JP2003337216A - 回折素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、本来の波面収差を無くすような理
想的な曲面からのずれを最小にするような回折素子を形
成することを目的とする。 【解決手段】 本発明の回折素子は、所定の段差と複数
の段数で構成される周期を複数備えた領域を組み合わせ
て構成され、各領域ごとに段数を異ならせて階段状断面
を形成する回折素子であって、領域のそれぞれにおい
て、各周期における最初の段差の開始位置が他の領域の
最初の段差の開始位置と異なって配置されたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を集光または発
散させるためレンズ作用をもたせた回折素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、回折素子には、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて階段状の断面をもつものがある。回折素
子は本来、波面収差を最小にするような曲線的な断面を
もつのが理想であるが、これを微小な領域に、あるいは
微小な格子間隔を、しかも大量に形成するのは困難であ
る。これを解決するために、フォトリソグラフィ技術を
用い、曲線（あるいは直線）的な断面を階段状の断面で
近似することによって、ガラスなどの光学基板に、一度
に大量に、微小な領域に微小な格子間隔をもつ回折素子
を形成する方法が提案された。

【０００３】図４はフォトリソグラフィ技術により作成
された回折素子の例の断面模式図である。この図４にお
いては、便宜上、上下方向と左右方向の縮尺比は同じで
はない。また、この図４では一例として段数が２ステッ
プ型、４ステップ型、８ステップ型のものをあげてい
る。例えば、１回のフォトリソグラフィとエッチング工
程によって２段の凹凸をもったいわゆるバイナリー型の
回折素子が形成できる。また、更に２回のフォトリソグ
ラフィとエッチング工程によって最大４段の階段状の断
面をもつ回折素子が形成でき、更に３回のフォトリソグ
ラフィとエッチング工程によって最大８段の階段状の断
面をもつ回折素子が形成できる。このように、ｎ回のフ
ォトリソグラフィとエッチング工程の繰り返しによっ
て、最大２のｎ乗の段数の階段状の断面をもつ回折素子
が形成できる。

【０００４】しかし、このようなフォトリソグラフィ技
術によって形成できる階段状の段差の１段の幅には、装
置やエッチング技術の分解能といった技術上の制限があ
る。このため、レンズ作用をもたせる必要から一定間隔
ではない極めて微小な格子間隔をもつ回折素子におい
て、その格子領域の一部分でフォトリソグラフィ工程に
おける分解能を超えてしまい、同一の段数で形成できな
くなることがある。すなわち、このような回折素子では
段数の異なる領域が形成されることとなる。

【０００５】図５は、フォトリソグラフィ技術により作
成された回折素子の模式図である。３は光学基板であ
る。なお、図５においても説明の便宜上、上下方向と左
右方向の縮尺比は同じではない。図５に示すように、光
学基板の外部からみて凹面の作用をする回折素子が形成
され、１つの回折素子内に８ステップ、４ステップおよ
び２ステップの領域が形成されている。これは、図５に
示すように凹面の同心円の中心である光軸から離れるに
従って格子の形成周期が狭くなり、フォトリソグラフィ
工程における分解能を超えてしまって、同一の段数で形
成できなくなったためである。

【０００６】図６は、フォトリソグラフィ技術により作
成された回折素子の作成フローを示した断面模式図であ
る。この図６においても説明の便宜上、特徴を強調する
ため上下方向と左右方向の縮尺比は同じではない。図６
においては一例として図５のような段数が８ステップ、
４ステップ、２ステップで形成されたものをあげる。

【０００７】まず、図６（ａ）（ｂ）に示すように、第
１のマスクを用いたフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程よって、８ステップ領域の最も狭い幅の段差を形
成する。次に図６（ｃ）（ｄ）に示すように、第２のマ
スクを用いたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程
よって、４ステップ領域の幅の段差を形成する。最後に
図６（ｅ）（ｆ）に示すように、第３のマスクを用いた
フォトリソグラフィ工程とエッチング工程よって、２ス
テップ領域の最も広い幅の段差を形成する。このように
して図６（ｇ）に示すような段数が８ステップ、４ステ
ップ、２ステップで形成された階段状の断面を有する回
折素子を形成することができる。

【０００８】ここで８ステップ領域の深さを１とする
と、後述の図３の段数からも分かるように、４ステップ
領域の深さは６／７、２ステップ領域は４／７の深さま
で作成することができることになる。また、ここでは８
ステップ領域の最も狭い幅の段差から形成する例で説明
したが、逆に２ステップ領域の最も広い幅の段差から形
成しても同様の形状を作成することができる。

【０００９】以上のように形成された８ステップ、４ス
テップおよび２ステップの領域が存在する回折素子につ
いて、図３を用いてさらに詳しく説明する。図３は従来
の回折素子の断面模式図である。図３において、点線２
１は波面収差零の曲線であって、波面収差を無くすよう
な理想的な面の形状（無収差曲線からなる断面形状）を
表わす曲線、実線２２は実際の回折素子であって、回折
素子の断面形状を示している。ここで波面収差を無くす
ような理想的な面の断面形状は一般的には曲線になる
が、ここでは簡略化し直線で示している。この図３にお
いて、深さ（図３では上下方向）は、この無収差曲線に
より決定される。無収差曲線は透過型や反射型といった
回折素子の種類や使用する光の波長により計算される。
ここで光学的波長とは、回折素子において回折が起こる
領域の屈折率を勘案した波長のことである。

【００１０】また面方向（図３では左右方向）について
は、無収差曲線はこの回折素子のレンズ作用および使用
波長に特有な繰り返し性を持つ輪帯として定義される。
この輪帯の間隔（格子間隔）は、例えば図５に示したよ
うな同芯円状の回折素子の場合、外側に行くに従って間
隔が狭くなっていく。そのためこの間隔が狭くなりすぎ
て細かなパターンが作成できなくなり、外周部では段数
を減少させていくことになる。

【００１１】図３においてはこの格子間隔を物理的な距
離で表さず、１つの輪帯の格子間隔を１とし、その輪帯
における段差の境界位置等をその間隔の比率で表し、こ
の１つ１つの輪帯の繰り返しを輪帯周期として表現して
いる。従って、図３においては、左右方向の位置は物理
的な距離ではない。こうすることによって１つの輪帯内
の段差の境界位置をその輪帯の中で相対的に決めること
ができ、より汎用的に形状を表現できることになる。従
って図３では、異なる周期の輪帯の物理的間隔は異なっ
ている。また、深さ方向も、無収差曲線の深さは光学的
波長によって決まる物理的な大きさではあるが、形成す
る最多の段数で分割し、その段差数で表現している。

【００１２】図３において、段数の異なる領域として、
８ステップ、４ステップ及び２ステップの３つの領域を
有する回折素子を例にして以下説明する。図３におい
て、８ステップ領域の各周期の格子において最初の段差
の開始位置（溝の開始位置）は、この１つ前の周期の１
５／１６（＝０．９３７５）であって、最後の段差が終
わる位置（＝１つ次の周期の開始位置）は当該の周期の
１５／１６となっている。このような構成にすることに
よって、この領域において実際の断面形状（実線２２）
と理想的な形状（点線２１）との差が最小となり、この
部分における波面収差が最小となる。

【００１３】しかし従来の方法では、４ステップ領域及
び２ステップ領域においても、８ステップ領域と同じよ
うに、各周期における最初の段差の開始位置を、この１
つ前の周期の１５／１６（＝０．９３７５）、最後の段
差が終わる位置（＝１つ次の周期の開始位置）をその周
期の１５／１６となるように段差を形成しており、４ス
テップ領域と２ステップ領域においては実際の断面形状
（実線２２）と理想的な形状（点線２１）との差が大き
く崩れてしまうものであった。

【００１４】すなわち、８ステップ領域の回素子の実際
の形状を階段状の段差で近似するとき、１つ前の周期の
最後の格子において１段の幅の１／２の位置で最大深さ
の段差（溝）を開始するようにし、次の周期の最初の格
子において基準幅の１／２の位置から段差を立ち上げて
１段高い段にし、さらにこれから１ピッチずれた３／２
幅の位置で再度１段高い高さにする。そしてこれを繰り
返せばよい。こうすることによって例えば、８ステップ
の場合には１つ前の周期の１５／１６の位置で最大深さ
を形成し、次の周期の１／１６の位置で立ち上がること
になる。

【００１５】しかし、従来のようにこの方式で４ステッ
プ領域の２段の段差で近似するときには、１つ前の周期
の最後の格子において１段の幅の１／２の位置で最大深
さを形成して、次の周期の最初の１段の幅の３／２の位
置から２ステップ分立ち上げて２段の高さの段差を形成
する。この場合、図３に示すように無収差曲線から大き
くずれてしまうものであった。従ってこの部分での波面
収差が大きくなり、このような回折素子を用いた従来の
光学装置は光スポット品質や画像品質の低下を招くもの
であった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
フォトリソグラフィ技術によって形成できる階段状の段
差の１段の幅には、装置やエッチング技術の分解能とい
った技術上の制限がある。このため、レンズ作用をもた
せる必要から一定間隔ではない極めて微小な格子間隔を
もつ回折素子において、従来その格子領域の一部分でフ
ォトリソグラフィ工程における分解能を超えてしまっ
て、同一の段数で形成できなくなることが発生した。

【００１７】従って、従来の回折素子では段数の異なる
領域が形成され、格子間隔が微小になりすぎてしまう。
同一の段数で形成できなくなった領域では、それまでの
領域で行った格子の開始位置を形成する方法をそのまま
適用して段数の減少した領域を形成してしまうと、本来
の波面収差を無くすような理想的な曲面から大きくずれ
てしまい、段数の減少した領域での波面収差が大きくな
ってしまい、光学的特性を損ねてしまう。

【００１８】そこで本発明は、本来の波面収差を無くす
ような理想的な曲面からのずれを最小にするような回折
素子を形成することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の回折素子は、所
定の段差と複数の段数で構成される周期を複数備えた領
域を組み合わせて構成され、各領域ごとに段数を異なら
せて階段状断面を形成する回折素子であって、領域のそ
れぞれにおいて、各周期における最初の段差の開始位置
が他の領域の最初の段差の開始位置と異なって配置され
たことを特徴とする。

【００２０】これにより、本来の波面収差を無くすよう
な理想的な曲面からのずれを最小にするような回折素子
を形成することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、所定の段差と複数の段数で構成される周期を複数備
えた領域を組み合わせて構成され、各領域ごとに段数を
異ならせて階段状断面を形成する回折素子であって、領
域のそれぞれにおいて、各周期における最初の段差の開
始位置が他の領域の最初の段差の開始位置と異なって配
置されたことを特徴とする回折素子であり、レンズ作用
をもたせるため格子間隔が一定ではなく、また、極めて
微小な格子間隔をもつため格子領域の一部分でフォトリ
ソグラフィ工程における分解能を超えてしまって、同一
の段数で形成できなくなり、段数の異なる領域が形成さ
れる回折素子に対して、本来の波面収差を無くすような
理想的な曲面からのずれを最小にする回折素子を得られ
る。

【００２２】本発明の請求項２に記載の発明は、所定の
段差と複数の段数で構成される周期を複数備えた領域を
組み合わせて構成され、各領域ごとに段数を異ならせて
階段状断面を形成する回折素子であって、領域のそれぞ
れにおいて、各周期における最初の段差の中央位置を無
収差曲線と交叉させ、段差の幅の１／２だけ該中央位置
から隣寄りにずらした位置に開始位置を配置したことを
特徴とする回折素子であり、本来の波面収差を無くすよ
うな理想的な曲面からのずれを最小にする回折素子を得
られる。

【００２３】本発明の請求項３に記載の発明は、隣接
し、段数が異なる第１領域と第２領域において、第１領
域の最後の段差の終端位置が第２領域の最初の段差の開
始位置と一致するまで、第１領域の最後の段差が延長さ
れることを特徴とする請求項１または２記載の回折素子
であり、本来の波面収差を無くすような理想的な曲面か
らのずれを最小にする回折素子を得られる。

【００２４】本発明の請求項４に記載の発明は、所定の
段差と複数の段数で構成される周期を複数備えた領域を
組み合わせて構成され、各領域ごとに周期の段数を２ⁿ
ステップ、２^n-1ステップ、２^n-2ステップ、・・・、２
ステップのいずれかの段数として階段状断面を形成する
回折素子であって、２ⁿステップの領域における最初の
段差の開始位置が隣接する周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹
の位置に置かれ、最後の段差の終端位置が該周期の（２
ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹であることを特徴とする回折素子であ
り、２ⁿステップの領域における最初の段差の開始位置
が隣接する周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹の位置に置か
れ、最後の段差の終端位置が該周期の（２ ⁿ⁺¹−１）／
２ⁿ⁺¹であることを特徴とする回折素子であり、本来の
波面収差を無くすような理想的な曲面からのずれを最小
にする回折素子を得られる。

【００２５】本発明の請求項５に記載の発明は、２^n-i
ステップ（ｎは２以上の自然数、ｉ＝１，・・，ｎ−
１）の領域における最初の段差の開始位置が、２ⁿステ
ップの領域における最後の周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹
の位置を基準に１／２ⁿ⁺¹＋１／２ⁿ＋・・＋１／２
^n+2-iの位置であることを特徴とする請求項４記載の回
折素子であるから、本来の波面収差を無くすような理想
的な曲面からのずれを最小にする回折素子を得られる。

【００２６】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における回折素子の断面模式図である。図１におい
て、点線１は波面収差零の曲線であって、波面収差を無
くすような理想的な面の形状（無収差曲線からなる断面
形状）を表わす曲線、実線２は実際の回折素子断面図で
あって、回折素子の断面形状を示している。詳細は従来
の技術の説明で説明した通りである。図１に示す深さ
（図１では上下方向）は、無収差曲線により決定され
る。また、面方向（図１では左右方向）については、無
収差曲線はこの回折素子のレンズ作用および使用波長に
特有な繰り返し性を持つ輪帯として定義される。

【００２７】格子はこの１周期の輪帯の間隔である。図
１においてはこの格子間隔を物理的な距離で表さず、１
つの輪帯の格子間隔を１とし、その輪帯における段差の
境界位置等をその間隔の比率で表し、この１つ１つの輪
帯の繰り返しを輪帯周期として表現している。従って、
左右方向の位置は物理的な距離ではない。こうすること
によって１つの輪帯内の段差の境界位置をその輪帯の中
で相対的に決めることができ、より汎用的に形状を表現
できることになる。従って図１では、異なる周期の輪帯
の物理的間隔は異なっている。

【００２８】深さ方向も、無収差曲線の深さは光学的波
長によって決まる物理的な大きさではあるが、形成する
最多の段数で分割し、その段数で表現している。本実施
の形態１では、８ステップが最大であるので、０〜７段
となる。左右方向は物理的な距離を表すものではないの
で、当然左右方向と深さ方向との比も物理的な関連はな
い。

【００２９】図１を用いて本発明における形状の特徴と
その作用について、段数の異なる領域として、８ステッ
プ、４ステップ及び２ステップの３つの領域を有する回
折素子を例にとって説明する。

【００３０】図１において、８ステップ領域の各周期の
格子における最初の段差の開始位置は、この１つ前の周
期の１５／１６（＝０．９３７５）で、最後の段差が終
わる位置（＝１つ次の周期の開始位置）はその周期の１
５／１６となっている。８ステップ領域でこのように構
成することによって、この領域において実際の断面形状
（実線２）と理想的な形状（点線１）との差が最小とな
りこの部分での波面収差が最小となる。

【００３１】さて、８ステップ領域の回折格子の実際の
形状を階段状の段差で近似するとき、１つ前の周期の最
後の段差において１つの段差の幅の１／２の位置（中央
位置）で最大深さの段差（溝）が開始するようにし、次
の周期の最初の段差にこの周期における１つの段差の幅
の１／２の位置から段差を立ち上げて１段高い段にす
る。さらに、これから１ピッチずれた３／２幅の位置で
再度１段高い高さにし、これを繰り返せばよい。従っ
て、例えば８ステップの場合には１つ前の周期の１５／
１６の位置で最大深さを形成し、次の周期の１／１６の
位置で立ち上がることになる。

【００３２】しかし、４ステップ領域において、この方
式のままでは、図３に示すように実線２２の深さ及び段
差の幅の中央を点線２１が通過せず、無収差曲線から大
きくずれてしまう。そこで、実施の形態１においては、
実線２の段差の深さ及び段差の幅の中央を点線１が通過
するようにし、当該周期の最初の段差の開始位置を決定
するものである。

【００３３】従って４ステップ領域においては、各周期
の格子の最初の段差の開始位置はその周期の開始位置と
合致する。すなわち、０／４で始まり、最後の段差が終
わる位置（＝１つ次の周期の開始位置）は当該の周期の
４／４となっている。こうすることによってこの４ステ
ップ領域においても実際の断面形状（実線２）と理想的
な形状（点線１）との差が最小となりこの部分での波面
収差が最小となる。

【００３４】続いて２ステップ領域では各周期の格子の
最初の段差の開始位置は、当該の周期の１／８の位置か
ら始まり、最後の段差が終わる位置（＝１つ次の周期の
開始位置）は次の周期の１／８となっている。こうする
ことによってこの２ステップ領域においても実際の断面
形状（実線２）と理想的な形状（点線１）との差が最小
となりこの部分での波面収差が最小となる。

【００３５】なお、各周期の最初の段差の開始位置は上
述のようにして定まるから、１つ前の周期の段差が終わ
る位置がこの点と一致していない場合、例えば８ステッ
プ領域と４ステップ領域の境界、及び４ステップ領域と
２ステップ領域等の境界においては、次のステップの開
始まで前のステップ領域終点を延長させる必要がある。
すなわち、８ステップ領域の最終周期の終点は次の４ス
テップ領域の第１周期の開始点である０／４の位置とな
り、４ステップ領域の最終周期の終点は次の２ステップ
領域の第１周期の開始点である１／８の位置となる。

【００３６】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２における回折素子の断面模式図である。図２におい
て、点線１１は波面収差零の曲線であって、波面収差を
無くすような理想的な面の形状（無収差曲線からなる断
面形状）を表わす曲線、実線１２は実際の回折素子断面
図であって、回折素子の断面形状である。深さ（図２で
は上下方向）は、無収差曲線により決定される。また、
面方向（図２では左右方向）については、無収差曲線は
この回折素子のレンズ作用および使用波長に特有な繰り
返し性を持つ輪帯として定義される。図２においてもこ
の格子間隔を物理的な距離で表さず、１つの輪帯の格子
間隔を１とし、その輪帯における段差の境界位置等をそ
の間隔の比率で表し、この１つ１つの輪帯の繰り返しを
輪帯周期として表現している。

【００３７】図２を用いて本実施の形態２における形状
の特徴とその作用について、段数の異なる領域として、
１６ステップ、８ステップ、４ステップおよび２ステッ
プの４つの領域を有する回折素子を例にあげて説明す
る。図２において、１６ステップ領域の各周期の最初の
段差の開始位置は、この１つ前の周期の３１／３２（＝
０．９６８７５）で、最後の段差が終わる位置（＝１つ
次の周期の開始位置）はその周期の３１／３２となって
いる。こうすることによってこの領域において実際の断
面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１１）との差
が最小となりこの部分での波面収差が最小となる。

【００３８】次に８ステップ領域では各周期の最初の段
差の開始位置は、その周期の開始位置と合致する。すな
わち、０／８で始まり、最後の段差が終わる位置（＝１
つ次の周期の開始位置）はその周期の８／８となってい
る。こうすることによってこの８ステップ領域において
も実際の断面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１
１）との差が最小となりこの部分での波面収差が最小と
なる。

【００３９】次に４ステップ領域では各周期の格子の最
初の段差の開始位置は、その周期の１／１６（０．０６
２５）で始まり、最後の段差が終わる位置（＝１つ次の
周期の開始位置）は次の周期の１／１６となっている。
こうすることによってこの４ステップ領域においても実
際の断面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１１）
との差が最小となりこの部分での波面収差が最小とな
る。

【００４０】さらに２ステップ領域では各周期の最初の
段差の開始位置は、その周期の１／１６＋１／８＝３／
１６（＝０．１８７５）で始まり、最後の段差が終わる
位置（＝１つ次の周期の開始位置）は次の周期の３／１
６となっている。こうすることによってこの２ステップ
領域においても実際の断面形状（実線１２）と理想的な
形状（点線１１）との差が最小となりこの部分での波面
収差が最小となる。

【００４１】なお、各周期の最初の段差の開始位置は上
述のようにして定まるから、１つ次の周期の段差が終わ
る位置がこの点と一致していない場合、１６ステップ領
域と８ステップ領域の境界、８ステップ領域と４ステッ
プ領域の境界、及び４ステップ領域と２ステップ領域の
境界は、次のステップの開始まで前のステップ領域終点
を延ばす必要がある。すなわち、１６ステップ領域の最
終周期の終点は次の８ステップ領域の第１周期の開始点
である０／８の位置、８ステップ領域の最終周期の終点
は次の４ステップ領域の第１周期の開始点である１／１
６の位置となり、４ステップ領域の最終周期の終点は次
の２ステップ領域の第１周期の開始点である３／１６の
位置となる。

【００４２】このように実施の形態２における回折素子
の階段状のステップ数は１６，８，４，２であったが、
これ以外の段数の組み合わせにおいても、一般性を損な
うことなく同様に適応できる。すなわち、２ⁿステッ
プ、２^n-1ステップ、２^n-2ステップ、・・・、２の段数
の異なる複数の領域を有する回折素子において、２ⁿス
テップ領域の各周期の格子の最初の段差の開始位置は、
１つ前の周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹で、最後の段差が
終わる位置（＝１つ次の周期の開始位置）は当該の周期
の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹となっている。こうすることに
よってこの領域において実際の断面形状（実線１２）と
理想的な形状（点線１１）との差が最小となりこの部分
での波面収差が最小となる。

【００４３】次に２^n-1ステップ領域では各周期の最初
の段差の開始位置は、その前の２ⁿステップ領域の開
始、終了位置に１／２ⁿ⁺¹を加えた位置、すなわち、そ
の周期の開始位置と合致する。すなわち、０／２^n-1で
始まり、最後の段差が終わる位置（＝次の周期の開始位
置）はその周期の２^n-1／２^n-1となっている。こうする
ことによってこの２^n-1ステップ領域においても実際の
断面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１１）との
差が最小となりこの部分での波面収差が最小となる。

【００４４】続いて２^n-2ステップ領域では各周期の最
初の段差の開始位置は、その前の２^{n -1}ステップ領域の
開始、終了位置に１／２ⁿを加えた位置となる。すなわ
ち１／２ⁿで始まり、最後の段差が終わる位置（＝次の
周期の開始位置）は次の周期の１／２ⁿとなっている。
こうすることによってこの２^n-2ステップ領域において
も実際の断面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１
１）との差が最小となりこの部分での波面収差が最小と
なる。

【００４５】さらに２^n-3ステップ領域では各周期の格
子の最初の段差の開始位置は、その前の２^n-2ステップ
領域の開始・終了位置に１／２^n-1を加えた位置とな
る。すなわち、その周期の１／２ⁿ＋１／２^n-1（＝３／
２ⁿ）で始まり、最後の段差が終わる位置（＝１つ次の
周期の開始位置）は次の周期の３／２ⁿとなっている。
こうすることによってこの２^n-3ステップ領域において
も実際の断面形状（実線１２）と理想的な形状（点線１
１）との差が最小となりこの部分での波面収差が最小と
なる。この後の領域では、順次１／２^n-2、１／２^n-3、
・・・と加えていけばよい。すなわち、２^n-iステップ
（ｉ＝１，・・，ｎ−１）の領域における最初の段差の
開始位置は、２ⁿステップの領域における最後の周期の
（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹の位置を基準に１／２ⁿ⁺¹＋１／
２ⁿ＋・・＋１／２^n+2-iの位置となる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レンズ
作用をもたせるため、格子間隔が一定ではなく、また、
極めて微小な格子間隔をもつため、その格子領域の一部
分でフォトリソグラフィ工程における分解能を超えて、
同一の段数で形成できなくなり、段数の異なる領域が形
成される回折素子に対して、本来の波面収差を無くすよ
うな理想的な曲面からのずれを最小にする回折素子が得
られる。そして、本発明の回折素子を用いた光学装置
は、これによって高い光スポット品質や画像品質を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における回折素子の断面
模式図

【図２】本発明の実施の形態２における回折素子の断面
模式図

【図３】従来の回折素子の断面模式図

【図４】フォトリソグラフィ技術により作成された回折
素子の例の断面模式図

【図５】フォトリソグラフィ技術により作成された回折
素子の模式図

【図６】フォトリソグラフィ技術により作成された回折
素子の作成フローを示した断面模式図

【符号の説明】

１，１１，２１ 波面収差零の曲線 ２，１２，２２ 実際の回折素子断面図 ３ 光学基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の段差と複数の段数で構成される周期
   を複数備えた領域を組み合わせて構成され、各領域ごと
   に前記段数を異ならせて階段状断面を形成する回折素子
   であって、 前記領域のそれぞれにおいて、各周期における最初の段
   差の開始位置が他の領域の最初の段差の開始位置と異な
   って配置されたことを特徴とする回折素子。
2. 【請求項２】所定の段差と複数の段数で構成される周期
   を複数備えた領域を組み合わせて構成され、各領域ごと
   に前記段数を異ならせて階段状断面を形成する回折素子
   であって、 前記領域のそれぞれにおいて、各周期における最初の段
   差の中央位置を無収差曲線と交叉させ、前記段差の幅の
   １／２だけ該中央位置から隣寄りにずらした位置に前記
   開始位置を配置したことを特徴とする回折素子。
3. 【請求項３】隣接し、段数が異なる第１領域と第２領域
   において、前記第１領域の最後の段差の終端位置が前記
   第２領域の最初の段差の開始位置と一致するまで、前記
   第１領域の最後の段差が延長されることを特徴とする請
   求項１または２記載の回折素子。
4. 【請求項４】所定の段差と複数の段数で構成される周期
   を複数備えた領域を組み合わせて構成され、各領域ごと
   に周期の段数を２ⁿステップ、２^n-1ステップ、２^n-2ス
   テップ、・・・、２ステップのいずれかの段数として階
   段状断面を形成する回折素子であって、 ２ⁿステップの領域における最初の段差の開始位置が隣
   接する周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹の位置に置かれ、最
   後の段差の終端位置が該周期の（２ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹で
   あることを特徴とする回折素子。
5. 【請求項５】２^n-iステップ（ｎは２以上の自然数、ｉ
   ＝１，・・，ｎ−１）の領域における最初の段差の開始
   位置が、２ⁿステップの領域における最後の周期の（２
   ⁿ⁺¹−１）／２ⁿ⁺¹の位置を基準に１／２ⁿ⁺¹＋１／２ⁿ＋
   ・・＋１／２^{n+ 2-i}の位置であることを特徴とする請求
   項４記載の回折素子。