(57)【要約】【課題】  回折効率を上げるとともに、フレア光が発生してもその色合いが自然光（白色）に近く感じることができるようにする回折光学素子を提案する。【解決手段】回折光学素子（１００）は所定ピッチ（Ｐ）で回折面（１３）と端面（１４）とが連続する格子構造を有する回折光学面を互いに向かい合わせて密着して積層させた２枚の光学部材（１１、１２）からなる。そして、回折光学素子（１００）は端面（１４）がピッチ方向に伸びる第１平面（１４１）とこの第１平面（１４１）と交差する第２平面（１４２）とを含む階段を有し、基準波長をｄ線（５８７．６ｎｍ）とし、２枚の光学部材（１１、１２）のｄ線の屈折率差をΔＮｄとすると、以下の条件を満たす。  ０．０２  ＜ΔＮｄ  ＜  ０．４５【選択図】  図１
2011123317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ピッチで回折面と端面とが連続する格子構造を有する回折光学面を互いに向かい合わせて密着して積層させた２枚の光学部材からなる回折光学素子であって、
前記端面が前記ピッチ方向に伸びる第１平面とこの第１平面と交差する第２平面とを含む階段を有し、
前記基準波長をｄ線（５８７．６ｎｍ）とし、前記２枚の光学部材のｄ線の屈折率差をΔＮｄとすると、以下の条件を満たす回折光学素子。
０．０２  ＜ΔＮｄ  ＜  ０．４５  …（１）
【請求項２】
前記第１平面の幅をｗ、前記第２平面の高さをｈとした時、
前記幅ｗと前記高さｈとは、以下の条件式を満たす請求項１に記載の回折光学素子。
１．０  ＜  ｈ／ｗ  ＜  ２０．０  …（２）
【請求項３】
前記格子構造の所定ピッチのうち最小ピッチをＰとすると、以下の条件を満たす請求項２に記載の回折光学素子。
０．００３  ＜  ｗ／Ｐ    ＜  ０．５  …（３）
【請求項４】
前記階段の段数をｎとすると、以下の条件を満たす請求項３に記載の回折光学素子。
２  ≦  ｎ＜  １６      …  （４）
【請求項５】
前記第１平面と前記第２平面とが交差するコーナー部の丸みをＲとした時、以下の条件を満たす請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
Ｒ＜  ５．０  μｍ      …  （５）
【請求項６】
前記端面の高さをＨとすると、以下の条件を満たす請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回折光学素子。
０．０１  ＜  Ｈ／Ｐ  ＜  ５．０  …  （６）
【請求項７】
ｄ線（５８７．６ｎｍ）の回折効率設計値をＥｄとし、ｇ線（４３５．８ｎｍ）の回折効率設計値をＥｇとし、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）の回折効率設計値をＥＣとし、以下の条件式を満たす請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
（ＥＣ＋Ｅｇ）／２  ＞  ０．９×Ｅｄ  …（７）
【請求項８】
前記２枚の光学部材の主分散（ＮＦ−Ｎｃ）の差をΔ（ＮＦ−Ｎｃ）とすると、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
−２０．０  ＜  ΔＮｄ／Δ（ＮＦ−ＮＣ）＜  −２．０  …（８）
【請求項９】
前記端面が、前記回折光学素子を透過する光の光軸に対して平行であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記２枚の光学部材の材料は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
複数の光学素子を有し、光を案内すると共に光に作用する光学系であって、
前記光学素子の少なくとも１つが請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回折光学素子である光学系。
【請求項１２】
請求項１から請求項請求項１０のいずれか一項に記載の回折光学素子を有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子構造を有する回折光学素子及びその回折光学素子を使用した光学系もしくは光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回折光学素子は、微細な周期構造によって透過光・反射光を回折させ、入射光の分光や分岐・結合などの操作を行う素子である。また、回折光学装置は、回折光学素子の周期構造を種々の形状に変調することで、集光・発散・結像などの作用を実現することができる。
【０００３】
特許文献１に開示された回折光学素子は、高い回折効率が広範囲の波長域において得られ、且つフレアが少ない回折光学素子及びそれを有する光学系を得るために、回折光学素子のエッジ部に階段形状の段部を設けた。これにより、光学系に組み込んだ際にも、高い回折効率を維持することができ、フレアなどを有効に抑えることのできる光学系を提供することができる。
【特許文献１】特開２００２−７１９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示されたように、一対の素子間に空間を有する分離型の回折光学素子では、入射光の一部が分離型の回折光学素子の表面で反射される量が多くなってしまうデメリットがある。このため、利用したい透過回折光のエネルギ−が減じてしまう不都合が生じる。さらに、特許文献１に開示された分離型の回折光学素子は、フレア光の発生を抑えることができるが、回折効率が低いため、白色でなく、例えば赤っぽい色づいたフレア光を感じることになる。
【０００５】
本発明は上記の課題を鑑みて成されたもので、フレア光が発生してもその色合いが自然光（白色）に近く感じることができるようにする回折光学素子を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１態様の回折光学素子は、所定ピッチで回折面と端面とが連続する格子構造を有する回折光学面を互いに向かい合わせて密着して積層させた２枚の光学部材からなる。そして、回折光学素子は、端面がピッチ方向に伸びる第１平面とこの第１平面と交差する第２平面とを含む階段を有し、基準波長をｄ線（５８７．６ｎｍ）とし、２枚の光学部材のｄ線の屈折率差をΔＮｄとすると、以下の条件を満たす。
０．０２  ＜ΔＮｄ  ＜  ０．４５
【０００７】
第２態様の光学系は、複数の光学素子を有し、光を案内すると共に光に作用する。そして、光学系において光学素子の少なくとも１つが第１態様の回折光学素子である。
【０００８】
第３態様の光学装置は、第１態様の回折光学素子を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回折光学素子は、反射効率を上げることができるとともにフレアが発生してもそのフレアが白色光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、回折光学素子１００を構成する回折格子１１の断面図である。  （ｂ）は、回折光学素子１００を構成する回折格子１２の断面図である。  （ｃ）は、回折格子１１及び１２により構成された回折光学素子１００の断面図である。  （ｄ）は、（ｃ）の点線Ｅに囲まれた部分の拡大図である。
【図２】（ａ）は、第１回折光学素子１００Ａの断面図である。  （ｂ）は、（ａ）の点線Ａに囲まれた部分の拡大図である。
【図３】表３で計算されたフレア量を示したグラフである。
【図４】（ａ）は、第２回折光学素子１００Ｂの断面図である。  （ｂ）は、（ａ）の点線Ｂに囲まれた部分の拡大図である。
【図５】表６で計算されたフレア量を示したグラフである。
【図６】第３実施形態の第３回折光学素子１００Ｃの部分拡大図である。
【図７】第４実施形態の第４回折光学素子１００Ｄの部分拡大図である。
【図８】第５回折光学素子１００Ｅの構成を説明するための断面図である。
【図９】（ａ）は、回折光学素子１００が配置された光学系２００の概略図である。  （ｂ）は、回折光学素子１００が配置された光学系２１０の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜回折光学素子１００の構成＞
回折光学素子１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、回折光学素子１００の構成を説明するための図である。図１（ａ）は、回折光学素子１００を構成する回折格子１１の断面図である。図１（ｂ）は、回折光学素子１００を構成する回折格子１２の断面図である。図１（ｃ）は、回折格子１１及び１２により構成された回折光学素子１００の断面図である。図１（ｄ）は、（ｃ）の点線Ｅに囲まれた部分の拡大図である。図１（ｃ）に示されたように、回折光学素子１００の側面は矩形であり、その長辺が伸びた方向をＸ軸方向とし、その短辺が伸びた方向をＺ軸とし、ＸＺ平面に垂直な方向をＹ軸方向として説明する。
【００１２】
図１（ａ）に示された第１回折格子１１は、−Ｚ側において直線状の回折面１３と階段状の端面１４とが所定のピッチを持ってＸ軸方向に連続的な鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。同様に、図１（ｂ）に示された第２回折格子１２は第１回折格子１１と同じ形状で、＋Ｚ側において直線状の回折面１３と階段状の端面１４とが所定のピッチＰを持ってＸ軸方向に連続した鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。ここで、第１回折格子１１の屈折率Ｎ１と第２回折格子１２の屈折率Ｎ２とは、紫外線硬化樹脂により構成され、互いに異なる屈折率であればよい。
【００１３】
また、端面１４のＺ軸方向の高さはＨで、Ｘ軸方向の幅は△Ｐである。したがって、回折面１３のＺ軸方向の高さはＨで、Ｘ軸方向の幅は（Ｐ−△Ｐ）である。
【００１４】
図１（ｃ）に示されたように、回折光学素子１００は第１回折格子１１及び第２回折格子１２がＺ軸方向において互いに格子構造を向かうように隙間なく密着された複層型の回折光学素子である。すなわち、対応する第１回折格子１１の回折面１３と第２回折格子１２の回折面１３とが密着され、対応する第１回折格子１１の端面１４と第２回折格子１２の端面１４とが密着されている。つまり、接着後の回折光学素子１００は矩形に形成される。このため、回折光学素子１００の回折面１３と端面１４とは所定のピッチＰを持って鋸歯状に形成されている。ここで、回折光学素子１００は位相不整合の領域である端面１４を階段状とすることで、フレア特性を改善する。
【００１５】
図１（ｄ）に示されたように、回折光学素子１００の端面１４は例えば８ステップの階段状であり、点線Ｆに囲まれた部分を１つのステップとする。また、各ステップはＸ軸方向に沿って伸びた第１面１４１と、その第１面１４１の＋Ｘ側の端部より＋Ｚ軸方向に沿って伸びた第２面１４２とを有する。したがって、第１面１４１と第２面１４２とは垂直である。また、金型で回折光学素子１００を製造する場合には、第１面１４１及び第２面１４２が接続されているコーナー部は丸み状になっている。
【００１６】
図１（ｄ）において、各ステップの第１面１４１のＸ軸方向の幅はｗで、第２面１４２のＺ軸方向の高さはｈで、丸み状の半径はＲである。
【００１７】
また、回折光学素子１００は金型を用いてＵＶ樹脂整形により回折格子１１及び１２を形成する製法がコストダウンに好ましい。回折光学素子１００を構成する光回折格子１１及び１２は、成形性を良好に保ち、優れた量産性を確保するために、回折格子１１（又は回折格子１２）を構成する材料の粘度（未硬化物粘度）を少なくとも４０以上にすることが好ましい。粘度が４０以下であると、成型中に樹脂が流れやすくなってしまうので、精密形状を成形することが困難となってしまう。また、回折格子１２（又は回折格子１１）を構成する材料の粘度は、逆に少なくとも２０００以上にすることが好ましい。
【００１８】
さらに、回折光学素子１００を構成する光回折格子１１及び１２はいずれもＵＶ硬化型樹脂で構成することが生産上好ましい。生産効率が上がり、コストダウンになるからである。
【００１９】
また、回折光学素子１００を小型軽量化するためには、回折光学素子１００を構成する光学材料に比重が２．０以下の樹脂材料を用いることが好ましい。ガラスに比べて、樹脂は比重が小さいため、回折光学素子１００の軽量化に有効である。さらに、軽量化の効果を十分に発揮するためには、比重が１．６以下であることが好ましい。
【００２０】
＜回折光学素子１００の概要＞
また、反射効率を上げるとともにフレア光を自然光の波長特性に近くするために、回折光学素子１００は以下の条件を満たすことが好ましい。
【００２１】
数式１は第１回折格子１１の屈折率Ｎ１と第２回折格子１２の屈折率Ｎ２との屈折率差ΔＮｄを規定する。
【００２２】
０．０２  ＜ΔＮｄ  ＜  ０．４５  …  （１）
ここで、ΔＮｄは基準波長であるｄ線（５８７．６ｎｍ）における第１回折格子１１の屈折率Ｎ１と第２回折格子１２の屈折率Ｎ２との屈折率差を示す。第１回折格子１１の屈折率Ｎ１が第２回折格子１２の屈折率Ｎ２よりも大きくてもよいし、その逆に第２回折格子１２の屈折率Ｎ２が第１回折格子１１の屈折率Ｎ２大きくてもよい。つまり、第１回折格子１１の屈折率Ｎ１と第２回折格子１２の屈折率Ｎ２とは異なっていればよい。また、第１回折格子１１が物体側でもよいし、第２回折格子１２が物体側でもよい。
【００２３】
但し、製造上の誤差感度を低めるために、屈折率差ΔＮｄを０．４５より小さくすることが好ましい。また、フレネル反射は｛ΔＮｄ／（Ｎ１＋Ｎ２）｝２で求めることができるので、屈折率差ΔＮｄが小さいほど第１回折格子１１と第２回折格子１２との界面での光量の反射損失が小さくなる。このため、より好ましくは屈折率差ΔＮｄを０．２より小さくすることが好ましい。さらに、効果を十分に発揮するためには、上限を０．１にしてもよい。
【００２４】
反対に、数式（１）の下限を下回ると、屈折率差ΔＮｄが小さくなりすぎてしまい、必要な回折を生じさせるためには回折光学素子１００の端面１４の高さＨを大きくしなければならない。このため、数式（１）の下限を下回ると、第１回折格子１１及び第２回折格子１２は製造上不利となり、端面１４により入射光に対する影が生じてしまう。また、端面１４に入射する入射光による散乱や反射によるフレア光が大きくなってしまう。なお、数式（１）の効果を十分に発揮するためには、下限値を０．１５とすることがより好ましい。
【００２５】
数式２は階段の各ステップの第１面１４１のＸ軸方向の幅ｗと、第２面１４２のＺ軸方向の高さｈとの関係ｈ／ｗを規定する。
【００２６】
１．０  ＜  ｈ／ｗ  ＜  ２０．０  …  （２）
【００２７】
回折光学素子１００が数式（２）を満たすと、第１回折格子１１と第２回折格子１２との界面で散乱を十分に大きくする。特にこの数式２の条件は、端面１４で発生するフレア光を自然光の波長特性に近くすることができる。さらに、効果を十分に発揮するためには、上限を１０．０にしてもよい。なお、上限を１０．０にすると△Ｐが小さくなり、回折面１３のＸ軸方向の幅（Ｐ−ΔＰ）が広くなり、正規の結像光の回折効率がアップするため好ましい。関係ｈ／ｗが１．０以下になると、回折面１３のＸ軸方向の幅（Ｐ−ΔＰ）が狭くなるため正規の結像光の回折効率が減少するため好ましくない。
【００２８】
数式３は、階段の各ステップの第１面１４１のＸ軸方向の幅ｗと、回折光学素子１００のピッチＰとの関係ｗ／Ｐを規定する。
０．００３  ＜  ｗ／Ｐ  ＜  ０．５  …  （３）
数式（３）において、関係ｗ／Ｐが上限値を超えると、回折光学素子１００の端面１４が階段状に形成されない。また、上限値が０．５を超えると、Ｐに比してｗが相対的に大きくなりすぎて位相不整合の領域（端面１４のＸ軸方向の幅△Ｐ）が増してしまい、０次光によるフレアが増えてしまう不都合が生じやすくなる。また、効果を十分に発揮するためには、上限を０．２５にすることが好ましい。これにより、位相不整合の領域ΔＰが小さくなるので、０次光によるフレアが減って好ましい。下限が０．００３以下になると、第１面１４１のＸ軸方向の幅ｗが相対的に小さくなりすぎ、加工しづらくなる不都合が生じやすくなる。
【００２９】
数式４は、階段状の端面１４のステップ数ｎを規定する。
２  ≦  ｎ＜  １６  …  （４）
数式（４）において、上限を上回ると、部分的な波長領域において散乱の程度が弱まって白色化の効果が薄らいでしまう。また、階段数が多くなると通常の加工機では精密な形状加工に困難となり、高精度で高価な加工機やプロセスが必要となり、コストが高くなってしまう。下限を下回ると、回折光学素子１００の端面１４が階段状に形成されない。
【００３０】
数式５は、階段状の端面１４における各ステップのコーナーが丸みになっている場合の丸みの半径Ｒを規定する。
Ｒ  ＜  ５．０μｍ  …  （５）
【００３１】
数式（５）において、上限が５．０μｍを超えると、回折光学素子１００のフレア光の発生が大きくなって画質を低下させる不都合がおきやすくなる。なお、回折光学素子１００のピッチＰが１００μｍであるとき、フレア光の強度は、最大で１−（１−５／１００）２＝０．０９７５＝約１０％  と見積もられる。さらに、上限を２．０μｍにすると、位相不整合の領域で発生するフレア光を抑圧することができるためより好ましくなる。なお、回折光学素子１００のピッチ１００μｍであるとき、フレア光の強度は最大で約４％と見積もられ、一般の結像機器にも使用可能なレベルとなるためである。
【００３２】
数式６は、回折面１３及び端面１４におけるＺ軸方向の高さＨと回折光学素子１００のピッチＰとの関係Ｈ／Ｐを規定する。
０．０１  ＜  Ｈ／Ｐ  ＜  ５．０  …  （６）
【００３３】
数式（６）は、回折面１３及び端面１４のＺ軸方向の高さＨと回折光学素子１００のピッチＰとの適正なる比、すなわちアスペクト比を示す数式である。数式（６）において、上限を上回ると、端面１４の最大高さが大きくなりすぎてしまい、製作しづらくなる不都合が生じる。また、アスペクト比が大きくなって対環境性・耐久性が落ちる不都合も生じる。下限を下回ると、逆に白色化機能が落ちてしまう不都合が発生し、端面１４の角度特性が劣化する不都合が生じる。したがって、フレア光が発生しやすくなる。さらに、効果を十分に発揮するためには、上限を３．０、下限を０．０１５としてもよい。
【００３４】
数式７は、光の波長を広帯域化した際の回折効率のバランスの適切なる範囲を規定する。
（ＥＣ＋Ｅｇ）／２  ＞  ０．９×Ｅｄ  …  （７）
【００３５】
数式（７）において、Ｅｄはｄ線（５８７．６ｎｍ）の回折効率設計値を示し、Ｅｇはｇ線（４３５．８ｎｍ）の回折効率設計値を示し、ＥＣはＣ線（６５６．３ｎｍ）の回折効率設計値を示している。数式（７）において、左辺が右辺を下回ると、短波長、長波長のいずれかで回折効率が低下してしまい、フレア光が発生し、画質を損ねてしまう。さらに、効果を十分に発揮するためには、右辺数値の上限を０．９５とし、下限を０．８とすることが好ましい。
【００３６】
数式８は、第１回折格子１１及び第２回折格子の適切なる屈折率と分散との配分を規定する。
−２０．０  ＜  ΔＮｄ／Δ（ＮＦ−ＮＣ）  ＜  −２．０  …  （８）
【００３７】
数式（８）において、ＮＦはＦ線（４８６．１ｎｍ）の屈折率を示し、ＮＣはＣ線（６５６．３ｎｍ）の屈折率を示している。数式（８）は、波長の広帯域に亘り、十分に高い回折効率を得るための必須の条件である。したがって、不等号が逆の場合には十分に高い回折効率が得られない。さらに、効果を十分に発揮するためには、上限を−３．０、下限を−１０．０としてもよい。
【００３８】
また、図１に示された回折光学素子１００において、端面１４は階段状に形成されているため、Ｚ軸方向に伸びた軸Ａｘから所定の角度θ（ｔａｎθ＝ΔＰ／Ｈ＝ｗ／ｈ）程傾いて形成される。また、回折光学素子１００を通過する光ＬＬがＺ軸から所定の角度θ程傾いて回折光学素子１００に入射する際、端面１４と入射光ＬＬとは平行であるため、端面１４が入射光ＬＬに対する投影面積は０となる。したがって、端面１４でフレア光が生じにくくなる。光学性能を向上することができる。
【００３９】
（第１実施形態）
第１実施形態の第１回折光学素子１００Ａの構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態の第１回折光学素子１００Ａの構成を説明するための図である。図２（ａ）は、第１回折光学素子１００Ａの断面図である。図２（ｂ）は、（ａ）の点線Ａに囲まれた部分の拡大図である。
【００４０】
第１回折光学素子１００Ａは、図２（ａ）に示されたように同じ形状である第１回折格子１１Ａ及び第２回折格子１２ＡがＺ軸方向で密着して積層されたものである。第１回折格子１１Ａは、−Ｚ側において直線状の回折面１３Ａと階段状の端面１４Ａとが所定のピッチＰ１を持ってＸ軸方向で連続した鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。同様に、第２回折格子１２Ａは＋Ｚ側において直線状の回折面１３Ａと階段状の端面１４Ａとが所定のピッチＰ１を持ってＸ軸方向で連続した鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。ここで、第１実施形態における第１回折格子１１Ａと第２回折格子１２Ａとは、互いに格子構造を向かうように隙間なく密着されている。さらに、第１回折格子１１Ａの屈折率Ｎ１と第２回折格子１２Ａの屈折率Ｎ２とは互いに異なる屈折率であればよい。
【００４１】
図２（ｂ）に示されたように、端面１４Ａは８ステップの階段状であり、点線Ｇに囲まれた部分を１つのステップとする。また、各ステップはＸ軸方向に沿って伸びた第１面１４１Ａと、その第１面１４１Ａの＋Ｘ側の端部より＋Ｚ軸方向に沿って伸びた第２面１４２Ａとを有する。したがって、第１面１４１Ａと第２面１４２Ａとは垂直である。また、金型で第１回折光学素子１００Ａを製造する場合には、第１面１４１Ａ及び第２面１４２Ａが接続されているコーナー部は丸み状になっている。
【００４２】
図２において、端面１４ＡのＺ軸方向の高さはＨ１で、各ステップの第１面１４１ＡのＸ軸方向の幅はｗ１で、第２面１４２ＡのＺ軸方向の高さはｈ１で、丸み状の半径はＲ１である。第１回折光学素子１００Ａの具体的なバラメーダは、表１に示されたとおりである。
【表１】
2011123317.tif 000003
ここで、長さの単位はμｍである。
【００４３】
表１の数値に基づいて数式（１）〜数式（８）を計算すると、その結果は表２に示されたとおりである。
【表２】
2011123317.tif 000004
【００４４】
表２に示されたように、第１実施形態の第１回折光学素子１００Ａは数式（１）〜数式（８）を満たしている。
【００４５】
表３は、光の測定波長範囲を４０４．７（ｈ線）ｎｍ〜７０６．５ｎｍ（ｒ線）とした場合に、複層型である第１回折光学素子１００Ａと単層型である回折光学素子との端面でのフレア量の計算結果である。ここで、単層型の回折光学素子としては高屈折率媒質にて構成したｄ線ブレーズ格子が用いられ、８ステップの階段状の端面を有している。また、実際の回折光学素子でのフレア量は測定しにくいため、表３ではフレア量の推定値として端面での１次回折光の回折効率値を用いて計算している（以下はフレア量と称する）。もちろん、表３に示したフレア量が小さいほど回折光学素子の性能により優れる。
【表３】
2011123317.tif 000005
【００４６】
また、図３は表３で計算されたフレア量を示したグラフである。図３において、実線は複層型の第１回折光学素子１００Ａのフレア量を示し、点線は単層型のｄ線ブレーズ格子のフレア量を示している。図３では、１ヶの格子に入射する光のエネルギーを１．０＝１００％として規格化している。
【００４７】
図３ですぐ分かるように、実線に示された複層型の第１回折光学素子１００Ａにおいて、フレア量は可視光の紫色から赤色に至るまでほとんど変化しなく、０．１６程度である。しかし、点線に示された単層型のｄ線ブレーズ格子において、フレア量は可視光の紫色から赤色に至るまで大きく変化し、０．０６程度から０．１６程度まで変化する。特に波長４０４．７ｎｍ〜５４６．１ｎｍ領域におけるフレア量は、波長５４６．１ｎｍ〜７０６．５ｎｍ領域におけるフレア量に比べて小さい。つまり、単層型のｄ線ブレーズ格子では赤色のフレア光の強度が紫色のフレア光の強度より強くなったことを示している。このため、単層型のｄ線ブレーズ格子においてフレア光は全体的に赤っぽく感じられる。
【００４８】
表２、表３及び図３によると、第１回折光学素子１００Ａは端面１４Ａを８ステップの階段形状に形成した複層型であるため、各波長の光が端面１４Ａで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００４９】
第１実施形態においては、広帯域の使用波長領域を有する第１回折光学素子１００Ａの回折格子１１Ａ及び１２Ａの端面１４Ａを階段形状に形成することにより、白色光が得られる。
【００５０】
（第２実施形態）
第２実施形態の第２回折光学素子１００Ｂの構成について、図４を参照しながら説明する。図４は、第２実施形態の第２回折光学素子１００Ｂの構成を説明するための図である。図４（ａ）は、第２回折光学素子１００Ｂの断面図である。図４（ｂ）は、（ａ）の点線Ｂに囲まれた部分の拡大図である。
【００５１】
第２回折光学素子１００Ｂは、図４（ａ）に示されたように同じ形状である第１回折格子１１Ｂ及び第２回折格子１２ＢがＺ軸方向で密着して積層されたものである。第１回折格子１１Ｂは、−Ｚ側において直線状の回折面１３Ｂと階段状の端面１４Ｂとが所定のピッチＰ２を持ってＸ軸方向で連続した鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。同様に、第２回折格子１２Ｂは＋Ｚ側において直線状の回折面１３Ｂと階段状の端面１４Ｂとが所定のピッチＰ２を持ってＸ軸方向で連続した鋸歯状の格子構造を有する光学部材である。ここで、第２実施形態における第１回折格子１１Ｂと第２回折格子１２Ｂとは、互いに格子構造を向かうように隙間なく密着されている。さらに、第１回折格子１１Ｂの屈折率Ｎ１と第２回折格子１２Ｂの屈折率Ｎ２とは互いに異なる屈折率であればよい。
【００５２】
図４（ｂ）に示されたように、端面１４Ｂは４ステップの階段状であり、点線Ｊに囲まれた部分を１つのステップとする。また、各ステップはＸ軸方向に沿って伸びた第１面１４１Ｂと、その第１面１４１Ｂの＋Ｘ側の端部より＋Ｚ軸方向に沿って伸びた第２面１４２Ｂとを有する。したがって、第１面１４１Ｂと第２面１４２Ｂとは垂直である。また、金型で第２回折光学素子１００Ｂを製造する場合には、第１面１４１Ｂ及び第２面１４２Ｂが接続されているコーナー部は丸み状になっている。
【００５３】
図４において、端面１４ＢのＺ軸方向の高さはＨ２で、各ステップの第１面１４１ＢのＸ軸方向の幅はｗ２で、第２面１４２ＢのＺ軸方向の高さはｈ２で、丸み状の半径はＲ２である。第２回折光学素子１００Ｂの具体的なバラメーダは、表４に示されたとおりである。
【表４】
2011123317.tif 000006
ここで、長さの単位はμｍである。
【００５４】
表４の数値に基づいて数式（１）〜数式（８）を計算すると、その結果は表５に示されたとおりである。
【表５】
2011123317.tif 000007
【００５５】
表５に示されたように、第２実施形態の第２回折光学素子１００Ｂは数式（１）〜数式（８）を満たしている。
【００５６】
表６は、測定波長範囲を４０４．７（ｈ線）ｎｍ〜７０６．５ｎｍ（ｒ線）とした場合に、複層型である第２回折光学素子１００Ｂと単層型である回折光学素子との端面でのフレア量の計算結果である。ここで、単層型の回折光学素子としては高屈折率媒質にて構成したｄ線ブレーズ格子が用いられ、４ステップの階段状の端面を有している。また、実際の回折光学素子でのフレア量は測定しにくいため、表６ではフレア量の推定値として端面での１次回折光の回折効率値を用いて計算している（以下はフレア量と称する）。もちろん、表６に示したフレア量が小さいほど回折光学素子の性能により優れる。
【表６】
2011123317.tif 000008
【００５７】
また、図５は表６で計算されたフレア量を示したグラフである。図５において、実線は複層型の第２回折光学素子１００Ｂのフレア量を示し、点線は単層型のｄ線ブレーズ格子のフレア量を示している。図５では、１ヶの格子に入射する光のエネルギーを１．０＝１００％として規格化している。
【００５８】
図５ですぐ分かるように、実線に示された複層型の第２回折光学素子１００Ｂにおいて、フレア量は可視光の紫色から赤色に至るまでほとんど変化しなく、０．０５程度である。しかし、点線に示された単層型のｄ線ブレーズ格子において、フレア量は可視光の紫色から赤色に至るまで大きく変化し、０．０１８程度から０．０５程度まで変化する。特に波長４０４．７ｎｍ〜５４６．１ｎｍ領域におけるフレア量は、波長５４６．１ｎｍ〜７０６．５ｎｍ領域におけるフレア量に比べて小さい。つまり、単層型のｄ線ブレーズ格子では赤色のフレア光の強度が紫色のフレア光の強度より強くなったことを示している。このため、単層型のｄ線ブレーズ格子においてフレア光は全体的に赤っぽく感じられる。
【００５９】
表５、表６及び図５によると、第２回折光学素子１００Ｂは端面１４Ｂを４ステップの階段形状に形成した複層型であるため、各波長の光が端面１４Ｂで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００６０】
第２実施形態においては、広帯域の使用波長領域を有する第２回折光学素子１００Ｂの回折格子１１Ｂ及び１２Ｂの端面１４Ｂを階段形状に形成することにより、白色光が得られる。
【００６１】
（第３実施形態）
第３実施形態の第３回折光学素子１００Ｃの構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態の第３回折光学素子１００Ｃの端面１４Ｃを示した部分拡大図である。
【００６２】
図６に示されたように、第３実施形態の第３回折光学素子１００Ｃは同じ形状である第１回折格子１１Ｃ及び第２回折格子１２ＣがＺ軸方向で密着して積層されたものである。また、第３回折光学素子１００Ｃにおいて、端面１４Ｃを除いたほかの部分は第１実施形態で説明された構成と同じである。例えば、回折面１３Ｃは第１実施形態で説明された回折面Ａと同じであるため、説明を省略する。
【００６３】
端面１４Ｃは８ステップの階段状であり、点線Ｋに囲まれた部分を１つのステップとする。また、各ステップはＸ軸方向に沿って伸びた第１面１４１Ｃと、その第１面１４１Ｃの＋Ｘ側の端部より＋Ｚ軸方向に沿って伸びた第２面１４２Ｃとを有する。したがって、第１面１４１Ａと第２面１４２Ａとは垂直に接続されている。
【００６４】
ここで、第３実施形態の第３回折光学素子１００Ｃは金型で製造することでないため、１つ１つのステップを削って形成する必要がある。
【００６５】
複層型の第３回折光学素子１００Ｃは端面１４Ｃを８ステップの階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｃで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００６６】
第３実施形態においては、広帯域の使用波長領域を有する第３回折光学素子１００Ｃの回折格子１１Ｃ及び１２Ｃの端面１４Ｃを階段形状に形成することにより、白色光が得られる。
【００６７】
（第４実施形態）
第４実施形態の第４回折光学素子１００Ｄの構成について、図７を参照しながら説明する。図７は、第４実施形態の第４回折光学素子１００Ｄの端面１４Ｄを示した部分拡大図である。
【００６８】
図７に示されたように、第４実施形態の第４回折光学素子１００Ｄは同じ形状である第１回折格子１１Ｄ及び第２回折格子１２ＤがＺ軸方向で密着して積層されたものである。また、第４回折光学素子１００Ｄにおいて、端面１４Ｄを除いたほかの部分は第２実施形態で説明された構成と同じである。例えば、回折面１３Ｄは第２実施形態で説明された回折面Ｂと同じであるため、説明を省略する。
【００６９】
端面１４Ｄは４ステップの階段状であり、点線Ｌに囲まれた部分を１つのステップとする。また、各ステップはＸ軸方向に沿って伸びた第１面１４１Ｄと、その第１面１４１Ｄの＋Ｘ側の端部より＋Ｚ軸方向に沿って伸びた第２面１４２Ｄとを有する。したがって、第１面１４１Ｄと第２面１４２Ｄとは垂直に接続されている。
【００７０】
ここで、第４実施形態の第４回折光学素子１００Ｄは金型で製造しないため、１つ１つのステップを削って形成する必要がある。
【００７１】
複層型の第４回折光学素子１００Ｄは端面１４Ｄを４ステップの階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｄで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００７２】
第４実施形態においては、広帯域の使用波長領域を有する第４回折光学素子１００Ｄの回折格子１１Ｄ及び１２Ｄの端面１４Ｄを階段形状に形成することにより、反射効率を上げることができるとともに白色光が得られる。
【００７３】
（第５実施形態）
第５実施形態の第５回折光学素子１００Ｅの構成について、図８を参照しながら説明する。図８は、第５実施形態の第５回折光学素子１００Ｅの構成を説明するための断面図である。図８において、光学部材２０が描かれているが、実は第５回折光学素子１００Ｅに属されているものではない。
【００７４】
ここで、図８に示されたように、第５回折光学素子１００Ｅは第１回折格子１１Ｅと、第２回折格子１２Ｅとにより構成され、平板状の光学部材２０に接着されている。
【００７５】
また、第５回折光学素子１００ＥはＸ軸方向で連続した鋸歯状の格子構造を有する。詳しく説明すると、第１回折格子１１Ｅ又は第２回折格子１２Ｅにおいて、凸状に膨らんでいる曲面である回折面１３Ｅと、階段状である端面１４ＥとがピッチＰ５を持って形成されている。なお、第５回折光学素子１００ＥはＺ軸により線対称である。また、ピッチＰ５はＸＺ平面の中心から周辺に向かって徐々に狭くなっているため、第５回折光学素子１００Ｅは＋Ｚ軸方向に一般の凸レンズと同じ正パワーを有している。また、回折面１３Ｅ及び端面１４ＥのＺ軸方向の高さはＨ５である。
【００７６】
第５実施形態において、第５回折光学素子１００Ｅの端面１４Ｅは４ステップの階段状である。各ステップは、第１実施形態及び第２実施形態で説明されたようにコーナー部に丸みを有するように形成されてもよいし、第３実施形態及び第４実施形態で説明されたように直角に形成されてもよい。
【００７７】
複層型の第５回折光学素子１００Ｅは端面１４Ｅを階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｅで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００７８】
第５実施形態においては、広帯域の使用波長領域を有する第５回折光学素子１００Ｅの回折格子１１Ｅ及び１２Ｅの端面１４Ｅを階段形状に形成することにより、反射効率を上げることができるとともに白色光が得られる。
【００７９】
また、第５実施形態では端面１４Ｅが４ステップの階段状であるが、第１実施形態及び第３実施形態で説明されたように８ステップの階段状でもよい。
また、第５実施形態では第５回折光学素子１００Ｅを平板状の光学部材２０に接着しているが、Ｚ軸方向で凸面を有する凸レンズに接着してもよい。
【００８０】
＜回折光学素子１００を用いた光学系２００、２１０＞
図９は、回折光学素子１００を用いる光学系２００又は光学系２１０概念断面図である。図９（ａ）は、絞りＤＰより像面側に回折光学素子１００が配置された光学系２００である。図９（ｂ）は、絞りＤＰより物体側に回折光学素子１００が配置された光学系２１０である。
【００８１】
図９（ａ）に示された光学系２００において、図９（ａ）の左側が物体（不図示）で右側が結像面ＩＰである。光学系２００は、左側から順に結像レンズ２１１、絞りＤＰ（瞳面）、及び回折光学素子１００を有している。光学系２００は、例えばカメラの撮影レンズとして使われる。
【００８２】
回折光学素子１００は、図１に示されたように端面１４を階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｅで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。また、広帯域の使用波長領域を有し、特定の波長又は複数の波長又は全ての波長で使用されるレンズ作用を有する回折光学素子１００の回折格子１１及び１２の端面１４を階段形状に形成することにより、反射効率を上げることができるとともに白色光が得られる。
【００８３】
図９（ｂ）に示された光学系２１０において、図９（ｂ）の左側が物体（不図示）で右側が結像面ＩＰである。光学系２１０は、左側から順に結像レンズ２１２、回折光学素子１００、絞りＤＰ（瞳面）、及び結像レンズ２１３を有している。光学系２１０もカメラの撮影レンズとして使われる。
【００８４】
回折光学素子１００は、図１に示されたように端面１４を階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｅで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。また、広帯域の使用波長領域を有し、特定の波長又は複数の波長又は全ての波長で使用されるレンズ作用を有する回折光学素子１００の回折格子１１及び１２の端面１４を階段形状に形成することにより、反射効率を上げることができるとともに白色光が得られる。
【００８５】
図９（ｂ）において、結像レンズ２１２と回折光学素子１００とは別体である。しかし、これに限定するものではなく、結像レンズ２１２に回折光学素子１００を設けても良い。
【００８６】
図９に示された光学系２００又は光学系２１０は、回折光学素子１００の端面１４を階段形状に形成することで、各波長の光が端面１４Ｅで発生するフレア光を均一させることができ、フレア光が全体的に白色化される。
【００８７】
また、光学系２００又は光学系２１０はカメラの撮影レンズとして示されたが、これに限定せず、ビデオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナ、デジタル複写機のリーダーレンズ、双眼鏡や顕微鏡等の観察装置の光学系などの結像光学系に使用しても同様の効果が得られる。
【００８８】
図９において、回折光学素子として図１で説明された回折光学素子１００が用いられているが、第１〜第５実施形態の回折光学素子を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上、本発明の最適な実施形態について説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更を加えて実施することができる。
例えば、回折光学素子に反射を防止できるサブ波長面（ＳＷＳ：Sub-Wavelength Structured
Surface）を設けてもよい。
また、最適な実施形態として、広帯域の可視光を対象として説明した。しかし、狭帯域の可視光や、狭帯域や広帯域の赤外線や紫外線が入射する回折光学素子、回折光学部材及び光学系にも適用できる。また、光学系としては、透過型だけでなく、反射型の光学系にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ  …  第１回折格子
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ  …  第２回折格子
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ  …  回折面
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ  …  端面
１４１、１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃ、１４１Ｄ  …  第１面
１４２、１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、１４２Ｄ  …  第２面
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  …  回折光学素子
２００、２１０  …  光学系
２１１、２１２、２１３  …  結像レンズ
ＤＰ  …  絞り
ｈ、ｈ１、ｈ２  …  第２面のＺ軸方向の高さ
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ５  …  回折面及び端面のＺ軸方向の高さ
ＩＰ  …  結像面
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５  …  ピッチ
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２  …  コーナーの丸みの半径
ｗ、ｗ１、ｗ２  …  第１面のＸ軸方向の幅
【図１】
2011123317.tif 000009
【図２】
2011123317.tif 000010
【図３】
2011123317.tif 000011
【図４】
2011123317.tif 000012
【図５】
2011123317.tif 000013
【図６】
2011123317.tif 000014
【図７】
2011123317.tif 000015
【図８】
2011123317.tif 000016
【図９】
2011123317.tif 000017