先ず、回折光学素子を簡単に説明する。

 回折光学素子において回折現象が生じる� ��(以下、「回折光学面」という。)は、正の� �学的パワーを有する場合に負の分散値を持� �ので、特殊ガラスでしか達し得なかったよ� �な良好な色収差補正を可能とし、特に倍率� �収差の補正に有効である。しかし、通常の� �折光学素子は、設計波長からずれた波長で� �フレアが多く発生するので、その用途はレ� �ザー光源などの単色光源又は準単色光源に� �られていた。

 その点、複数の回折光学面を積み重ねた複� ��型回折光学素子は、広帯域に亘り回折効率� ��高いのでフレアの抑制に有利である。例え� ��、2層タイプの複層型回折光学素子は、第1� �回折光学要素と、第1の回折光学要素とは屈� ��率及び分散の異なる第2の回折光学要素とを 積み重ねてなり、両者の対向面にそれぞれ鋸 歯状(ブレーズ型)の回折光学面が形成されて� ��る。特定の2波長に対し色消し条件を満足す るよう第1の回折光学要素の回折光学面の格� �高さd ₁ を所定値に決定すると共に、第2の回折光学� �素の回折光学面の格子高さd ₂ を別の所定値に決定すると、それら2波長に� �する複層型回折光学素子の回折効率が1とな� ��、その他の波長に対しても高い回折効率が� ��られる。なお、ここでいう「回折効率」と� ��、回折光学面に入射する光の強度I ₀ と、回折光学面で発生する一次回折光の強度 I ₁ との比η=I ₁ /I ₀ である。

 特に、この複層型回折光学素子が所定の条� ��(非特許文献1のP167の式(5)参照)を満たすと、 d ₁ とd ₂ を一致させることが可能となり、2つの回折� �学面を密着させた密着複層型回折光学素子� �実現する。密着複層型回折光学素子は、分� �型の複層型回折光学素子と比較して回折光� �面の格子高さの誤差感度(公差)が緩い、回折 光学面の面粗さの誤差感度(公差)が緩いなど� ��メリットがあり、量産に有利である。この� ��うな密着複層型回折光学素子の詳細は、非� ��許文献1のP163-P175,非特許文献2などにも記載� ��れている。

 次に、本実施形態の眼鏡レンズを説明す� ��。

 図1は、本実施形態の眼鏡レンズの模式図 である。図1において符号E.P.で示すのが眼の� ��である。図1に示すとおり、本実施形態の眼 鏡レンズは、通常の眼鏡レンズと同様、物体 側に凸の曲面を配置したメニスカスレンズL1� ��基となっている。眼鏡レンズにメニスカス� ��ンズが採用される理由は、比較的目立ち易� ��非点収差を軽減するべく「チェルニングの� ��円」と呼ばれる解を満足させるためである� ��この結果、眼鏡レンズの光学的パワーを正� ��設定した場合、光学的パワーを負に設定し� ��場合の何れであっても眼鏡レンズはメニス� ��スレンズとなる。

 但し、本実施形態の眼鏡レンズでは、メ� ��スカスレンズL1の物体側の面SA(凸面)、瞳側� ��面SB(凹面)の少なくとも一方に密着複層型回 折光学素子が形成される。なお、設計上は、 その形成先は面SA,SBの何れであってもよいが� ��使用上は、面Bである方が望ましい。面Bと� �た方が、使用時に密着複層型回折光学素子� �破壊される可能性が少ないからである。

 観察眼が遠視である場合、メニスカスレ� ��ズL1の単体の光学的パワーは正に設定され� �が、その場合、密着複層型回折光学素子の� �学的パワーも、正に設定される。

 この場合、メニスカスレンズ単体の分散� ��正、密着複層型回折光学素子の分散は負と� ��り、両者は反対符号となる。よって、メニ� ��カスレンズL1の単体に割り振られる光学的� �ワーと、密着複層型光学素子に割り振られ� �光学的パワーとのバランスを調整すること� �、眼鏡レンズ全系の色収差を補正すること� �できる。

 一方、観察眼が近視である場合、メニス� ��スレンズL1の単体の光学的パワーは負に設� �されるが、その場合、密着複層型回折光学� �子の光学的パワーも、負に設定される。

 この場合、メニスカスレンズL1の単体の� �散は負、密着複層型回折光学素子の分散は� �となり、両者は反対符号となる。よって、� �ニスカスレンズL1の単体に割り振られる光学 的パワーと、密着複層型光学素子に割り振ら れる光学的パワーとのバランスを調整するこ とで、眼鏡レンズ全系の色収差を補正するこ とができる。

 図2,図3,図4は、密着複層型回折光学素子� �構成例を示す模式図である。

 図2,図3,図4において符号DOEで示すのが密� �複層型回折光学素子であり、符号Bで示すの� ��密着複層型回折光学素子の形成先となるベ� ��ス部材である。このベース部材Bが、図1に� �したメニスカスレンズL1に相当する。なお、 これらの図では、ベース部材Bにおいて密着� �層型回折光学素子DOEが形成される面(ベース� ��)を平面で描き、密着複層型回折光学素子DOE が有する回折光学面DOSの形状を、実際よりも 粗く描いた。

 図2に示す例では、ベース部材Bの表面に2� ��の層14a,14bが積層され、層14a,14bの各々の境� �面が鋸歯状の回折光学面DOSとなっている。� �れらの互いに密着した回折光学面DOSが密着� �層型回折光学素子DOEを構成する。なお、こ� �密着複層型回折光学素子DOEをベース部材Bへ� ��成する方法としては、金型を使用した樹脂� ��形や、フィルム状の密着複層型回折光学素� ��DOEを用意してそれをベース部材B上へ貼付す る方法などを採用できる。

 図3に示す例では、ベース部材Bの表面に� �歯状のレリーフパターンが刻まれ、その上� �1つの層14bが密着して形成されている。ベー� ��部材B,層14bの各々の境界面がブレーズ型の� �折光学面DOSとなっている。これらの互いに� �着した回折光学面DOSが密着複層型回折光学� �子DOEを構成する。なお、この密着複層型回� �光学素子DOEをベース部材B上へ形成する方法� ��しては、金型を使用した樹脂成形などを採� ��できる。

 図4に示す例では、ベース部材Bの表面に3� ��の層14a,14b,14cが積層され、層14a,14b,14cの各々 の境界面がブレーズ型の回折光学面DOSとなっ ている。これらの互いに密着した回折光学面 DOSが密着複層型回折光学素子DOEを構成する。 なお、この密着複層型回折光学素子DOEをベー ス部材Bへ形成する方法としては、金型を使� �した樹脂成形や、フィルム状の密着複層型� �折光学素子DOEを用意してそれをベース部材B� ��へ貼付する方法などを採用できる。

 なお、以上の説明では、図1に示すとおり 単レンズからなるメニスカスレンズL1を例に� ��げたが、眼鏡レンズに偏光フィルタなどの� ��能を付加する場合は、図5に示すとおり接合 メニスカスレンズL1’を使用してもよい。そ� ��場合は、密着複層型回折光学素子の形成先� ��、接合メニスカスレンズL1’を構成する一� �の光学部材L11(偏光フィルタ)と他方の光学部 材L12との間の接合面Cとしてもよい。

 接合面Cに形成される密着複層型回折光学 素子の構成としては、図2,図3,図4の何れかに� ��した構成を採用することができる。その場� ��、光学部材L11,L12を接合するための接着剤を 、密着複層型回折光学素子の最上層又は最下 層に兼用してもよい。

 次に、本実施形態の眼鏡レンズが満たす� ��き条件式を説明する。

 (第1の条件式)
 第1の条件式は、以下の条件式(1)である。

 V _d >60 …(1)
 条件式(1)は、眼鏡レンズの画質を良好にす� ��ための条件式である。条件式(1)のV _d は、密着複層型回折光学素子を含めた眼鏡レ ンズの全系を単レンズとみなしたときの見か けのアッベ数であり、全系のd線に対する焦� �距離をf _d 、F線に対する焦点距離をf _F 、C線に対する焦点距離をf _C とおいたときに、V _d =|f _d /(f _F -f _c )|で表される。

 因みに、密着複層型回折光学素子による色� ��差補正が完璧であった場合、f _d /(f _F -f _c )はゼロとなり、その色収差補正が過補正で� �った場合、f _d /(f _F -f _c )の値は負となり、その色収差補正が補正不� �であった場合、f _d /(f _F -f _c )の値は正となる。密着複層型回折光学素子� �使用により、本実施形態の眼鏡レンズは特� �低分散ガラスを使用しなくともこの条件式(1 )を満たすことができる。

 仮に、見かけのアッベ数V _d が条件式(1)を満たさないと、眼鏡レンズに大 きな色収差が残存し、画質が低下する。

 また、画質を十分に高めるには、見かけの� ��ッベ数V _d は条件式(1)の代わりに(3’)を満たすことが望 ましい。

 V _d >150 …(3’)
 但し、人間の眼の分解能は有限なので、見� ��けのアッベ数V _d を一定以上大きくするとオーバースペックと なる。よって、見かけのアッベ数V _d は、条件式(3”)で規定される範囲に留めても 構わない。

 V _d <500…(3”)
 (第2の条件式)
 第2の条件式は、以下の条件式(2)である。

 0.005<δN _d <0.45…(2)
 条件式(2)は、密着複層型回折光学素子がそ� ��機能(つまり、広帯域に亘る回折効率の高さ 、量産性の高さ)を発揮するために必要な条� �式の1つである。条件式(2)のδN _d は、互いに密着する2つの層のd線に対する屈� ��率差、特に、両層の境界近傍における屈折� ��差である。両層の屈折率の大小関係は問わ� ��いが、両層の屈折率差δN _d は、広帯域に亘り高い回折効率を得るために は大きくする必要があり、回折光学面の誤差 感度を抑えるためには大き過ぎない必要もあ る。

 具体的には、屈折率差δN _d が条件式(2)の上限値(0.45)を上回ると誤差感度 が大きくなり過ぎる。一方、屈折率差δN _d が条件式(2)の下限値(0.005)を下回ると、ブレ� �ズ条件を満たすための格子高さが大きくな� �過ぎるので、個々の格子の立ち上がり面で� �じる散乱光が多くなり、迷光が増える。ま� �、格子高さが大きくなり過ぎると、回折光� �面の形成が困難となる。なお、ここでいう� �立ち上がり面」とは、ブレーズ型の格子を� �す2つの傾斜面のうち、ベース面の法線と成� ��角度が小さい方の傾斜面(急峻な傾斜面)の� �とである。立ち上がり面は、「格子縦面」� �「格子の壁」、「非回折面」などとも称さ� �る。

 また、誤差感度をより下げるために、屈折� ��差δN _d は条件式(1’)を満たすことが望ましい。

 0.005<δN _d <0.2…(1’)
 (第3の条件式)
 第3の条件式は、以下の条件式(3)である。

 δN _F <δN _C  …(3)
 条件式(3)は、密着複層型回折光学素子がそ� ��機能(特に、広帯域に亘る回折効率の高さ)� �発揮するために必要な条件式の1つである。� ��件式(3)のδN _F は、互いに密着する2つの層のF線に対する屈� ��率差であり、δN _C は、C線に対する屈折率差である。屈折率差δ N _F ,δN _C が条件式(3)を満たせば、互いに密着する2つ� �層の屈折率及び分散のバランスが良好とな� �、広帯域に亘り高い回折効率が得られるが� �条件式(3)を満たさないとそのバランスが崩� �、回折効率が不足する。

 (第4の条件式)
 第4の条件式は、以下の条件式(4)である。

 (E _g +E _C )/2>0.9×E _d …(4)
 条件式(4)は、眼鏡レンズの画質を良好にす� ��ための条件式である。条件式(4)のE _g ,E _d ,E _C は、密着複層型回折光学素子のd線に対する� �折効率、g線に対する回折効率、C線に対する 回折効率である。回折効率E _g ,E _d ,E _C が条件式(4)を満たさないと、フレアが大きく なる。密着複層型回折光学素子の使用により 、本実施形態の眼鏡レンズはこの条件式(4)を 満たすことができる。

 なお、画質をより高めるためには、条件� ��(4)の代わりに条件式(4’)を採用することが� ��ましい。

 (E _g +E _C )/2>0.98×E _d …(4’)
 (第5の条件式)
 第5の条件式は、以下の条件式(5)である。

 -10.0<δN _d /δ(N _F -N _C )<-2.0 …(5)
 条件式(5)は、密着複層型回折光学素子がそ� ��機能(特に、広帯域に亘る回折効率の高さ)� �発揮するために必要な条件式の1つである。� ��件式(5)のδ(N _F -N _C )は、互いに密着する2つの層の主分散(N _F -N _C )の差である。条件式(5)が満たされないと、� �着複層型回折光学素子が広帯域に亘る高い� �折効率を得ることはできない。なお、その� �能を十分に得るためには、条件式(5)の代わ� �に以下の条件式(5’)を満たすことが望まし� �。

 -8<δN _d /δ(N _F -N _C )<-2.0 …(5’)
 (第6の条件式)
 第6の条件式は、以下の条件式(6)である。

 0.05<h/d<2.0 …(6)
 条件式(6)は、密着複層型回折光学素子がそ� ��機能(広帯域に亘る回折効率の高さ、量産性 の高さ)を発揮するために必要な条件式であ� �、特に格子高さに関する条件式である。条� �式(6)のhが格子高さであり、dは前記2つの層� �軸上厚さのうち小さい方である。h/dが条件� �(6)の上限値(2.0)を上回ると、相対的に格子が 高くなり過ぎるので、立ち上がり面が厚くな り、そこで生じる散乱光が多くなり、迷光が 増える。また、格子高さが大きくなり過ぎる と、回折光学面の形成が困難となる。一方、 h/dが条件式(6)の下限値(0.05)を下回ると、相対 的に前記2つの層が厚くなり過ぎるので、や� �り回折光学面の形成が困難となる。また、� �記2つの層が厚くなり過ぎると、密着複層型� ��折光学素子における光の吸収量が増え、レ� ��ズ全系の透過率低下や色付きが生じ易くな� ��などの不都合も発生する。

 なお、密着複層型回折光学素子の機能を� ��り高めるには、条件式(6)の代わりに条件式( 6’)を採用するとよい。

 0.2<h/d<1.0 …(6’)
 (第7の条件式)
 第7の条件式は、以下の条件式(7)である。

 2μm<δ _mx <30μm ・・・(7)
条件式(7)は、密着複層型回折光学素子がその 機能(広帯域に亘る回折効率の高さ、量産性� �高さ)を発揮するために必要な条件式であり� ��特に、格子傾斜角度(光軸方向からの傾斜角 度)に関する条件式である。個々の格子の立� �上がり面で発生する散乱光を軽減するには� �その立ち上がり面に、瞳へ向かう光束の主� �線に沿うような勾配が付与されることが望� �しい(図6を参照)。その場合、図6に示すよう� ��、格子傾斜角度は光軸から離れるに従って� ��きくなり、格子の立ち上がり面の光軸と垂� ��な方向の長さδ _m も、光軸から離れるに従って大きくなる。そ の長さδ _m の回折光学面における最大値δ _mx (つまり最周辺に形成された格子の立ち上が� �面の長さδ _m )が本条件式(7)を満たせば、回折光学面上の� �ての格子傾斜角度が適当に保たれる。仮に� �最大値δ _mx が上限値30μmを超えると、格子傾斜角度と、� ��子の立ち上がり面の面積とが共に大きくな� ��、迷光の発生量が増える。また、最大値δ _mx が下限値2μmを下回ると、密着複層型回折光� �素子の回折効率の向上効果が薄れるばかり� �、抜き勾配が小さくなるために密着複層型� �折光学素子の作製が困難という不都合も生� �る。

 なお、本条件式(7)の効果を十分に発揮する� ��は、条件式(7)の上限値を15μm、下限値を3μm� ��することが望ましく、更には、条件式(7)の� ��限値を12μm、下限値を4μmとすることが望ま� ��い。例えば、密着複層型回折光学素子の形� ��先が平面であり、その格子高が20μm、光の� �射角度が20度であった場合は、δ _mx =6.43μmなどに設定することが望ましい。

 なお、散乱光をより抑えるために、立ち� ��がり面に黒化処理を施してもよい。

 因みに、立ち上がり面に勾配を付与する� ��合は、密着複層型回折光学素子の互いに密� ��する2つの層の材料を次のとおり選定すると よい。

 例えば、密着複層型回折光学素子の光学� ��パワーが負であり、かつ密着複層型回折光� ��素子の形成先をベース部材の瞳側の面とす� ��とき(例えば図1の面SBであるとき)には、図7� ��示すように、密着複層型回折光学素子のベ� ��ス部材側の層に高屈折率の材料を使用し、� ��側の層に低屈折率の材料を使用する。互い� ��密着する2つの層の材料をこのように選定す れば、立ち上がり面の勾配が、格子の先端角 度を大きくする方向に働くので、金型を用い た樹脂成形の際に回折光学面に抜き勾配が付 くこととなり、量産性が高まる。

 一方、密着複層型回折光学素子に付与さ� ��る光学的パワーが負であり、かつ密着複層� ��回折光学素子の形成先をベース部材の物体� ��の面とするとき(例えば図1の面SAであるとき )には、図8に示すように、密着複層型回折光� ��素子のベース部材側の層に低屈折率の材料� ��使用し、物体側の層に高屈折率の材料を使� ��する。互いに密着する2つの層の材料をこの ように選定すれば、立ち上がり面の勾配が、 格子の先端角度を大きくする方に働くので、 金型を用いた樹脂成形の際に回折光学面に抜 き勾配が付くこととなり、量産性が高まる。

 なお、密着複層型回折光学素子に付与さ� ��る光学的パワーが正であった場合は、互い� ��密着する2つの層の順序は、上述したものと 反対になる。

 (第8の条件式)
 第8の条件式は、以下の条件式(8)である。

 0.00005<p/|f|<0.02 …(8)
 条件式(8)は、密着複層型回折光学素子がそ� ��機能(広帯域に亘る回折効率の高さ、量産性 の高さ)を発揮するために必要な条件式であ� �、特に格子ピッチに関する条件式である。� �件式(8)のpは回折光学面の最小格子ピッチ(最 外周の格子ピッチ)であり、fはレンズ全系の� ��点距離である。p/|f|が条件式(8)の下限値(0.00 005)を下回ると、格子ピッチが小さくなり過� �るので、回折光学面の形成が困難となり、� �かも回折効率の低下を招き、フレア光が発� �し画質が低下する。一方、p/|f|が条件式(8)の 上限値(0.02)を上回ると、格子ピッチが大きく なり過ぎて、十分な色消しが達成出来ず、画 質が低下し易くなる。

 なお、密着複層型回折光学素子の機能を� ��り高めるには、条件式(8)の代わりに条件式( 8’)を採用するとよい。

 0.0001<p/|f|<0.01 …(8’)
 (第9の条件式)
 第9の条件式は、以下の条件式(9)である。

 δ/|f|<0.05 …(8)
 条件式(9)は、眼鏡レンズの画質を良好にす� ��ための条件式である。条件式(9)のδは、d線� ��g線、C線、F線の軸上色収差の最大拡がり巾� ��ある。眼鏡レンズが条件式(9)を満たせば、� ��上色収差が十分に小さくなり、良好な結像� ��能が得られる。眼鏡レンズが条件式(9)を満� ��さないと、軸上色収差が大きくなり過ぎて� ��付きが生じる。

 なお、画質をより高めるためには、条件� ��(9)の代わりに条件式(9’)を採用することが� ��ましい。

 δ/|f|<0.02 …(9’)
 但し、軸上色収差を完全にゼロとすること� ��実質的に不可能なので、実際のδ/|f|は、条� ��式(9”)で規定される範囲に留まると考えて� ��わない。

 δ/|f|>0.0001 …(9”)
 (第10の条件式)
 第10の条件式は、以下の条件式(10)である。

 0.0001<C(d ₁ +d ₂ )/f ² <2.0 …(10)
 条件式(10)は、密着複層型回折光学素子がそ の機能(広帯域に亘る回折効率の高さ、量産� �の高さ)を発揮するために必要な条件式であ� ��、特に層厚に関する条件式である。条件式( 10)のd ₁ ,d ₂ は、互いに密着する2つの層の各々の層厚で� �り、Cは密着複層型回折光学素子の有効径で� ��る。よって、C(d ₁ +d ₂ )/f ² は、焦点距離で規格化した密着複層型回折光 学素子の体積(規格化体積)を示す。規格化体� ��C(d ₁ +d ₂ )/f ² が条件式(10)の上限値(2.0)を上回ると、密着複 層型回折光学素子の体積が大きくなり過ぎて 、密着複層型回折光学素子における光の吸収 量が増え、レンズ全系の透過率低下や色付き が生じ易くなる。また、密着複層型回折光学 素子の体積が大き過ぎると、製造コストの増 大に繋がる。また、規格化体積C(d ₁ +d ₂ )/f ² が条件式(10)の下限値(0.0001)を下回ると、密着 複層型回折光学素子が薄くなり過ぎて、十分 な回折効果が得られずに色消しの効果が不足 する。

 なお、密着複層型回折光学素子の機能を� ��り高めるには、条件式(10)の代わりに条件式 (10’)を採用するとよい。

 0.0001<C(d ₁ +d ₂ )/f ² <0.01 …(10’)
 以上、本実施形態の眼鏡レンズは、画質を� ��めるための条件式や、密着複層型回折光学� ��子の機能(広帯域に亘る回折効率の高さ、量 産性の高さ)が眼鏡レンズにおいて十分に発� �されるための条件式を満たす。したがって� �本実施形態の眼鏡レンズは高性能であり、� �かも量産性が高い。

 (その他の条件)
 なお、本実施形態の眼鏡レンズにおいて、� ��着複層型回折光学素子を樹脂成形で形成す� ��場合、量産性を重視し、互いに密着する2つ の層の材料は、それぞれ光硬化型樹脂(特にUV 硬化型樹脂)であることが望ましい。また、� �産性を高めるため、それら2つの層の一方に� ��用される光硬化型樹脂の未硬化状態での粘� ��は40cP以上であり、他方に使用される光硬化 型樹脂の未硬化状態での粘度は2000cP以上であ ることが望ましい。また、眼鏡レンズを小型 軽量化するために、それら2つの層の材料の� �重は2.0以下であることが好ましい。ガラス� �比して樹脂は比重が小さいため、眼鏡レン� �の軽量化に有効である。また、さらなる軽� �化を図る場合は、その比重を1.6以下に抑え� �ことが好ましい。

 また、本実施形態の眼鏡レンズの装用位� ��については次の条件が満たされることが望� ��しい。すなわち、最も瞳側の面(図1の面SB)� �ら瞳(E.P.)までの距離は25mm程度であることが� ��適であり、少なくともその距離は20mm~30mmの� ��囲内に収められることが望ましい。その距� ��がこの範囲内に収められれば、眼鏡レンズ� ��快適に装着・使用可能となるだけでなく、� ��れた回折性能と優れた結像性能との双方を� ��鏡レンズが発揮することができる。

 また、本実施形態の眼鏡レンズの少なく� ��も1つの面を非球面としてもよい。特に、正 の光学的パワーを付与すべき面を非球面とす ることが好ましい。

 また、本実施形態の眼鏡レンズは、単レ� ��ズに密着複層型回折光学素子を形成した眼� ��レンズ(図1参照)、又は接合レンズに密着複� ��型回折光学素子を形成した眼鏡レンズ(図5� �照)の何れかであったが、複数の光学部材か� ��なる光学系の何れかの光学部材に密着複層� ��回折光学素子を形成した眼鏡レンズに変形� ��てもよい。また、本実施形態の眼鏡レンズ� ��一部又は全部の光学部材に、屈折率分布型� ��ンズ、結晶材料レンズなどを適用してもよ� ��。