(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学素子を含む回折光学系において、
前記回折光学素子は、
第１の回折光学面を有する凹レンズと、第２の回折光学面を有する光学部材とを有し、
前記凹レンズと前記光学部材とは、前記第１の回折光学面と前記第２の回折光学面とが互いに対向するように配置され、
前記凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、前記回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式
０．００３＜ｔ／ｆ＜０．３
の条件を満足し、
第１凸レンズ成分と、第２凸レンズ成分と前記凹レンズとの接合レンズとを含み、
前記凹レンズおよび前記光学部材のうち、一方が相対的に高屈折率低分散材料で形成され、他方が相対的に低屈折率高分散材料で形成され、
前記第１の回折光学面は瞳に向いた凹面に配設され、
前記第１の回折光学面の格子の段差部分は光軸に対して傾けて形成されていることを特徴とする回折光学系。
【請求項２】
ｄ線における前記凹レンズと前記光学部材との屈折率差をΔＮｄとしたとき、次式
０．００５＜ΔＮｄ＜０．４５
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の回折光学系。
【請求項３】
前記凹レンズの焦点距離をｆＮ（＜０）とし、前記回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式
−８．５＜ｆＮ／ｆ＜−０．３
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学系。
【請求項４】
前記凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、前記回折光学系の光軸上の総厚をｓとし、瞳から像面までの距離をＬとしたとき、次式
０．０００１５＜（ｔ・ｓ）／Ｌ2＜０．１
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系。
【請求項５】
ｄ線、ｇ線、Ｃ線およびＦ線のスペクトルの光軸方向の拡がり幅をΔとし、前記回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式
０．００１＜Δ／ｆ＜０．１
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系。
【請求項６】
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）＞０．８
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系。
【請求項７】
前記凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、前記光学部材の光軸上の厚さをｄＮとし、前記回折光学系の光軸上の総厚をｓとしたとき、次式
０．０３＜（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＜０．５
の条件を満足する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系。
【請求項８】
前記第１の回折光学面の格子高さをｈとし、前記凹レンズの光軸上の厚さと前記光学部材の光軸上の厚さのうち薄い方の厚さをｄとしたとき、次式
１０＜ｈ／ｄ＜５００
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の回折光学系。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の回折光学系を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の回折光学系を有し、
ルーペ倍率が２倍以上でかつ２０倍以下であることを特徴とする観察光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折を応用した光学系、光学機器及び観察光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学性能、特に収差を減じて結像性能を向上させるために、レンズの屈折を利用した光学素子（主としてガラスで作られる）が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。光学系では、基準スペクトル線に関するザイデル５収差及び色収差を十分に減ずるために、収差補正自由度を増す必要があり、該光学系を構成するレンズの枚数が止むを得ず増えてしまうことが多かった。【０００３】
【特許文献１】米国特許第６１３０７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特に、頭部に装着する観察装置に用いる光学系や電子ビューファインダー等に用いる光学系においては、従来のように、光学性能を上げるために光学系を構成するレンズ枚数を増やしたり、光学系の色収差を十分に補正するために屈折率や分散の異なる複数の光学材料や比重の大きな光学材料（ガラス）を用いたりして、光学系の大型化や重量化を招くことは、装置構成上、不都合であるという問題があった。【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、小型軽量薄型で且つ優れた光学性能を有する回折光学系、光学機器及び観察光学系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】
本発明を例示する第１の態様に従えば、回折光学素子を含む回折光学系において、前記回折光学素子は、第１の回折光学面を有する凹レンズと、第２の回折光学面を有する光学部材とを有し、前記凹レンズと前記光学部材とは、前記第１の回折光学面と前記第２の回折光学面とが互いに対向するように配置され、前記凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、前記回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式０．００３＜ｔ／ｆ＜０．３の条件を満足し、第１凸レンズ成分と、第２凸レンズ成分と前記凹レンズとの接合レンズとを含み、前記凹レンズおよび前記光学部材のうち、一方が相対的に高屈折率低分散材料で形成され、他方が相対的に低屈折率高分散材料で形成され、前記第１の回折光学面は瞳に向いた凹面に配設され、前記第１の回折光学面の格子の段差部分は光軸に対して傾けて形成されていることを特徴とする回折光学系が提供される。
【０００７】
本明細書において、「第１の回折光学面と第２の回折光学面とが互いに対向するように配置され」ているという表現は、「第１の回折光学面と第２の回折光学面とが互いに接するように配置され」ている状態と、「第１の回折光学面と第２の回折光学面とが互いに間隔を隔てて対向するように配置され」ている状態とを含む、広い概念に対応している。
また、本発明を例示する第２の態様に従えば、上記態様の回折光学系を有することを特徴とする光学機器が提供される。
また、本発明を例示する第３の態様に従えば、上記態様の回折光学系を有し、ルーペ倍率が２倍以上でかつ２０倍以下であることを特徴とする観察光学系が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、小型軽量薄型で且つ優れた光学性能（特に色収差補正）を有する回折光学系、光学機器及び観察光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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２】第１実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図３】第１実施例に係る諸収差図である。
【図４】密着複層型の回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。
【図５】第２実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図６】第２実施例に係る諸収差図である。
【図７】第３実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図８】第３実施例に係る諸収差図である。
【図９】第４実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図１０】第４実施例に係る諸収差図である。
【図１１】第５実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図１２】第５実施例に係る諸収差図である。
【図１３】第６実施例に係るおける光学系の構成を示す図である。
【図１４】第６実施例に係る諸収差図である。
【図１５】第１実施例の光学系を投射光学系に適用した場合の諸収差図である。
【図１６】回折光学系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】
【００１０】
１１  第１光学素子要素  
１２  第２光学素子要素
１１ａ，１１ｂ  回折光学面
１３  格子の壁面（段差部分）
ＥＰ  アイポイント
ＰＦ  密着複層型の回折光学素子
ＯＢ  観察物体
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。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光学回折素子では、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。【００１２】
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、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、異なる屈折率およ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、波長特性が良好であるという特徴を有している。【００１３】
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１（ａ）に示すように、第１の材質からなる第１光学素子要素１１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１２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は図のように鋸歯状に形成されている。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１１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１２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。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。【００１４】
また、図１（ｂ）に示すように、第１光学素子要素１１における回折光学面１１ａの格子高さｈ１と、第２光学素子要素１２における回折光学面１２ａの格子高さｈ２とを一致させた、密着複層型の回折光学素子ＰＦが提案されている。この密着複層型の回折光学素子ＰＦは、第１光学素子要素１１において回折光学面が形成される面状に、第２光学素子要素１２を密着接合させた構成であり、分離複層型に比べて回折光学面の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持っている。また、第１光学素子要素１１および第２光学素子要素１２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型することもできる。この場合、先に形成した格子が型となって後に成型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り、広波長域の白色光を利用する写真カメラの撮像レンズや可視域で使用する接眼レンズ等に容易に用いることができる。【００１５】
本発明は、このような複層型の回折光学素子を応用した小型軽量薄型な光学系に関するものである。特に、回折光学素子を構成する第１光学素子要素および第２光学素子要素を所定の光学材料によって形成することで、小型軽量薄型で且つ優れた光学性能を有する光学系を得るというものである。【００１６】
以下、本実施形態に係る回折光学系について説明する。本実施形態に係る回折光学系は、第１の回折光学面を有する凹レンズと、第２の回折光学面を有する光学部材とを有し、前記凹レンズと前記光学部材とは、前記第１の回折光学面と前記第２の回折光学面とが互いに対向するように配置されている。すなわち、凹レンズと光学部材とから、複層型の回折光学素子を構成している。このように、光学系に複層型の回折光学素子を組み込むことにより、広い波長範囲に亘って色収差が良好に補正されて十分に高い回折効率が確保された、小型軽量薄型で且つ優れた光学性能を有する光学系を実現することができる。換言すれば、本実施形態の回折光学系は、複層型の回折光学素子の特性を利用することで、片側の格子形成層に屈折力を与えて収差補正自由度を増し、優れた光学性能を達成している。
【００１７】
なお、上記のような回折光学系は、撮影レンズ光学系、接眼光学系のような観察光学系
、あるいは物体面近くに表示素子を置いて投射光学系として用いることが可能である。【００１８】
複層型の回折光学素子を構成する２つの光学素子要素は、一方の光学素子要素が相対的に高屈折率低分散の材料であり、他方の光学素子要素が相対的に低屈折率高分散の材料からなることが必要であるが、どちらの材料が物体側（光の入射側）に配置されてもかまわない。特に、密着複層型の回折光学素子では、相対的に高屈折率低分散の材料と低屈折率高分散の材料との組み合わせの選定は重要である。密着複層型の回折光学素子について、製造上の誤差感度を所望の程度まで低減させるためには、ｄ線における２つの回折光学部材（本光学系においては、凹レンズと光学部材）の屈折率差が０．４５以下であることが好ましい。また、２つの回折光学部材の屈折率差が０．２以下であれば、なお好ましい。【００１９】
上記構成において、凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式（１）の条件を満足することが好ましい。
【００２０】
０．００３＜ｔ／ｆ＜０．３  …（１）【００２１】
上記条件式（１）は、回折光学系全体の薄型・軽量化の大きな要素である凹レンズの厚さｔを適切に規定するものである。この条件式（１）の上限値を上回ると、凹レンズの厚さが厚くなり過ぎてしまい、小型軽量化を損ねるばかりか、凹レンズの構成材料（樹脂）による光の吸収が増えてしまい、視野の色付きなどの不都合が生じ易くなる。一方、条件式（１）の下限値を下回ると、凹レンズの厚さが薄くなり過ぎてしまい、所定の回折光が得られないおそれや、光軸近傍で成形しづらくなるという不都合がある。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の上限値を０．２にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の下限値を０．００５にすることが好ましい。
【００２２】
また、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における凹レンズと光学部材との屈折率差をΔＮｄとしたとき、次式（２）の条件を満足することが好ましい。
【００２３】
０．００５＜ΔＮｄ＜０．４５  …（２）【００２４】
上記条件式（２）は、回折光学素子を構成する凹レンズと光学部材との屈折率差ΔＮｄについて適切な範囲を規定するものである。この条件式（２）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、回折光学面の格子の製造誤差に対する感度が大きくなり過ぎるという不都合が生じる。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、回折光学面に要求される格子高さが大きくなり過ぎて、製造上不利になったり、格子の壁面（段差部分：図１（ｂ）において符号１３で示す）により影が生じて、ブレーズ光の回折効率の低下を招くとともに、格子の壁面に入射する光の散乱や反射による迷光が大きく発生して、画質を損ねる原因となったりしてしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の上限値を０．２にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の下限値を０．１５にすることが好ましい。
【００２５】
また、凹レンズの焦点距離をｆＮ（＜０）とし、回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式（３）の条件を満足することが好ましい。
【００２６】
−８．５＜ｆＮ／ｆ＜−０．３  …（３）【００２７】
上記条件式（３）は、凹レンズの焦点距離ｆＮと回折光学系の焦点距離ｆとの適切な比率を規定するものである。この条件式（３）の上限値を上回ると、色消しが不足してしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、色消しが過剰となるとともに、縁端の厚さが厚くなり過ぎて成形しづらくなってしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を−０．５にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を−５．０にすることが好ましい。
【００２８】
また、凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、回折光学系の光軸上の総厚をｓとし、瞳から像面までの距離をＬとしたとき、次式（４）の条件を満足することが好ましい。
【００２９】
０．０００１５＜（ｔ・ｓ）／Ｌ2＜０．１  …（４）【００３０】
上記条件式（４）は、適正な凹レンズの厚さｔと回折光学系の総厚ｓを、瞳から像面までの距離Ｌで規定するものである。この条件式（４）の上限値を上回ると、回折光学系の総厚ｓと凹レンズの厚さｔの少なくとも一方が大きくなり過ぎてしまい、レンズ系の大型化を招いたり、凹レンズの厚さが厚くなり成形しづらかったり光の吸収が増えてしまったりという不都合が生じる。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、回折光学系の総厚ｓと凹レンズの厚さｔの少なくとも一方が小さくなり過ぎてしまい、コマ収差の補正が不足し易くなったり、凹レンズの厚さが不足により成形しづらくなったりといった不都合が生じる。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を０．００５にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の下限値を０．００３にすることが好ましい。
【００３１】
また、ｄ線、ｇ線、Ｃ線およびＦ線のスペクトルの光軸方向の拡がり幅をΔとし、回折光学系の焦点距離をｆとしたとき、次式（５）の条件を満足することが好ましい。【００３２】
０．００１＜Δ／ｆ＜０．１  …（５）【００３３】
上記条件式（５）は、軸上色収差の適切なる補正範囲の条件を規定するものである。この条件式（５）が上限値を上回ると、軸上色収差が大きくなり過ぎてしまい、色付いた画像となって、画質を大きく損ねてしまう。一方、条件式（５）を下限値を下回ると、格子溝のピッチが小さくなり過ぎてしまい、製造しづらくなるばかりか、狭ピッチの格子によるフレアの発生が大きくなり、画質を損ねてしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（５）の上限値を０．０８にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（５）の下限値を０．００２にすることが好ましい。【００３４】
また、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（６）の条件を満足することが好ましい。【００３５】
（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＞０．８  …（６）【００３６】
上記条件式（６）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（６）の下限値を下回ると、主波長であるｄ線に対して、相対的に短波長であるｇ線および長波長である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、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（６）の上限値を０．９５にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（６）の下限値を０．９にすることが好ましい。【００３７】
また、凹レンズの光軸上の厚さをｔとし、光学部材の光軸上の厚さをｄＮとし、回折光学系の光軸上の総厚をｓとしたとき、次式（７）の条件を満足することが好ましい。
【００３８】
０．０３＜（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＜０．５  …（７）【００３９】
上記条件式（７）は、回折レンズ部分の厚さ（凹レンズの光軸上の厚さｔに、光学部材の光軸上の厚さｄＮを加えたもの）の適切なる範囲を規定するものである。この条件式（７）の上限値を上回ると、回折レンズの部分の厚さが厚くなり過ぎてしまい、成形しづらく、樹脂による光の吸収も増えてフレアが大きくなり、良好な画質が得られなくなるため、好ましくない。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、回折レンズ部分の厚さが薄くなり過ぎてしまい、所定の回折光が得られなり、好ましくない。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（７）の上限値を０．３にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（７）の下限値を０．０５にすることが好ましい。
【００４０】
また、第１の回折光学面の格子高さをｈとし、凹レンズの光軸上の厚さと光学部材の光軸上の厚さのうち薄い方の厚さをｄとしたとき、次式（８）の条件を満足することが好ましい。
【００４１】
１０＜ｈ／ｄ＜５００  …（８）【００４２】
上記条件式（８）は、薄い格子を形成するための、格子高さｈと、凹レンズの光軸上厚さと光学部材の光軸上厚さのうち薄い方の厚さｄとの適切なる関係を規定するものである。この条件式（８）を満足することで、良好な画質を得ることができる。また、条件式（８）の上限値を上回ると、格子高さｈが前記厚さｄに対して相対的に高くなり過ぎ、格子形状を作りづらくなるばかりか、格子の段差部分が大きくなり、段差部分に当たった光による散乱等で迷光が発生し易くなるという不都合が生じる。一方、条件式（８）の下限値を下回ると、格子を形成する光学材料が厚くなり過ぎ、やはり格子形状を作りづらくなるばかりか、材料の内部吸収が増えてしまい、光学系全体の透過率が劣化したり、色付きが起こり易くなったり、という不都合が生じる。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（８）の上限値を３００にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（８）の下限値を２０にすることが好ましい。
【００４３】
さらに、本実施形態の回折光学系において、より優れた光学性能および仕様を達成するために、以下の条件式を満足することが好ましい。【００４４】
ｄ線における前記凹レンズと前記光学部材との屈折率差をΔＮｄとし、ｄ線を基準とする前記凹レンズと前記光学部材とのアッベ数の差をΔνｄとしたとき、次式（９）の条件を満足することが好ましい。
【００４５】
５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００  …（９）【００４６】
上記条件式（９）は、高い回折効率を所定の波長域に亘って得るために、密着複層型の回折光学素子を構成する、高屈折率低分散の材料と低屈折率高分散の材料の光学部材の適切な関係を規定するものである。この条件式（９）の上限値を上回ると、広波長域に亘っての高い回折効率が得られず、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、良好な画質が得られなくなってしまう。一方、条件式（９）の下限値を下回ると、同様に広波長域に亘っての高い回折効率が得られない。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（９）の上限値を７００にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（９）の下限値を１００にすることが好ましい。【００４７】
また、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、回折光学系の焦点距離をｆとし、ｄ線、ｇ線、Ｃ線およびＦ線のスペクトルの光軸方向の拡がり幅をΔとしたとき、次式（１０）の条件を満足することが好ましい。【００４８】
（Ｅｄ＋Ｅｇ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＞２００  …（１０）【００４９】
上記条件式（１０）は、適切な軸上色収差の補正範囲と回折効率の広波長域化の条件を規定するものである。この条件式（１０）は、その数値が大きいほど、広波長域に亘る波長に対して回折効率が高く、軸上色収差が小さいことを示す。なお、条件式（１０）の下限値を下回ると、所要の回折効率および色収差補正を達することが困難となり、好ましくない。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１０）の下限値を４００にすることが好ましい。【００５０】
実際に、本実施形態の回折光学系を構成する際には、以下に述べる要件を満たすことがなお好ましい。【００５１】
本実施形態における回折光学系のレンズ構成は、観察側乃至スクリーン側から、第１凸レンズ成分と、第２凸レンズ成分と（第１の回折光学面が形成されている）凹レンズとの接合レンズとを含んで構成されている。そして、凹レンズと光学部材のうち、一方が相対的に高屈折率低分散材料で形成され、他方が相対的に低屈折率高分散材料で形成されている。なお、回折光学系を構成するベースのレンズ（本実施形態では凹レンズ）は、ガラスでも樹脂でもよいが、屈折率や分散の種類が多いガラスを用いた場合は結像性能の高性能化に有利であり、樹脂を用いた場合は（ガラスに比べて）比重が小さいため、レンズ系の軽量化に有利である。
【００５２】
また、第１の回折光学面は瞳に向いた凹面に配設され、前記第１の回折光学面の格子の段差部分は光軸に対して傾けて形成されていることが好ましい。この構成により、斜入射する光線による散乱や反射によるフレアを減ずることができ、良好な画質を得ることができる。また、迷光やフレアの発生を抑えるため、回折光学面の段差部分の表面（図１（ｂ）の付番１３参照）を、微細な階段状に形成したり、黒く塗ったり（いわゆる黒化処理）することが好ましい。【００５３】
また、回折光学面（格子）を形成する光学部材（本光学系では凹レンズおよび光学部材）は、成形性を良好に保ち、優れた量産性を確保するために、どちらか一方の光学素子要素を構成する材料の粘度（未硬化物粘度）が少なくとも５ｍＰａ・ｓ以上５００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。この粘度が５ｍＰａ・ｓ以下であると、成形中に樹脂が流れやすくなり、精密な形状を形成することが困難となってしまい、作業性が落ちることもある。また、粘度が５００００ｍＰａ・ｓ以上であると、樹脂が流れにくく作業性が悪くなったり、気泡が混入しやすくなったりする。
【００５４】
さらに、回折光学面（格子）を形成する光学部材は、生産効率を向上させるため、いずれもＵＶ硬化型樹脂を用いて形成されることが好ましい。これにより、工数を削減でき、コストダウンにも繋がり、好都合である。【００５５】
また、上記のように、回折光学面（格子）を形成する光学部材がいずれも樹脂である場合、小型化・軽量化のため、これら樹脂の比重がいずれも２．０以下であることが好ましい。ガラスに比して樹脂は比重が小さいため、光学系の軽量化に非常に有効である。さらに効果を発揮するには、比重が１．６以下であることがより好ましい。【００５６】
また、回折光学面（格子）を形成する光学部材のうち、いずれかの樹脂に色素を混入させて、色フィルター効果を持たせることも可能である。例えば、ＣＣＤの迷光対策のため赤外線カットフィルタなどを構成し、小型撮像光学系を構成することもできる。【００５７】
また、絞りは、光学系の光路中に随意に設置することが可能であるが、不要な光線をカットして、結像に有用な光線のみを通すように構成することが好ましい。例えば、レンズ枠そのものを開口絞りとしてもよく、レンズから離れた位置にメカ部材で絞りを構成してもよい。なお、絞りの形状は、設計仕様に応じて、円形に限らず、楕円や矩形としてもよい。【００５８】
また、本実施形態の回折光学系を観察光学系に用いる場合、そのルーペ倍率が２倍以上で且つ２０倍以下である観察光学系に用いることが好ましい。なお、本回折光学系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、本発明の範囲を逸脱するものではない。さらに、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回折光学系に関しても同様である。
【実施例】
【００５９】
以下、各実施例を図面に基づいて説明する。以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１〜第３実施例における各諸元の表である。いずれの表においても、面番号はアイポイントＥＰ側からのレンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄはｄ線（波長587.56ｎｍ）に対する屈折率を、ｎｇはｇ線（波長435.8nm）に対する屈折率を、ｎＣはＣ線（波長656.3nm）に対する屈折率を、ｎＦはＦ線（波長486.1nm）に対する屈折率をそれぞれ示す。なお、曲率半径ｒはアイポイント側に向かって凸面の曲率を正とし、アイポイント側に向かって凹面の曲率半径をｒとしている。また、曲率半径ｒの「0.00000」は平面を示している。また、表中において、上記の条件式（１）〜（１０）に対応する値（条件式対応値）も示している。【００６０】
なお、表中において、曲率半径、面間隔およびその他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。【００６１】
また、表中において面番号の右側に＊印が付される非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、以下の式（ａ）で表される。また、Ｅｎは、×１０nを表す。例えば、1.234E-05＝1.234×10-5である。【００６２】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・y2／ｒ2）1/2｝
＋Ｃ2×ｙ2＋Ｃ4×ｙ４＋Ｃ6×ｙ６＋Ｃ8×ｙ8＋Ｃ10×ｙ10  …（ａ）【００６３】
また、表中のレンズ諸元において、回折光学面は、上記の式（ａ）を用いて行う超高屈折率法に従って表現されている。超高屈折率法では、密着複層型の回折光学素子の回折光学面を「薄いレンズ」と見なして、非常に高い屈折率の光学部材と非球面式とにより回折光学面の光学特性を表現するものである。このように、各実施例において、非球面レンズ面および回折光学面のいずれにも式（ａ）が用いられるが、非球面レンズ面に用いられる式（ａ）はレンズ面の非球面形状そのものを示し、回折光学面に用いられる式（ａ）は回折光学面の性能の諸元を示す。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線（波長587.6nm、屈折率10001）、Ｃ線（波長656.3nm、屈折率11170.4255）、Ｆ線（波長486.1nm、屈折率8274.7311）およびｇ線（波長435.8nm、屈折率7418.6853）を選んでいる。【００６４】
（第１実施例）
第１実施例について、図２〜図４及び表１を用いて説明する。第１実施例に係る接眼光学系は、図２に示すように、例えば対物系を介して形成された中間像のような観察物体ＯＢとアイポイントＥＰとの間の光路中において、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、物体側レンズ面が非球面形状であり、アイポイント側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１（第１凸レンズ成分）と、アイポイントＥＰ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備えた両凹レンズＬ２１（凹レンズ）と両凸レンズＬ２２（第２凸レンズ成分）の接合レンズＬ２とを有して構成されている。すなわち、第１実施例では、両凹レンズＬ２１とこれに隣接した光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は３２．４度である。
【００６５】
表１に第１実施例における各諸元の表を示す。なお、表１における面番号１〜８は、図２における面番号１〜８と対応している。表１において、面番号３に相当するレンズ面が非球面を、面番号５の屈折率データおよび非球面データが密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００６６】
（表１）
［レンズ諸元］
面番号        ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ      ｎＣ        ｎＦ
１        0.00000    16.00000    1.000000
２      -88.00000    1.80000    1.743200    1.762050    1.738650    1.753720
３＊    -22.16732    0.20000    1.000000
４      -45.00000    0.25000    1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
５＊    -45.00000    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
６      -45.00000    0.25000    1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
７      60.00000    2.30000    1.772500    1.791970    1.767800    1.783370
８      -35.00000    23.03423    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第３面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝1.06740E-06,
Ｃ６＝1.11480E-08    Ｃ８＝6.50470E-10    Ｃ１０＝0.00000E-00
第５面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝1.35920E-07    Ｃ４＝-3.63580E-10
Ｃ６＝4.33930E-12    Ｃ８＝-1.24290E-14    Ｃ１０＝0.00000E-00
［条件式対応値］
ｔ＝0.25
ｆ＝23.699
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-49.515
ｓ＝4.8
Ｌ＝43.834
Δ＝0.0904
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.25
ｈ＝15.000
ｄ＝0.25
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.01055
（２）ΔＮｄ＝0.038
（３）ｆＮ／ｆ＝-2.089
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.00062
（５）Δ／ｆ＝0.00381
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.955
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.1042
（８）ｈ／ｄ＝60.00
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝762.62【００６７】
表１に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００６８】
図３は、第１実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。なお、収差状況は、アイポイントＥＰ側から光線追跡を行った結果を示している。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは観察物体ＯＢにおける物体高（中間像の像高）を、ｄはｄ線（波長587.6nm）を、ｇはｇ線（波長435.6nm）を、ＦはＦ線（波長486.1nm）を、ＣはＣ線（波長656.3nm）をそれぞれ示している。なお、球面収差図では最大口径に対するＮＡの値、非点収差図と歪曲収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示す。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様とし、その説明を省略する。各収差図から明らかなように、第１実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００６９】
なお、図４に示す曲線ＡおよびＢは、ｄ線での回折効率が１００％となるように設定した回折効率の分布であり、曲線Ａは両凹レンズＬ２１の表面に回折格子溝が形成された単層型の回折光学素子における回折効率、曲線Ｂは前記両凹レンズＬ２１とこれに回折光学面を介して隣接する光学部材とからなる複層型の回折光学素子ＰＦにおける回折効率を示す。本実施例において、回折光学素子ＰＦを複層型とすることで、ｇ線からＣ線までの波長領域で０．９５（９５％）以上の高い回折効率（光強度）が得られることが分かる。【００７０】
（第２実施例）
第２実施例について、図５、図６及び表２を用いて説明する。第２実施例に係る接眼光学系は、図５に示すように、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、アイポイントＥＰ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備えた両凹レンズＬ１１（凹レンズ）と両凸レンズＬ１２（第２凸レンズ成分）の接合レンズＬ１と、物体側レンズ面が非球面形状である両凸レンズＬ２（第１凸レンズ成分）とを有して構成されている。すなわち、第２実施例では、両凹レンズＬ１１とこれに隣接した光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は３１．１度である。
【００７１】
表２に第２実施例における各諸元の表を示す。なお、表２における面番号１〜８は、図５における面番号１〜８と対応している。表２において、面番号７に相当するレンズ面が非球面を、面番号３の屈折率データおよび非球面データが密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００７２】
（表２）
［レンズ諸元］
面番号        ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ        ｎＣ        ｎＦ
１        0.00000    17.00000    1.000000
２      -38.00000    0.25000    1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
３＊    -38.00000    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
４      -38.00000    0.25000    1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
５      -70.00000    2.00000    1.834810    1.859530    1.828970    1.848510
６      -38.00000    0.20000    1.000000
７＊    300.00000    1.80000    1.694000    1.709300    1.690240    1.702570
８      -31.37864    24.59430    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第３面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝1.45000E-07    Ｃ４＝-3.63580E-10
Ｃ６＝4.33930E-12    Ｃ８＝-1.24290E-14    Ｃ１０＝0.00000E-00
第７面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝-1.11480E-08
Ｃ６＝-1.11480E-08    Ｃ８＝-3.00000E-10    Ｃ１０＝0.00000E-00
［条件式対応値］
ｔ＝0.25
ｆ＝24.887
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-47.428
ｓ＝4.5
Ｌ＝46.094
Δ＝0.1268
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.25
ｈ＝15.000
ｄ＝0.25
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.01005
（２）ΔＮｄ＝0.038
（３）ｆＮ／ｆ＝-1.906
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.00053
（５）Δ／ｆ＝0.00510
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.955
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.1111
（８）ｈ／ｄ＝60.00
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝570.94【００７３】
表２に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００７４】
図６は、第２実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第２実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００７５】
（第３実施例）
第３実施例について、図７、図８及び表３を用いて説明する。第３実施例に係る接眼光学系は、図７に示すように、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、物体側レンズ面が非球面形状であり、アイポイントＥＰ側に凹面を向けた正メニスカスレンズ（第１凸レンズ成分）Ｌ１と、両凸レンズＬ２１（第２凸レンズ成分）とアイポイントＥＰ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備えた両凹レンズＬ２２（凹レンズ）の接合レンズＬ２とを有して構成されている。すなわち、第３実施例では、両凹レンズＬ２２とこれに隣接した光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は３４．６度である。
【００７６】
表３に第３実施例における各諸元の表を示す。表３における面番号１〜８は、図７における面番号１〜８と対応している。表３において、面番号３に相当するレンズ面が非球面を、面番号６の屈折率データおよび面番号７の非球面データが密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００７７】
（表３）
［レンズ諸元］
面番号        ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ        ｎＣ        ｎＦ
１        0.00000    16.00000    1.000000
２      -193.80000    2.10000    1.524700    1.536490    1.521960    1.531290
３＊    -18.73440    0.20000    1.000000
４      29.07000    2.50000    1.524700    1.536490    1.521960    1.531290
５      -48.30771    0.25000    1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
６      -48.30771    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
７＊    -48.30771    0.25000    1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
８      290.70000    20.52985    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第３面：
κ＝0.5000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝-1.13540E-05,
Ｃ６＝7.78480E-08    Ｃ８＝-3.20250E-10    Ｃ１０＝0.00000E-00
第７面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝-1.39320E-07    Ｃ４＝3.40630E-10
Ｃ６＝-3.89240E-12    Ｃ８＝1.06750E-14    Ｃ１０＝0.00000E-00
［条件式対応値］
ｔ＝0.25
ｆ＝22.487
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-79.810
ｓ＝5.3
Ｌ＝41.830
Δ＝0.0777
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.25
ｈ＝15.000
ｄ＝0.25
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.01112
（２）ΔＮｄ＝0.038
（３）ｆＮ／ｆ＝-3.549
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.00076
（５）Δ／ｆ＝0.00346
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.955
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.0943
（８）ｈ／ｄ＝60.000
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝841.88【００７８】
表３に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００７９】
図８は、第３実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第３実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００８０】
（第４実施例）
第４実施例について、図９、図１０及び表４を用いて説明する。第４実施例に係る接眼光学系は、図９に示すように、対物系を介して形成された中間像のような観察物体ＯＢとアイポイントＥＰとの間の光路中において、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、両凸レンズ（凸レンズ成分）Ｌ１と、観察物体ＯＢ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備え、アイポイントＥＰ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２（凹レンズ）との接合レンズを有して構成されている。すなわち、第４実施例では、負メニスカスレンズＬ２とこれが備える光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は２６．７度である。また、両凸レンズＬ１のアイポイントＥＰ側レンズ面および光学部材の観察物体ＯＢ側レンズ面はともに非球面である（後述の表４における面番号２および面番号６に相当）。
【００８１】
表４に第４実施例における各諸元の表を示す。表４における面番号１〜６は、図９における面番号１〜６と対応している。なお、表４において、面番号４の屈折率データおよび非球面データにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００８２】
（表４）
［レンズ諸元］
面番号      ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ        ｎＣ        ｎＦ
１      0.00000      16.00000    1.000000
２＊    24.00000      5.50000    1.524700    1.536490    1.521960    1.531290
３      -15.00000    0.30000      1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
４＊    -28.00000    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
５      -28.00000    0.20000      1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
６＊    -28.00000    22.09906    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第２面：
κ＝-1.5000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝6.32910E-05,
Ｃ６＝-2.01180E-06    Ｃ８＝2.66680E-08    Ｃ１０＝-1.70000E-10
第４面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝1.20000E-07    Ｃ４＝-1.96830E-09
Ｃ６＝7.05190E-11    Ｃ８＝-9.50000E-13    Ｃ１０＝5.40510E-15
第６面：
κ＝-9.3788    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝-1.03200E-05
Ｃ６＝-8.32630E-07    Ｃ８＝1.07660E-08    Ｃ１０＝-6.20740E-11［条件式対応値］
ｔ＝0.30
ｆ＝24.184
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-73.974
ｓ＝6.0
Ｌ＝44.099
Δ＝0.0657
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.30
ｈ＝15.000
ｄ＝0.20
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.0124
（２）ΔＮｄ＝0.0380
（３）ｆＮ／ｆ＝-3.0588
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.000926
（５）Δ／ｆ＝0.002717
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.95450
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.10000
（８）ｈ／ｄ＝75.000
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝1070.795373【００８３】
表４に示す諸元の表から、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００８４】
図１０は、第４実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第４実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００８５】
（第５実施例）
第５実施例について、図１１、図１２及び表５を用いて説明する。第５実施例に係る接眼光学系は、図１１に示すように、対物系を介して形成された中間像のような観察物体ＯＢとアイポイントＥＰとの間の光路中において、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、両凸レンズ（凸レンズ成分）Ｌ１と、アイポイントＥＰ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２（第１の凹レンズ）と、観察物体ＯＢ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備え、アイポイントＥＰ側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３（第２の凹レンズ）との接合レンズを有して構成されている。すなわち、第５実施例では、負メニスカスレンズＬ３とこれが備える光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は１５．２度である。また、両凸レンズＬ１のアイポイントＥＰ側レンズ面および光学部材の観察物体ＯＢ側レンズ面はともに非球面である（後述の表５における面番号２および面番号７に相当）。
【００８６】
表５に第５実施例における各諸元の表を示す。表５における面番号１〜７は、図１１における面番号１〜７と対応している。なお、表５において、面番号５の屈折率データおよび非球面データにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００８７】
（表５）
［レンズ諸元］
面番号      ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ        ｎＣ        ｎＦ
１      0.00000      21.00000    1.000000
２＊    24.00000      5.00000    1.524700    1.536490    1.521960    1.531290
３      -15.00000    1.00000      1.582760    1.607990    1.577240    1.596450
４      -28.00000    0.20000      1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
５＊    -28.00000    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
６      -28.00000    0.20000      1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
７＊    -28.00000    23.43431    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第２面：
κ＝-1.2000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝6.32910E-05,
Ｃ６＝-2.01180E-06    Ｃ８＝2.66680E-08    Ｃ１０＝-1.50000E-10
第５面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝9.00000E-08    Ｃ４＝-1.96830E-09
Ｃ６＝7.05190E-11    Ｃ８＝-1.00000E-12    Ｃ１０＝5.40510E-15
第７面：
κ＝-9.3788    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝-1.03200E-05
Ｃ６＝-8.32630E-07    Ｃ８＝1.07660E-08    Ｃ１０＝-6.20740E-11［条件式対応値］
ｔ＝0.20
ｆ＝25.712
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-49.392
ｓ＝6.4
Ｌ＝50.834
Δ＝0.0437
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.30
ｈ＝15.000
ｄ＝0.20
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.0078
（２）ΔＮｄ＝0.0380
（３）ｆＮ／ｆ＝-1.921
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.000495
（５）Δ／ｆ＝0.001700
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.95450
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.07813
（８）ｈ／ｄ＝75.000
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝1711.583707【００８８】
表５に示す諸元の表から、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００８９】
図１２は、第５実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第５実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００９０】
（第６実施例）
第６実施例について、図１３、図１４及び表６を用いて説明する。第６実施例に係る接眼光学系は、図１３に示すように、対物系を介して形成された中間像のような観察物体ＯＢとアイポイントＥＰとの間の光路中において、アイポイントＥＰ（観察眼側）から順に、アイポイントＥＰ側レンズ面に回折光学面を介して光学部材を備え、アイポイントＥＰ側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１（凹レンズ）と、両凸レンズ（凸レンズ成分）Ｌ２との接合レンズを有して構成される。すなわち、第６実施例では、負メニスカスレンズＬ１とこれが備える光学部材とにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。なお、この接眼光学系の全画角は２４．２度である。また、光学部材のアイポイントＥＰ側レンズ面および両凸レンズＬ２の観察物体ＯＢ側レンズ面はともに非球面である（後述の表６における面番号２および面番号６に相当）。
【００９１】
表６に第６実施例における各諸元の表を示す。表６における面番号１〜６は、図１３における面番号１〜６と対応している。なお、表６において、面番号３の屈折率データおよび面番号４の非球面データにより、密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面の光学特性を表現している。【００９２】
（表６）
［レンズ諸元］
面番号      ｒ          ｄ          ｎｄ        ｎｇ        ｎＣ        ｎＦ
１      0.00000      21.00000    1.000000
２＊    28.00000    0.20000      1.556900    1.570900    1.553600    1.564700
３      28.00000    0.00000        Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
４＊    28.00000    0.30000      1.518900    1.538000    1.514400    1.528900
５      15.00000    5.50000      1.490800    1.501600    1.488300    1.496900
６＊    -28.00000    24.32488    1.000000
A=0.10010000E-05，B=0.741868530E-04，C=0.111704255E-05，D=0.827473110E-04
［非球面データ］
第２面：
κ＝-9.3788    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝1.00000E-05,
Ｃ６＝8.50000E-07    Ｃ８＝-1.07660E-08    Ｃ１０＝7.00000E-11
第４面：
κ＝1.0000    Ｃ２＝-1.20000E-07    Ｃ４＝-1.96830E-09
Ｃ６＝-7.05190E-11    Ｃ８＝9.50000E-13    Ｃ１０＝-5.40510E-15
第６面：
κ＝-1.5000    Ｃ２＝0.00000E-00    Ｃ４＝-5.50000E-05
Ｃ６＝1.50000E-06    Ｃ８＝-2.00000E-08    Ｃ１０＝1.60000E-10［条件式対応値］
ｔ＝0.30
ｆ＝26.355
ΔＮｄ＝0.038
ｆＮ＝-73.974
ｓ＝6.0
Ｌ＝48.325
Δ＝0.189
Ｅｇ＝0.944
ＥＣ＝0.965
Ｅｄ＝1.000
ｄＮ＝0.30
ｈ＝15.000
ｄ＝0.20
Δνｄ＝14.38
ΔＮｄ＝0.038
Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ＝2.909
（１）ｔ／ｆ＝0.0114
（２）ΔＮｄ＝0.0380
（３）ｆＮ／ｆ＝-2.8068
（４）（ｔ・ｓ）／Ｌ2＝0.000771
（５）Δ／ｆ＝0.007171
（６）（Ｅｇ＋ＥＣ）／（２×Ｅｄ）＝0.95450
（７）（ｔ＋ｄＮ）／ｓ＝0.10000
（８）ｈ／ｄ＝75.000
（９）Δνｄ／ΔＮｄ＝378.42
（１０）（Ｅｇ＋Ｅｄ＋ＥＣ）・ｆ／Δ＝405.6438889【００９３】
表６に示す諸元の表から、本実施例に係る回折光学系では、上記条件式（１）〜（１０）を全て満たすことが分かる。【００９４】
図１４は、第６実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図から明らかなように、第６実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【００９５】
比較のため、表７に、上記の各実施例において、レンズ系に回折光学素子ＰＦがない場合は、レンズ系に回折光学素子ＰＦがある場合に対してどのくらい色収差（軸上色収差および倍率色収差）が発生するかを示す。【００９６】
（表７）
軸上色収差        倍率色収差
第１実施例      ６．６倍          ５．１倍
第２実施例      ５．３倍          ４．５倍
第３実施例      ５．５倍          ６．１倍
第４実施例    １０．９倍          ３．８倍
第５実施例      ６．２倍          ４．１倍
第６実施例      ２．５倍          ７．５倍【００９７】
表７から、上記の各実施例において、レンズ系に回折光学素子がないと、レンズ系に回折光学素子ＰＦがある場合と比べて、軸上色収差および倍率色収差ともに悪化していることが分かる。言い換えると、上記の各実施例では、接眼光学系に所要の条件を満足する（密着複層型の）回折光学素子ＰＦが組み込まれているため、この複層型の回折光学素子ＰＦの作用により、広波長域に亘り色収差が良好に補正されていることが分かる。このように、各実施例において、小型軽量薄型で且つ優れた光学性能を有する接眼光学系が実現されていることが分かる。【００９８】
なお、上記の各実施例では、接眼光学系に密着複層型の回折光学素子ＰＦを組み込んでいるが、これに限定されることはなく、分離複層型の回折光学素子を組み込むことにより同様の効果を得ることも可能である。【００９９】
また、上記の各実施例では、接眼光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、接眼光学系以外の観察光学系や、各実施例の観察物体の位置に配置された表示素子の画像をスクリーンに対して投射する投射光学系や、凹レンズを備える一般の回折光学系に対しても、本発明を適用することができる。【０１００】
ここで、投射光学系に対して上記の第１実施例の回折光学系（図２参照）を適用した場合について説明すると、例えば、正メニスカスレンズＬ１を０．５６５ｍｍアイポイントＥＰ側に繰り出した第１実施例の光学系を用いて、観察物体ＯＢの位置に配置した表示素子（例えば、液晶表示装置など）の画像を、アイポイントＥＰの位置から１ｍ先においたスクリーン上に投射することで、前記表示素子の画像を拡大観察することができる。なお、このとき投影倍率は４１．９７倍であり、表示素子の画像がスクリーン上に対角長５７８ｍｍ（約２３インチ）で拡大投射される。図１５に、第１実施例を適用した投射光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す。各収差図から明らかなように、該投射光学系では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。【０１０１】
次に、上記実施形態の回折光学系を用いた光学機器について簡単に説明する。【０１０２】
図１６は上記実施形態の回折光学系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。【０１０３】
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。【０１０４】
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系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。【０１０５】
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。【０１０６】
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。【０１０７】
表示部５４は、図１６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。そのため、表示部５４の小型化及び軽量化が求められる。表示部５４内に設けられているこの光学系は、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系と、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。【０１０８】
ここで、回折光学系は、上記の本実施形態において説明した回折光学系であり、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。【０１０９】
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、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。【０１１０】
以上のように、本発明を分かりやすくするため、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１】
0005472801.tif 000002
【図２】
0005472801.tif 000003
【図３】
0005472801.tif 000004
【図４】
0005472801.tif 000005
【図５】
0005472801.tif 000006
【図６】
0005472801.tif 000007
【図７】
0005472801.tif 000008
【図８】
0005472801.tif 000009
【図９】
0005472801.tif 000010
【図１０】
0005472801.tif 000011
【図１１】
0005472801.tif 000012
【図１２】
0005472801.tif 000013
【図１３】
0005472801.tif 000014
【図１４】
0005472801.tif 000015
【図１５】
0005472801.tif 000016
【図１６】
0005472801.tif 000017