(57)【要約】【課題】従来のブレーズド−バイナリー回折光学素子では、可視光全域で高い回折効率を得られない。【解決手段】第１の材料で形成された複数の第１の格子４により構成され、第１の格子の幅および間隔が変化している櫛歯形状の格子ユニットを１周期Ｐｔとした周期構造を有する回折光学素子において、第１の格子間に、第１の材料とは屈折率が異なる第２の材料で形成された第２の格子６を設ける。第１の格子のピッチは入射光の波長よりも小さく、かつ上記１周期を入射光の波長よりも大きくすることにより、入射光のうち特定の波長領域の光における特定の回折次数の回折効率を他の回折次数の回折効率よりも高めることができる。【選択図】　　図２
2004020957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料で形成された複数の第１の格子により構成され、前記第１の格子の幅および間隔が変化している櫛歯形状の格子ユニットを１周期とした周期構造を有する回折光学素子であって、
前記第１の格子の間に、前記第１の材料とは屈折率が異なる第２の材料で形成された第２の格子を設けたことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記複数の第１の格子のピッチが入射光の波長よりも小さく、かつ前記１周期が前記入射光の波長よりも大きいことにより、入射光のうち特定の波長領域の光における特定の回折次数の回折効率が他の回折次数の回折効率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記１周期内で、前記複数の第１の格子の幅が漸次増加又は減少することを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記第２の格子の高さが前記第１の格子の高さよりも低く、かつ前記第１および第２の格子の高さがそれぞれ一定であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記第１の格子の間における格子高さ方向における前記第２の格子が形成された部分以外の部分が、前記第１および第２の材料とは屈折率が異なる第３の材料で満たされていることを特徴とする請求項４に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第３の材料が空気であることを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項７】
前記第１の格子が前記第１の材料により形成されたベース部上に形成されているとともに、前記第２の材料はその屈折率が前記第３の材料の屈折率よりも前記第１の材料の屈折率に近いものであり、
前記第１の格子の間における前記ベース部に接する部分に、前記第２の格子を設けたことを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項８】
波長λの入射光に対する前記第１の材料の屈折率をｎ１（λ）　とし、前記第２の材料の屈折率をｎ２（λ）　とし、前記第１の格子により構成される第１の格子ユニットの有効屈折率をｎ１ｅｆｆ（　λ）　とし、前記第２の格子により構成される第２の格子ユニットの有効屈折率をｎ２ｅｆｆ（　λ）　とし、前記第１および第２の格子の格子高さをそれぞれｄ１　，ｄ２　とし、
前記第１の材料で形成された格子と前記第２の材料で形成された格子とを格子厚を漸次変化させて厚さ方向に重ね合わせた構造を有する回折光学素子における前記第１および第２の材料の格子厚をそれぞれｄ１ａ，ｄ２ａとしたとき、
｛　ｎ１ｅｆｆ（　λ）　−１｝・（　ｄ１　−ｄ２）＋｛　ｎ２ｅｆｆ（　λ）　−１｝・ｄ２
＝｛　ｎ１（λ）　−１｝・ｄ１ａ＋｛　ｎ２（λ）　−１｝・ｄ２ａ
但し、ｎ１ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２＋（　１−ｆ１）・｛ｎ３（λ）｝２］１／２
ｎ２ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２＋（　１−ｆ１）・｛ｎ２（λ）｝２］１／２
ｎ３（λ）　は、前記第３の材料における波長λの入射光に対する屈折率ｆ１＝前記第１の格子の幅／前記第１の格子のピッチ
を満足することを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記第１の格子と前記第２の格子の高さが互いに同じで、かつ一定であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
前記第１の格子の配列方向に対して直交する方向に前記第２の材料と前記第１および第２の材料とは屈折率が異なる第３の材料とを交互に配列した周期構造を有することを特徴とする請求項１又は９に記載の回折光学素子。
【請求項１１】
前記第２および第３の材料が、入射光の波長よりも小さい周期で交互配列されていることを特徴とする請求項１０に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
前記第３の材料が空気であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記入射光の波長が可視光領域のほぼ全域から選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の回折光学素子を備えたことを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学系を備えたことを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折光学素子、特に複数の波長あるいは帯域光で使用する回折光学素子およびこれを備えた光学系、光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回折光学素子は、色収差を低減する目的で回折レンズとして、ＳＰＩＥＶｏｌ．１３５４　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｅｎｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（１９９０）等の文献にて開示されている。
【０００３】
また、入射光の波長毎に異なる回折角を利用して色分離を行う目的で色分解格子として、特公平５−０４６１３９号公報などにて開示されている。さらに、最近では回折光学素子の格子周期が使用波長よりも小さな微細周期構造を有するＳＷＳ格子（Ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　ｇｒａｔｉｎｇ　）と呼ばれる回折光学素子が「　光学」　２７巻１号（１９９８）ｐ．ｐ１２〜１７などにて開示されている。
【０００４】
このＳＷＳ格子は、格子構造によって複屈折波長板、反射防止構造、偏光ビームスプリッタなど、様々な機能を有する素子として用いられている。そして、それらの機能において、入射角の変化による性能の変動が少ないという報告もなされている。
【０００５】
このＳＷＳ格子の中で、ブレーズド−バイナリー格子と呼ばれる回折光学素子として、図１０に示したような構造が「Ａｐｐｌｉｅｄ−Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．２２，ｐ４４５３　（１９９２）　に開示されている。
【０００６】
図１０の回折光学素子では、基板２上にブレーズド−バイナリー格子３が形成されている。ブレーズド−バイナリー格子３は１次元矩形格子が入射光の波長より小さな周期ｐ１で作られるＳＷＳ格子である。ＳＷＳ矩形格子は、第１の材料の領域４と第２の材料の領域５の境界に形成され、第１の材料による格子幅をｗｉ（ｉ＝１〜ｓ）としたとき、格子ピッチ内を第１の材料が占める割合ｆｉ（＝ｗｉ／ｐ１，ｉ＝１〜ｓ）が入射光の波長より大きな周期Ｐｔで、ｆ１からｆｓまで徐々に繰り返し変化する構成である。
【０００７】
このような構成にすることで、格子高さ（格子溝の深さ）は一定でも有効屈折率が徐々に変化するので、結果として、図１４に示すように、屈折率が一定で、格子１０の高さが徐々に変化するブレーズド回折光学素子とほぼ同等の性能を得ることが可能である。
【０００８】
なお、図１１は、電界がブレーズド−バイナリー格子溝に平行な偏波（以下、ＴＥ偏光と呼ぶ）に対する回折効率である。
【０００９】
また、最近では、回折光学素子の構成として、本出願人は、図１２に示す回折光学素子を提案している。この回折光学素子は、それぞれ異なる材料からなる２つの格子１０，１１の格子厚を漸次変化させ、かつこれら２つの格子１０，１１を厚さ方向に重ねることで、図１３に示すように、可視域全域で高い回折効率を実現したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、ブレーズド−バイナリー格子の構成は、図１４に示すブレーズド回折格子と同等の性能を得るのに留まっており、可視光全域で使用するのには制限がある。
【００１１】
そこで本発明は、使用波長域のほぼ全域で高い回折効率を実現可能なブレーズド−バイナリー格子型の回折光学素子を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、第１の材料で形成された複数の第１の格子により構成され、第１の格子の幅および間隔が変化している櫛歯形状の格子ユニットを１周期とした周期構造を有する回折光学素子において、第１の格子の間に、第１の材料とは屈折率が異なる第２の材料で形成された第２の格子を設けている。
【００１３】
これにより、使用波長（例えば、可視光波長）域のほぼ全域で高い回折効率を得ることが可能であり、ＳＷＳ格子の特徴である入射角変化に対する性能変動が少なく、ブレーズド−バイナリー格子構造の特徴である格子高さが一定であること、すなわち素子全体として略フラットであり、製造、取り扱いが容易になるという特徴を併せ持つ回折光学素子を得ることが可能となる。
【００１４】
なお、複数の第１の格子のピッチを入射光の波長よりも小さくし、かつ上記１周期を入射光の波長よりも大きくすることにより、入射光のうち特定の波長領域の光における特定の回折次数の回折効率を他の回折次数の回折効率よりも高めることが可能である。
【００１５】
なお、第２の格子の高さを第１の格子の高さよりも低くし、かつ第１および第２の格子の高さをそれぞれ一定としてもよい。この場合、第１の格子の間における格子高さ方向における第２の格子が形成された部分以外の部分に、第１および第２の材料とは屈折率が異なる第３の材料（例えば、空気）を満たすようにしてもよい。また、第１の格子が第１の材料により形成されたベース部上に形成されているとともに、第２の材料の屈折率が第３の材料の屈折率よりも第１の材料の屈折率に近い場合には、第１の格子の間におけるベース部に接する領域に、第２の格子を設け、ベース部と接する境界部での反射損失を小さくするようにするとよい。
【００１６】
さらに、波長λの入射光に対する前記第１の材料の屈折率をｎ１（λ）　とし、第２の材料の屈折率をｎ２（λ）　とし、第１の格子により構成される第１の格子ユニットの有効屈折率をｎ１ｅｆｆ（　λ）　とし、第２の格子により構成される第２の格子ユニットの有効屈折率をｎ２ｅｆｆ（　λ）　とし、第１および第２の格子の格子高さをそれぞれｄ１　，ｄ２　とし、
第１の材料で形成された格子と第２の材料で形成された格子とを格子厚を漸次変化させて厚さ方向に重ね合わせた構造を有する回折光学素子における第１および第２の材料の格子厚をそれぞれｄ１ａ，ｄ２ａとしたとき、
｛　ｎ１ｅｆｆ（　λ）　−１｝・（　ｄ１　−ｄ２）＋｛　ｎ２ｅｆｆ（　λ）　−１｝・ｄ２
＝｛　ｎ１（λ）　−１｝・ｄ１ａ＋｛　ｎ２（λ）　−１｝・ｄ２ａ
但し、ｎ１ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２＋（　１−ｆ１）・｛ｎ３（λ）｝２］１／２
ｎ２ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２＋（　１−ｆ１）・｛ｎ２（λ）｝２］１／２
ｎ３（λ）　は、前記第３の材料における波長λの入射光に対する屈折率ｆ１＝第１の格子の幅／第１の格子のピッチ
を満足するように、ｆ１の値を設定する。ｆ２からｆｓも同様にして値を設定すれば、図１２に示した高回折効率の回折光学素子と同等の光学性能を得ることが可能となる。
【００１７】
ここで、第１の格子と第２の格子の高さを互いに同じで、かつ一定としてもよい。これにより、素子全体としてよりフラットな構造となって取り扱いや製造が容易となり、また周辺部と中央部とでの光学性能の差を小さくすることが可能である。
【００１８】
具体的には、例えば、第１の格子の配列方向に対して直交する方向に第２の材料と第１および第２の材料とは屈折率が異なる第３の材料（例えば、空気）とを交互に配列した周期構造を持たせるようにすればよい。そして、第２および第３の材料を、入射光の波長よりも小さい周期で交互配列することにより、ＳＷＳ回折光学素子としての特性を持たせることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１および図２には、本発明の第１実施形態である回折光学素子の構成を示している。回折光学素子１は、透明な基板２の上に透明なブレーズド−バイナリー回折格子３が設けられて構成されている。
【００２０】
ブレーズド−バイナリー回折格子３は、１次元の櫛歯形状の格子ユニットが繰り返し形成された周期構造を有し、図中Ａ−Ａ’の方向に、入射光の波長より大きな格子ユニット周期Ｐｔを有している。そして、この回折光学素子に入射した光束は、上記格子ユニット周期Ｐｔと設計次数ｍで決定される特定の方向のみに回折される。
【００２１】
図２において、基板２上に設けられたブレーズド−バイナリー回折格子３は、入射光の使用波長より小さなピッチｐ１で、第１の材料により一定の格子高さ（格子溝深さ）ｄ１を有するように形成された複数の第１の格子４と、第２の材料により形成されて第１の格子の間の溝内に設けられた第２の格子６とを有して構成されている。
【００２２】
１格子ユニット周期Ｐｔ内において、第１の格子４の格子幅および格子間隔は、周期方向に漸次（徐々に）増加若しくは減少している。すなわち、格子ピッチｐ１内での第１の材料が占める幅ｗが、ｗ１からｗｓまで徐々に変化している。このような第１の格子ユニットを、１周期（入射光の波長より大きな格子ユニット周期Ｐｔ）とする周期構造により、ＳＷＳ回折格子が構成される。
【００２３】
また、第１の格子４は、この第１の格子４と同じ第１の材料により形成されてブレーズド−バイナリー回折格子３の光入射側に接する第１の領域Ｒ１を構成するベース部上に一体形成されている。
【００２４】
また、第２の格子６は、第１の格子の間の溝内のうち上記ベース部に接する部分に、第１の格子４の高さｄ１よりも低い格子高さｄ２を持つように形成されている。
【００２５】
そして、ブレーズド−バイナリー回折格子３の光射出側は、空気からなる第２の領域Ｒ２に接している。すなわち、ブレーズド−バイナリー回折格子３は、上記第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との境界上に構成されている。
【００２６】
第１の格子の間の溝内のうち格子高さ方向における第２の格子６が設けられた部分以外の部分は、上記第２の領域Ｒ２と同じ空気（第３の材料）で満たされている。
【００２７】
このように構成された回折光学素子１に基板２側から光が入射した場合、第１の領域Ｒ１を介してブレーズド−バイナリー回折格子３を透過した光は、格子ユニット周期Ｐｔで決定される回折方向で、かつ特定の回折次数（図２中では１次）の方向にのみ回折し、第２の領域Ｒ２内を伝播していく。
【００２８】
次に、具体的な数値を適用して回折光学素子１の構成および光学作用を説明する。微小な格子ピッチを持つ格子構造がＳＷＳ回折格子としての特性を示すには、格子ピッチが使用波長に対して十分小さい必要がある。具体的には、回折の式である、
ｎ３（λ）ｓｉｎθ３　−ｎ１（λ）ｓｉｎθ１　＝ｍλ／ｐ１　　　　…（１）
但し、ｎ１（λ）　とｎ３（λ）　はそれぞれ、入射側の第１の材料と射出側の第３の　　材料の屈折率、θ１は光束の入射角、θ３は光束の射出角（回折角）、ｍは回折次数、λは使用波長、ｐ１は格子ピッチ
に適用した場合、伝播する光が０次回折光しか成立しないような格子ピッチｐ１を選べばよい。
【００２９】
ここで、簡単な数値例で説明を補足する。使用波長をλを４００ｎｍとし、入射側の第１の材料の屈折率を　　ｎ１（λ）　＝１．５とし、射出側の第３の材料の屈折率を　　ｎ３（λ）　＝１．０とする。このような素子に、周期方向に垂直な方向から光束が入射角θ１　＝５°で入射した場合を考える。
【００３０】
回折次数ｍを１とし、射出角θ３　を−９０°とした場合、（１）式から格子ピッチｐ１は０．３５μｍとなる。
【００３１】
従って、格子ピッチｐ１が０．３５μｍ以下では、（１）式の解が存在しないため、微細周期構造によって回折する光束は発生しない。このため伝播する光束は、微細周期構造に対しては０次回折光だけとなる。０次回折光の回折の式は、（１）式でｍ＝０の場合であり、これは屈折におけるスネルの式と等価である。
【００３２】
このような条件にすることで、微細周期構造はＳＷＳ回折格子としての特異な性質である構造複屈折性を持つことになる。また、この条件にすることで、ＳＷＳ回折格子での回折は生じないので、ブレーズド−バイナリー回折格子としての回折を考える際に、微細周期構造での回折は考慮しなくてよいことになる。
【００３３】
以上説明したように、微小周期構造を有するブレーズド−バイナリー型の回折光学素子１は、微細周期構造の周期（格子ピッチ）が、上述の状態を使用波長全域で、かつ使用入射角の範囲で満足するように格子ピッチを決定する必要がある。
【００３４】
上記回折光学素子１の回折効率を図３に示す。ここでは、第１の格子４および第１の領域Ｒ１を構成する第１の材料を紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．５２４、νｄ＝５０．８）とし、第２の格子６を構成する第２の材料を紫外線硬化樹脂（ｎｄ＝１．６３６３、νｄ＝２２．８）とし、第３の材料を空気としている。
【００３５】
また、第１の格子高さｄ１を１０．７１μｍ、第２の格子高さｄ２を７．８８μｍとしている。　　さらに、第１の格子ピッチｐ１を０．２μｍとし、格子幅ｗを０．２μｍから０μｍの間で徐々に変化させている。
【００３６】
この図から分かるように、本実施形態の回折光学素子１は、入射する光束のＴＥ偏光成分に対して最適な回折効率が得られる。そして、本実施形態の回折光学素子１は、図１２に示した高効率回折光学素子と同等に、可視光域全域で良好な回折効率が得られることが分かる。
【００３７】
次に、格子幅について説明する。図２に示した本実施形態の回折光学素子１では、９個の第１の格子４（ＳＷＳ回折格子）が１ユニットとして周期Ｐｔで繰り返し形成されることで、ブレーズド−バイナリー回折格子を実現している。この構成を有する回折光学素子１が、図９に示した９段バイナリータイプの回折光学素子と等価な性能を有するように、各第１の格子４の格子幅を決定する手順を説明する。
【００３８】
図９に示した９段格子ユニットのうち一番左の段を例にとって説明する。図１２に示す回折光学素子で、各回折格子の格子高さをＤ１、Ｄ２とすると、図９の一番左の段の格子の高さは、第１の格子１０がｄ１ａ＝９／９Ｄ１、第２の格子１１がｄ２ａ＝１／９Ｄ２となる。
【００３９】
なお、一番右の段の格子高さはそれぞれ、ｄ１ａ＝１／９Ｄ１、ｄ２ａ＝９／９Ｄ２である。
【００４０】
また、各格子を構成する材料の波長λの光に対する屈折率を、第１の格子（第１の材料）でｎ１（λ）　、第２の格子（第２の材料）でｎ２（λ）　とする。第２の格子１１に接している一方の境界は空気（第３の材料）である。この場合の光学光路長差Ｌａ（λ）　は、
Ｌａ（λ）　＝｛　ｎ１（λ）　−１｝・ｄ１ａ＋｛　ｎ２（λ）　−１｝・ｄ２ａ　　　　…（２）
となる。
【００４１】
一方、本実施形態の回折光学素子１における１つの格子ユニットにおける一番左の格子の光学光路長差Ｌ１（λ）　を求めてみると、
Ｌ１（λ）　＝｛　ｎ１ｅｆｆ（　λ）　−１｝・（　ｄ１　−ｄ２）＋｛　ｎ２ｅｆｆ（　λ）　−１｝・ｄ２
…（３）
但し、第１の材料の有効屈折率であるｎ１ｅｆｆ（　λ）
＝［ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２　＋（　１−ｆ１）・｛ｎ３（λ）｝２　］１／２　　　　…（４）
第２の材料の有効屈折率であるｎ２ｅｆｆ（λ）
＝［ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２　＋（　１−ｆ１）・｛ｎ２（λ）｝２　］１／２　　　　…（５）
となる。本実施形態では、第３の材料は空気であるので、ｎ３（λ）　＝１である。
【００４２】
また、
ｆ１　＝ｗ１　／ｐ１
である。
【００４３】
以上説明した関係から、
Ｌａ（λ）　＝Ｌ１（λ）　　　　　…（６）
が満たされるように、ｆ１　の値を決定すれば、図９に示した９段格子ユニットのうち一番左の段が、本実施形態の格子ユニットの一番左の格子と置き換えることが可能となる。
【００４４】
同様にして、各段で上記関係式（６）を満足するように、格子幅を決定していけばよい。
【００４５】
なお、本実施形態では、各格子４，６の高さｄ１，ｄ２をそれぞれ、
ｄ１＝Ｄ１
ｄ２＝Ｄ２
としてもよいし、これに限らず、製造可能な格子幅などを考慮してｄ１，ｄ２を決めてもよい。
【００４６】
また、本実施形態において、格子ユニット周期Ｐｔ内の第１の格子４の数は、隣り合う第１の格子４間での光学光路長差である、
ΔＬｉ（λ）　＝Ｌｉ＋１（λ）　−Ｌｉ（λ）
但し、ｉ＝１〜ｒｎ−１で、ｒｎは格子の数
が、使用波長の１／４以下となるように決定することが望ましい。
【００４７】
また、本実施形態の回折光学素子１は、ＴＥ偏光の光が、図１２に示した回折光学素子と同等の性能を満たすように構成されている。従って、ＴＭ偏光（電界がブレーズド−バイナリー格子に垂直な偏波）の光に対しては、特に性能を制御していない。
【００４８】
そこで、ＴＥ偏光に対しては、上記性能を満足しつつ、ＴＭ偏光に対して所望の特性を満たすようにｄ１とｄ２を選択してもよい。
【００４９】
以上説明した本実施形態の回折光学素子１は基板２の上に形成されているが、石英の基板などを用い、この基板をエッチングなどして回折光学素子の形状を直接、基板上に作成してもよい。
【００５０】
（第２実施形態）
図４には、本発明の第２実施形態である回折光学素子の構成を示している。本実施形態の回折光学素子１’は、第１実施形態と異なり、ブレーズド−バイナリー回折格子３が基板２と接するように形成されている。このため、格子溝の底面８は基板面となる。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成要素については第１実施形態と同符号を付している。
【００５１】
このような構成によれば、第１の格子４を樹脂以外の材料を用いてエッチングなどで作成するときには、基板２がエッチングのストッパ層となり、精度良く格子高さを制御することが可能になる。
【００５２】
さらに、格子底面と基板面の境界９で発生する反射損失が最小になるように、基板２の材料の屈折率を選択することも可能となる。
【００５３】
（第３実施形態）
図５には、本発明の第３実施形態である回折光学素子の構成を示している。図５（ａ）は素子の断面図、図５（ｂ）は素子の平面図である。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成要素については第１実施形態と同符号を付している。
【００５４】
本実施形態の回折光学素子１”では、第１実施形態にて説明した構造に加えて、ブレーズド−バイナリー回折格子３の周期方向と直交する方向に関して、第２および第３の材料を交互に配置した周期構造を持つようにしている。そして、この繰り返し周期を入射光の波長よりも小さくすることで、ＳＷＳ回折光学素子としての特性を持たせることができる。
【００５５】
しかも、このような構成にすることで、格子高さを第１および第２の格子４，６とも一律ｄ１として第１実施形態のものと同等の効果を得ることができる。２つの格子高さを合わせることで、素子全体をフラットとすることができ、上述したようなエッチングによる格子形状作成や素子の取り扱いなどをより容易に行うことができる。
【００５６】
本実施形態において、上記（３）式に対応する光学光路長差は以下のようになる。
【００５７】
Ｌ１（λ）　＝｛　ｎ１ｅｆｆ（　λ）　−１｝・ｄ１　　　　　…（７）
但し、
ｎ１ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆ１・｛　ｎ１（λ）｝２　＋（　１−ｆ１）・｛ｎ２ｅｆｆ（　λ）｝２］１／２　　　　　　　　　　　　　　　　…（８）
ｎ２ｅｆｆ（　λ）　＝［　ｆｙ・｛　１／　ｎ２（λ）｝２　＋（　１−ｆｙ）・｛１／　ｎ３（λ）｝２］−１／２　　　　　　　　　　…（９）
【００５８】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態である回折光学素子の構成を示している。この回折光学素子１００の構成は、第１〜第３実施形態と同様であるが、本実施形態では、格子が同心円状に配列されている。この図においては、第１〜第３の実施形態の１格子ピッチｐ１の左側の境界のみを実線で示しており、１格子ピッチ内の周期構造の境界線については省略している。
【００５９】
つまり、波長より大きい周期Ｐｔを示している。この周期Ｐｔを同心円状で徐々に周期間隔を変えることで、ブレーズド−バイナリ−回折光学素子をレンズとして用いることができる。ここで、１周期内のピッチｐ１は、大きな周期毎に変えても良い。あるいは、格子周期Ｐｔが大きな格子は小さな格子に比べて、１周期内の格子の数ｒｎを多くしても良い。ここで大事なことは、いずれの場合も、波長より小さな周期ｐ１がＳＷＳ構造となるようなピッチに設定することである。
【００６０】
図７には、上記第４実施形態にて説明した回折光学素子１００を有する光学系を示している。回折光学素子１００は、第１から第３実施形態でも説明したように、設計次数の回折光の回折効率を使用波長全域で高くすることができるので、白色光を使用する光学系１１０でも、良好な光学性能を発揮することができる。
【００６１】
（第５実施形態）
図８（ａ），（ｂ）は、図７に示した光学系１１０を撮影光学系２０１およびファインダー光学系２０２に用いたカメラの正面図および側面断面図である。
【００６２】
撮影光学系２０１およびファインダー光学系２０２において、回折光学素子１００は任意の位置に設けることができる。
【００６３】
このように、本発明に係る回折光学素子をカメラ等の光学機器の光学系に用いることにより、光学機器の光学性能を向上させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用波長（例えば、可視光波長）域のほぼ全域で高い回折効率を得ることができるとともに、ＳＷＳ格子の特徴である入射角変化に対する性能変動が少なく、ブレーズド−バイナリー格子構造の特徴である格子高さが一定であること、すなわち素子全体として略フラットであり、製造、取り扱いが容易になるという特徴を併せ持つ回折光学素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である回折光学素子の正面図。
【図２】上記回折光学素子の断面図（図１のＡ−Ａ’線での断面図）。
【図３】上記回折光学素子のＴＥ偏光での回折効率を示すグラフ図。
【図４】本発明の第２実施形態である回折光学素子の断面図。
【図５】本発明の第３実施形態である回折光学素子の断面図および平面図。
【図６】本発明の第４実施形態である回折光学素子の正面図。
【図７】上記第４実施形態の回折光学素子を用いた光学系の断面図。
【図８】本発明の第５実施形態であるカメラの正面図および側面断面図。
【図９】従来のバイナリータイプの高効率回折光学素子の断面図。
【図１０】従来のブレーズド−バイナリー回折光学素子の断面図。
【図１１】従来のブレーズド−バイナリー回折光学素子のＴＥ偏光での回折効率を示すグラフ図。
【図１２】従来のブレーズドタイプの高効率回折光学素子の断面図。
【図１３】従来のブレーズドタイプの高効率回折光学素子の回折効率を示すグラフ図。
【図１４】従来のブレーズドタイプの回折光学素子の断面図。
【符号の説明】
１，１００　　回折光学素子
２　　基板
３　　ブレーズド−バイナリー回折格子
４，１０　　第１の格子（第１の材料）
６，１１　　第２の格子（第２の材料）
７　　第３の材料
８　　格子溝底部
９　　基板と格子の境界面
２０１　　撮影光学系
２０２　　ファインダー光学系
【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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