JP3472103B2 - 回折光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents

Description

【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のう
ち、特に複数の波長あるいは所定の帯域の光が特定次数
（設計次数）に集中するような格子構造を有した回折光
学素子及びそれを用いた光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学系の色収差を補正する方
法の１つとして、分数の異なる２つの材質の硝材（レン
ズ）を組み合わせる方法がある。

【０００３】この硝材の組み合わせにより色収差を減じ
る方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の一部に回
折作用を有する回折光学素子を用いて、色収差を減じる
方法がＳＰＩＥ Vol.1354 International Lens Design
Conference（１９９０）等の文献や、特開平４−２１３
４２１号公報、特開平６−３２４２６２号公報、ＵＳＰ
第５０４４７０６号等により開示されている。

【０００４】これは、光学系中の屈折面と回折面とで
は、ある基準波長の光線に対する他の波長の光線の色収
差の出方が逆方向になるという物理現象を利用したもの
である。

【０００５】さらにこのような回折光学素子は、その回
折格子の周期的構造の周期を変化させることで非球面レ
ンズ的な効果をも持たせることができ収差の低減に大き
な効果がある。

【０００６】ここで、光線の屈折作用において比較する
と、レンズ面では１本の光線は屈折後も１本の光線であ
るのに対し、回折格子では１本の光線が回折されると、
各次数に光が分かれてしまう。

【０００７】そこで、レンズ系として回折光学素子を用
いる場合には、使用波長領域の光束が特定次数（以後設
計次数とも言う。）に集中するように格子構造を決定す
る必要がある。特定の次数に光が集中して、それ以外の
回折光の光線の強度が低いためには設計次数の光線の回
折効率が十分高いことが必要になる。また、設計次数以
外の回折次数をもった光線が存在する場合は、設計次数
の光線とは別な所に結像するため、フレア光となる。

【０００８】従って回折光学素子を利用した光学系にお
いては、設計次数での回折効率の分光分布及び設計次数
以外の光線の振る舞いについても十分考慮することが重
要である。

【０００９】図１１に示すような基板２に１つの層より
成る回折格子４を設けた回折光学素子１を光学系中のあ
る面に形成した場合の特定の回折次数に対する回折効率
の特性を図１２に示す。この図１２で、横軸は波長をあ
らわし、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素
子は、１次の回折次数（図中実線）において、使用波長
領域でもっとも回折効率が高くなるように設計されてい
る。

【００１０】即ち設計次数は１次となる。さらに、設計
次数近傍の回折次数（１次±１次の０次光と２次光）の
回折効率も併せ並記しておく。

【００１１】図１２に示されるように、設計次数では回
折効率はある波長（５４０ｎｍ）で最も高くなり（以下
「設計波長」と言う。）それ以外の波長では序々に低く
なる。この設計次数での回折効率の低下分は、他の次数
の回折光となり、フレアとなる。また、回折光学格子を
複数枚使用した場合には特に、設計波長以外の波長での
回折効率の低下は透過率の低下にもつながる。

【００１２】この回折効率の低下を減少できる構成が特
開平９−１２７３２１号公報、特開平９−１２７３２２
号公報等に提示されている。特開平９−１２７３２１号
公報に提示された構成は図１３に示したように２つの層
４，５を重ね合わされた断面形状をもつ。

【００１３】一方特開平９−１２７３２２号公報に提示
された構成は図１４に示したように３つの層４，５，６
を３層に重ね合わされた格子構造をもち、２つの境界に
設けられた回折格子面８，９で挟まれた層５の厚さが異
なる構成である。この回折光学素子は各材料の境界面に
回折格子面８，９を形成し、境界の前後の層の材質の屈
折率差と格子溝の深さを最適化することにより、高い回
折効率を実現している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回折光学素子では、格子領域の前後の材質の屈折率差の
波長特性を所望の値にする必要があるため片側が空気の
場合の回折光学素子ほど屈折率差を大きくとることがで
きず、格子厚はかなり厚い構成になっている。特開平９
−１２７３２１号公報の例だと、格子厚は１０μｍ程度
の厚みになっている。

【００１５】また、特開平９−１２７３２２号公報にお
いても材質は３種類に増え、回折格子面も２つに増えて
いるが、少なくとも一方の格子厚は７μｍ以上の格子厚
を有する構成になっており、かなり深い格子形状になっ
ていることがわかる。

【００１６】つぎにこれらの格子形状を切削により製造
することを考える。ここで製造されたものを直接回折光
学素子として用いてもよいし、製造されたものを型にし
て成形により回折光学素子を複製してもよい。

【００１７】公知で且つ簡易な製法として図１５に示す
ように基板２を回転させ、バイト刃１７により円弧状の
回折格子面を形成する方式を考える。この製法では、バ
イト刃１７を格子ピッチ方向に移動させながら、所望の
格子形状になるように、基板２とバイト刃１７の距離を
変えて切削をおこなう。

【００１８】この製法において上述のように格子厚が厚
いと切削による切削量が増大し、切削用バイト刃の摩耗
が著しい。そのため切削開始時と切削終了時でのバイト
刃の形状が変わり、格子厚が所望の値より切削終了位置
で薄くなる問題や、バイト刃の先端が丸くなることで、
格子形状が、鋸歯状形状でなくなるなどの問題が発生し
ていた。また、格子ピッチに対して、格子厚が厚くなっ
ているので従来の１層型の回折格子に比べて格子の斜面
が急になっている。

【００１９】バイト刃の先端は格子斜面より急な角度に
設定する必要があり、積層構造の回折格子を加工するた
めのバイト刃は従来の１層型の回折格子のバイト刃に比
べてかなり鋭角になっている。バイト刃が鋭角になって
いる点もバイト刃の摩耗を促進させる要因である。

【００２０】バイト刃の摩耗を減少させる方法の一つと
して、バイト刃の先端の刃先の角度を鈍角にすればよ
い。しかし、バイト刃を鈍角にするためには、鋸歯状格
子の斜面がバイト刃と干渉しないようにさらに緩くする
必要がある。積層構造にすることで格子厚が厚くなり、
通常の１層型の回折格子に比べて斜面の角度は急になっ
ている。この積層構造の回折格子で斜面の角度を緩くす
ることは、格子ピッチを大幅に大きくすることであり、
回折光学素子としての使用範囲を限定してしまう。

【００２１】本発明は、複数の回折格子を適切に積層す
ることにより、加工性に優れ、しかも広い波長域で高い
回折効率が維持でき、フレア等を有効に抑制できる回折
光学素子及びそれを用いた光学系の提供を目的としてい
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の回折光
学素子は、少なくとも２種類の分散の異なる材質から成
る回折格子を積層し、使用波長領域全域で特定次数の回
折効率を高くするようにした回折光学素子において、各
回折格子の格子厚をｄ、格子ピッチをＰとするとき、各
回折格子はいずれも ｄ／Ｐ＜１／６ １μｍ＜ｄ＜６μｍ なる条件を満足する ことを特徴としている。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記回折格子のうち少なくとも１つの回折格子は格
子の向きが他の回折格子の格子の向きと異なっているこ
とを特徴としている。

【００２４】請求項３の発明は、請求項１又は２に発明
において、前記使用波長域が、可視光域であることを特
徴としている。

【００２５】請求項４の発明は、請求項１から３のいず
れか１項の発明において、前記回折格子を基板側より順
に第ｉの回折格子としたとき、第１の回折格子の材質と
該基板の材質が同一であることを特徴としている。

【００２６】請求項５の発明の光学系は、請求項１〜４
のいずれか１項記載の回折光学素子を用いたことを特徴
としている。

【００２７】請求項６の発明の光学系は、結像光学系で
あることを特徴としている。

【００２８】請求項７の発明の光学系は、観察光学系で
あることを特徴としている。

【００２９】

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の回折光学素子の実
施形態１の正面図である。同図において回折光学素子１
は基板２の表面に複数の層（回折格子）４，５，６，７
より成る多層部（回折格子部）３が作成された構成とな
っている。

【００３１】図２は図１の回折光学素子１を図中Ａ−
Ａ’断面で切断した断面形状の一部である。図２は格子
面（回折格子面）８，９の深さ方向にかなりデフォルメ
された図となっている。

【００３２】本実施形態の回折光学素子１の断面格子形
状は、基板２上に設けられた第１層４、第２層５、第３
層６，第４層７の４つの層から成り、第１層４と第２層
５の境界部に第１の回折格子面８、第３層６と第４層７
の境界部に第２の回折格子面９を有している。

【００３３】第２層５と第３層６の境界部Ｐ２３は格子
のない平面部となっている。第１層４と第３層６は同じ
材質より成り、第２層５と第４層７は同じ材質より成っ
ている。そして全層を通して一つの回折光学素子１とし
て作用することを特徴としている。

【００３４】本実施形態では一面に回折格子面を持ち、
材質の厚さが周期的に長さＰ（以下「格子ピッチＰ」と
いう。）で変わる層（４〜７）を回折格子と言う。

【００３５】又、回折格子の材質の厚さが周期的に変わ
る最大厚と最小厚の差を格子厚（例えば回折格子面の山
と谷の高低差）を回折格子の格子厚ｄという。

【００３６】このように本実施形態の回折光学素子は少
なくとも２種類の分散の異なる材質からなる複数の回折
格子を基板２上に重ね合わせた格子構造をもち、使用波
長域（可視光域）で特定次数（設計次数）の回折効率を
高くするようにし、又各回折格子の格子厚ｄが格子ピッ
チＰに比べて十分薄くなるようにしている。例えば、 ｄ／Ｐ＜１／６ とし、又具体的な数値として示すと、 １μｍ＜ｄ＜６μｍ 程度となるように積層していることを特徴としている。

【００３７】図２では複数の回折格子の回折格子面（格
子）の向きは同じ方向となっている。

【００３８】ここで本発明の回折光学素子の形状に類似
した構成が、特開平９−１２７３２１号公報に開示され
ている。しかし同公報の回折光学素子の目的は回折格子
を複数用いることにより、個々の回折パワーを分担する
ことである。そのため個々の回折格子が独立で回折特性
を有することが前提となり、本発明のように複数の回折
格子４〜７が一体となり、一つの回折格子の作用をする
ものとは、回折格子の格子ピッチ、格子厚、材質が全く
異なる構成になっている。

【００３９】次に本発明の回折光学素子の回折効率につ
いて説明する。

【００４０】図１３に示すよう２つの層４，５の境界に
回折格子面８を有する透過型の回折光学素子１で、設計
波長λ０で回折効率が最大となる条件は、光束が回折光
学素子１に対して垂直入射した場合は、回折格子面８の
山と谷との高低差の光学光路長差（以下「回折格子面の
光学光路長差）という。」ｄ０が波長の整数倍になれば
よく、 ｄ０＝（ｎ０１−ｎ０２）ｄ＝ｍλ０ ‥‥‥（１） となる。

【００４１】ここでｎ０１は波長λ０での層４の材質の
屈折率、ｎ０２は波長λ０での層５の材質の屈折率であ
る。ｄは回折格子４（５）の格子厚である。ｎ０２は波
長λ０での層５の材質の屈折率である。ｄは回折格子４
（５）の格子厚である。

【００４２】ｍは回折次数である。ここで層５が空気の
場合（ｎ０２＝１）が図１１に示す１層より成る回折光
学素子１に相当している。

【００４３】２つ以上の回折格子、即ち２層以上の構造
からなる回折光学素子でも、基本的な考え方は同様で、
全層を通して一つの回折格子として作用させるために
は、各層の境界に形成された回折格子面の山と谷の光学
光路長差を求め、それを全層にわたって加えあわせたも
のが波長の整数倍になるように決定する。

【００４４】従って図２に示した本実施形態の場合の条
件式は （ｎ０１−ｎ０２）ｄ１＋（ｎ０１− ｎ０２）ｄ２＝ｍλ０ ‥‥‥（２） （ｎ０１−ｎ０２）（ｄ１＋ｄ２）＝ｍλ０ となる。ここでｎ０１は第１層４と第３層６の材質の波
長λ０での屈折率、ｎ０２は第２層５と第４層７の材質
の波長λ０での屈折率、ｄ１、ｄ２はそれぞれ第１（第
２）の回折格子と第３（第４）の回折格子の格子厚であ
る。

【００４５】このことから回折光学素子１は特定の格子
厚を有する回折格子（例えば回折格子５）を、回折格子
（５）格子を形成する前後の回折格子４，６の材質が同
じならば、任意の格子厚をもつ複数の回折格子（４，５
と６，７）に分割しても、垂直入射では回折効率には影
響しないことがわかる。

【００４６】従来の積層構造からなる回折光学素子が境
界の材質の屈折率差が十分に確保できず格子厚が厚くな
り、加工が困難であったのに比べて、本発明の回折光学
素子は、加工が容易な薄い格子厚を有する回折格子に分
割し、複数積層することを特長としている。

【００４７】以下、回折光学素子の具体的な例を引用
し、本発明の構成と従来の構成についての差異を説明す
る。まず、従来例として図１３に示した２層の構造を考
える。ここで第１層を株式会社 住田光学ガラス社製の
光学ガラスＬａＦＫ６０（nd=1.63246、νd=63.8）、第
２層をプラスチック材ＰＣ（nd=1.5831 、νd=30.2）な
る材質を使用した。

【００４８】この構成での第１の回折格子４の格子厚は
11.9μｍである。この積層構造の回折光学素子で回折レ
ンズを製造することを考える。レンズとして必要な最小
ピッチを例えば４０μｍとすると、最小ピッチでの回折
格子面の斜面の角度は１６.６°となる。この回折格子
を前述の切削法で製造しようとするとバイト刃の刃先角
は７３. ４°未満にする必要がある。

【００４９】次に本発明の構成を説明する。回折光学素
子の格子構成は図２に示すものとし、回折格子を構成す
る材料は、上述の材料を使用する。従って第１層４と第
３層６が住田光学ガラス社製の光学ガラスＬａＦＫ６０
（nd=1.63246、νd=63.8）、第２層５と第４層７がプラ
スチック材ＰＣ（nd=1.5831 、νd=30.2）となる。また
各回折格子の格子厚は第１（第２）の回折格子の格子厚
ｄ１、第３（第４）の回折格子の格子厚ｄ２ともにｄ１
＝ｄ２＝5.95μｍとする。

【００５０】ここで格子厚は合計で前述の11. ９μｍと
なる値であれば任意の値で良いが、等しい厚みとしたほ
うが、型による成形の場合には同じ型を使用できるし、
直接切削により回折格子を作成する場合も、同じバイト
刃を使用できる。

【００５１】図３に本実施形態の構成での使用波長領域
での回折効率を示す。従来例と同様に、設計次数で高い
回折効率を維持していることがわかる。

【００５２】次に本発明の回折光学素子で同様に最小ピ
ッチＰが４０μｍの回折レンズを製造することを考え
る。この場合、各回折格子の最小ピッチＰでの回折格子
面の斜面の角度は８. ５°となる。この回折格子を前述
の切削法で製造しようとするとバイト刃の刃先角は８
１. ５°未満にすればよい。

【００５３】以上のように従来例に比べてバイト刃の刃
先角は鈍角になっていることがわかる。また、各回折格
子の格子厚が半分になっているため、回折格子面の切削
量は従来例の半分になっている。この２つの効果によ
り、バイト刃の摩耗は大幅に低減され、全域で格子厚の
一様な回折光学素子を製造することが容易となる。

【００５４】ここでバイト刃先は８０°以上の鈍角を確
保できるのが望ましく、回折格子の格子厚をｄ、回折格
子の最小格子ピッチをＰとすると、ｄ／Ｐ≦１／６とな
るように各回折格子部の格子厚を決定するのが良い。或
いは格子厚が６μｍ未満の薄い回折格子の組み合わせと
し、切削量を減らすことで、バイト刃の摩耗を低減する
ようにしてもよい。

【００５５】上記従来例は、回折格子の格子厚が１２μ
ｍ程度の格子深さであったので、本実施形態では、回折
格子を２分割することで、加工性のよい回折光学素子を
実現している。又、材料の組み合わせによっては、格子
厚はさらに深くなる場合もあり、この場合は、２分割に
限らず、3分割、 4分割することで、加工性のよい格子厚
まで薄くして、積層構造とすればよい。

【００５６】また、上記実施形態は特開平９−１２７３
２１号公報の回折格子に対して本実施形態を適用した
が、特開平９−１２７３２２号公報の異なる格子厚を有
する積層構造の回折光学素子にも本実施形態の構成を適
用することができる。この場合は、２種類の異なる格子
厚の回折格子のうち、格子厚の厚い回折格子に対して本
発明の薄い格子の組み合わせを適用すればよい。

【００５７】以上述べた説明は、１周期の回折格子形状
に限定して説明を行った。しかし、回折格子の回折効率
については、回折格子のピッチは基本的には影響しない
ことが、公知である。つまり本実施形態は図１に示した
１次元の回折格子の他に、図４に示すような回折光学レ
ンズなどあらゆる格子形状を有する回折光学素子に応用
することができる。

【００５８】また、実施形態の説明では平板上に回折格
子を設けた回折光学素子であるが、レンズ曲面表面に設
けても同様の効果が得られる。

【００５９】また本実施形態では、回折次数が１次光の
場合を示したが、１次光に限定するものではなく、２次
光などの異なった回折次数光であっても、合成光学光路
長差を所望の回折次数で所望の設計波長となるように設
定すれば同様の効果が得られる。又、基板２の材質と第
１の回折格子４の材質を同一のものを用いても良い。

【００６０】次に本発明において、格子厚ｄと格子ピッ
チＰを ｄ／Ｐ＜１／６ とする他の理由について説明する。

【００６１】後述の回折格子への光波の入射角による回
折効率依存の観点からも上記ｄ／Ｐの数値範囲は重要と
なっている。即ち、実施形態１での、格子厚ｄ₁ ＝ｄ₂
＝５９．５μｍで、格子ピッチＰ＝５９．５μｍとした
場合の、回折効率の入射角依存性を示したのが図７であ
る。図７（Ｂ）で明らかなように、２時回折光の入射角
依存性をみるに、波長５５０ｎｍ及び、波長４５０ｎｍ
でのθ＜−１５度あたり以上の角度で大きな効率値を有
し、一般的に使用することを考えると、入射角の制限を
受けることとなる。（寄生回折光成分を３％以内に抑え
る）。この時ｄ／Ｐの値は１／５である。

【００６２】又、他の例として実施形態１の形状で、第
１層、第３層にＬＡＬ１２（ｎｄ＝１．６７７９０，ν
＝５５．３）、第２層、第４層にＳ−ＴｉＭ２７（ｎｄ
＝１．６３９８，νＡ＝３４．５）を使用し、格子厚ｄ
₁ ＝ｄ₂ ＝８μｍで格子ピッチＰ＝４０μｍとした場合
の回折効率の入射角依存性を図１６に示す。この場合、
２次回折光でθ＜−７度、０次回折光でθ５度程度から
著しい効率値を示し、これは結像性能上フレア光成分が
顕著となり望ましくない。この場合のｄ／Ｐは２／５で
ある。

【００６３】更に他の例として、上記例同様の構成で、
材料をｎｄ＝１．６３２、νｄ＝６３．８とｎｄ＝１．
４８４、νｄ＝１５．１の２種類から構成し、格子厚ｄ
₁ ＝ｄ₂ ＝２μｍで格子ピッチＰ＝４０μｍとした場合
の回折効率の入射角依存性を図１７に示す。

【００６４】同様に材料をｎｄ＝１．６３２、νｄ＝６
３．８とｎｄ＝１．５５８、νｄ＝２３．０の２種類か
ら構成し、格子厚ｄ₁ ＝ｄ₂ ＝４μｍで、この場合格子
ピッチＰ＝８０μｍとした場合の回折効率の入射角依存
性を図１８に示す。この２例では、いずれも入射角θが
±２０度の範囲で充分、２次、０次回折光共に回折効率
は低く、フレアの悪影響は低く抑えられることがわか
る。又、この２例でのｄ／Ｐの値はいずれも１／１０で
ある。

【００６５】以上のことから、積層構造からなる、同一
方向に格子断面の斜斜を有する回折格子に於ては、ｄ／
Ｐが少なくとも１／５未満とするのが良い。

【００６６】図５は本発明の回折光学素子の実施形態２
の要部断面図である。前述の実施形態１では２つに分割
した回折格子の格子の向きは同じ向きで構成していた。
これに対して本実施形態では複数の回折格子のうち少な
くとも１つの回折格子の格子の向きが他の回折格子の格
子の向きに対して異なっている格子構造を持つようにし
ている。

【００６７】本実施形態の回折光学素子１は第１層４，
第２層５，第３層６の３つの層から成っている。ここ
で、第１の回折格子４と第２の回折格子５は格子の向き
が異なる回折格子で形成されている。この場合も、格子
の向きは異なるが、回折格子４，５の境界の材質が前述
の実施形態１と逆になっているので、前述の実施形態１
と同様の回折効率が、垂直入射の光束について成立す
る。

【００６８】また本実施形態の特長である薄い格子の構
成になるので、加工性は大幅に改善される。さらに、図
に示したような基準面が平面である回折格子の場合で第
１の回折格子４と第３の回折格子６の格子厚ｄ１，ｄ２
の絶対値が等しいと、第１層４と第３層６の格子形状が
全く同じ形状となる。従って図６に示すような製法をと
ることができる。

【００６９】つまり、一つの型から成形で第１層４と第
３層６の格子部を作成し（図６（Ａ）），（図６
（Ｂ））、２つの格子部で挟むように第２層５の材質を
充填することで（図６（Ｃ））、回折光学素子１を形成
する（図６（Ｄ））。この構成だと、前述の実施形態１
に比べて、層数が一つ減少できるので、回折光学素子１
の製造工程を短縮することができる。

【００７０】さらに、上述においては、回折格子に光束
が垂直入射した場合についてのみ言及していた。通常の
結像光学系などの一部に回折光学素子を用いる場合、回
折光学素子に垂直に入射する光束しか存在しない構成は
殆どなく、特定の入射角の範囲で使用される。

【００７１】以下、入射角の違いに対する回折効率の変
動を図２に示した実施形態１の格子構造と図５に示した
実施形態２の格子構造について説明する。図７に実施形
態１の入射角と回折効率の関係を、図８に実施形態２の
入射角と回折効率の関係を示す。

【００７２】ここで、図（Ａ）は１次回折光の入射角に
対する回折効率の変動、図（Ｂ）は２次回折光、図
（Ｃ）は０次回折光の入射角に対する回折効率の変動を
示す。ここで、入射光束は回折格子の格子ピッチ方向と
回折格子面法線からなる平面内にある。つまり回折光束
が１平面内に存在する条件である。入射角の符号は図２
に示したθ方向を正としている。また、格子厚は合計の
厚みが８μｍの深さであり、計算時の格子ピッチは４０
μｍである。

【００７３】この図からわかるように実施形態２の格子
構造のほうが、負の入射角での回折効率の変動がかなり
抑制されていることがわかる。例えば、設計次数以外の
回折次数の効率を３％以下とするには、実施形態１の構
成だと入射角θは−１５≦θ≦２０の範囲であるのが、
実施形態２の構成だと、−２０≦θ≦２０まで使用可能
な入射角は広くなっている。

【００７４】実際の光学系に本実施形態の回折レンズを
使用するときは、光束幅、回折レンズの格子ピッチは様
々な値をとるので、使用可能な画角と許容できる設計次
数外の回折効率はそれぞれの場合で最適な組み合わせを
決定する必要がある。

【００７５】以上説明したように、実施形態２の格子構
成は、入射角変化に対する回折効率の変動を抑制できる
という特長を有する。さらに基準面形状が平面の場合
は、回折光学素子の製造工程を短縮することができる。

【００７６】図９は本発明の回折光学素子を用いた光学
系の実施形態３の概略図であり、カメラ等の撮影光学系
の断面を示している。同図中、１０は撮影レンズで、内
部に絞り１１と回折光学素子１を持っている。１２は結
像面であるフィルムまたはＣＣＤである。

【００７７】積層構造の回折光学素子を用いることで、
回折効率の波長依存性は大幅に改善されているので、フ
レアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な撮影レ
ンズを達成している。又、本発明の回折光学素子は、簡
単な製法で作成することができるので、撮影レンズとし
ては量産性に優れた安価なレンズを提供することができ
る。

【００７８】図９では絞り１１近傍の平板ガラス面に回
折光学素子１を設けたが、これに限定するものではな
く、レンズ曲面表面に回折光学素子を設けても良いし、
撮影レンズ内に複数、回折光学素子を使用しても良い。

【００７９】また、本実施形態では、カメラの撮影レン
ズの場合を示したが、これに限定するものではなく、ビ
デオカメラの撮影レンズ、事務機のイメージスキャナー
や、デジタル複写機のリーダーレンズなどに使用しても
同様の効果が得られる。

【００８０】図１０は本発明の回折光学素子を用いた光
学系の実施形態４の概略図であり、双眼鏡等観察光学系
の断面を示したものである。同図中、１３は対物レン
ズ、１４は像を成立させるための像反転プリズム、１５
は接眼レンズ、１６は評価面（瞳面）である。

【００８１】図中１は回折光学素子である。回折光学素
子１は対物レンズ１３の結像面１２での色収差等を補正
する目的で形成されている。

【００８２】積層構造の回折光学素子を用いることで、
回折効率の波長依存性は大幅に改善されているので、フ
レアが少なく低周波数での解像力も高い高性能な対物レ
ンズを達成している。又、本発明の回折光学素子は、簡
単な製法で作成できるので、観察光学系としては量産性
に優れた安価な光学系を提供できる。

【００８３】本実施形態では、対物レンズ部１３に回折
光学素子１を形成した場合を示したが、これに限定する
ものではなく、プリズム表面や接眼レンズ１５内の位置
であっても同様の効果が得られる。結像面１２より物体
側に設けると対物レンズ１３のみでの色収差低減効果が
あるため、肉眼の観察系の場合、少なくとも対物レンズ
１３側に設けることが望ましい。

【００８４】また本実施形態では、双眼鏡の場合を示し
たが、これに限定するものではなく地上望遠鏡や天体観
測用望遠鏡などであってもよく、またレンズシャッター
カメラやビデオカメラなどの光学式のファインダーであ
っても同様の効果が得られる。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、複数の回
折格子を適切に積層することにより、加工性に優れ、し
かも広い波長域で高い回折効率が維持でき、フレア等を
有効に抑制できる回折光学素子及びそれを用いた光学系
を達成することができる。

【００８６】また本発明の回折光学素子を撮影レンズに
使用すれば、安価で高精度な撮影レンズを提供すること
ができる。

【００８７】また本発明の回折光学素子を観察光学系に
使用すれば、安価で高精度な観察光学系を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回折光学素子の実施形態１の要部正面
図

【図２】本発明の回折光学素子の実施形態１の要部断面
図

【図３】本発明の回折光学素子の実施形態１の回折効率
の説明図

【図４】本発明に係る回折光学レンズの説明図

【図５】本発明の回折光学素子の実施形態２の要部断面
図

【図６】本発明の回折光学素子の実施形態２の製造方法
の説明図

【図７】本発明の回折光学素子の実施形態１の入射角度
特性の説明図

【図８】本発明の回折光学素子の実施形態２の入射角度
特性の説明図

【図９】本発明の回折光学素子を用いた光学系の実施形
態３の概略図

【図１０】本発明の回折光学素子を用いた光学系の実施
形態４の概略図

【図１１】従来の回折光学素子の要部断面図

【図１２】従来の回折光学素子の回折効率の説明図

【図１３】従来の回折光学素子の格子形状の説明図

【図１４】従来の回折光学素子の格子形状の説明図

【図１５】従来の回折光学素子の製造方法の説明図

【図１６】本発明の回折光学素子の実施形態１の回折効
率の説明図

【図１７】本発明の回折光学素子の実施形態１の回折効
率の説明図

【図１８】本発明の回折光学素子の実施形態１の回折効
率の説明図

【符号の説明】

１ 回折光学素子 ２ 基板 ３ 回折格子部 ４，５，６，７ 回折格子 ８，９ 回折格子面 １０ 撮影レンズ １１ 絞り １２ 結像面 １３ 対物レンズ １４ 像反転プリズム １５ 接眼レンズ １６ 瞳面

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−127322（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−325203（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−180234（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−102138（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−221516（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/18

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２種類の分散の異なる材質か
   ら成る回折格子を積層し、使用波長領域全域で特定次数
   の回折効率を高くするようにした回折光学素子におい
   て、各回折格子の格子厚をｄ、格子ピッチをＰとすると
   き、各回折格子はいずれも ｄ／Ｐ＜１／６ １μｍ＜ｄ＜６μｍ なる条件を満足する ことを特徴とする回折光学素子。
2. 【請求項２】 前記回折格子のうち少なくとも１つの回
   折格子は格子の向きが他の回折格子の格子の向きと異な
   っていることを特徴とする請求項１の回折光学素子。
3. 【請求項３】 前記使用波長域が、可視光域であること
   を特徴とする請求項１又は２の回折光学素子。
4. 【請求項４】 前記回折格子を基板側より順に第ｉの回
   折格子としたとき、第１の回折格子の材質と該基板の材
   質が同一であることを特徴とする請求項１から３のいず
   れか１項記載の回折光学素子。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項記載の回折
   光学素子を用いたことを特徴とする光学系。
6. 【請求項６】 前記光学系は、結像光学系であることを
   特徴とする請求項５の光学系。
7. 【請求項７】 前記光学系は、観察光学系であることを
   特徴とする請求項５の光学系。