JP2003004924A

JP2003004924A - 回折光学素子および光学装置

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Publication number: JP2003004924A
Application number: JP2001189109A
Authority: JP
Inventors: Tama Takada; 球高田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】広い波長範囲にわたって回折効率が略一定
で、しかも作製が容易な回折光学素子を提供する。【解決手段】１周期の断面が階段状の回折格子に、略
均一に分布した第１の領域と第２の領域を設定する。第
２の領域の１周期内の高低差を第１の領域の１周期内の
高低差の２倍にして、第２の領域の設計波長を第１の領
域の設計波長の２倍にする。また、第２の領域の１周期
内の段数を第１の領域の１周期内の段数と同じにして、
階段状の部位の水平面の幅を全て同じにし、第１、第２
の領域の設計波長に対する回折効率を最高にする。第１
の領域の総面積と第２の領域の総面積の比の設定によ
り、第１の領域の設計波長から第２の領域の設計波長ま
での全波長範囲の回折効率を略一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子によって
光を回折させる回折光学素子およびこれを用いる光学装
置に関し、特に、広い波長範囲にわたって回折効率が略
一定の回折光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折格子によって光を回折させる回折光
学素子は、種々の光学装置の光学系に用いられている。
回折光学素子には様々な利点があるが、主なものは次の
とおりである。(1)回折角が波長に依存するため、分光
に利用することができる。(2)回折格子を設ける面を曲
面としてレンズとすれば、同一のパワーを有する通常の
レンズよりも薄型の素子となる。(3)レンズとは正負が
逆の波長分散特性を有するため、レンズを用いる光学系
の色収差を補正することができる。

【０００３】回折格子の凹凸の高低差は設計波長に応じ
て定められ、使用波長が設計波長から離れるほど回折効
率は低下する。また、回折格子は、１周期内の最高部と
最低部の間が傾斜面であるブレーズ型のときに回折効率
が最も高くなる。この理想的なブレーズ型の回折格子の
場合、設計波長をλ₀、使用波長をλとすると、１次の
回折効率ηは次の式１で表される。 η＝［sin｛π（１−λ₀／λ）｝／π（１−λ₀／λ）］² … 式１

【０００４】設計波長が５５０ｎｍのときの回折効率を
図１０に示す。４００〜８００ｎｍの波長範囲で、回折
効率は６１.５％から１００％までの値となる。このよ
うに、回折光学素子を広い波長範囲の光に対して使用す
ると、回折効率が大きく変化する。回折効率が波長によ
って大きく相違すると、波長ごとの光の強度を検出する
分光器では、波長に応じて出力を補正しなければならな
い。また、カメラでは、色収差の補正が不完全になり、
撮影した像に色むらが生じてしまう。

【０００５】この問題点に関連して、特開平１１−１６
０５１２号では、回折格子を３つの領域に分割し、各領
域の設計波長を４５０、５３２、６１４ｎｍとして、領
域ごとに高低差を相違させることが提案されている。こ
の設定での回折効率を図１１に示す。各領域の回折効率
は各々の設計波長で１００％となる。しかし、実際に
は、個々の領域に設計波長に近い波長の光だけが入射す
るわけではなく、いずれの領域にも広い波長範囲の光が
入射するから、回折格子全体としての総合的な回折効率
は、３領域の回折効率の平均値となる。例えば、３領域
の面積が等しいとき、総合的な回折効率は、４００〜８
００ｎｍの波長範囲で６６.３％から９５.０％となる。
このため、回折効率が大きく変化するという問題は、依
然解消されない。

【０００６】ブレーズ型の回折格子は、回折効率の観点
からは理想的であるが、作製が難しく、量産には不向き
である。そこで、ブレーズ型の最高部と最低部の間の傾
斜面を階段状の形状で近似することが行われている。こ
のような回折格子はマルチレベル型と呼ばれる。マルチ
レベル型の回折格子は、水平面と垂直面のみからなるた
め、半導体技術で確立されているフォトリソグラフィに
よって容易に作製することができる。例えば、米国特許
４,８９５,７９０では、ｋ枚のフォトマスクを用いて、
エッチングをｋ回行うことにより、段数が（２^k−１）
の階段形状を作製することが提案されている。マルチレ
ベル型では、水平面の幅を狭くして段数を多くするほど
回折効率は高くなる（理想的なブレーズ型の回折効率に
近づく）が、水平面の幅には加工上の最小限界があるた
め、回折格子の周期（ピッチ）に応じて最適な段数が定
まることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平１１−１
６０５１２号においても、回折格子をマルチレベル型と
しており、３つの領域の最大高低差を相違させるため
に、段差（隣り合う水平面の高低差）は同じにし、段数
を領域ごとに相違させている。この方法では、領域ごと
に段数が異なるため、最大高低差が最小の領域すなわち
段数が最少の領域を基準に最適の段数を定めると、他の
領域では段数が最適な段数よりも多くなって、水平面の
幅を最小限界以下にする必要が生じる。水平面の幅を最
小限界以下にすると、階段状の形状が崩れてしまい、回
折効率が低下する。逆に、最大高低差が最大の領域すな
わち段数が最多の領域を基準に最適の段数を定めると、
他の領域では段数が最適な段数よりも少なくなって、最
適な段数であれば得られるはずの回折効率を得ることが
できなくなる。

【０００８】また、領域間の最大高低差の比は、設計波
長の比であり、簡単な正数比にはならない。このため、
偶然の場合を除き、異なる領域に高さの同じ水平面や高
低差の等しい水平面の組が存在することがなく、異なる
領域を１度のエッチングで加工することはできない。そ
の結果、領域ごとに個別にエッチングを行う必要が生じ
て、作製効率がよくない。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、広い波長範囲にわたって回折効率が略一定
で、しかも作製が容易な回折光学素子を提供することを
目的とする。また、そのような回折光学素子を備えた高
性能の分光装置および撮像装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、１周期の断面が段差の等しい階段状の
回折格子を有する回折光学素子において、回折格子が、
１周期内の段数が一定で、１周期内の最大高低差が一定
の第１の領域と、１周期内の段数が一定で第１の領域の
１周期内の段数に等しく、１周期内の最大高低差が一定
で第１の領域の１周期内の最大高低差の２倍の第２の領
域より成るものとする。

【００１１】この回折光学素子の回折格子は２種類の領
域を有しており、第２の領域の最大高低差は第１の領域
の最大高低差の２倍である。すなわち、第１の領域と第
２の領域の設計波長は１：２であり、回折格子は波長比
が１：２である第１の波長の光と第２の波長の光を効率
よく回折させることができる。しかも、第１の領域と第
２の領域は、段数が同じであるから、階段状の部分の水
平面の幅が同じであり、どちらも段数に応じた最高の回
折効率を与える設定とすることが可能である。つまり、
第１の領域による第１の波長の光の回折効率と、第２の
領域による第２の波長の光の回折効率を等しくすること
ができる。

【００１２】任意の波長の光に対する回折格子全体とし
ての回折効率は、第１の領域と第２の領域の面積比を重
み係数とする第１の領域の回折効率と第２の領域の回折
効率の加重平均となる。式１および図１０より明らかな
ように回折効率は設計波長に関して非対称であるが、第
１、第２の領域の面積比の設定次第で、第１の波長から
第２の波長までの波長範囲全体を一部に含む広い波長範
囲にわたって、回折効率を略一定にすることができる。

【００１３】第１の領域と第２の領域は、最大高低差の
比が１：２であって段数が同じであるから段差の比も
１：２となり、高さの等しい水平面や、高低差の等しい
水平面の組を有することになる。回折格子をフォトリソ
グラフィによって作製する場合、高さの等しい水平面
や、高低差の等しい水平面のうち低い方の水平面は１度
のエッチングで同時に形成することができるから、工程
数を少なくすることができて、作製効率も向上する。

【００１４】ここで、第１の領域と第２の領域が回折格
子の全体にわたって略均一に分布している構成とすると
よい。巨視的に見て回折格子のどの部位にも第１の領域
と第２の領域が一定の面積比で存在することになり、部
位間で回折効率に差が生じるのを避けることができる。

【００１５】入射角が０°のときの第１の領域の最高の
回折効率の波長を３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下と
するとよい。この場合、入射角が０°のときの第２の領
域の最高の回折効率の波長は７００ｎｍ以上かつ１１０
０ｎｍ以下となる。このようにすると、入射角が０°か
ら大きく離れない使用形態において、可視光全体を略一
定の回折効率で回折させることができる。

【００１６】また、第１の領域の総面積を第２の領域の
総面積の１.７倍以上かつ２.６倍以下とするとよい。第
１、第２の領域の面積比をこのようにすると、可視光全
体に対する回折効率の一定度が特に高くなる。

【００１７】本発明ではまた、分光装置は、光を波長に
応じて分離させる光学系の一部に、上記のいずれかの回
折光学素子を備えるものとする。分離後の光の強度を波
長にかかわらず略一定にすることができて、強度の補正
をする必要がなくなる。

【００１８】本発明ではまた、撮像装置は、光を結像さ
せる光学系の一部に、上記のいずれかの回折光学素子を
備えるものとする。レンズによる屈折で生じる色収差を
良好に補正することができて、像に色むらが発生するの
を避けることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。第１の実施形態である回
折光学素子１の構成を図１に模式的に示す。回折光学素
子１は、表面に凹凸の周期的配列である回折格子１１が
形成された平板状の基板１０より成る。図１は、回折光
学素子１全体の平面図であり、きわめて微細な構造であ
る回折格子１１の形状自体は表していない。回折格子１
１は、回折特性の異なる２種類の領域１１ａ、１１ｂを
有する。第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂは共に帯
状であって多数存在し、その幅方向（ｘ方向）に交互に
設けられている。

【００２０】回折格子１１の等高線図を図２に模式的に
示す。回折格子１１は、凹凸の周期的配列の方向（ｘ方
向）が領域１１ａ、１１ｂの幅方向に一致するように、
すなわち、高さの同じ点が領域１１ａ、１１ｂの長さ方
向（ｙ方向）に連なるように設定されている。

【００２１】回折格子１１の周期方向の断面を図３に模
式的に示す。回折格子１１はブレーズ型の傾斜面を階段
状の形状で近似したマルチレベル型であり、１周期ｐ内
に複数の水平面を有する。回折格子１１の周期は全体に
わたって一定であり、第１の領域１１ａと第２の領域１
１ｂのいずれにおいても周期は同じである。なお、１周
期の始点と終点は任意に定義することができるが、ここ
では最も高い水平面と最も低い水平面の境界から最も高
い水平面と最も低い水平面の境界までを１周期ｐとい
う。

【００２２】第２の領域１１ｂの１周期内の最大高低差
（最も高い水平面と最も低い水平面の高低差）ｈ２は、
第１の領域１１ａの１周期内の最大高低差ｈ１の２倍で
ある。一方、１周期内の段数（水平面の数ｍ−１）は第
１の領域１１ａと第２の領域１１ｂで同じであり、ま
た、段差（隣り合う水平面の高低差）は１周期内では等
しい。したがって、第２の領域１１ｂの段差ｄ２は第１
の領域の段差ｄ１の２倍であり、水平面の幅ｗは全て等
しい。

【００２３】なお、回折格子１１は、傾斜面の最高部と
最低部の高低差をｍ等分して各等分点と最高部とを水平
面としたものであり、傾斜面の最低部に対応する水平面
は存在しない。図３に示した例は、傾斜面の最高部と最
低部の高低差を４等分した場合のものであり、したがっ
て、１周期内の水平面の数ｍは４、段数は３になってい
る。

【００２４】このような構成の回折格子１１では、第２
の領域１１ｂの設計波長は第１の領域１１ａの設計波長
の２倍に定まる。また、水平面の幅ｗは全て等しいか
ら、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂのいずれにお
いても、水平面の幅ｗを加工上の最小限界にすることが
可能であり、したがって、第１の領域１１ａによるその
設計波長の光の回折効率と、第２の領域１１ｂによるそ
の設計波長の光の回折効率とを、等しくかつ最高にする
ことができる。

【００２５】任意の波長λの光に対する回折格子１１全
体としての総合的な回折効率ηｔは、第１の領域１１ａ
の回折効率η１と第２の領域１１ｂの回折効率η２の加
重平均となり、式２で表される。 ηｔ＝η１・Ｓ１／Ｓ＋η２・Ｓ２／Ｓ … 式２

【００２６】ここで、重み係数に含まれるＳ１およびＳ
２は、それぞれ第１の領域１１ａの総面積および第２の
領域１１ｂの総面積であり、Ｓは回折格子１１の全面積
（Ｓ１＋Ｓ２）である。また、第１、第２の領域１１
ａ、１１ｂの回折効率η１、η２は、前述の式１より算
出される。

【００２７】第１の領域１１ａ、第２の領域１１ｂの設
計波長λ₀をそれぞれ４４０ｎｍ、８８０ｎｍとし、第
１の領域１１ａの総面積Ｓ１と第２の領域１１ｂの総面
積Ｓ２の比を２：１としたときの回折格子１１の総合的
な回折効率ηｔを、各領域１１ａ、１１ｂの回折効率η
１、η２と共に図４に示す。４００〜８００ｎｍの波長
範囲における回折格子１１の総合的な回折効率ηｔは６
４.８〜６８.４％であり、略一定になっている。第１の
領域１１ａ、第２の領域１１ｂの設計波長λ₀をこれら
の値とするとき、第１の領域１１ａの総面積Ｓ１を第２
の領域１１ｂの総面積Ｓ２の１.７〜２.６倍の範囲内と
すれば、この波長範囲の回折効率ηｔの最大値と最小値
の比は１.１以下になる。

【００２８】なお、図４は、１周期内の段数を無限にし
たとき、すなわち、理想的なブレーズ型としたときのも
のであり、段数が少ないほど回折効率は低下する。例え
ば、段数が１５、７、３（水平面の数ｍが１６、８、
４）のとき、回折効率はそれぞれブレーズ型の９８.
７、９５.０、８１.１％となる。ただし、階段状の形状
に近似することによる回折効率の低下は、２つの設計波
長間の回折効率が略一定であることには全く影響しな
い。

【００２９】後述するように、回折格子１１はフォトリ
ソグラフィによって作製するが、エッチング加工で形成
し得る水平面の幅ｗの最小限界は１μｍ程度である。ま
た、上記のように可視の波長範囲の光を回折させる場
合、回折格子１１の周期ｐは４μｍ程度であるから、１
周期内の段数の最適値は３（水平面の数ｍの最適値は
４）となる。したがって、回折格子１１は、可視光全体
を５０％以上の略一定な回折効率で回折させることが可
能である。

【００３０】１周期内の最大高低差ｈ１、ｈ２は、段数
が傾斜面の高低差を等分した数よりも１少ないから、近
似前の理想的なブレーズ型の最大高低差ｈの（ｍ−１）
／ｍ倍とする。なお、理想的なブレーズ型の回折格子に
入射角０゜で光を入射させる場合、最大高低差ｈは、透
過型とするときは式３、反射型とするときは式４とな
る。ここで、ｎは媒質の屈折率であり、式３においては
基板の屈折率、式４においては、光を基板側から入射さ
せるときは基板の屈折率、光を空気側から直接入射させ
るときは空気の屈折率、すなわち１である。ｈ＝λ₀／（ｎ−１） … 式３ｈ＝λ₀／２ｎ … 式４

【００３１】設計波長λ₀は回折光学素子１を実際に使
用する際の光の入射角を考慮して定めるのが理想的であ
る。しかし、本実施形態の回折光学素子１では、広い波
長範囲で回折効率を略一定にすることができるから、入
射角を厳密に考慮して設計波長λ₀を定める必要はな
い。例えば、入射角を０゜としておき、第１の領域１１
ａの設計波長を３５０〜５５０ｎｍの範囲内の値とし、
第２の領域１１ｂの設計波長をその２倍の値として回折
格子１１を作製しておけば、使用時の入射角が３０°程
度であっても、可視光全体を略一定の回折効率で回折さ
せることができる。

【００３２】回折格子１１の作製方法について、段数が
３すなわち水平面の数ｍが４の場合を例にとって説明す
る。作製工程を図５に模式的に示す。まず、基板１０の
平坦な表面にフォトレジスト（不図示）を塗布し、１周
期ｐの１／２の幅の開口Ｅ１を有するマスクＭ１を用い
てフォトレジストをパターニングし、さらにエッチング
を行う（ａ）。エッチングで加工する深さは第１の領域
の１１ａの段差ｄ１の４倍とする。これで、第２の領域
１１ｂの下から２番目の水平面を含む水平面が形成され
る。

【００３３】その後、フォトレジストの塗布、マスクを
用いるパターニングおよびエッチングの工程を２回繰り
返す。２回目の工程（ｂ）では、１周期ｐの１／２の幅
の開口Ｅ１と、１周期ｐの１／４の幅の２つの開口Ｅ２
を有するマスクＭ２を用い、エッチングで加工する深さ
を第１の領域の１１ａの段差ｄ１の２倍とする。これ
で、第１の領域１１ａの下から２番目の水平面を含む水
平面と、第２の領域１１ｂの最も下の水平面と下から３
番目の水平面が同時に形成される。

【００３４】３回目の工程（ｃ）では、１周期ｐの１／
４の幅の２つの開口Ｅ２を有するマスクＭ３を用い、エ
ッチングで加工する深さを第１の領域の１１ａの段差ｄ
１の１倍とする。これで、第１の領域１１ａの最も下の
水平面と下から３番目の水平面が形成され、回折格子１
１の作製が完了する。

【００３５】なお、マスクとエッチングで加工する深さ
とを対応させる限り、上記の３回の工程はどの順序で行
ってもよい。水平面を形成する順序が相違するだけで、
作製した回折格子１１の形状は同じになる。

【００３６】第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂを別
々に作製すると、用いるマスクは４枚、工程数も４とな
るが、上記の方法では、必要なマスクの数や工程数が少
なくなり、作製効率が向上する。これは、第１の領域１
１ａと第２の領域１１ｂに、高さの等しい水平面や高低
差の等しい水平面の組が存在するからである。

【００３７】一般に、ｋ回のエッチングでは２^kの水平
面を有する（２^k−１）段の階段状とすることができる
が、２つの領域を個別にエッチングすれば、総工程数は
２ｋとなる。これに対し、２つの領域を同時にエッチン
グすることが可能な上記の方法では、総工程数は（ｋ＋
１）で済む。したがって、段数が多くなるほど、作製効
率向上の効果は顕著になる。なお、（ｋ＋１）回のエッ
チングで形成し得る段数は、最大で（２^k−１）であ
り、これ以下の任意の値にすることができる。

【００３８】第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂの幅
は、回折格子１１の周期ｐの数十倍程度であり、第１、
第２の領域１１ａ、１１ｂは回折格子１１全体にわたっ
て略均一に分布している。したがって、回折格子１１の
どの部位においても、広い波長範囲の光を略一定の回折
効率で回折させることが可能である。このように設定し
ておくと、たとえ光の入射位置が変動したとしても、光
に対する第１、第２の領域１１ａ、１１ｂの面積比が変
化しないから、広い波長範囲にわたって回折効率を略一
定とすることが確実に実現される。

【００３９】波長分布が光束の断面のどの部位において
も均一な光に対して回折光学素子１を使用する場合は、
第１の領域１１ａや第２の領域１１ｂの分布に偏りがあ
っても、全体としての回折効率は略一定になる。したが
って、このような用途では、第１、第２の領域１１ａ、
１１ｂが回折格子１１全体にわたって略均一に分布して
いる必要はなく、例えば、回折格子１１を２つの区画に
区分けし、一方を第１の領域１１ａ、他方を第２の領域
１１ｂとすることもできる。

【００４０】しかし、そのような設定では、回折格子１
１のどの部位に光が入射するかによって、光に対する第
１の領域１１ａと第２の領域１１ｂの面積比が変動する
ことになり、回折効率を一定化することが難しくなる。
この問題は、光の入射位置を厳密に定めて固定すること
により回避することができるが、そのようにするために
は、回折光学素子１に光を導く他の光学素子と回折光学
素子１の位置関係を精度よく設定する必要があり、調整
に時間を要する。したがって、第１の領域１１ａと第２
の領域１１ｂを略均一に分布させておくのが好ましい。

【００４１】なお、ここでは第１の領域１１ａと第２の
領域１１ｂを真っ直ぐな帯状として交互に配置している
が、式２に基づき設計波長に応じて面積比を定める限
り、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂの形状や位置
関係は、他の設定とすることもできる。例を図６に示
す。図６において、（ａ）は第２の領域１１ｂを矩形に
して第１の領域１１ａ内に分散させたもの、（ｂ）は第
１の領域１１ａと第２の領域１１ｂを同心円の帯状とし
て交互に配置したものである。（ｂ）の場合、回折格子
１１も同心円とする。第１、第２の領域１１ａ、１１ｂ
を同心円ではない円弧状として交互に配置することもで
きる。その場合の回折格子１１の例を図７の等高線図に
示す。

【００４２】回折対象とする光の波長は可視光域以外で
あってもよい。例えば、２００〜４００ｎｍの波長範囲
の紫外光、１０００〜２０００ｎｍの波長範囲の赤外光
を対象とすることもできる。

【００４３】第２の実施形態である分光装置２の構成を
図８に模式的に示す。分光装置２は、光を波長に応じて
分離し、分離した光の強度を個別に検出するもので、ス
リット２１ａを有する光束規制板２１、２つの凹面ミラ
ー２２、２４、回折光学素子２３、およびセンサ２５よ
り成る。

【００４４】スリット２１ａを通過した光は、凹面ミラ
ー２２によって反射されて、収束しながら回折光学素子
２３に入射し、波長に応じた回折角で反射される。回折
光学素子２３により反射された光は、凹面ミラー２４に
よって反射されて、さらに収束しながらセンサ２５に入
射する。センサ２５に入射する際には、光は波長ごとに
分離しており、センサ２５は各波長の光の強度を検出す
る。

【００４５】回折光学素子２３としては第１の実施形態
の回折光学素子１を反射型として用いる。回折光学素子
１は、前述のように広い波長範囲の光に対する回折効率
が略一定であるから、センサ２５が検出する各波長の光
の強度比は、分離前の強度比を忠実に表す。したがっ
て、センサ２５の出力を補正する必要はない。

【００４６】回折光学素子２３として使用する場合、回
折格子１１を図７に示した円弧状とし、凹面ミラー２２
からの光が回折格子１１の周期方向（ｘ方向）に沿って
入射するように配置するとよい。凹面ミラー２２、２４
により非点収差が発生するが、その非点収差を補正する
ことが可能になる。

【００４７】第３の実施形態である撮像装置３の構成を
図９に模式的に示す。撮像装置３は、光を電気信号に変
換することにより撮影を行うもので、撮影対象からの光
を結像させる撮像光学系として、２つのレンズ群３１、
３４、回折光学素子３２、および絞り３３を備えてお
り、撮影光学系による結像面に、撮像素子としてエリア
センサ３５を備えている。

【００４８】回折光学素子３２としては第１の実施形態
の回折光学素子１を透過型として用いるが、基板１０は
両面を凹面とされており、回折光学素子３２は凹レンズ
としても機能する。回折格子１１は同心円状に設定され
ており、第１、第２の領域１１ａ、１１ｂも、図６の
（ｂ）に示したように同心円の帯状とされている。

【００４９】撮影対象からの光には、レンズ群３１、３
４や凹レンズとしての回折光学素子３２による屈折で、
色収差が発生するが、回折光学素子３２による回折でこ
れを補正することができる。したがって、色ずれのない
質の高い像を提供することが可能である。色収差の発生
はレンズ群３１、３４に含まれるレンズの数を増すこと
でも抑えられるが、回折光学素子３２を備えれば、レン
ズの数を増さなくても色収差の補正が可能である。

【００５０】以上、回折光学素子１ならびにこれを利用
した分光装置２および撮像装置３の実施形態について説
明したが、本発明の回折光学素子は、ここに示した例に
限らず、様々な光学装置に利用することが可能である。
例えば、分光測色器、光ピックアップ、光通信デバイ
ス、レーザビームプリンタ、複写機、顕微鏡等に用いて
も、広い波長範囲の光に対して回折効率が略一定である
という特徴が生かされる。

【００５１】

【発明の効果】１周期の断面が段差の等しい階段状の回
折格子を有し、回折格子が、１周期内の段数が一定で、
１周期内の最大高低差が一定の第１の領域と、１周期内
の段数が一定で第１の領域の１周期内の段数に等しく、
１周期内の最大高低差が一定で第１の領域の１周期内の
最大高低差の２倍の第２の領域より成る本発明の回折光
学素子では、波長比が１：２の第１の波長の光と第２の
波長の光の双方を、回折格子の段数に応じた最高の回折
効率で回折させることが可能である。また、第１、第２
の波長に応じて第１、第２の領域の面積比を定めること
で、回折効率を第１の波長から第２の波長までを含む広
い波長範囲の全体にわたって略一定にすることができ
る。しかも、第１の領域の一部の水平面と第２の領域の
一部の水平面をエッチングにより同時に形成することが
できるため、作製効率にも優れている。

【００５２】第１の領域と第２の領域が回折格子の全体
にわたって略均一に分布している構成では、巨視的に見
て回折格子のどの部位にも第１の領域と第２の領域が一
定の面積比で存在することになり、部位間で回折効率に
差が生じない。したがって、光の入射位置の自由度が高
くなる。

【００５３】入射角が０°のときの第１の領域の最高の
回折効率の波長を３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下と
すると、入射角が０°から大きく離れない限り、可視光
全体を略一定の回折効率で回折させることが可能になっ
て、用途の広い素子となる。

【００５４】また、第１の領域の総面積を第２の領域の
総面積の１.７倍以上かつ２.６倍以下とすると、可視光
全体に対する回折効率の一定度を特に高くすることがで
きる。

【００５５】光を波長に応じて分離させる光学系の一部
に、上記の特長を有する回折光学素子を備えた本発明の
分光装置では、分離後の光の強度を波長にかかわらず略
一定にすることができる。したがって、波長に応じて強
度を補正する必要のない使い易い分光装置となる。

【００５６】また、光を結像させる光学系の一部に、上
記の特長を有する回折光学素子を備えた本発明の撮像装
置では、レンズによる屈折で生じる色収差を回折光学素
子により良好に補正することが可能である。したがっ
て、色むらのない良質の像を提供する撮像装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の回折光学素子の回折格子の
領域を示す平面図。

【図２】上記回折光学素子の回折格子の等高線図。

【図３】上記回折光学素子の回折格子の断面図。

【図４】上記回折光学素子の回折効率を示す図。

【図５】上記回折光学素子の回折格子を作製する工程
を示す断面図。

【図６】上記回折光学素子の回折格子の領域の変形例
を示す平面図。

【図７】上記回折光学素子の回折格子の変形例の等高
線図。

【図８】第２の実施形態の分光装置の構成を模式的に
示す図。

【図９】第３の実施形態の撮像装置の構成を模式的に
示す図。

【図１０】従来の回折光学素子の回折効率を示す図。

【図１１】従来の他の回折光学素子の回折効率を示す
図。

【符号の説明】

１回折光学素子１０基板１１回折格子１１ａ第１の領域１１ｂ第２の領域２分光装置２１光束規制板２１ａスリット２２凹面ミラー２３回折光学素子２４凹面ミラー２５センサ３撮像装置３１レンズ群３２回折光学素子３３絞り３４レンズ群３５撮像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１周期の断面が段差の等しい階段状の回
折格子を有する回折光学素子において、回折格子が、１周期内の段数が一定で、１周期内の最大
高低差が一定の第１の領域と、１周期内の段数が一定で
第１の領域の１周期内の段数に等しく、１周期内の最大
高低差が一定で第１の領域の１周期内の最大高低差の２
倍の第２の領域より成ることを特徴とする回折光学素
子。
【請求項２】第１の領域と第２の領域が回折格子の全
体にわたって略均一に分布してい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】入射角が０°のときの第１の領域の最高
の回折効率の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の回折光学素子。
【請求項４】第１の領域の総面積が第２の領域の総面
積の１.７倍以上かつ２.６倍以下であることを特徴とす
る請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回折
光学素子。
【請求項５】光を波長に応じて分離させる光学系の一
部に、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の
回折光学素子を備えることを特徴とする分光装置。
【請求項６】光を結像させる光学系の一部に、請求項
１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回折光学素子
を備えることを特徴とする撮像装置。