JP2003004925A - Optical element - Google Patents

Optical element

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JP2003004925A
JP2003004925A JP2001187778A JP2001187778A JP2003004925A JP 2003004925 A JP2003004925 A JP 2003004925A JP 2001187778 A JP2001187778 A JP 2001187778A JP 2001187778 A JP2001187778 A JP 2001187778A JP 2003004925 A JP2003004925 A JP 2003004925A
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JP
Japan
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optical element
incident
bzp
shape
monochromatic light
Prior art date
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Application number
JP2001187778A
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Japanese (ja)
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Ryo Saito
涼 齊藤
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element in which functions as a beam splitter and a light converging function are integrated and which can be easily mass-produced at a low cost. SOLUTION: The optical element diffracts an incident monochromatic beam 13 to branch into a plurality of diffracted monochromatic beams 14A to 14E and condensing a plurality of the branched diffracted monochromatic beams 14A to 14E to the respective beam spot positions 15A to 15E different from one another, with the different beam spot positions 15A to 15E disposed in a specified arrangement. In the optical element, a plurality of binary zone plates 21A to 21E to diffract the incident monochromatic beam 13 to converge to the specified beam spot positions 15A to 15E are disposed together as one body.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光を回折する光学素
子に係り、特に入射ビームを複数本の出射ビームに分岐
するビームスプリッタ機能と分岐した出射ビームをそれ
ぞれ結像・集光する集光機能とを併せ持つ光学素子に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element for diffracting light, and more particularly to a beam splitter function for splitting an incident beam into a plurality of outgoing beams and a condensing function for focusing / focusing the split outgoing beams. And an optical element having both.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気カードはプリペイドカード、
クレジットカード、キャッシュカード等として、広く用
いられており、直接に現金の授受を伴わない、いわゆる
キャッシュレス社会に貢献している。しかし、磁気カー
ドにおいては、記録媒体が磁気記録層であるので、記録
内容を比較的容易に判読することが可能であり、その結
果、磁気カードを偽造することが容易であることより、
テレフォンカードやクレジットカードが大量に偽造され
て不正に使用されることが多く、社会問題化している。
2. Description of the Related Art Conventionally, magnetic cards are prepaid cards,
It is widely used as a credit card, cash card, etc., and contributes to a so-called cashless society that does not directly send and receive cash. However, in the magnetic card, since the recording medium is the magnetic recording layer, it is possible to read the recorded contents relatively easily, and as a result, it is easy to forge the magnetic card.
A large number of telephone cards and credit cards are forged and used illegally, which has become a social problem.

【0003】このような各種カードの偽造や不正使用に
対処するために、従来の単純な磁気記録方式の磁気カー
ドに代えて、不正な判読が困難である複雑な記録方式を
採用した磁気カードやICカードが提案されているが、
これらのカードを採用するには、コストが高くなるとい
う問題がある。
In order to cope with such forgery and unauthorized use of various cards, a magnetic card adopting a complicated recording method that is difficult to read illegally is used instead of the conventional simple magnetic recording type magnetic card. IC cards have been proposed,
Adopting these cards has a problem of high cost.

【0004】一方、偽造や不正な判読が困難な別の記録
方法として、回折格子やホログラムを用いた光学的記録
方法が、例えば、特開平3−71383号公報、特開平
5−73738号公報等において提案・開示されてい
る。上記の公報に示される従来の光学的記録方法におい
ては、カードに記録されているホログラムによる光の反
射強度が所定値か否かあるいは所定値以上か否かを検出
・判定する方法や、回折格子やホログラムにより反射さ
れる反射光の複数の異なる光路を検出する方法であるの
で、カードが真正品か偽造品であるかを識別することに
は有用である。
On the other hand, as another recording method which is difficult to counterfeit or illegally read, an optical recording method using a diffraction grating or a hologram is disclosed in, for example, JP-A-3-71383 and JP-A-5-73738. Proposed and disclosed in. In the conventional optical recording method disclosed in the above publication, a method for detecting / determining whether or not the reflection intensity of light by a hologram recorded on a card is a predetermined value or a predetermined value or more, a diffraction grating Since this is a method of detecting a plurality of different optical paths of reflected light reflected by a hologram, it is useful for identifying whether the card is a genuine product or a counterfeit product.

【0005】しかしながら、例えばプリペイドカードに
書き換え記録される残余の金額や、キャッシュカードに
記録されている暗証番号やカード番号等を記録するため
には適さず、これらの情報を、上記公報に示される従来
の光学的記録方法を用いて記録しようとすると、莫大な
数のホログラムを配置する必要があリ、カードの製造に
もコストがかかり、他方、これらの記録情報を精度よく
再生しようとすると、読み取り装置が非常に複雑なもの
となり、極めて多大なコストを必要とし、このため実現
困難なものと思われる。
However, it is not suitable for recording, for example, the remaining amount of money rewritten and recorded on a prepaid card, the personal identification number or the card number recorded on a cash card, and such information is disclosed in the above publication. If you try to record using a conventional optical recording method, it is necessary to arrange a huge number of holograms, cost is also required to manufacture the card, on the other hand, if you try to reproduce these recorded information with high accuracy, The reader becomes very complicated and very expensive, which makes it difficult to implement.

【0006】これらを考慮して、本出願人は先に特開平
10−143603号公報、特開平10−171334
号公報において、プリペイドカードに記録される金額
や、キャッシュカードにおける暗証番号やカード番号等
の複雑な情報を記録する場合に好適であり、低コストな
光カードと、この光カードの読み取り装置を提案してい
る。
In view of the above, the present applicant has previously proposed Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-143603 and 10-171334.
In Japanese Patent Publication, it is suitable for recording complicated information such as the amount of money recorded on a prepaid card, a personal identification number and a card number in a cash card, and proposes a low-cost optical card and a reading device for this optical card. is doing.

【0007】図11は、第1従来例の光学素子を用いた
単色光発生装置を示す斜視構成図であり、上述の読み取
り装置において用いられている単色光発生装置を示して
いる。単色光発生装置40においては、レーザダイオー
ド(LD)や発光ダイオード(LED)等を光源として
用いて、それらから出射される単色光46aを屈折レン
ズ42で集光し、この集光された単色光46bをピンホ
ール43により照射範囲を制限し、このように得られた
単色光46cをビームスプリッタ44により複数本(例
えば7本)のビーム45に分岐して再生を行う。このよ
うな単色光発生装置40においては、屈折レンズ42、
ビームスプリッタ44、ピンホール43を精密に組み立
て配置して、光学素子40Aが得られるが、ビーム45
が傾かないようにするため、組み立て調整において極め
て高い精度を要求されるので、多大なコストを要すると
いう問題点がある。
FIG. 11 is a perspective structural view showing a monochromatic light generating device using the optical element of the first conventional example, and shows the monochromatic light generating device used in the above-mentioned reading device. In the monochromatic light generator 40, a laser diode (LD), a light emitting diode (LED), or the like is used as a light source, and monochromatic light 46a emitted from them is condensed by a refraction lens 42, and the condensed monochromatic light is generated. The irradiation range of 46b is limited by the pinhole 43, and the monochromatic light 46c thus obtained is branched by the beam splitter 44 into a plurality of (for example, seven) beams 45 for reproduction. In such a monochromatic light generator 40, the refraction lens 42,
The beam splitter 44 and the pinhole 43 are precisely assembled and arranged to obtain the optical element 40A.
Therefore, there is a problem that a great deal of cost is required because extremely high accuracy is required in the assembly adjustment in order to prevent tilting.

【0008】これに対して、本出願人は特開2000−
66074号公報において、改善した光学素子を提案し
ている。以下、第2従来例として説明する。図12は、
第2従来例の光学素子を示す断面構成図である。第1従
来例を改善した第2従来例の光学素子50においては、
屈折レンズ52、ビームスプリッタ54、ピンホール5
3は一体化されて形成されている。
On the other hand, the applicant of the present invention has disclosed that
In Japanese Patent No. 66074, an improved optical element is proposed. Hereinafter, a second conventional example will be described. Figure 12
It is a cross-sectional block diagram which shows the optical element of a 2nd prior art example. In the optical element 50 of the second conventional example improved from the first conventional example,
Refraction lens 52, beam splitter 54, pinhole 5
3 is formed integrally.

【0009】図13は、第2従来例の光学素子の製造工
程を説明するための図である。第2従来例の光学素子5
0は、次のように製造される。まず、スタンパ57を作
成する。それには、1本の入射ビームが任意の複数本の
出射ビームに分岐するように、ビームスプリッタ54と
なる回折格子状の凹凸パターンを生成する。この凹凸パ
ターンを電子ビーム描画装置によってシリコン原盤に形
成し、シリコン原盤から凹凸パターンを複製してスタン
パ57を形成する。また、屈折レンズ52を形成するた
めの屈折レンズ金型55を別途作成する。
FIG. 13 is a view for explaining the manufacturing process of the optical element of the second conventional example. Second conventional optical element 5
0 is manufactured as follows. First, the stamper 57 is created. To this end, a diffraction grating-shaped concave-convex pattern serving as the beam splitter 54 is generated so that one incident beam is branched into an arbitrary plurality of outgoing beams. This concave-convex pattern is formed on a silicon master by an electron beam drawing apparatus, and the stamper 57 is formed by replicating the concave-convex pattern from the silicon master. Further, a refraction lens mold 55 for forming the refraction lens 52 is separately prepared.

【0010】次に、このスタンパ57と屈折レンズ金型
55を所定の配置で成型機に取り付け、レンズ材料の樹
脂58を注入孔56から注入して、屈折レンズ52とビ
ームスプリッタ54を一体化形成する。必要によって
は、このビームスプリッタ54のビームの出射する側の
表面上に、スパッタリング法等を用いて金属薄膜を形成
することにより、ピンホール53を形成し、第2従来例
の光学素子50を得る。
Next, the stamper 57 and the refraction lens mold 55 are attached to the molding machine in a predetermined arrangement, and the resin 58 of the lens material is injected through the injection hole 56 to integrally form the refraction lens 52 and the beam splitter 54. To do. If necessary, a pinhole 53 is formed by forming a metal thin film on the surface of the beam splitter 54 on the side where the beam is emitted by using a sputtering method or the like, and the optical element 50 of the second conventional example is obtained. .

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
製造方法による第2従来例の光学素子50であれば、一
体化した光学素子50であるので、第1従来例の光学素
子40Aのように組み立て調整精度は要求されず、装置
を作製する際のコスト削減につながる。しかし、ビーム
スプリッタ54用のスタンパ57と屈折レンズ52用の
屈折レンズ金型55が別々であるので、このような一体
化した光学素子50は双方の型を形成するコスト、双方
の型を成型機に取り付ける調整精度を要し、それに応じ
てコストがかかるという問題があった。
By the way, since the optical element 50 of the second conventional example manufactured by such a manufacturing method is an integrated optical element 50, it is the same as the optical element 40A of the first conventional example. Assembling and adjusting accuracy is not required, which leads to cost reduction when manufacturing the device. However, since the stamper 57 for the beam splitter 54 and the refraction lens mold 55 for the refraction lens 52 are separately provided, such an integrated optical element 50 has a cost of forming both dies, and a molding machine for both dies. There is a problem in that adjustment accuracy is required to be attached to and the cost is accordingly increased.

【0012】そこで本発明は上記問題点に鑑みて、安価
にかつ容易に大量に製造することができるビームスプリ
ッタ機能と集光機能を一体化した光学素子を提供するこ
とを目的とするものである。
In view of the above problems, it is therefore an object of the present invention to provide an optical element having a beam splitter function and a light converging function integrated, which can be manufactured inexpensively and easily in large quantities. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、第1の発明は、入射する1本の入射単色
光ビーム13を回折して複数(5)本の回折単色光ビー
ム14A,14B,14C,14D,14Eに分岐し、
分岐した前記複数本の回折単色光ビーム14A,14
B,14C,14D,14Eをそれぞれ異なるビームス
ポット位置15A、15B、15C,15D,15Eに
集光し、前記異なるビームスポット位置15A、15
B、15C,15D,15Eを所定配列に配置してある
光学素子において、前記入射単色光ビーム13を回折し
て所定の前記ビームスポット位置15A、15B、15
C,15D,15Eに集光するためのバイナリ・ゾーン
・プレート21A,21B,21C,21D,21E
を、複数(5)個一体的に配置したことを特徴とする光
学素子21である。
As a means for achieving the above object, the first invention is to diffract one incident monochromatic light beam 13 which is incident, and to diffract a plurality of (5) diffracted monochromatic light beams 14A. , 14B, 14C, 14D, 14E,
The plurality of branched diffractive monochromatic light beams 14A, 14
B, 14C, 14D, and 14E are focused on different beam spot positions 15A, 15B, 15C, 15D, and 15E, and the different beam spot positions 15A and 15E are collected.
In an optical element in which B, 15C, 15D, and 15E are arranged in a predetermined array, the incident monochromatic light beam 13 is diffracted and predetermined beam spot positions 15A, 15B, and 15 are formed.
Binary zone plates 21A, 21B, 21C, 21D, 21E for focusing on C, 15D, 15E
The optical element 21 is characterized in that a plurality of (5) are arranged integrally.

【0014】また、第2の発明は、第1の発明におい
て、前記バイナリ・ゾーン・プレート上に、前記入射単
色光ビームの形状を制限するピンホールを配置したこと
を特徴とするものである。
A second invention is characterized in that, in the first invention, a pinhole for limiting the shape of the incident monochromatic light beam is arranged on the binary zone plate.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings by way of preferred embodiments.

【0016】<実施例>まず、本発明の光学素子の実施
例で用いるバイナリ・ゾーン・プレートについて説明す
る。図1は本発明の光学素子に適用するバイナリ・ゾー
ン・プレートを説明するための断面形状図であリ、図1
の(a)は屈折レンズを、図1の(b)はフレネルレン
ズを、図1の(c)はバイナリ・ゾーン・プレートをそ
れぞれ示す。なお断面形状図は中央部の断面を示してい
る。
<Example> First, a binary zone plate used in an example of the optical element of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional shape diagram for explaining a binary zone plate applied to the optical element of the present invention.
1A shows a refracting lens, FIG. 1B shows a Fresnel lens, and FIG. 1C shows a binary zone plate. The cross-sectional shape diagram shows the cross section of the central portion.

【0017】図1の(a)に示される屈折レンズ10
は、その凸レンズ形状1を有しており、3個の等位相面
2a,2b,2cを含むものである。図1の(b)に示
されるフレネルレンズ3は、屈折レンズ10の凸レンズ
形状1から等位相面2a,2b,2cを取り除き、最適
化することにより得られるブレーズ形状の輪帯状レンズ
形状1a、1b、1c、1dから構成される。
Refractive lens 10 shown in FIG. 1 (a).
Has the convex lens shape 1 and includes three equal phase surfaces 2a, 2b, 2c. The Fresnel lens 3 shown in FIG. 1B has a blazed annular lens shape 1a, 1b obtained by optimizing the convex lens shape 1 of the refractive lens 10 by removing the equal phase surfaces 2a, 2b, 2c. 1c and 1d.

【0018】図1の(c)には、輪帯状レンズ形状1
a,1b,1c,1dをそれぞれ位相レベルMの階段形
状1a’,1b’,1c’,1d’でデジタル的に近似
して得られるバイナリ・ゾーン.プレート4(Bina
ry Zone Plate:以下、単にBZPともい
う)が示されている。このBZP4は、フレネルレンズ
3と同様、屈折レンズ10が示す集光機能(すなわち、
入射ビームを所定の焦点距離で結像する機能である)を
有する。ここでは、M=4、すなわち階段状段差を3段
で近似しているが、Mの値(位相レベル)は、後に説明
するように回折・集光効率とも関連するが任意に設定で
きるものである。
FIG. 1 (c) shows an annular lens shape 1
Binary zone obtained by digitally approximating a, 1b, 1c, 1d by step shapes 1a ', 1b', 1c ', 1d' of phase level M, respectively. Plate 4 (Bina
ry Zone Plate: hereinafter also simply referred to as BZP). Like the Fresnel lens 3, the BZP 4 has a light collecting function (that is,
It has a function of forming an image of an incident beam at a predetermined focal length). Here, M = 4, that is, the step difference is approximated by three steps, but the value of M (phase level) is related to the diffraction / collection efficiency as will be described later, but can be set arbitrarily. is there.

【0019】次に、BZP4の形成方法を説明する。図
2はバイナリ・ゾーン・プレートを製造するための製造
工程図である。まず、図2の(a)に示すように、あら
かじめ、BZPの階段形状の各段の平坦部を示すパター
ンを有するフォトマスク7を作成する。これには、透明
基板上に形成したフォトレジストの所定部を電子ビーム
描画装置によって感光することによって、遮光部7aと
透明部7bからなるフォトマスクを作製する。このフォ
トマスク7を、所定厚さのフォトレジスト6を塗布した
シリコン原盤5上に配置し、例えばUV光8を照射し
て、フォトマスク7の透明部7bに対応するフォトレジ
スト6の部分を露光して露光部6bを形成し、それ以外
を非露光部6aとして残す。
Next, a method of forming BZP4 will be described. FIG. 2 is a manufacturing process diagram for manufacturing a binary zone plate. First, as shown in FIG. 2A, a photomask 7 having a pattern showing a flat portion of each step of the BZP step shape is prepared in advance. To this end, a predetermined portion of the photoresist formed on the transparent substrate is exposed to light by an electron beam drawing device to produce a photomask composed of a light shielding portion 7a and a transparent portion 7b. This photomask 7 is arranged on a silicon master 5 coated with a photoresist 6 having a predetermined thickness, and, for example, UV light 8 is irradiated to expose the portion of the photoresist 6 corresponding to the transparent portion 7b of the photomask 7. Thus, the exposed portion 6b is formed, and the other portions are left as the non-exposed portion 6a.

【0020】次に、図2の(b)に示すように、フォト
レジスト6を所定の現像液で現像し、露光部6bを除去
し、非露光部6aをシリコン原盤5上に残す。次に、図
2の(c)に示すように、フォトレジスト6の非露光部
6aをマスクとして、シリコン原盤5を所定のエッチン
グ液でエッチングして、所定深さのパターンを有する凹
部5bを形成し、その後フォトレジスト6を除去する。
これにより、所定深さを有する第1の階段形状がシリコ
ン原盤5上に形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, the photoresist 6 is developed with a predetermined developing solution to remove the exposed portion 6b and leave the non-exposed portion 6a on the silicon master 5. Next, as shown in FIG. 2C, the silicon master 5 is etched with a predetermined etching solution using the non-exposed portion 6a of the photoresist 6 as a mask to form a recess 5b having a pattern with a predetermined depth. After that, the photoresist 6 is removed.
As a result, the first staircase shape having a predetermined depth is formed on the silicon master 5.

【0021】以上の工程を、各段に応じて繰り返すこと
により、シリコン原盤5上にBZPを形成する。このシ
リコン原盤5から複製によってスタンパを形成し、この
スタンパを用いた射出成形法などにより、透明樹脂を成
形して、BZPを得る。M=2Nレベルのときには、N
枚のフォトマスクを用いて、N回の露光、現像、エッチ
ングを繰り返してBZPをシリコン原盤に形成すること
ができる。この技術については、例えば、文献 A.O
KAZAKI et al.:JOELVol.9 S
upp. Optics for Informati
onInfrastracture(1998)pp.
356−358等に記載されている。
By repeating the above steps according to each stage, BZP is formed on the silicon master 5. A stamper is formed from this silicon master 5 by duplication, and a transparent resin is molded by an injection molding method using this stamper to obtain BZP. When M = 2 N level, N
BZP can be formed on the silicon master by repeating exposure, development and etching N times using a single photomask. This technique is described, for example, in Document A. O
KAZAKI et al. : JOEL Vol. 9 S
upp. Optics for Information
on Infrastructure (1998) pp.
356-358 and the like.

【0022】ところで、BZPの回折効率の理論値は、
M=8のとき95.5%、M=16のとき98.7%、
M=32のとき99.7%である。上述の製造方法によ
れば、M=8のBZPを形成する場合は3枚のマスク
で、M=16の場合は4枚のマスクで、BZPを形成す
ることができるので、数枚のマスクで高効率なBZPを
作製できる。理論上はMの値を大きくすればするほど、
回折効率は限りなく100%に近づくが、この場合には
階段1段あたりのエッチング深さが浅くなるため、エッ
チング深さ精度の限界に達し、エッチングが不可能にな
る。回折効率、エッチング深さ精度、コスト面から考え
て、M=8,16,32が特に好適であり、屈折レンズ
に匹敵した集光特性、すなわち回折効率が得られる。
By the way, the theoretical value of the diffraction efficiency of BZP is
95.5% when M = 8, 98.7% when M = 16,
When M = 32, it is 99.7%. According to the above manufacturing method, BZP can be formed with three masks when forming BZP with M = 8 and with four masks when M = 16. A highly efficient BZP can be manufactured. Theoretically, the larger the value of M,
The diffraction efficiency approaches 100% without limit, but in this case, the etching depth per staircase becomes shallow, and the etching depth accuracy reaches its limit, making etching impossible. Considering the diffraction efficiency, the etching depth accuracy, and the cost, M = 8, 16, and 32 is particularly preferable, and the condensing characteristics comparable to the refractive lens, that is, the diffraction efficiency is obtained.

【0023】以上説明してきたBZPには、オンアキシ
スBZPとオフアキシスBZPの2種類がある。図3は
バイナリ・ゾーン・プレートの輪帯形状を示す上面図で
ある。図3の(a)にはオンアキシスBZP11を、図
3の(b)にはオフアキシスBZP12をそれぞれ示
す。
There are two types of BZP described above, on-axis BZP and off-axis BZP. FIG. 3 is a top view showing an annular shape of the binary zone plate. FIG. 3A shows the on-axis BZP11, and FIG. 3B shows the off-axis BZP12.

【0024】オンアキシスBZP11においては、開口
の中心11kc(幾何学的な形状の中心)とBZPの中
心11cが一致する。オフアキシスBZP12において
は、開口の中心12kcとBZPの中心12cが一致し
ない。同心円状あるいは円弧状のものは輪帯と呼ばれ
る。BZPの形状、すなわち、輪帯形状,輪帯幅及び輪
帯間隔はBZPとBZPにより集光されて形成されるビ
ームスポットの位置(ビームスポット位置)との位置関
係で決まる。図3では開口形状が矩形の場合を示してあ
るが、開口形状は円形、長円形等の任意の開口形状にで
きる。
In the on-axis BZP11, the center 11kc of the opening (the center of the geometric shape) and the center 11c of the BZP coincide with each other. In the off-axis BZP12, the center 12kc of the opening does not coincide with the center 12c of the BZP. Concentric circles or arcs are called ring zones. The shape of the BZP, that is, the ring shape, the ring width, and the ring spacing is determined by the positional relationship between the BZP and the position of the beam spot formed by the BZP (beam spot position). Although FIG. 3 shows the case where the opening shape is a rectangle, the opening shape can be an arbitrary opening shape such as a circular shape or an oval shape.

【0025】次に、BZPの入射光の回折方向を説明す
る。図4はバイナリ・ゾーン・プレートの入射光の回折
方向を説明するための斜視図である。図4の(a)に
は、オンアキシスBZPの入射光の回折方向、図4の
(b)にはオフアキシスBZPの入射光の回折方向を示
している。図4の(c)には、図4の(a),図4の
(b)に共通する空間座標軸を示してある。
Next, the diffraction direction of the incident light of BZP will be described. FIG. 4 is a perspective view for explaining the diffraction direction of incident light on the binary zone plate. FIG. 4A shows the diffraction direction of the incident light of the on-axis BZP, and FIG. 4B shows the diffraction direction of the incident light of the off-axis BZP. FIG. 4 (c) shows the spatial coordinate axes common to FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b).

【0026】BZP11,12の入射面(表面)はx−
y平面に平行であり、いずれのBZP11,12に入射
する入射ビーム13(入射光)もz軸に平行である。オ
ンアキシスBZP11の場合、z軸に平行な回折ビーム
14を出射する。z軸上のビームスポット位置座標(回
折ビーム14が焦点を結ぶ焦点位置座標)(0,0,z
f)を指定することにより、オンアキシスBZPの形状
が決まる。
The incident surface (surface) of the BZPs 11 and 12 is x-
The incident beam 13 (incident light) incident on any of the BZPs 11 and 12 is parallel to the y-plane and parallel to the z-axis. In the case of the on-axis BZP 11, the diffracted beam 14 parallel to the z axis is emitted. Beam spot position coordinates on the z axis (focus position coordinates at which the diffracted beam 14 focuses) (0, 0, z
By specifying f ), the shape of the on-axis BZP is determined.

【0027】一方、オフアキシスBZP12の場合、3
次元空間でのビームスポット位置座標(xf,yf
f)を指定すれば、オフアキシスBZPの形状が決ま
る。オフアキシスBZPの表面に垂直に単色光ビームで
ある入射ビーム13が入射すると、BZPの形状によっ
て定まる回折角θ(角度の大きさは任意に設定できる)
で入射ビーム13が回折されて、回折ビーム14’とし
て出射される。ここで、上述のようにオンアキシスBZ
P11はオフアキシスBZP12において、ビームスポ
ット位置座標を、x=0,y=0とした場合に対応する
のであるから、以下、オンアキシスBZP11、オフア
キシスBZP12をまとめて、単にBZPと表記し、B
ZPは任意の方向に入射ビーム13を回折するものとし
て説明する。
On the other hand, in the case of off-axis BZP12, 3
Beam spot position coordinates (x f , y f ,
The shape of the off-axis BZP is determined by specifying z f ). When the incident beam 13, which is a monochromatic light beam, is incident vertically on the surface of the off-axis BZP, the diffraction angle θ determined by the shape of the BZP (the size of the angle can be set arbitrarily).
The incident beam 13 is diffracted by and is emitted as a diffracted beam 14 '. Here, as described above, the on-axis BZ
Since P11 corresponds to the case where the beam spot position coordinates are x = 0, y = 0 in the off-axis BZP12, hereinafter, the on-axis BZP11 and the off-axis BZP12 are collectively referred to simply as BZP, and
The ZP is described as diffracting the incident beam 13 in an arbitrary direction.

【0028】次に、本発明の光学素子の実施例について
説明する。図5は本発明の光学素子の実施例を示す構成
図である。図5の(a)には、入射ビーム13、光学素
子21、回折ビーム及びビームスポット焦点位置の関係
が示されており、図5の(b)には、光学素子21の上
面図が示されている。実施例の光学素子21は5個のB
ZP21A、21B,21C,21D,21Eより構成
される。中央に直径1000μmの円状のBZP21E
を配置し、その周りに、中心角90°であり外直径35
00μm、内直径1000μmの環状扇形をしたBZP
21A,21B,21C,21Dを配置してある。
Next, examples of the optical element of the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram showing an embodiment of the optical element of the present invention. FIG. 5A shows the relationship among the incident beam 13, the optical element 21, the diffracted beam and the focal point of the beam spot, and FIG. 5B shows a top view of the optical element 21. ing. The optical element 21 of the embodiment has five B
It is composed of ZPs 21A, 21B, 21C, 21D and 21E. A circular BZP21E with a diameter of 1000 μm in the center
Is arranged around it, with a central angle of 90 ° and an outer diameter of 35
An annular fan-shaped BZP with a diameter of 00 μm and an inner diameter of 1000 μm
21A, 21B, 21C and 21D are arranged.

【0029】x−y−z空間座標において、光学素子2
1の中心座標を(0,0,0)とし、入射ビーム13は
z軸に平行に入射し、光学素子21の表面(入射ビーム
13の入射する面)は、xy面に平行である。入射ビー
ム13は各BZP21A,21B,21C、21D,2
1Eに、設計上その中心座標に入射されて(実際は全面
に入射される)、それぞれ回折されて回折ビーム14
A,14B,14C,14D,14Eとして出射され、
ビームスポット焦点位置15A,15B、15C,15
D,15Eに集光するようにする。
Optical element 2 in x-y-z space coordinates.
The center coordinate of 1 is (0, 0, 0), the incident beam 13 is incident parallel to the z-axis, and the surface of the optical element 21 (the surface on which the incident beam 13 is incident) is parallel to the xy plane. The incident beam 13 is formed by each BZP 21A, 21B, 21C, 21D, 2
1E is incident on its center coordinates by design (actually, it is incident on the entire surface), and is diffracted to obtain a diffracted beam 14 respectively.
Emitted as A, 14B, 14C, 14D, 14E,
Beam spot focal position 15A, 15B, 15C, 15
Focus on D and 15E.

【0030】BZP21Aにおいては、入射ビーム13
はz軸に平行に、x=−875μm、y=875μmの
位置(中心座標)に入射し、回折ビーム14Aはx方向
に−1.59度、y方向に0度回折され、x=−27
8.6μm、y=0μm、z=10000μmの位置に
あるビームスポット焦点位置15Aに集光するようにす
る。BZP21Bにおいては、入射ビーム13はz軸に
平行に、x=−875μm、y=−875μmの位置
(中心座標)に入射し、回折ビーム14Bはx方向に−
3.18度、y方向に0度回折され、x=−557.1
μm、y=0μm、z=10000μmの位置にあるビ
ームスポット焦点位置15Bに集光するようにする。
In the BZP21A, the incident beam 13
Is incident on the position (center coordinates) of x = −875 μm and y = 875 μm parallel to the z axis, and the diffracted beam 14A is diffracted by −1.59 degrees in the x direction and 0 degrees in the y direction, and x = −27.
The light is focused on the beam spot focal position 15A at a position of 8.6 μm, y = 0 μm, and z = 10000 μm. In the BZP21B, the incident beam 13 is incident on the position (center coordinate) of x = −875 μm and y = −875 μm parallel to the z axis, and the diffracted beam 14B is − in the x direction.
3.18 degree, 0 degree in the y direction, x = −557.1
The light is focused on the beam spot focal position 15B at the positions of μm, y = 0 μm, and z = 10000 μm.

【0031】BZP21Cにおいては、入射ビーム13
はz軸に平行に、x=875μm、y=−875μmの
位置(中心座標)に入射し、回折ビーム14Cはx方向
に1.59度、y方向に0度回折され、x=278.6
μm、y=0μm、z=10000μmの位置にあるビ
ームスポット焦点位置15Cに集光するようにする。B
ZP21Dにおいては、入射ビーム13はz軸に平行
に、x=875μm、y=875μmの位置(中心座
標)に入射し、回折ビーム14Dはx方向に3.18
度、y方向に0度回折され、x=557.1μm、y=
0μm、z=10000μmの位置にあるビームスポッ
ト焦点位置15Dに集光するようにする。
In the BZP21C, the incident beam 13
Is incident on a position (center coordinate) of x = 875 μm and y = −875 μm parallel to the z-axis, and the diffracted beam 14C is diffracted by 1.59 ° in the x direction and 0 ° in the y direction, and x = 278.6.
The light is focused on the beam spot focal position 15C at the positions of μm, y = 0 μm, and z = 10000 μm. B
In the ZP21D, the incident beam 13 is incident on the position (center coordinate) of x = 875 μm and y = 875 μm parallel to the z axis, and the diffracted beam 14D is 3.18 in the x direction.
Degree, 0 degree in the y direction, x = 557.1 μm, y =
The light is focused on the beam spot focal position 15D at a position of 0 μm and z = 10000 μm.

【0032】BZP21Eにおいては、入射ビーム13
はz軸に平行に、x=0μm、y=0μmの位置(中心
座標)に入射し、回折ビーム14Eはx方向に0度、y
方向に0度回折され、x=0μm、y=0μm、z=1
0000μmの位置にあるビームスポット焦点位置15
Eに集光するようにする。これらの条件は、以下の表1
にまとめて示してある。
In the BZP21E, the incident beam 13
Is incident on the position (center coordinate) of x = 0 μm and y = 0 μm parallel to the z-axis, and the diffracted beam 14E is 0 ° in the x-direction, y
Direction is diffracted by 0 degree, x = 0 μm, y = 0 μm, z = 1
Beam spot focal position 15 at 0000 μm position
Focus on E. These conditions are shown in Table 1 below.
Are summarized in.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】以上の条件を下記に適用して、各BZP2
1A,21B,21C,21D,21Eの凹凸パターン
を表すφ(x、y)を計算する。各BZP21A,21
B,21C,21D,21Eのパターンφ(x、y)は
光学素子21の中心を原点(0,0,0)として、各ビ
ームスポット焦点位置15A、15B,15C,15
D,15Eを3次元空間の位置座標(xf,yf,z f
とし、各BZP21A,21B,21C,21D,21
Eの中心座標を(xb,yb,0)とすると、 φ(x、y) =mod(((x−xf+xb2+(y−yf+yb2+zf 21/2,λ) (1)式 により計算できる。ただし、mod(a,b)はaをb
で割った余り、λは光学素子21に入射する単色光ビー
ムである入射ビーム13の波長を表す。
Applying the above conditions to the following, each BZP2
Concavo-convex pattern of 1A, 21B, 21C, 21D, 21E
Calculate φ (x, y) that represents Each BZP21A, 21
The pattern φ (x, y) of B, 21C, 21D, 21E is
With the center of the optical element 21 as the origin (0,0,0),
Focal spot focus positions 15A, 15B, 15C, 15
D and 15E are position coordinates (xf, Yf, Z f)
And each BZP 21A, 21B, 21C, 21D, 21
The center coordinate of E is (xb, Yb, 0) φ (x, y) = Mod (((xxf+ Xb)2+ (Y-yf+ Yb)2+ Zf 2)1/2, Λ)                                                           Formula (1) Can be calculated by However, mod (a, b) is a for b
The remainder divided by λ is the monochromatic light beam incident on the optical element 21.
Represents the wavelength of the incident beam 13 which is

【0035】各BZP21A,21B,21C,21
D,21Eについて、上述の各BZPのビームスポット
焦点位置15A、15B,15C,15D,15Eの座
標と各BZP21A,21B,21C,21D,21E
の中心座標から、各BZP21A,21B,21C,2
1D,21Eの領域内で(1)式を計算する。得られる
φ(x、y)をMレベル(位相レベル)に丸めて、Mレ
ベルの凹凸パターンを生成する。
Each BZP 21A, 21B, 21C, 21
For D and 21E, the coordinates of the beam spot focal positions 15A, 15B, 15C, 15D and 15E of the BZPs and the BZPs 21A, 21B, 21C, 21D and 21E described above.
From the center coordinate of each BZP 21A, 21B, 21C, 2
Equation (1) is calculated within the area of 1D and 21E. The obtained φ (x, y) is rounded to the M level (phase level) to generate an M level uneven pattern.

【0036】上述した図2に示した方法を用いて、光学
素子21のパターンをシリコン原盤上に形成する。すな
わち、この光学素子21のパターンに対応したマスクパ
ターンを有するフォトマスクを電子ビーム描画装置によ
り形成する。レジストを塗布したシリコン原盤上にフォ
トマスクを配置し、フォトマスク上から露光し、現像、
エッチング及びレジスト除去を繰り返して、光学素子2
1のパターンをシリコン原盤上に形成する。本実施例で
は、各BZP21A,21B,21C、21D,21E
のパターンを、一体的に、M=16のレベルで、1段あ
たりの段差が0.1μmになるように構成してある。
The pattern of the optical element 21 is formed on the silicon master by using the method shown in FIG. That is, a photomask having a mask pattern corresponding to the pattern of the optical element 21 is formed by the electron beam drawing device. Place a photomask on the silicon master coated with resist, expose from the photomask, develop,
Optical element 2 is obtained by repeating etching and resist removal.
The pattern 1 is formed on the silicon master. In this embodiment, each BZP 21A, 21B, 21C, 21D, 21E
The pattern is integrally formed so that the level difference of M = 16 is 0.1 μm per step.

【0037】各BZP21A,21B,21C、21
D,21Eの凹凸パターン(輪帯幅、輪帯間隔)は異な
っても、電子ビーム描画装置により一度にマスクパター
ンを形成できるので、輪帯幅、輪帯間隔が異なる複数の
BZPを一度に形成しても、1個のBZPを形成する場
合とコストは変わらない。
Each BZP 21A, 21B, 21C, 21
Even if the concavo-convex patterns of D and 21E (ring width, ring gap) are different, a mask pattern can be formed at once by the electron beam drawing apparatus, so that a plurality of BZPs having different ring widths and gaps can be formed at one time. However, the cost is not different from the case of forming one BZP.

【0038】図7は、シリコン原盤上に形成した本発明
の実施例の光学素子パターンを示す上面図である。図7
に示すように、シリコン原盤20上に、光学素子のパタ
ーン16を1組のマスクパターンで複数個同時に作製で
きるので、これを複製することにより、同じ光学素子を
大量に生産できる。
FIG. 7 is a top view showing an optical element pattern of an embodiment of the present invention formed on a silicon master. Figure 7
As shown in FIG. 2, a plurality of optical element patterns 16 can be simultaneously formed on the silicon master 20 with one set of mask patterns. Therefore, by duplicating the same, the same optical elements can be mass-produced.

【0039】すなわち、シリコン原盤16から光学素子
のパターン16を複製してスタンパを形成し、スタンパ
から光学素子のパターン16を射出成型法により、樹脂
成型して、光学素子を複製する。また、スタンパは作製
せず、2P成型法によって、シリコン原盤から直接、樹
脂成型して光学素子を複製してもよい。光学素子のパタ
ーン16である凹凸パターンは1回の複製を行うと凹凸
が反転するので、スタンパを作製してから樹脂成型する
場合とシリコン原盤から樹脂成型する場合では、シリコ
ン原盤の凹凸の向きが異なるので注意が必要である。
That is, the optical element pattern 16 is duplicated from the silicon master 16 to form a stamper, and the optical element pattern 16 is resin-molded from the stamper by an injection molding method to duplicate the optical element. Alternatively, the optical element may be duplicated by resin molding directly from the silicon master by the 2P molding method without producing the stamper. The concavo-convex pattern, which is the pattern 16 of the optical element, is reversed when the replication is performed once. Be careful because it is different.

【0040】次に、本実施例及び変形例の光学素子にお
けるBZPの配列例を説明する。図6は本発明の光学素
子の実施例及びその変形例を示す上面図である。図6の
(a)に示す実施例の光学素子21は、上述したよう
に、中心角90°の環状扇型の4個のBZP21A,2
1B,21C,21Dと、それらの内部に配置された円
形のBZP21Eとから構成され、全体として円形に一
体化されている。5個のBZPによる構成であり、入射
ビームを5ビーム分岐するビームスプリッタ機能と集光
機能とを有する。ここで、BZP21Eをオンアキシス
BZPとしてある。図6の(b)に示す実施例の第1の
変形例である光学素子22は、中心角90°の扇形をし
た4個のBZP22A、22B,22C,22Dより構
成される。各BZPのビームスポット焦点位置はそれぞ
れ異なるので、光学素子22は入射ビームを4本に分岐
するビームスプリッタ機能と集光機能を有している。こ
のように、各BZPの面積がすべて等しい場合、この光
学素子22の中心に入射ビームの中心があたるように調
整すると、4個のビームスポット焦点位置での光量をす
べて等しくすることができる。扇形のBZPの面積をそ
れぞれ変化させることも可能であり、面積が変化する
と、ビームスポット焦点位置の光量比も変化する。
Next, an example of arrangement of BZPs in the optical elements of the present embodiment and the modification will be described. FIG. 6 is a top view showing an embodiment of the optical element of the present invention and a modification thereof. As described above, the optical element 21 of the embodiment shown in FIG. 6A has four annular fan-shaped BZPs 21A, 2 having a central angle of 90 °.
1B, 21C, 21D, and a circular BZP 21E arranged inside them, and are integrated into a circular shape as a whole. It has a configuration of five BZPs, and has a beam splitter function of branching the incident beam into five beams and a condensing function. Here, BZP21E is set as an on-axis BZP. An optical element 22 which is a first modification of the embodiment shown in FIG. 6B is composed of four fan-shaped BZPs 22A, 22B, 22C and 22D having a central angle of 90 °. Since each BZP has a different beam spot focal position, the optical element 22 has a beam splitter function of splitting an incident beam into four beams and a light condensing function. As described above, when the areas of the BZPs are all equal, if the center of the incident beam is adjusted to the center of the optical element 22, the light amounts at the four beam spot focal points can be made equal. It is also possible to change the area of each fan-shaped BZP, and when the area changes, the light quantity ratio at the beam spot focal position also changes.

【0041】図6の(c)に示す実施例の第2の変形例
である光学素子23は、内側に配置された中心角90°
である扇形の4個のBZP23E,23F,23G,2
3Hと、これらの外側に配置された中心角90°である
環状扇形をした4個のBZP23A、23B,23C,
23Dとより構成される。各BZPのビームスポット焦
点位置はそれぞれ異なるので、光学素子23は入射ビー
ムを8本に分岐するビームスプリッタ機能と集光機能を
有している。
An optical element 23, which is a second modification of the embodiment shown in FIG. 6C, has a central angle of 90 ° arranged inside.
4 fan-shaped BZPs 23E, 23F, 23G, 2
3H and four annular fan-shaped BZPs 23A, 23B, 23C having a central angle of 90 ° arranged outside them.
23D. Since each BZP has a different beam spot focus position, the optical element 23 has a beam splitter function of splitting an incident beam into eight beams and a condensing function.

【0042】図6の(d)に示す実施例の第3の変形例
である光学素子24は、中央に配置された円形のBZP
24Iと、その外側に配置された中心角90°である環
状扇形の4個のBZP24E,24F,24G,24H
と、これらの外側に配置された中心角90°である環状
扇形をした4個のBZP24A、24B,24C,24
Dと、より構成される。各BZPのビームスポット焦点
位置はそれぞれ異なるので、光学素子24は入射ビーム
を9本に分岐するビームスプリッタ機能と集光機能を有
している。
An optical element 24, which is a third modification of the embodiment shown in FIG. 6D, is a circular BZP arranged in the center.
24I and four annular fan-shaped BZPs 24E, 24F, 24G, and 24H that are arranged outside and have a central angle of 90 °
And four annular fan-shaped BZPs 24A, 24B, 24C, 24 arranged outside these and having a central angle of 90 °.
And D. Since each BZP has a different beam spot focal position, the optical element 24 has a beam splitter function of splitting an incident beam into nine beams and a condensing function.

【0043】図6の(e)に示す実施例の第4の変形例
である光学素子25は、全体として、長円形(楕円形)
に一体化して形成したものであり、中心角90°である
楕円扇形の4個のBZP25A,25B,25C,25
Dより構成される。各BZPのビームスポット焦点位置
はそれぞれ異なるので、光学素子25は入射ビームを4
本に分岐するビームスプリッタ機能と集光機能を有して
いる。この光学素子25に入射する入射ビーム形状が長
円形の場合には、光量損失がなく、また迷光の発生も最
小限に抑制することができる。以上、異なるBZPの配
列例を示したが、光学素子におけるBZPの組合わせ配
列は任意にできるものである。これらの光学素子22、
23、24、25は、いずれも実施例の光学素子21と
同様、シリコン原盤上に、光学素子のパターンを1組の
マスクパターンで複数個同時に作製できるので、これを
複製することにより、同じ光学素子を大量容易に生産で
きる。
An optical element 25, which is a fourth modification of the embodiment shown in FIG. 6E, has an oval shape (elliptical shape) as a whole.
The four BZPs 25A, 25B, 25C, 25 having an elliptical fan shape with a central angle of 90 °
D. Since the beam spot focal position of each BZP is different, the optical element 25 changes the incident beam to 4
It has a beam splitter function of branching into a book and a condensing function. When the shape of the incident beam incident on the optical element 25 is an ellipse, there is no light quantity loss and the generation of stray light can be suppressed to a minimum. The examples of different BZP arrangements have been described above, but the combination arrangement of BZPs in the optical element can be arbitrary. These optical elements 22,
Similar to the optical element 21 of the embodiment, all of 23, 24, and 25 can simultaneously produce a plurality of optical element patterns on a silicon master with one set of mask patterns. Mass production of devices is easy.

【0044】本実施例のように、異なるBZPを集合し
たハイブリッド型の光学素子において、光学素子パター
ン(凹凸パターン)が存在する領域と比較して、入射ビ
ーム径の大きさが略等しい、あるいは入射ビーム径の方
が大きい場合、光学素子の凹凸パターンが存在しない箇
所に入射ビームが入射するので、その部分で回折しない
余分な透過光が発生する。このような透過光を防ぐた
め、ピンホールを形成するのがよい。また、ピンホール
を透過したビームはピンホールの形状に合わせて形状が
変化するので、ピンホールの形状を変化させることによ
り、ビームスポットを所望の形状にすることもできる。
In the hybrid type optical element in which different BZPs are assembled as in this embodiment, the incident beam diameter is substantially equal to or equal to that of the region where the optical element pattern (concavo-convex pattern) exists. When the beam diameter is larger, the incident beam is incident on a portion of the optical element where the concavo-convex pattern does not exist, so that extra transmitted light that is not diffracted at that portion is generated. In order to prevent such transmitted light, it is preferable to form a pinhole. Further, since the shape of the beam that has passed through the pinhole changes according to the shape of the pinhole, the beam spot can also be formed into a desired shape by changing the shape of the pinhole.

【0045】図8は本発明の光学素子の実施例におい
て、ピンホールを形成する方法を説明するための製造工
程図である。図8の(a)に示すように、樹脂成型して
得られる所定形状の凹凸部(BZP)17bを有するベ
ース17a上に、スパッタリング法あるいは真空蒸着法
を用いて、金属薄膜18を形成しておき、凹凸部17b
が存在する任意の領域に、高出力のレーザービームを照
射して、凹凸部17b上の所定領域の金属薄膜18を除
去する。
FIG. 8 is a manufacturing process diagram for explaining a method of forming a pinhole in the embodiment of the optical element of the present invention. As shown in FIG. 8A, a metal thin film 18 is formed on a base 17a having a concavo-convex portion (BZP) 17b of a predetermined shape obtained by resin molding, by using a sputtering method or a vacuum evaporation method. Everything, uneven part 17b
Is irradiated with a high-power laser beam to remove the metal thin film 18 in a predetermined area on the uneven portion 17b.

【0046】図8の(b)に示すように、上記のように
することにより、ベース17a上に凹凸部17bが形成
されており、その上部にはピンホール18aが開けられ
ており、それ以外は遮光用の金属薄膜18で覆われてい
る光学素子17が得られる。この光学素子17に単色光
ビームを入射すると、金属薄膜18によって余分な光を
遮蔽することができ、金属薄膜18を除去した領域(ピ
ンホール18a)のみを単色光ビームが透過する。金属
薄膜の材料としては,アルミニウムや真鋳などの低コス
トなもので十分である。
As shown in FIG. 8 (b), by the above procedure, the uneven portion 17b is formed on the base 17a, and the pinhole 18a is formed on the upper portion of the uneven portion 17b. The optical element 17 covered with the metal thin film 18 for light shielding is obtained. When a monochromatic light beam is incident on the optical element 17, excess light can be blocked by the metal thin film 18, and the monochromatic light beam transmits only the region (pinhole 18a) where the metal thin film 18 is removed. Low cost materials such as aluminum and brass are sufficient as materials for the metal thin film.

【0047】ピンホール18aの形状は円形、長円形等
の任意の形状に容易に形成することができ、ピンホール
形状によって光学素子に入射するビームのビームスポッ
ト形状も変化する。別のピンホール形成方法として、単
色光ビームを透過させたくない領域のみにインクを塗布
し、単色光ビームを透過させたい領域にはインクが塗布
されないようにして、インクによるピンホールを形成す
ることもできる。インク塗布方法は特にスクリーン印刷
法を用いるのが好適である。インクの材質、色は光不透
過性の高いものが望ましく、光不透過性の高いインクに
よって金属薄膜同様の光遮蔽効果を得ることができる。
上記ピンホール形成方法は上記以外のピンホール形成方
法を用いることを制限するものではない。なお、ピンホ
ール18aを凹凸部17b上に形成した例を説明した
が、反対側に配置することができ、同様の効果がある。
The pinhole 18a can be easily formed into an arbitrary shape such as a circular shape or an oval shape, and the beam spot shape of the beam incident on the optical element changes depending on the pinhole shape. As another method for forming pinholes, ink is applied only to areas where monochromatic light beams are not desired to be transmitted, and ink is not applied to areas where monochromatic light beams are not desired to be allowed to form pinholes by ink. You can also The screen printing method is particularly suitable for the ink application method. It is preferable that the material and color of the ink have high light opacity, and the light blocking effect similar to that of the metal thin film can be obtained by the ink having high light opacity.
The pinhole forming method does not limit the use of other pinhole forming methods. Although the pinhole 18a is formed on the concavo-convex portion 17b in the above description, the pinhole 18a can be arranged on the opposite side, and the same effect can be obtained.

【0048】以下、さらに、光学素子の実施例の他の変
形例(ピンホールを含む)を説明する。図9は、本発明
の光学素子の実施例の他の変形例を示す上面図である。
図9の(a)に示す光学素子26は、4個の矩形のBZ
P26A、26B,26C,26Dを、全体として矩形
に一体化して形成したものであり、4ビームスプリッタ
機能と集光機能を有している。
Another modified example (including a pinhole) of the embodiment of the optical element will be described below. FIG. 9 is a top view showing another modification of the embodiment of the optical element of the present invention.
The optical element 26 shown in FIG. 9A has four rectangular BZs.
P26A, 26B, 26C, and 26D are integrally formed in a rectangular shape as a whole, and have a 4-beam splitter function and a light condensing function.

【0049】図9の(b)に示される光学素子26’
は、光学素子26におけるBZP26A,26B,26
C,26Dにピンホール28を形成し、入射ビームが照
射される領域を中心角90°である扇形のBZP26
A’,26B’,26C’,26D’,としたものであ
る。このように、所望の入射ビーム形状に合わせて、任
意の形状のピンホールを形成することは、汎用性が高
い。
Optical element 26 'shown in FIG. 9B.
Is the BZP 26A, 26B, 26 in the optical element 26.
A fan-shaped BZP 26 having pinholes 28 formed in C and 26D and having a central angle of 90 ° in the area irradiated with the incident beam
A ', 26B', 26C ', 26D'. As described above, it is highly versatile to form a pinhole having an arbitrary shape in accordance with a desired incident beam shape.

【0050】図9の(c)に示される光学素子27は、
光学素子26の中心に円形のBZP27Eを配置した形
をしており、一部を切り欠いた矩形のBZP27A,2
7B,27C,27D及び円形のBZP27Eより構成
され、全体として、矩形状である。この場合も、所望の
ビームスポット形状に合わせて任意の形状のピンホール
を形成することが可能である。図9の(d)には、光学
素子27にピンホール29を形成して得られた、光学素
子27’が示されている。これらの光学素子26,2
6’、27,27’は、いずれも実施例の光学素子21
と同様、シリコン原盤上に、光学素子のパターンを1組
のマスクパターンで複数個同時に作製できるので、これ
を複製することにより、同じ光学素子を大量容易に生産
できる。
The optical element 27 shown in (c) of FIG.
A circular BZP 27E has a shape in which a circular BZP 27E is arranged in the center of the optical element 26, and a rectangular BZP 27A, 2 with a part cut away.
7B, 27C, 27D and a circular BZP 27E, and has a rectangular shape as a whole. Also in this case, it is possible to form a pinhole having an arbitrary shape in accordance with a desired beam spot shape. FIG. 9D shows an optical element 27 ′ obtained by forming the pinhole 29 in the optical element 27. These optical elements 26, 2
6 ', 27 and 27' are all optical elements 21 of the embodiment.
Similarly to the above, since a plurality of optical element patterns can be simultaneously produced on a silicon master by one set of mask patterns, the same optical element can be easily mass-produced by duplicating this pattern.

【0051】次に、本実施例(又はその変形例)の光学
素子を用いて好適に再生する例を説明する。図10は本
発明の光学素子の実施例の変形例を用いて、光カードに
記録されているCGHを再生する例を示す図である。図
10において、光記録媒体30は光カードであり、情報
の記録部分はCGH(Computer Genera
ted Hologram)36であり、2次元画像デ
ータに基づいて演算により生成された複数のホログラム
干渉縞である。このCGH36に単色光ビームを入射す
ると、回折光からもとの2次元画像データが認識でき
る。
Next, an example will be described in which reproduction is preferably performed using the optical element of this embodiment (or its modification). FIG. 10 is a diagram showing an example of reproducing CGH recorded on an optical card by using a modification of the embodiment of the optical element of the present invention. In FIG. 10, the optical recording medium 30 is an optical card, and the information recording portion is a CGH (Computer Genera).
ted Hologram) 36, which is a plurality of hologram interference fringes generated by calculation based on two-dimensional image data. When a monochromatic light beam is incident on the CGH 36, the original two-dimensional image data can be recognized from the diffracted light.

【0052】記録媒体30上には、CGH36が縦方向
に10個、横方向に4個ずつ配置されて形成されている
場合を示してあり、各CGH36がそれぞれ1つのデー
タを表し、全体としては、例えばプリペイドカードとし
て光記録媒体30を用いる場合には、ある単位の金額を
表すものである。
The case is shown in which 10 CGHs 36 are arranged in the vertical direction and 4 CGHs are arranged in the horizontal direction on the recording medium 30. Each CGH 36 represents one data, and as a whole, For example, when the optical recording medium 30 is used as a prepaid card, it represents a certain amount of money.

【0053】単色光源31からは、単色光ビーム33が
照射される。単色光ビーム33が入射される光学素子3
2は、本実施例の変形例等に示したような例えば4つの
BZPから構成されており、それぞれのBZPは、互い
に異なる4つのビームスポット焦点位置35A,35
B,35C,35Dを有しており、4ビームスピリット
機能と集光機能を有しているものである。ビームスポッ
ト焦点位置35A,35B,35C,35Dは、所定の
間隔で配置された1列の4個のCGH36上にくるよう
に設定されているので、単色光ビーム33が光学素子3
2に入射すると、4本の回折ビーム34A、34B、3
4C,34Dが出射され、それぞれ1列のCGH36の
それぞれに集光する。CGH36から得られる反射光は
図示しない検出器で検出され、CGH36に記録された
情報を再生する。これを列毎のCGH36に順次適用し
て、光記録媒体30上の記録情報を容易に再生すること
ができる。
A monochromatic light beam 33 is emitted from the monochromatic light source 31. Optical element 3 on which monochromatic light beam 33 is incident
2 is composed of, for example, four BZPs as shown in the modified example of the present embodiment, and each BZP has four different beam spot focal positions 35A, 35.
B, 35C, and 35D, which have a 4-beam spirit function and a light condensing function. Since the beam spot focal positions 35A, 35B, 35C, 35D are set so as to be on the four CGHs 36 arranged in a row and arranged at a predetermined interval, the monochromatic light beam 33 is emitted from the optical element 3.
When incident on 2, the four diffracted beams 34A, 34B, 3
4C and 34D are emitted and are condensed on each of the one row of CGH 36. The reflected light obtained from the CGH 36 is detected by a detector (not shown), and the information recorded in the CGH 36 is reproduced. By sequentially applying this to the CGH 36 for each column, the recorded information on the optical recording medium 30 can be easily reproduced.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
は、請求項1及び2記載によれば、入射単色光ビームを
回折して所定の前記ビームスポット位置に集光するため
のバイナリ・ゾーン・プレートを、複数個一体的に配置
したことにより、安価にかつ容易に大量に製造すること
ができるビームスプリッタ機能と集光機能を一体化した
光学素子を提供することができるという効果がある。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the optical element of the present invention is a binary optical element for diffracting an incident monochromatic light beam and condensing it at a predetermined beam spot position. By arranging a plurality of zone plates integrally, there is an effect that it is possible to provide an optical element that integrates a beam splitter function and a light converging function, which can be mass-produced inexpensively and easily. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光学素子に適用するバイナリ・ゾーン
・プレートを説明するための断面形状図であリ、図1の
(a)は屈折レンズを、図1の(b)はフレネルレンズ
を、図1の(c)はバイナリ・ゾーン・プレートをそれ
ぞれ示す。
1A and 1B are cross-sectional shape diagrams for explaining a binary zone plate applied to an optical element of the present invention. FIG. 1A shows a refraction lens, and FIG. 1B shows a Fresnel lens. 1 (c) shows a binary zone plate, respectively.

【図2】バイナリ・ゾーン・プレートを製造するための
製造工程図である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram for manufacturing a binary zone plate.

【図3】バイナリ・ゾーン・プレートの輪帯形状を示す
上面図である。
FIG. 3 is a top view showing an annular shape of a binary zone plate.

【図4】バイナリ・ゾーン・プレートの入射光の回折方
向を説明するための斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view for explaining a diffraction direction of incident light on a binary zone plate.

【図5】本発明の光学素子の実施例を示す構成図であ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an embodiment of an optical element of the present invention.

【図6】本発明の光学素子の実施例及びその変形例を示
す上面図である。
FIG. 6 is a top view showing an embodiment of the optical element of the present invention and a modification thereof.

【図7】シリコン原盤上に形成した本発明の実施例の光
学素子のパターンを示す上面図である。
FIG. 7 is a top view showing a pattern of an optical element formed on a silicon master according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の光学素子の実施例において、ピンホー
ルを形成する方法を説明するための製造工程図である。
FIG. 8 is a manufacturing process diagram for explaining a method of forming a pinhole in the example of the optical element of the present invention.

【図9】本発明の光学素子の実施例の他の変形例を示す
上面図である。
FIG. 9 is a top view showing another modification of the embodiment of the optical element of the present invention.

【図10】本発明の光学素子の実施例の変形例を用い
て、光カードに記録されているCGHを再生する例を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of reproducing CGH recorded in an optical card by using a modified example of the embodiment of the optical element of the present invention.

【図11】第1従来例の光学素子を用いた単色光発生装
置を示す斜視構成図である。
FIG. 11 is a perspective configuration diagram showing a monochromatic light generating device using an optical element of a first conventional example.

【図12】第2従来例の光学素子を示す断面構成図であ
る。
FIG. 12 is a sectional configuration diagram showing an optical element of a second conventional example.

【図13】第2従来例の光学素子の製造工程を説明する
ための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a manufacturing process of the optical element of the second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…凸レンズ形状、1a,1b,1c,1d…輪帯状レ
ンズ形状、1a’,1b’,1c’,1d’…階段状形
状、2a,2b,2c…等位相面、3…フレネルレン
ズ、4…バイナリ・ゾーン・プレート(BZP)、5…
シリコン原盤、5b…凹部、6…フォトレジスト、6a
…非露光部、6b…露光部、7…フォトマスク、7a…
遮光部、7b…透明部、10…屈折レンズ、11…オン
アキシスBZP、12…オフアキシスBZP、13…入
射ビーム、14、14’…回折ビーム、15…ビームス
ポット、16…(光学素子の)パターン、17…光学素
子、17a…ベース、17b…凹凸部(BZP)、18
…金属薄膜(ピンホール)、19…レーザービーム、2
0…シリコン原盤、21,22,23,24,25,2
6,27…光学素子、28,29…ピンホール、30…
光記録媒体、31…単色光源、32…光学素子、33…
単色光(入射)ビーム、34A,34B,34C,34
D…回折ビーム、35A,35B,35C,35D…ビ
ームスポット、36…CGH、40…単色光発生装置、
40A…光学素子、41…レーザダイオード(LD)、
42…屈折レンズ、43…ピンホール、44…ビームス
プリッタ、45…ビーム、46a,46b,46c…単
色光、50…光学素子、52…屈折レンズ、53…ピン
ホール、54…ビームスプリッタ、55…屈折レンズ金
型、56…注入孔、57…スタンパ、58…樹脂。
1 ... Convex lens shape, 1a, 1b, 1c, 1d ... Orbicular lens shape, 1a ', 1b', 1c ', 1d' ... Step shape, 2a, 2b, 2c ... Equal phase surface, 3 ... Fresnel lens, 4 … Binary Zone Plate (BZP), 5…
Silicon master disc, 5b ... Recessed portion, 6 ... Photoresist, 6a
... non-exposed area, 6b ... exposed area, 7 ... photomask, 7a ...
Light-shielding portion, 7b ... Transparent portion, 10 ... Refractive lens, 11 ... On-axis BZP, 12 ... Off-axis BZP, 13 ... Incident beam, 14, 14 '... Diffraction beam, 15 ... Beam spot, 16 ... (of optical element) pattern, 17 ... Optical element, 17a ... Base, 17b ... Concavo-convex part (BZP), 18
… Metal thin film (pinhole), 19… Laser beam, 2
0 ... Silicon master 21,22,23,24,25,2
6, 27 ... Optical element, 28, 29 ... Pinhole, 30 ...
Optical recording medium, 31 ... Monochromatic light source, 32 ... Optical element, 33 ...
Monochromatic light (incident) beam, 34A, 34B, 34C, 34
D ... Diffracted beam, 35A, 35B, 35C, 35D ... Beam spot, 36 ... CGH, 40 ... Monochromatic light generator,
40A ... Optical element, 41 ... Laser diode (LD),
42 ... Refractive lens, 43 ... Pinhole, 44 ... Beam splitter, 45 ... Beam, 46a, 46b, 46c ... Monochromatic light, 50 ... Optical element, 52 ... Refractive lens, 53 ... Pinhole, 54 ... Beam splitter, 55 ... Refractive lens mold, 56 ... Injection hole, 57 ... Stamper, 58 ... Resin.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C005 HA01 HA17 HA19 JB09 KA49 LA06 LA19 LA31 2H042 AA14 AA26 AA29 2H049 AA04 AA14 AA37 AA40 AA43 AA44 AA50 AA55 AA60 AA63 AA64 AA65 2K008 AA08 AA13 CC01 CC03 FF27 HH06 HH25    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2C005 HA01 HA17 HA19 JB09 KA49                       LA06 LA19 LA31                 2H042 AA14 AA26 AA29                 2H049 AA04 AA14 AA37 AA40 AA43                       AA44 AA50 AA55 AA60 AA63                       AA64 AA65                 2K008 AA08 AA13 CC01 CC03 FF27                       HH06 HH25

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入射する1本の入射単色光ビームを回折し
て複数本の回折単色光ビームに分岐し、分岐した前記複
数本の回折単色光ビームをそれぞれ異なるビームスポッ
ト位置に集光し、前記異なるビームスポット位置を所定
配列に配置してある光学素子において、 前記入射単色光ビームを回折して所定の前記ビームスポ
ット位置に集光するためのバイナリ・ゾーン・プレート
を、複数個一体的に配置したことを特徴とする光学素
子。
1. A single incident monochromatic light beam that is incident is diffracted and branched into a plurality of diffracted monochromatic light beams, and the plurality of branched diffracted monochromatic light beams are condensed at different beam spot positions, respectively. In the optical element in which the different beam spot positions are arranged in a predetermined array, a plurality of binary zone plates for diffracting the incident monochromatic light beam and converging the incident monochromatic light beam at the predetermined beam spot position are integrally formed. An optical element characterized by being arranged.
【請求項2】前記バイナリ・ゾーン・プレート上に、前
記入射単色光ビームの形状を制限するピンホールを配置
したことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
2. The optical element according to claim 1, wherein a pinhole for limiting the shape of the incident monochromatic light beam is arranged on the binary zone plate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006261265A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Ricoh Opt Ind Co Ltd Phase shifter optical element, manufacturing method thereof, and element obtained with the same method
JP4641835B2 (en) * 2005-03-16 2011-03-02 リコー光学株式会社 Method of manufacturing phase shifter optical element and element obtained

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