JP2014170109A5 - - Google Patents

Description

上記目的を達成するため、本発明に係る回折光学素子は、格子面および格子壁面を備えた回折格子と、前記格子壁面に配置され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜と、を有し、前記薄膜のｄ線に対する屈折率をｎｆｄ、前記回折格子の材料のｄ線に対する屈折率をｎｇｄ、前記薄膜の膜厚をｗｆ、ｄ線の波長をλｄ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．７≦ｎｆｄ≦２．２
０．０５＜ｎｆｄ−ｎｇｄ＜０．５
０．０１＜（ｎｆｄ−ｎｇｄ）＊ｗｆ／λｄ＜０．０５
また、本発明に係る別の回折光学素子は、第１の格子面および第１の格子壁面を備えた第１の回折格子と、第２の格子面および第２の格子壁面を備えた第２の回折格子と、前記第１の格子壁面と前記第２の格子壁面との間に配置され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜と、を有し、前記第１および第２の回折格子のｄ線に対する屈折率を夫々ｎｄ１およびｎｄ２、前記薄膜のｄ線に対する屈折率をｎｆｄ、前記薄膜の膜厚をｗｆ、ｄ線の波長をλｄ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
ｎｄ１＜ｎｄ２
０．０５＜ｎｆｄ−ｎｄ２＜０．５
０．０１＜（ｎｆｄ−ｎｄ２）＊ｗｆ／λｄ＜０．０５
また、本発明に係る光学系、光学機器は上記回折光学素子を有することを特徴とする。

本発明は、格子壁面の高屈折率薄膜によって高屈折率薄膜内部に一部の光束が閉じ込められ、全反射による多重反射を介して光導波路のように伝播し、射出された後に薄膜内を透過しない光束と干渉することを利用している。この光導波路の条件を最適化すると回折格子から射出した光が設計回折次数の回折光に結合する条件となり、この結果、設計次数の回折効率が向上し、設計次数±１次の回折効率を低減することを見出した。鋭意検討した結果、好ましい条件として、式（１ａ）、（１ｂ）、（２）を得た。

１．７≦ｎｆｄ≦２．２ （１ａ）
０．０５＜ｎｆｄ−ｎｇｄ＜０．５ （１ｂ）
０．０１＜（ｎｆｄ−ｎｇｄ）＊ｗｆ／λｄ＜０．０５ （２）
ただし、ｎｆｄは薄膜のｄ線での屈折率、ｎｇｄは回折格子（第１の回折格子がなく、第２の回折格子だけで構成される場合）の材料のｄ線での屈折率、ｗｆは薄膜の膜厚、λｄはｄ線の波長である。

本実施例においては、不要光は、格子壁面付近に入射する入射光束ｂ（図１（ｂ）（ｃ））の一部が薄膜２０の内部に閉じ込められ、光導波路のように伝播し、これらの光束が射出後に干渉する結果、像面に到達する光束が比較例よりも減少していると考えられる。

以下、表１に上記実施例１乃至６の結果をまとめた表を示す。ｎｄ１は回折格子１１のｄ線の屈折率、ｎｄ２は回折格子１２のｄ線の屈折率である。ｎｆは薄膜の屈折率、ｗｆは薄膜の膜幅、である。なお、表１に示されるように、以下の式が満たされている。
１．７≦ｎｆｄ≦２．２
０．０≦ｋｆｄ≦０．０５

Claims (18)

1. 格子面および格子壁面を備えた回折格子と、
   前記格子壁面に配置され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜と、
   を有し、
   前記薄膜のｄ線に対する屈折率をｎｆｄ、前記回折格子の材料のｄ線に対する屈折率をｎｇｄ、前記薄膜の膜厚をｗｆ、ｄ線の波長をλｄ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
   １．７≦ｎｆｄ≦２．２
   ０．０５＜ｎｆｄ−ｎｇｄ＜０．５
   ０．０１＜（ｎｆｄ−ｎｇｄ）＊ｗｆ／λｄ＜０．０５
2. 前記薄膜のｄ線に対する消衰係数をｋｆｄ、前記回折格子のｄ線に対する消衰係数をｋｇｄ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
   ０≦ｋｆｄ−ｋｇｄ＜０．５
3. 前記薄膜は、前記格子壁面から前記格子面まで連続して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
4. 前記回折格子の設計次数は、＋１次または−１次であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
5. 前記回折格子の格子ピッチは、８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
6. 第１の格子面および第１の格子壁面を備えた第１の回折格子と、
   第２の格子面および第２の格子壁面を備えた第２の回折格子と、
   前記第１の格子壁面と前記第２の格子壁面との間に配置され、使用波長帯域の光に対して透明な薄膜と、
   を有し、
   前記第１および第２の回折格子のｄ線に対する屈折率を夫々ｎｄ１およびｎｄ２、前記薄膜のｄ線に対する屈折率をｎｆｄ、前記薄膜の膜厚をｗｆ、ｄ線の波長をλｄ、とするとき、
   以下の式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
   ｎｄ１＜ｎｄ２
   ０．０５＜ｎｆｄ−ｎｄ２＜０．５
   ０．０１＜（ｎｆｄ−ｎｄ２）＊ｗｆ／λｄ＜０．０５
7. 前記第１の格子面と前記第２の格子面とは互いに密着接合されており、前記第１の格子壁面と前記第２の格子壁面とは前記薄膜を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項６に記載の回折光学素子。
8. 前記薄膜のｄ線に対する消衰係数をｋｆｄ、前記第２の回折格子のｄ線に対する消衰係数をｋｇｄ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の回折光学素子。
   ０≦ｋｆｄ−ｋｇｄ＜０．５
9. 前記薄膜は、前記第２の格子壁面から前記第２の格子面まで連続して設けられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の回折光学素子。
10. 前記第１および第２の回折格子の夫々の格子高さをｄ１およびｄ２、前記第１および第２の回折格子のｄ線に対するアッべ数を夫々νｄ１およびνｄ２、可視波長帯域内の波長をλ、とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の回折光学素子。
    νｄ１＜２５
    νｄ２＞３５
    ０．９４０≦（ｎ１２×ｄ１−ｎ１１×ｄ２）／（ｍ×λ）≦１．０６０
11. 前記第１および第２の回折格子の設計次数は、＋１次または−１次であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の回折光学素子。
12. 前記第１および第２の回折格子の格子ピッチは、８０μｍ以上であることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の回折光学素子。
13. 前記薄膜のｄ線に対する消衰係数をｋｆｄとするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回折光学素子。
    ０．０≦ｋｆｄ≦０．０５
14. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の回折光学素子。
    ｋｆｄ＝０．０
15. 前記薄膜の前記格子壁面と接する面に入射する光束の一部は、前記薄膜の内部で複数回全反射して前記薄膜の内部から出射することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
16. 前記薄膜の内部から出射した光束と前記薄膜の内部に入射しない光束とが干渉することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
17. 請求項１乃至１６のうちいずれか１項に記載の回折光学素子と、該回折光学素子からの光を制限する絞りと、を有することを特徴とする光学系。
18. 請求項１７に記載の光学系と、該光学系を保持する鏡筒と、を有することを特徴とする光学機器。