(57)【要約】【課題】回折効率を良好なものに保ちつつ、製造を容易にすることが可能な回折光学素子を提供する。【解決手段】回折光学素子１が、互いに異なる材質の樹脂からなり、第２の回折素子要素２０が第１の回折素子要素１０および第３の回折素子要素３０に挟まれて接合された積層構造を有し、第１の回折素子要素１０と第２の回折素子要素２０との接合面において第１の回折素子要素１０に形成された回折格子溝２と第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝３とが互いに密着接合されて第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０との接合面において第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝４と第３の回折素子要素３０に形成された回折格子溝５とが互いに密着接合されて第２の回折光学面７が形成され、第１の回折素子要素１０の非接合面および第３の回折素子要素３０の非接合面がいずれも連続な面で構成される。【選択図】図１
2007334120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる材質の樹脂からなる第１〜第３の回折素子要素で構成され、前記第２の回折素子要素が前記第１の回折素子要素および前記第３の回折素子要素に挟まれて接合された積層構造を有する回折光学素子であって、
前記第１の回折素子要素と前記第２の回折素子要素との接合面において前記第１の回折素子要素に形成された回折格子溝と前記第２の回折素子要素に形成された回折格子溝とが互いに密着接合されて第１の回折光学面が形成され、
前記第２の回折素子要素と前記第３の回折素子要素との接合面において前記第２の回折素子要素に形成された回折格子溝と前記第３の回折素子要素に形成された回折格子溝とが互いに密着接合されて第２の回折光学面が形成され、
前記第１の回折素子要素の非接合面および前記第３の回折素子要素の非接合面がいずれも連続な面で構成されていることを特徴とする記載の回折光学素子。
【請求項２】
前記第１〜第３の回折素子要素に形成された回折格子溝が、傾斜面および起立面が交互に並んだ断面鋸歯状に形成され、
前記第１の回折光学面を形成する前記第１および第２の回折素子要素の前記回折格子溝の前記傾斜面の傾斜方向と、前記第２の回折光学面を形成する前記第２および第３の回折素子要素の前記回折格子溝の前記傾斜面の傾斜方向とが同一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３】
前記第１の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ１とし、前記第２の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ２とし、前記第３の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ３とし、前記第１の回折素子要素の分散値をν１とし、前記第２の回折素子要素の分散値をν２とし、前記第３の回折素子要素の分散値をν３としたとき、両式
−０．００１４２５＜（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)
−０．００１４２５＜（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)
のうち、少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記第１の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ１とし、前記第２の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ２とし、前記第３の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ３とし、前記第１の回折素子要素の分散値をν１とし、前記第２の回折素子要素の分散値をν２とし、前記第３の回折素子要素の分散値をν３としたとき、第１の条件
ｎ１＞１．５４０００
４５＜ν１＜５５
および第２の条件
ｎ２＞１．５４０００
４５＜ν２＜５５
および第３の条件
ｎ３＞１．５４０００
４５＜ν３＜５５
のうち少なくとも１つの前記条件を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記第１〜第３の回折素子要素のいずれもが紫外線硬化樹脂を材質とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項６】
物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群とを有し、前記第２レンズ群の前記像側に配置された主レンズの焦点距離を拡大する光学系において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の少なくとも一方に請求項１〜５のいずれかに記載の前記回折光学素子を備えた光学系。
【請求項７】
連続な面を有した基板上に請求項１〜６のいずれかに記載の前記第１の回折素子要素の材質である第１の樹脂を滴下する第１の工程と、
前記第１の樹脂に回折格子溝を形成する第２の工程と、
前記第１の樹脂を硬化させる第３の工程と、
前記第１の樹脂の前記回折格子溝に請求項１〜６のいずれかに記載の前記第２の回折素子要素の材質である第２の樹脂を滴下する第４の工程と、
前記第２の樹脂に回折格子溝を形成する第５の工程と、
前記第２の樹脂を硬化させる第６の工程と、
前記第２の樹脂の前記回折格子溝に請求項１〜６のいずれかに記載の前記第３の回折素子要素の材質である第３の樹脂を滴下する第７の工程と、
前記第３の樹脂を硬化させる第８の工程と、
前記第３の樹脂に連続な面を形成する第９の工程とを有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記連続な面は、平面もしくは曲面であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。
【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に関し、このような回折光学素子を用いて構成する光学系、さらには回折光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折光学素子は、微小間隔（約１ｍｍ）当たり数百本程度の細かい等間隔のスリット状もしくは溝状の格子構造を備えて作られた光学素子であり、光が入射されると、スリットや溝のピッチ（間隔）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせる性質を有している。このような回折光学素子は種々の光学系に用いられており、例えば、特定次数の回折光を一点に集めてレンズとして使用するものなどが知られている。回折光学素子を光学系に用いると色収差の補正効果を得ることが可能である。
【０００３】
このような回折光学素子として、近年において、図１２に示すような複層型の回折光学素子が提案されている。この図に示される複層型の回折光学素子は、ガラスからなる第１の回折素子要素１０´と樹脂からなる第２の回折素子要素２０´との接合面において、第１の回折素子要素１０´に形成された回折格子溝と第２の回折素子要素２０´に形成された回折格子溝とが互いに密着接合されて回折光学面６´が形成されている。このような一方の回折素子要素と他方の回折素子要素が接しているタイプの回折光学素子は密着型と称される。複層型の回折光学素子を用いることで、特定の波長だけではなく広い波長域で高い回折効率を得られる。
【０００４】
複層型の回折光学素子の中には、上記のような密着型のほか、２つの回折素子要素が間隔をおいて対向するように配置された分離型が知られている。分離型の回折光学素子では、格子高さが異なるためそれぞれの格子形状にあわせた金型により成形が行われている。また、回折の条件を満たし高い回折効率を得るために、各格子の位置合わせを行っている。一方、密着型の回折光学素子では格子高さは同一で、格子を重ねる事で成形でき、格子高さや格子の位置の誤差に対する回折効率への影響が小さい、という特徴がある。したがって、密着型の場合、高い回折効率を持った回折光学素子を容易に製造する事ができる。
【０００５】
回折光学素子の材質として用いられているのは、主にガラスと樹脂である。ガラスと樹脂とからなる回折光学素子として、例えば以下の文献（特許文献１参照）に記載がある。一般に、回折光学素子を大量にかつ安価に形成するためには、回折格子溝を刻んだ金型を成形しガラスや樹脂に転写する方法により作られる。樹脂の場合、ガラスに比べて金型成形が容易であるという特徴がある。また、材料の値段は一般に樹脂の方がガラスに比べて安価であるという特徴がある。
【０００６】
密着型の複層型回折光学素子には媒質が２層から成るタイプ（特許文献１参照）や３層から成るタイプ（特許文献２参照）などが知られているが、３層型の回折光学素子の場合、媒質ｄ１の屈折率をｎ１、媒質ｄ２の屈折率をｎ２、媒質ｄ３の屈折率をｎ３、媒質ｄ１と媒質ｄ２との接合面における回折格子溝の格子高さをｈ１、媒質ｄ２と媒質ｄ３との接合面における回折格子溝の格子高さをｈ２としたとき、光の波長λの光路差Δｈは、
【０００７】
（数１）
Δｈ＝（ｎ１−ｎ２）ｈ１＋（ｎ２−ｎ３）ｈ２
で表される。
【０００８】
光路差を光の波長λで割ったものをαとすると、αは、以下のように表される。
【０００９】
（数２）
α＝｛（ｎ１−ｎ２）ｈ１＋（ｎ２−ｎ３）ｈ２｝／λ
【００１０】
ｍを回折次数とすると、回折効率ηは、以下のように求められる。
【００１１】
（数３）
η＝｛ｓｉｎπ（α−ｍ）／（α−ｍ）｝２
【００１２】
２層型に比べ、３層型の回折光学素子は、回折格子溝の格子高さｈ１，ｈ２や媒質の屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３、を適切に選ぶことで、より高い回折効率を得る事ができるという特徴がある。また、媒質ｄ１，ｄ２，ｄ３は全て異なる材質とすることで、より高い回折効率を得る事ができる。
【特許文献１】特開２００４−１２６０６１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２７９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、特許文献１に記載のような２層型の回折光学素子は、回折光学素子を構成する媒質のうち一方にガラスを用いているため金型成形が困難であり、また材料の値段が高い、という問題があった。また、媒質としてガラスを用いた場合、成形のための処理温度が樹脂に比べて高く処理温度になるまでの時間が掛かるといった問題があった。さらに、２層型の回折光学素子では３層型の回折光学素子に比べて回折効率が低いという問題があった。また、特許文献２に記載のような３層型の回折光学素子は、外側の２つの媒質と空気との境界面、すなわち非接合面が各々格子形状（非連続面）になっており、非接合面の形成用の金型が必要であったり、厚みの薄い部分が離型時に剥離したり欠けたりして製造が難しいといった問題があった。
【００１４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、回折効率といった性能を良好なものに保ちつつ、製造を容易にすることが可能な構成の回折光学素子及びこれを用いた光学系、回折光学素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に係る回折光学素子は、互いに異なる材質の樹脂からなる第１〜第３の回折素子要素で構成され、第２の回折素子要素が第１の回折素子要素および第３の回折素子要素に挟まれて接合された積層構造を有し、第１の回折素子要素と第２の回折素子要素との接合面において第１の回折素子要素に形成された回折格子溝と第２の回折素子要素に形成された回折格子溝とが互いに密着接合されて第１の回折光学面が形成され、第２の回折素子要素と第３の回折素子要素との接合面において第２の回折素子要素に形成された回折格子溝と第３の回折素子要素に形成された回折格子溝とが互いに密着接合されて第２の回折光学面が形成され、第１の回折素子要素の非接合面および第３の回折素子要素の非接合面がいずれも連続な面で構成されている。
【００１６】
また、上記構成の回折光学素子において、第１〜第３の回折素子要素に形成された回折格子溝が、傾斜面および起立面が交互に並んだ断面鋸歯状に形成され、第１の回折光学面を形成する第１および第２の回折素子要素の回折格子溝の傾斜面の傾斜方向と、第２の回折光学面を形成する第２および第３の回折素子要素の回折格子溝の傾斜面の傾斜方向とが同一であるのが好ましい。
【００１７】
また、上記構成の回折光学素子において、第１の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ１とし、第２の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ２とし、第３の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ３とし、第１の回折素子要素の分散値をν１とし、第２の回折素子要素の分散値をν２とし、第３の回折素子要素の分散値をν３としたとき、両式−０．００１４２５＜（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)及び−０．００１４２５＜（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)のうち、少なくとも一方を満たすのが好ましい。
【００１８】
また、上記構成の回折光学素子において、第１の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ１とし、第２の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ２とし、第３の回折素子要素のｄ線での屈折率をｎ３とし、第１の回折素子要素の分散値をν１とし、第２の回折素子要素の分散値をν２とし、第３の回折素子要素の分散値をν３としたとき、第１の条件ｎ１＞１．５４０００、４５＜ν１＜５５及び第２の条件ｎ２＞１．５４０００、４５＜ν２＜５５及び第３の条件ｎ３＞１．５４０００、４５＜ν３＜５５のうち、少なくとも１つの条件を満たすのが好ましい。
【００１９】
また、上記構成の回折光学素子において、第１〜第３の回折素子要素のいずれもが紫外線硬化樹脂を材質とするのが好ましい。
【００２０】
前記課題を解決するために本発明に係る光学系は、物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群とを有し、第２レンズ群の像側に配置された主レンズの焦点距離を拡大するように構成され、第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一方に請求項１〜５のいずれかに記載の回折光学素子を備える。
【００２１】
前記課題を解決するために本発明に係る回折光学素子の製造方法は、連続な面を有した基板上に請求項１〜６のいずれかに記載の第１の回折素子要素の材質である第１の樹脂を滴下する第１の工程と、第１の樹脂に回折格子溝を形成する第２の工程と、第１の樹脂を硬化させる第３の工程と、第１の樹脂の回折格子溝に請求項１〜６のいずれかに記載の第２の回折素子要素の材質である第２の樹脂を滴下する第４の工程と、
第２の樹脂に回折格子溝を形成する第５の工程と、第２の樹脂を硬化させる第６の工程と、第２の樹脂の回折格子溝に請求項１〜６のいずれかに記載の第３の回折素子要素の材質である第３の樹脂を滴下する第７の工程と、第３の樹脂を硬化させる第８の工程と、第３の樹脂に連続な面を形成する第９の工程とを有する。
【００２２】
また、上記構成の回折光学素子の製造方法において、連続な面は、平面もしくは曲面であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る回折光学素子及びこれを用いた光学系、回折光学素子の製造方法によれば、その材質である樹脂と回折格子溝の高さを適切に選ぶ事で、量産性、加工性、コストに優れ、広い波長範囲で回折効率が高い回折光学素子を得る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回折光学素子の模式断面図である。本実施形態における回折光学素子１は、互いに異なる材質の樹脂（紫外線硬化樹脂）からなる第１の回折素子要素１０、第２の回折素子要素２０および第３の回折素子要素３０で構成され、第２の回折素子要素２０が第１の回折素子要素１０および第３の回折素子要素３０に挟まれた積層構造を有する。そして、第１の回折素子要素１０に形成された回折格子溝２と第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝３とが互いに密着接合されて第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝４と第３の回折素子要素３０に形成された回折格子溝５とが互いに密着接合されて第２の回折光学面７が形成されている。本実施形態では、図１に示すように、回折格子溝２，３，４，５は、傾斜面および起立面が交互に所定の周期で並んだ断面鋸歯状をなしているが、本発明がこれに限定されるわけではない。
【００２５】
本回折光学素子において、第１の回折素子要素１０の非接合面８および第３の回折素子要素３０の非接合面９がいずれも連続な面で構成されている。ここで、「連続な面」とは、平面もしくは曲面であり、曲面においては非接合面に変曲点を有しない場合をいう。このように第１の回折素子要素１０の非接合面８および第３の回折素子要素３０の非接合面９を平面や曲面といった連続な面とすることで、回折光学素子を容易に製造することができる。
【００２６】
また、図１に示すように、第１の回折光学面６を形成する第１および第２の回折素子要素１０，２０の回折格子溝２，３の傾斜面６ａの傾斜方向と、第２の回折光学面７を形成する第２および第３の回折素子要素２０，３０の回折格子溝４，５の傾斜面７ａの傾斜方向とが同一になっている。傾斜面７ａの傾斜方向が同一でない場合、回折格子溝の頂点と頂点とが近付き、回折素子要素の厚みの変化が大きくなるため製造が難しくなる。また、曲面上に回折格子溝を形成する場合には、傾斜方向が同一でないと金型から回折素子要素を離型する際に離型が難しくなる。従って、傾斜面７ａの傾斜方向が同一の場合、製造が容易になり、量産性に優れ、製造コストを抑えることが可能である。
【００２７】
上記のような回折光学素子１（本実施形態では円盤状とする）は、以下のようにして製造される。図２に示すように、まず、平面が形成された基板としての光透過部材６０（後述する紫外線ＵＶを透過する材料）を用意する。この光透過部材６０は、ガラス又は樹脂で構成されている。光透過部材６０を用意した上で、第１の紫外線硬化樹脂１０´を用意する。
【００２８】
次に、光透過部材６０上に、上記第１の紫外線硬化樹脂１０´を滴下する（図２（Ａ）参照）。そして、滴下した第１の紫外線硬化樹脂１０´に所定形状の回折格子溝が形成された第１の回折光学素子１０形成用の金型５０を押し当てる（図２（Ｂ）参照）。さらに、光透過部材６０側から紫外線ＵＶを照射することで、第１の紫外線硬化樹脂１０´を硬化させる（図２（Ｃ）参照）。そして、金型５０を硬化させた第１の紫外線硬化樹脂１０´及び光透過部材６０から取り外す（図２（Ｄ）参照）。これにより、金型５０に形成されていた回折格子溝の形状が、第１の紫外線硬化樹脂１０´に転写されて、回折格子溝２を有する第１の回折光学素子１０が形成される。
【００２９】
続いて、上記のようにして作製された第１の回折光学素子１０の回折格子溝２が形成された面上に、第２の紫外線硬化樹脂２０´を適量滴下する（図２（Ｅ）参照）。滴下した第２の紫外線硬化樹脂２０´に所定形状の回折格子溝４が形成された第２の回折光学素子２０形成用の金型７０を押し当てる（図２（Ｆ）参照）。さらに、光透過部材６０側から紫外線ＵＶを照射することで、第２の紫外線硬化樹脂２０´を硬化させる（図２（Ｇ）参照）。そして、金型７０を硬化させた第２の紫外線硬化樹脂２０´および光透過部材６０から取り外す（図２（Ｈ）参照）。これにより、第１の回折光学素子２０の上に密着接合されて積層され回折格子溝４を有する第２の回折光学素子２０が形成される。
【００３０】
次に、第２の回折光学素子２０の回折格子溝４が形成された面上に、第３の紫外線硬化樹脂３０´を適量滴下する（図２（Ｉ）参照）。滴下された第３の紫外線硬化樹脂３０´において、回折格子溝４が形成された面とは反対側の面に、すなわち非接合面に面形成用の平板状の基板８０を押し当てる（図２（Ｊ）参照）。さらに、光透過部材６０側から紫外線ＵＶを照射することで、第３の紫外線硬化樹脂３０´を硬化させる（図２（Ｋ）参照）。これにより、第２の回折光学素子２０の上に密着接合されて積層された第３の回折光学素子３０が形成される。最後に、面形成用の基板８０を取り外せば、第１の回折光学素子（第１の紫外線硬化樹脂）１０と第２の回折光学素子（第２の紫外線硬化樹脂）２０と第３の回折光学素子（第３の紫外線硬化樹脂）３０から構成される、本発明に係る密着複層型（３層構造）の回折光学素子１が完成する（図２（Ｌ）参照）。
【００３１】
光透過部材６０および面形成用の基板８０の表面は、図２に示すように平面で図示したが、これらの表面は、実際は一般のレンズ面、すなわち平面または球面または非球面形状で構成されている。なお、紫外線硬化樹脂を、金型又は基板に滴下し光透過部材又は回折格子溝を押し当てることでも回折光学素子は形成可能である。
【００３２】
本回折光学素子１は、上記のように第１〜第３の回折素子要素１０〜３０を構成する材質をいずれも紫外線硬化樹脂とすることで、紫外線を紫外線硬化樹脂に照射すると常温ですぐに硬化するため、硬化させるために加熱の必要がある熱硬化樹脂に比べて短時間で加工できるという利点がある。また、熱硬化樹脂を用いた場合には、熱変形が起き易く製造しにくいという問題があるが、紫外線硬化樹脂を用いた場合には熱変形が起きないため、完成品の寸法精度が良好で、熱変形による割れの発生といった問題も生じない。さらに、紫外線硬化樹脂はガラスと比較した場合、ガラスよりも処理温度が低く変形しにくいという利点がある。
【００３３】
本回折光学素子１は、第１の回折素子要素１０のｄ線での屈折率をｎ１とし、第２の回折素子要素２０のｄ線での屈折率をｎ２とし、第３の回折素子要素３０のｄ線での屈折率をｎ３とし、第１の回折素子要素１０の分散値をν１とし、第２の回折素子要素２０の分散値をν２とし、第３の回折素子要素３０の分散値をν３としたとき、両式（１）、（２）のうち、少なくとも一方を満たす。
【００３４】
（数４）
−０．００１４２５＜（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２) …  （１）
−０．００１４２５＜（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３) …  （２）
【００３５】
ここで、条件式（１）は第１の回折素子要素１０および第２の回折素子要素２０における屈折率の差と分散値の差の比を規定しており、条件式（２）は第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０における屈折率の差と分散値の差の比を規定している。屈折率の差と分散値の差の比が、下限値を下回ると、分散値の差に対する屈折率の差が小さくなる事を意味する。分散値の差に対する屈折率の差が小さくなると、回折の条件を満たすために回折格子溝の格子高さを高くすることが要求される。格子高さが高くなると、入射光が回折光学面に入射する角度が大きい場合に回折効率の低下を招く。すなわち回折効率の入射角特性が低下する。このため、本発明の回折光学素子１は、屈折率の差と分散値の差の比が下限値よりも大きく設定されている。なお、本発明においては、条件式（１）の下限値を−０．００１４２５よりも高く設定して−０．００００４０とすると、より高い回折効率を得る事ができる。
【００３６】
さらに、本回折光学素子１では、第１の回折素子要素１０のｄ線での屈折率をｎ１とし、第２の回折素子要素２０のｄ線での屈折率をｎ２とし、第３の回折素子要素３０のｄ線での屈折率をｎ３とし、第１の回折素子要素の１０分散値をν１とし、第２の回折素子要素２０の分散値をν２とし、第３の回折素子要素３０の分散値をν３としたとき、以下の３つの条件、第１の条件（数５）、第２の条件（数６）および第３の条件（数７）のうち、少なくとも１つの条件を満足することが望ましい。
【００３７】
（数５）
ｎ１＞１．５４０００…  （３）
４５＜ν１＜５５…  （４）
【００３８】
（数６）
ｎ２＞１．５４０００…  （５）
４５＜ν２＜５５…  （６）
【００３９】
（数７）
ｎ３＞１．５４０００…  （７）
４５＜ν３＜５５…  （８）
【００４０】
ここで、屈折率ｎ１〜ｎ３が上記式（３），（５），（７）において示されている下限値１．５４０００を下回ると、回折の条件を満たすために、回折格子溝の格子高さを高くすることが要求される。格子高さが高くなると、入射光が回折光学面に入射する角度が大きい場合に回折効率の低下を招く。すなわち回折効率の入射角特性が低下する。このため、屈折率ｎ１〜ｎ３は、上記式（３），（５），（７）のうち少なくとも１つの条件式を満足するのが要求されるが、より高い回折効率を得るために、下限値として１．５５０００であるのが望ましい。
【００４１】
また、分散値ν１〜ν３が上記式（４），（６），（８）において示されている範囲を逸脱する場合には、広い波長範囲で高い回折効率を得ることが出来なくなる。このため、分散値ν１〜ν３は、上記式（４），（６），（８）のうち少なくとも１つの条件式を満足するのが要求されるが、より広い波長範囲に亘って高い回折効率を得るために、下限値として４８を上限値として５２を設定するのが望ましい。
【実施例】
【００４２】
以下に、各実施例について説明する。
【００４３】
（第１実施例）
図１は第１実施例の構成を示している。図１に示すように、第１の回折素子要素１０と第２の回折素子要素２０との接合面において第１の回折素子要素１０に形成された回折格子溝２と前記第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝３とが互いに密着接合されて第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０との接合面において第２の回折素子要素２０に形成された回折格子溝４と第３の回折素子要素３０に形成された回折格子溝５とが互いに密着接合されて第２の回折光学面７が形成される。第１〜第３の回折素子要素１０〜３０は、回折格子溝２（回折格子溝３）と回折格子溝４（回折格子溝５）とのピッチが同じになるようにして密着接合されている。回折格子溝２（回折格子溝３）の傾斜面６ａの傾斜方向と回折格子溝４（回折格子溝５）の傾斜面７ａの傾斜方向とは同一である。各回折格子溝の格子高さは、１次の回折光が広い波長範囲で高い回折効率を得るように最適化され、回折格子溝２の格子高さｈ１１、回折格子溝４の格子高さｈ１２は、ｈ１１＝１７３．８５μｍ，ｈ１２＝４４．８３μｍとする。以下の表１に、第１実施例における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。
【００４４】
（表１）
（１）   （ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)＝―０．０１４２７２
（２）   （ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)＝−０．００００３２
（３）   ｎ１＝１．５５６９０
（４）   ν１＝５０．２
（５）   ｎ２＝１．５５３４９
（６）   ν２＝５０．４
（７）   ｎ３＝１．５５３８９
（８）   ν３＝３８．１
【００４５】
このように、本実施例では、上記条件式（１）〜（８）のうち、条件式（１）および（８）を除くものが満たされている。本実施例の回折光学素子は、図３において実線で示すように、可視光の広い波長範囲で９９％以上の高い回折効率を有している。なお、図３には比較として、図１２に示すような２層型の回折光学素子の回折効率を破線で示している。この２層型の回折光学素子は特許文献１にも記載があり、第１の回折素子要素１０´としてガラス（（ｎｄ，νｄ)＝（１．５９０８７，６２．３））を用い、第１の回折素子要素２０´として紫外線硬化樹脂（(ｎｄ，νｄ)＝（１．５５３８９，３８．１））を用いた。ただし、屈折率をｎｄ、分散をνｄとする。回折格子溝の格子高さｈは１５．８μｍである。図３に示すように、２層型の回折光学素子の場合、回折効率は可視光の領域で９７％〜１００％であり、これに比べ本実施例は、幅広い波長領域で明らかに回折効率が向上している。
【００４６】
（第２実施例）
図４は第２実施例の構成を示している。第１実施例と同じように、第１の回折素子要素１０と第２の回折素子要素２０との接合面において第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０との接合面において第２の回折光学面７が形成される。第１〜第３の回折素子要素１０〜３０は、回折格子溝２（回折格子溝３）と回折格子溝４（回折格子溝５）とのピッチが同じになるようにして密着接合されている。回折格子溝２（回折格子溝３）の傾斜面６ａの傾斜方向と回折格子溝４（回折格子溝５）の傾斜面７ａの傾斜方向とは同一である。各回折格子溝の格子高さは、１次の回折光が広い波長範囲で高い回折効率を得るように最適化され、回折格子溝２の格子高さｈ２１、回折格子溝４の格子高さｈ２２は、ｈ２１＝２９．５６μｍ，ｈ２２＝１０．２６μｍとする。以下の表２に、第２実施例における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。
【００４７】
（表２）
（１）（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)＝０．００１７６３
（２）（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)＝０．００５８４８
（３）ｎ１＝１．５５６９０
（４）ν１＝５０．２
（５）ｎ２＝１．５２７７０
（６）ν２＝３３．６
（７）ｎ３＝１．５５３８９
（８）ν３＝３８．１
【００４８】
このように、本実施例では、上記条件式（１）〜（８）のうち条件式（５）、（６）および（８）を除くものが満たされている。本実施例の回折光学素子は、図５において実線で示すように、可視光の広い波長範囲で９９％以上の高い回折効率を有している。なお、図５には比較として、図１１に示すような２層型の回折光学素子の回折効率を破線で示している。図５に示すように、２層型の回折光学素子の場合、回折効率は可視光の領域で９７％〜１００％であり、これに比べ本実施例は、幅広い波長領域で明らかに回折効率が向上している。
【００４９】
（第３実施例）
図６に第３実施例の構成を示す。本実施例では、第１実施例と同じように、第１の回折素子要素１０と第２の回折素子要素２０との接合面において第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０との接合面において第２の回折光学面７が形成される。第１〜第３の回折素子要素１０〜３０は、回折格子溝２（回折格子溝３）と回折格子溝４（回折格子溝５）とのピッチが同じになるようにして密着接合されている。回折格子溝２（回折格子溝３）の傾斜面６ａの傾斜方向と回折格子溝４（回折格子溝５）の傾斜面７ａの傾斜方向とは同一である。各回折格子溝の格子高さは、１次の回折光が広い波長範囲で高い回折効率を得るように最適化され、回折格子溝２の格子高さｈ３１、回折格子溝４の格子高さｈ３２は、ｈ３１＝３２．６８μｍ，ｈ３２＝１３．７７μｍとする。以下の表３に、第３実施例における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。
【００５０】
（表３）
（１）（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)＝０．００１８９５
（２）（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)＝０．００７７７９
（３）ｎ１＝１．５５６９０
（４）ν１＝５０．２
（５）ｎ２＝１．５２７６０
（６）ν２＝３４．７
（７）ｎ３＝１．５５３８９
（８）ν３＝３８．１
【００５１】
このように、本実施例では、上記条件式（１）〜（８）のうち、条件式（５）、（６）および（８）を除くものが満たされている。本実施例の回折光学素子は、図７において実線で示すように、可視光の広い波長範囲で９９％以上の高い回折効率を有している。なお、図７には比較として、図１１に示すような２層型の回折光学素子の回折効率を破線で示している。図７に示すように、２層型の回折光学素子の場合、回折効率は可視光の領域で９７％〜１００％であり、これに比べ本実施例は、幅広い波長領域で明らかに回折効率が向上している。
【００５２】
（第４実施例）
図８に第４実施例の構成を示す。本実施例では、第１実施例と同じように、第１の回折素子要素１０と第２の回折素子要素２０との接合面において第１の回折光学面６が形成され、第２の回折素子要素２０と第３の回折素子要素３０との接合面において第２の回折光学面７が形成される。第１〜第３の回折素子要素１０〜３０は、回折格子溝２（回折格子溝３）と回折格子溝４（回折格子溝５）とのピッチが同じになるようにして密着接合されている。回折格子溝２（回折格子溝３）の傾斜面６ａの傾斜方向と回折格子溝４（回折格子溝５）の傾斜面７ａの傾斜方向とは同一である。各回折格子溝の格子高さは、１次の回折光が広い波長範囲で高い回折効率を得るように最適化され、回折格子溝２の格子高さｈ４１、回折格子溝４の格子高さｈ４２は、ｈ４１＝２９．８７μｍ，ｈ４２＝２３．２９μｍとする。以下の表４に、第４実施例における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。
【００５３】
（表４）
（１）（ｎ１−ｎ２）／（ν１−ν２)＝―０．００００３２
（２）（ｎ２−ｎ３）／（ν２−ν３)＝０．００７７７９
（３）ｎ１＝１．５５３４９
（４）ν１＝５０．４
（５）ｎ２＝１．５５３８９
（６）ν２＝３８．１
（７）ｎ３＝１．５２７６０
（８）ν３＝３４．７
【００５４】
このように、本実施例では、上記条件式（１）〜（８）のうち、条件式（６）、（７）および（８）を除くものが満たされている。本実施例の回折光学素子は、図９において実線で示すように、可視光の広い波長範囲で９９％以上の高い回折効率を有している。なお、図９には比較として、図１１に示すような２層型の回折光学素子の回折効率を破線で示している。図９に示すように、２層型の回折光学素子の場合、回折効率は可視光の領域で９７％〜１００％であり、これに比べ本実施例は、幅広い波長領域で明らかに回折効率が向上している。
【００５５】
（第５実施例）
図１０に第５実施例に係るテレコンバーターレンズと主レンズとからなる光学系のレンズ構成を示す。図１０に示すように、本光学系を構成するテレコンバーターレンズＴＬを、物体側に位置して正の屈折力を有する第１レンズ群ＦＬと、像側に位置して負の屈折力を有する第２レンズ群ＲＬとから構成し、第２レンズ群ＲＬの像側に撮像レンズ等の主レンズＭＬを配置した。そして、回折光学面を有するレンズ素子を、第１レンズ群ＦＬ中に設置した。
【００５６】
本光学系における主レンズＭＬは物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、両凹レンズＬ２、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３、開口絞りＰ、両凸レンズＬ４、両凸レンズＬ５、両凹レンズＬ６（これら両レンズＬ５，Ｌ６は貼り合わせレンズ）、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ７、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８、及び両凸レンズＬ９を配置して構成した。
【００５７】
また、主レンズＭＬの物体側に取り付けたテレコンバーターレンズＴＬは、正の屈折力を有する第１レンズ群ＦＬと負の屈折力を有する第２レンズ群ＲＬとからなり、第１レンズ群ＦＬは物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、回折光学面Ｇｆを像側の面に有する物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２（これら両レンズＬ１１，Ｌ１２は貼り合わせレンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３を配置して構成した。また、第２レンズ群ＲＬは物体側から順に、物体側に凹面を向けた（像側に凸面を向けた）正メニスカスレンズＬ１４、両凹レンズＬ１５、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６（これらレンズＬ１４，Ｌ１５，Ｌ１６は貼り合わせレンズ）を配置して構成した。また、テレコンバーターレンズＴＬの（第２レンズ群ＲＬの）最も像側に位置する正メニスカスレンズＬ１６と主レンズＭＬの最も物体側に位置する負メニスカスレンズＬ１との間の光路中には保護ガラスＦ１を配置するとともに、主レンズＭＬの最も像側に位置する両凸レンズＬ９と像面ＥＭとの間の光路中には、フィルターとして平行平板Ｆ２および平行平板Ｆ３を配置した。
【００５８】
以下の表５に、第５実施例における各レンズの諸元を示す。表５における面番号１〜１１はテレコンバーターレンズＴＬに関するものであり、それぞれ図１０における符号１〜１１に対応する。また、表１における面番号１２〜３３は主レンズＭＬに関するものであり、それぞれ図１０における符号１２〜３３に対応する。また、表１におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはアッベ数をそれぞれ示している。非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付した。以下の全ての諸元値において掲載されている曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。なお、本実施例では、テレコンバーターレンズＴＬにおける面番号３及び４に相当する面が上記回折光学面Ｇｆに相当し、したがって本発明に係る回折光学面６，７を有するレンズ素子（回折光学素子１）はレンズＬ１２に相当する。
【００５９】
なお、回折光学面Ｇｆは、必ずしも第１レンズ群ＦＬを構成するレンズに設けられるとは限らず、第２レンズ群ＲＬを構成するレンズに設けてもよいし、第１レンズ群ＦＬを構成するレンズおよび第２レンズ群ＲＬを構成するレンズのいずれにも設けてもよい。
【００６０】
本実施例において、非球面は光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さＳにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｘとし、基準球面の曲率をｃとし、近軸曲率をＣとし、円錐係数をκとし、Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ１０を非球面係数としたとき、非球面は以下の式で表される。
【００６１】
（数８）
Ｃ＝ｃ＋２Ｃ２
【００６２】
（数９）
ｘ＝ｃｙ２／｛１＋（１−κｃ２ｙ２）１／２｝＋Ｃ２ｙ２＋Ｃ４ｙ４＋Ｃ６ｙ６＋Ｃ８ｙ８＋Ｃ１０ｙ１０
【００６３】
（表５）
（フロントコンバーターレンズ）
面番号            ｒ              ｄ            ｎｄ          νｄ
１      ８３．７３１０３    ２．１０    １．８４６６６    ２３．８
２      ５１．９２１００    ８．８０    １．５９０８７    ６２．３
３    ８００．０００００    ０．００    １０００１        −３．５
４*    ８００．０００００    ０．２０    １．５５３８９    ３８．１
５    ７９９．５８５１７    ０．５０    １．０００００    
６      ２９．８１１７３    ８．７０    １．５１６８０    ６４．１
７      ５７．７５８３２  ３４．９５    １．０００００    
８    −３８．４４３１９    ２．９０    １．６７２７０    ３２．１
９    −１６．８２８００    １．２０    １．８３４８１    ４２．７
１０      １２．６１１８０    ３．２０    １．６９８９５    ３０．１
１１    ３３９．７２１０８    ３．２０    １．０００００    
（撮影レンズ）
１２        ０．０００００    １．００    １．５１６８０    ６４．１
１３        ０．０００００    ３．０４    １．０００００    
１４      ２４．４８２７９    １．３０    １．８０４００    ４６．６
１５        ９．０３８０７    ２．７５    １．０００００    
１６    −６４．２２２４３    １．１０    １．６２０４１    ６０．３
１７      １６．６４２８１    ０．６０    １．０００００    
１８      １３．２５３０７    ２．５０    １．８４６６６    ２３．８
１９      ３１．０８５２５    ２．３０    １．０００００    
２０        ０．０００００    １．７２    １．０００００    
２１      ２６．７４９５０    ２．１０    １．８０４００    ４６．６
２２    −５３．９５７３０    ０．２０    １．０００００    
２３      １０．８１３７０    ３．９０    １．６３９３０    ４４．９
２４    −１７．３６５００    ４．００    １．７８４７０    ２６．３
２５        ８．２６６６０    ０．８５    １．０００００    
２６      ４２．６２９３０    ２．１０    １．４８７４９    ７０．２
２７    −４２．６２９３０    ４．５０    １．０００００    
２８      １７．４４５２０    ２．２０    １．８０４４０    ３９．６
２９      ４３．１３５１０  ２０．５４    １．０００００
３０    １３２．１５１８０    ２．５０    １．６０６０２    ５７．４
３１*  −３６．４７２８６    １．００    １．０００００    
３２        ０．０００００    ０．５０    １．５１６８０    ６４．１
３３        ０．０００００    ４．６３    １．０００００    
（非球面データ）
［第４面］
κ＝ + 1.0000    Ｃ2 ＝-3.9898×10−9  Ｃ4 ＝-3.0119×10−12
Ｃ6 ＝ 6.9671×10−16  Ｃ8 ＝-8.4499×10−19                                                          
［第３１面］
κ＝ + 1.0000    Ｃ4 ＝ 1.7718×10−4  Ｃ6 ＝ 1.1671×10−6
Ｃ8 ＝-3.7998×10−8   Ｃ10＝ 4.2480×10−10
【００６４】
図１１は第５実施例における光学系の諸収差図である。各収差図はｄ線及びｇ線についての結果を示しており、ＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。各収差図から明らかなように、本実施例では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施例における回折光学素子を示す模式断面図である。
【図２】回折光学素子の製造工程を（Ａ）から（Ｌ）の順で示す図である。
【図３】第１実施例における回折光学素子への入射波長と回折効率との関係を示す図である。
【図４】第２実施例における回折光学素子を示す模式断面図である。
【図５】第２実施例における回折光学素子への入射波長と回折効率との関係を示す図である。
【図６】第３実施例における回折光学素子を示す模式断面図である。
【図７】第３実施例における回折光学素子への入射波長と回折効率との関係を示す図である。
【図８】第４実施例における回折光学素子を示す模式断面図である。
【図９】第４実施例における回折光学素子への入射波長と回折効率との関係を示す図である。
【図１０】第５実施例における回折光学素子の回折光学面を有するレンズ系の断面図である。
【図１１】第５実施例における収差図である。
【図１２】従来の複層型回折光学素子の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  回折光学素子  ２〜５  回折格子溝  ６，７  回折光学面  ６ａ，７ａ  傾斜面  ８，９  非接合面  １０  第１の回折素子要素  ２０  第２の回折素子要素  ３０  第３の回折素子要素  ６０  光透過部材  ８０  基板  ５０  金型（第１の回折光学素子１０形成用）  ７０  金型（第２の回折光学素子２０形成用）  ｈ１１〜ｈ４２  回折格子溝の格子高さ  ＴＣ  テレコンバーターレンズ  ＦＬ  第１レンズ群  Ｇｆ  回折光学面  ＲＬ  第２レンズ群  ＭＬ  主レンズ
【図１】
2007334120.tif 000003
【図２】
2007334120.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】
2007334120.tif 000011
【図１０】
2007334120.tif 000012
【図１１】
2007334120.tif 000013
【図１２】
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