JP2532729B2 - 光学レンズおよびその製造方法 - Google Patents
光学レンズおよびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、回折形の光学レンズに関するものであり、
特に、斜め入射インライン形の反射形レンズに関するも
のである。
特に、斜め入射インライン形の反射形レンズに関するも
のである。
従来の技術 回折光学レンズは、グレーティング構造であるため、
たかだか数μｍの膜厚で集光作用を有し、超小形軽量化
が可能となる重要レンズとして注目されている。
たかだか数μｍの膜厚で集光作用を有し、超小形軽量化
が可能となる重要レンズとして注目されている。
従来の光学レンズとして、第11図（（ａ）：平面図、
（ｂ）：断面図）に示すものがあった（T.シオノ（Shio
no）,M.キタガワ（Kitagawa）,K.セツネ（Setsune）and
T.ミツユ（Mitsuyu）：“リフレクション マイクロ−
フレネル レンズ アンド ゼア ユース イン アン
インテグレーティド フォーカス センサ（Reflecti
on micro−Fresnel lenses and their use in an integ
rated focus sensor）",アプライド オプティクス（Ap
pl.Opt.）,Vol.28,No15,pp.3434−3442（1989）．）。
（ｂ）：断面図）に示すものがあった（T.シオノ（Shio
no）,M.キタガワ（Kitagawa）,K.セツネ（Setsune）and
T.ミツユ（Mitsuyu）：“リフレクション マイクロ−
フレネル レンズ アンド ゼア ユース イン アン
インテグレーティド フォーカス センサ（Reflecti
on micro−Fresnel lenses and their use in an integ
rated focus sensor）",アプライド オプティクス（Ap
pl.Opt.）,Vol.28,No15,pp.3434−3442（1989）．）。
同図において、基板１に、断面が鋸歯形状のグレーテ
ィングゾーン８を同心円状に複数個設け、外周に行くに
したがって、ゾーン８の周期を小さくするようにし、そ
のゾーン８上に反射層８を設け、レンズ部11を構成して
いる。
ィングゾーン８を同心円状に複数個設け、外周に行くに
したがって、ゾーン８の周期を小さくするようにし、そ
のゾーン８上に反射層８を設け、レンズ部11を構成して
いる。
発明が解決しようとする課題 第11図に示した従来の光学レンズでは、レンズ部11に
対して光が垂直入射したときに良好に集光するようにな
っているため、斜めに傾いた入射光２では、集光出射光
９は収差が生じて、焦点がぼけてしまい（ぼけた焦点1
0）、良好な集光特性が得られないという課題があっ
た。
対して光が垂直入射したときに良好に集光するようにな
っているため、斜めに傾いた入射光２では、集光出射光
９は収差が生じて、焦点がぼけてしまい（ぼけた焦点1
0）、良好な集光特性が得られないという課題があっ
た。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、斜入射
に対して良好な集光特性を示す反射形の回折光学レンズ
を提供するものである。
に対して良好な集光特性を示す反射形の回折光学レンズ
を提供するものである。
課題を解決するための手段 基板上に形成した複数のグレーティングゾーンと、上
記グレーティングゾーン上に設けた反射層からなり、上
記グレーティングゾーンのパターン形状は楕円形であ
り、上記楕円形の中心位置は、上記グレーティングゾー
ンの外周部にいくにしたがって、上記楕円形の一方の長
軸方向に、徐々にずれている構成とする。
記グレーティングゾーン上に設けた反射層からなり、上
記グレーティングゾーンのパターン形状は楕円形であ
り、上記楕円形の中心位置は、上記グレーティングゾー
ンの外周部にいくにしたがって、上記楕円形の一方の長
軸方向に、徐々にずれている構成とする。
作用 本発明は、グレーティングゾーンのパターン形状を楕
円形とすることにより、斜め入射で生じる非点収差を補
正し、同時に楕円形状のグレーティングゾーンの中心位
置を徐々にずらした構造にすることにより、コマ収差を
補正し、斜め入射に対して、収差のない良好な集光特性
を実現するものである。
円形とすることにより、斜め入射で生じる非点収差を補
正し、同時に楕円形状のグレーティングゾーンの中心位
置を徐々にずらした構造にすることにより、コマ収差を
補正し、斜め入射に対して、収差のない良好な集光特性
を実現するものである。
実施例 第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第一の
実施例の光学レンズの基本構成を示す平面図、断面図お
よび入射光が集光する様子を示している。本発明の第一
の実施例の光学レンズについて、第１図（ａ），（ｂ）
を用いて、同図のように座標形をとり、詳細に説明す
る。
実施例の光学レンズの基本構成を示す平面図、断面図お
よび入射光が集光する様子を示している。本発明の第一
の実施例の光学レンズについて、第１図（ａ），（ｂ）
を用いて、同図のように座標形をとり、詳細に説明す
る。
同図において、レンズ部７は、基板１上に形成した複
数のグレーティングゾーン５と、このグレーティングゾ
ーン５上に設けた、例えばAgやAl、Au等の金属層または
誘電体の多層膜の反射層６から構成されている。入射光
２は、例えばyz平面でｚ軸からｙ軸方向にθだけ傾いて
入射し、レンズ部７で反射回折されて、例えばyz平面図
でｚから−ｙ軸方向にθだけ傾いた光軸をもつ集光出射
光３となり焦点４に集光される。入射と出射の光軸はミ
ラーの関係になっており、従って本発明の光学レンズは
インライン形のレンズであるといえる。
数のグレーティングゾーン５と、このグレーティングゾ
ーン５上に設けた、例えばAgやAl、Au等の金属層または
誘電体の多層膜の反射層６から構成されている。入射光
２は、例えばyz平面でｚ軸からｙ軸方向にθだけ傾いて
入射し、レンズ部７で反射回折されて、例えばyz平面図
でｚから−ｙ軸方向にθだけ傾いた光軸をもつ集光出射
光３となり焦点４に集光される。入射と出射の光軸はミ
ラーの関係になっており、従って本発明の光学レンズは
インライン形のレンズであるといえる。
各グレーティングゾーン５のパターン形状は、xy平面
で入射光２の傾いている方向（ｙ方向）を長軸とした楕
円形であり、その楕円形の中心位置は、グレーティング
ゾーン５の外周部にいくにしたがって、入射光２の傾い
ている方向（ｙ方向）に、徐々にずれている。
で入射光２の傾いている方向（ｙ方向）を長軸とした楕
円形であり、その楕円形の中心位置は、グレーティング
ゾーン５の外周部にいくにしたがって、入射光２の傾い
ている方向（ｙ方向）に、徐々にずれている。
本発明者は、グレーティングゾーン５の形状を楕円形
にすることにより、入射光２が斜め入射したときに生じ
る非点収差をなくし、また同時にその楕円形の中心位置
を入射光２の傾いている方向にずらすことによりコマ収
差をなくし、良好に集光できることを発見した。
にすることにより、入射光２が斜め入射したときに生じ
る非点収差をなくし、また同時にその楕円形の中心位置
を入射光２の傾いている方向にずらすことによりコマ収
差をなくし、良好に集光できることを発見した。
詳細に検討してみると、焦点距離をｆ、波長をλ、基
板の屈折率をｎ′とすると、レンズを構成するための位
相シフト関数Φは、第１図の座標系で、 （ただし、ｋ＝２πｎ′／λ、ｍは０≦Φ≦２πを満た
す整数） であり、レンズ部７の最大膜厚または溝の最大深さをL
maxとすると、レンズ部の膜厚分布Ｌは、 Ｌ（x,y）＝Lmax（１−Φ/2π） となることが分かった。これから、傾きθが大きいほ
ど、グレーティングゾーン５の楕円の長軸と短軸の比は
大きく（1/cosθとなる）、楕円形の中心位置のずれは
大きくなることが分かった。これらの結果は光線近似を
用いた理論解析からも、裏づけられた。
板の屈折率をｎ′とすると、レンズを構成するための位
相シフト関数Φは、第１図の座標系で、 （ただし、ｋ＝２πｎ′／λ、ｍは０≦Φ≦２πを満た
す整数） であり、レンズ部７の最大膜厚または溝の最大深さをL
maxとすると、レンズ部の膜厚分布Ｌは、 Ｌ（x,y）＝Lmax（１−Φ/2π） となることが分かった。これから、傾きθが大きいほ
ど、グレーティングゾーン５の楕円の長軸と短軸の比は
大きく（1/cosθとなる）、楕円形の中心位置のずれは
大きくなることが分かった。これらの結果は光線近似を
用いた理論解析からも、裏づけられた。
本発明の光学レンズの製造方法としては、従来例と同
じ電子ビームを用いたが、電子ビームの照射方法に新規
性がある製造方法を発明した。すなわち、基板１上にコ
ーティングした。例えば、PMMAやCMS等の電子ビームレ
ジストという電子ビームに感光する合成樹脂に電子ビー
ムを照射するが、そのとき、製造する光学レンズのグレ
ーティングゾーン５の形状と同じ曲線（楕円）上を、そ
の曲線の位置に応じて、電子ビームを走査する線速度を
変化させて（本実施例では、長軸付近ではゆっくり、短
軸付近では速くした）照射し、鋸歯形状となるように照
射量を調整し、光学レンズの大きさになるまで徐々に楕
円の大きさを大きくし、繰り返し照射した。その後、現
像処理を行なうことにより、膜厚を変化させた後、例え
ばAgの反射層６を、例えば4000Å堆積してレンズ部７と
した。電子ビームの照射の際に、走査の線速度を変化さ
せることにより、長軸方向の膜相を短軸方向の膜厚と同
じにすることができ、設計通りの光学レンズを製造する
ことができた。反射層６の膜厚は、グレーティングゾー
ン５の最大膜厚よりも大きくすることにより、反射効率
を高めることができた。
じ電子ビームを用いたが、電子ビームの照射方法に新規
性がある製造方法を発明した。すなわち、基板１上にコ
ーティングした。例えば、PMMAやCMS等の電子ビームレ
ジストという電子ビームに感光する合成樹脂に電子ビー
ムを照射するが、そのとき、製造する光学レンズのグレ
ーティングゾーン５の形状と同じ曲線（楕円）上を、そ
の曲線の位置に応じて、電子ビームを走査する線速度を
変化させて（本実施例では、長軸付近ではゆっくり、短
軸付近では速くした）照射し、鋸歯形状となるように照
射量を調整し、光学レンズの大きさになるまで徐々に楕
円の大きさを大きくし、繰り返し照射した。その後、現
像処理を行なうことにより、膜厚を変化させた後、例え
ばAgの反射層６を、例えば4000Å堆積してレンズ部７と
した。電子ビームの照射の際に、走査の線速度を変化さ
せることにより、長軸方向の膜相を短軸方向の膜厚と同
じにすることができ、設計通りの光学レンズを製造する
ことができた。反射層６の膜厚は、グレーティングゾー
ン５の最大膜厚よりも大きくすることにより、反射効率
を高めることができた。
本実施例で作製した光学レンズは、例えば、長軸方向
で1mm、短軸方向で0.87mmのサイズであり、θ＝30゜、
波長λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝7.5mm（ｎ′＝1.6
のガラス基板中）、グレーティングゾーン５の数は31、
各グレーティングゾーン５の最大膜厚はすべてLmax＝0.
2μｍ、グレーティングゾーンの周期は長軸方向で、中
心が74μｍから最外周が7.8μｍまで徐々に変化してお
り、最外周グレーティングゾーンの中心位置のずれは、
8.2μｍである。本発明の光学レンズは、以上述べた以
外に、仕様にあわせて、任意のものが作製可能である。
で1mm、短軸方向で0.87mmのサイズであり、θ＝30゜、
波長λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝7.5mm（ｎ′＝1.6
のガラス基板中）、グレーティングゾーン５の数は31、
各グレーティングゾーン５の最大膜厚はすべてLmax＝0.
2μｍ、グレーティングゾーンの周期は長軸方向で、中
心が74μｍから最外周が7.8μｍまで徐々に変化してお
り、最外周グレーティングゾーンの中心位置のずれは、
8.2μｍである。本発明の光学レンズは、以上述べた以
外に、仕様にあわせて、任意のものが作製可能である。
大量生産は、反射層６を堆積する前の素子を原盤とし
て、例えば、ニッケル電鋳法で金型を作製し、例えば、
UV硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層６を堆積す
れば原盤と同一のレンズ素子が低価格で作製可能であ
る。特に、本発明の光学レンズがアレイ状に配列してい
るときは、この方法を用いると、一度に同じ特性で、精
度よく形成できるため効果は大きい。
て、例えば、ニッケル電鋳法で金型を作製し、例えば、
UV硬化樹脂を用いて金型から複製し、反射層６を堆積す
れば原盤と同一のレンズ素子が低価格で作製可能であ
る。特に、本発明の光学レンズがアレイ状に配列してい
るときは、この方法を用いると、一度に同じ特性で、精
度よく形成できるため効果は大きい。
基板１としては、使用波長に対して透明であれば良
く、例えば石英等のガラス基板は、温度的にも安定であ
り、合成樹脂を基板に用いた場合では軽量になる。
く、例えば石英等のガラス基板は、温度的にも安定であ
り、合成樹脂を基板に用いた場合では軽量になる。
以上のように作製した本発明の光学レンズにHe−Neレ
ーザ光を入射し、光学特性を検討した。焦点面上で観察
された集光スポットは、従来例と違い、ほとんど収差の
ない良好な円形のものであった。次に、回折効率（集光
効率）を検討した。
ーザ光を入射し、光学特性を検討した。焦点面上で観察
された集光スポットは、従来例と違い、ほとんど収差の
ない良好な円形のものであった。次に、回折効率（集光
効率）を検討した。
第２図、第３図はそれぞれ、本発明の第一の実施例に
おける光学レンズ（レンズ部７のｙ≦０の領域でｘ＝０
近傍）の一次回折効率と、波長λで規格化したグレーテ
ィングン周期（グレーティングゾーン５の周期）Λ／λ
との関係、および入射角θとの関係を示すものである。
測定した光学レンズは、前述の他、各種の仕様のもので
ある。
おける光学レンズ（レンズ部７のｙ≦０の領域でｘ＝０
近傍）の一次回折効率と、波長λで規格化したグレーテ
ィングン周期（グレーティングゾーン５の周期）Λ／λ
との関係、および入射角θとの関係を示すものである。
測定した光学レンズは、前述の他、各種の仕様のもので
ある。
測定方法は、レンズ部７のｙ≦０の領域でｘ＝０近傍
を中心に、例えば波長λ＝0.6328μｍのHe−Neレーザ光
のビーム径を細くして入射し、種々のグレーティング周
期、種々の入射角に対して、入射光のパワーと一次回折
光のパワーの比（一次回折効率）を求めた。
を中心に、例えば波長λ＝0.6328μｍのHe−Neレーザ光
のビーム径を細くして入射し、種々のグレーティング周
期、種々の入射角に対して、入射光のパワーと一次回折
光のパワーの比（一次回折効率）を求めた。
同図から分かるように、回折効率は、Λ／λ、θに依
存していた。θが一定の場合、Λ／λが大きいほど回折
効率が大きい傾向を示したが、θが正のときと負のとき
を比べると、符号が正の方が効率は良く、より小さい周
期まで高い効率が得られた。また、Λ／λが一定のとき
は、回折効率は、ブラッグ角（＝sin-1（λ/2n′Λ））
近傍で最大値が得られ、徐々に減少した。例えば、周期
が波長の10倍のとき（Λ／λ＝10）、回折効率は−32゜
≦θ≦35゜で80％以上を示した。
存していた。θが一定の場合、Λ／λが大きいほど回折
効率が大きい傾向を示したが、θが正のときと負のとき
を比べると、符号が正の方が効率は良く、より小さい周
期まで高い効率が得られた。また、Λ／λが一定のとき
は、回折効率は、ブラッグ角（＝sin-1（λ/2n′Λ））
近傍で最大値が得られ、徐々に減少した。例えば、周期
が波長の10倍のとき（Λ／λ＝10）、回折効率は−32゜
≦θ≦35゜で80％以上を示した。
レンズ部７のｙ≦０の領域でｘ＝０近傍の効率を求め
ることにより、他の領域での効率が容易に求めることが
できる。すなわち、レンズ部７のｘ＝０近傍のｙ≧０の
領域での回折効率は、グレーティングゾーン５の鋸歯断
面形状が、ｙ≦０の領域の場合とは逆向きであるため、
θの符号を反対にした場合に相当する。また、レンズ部
７の任意の領域の回折効率は、グレーティングゾーン５
のグレーティングベクトル（大きさＫ＝２π／Λ、方
向：グレーティングゾーン５に直交する向き）とｘ軸の
なす角をθ′とすると、θとsinθ′の積で求まる角度
のときの効率に相当する。すなわち、レンズ部７の回折
効率としては、全体的なものを指すが、部分的に分けて
みれば、短軸方向で最もよく長軸方向に行くにしたがっ
て効率が減少するいえる。第２、３図より、θが大きく
なるにつれて、レンズ領域で回折効率が変化している割
合がふえることが分かった。
ることにより、他の領域での効率が容易に求めることが
できる。すなわち、レンズ部７のｘ＝０近傍のｙ≧０の
領域での回折効率は、グレーティングゾーン５の鋸歯断
面形状が、ｙ≦０の領域の場合とは逆向きであるため、
θの符号を反対にした場合に相当する。また、レンズ部
７の任意の領域の回折効率は、グレーティングゾーン５
のグレーティングベクトル（大きさＫ＝２π／Λ、方
向：グレーティングゾーン５に直交する向き）とｘ軸の
なす角をθ′とすると、θとsinθ′の積で求まる角度
のときの効率に相当する。すなわち、レンズ部７の回折
効率としては、全体的なものを指すが、部分的に分けて
みれば、短軸方向で最もよく長軸方向に行くにしたがっ
て効率が減少するいえる。第２、３図より、θが大きく
なるにつれて、レンズ領域で回折効率が変化している割
合がふえることが分かった。
本実施例では、平行光入射の場合について説明した
が、球面波の入射の場合も同様に集光可能であり、ま
た、本発明の光学レンズは、球面波を平行光に直すコリ
メータレンズの使い方もできる。
が、球面波の入射の場合も同様に集光可能であり、ま
た、本発明の光学レンズは、球面波を平行光に直すコリ
メータレンズの使い方もできる。
また、本発明の光学レンズは反射形であるため、斜め
に傾いた入射光に対しても、透過形の同様なレンズより
も回折効率の減少が大幅に少なく、良好に集光できる。
に傾いた入射光に対しても、透過形の同様なレンズより
も回折効率の減少が大幅に少なく、良好に集光できる。
本発明の光学レンズは斜入射に対しても無収差になる
が、垂直入射では、非点収差やコマ収差が現われてくる
ため、故意にこれらの収差を発生させたいときは、垂直
入射で使用すればよい。
が、垂直入射では、非点収差やコマ収差が現われてくる
ため、故意にこれらの収差を発生させたいときは、垂直
入射で使用すればよい。
第４図は、本発明の第二の実施例の光学レンズの基本
構成を示す断面図（（ａ）：長軸方向、（ｂ）：短軸方
向）および入射光が集光する様子、第５図は、本発明の
第二の実施例の光学レンズの外周部の最大膜厚の分布
（（ａ）：光学レンズの平面図において、膜厚分布を説
明するためのθ１のとり方、（ｂ）：θ１と光学レンズ
の最大膜厚の関係）を示している。本発明の第二の実施
例の光学レンズについて、これらの図を用いて第一の実
施例と異なる点について説明する。
構成を示す断面図（（ａ）：長軸方向、（ｂ）：短軸方
向）および入射光が集光する様子、第５図は、本発明の
第二の実施例の光学レンズの外周部の最大膜厚の分布
（（ａ）：光学レンズの平面図において、膜厚分布を説
明するためのθ１のとり方、（ｂ）：θ１と光学レンズ
の最大膜厚の関係）を示している。本発明の第二の実施
例の光学レンズについて、これらの図を用いて第一の実
施例と異なる点について説明する。
本実施例の光学レンズは、グレーティングゾーン５の
鋸歯形状部の最大膜厚または溝の最大深さが一定ではな
く（第一の実施例の光学レンズは一定）、グレーティン
グゾーン５の位置または周期に応じて変化させたもので
ある。
鋸歯形状部の最大膜厚または溝の最大深さが一定ではな
く（第一の実施例の光学レンズは一定）、グレーティン
グゾーン５の位置または周期に応じて変化させたもので
ある。
本発明者らは、グレーティングゾーン５の最大膜厚ま
たは溝の最大深さは、入射角θやグレーティングゾーン
５の位置または周期に応じて変化させると回折効率が向
上することを発見した。特に、グレーティングゾーン５
の断面が鋸歯形状のときは効果が大きく、第５図に示す
ように、楕円形状のグレーティングゾーン５の長軸方向
（θ１＝±90゜）で最大膜厚が極大になり（LN＝λ/2n
に対して、例えば最大膜厚LR/LN＝1.36、1.6）、短軸方
向（θ１＝０、180゜）で極小（例えば最大膜厚LR/LN＝
1.05）になるように徐々に変化させると良いことを発見
した。また、長軸方向では、ｙ＜０の領域ではほぼ一定
であるが、ｙ＞０では、周期が小さくなるにつれて膜厚
を大きくした。短軸方向では膜厚はほぼ一定にした。楕
円の中心位置がずれている方向（ｙ方向）の方（θ１＝
−90゜）の極大値は、他方の極大値よりも大きくした。
たは溝の最大深さは、入射角θやグレーティングゾーン
５の位置または周期に応じて変化させると回折効率が向
上することを発見した。特に、グレーティングゾーン５
の断面が鋸歯形状のときは効果が大きく、第５図に示す
ように、楕円形状のグレーティングゾーン５の長軸方向
（θ１＝±90゜）で最大膜厚が極大になり（LN＝λ/2n
に対して、例えば最大膜厚LR/LN＝1.36、1.6）、短軸方
向（θ１＝０、180゜）で極小（例えば最大膜厚LR/LN＝
1.05）になるように徐々に変化させると良いことを発見
した。また、長軸方向では、ｙ＜０の領域ではほぼ一定
であるが、ｙ＞０では、周期が小さくなるにつれて膜厚
を大きくした。短軸方向では膜厚はほぼ一定にした。楕
円の中心位置がずれている方向（ｙ方向）の方（θ１＝
−90゜）の極大値は、他方の極大値よりも大きくした。
本実施例で作製した光学レンズは、例えば、長軸方向
で1mm、短軸方向で0.71mmのサイズであり、θ＝45゜、
λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝3mm（ｎ′＝1.6のガラ
ス基板中）、グレーティングゾーン５の数は47、グレー
ティングゾーンの周期は長軸方向で、中心が56μｍから
最外周が4.5μｍまで徐々に変化しており、最外周のグ
レーティングゾーンの中心位置のずれは、26.3μｍであ
る。第５図で示した最大膜厚の値は、レンズの仕様で決
まりその仕様に応じて変化させればよいが、傾向はほと
んど同じである。
で1mm、短軸方向で0.71mmのサイズであり、θ＝45゜、
λ＝0.6328μｍ、焦点距離はｆ＝3mm（ｎ′＝1.6のガラ
ス基板中）、グレーティングゾーン５の数は47、グレー
ティングゾーンの周期は長軸方向で、中心が56μｍから
最外周が4.5μｍまで徐々に変化しており、最外周のグ
レーティングゾーンの中心位置のずれは、26.3μｍであ
る。第５図で示した最大膜厚の値は、レンズの仕様で決
まりその仕様に応じて変化させればよいが、傾向はほと
んど同じである。
第６図は、本発明の第二の実施例における光学レンズ
の最適膜厚（レンズ部７のｙ≦０の領域のｘ＝０近傍の
値）と、そのときの一次回折効率の値を示したものであ
る。同図ではθ＝±30゜のときを示しており、第２図と
比較すると分かるように、膜厚を最適化すると回折効率
を大幅に向上させることができた。また、例えばθ＝30
゜と正のときは、Λ／λ＝2.5と比較的小さい周期まで
最適膜厚は一定であるが、θが負のときは徐々に周期が
小さくなると最適膜厚が増える傾向にあった。
の最適膜厚（レンズ部７のｙ≦０の領域のｘ＝０近傍の
値）と、そのときの一次回折効率の値を示したものであ
る。同図ではθ＝±30゜のときを示しており、第２図と
比較すると分かるように、膜厚を最適化すると回折効率
を大幅に向上させることができた。また、例えばθ＝30
゜と正のときは、Λ／λ＝2.5と比較的小さい周期まで
最適膜厚は一定であるが、θが負のときは徐々に周期が
小さくなると最適膜厚が増える傾向にあった。
第７、８、９図は、本発明の第二の実施例における光
学レンズの、それぞれΛ／λ＝20、10、５に対する最適
膜厚（レンズ部７のｙ≦０の領域のｘ＝０近傍の値）
と、そのときの一次回折効率の値を示したものである。
点線が、膜厚が一定のとき（LR＝LN＝λ/2n）の膜厚と
一次回折効率を示す曲線である。特に、θの絶対値が大
きくなるほど最適膜厚は大きくなり、効率を大幅に向上
させることが可能であった。
学レンズの、それぞれΛ／λ＝20、10、５に対する最適
膜厚（レンズ部７のｙ≦０の領域のｘ＝０近傍の値）
と、そのときの一次回折効率の値を示したものである。
点線が、膜厚が一定のとき（LR＝LN＝λ/2n）の膜厚と
一次回折効率を示す曲線である。特に、θの絶対値が大
きくなるほど最適膜厚は大きくなり、効率を大幅に向上
させることが可能であった。
第７〜９図に示したように、周期に応じて最適膜厚が
求まったが、本発明者らは、この最適膜厚は、実際に使
用する際においては、LR＝LN/cosθ＝λ／（2n cosθ）
でほぼ近似できることを見いだした。第10図は、Λ／λ
＝10の場合の、一次回折効率（レンズ部７のｙ≦０の領
域のｘ＝０近傍の値）と入射角の関係を示している。実
線は膜厚をLR＝LN/cosθにしたときであり、点線は第８
図で示された最適化したときの高率である。両曲線は良
好な一致を示し、本発明の光学レンズの設計・製造が簡
単化できるという効果があった。この値に製造の際の誤
差を考慮して、長軸方向のグレーティングゾーン５の最
大膜厚または溝の最大深さ（Llong）は、 0.8λ／（2n cosθ）≦Llong≦1.2λ／（2n cosθ） であり、短軸方向のグレーティングゾーンの最大膜厚ま
たは溝の最大深さ（Lshort）は、 0.8λ／（2n）≦Lshort≦1.2λ／（2n） の範囲であると回折効率が高いことが分かった。
求まったが、本発明者らは、この最適膜厚は、実際に使
用する際においては、LR＝LN/cosθ＝λ／（2n cosθ）
でほぼ近似できることを見いだした。第10図は、Λ／λ
＝10の場合の、一次回折効率（レンズ部７のｙ≦０の領
域のｘ＝０近傍の値）と入射角の関係を示している。実
線は膜厚をLR＝LN/cosθにしたときであり、点線は第８
図で示された最適化したときの高率である。両曲線は良
好な一致を示し、本発明の光学レンズの設計・製造が簡
単化できるという効果があった。この値に製造の際の誤
差を考慮して、長軸方向のグレーティングゾーン５の最
大膜厚または溝の最大深さ（Llong）は、 0.8λ／（2n cosθ）≦Llong≦1.2λ／（2n cosθ） であり、短軸方向のグレーティングゾーンの最大膜厚ま
たは溝の最大深さ（Lshort）は、 0.8λ／（2n）≦Lshort≦1.2λ／（2n） の範囲であると回折効率が高いことが分かった。
発明の効果 本発明によれば、斜め入射に対して、収差のない良好
な集光特性を有する反射形の回折光学レンズが実現可能
となる。
な集光特性を有する反射形の回折光学レンズが実現可能
となる。
第１図（ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の一実施例の光
学レンズの平面図および断面図、第２図及び第３図は各
々、本発明の第一の実施例における光学レンズの一次回
折効率と周期および入射角θとの関係を示すグラフ、第
４図（ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の第二の実施例の
光学レンズの長軸方向及び短軸方向断面図、第５図は同
実施例の光学レンズの最大膜厚の分布を示し、同図
（ａ）はその測定方法を示す図、同図（ｂ）はそのグラ
フ、第６図は本発明の第二の実施例における光学レンズ
の最適膜厚と一次回折効率の値を示すグラフ、第７図〜
第９図は各々、本発明の第二の実施例における光学レン
ズの、Λ／λ＝20、10、５に対する最適膜厚と一次回折
効率の値を示すグラフ、第10図は本発明の第二の実施例
における光学レンズのΛ／λ＝10の場合の一次回折効率
と入射角の関係を示すグラフ、第11図（ａ）及び（ｂ）
は各々、従来の光学レンズの平面図および断面図であ
る。 １……基板、２……入射光、３……出射光、５……グレ
ーティングゾーン、６……反射層、７……レンズ部。
学レンズの平面図および断面図、第２図及び第３図は各
々、本発明の第一の実施例における光学レンズの一次回
折効率と周期および入射角θとの関係を示すグラフ、第
４図（ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の第二の実施例の
光学レンズの長軸方向及び短軸方向断面図、第５図は同
実施例の光学レンズの最大膜厚の分布を示し、同図
（ａ）はその測定方法を示す図、同図（ｂ）はそのグラ
フ、第６図は本発明の第二の実施例における光学レンズ
の最適膜厚と一次回折効率の値を示すグラフ、第７図〜
第９図は各々、本発明の第二の実施例における光学レン
ズの、Λ／λ＝20、10、５に対する最適膜厚と一次回折
効率の値を示すグラフ、第10図は本発明の第二の実施例
における光学レンズのΛ／λ＝10の場合の一次回折効率
と入射角の関係を示すグラフ、第11図（ａ）及び（ｂ）
は各々、従来の光学レンズの平面図および断面図であ
る。 １……基板、２……入射光、３……出射光、５……グレ
ーティングゾーン、６……反射層、７……レンズ部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 信学技報86［218］（1986）ＯＱＥ86 −122ＰＰ．39−46 信学技報88［416］（1989）ＯＱＥ88 −119ＰＰ．57−64 電子情報通信学会論文誌Ｊ70−Ｃ［７ ］（1987）ＰＰ．1044−1051
Claims (9)
- 【請求項１】基板上に形成した複数のグレーティングゾ
ーンと、上記グレーティングゾーン上に設けた反射層か
らなり、 上記グレーティングゾーンのパターン形状は楕円形であ
り、上記楕円形の中心位置は、上記グレーティングゾー
ンの外周部にいくにしたがって、上記楕円形の一方の長
軸方向に、徐々にずれていることを特徴とする光学レン
ズ。 - 【請求項２】入射光は基板側から入射し、出射光は上記
基板側へ集光し、上記入射光と上記出射光の光軸は上記
基板表面に対して垂直ではなく傾いており、楕円形の一
方の長軸方向は、上記入射光の傾いている方向であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。 - 【請求項３】反射層の膜厚は、グレーティングゾーンの
最大膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載
の光学レンズ。 - 【請求項４】グレーティングゾーンの最大膜厚または溝
の最大深さは、上記グレーティングゾーンの位置または
周期に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記
載の光学レンズ。 - 【請求項５】楕円形状のグレーティングゾーンの膜厚ま
たは溝の最大深さは、上記楕円の長軸方向で極大にな
り、短軸方向で極小になるように徐々に変化させること
を特徴とする請求項４に記載の光学レンズ。 - 【請求項６】楕円の中心位置がずれている方向の方の極
大値は、他方の極大値よりも大きいことを特徴とする請
求項５に記載の光学レンズ。 - 【請求項７】グレーティングゾーンは、断面が鋸歯形状
であり、長軸方向の上記グレーティングゾーンの最大膜
厚または溝の最大深さ（Llong）は、上記グレーティン
グゾーンの屈折率（ｎ）、入射光の波長（λ）、入射角
（θ）に対して、 Llong＝λ／（2n conθ） であり、短軸方向の上記グレーティングゾーンの最大膜
厚または溝の最大深さ（Lshort）は、 Lshort＝２λ／（2n） であることを特徴とする請求項５に記載の光学レンズ。 - 【請求項８】基板に電子ビームに感光する合成樹脂をコ
ーティングし、電子ビームを上記合成樹脂に照射した
後、現像処理をすることによって上記合成樹脂の膜厚を
変化させ、反射層を堆積することにより請求光１に記載
の光学レンズを製造する方法であって、 上記電子ビームを、上記光学レンズのグレーティングゾ
ーンの形状と同じ曲線上を線速度を変化させて照射し、
徐々に曲線の大きさを変化させることを特徴とする光学
レンズの製造方法。 - 【請求項９】曲線は楕円であり、上記楕円の長軸付近で
は線速度を最も小さくし、徐々に変化させ、上記楕円の
短軸付近では最も大きくすることを特徴とする請求項８
に記載の光学レンズの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199425A JP2532729B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズおよびその製造方法 |
| US07/731,850 US5138495A (en) | 1990-07-27 | 1991-07-17 | Diffractive optical lens |
| EP91112251A EP0468410B1 (en) | 1990-07-27 | 1991-07-22 | A diffractive optical lens |
| DE69103707T DE69103707T2 (de) | 1990-07-27 | 1991-07-22 | Optische Beugungslinse. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199425A JP2532729B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484104A JPH0484104A (ja) | 1992-03-17 |
| JP2532729B2 true JP2532729B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=16407600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2199425A Expired - Lifetime JP2532729B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2532729B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1998-07-09 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズ |
| KR101534119B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2015-07-06 | 파나소닉 주식회사 | 프레넬 렌즈 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP2199425A patent/JP2532729B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 信学技報８６［２１８］（１９８６）ＯＱＥ８６−１２２ＰＰ．３９−４６ |
| 信学技報８８［４１６］（１９８９）ＯＱＥ８８−１１９ＰＰ．５７−６４ |
| 電子情報通信学会論文誌Ｊ７０−Ｃ［７］（１９８７）ＰＰ．１０４４−１０５１ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1998-07-09 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズ |
| KR101534119B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2015-07-06 | 파나소닉 주식회사 | 프레넬 렌즈 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0484104A (ja) | 1992-03-17 |
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