JP2015028528A - 透過型回折光学素子及び計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現する透過型回折光学素子を提供する。【解決手段】 石英で形成される０．８μｍ帯の波長用の透過型回折光学素子であって、石英の屈折率をｎ、回折格子に入射する光の波長をλ（ｎｍ）、回折格子のピッチをｐ（ｎｍ）、回折格子の深さをＤ（μｍ）、回折格子の幅を前記ピッチで割った値であるデューティー比をαとすると、回折格子のピッチ、深さ及びデューティー比が高い回折効率を得るための所定の条件を満たすことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、透過型回折光学素子及び計測装置に関する。

眼底を検査するために光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）が使用されている。光干渉断層計における方式の一つとしてスペクトラルドメインＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ：ＳＤ−ＯＣＴ）が存在する。ＳＤ−ＯＣＴにおいては、広帯域波長の光を出射する光源と分光器を用いて被検物からの光の周波数分布を検出し、検出信号をフーリエ変換することで深さ方向の断面像を得る。分光器内では回折光学素子によって、参照光と眼底からの被検光との干渉光を波長毎に分離し、センサによって波長毎の光強度（光量）を検出している。眼底検査用のＯＣＴでは、光源の波長として０．８μｍ帯の波長、例えば、中心波長が８４０ｎｍ〜８８０ｎｍの広帯域の波長が使用される。

ＯＣＴにおいて回折光学素子の回折効率は得られる断面像の明るさに影響する。また、使用する波長帯域端での回折効率低下は断面像における分解能の悪化に繋がる。分解能はスペクトルの半値幅に反比例するため、中心波長と波長帯域端の波長との回折効率に差があるとスペクトルの半値幅が小さくなり、分解能が大きくなる（悪化する）からである。よって、中心波長のみだけではなく、回折光学素子による分光対象となる波長帯域全域で回折効率が高いことが重要である。また、回折光学素子にはランダムな偏光光が入射するため、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方に対して回折効率が高いことが求められる。

様々なタイプの回折光学素子のうち、一般的に回折効率が高いのは、主に低次回折光を出射する透過型回折光学素子である。透過型回折光学素子に関する高回折効率化に関して、特許文献１に光通信用のＣ−ｂａｎｄ帯域（１５３０〜１５６５ｎｍ）のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方に対して９０％以上の高い回折効率を実現するための回折格子のピッチ、幅及び高さの条件が記載されている。また、特許文献２には、回折格子の直下に薄膜層を設け、この薄膜層の屈折率分布を、回折格子により高い回折効率を実現するために適した分布にすることが記載されている。特許文献２に記載の回折光学素子に入射する光の波長は１３５０ｎｍ〜１７５０ｎｍである。

米国特許第６７４７７９９号公報 特許第４７４９７８９号公報

特許文献１には、光通信用のＣ−ｂａｎｄ帯域においてＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方に対して高い回折効率を実現する格子の条件が記載されているものの、０．８μｍ帯の波長についてＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方に対して高い回折効率を実現するものではない。

特許文献２に記載の回折光学素子に入射する光の波長は１３５０ｎｍ〜１７５０ｎｍであって、特許文献２に記載の回折光学素子も０．８μｍ帯の波長について高いＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方に対して回折効率を実現するものではない。さらに、特許文献２に記載の薄膜層を形成するためには、製造プロセスが煩雑になり、製造コストが増加してしまう。薄膜層を形成せずに、単一材料で回折光学素子を形成した方が簡単である。

以上のように、０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現する透過型回折光学素子の回折格子の条件は知られていない。

そこで、本発明は、０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現する透過型回折光学素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての透過型回折光学素子は、石英で形成される０．８μｍ帯の波長用の透過型回折光学素子であって、石英の屈折率をｎ、回折格子に入射する光の波長をλ（ｎｍ）、回折格子のピッチをｐ（ｎｍ）、回折格子の深さをＤ（μｍ）、回折格子の幅を前記ピッチで割った値であるデューティー比をαとすると、回折格子のピッチ、深さ及びデューティー比が下記の式を満たすことを特徴とする透過型回折光学素子。
２ｎ×ｐ＜３λ
Ｄ＞７．８６３８×１０^−６×ｐ^２−１．４２７９×１０^−２×ｐ＋７．９７３４
α＞−８．５７４７×１０^−４×ｐ＋１．２３２８
Ｄ＞１３．１９×α^２−１４．１６×α＋５．３６０
Ｄ＜１５．４４×α^２−１５．７３×α＋５．８７０

本発明によれば、０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現する透過型回折光学素子を提供することができる。

回折光学素子における各パラメータを示す図である。 回折光学素子による回折を説明するための図である。 回折格子の本数が１２００本であるときの回折効率の計算結果である。 回折格子の本数が１４００本であるときの回折効率の計算結果である。 各本数における回折効率の計算結果である。 直線Ａ、Ｂを規定する格子深さ、デューティー比を示す図である。 曲線Ｃ、Ｄを説明するための図である。 実施例１における回折光学素子の所定の波長帯域における回折効率の計算結果である。 実施例２における回折格子の凸部の側面が傾斜している場合の図である。 実施例２における所定の波長帯域における回折効率の計算結果である。 実施例３における光干渉断層計測装置の概要図である。

（実施例１）
本実施例では、眼底検査用の光干渉断層計（ＯＣＴ）に使用される回折光学素子について説明する。

眼底検査用のＯＣＴは、網膜、前眼部角膜、隅角、虹彩など眼球における様々な箇所の断面像や立体像を得る事を可能とし、黄斑変性や緑内障などの網膜疾患の診断に特に効果を発揮する。近年広く用いられているＯＣＴはＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）と呼ばれるものである。ＳＤ−ＯＣＴにおいては、広帯域波長の光を出射する光源と分光器を用いて、被検物からの光の周波数分布を検出し、検出信号をフーリエ変換することで深さ方向の断面像を得る。分光器内では回折光学素子によって、参照光と眼底からの被検光との干渉光を波長毎に分離（分光）し、ＣＣＤセンサによって波長毎の光強度（光量）を検出する。回折光学素子は、光の回折現象を利用し、回折格子に入射したある波長帯域幅の光に対して、特定波長を特定方向に透過ないし反射させることで分光を実現するものである。眼底検査用のＯＣＴでは、光源の波長として０．８μｍ帯の波長、例えば、中心波長が８４０ｎｍ〜８８０ｎｍの広帯域の波長が使用される。そのため、分光器内で０．８μｍ帯の波長用の回折光学素子が用いられる。本方式においては、干渉計の参照ミラーを機械的に動かしながら検出対象物の深さ方向の断面像を得るＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）と比較して、測定および画像処理の速度や空間解像度、検出感度の面で優位である。

ＯＣＴで得られる画像の性能を考慮した際に、回折光学素子に求められる性能の一つが回折効率である。回折効率は、入射光量に対して所望の次数に回折される光量の割合を示す値である。回折効率は画像の明るさに寄与するため、高い回折効率である事が望まれる。

回折効率には入射光の偏光依存性がある。ＳＤ−ＯＣＴ用の広帯域波長を射出する光源からの光は一般に偏光に関して特定の振動方向が存在しない。よって、回折光学素子としては、ＴＥ偏光とＴＭ偏光（ｓ偏光とｐ偏光）の両方に対して高い回折効率である事が望まれる。

また、回折効率は入射波長により異なるが、例えば、特定の中心波長で高い回折効率であったとしても、広波長帯域の端の波長で回折効率が低ければ、ＣＣＤセンサで検出した検出信号をフーリエ変換した後に得られる画像の分解能が悪化し、計測精度が低くなる。このため、特定の１波長だけではなく、少なくとも使用する波長帯域全域において高い回折効率である必要がある。

ＳＤ−ＯＣＴ用の回折光学素子としては一般に透過型回折光学素子が用いられている。透過型回折光学素子は、通常、反射型回折光学素子より回折効率が高いからである。透過型回折光学素子の一つの形態として、高純度の石英ガラス基板に直接エッチングして形成された回折光学素子がある。透過型回折光学素子では、回折格子が形成された面とは反対側の表面に反射防止膜がコーティングされているため、回折格子が形成された面とは反対側の表面での光のロスはほとんどない。そのため、透過型回折光学素子における光のロスはほとんど、回折格子により所望の次数以外の他の次数で伝搬する光だけとなる。一方、反射型回折光学素子では、反射率９０％前後の金属膜コーティングが反射層となっており、反射層での光のロスが大きいため、透過型回折光学素子より低い回折効率となる。

本実施例における透過型回折光学素子１の断面図を図１に示す。透過型回折光学素子１は、石英ガラスの基板上に塗布されたレジストを露光装置で露光して、露光された基板に現像およびエッチングをすることにより形成される。この方法では、特許文献２に記載の薄膜層を形成するよりも比較的簡易なプロセスで透過型回折光学素子を形成する事が出来る。透過型回折光学素子１には断面が凹凸構造の回折格子２が形成され、回折格子２は複数の凸形状の部分（凸部３）と凸部間の溝部からなる。本実施例では回折格子２の凸部３を矩形形状とする。凸部３はｙ方向に同じ断面形状で延びており、複数の凸部３がｘ方向に繰り返し配列されており、ラインアンドスペースの回折格子２が形成されている。

図１に示す回折光学素子１の形状を規定するパラメータを説明する。回折格子２の凸部３または凸部３間の溝部が一方向に等間隔のピッチｐで配列され、入射光を回折させている。回折格子のピッチｐの逆数を本数と呼び、通常１ｍｍあたりの本数で示される。また、回折格子２が形成されている回折格子面に垂直な格子法線４の方向（ｚ方向）における回折格子２（凸部３）の長さを格子深さＤとする。回折格子２の凸部３が繰り返し並ぶ配列方向（ｘ方向）における凸部３の長さを格子幅ｗとする。格子幅ｗをピッチｐで割った値（ｗ／ｐ）をデューティー比αと呼ぶ。回折格子６の形状は、ピッチｐまたは本数、格子深さＤ、および、デューティー比αを定義することで一意に決定される。

ピッチｐまたは本数、格子深さＤ、および、デューティー比αは、回折光がどの次数に配分されるか、すなわち、回折効率に大きく影響する。よって、ピッチｐまたは本数、格子深さＤ、および、デューティー比αを適切に設定することにより、高い回折効率を実現することができる。そこで、本実施例では、計算機を用いたシミュレーションにより、ピッチｐまたは本数、格子深さＤ、および、デューティー比αの３つのパラメータを変化させて、回折効率の計算を行った。計算は電磁場解析法の一種であるＲＣＷＡ法を用いて計算される。

計算を行う上で入射光の波長を規定する必要がある。現在実用化されているＳＤ−ＯＣＴの光源は、中心波長が８４０ｎｍ〜８８０ｎｍなどの所謂０．８μｍ帯の波長帯域の光源なので、本実施例ではこの波長帯域内の特定波長８５５ｎｍの光に対する回折効率を計算した。なお、回折光学素子を形成する材料は石英ガラスの単一材料とした。石英ガラスは０．８μｍ帯の波長において透過率が非常に高く、化学的安定性に優れた安価な材料である。石英ガラス表面にエッチングなどにより回折格子構造を設けて透過型回折光学素子として用いることは広く知られている。

光の入射角度および出射角度に関してはリトロー配置（条件）にて計算を行った。図２に示すように、回折格子２が形成されている面とは反対側の面に入射光５が入射し、入射光５が回折光学素子１内を透過して、回折格子２で回折して出射される。リトロー配置とは、入射光５の入射角θ１と所望の次数の回折光６の出射角θ２とが等しい配置であることを指す。回折光は波長に応じて出射角が異なるから、ある波長、例えば使用波長帯域における中心波長についてリトロー配置が成り立つように設計される。

入射光５の入射角θ１と回折光６の出射角θ２の関係は、波長をλ（ｎｍ）、回折次数をｍ、回折格子２のピッチをｐ（ｎｍ）とすると、ｍ×λ＝ｐ×（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）という方程式で表される。リトロー配置においては、θ１＝θ２であり、リトロー角θをθ＝θ１＝θ２と定義した際に、ｍ×λ＝２ｐ×ｓｉｎθという式が成立する。

本実施例においては、所望の次数の回折光６を１次回折光として、１次回折光に関する回折効率に関する計算を行った。これは、２次以上の高次回折光を用いると光が各次数に分離されることになり、高回折効率が実現出来ないためである。本実施例では、回折光のうち１次回折光の光量が最大となり、１次回折光に関する回折効率が最大となるように回折格子２の形状のパラメータを設定する。

回折光学素子１から空気中に１次回折光が出射される形で回折が生じる場合に、回折格子２が形成されている面で反射する２次回折光７が発生する条件が存在する。１次回折光の出射角（リトロー角）をθ、２次の反射回折光７が発生する場合の２次の反射回折光の出射角をθ３、回折光学素子１の屈折率をｎとすると、２次の反射回折光７が発生（存在）する場合、２λ＝ｐ×（ｓｉｎθ＋ｎ×ｓｉｎθ３）が成り立つ。一方、θは１次回折光６の出射角なので、λ＝２ｐ×ｓｉｎθという式が成立する。この２つの式より、ｓｉｎθ３＝３λ／（２ｎ×ｐ）となる。０≦ｓｉｎθ３≦１の場合に、θ３の値が存在するので、０≦３λ／（２ｎ×ｐ）≦１の条件を満たす場合には、２次反射回折光７が存在することになる。言い換えれば、３λ／（２ｎ×ｐ）＞１の場合には、２次反射回折光が存在しない。したがって、２次反射回折光が発生せずに、高い回折効率を実現するためには、２ｎ×ｐ＜３λとなるようなピッチｐを設定する必要がある。

屈折率ｎを１．４５、波長λを８５５ｎｍとして、上記の式２ｎ×ｐ＜３λに代入すると、２ｐ（ピッチｐの２倍）は８４４ｎｍ以下である必要があり、本数で表すと１１３１本／ｍｍ以上となる。

なお、ここで回折光学素子１から空気中に出射される回折に関して述べたが、空気中から回折光学素子１に入射する回折においても同様の条件下で、２次の透過回折光が生じる。よって高回折効率化のためには、同様に２ｎ×ｐ＜３λの条件を満たす必要がある。

ピッチまたは本数に関する上記条件を考慮し、シミュレーションでは本数を１１５０本から１５００本とした。また、格子深さＤを１μｍから３μｍ、デューティー比αを０．３から０．８の範囲で変化させて計算を行った。格子深さを必要以上に大きくすることや、デューティー比を０．５から大きく乖離した値を選択することは、回折光学素子の製造を考えた場合、技術的、コスト的にメリットは無いため、上記範囲に設定した。

計算により得られる回折効率は、リトロー配置条件のもとで、回折格子２において透過回折が生じた際の透過前の総光量に対する透過１次回折光の光量の比率であり、回折格子面とは反対側の面による影響は含まないとした。先に述べた通り、ＳＤ−ＯＣＴ用の光源は一般に偏光に関し特定の振動方向が存在せず、回折光学素子は両偏光に対し高い回折効率であることが求められる。そのため、両偏光の平均回折効率を計算した。

計算結果を図３〜５に示す。図３は回折格子の本数が１２００本の場合において、格子深さＤとデューティー比αに対する回折効率を示す図である。図３（Ａ）はＴＭ偏光に対する回折効率、図３（Ｂ）はＴＥ偏光に対する回折効率を示す図であり、図３Ｃは両偏光についての回折効率の平均値を示す図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、黒色から白色になるにつれて値が大きくなっていることを表し、等高線が記されている。図３（Ａ）、（Ｂ）からも明らかな通り、格子深さ及びデューティー比に対する回折効率は偏光により異なり、両偏光ともに高い回折効率を示すときの格子深さ及びデューティー比の場合に、両偏光についての平均回折効率が高い。

図４は、回折格子の本数が１４００本の場合において、格子深さＤとデューティー比αに対する回折効率を示す図である。図４（Ａ）はＴＭ偏光に対する回折効率、図４（Ｂ）はＴＥ偏光に対する回折効率を示す図であり、図４（Ｃ）は両偏光についての回折効率の平均値を示す図である。図３（Ａ）と図４（Ａ）を比較した場合、ＴＭ偏光について、格子深さとデューティー比に対する回折効率の依存性はほぼ変わらない。しかし、図３（Ｂ）と図４（Ｂ）を比較した場合、ＴＭ偏光について、格子深さとデューティー比に対する回折効率の依存性は異なったものとなる。具体的には、図４（Ｂ）において高回折効率となるときの格子深さが、図３（Ｂ）において高回折効率となるときの格子深さよりも大きくなる傾向がある。デューティー比についても同様である。これに伴い、格子深さとデューティー比に対する平均回折効率の依存性も変化する。図３（Ｃ）と図４（Ｃ）を比較した場合、ＴＭ偏光と同様に、平均回折効率に関しても、本数増加に伴い、高回折効率となる格子深さとデューティー比が共に大きくなっていることが明確である。

図５に、両偏光についての平均回折効率の格子深さとデューティー比に対する依存性を示す。図５（Ａ）は、回折格子の本数が１２００本である場合において、両偏光についての平均回折効率の格子深さとデューティー比に対する依存性を示す。図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ回折折格子の本数が１３００本、１４００本、１５００本である場合を示す。

一般的に、従来の回折光学素子の回折効率は、使用する波長帯域内における最大値でも９０％程度である。そのため、本実施例では、従来よりも高い回折効率を実現するために、計算効率として９３％あれば十分に高い回折効率と言える。そこで、本実施例では、両偏光の平均回折効率が９３％以上であるという条件に着目し、その条件を満たす各パラメータの値を規定する。

図５から、両偏光の平均回折効率が９３％以上となる領域を調べた結果、それぞれの本数における計算結果において、２本の直線Ａ、Ｂと２本の２次曲線Ｃ、Ｄに囲まれた領域で規定できる事がわかった。直線Ａは、上記条件を満たす格子深さＤの下限値を定め、ある一定の値の格子深さで定義される。直線Ｂは、上記条件を満たすデューティー比の下限値を定め、ある一定の値のデューティー比で定義される。

直線Ａ、Ｂは回折格子の本数に依存性がある一方で、２次曲線Ｃ、Ｄは回折格子の本数に依存性がほぼ無い。本数はピッチｐの逆数であるため、直線Ａは格子深さＤとピッチｐの関数として表され、直線Ｂはデューティー比αとピッチｐの関数として表さる。曲線Ｃ、Ｄは格子深さＤおよびデューティー比αの関数として表される。

図６は、本数すなわちピッチｐ（ｎｍ）に対して、直線Ａを規定する格子深さＤ（μｍ）と、直線Ｂを規定するデューティー比αをプロットした図である。

直線Ａを規定する格子深さＤを２次関数で近似すると、直線Ａを規定する格子深さＤ（μｍ）とピッチｐ（ｎｍ）との関係は、
Ｄ＝７．８６３８×１０^−６×ｐ^２−１．４２７９×１０^−２×ｐ＋７．９７３４
・・・数１
となる。

直線Ｂを規定するデューティー比αを１次関数で近似すると、直線Ｂを規定するデューティー比αとピッチｐ（ｎｍ）との関係は、
α＝−８．５７４７×１０^−４×ｐ＋１．２３２８ ・・・数２
となる。

図７は、直線Ｃ、Ｄを規定する格子深さＤ（μｍ）とデューティー比αとの関係を示す図である。格子深さＤ（μｍ）とデューティー比αとの関係を２次関数で近似すると、直線Ｃは、
Ｄ＝１３．１９×α^２−１４．１６×α＋５．３６０ ・・・数３
となり、直線Ｄは、
Ｄ＝１５．４４×α^２−１５．７３×α＋５．８７０ ・・・数４
となる。先に述べた通り、この関係は本数にほぼ依存しない。

以上より、両偏光の平均回折効率が９３％以上を達成し得る回折格子のパラメータは、以下の５つの不等式を満たさなければならない。数６〜９は直線Ａ、Ｂと曲線Ｃ、Ｄで囲まれる領域を示す。
２ｎ×ｐ＜３λ ・・・数５
Ｄ＞７．８６３８×１０^−６×ｐ^２−１．４２７９×１０^−２×ｐ＋７．９７３４
・・・数６
α＞−８．５７４７×１０^−４×ｐ＋１．２３２８ ・・・数７
Ｄ＞１３．１９×α^２−１４．１６×α＋５．３６０ ・・・数８
Ｄ＜１５．４４×α^２−１５．７３×α＋５．８７０ ・・・数９

先に述べた通り、ＳＤ−ＯＣＴ用の回折光学素子には使用波長帯域全域において高い回折効率であることが求められる。先の計算では波長を８５５ｎｍとして計算したが、上記不等式を満たす回折格子の形状であれば、８５５ｎｍ以外の波長を含む波長帯域でも高い回折効率が達成されることを以下に示す。

例として、上記不等式を満たすパラメータとして、格子本数１２００本、ピッチ８３３．３ｎｍ、格子深さ２．０６μｍ、デューティー比０．６６を設定し、そのときの回折効率を計算した。波長８５５ｎｍでは、ＴＥ偏光についての回折効率が９７．６％、ＴＭ偏光についての回折効率が９８．１％であり、両偏光についての平均回折効率は９７．９％である。

ＳＤ−ＯＣＴで用いられる波長帯域は８００ｎｍ付近の帯域で多様であるが、本実施例では７９５ｎｍから９１５ｎｍでの波長の光の入射を想定し、その波長帯域での回折効率の計算を行った。また、入射光の入射角は中心波長８５５ｎｍのリトロー配置条件である３０．８６度である。

上記条件のもと、７９５ｎｍから９１５ｎｍの波長帯域における回折効率の計算を行って得られた計算結果を図８に示す。波長帯域の端の７９５ｎｍ、９１５ｎｍにおいて、ＴＥ、ＴＭ両偏光についての平均回折効率は９３．０％であり、一般に入手できる従来の回折光学素子の同波長帯域における回折効率と比較して十分に高い。このように回折格子のパラメータを設定したことにより、この波長帯域では回折効率は、設定波長８５５ｎｍで値がピークとなる２次関数で変化する。したがって、設定波長８５５ｎｍにおいて、高い回折効率となる回折格子のパラメータを選択することにより、使用波長帯域内で高い回折効率が実現されると言える。

以上より、上記不等式を満たすピッチｐまたは本数、格子深さＤおよびデューティー比αの３つのパラメータで規定される回折格子を有する回折光学素子であれば、０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現することができる。

（実施例２）
次に、第２実施例における回折光学素子１０を説明する。実施例１では、回折格子の凸部の断面が矩形であったが、本実施例では回折格子の凸部の断面は矩形ではなく、側面が傾きをもつ。例えば、エッチングによって回折格子を形成する場合には、凸部の側面が垂直に形成されず、傾きを持って形成される。そのような場合は、図９に示すように、回折格子２０の凸部３０の断面は等脚台形状となる。凸部３０の側面は、格子法線４０に対して傾斜しており、数度の角度θｋをもっている。つまり、回折格子２０の深さ方向に凸部３０の幅が変化している。ピッチｐ、格子深さＤは実施例１と同様である。ただし、格子幅ｗは、格子法線４０方向に一定では無いので、格子深さＤの半分の位置における凸部３０の配列方向（ｘ方向）の幅と定める。このように、回折格子２０の所定の深さにおける凸部３０の幅を用いてデューティー比を定める。

図１０に、傾斜角度θｋを４度として、回折効率の波長依存性を計算した結果を示す。なお、実施例１の計算と同様、格子本数１２００本、ピッチ８３３．３ｎｍ、格子深さ２．０６μｍ、デューティー比０．６６、入射角３０．８６度として計算を行っている。

設定波長８５５ｎｍにおいて両偏光の平均回折効率は９７．６％、波長帯域端の７９５ｎｍにおいては９４．７％、９１５ｎｍにおいては９３．０％となった。以上より、回折格子の凸部の側面が傾斜角をもっている場合でも、上記不等式を満たすパラメータで規定される回折格子を有する回折光学素子であれば、０．８μｍ帯の波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現することができる。

（実施例３）
次に、前述の透過型回折光学素子を利用した、光干渉断層法を用いる計測装置（ＳＤ−ＯＣＴ装置、眼科装置）を説明する。

まず、本実施例に係るＳＤ−ＯＣＴ装置の構成について説明する。図１１は本実施例に係るＳＤ−ＯＣＴ装置の構成を示す図である。光源１０１から出射された０．８μｍ帯の波長の光はビームスプリッタ１０２によって参照光１１２と測定光１１１とに分割される。測定光１１１は、レンズ１０４を介して観察対象（被検物：眼１０５）に照射されると、反射や散乱によって戻り光１１３となって戻される。戻り光１１３と参照光１１２は、ビームスプリッタ１０２によって合波され、干渉光１１４となる。干渉光１１４は、回折光学素子１０７により分光され、レンズ１０８を通ってセンサ１０９に照射される。そして、センサ１０９が、干渉光の強度を波長毎にアナログ電気信号に変換（光電変換）し、画像情報処理部１１０に出力する。画像情報処理部１１０は、入力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換（Ａ／Ｄ変換）し、波長毎のデジタル電気信号に基づいて被検物の断層画像を計算処理によって求める。具体的には、画像情報処理部１１０は、波長毎のデジタル電気信号にフーリエ変換処理などの処理を施すことにより、眼１０５の断層像を得る。これにより、眼１０５の眼底を検査することができる。

回折光学素子１０７には、実施例１又は２の透過型回折光学素子が使用される。回折光学素子１０７はリトロー配置で使用される。実施例１又は２の回折光学素子は、０．８μｍ帯の波長帯域においてＴＥ偏光とＴＭ偏光の両方について高い回折効率を実現することができるので、ＳＤ−ＯＣＴ装置で得られる画像の分解能が小さくなり、高精度に計測を行うことができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (10)

1. 石英で形成される０．８μｍ帯の波長用の透過型回折光学素子であって、
   石英の屈折率をｎ、回折格子に入射する光の波長をλ（ｎｍ）、回折格子のピッチをｐ（ｎｍ）、回折格子の深さをＤ（μｍ）、回折格子の幅を前記ピッチで割った値であるデューティー比をαとすると、
   回折格子のピッチ、深さ及びデューティー比が以下の式を満たすことを特徴とする透過型回折光学素子。
   ２ｎ×ｐ＜３λ
   Ｄ＞７．８６３８×１０^−６×ｐ^２−１．４２７９×１０^−２×ｐ＋７．９７３４
   α＞−８．５７４７×１０^−４×ｐ＋１．２３２８
   Ｄ＞１３．１９×α^２−１４．１６×α＋５．３６０
   Ｄ＜１５．４４×α^２−１５．７３×α＋５．８７０
2. 前記回折格子による回折光のうち１次回折光の光量が最大であり、
   ある波長において前記１次回折光の出射角は前記回折格子に入射する光の入射角に等しいことを特徴とする請求項１に記載の透過型回折光学素子。
3. 前記回折格子に入射する光の中心波長は８４０ｎｍから８８０ｎｍの間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の透過型回折光学素子。
4. 前記回折格子の断面は台形であり、前記回折格子の深さの半分の位置における幅を前記ピッチで割った値であるデューティー比が前記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の透過型回折光学素子。
5. 前記回折格子の深さ方向に前記回折格子の幅が変化し、前記回折格子の所定の深さにおける前記回折格子の幅を前記ピッチで割った値であるデューティー比が前記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の透過型回折光学素子。
6. 前記回折格子の断面は矩形であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の透過型回折光学素子。
7. ０．８μｍ帯の波長の光を被検物に照射して前記被検物を計測する計測装置であって、
   前記被検物からの光を分光する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の透過型回折光学素子と
   前記透過型回折光学素子で分光された光を検出するセンサとを有することを特徴とする計測装置。
8. 前記透過型回折光学素子の配置はリトロー配置であることを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
9. 前記計測装置は光干渉断層計であることを特徴とする請求項７又は８に記載の計測装置。
10. 前記光干渉断層計は眼底検査用であることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。