(57)【要約】【課題】回折格子の山の稜部が尖鋭でなくても、回折効率を高く維持する。【解決手段】回折光学素子１は、積層された第１光学部材１０と第２光学部材１１とを備えている。第１光学部材１０と第２光学部材１１との境界面１２に回折格子１３が形成されている。第１光学部材１０の第１回折格子１４は、縦面１４ｂと傾斜面１４ｃとで構成される凸部１４ａを複数配列して構成されている。第２光学部材１１の第２回折格子１５は、凸部１４ａが嵌る谷形状の凹部１５ａを複数配列して構成されている。凸部１４ａの稜部１４ｄは、湾曲面となっている。湾曲面の曲率半径Ｒ［μm］、凸部のピッチＰ［mm］、第１光学部材１０と第２光学部材１１との屈折率差Δｎdは所定の関係を満たしている。【選択図】図２
2011242762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された第１光学部材と第２光学部材とを備え、該第１光学部材と第２光学部材との境界面に回折格子が形成された回折光学素子であって、
第１光学部材の回折格子は、縦面と該縦面に対して傾斜した傾斜面とで構成される山形状の凸部を複数配列して構成され、
第２光学部材の回折格子は、上記凸部が嵌る谷形状の凹部を複数配列して構成されており、
上記凸部の、上記縦面と上記傾斜面とで形成される稜部は、湾曲面となっており、
上記湾曲面の曲率半径をＲ［μm］、上記凸部のピッチをＰ［mm］とすると、下記式（１）を満足する回折光学素子；
Ｒ≦Ａ1×Ｐ3＋Ｂ1×Ｐ2＋Ｃ1×Ｐ      ・・・（１）
ただし、
Δｎd：第１光学部材と第２光学部材とのｄ線における屈折率差
Ａ1＝−78479×Δｎd2＋20869×Δｎd＋36.356、
Ｂ1＝19085×Δｎd2＋5119.7×Δｎd−370.98、
Ｃ1＝2050×Δｎd2−896.21×Δｎd＋143.61、
である。
【請求項２】
請求項１に記載の回折光学素子において、
下記式（２）を満足する回折光学素子；
Ｒ≦Ａ2×Ｐ3＋Ｂ2×Ｐ2＋Ｃ2×Ｐ      ・・・（２）
ただし、
Ａ2＝−19157×Δｎd2＋5549.6×Δｎd＋54.034、
Ｂ2＝8026.7×Δｎd2＋2402.2×Δｎd−198.94、
Ｃ2＝1475.7×Δｎd2−690.85×Δｎd＋106.82、
である。
【請求項３】
請求項１に記載の回折光学素子において、
下記式（３）を満足する回折光学素子；
Ｒ≦Ａ3×Ｐ3＋Ｂ3×Ｐ2＋Ｃ3×Ｐ      ・・・（３）
ただし、
Ａ3＝2454×Δｎd2＋70.325×Δｎd＋45.923、
Ｂ3＝−2331.4×Δｎd2＋1285.6×Δｎd−102.5、
Ｃ3＝1812.2×Δｎd2−572.71×Δｎd＋72.458、
である。
【請求項４】
光束を所定の面上に合焦させるための結像光学系を備えた光学機器であって、
上記結像光学系は、請求項１乃至３の何れか１つに記載の回折光学素子を有する光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの光学部材を積層させて、それらの境界面に回折格子を形成した回折光学素子及びそれを備えた光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の光学部材を積層させて、その境界面にレリーフパターンを形成したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された回折光学素子は、複数の光学部材を積層させ、両者の境界面に断面鋸歯状の回折格子を形成している。さらに詳しくは、一方の回折格子は、縦壁と該縦壁に対して傾斜した傾斜壁とを有し、所定のピッチで配列された複数の山形状の凸部で構成され、他方の回折格子は、凸部と同様のピッチで配列され且つ凸部が嵌る複数の谷形状の凹部で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２７３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような回折格子を有する光学部材は、一般に、所望の形状の回折格子を反転させた形状を金型に形成し、その金型で成形される。こうして、金型の反転形状が転写された光学部材が製造される。このようにして製造される光学部材においては、金型に反転形状を精度良く形成することが重要となる。このような金型は、通常、バイトによる切削加工や砥石による研磨加工で加工される。しかしながら、回折格子の形状は微小であるため加工が難しく、特に、反転形状における谷底となる部分は、尖鋭な形状に加工する必要があるが、バイトや砥石にも或る程度の大きさがあるため、理想的な形状に形成することは難しい。反転形状の谷底の部分を尖鋭に形成できない場合には、それにより成形される回折格子の山の稜部が、変形してしまう。回折格子の山の稜部の変形は、回折効率の低下や波長特性の変化を引き起こしてしまう。
【０００６】
また、仮に、理想通りの反転形状を金型に形成できたとしても、粘性の高い成形材料を用いて成形を行う場合には、反転形状の谷底の先端まで成形材料が流れ込まず、結果として、山の稜部が変形した回折格子ができあがってしまう。
【０００７】
さらには、仮に、理想通りの反転形状の金型を形成できて、尖鋭な山型の回折格子を成形できたとしても、回折格子の山の稜部は、尖鋭であるために、チッピングが生じ易いという問題がある。そのような場合にも、回折格子の山の稜部が変形して、回折効率の低下や波長特性の変化を引き起こしてしまう。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回折格子の山の稜部が尖鋭でなくても、回折効率を高く維持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、積層された第１光学部材と第２光学部材とを備え、該第１光学部材と第２光学部材との境界面に回折格子が形成された回折光学素子が対象である。そして、第１光学部材の回折格子は、縦面と該縦面に対して傾斜した傾斜面とで構成される山形状の凸部を複数配列して構成され、第２光学部材の回折格子は、上記凸部が嵌る谷形状の凹部を複数配列して構成されており、上記凸部の、上記縦面と上記傾斜面とで形成される稜部は、湾曲面となっており、上記湾曲面の曲率半径をＲ［μm］、上記凸部のピッチをＰ［mm］とすると、下記式（１）を満足するものとする。
【００１０】
Ｒ≦Ａ1×Ｐ3＋Ｂ1×Ｐ2＋Ｃ1×Ｐ      ・・・（１）
ただし、
Δｎd：第１光学部材と第２光学部材とのｄ線（0.587562μm）における屈折率差
Ａ1＝−78479×Δｎd2＋20869×Δｎd＋36.356、
Ｂ1＝19085×Δｎd2＋5119.7×Δｎd−370.98、
Ｃ1＝2050×Δｎd2−896.21×Δｎd＋143.61、
である。
【００１１】
また、本発明に係る光学機器は、光束を所定の面上に合焦させるための結像光学系を備え、上記結像光学系は、上記回折光学素子を有するものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、稜部が丸まった凸部を複数配列して構成された回折格子を有する場合であっても、回折効率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る交換レンズが取り付けられたカメラの概略図である。
【図２】回折光学素子の概略断面図である。
【図３】屈折率差Δｎdが0.03のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図４】屈折率差Δｎdが0.05のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図５】屈折率差Δｎdが0.10のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図６】屈折率差Δｎdが0.20のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図７】ブレーズ波長が400nmであって且つ屈折率差Δｎdが0.05のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図８】ブレーズ波長が700nmであって且つ屈折率差Δｎdが0.05のときの、回折格子の凸部のピッチ及び曲率半径に対する回折効率の関係を示すグラフである。
【図９】実施例１に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１０】実施例２に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１１】実施例３に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１２】実施例４に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１３】実施例５に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１４】実施例６に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１５】実施例７に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１６】実施例８に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１７】実施例９に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１８】実施例１０に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図１９】実施例１１に係る回折格子の可視波長域における回折効率を示すグラフである。
【図２０】回折格子の形状がばらついているときの格子高ｈを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
《発明の実施形態》
図１には、本実施形態に係る例示的な回折光学素子１を備えた交換レンズ２００及びそれが取り付けられたカメラ１００の概略図を、図２には、回折光学素子１の概略断面図を示す。
【００１６】
交換レンズ２００は、カメラ１００に着脱可能に構成されている。交換レンズ２００は、例えば、望遠ズームレンズである。交換レンズ２００は、屈折型レンズ２１０，２２０に加えて、回折光学素子１をレンズ素子として機能させている。これら屈折型レンズ２１０，２２０及び回折光学素子１によって、光束をカメラ１００の撮像素子１１０上に合焦させるための結像光学系２３０を構成している。この交換レンズ２００が光学機器を構成する。
【００１７】
回折光学素子１は、それぞれ光透過性を有する第１光学部材１０及び第２光学部材１１を積層させて構成された密着積層型回折光学素子である。本実施形態では、第１光学部材１０はガラス材料であり、第２光学部材１１は樹脂材料である。第１光学部材１０と第２光学部材１１とは相互に接合されている。第１光学部材１０の接合面１０ａと第２光学部材１１の接合面１１ａとで構成される境界面１２には、断面鋸歯形状の回折格子１３が形成されている。回折格子１３の光学的パワーは波長依存性を有するため、回折格子１３は、波長の異なる光に対してほぼ同じ位相差を付与し、波長の異なる光を相互に異なる回折角で回折させる。回折格子１３は、第１光学部材１０の接合面１０ａに形成された凸状の第１回折格子１４と、第２光学部材１１の接合面１１ａに形成された凹状の第２回折格子１５とで構成される。
【００１８】
詳しくは、第１回折格子１４は、回折光学素子１の光軸Ｘを中心として周方向に延び且つ、光軸Ｘを中心として同心円状に配列された複数の山形状の凸部１４ａ，１４ａ，…で構成されている。各凸部１４ａは、光軸Ｘと略平行な（即ち、光軸Ｘに沿って延びる）縦面１４ｂと光軸Ｘに対して傾斜した（即ち、縦面１４ｂに対して傾斜した）傾斜面１４ｃとを有し、その横断面が略三角形状をしている。また、各凸部１４ａにおいて、縦面１４ｂと傾斜面１４ｃとで形成される稜部（即ち、山の尾根の部分）１４ｄは、湾曲面で構成されている。
【００１９】
また、第２回折格子１５は、回折光学素子１の光軸Ｘを中心として周方向に延び且つ、光軸Ｘを中心として同心円状に配列された複数の谷形状の凹部１５ａ，１５ａ，…で構成されている。各凹部１５ａは、光軸Ｘと略平行な縦面１５ｂと光軸Ｘに対して傾斜した傾斜面１５ｃとを有し、その横断面が略三角形状をしている。また、各凹部１５ａにおいて、縦面１５ｂと傾斜面１５ｃとで形成される谷底部１５ｄは、湾曲面で構成されている。
【００２０】
これら第１回折格子１４と第２回折格子１５とはそれぞれ、格子高が同じで且つ格子ピッチも同じとなるように構成されている。すなわち、第１回折格子１４の各凸部１４ａが第２回折格子１５の各凹部１５ａにぴったりと嵌り込むように構成されている。その結果、第１光学部材１０の接合面１０ａと第２光学部材１１の接合面１１ａとは、隙間を空けることなく重なり合って、１つの境界面１２を形成する。第１回折格子１４と第２回折格子１５とが一体となって回折格子１３を形成する。ただし、接合面１０ａと接合面１１ａとが略平行であれば、接合面１０ａと接合面１１ａとの間に、空気、反射防止膜、接着剤等の、第１回折格子１４や第２回折格子１５とは屈折率が異なる中間層があっても構わない。例えば、凹部１５ａの、縦面１５ｂと傾斜面１５ｃとで形成される谷底部１５ｄは尖鋭な形状となっている一方、凸部１４ａの稜部１４ｄだけが丸まった形状であってもよい。
【００２１】
尚、第１回折格子１４の凸部１４ａの傾斜面１４ｃ及び第２回折格子１５の凹部１５ａの傾斜面１５ｃは、非球面状又は球面状に湾曲していてもよい。
【００２２】
一方、第１光学部材１０の接合面１０ａとは反対側の表面１０ｂと、第２光学部材１１の接合面１１ａとは反対側の表面１１ｂとは、相互に平行な平面に形成されている。図１に示すように、例えば、第１光学部材１０側から回折光学素子１に入射した光は、回折格子１３でもって回折されて第２光学部材１１側から出射されるようになっている。尚、第１光学部材１０の表面１０ｂと第２光学部材１１の表面１１ｂとは平行でなくてもよい。
【００２３】
次に、このように構成された回折光学素子１の製造方法の一例について簡単に説明する。まず、第１回折格子１４の反転形状が形成された金型を用意する。この金型に軟化したガラス材料を充填する。こうして、第１光学部材１０を成形する。続いて、別の金型内に、第１光学部材１０を第１回折格子１４が金型の内方を向く状態で設置する。そして、第１光学部材１０が設置された金型内に溶融樹脂を充填する。その結果、第１光学部材１０の第１回折格子１４上に第２光学部材１１が積層される。このとき、第１回折格子１４の谷の部分に溶融樹脂が流れ込み、第１回折格子１４と重なり合う第２回折格子１５を有する第２光学部材１１が成形される。尚、この製造方法は一例であって、回折光学素子１を製造できる限りにおいては、任意の製造方法を適用することができる。
【００２４】
ここで、金型においては、反転形状の谷部を尖鋭に形成することが困難であり、反転形状の谷部は、加工時のバイトや砥石の形状に応じて丸まっている。その金型で成形する結果、第１光学部材１０の第１回折格子１４の稜部１４ｄ，１４ｄ，…も丸まっている。このように、丸まってしまった稜部１４ｄにおいては、光を適切に回折させることができず、回折格子１３の回折効率が低下してしまう。尚、第１回折格子１４の凸部１４ａと嵌り合う、第２回折格子１５の凹部１５ａにおいては、谷底部１５ｄも、稜部１４ｄに倣って湾曲面となっている。
【００２５】
そこで、本実施形態における回折光学素子１は、下記式（１）を満たすように構成されている。
【００２６】
Ｒ≦Ａ1×Ｐ3＋Ｂ1×Ｐ2＋Ｃ1×Ｐ      ・・・（１）
ただし、
Ｒ：凸部１４ａの湾曲面の曲率半径［μm］
Ｐ：凸部１４ａのピッチ［mm］
Δｎd：第１光学部材１０と第２光学部材１１とのｄ線における屈折率差
Ａ1＝−78479×Δｎd2＋20869×Δｎd＋36.356、
Ｂ1＝19085×Δｎd2＋5119.7×Δｎd−370.98、
Ｃ1＝2050×Δｎd2−896.21×Δｎd＋143.61、
である。
【００２７】
つまり、第１光学部材１０と第２光学部材１１とのｄ線における屈折率差Δｎd（以下、単に、屈折率差Δｎdという）と、第１回折格子１４の凸部１４ａのピッチＰとの関係において、凸部１４ａの稜部１４ｄの曲率半径Ｒが式（１）を満たすように回折光学素子１を構成することによって、ブレーズ波長における回折効率を８５％以上に維持することができる。
【００２８】
尚、回折光学素子１の有効半径内における全ての凸部１４ａについて、式（１）を満たすことが好ましい。換言すれば、曲率半径Ｒが同じであっても、ピッチＰが小さくなるほど、回折効率が低下するため、回折光学素子１の有効径内における最小のピッチを有する凸部１４ａについて、式（１）を満たすことが好ましい。その場合、それよりも大きなピッチを有する凸部１４ａが必然的に式（１）を満たすようになる。
【００２９】
また、回折光学素子１は、下記式（２）を満たすことが好ましい。
【００３０】
Ｒ≦Ａ2×Ｐ3＋Ｂ2×Ｐ2＋Ｃ2×Ｐ      ・・・（２）
ただし、
Ａ2＝−19157×Δｎd2＋5549.6×Δｎd＋54.034、
Ｂ2＝8026.7×Δｎd2＋2402.2×Δｎd−198.94、
Ｃ2＝1475.7×Δｎd2−690.85×Δｎd＋106.82、
である。
【００３１】
これにより、回折光学素子１のブレーズ波長における回折効率を９０％以上に維持することができる。
【００３２】
さらに、回折光学素子１は、下記式（３）を満たすことが好ましい。
【００３３】
Ｒ≦Ａ3×Ｐ3＋Ｂ3×Ｐ2＋Ｃ3×Ｐ      ・・・（３）
ただし、
Ａ3＝2454×Δｎd2＋70.325×Δｎd＋45.923、
Ｂ3＝−2331.4×Δｎd2＋1285.6×Δｎd−102.5、
Ｃ3＝1812.2×Δｎd2−572.71×Δｎd＋72.458、
である。
【００３４】
これにより、回折光学素子１のブレーズ波長における回折効率を９５％以上に維持することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、回折光学素子の実施例について説明する。
【００３６】
まず、ブレーズ波長λbをｄ線として、第１光学部材１０がガラス製で、第２光学部材１１が樹脂製であって、凸部１４ａの稜部１４ｄが湾曲面で構成された回折光学素子１のモデルを作成する。入射光は、第１光学部材１０の表面１０ｂから、光軸Ｘと平行に入射するものとする。そして、第１光学部材１０と第２光学部材１１との屈折率差Δｎd、凸部１４ａのピッチＰ［mm］、及び凸部１４ａの稜部１４ｄの曲率半径Ｒ［μm］を変化させながら、ＲＣＷＡ法でシミュレーションを行うことにより、ブレーズ波長λbにおける１次回折光の回折効率を求めた。尚、第１光学部材１０及び第２光学部材１１の材料は、ブレーズ波長λb以外の波長においても１次で回折するように選択している。こうして行ったシミュレーションの結果を図３〜６に示す。
【００３７】
図３〜６は、いくつかの屈折率差Δｎdにおける、凸部１４ａのピッチＰ及び曲率半径Ｒに対する回折効率の関係を示している。具体的には、図３は、屈折率差Δｎdを0.03（第１光学部材１０の屈折率ｎdが1.57、アッベ数νｄが71.2、第２光学部材１１の屈折率ｎdが1.54、アッベ数νｄが42.1）としたときの、凸部１４ａのピッチＰ及び曲率半径Ｒに対する回折効率の関係を示している。図４は、屈折率差を0.05（第１光学部材１０の屈折率ｎdが1.65、アッベ数νｄが47.9、第２光学部材１１の屈折率ｎdが1.60、アッベ数νｄが27.7）としたときの、凸部１４ａのピッチＰ及び曲率半径Ｒに対する回折効率を示している。図５は、屈折率差を0.10（第１光学部材１０の屈折率ｎdが1.80、アッベ数νｄが39.6、第２光学部材１１の屈折率ｎdが1.70、アッベ数νｄが19.3）としたときの、凸部１４ａのピッチＰ及び曲率半径Ｒに対する回折効率の関係を示している。図６は、屈折率差を0.20（第１光学部材１０の屈折率ｎdが2.10、アッベ数νｄが32.9、第２光学部材１１の屈折率ｎdが1.90、アッベ数νｄが13.7）としたときの、凸部１４ａのピッチＰ及び曲率半径Ｒに対する回折効率の関係を示している。ここで、回折効率は、（１次の回折光の光量）／（全透過光量）で形成している。シミュレーションの結果から、下記式（１）を満たす範囲であれば、ブレーズ波長λbに対する回折効率を８５％以上とすることができることがわかった。
【００３８】
Ｒ≦Ａ1×Ｐ3＋Ｂ1×Ｐ2＋Ｃ1×Ｐ      ・・・（１）
ただし、
Ａ1＝−78479×Δｎd2＋20869×Δｎd＋36.356、
Ｂ1＝19085×Δｎd2＋5119.7×Δｎd−370.98、
Ｃ1＝2050×Δｎd2−896.21×Δｎd＋143.61、
である。
【００３９】
したがって、第１回折格子１４の稜部１４ｄが丸くなっている、即ち、湾曲面である場合であっても、稜部１４ｄの曲率半径Ｒが第１光学部材１０と第２光学部材１１との屈折率差Δｎdと、凸部１４ａのピッチＰ［mm］との関係で式（１）を満たす限りは、回折効率を高く（具体的には、ブレーズ波長λbに対する回折効率を８５％以上に）維持することができる。
【００４０】
また、下記式（２）を満たす範囲であれば、ブレーズ波長λbに対する回折効率を９０％以上とすることができる。
【００４１】
Ｒ≦Ａ2×Ｐ3＋Ｂ2×Ｐ2＋Ｃ2×Ｐ      ・・・（２）
ただし、
Ａ2＝−19157×Δｎd2＋5549.6×Δｎd＋54.034、
Ｂ2＝8026.7×Δｎd2＋2402.2×Δｎd−198.94、
Ｃ2＝1475.7×Δｎd2−690.85×Δｎd＋106.82、
である。
【００４２】
さらに、下記式（３）を満たす範囲であれば、ブレーズ波長λbに対する回折効率を９５％以上とすることができる。
【００４３】
Ｒ≦Ａ3×Ｐ3＋Ｂ3×Ｐ2＋Ｃ3×Ｐ      ・・・（３）
ただし、
Ａ3＝2454×Δｎd2＋70.325×Δｎd＋45.923、
Ｂ3＝−2331.4×Δｎd2＋1285.6×Δｎd−102.5、
Ｃ3＝1812.2×Δｎd2−572.71×Δｎd＋72.458、
である。
【００４４】
尚、上記実施例では、ブレーズ波長λbをｄ線としているが、ブレーズ波長λbをｄ線以外に設定した場合の結果を図７，８に示す。図７は、ブレーズ波長λbを可視波長域の下限近傍である400nmに設定した場合の結果を、図８は、ブレーズ波長λbを可視波長域の上限近傍である700nmに設定した場合の結果を示す。尚、両結果とも、屈折率差Δｎdは0.05（第１光学部材１０の屈折率ｎdが1.65、アッベ数νｄが47.9、第２光学部材１１の屈折率ｎdが1.60、アッベ数νｄが27.7）である。また、両結果とも、各ブレーズ波長λbに対する回折効率を計算したものである。その計算に用いる、各ブレーズ波長λb［μm］に対する第１光学部材１０の屈折率ｎ（λb）、及び各ブレーズ波長λb［μm］に対する第２光学部材１１の屈折率ｎ（λb）は、以下に示すヘルツベルガーの式（４）〜（６）の「λ」を「λb」に置き換えて算出した。
【００４５】
Ａ（λ）＝0.088927×λ2−1.294878＋0.37349／（λ2−0.035）＋0.005799／（λ2−0.035）2  ・・・（４）
Ｂ（λ）＝−0.007058×λ2＋0.001255＋0.001071／（λ2−0.035）−0.000218／（λ2−0.035）2  ・・・（５）
ｎ（λ）＝1＋（ｎｄ−1）×｛1＋Ｂ（λ）＋（Ａ（λ）／νｄ）｝  ・・・（６）
つまり、第１光学部材１０のｄ線に対する屈折率ｎ（λｄ）及びアッベ数νｄを用いて、式（４）〜（６）に基づいて、各ブレーズ波長λb［μm］に対する第１光学部材１０の屈折率ｎ（λb）を求めると共に、第２光学部材１１のｄ線に対する屈折率ｎ（λｄ）及びアッベ数νｄを用いて、式（４）〜（６）に基づいて、各ブレーズ波長λb［μm］に対する第２光学部材１１の屈折率ｎ（λb）を求めた。
【００４６】
図７，８を図４の結果と比べればわかるように、ブレーズ波長λbを変えても、グラフ中の曲線にほとんど変化はない。ちなみに、他の屈折率差Δｎdにおいても、同様の結果が得られた。つまり、ブレーズ波長λbに関わらず、式（１）乃至（３）を満たすことによって、ブレーズ波長λbに対する回折効率を高く維持することができる。
【００４７】
また、回折格子においては、一般に、屈折率差Δｎdが小さくなるほど、格子高を高くする必要があり、角度特性（入射角度に対する回折効率の変化の特性。入射角度が大きくなっても回折効率があまり変化しない場合は、角度特性が良い。）が悪くなる。そのため、屈折率差Δｎd＞0.05とすることが好ましい。こうすることで、格子高を低くすることができ、その結果、回折効率の角度特性を向上させることができる。
【００４８】
続いて、式（１）〜（３）を満たす、第１光学部材１０と第２光学部材１１との屈折率差Δｎd、凸部１４ａのピッチＰ［mm］、及び凸部１４ａの稜部１４ｄの曲率半径Ｒ［μm］を選択して、ＲＣＷＡ法でシミュレーションを行うことにより、可視波長域の各波長λに対する１次回折光の回折効率を求めた。
【００４９】
−実施例１−
実施例１では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.57、アッベ数νｄが71.2の仮想ガラスとし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.54、アッベ数νｄが42.1の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.03となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を85％以上とすべく、式（１）を満たすように、ピッチＰを0.1［mm］に、曲率半径Ｒを10［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、19.59［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。その計算に用いる、各波長λ［μm］に対する第１及び第２光学部材１０，１１の屈折率ｎ1（λ），ｎ2（λ）は、上述のヘルツベルガーの式（４）〜（６）に基づいて算出した。尚、以下の実施例２〜１１においても、同様にして、各波長λ［μm］に対する第１及び第２光学部材１０，１１の屈折率ｎ1（λ），ｎ2（λ）を算出した。
【００５０】
その結果を、図９に示す。ｄ線における回折効率は、88.1％であり、所望の通り、85％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、80％以上という高い回折効率が得られている。
【００５１】
−実施例２−
実施例２では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.65、アッベ数νｄが47.9の仮想ガラスとし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.60、アッベ数νｄが27.7の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.05となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.6［mm］に、曲率半径Ｒを25［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、11.75［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００５２】
その結果を、図１０に示す。ｄ線における回折効率は、95.0％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、90％以上という高い回折効率が得られている。
【００５３】
−実施例３−
実施例３では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.80、アッベ数νｄが39.6の仮想ガラスとし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.70、アッベ数νｄが19.3の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.10となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を85％以上とすべく、式（１）を満たすように、ピッチＰを0.2［mm］に、曲率半径Ｒを35［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、5.88［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００５４】
その結果を、図１１に示す。ｄ線における回折効率は、86.0％であり、所望の通り、85％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、80％以上という高い回折効率が得られている。
【００５５】
−実施例４−
実施例４では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが2.10、アッベ数νｄが32.9の仮想ガラスとし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.90、アッベ数νｄが13.7の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.20となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を90％以上とすべく、式（２）を満たすように、ピッチＰを0.1［mm］に、曲率半径Ｒを5［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、2.94［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００５６】
その結果を、図１２に示す。ｄ線における回折効率は、93.6％であり、所望の通り、90％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、85％以上という高い回折効率が得られている。
【００５７】
−実施例５−
実施例５では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.7225、アッベ数νｄが29.2のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＣＤ１２０）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.675、アッベ数νｄが20の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.0475となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を90％以上とすべく、式（２）を満たすように、ピッチＰを0.3［mm］に、曲率半径Ｒを20［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、12.37［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００５８】
その結果を、図１３に示す。ｄ線における回折効率は、91.3％であり、所望の通り、90％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、85％以上という高い回折効率が得られている。
【００５９】
−実施例６−
実施例６では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.69384、アッベ数νｄが53.1のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＶＣ８０）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.658、アッベ数νｄが36.86のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＰＧ３９５）ととした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.03584となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を85％以上とすべく、式（１）を満たすように、ピッチＰを0.2［mm］に、曲率半径Ｒを20［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、16.40［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００６０】
その結果を、図１４に示す。ｄ線における回折効率は、86.0％であり、所望の通り、85％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、80％以上という高い回折効率が得られている。
【００６１】
−実施例７−
実施例７では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.66955、アッベ数νｄが55.4のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＶＣ７８）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.606、アッベ数νｄが27.3の紫外線硬化樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.06355となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.4［mm］に、曲率半径Ｒを15［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、9.25［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００６２】
その結果を、図１５に示す。ｄ線における回折効率は、95.1％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、90％以上という高い回折効率が得られている。
【００６３】
−実施例８−
実施例８では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.66955、アッベ数νｄが55.4のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＶＣ７８）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.606、アッベ数νｄが27.3の紫外線硬化樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.06355となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.4［mm］に、曲率半径Ｒを15［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをＦ線（0.486133μm）に設定した。このときの格子高は、8.65［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００６４】
その結果を、図１６に示す。Ｆ線における回折効率は、95.2％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、85％以上という高い回折効率が得られている。
【００６５】
−実施例９−
実施例９では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.66955、アッベ数νｄが55.4のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＶＣ７８）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.606、アッベ数νｄが27.3の紫外線硬化樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.06355となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.4［mm］に、曲率半径Ｒを15［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをＣ線（0.656273μm）に設定した。このときの格子高は、9.90［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００６６】
その結果を、図１７に示す。Ｃ線における回折効率は、95.1％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、85％以上という高い回折効率が得られている。
【００６７】
−実施例１０−
実施例１０では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.492、アッベ数νｄが57.4の仮想樹脂とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.432、アッベ数νｄが16.8のフッ素系樹脂（サイトップ（旭硝子製）にＩＴＯ微粒子を体積比で17％混合した樹脂）とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.06となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.2［mm］に、曲率半径Ｒを5［μm］に設定した。ブレーズ波長λbを0.62μmに設定した。このときの格子高は、9.94［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００６８】
その結果を、図１８に示す。Ｃ線における回折効率は、97.5％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って高い回折効率が得られており、特に、約0.45μm以上の領域においては、回折効率を95％以上とすることができる。
【００６９】
−実施例１１−
実施例１１では、第１光学部材１０を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.7552、アッベ数νｄが27.5のガラス（住田光学ガラス製  Ｋ−ＳＦＬＤ４）とし、第２光学部材１１を、ｄ線に対する屈折率ｎｄが1.7052、アッベ数νｄが19.6の仮想樹脂とした。その結果、屈折率差Δｎdは、0.05となる。そして、ブレーズ波長λbに対する回折効率を95％以上とすべく、式（３）を満たすように、ピッチＰを0.6［mm］に、曲率半径Ｒを25［μm］に設定した。ブレーズ波長λbをｄ線に設定した。このときの格子高は、11.75［μm］であった。そして、ＲＣＷＡ法を用いて、可視波長域の各波長λに対する回折効率を計算した。
【００７０】
その結果を、図１９に示す。ｄ線における回折効率は、95.0％であり、所望の通り、95％以上の回折効率を達成している。また、可視波長域の全域に亘って、90％以上という高い回折効率が得られている。
【００７１】
尚、前記実施例では、１次の回折光について説明しているが、式（１）、（２）又は（３）を満たすことによって、２次以上の回折光についても回折効率を向上させることができる。
【００７２】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７３】
すなわち、上記実施形態では、回折光学素子１を交換レンズ２００に採用しているが、これに限られるものではない。回折光学素子１をカメラ１００内のレンズ素子として適用してもよい。また、回折光学素子１は、レンズとして機能させる場合に限られず、それ以外の用途に適用してもよい。
【００７４】
上記実施形態では、第１光学部材１０を樹脂材料で構成し、第２光学部材をガラス材料で構成しているが、これに限られるものではない。第１光学部材１０をガラス材料で、第２光学部材１１を樹脂材料で構成してもよいし、第１及び第２光学部材１０，１１の両方をガラス材料又は樹脂材料で構成してもよい。また、ガラス材料や樹脂材料の代わりに、透明セラミックスを用いてもよい。要するに、使用する波長域で透過性を有する材料であればよい。
【００７５】
尚、図２０に示すように格子高がばらついている場合には、光軸に平行な線に対する、隣り合う一方の斜面との交点と、他方の斜面との交点との距離を格子高ｈとする。
【００７６】
尚、第１回折格子１４の稜部１４ｄは、湾曲していれば、断面が真円の円弧でなくてもよい。その場合、曲率半径Ｒは、稜部１４ｄの断面形状の近似円から求めればよい。例えば、稜部１４ｄの、光軸Ｘを含む面で切断した断面を顕微鏡で撮影し、撮影画像において稜部１４ｄ上の３点を取得することによって近似円の半径を求める。その半径を曲率半径Ｒとすることができる。あるいは、その断面画像から稜部１４ｄ上の点を複数取得し、ｒｍｓが最小となるような近似円を算出して、曲率半径Ｒを求めることもできる。このように、稜部１４ｄの湾曲面は、その断面が真円の円弧である場合に限られず、その断面が近似円を想定できる程度に湾曲していればよい。
【００７７】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明は、２つの光学部材を積層させて、それらの境界面に回折格子を形成した回折光学素子及びそれを備えた光学機器について有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１      回折光学素子
１０    第１光学部材
１１    第２光学部材
１２    境界面
１３    回折格子
１４    第１回折格子（第１光学部材の回折格子）
１４ａ  凸部
１４ｂ  縦面
１４ｃ  傾斜面
１４ｄ  稜部
１５    第２回折格子（第２光学部材の回折格子）
１５ａ  凹部
２００  交換レンズ（光学機器）
２３０  結像光学系
【図１】
2011242762.tif 000003
【図２】
2011242762.tif 000004
【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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