JP5496258B2 - 積層型回折光学素子および光学系 - Google Patents
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j=iのときに、nj(λi)<nj+1(λi)
j>i(但し、j≦N)のときに、nj(λi)=n j+1(λi)
j<iのときに、nj(λi)=n j+1 (λi)
の関係を満たしており、
複数の回折格子のブレーズド構造の輪帯間隔と格子高さが、同一の入射光線軸上において互いに異なることを特徴とする。
λ3<λ2<λ1 ・・・・・(1)
であれば、
P3<P2<P1 ・・・・・(2)
となるように、各格子面の輪帯間隔を設定すればよい。DOEが軸対称型である場合においては、一般に、位相差関数φは、
P(r)=λ/{dφ(r)/dr} ・・・・・(4)
となるため、
(P1:P2:P3 )=(λ1:λ2:λ3 ) ・・・・・(5)
となるように輪帯間隔を設定すればよい。
d=m・λ/ψ (ψ:光路差) ・・・・・(6)
として求められるため、各格子面の格子高さd1〜d3は、
λ3<λ2<λ1
であれば、
d3<d2<d1 ・・・・・(7)
となるように設定すればよい。すなわち、おおよそ、
(d1:d2:d3 )=(λ1:λ2:λ3 ) ・・・・・(8)
であればよい。
n1(λ1)<n2(λ1)
n1(λ2)=n2(λ2) ・・・・・(9)
となるような分散特性を有する。
n2(λ2)<n3(λ2)
n2(λ1)=n3(λ1) ・・・・・(10)
となるような分散特性を有する。
j=iのとき、nj(λi)<nj+1(λi)
j>iのとき、nj(λi)=n j+1(λi)
j<iのとき、nj(λi)=n j+1 (λi) ・・・・・(11)
の関係を満たせばよい。但し、j>iにおいては、j+1が、N+1を超えない(つまり、j+1≦N+1、j≦N)こととする。
面番号 曲率半径 Y位置 Z位置 偏心θ
物体 ∞ 0.000 ∞
1:(瞳) ∞ 0.000 0.000
2: ∞ 0.000 50.000
3: ∞ 0.000 50.000
4: ∞ -0.7714 50.000 (DOE) 30°
5: ∞ -0.7714 50.000 90°
6: ∞ -50.7714 50.000 90°
像面: ∞ -50.7714 50.000 90°
この光学系では、入射角<反射角となるように構成されている。このときの設計波長は、λR=640nm、λG=530nm、λB=480nmであり、設計回折次数は+5次とした。この結果、各層の位相差関数は、
C2 = -1.28103・10-3
C3 = 1.18215・10-5
C4 = 2.30640・10-8
C5 = -1.35259・10-7
C6 = 1.03332・10-8
C7 = 1.79335・10-10
C8 = -5.01001・10-11
C9 = 2.06563・10-12
C10 = -2.77163・10-14
となる。輪帯間隔Pk(y)は、式(4)に従って、
Pk(y)=λk/{dφ(r)/dr}
=λk/{Σm・Cmym−1} (但し、kは色) ・・・(12)
となる。このとき、画角が+5°の主光線について考えると、DOE面(面10)への入射角は25°、DOE上での入射位置の光軸からの距離はy=5.65mmであり、反射角30.65°で射出される。このときの各色の光を反射および回折させる回折面の輪帯間隔Pkは、
PR=36.7μm
PG=33.7μm
PB=27.5μm
となる。
また、格子高さdkは、
dR=2.15μm
dG=1.97μm
dB=1.61μm
となる。
(0.5HL0.5H)9
と表せる。これは、光入射側から、λB/8の層厚のH層と、λB/4の層厚のL層と、λB/8の層厚のH層の組み合わせが9回繰り返される構成を表す。
本実施例では、
反射角>入射角
とすることで、プリズム素子60を薄型かつ小型化している。以下に、上記光学系の数値データを記す。ここでの座標系は、実施例3にて説明したものと同じである。
面番号 曲率半径 Y位置 Z位置 偏心θ 屈折率
物体 ∞ 0.000 ∞ 0.000
1: (瞳) ∞ 0.000 0.000 0.000
2: ∞ 0.000 0.000 0.000
3: -200.000 0.000 25.000 30.000° 1.57090
4: -80.000 2.676 34.000 90.000° 1.57090(DOE・反射)
5: ∞ 2.676 34.000 90.000° 1.57090
6: 40.000 -17.324 34.000 90.000°
7: ∞ -22.324 34.000 90.000°
像面: ∞ -22.324 34.000 90.000°
ここでは、偏心断面(母線断面)方向の画角は±20度、入射瞳径はφ5mmである。実施例3と同様に、母線断面について考え、yの項だけを考慮すると、DOEの位相差関数は、
C2 = 9.94878・10-4
C3 = 2.14809・10-6
C4 = -2.88178・10-6
C5 = -6.97048・10-8
C6 = 2.17443・10-8
C7 = 6.51869・10-10
C8 = -5.24502・10-11
C9 = -2.56617・10-12
C10 = -2.56520・10-14
である。このとき、例えば、画角0°の光線が入射するDOE上での位置の輪帯間隔Pkは、入射角が23.37°、回折角が45.4649°であるから、実施例3と同様に計算して、
PR=5.648μm
PG=5.185μm
PB=4.236μm
となる。また、格子高さdkは、
dR=1.37μm
dG=1.25μm
dB=1.02μm
とすればよい。
面番号 曲率半径 Y位置 Z位置 偏心θ 屈折率
物体 ∞ 0.000 -8.000 0.000° Air
1: 8.157 0.000 -3.000 0.000° 1.57090
2: (瞳) -3.148 0.000 0.000 0.000° (DOE)
ASP(非球面):
K: -0.323650 A:0.474126E-02 B:-0.162703E-03 C:-0.711399E-05
D :-0.736135E-05 E :-0.799111E-06 F:-0.315013E-06 G:-0.413586E-07
H :-.174572E-07 J :-.275514E-08
3: ∞ 0.000 0.000 0.000° Air
像面: ∞ 0.000 10.000 0.000°
ここで、入射瞳径はφ5mmである。また、面2(DOEの基板面)の曲面の関数は、非球面(ASP):
z(r)=cr2/[1+{1−(1+K)・c2・r2}]1/2
・(Ar4+Br6+Cr8+Dr10+Er12+Fr14+Gr16+Hr18+hr20)
で表される。Kはコーニック係数、cは曲率半径である。E−XXは10−XX を示す。ここでは回転対称面であるため、DOEの位相差関数は、
C1 = -8.13200・10-3
C2 = 7.11800・10-4
C3 = 9.45300・10-5
C4 = 6.77600・10-6
C5 = 4.32300・10-6
C6 = 5.87300・10-7
C7 = 9.39500・10-8
C8 = 3.30800・10-8
C9 = 9.40400・10-9
C10 = 1.48300・10-9
に設定されている。
C1 = -6.37900・10-3
C2 = 7.10000・10-4
C3 = 9.46700・10-5
C4 = 7.49500・10-6
C5 = 4.33200・10-6
C6 = 5.92300・10-7
C7 = 9.63500・10-8
C8 = 3.34900・10-8
C9 = 9.52100・10-9
C10 = 1.51900・10-9
に設定されている。
2 透過型積層DOE
11,12,13 格子面
IL 入射光
DL1〜DL3,DLR〜DLB 回折光
Claims (2)
- 互いに異なる3つ以上の波長をスペクトルのピークとして有する光が入射し、該ピーク波長の数に応じた複数の回折格子が積層されて構成された積層型回折光学素子であって、
前記複数の回折格子のそれぞれの格子面は、前記3つ以上のピーク波長のそれぞれに応じた互いに異なる形状のブレーズド構造を有し、
それぞれの前記格子面の光入射側と光出射側とに互いに異なる透光媒質が配置されており、
前記積層型回折光学素子に入射する光におけるN個(但し、N≧3)の前記ピーク波長をλi(但し、i=1〜N,λi>λi+1)とするとき、それぞれ屈折率nj(但し、j=1〜N+1)のN+1個の前記透光媒質の間に前記格子面が形成され、
前記透光媒質はjが小さいほど前記光入射側に位置し、
かつ該透光媒質の波長に対する分散特性が、
j=iのときに、nj(λi)<nj+1(λi)
j>i(但し、j≦N)のときに、nj(λi)=n j+1(λi)
j<iのときに、nj(λi)=n j+1 (λi)
の関係を満たしており、
前記複数の回折格子の前記ブレーズド構造の輪帯間隔と格子高さが、同一の入射光線軸上において互いに異なることを特徴とする積層型回折光学素子。 - 請求項1に記載の積層型回折光学素子を含むことを特徴とする光学系。
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