JP2000199812A - 複層回折光学素子の製造方法 - Google Patents

複層回折光学素子の製造方法

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JP2000199812A
JP2000199812A JP11002236A JP223699A JP2000199812A JP 2000199812 A JP2000199812 A JP 2000199812A JP 11002236 A JP11002236 A JP 11002236A JP 223699 A JP223699 A JP 223699A JP 2000199812 A JP2000199812 A JP 2000199812A
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optical element
diffractive optical
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diffraction
manufacturing
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Masaaki Yokota
正明 横田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の回折格子を正確にかつ容易に位置合わ
せる。 【解決手段】 (a)において、金型1はスリーブ2内
に配置されており、その表面に回折面が形成されてお
り、更に回折面に対向して光学面を形成するための金型
3がスリーブ2内を移動自在に嵌合されている。ここ
で、金型1、3によりスリーブ2内に形成されたキャビ
ティ4内に注入口5から水ガラスGを注入して硬化さ
せ、回折光学素子Xを作成する。次に、(b)におい
て、得られた回折光学素子Xを金型3と共に移動して、
金型1と回折光学素子Xの間にキャビティ6を形成す
る。このキャビティ6内に注入口5から水ガラスGと異
なる種類の水ガラスG’を注入し硬化させることによ
り、2層回折光学素子を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学系にお
いて使用する複層回折光学素子の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来から屈折系のみにより構成された光
学系においては、分散特性が異なる硝材を組み合わせる
ことによって色収差を低減している。例えば、望遠鏡等
の対物レンズにおいては、分散の小さい硝材を正レン
ズ、分散の大きい硝材を負レンズとし、これらを組み合
わせて用いることにより、光軸上に現れる色収差を補正
している。このため、レンズの構成枚数が制限される場
合や使用可能な硝材が限定されている場合等において
は、色収差が十分に補正できないことがある。
【0003】硝材の組み合わせにより色収差を補正する
方法に対して、SPIE Vol. 1354 International Lens De
sign Conference(1990) 等の文献に、光学系の一部に回
折作用を有する回折光学素子を設けることにより、色収
差を低減する方法が開示されている。この方法は図8
(a) 、(b) に示すように、屈折光学素子Aと回折光学素
子Bとでは、分散が逆方向に発生するという物理現象を
利用したものである。
【0004】回折光学素子Bとしては、例えば所定次数
の回折光に光量を集中できるキノフォーム型やキノフォ
ーム型を階段状に近似したバイナリ型の格子断面形状を
有する位相型の回折光学素子が知られている。このよう
な回折光学素子Bにおいて、同心円状の格子周期を素子
中心から外周部に向けて変化させることにより、屈折光
学素子1と同様の収斂作用や発散作用を持たせることが
できる。
【0005】キノフォーム型やバイナリ型の回折光学素
子において、回折光学素子の屈折率がnであるとき、次
式のように設定することにより、格子高さdを波長λに
おけるm次の回折光の回折効率を最も高めることができ
る。 d=mλ/(n−1) ・・・(1)
【0006】また、回折効率とは特定次数の回折光に配
分される光量の割合であり、特定次数の回折光の光量に
対する入射光全体の光量の比で表される。
【0007】ところで、位相型回折光学素子の特定次数
の回折光の回折効率は、例えば図9に示すような特性を
有している。図9において、横軸は波長、縦軸は回折効
率を表しており、この回折光学素子は特定波長λD(λ
L≦λD≦λU)において、特定次数の回折光の回折効
率が最も高くなるように設計されている。従って、それ
以外の波長における回折効率は波長λDにおける回折効
率に対して相対的に低くなる。これは、格子高さdが波
長λDにおいて(1) 式を用いて最適化されているため、
その他の波長においては最適値でなくなるからである。
以下、このλDのような格子高さdを決定するために用
いた波長を設計波長、対象となる回折光の次数を設計次
数と呼ぶ。
【0008】例えば、設計波長λDを550nm、設計
次数を1次とし、回折光学素子を輪帯状の8段の階段構
造により形成した場合には、設計波長λDにおける回折
効率は約95%となり、波長650nmにおける1次回
折光の回折効率は約88%、波長440nmにおける1
次回折光の回折効率は約80%になる。また、回折効率
が100%に満たない分は、設計次数以外の回折光にな
る。
【0009】この内、設計次数から離れた次数の回折光
は、設計次数の回折光の結像位置に対して大幅にずれる
ため結像には寄与せず、全面にフレアのような状態で周
加される。一方、設計次数±1次の回折光は、結像性能
を評価するような空間周波数領域では解像しないが、完
全にぼけた状態でもなく、低い空間周波数領域では結像
する。このため、この次数の回折光の回折効率が大きい
と、設計次数の回折光の周辺にかなり大きなサイドロー
ブのあるようなスポットとなり、光学性能が悪化すると
いう問題点がある。
【0010】つまり、回折光学素子を光学系に利用して
良好な光学性能を得るためには、設計次数の回折光の回
折効率を使用全波長帯域に渡って高く維持すると共に、
設計次数近傍の回折光の回折効率を極力、低く抑える必
要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、設計次数近傍の回折光の回折効率を低
く抑え、設計次数の回折光の回折効率を広い波長帯域に
渡って高く維持するために、分散の異なる材質を複数重
ね合わせた回折光学素子が特開平9−127321号公
報や特開平9−127322号公報に開示されている。
更に、これらの公報には、製造方法としてモアレ縞を用
いて複数の回折光学素子の位置合わせをする方法が開示
されている。
【0012】しかしながら、これらの公報に開示された
製造方法においては、鏡筒を用いて組み合わせるために
複数の回折光学素子の正確な位置合わせをすることが困
難である。
【0013】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
複数の回折格子同士を正確にかつ容易に位置合わせが可
能な複層回折光学素子の製造方法を提供することにあ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る複層回折光学素子は、同一の回折面形状
を複数面重ね合わせた形態を有する回折光学素子を製造
する方法において、同一外筒内に載置した同一の型によ
り異なる種類の材料を順次に重ね合わせて形成すること
を特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1に示す第1の実施例はガラス
複層回折光学素子の製造方法を示しており、積層回折光
学素子の回折面形状は円形状の平面上に回折格子が10
0本、格子高さは全て約5μm、格子間隔は中心が約5
00μm、周辺が約50μmで、中心から周辺に向かっ
て、順次に減少する形状とされている。
【0016】図1は第1の実施例における2種類の材質
の回折光学素子を同一の外筒内で硬化する状態の概念図
を示し、図2はそれぞれの方法で得られた2層の回折光
学素子を示している。
【0017】図1(a)において、金型1はスリーブ2
内に配置されていて、その表面に回折面が形成されてお
り、更にこの回折面に対向して光学面を形成するための
金型3がスリーブ2内を移動自在に嵌合されている。こ
こで、金型1、3によりスリーブ2内に形成されたキャ
ビティ4内に注入口5から水ガラスGを注入して硬化さ
せ、回折光学素子Xを作成する。
【0018】次に、図1(b)において、得られた回折
光学素子Xを金型3と共に移動して、金型1と回折光学
素子Xの間にキャビティ6を形成する。このキャビティ
6内に注入口5から水ガラスGと異なる種類の水ガラス
G’を注入し硬化させることにより、図2に示すような
2層回折光学素子Yを得る。
【0019】図3は比較例のガラス複層回折光学素子の
製造状態を示しており、金型21は回折面形状を有し、
スリーブ12内に嵌合させると共に、反対の光学面を形
成するための金型13をスリーブ12内に摺動自在に嵌
合して、キャビティ14をスリーブ12内に形成する。
このキャビティ14内に注入口15から水ガラスGを注
入して硬化させて、回折光学素子Xを得る。
【0020】次に、図3(b)において、金型11と同
等の回折面形状を有する金型16を得られた回折光学素
子Xと共に、スリーブ2と同等の内径を持つスリーブ1
7内に嵌合してキャビティ18を形成する。このキャビ
ティ18内に注入口19から水ガラスGと異なる種類の
水ガラスG’を注入硬化させ、図2に示すような第1の
実施例で得られたものと同様な2層回折光学素子Yを得
ることができる。しかし、この図3の方法で得られた2
層回折光学素子Yでは、回折格子のずれが約5μm発生
している。
【0021】先の第1の実施例において得られた2層回
折光学素子Yにおける回折格子のずれは約1μm以下で
あり、良好な光学性能が得られる。この実施例における
2層回折光学素子Yの格子のずれは、形成時の回折格子
ずれにのみ起因するのに対し、前述の比較例における2
層回折光学素子Yでは、金型11及び1層目の回折光学
素子Xの設置のずれや、金型16の格子加工ずれなどの
複数の要因に影響されるため、5μmのずれが発生した
と考えられる。
【0022】なお、回折面形状は円形状の平面上に回折
格子が100本、格子高さは全て約10μm、格子間隔
は中心が約500μm、周辺が約50μmで、中心から
周辺に向かって順次に減少する形状とし、第1層目を射
出成形した合成樹脂、第2層目をキャスティングした合
成樹脂により2層回折光学素子Yを得ることもできる。
この場合においても、第1の実施例と同様にずれは約1
μm以下であり、良好な光学性能が得られる。
【0023】図4は第2の実施例によるガラス−合成樹
脂複層回折光学素子の製造方法を示しており、その回折
面形状は円形状の平面上に回折格子が100本、格子高
さは全て約7μm、格子間隔は中心が500μm、周辺
が50μmで、中心から周辺に向かって、順次に減少す
る形状とされている。この第2の実施例における複層回
折光学素子は、第1層目を加圧成形したガラス、第2層
目をキャスティングした合成樹脂で構成される。
【0024】図4(a)はこの第2の実施例における回
折面形状を形成した金型21をスリーブ22内に摺動自
在に嵌合し、更に回折格子と反対の光学面を形成するた
めの金型23をスリーブ22内に摺動自在に嵌合してい
る。ここで、金型21、23によりスリーブ22内に形
成されたキャビティ24内にガラスブランク25を配置
し、ヒータ26により加熱して金型21、23により加
圧成形することにより、ガラスによる第1層目の回折光
学素子Xを形成する。
【0025】次に、図4(b)において、金型21を引
き戻し回折光学素子Xと金型21の間にキャビティ27
を形成する。このキャビティ27内に注入口28から合
成樹脂Pを注入し硬化させることにより、図2に示すよ
うな2層2層回折光学素子Yを得ることができる。
【0026】図5は比較例のガラス−合成樹脂複層回折
光学素子の製造状態を示しており、金型31は回折面形
状を有し、スリーブ32内に嵌合すると共に、ガラスブ
ランク33を金型31上に載置する。このガラスブラン
ク33をヒータ34により加熱し、反対の光学面を形成
するための金型35により加圧成形して、1層目の回折
光学素子Xを形成する。
【0027】次に、図5(b)において、金型31と同
等の回折面形状を有する金型36を、得られた回折光学
素子Xと共にスリーブ32と同等の内径を持つスリーブ
37内に嵌合して、回折光学素子Xとの間にキャビティ
38を形成する。このキャビティ38内に注入口39か
ら合成樹脂Pを注入硬化させ、図2に示すような2層回
折光学素子Yを得ることができる。この方法により得ら
れた2層回折光学素子Yにおける格子のずれは約5μm
である。
【0028】第2の実施例における2層回折光学素子Y
における格子のずれは約1μm以下であり、良好な光学
性能が得られる。この第2の実施例における2層回折光
学素子Yの格子のずれは、第2層目の硬化時の格子ずれ
にのみ起因するのに対し、比較例における2層回折光学
素子Yでは金型31及び第1層目の回折光学素子Xの配
置のずれや金型36の格子加工ずれなど複数の要因に影
響されるため、約5μmのずれが発生したものと考えら
れる。
【0029】図6は第4の実施例における3層回折光学
素子の製造方法を示しており、スリーブ41内で金型4
2により保持された図2に示す2層目まで形成された回
折光学素子Yと、第3層目の光学面を形成するための金
型43によりキャビティ44を形成する。第3層目形成
用の金型43は第1の実施例又は第2の実施例における
第2層目形成後に格子形成用金型と入れ代えてスリーブ
41内にセットすればよい。このキャビティイ44に注
入口45から水ガラス又は合成樹脂を注入して硬化させ
ることにより、図7に示すような両面を平面の光学面と
した3層回折光学素子Zを得ることができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る複層回
折光学素子の製造方法は、複数の回折光学素子を重ね合
わせて成型するに当り、同一外筒内において同一金型で
形成することにより、容易にかつ正確な位置関係を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の説明図である。
【図2】2層回折光学素子の断面図である。
【図3】比較例の説明図である。
【図4】第2の実施例の説明図である。
【図5】比較例の説明図である。
【図6】第3の実施例の説明図である。
【図7】3層回折光学素子の断面図である。
【図8】回折光学素子の回折作用の説明図である。
【図9】回折効率のグラフ図である。
【符号の説明】
1、3、21、23、42、43 金型 2、22、41 スリーブ 4、6、24、27、44 キャビティ 5、28、45 注入口 X 回折光学素子 Y 2層回折光学素子 Z 3層回折光学素子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の回折面形状を複数面重ね合わせた
    形態を有する回折光学素子を製造する方法において、同
    一外筒内に載置した同一の型により異なる種類の材料を
    順次に重ね合わせて形成することを特徴とする複層回折
    光学素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記同一外筒内に載置した型の光学素子
    成形面に回折面形状が形成されている請求項1に記載の
    複層回折光学素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記外筒の内径が複数の回折光学素子を
    形成する空腔部分において同一である請求項1に記載の
    複層回折光学素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記回折面形状は加圧成形、射出成形、
    キャスティングにより形成する請求項1に記載の複層回
    折光学素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4に記載の複層回折光学素子
    の製造方法により製造した合成樹脂により構成した複層
    回折光学素子。
  6. 【請求項6】 請求項1〜4に記載の複層回折光学素子
    の製造方法により製造した合成樹脂とガラスにより構成
    した複層回折光学素子。
  7. 【請求項7】 請求項1〜4に記載の複層回折光学素子
    の製造方法により製造したガラスにより構成した複層回
    折光学素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021199761A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 株式会社フジクラ 光演算装置、及び、光演算装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021199761A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 株式会社フジクラ 光演算装置、及び、光演算装置の製造方法
JPWO2021199761A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07
JP7324936B2 (ja) 2020-03-31 2023-08-10 株式会社フジクラ 光演算装置、及び、光演算装置の製造方法

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