(57)【要約】【課題】不要光を抑制する回折光学素子、光学系および光学機器を提供する。【解決手段】一対の回折格子１１、１２の境界面の少なくとも一部に配置された薄膜２０を有する回折光学素子であって、薄膜の屈折率から一対の回折格子の屈折率の大きい方を引いた値は０．５よりも大きく０．８よりも小さいことを特徴とする。【選択図】図１
2011257689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系のレンズに用いられる回折光学素子であって、
互いに異なる材料により形成され、光軸方向に積層された第１の回折格子と第２の回折格子と、
前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の境界面の少なくとも一部に配置され、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とは異なる材料からなる単層または多層で構成され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜と、
を有し、
前記第１の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１と前記第２の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ２および、前記薄膜の一層を構成する材料のｄ線に対する最大の屈折率ｎｄ３が以下の式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
ｎｄ１＜ｎｄ２
０．５＜ｎｄ３−ｎｄ２＜０．８
【請求項２】
前記薄膜の最大の屈折率の層の最大の厚さｗおよび前記薄膜の全体の厚さＷが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
０ ＜ ｗ ＜ ２μｍ
０ ＜ Ｗ／Ｐ ＜ ０．０５
【請求項３】
前記回折格子の材料の屈折率が以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。 
０ ＜ ｎｄ２−ｎｄ１ ＜ ０．２２３
【請求項４】
前記薄膜は格子壁面にのみ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記薄膜は、異なる屈折率を有する多層を有し、屈折率の高い層の厚さは屈折率の低い層の厚さよりも物理的に厚いことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記薄膜は前記境界面の位置によって厚さが異なることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の回折光学素子と、
前記回折光学素子の後側に配置された絞りと、
を有することを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項７に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系のレンズに用いられる回折光学素子、光学系および光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系のレンズに用いられる回折光学素子において、２つの回折格子を密着配置し、各回折格子を構成する材料と格子高さを適切に設定することで広い波長帯域で高い回折効率を得ることが知られている。この格子面と格子壁面を備えた回折光学素子に光束が入射すると、その入射光束が格子壁面で反射又は屈折することにより、不要光（フレア）が発生する。特許文献１及び２は、格子壁面での不要光（フレア）を抑制するために格子壁面に吸収膜を設けた回折光学素子を提案している。特許文献３及び４は、２つの回折格子を密着配置し、その境界面に密着性を向上する目的で薄膜を設けることを提案している。特許文献５は、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ：Ｒｅｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を使用した回折効率の計算について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２６３９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３０８１号公報
【特許文献４】特開２００５−６２７１７号公報
【特許文献５】特開２００９−２１７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学系のレンズに用いられる回折光学素子において、特に問題となる不要光は設計入射光束とは異なる斜入射角度（画面外光入射角度）で入射する光束により高屈折率媒質と低屈折率媒質の界面で発生する全反射に起因する不要光である。しかし、特許文献１〜４はこれについて検討していないために不要光を抑制する効果も十分ではないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、不要光を抑制する回折光学素子、光学系および光学機器を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回折光学素子は、光学系のレンズに用いられる回折光学素子であって、互いに異なる材料により形成され、光軸方向に積層された第１の回折格子と第２の回折格子と、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子の境界面の少なくとも一部に配置され、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とは異なる材料からなる単層または多層で構成され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜とを有し、前記第１の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１と前記第２の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ２および、薄膜の一層を構成する材料のｄ線に対する最大の屈折率ｎｄ３が以下の式を満たすことを特徴とする。
【０００７】
ｎｄ１＜ｎｄ２
０．５＜ｎｄ３−ｎｄ２＜０．８
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、不要光を抑制する回折光学素子、光学系および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回折光学素子の平面図及び側面図である。（実施例１）
【図２】図１の部分拡大断面図である。（実施例１）
【図３】図１に示す回折格子部の部分拡大斜視図である。（実施例１）
【図４】図２の部分拡大断面図である。（実施例１）
【図５】図１に示す回折光学素子を有する光学系の光路図である。（実施例１）
【図６】図５に示す光学系において不要光の影響を説明するための模式図である。（実施例１）
【図７】図５に示す回折光学素子の画面外入射＋１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例１）
【図８】図７に対する比較例としてのグラフである。
【図９】図８に示す比較例における問題点を説明するための模式図である。
【図１０】図１に示す回折光学素子の効果を説明するための模式図である。（実施例１）
【図１１】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（実施例１）
【図１２】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（比較例）
【図１３】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例１）
【図１４】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（比較例）
【図１５】回折光学素子の画面外入射＋１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例２）
【図１６】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（実施例２）
【図１７】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例２）
【図１８】回折光学素子の画面外入射＋１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例３）
【図１９】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（実施例３）
【図２０】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例３）
【図２１】回折光学素子の部分拡大断面図である。（実施例４）
【図２２】図２１に示す回折光学素子の画面外入射＋１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例４）
【図２３】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（実施例４）
【図２４】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例４）
【図２５】回折光学素子の部分拡大断面図である。（実施例５）
【図２６】図２５に示す回折光学素子の画面外入射＋１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例５）
【図２７】回折光学素子の設計入射光束に対する回折効率のグラフである。（実施例５）
【図２８】回折光学素子の画面外入射−１０度光束に対する回折効率のグラフである。（実施例５）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１の回折光学素子（ＤＯＥ）１の平面図と側面図である。ＤＯＥ１は、可視波長体全域の使用波長領域で特定の一つの次数（以下、「特定次数」または「設計次数」ともいう）の回折光の回折効率を高めるように構成されている。
【００１２】
ＤＯＥ１は透明な一対の基板２および３と、その間に配置された回折格子部１０と、を有する。各基板２および３は、平板又はレンズ作用を奏する形状を有するが、本実施例では、基板２の上下面と基板３の上下面はそれぞれ曲面を有する。
【００１３】
回折格子部１０は光軸Ｏを中心とした同心円状の回折格子形状を有し、レンズ作用を奏する。図２は図１の中央部付近の部分拡大断面図であり、図３は、回折格子部１０の部分拡大斜視図である。図４は図２の拡大断面図である。
【００１４】
格子形状を分かりやすくするために、図２〜図４は格子深さ方向にかなりデフォルメされ、格子数も実際よりは少なく描かれている。図３および図４において、入射光束ａは、ＤＯＥ１の設計入射角度である入射角度０度で入射する光束である。入射光束ｂは、斜入射角度（画面外光入射角度）で下向きに入射する光束である。入射光束ｃは、斜入射角度（画面外光入射角度）で上向きに入射する光束である。
【００１５】
図１、図３において、回折格子部１０は、回折格子（第１の回折格子）１１と回折格子（第２の回折格子）１２とが光軸方向に密着することによって形成され、回折格子１１および１２の格子壁面には使用波長帯域で透明な薄膜２０が設けられている。回折格子１１は基板２と一体であってもよいし別体であってもよい。回折格子１２は基板３と一体であってもよいし別体であってもよい。
【００１６】
なお、本実施例では回折格子１１と１２が光軸方向において密着しているが、介在する薄膜２０は後述するように両者の境界面の全域に亘って設けられている場合もあるので、回折格子１１と１２が光軸方向に積層されていれば足りる。本実施例では、回折格子１１と１２の間には空間が設けられていない。
【００１７】
回折格子１１は格子面１１ａと格子壁面１１ｂから構成される同心円状のブレーズ構造を有し、回折格子１２は格子面１２ａと格子壁面１２ｂから構成される同心円状のブレーズ構造を有する。各回折格子１１および１２は、光軸Ｏから外周部にいくに従って格子ピッチを徐々に変化させてレンズ作用（光の収斂作用や発散作用）を実現している。
【００１８】
格子面１１ａ、１２ａおよび格子壁面１１ｂ、１２ｂは互いに隙間なく接しており、回折格子１１、１２は、全体で１つのＤＯＥ１０として作用する。また、ブレーズ構造にすることで、ＤＯＥ１に入射した入射光は、回折格子部１０で回折せずに透過する０次回折方向に対し、特定の回折次数（図では＋１次）方向に集中して回折する。
【００１９】
本実施例のＤＯＥ１の使用波長領域は可視域であるため、可視領域全体で設計次数の回折光の回折効率が高くなるように、回折格子１１及び１２を構成する材料及び格子高さを選択している。すなわち、複数の回折格子（回折格子１１，１２）を通過する光の最大光路長差（回折部の山と谷の光学光路長差の最大値）が使用波長域内で、その波長の整数倍付近となるように、各回折格子の材料及び格子高さが定められている。このように回折格子の材料、形状を適切に設定することによって、使用波長全域で高い回折効率が得られる。
【００２０】
一般に、回折格子の格子高さは、格子周期方向に垂直な方向（面法線方向）の格子先端と格子溝の高さで定義される。また、格子壁面が面法線方向からシフトしているときや格子先端が変形しているとき等の場合は、格子面の延長線と面法線との交点との距離で定義される。なお、回折格子材料や格子高さは限定されない。
【００２１】
回折格子１１は、ＩＴＯ微粒子を混合させたフッ素アクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５０４、νｄ＝１６．３、θｇＦ＝０．３９０、ｎ５５０＝１．５１１）から構成されている。回折格子１２は、ＺｒＯ２微粒子を混合させたアクリル系紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５６７、νｄ＝４７．０、θｇＦ＝０．５６９、ｎ５５０＝１．５７０）から構成されている。なお、各回折格子１１，１２のそれぞれのｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数、θｇＦはｇ線とＦ線に対する部分分散比、ｎ５５０は波長５５０ｎｍに対する屈折率である。
【００２２】
本実施例では、回折格子１１と１２は互いに異なる材料により形成され、回折格子１１は低屈折率分散材料から構成され、回折格子１２はそれよりも高い屈折率を有する高屈折率分散材料から構成されている。但し、回折格子１１の材料のｄ線に対する屈折率と回折格子１２の材料のｄ線に対する屈折率のうちどちらかが大きければ足りる。
【００２３】
また、微粒子を分散させた樹脂材料は、紫外線硬化樹脂であって、アクリル系、フッ素系、ビニル系、エポキシ系のいずれかの有機樹脂を含むが、特に限定されない。また、本実施例では設計次数を＋１次にしているが、設計次数を＋１次以外であっても同様の効果が得られるため、設計次数に限定されない。
【００２４】
微粒子は、酸化物、金属、セラミックス、複合物、混合物を含むが、特に限定されない。微粒子材料の平均粒子径は、回折光学素子への入射光の波長（使用波長又は設計波長）の１／４以下であることが好ましい。これよりも粒子径が大きくなると、微粒子材料を樹脂材料に混合した際に、レイリー散乱が大きくなる可能性が生じる。
【００２５】
微粒子を分散させた樹脂材料の代わりに、樹脂材料等の有機材料、ガラス材料、光学結晶材料、セラミックス材料等を使用してもよい。
【００２６】
また、回折光学素子の輪帯毎に薄膜の幅または形状を変えることによって輪帯毎に制御してもよい。この結果、結像面に到達する不要光を効果的に抑制することができる。
【００２７】
薄膜２０は格子壁面に沿って略均一な厚さを有し、斜入射（画面外入射）光束によって発生して結像面に到達する不要光を減少させ、回折光学素子の使用波長帯域の光に対して透明な膜である。薄膜２０は単層または多層で構成されるが、本実施例では、薄膜２０は単層から構成されている。
【００２８】
薄膜２０は、回折格子１１と１２の境界面の少なくとも一部に配置され、本実施例では、格子壁面１ｂ、１ｂ’に設けられている。格子壁面１ｂ、１ｂ’の図４に示す格子高さｄは９．２９μｍ、設計次数は＋１次である。
【００２９】
薄膜２０は、回折格子１１と１２とは異なる高い屈折率を有する材料から構成され、本実施例ではＴｉＯ２（ｄ線に対する屈折率ｎ＝２．３２３）から構成されている。
【００３０】
薄膜２０が多層構造を有する場合、その一層を構成する材料のｄ線に対する最大の屈折率は１．３以上２．５以下である必要があることが好ましい。但し、後述する数式に示すように、薄膜の屈折率は回折格子１１、１２の屈折率の大きい方よりも０．５以上大きくなければならないから、約２．０以上必要となる。また、２．５以下としたのは現存する材料の屈折率を考慮した場合に材料の選択が困難になるためである。
【００３１】
薄膜２０の、積層面である格子壁面に垂直な方向の厚さまたは幅ｗは０．１μｍである。
【００３２】
薄膜２０の製造方法は特に限定されない。例えば、回折格子１２を製造し、その後、薄膜２０を選択的に形成する。具体的には、薄膜を構成する材料を真空蒸着手法等で薄膜形状に成膜した後、リソグラフィー手法やナノインプリント法等によるによるパターニングしてエッチング手法等で選択的に形成する手法を用いることができる。また、マスクパターンを用いて選択的に蒸着手法等で形成する方法等を用いることができる。その後、回折格子１１を形成することで回折光学素子を製造することができる。薄膜２０は蒸着などのプロセスで製造できるため、特許文献１及び２に記載された吸収膜を製造するよりも安価かつ容易に製造することができる。
【００３３】
図５は、撮像装置（カメラなど）に適用可能な、ＤＯＥ１を用いた望遠タイプの撮影光学系でｆ＝３９２．００ｍｍ、ｆｎｏ＝４．１２、半画角３．１６度であり、第２面に回折面が設けられている。図６は、図７の光学系における不要光の模式図である。
【００３４】
図５において、３０は撮影レンズで、内部に絞り４０とＤＯＥ１を有する。絞り４０はＤＯＥ１よりも後側に配置されている。４１は結像面であるフィルムまたはＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子が配置されている。回折格子部１０に入射する光束の入射角の分布の重心（図形の重心と同じ）は包絡面の回折格子の中心での面法線に対し、回折格子部１０の中心よりに分布するように設定されている。図５では前玉のレンズの貼り合せ面にＤＯＥ１を設けたが、これに限定するものではなく、レンズ表面に設けてもよいし、撮影レンズ内に複数、回折光学素子を使用してもよい。
【００３５】
ＤＯＥ１が適用可能な光学系は、図５に示す撮影光学系に限定されず、ビデオカメラの撮影レンズ、イメージスキャナーや、複写機のリーダーレンズなど広波長域で使用される結像光学系、双眼鏡や望遠鏡などの観察光学系、光学式ファインダーであってもよい。また、ＤＯＥ１を含む光学系が適用可能な装置も撮像装置に限定されず、広く光学機器であればよい。
【００３６】
図２及び図６において、光軸Ｏに対して入射角ωで入射した画面外光束ＢとＢ’は、基板２を通過後、それぞれ光軸Ｏから上方向に数えてｍ番目、下方向に数えてｍ番目の回折格子であるｍ格子とｍ’格子に入射する。画面外光束Ｂ，Ｂ’のｍ格子、ｍ’格子に対しての入射角度は主光線方向に対して角度ωｉ、ωｉ’である。また、格子壁面１ｂ、１ｂ’方向は主光線方向と等しい。
【００３７】
図７は、図４に示す入射光束ｂと図６に示す入射光束Ｂを想定して入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算結果を示すグラフである。入射角は図４の下向きを正の方向としている。
【００３８】
図７（ａ）は設計次数である＋１次回折光付近での回折効率であり、横軸は回折次数、縦軸は回折効率である。図７（ｂ）は図７（ａ）の縦軸の回折効率の低い部分を拡大し、横軸を回折次数から回折角にして高回折角度範囲について表示した結果である。回折角は図４の下向きを正の方向としている。
【００３９】
図７（ａ）に示すように、設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達しないため影響は小さい。残りの不要光は図７（ｂ）に示すように、特定角度方向にピークを有する不要光となって伝播する。
【００４０】
この不要光は略−１０度方向にピークを有し、この伝播方向は格子壁面に入射する画面外入射角度＋１０度光束の成分が全反射にして伝播する射出方向−１０度方向と略等しい。
【００４１】
図８は、薄膜２０を有しない以外は図１と同様の構成を有するＤＯＥを使用した場合の、図７に相当する比較例としてのグラフである。
【００４２】
この比較例では、図９の光束ｂ１に示すように、格子壁面に対して高屈折率材料側から低屈折率材料側に臨界角７４．２度以上の＋８０度で入射する光束ｂは格子壁面で全反射し、不要光は略−１０度方向から高角度範囲（回折角０度付近）まで広がる。回折角０度は設計入射角０度による＋１次回折光の回折角０．２０度（図３の＋１次光）にほぼ等しいため、画面外光＋１０度入射の不要光のうち、回折角＋０．２０度付近に射出する不要光が像面に到達することになる。
【００４３】
なお、回折光学素子の後段の光学系によって画面外入射光の不要光が像面に到達する回折次数、回折角度が異なる。しかし、いかなる光学系であっても少なくとも設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度に略一致する画面外光による不要光の回折光は像面に到達するため、像性能の低下を招くことになる。
【００４４】
図７（ｂ）に示す−１０度方向の不要光ピーク角度は図８（ｂ）とほぼ同じだが、不要光の広がりは図７（ｂ）と図８（ｂ）では異なり、図７（ｂ）のほうが低回折角度の回折効率が低い。
【００４５】
つまり、本実施例は低回折角度の不要光（図９の光束ｂ１）が少なくなる。図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図７の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数−４６次（回折角＋０．３４度）の回折効率が０．００８４％、回折次数−４７次（回折角＋０．１４度）の回折効率が０．００８３％である。
【００４６】
一方、薄膜を有しない比較例においては、回折次数−４６次（回折角＋０．３４度）の回折効率が０．０１４％、回折次数−４７次（回折角＋０．１４度）の回折効率が０．０１４％であるため、本実施例では不要光の影響が大幅に減少していることになる。
【００４７】
図１０は、本実施例における図９に対応する模式図である。本実施例においては、不要光は、格子壁面付近に入射する光束ｂの一部は薄膜２０の内部に閉じ込められ、光導波路のように光束ｂ３として伝播し、これらの光束が射出後に干渉する結果、像面に到達する光束が比較例よりも減少していると考えられる。
【００４８】
次に、図４に示す入射光束ａとｃが及ぼす影響について説明する。
【００４９】
図１１は、図４に示す入射光束ａを想定して入射角度０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【００５０】
図１１（ａ）は設計次数である＋１次回折光付近での回折効率であり、横軸は回折次数、縦軸は回折効率である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）の縦軸の回折効率の低い部分を拡大し、横軸を回折次数から回折角にして高回折角度範囲について表示した結果である。回折角は図４の下向きを正の方向としている。
【００５１】
図１２は、薄膜２０を有しない以外は図１と同様の構成を有するＤＯＥを使用した場合の、図１１に相当する比較例としてのグラフである。
【００５２】
図１１（ａ）から設計次数である＋１次回折光の回折効率は９９．０２％（回折角＋０．２０度）であり、図１２（ａ）の薄膜を設けていない回折格子の場合の＋１次回折光の回折効率９８．７６％（回折角＋０．２０度）と同等以上である。残りの光は不要光となり図１１（ｂ）のように伝播していることがわかる。ここで想定している格子ピッチはひとつの基準として１００μｍとしている。図１に示すように光軸に近い輪帯ほど、格子ピッチは大きくなり、格子壁面および反射手段による悪影響が小さくなるため、設計次数の回折効率は高く、不要光の回折効率は低くなる。
【００５３】
結果として、回折光学素子全域を考慮した場合、この格子ピッチ１００μｍの回折効率０．２６％の違いは設計入射角度（撮影光入射角度）において日中の太陽等の高輝度光源を直接撮影することは稀であるため、ほとんど影響せず、問題とはならない。同時に、不要光の影響も小さい。
【００５４】
次に、図１３は、図４に示す入射光束ｃを想定して入射角度−１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。入射角は図４の下向きを正の方向としている（図２のｍ’格子では上向きが正の方向となる）。
【００５５】
図１３（ａ）は設計次数である＋１次回折光付近での回折効率であり、横軸は回折次数、縦軸は回折効率である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）の縦軸の回折効率の低い部分を拡大し、横軸を回折次数から回折角にして高回折角度範囲について表示した結果である。
【００５６】
図１４は、薄膜２０を有しない以外は図１と同様の構成を有するＤＯＥを使用した場合の、図１３に相当する比較例としてのグラフである。
【００５７】
図１３（ａ）から設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達することはないため影響は小さい。残りの不要光は図１３（ｂ）のように特定角度方向にピークをもつ不要光となって伝播していることがわかる。図１４（ｂ）と比較すると、＋方向の不要光のピークは増加し、−方向の不要光のピークは減少している。これは格子壁面に設けた高屈折率薄膜によって、低屈折率媒質側から格子壁面に入射した光束の一部が反射することで＋方向の不要光が増加し、−方向の透過に起因する不要光が減少していることを意味している。
【００５８】
図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図１３の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数＋４９次（回折角＋０．２６度）の回折効率が０．０１０％、回折次数＋４８次（回折角＋０．０６度）の回折効率が０．０１０％である。比較例の場合は図１４より回折次数＋４９次（回折角＋０．２６度）の回折効率が０．００２１％、回折次数＋４８次（回折角＋０．０６度）の回折効率が０．００２２％である。このように、本発明の方が比較例に比べて増加しているが、回折効率の数値が極めて小さいため、像性能の低下に対しての影響は小さい。
【００５９】
このように、本発明の回折光学素子を適用した光学系において、格子壁面に薄膜を設けることにより、不要光の影響が小さいｍ’格子の不要光の増加を影響ない程度に抑制し、不要光の影響が大きいｍ格子の不要光を大幅に減少させることができる。この結果、結像面に到達する不要光が小さくなるため、像性能の低下を抑制することができる。同時に、設計次数の回折効率の低減を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【００６０】
なお、ここでは格子ピッチ１００μｍとしている。さらに格子ピッチの広い輪帯においては壁面の寄与が小さくなるため、設計次数の回折効率は高く、不要光の回折効率は低くなる。また、図示してはいないが、この不要光の伝播方向については格子ピッチに依存せず、伝播方向は同じであった。このため、ひとつの基準として格子ピッチ１００μｍの回折効率を示している。
【００６１】
また、ここでは画面外光束Ｂ，Ｂ’の入射角は画面外＋１０度（光軸方向に対しては入射角ωは＋１３．１６度）を想定する。この入射角度より小さい角度ではレンズ表面や結像面反射によるゴーストやレンズ内部、表面微小凹凸による散乱が多いため回折光学素子の不要光は比較的目立たない。また、この入射角度より大きい角度では、前側レンズ面の反射やレンズ鏡筒による遮光により回折光学素子の不要光の影響度は比較的小さい。このため、画面外入射光束は＋１０度付近が回折光学素子の不要光に対して最も影響が大きく、ここでは画面外光束の入射角は略＋１０度を想定する。
【００６２】
本実施例では、２つの回折格子を密着配置し、各回折格子を構成する材料や回折格子の高さを適切に設定して所定の次数の回折光に対して広い波長帯域で高い回折効率を実現している。
【００６３】
また、本実施例では、ＤＯＥ１において、次式を満足することによって結像面に到達する不要光を低減することができる。ここで、ｎｄ２は回折格子１２を構成する材料のｄ線に対する屈折率、ｎｄ３は薄膜２０の一層を構成する材料のｄ線に対する（最大の）屈折率である。
【００６４】
本実施例では、回折格子１１を構成する材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１よりもｎｄ２の方が大きい例について説明している。しかし、ｎｄ１＞ｎｄ２の場合には回折格子の格子形状の向きも逆になるため、格子壁面による不要光の影響は同様となるため以下のように一般化することができる。
【００６５】
【数１】
2011257689.tif 000003
【００６６】
本実施例は、格子壁面の高屈折率薄膜によって格子壁面の低屈折率材料側から高屈折率材料側への電磁場の伝播が低減されたことと高屈折率薄膜内部に一部の光束が閉じ込められ、光導波路のように伝播されることを利用している。数式１を満足しないと屈折率差が小さくなって不要光の低減効果も減少する。この点、特許文献３は、薄膜と２つの光学層のいずれか一方の屈折率差を０．０１以下に抑えているため、本実施例の効果が得られない。
【００６７】
本実施例では、屈折率ｎｄ３＝２．３２３、屈折率ｎｄ２＝１．５６７、屈折率ｎｄ１＝１．５０４であるから、ｎｄ３−ｎｄ２＝０．７５６、ｎｄ３−ｎｄ１＝０．８１９である。
【００６８】
なお、本実施例においては、図６に示すように、不要光のピークを絞り４０で遮光しているが、これに限定されない。
【実施例２】
【００６９】
実施例２は実施例１と同様であるが、薄膜の幅ｗが０．１μｍではなく１．０μｍである点が相違する。
【００７０】
図１５は、図４に示す入射光束ｂと図６に示す入射光束Ｂに対して入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算結果を示すグラフである。
【００７１】
設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達しないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークを有する不要光となって伝播する。
【００７２】
この−１０度方向の不要光ピーク角度は図８（ｂ）とほぼ同じだが、不要光の広がりは図１５と図８（ｂ）では異なり、図１５のほうが低回折角度の回折効率が低い。つまり、本実施例は低回折角度の不要光（図９の光束ｂ１）が少なくなる。
【００７３】
図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図１５の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数−４６次の回折効率が０．００６５％、回折次数−４７次の回折効率が０．００７４％であるため、図７（ｂ）と同様に、回折効率が大幅に減少していることになる。
【００７４】
図１６は、図４に示す入射光束ａを想定して入射角度０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【００７５】
設計次数である＋１次回折光の回折効率は９６．０６％であり、薄膜を設けていない回折格子の場合の＋１次回折光の回折効率より低くなっている。残りの光は不要光となり実施例１と同様に伝播していることがわかる。この薄膜によって、位相の不整合が生じた結果、比較的低次（およそ±３５次、回折角±１０度）の次数の回折効率が増加し、設計次数である＋１次回折光の回折効率が下がっている。また、実施例１より薄膜の幅が厚いため、実施例１と比較して＋１次回折光の回折効率の低減量が大きくなっている。
【００７６】
回折光学素子全域を考慮した場合、この格子ピッチ１００μｍの回折効率２．７０％の低減量は設計入射角度（撮影光入射角度）において日中の太陽等の高輝度光源を直接撮影することは稀であるため、ほとんど影響せず、問題とはならない。同時に、不要光の影響も小さい。
【００７７】
次に、図１７は、図４に示す入射光束ｃを想定して入射角度−１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【００７８】
図１７から設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達することはないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークをもつ不要光となって伝播していることがわかる。図２、図５、図６に示すように、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図１７の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数＋４９次の回折効率が０．００６０％、回折次数＋４８次の回折効率が０．００６４％である。薄膜を設けていない回折格子の場合と比較して増加しているが、回折効率の数値が極めて小さいため、像性能の低下に対しての影響は小さい。
【００７９】
このように、本発明の回折光学素子を適用した光学系において、薄膜を設けることにより、不要光の影響が小さいｍ’格子の不要光の増加を影響ない程度に抑制し、不要光の影響が大きいｍ格子の不要光を大幅に減少させることができる。この結果、結像面に到達する不要光が小さくなるため、像性能の低下を抑制することができる。同時に、設計次数の回折効率の低減を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【００８０】
本実施例でも、ｎｄ３＝２．３２３、ｎｄ２＝１．５６７、ｎｄ１＝１．５０４であるから、ｎｄ３−ｎｄ２＝０．７５６、ｎｄ３−ｎｄ１＝０．８１９であり、数式１を満足している。
【００８１】
以上、本実施例でも、ＤＯＥ１を適用した光学系では、薄膜２０が結像面に到達する不要光を減少させて像性能の低下を抑制し、設計次数の回折効率を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【００８２】
本実施例で示したように薄膜２０の厚さに限定されないが、その幅が大きくなると、回折格子１１と回折格子１２の位相の不整合領域が拡大し、比較的低次数の不要回折光の回折効率が増加し、設計次数の回折効率（像性能）が低下する。
【００８３】
このため、薄膜の全体の厚さ（幅）Ｗを回折光学素子の格子ピッチで割った値は０よりも大きく０．０５未満であるという次式を満足すればよい。ここで、Ｐは格子ピッチ、Ｗは薄膜２０の積層面に垂直な方向の厚さの合計（薄膜が多層構造であれば各層の厚さの合計）である。
【００８４】
【数２】
2011257689.tif 000004
【００８５】
設計次数の回折効率に関しては薄膜の幅ｗと格子ピッチＰの関係は線形関係であり、薄膜２０の幅ｗと格子ピッチＰの回折格子の設計次数の回折効率と薄膜２０の幅ｗ×２と格子ピッチＰ×２の回折格子の設計次数の回折効率はほぼ同じである。
【００８６】
例えば、実施例１に示した格子ピッチ１００μｍ、薄膜の幅の和１．０μｍの回折格子と格子ピッチ２００μｍ、薄膜の幅の和２．０μｍの回折格子の設計次数の回折効率はほぼ同じである。このため、数式２が成立する。
【００８７】
また、薄膜２０の幅が大きくなると、光導波路内の伝播モード数の増加に起因する漏れ光が増加し、薄膜の最大の屈折率の層の最大の厚さｗが２μｍ以上になると不要光のリップルが増加するため、フレア低減効果が減少する。したがって、２μｍ未満であることが好ましい。薄膜が多層構造であれば最大の厚さを有する層の厚さが２μｍ未満であることを意味する。
【００８８】
【数３】
2011257689.tif 000005
【実施例３】
【００８９】
実施例３は薄膜２０がＴａ２Ｏ５（ｎ＝２．１５４）である点で実施例１と相違し、それ以外は実施例１と同様である。
【００９０】
図１８は、図４に示す入射光束ｂと図６に示す入射光束Ｂに対して入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算結果を示すグラフである。
【００９１】
設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達しないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークを有する不要光となって伝播する。
【００９２】
この−１０度方向の不要光ピーク角度は図８（ｂ）とほぼ同じだが、不要光の広がりは図１８と図８（ｂ）では異なり、図１８のほうが低回折角度の回折効率が低い。つまり、本実施例は低回折角度の不要光（図９の光束ｂ１）が少なくなる。
【００９３】
図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図１８の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数−４６次の回折効率が０．００６７％、回折次数−４７次の回折効率が０．００６７％であるため、図７（ｂ）と同様に、回折効率が大幅に減少していることになる。
【００９４】
図１９は、図４に示す入射光束ａを想定して入射角度０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【００９５】
設計次数である＋１次回折光の回折効率は９８．３９％であり、薄膜を設けていない回折格子の場合の＋１次回折光の回折効率より低くなっている。残りの光は不要光となり実施例１と同様に伝播していることがわかる。この薄膜によって、位相の不整合が生じた結果、比較的低次（およそ±３５次、回折角±１０度）の次数の回折効率が増加し、設計次数である＋１次回折光の回折効率が下がっている。
【００９６】
回折光学素子全域を考慮した場合、この格子ピッチ１００μｍの回折効率０．３７％の低減量は設計入射角度（撮影光入射角度）において日中の太陽等の高輝度光源を直接撮影することは稀であるため、ほとんど影響せず、問題とはならない。同時に、不要光の影響も小さい。
【００９７】
次に、図２０は、図４に示す入射光束ｃを想定して入射角度−１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【００９８】
図２０から設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達することはないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークをもつ不要光となって伝播していることがわかる。図２、図５、図６に示すように、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図２０の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数＋４９次の回折効率が０．００８４％、回折次数＋４８次の回折効率が０．００８４％である。薄膜を設けていない回折格子の場合と比較して増加しているが、回折効率の数値が極めて小さいため、像性能の低下に対しての影響は小さい。
【００９９】
このように、本発明の回折光学素子を適用した光学系において、薄膜を設けることにより、不要光の影響が小さいｍ’格子の不要光の増加を影響ない程度に抑制し、不要光の影響が大きいｍ格子の不要光を大幅に減少させることができる。この結果、結像面に到達する不要光が小さくなるため、像性能の低下を抑制することができる。同時に、設計次数の回折効率の低減を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【０１００】
本実施例でも、ｎｄ３＝２．１５４、ｎｄ２＝１．５６７、ｎｄ１＝１．５０４であるから、ｎｄ３−ｎｄ２＝０．５８７、ｎｄ３−ｎｄ１＝０．６５０であり、数式１を満足している。
【０１０１】
以上、本実施例の光学系では、薄膜２０が結像面に到達する不要光を減少させて像性能の低下を抑制し、設計次数の回折効率を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【実施例４】
【０１０２】
実施例４は薄膜を格子壁面のみではなく境界面全域に設けた（薄膜２２が格子壁面から格子面まで連続して設けられた）実施例であり、図２１は実施例４の回折格子の拡大断面図である。図２１はわかりやすいように格子周期方向にかなりデフォルメされた図となっている。回折格子１１と回折格子１２の構成は実施例１と同様である。
【０１０３】
回折格子１１と回折格子１２の境界面全域には透明な薄膜２１が設けられ、薄膜２１は格子面から格子壁面の全域に亘って略均一な厚さを有する。薄膜２１は、格子面に入射する垂直入射光束（画面内入射）光束に対して反射防止機能と斜入射（画面外入射）光束によって発生する不要光を制御し、結像面に到達する不要光を減少させる機能を有している。
【０１０４】
薄膜２１は回折格子１１から回折格子１２に向かう方向に順に、１５Ｈ、２７Ｌ、１２０Ｈ、２８Ｌ、１５Ｈを有する多層膜で構成されている。ここで、Ｈは高屈折率層（ＴｉＯ２層）、Ｌは低屈折率層（ＳｉＯ２（ｎ＝１．４８２）層）、数値は物理膜厚（ｎｍ）を表す。５層の薄膜のうちで１つの高屈折率薄膜が他の薄膜よりも物理的に厚くなるように設計されている。この回折光学素子の格子面における設計入射角度である入射角度０度（入射光束ａ）に対して、可視域全域（４３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）の透過率が９９．７％以上になるように設計されている。
【０１０５】
図２２は、図２１に示す入射光束ｂと図６に示す入射光束Ｂに対して入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算結果を示すグラフである。
【０１０６】
設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達しないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に、特定角度方向にピークを有する不要光となって伝播する。
【０１０７】
この−１０度方向の不要光ピーク角度は図８（ｂ）とほぼ同じだが、不要光の広がりは図２２と図８（ｂ）では異なり、図２２のほうが低回折角度の回折効率が低い。つまり、本実施例は低回折角度の不要光（図９の光束ｂ１）が少なくなる。
【０１０８】
図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図２２の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数−４６次の回折効率が０．０１０％、回折次数−４７次の回折効率が０．０１０％であるため、図７（ｂ）と同様に、回折効率が大幅に減少していることになる。
【０１０９】
図２３は、図４に示す入射光束ａを想定して入射角度０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【０１１０】
設計次数である＋１次回折光の回折効率は９８．６１％であり、薄膜を設けていない回折格子の場合の＋１次回折光の回折効率より低くなっている。残りの光は不要光となり実施例１と同様に伝播していることがわかる。この薄膜によって、位相の不整合が生じた結果、比較的低次（およそ±３５次、回折角±１０度）の次数の回折効率が増加し、設計次数である＋１次回折光の回折効率が下がっている。  回折光学素子全域を考慮した場合、この格子ピッチ１００μｍの回折効率０．１５％の低減量は設計入射角度（撮影光入射角度）において日中の太陽等の高輝度光源を直接撮影することは稀であるため、ほとんど影響せず、問題とはならない。同時に、不要光の影響も小さい。
【０１１１】
次に、図２４は、図４に示す入射光束ｃを想定して入射角度−１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【０１１２】
図２４から設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達することはないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークをもつ不要光となって伝播していることがわかる。図２、図５、図６に示すように、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図２４の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数＋４９次の回折効率が０．０１１％、回折次数＋４８次の回折効率が０．０１１％である。薄膜を設けていない回折格子の場合と比較して増加しているが、回折効率の数値が極めて小さいため、像性能の低下に対しての影響は小さい。
【０１１３】
このように、本発明の回折光学素子を適用した光学系において、薄膜を設けることにより、不要光の影響が小さいｍ’格子の不要光の増加を影響ない程度に抑制し、不要光の影響が大きいｍ格子の不要光を大幅に減少させることができる。この結果、結像面に到達する不要光が小さくなるため、像性能の低下を抑制することができる。同時に、設計次数の回折効率の低減を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【０１１４】
また、本実施例の薄膜２１の膜構成は５層となっているが、層数、膜厚、膜材料については限定されず、実施例１〜３に示したような単層薄膜でもよい。膜構成は回折格子１１および１２の材料選択によって格子面の反射防止特性や格子壁面の不要光抑制効果を任意に設計することができる。また、多層膜の薄膜においては、高屈折率材料の薄膜が最も光学的に厚くし、光導波路構造とすることが好ましい。
【０１１５】
また、逆に実施例１〜３では格子壁面に単層膜を設けているが、格子壁面に多層膜の薄膜を設けてもよい。この場合についても、多層膜の薄膜においては、高屈折率材料の薄膜が最も光学的に厚くし、光導波路構造とすることが好ましい。
【０１１６】
本実施例は境界面全域に薄膜を形成するため、実施例１〜３よりも容易かつ安価に回折光学素子を製造することができる。回折光学素子の製造においては、例えば、回折格子１２を製造した後、格子面から格子壁面全域に薄膜を真空蒸着等により形成し、その後、回折格子１１を形成すればよいが、この方法に限定されない。さらに、界面全域に薄膜を設けることにより回折格子１１と回折格子１２の密着性を上げることもできる。
【実施例５】
【０１１７】
実施例５は実施例４と同様であるが、薄膜の格子面の上にある全体の厚さと格子壁面の上にある全体の厚さが異なっている（境界面の位置によって薄膜の全体の厚さが異なる）点が実施例４と相違する。図２５は実施例４の回折格子の拡大断面図である。図２５はわかりやすいように格子周期方向にかなりデフォルメされた図となっている。
【０１１８】
薄膜２１は回折格子１１から回折格子１２に向かう方向に順に、２０Ｈ、１９Ｌ、２２９Ｈ、２２Ｌ、１９Ｈを有する多層膜で構成されている。ここで、Ｈは高屈折率層（ＴｉＯ２層）、Ｌは低屈折率層（ＳｉＯ２層）、数値は物理膜厚（ｎｍ）を表す。５層の薄膜のうちで１つの高屈折率薄膜が他の薄膜よりも厚くなるように設計されている。また、格子壁面上の薄膜２１の膜厚は物理膜厚の半分に設定され、具体的には、回折格子１１から回折格子１２に向かう方向に順に、１０Ｈ、１０Ｌ、１１５Ｈ、１１Ｌ、１０Ｈを有する。５層の薄膜のうちで１つの高屈折率薄膜が他の薄膜よりも物理的に厚くなるように設計されている。この回折光学素子の格子面における設計入射角度である入射角度０度（入射光束ａ）に対して、可視域全域（４３０ｎｍ〜６７０ｎｍ）の透過率が９９．０％以上になるように設計されている。
【０１１９】
図２６は、図２５に示す入射光束ｂと図６に示す入射光束Ｂに対して入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算結果を示すグラフである。
【０１２０】
設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達しないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークを有する不要光となって伝播する。
【０１２１】
この−１０度方向の不要光ピーク角度は図８（ｂ）とほぼ同じだが、不要光の広がりは図２６と図８（ｂ）では異なり、図２６のほうが低回折角度の回折効率が低い。つまり、本実施例は低回折角度の不要光（図９の光束ｂ１）が少なくなる。
【０１２２】
図５及び図６に示す光学系においては、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図２６の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数−４６次の回折効率が０．０１０％、回折次数−４７次の回折効率が０．０１０％であるため、図７（ｂ）と同様に、回折効率が大幅に減少していることになる。
【０１２３】
図２７は、図４に示す入射光束ａを想定して入射角度０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【０１２４】
設計次数である＋１次回折光の回折効率は９７．９０％であり、薄膜を設けていない回折格子の場合の＋１次回折光の回折効率より低くなっている。残りの光は不要光となり実施例１と同様に伝播していることがわかる。この薄膜によって、位相の不整合が生じた結果、比較的低次（およそ±３５次、回折角±１０度）の次数の回折効率が増加し、設計次数である＋１次回折光の回折効率が下がっている。
【０１２５】
回折光学素子全域を考慮した場合、この格子ピッチ１００μｍの回折効率０．８６％の低減量は設計入射角度（撮影光入射角度）において日中の太陽等の高輝度光源を直接撮影することは稀であるため、ほとんど影響せず、問題とはならない。同時に、不要光の影響も小さい。
【０１２６】
次に、図２８は、図４に示す入射光束ｃを想定して入射角度−１０度、格子ピッチ１００μｍ、波長５５０ｎｍにおけるＲＣＷＡ計算を行った結果を示すグラフである。
【０１２７】
図２８から設計次数である＋１次回折光の回折効率が集中しているが、この＋１次回折光は像面に到達することはないため影響は小さい。残りの不要光は実施例１と同様に特定角度方向にピークをもつ不要光となって伝播していることがわかる。図２、図５、図６に示すように、設計入射角における設計回折次数が伝播する回折角度＋０．２０度に略一致する画面外光による不要光の回折光が少なくとも像面に到達する。図２８の回折角＋０．２０度付近の回折効率はＲＣＷＡ計算結果から、回折次数＋４９次の回折効率が０．０１３％、回折次数＋４８次の回折効率が０．０１３％である。薄膜を設けていない回折格子の場合と比較して増加しているが、回折効率の数値が極めて小さいため、像性能の低下に対しての影響は小さい。
【０１２８】
このように、本発明の回折光学素子を適用した光学系において、薄膜を設けることにより、不要光の影響が小さいｍ’格子の不要光の増加を影響ない程度に抑制し、不要光の影響が大きいｍ格子の不要光を大幅に減少させることができる。この結果、結像面に到達する不要光が小さくなるため、像性能の低下を抑制することができる。同時に、設計次数の回折効率の低減を像性能に影響ない程度に抑制することができる。
【０１２９】
本実施例のように格子面と格子壁面の膜厚が異なってもよいため、本実施例はより容易かつ安価に回折光学素子を製造することができる。一例として真空蒸着により薄膜を形成する場合に、鋸形状であるブレーズ格子の格子面と格子壁面の膜厚は一般的に異なり、さらに図３に示すように回折格子がレンズ面上に作製されている場合にも膜厚は異なる。このため、製造方法に応じて格子面の反射防止機能と格子壁面のフレア低減機能を任意に設計することで設計次数の回折効率の低減と画面外光束による不要光の低減を両立させることができる。製造方法の一例は実施例４と同様である。
【０１３０】
表１は、実施例１〜５の結果をまとめている。ｎｄ１は回折格子１１のｄ線の屈折率、ｎｄ２は回折格子１２のｄ線の屈折率、ｖｄ１は回折格子１１のアッベ数、ｖｄ２は回折格子１２のアッベ数、θｇＦ１は回折格子１１の部分分散比、θｇＦ２は回折格子１２の部分分散比である。ｎ１＿５５０は回折格子１１の波長５５０ｎｍの屈折率、ｎ２＿５５０は回折格子１２の波長５５０ｎｍの屈折率、ｄは回折光学素子の格子高さ、Ｗは薄膜を構成する材料、膜厚、薄膜の全体の幅である。ひとつの材料で構成される薄膜のうちの最大膜厚の幅ｗである。表における回折効率（％）は入射光束Ｂに対応する入射角度＋１０度、格子ピッチ１００μｍにおける、回折次数−４６次、−４７次のＲＣＷＡの計算結果である。なお、実施例５については格子面上の膜厚を示している。
【０１３１】
【表１】
2011257689.tif 000006
【０１３２】
実施例１〜５に示したように、薄膜を介して密着される回折格子１１、１２の屈折率ｎｄ１、ｎｄ２および薄膜の少なくとも１つの材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ３は数式１を満足することによって結像面に到達する不要光を低減することができる。また、像性能の低下を防止するために薄膜の厚さは数式２を満足すればよい。また、フレア低減効果が減少することを防止するために数式３を満足すればよい。
【０１３３】
また、実施例１〜５では、回折格子１１と回折格子１２の屈折率関係が次式を満足する。この屈折率差では透過率が９９％以上であるため、通常、界面に反射防止膜を設ける必要はないが、実施例１〜５ではあえて反射防止膜を設けることによって不要光を低減している。
【０１３４】
【数４】
2011257689.tif 000007
【０１３５】
本実施例では、ｎｄ２−ｎｄ１＝０．０６３であり、回折格子１１と１２の間の反射率が１％以下となる場合に対応している。
【０１３６】
本実施例では、回折格子１１を構成する材料のｄ線に対する屈折率ｎｄ１よりもｎｄ２の方が大きい例について説明している。しかし、一般には、数式４は、前記第１の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率と前記第２の回折格子の材料のｄ線に対する屈折率のうち大きい方から小さい方を引いた値が０よりも大きく０．２２３よりも小さいことを意味している。
【０１３７】
また、必ずしも全ての輪帯に薄膜を設ける必要はなく、輪帯の一部に設けても良い。この際、最小格子ピッチを含む一部に薄膜を設けることが有効である。これは格子ピッチが小さい回折格子は不要光の回折効率が大きいため、回折光学素子全体で発生する不要光の寄与が大きいためである。
【０１３８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
回折光学素子は回折作用を必要とする用途に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１              回折光学素子
１１、１２      回折格子
２０、２１      薄膜
【図１】
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【図６】
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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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