ３ｂ）
（ｎ２Ｃ−ｎ１Ｃ）ｄ０＝ｍ×λＣ      ・・・（ｘ３ｃ）
の条件をなるべく満たす材料の組合せを用いる必要がある。
【００１７】
ここで、ｎ１ｄ、ｎ１Ｆ、ｎ１Ｃはそれぞれ第１の回折格子８の材料の、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長における屈折率である。また、ｎ２ｄ、ｎ２Ｆ、ｎ２Ｃはそれぞれ第２の回折格子９の材料の、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長における屈折率である。設計回折次数ｍを１とし、（ｘ３ｂ）式から（ｘ３ｃ）式を辺々引いて整理すると、
（ｎ２Ｆ−ｎ２Ｃ）−（ｎ１Ｆ−ｎ１Ｃ）＝（λＦ−λＣ）／ｄ０  ・・・（ｘ３ｄ）
となる。ここで、（ｘ３ｄ）の格子厚ｄ０に、（ｘ３ａ）式を変形して代入し、整理すると、
（ｎ２Ｆ−ｎ２Ｃ）−（ｎ１Ｆ−ｎ１Ｃ）
＝（λＦ−λＣ）／λｄ×（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）    ・・・（ｘ３ｅ）
となる。さらに整理すると、
（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）／｛（ｎ２Ｆ−ｎ２Ｃ）−（ｎ１Ｆ−ｎ１Ｃ）｝
＝λｄ／（λＦ−λＣ）  ＝  −３．４５        ・・・（ｘ３ｆ）
となる。
【００１８】
Δｎ＝（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）                              ・・・（ｘ３ｇ）
ΔｎＦＣ＝｛（ｎ２Ｆ−ｎ２Ｃ）−（ｎ１Ｆ−ｎ１Ｃ）｝  ・・・（ｘ３ｈ）
とすると、（ｘ３ｆ）式は、
Δｎ／ΔｎＦＣ＝−３．４５  ・・・（ｘ３ｉ）
となり、２つの材料の屈折率差と、分散の差が一定の値をとることが分かる。さらに、（ｘ３ｉ）式の値が負であることから、回折格子を形成する材料は、高屈折率低分散材料と、低屈折率高分散材料の組合せとなることも分かる。（ｘ３ａ）式より、格子厚ｄ０を低くし、かつ広い波長範囲で高い回折効率を得るためには、屈折率差を大きくする必要があることが分かり、かつ同時に、（ｘ３ｉ）式より、分散の差も大きくとらなければならないことが分かる。
【００１９】
ここで、回折格子８、９の格子厚を、格子厚ｄ０よりも低い格子厚ｄ１とする場合を考える。その際には２つの材料の分散の差も大きくとらなければいけないが、仮に分散の差を小さく設定した場合を考える。前述したように、分散の差が小さい材料の組合せを用いることで、材料の選択が容易となる。特に回折光学素子１の格子厚を数μｍ程度まで低くする場合、２つ材料の分散の差は非常に大きくなり、現状の材料では困難を極める場合もあるため、分散の差を小さくすることで、材料選択の自由度が大幅に増え、好ましい。
【００２０】
図３に示す回折光学素子１において、第２の回折格子９の材料の分散は変えずに、屈折率をｎ２（ｎ２ｄ、ｎ２Ｆ、ｎ２Ｃ）よりも高い値のＮ２（Ｎ２ｄ、Ｎ２Ｆ、Ｎ２Ｃ）とし、格子厚を低くした場合について考える。回折格子の格子厚を、ｄ線の波長において（ｘ３ａ）式を満たす格子厚ｄ１となるように回折格子を形成した場合、各波長における光路長差の式は、
（Ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）ｄ１＝ｍ×λｄ            ・・・（ｘ３ａａ）
（Ｎ２Ｆ−ｎ１Ｆ）ｄ１＝ｍ×λＦ＋αＦ      ・・・（ｘ３ｂｂ）
（Ｎ２Ｃ−ｎ１Ｃ）ｄ１＝ｍ×λＣ−αＣ      ・・・（ｘ３ｃｃ）
となり、Ｆ線及びＣ線の波長において回折効率の劣化を生じてしまう。ここで、αＦ、αＣは、それぞれＦ線及びＣ線における光路長差のずれ分である。そこで、第２の材料の組合せを用いた回折格子をさらに設けて、Ｆ線及びＣ線における光路長差のずれを補正した場合について考える。
【００２１】
図４（ａ）に、第２の材料の組合せとして、第３の材料より成る第３の回折格子１０及び第４の材料より成る回折格子１１を図３の回折光学素子に追加した回折光学素子１ａの、模式断面図を示す。図４（ａ）に示す回折光学素子１ａは、図３に示す回折光学素子１の、第２の回折格子９（格子ベース部７）と透明基板５の間に、新たな２つの材料から形成される回折格子１０、１１を設けた構成となっている。図４（ａ）に示す回折光学素子１ａは、図３の回折光学素子１に比べて第３の材料からなる回折格子１０と、第４の材料からなる回折格子１１が、互いの格子面を挟んで密着接合されている構成が追加された状態となっている。第３の回折格子１０と第２の回折格子９は平坦面７ａを介して密着接合されおり、かつ、第４の回折格子１１と透明基板５も同様に密着接合されている。さらに、第３の回折格子１０と第４の回折格子１１は格子厚は共にｄ２である。
【００２２】
第３、第４の材料の、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長における屈折率を、それぞれｎ３ｄ、ｎ３Ｆ、ｎ３Ｃ、ｎ４ｄ、ｎ４Ｆ、ｎ４Ｃとする。格子厚ｄ２（＞０）となる回折格子を用いるとすると、各波長において、光路長差を満足するための条件式は、それぞれ、
（Ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）ｄ１＋（ｎ４ｄ−ｎ３ｄ）ｄ２＝ｍ×λｄ    ・・・（ｘ４ａ）
（Ｎ２Ｆ−ｎ１Ｆ）ｄ１＋（ｎ４Ｆ−ｎ３Ｆ）ｄ２＝ｍ×λＦ    ・・・（ｘ４ｂ）
（Ｎ２Ｃ−ｎ１Ｃ）ｄ１＋（ｎ４Ｃ−ｎ３Ｃ）ｄ２＝ｍ×λＣ    ・・・（ｘ４ｃ）
で与えられる。このとき、Ｆ線、Ｃ線波長における光路長差のずれ分αＦ、αＣ、のみを補正するように、第３、及び第４の材料の屈折率を選択すると、広い波長域で高い回折効率を持つ回折光学素子が得られる。
【００２３】
ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長において、光路長差が所望の値を得られる条件は、（ｘ４ａａ）式〜（ｘ３ｃｃ）式と、（ｘ４ａ）式〜（ｘ４ｃ）式の辺々を引くことによって得られ、
（ｎ４ｄ−ｎ３ｄ）＝０              ・・・（ｘ５ａ）
（ｎ４Ｆ−ｎ３Ｆ）ｄ２＝−αＦ      ・・・（ｘ５ｂ）
（ｎ４Ｃ−ｎ３Ｃ）ｄ２＝αＣ        ・・・（ｘ５ｃ）
となる。このとき、第３の材料と第４の材料の屈折率はｄ線の波長において等しくなっているので、Ｆ線やＣ線の波長においても、その屈折率差は非常に小さい値となる。そのため、第３の材料と第４の材料からなる回折格子１０、１１の格子側面に、撮像に寄与しない光が壁面に入射した場合も、不要光による影響が非常に小さいものとなる。
【００２４】
以上のような構成とすることで、屈折率差が大きい第１の材料と第２の材料からなる回折格子８、９においては、格子厚を低くすることができ、かつ、広い波長域において所望の光路長差を得られる。よって、広い波長域において高い回折効率を持ち、かつ、格子側面による不要光の発生が抑制されている回折光学素子が得られる。上記の図４（ａ）に示すような構成の回折光学素子１ａにおいては、４種類の材料を用いて回折格子を形成しているが、そのうち、２つの材料を同一の材料とすることでより簡素な構成で回折光学素子を形成することができる。例えば、図４（ａ）の構成において、第２の材料からなる回折格子９と第３の材料からなる回折格子１０は平坦面を介して密着接合されているが、この第２の材料と第３の材料を同一とすることで、より簡素な構成とできる（図２に関して後述する）。
【００２５】
さらに、上記図４（ａ）に示す回折光学素子においては、第１の組合せ部を構成する回折格子８と回折格子９を、互いの格子面を介して密着させた構成としているが、必ずしもその必要性はない。例えば、図４（ａ）に示す回折光学素子において、回折格子９を形成する第２の材料と、回折格子１１を形成する第４の材料を同一とした場合、ｄ線において光路長差を満足するための条件式は以下のようになる。
【００２６】
（Ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）ｄ１＋（Ｎ２ｄ−ｎ３ｄ）ｄ２＝ｍ×λｄ  ・・・（ｘ４ａａ）
これを変形すると、
（ｎ３ｄ−ｎ１ｄ）ｄ１＋（Ｎ２ｄ−ｎ３ｄ）×（ｄ１＋ｄ２）＝ｍ×λｄ
・・・（ｘ４ａａａ）
となる。図４（ｂ）に（ｘ４ａａａ）式の光路長差を満たすような回折光学素子を示す。図４（ｂ）に示す回折光学素子においては、第１の材料からなる第１の回折格子８と、第３の材料からなる第３の回折格子１０が、互いの格子面を挟んで密着接合されている構成となっている。また、第２の材料からなる第２の回折格子９と、第３の材料からなる第４の回折格子１１も同様に、互いの格子面を挟んで密着接合されている構成となっている。
【００２７】
さらに、回折格子１０と回折格子１１は平坦面を介して密着接合されている。ここで、回折格子１０と回折格子１１は共に同一の材料から形成されていると、すなわち平坦面を無くし、一体成形によって回折光学素子を作製すると、より簡素な構成の回折光学素子が得られる（図２）。第１の回折格子８の格子厚はｄ１であり、第２の回折格子９の格子厚は（ｄ１＋ｄ２）である。上述のように、図４（ｂ）に示すような、第１の材料組合せからなる回折格子８と回折格子９が、離れて配置された回折光学素子においても所望の光路長差が得られることがわかる。また、図４（ｂ）に示す回折光学素子においては、（ｘ５ａ）〜（ｘ５ｃ）式は、以下のようにあらわせる。
【００２８】
（Ｎ２ｄ−ｎ３ｄ）＝０              ・・・（ｘ５ａａ）
（Ｎ２Ｆ−ｎ３Ｆ）ｄ２＝−αＦ      ・・・（ｘ５ｂｂ）
（Ｎ２Ｃ−ｎ３Ｃ）ｄ２＝αＣ        ・・・（ｘ５ｃｃ）
上式（ｘ５ａａ）〜（ｘ５ｃｃ）が示すように、第２の材料の屈折率Ｎ２と第３の材料の屈折率ｎ３は近い値を取る。そのため、回折格子１１と回折格子９とがなす格子側面に、撮像に寄与しない光が壁面に入射した場合も、不要光による影響が非常に小さいものとなる。
【００２９】
次に本発明の回折光学素子の各実施例を説明する。本発明の回折光学素子を構成する第１の組合せ部の２つの回折格子を成す材料Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂの、ある波長ｗ（ｎｍ）における屈折率を、それぞれＮ１Ａｗ、Ｎ１Ｂｗ、アッベ数をν１Ａ、ν１Ｂ（ν１Ａ＞ν１Ｂ）とする。第２の組合せ部の２つの回折格子を成す材料Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂの、ｄ線における屈折率を、それぞれＮ２Ａｄ、Ｎ２Ｂｄ、アッベ数をν２Ａ、ν２Ｂ（ν２Ａ＞ν２Ｂ）とする。そして、ある波長ｗが
３７０（ｎｍ）＜ｗ＜７３０（ｎｍ）
の範囲内において
Ｎ１Ａｗ−Ｎ１Ｂｗ＝０ ・・・（１）
を満足する。更に
１６＜（ν１Ａ−ν１Ｂ）＜７５ ・・・（２）
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５ ・・・（３）
１６＜（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜７５ ・・・（４）
なる条件式を満たす。ここで、条件式（１）（２）は第１の組合せ部の条件であり、条件式（３）（４）は第２の組合せ部の条件である。本発明の回折光学素子は条件式（１）〜（４）を満足すれば良いが、更に好ましくは次の条件式のうち、１以上を満足するのが良い。複数の回折格子の格子部の光束の通過方向の格子厚をｄｔｏｔとする。複数の回折格子の格子側面において格子側面の両側の回折格子の材料の屈折率差が０．０３以上ある領域の格子側面の高さの合計をｄＨとする。
【００３０】
複数の回折格子の格子部の構造が、格子側面を挟んで対向する領域ｊ（ｊ＝１、２・・・ｎ（正の整数））において、対向する格子部の構造間のｄ線における臨界角をθｊ（ｒａｄ）、その格子側面の高さをＨｊ（ｕｍ）、使用次数をｍとする。このとき、
１．３＜（Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ）×（ν２Ａ−ν２Ｂ）＜３５・・・（５）
ｄｔｏｔ＜３０（ｕｍ）                                  ・・・（６）
０．１＜ｄＨ／ｄｔｏｔ＜０．７                          ・・・（７）
ｄＨ＜９（ｕｍ）                                        ・・・（８）
０＜｜ν１Ａ−ν２Ａ｜＜１５                            ・・・（９）
０＜｜ν１Ｂ−ν２Ｂ｜＜１５                          ・・・（１０）
〔Σ｛（π／２−θｊ）×Ｈｊ｝〕／ｍ＜３．５        ・・・（１１）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
【００３１】
（実施例１）
次に、実施例１の具体的な構成について説明する。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）は図１（ａ）の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は回折格子の格子部の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、回折光学素子１は、第１の素子部２と第２の素子部３とを、それぞれの素子部２、３に形成された第１の回折格子８と第２の回折格子９とが第３の材料層１０を挟んで互いに密着するように重ね合わせた構成となっている。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の材料より成る第１の回折格子８を有する。第１の回折格子８における、第３の材料層１０との境界部には格子面８ａが形成されている。
【００３２】
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の材料より成る第２の回折格子９を有する。第２の回折格子９における第３の材料層１０との境界部には格子面９ａが形成されている。なお、第３の材料層１０は、両回折格子８，９の格子面８ａ，９ａと格子側面８ｄ、９ｄとがなすエッジ間において厚さがＤとなるように設定されている。これら第１，第２の素子部２，３、及び第３の材料層１０の全体で１つの回折光学素子１として作用するものである。第１および第２の回折格子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部の格子ピッチが変化することで、レンズ作用を有する。
【００３３】
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（波長３７０ｎｍ〜波長７３０ｎｍ）である。第１および第２の回折格子８，９、及び第３の材料層１０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ている。図２に示した、実施例１における回折光学素子１において、設計波長がλ０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、
（ｎ０３−ｎ０１）ｄ１＋（ｎ０２−ｎ０３）ｄ２＝ｍλ０    ・・・（ｘ６）
となる。ここで、上記（ｘ６）式において、ｎ０１は第１の素子部２において第１の回折格子８を形成する材料の波長λ０の光に対する屈折率である。ｎ０２は第２の素子部３において第２の回折格子９を形成する材料の波長λ０の光に対する屈折率である。ｎ０３は第３の材料層１０を形成する材料の波長λ０の光に対する屈折率である。また、ｄ１は第１の回折格子８の格子部８ｂ、ｄ２は第２の回折格子９の格子部９ｂの格子厚である。
【００３４】
図２において、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、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とする。上記（ｘ６）式での格子厚ｄ１、及びｄ２の加減の符号は、図中上から下に格子厚が増加する格子形状を持つ第２の回折格子９の格子部９ｂの場合、正となる。図２に示した回折光学素子１において、第１の回折格子８の材料（Ｍ２Ｂ）に、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（屈折率Ｎｄ＝１．４８０、アッベ数νｄ＝２１．７）を用いた。一方、第２の回折格子９の材料（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（屈折率Ｎｄ＝１．５６９、アッベ数νｄ＝４７．９）を用いた。また、第３の材料層１０の材料（Ｍ１Ｂ）には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（屈折率Ｎｄ＝１．５６４、アッベ数νｄ＝２０．８）を用いた。また、回折格子８の格子厚ｄ１は６．２μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は１３．７μｍ、第３の材料層１０における、両回折格子８，９の格子側面の間隔Ｄは１．５μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。ここでｄ１＋ｄ２は条件式（６）、（７）の格子厚ｄｔｏｔに相当する。回折格子８、及び回折格子９の格子側面の、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。
【００３５】
次に、本実施例の回折光学素子１に対し、撮像に使用する光束が入射した場合の光の振る舞いについて述べる。本実施例の回折光学素子１においては、撮像に使用される光束が、回折格子の格子先端部を連ねた包絡面の法線に対し±２°の範囲で入射する光学系中に配置されたものと想定している。格子厚ｄ１、及び格子厚ｄ２は、最大の入射角度＋２°と、最小の入射角度−２°の平均である、０°を重心光線角度として、０°で入射した状態において最適な回折特性を得るように設計されている。さらに、回折格子８、及び回折格子９の格子側面の、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きを、格子厚と同様に重心光線角度に合わせるように、０°としている。この場合、回折格子を１次の回折角を持って、入射角度±２°からわずかに偏向した出射した光束が像面（評価面）に到達する。すなわち、回折角０°付近を基準として、格子先端部を連ねた包絡面の法線に対し、回折角が約±２°の範囲の光束が撮像面に到達する。図５は、実施例１の回折光学素子１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時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。
【００３６】
次に、撮像に使用される光束の入射角度から、ずれた角度を持って光束が入射した場合について述べる。回折光学素子を光学系中に用いた場合、撮像に使用される光束以外の光が回折光学素子に入射してしまう場合がある。例えば、図６に示すように、回折光学素子１に格子先端部を連ねた包絡面８ｃの法線に対し＋１０°の光束が入射した場合について考える。この時、＋１０°で入射した光束の１次回折光は、それぞれ格子先端部を連ねた包絡面８ｃの法線に対し約１０°で出射し、像面（評価面）には到達しにくい。ただし、格子側面８ｄからの射出光束は、ある広がり幅を持って射出するため、スネルの法則で計算した光束の出射方向が、像面（評価面）に到達しない構成であっても、実際にはわずかな光が像面（評価面）に到達する。撮像に使用される光束以外の光の強度が大きい場合には、格子側面８ｄを起因とした不要光が結像性能を低下させる問題となる場合がある。特に、光束が格子側面８ｄが成す角度からずれて入射した場合、格子側面８ｄに入射する光束の割合が多くなり、格子側面８ｄに入射した光が偏向されて、不要光として像面（評価面）に到達する可能性が高くなる。また、格子側面８ｄに光束が入射する際に、高屈折率の材料から低屈折率の材料側へと入射する場合、格子側面８ｄの法線方向に対して臨界角以上で入射すると全反射光となって偏光され、エネルギーの高い不要光が生じる。
【００３７】
上記回折光学素子１において、厳密波動計算のうち厳密結合波解析（以下、ＲＣＷＡ：Ｒｅｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて回折光学素子の計算を行った。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、本実施例１の回折光学素子１に対し、最適入射角度からずれた角度（＋１０°）を持って光束が入射した場合の、ＲＣＷＡ計算の計算結果を示す。それぞれ、図７（ａ）は波長４５０ｎｍ、図７（ｂ）は波長５５０ｎｍ、図７（ｃ）は波長６５０ｎｍの計算結果である。なお、図８に、比較例として、図３に示すような回折光学素子１において、同様の計算を行った結果を示す。それぞれ、図８（ａ）は波長４５０ｎｍ、図８（ｂ）は波長５５０ｎｍ、図８（ｃ）は波長６５０ｎｍの計算結果である。
【００３８】
図３に示す比較例の回折光学素子においては、第１の回折格子８に、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５０４、νｄ＝１６．３）を用いた。一方、第２の回折格子９には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６８、νｄ＝４５．１）を用いた。格子厚ｄ０は９．３μｍであり、格子側面８ｄの格子先端部を連ねた包絡面８ｃの法線に対する角度は０°である。図７、図８に示す、実施例１、及び従来例のＲＣＷＡの計算結果において、波長４５０ｎｍと波長５５０ｎｍにおいて、像面に到達する回折角０°付近の回折効率を見ると、本実施例１の方が値が小さいことが分かる。このことから、撮像に使用される光束以外の光が入射した際に、本実施例の回折光学素子１は、広い波長域で不要光の発生を抑制できている。さらに、図３に示す第１の回折格子８においては、アッベ数１６．３と非常に高分散な材料を用いているが、実施例１においては、アッベ数２１前後の、より低分散の材料を用いているため、回折光学素子１の作成が容易である。本実施例においては、重心光線を回折格子８、及び回折格子９の格子側面８ｄの、格子先端を連ねた包絡面８ｃの法線に対して０°と設定したが、本発明の効果はこれに限るものではない。
【００３９】
次に、格子先端を連ねた包絡面８ｃの法線８ｅに対して、＋５°〜＋１５°の範囲を持って光束が入射する光学系中に本発明の回折光学素子を用いた場合を考える。その際の重心光線角度を＋１０°と設定した場合、格子側面８ｄの、格子先端を連ねた包絡面８ｃの法線８ｃに対する角度も、重心光線角度の＋１０°に合わせた形状とすることで、実施例１と同様に不要光の発生を抑制することができる。また、本実施例の回折光学素子１は可視域における使用を主としているため、可視域全域において屈折率差が少ない材料の組合せを用いるのが良い。そのためには、回折格子８、９と回折格子１０の３つの材料のうちの二つの材料の屈折率が、波長３７０ｎｍから波長７３０ｎｍの間で等しい点（条件式（１））を持つことで、可視域全域での屈折率差が十分小さいものとなる。
【００４０】
具体的には、第１の組合せ部（回折格子９、１０）Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂとして、条件式（１）を満たす材料を用いることで、格子側面から発生する不要光を抑制することができる。また、第１の組合せ部における分散の差をある程度大きくしないと、可視域全域で十分な光路長差を得ることができないので、条件式（２）の範囲のアッベ数ν１Ａ、ν１Ｂとする必要がある。条件式（２）式の下限値を下回ると、回折光学素子全体として十分な分散力を得ることができず、上限値を上回ると分散の差が多くなり、波長変化による屈折率差の増加量が多くなってしまい、不要光の発生が多くなってしまう。さらに望ましくは、条件式（２）の数値範囲を以下の範囲とすることが望ましい。
【００４１】
２０  ＜  （ν１Ａ−ν１Ｂ）  ＜  ６０      ・・・（２ａ）
また、第２の回折格子９の格子側面９ｄと第３の回折格子１０の格子側面１０ｄは、格子ピッチ方向に近接配置されているのが良い。本実施例においては、第２の回折格子９と第３の回折格子１０が密着接合された構成となっている。実施例１の回折光学素子１においては、第１の回折格子８の第１の格子材料と第２の回折格子９の第２の格子材料との屈折率差によって光路長差の大部分を得ている。屈折率差が小さい材料のみで構成された回折光学素子１の場合、十分な光路長差を得る為には格子厚を高くしなければならず、不要光の増加につながってしまう。格子厚を低くするためには、前述したように、屈折率差が条件式（３）の範囲となる第２の組合せ部を用いるのが良い。回折光学素子１を可視域において使用する場合、ｄ線付近を設計波長とする場合が多い。その際、設計波長である、ｄ線における屈折率差を（３）式を満たすような条件とすることで、可視域全域で高い回折効率を得て、かつ材料選択の自由度も増えて好ましい。（３）式の下限値を下回ると、十分な光路長差を得られず格子厚が高くなってしまう。逆に上限値を上回ると適切な材料の選択が困難となる。さらに望ましくは、条件式（３）の数値範囲を以下の範囲とすることが望ましい。
【００４２】
０．０４＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ|＜０．３      ・・・（３ａ）
また、その時の二材料の分散の差をある程度大きくしないと、可視域全域で十分な光路長差を得ることが難しく、前述したように、条件式（４）の範囲のアッベ数ν２Ａ、ν２Ｂとするのが良い。条件式（４）の下限値を下回ると、回折格子全体として十分な分散力を得ることができず、上限値を上回ると適切な材料の選択が困難となる。さらに望ましくは、条件式（４）の数値範囲を以下の範囲とすることが望ましい。
【００４３】
２０  ＜  （ν２Ａ−ν２Ｂ）  ＜  ６０  ・・・（４ａ）
尚、前述した条件式（１）〜（４）については後述する各実施例においても同様に満足している。本実施例の回折光学素子は、式（ｘ３ａ）〜式（ｘ３ｉ）で説明したとおり、２つの材料からなる回折格子で所望の光路長差を得る為には、かつ、高屈折率低分散な材料と、低屈折率高分散な材料の組合せを用いることが望ましい。本実施例の回折光学素子１においても同様で、光路長差の大部分を得る第２の材料組合せのうち、少なくとも一つの材料の組合せにおいて、条件式（５）を満足することが望ましい。さらに、本実施例の回折光学素子は、格子側面から発生する不要光を抑制することも目的にしているため、格子厚は低い方が好ましい。光束が通過する方向で、各格子部の格子厚の合計をｄｔｏｔとしたとき、格子厚ｄｔｏｔを条件式（６）の範囲とすることで、不要光の発生を抑制できる。特に、格子側面に起因する不要光は、格子側面を成す材料の屈折率差が大きいほど大きくなる。そのため、屈折率差が大きい格子側面の高さを低くすることで、不要光を抑制することができ、好ましい。具体的には、屈折率差が０．０３以上ある領域の格子側面の高さの合計をｄＨとしたとき、全体の格子厚ｄｔｏｔに対する高さｄＨの割合が条件式（７）を満たすことで不要光を良好に抑制することができる。さらには、高さｄＨの値を条件式（８）の範囲とすることで、さらに良好な性能が得られる。また、回折光学素子を形成する材料のうち、条件式（９）又は条件式（１０）のうち少なくとも一つを満たすことで、材料選択が容易となり、製造容易な回折光学素子が得られる。
【００４４】
条件式（９）の上限値を上回ると、材料Ｍ１Ａと材料Ｍ２Ａのうち、一方の材料に対して非常に低分散な材料（アッベ数の大きな材料）を用いる必要が生じるため、材料作製が困難となる。条件式（１０）の上限値を上回ると、材料Ｍ１Ｂと材料Ｍ２Ｂのうち、一方の材料に対して非常に高分散な材料（アッベ数の小さな材料）を用いる必要が生じるため、材料作製が困難となる。また、以上の説明においては、材料種を４種類用いて説明したが、本発明の内容はこれに限るものではない。本発明の特徴は、屈折率差が少なく分散の差が大きい第１の組合せ部（Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ）と、屈折率差と分散の差が大きい第２の組合せ部（Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂ）との、２種類の材料の組合せ部の選択にある。すなわち、例えば３種類の材料を用いても、２種類の材料組合せを得ることができ、さらに、構成が簡素となるため望ましい。実施例１の回折光学素子１は、３つの材料の中に、屈折率差が小さく分散の差が大きい材料の組合せと、屈折率差が大きく分散の差が大きい組合せを用いている。すなわち、屈折率差が少なく分散の差が大きい回折格子９、１０より成る第１の組合せ部（Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ）のうちアッベ数が大きい材料をＭ１Ａ（第２の材料）とする。Ｍ１Ａと回折格子９、８より成る屈折率差と分散の差が大きい第２の組合せ部（Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂ）のうちアッベ数が大きい材料であるＭ２Ａを同一材料としている。そのため、少ない材料数で簡素な構成の回折光学素子１を得ている。尚、以上の条件式（５）〜（１０）については、後述する各実施例においても同様に満足するのが良い。
【００４５】
（実施例２）
実施例１において、回折光学素子１ら撮像に使用される光束以外の光（＋１０°）が入射した際のＲＣＷＡ計算結果において、波長６５０ｎｍの光は、参考例よりも実施例１の方が不要光が多い結果となっていた。これは、回折格子９を形成する第２の材料と、第３の材料層１０の間のわずかな屈折率差によるものである。図９は、本発明の実施例２の回折光学素子の要部断面図である。図９に示す構成は、実施例１と同様の材料、及び形状で、第１の材料（Ｍ２Ｂ）からなる回折格子８と、第２の材料（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）からなる回折格子９を形成している。さらに第３の材料層（第３の回折格子）１０を形成する材料（Ｍ１Ｂ）も実施例１と同様としている。第１の回折格子９と第３の材料層１０は第１の組合せ部（前述したように条件式（１）、（２）に関連）、第１の回折格子９と回折格子８は第２の組合せ部（前述したように条件式（３）、（４）に関連）に相当している。
ここで、本実施例に係る回折光学素子は、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ａｄ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子（回折格子９に相当）と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子（回折格子１０に相当）と、ｄ線における屈折率がＮ２Ｂｄ、アッベ数がν２Ｂ、である第３の回折格子（回折格子８に相当）と、から成る。そして、第１及び第２の回折格子（回折格子９、１０に相当）は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されている。
本実施例においても、前述した条件式（１）及び（２）を満たしているが、条件式（３）及び（４）に関してはそれぞれ以下の条件式に置き換えられる。
０．０３＜｜Ｎ１Ａｄ−Ｎ２Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν１Ａ−ν２Ｂ）＜７５
なお、本実施例における上記条件式は、実施例１、３、９における条件式でもある。
【００４６】
図２に示す実施例１においては、第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０において、両回折格子８，９の格子面８ａ，９ａと格子側面８ｄ、９ｄとがなすエッジ間において厚さがＤとなるように設定した。それに対し、実施例２においては、回折格子（Ｍ２Ｂ）８と回折格子（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）９を近接配置させ、回折格子８の格子谷部８ｆと回折格子９の格子頂点部９ｆが隣接するように配置している。その結果、回折格子９の格子側面部９ｄに対し、回折格子８の格子側面８ｄと第３の材料層１０からなる格子部の格子側面１０ｄが、格子ピッチ方向に近接配置された構成となっている。このとき、回折格子９と第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０が隣接する格子側面部１０ｄの高さｄ３は、実施例１においては、回折格子９の格子側面部９ｄの高さと同じ１３．７μｍであったのに対し、本実施例２においては、７．５μｍと少なくなっている。実施例１において、回折格子９と第３の材料層１０の間の格子側面１０ｄにおいては、屈折率差を小さく設定しているため不要光の発生が少ないことを説明したが、波長が変化した時には若干屈折率差が大きくなり、わずかに不要光が発生する。このとき、図９に示すような構成とすると、回折格子９の第２の材料と第３の材料１０の間の屈折率差の影響を少なくすることができ、不要光の発生を抑制することができる。本実施例２における光路長差を満たす式は、
ｎ０２×ｄ２−｛ｎ０１×ｄ１＋ｎ０３×（ｄ２−ｄ１）｝＝ｍλ０・・・（ｘ７）
となり、（ｘ７）式を変形すると、（ｘ６）式と同一の式となることが分かる。そのため、設計次数回折光の回折効率は、実施例１の回折光学素子と概ね同様の値が得られる。
【００４７】
次に、図９に示す回折光学素子１に対し、撮像に使用される光束の入射角度からずれた角度を持って光束が入射した場合について述べる。具体的に、回折光学素子１に回折格子先端部を連ねた包絡面の法線に対し＋１０°の光束が入射した場合について考える。ここでいう＋１０°とは、図６に示す光線入射方向と同様であり、図９に示す回折光学素子１に対し左側から光束が入射した場合は、光束が図中上側から１０°の角度を持って入射することを意味する。図１０に、本実施例２の回折光学素子１に対し、最適入射角度からずれた角度（＋１０°）を持って光束が入射した場合の、ＲＣＷＡ計算の計算結果を示す。それぞれ、図１０（ａ）は波長４５０ｎｍ、図１０（ｂ）は波長５５０ｎｍ、図１０（ｃ）は波長６５０ｎｍの計算結果である。図１０に示す本実施例２の計算結果と、図８に示す比較例の計算結果を比較する。像面に到達する回折角０°付近の回折効率を見たとき、波長４５０ｎｍ、及び波長５５０ｎｍの結果は、共に本実施例２の方が低い値となっており、波長６５０ｎｍにおいても比較例と同等程度となっている。実施例１と本実施例２を比較しても、本実施例２における計算結果は、波長４５０ｎｍと波長５５０ｎｍにおいては、実施例１と同様に参考例に対する不要光の抑制効果があり、かつ、波長６５０ｎｍにおける参考例に対する悪化分が改善されていることが分かる。このことから、撮像に使用される光束以外の光が入射した際に、本実施例の回折光学素子は、広い波長域で不要光の発生を抑制できている。
【００４８】
以上のように、格子側面を形成する材料の屈折率差を大きくすることで格子側面の高さを低くでき、さらに、格子側面を形成する材料の屈折率差が小さい場合も、格子側面の高さを低くすることで、さらに不要光を抑制できることを説明した。ただし、格子側面の法線方向に対し、臨界角以上の角度を持って入射した光束は全反射条件を満たし、格子側面から発生する不要光も強いエネルギーを持つ。格子側面を形成する材料の屈折率差を大きくした場合、臨界角が小さくなり、強いエネルギーを持った不要光が発生する割合が多くなる。そのため、回折光学素子１の格子側面は、材料の屈折率差が小さく（臨界角が大きく）、かつ格子側面高さが低いことが好ましい。具体的には、前述の条件式（１１）を満たすことで、格子側面から発生する不要光が良好に抑制された回折光学素子を得ることができる。この条件式（１１）は実施例１及び後述する各実施例においても同様である。
【００４９】
（実施例３）
上記実施例２においては、屈折率差が小さい、第２の回折格子９と、第３の材料層１０が、格子面９ａを挟んで密着接合された構成としたが、本発明の回折光学素子はこれに限るものではない。図１１は、本発明の実施例３の回折光学素子１の要部断面図である。実施例３の回折光学素子１は、実施例２の回折光学素子の、第１の回折格子８と第３の材料層１０を反転させたものとなっている。図１１に示した回折光学素子１において、第１の回折格子（Ｍ１Ｂ）８、及びベース部６に、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６４、νｄ＝２０．８）を用いた。一方、第２の回折格子（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）９、及びベース部７には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６９、νｄ＝４７．９）を用いた。また、第３の材料層（Ｍ２Ｂ）１０には、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４８０、νｄ＝２１．７）を用いた。
【００５０】
ここで第１、第２の回折格子８、９が第１の組合せ部である。第２の回折格子９と第３の材料層１０が第２の組合せ部となる。また、回折格子８の格子厚ｄ１は７．５μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は１３．７μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。このとき、実施例２と同様に、回折格子９の格子側面９ｄに対し、回折格子８の格子側面８ｄと第３の材料層１０からなる格子の格子側面１０ｄが、格子ピッチ方向に近接配置された構成となっている。そのため、本実施例３においても、実施例２と同様に、撮像に使用される光束の入射角度からずれた角度を持って光束が入射した場合に、格子側面から発生する不要光を抑制することができる。また、実施例２と実施例３においては、第１の回折格子８の格子側面８ｄと、第２の回折格子９の格子側面９ｄを密着接合させた構成としたが、本実施例はこれに限るものではない。例えば図１２に示すように、第１の回折格子８の格子側面８ｄと、第２の回折格子９の格子側面９ｄを、格子ピッチ方向にわずかな間隔ｄｘを空けて、近接配置させても同様の効果が得られる。但し、このとき間隔ｄｘを大きくすると、格子面８ａと格子面９ａを通る光束の光路長差のずれが大きくなり、設計次数の回折光における回折効率が劣化するため好ましくない。間隔ｄｘ（μｍ）を、望ましくは以下の式の範囲とすることで、良好な回折効率を得ることができる。
【００５１】
０≦ｄｘ＜５（μｍ）      ・・・（１２）
さらに、回折格子のピッチをＰ（μｍ）とした時、以下の範囲とすることで、良好な回折効率を得ることができる。
【００５２】
０≦ｄｘ／Ｐ＜０．０５      ・・・（１３）
（実施例４）
図１３は本発明の実施例４の回折光学素子の要部断面図である。実施例４においては、実施例１と同様、第１の回折格子８と第２の回折格子９の間に、第３の材料層１０を設けた構成となっている。なお、第３の材料層１０は、両回折格子８，９の格子面８ａ，９ａと格子側面８ｄ、９ｄとがなすエッジ間において厚さがＤとなるように設定されている。図１３に示した回折光学素子１において、第１の回折格子（Ｍ１Ｂ）、（Ｍ２Ｂ）８に、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４８０、νｄ＝２１．７）を用いた。一方第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９には、ポリメタクリル酸メチル（以下ＰＭＭＡと記述）にＡｌ２Ｏ３微粒子とＹ２Ｏ３微粒子をそれぞれ体積比率で２０．５％混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．６３４、νｄ＝６０．２）を用いた。また、第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０には、フッ素系樹脂サイトップ（旭ガラス製）にＡｌ２Ｏ３微粒子とＹ２Ｏ３微粒子をそれぞれ体積比率で１３％混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４８１、νｄ＝７２．９）を用いた。
【００５３】
ここで第１の回折格子（Ｍ１Ｂ）８と第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０は第１の組合せ部（前述したように条件式（１）（２）に関連）、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８と第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９は第２の組合せ部（前述したように条件式（３）（４）に関連）を構成している。
本実施例に係る回折光学素子は、波長ｗ（ｎｍ）における屈折率がＮ１Ａｗ、アッベ数がν１Ａ、である第１の回折格子（回折格子１０に相当）と、前記波長ｗにおける屈折率がＮ１Ｂｗ、ｄ線における屈折率がＮ１Ｂｄ、アッベ数がν１Ｂ、である第２の回折格子（回折格子８に相当）と、ｄ線における屈折率がＮ２Ａｄ、アッベ数がν２Ａ、である第３の回折格子（回折格子９に相当）と、から成る。そして、第１及び第２の回折格子（回折格子１０、８に相当）は、互いの格子側面が格子ピッチ方向に接触又は近接するように配置されている。
本実施例においても、前述した条件式（１）及び（２）を満たしているが、条件式（３）及び（４）に関してはそれぞれ以下の条件式に置き換えられる。
０．０３＜｜Ｎ２Ａｄ−Ｎ１Ｂｄ｜＜０．５
１６＜（ν２Ａ−ν１Ｂ）＜７５
なお、本実施例における上記条件式は、次に示す実施例５における条件式でもある。
本実施例で、回折格子８の格子厚ｄ１は１２．４μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は３．７５μｍ、第３の材料層１０における、両回折格子８，９の格子側面８ｄ、９ｄの間隔Ｄは１．５μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。回折格子８、及び回折格子９における格子側面８ｄ、９ｄの、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。図１４（ａ）は、実施例４の回折光学素子１に、格子先端を連ねた包絡面８ｃの法線に対して垂直に光線が入射した時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、図１４（ｂ）に、本実施例４の回折光学素子１に対し、最適入射角度からずれた角度（＋１０°）を持って、波長５５０ｎｍの光束が入射した場合の、ＲＣＷＡ計算の計算結果を示す。ここでいう＋１０°とは、図６に示す光線入射方向と同様であり、図１３に示す回折光学素子１に対し左側から光束が入射した場合は、光束が図中上側から、格子先端部を連ねた包絡面８ｃの法線に対し１０°の角度を持って入射することを意味する。図１４（ｂ）から分かるとおり、像面に到達する回折角０°付近の回折効率がかなり低い値となっていることが分かる。そのため、本実施例４の構成の回折光学素子１は、撮像に使用される光束以外の光が入射した際に発生する不要光を大幅に抑制した構成となっている。
【００５４】
（実施例５）
上記の実施形態においては、全て樹脂材料からなる回折格子を用いて説明した。しかし、本発明の回折光学素子を用いる効果はこれに限るものではなく、例えばガラスモールド材料を用いても同様の効果が得られる。図１５は本発明の実施例５の回折光学素子の要部断面図である。実施例５において、回折光学素子１は、実施例４と同様、第１の回折格子（Ｍ１Ｂ、Ｍ２Ｂ）８と第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９の間に、第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０を設けた構成となっている。なお、第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０は、両回折格子８，９の格子面８ａ，９ａと格子側面８ｄ、９ｄとがなすエッジ間において厚さがＤとなるように設定されている。図１５に示した回折光学素子１において、第１の回折格子（Ｍ１Ｂ、Ｍ２Ｂ）８に、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６４、νｄ＝２０．８）を用いた。
【００５５】
一方第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９には、スミタ光学ガラス（株）製ガラスモールド材料Ｋ−ＶＣ９９（Ｎｄ＝１．８５１、νｄ＝４１．６）を用いた。また、第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６９、νｄ＝４７．９）を用いた。また、回折格子８の格子厚ｄ１は１２．３μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は１．８８μｍ、第３の材料層１０における、両回折格子８，９の格子側面の間隔Ｄは１．５μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。第１の回折格子（Ｍ１Ｂ）８と第３の材料層（Ｍ１Ａ）１０が第１の組合せ部、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８と第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９が第２の組合せ部に相当している。回折格子８、及び回折格子９における格子側面８ｄ、９ｄの、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。
【００５６】
本実施例５においては、ガラスモールド材料を用いることによって、第２の材料組合せにおける屈折率差を大きくすることができ、その結果、第２の回折格子９の格子厚を２μｍ以下と低くすることができる。図１６（ａ）は、実施例５の回折光学素子１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時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、図１６（ｂ）に、本実施例５の回折格子に対し、最適入射角度からずれた角度（＋１０°）を持って、波長５５０ｎｍの光束が入射した場合の、ＲＣＷＡ計算の計算結果を示す。ここでいう＋１０°とは、図６に示す光線入射方向と同様であり、図１５に示す回折光学素子に対し左側から光束が入射した場合は、光束が図中上側から、格子先端部を連ねた包絡面の法線に対し１０°の角度を持って入射することを意味する。図１６（ｂ）から分かるとおり、像面に到達する回折角０°付近の回折効率がかなり低い値となっていることが分かる。そのため、本実施例５の構成の回折光学素子は、撮像に使用される光束以外の光が入射した際に発生する不要光を大幅に抑制した構成となっている。
【００５７】
（実施例６）
図１７は本発明の実施例６の回折光学素子の要部断面図である。実施例６において、回折光学素子１は、第１の材料からなる回折格子（Ｍ２Ｂ）８に第３の材料層１０（Ｍ２Ａ）を密着接合している。そして、第２の材料からなる回折格子（Ｍ１Ａ）９に第４の材料層（Ｍ１Ｂ）１１を密着接合し、かつ、第３の材料層１０と第４の材料層１１が平坦面を介して密着接合された構成となっている。なお、第３の材料層１０は、回折格子８の格子面８ａの格子頂点部８ｇと、第４の材料層１１との境界の間において厚さがＤ１となるように設定されている。同様に、第４の材料層（Ｍ１Ｂ）１１は、回折格子（Ｍ１Ａ）９の格子面９ａの格子頂点部９ｇと、第３の材料層１０（Ｍ２Ａ）との境界の間において厚さがＤ２となるように設定されている。図１７に示した回折光学素子１において、第１の回折格子８に、ＰＭＭＡにＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５１８、νｄ＝３０．１）を用いた。
【００５８】
一方、第３の材料層１０には、スミタ光学ガラス（株）製ガラスモールド材料Ｋ−ＧＦＫ６８（Ｎｄ＝１．５９２、νｄ＝６８．３）を用いた。また、第２の回折格子９には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６９、νｄ＝４７．９）を用いた。一方、第４の材料層１１には、大日本インキ化学工業（株）製の紫外線硬化樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６４、νｄ＝２０．８）を用いた。また、回折格子８の格子厚ｄ１は７．４８μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は６．５μｍである。第３の材料層１０における、格子側面１０ｄと境界部の間隔Ｄ１は１．０μｍ、第４の材料層１１における、格子側面１１ｄと境界部の間隔Ｄ２は１．０μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。回折格子８、及び回折格子９における格子側面の、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。
【００５９】
第２の回折格子（Ｍ１Ａ）９と第４の材料（Ｍ１Ｂ）１１は第１の組合せ部、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８と第３の材料（Ｍ２Ａ）１０は第２の組合せ部に相当している。図１
８は、実施例６の回折光学素子１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時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図か
らも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、本実施例６においても、第２の回折格子９と第４の材料層１１の間で、屈折
率差が小さく分散の差が大きい材料の組合せを用いているため、第１の回折格子８の格子厚を低くすることができる。そのため、格子側面から発生するフレアを抑制した構成とな
っている。
【００６０】
（実施例７）
上記実施例６においては、第３の材料層１０と第４の材料層１１の間を平坦面として、密着させたが、本発明の回折光学素子はこれに限るものではない。図１９は実施例７の回折光学素子の要部断面図である。実施例７において、回折光学素子１は、第１の材料からなる回折格子（Ｍ２Ｂ）８に第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０を密着接合し、第２の材料からなる回折格子（Ｍ２Ａ）９に第４の材料層（Ｍ１Ａ）１１を密着接合している。更に、第３の材料層から成る回折格子１０と第４の材料層から成る回折格子１１が回折格子面１１ａを介して密着接合された構成となっている。なお、第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０は、回折格子面８ａ，１１ａと格子側面８ｄ、１２ｄとがなすエッジ間において厚さがＤ１となるように設定されている。
【００６１】
同様に、第４の材料層（Ｍ１Ａ）１１は、回折格子面９ａ，１１ａと格子側面９ｄ、１１ｄとがなすエッジ間において厚さがＤ２となるように設定されている。図１９に示した回折光学素子１において、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８に、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４５３、νｄ＝３３．２）を用いた。一方、第３の材料層１０（Ｍ１Ｂ）には、ＰＭＭＡにＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５５５、νｄ＝１９．７）を用いた。また、第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９には、日本ゼオン（株）製樹脂ＺＥＯＮＥＸ−Ｅ４８ＲにＹ２Ｏ３微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．６４０、νｄ＝５６．５）を用いた。一方、第４の材料層１１には、アクリル系樹脂にＺｒＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５６１、νｄ＝４８．３）を用いた。第４の材料層（Ｍ１Ａ）１１と第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０は第１の組合せ部、第２の回折格子（Ｍ２Ａ）９と第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８は第２の組合せ部に相当している。回折格子８の格子厚ｄ１は１．５μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は４．５８μｍ、回折格子面１２の格子厚ｄ３は１１．５μｍである。
【００６２】
また、第３の材料層１０における、格子側面１０ｄと境界部の間隔Ｄ１は１．０μｍ、第４の材料層１１における、格子側面１１ｄと境界部の間隔Ｄ２は１．０μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。回折格子８、回折格子９、及び格子面１２における格子側面８ｄ、９ｄ、１２ｄの、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。図２０は、実施例７の回折光学素子１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時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、本実施例７においても、回折格子面１１ａを形成する第３の材料層１０と第４の材料層１１の間で、屈折率差が小さく分散の差が大きい材料の組合せを用いているため、第１、第２の回折格子８、９の格子厚を低くすることができる。
【００６３】
（実施例８）
図２１は本発明の実施例８の回折光学素子の要部断面図である。図２１に示す構成は、図１９の実施例７と同様の材料、形状にて、第１の材料からなる回折格子（Ｍ２Ｂ）８と、第２の材料からなる回折格子（Ｍ２Ａ）９、及び回折格子面１１ａを形成している。さらに第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０、第４の材料層（Ｍ１Ａ）１１を形成する材料も実施例７と同様としている。回折格子１１と回折格子１０は第１の組合せ部、回折格子９と回折格子８は第２の組合せ部に相当している。実施例７においては、回折格子面１１ａのエッジ部に対し、回折格子８，９のエッジ部が、それぞれＤ１、Ｄ２の厚さをもって配置された構成となっていた。それに対し、実施例８においては、回折格子面１１ａに対して、格子面８ａと格子面９ａを近接配置させ、それぞれエッジ部が隣接するように配置している。
【００６４】
その結果、回折格子面１１ａの格子側面部に対し、回折格子（Ｍ２Ｂ）８の格子側面部８ｄ、回折格子（Ｍ２Ａ）９の格子側面部９ｄが、格子ピッチ方向に近接配置されている。更に第３の材料層（Ｍ１Ｂ）１０からなる格子の側面部１０ｄ、そして第４の材料層（Ｍ１Ａ）１１からなる格子の側面部１１ｄが、格子ピッチ方向に近接配置された構成となっている。このとき、格子側面を成す材料間の屈折率差が大きい格子厚は、ｄ１とｄ２であり、実施例７と変わらない。しかし、格子側面を成す材料間の屈折率差が小さい格子厚は、実施例７においては、回折格子面１２の格子側面部高さと同じ１１．５μｍであったのに対し、本実施例８においては、５．４２μｍと大幅に少なくなっている。このことから、本実施例８の回折光学素子は、撮像に使用される光束以外の光が入射した際に、不要光の発生が大幅に抑制された構成となっている。なお、第２の組合せ部に関する（３）式、（４）式、（５）式に関しては、条件式を満たす組合せが複数存在する場合は、（３）式の値が最も高いものを表３に示している。（９）、（１０）式に関しては、条件式を満たす組合せが複数存在する場合は、（９）、（１０）式の値が最も小さいものを各表に示している。
【００６５】
（実施例９）
実施例１乃至８においては、複数の回折格子面の向きが全て同一の方向となる構成であったが、本発明の回折格子はこれに限るものではない。図２２は本発明の実施例９の回折光学素子の要部断面図である。実施例９においては、実施例１と同様、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８と第２の回折格子（Ｍ１Ｂ）９の間に、第３の材料層（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）１０を設けた構成となっている。回折格子９と回折格子１０は第１組合せ部（前述したように条件式（１）（２）に関連）、回折格子１０と回折格子８は第２の組合せ部（前述したように条件式（３）（４）に関連）に相当している。但し、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８の格子面８ａが図中下から上に格子厚が増加する構成であるのに対し、第２の回折格子（Ｍ１Ｂ）９の格子面９ａは、図中下から上に格子厚が減少する構成となっている。なお、第３の材料層（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）１０は、両回折格子８，９の格子面８ａ，９ａと格子側面８ｄ、９ｄとがなすエッジ間において厚さがＤとなるように設定されている。
【００６６】
図２２に示した回折光学素子１において、第１の回折格子（Ｍ２Ｂ）８に、フッ素系樹脂にＩＴＯ微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．４８０、νｄ＝２１．７）を用いた。一方第２の回折格子（Ｍ１Ｂ）９には、ＰＭＭＡにＴｉＯ２微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５５８、νｄ＝２８．２）を用いた。また、第３の材料層（Ｍ１Ａ、Ｍ２Ａ）１０には、ＰＭＭＡにＡｌ２Ｏ３微粒子を混合させた樹脂（Ｎｄ＝１．５５９、νｄ＝６０．２）を用いた。また、回折格子８の格子厚ｄ１は７．４５μｍ、回折格子９の格子厚ｄ２は−４．６μｍ、第３の材料層１０における、両回折格子８，９の格子側面８ｄ、９ｄの間隔Ｄは１．５μｍ、回折ピッチＰは１００μｍである。回折格子８、及び回折格子９における格子側面８ｄ、９ｄの、格子先端を連ねた包絡面の法線に対する傾きは０°とした。図２３は、実施例９の回折光学素子１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時の、設計次数である１次での回折効率特性を示している。これらの特性図からも分かるように、回折光学素子１では可視域全域において、非常に高い回折効率を得ている。また、本実施例９においても、第２の回折格子９と第３の材料層の間で、屈折率差が小さく分散の差が大きい材料の組合せを用いているため、第１の回折格子８の格子厚を低くすることができる。そのため、格子側面から発生するフレアを抑制した構成となっている。
【００６７】
以下の表１〜４に、各実施例の回折光学素子の、各条件式に対応した値を示す。又樹脂Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂに対する回折格子との対応も示す。表５に条件式（６）に関する格子厚ｄｔｏｔを示す。
【００６８】
【表１】
0005546217.tif 000002
【００６９】
【表２】
0005546217.tif 000003
【００７０】
【表３】
0005546217.tif 000004
【００７１】
【表４】
0005546217.tif 000005
【００７２】
【表５】
0005546217.tif 000006
【００７３】
図２４（ａ）には、本発明の回折光学素子を用いた、カメラ（スチルカメラやビデオカメラ等）の撮影（結像）光学系の要部断面図である。この図中、１０１は大部分が屈折光学素子（例えば通常のレンズ素子）で構成される撮影レンズであり、内部に開口絞り１０２と各実施例にて説明した回折光学素子１を有する。１０３は結像面に配置されたフィルム又はＣＣＤ等の撮影媒体である。回折光学素子１はレンズ機能を有する素子であり、撮影レンズ１０１中の屈折光学素子で発生する色収差を補正している。そして、回折光学素子１は、上記のように、従来のものに比べて不要光が大幅に抑制されているので、フレア光が少なく低周波数での解像力も高く、高い光学性能を有した撮影光学系を実現することができる。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面に回折光学素子１を設けているが、本実施例はこれに限定するものではなく、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。さらに、撮影レンズ１０１内に回折光学素子１を複数個配置してもよい。
【００７４】
図２４（ｂ）には、本発明の回折光学素子を用いた双眼鏡の観察光学系の要部断面図である。この図中、１０４は対物レンズ、１０５は倒立像を正立させるためのプリズム、１０６は接眼レンズ、１０７は評価面（瞳面）である。１は各実施例にて説明した回折光学素子であり、対物レンズ１０４の結像面１０３での色収差等を補正する目的で設けられている。この観察光学系は、各実施例にて説明したように、回折効率特性が従来のものに比べて大幅に改善されているので、フレア光が少なく低周波数での解像力も高く、高い光学性能を有する。なお、本実施例では、平板ガラス面に回折光学素子１を設けた場合について説明したが、本実施例はこれに限定されず、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。さらに、観察光学系内に回折光学素子１を複数個配置してもよい。また、本実施例では、対物レンズ部に回折光学素子１を設けた場合を示したが、これに限らず、プリズム１０５の表面や接眼レンズ１０６内の位置に設けることもでき、この場合も先に説明したのと同様の効果が得られる。但し、回折光学素子１を結像面１０３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。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、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することができる。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ーにも適用することができ、先に説明したのと同様の効果が得られる。
【００７５】
図２５は本発明の回折光学素子を有した光学系を撮影光学系としてもちいたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部断面図である。本発明の光学系によって構成された撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像素子に適用することにより、フレアの少なく、十分な透明性を持ち、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
【符号の説明】
【００７６】
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、１０  第３の材料層、１１  第４の材料層、１２  第３の回折面、１０１  撮影レンズ、１０２  絞り、１０３  結像面、１０４  対物レンズ、１０５  プリズム、１０６  接眼レンズ、１０７  評価面（瞳面）
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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