(57)【要約】  本発明の回折光学素子は、光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、少なくとも１つの透明基板を有し、透明基板上には第１の回折格子層と第２の回折格子層とが少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、第１の回折格子層の第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、第２の回折格子層の第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられていることを特徴とする。当該回折光学素子は、実用化に耐えうる材料で作製でき、かつ撮像光学系において回折光学素子によるフレアをより効果的に抑制できる。
2013168740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、
少なくとも１つの透明基板と、
前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、
前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層とを備え、
前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、
前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、
少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられている
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、
少なくとも１つの透明基板と、
前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、
前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層と、
前記第２の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層および前記第２の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第３の回折格子層とを備え、
前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、
前記第２の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第３の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、
前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層と前記第３の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、
少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられている
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、
少なくとも１つの透明基板と、
前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、
前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層と、
前記第２の回折格子層上に設けられる、少なくとも前記第２の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第３の回折格子層と、
前記第３の回折格子層上に設けられる、少なくとも前記第３の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第４の回折格子層とを備え、
前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、
前記第２の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面と、前記第３の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面とには、凹凸構造がなく、
前記第３の回折格子層の前記第４の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第３の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、
前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層と前記第３の回折格子層と前記第４の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、
少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられている
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項４】
第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層の材料の組み合わせが、これら２つの材料につき、ｇ線の屈折率をｎｇ、Ｃ線の屈折率をｎＣ、一方の材料のｎｇ−ｎＣの値と他方の材料のｎｇ−ｎＣの値の差をΔ（ｎｇ−ｎＣ）とし、同じく一方の材料のｎｇの値と他方の材料のｎｇの差をΔｎｇとしたときに、以下の条件式（Ａ）を満たす請求項１に記載の回折光学素子。
条件式（Ａ）：
−０．１３  ≦  Δ（ｎｇ−ｎＣ）＋０．５０６（Δｎｇ）  ≦  ０．１６
【請求項５】
第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層の材料の組み合わせが、これら２つの材料につき、ｇ線の屈折率をｎｇ、Ｃ線の屈折率をｎＣとし、ｅ線の屈折率をｎｅとし、一方の材料のｎｇ−ｎＣの値と他方の材料のｎｇ−ｎＣの値の差をΔ（ｎｇ−ｎＣ）とし、同じく一方の材料のｎｅの値と他方の材料のｎｅの差をΔｎｅとしたときに、以下の条件式（Ｂ）を満たす請求項１または請求項４に記載の回折光学素子。
条件式（Ｂ）：
−１．１  ＜  Δ（ｎｇ−ｎＣ）／（Δｎｅ）１／２  ＜  ０．２７
【請求項６】
ｄ線の屈折率が１．５９より大きければ高屈折率材料とし、１．５１〜１．５９の範囲内であれば中屈折率材料とし、１．５１未満であれば低屈折率材料とし、
低屈折率材料の場合に、アッベ数が５０以下であれば低屈折率高分散材料とし、アッベ数が６０以上であれば低屈折率低分散材料とし、
中屈折率材料の場合に、アッベ数が４０以下であれば中屈折率高分散材料とし、アッベ数が５０以上であれば中屈折率低分散材料とし、
高屈折率材料の場合に、アッベ数が３０以下であれば高屈折率高分散材料とし、アッベ数が４０以上であれば高屈折率低分散材料としたときに、
第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層と第３の回折格子層の材料の組み合わせが、透明基板からの積層順において、以下の６つのパターンのうちのいずれかに該当している請求項２に記載の回折光学素子。
パターン１：１層目が低屈折率低分散材料、２層目が高屈折率低分散材料、３層目が高屈折率高分散材料である。
パターン２：１層目が中屈折率高分散材料、２層目が高屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン３：１層目が低屈折率高分散材料、２層目が高屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン４：１層目が中屈折率高分散材料、２層目が低屈折率材料もしくは中屈折率材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン５：１層目が高屈折率高分散材料、２層目が低屈折率材料もしくは中屈折率材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン６：１層目が中屈折率材料、２層目が中屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
【請求項７】
各回折格子層の透明基板からの積層順において、
１層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ１とし、２層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ２とし、３層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ３とし、
１層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ１とし、２層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ２とし、３層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ３とし、
１層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ１とし、２層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ２とし、３層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ３とし、
１層目と２層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ１−ｎｅ２）をΔｎｅ１２とし、２層目と３層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ２−ｎｅ３）をΔｎｅ２３とし、
１層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ１−ｎＣ１）−（ｎｇ２−ｎＣ２）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）１２とし、２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と３層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ２−ｎＣ２）−（ｎｇ３−ｎＣ３）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）２３としたとき、
第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層と第３の回折格子層の材料の組み合わせが、
前記パターン１に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．６５以下であり、かつ以下の式（９）においてＥ＝０．５としたとき値が０．９４以下であり、かつ以下の式（７）においてＣ＝−１．５としたときの値が０以下もしくは１．５以上であり、かつ以下の式（８）においてＤ＝０．７としたとき値が１．５５未満であり、
前記パターン２に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．８５未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝１．２としたときの値が０．９９未満であり、かつ以下の式（７）においてＣ＝−１．３としたときの値が０以下もしくは１．５７５以上であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．２９としたときの値が０．９７未満であり、
前記パターン３に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．８５未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝１．２としたときの値が１．０１以下であり、かつ以下の式（７）においてＣ＝−１．３としたときの値が０以下もしくは１．５７５以上であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．２９としたときの値が０．９７未満であり、
前記パターン４に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝０．２としたときの値が０．９７未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．１としたときの値が１．０１７未満であり、かつ以下の式（５）においてＡ＝０．８としたときの値が１．０４５未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．４７としたときの値が０．９８未満であり、
前記パターン５に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝０．０５としたときの値が０．９７５未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．２としたときの値が１．００５未満であり、かつ以下の式（５）においてＡ＝０．３としたときの値が０．９９未満であり、かつ以下の式（６）においてＢ＝０．６としたときの値が０．９６５未満であり、
前記パターン６に該当する場合には、以下の式（５）においてＡ＝０．６としたときの値が１．００より大きくかつ１．０１より小さく、かつ以下の式（７）においてＣ＝−５．０としたときの値が２．１５より小さく、かつ以下の式（８）においてＤ＝−２．０としたときの値が１．４９より大きくかつ１．７７より小さく、かつ以下の式（９）においてＥ＝４．０としたときの値が１．１２５より大きい
請求項６に記載の回折光学素子。
【数１】
2013168740.tif 000008
【数２】
2013168740.tif 000009
【数３】
2013168740.tif 000010
【数４】
2013168740.tif 000011
【数５】
2013168740.tif 000012
【請求項８】
最上層の回折格子層の表面形状が非球面である
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
第１の回折格子層に形成される凹凸構造がなす回折格子の透明基板側の頂点を結んだ曲面が非球面である
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
回折格子を構成している前記凹凸構造がいずれも同心円形状であり、前記同心円形状の輪帯のうち最も幅の広い輪帯の幅と２番目に幅の広い輪帯の幅の比が１〜０．７である
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
回折格子を構成している前記凹凸構造が形成されている回折格子層の前記凹凸構造が形成されている面の有効領域外の一部に、前記凹凸構造と同程度の高さの凹凸構造が形成されている
請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
レンズとして機能する回折光学素子であって、
素子内に１つの回折格子が構成されており、
レンズ表面の曲率方向と前記回折格子の鋸の斜面の方向とが、同一方向の傾きをもつように各回折格子層の材料の配置順序が構成されている
請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
レンズとして機能する回折光学素子であって、
素子内に２つの回折格子が構成されており、
前記２つの回折格子のうちｄ線の光路差が大きい方の回折格子の光路差が２λ以下であり、
前記２つの回折格子は、ｄ線の屈折率が１．５９より大きければ高屈折率材料とし、１．５１〜１．５９の範囲内であれば中屈折率材料とし、１．５１未満であれば低屈折率材料とし、低屈折率材料の場合に、アッベ数が５０以下であれば低屈折率高分散材料とし、アッベ数が６０以上であれば低屈折率低分散材料とし、中屈折率材料の場合に、アッベ数が４０以下であれば中屈折率高分散材料とし、アッベ数が５０以上であれば中屈折率低分散材料とし、高屈折率材料の場合に、アッベ数が３０以下であれば高屈折率高分散材料とし、アッベ数が４０以上であれば高屈折率低分散材料としたときに、それぞれの回折格子を形成する材料の組み合わせが、低屈折率低分散材料と高屈折率低分散材料の組み合わせ、高屈折率低分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせ、中屈折率高分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせ、低屈折率高分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせのいずれかに該当し、
前記２つの回折格子を構成する合計４つの凹凸構造の各々の底部をつないだ線のうち入射する光線に最も近い側の線の法線と入射光線とがなす角度を入射角度とし、入射光線が法線より光軸側から入射する光線を正の回転方向とするとき、
入射角度が正の回転方向となる場合には、前記２つの回折格子のうち光路差が大きい凹凸構造の組み合わせにおいて、屈折率が低い材料からなる回折格子層がより入射側に位置するように、各回折格子層の材料の配置順序が構成されており、
入射角度が負の回転方向となる場合には、前記２つの回折格子のうち光路差が大きい凹凸構造の組み合わせにおいて、屈折率が高い材料からなる回折格子層がより入射側に位置するように、各回折格子層の材料の配置順序が構成されている
請求項２，３，６及び７のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
透明基板と第１の回折格子層の間、または、回折格子を構成している凹凸構造が形成されている回折格子層の間に、金属酸化物による薄膜が設けられている
請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１５】
回折格子を構成している凹凸構造が形成されている回折格子層の屈折率差または前記回折格子層と前記回折格子層の間に設けられる薄膜との屈折率差が、０．１５以下である
請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１６】
少なくとも１つのレンズを備えた撮像光学系であって、
請求項１から請求項１５のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子を備え、
前記回折光学素子は、当該撮像光学系が備えるレンズ系で発現する色収差をうち消す色収差を発現させる
ことを特徴とする撮像光学系。
【請求項１７】
前記回折光学素子は、レンズ機能を有する透明基板上に形成されており、レンズの屈折方向が正のパワーであれば回折方向が正のパワーとなるよう構成されており、レンズの屈折方向が負のパワーであれば回折方向が負のパワーとなるよう構成されている
請求項１６に記載の撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光に対して回折光束を生じさせる回折光学素子およびこのような回折光学素子を用いて構成される撮像装置用等の光学系である撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ、携帯用のカメラといったデジタルカメラの光学系には、凹レンズや凸レンズといった光の屈折作用を用いた屈折レンズが多く用いられてきたが、このような撮像光学系において、屈折レンズの色収差による画質の劣化は、従来より大きな問題であった。【０００３】
屈折レンズの色収差を補正するために、蛍石や異常分散材料等をレンズ材料に用いた色収差補正用レンズを光学系に組み込む等の対策がとられていたが、補正効果が十分でなかったり、光学系が大きくなったり、またコスト的に非常に高いものになるなど、実用化には未だ多くの課題を残していた。【０００４】
近年では、回折レンズと呼ばれる、レンズ作用を有するように構成した回折光学素子を撮像光学系に組み込むことで、色収差の問題を解決しようという試みが数多くなされている。回折レンズは、光の回折現象を利用して光の集光や発散等を行うレンズであり、屈折レンズにはない特徴を有することで知られている。【０００５】
例えば、回折レンズと屈折レンズとでは、入射光の波長変化に対する焦点距離の変化が異なる。具体的には、屈折レンズはアッベ数が正の値であるのに対して、回折レンズのアッベ数に相当する量は負の値である。このような回折レンズの光学特性を利用し、屈折レンズ光学系の一部に回折レンズを組み合わせることで、光学系の色収差の問題が解決できるとされている。【０００６】
ところが、回折光学素子を用いれば、効果的に色収差を補正できたり、光学系を小さくできるが、光学系にフレアが生じて画質が劣化するという新たな問題が生じていた。フレアの原因の一つに、回折光学素子に回折効率が低い波長帯が存在することが挙げられる。すなわち、回折効率が高くない波長の光が入射すると、目的の次数以外の光が発生し、それらが散乱光となってフレアを発生させていた。【０００７】
例えば、可視光領域の全波長にわたって回折効率を十分に高く設定できれば上記のようなフレアの発生を抑制できる。例えば、特許文献１には、設計次数での回折効率が波長によらず高い回折光学素子を達成するための光学材料の選定例やパラメータ条件が記載されている。【０００８】
しかし、特許文献１に記載されている選定例やパラメータ条件では、材料の選択肢が非常に狭い。また、回折効率が可視光領域全体にわたって高い値を維持する、すなわちフラットとなることを目指したとはいっても、波長によって少なからず回折効率が低下する部分があるなど、実際に十分な効果が得られるまでには至っていないものであった。【０００９】
そこで、特許文献２には、可視光領域の全波長にわたって回折効率が十分に高く設定できない問題を、撮像素子が受け取った情報に対して電子的に補正を行うことで解決する技術が記載されている。【００１０】
また、特許文献３には、回折効率の低下によるものではないフレアの原因を取り除こうと、回折格子の側壁によって反射する光によって発生するフレアを抑制するために、回折格子の側壁の角度を制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開平１０−２６８１１６号公報
【特許文献２】日本国特開２００５−１６７４８５号公報
【特許文献３】日本国特開２０１１−１７００２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献２に記載されている電子的な補正によるものでは、撮影環境によっては十分に機能しない。また、特許文献３に記載されている方法では、格子の側壁の角度を変えることになる。側壁の角度を変えると設計次数の回折効率が低下してしまい、光学特性に悪影響を与えてしまうおそれがあった。また、これらの方法だけでは、回折レンズによるフレア対策としては不十分であるという問題もあった。【００１３】
課題は、いかに可視光領域の全波長にわたって回折効率を十分に高く設定するかということである。【００１４】
しかし、特許文献１に限らず、コストや加工性、耐久性、材料のヘイズ等の問題から、現実に、可視光領域の全波長にわたって回折効率を十分に高く設定するのは非常に困難であった。例えば、条件が適合する材料が特殊な材料であるために高価であったり、またその材料を用いて回折構造を作成することが非常に困難であったり、材料の耐久性、温度等の環境変動に対する光学特性の変化に対する耐性、材料の表面や内部で発生する散乱等の抑制等を同時に成り立たせることが困難であった。【００１５】
そこで、本発明は、実用化に耐えうる材料で作製でき、かつ撮像光学系において回折光学素子によるフレアをより効果的に抑制できる回折光学素子の提供を目的とする。具体的には、コストや加工性、耐久性、材料のヘイズといった回折光学素子を撮像光学系に用いる際に考慮すべき諸問題を考慮しつつ、可視光領域の全波長にわたって回折効率を十分に高く設定できる回折光学素子および撮像光学系の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による回折光学素子は、光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、少なくとも１つの透明基板と、前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層とを備え、前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられていることを特徴とする。【００１７】
なお、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造とは、向かい合わせて接合させると互いの凹凸構造の各面が密着する形状であって、互いに向かい合わせて接合されているまたは互いの距離が１μｍ以内で空隙を挟まずに配されている１組の凹凸構造をいう。また、上記では少なくとも１つの回折格子層の材料として、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料を用いることとしているが、これら材料には、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料とその他材料を混合した材料やフルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料とその他材料を混合させて硬化させた材料も含む。
また、有効領域とは、回折光学素子の有効径内の領域をいう。【００１８】
また、本発明による回折光学素子は、光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、少なくとも１つの透明基板と、前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層と、前記第２の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層および前記第２の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第３の回折格子層とを備え、前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、前記第２の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第３の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層と前記第３の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられていてもよい。【００１９】
また、本発明による回折光学素子は、光の回折現象を利用して入射してくる光の進行方向を変える回折光学素子であって、少なくとも１つの透明基板と、前記透明基板上に設けられる第１の回折格子層と、前記第１の回折格子層上に設けられる、前記第１の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第２の回折格子層と、前記第２の回折格子層上に設けられる、少なくとも前記第２の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第３の回折格子層と、前記第３の回折格子層上に設けられる、少なくとも前記第３の回折格子層の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる第４の回折格子層とを備え、前記第１の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第２の回折格子層の前記第１の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、前記第２の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面と、前記第３の回折格子層の前記第２の回折格子層が位置する側の界面とには、凹凸構造がなく、前記第３の回折格子層の前記第４の回折格子層が位置する側の界面の一部と、前記第３の回折格子層の前記第３の回折格子層が位置する側の界面の一部とには、互いが組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、前記透明基板と前記第１の回折格子層と前記第２の回折格子層と前記第３の回折格子層と前記第４の回折格子層とが、少なくとも有効領域内において間に空隙を挟まずに積層されており、少なくとも１つの回折格子層の材料に、ジルコニアコンポジット材料、フェニル基もしくはビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料、または、フルオロ基とフェニル基とを単一の分子内に含有するモノマー材料が用いられていてもよい。【００２０】
また、第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層の材料の組み合わせが、これら２つの材料につき、ｇ線の屈折率をｎｇ、Ｃ線の屈折率をｎＣ、一方の材料のｎｇ−ｎＣの値と他方の材料のｎｇ−ｎＣの値の差をΔ（ｎｇ−ｎＣ）とし、同じく一方の材料のｎｇの値と他方の材料のｎｇの差をΔｎｇとしたときに、以下の条件式（Ａ）を満たすよう構成されていてもよい。
条件式（Ａ）：
−０．１３  ≦  Δ（ｎｇ−ｎＣ）＋０．５０６（Δｎｇ）  ≦  ０．１６【００２１】
また、第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層の材料の組み合わせが、これら２つの材料につき、ｇ線の屈折率をｎｇ、Ｃ線の屈折率をｎＣとし、ｅ線の屈折率をｎｅとし、一方の材料のｎｇ−ｎＣの値と他方の材料のｎｇ−ｎＣの値の差をΔ（ｎｇ−ｎＣ）とし、同じく一方の材料のｎｅの値と他方の材料のｎｅの差をΔｎｅとしたときに、以下の条件式（Ｂ）を満たすように構成されていてもよい。
条件式（Ｂ）：
−１．１  ＜  Δ（ｎｇ−ｎＣ）／（Δｎｅ）１／２  ＜  ０．２７【００２２】
また、ｄ線の屈折率が１．５９より大きければ高屈折率材料とし、１．５１〜１．５９の範囲内であれば中屈折率材料とし、１．５１未満であれば低屈折率材料とし、低屈折率材料の場合に、アッベ数が５０以下であれば低屈折率高分散材料とし、アッベ数が６０以上であれば低屈折率低分散材料とし、中屈折率材料の場合に、アッベ数が４０以下であれば中屈折率高分散材料とし、アッベ数が５０以上であれば中屈折率低分散材料とし、高屈折率材料の場合に、アッベ数が３０以下であれば高屈折率高分散材料とし、アッベ数が４０以上であれば高屈折率低分散材料としたときに、第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層と第３の回折格子層の材料の組み合わせが、透明基板からの積層順において、以下の６つのパターンのうちのいずれかに該当していてもよい。
パターン１：１層目が低屈折率低分散材料、２層目が高屈折率低分散材料、３層目が高屈折率高分散材料である。
パターン２：１層目が中屈折率高分散材料、２層目が高屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン３：１層目が低屈折率高分散材料、２層目が高屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン４：１層目が中屈折率高分散材料、２層目が低屈折率材料もしくは中屈折率材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン５：１層目が高屈折率高分散材料、２層目が低屈折率材料もしくは中屈折率材料、３層目が高屈折率低分散材料である。
パターン６：１層目が中屈折率材料、２層目が中屈折率高分散材料、３層目が高屈折率低分散材料である。【００２３】
また、各回折格子層の透明基板からの積層順において、１層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ１とし、２層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ２とし、３層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ３とし、１層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ１とし、２層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ２とし、３層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ３とし、１層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ１とし、２層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ２とし、３層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ３とし、１層目と２層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ１−ｎｅ２）をΔｎｅ１２とし、２層目と３層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ２−ｎｅ３）をΔｎｅ２３とし、１層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ１−ｎＣ１）−（ｎｇ２−ｎＣ２）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）１２とし、２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と３層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ２−ｎＣ２）−（ｎｇ３−ｎＣ３）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）２３としたとき、第１の回折格子層の材料と第２の回折格子層と第３の回折格子層の材料の組み合わせが、前記パターン１に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．６５以下であり、かつ後述する式（９）においてＥ＝０．５としたときの値が０．９４以下であり、かつ後述する式（７）においてＣ＝−１．５としたときの値が０以下もしくは１．５以上であり、かつ後述する式（８）においてＤ＝０．７としたときの値が１．５５未満であり、前記パターン２に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．８５未満であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝１．２としたときの値が０．９９未満であり、かつ後述する式（７）においてＣ＝−１．３としたときの値が０以下もしくは１．５７５以上であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．２９としたときの値が０．９７未満であり、前記パターン３に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝５．５としたときの値が０．８５未満であり、かつ後述する式（７）においてＣ＝−１．３としたときの値が０以下もしくは１．５７５以上であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝１．２としたときの値が１．０１以下であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．２９としたときの値が０．９７未満であり、前記パターン４に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝０．２としたときの値が０．９７未満であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．１としたときの値が１．０１７未満であり、かつ後述する式（５）においてＡ＝０．８としたときの値が１．０４５未満であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．４７としたときの値が０．９８未満であり、前記パターン５に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝０．０５としたときの値が０．９７５未満であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．２としたときの値が１．００５未満であり、かつ後述する式（５）においてＡ＝０．３としたときの値が０．９９未満であり、かつ後述する式（６）においてＢ＝０．６としたときの値が０．９６５未満であり、前記パターン６に該当する場合には、後述する式（５）においてＡ＝０．６としたときの値が１．００より大きくかつ���．０１より小さく、かつ後述する式（７）においてＣ＝−５．０としたときの値が２．１５より小さく、かつ後述する式（８）においてＤ＝−２．０としたときの値が１．４９より大きくかつ１．７７より小さく、かつ後述する式（９）においてＥ＝４．０としたときの値が１．１２５より大きくなるように構成されていてもよい。【００２４】
また、回折光学素子は、最上層の回折格子層の表面形状が非球面であってもよい。【００２５】
また、回折光学素子は、第１の回折格子層に形成される凹凸構造がなす回折格子の透明基板側の頂点を結んだ曲面が非球面であってもよい。【００２６】
また、回折格子を構成している前記凹凸構造がいずれも同心円形状であり、前記同心円形状の輪帯のうち最も幅の広い輪帯の幅と２番目に幅の広い輪帯の幅の比が１〜０．７であってもよい。【００２７】
また、回折格子を構成している前記凹凸構造が形成されている回折格子層の前記凹凸構造が形成されている面の有効領域外の一部に、前記凹凸構造と同程度の高さの凹凸構造が形成されていてもよい。【００２８】
また、回折光学素子は、レンズとして機能する回折光学素子であって、素子内に１つの回折格子が構成されており、レンズ表面の曲率方向と前記回折格子の鋸の斜面の方向とが、同一方向の傾きをもつように各回折格子層の材料の配置順序が構成されていてもよい。【００２９】
また、回折光学素子は、レンズとして機能する回折光学素子であって、素子内に２つの回折格子が構成されており、前記２つの回折格子のうちｄ線の光路差が大きい方の回折格子の光路差が２λ以下であり、前記２つの回折格子は、ｄ線の屈折率が１．５９より大きければ高屈折率材料とし、１．５１〜１．５９の範囲内であれば中屈折率材料とし、１．５１未満であれば低屈折率材料とし、低屈折率材料の場合に、アッベ数が５０以下であれば低屈折率高分散材料とし、アッベ数が６０以上であれば低屈折率低分散材料とし、中屈折率材料の場合に、アッベ数が４０以下であれば中屈折率高分散材料とし、アッベ数が５０以上であれば中屈折率低分散材料とし、高屈折率材料の場合に、アッベ数が３０以下であれば高屈折率高分散材料とし、アッベ数が４０以上であれば高屈折率低分散材料としたときに、それぞれの回折格子を形成する材料の組み合わせが、低屈折率低分散材料と高屈折率低分散材料の組み合わせ、高屈折率低分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせ、中屈折率高分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせ、低屈折率高分散材料と高屈折率高分散材料の組み合わせのいずれかに該当し、前記２つの回折格子を構成する合計４つの凹凸構造の各々の底部をつないだ線のうち入射する光線に最も近い側の線の法線と入射光線とがなす角度を入射角度とし、入射光線が法線より光軸側から入射する光線を正の回転方向とするとき、入射角度が正の回転方向となる場合には、前記２つの回折格子のうち光路差が大きい凹凸構造の組み合わせにおいて、屈折率が低い材料からなる回折格子層がより入射側に位置するように、各回折格子層の材料の配置順序が構成されており、入射角度が負の回転方向となる場合には、前記２つの回折格子のうち光路差が大きい凹凸構造の組み合わせにおいて、屈折率が高い材料からなる回折格子層がより入射側に位置するように、各回折格子層の材料の配置順序が構成されていてもよい。【００３０】
また、透明基板と第１の回折格子層の間、または、回折格子を構成する凹凸構造が形成されている回折格子層の間に、金属酸化物による薄膜が設けられていてもよい。【００３１】
また、回折格子を構成している凹凸構造が形成されている回折格子層の屈折率差または前記回折格子層と前記回折格子層の間に設けられる薄膜との屈折率差が、０．１５以下であってもよい。【００３２】
また、本発明による撮像光学系は、少なくとも１つのレンズを備えた撮像光学系であって、上述したいずれかの回折光学素子を備え、前記回折光学素子が、当該撮像光学系が備えるレンズ系で発現する色収差をうち消す色収差を発現させることを特徴とする。【００３３】
また、撮像光学系は、回折光学素子が、レンズ機能を有する透明基板上に形成されており、レンズの屈折方向が正のパワーであれば回折方向が正のパワーとなるよう構成されており、レンズの屈折方向が負のパワーであれば回折方向が負のパワーとなるよう構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、実用化に耐えうる材料で作製でき、かつ撮像光学系において回折光学素子によるフレアをより効果的に抑制できる回折光学素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の回折光学素子の断面を模式的に示す模式断面図である。
【図２】第１の実施形態の回折光学素子に形成される回折格子の形状を模式的に示す模式上面図である。
【図３】第１の実施形態の回折光学素子で格子１周期につき形成される回折面を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態の回折光学素子の回折格子層１２，１３に用いられる２つの材料の波長ごとの屈折率の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の回折光学素子に形成される回折格子１００の１次の回折効率の例を、石英ガラスによる単層回折格子と比較して示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の回折光学素子の各回折格子層の材料の光学特性の例を示す説明図である。
【図７】材料セットの値Ｒとｇ線とＣ線の最小側の回折効率値との相関を示すグラフである。
【図８】材料セットの値Ｑとその材料を用いて形成される回折格子のｅ線の回折効率との関係を示すグラフである。
【図９】第１の実施形態の回折光学素子の他の例を示す模式断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の回折光学素子の断面を模式的に示す模式断面図である。
【図１１】第２の実施形態の回折光学素子で格子１周期につき形成される回折面を説明する説明図である。
【図１２】第２の実施形態に好適な材料セットの例を示す説明図である。
【図１３】第２の実施形態の回折光学素子の回折格子層２２〜２４に用いられる３つの材料の波長ごとの屈折率の一例を示すグラフである。
【図１４】第２の実施形態の回折光学素子全体での１次の回折効率の例を示すグラフである。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、２つの回折格子の高さ方向の組み合わせ例を示す説明図である。
【図１６】組み合わせ例１における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図１７】組み合わせ例１における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図１８】組み合わせ例１における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図１９】組み合わせ例１における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２０】組み合わせ例２における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２１】組み合わせ例２における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、組み合わせ例２における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２３】組み合わせ例２における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２４】組み合わせ例３における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２５】組み合わせ例３における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２６】（ａ）及び（ｂ）は、組み合わせ例３における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２７】組み合わせ例３における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２８】組み合わせ例４における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図２９】組み合わせ例４における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３０】組み合わせ例４における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３１】組み合わせ例４における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３２】組み合わせ例５における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３３】組み合わせ例５における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３４】組み合わせ例５における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３５】組み合わせ例５における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３６】組み合わせ例６における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３７】組み合わせ例６における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３８】組み合わせ例６における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図３９】組み合わせ例６における回折格子材料の屈折率差および屈折率の差の差と回折格子の高さとの関係を示す説明図である。
【図４０】第２の実施形態の回折光学素子の他の例を示す模式断面図である。
【図４１】第２の実施形態の回折光学素子における回折構造への入射光線の入射面と回折方向との関係を示す説明図である。
【図４２】回折構造の入射角度による回折効率の変化の一例を示すグラフである。
【図４３】第２の実施形態の回折光学素子における回折構造への入射光線の入射面と回折方向との関係を示す説明図である
【図４４】回折構造の入射角度による回折効率の変化の一例を示すグラフである。
【図４５】第２の実施形態の回折光学素子の他の例を示す模式断面図である。
【図４６】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の回折光学素子の断面を模式的に示す模式断面図である。
【図４７】第３の実施形態の回折光学素子で格子１周期につき形成される回折面を説明する説明図である。
【図４８】第３の実施形態の回折光学素子の他の例を示す模式断面図である。
【図４９】第３の実施形態の回折光学素子の回折格子層３２〜３５を形成する３つの材料の波長ごとの屈折率を示すグラフである。
【図５０】第３の実施形態の回折光学素子の１次の回折効率の一例を示すグラフである。
【図５１】（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態の回折光学素子の例を模式的に示す模式断面図である。
【図５２】第４の実施形態の回折光学素子の他の例を模式的に示す模式断面図である。
【図５３】第５の実施形態の回折光学素子の例を模式的に示す模式断面図である。
【図５４】第５の実施形態の回折光学素子の他の例を模式的に示す模式断面図である。
【図５５】（ａ）及び（ｂ）は、第６の実施形態の回折光学素子の回折格子部分の断面形状を模式的に示す説明図である。
【図５６】第６の実施形態の回折光学素子の凹凸構造の位相伝達関数への適用例を示す説明図。
【図５７】ρ０を変化させたときの輪帯の高さと輪帯の幅の積の関係を示すグラフである。
【図５８】第７の実施形態の回折光学素子の積層回折格子層部分の断面を模式的に示す模式断面図である。
【図５９】格子側壁の反射光による散乱の様子を模式的に示す説明図である。
【図６０】格子間の屈折率差と反射量の関係を示すグラフである。
【図６１】（ａ）及び（ｂ）は、回折光学素子を用いた色収差の補正原理を示す説明図である。
【図６２】回折光学素子を用いた色収差の補正原理を示す説明図である。
【図６３】第１の実施例の回折光学素子の回折効率を示すグラフである。
【図６４】第２の実施例の回折光学素子の回折効率を示すグラフである。
【図６５】第３の実施例の回折光学素子の断面を模式的に示す模式断面図である。
【図６６】第３の実施例の回折光学素子の回折効率を示すグラフである。
【図６７】第２の実施形態の回折光学素子２０の材料セットの具体例を示す説明図である。
【図６８】第４の実施例の回折光学素子の断面を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３７】
実施形態１．
図１は、本発明の第１の実施形態の回折光学素子の例を示す構成図である。なお、図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態の回折光学素子１０の断面を模式的に示す模式断面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した回折光学素子１０の分解断面図である。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態の回折光学素子１０は、少なくとも１つの透明基板１１を有する。そして、透明基板１１上には、第１の回折格子層１２（以下、単に「回折格子層１２」ともいう）と第２の回折格子層１３（以下、単に「回折格子層１３」ともいう）とが積層されて、これら第１の回折格子層１２と第２の回折格子層１３の界面の少なくとも一部において回折格子１００が形成されている。すなわち、第１の回折格子層１２の第２の回折格子層１３側の界面の一部と、第２の回折格子層１３の第１の回折格子層１２側の界面の一部とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、これら２つの層の凹凸構造１２１，１３１が向かい合わせで密着するように積層されることによって、透明基板１１上に異なる２つの材料によって構成される回折格子１００が形成されている。
【００３９】
このような回折格子層が積層される透明基板１１の面は、平面であっても曲面であってもよい。すなわち、単レンズ形状である透明基板１１の表面に回折格子層１２，１３を接合積層させてもよい。第１の回折格子層１２は、例えば、インプリント法等によって所望の凹凸構造１２１を有して形成してもよい。また、第２の回折格子層１３は、第１の回折格子層１２を形成した後でその凹凸構造１２１の凹部を埋めるように、モノマー材料を充填し、硬化させたり、熱可塑樹脂を充填し、成型する等により形成して、接合積層してもよい。その際、第１の回折格子層１２に対し、プラズマ処理を実施したり、シラン等を用いたカップリング処理を実施したりして、第１の回折格子層１２と第２の回折格子層１３の密着性を向上させると好ましい。なお、透明基板１１と第１の回折格子層１２とを同じ材料としてもよい。すなわち、透明基板１１の表面を加工して基板上に直接、凹凸構造１２１を形成して、透明基板１１が第１の回折格子層１２を兼用することも可能である。加工する手段としては、透明基板１１がガラスであれば、ガラスモールド法、切削、ドライエッチング法等があり、透明基板１１が樹脂であれば、射出成型等によって加工する。
【００４０】
また、透明基板１１の対向側に、さらに１つの透明基板を有していてもよい。すなわち、２枚の透明基板の間に回折格子層１２，１３が挟持された構成であってもよい。
【００４１】
回折格子１００を構成する凹凸構造１２１，１３１は、例えば断面形状が鋸歯状の凹凸が周期的に並んだ構造であってもよい。また、素子面全体においては、いずれか一方の凹凸構造がフレネルレンズを模した形状、例えば鋸歯状の断面形状を有する輪帯が光軸に対して回転対称な同心円状に配置された構造であってもよい。図２は、本実施形態の回折光学素子１０に形成される回折格子１００の形状を模式的に示す模式上面図である。なお、格子ピッチや格子高さは、回折光学素子１０の機能および選択した材料に応じて、適宜選択される。
【００４２】
なお、本実施形態の回折光学素子１０は、２つの光学部材を組み合わせて１つの回折格子を形成した、いわゆる密着積層型の回折光学素子であって、図３に示すように、本実施形態の回折光学素子１０は、格子１周期についてみると、異なる２つの材料を使って１つの回折面が形成されているとみなすことができる（図３の破線参照。）。
【００４３】
本実施形態では、このような回折面を形成する２つの材料、すなわち回折格子層１２，１３の材料として、低屈折率で、かつ屈折率の波長分散が大きい材料と、高屈折率で、かつ屈折率の波長分散が小さい材料とを組み合わせて用いる。波長分散の大きい／小さいは、具体的には、アッベ数の小さい／大きいでみてもよい。すなわち、高分散材料は、アッベ数の小さい材料であってもよい。また、低分散材料は、アッベ数の大きい材料であってもよい。なお、ここで屈折率が高い／低い、または、分散もしくはアッベ数が大きい／小さいとは、両材料間の相対的な関係を表したものである。以下、本実施形態の回折面を形成する２つの材料を表す表現として、低屈折率でかつ屈折率の波長分散が大きい方の材料を「相対的低屈折率高分散材料」という場合がある。また、高屈折率でかつ屈折率の波長分散が大きい方の材料を「相対的高屈折率低分散材料」という場合がある。
【００４４】
図４は、回折格子層１２，１３に用いられる２つの材料１，２の波長ごとの屈折率の一例を示すグラフである。なお、材料１，２をいずれの回折格子層に用いるかは任意である。すなわち、材料１を回折格子層１２の材料に用い、材料２を回折格子層１３の材料に用いてもよいし、材料２を回折格子層１２の材料に用い、材料１を回折格子層１３の材料に用いてもよい。
【００４５】
図４に示す例では、材料１は、材料２に比べて屈折率が低くかつ高分散の材料であることがわかる。一方、材料２は、材料１に比べて屈折率が高くかつ低分散の材料であることがわかる。このような特性を有する材料の例としては、例えば、相対的高屈折率低分散材料として、シクロ環、アダマンタン、シクロペンタニル基を含む樹脂をマトリクスとしたジルコニアコンポジット材料や硫黄を含む樹脂、光学ガラス材料が挙げられる。また、例えば、相対的低屈折率高分散材料として、２重結合を多く含む有機材料やフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレン骨格を含む材料や、フルオロ基とフェニル基とを含有する材料、チタニア微粒子やチタン酸バリウム微粒子を用いたコンポジット材料が挙げられる。このような特殊な光学材料には、耐久性も考慮したうえで、高屈折率で高アッベ数のものや、低屈折率で低アッベ数のものがあるため、素子の光学特性を自由に制御できる。
【００４６】
ここで、本実施形態の回折光学素子１０の回折効率について説明する。本実施形態のような、いわゆる２層密着積層型の光学回折素子の回折効率は、回折格子に用いる２つの材料の屈折率の差Δｎと、回折格子の高さｄを掛けたものに、入射する光の波長λを割ったものが整数となる条件、すなわちΔｎｄ／λ＝ｍ（ｍは０以外の整数）となる条件が最も高い状態となる。可視光帯域の全領域（例えば、青４３０ｎｍ〜赤６６０ｎｍ）にわたって高い回折効率を得るためには、それらの領域内においてΔｎｄ／λが略ｍ（例えば、ｍ±０．１以内）となればよい。しかし、Δｎが波長に対して変化しないと、ある波長で上記条件を満たすことはできても、それ以外の波長ではΔｎｄ／λがｍ以外の値になってしまう。すると、それらの波長帯では回折効率が低下することになる。
【００４７】
そこで、Δｎを波長に対して変化させるために、本実施形態では、屈折率が高くかつ低分散の材料と、屈折率が低くかつ高分散の材料とを組み合わせて回折格子１００を形成する。こうすることによって、波長が長くなるのに対してΔｎを大きくできるので、両材料の波長に対する屈折率の変化を打ち消しあって可視光領域全体にわたってΔｎｄ／λをｍ付近にすることができる。その結果、可視光帯域全体にわたって回折効率を高くできる。
【００４８】
なお、ｍの値は、±１であると回折格子の高さを下げることができ、製造が容易になり、かつ入射角度依存性が小さくなりやすいため好ましく、良好な特性を得られやすい。しかし、ｍの値が±１以外の場合においても、回折格子を集光レンズもしくは発散レンズとして機能させ、光学系のレンズ枚数の削減や光学系の全長を小さくする場合において、ｍ≒±１の場合に対し、フレアの発生の状況が変わるため、光学系によってはより最適な状況が得られる場合がある。従って、最もよいｍの値を選択することが好ましい。なお、｜ｍ｜が大きくなりすぎると格子高さが大きくなりすぎるため、作成が困難なことや、フレアが発生しやすいため、｜ｍ｜≦５であるとよい。
【００４９】
図５（ａ）は図４に示す材料１，２を組み合わせて作製される回折格子１００の１次の回折効率の一例を示すグラフである。また、図５（ｂ）は、石英ガラスのみを用いて作製した回折格子１００と同様の形状の回折格子を形成した場合の同回折格子の回折効率を示すグラフである。ただし、これらの例における格子高さは、本実施形態の回折格子１００では１２．８μｍ、石英ガラスのみを用いた回折格子では１．１μｍである。なお、本発明において格子高さすなわち回折格子の高さとは、ｅ線の光が進行する方向分布の平均となる方向に対する高さをいう。図５（ｂ）に示すように、石英ガラスのみを用いて作製した、すなわち石英ガラスと空気とによる回折面を有する回折格子の回折効率は、可視光帯域全体でみると、波長によって回折効率が大きく異なっているのがわかる。それに対して、図５（ａ）に示す本実施形態の回折格子１００は、上述した回折格子層１１，１２の材料の選定条件を満足することによって、波長４３０ｎｍと６５０ｎｍとをピークに、可視光帯域全体において９５％以上の回折効率を維持できていることがわかる。
【００５０】
また、回折格子層１１，１２の材料を選定する際に、温度等の環境変化の変動や太陽光に対する耐久性が高いものや、ヘイズ値が小さいものを選ぶことで、撮像光学系においてフレアをより効果的に抑制でき、かつ実用化に耐えうる回折光学素子を作製できる。
【００５１】
例えば、相対的高屈折率低分散材料として、硫黄等のハロゲン系元素を含有する樹脂材料が挙げられるが、これらは着色されることが多い。このため、紫外線や熱に対する黄変性や温度変動に弱いといった課題があった。また、コンポジット材料はヘイズが大きいため、撮像光学系に向かないという課題があった。そこで、そのようなヘイズが大きい課題を考慮して、例えば、シランカップリング剤、カルボン酸基を有する有機酸でコーティングされた、平均粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下のジルコニア微粒子のコンポジット材料を用いてもよい。例えば、マトリクス材料にシクロ環、特に、アダマンチル基、ジシクロペンタニル基、また、フェニル基を含む材料をマトリクスに８０ｖｏｌ％以上用いた、上記ジルコニア微粒子を含有する材料であってもよい。
【００５２】
また、相対的低屈折率高分散材料として、例えば、フッ素樹脂にチタニア等の微粒子を利用することが提案されているが、撥水撥油性のフッ素樹脂にチタニア等の微粒子を安定的に混合させることはかなり難しい。また、同様に、フッ素樹脂に他のモノマー材料を混合しても、分離したり、ガラス転移点が低いフッ素樹脂の特性により、温度変化に対する屈折率の変動が大きいといった課題があった。また、２重結合を多く含む樹脂材料が提案されているが、紫外線や熱に対する黄変性に課題があった。そこで、そのような製造時の困難性や温度変化に対する屈折率変動や透明性に関する課題を考慮して、例えば、炭素鎖が２以上で６以下のフルオロ基とフェニル基を構造にもつモノマー、特に炭素数１１〜２１のモノマーを用いてもよい。そのようなモノマーであれば、低屈折率かつ低アッベ数であるので相対的低屈折率高分散材料となりやすく、また他の樹脂とも混合することが容易で、かつ屈折率温度変動が抑制され、透明性に優れた黄変性に強い樹脂を得ることができる。また、例えば、フェニル基やビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料を用いることで同様の課題が解決できる。フェニル基やビフェニル基を含有した有機無機ハイブリッド材料は、例えば、フェニル基またはビフェニル基がＳｉ原子に併せて１つ以上結合している樹脂であればよい。
【００５３】
また、本実施形態の回折光学素子１０の用途を撮像光学系に限定して考える場合には、屈折率差とアッベ数もしくは主分散の差による条件よりも、さらに適した以下の条件を用いて回折格子を形成する材料を選定するのが好ましい。
【００５４】
回折効率の計算において、屈折率差と主分散の差のみしか考慮しない場合、緑から黄色の波長帯域において回折効率が低下したり、４３０ｎｍ以下の波長帯域において、回折効率が低下することがある。
【００５５】
本発明の発明者は、主分散やアッベ数に代わって次の条件を基に材料を選定すると、撮像光学系により適した回折レンズとして、可視光帯域を含む広い範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）にわたって、高い回折効率（具体的には９０％以上）を保持できることを発見した。
【００５６】
アッベ数の計算にも用いられる主分散は、フラウンホーファー線のＦ線とＣ線の屈折率を用いて求められるものだが、これらは人の目の感度を基準に考えられている。このため、撮像光学系にそのまま適用した場合に最適な結果が得られていないことがあった。例えば、ＣＭＯＳ等の画像センサの感度は、人の目よりも、青として認識する波長が短い波長まで及んでいる。この感度の違いを無視して屈折率差と主分散のみを考慮して材料選定を行うと、４３０ｎｍ以下の波長帯域において回折効率が低下しやすく、所望の回折次数とならなかった光が青色のフレアとして発生するため、画質に悪影響を及ぼす。また、緑から黄色の回折効率が低下するため、緑や赤のフレアとして認識され、やはり画質に悪影響を及ぼす。従って、撮像光学系に用いる場合には、組み合わせる２つの材料の光学特性として、次の条件を用いるのがより好ましい。
【００５７】
条件式（Ａ）：
−０．１３  ≦  Δ（ｎｇ−ｎＣ）＋０．５０６（Δｎｇ）  ≦  ０．１６
【００５８】
条件式（Ｂ）：
−１．１  ＜  Δ（ｎｇ−ｎＣ）／（Δｎｅ）１／２  ＜  ０．２７
【００５９】
ここで、ｎｇはｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の屈折率を表す。また、ｎＣはＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）の屈折率を表す。また、ｎｅはｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）の屈折率を表す。また、Δは、続く記号で表される数値の材料１と材料２の差を表す。例えば、Δ（ｎｇ−ｎＣ）は、材料１のｎｇ−ｎＣの値と、材料２のｎｇ−ｎＣの値との差を表す。
【００６０】
なお、条件式（Ａ）は、４３０ｎｍ以下の波長帯域において回折効率が低下するのを抑止するための条件であり、条件（Ｂ）は、緑から黄色の波長帯域において回折効率が低下するのを抑止するための条件である。なお、条件式（Ａ）、（Ｂ）は、その目的に応じてそれぞれ独立した条件として使用できる。すなわち、どちらか一方のみを満たしていてもよい。
【００６１】
図６は、条件式（Ａ）、（Ｂ）を説明する説明図であって、組み合わせる２つの材料の光学特性の例を示したグラフである。図６において、一点鎖線は、ｇ線付近での両部材間の屈折率の差を示し、二点鎖線は、Ｃ線付近での両部材間の屈折率の差を示している。また、点線は、各材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の波長に対する傾きを示している。
【００６２】
通常カラーフィルタを用いているイメージセンサは、紫外線としてカットされる４００ｎｍ程度から、ブルーフィルタによって遮断される７００ｎｍ程度までの光を取り込む。このため、ｇ線とＣ線付近（例えば、約４３６ｎｍと６５６ｎｍ）の回折効率がともに高くなるように設定すると、青と赤の波長での回折効率だけでなく、緑から黄色の波長帯域において回折効率が低下するのを抑止できる。
【００６３】
ここで、ｇ線とＣ線付近の回折効率が高くなるような条件は、回折格子層１２の屈折率をｎ１２、回折格子層１３の屈折率をｎ１３、また、回折格子層１２のｇ線の屈折率をｎ１２ｇと表現し、Ｃ線の屈折率をｎ１２Ｃと表現し、回折格子層１３についても同様に表現するとすれば、以下の式（１）で表すことができる。
【００６４】
（ｎ１２ｇ−ｎ１３ｇ）／４３５．８４＝（ｎ１２Ｃ−ｎ１３Ｃ）／６５６．２７  ・・・式（１）
【００６５】
式（１）より、左辺を屈折率差の比の項としてまとめ、右辺を波長の比の項としてまとめ、さらに両辺に−１をかけ、１を加えると、
１−（ｎ１２Ｃ−ｎ１３Ｃ）／（ｎ１２ｇ−ｎ１３ｇ）＝１−６５６．２７／４３５．８４
となり、さらに整理すると、
（（ｎ１２ｇ−ｎ１２Ｃ）−（ｎ１３ｇ−ｎ１３Ｃ））／（ｎ１２ｇ−ｎ１３ｇ）≒−０．５０６
となる。
【００６６】
ここで、以下の式（２）を定義する。
Ｒ  ＝  （（ｎ１２ｇ−ｎ１２Ｃ）−（ｎ１３ｇ−ｎ１３Ｃ））＋０．５０６×（ｎ１２ｇ−ｎ１３ｇ）  ・・・式（２）
【００６７】
図７は、値Ｒとｇ線とＣ線の最小側の効率値との相関を示すグラフである。図７に示す結果から、条件式（Ａ）が導き出せる。すなわち、−０．１３＜Ｒ＜０．１６であれば、ｇ線とＣ線の回折効率の最小値が９５％以上となり好ましい。なお、−０．１＜Ｒ＜０．１２であれば、ｇ線とＣ線の回折効率の最小値が９７％以上となりより好ましい。また、−０．０７＜Ｒ＜０．０８であれば、ｇ線とＣ線の回折効率の最小値が９９％以上となりさらに好ましい。このように、所望とするｇ線とＣ線の回折効率に応じて条件（Ｂ）の許容範囲を変更してもよい。
【００６８】
一方、回折効率の可視光全体にわたって高い回折効率を得るためには、回折効率が低下しやすい、ｅ線の回折効率が低下させないことも重要である。
【００６９】
本発明では、以下の式（３）の値Ｐを定義する。図６に示すように、この値Ｐが小さいほど緑領域の屈折率曲線が凹んでいる（材料１のグラフ曲線を参照。）。
【００７０】
Ｐ  ＝  （ｎｅ−ｎＣ）／（ｎｇ−ｎＣ）  ・・・式（３）
【００７１】
回折効率の可視光全体にわたって高い回折効率を得るためには、回折効率が低下しやすい、ｅ線の回折効率が低下させないことが重要である。しかし、可視光帯域全体において吸収のない透明な材料によって本実施形態の回折格子１００を形成すると、ｅ線の光路差がＣ線やｇ線の光路差よりも大きくなりやすく、１より大きくなりやすいため、回折効率が低下しやすい。そのため、低屈折率の材料は値Ｐが小さいほどよく、高屈折率の材料は値Ｐが大きいほどよい。
【００７２】
また、本発明の発明者は、材料１の値Ｐと材料２の値Ｐの差分値と、材料１と２の屈折率差の平方根の商の値Ｑとその材料を用いて形成される回折格子１００のｅ線の回折効率とに依存性があることを発見した。ここで、以下の式（４）を定義する。
【００７３】
Ｑ  ＝  ΔＰ／（Δｎｅ）１／２  ・・・式（４）
【００７４】
図８は、条件（ａ）を満たしたときに、ある材料セットの値Ｑとその材料を用いて形成される回折格子１００のｅ線の回折効率との関係を示すグラフである。相対的高屈折率低分散材料と相対的低屈折率高分散材料とを用いて、可視光広帯域で回折するようにｇ線とＣ線の回折効率が高くなるように格子高さを決定した場合に、図８に示すように、上述の式（４）の値Ｑは、格子を形成する材料の屈折率差にあまり依存せず、かつ回折効率に良く依存する関係を示すことがわかった。
【００７５】
図８に示す結果から、条件（Ｂ）が導き出せる。すなわち、−１．１＜Ｑ＜０．２７であれば、ｅ線の回線効率が９５％以上となり好ましい。なお、−０．９＜Ｑ＜０．１５であれば、ｅ線の回線効率が９７％以上となりより好ましい。また、−０．７＜Ｑ＜０．０６であれば、ｅ線の回線効率が９９％以上となりさらに好ましい。このように、所望とするｅ線の回線効率に応じて条件（Ｂ）の許容範囲を変更してもよい。
【００７６】
なお、式（２）に示すように、分散を表す材料１の傾きと材料２の傾き（いずれも図６の点線参照。）の差が大きいと、回折格子層１２と回折格子層１３の屈折率差を大きくできる。よって、分散の差が大きいほど回折格子の格子高さを下げることができるため、製造が容易となり、また、回折効率の入射角度依存性等も低減でき、好ましい。
【００７７】
回折格子層１２と１３の材料の組み合わせにおいて、このような関係を保持させることで回折効率の広帯域性に有効に作用させられる。
【００７８】
以上のように、２層の密着積層型回折格子として用いる材料の組み合わせとして、材料セットの屈折率差および分散特性が上記で示した諸条件を満たす材料を選択することによって、フレアを効果的に抑制できる。
【００７９】
また、本実施形態の回折光学素子１０を撮像光学系に組み込む場合には、入射角度依存性による回折効率の変化が問題となる場合がある。撮像光学系に回折光学素子１０を組み込んだ場合、当該回折光学素子１０には、様々な入射角度から光が入射することが考えられる。回折格子は入射角度によって回折効率が変化することが知られているが、回折格子１００のアスペクト比を小さくすることで、効率の変化を抑制できる。そのため、本実施形態の回折格子１００は、格子の高さが２０μｍ以下であると好ましく、１５μｍ以下であるとさらに好ましい。
【００８０】
図９は、第１の実施形態の回折光学素子１０の他の例を示す模式断面図である。例えば、図９に示す単レンズ形状の透明基板１１上に回折格子層１２，１３を積層して回折格子が正のパワーを有するハイブリッドレンズとして機能させる回折光学素子１０を考える。
【００８１】
透明基板１１が図９のように、凸形状であれば、透明基板１１側から見て１層目に位置する第１の回折格子層１２に高屈折率低分散材料を用い、２層目に位置する第２の回折格子層１３に低屈折率高分散材料を用いると、格子側壁の方向を光軸方向から外周側に傾けることができるので、インプリントプロセスを用いて回折格子層１２を作成する場合に、型から離型しやすく、最適な格子形状を形成しやすくなるメリットがある。なお、回折格子のパワーの方向が負の場合は、逆に、低屈折率高分散材料を第１の回折格子層１２に用いればよい。
【００８２】
また、透明基板１１が凹形状で、回折格子のパワーが正であれば、第１の回折格子層１２として低屈折率高分散材料をインプリントするのがよく、回折格子のパワーが負であれば、第１の回折格子層１２として高屈折率低分散材料をインプリントするのがよい。
【００８３】
換言すると、積層するレンズ表面の曲率方向と回折格子の鋸の斜面の方向とが、レンズ表面に対して同一方向の傾きをもつように各回折格子層の材料配置がなされていることがより好ましい。
【００８４】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態の回折光学素子の例を示す構成図である。なお、図１０（ａ）は、第２の実施形態の回折光学素子２０の断面を模式的に示す模式断面図である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した回折光学素子２０の分解断面図である。
【００８５】
図１０に示すように、本実施形態の回折光学素子２０は、少なくとも１つの透明基板２１を有し、その透明基板２１上に、第１の回折格子層２２（以下、単に「回折格子層２２」ともいう）と第２の回折格子層２３（以下、単に「回折格子層２３」ともいう）と第３の回折格子層２４（以下、単に「回折格子層２４」ともいう）とが積層されて、これら第１の回折格子層２２と第２の回折格子層２３の界面の少なくとも一部において回折格子２０１が形成されているとともに、第２の回折格子層２３と第３の回折格子層２４の界面の少なくとも一部において回折格子２０２が形成されている。すなわち、第１の回折格子層２２の第２の回折格子層２３側の界面の一部と、第２の回折格子層２３の第１の回折格子層２２側の界面の一部とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、これら２つの層の凹凸構造２２１，２３１が向かい合わせで密着するように積層されるとともに、第２の回折格子層２３の第３の回折格子層２４側の界面の一部と、第３の回折格子層２４の第２の回折格子層２３側の界面の一部とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する第２の凹凸構造が形成されており、これら２つの層の凹凸構造２３２，２４１が向かい合わせで密着するように積層されることによって、透明基板２１上に互いに異なる材料の組み合わせで構成される２つの回折格子２０１，２０２が形成されている。なお、回折格子２０１と２０２とで格子ピッチは略同一とする。なお、格子高さは異なっていてもよい。ここで、格子ピッチの略同一とはピッチの差が±２％の場合をいう。
【００８６】
本実施形態においても、回折格子層が積層される透明基板２１の面は、平面であっても曲面であってもよい。また、透明基板２１と第１の回折格子層２２とを同じ材料としてもよい。また、透明基板２１の対向側に、さらに１つの透明基板を有していてもよい。すなわち、２枚の透明基板の間に回折格子層２２，２３，２４が挟持された構成であってもよい。
【００８７】
なお、本実施形態の回折光学素子２０は、３つの異なる光学部材を組み合わせて合計２つの回折格子を形成した、いわゆる３層密着積層型の回折光学素子であって、図１１に示すように、本実施形態の回折光学素子２０は、格子１周期についてみると、３種の光学部材層を使って２つの回折面が形成されているとみなすことができる（図１１の破線参照。）。
【００８８】
このような２つの回折面を形成する３つの材料、すなわち回折格子層２２，２３，２４の材料は、図１２に示す６つの組み合わせ例のいずれかに合致することが好ましい。すなわち、回折格子層２２，２３，２４に用いる３つの材料を、材料３，４，５とすると、組み合わせ例１）材料３は低屈折率低分散材料であり、材料４は高屈折率低分散材料であり、材料５は高屈折率高分散材料であるか、組み合わせ例２）材料３は中屈折率高分散材料であり、材料４は高屈折率高分散材料であり、材料５は高屈折率低分散材料であるか、組み合わせ例３）材料３は低屈折率高分散材料であり、材料４は高屈折率高分散材料であり、材料５は高屈折率低分散材料であるか、組み合わせ例４）材料３は中屈折率高分散材料であり、材料４は低屈折率から中屈折率の材料であり、材料５は高屈折率低分散材料であるか、組み合わせ例５）材料３は高屈折率高分散材料であり、材料４は低屈折率から中屈折率の材料であり、材料５は高屈折率低分散材料であるか、組み合わせ例６）材料３は中屈折率材料であり、材料４は中屈折率高分散材料であり、材料５は高屈折率低分散材料である。ここでは、図１２の１層目材料は材料３、２層目材料は材料４、３層目材料は材料５、として説明している。
【００８９】
なお、上記組み合わせは、ｄ線の屈折率が１．５９より大きければ高屈折率材料とし、１．５１よりも小さければ低屈折率材料、その間を中屈折率材料としている。また、低屈折率材料の場合、アッベ数が５０以下であれば高分散材料とし、６０以上であれば低分散材料としている。また、中屈折率材料の場合、アッベ数が４０以下であれば高分散材料とし、５０以上であれば低分散材料としている。また、高屈折率材料の場合、アッベ数が３０以下であれば高分散材料とし、４０以上であれば低分散材料としている。なお、上記組み合わせにおいて単に低屈折率材料といった場合には、低屈折率材料であって低分散から高分散のいずれでもよい材料を意味する。同様に、中屈折率材料といった場合には中屈折率材料であって低分散から高分散のいずれでもよい材料を意味する。さらに、高屈折率材料といった場合には高屈折率材料であって低分散から高分散のいずれでもよい材料を意味する。
【００９０】
図１３は、回折格子層２２，２３，２４に用いられる３つの材料３，４，５の波長ごとの屈折率の一例を示すグラフである。なお、上記で示した屈折率差と波長分散の関係が２つの回折面で保持できれば、材料３〜５をいずれの回折格子層に用いるかは任意である。例えば、図１３に示す例では、材料３を回折格子層２４に用い、材料４を回折格子層２３に用い、材料５を回折格子層２２に用いてもよい。また、例えば、材料３を回折格子層２２に用い、材料４を回折格子層２３に用い、材料５を回折格子層２４に用いてもよい。
【００９１】
このような組み合わせを可能にする光学材料として、例えば、高屈折率低分散材料としては、既に説明したような、シクロ環やアダマンチル基やジシクロペンタニル基をマトリクスとしたジルコニアコンポジット材料や光学ガラスなどが挙げられる。また、例えば中屈折率低分散材料としては、前記ジルコニアコンポジット材料やアダマンチル基やジシクロペンタニル基を含む樹脂材料、光学ガラスなどが挙げられる。また、例えば低屈折率低分散材料としては、重合基以外に２重結合を持たない炭化水素系の材料や光学ガラスなどが挙げられる。また、例えば高屈折率高分散材料としては、フェニルやビフェニルがＳｉ原子に結合したモノマーを硬化させた樹脂材料やフルオレン、ターフェニル等のベンゼン環を多く含む樹脂材料や２重結合、３重結合を多く含む構造を持つ樹脂材料などが挙げられる。また、例えば中屈折率高分散材料としては、既に説明したような、フェニルやビフェニルがＳｉ原子に結合したモノマーを硬化させた有機無機ハイブリッド材料や、２重結合を多く含むポリカーボネートのような樹脂材料などが挙げられる。また、例えば低屈折率高分散材料としては、フルオロ基とフェニル基とを含有する材料などが挙げられ、特に同一のモノマーにフルオロ基とフェニル基とを含有する材料を用いると高屈折率の材料と混合しやすくなるため、好ましい。これらの光学材料を適宜選択して組み合わせることによって、素子の光学特性を自由に制御できる。
【００９２】
本実施形態の回折光学素子２０は、２つの回折格子を組み合わせて、第１の実施形態の回折光学素子１０が有する回折格子と同様の作用を持たせようというものである。従って、第１の実施形態で説明したように、素子内において、Δｎｄ／λの値をより整数値に近づけるようにするという基本的な原理は変わらない。ただし、組み合わせる材料が増えているため、第１の実施形態に比べて、Δｎｄ／λの値がより単一の整数値に近い値を取れるように調整しやすくなっている。例えば、第１の実施形態の回折格子１００を１つの回折格子としてではなく同じ高さを持った材料１と材料２による回折格子を２つ張り合わせたものと考え、材料３と４の回折格子にて、材料２の回折格子と同様の回折格子を形成し、材料４と５の回折格子にて、材料１の回折格子と同様の回折格子を形成して張り合わせたものとして設計してもよい。すると、本実施形態では、２種類の回折格子で高さを変えられることから、材料選択の幅を広げることができる。一例として、実施形態１における材料２の材料１に対する屈折率と分散の関係を材料３と材料４とで代替し、実施形態１における材料１の材料２に対する屈折率と分散の関係を材料４と材料５で代替するように設計してもよい。
【００９３】
例えば、透明な光学材料の多くは、屈折率が大きくなるとアッベ数が小さくなる傾向がある。換言すると、屈折率が大きくなると主分散が大きくなる傾向にある。本実施形態の構成によれば、屈折率が大きくなるほど主分散も大きくなっていく組み合わせを用いて回折格子を形成しても第１の実施形態と同等以上の効果が得られる。
【００９４】
図１４は、図１３に示す材料３，４，５を組み合わせて作製された本実施形態の回折光学素子２０全体の１次の回折効率の一例を示すグラフである。なお、図１４に示すグラフは、材料５による回折格子層２２と材料４による回折格子層２３とで高さ９．８μｍの回折格子２０１を形成し、かつ材料４による回折格子層２３と材料３による回折格子層２４とで高さ６．９μｍの回折格子２０２を形成した場合の例である。図１４に示す例では、波長４００ｎｍと６００ｎｍとをピークに、可視光帯域全体において９５％以上の回折効率を維持できるだけでなく、緑から黄色の波長帯域などピーク以外の波長領域においても回線効率の低下が少なく、可視光帯域全体にわたって高い値を維持しているのがわかる。
【００９５】
なお、図１２に示した組み合わせ例では、透明基板２１から見て１層目、２層目、３層目として、その積層順に各回折格子層の材料を規定しているが、材料の配置順は必ずしもこれに限られない。
【００９６】
また、図１２に示した組み合わせ例の特徴としては、例えば、組み合わせ例１，２，３では、１層目と２層目の材料セットとして、屈折率差がある程度大きく（例えば、０．０４以上）かつ分散特性が似ている材料を選択した場合に、３層目を、それらの材料のうち屈折率が高い方の屈折率に近い屈折率であって１層目と２層目との屈折率差よりも２層目と３層目の屈折率差が小さくなる屈折率でかつ分散特性がそれらとは異なる材料としている。この場合に、２層目と３層目の最も屈折率差が小さくなる波長帯域を緑付近にすると、１層目と２層目によって形成される回折格子と２層目と３層目によって形成される回折格子のピッチ方向の位置ずれや入射角度依存性の影響を抑制しやすい場合がある。
【００９７】
なお、例１は、１層目と２層目がいずれも低分散材料であって、３層目を、１層目と２層目の材料のうち屈折率が高い方の材料である１層目よりも若干高い屈折率の高分散材料とした例である。また、例２は、１層目と２層目がいずれも高分散材料であって、３層目を、１層目と２層目の材料のうち屈折率が高い方の材料である２層目よりも若干高い屈折率の低分散材料とした例である。また、例３は、１層目と２層目がいずれも高分散材料であって、３層目を、１層目と２層目の材料のうち屈折率が高い方の材料である２層目よりも若干低い屈折率の低分散材料とした例である。
【００９８】
このように、それぞれの回折格子を形成する材料の組み合わせにおいて、材料間の屈折率の差が大きい場合には波長分散が近いもの同士（例えば、低分散材料と低分散材料の組み合わせや高分散材料と高分散材料）の組み合わせとなり、材料間の屈折率の差が小さい場合には波長分散が離れているもの同士（例えば、低分散材料と高分散材料）の組み合わせとなるように３つの材料を選定するのが好ましい。なお、上記例では、低屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせまたは中屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせであれば、材料間の屈折率の差が大きいものとし、低屈折率材料と低屈折率材料の組み合わせまたは高屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせであれば、材料間の屈折率差が小さいものとしているが、屈折率差の大きい／小さいの判断基準はこの限りではない。例えば、本実施の形態では２つの材料のｄ線の屈折率の差が０．０４以上であれば大きい、０．０４未満であれば小さいとしてもよい。
【００９９】
さらに付け加えると、ピッチが小さくなったときや回折格子への入射角度が大きくなったときに、回折効率の低下を防ぐためには、凹凸構造の凸部の高さすなわち格子高さが高くなりすぎないことが好ましい。より具体的には、回折格子２０１の格子高さが２０μｍ以下であるとよく、さらに１５μｍ以下であるとより好ましい。以下、屈折率の条件として回折格子２０１の格子高さが２０μｍ以下である範囲と、１５μｍ以下となる範囲とをそれぞれ示す。以下では、説明する図の凹凸高さの符号が同じ場合は、凹凸構造の凸と凸が重なるように配置され（図１５（ａ）参照。）、符号が逆の場合は、凹凸構造の凸と凹が対向するように配置され（図１５（ｂ）参照。）、格子高さは絶対値での値が上記の範囲となる条件を示す。図１５（ａ）は、２つの回折格子の高さ方向が逆の場合の例を示す説明図であり、図１５（ｂ）は、２つの回折格子の高さ方向が同じ場合の例を示す説明図である。
【０１００】
なお、以下では、１層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ１、２層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ２、３層目の材料のｇ線の屈折率をｎｇ３としている。また、１層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ１、２層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ２、３層目の材料のｅ線の屈折率をｎｅ３としている。また、１層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ１、２層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ２、３層目の材料のＣ線の屈折率をｎＣ３としている。また、１層目と２層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ１−ｎｅ２）をΔｎｅ１２とし、２層目と３層目のｅ線の屈折率の差（ｎｅ２−ｎｅ３）をΔｎｅ２３としている。また、１層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ１−ｎＣ１）−（ｎｇ２−ｎＣ２）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）１２とし、２層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差と３層目の材料のｇ線とＣ線の屈折率の差の差｛（ｎｇ２−ｎＣ２）−（ｎｇ３−ｎＣ３）｝をΔ（ｎｇ−ｎＣ）２３としている。
【０１０１】
このとき、図１２に示した１層目材料を回折格子層２２の材料とし、２層目材料を回折格子層２３の材料とし、３層目材料を回折格子層２４の材料とする。
【０１０２】
ここで、以下の式（５）〜（９）を定義する。なお、以下の式（５）〜（９）におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、上記組み合わせ例１〜６の具体的な値や範囲等を計算していった際に得られた格子高さに対して相関のある値を見積もったときの経験式のパラメータである。
【０１０３】
【数１】
2013168740.tif 000003
【０１０４】
【数２】
2013168740.tif 000004
【０１０５】
【数３】
2013168740.tif 000005
【０１０６】
【数４】
2013168740.tif 000006
【０１０７】
【数５】
2013168740.tif 000007
【０１０８】
すなわち、これらのパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを所定の値にすると、格子高さと相関が得られることが経験的にわかった。
【０１０９】
まず、組み合わせ例１を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。図１５に、組み合わせ例１を満たす材料セットを用い、Ａ＝５．５としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を示す。また、図１７に、組み合わせ例１を満たす材料セットを用い、Ｅ＝０．５としたときの式（９）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を示す。図１５より、式（５）の値＜０．６５であれば、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さは十分に１５μｍ以下となることがわかり、図１７より、式（９）の値＞０．９４であれば、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さは十分に１５μｍ以下となることがわかる。また、図１８に、組み合わせ例１を満たす材料セットを用い、Ｃ＝−１．５としたときの式（７）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す。また、図１９に、組み合わせ例１を満たす材料セットを用い、Ｄ＝０．７としたときの式（８）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す。図１８より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．５以外であり、１５μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．７以外であることがわかる。また、図１９より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（８）の値＜１．５５であり、１５μｍ以下となるのは、式（８）の値＜１．５１であることがわかる。
【０１１０】
次に、組み合わせ例２を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。組み合わせ例２を満たす材料セットを用いた場合であって、Ａ＝５．５としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造高さとの相関を図２０に示す。また、Ｂ＝１．２としたときの式（６）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図２１に示す。図２０より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．８５であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．７８であることがわかる。また、図２１より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９９であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９７５であることがわかる。また、Ｃ＝−１．３としたときの式（７）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図２２に示す。なお、図２２（ａ）は式（７）の値が−２〜２の範囲において回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す説明図であり、図２２（ｂ）は、スケールをより大きくして、式（７）の値が１．５〜２．１の範囲において回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す説明図である。また、Ｂ＝０．２９としたときの式（６）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図２３に示す。図２２より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．５７５以外であり、１５μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．６５以外であることがわかる。また、図２３より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９７であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９６であることがわかる。
【０１１１】
次に、組み合わせ例３を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。組み合わせ例３を満たす材料セットを用いた場合であって、Ａ＝５．５としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図２４に示す。また、Ｂ＝１．２としたときの式（６）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さの相関を図２５に示す。図２４より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．８５であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．７８であることがわかる。また、図２５より、式（６）の値＜１．０１であれば、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さは十分に１５μｍ以下であることがわかる。また、Ｃ＝−１．３としたときの式（７）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図２６に示す。なお、図２６（ａ）は式（７）の値が−２〜２の範囲において回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す説明図であり、図２２（ｂ）は、スケールをより大きくして、式（７）の値が１．５〜２．１の範囲において回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を示す説明図である。また、Ｂ＝０．２９としたときの式（６）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図２７に示す。図２６より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．５７５以外であり、１５μｍ以下となるのは、０＜式（７）の値＜１．６５以外であることがわかる。また、図２７より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９７であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９６であることがわかる。
【０１１２】
また、上記の組み合わせ例４、５では、１層目と２層目の材料セットとして、屈折率差がある程度小さく（例えば、０．０４未満）かつ分散特性が離れている材料を選択した場合に、３層目を、それらの材料のうち屈折率が高い方の屈折率よりも高い屈折率（これにより、１層目と２層目との屈折率差よりも２層目と３層目の屈折率差が大きくなる）でかつ分散特性がそれらの材料のうち屈折率が低い方の分散特性と似ている材料としている。
【０１１３】
このような組み合わせ例４を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。組み合わせ例４を満たす材料セットを用いた場合であって、Ａ＝０．２としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図２８に示す。また、Ｂ＝０．１としたときの式（６）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図２９に示す。図２８より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．９７であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．９６５であることがわかる。また、図２９より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜１．０１７であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜１．０１５であることがわかる。また、Ａ＝０．８としたときの式（５）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３０に示す。また、Ｂ＝０．４７としたときの式（６）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３１に示す。図３０より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）の値＜１．０４５であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜１．０２５であることがわかる。また、図３１より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９８であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜０．９７であることがわかる。
【０１１４】
次に、組み合わせ例５を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。組み合わせ例５を満たす材料セットを用いた場合であって、Ａ＝０．０５としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図３２に示す。また、Ｂ＝０．２としたときの式（６）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図３３に示す。図３２より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．９７５であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜０．９７であることがわかる。また、図３３より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）の値＜１．００５であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）の値＜１．０００であることがわかる。また、Ａ＝０．３としたときの式（５）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３４に示す。また、Ｂ＝０．６としたときの式（６）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３５に示す。図３４より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（５）＜０．９９であり、１５μｍ以下となるのは、式（５）＜０．９７５であることがわかる。また、図３５より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（６）＜０．９６５であり、１５μｍ以下となるのは、式（６）＜０．９５であることがわかる。
【０１１５】
また、上記の組み合わせ例６では、１層目と２層目の材料セットとして屈折率がほぼ同じで分散特性が離れている材料を選択した場合に、２層目を高分散材料とし、かつ３層目を、その２層目の材料よりも高い屈折率でかつ分散特性が離れているような材料としている。
【０１１６】
そのような組み合わせ例６を満たす材料セットによる上述の式（５）〜（９）の値と回折格子の高さとの相関について示す。組み合わせ例６を満たす材料セットを用いた場合であって、Ａ＝０．６としたときの式（５）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図３６に示す。また、Ｄ＝−２．０としたときの式（８）の値と回折格子２０１の凹凸構造の高さとの相関を図３７に示す。図３６より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０〜１５μｍ以下となるのは、式（５）の値＜１．００か、式（５）の値＞１．０１であることがわかる。また、図３７より、回折格子２０１の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、１．７７＞式（８）の値＞１．４９であり、１５μｍ以下となるのは、１．７５＞式（８）の値＞１．５２であることがわかる。また、Ｃ＝−５．０としたときの式（７）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３８に示す。また、Ｅ＝４．０としたときの式（９）の値と回折格子２０２の凹凸構造の高さとの相関を図３９に示す。図３８より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さは、式（７）の値＜２．１５であれば十分に２０μｍ以下であり、１５μｍ以下となるのは、式（７）の値＜１．９５であることがわかる。また、図３９より、回折格子２０２の凹凸構造の高さすなわち格子高さが２０μｍ以下となるのは、式（９）の値＞１．１２５であり、１５μｍ以下となるのは、式（９）の値＞１．１５であることがわかる。
【０１１７】
また、本実施形態の構成は、緑領域の回折効率が下がりやすいため、以下に定義する式（１０）、（１１）の値をある範囲に設定するとよい。
【０１１８】
Ｐ’＝Ｐ＋０．１６７ｎｅ−０．６０５  ・・・式（１０）
【０１１９】
Ｑ’＝ΔＰ’／（Δｎｅ）１／２  ・・・式（１１）
【０１２０】
回折格子２０１と回折格子２０２の格子高さが２倍以上異なる場合、２層目と３層目において、相対的に高分散材料と低分散材料のＰ´の差が、上述の組み合わせ例１では、０．０５５以下だと９８％の回折効率となり好ましく、０．０１５以下だと９９％の回折効率となりさらに好ましい。また、組み合わせ例３では、０．０４５以下だと９８％の回折効率となり好ましく、０．０１以下だと９９％の回折効率となりさらに好ましい。また、組み合わせ例６では、０．０６５以下だと９８％の回折効率となり好ましく、０．０２８以下だと９９％の回折効率となりさらに好ましい。
【０１２１】
また、回折格子２０１と回折格子２０２の格子高さが２倍以内の場合は、１層目と３層目において、相対的に高分散材料と低分散材料のＰ´の差とe線の屈折率差の平方根の商の値Ｑ’が０．３より小さいと緑領域の回折効率は９８％となり好ましく、０．１より小さいと緑領域の回折効率は９９％以上となり、さらに好ましい。
【０１２２】
このように、３つの材料の組み合わせを適切に調整すれば、回折格子の高さが高くなりすぎることなく、回折格子のアスペクト比を小さくできるので、効率の劣化が抑制でき、かつ作製しやすい回折格子が得られる。
【０１２３】
ところで、本実施形態において、材料の配置順を決定する際に入射角度依存性の関係を考慮するのが好ましい。
【０１２４】
以下、本実施形態における入射角度依存性と材料の配置順について説明する。以下では、図４０に示すような単レンズ形状の透明基板２１上に回折格子層２２，２３，２４を積層して正のパワーを有するハイブリッドレンズとして機能させる回折光学素子２０を例に用いて説明する。
【０１２５】
図４１は、図４０に示した回折光学素子２０における回折構造への入射光線の入射面と回折方向との関係を示す説明図である。なお、図４１では、積層させた回折格子層の上層側すなわち回折格子層２４側から光が入射した場合の回折方向を示している。
【０１２６】
図４１に示すように、回折光学素子２０において回折格子の最底部をつないだ線をそれぞれ８１，８２とするとき、この２本の線は互いに平行となっているものとする。以下、便宜上、回折格子層２４内に結ばれる線を８１、回折格子層２２内に結ばれる線を８２とする。すると、入射する光線に近い側の線８１の法線と入射光線とがなす角αが回折構造への入射角度となる。入射角度は、法線方向から光軸側を正とする。今、線８１側から入射光線３８が法線８４の関係で入射したとする。このとき、入射方向は正であり、回折方向は入射光線を延長した仮想線より光軸側に回折した方向（図に示す方向）となる。
【０１２７】
図４２は、図４１に示す回折構造の入射角度による回折効率の変化の一例を示すグラフである。図４２に示すように、図４１に示すような形状および回折方向を有する回折構造では斜入射となったとき、入射角度が正の場合と負の場合とでは回折効率の変化が異なっているのがわかる。図４２に示す例では、入射角度が正であれば、負の場合と比べて入射角度依存性が弱いことがわかる。
【０１２８】
次に、図４３に示すような、積層させた回折格子層の下層側すなわち回折格子層２２側から光が入射することを考える。図４３は、図４０に示した回折光学素子２０における回折構造への入射光線の入射面と回折方向との関係を示す説明図である。図４３に示す例でも、回折光学素子２０において回折格子の最底部をつないだ線のうち、回折格子層２４内に結ばれる線を８１、回折格子層２２内に結ばれる線を８２とする。なお、この２本の線８１，８２は互いに平行となっているものとする。すると、入射する光線に近い側の線８２の法線と入射光線とがなす角αが回折構造への入射角度となる。今、線８２側から入射光線８３が法線８４の関係で入射したとする。このとき、入射方向は光軸側とは反対であるので負であり、回折方向は入射光線を延長した仮想線より光軸側に回折した方向（図に示す方向）となる。
【０１２９】
図４４は、上述の組み合わせ例１，２，３のいずれかに該当する材料セットによる図４３に示す回折構造の入射角度による回折効率の変化の一例を示すグラフである。上述の組み合わせ例１，２，３に該当する材料セットを用いる場合、図４４に示すように、図４３に示す形状および回折方向を有する回折構造では斜入射となったとき、入射角度が正の場合と負の場合とでは回折効率の変化が異なっているのがわかる。図４４に示す例では、入射角度が負であれば、正の場合と比べて入射角度依存性が弱いことがわかる。従って、本実施形態においても入射角度が入射角度依存性の弱い方向となるように回折構造の材料配置の位置関係を調整するのが好ましい。具体的には、ある曲率を持った基板上に回折格子を形成する際に、入射光線を延長した仮想線より光軸側に回折する場合には、光路差の大きい回折格子を形成する２つの材料のうち、屈折率の小さい材料が曲率半径の中心により近い側に配置されると好ましく、光軸側とは反対側へ回折する場合には、屈折率の大きい材料が曲率半径の中心により近い側に配置されると好ましい。
【０１３０】
例えば、図４１に示すような構造および用途であれば、２つの回折格子２０１，２０２について、回折格子１周期における凹凸の最も深い部分と浅い部分の光路差を比較し、光路差の大きい回折格子が出射側に位置しているのが好ましい。すなわち、回折格子２０１をなす回折格子層２２の材料と回折格子層２３の材料の屈折率に凹凸高さを乗算し差を取った光路差と、回折格子２０２をなす回折格子層２３の材料と回折格子層２４の材料の屈折率に凹凸高さを乗算し差を取った光路差とを比較した場合に、出射側に位置している回折格子２０１をなす回折格子層２２の材料と回折格子層２３の材料によって形成される光路差の方が、入射側に位置している回折格子２０２をなす回折格子層２３の材料と回折格子層２４の材料によって形成される光路差よりも大きくなるように各材料が配置されていることが好ましい。
【０１３１】
また、例えば、図４３に示すような構造および用途であれば、２つの回折格子２０１，２０２について上記同様の光路差を比較し、格子材料の光路差の大きい回折格子が入射側に位置しているのが好ましい。すなわち、回折格子２０１をなす回折格子層２２の材料と回折格子層２３の材料の屈折率に凹凸高さを乗算し差を取った光路差と、回折格子２０２をなす回折格子層２３の材料と回折格子層２４の材料の屈折率に凹凸高さを乗算し差を取った光路差とを比較した場合に、入射側に位置している回折格子２０１をなす回折格子層２２の材料と回折格子層２３の材料によって形成される光路差の方が、出射側に位置している回折格子２０２をなす回折格子層２３の材料と回折格子層２４の材料によって形成される光路差よりも大きくなるように各材料が配置されていることが好ましい。なお、回折方向が逆になった場合はどちらの場合もこの関係を逆にすればよい。
【０１３２】
なお、素子構成としては、凸レンズ上に回折構造を形成する場合は、格子材料の光路差の大きい回折格子が凸レンズ側すなわち透明基板２１により近い側に配置されるようにすればよい。一方、凹レンズ上に形成する場合は、入射方向に対する回折格子層の配置順を凸レンズ上に形成する場合とは逆にすればよい。図４５に、凹レンズ上に本実施形態の回折格子構造を形成する場合の回折格子層２２，２３，２４の配置例を示す。図４５に示す例では、透明基板２１上に積層される回折格子２０１，２０２の材料の光路差の大小関係として、外側すなわち透明基板２１により遠い側に位置している回折格子２０２の方が、凹レンズ側すなわち透明基板２１により近い側に位置している回折格子２０１よりも光路差が大きくなるように各材料が配置されていることが好ましい。
【０１３３】
なお、図１２に示した材料の組み合わせ例は、図４０に示すような、正のパワーを有する凸レンズに本発明の回折構造を組み入れた構成において、好ましいとされる各層の材料の組み合わせの例であるので、入射してくる光が回折格子の回折方向に対してどのように傾いているかによってこれらの材料の組み合わせの配置を変えるのが好ましい。
【０１３４】
このように、回折構造を形成する面の形状と、入射してくる光の角度分布によって最適な構造をとることが任意にできるため、入射角依存性による回折効率の劣化をより抑制できる。
【０１３５】
以上のように、３層の密着積層型回折格子として用いる材料の組み合わせにおいて、材料セットの屈折率差および分散特性が所定の条件を満たすものを選択することによって、フレアを効果的に抑制できる。また、本実施形態によれば、材料の選択性を広げた上で、第１の実施形態と同等以上の効果を得ることができる。
【０１３６】
実施形態３．
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４６は、本発明の第３の実施形態の回折光学素子の例を示す構成図である。なお、図４６（ａ）は、第３の実施形態の  回折光学素子の断面を模式的に示す模式断面図である。また、図４６（ｂ）は、図４６（ａ）に示した回折光学素子３０の分解断面図である。
【０１３７】
図４６に示すように、本実施形態の回折光学素子３０は、少なくとも１つの透明基板３１を有し、その透明基板３１上に、第１の回折格子層３２（以下、単に「回折格子層３２」ともいう）と第２の回折格子層３３（以下、単に「回折格子層３３」ともいう）と第３の回折格子層３４（以下、単に「回折格子層３４」ともいう）と第４の回折格子層３５（以下、単に「回折格子層３５」ともいう）とが積層されて、これら第１の回折格子層３２と第２の回折格子層３３の界面の少なくとも一部において回折格子３０１が形成されているとともに、第３の回折格子層３４と第４の回折格子層３５の界面の少なくとも一部において回折格子３０２が形成されている。すなわち、第１の回折格子層３２の第２の回折格子層３３側の界面の一部と、第２の回折格子層３３の第１の回折格子層３２側の界面の一部とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する凹凸構造が形成されており、これら２つの層の凹凸構造３２１，３３１が向かい合わせで密着するように積層されるとともに、第３の回折格子層３４の第４の回折格子層３５側の界面の一部と、第４の回折格子層３５の第３の回折格子層３４側の界面の一部とには、組み合わされて１つの回折格子として作用する第２の凹凸構造が形成されており、これら２つの層の凹凸構造３４１，３５１が向かい合わせで密着するように積層されることによって、透明基板３１上に異なる４つの材料の組み合わせで構成される２つの回折格子３０１，３０２が形成されている。本実施の形態においても、回折格子３０１と３０２とで格子ピッチは略同一とする。格子ピッチの略同一とはピッチの差が±２％以内の場合をいう。なお、格子高さは異なっていてもよい。
【０１３８】
本実施形態においても、回折格子層が積層される透明基板３１の面は、平面であっても曲面であってもよい。また、透明基板３１と第１の回折格子層３２とを同じ材料としてもよい。また、透明基板３１の対向側に、さらに１つの透明基板を有していてもよい。すなわち、２枚の透明基板の間に回折格子層３２，３３，３４，３５が挟持された構成であってもよい。
【０１３９】
なお、本実施形態の回折光学素子３０は、それぞれが異なる２つの光学部材を組み合わせて合計２つの回折格子を形成した、いわゆる４層密着積層型の回折光学素子であって、図４７に示すように、本実施形態の回折光学素子３０は、格子１周期についてみると、４種の光学部材層を使って２つの回折面が形成されているとみなすことができる（図４７の破線参照。）。
【０１４０】
このような２つの回折面を形成する４つの材料、すなわち回折格子層３２，３３，３４，３５の材料は、第２の実施形態と同様の条件を基に選択すればよい。すなわち、１つの回折面を形成する回折格子の組み合わせにおいて、回折格子層３２と３３の屈折率の相対関係と第２の実施形態の回折格子層２２と回折格子層２３の材料の屈折率の相対関係とが同じであればよく、かつ、回折格子層３４と３５の屈折率の相対関係と第２の実施形態の回折格子層２３と回折格子層２４の材料の屈折率の相対関係とが同じであればよい。例えば、上述した式（５）〜式（９）は、すべて回折格子を形成する隣り合う材料の屈折率差によって定義してあるので、本構造に対してもそのまま適用される。すなわち、第２の実施形態の２層目の材料を、２−１層目、２−２層目というように分けて考えればよい。
【０１４１】
本実施形態では、このような条件を満たした上でさらに波長依存性を改善するために、４層構造の利点を活かし、任意の組み合わせにおいて、屈折率がほぼ同じであって、異なる部分分散比を持つ材料を用いてもよい。
【０１４２】
例えば、上述の図４０に示した回折光学素子２０を作製する場合、回折格子層２２、回折格子層２３、回折格子層２４と積層していくと、回折格子２０２の側壁が内側に向いている構造となっているため、回折格子層２４をインプリントする際に型を離型する工程が困難となることを考慮して、格子の形状を理想的な形状から崩すことが考えられる。そのような場合に、例えば、図４８のような構造にし、かつ回折格子層３２を回折格子層２２と同一の材料とし、回折格子層３３を回折格子層２３と同一の材料とし、回折格子層３４を回折格子層２４と同一の材料とし、回折格子層３５を回折格子層２３と同一の材料とし、回折格子層２３と２４によって形成される凹凸構造の凹凸方向を回折格子層３４と回折格子層３５によって形成される凹凸構造の凹凸方向を反転させることによって、同一の回折効率を得られ、かつ、型の離型も容易となり、理想的な形状が作成しやすい。
【０１４３】
また、図４９は、回折格子層３２，３３，３４，３５を形成する４つの材料６，７，８，９の波長ごとの屈折率の一例を示すグラフである。なお、２つの回折格子３０１，３０２が、図１２で示した材料セットを用いて作製される第２の実施形態の回折格子２０１，２０２と同様の作用をもつように構成できれば、材料６〜９をいずれの回折格子層に用いるかは任意である。すなわち、第２の実施形態の２層目の材料を、２−１層目、２−２層目というように分けて図１２の屈折率差と波長分散の関係をみたときに、２つの回折格子を構成する材料セットの関係が少なくとも図１２で示される関係を満たしていればよい。例えば、図４９に示す例では、材料６を回折格子層３５に用い、材料７を回折格子層３４に用い、材料８を回折格子層３３に用い、材料９を回折格子層３２に用いていてもよい。また、例えば、材料６を回折格子層３２に用い、材料７を回折格子層３３に用い、材料８を回折格子層３４に用い、材料９を回折格子層３５に用いていてもよい。なお、本実施形態においても、第２の実施形態と同様の原理にて入射角度依存性を抑制できる。
【０１４４】
図４９に示す例では、材料６と７が１つの組み合わせであって、波長分散が近いものの例である。また、材料８と９がもう１つの組み合わせであって、波長分散が離れているものの例である。また、材料６と８は、屈折率がほぼ同じで、主分散に関してもかなり近いように見えるが、部分分散比は異なっていることがわかる。このような材料を異なる格子高さで組み合わせて回折効率の波長依存性を小さくすることに利用している。
【０１４５】
図５０は、図４９に示す材料６〜９を組み合わせて作製された本実施形態の回折光学素子３０の１次の回折効率の一例を示すグラフである。なお、図５０に示す本実施形態の回折光学素子３０は、材料９による回折格子層３２と材料８による回折格子層３３とで高さ１２．９μｍの回折格子３０１を形成し、かつ材料７による回折格子層３４と材料６による回折格子層３５とで高さ７．４μｍの回折格子３０２を形成した場合の例である。図５０に示すように、可視光帯域全体において９９％以上の回折効率を維持できているのがわかる。
【０１４６】
以上のように、本実施形態では、材料を、それぞれの相対関係のみを考えればよいので選択肢がより増える。また、材料の選択肢が増えることによって、部分分散比のような、同一の屈折率では変化させることが難しいようなパラメータであっても、設計パラメーターとして用いることができるようになる。選択の仕方の例として、利用できる材料の中で部分分散比が大きく異なる（例えば、０．０２以上）ものを２種類ピックアップし、その２種類の材料に対して、それぞれ第２の実施形態と同様の組み合わせ条件に合致する材料を選択してもよい。第１の実施形態および第２の実施形態に対して、選択できる材料が同じであれば、必ず可視光帯域の波長依存性を同等かそれ以下にできる。
【０１４７】
実施形態４．
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の構成において、各回折格子を形成する回折格子層の表面の形状を非球面とする構成である。積層型回折格子を作製する場合、回折格子を積層させる土台となる透明基板の表面形状を球面ではなく非球面とすることで、光学系全体の収差の抑制ができることが知られている。しかし、ガラス等のレンズを非球面に加工することは難しくコストが高くなる問題があった。
【０１４８】
そこで、本実施形態では、形状制御がしやすい樹脂材料を非球面とすることで、低コストで収差が抑制された光学系を得ることができる。具体的には、回折格子を形成する樹脂の回折格子が存在しない側の面であって透明基板と接していない面の形状を非球面としてもよい。また、例えば、回折格子層によって形成される、最も透明基板１１と近い回折格子の頂点（本例では、ブレーズ形状の各構造における頂点）を結んだ曲線が非球面であってもよい。
【０１４９】
図５１（ａ）は、本実施形態の回折光学素子の例を模式的に示す模式断面図である。なお、図５１（ｂ）は、図５１（ａ）において破線で囲んだ部分のうち回折格子面のみを取り上げて拡大して示す説明図である。なお、図５１に示す例は、第１の実施形態の回折光学素子１０に対して本実施形態の構成要素を適用させた例であり、透明基板１１上には、一方の面に凹凸構造１２１を有する第１の回折格子層１２と、同じく一方の面に凹凸構造１３１を有する第２の回折格子層１３とが、互いの凹凸構造を向き合わせた状態で密着させて積層されている。本例では、回折格子層１２と回折格子層１３とによって形成される、単レンズ形状の透明基板１１と最も近い回折格子の頂点を結んだ曲面（図５１（ｂ）の破線１２２参照。）が非球面となっている。
【０１５０】
このような構成とすることによって、色収差と同時に、収差を効果的に除去できる非球面を追加できる。
【０１５１】
また、図５２は、本実施形態の回折光学素子の他の例を模式的に示す模式断面図である。図５２に示す例は、第１の実施形態の回折光学素子１０に対して本実施形態の構成要素を適用させた例であり、透明基板１１上には、一方の面に凹凸構造（回折面）１２１を有する第１の回折格子層１２と、同じく一方の面に凹凸構造（回折面）１３１を有する第２の回折格子層１３とが、互いに回折面を密着させて積層されている。本例では、積層された回折格子層１２のうち最も外側の層の表面である面１３２が非球面となっている。
【０１５２】
このような構成とすることによって、色収差と同時に、収差を効果的に除去できる非球面を樹脂のインプリント法によって追加できる。従って、収差低減効果に加えて、光学系のレンズの枚数を削減できるメリットがある。
【０１５３】
なお、図５１および図５２では、第１の実施形態の構成に本実施形態を適用させた例を示したが、本実施形態は、第２および第３の実施形態の構成に対しても同様に適用可能である。
【０１５４】
実施形態５．
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の構成において、透明基板と回折格子層との間、および／または、回折格子層と回折格子層との間に薄膜を介在させることにより、シランカップリング剤等によるカップリング処理の効果を高めて密着性を向上させたり、透明基板と回折格子層、及び、回折格子層と回折格子層の屈折率が異なることによって発生する反射を抑制し、フレアの発生を抑制する。
【０１５５】
図５３に示す回折光学素子１０は、第１の実施形態の構成において、透明基板１１と回折格子層１２との間に薄膜１４を介在させてカップリング処理を行った例である。図５３に示すように、本実施形態では、透明基板１１を所望の形状に加工した後、透明基板１１上に、シリカ等を材料とする薄膜１４を作成する。その後、透明基板１１に積層される形で形成された薄膜１４に対してシラン等を用いてカップリング処理を行った上で、その薄膜１４の上に回折格子層１２を形成する。
【０１５６】
また、図５４に示す回折光学素子１０は、第１の実施形態の構成において、回折格子層１２と１３との間に薄膜１４を介在させてカップリング処理を行った例である。なお、図５３と図５４の例とを組み合わせて実施可能してもよい。
【０１５７】
図５４に示す例では、透明基板１１に回折格子層１２が形成された状態で、その回折格子層１２の上に、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等を用いて、シリカ等を材料とする薄膜１４を作成する。その後、回折格子層１２に積層される形で形成された薄膜１４に対して、シラン等を用いてカップリング処理を行った上で、その薄膜１４の上に回折格子層１３を形成する。薄膜１４の厚さとしては、５ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましい。
【０１５８】
このように、基板と回折格子層間や各回折格子層間に薄膜１４を介在させてカップリング処理を行うことによって、密着性の向上による耐久性も向上できる。また、界面が剥離することによる散乱の発生も抑止できる。なお、回折格子層と基板との界面にカップリング処理を行った場合にも、基板界面において同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
また、薄膜１４の屈折率と厚み、膜構成を調整して単層膜もしくは多層膜を成膜することで、反射防止膜とできる。そのような場合には、回折格子を形成している面の大部分の光線が入射する面に対してのみでなく、垂直に近い角度となっている凹凸の側面の反射を抑制できる。回折格子を構成する回折格子層の側面に効果的に反射防止膜を製膜するには、ＣＶＤやイオンアシスト等を利用したスパッタリング法を用い、該回折格子に撮像素子の有効面積によって規定される有効画角よりも外部の入射角度から入射する光の平均的な入射角度の反射率が小さくなるように膜厚や屈折率を決定し、膜構成するとよい。単層膜の場合は、界面を形成する各材料の屈折率の間の屈折率を持つ膜を成膜すると、広い波長範囲に渡って効果的に反射を抑制できる。また、単層膜、多層膜ともに、フレアの原因となる画角外に存在する光源等が想定される位置の平均値に、膜厚や屈折率を最適化することによって発生するフレアを効果的に抑制することできる。なお、回折格子を構成する回折格子層の間の薄膜（より具体的には反射防止膜）の厚さが１μｍ以下であれば、回折格子層の組み合わせによる回折格子として実質的に作用する。
【０１６０】
また、上記説明では、第１の実施形態の構成において本実施形態による薄膜を生成し、カップリング処理や回折格子によるフレアの発生を抑制させることに適用させる場合を例に説明したが、このような薄膜１４は上記各実施形態のいずれにも適用可能である。
【０１６１】
実施形態６．
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の構成において、回折格子の位相伝達関数の定数項の決定方法を工夫することによって、樹脂の収縮による凹凸の発生を抑止する構成である。図５５は、従来の回折レンズと比較して、本実施形態の回折光学素子の回折格子部分の断面形状を模式的に示す説明図である。
【０１６２】
例えば、回折レンズを形成する場合、レンズの中心位置付近が非常に大きなピッチを持った回折構造となる場合がある。すると、樹脂の収縮により回折格子を埋めた樹脂の表面にも同様の凹凸が発生し、収差や回折効率の劣化を引き起こす場合があった（図５５（ａ）参照）。本実施形態では、このような場合を考慮し、光学特性を変えずに形状を変えることによって上記問題を解決する。
【０１６３】
図５５（ｂ）は、本実施形態の回折光学素子における位相伝達関数の定数項の決定結果を模式的に示した説明図である。回折レンズによって形成される位相波面を表すものとして、以下の位相伝達関数（式（１２））を考える。
【０１６４】
φ（ｒａｄ）＝ρ０＋Σρｎｒ２ｎ  ・・・式（１２）
【０１６５】
このρ０の項を中心部分の凹凸のアスペクト比が下がるように設定する。具体的には、図５６に示すように、回折格子の直径方向に対し、各輪帯の幅をＰｎ（ｎは、光軸中心の輪帯を１として、外側に凹凸１周期ごとに大きくなる整数値とする。）、輪帯の高さｄｎとしたとき、これらの積（Ｐｎ×ｄｎ）の最大値が小さくなるように設定する。このように設定することによって、回折格子層１３の収縮が収差や回折効率に与える影響を小さくする。
【０１６６】
ここで、回折レンズが焦点距離１０００ｍｍの集光効果のみの機能を有するとする。このとき、Ｐ１＝−７．８５となる。なお、Ｐ２以降の係数は０である。この場合の位相伝達関数とその微分値は単調現象となるため、そのときの輪帯の高さｄｎと各輪帯の幅Ｐｎの積の最大値を考えるには、輪帯中央部分２輪帯を考えればよい。一般的には、微分値が０付近の輪帯と両隣の輪帯を考えればよい。図５７に、ρ０を変化させたときの輪帯の高さと輪帯の幅の積の関係を示す。
【０１６７】
図５７に示す例では、ρ０＝−２．５であれば、各輪帯の幅と高さの積の最大値が最小になる。なお、本例の場合では−１．７５〜−３．２５の範囲であれば、設計値からの収差のずれが抑制されたことが確認された。以上より、各輪帯の幅と高さの積の最大値が最小になるρ０の値に対して、±３割程度の誤差は認められるものと考えられる。
【０１６８】
なお、図５６に示す例では、第１の実施形態に適用させる場合を例に、１つの回折格子に対して位相伝達関数の定数項の決定方法について示したが、回折格子が複数積層される第２および第３の実施形態においても、製造工程において回折格子を埋める樹脂の表面に収縮による凹凸の発生が発生すると収差や回折効率の劣化を引き起こす原因となりうるため、各回折格子に対して同様の方法により中心部分の凹凸のアスペクト比が下がるように位相伝達関数のρ０を設定することが好ましい。
【０１６９】
実施形態７．
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の構成において、有効領域外にも回折格子と同様の構造を作成する構成である。
【０１７０】
図５８は、本実施形態の回折光学素子の積層回折格子層部分の断面を模式的に示す模式断面図である。例えば、有効領域にのみ回折格子層を積層する構成では、いずれかの回折格子層をその好適材料である樹脂で作成した場合に、樹脂の収縮量の違いから有効径外周部や有効径外の樹脂上にしわや剥離、充填樹脂の不足による空隙等の異常が発生して、異常発生部位に入射した光が反射や散乱し、フレアの原因となることがわかった。そこで、図５８に示すように、回折格子層を積層する土台となる透明基板の端部まで樹脂層を延長して形成する。また、その際、領域によって樹脂の収縮量の大きな違いが発生しないよう、端部においてもダミーの凹凸構造を形成することがより好ましい。すなわち、２層の樹脂層が積層されて互い違いの凹凸形状が作られていることが好ましい。
【０１７１】
これにより、樹脂上にしわや剥離、充填樹脂の不足による空隙等の異常が発生することを防止できる。有効領域外に設ける凹凸構造は、有効径内の最小ピッチと同じかそれ以上のピッチであることが好ましい。例えば、本発明の回折光学素子を、形状をフレネルレンズに模した回折レンズとして実現させる場合、フレネルレンズの有効径内の最外周の格子ピッチをｐｘとしたとき、フレネルレンズ有効径外に充填率が０．３５〜０．６５の格子ピッチ２ｐｘ〜０．５ｐｘの格子構造を形成してもよい。なお、有効径外においては、作製を容易とするために、外周に向かうほど格子ピッチが大きくなるような凹凸構造であってもよい。なお、末端部においては、凹凸構造を有していなくてもよく、また、例えば１種類の材料のみによる樹脂膜が形成される構成であってもよい。なお、樹脂層で覆う領域は、少なくとも有効径外を含んでいればよく、必ずしも基板の全ての表面を覆う必要はない。例えば、光学系に組み込む際に支持部との勘合部位として用いる領域等は含んでいなくてもよい。
【０１７２】
実施形態８．
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の構成において、回折構造に光が入射したときの回折格子の側壁に反射される光による散乱光の発生を抑制するために、回折構造を作成する材料の屈折率の差を定めた。
【０１７３】
図５９は、格子側壁によって光が反射される様子を模式的に表した説明図である。なお、図５９では、格子側壁の反射光による散乱の様子を模式的に示している。図５９に示すように、格子側壁に光が反射されると、その角度によっては大きな散乱光が発生していた。例えば、撮像素子に有効画角外の光が入射してフレアの原因となる場合があった。特に逆光時等の画質が劣化していた。
【０１７４】
このとき、回折構造を作成した材料の屈折率差と反射される角度における散乱光の発生光量を測定すると、図６０に示すような傾向を得た。
【０１７５】
側壁部分の面積は、格子間の屈折率差を大きくすることで小さくできる。しかし、屈折率差が大きいとそれだけ反射率が大きくなるので、図６０に示すように、結果的に反射量が増えることになっていた。調べた結果、側壁での反射量は屈折率の２乗に近い関数で増加する傾向にあることがわかった。
【０１７６】
本実施形態では、上記各実施形態の構成に加えて、格子間の屈折率差を０．１５以下とすることにより、一般的に反射防止膜が目標とする反射率と同程度の反射率である垂直入射時の反射光が０．５％以下となり、また、画角外の光によって格子側壁から反射される反射光の反射率も小さくなるため、フレアの発生を抑制する。
【０１７７】
しかし、屈折率差を小さくしすぎると回折格子の高さが高くなり、回折効率の劣化が発生しやすくなる。このため、実施の形態１の構成では回折格子を構成する材料間の屈折率差は、０．０２〜０．１５の範囲であることがより好ましく、実施の形態２や実施の形態３の構成ではそれぞれの回折格子を構成する材料間で、０．１５以下であることが好ましい。なお、回折格子を形成し、回折格子を構成する材料間の屈折率差は上記範囲内であってもカップリング処理のために薄膜を介在させることも考えられる。そのような場合であっても、薄膜の厚さが１００ｎｍ以下、もしくは、反射防止膜であれば反射率に大きな変化を及ぼさない。
【０１７８】
実施形態９．
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明による回折光学素子を撮像光学系に組み込む例について説明する。図６１および図６２は、回折光学素子を用いた色収差の補正原理を説明する説明図である。
【０１７９】
図６１（ａ）に示す屈折レンズ９０のように、通常の屈折系凸レンズでは、屈折率の波長依存性によって色収差が発生する。すなわち、集光位置が波長によって異なり、青、緑、赤の波長の順で結像する。それに対して、図６１（ｂ）に示す回折光学素子１０は、回折方向が正のパワーを有するように構成すれば、赤、緑、青の波長の順で結像できる。すると、図６２に示すように、図６１（ａ）に示す屈折系光学レンズ９０と、図６１（ｂ）に示す回折光学素子１０とを組み合わせて撮像光学系１０００を構成することによって、互いの色収差をうち消すことが可能となる。
【０１８０】
上記のように、組み合わせるレンズ系の屈折方向が正のパワーを有する場合には、色収差は、焦点距離が短い順に、青＜緑＜赤となりやすい。それに対して色消し効果を発現させるためには、回折方向が正のパワーを有する回折光学素子を組み合わせればよい。すなわち、回折光学素子の回折方向が正のパワーとなる場合には、焦点位置は、赤＜緑＜青となるため、色収差が効率よく補正できる。
【０１８１】
逆に、組み合わせるレンズ系の屈折方向が負のパワーを有する場合には、回折方向も負のパワーを有する回折光学素子を組み合わせれば色収差が効率よく補正できる。なお、本発明による撮像光学系においては、屈折系のレンズの色収差が、回折光学素子が有する色収差と逆傾向に一致するように設計されているものとする。例えば、通常の屈折系光学レンズの場合、結像位置は波長に対して不等分であるが、回折光学素子では等分となる。従って、屈折系光学レンズで発生する色収差を、波長に対して逆傾向ではあるが等分となるように設計すればよい。なお、色収差の補正量は格子ピッチで調整可能である。
【０１８２】
また、撮像光学系は、複数のレンズを備えていてもよい。また、ＣＣＤやＣＭＯＳのような撮像素子を備えていてもよい。それら撮像光学系が備えるレンズ系によって発生する色収差が、最終的に回折格子と組み合わされたときにお互いに打ち消しあうように設計されていればよい。
【０１８３】
なお、図６２に示した例では、既存の光学系に平板の回折光学素子１０を組み込む例を示したが、この他にも、既存の光学系が有するレンズの中に回折構造を入れて、ハイブリッドレンズとして作用する回折光学素子１０を光学系に組み込むことも可能である。これは、回折光学素子が有する透明基板をレンズの形状にすることによって作成できる。なお、レンズの中に回折格子層を挟む構成であっても、レンズの表面に回折格子層を積層させる構成であってもよい。このような回折光学素子１０は、いずれも回折光学素子１０の透明基板を、既存の光学系が有するレンズのいずれかとして機能する形状に加工することで得られる。
【０１８４】
レンズの中や表面に回折格子を形成する場合、レンズのパワーと回折格子のパワーの符号を同一の符号にし、回折格子のピッチを調整することにより、異常分散材料のレンズに類似した特性を与えることも可能である。この場合、高価な異常分散材料のレンズを回折レンズに置き換えることができ、同様の光学系を安価に構成できる。また、従来設計と同様のコンセプトの光学系を利用でき、回折素子を利用したレンズ系の設計を容易にできる。
【０１８５】
なお、図６１〜図６２では、第１の実施形態の回折光学素子１０を撮像光学系に組み込む例を示しているが、回折光学素子は上記実施形態のいずれのものであってもよい。また、回折光学素子を組み込む撮像光学系としては、例えば、コンパクトデジタルカメラ、携帯電話やスマートフォン用等の小型カメラ、監視カメラ、内視鏡、イメージセンサ等が考えられる。
【０１８６】
以上のように、各実施形態で説明したような実用化に耐えうる材料で作製でき、かつ設計次数の回折効率が可視光領域の広い範囲にわたって高い値を維持できる回折光学素子を撮像光学系に組み込むことによって、撮像光学系においてフレアを効果的に抑制できる。また、異常分散材料のレンズと置き換えることが可能であるため、従来の設計概念等が利用でき、また、高価な異常分散材料を用いずに低コストで同等性能の構成を得ることができる。
【実施例１】
【０１８７】
以下、具体的な数値等を用いて各本実施形態の例を説明する。第１の実施例は、第１の実施形態の一実施例であって、図９に示したような回折格子層が積層される透明基板１１の面が曲面である回折光学素子１０について説明する。本例の回折光学素子１０は、まず、ガラス基板をガラスモールド法により所望の形状（本例では、単レンズ形状）に加工して、有効径１０ｍｍの球面の単レンズ１１を得る。【０１８８】
次に、単レンズ１１の表面に、次工程で積層される回折格子層１２との密着性を向上させるためのシランカップリング剤にてカップリング処理を行う。【０１８９】
次に、その単レンズ１１上に、回折格子層１２の材料である第１の樹脂材料を光インプリント法を用いて所望の形状を転写しつつ積層して、回折格子層１２を形成する。回折格子層１２に用いた材料は、ビフェニル基にシリコン原子が結合した有機無機ハイブリッド材料であり、光インプリント法によってＵＶ光によりアクリルモノマーを硬化させて回折格子層１２と樹脂であって、硬化後にアッベ数＝２５．１、ｎｄ（ｄ線の屈折率）＝１．５９７の光学特性を有する。また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、吸収を持たない材料である。このとき、回折格子層１２は、その表面すなわち単レンズ１１と接していない側の面に、後述する回折格子層１３の凹凸構造と組み合わされて回折格子１００として作用する、全体としてはフレネルレンズ形状であり断面がブレーズ状の凹凸構造を含んで形成される。【０１９０】
また、回折格子層１２に設ける凹凸構造１２１は、少なくとも本回折光学素子１０の回折レンズとしての有効径内においては、ｅ線の光が進行する方向分布の平均となる方向に対して、回折格子１００の高さが１２．８μｍとなるように形成する。本例では、凹凸構造１２１を、回折格子１００が回折レンズとして焦点距離１０００ｍｍの集光効果を持つようにパターンニングし、最少ピッチは最外周で約１２０μｍである。また、有効径外にもピッチ１２０μｍ凹凸構造を形成し、それにより単レンズ１１の表面全体に凹凸構造が作成されるようにする。【０１９１】
次いで、その回折格子層１２の表面すなわち単レンズ１１と接していない側の面上に、回折格子層１３の材料である第２の樹脂材料を光インプリント法を用いて所望の形状を転写しつつ積層して、回折格子層１３を形成する。回折格子層１３に用いた材料は、アダマンチル基を有するアクリルモノマーとＺｒＯ２微粒子の有機溶媒ゾルを混合し、有機溶媒を減圧乾燥にて、除去したものを硬化させた樹脂であって、アッベ数＝４４．２、ｎｄ＝１．６４４の光学特性を有する。また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、吸収を持たない材料である。このとき、回折格子層１３は、少なくとも回折格子層１２表面に設けられている凹凸構造１２１の凹部を空隙なく充填し、さらにもう一方の表面をレンズ形状とする。【０１９２】
これにより、回折格子層１２と１３とで１つの回折面を構成する回折格子１００が形成されたことになる。【０１９３】
その後、回折格子層１３の上および単レンズ１１の表面にスパッタリング法を用いて反射防止膜を作成し、ハイブリッドレンズとして作用する回折光学素子１０を得る。【０１９４】
なお、回折格子層１２の材料と回折格子層１３の材料の条件式（Ａ）の値は、０．００１４７であり、条件式（Ｂ）の値は、−０．０７４３であった。【０１９５】
図６３は、作製された本例の回折光学素子１０における回折効率を示すグラフである。回折効率を測定すると、波長４５５ｎｍでは、９９．５％、波長５３３ｎｍでは９７．５％、波長６６０ｎｍでは９９．８％であった。なお、回折効率のピークは波長４４０ｎｍと６５０ｎｍである。【０１９６】
本実施例の回折光学素子１０を用いることで、撮像光学系において回折光学素子によるフレアをより効果的に抑制できる。また、本実施例の回折光学素子１０は、有効径外において空気層を含んでいないため、有効領域外に入射した光が空隙等に入射して発生する反射や散乱も十分に小さい値となっている。【０１９７】
本実施例の回折光学素子１０を利用して、撮像光学系を構築し、撮影を行ったところ、色収差による解像度の劣化がなく、フレアの発生などによる解像度やコントラストの劣化が起こらない良好な画像が得られる。また、回折光学素子１０に画角外にある光源からの光が入射した場合にも、フレアの発生によるコントラストが低下しない良好な画像が得られる。
【実施例２】
【０１９８】
第２の実施例は、第２の実施形態の一実施例であって、図４０に示したような回折格子層が積層される透明基板１１の面が曲面である回折光学素子２０について説明する。本例の回折光学素子２０は、まず第１の実施例と同様の方法によって、単レンズ２１と、その上に積層される第１の樹脂材料による回折格子層２２とを形成する。【０１９９】
本実施例では、回折格子層２２に設ける凹凸構造２２１を、回折格子２０１の高さが５．１μｍとなるように形成する。回折格子層２２に用いた材料は、アルキル基を主成分としたアクリルモノマーを硬化させた樹脂であって、アッベ数＝６４．０、ｎｄ＝１．４８３の光学特性を有する。【０２００】
次に、その回折格子層２２の表面すなわち単レンズ２１と接していない側の面上に、回折格子層２３の材料である第２の樹脂材料を光インプリント法を用いて所望の形状を転写しつつ積層して、回折格子層２３を形成する。回折格子層２３に用いた材料は、ジシクロペンタニル基を有するアクリルモノマーとＺｒＯ２微粒子の有機溶媒ゾルを混合し、有機溶媒を減圧乾燥にて、除去したものを光インプリント時に硬化させた樹脂であって、アッベ数＝４４．９、ｎｄ＝１．６１２の光学特性を有する。このとき、回折格子層２３は、少なくとも回折格子層２２に設けられた凹凸構造２２１の凹部を空隙なく充填し、さらにもう一方の表面に、回折格子層２４に形成される凹凸構造２４１と組み合わされて回折格子２０２として作用する、全体がフレネルレンズ形状であり断面がブレーズ状の凹凸構造２３２を含んで形成される。回折格子層２３の表面に設ける凹凸構造２３２は、回折格子層２２と当該回折格子２３との界面において形成される回折格子２０１と略同一の格子ピッチとなるように形成する。ただし、回折格子２０２の高さが１３．２μｍとなるように形成する。なお、格子の高さ方向は、図４０に示すように、回折格子２０１，２０２とで向かい合わせすなわち逆方向になるように形成する。このとき、回折格子層２３において回折格子２０１と２０２との間は１．０μｍである。【０２０１】
回折格子層２３の部材を回折格子層２２に設けられた凹凸構造２２１の凹部を空隙なく充填することで、まず１つの回折面を構成する回折格子２０１が形成されたことになる。【０２０２】
次いで、その回折格子層２３の表面すなわち回折格子層２２と接していない側の面上に、回折格子層２４の材料である第３の樹脂材料を光インプリント法を用いて所望の形状を転写しつつ積層して、回折格子層２４を形成する。回折格子層２４に用いた材料は、フルオレン骨格を有するモノマーを硬化させた樹脂であって、アッベ数＝２５．２、ｎｄ＝１．６１６の光学特性を有する。このとき、回折格子層２４は、少なくとも回折格子層２３の表面に設けられている凹凸構造の凹部を空隙なく充填し、さらにもう一方の表面をレンズ形状とする。【０２０３】
これにより、回折格子層２３と２４とでさらに１つの回折面を構成する回折格子２０２が形成されたことになる。【０２０４】
その後、回折格子層２４の上および単レンズ２１の表面にスパッタリング法を用いて反射防止膜を作成し、ハイブリッドレンズとして作用する回折光学素子２０を得る。なお、各回折格子の中心部分の高さや有効径外への凹凸形状の付与等、他の点については第１の実施例と同様である。【０２０５】
このときの材料の屈折率の関係は、組み合わせ例１を充足しており、かつＡ＝５．５とした式（５）の値は０．３１であり、Ｅ＝０．５とした式（９）の値は０．９９である。図１５と図１７に示した相関図より、回折格子２０１の格子高さは５μｍ程度となり、ほぼ実形状と同等となっている。また、Ｃ＝−１．５とした式（７）の値は１．８であり、Ｄ＝０．７とした式（８）の値は１．４９である。図１８と図１９の相関図より、回折格子２０２の格子高さは１３μｍ程度となり、ほぼ実形状と同等となっている。【０２０６】
図６４は、作製された本例の回折光学素子２０における回折効率を示すグラフである。回折効率を測定すると、波長４５５ｎｍでは、９９．８％、波長５３３ｎｍでは９９．０％、波長６６０ｎｍでは９９．０％であった。なお、回折効率のピークは波長４４５ｎｍと６１０ｎｍである。【０２０７】
また、上述の図４２は、本実施例の回折光学素子２０の回折構造の入射角度による回折効率の変化を示すグラフである。図４２に示すように、本実施例では、たとえ斜入射になったとしても、回折効率の変化が抑制されるように回折構造が形成されていることがわかる。これは、凸レンズとして作用するレンズ形状と各材料の配置位置との関係において、入射角度が正となるように回折構造が形成されているためである。【０２０８】
本実施例の回折光学素子２０を用いることで、撮像光学系において回折光学素子によるフレアをより効果的に抑制できる。また、本実施例の回折光学素子２０は、有効径外において空気層を含んでいないため、有効領域外に入射した光が空隙等に入射して発生する反射や散乱も十分に小さい値となっている。
【実施例３】
【０２０９】
第３の実施例は、第２の実施形態の一実施例であって、図６５に示すように、各回折格子の高さの方向を揃えて作製する例である。図６５は、本実施例の回折光学素子２０の断面を模式的に示す模式断面図である。図６５に示すように、本実施例の回折光学素子２０の構成は、基本的には第２の実施例と同様である。ただし、第２の実施例では、回折格子の斜辺部の傾きの向きが回折格子２０１と回折格子２０２とで相対するような傾きとしたが、本実施例では、傾きの方向を揃えて作製する。【０２１０】
本実施例の回折光学素子２０は、まず第２の実施例と同様の方法によって、単レンズ２１と、その上に積層される第１の樹脂材料による回折格子層２２とを形成する。本実施例では、回折格子層２２に設ける凹凸構造２２１を、回折格子２０１の高さが１０．２μｍとなるように形成する。【０２１１】
次に、その回折格子層２２の表面すなわち単レンズ２１と接していない側の面上に、第２の実施例と同様の方法によって、回折格子層２３を形成する。本実施例では、回折格子層２３に設ける凹凸構造２３２を、回折格子層２２に設けられた凹凸構造２２１と略同一の格子ピッチとなるように形成する。ただし、回折格子２０２の高さが１４．５μｍとなるように形成する。なお、格子の高さ方向は、図６５に示すように、回折格子２０１，２０２とで向きが揃うように形成する。換言すると、回折格子２０１と回折格子２０２とで回折格子の斜辺部の傾きの向きが揃うように形成する。【０２１２】
次いで、その回折格子層２３の表面すなわち回折格子層２２と接していない側の面上に、第２の実施例と同様の方法によって、回折格子層２４を形成する。【０２１３】
その後、回折格子層２４の上および単レンズ２１の表面に反射防止膜を作成し、ハイブリッドレンズとして作用する回折光学素子２０を得る。【０２１４】
本例の回折光学素子２０の回折格子層２２に用いた材料は、同一分子中にビフェニル基とシリコン原子を含むアクリルモノマーを硬化させた樹脂であって、アッベ数＝２３．３、ｎｄ＝１．６２４の光学特性を有する。また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、吸収を持たない材料である。【０２１５】
また、回折格子層２３に用いた材料は、フェニル基とシリコン原子を含むアクリルモノマーとアダマンチル基を含むアクリルモノマーの混合物を硬化させた樹脂であって、アッベ数＝４３．１、ｎｄ＝１．５４６の光学特性を有する。また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、吸収を持たない材料である。【０２１６】
また、回折格子層２４に用いた材料は、アダマンチル基を有するアクリルモノマーとＺｒＯ２微粒子の有機溶媒ゾルを混合し、有機溶媒を減圧乾燥にて、除去したものを硬化させた樹脂であって、アッベ数＝４４．０、ｎｄ＝１．６４３の光学特性を有する。また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて、吸収を持たない材料である。【０２１７】
このときの材料の屈折率の関係は、組み合わせ例５を充足しており、かつＡ＝０．０５とした式（５）の値は０．９５３であり、Ｂ＝０．２とした式（６）の値は０．９８５である。回折格子２０１の格子高さは図３２と図３３から、１０μｍ程度と予想され、実形状とほぼ同等である。また、Ａ＝０．３とした式（５）の値は０．９７４であり、Ｂ＝０．６とした式（６）の値は０．９４７である。回折格子２０２の格子高さは図３４、図３５から１５μｍ程度と予想され、実形状とほぼ同等である。いずれの回折格子も１５μｍ以下の格子高さとなり、格子パターン全面において高い効率を保持している。【０２１８】
図６６は、作製された本例の回折光学素子２０における回折効率を示すグラフである。回折効率を測定すると、波長４５５ｎｍでは、９９．９％、波長５３３ｎｍでは９９．２％、波長６６０ｎｍでは９９．４％であった。なお、回折効率のピークは波長４４０ｎｍと６１０ｎｍである。【０２１９】
以下、第２の実施形態の回折光学素子２０の材料セットの他の好適例として、いくつか具体例を示す。図６７は、図１２に示した組み合わせ例の具体例を示す説明図である。なお、図６７において、格子高さ１は回折格子層２２と２３によって形成される回折格子の高さを表している。また、格子高さ２は回折格子層２３と２４によって形成される回折格子の高さを表している。なお、回折格子高さ１，２におけるマイナス値は、他方の回折格子に対して格子高さ方向が反転している状態を表している。また、図６７では、アッベ数を用いて各材料の分散特性を分類しているが、各材料のアッベ数によって表される分散特性の類否よりも、式（３）で示したような値を用いてその差の大小関係によって表される分散特性の類似が図１２の組み合わせと合致していることがより好ましい。【０２２０】
図６７に示す例において、ｎｄ＝１．５１未満でアッベ数が６０以上の材料は、例えば、アルキル基を主成分としたアクリルモノマーを主成分とするモノマーを硬化させることで得られる。また、ｎｄ＝１．５１未満でアッベ数が５０以下の材料は、例えば、フェニル基とフルオロ基を同一分子中に含むアクリルモノマーを主成分とし、フェニル基を含有するアクリルモノマー等を混合し硬化させることで得られる。【０２２１】
また、ｎｄ＝１．５１〜１．５９でアッベ数が４０以下の材料は、例えば、シリコン原子にビフェニル基が結合している有機無機ハイブリッドアクリルモノマーとフェニル基とフルオロ基を同一分子中に含むアクリルモノマーを選択、混合し硬化させることで得ることができる。ｎｄ＝１．５１〜１．５９でアッベ数が４０〜５０の材料は、例えば、シリコン原子とフェニル基が結合したアクリルモノマーとアダマンチル基を有するアクリルモノマーを混合させて硬化させることで得られる。ｎｄ＝１．５１〜１．５９でアッベ数が５０以上の材料は、アダマンチル基、または、ジシクロペンタニル基、または、シクロ環を有するアクリルモノマーを混合し、硬化させるか、前記モノマーにＺｒＯ２微粒子の有機溶媒ゾルを混合し、有機溶媒を除去することで得ることができるモノマーを硬化させることで得られる。【０２２２】
また、ｎｄ＝１．５９より大きくアッベ数が４０以上の材料は、例えば、アダマンチル基、または、ジシクロペンタニル基、または、シクロ環を有するモノマーとＺｒＯ２微粒子の有機溶媒ゾルを混合し、有機溶媒を除去することで得ることができるモノマーを硬化させることで得られる。また、ｎｄ＝１．５９より大きくアッベ数が３０以下の材料は、例えば、フルオレン骨格を有するアクリルモノマーやシリコン原子にフェニル基やビフェニル基が同時に、または、複数結合したアクリルモノマーを主成分とするアクリルモノマーを硬化させることで得られる。【０２２３】
このように、第２の実施形態ではさまざまな材料の組み合わせが可能だが、上記のものに限定されない。例えば、図６７は、各組み合わせ例における代表的な例を１つずつ挙げただけであるので、この他にも好適例は存在する。
【実施例４】
【０２２４】
第３の実施例は、第２の実施形態の一実施例であって、２枚の透明基板２１，２５の間に、３つの材料を用いた３層の回折格子層２２，２３，２４が挟まれている回折光学素子２０について主にその製造方法について説明する。図６８は、本例の回折光学素子２０の断面を示す模式的断面図である。図６８に示すように、本例の回折光学素子２０は、２枚の透明基板２１，２５の間に、３つの材料を用いた３層の回折格子層２２，２３，２４が挟まれた構成となっている。これは、既存のレンズの中に回折構造を組み込んだ形態ともいえる。【０２２５】
本実施例の回折光学素子２０は、まず第２の実施例と同様の方法によって、単レンズ２１と、その上に積層される第１の樹脂材料による回折格子層２２とを形成する。本実施例では、回折格子層２２に設ける凹凸構造２２１は第２の実施例と同じとする。【０２２６】
次に、ガラスモールド法を用いて、単レンズ２１を形成した基板とは別のガラス基板の表面に所望の形状を加工して、単レンズ２５を得る。【０２２７】
次に、作製した単レンズ２５上に、回折格子層２４の材料である第３の樹脂材料を光インプリント法を用いて所望の形状を転写しつつ積層して、回折格子層２４を形成する。このとき、回折格子層２４の表面に設ける凹凸構造２４１は、単レンズ２１と２５を互いに向かい合わせで張り合わせたときに、当該凹凸構造２４１によって形作られる回折格子２０２と、回折格子層２２に設けられている凹凸構造２２１によって形作られる回折格子２０１とが略同一の格子ピッチとなるように形成する。なお、格子の高さおよび高さ方向は第２の実施例と同様である。これにより、第２の実施例における回折格子層２４と等価な構造の回折格子層２４を得る。【０２２８】
次いで、単レンズ２１と２５とを、回折格子層２２と２４とが向かい合うようにして所定の間隔をあけて張り合わせる。その際、回折格子層２２と回折格子層２４との間に回折格子層２３となるモノマーを滴下して、回折格子層２２の凹凸構造２２１と回折格子層２４の凹凸構造２４１の間で最も互いに近いところの距離が０．５μｍとなるように加圧、露光する。これにより、滴下したモノマーを硬化させて回折格子層２２と回折格子層２４との間に、凹凸構造２３１，２３２を有する回折格子層２３を形成する。その後、単レンズ２１と単レンズ２５の表面にそれぞれスパッタリング法を用いて反射防止膜を作成し、ハイブリッドレンズとして作用する回折光学素子２０を得る。なお、各回折格子層に用いる材料は、第２の実施例と同様である。
【実施例５】
【０２２９】
本実施例は、第５の実施形態の一実施例であって、第１の実施例の構成に加えて、図５４に示すように、回折格子層１２と回折格子層１３の間に薄膜１４を介在させてカップリング処理を行い、密着性を向上させる例である。【０２３０】
本例の回折光学素子１０は、まず第１の実施例と同様の方法によって、単レンズ１１と、その上に積層される第１の樹脂材料による回折格子層１２とを形成する。本実施例では、回折格子層１２に設ける凹凸構造は第１の実施例と同じとする。【０２３１】
次に、その回折格子層１２の表面に、スパッタリング法を用いて、シリカを材料とする１５ｎｍの厚みの薄膜１４を作成する。そして、回折格子層１２の凹凸構造の上に積層される形で形成された薄膜１４に対してシランカップリング剤を用いてカップリング処理を行った上で、その薄膜１４の上に所望の形状の回折格子層１３を、光インプリント法により形成する。【０２３２】
これにより、回折領域前面にわたり、温度変化の激しい環境や高温加湿の環境においても回折格子層１３が剥がれることのない、信頼性の高い回折光学素子１０を得ることができる。
【実施例６】
【０２３３】
本実施例は、第８の実施形態の一実施例である。本実施例では、第５の実施例の構成において、シリカの薄膜１４をＳｉＯＮ膜に変更してなる回折光学素子１０について説明する。【０２３４】
第５の実施例の構成において、回折格子層１２の表面にＣＶＤ法にて薄膜１４となるＳｉＯＮ膜を成膜する。ここでは、膜厚が、回折格子１００の側壁部分で１５０ｎｍとなるように成膜する。【０２３５】
ＳｉＯＮ膜の屈折率ｎｄ＝１．６２５であり、アッベ数は４７．２である。なお、回折格子層１２に用いた材料は、第１の実施例と同じであり、アッベ数＝２５．１、ｎｄ＝１．５９７である。また、回折格子層１３に用いた材料は、第１の実施例と同じであり、アッベ数＝４４．２、ｎｄ＝１．６４４である。【０２３６】
本実施例の構成によれば、画角外に光源がある場合において、第１の実施例の回折光学素子１０から測定される散乱光のピークに比べて、本実施例の回折光学素子１０から測定される散乱光のピークが２０％程度に減少させられる。【０２３７】
以上、本発明を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、さらに別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加えうるものである。
本出願は、２０１２年５月９日付けで出願された日本特許出願（特願２０１２−１０７７３５）に基づいており、その全体が引用により援用される。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
本発明は、あらゆる光学系に適用可能であるが、特に、カメラ、携帯電話、スマートフォン、内視鏡、イメージセンサ等に組み込まれる撮像光学系において、小型化とともにフレアの低減を行う用途に好適である。
【符号の説明】
【０２３９】
１０、２０、３０  回折光学素子
１１、２１、３１、２５  透明基板
１２、２２、３２  第１の回折格子層
１２１、２２１、３２１  凹凸構造
１３、２３、３３  第２の回折格子層
１３１、２３１、２３２、３３１  凹凸構造
２４、３４  第３の回折格子層
２４１、３４１  凹凸構造
３５  第４の回折格子層
３５１  凹凸構造
１４  薄膜
１００、２０１、２０２、３０１、３０２  回折格子
１０００  撮像光学系
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【国際調査報告】
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