JP5522448B2 - 回折光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、回折光学素子に関し、特に、ブレーズ型かつ透過型の回折光学素子に関する。

従来、ブレーズ型かつ透過型の回折光学素子（以下、透過ブレーズ型回折光学素子と称する）における周期構造の不連続な側面によって生ずるフレア光を抑制するために、側面の傾きを、入射光線の入射角に対する光強度分布に基づいて決めるようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１８６１１８号公報

ところで、透過ブレーズ型回折光学素子においては、入射光の入射方向により、所望の回折次数（例えば、１次）の回折光（以下、主要回折光と称する）以外の不要な回折光（以下、不要回折光と称する）が増大し、不要回折光によりフレアの発生量が増大する。

例えば、図１に示される透過ブレーズ型の密着複層型位相フレネル回折光学素子である回折光学素子１について考える。

図１は、回折光学素子１の一部の拡大断面図を示している。回折光学素子１は、屈折率がｎ１の層１１と屈折率がｎ２（＞ｎ１）の層１２とが密着した二層構造とされる。層１１と層１２の境界面には、断面がノコギリ歯状のブレーズ２１−１乃至２１−ｎが、水平方向に連なるように形成されている。また、層１１のブレーズの谷部を連なる面は入射面１Ａであり、層１１のブレーズの頂部を連なる面は出射面１Ｂである。

なお、図１では、ブレーズ２１−１乃至２１−ｎのうち、ブレーズ２１−ｍ付近の断面が示されている。また、以下、ブレーズ２１−１乃至２１−ｎを個々に区別する必要がない場合、単にブレーズ２１と称する。

さらに、以下、ブレーズ２１の側壁３１と回折面３２とのなす角度をθ１、入射面１Ａに対する側壁３１の傾きをθ２、入射面１Ａに対する回折面３２の傾きをθ３とする。なお、傾きθ２は90度に設定されており、側壁３１は入射面１Ａに対して垂直である。また、以下、ブレーズ２１の高さをＨとし、ブレーズ２１間のピッチ幅（＝ブレーズ２１の幅）をＷとする。さらに、以下、ｎ次の回折光を、単にｎ次光と称する。

回折光学素子１においては、入射面１Ａから入射した入射光が、各ブレーズ２１の回折面３２を通過し、回折面３２において回折されて、出射面１Ｂから出射する。ブレーズ２１の高さＨは、波長λの入射光が入射面１Ａに対して垂直（側壁３１に対して平行）に入射した場合に主要回折光である１次光の回折効率が最大になり、１次光以外の不要回折光の回折効率が最小になるように、次式（１）で求まる値に設定される。

Ｈ＝λ÷｜ｎ２−ｎ１｜ …（１）
ただし、Ｈ＜Ｗとする。

すなわち、回折光学素子１は、入射面１Ａに対する入射光の入射角φの最適値（以下、最適入射角と称する）が0度になるように設計されている。

図２は、入射光の波長λ＝0.6μｍ、層１１の屈折率ｎ１＝1.63915、層１２の屈折率ｎ２＝1.66915、ブレーズ２１の高さＨ＝20μｍ、ブレーズ２１のピッチ幅Ｗ＝50μｍに設定した場合の、−１次光、０次光、２次光、３次光の入射角φに対する回折効率の特性をRCWA法により計算した結果を示すグラフである。具体的には、曲線Ｃ１ａは−１次光の回折効率を示し、曲線Ｃ２ａは０次光の回折効率を示し、曲線Ｃ３ａは２次光の回折効率を示し、曲線Ｃ４ａは３次光の回折効率を示している。なお、傾きθ２が90度なので、角度θ１≒68.2度となる。

入射角φについて時計回りの方向を正の方向、反時計回りの方向を負の方向とすると、図２から、入射角φが正の方向に大きくなるにつれて、−１次光および０次光の回折効率が先に大きくなり、入射角φが負の方向に大きくなるにつれて、２次光および３次光の回折効率が先に大きくなる。このように、回折光学素子１では、回折次数ごとの入射角φに対する回折効率の分布が均一ではなく、バラツキが生じている。そのため、入射光の入射角φが最適入射角に対して少しずれると、不要回折光の発生量が回折次数によってばらついてしまう。そして、この不要回折光のバラツキが、フレアの発生量分布の差を増大させ、像に悪影響を及ぼす。

また、逆に、この像に悪影響を及ぼすフレアの発生量分布の差を所望の範囲内に抑えたい場合、入射角φの許容範囲が狭くなってしまう。例えば、図２から、どの回折次数の不要回折光も回折効率を0.1％以下に抑えたい場合、入射角φの許容範囲Ｍ１ａは約-1.5度〜約0.9度となり、入射角φの許容幅（マージン）は約2.4度となる。また、どの回折次数の不要回折光の回折効率も0.3％以下に抑えたい場合、入射角φの許容範囲Ｍ２ａは約-4.2度〜約4.1度となり、入射角φの許容幅は約8.3度となる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、透過ブレーズ型回折光学素子の入射角の角度特性を良くするものである。

本発明の一側面の回折光学素子は、レンズ作用を有し、ブレーズ型かつ透過型の回折光学素子であって、回折光学素子の光軸を中心に輪帯状に形成されたブレーズが配列され、各ブレーズの入射光が通過する回折面に隣接した側壁の法線が、回折面に入射する光束の中心または重心の方向に対して垂直になるような傾きを有し、ブレーズのうち光軸から離れた位置にあるブレーズにおいて、側壁と回折面とのなす角度が直角または直角に近い角度をもつことを特徴とする。

本発明の一側面においては、入射光がブレーズにより回折され、出射される。

本発明の一側面によれば、ブレーズ型かつ透過型の回折光学素子の入射角の角度特性を良くすることができる。

従来の回折光学素子の構成の一例を示す拡大断面図である。 従来の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 本発明を適用した回折光学素子の一実施の形態を示す拡大断面図である。 角度θ１１の決め方について説明するための図である。 角度θ１１の決め方について説明するための図である。 角度θ１１の決め方について説明するための図である。 角度θ１１の決め方について説明するための図である。 角度θ１１＝75度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝80度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝85度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝90度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝95度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝100度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 角度θ１１＝105度の場合の図３の回折光学素子の入射角に対する不要回折光の回折効率の特性を示すグラフである。 各回折次数の不要回折光の回折効率が0.3％以下となる条件下での角度θ１１に対する入射角φの許容範囲の特性を示す表である。 各回折次数の不要回折光の回折効率が0.1％以下となる条件下での角度θ１１に対する入射角φの許容範囲の特性を示す表である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．まとめ

＜１．実施の形態＞
［回折光学素子の構成例］
図３は、本発明の一実施の形態である回折光学素子１０１の構成の例を、回折光学素子１０１の光軸を含むように示した拡大断面図である。回折光学素子１０１は、図１の回折光学素子１とほぼ同様の構成の透過ブレーズ型の密着複層型位相フレネル回折光学素子であり、図中、図１と対応する部分には、下二桁が同じ符合を付してある。

回折光学素子１０１は、回折光学素子１の層１１と同じ屈折率ｎ１の層１１１と、回折光学素子１の層１２と同じ屈折率ｎ２の層１１２とが密着した二層構造とされる。層１１１は、入射光が回折前に通過する層であり、層１１２は、入射光が回折後に通過する層である。また、層１１１の下面であって、入射光が入射する入射面１０１Ａと、層１１２の上面であって、回折光が出射される出射面１０１Ｂとは互いに平行であり、層１１１と層１１２の境界面には、断面がノコギリ歯状のブレーズ１２１−１乃至１２１−ｎが、水平方向に連なるように形成されている。すなわち、ブレーズ１２１−１乃至１２１−ｎの配列方向は、入射面１０１Ａおよび出射面１０１Ｂと平行である。

なお、図３では、回折光学素子１０１の一部であって、入射光の光束の中心もしくは重心方向、または、光強度が最も強い方向が、入射面１０１Ａ（＝ブレーズ１２１−１乃至１２１−ｎの配列方向）に対して垂直ではない領域である、ブレーズ１２１−ｍ付近の拡大断面図が示されている。なお、回折光学素子１０１がレンズ作用を有し、ブレーズ１２１−１乃至１２１−ｎは回折光学素子１０１の光軸を中心に輪帯状に形成される場合、ブレーズ１２１−ｍは、回折光学素子１０１の光軸から離れた位置にある（特に最外周にある）ブレーズとなる。また、以下、ブレーズ１２１−１乃至１２１−ｎを個々に区別する必要がない場合、単にブレーズ１２１と称する。

さらに、以下、ブレーズ１２１の側壁１３１と回折面１３２との間の角度をθ１１、入射面１０１Ａに対する側壁１３１の傾きをθ１２、入射面１０１Ａに対する回折面１３２の傾きをθ１３、入射面１０１Ａへの垂線に対する側壁１３１の角度をψとする。さらに、以下、ブレーズ１２１の側壁１３１の斜面の長さ（高さ方向の長さ）が、上述した式（１）により求められる回折光学素子１のブレーズ２１の高さＨと等しく、ブレーズ１２１間のピッチ幅（＝ブレーズ１２１の幅）が、回折光学素子１のブレーズ２１間のピッチ幅Ｗと等しいものとする。従って、ブレーズ１２１の高さ＝Ｈcosψとなる。

回折光学素子１０１においては、回折光学素子１と同様に、入射面１０１Ａから入射した入射光が、各ブレーズ１２１の回折面１３２を通過し、回折面１３２において回折されて、出射面１０１Ｂから出射する。

回折光学素子１０１が回折光学素子１と異なる点は、入射面１０１Ａに対する側壁１３１の傾きθ１２が、回折面１３２に入射する入射光の光束の中心もしくは重心方向、または、光強度が最も強い方向に合わせて設定されている点である。なお、回折光学素子１０１がレンズ作用を有する場合、側壁１３１は回折光学素子１０１の光軸を中心に輪帯状に形成されるので、入射光の光束の中心方向もしくは重心方向、または、光強度が最も強い方向が側壁１３１の法線に対してほぼ垂直になるように、側壁１３１の傾きθ１２が設定される。

そして、側壁１３１の斜面の長さＨが、回折光学素子１の側壁３１の高さと同じ値に設定されているので、ブレーズ１２１−ｍの最適入射角は、角度ψ（＝９０度−側壁１３１の傾きθ１２）と等しくなる。すなわち、ブレーズ１２１−ｍにおいては、波長λの入射光が入射面１０１Ａに対して入射角φ＝ψで入射した場合に主要回折光である１次光の回折効率が最大になり、１次光以外の不要回折光が最小になる。従って、不要回折光によるフレアの発生量を最小に抑えることができる。

［ブレーズ１２１の角度θ１１と発生する不要回折光との関係］
ここで、図４乃至図７を参照して、ブレーズ１２１の角度θ１１と発生する不要回折光との関係について考える。

図４は、回折格子素子１０１のブレーズ１２１の１つを２次元にモデル化した図である。具体的には、点Ｐ１ａと点Ｐ２を結ぶ線分Ｌ１ａは側壁１３１を表し、点Ｐ１ａと点Ｐ３を結ぶ線分Ｌ２ａは回折面１３２を表している。補助線Ｌ３ａは線分Ｌ２ａの延長線であり、補助線Ｌ４ａは、点Ｐ２を中心とし半径が側壁１３１の斜面の長さＨと等しい円弧を表し、点Ｐ２と点Ｐ３を通る補助線Ｌ５はブレーズ１２１の下端を表している。角度θ１１ａは側壁１３１と回折面１３２との間の角度を表し、角度θ１２ａは入射面１０１Ａに対する側壁１３１の傾きを表し、角度θ１３ａは入射面１０１Ａに対する回折面１３２の傾きを表している。なお、図４では、角度θ１２ａを、図１の回折光学素子１のブレーズ２１と同様に90度に設定した例を示している。また、点Ｐ４ａは矢印Ａ２ａと線分Ｌ２ａの交点であり、点Ｐ５ａは矢印Ａ２ａと補助線Ｌ４ａの交点であり、点Ｐ６ａは矢印Ａ３ａと補助線Ｌ３ａの交点であり、点Ｐ７ａは矢印Ａ３ａと補助線Ｌ４ａの交点である。

ここで、図５を参照して、入射面１０１Ａに対して同じ入射角φで入射した光のうち点Ｐ２を通過する光と点Ｐ３を通過する光との間の位相差と、入射角φとの関係について説明する。なお、図５は、入射光が矢印Ａ１ａ乃至Ａ３ａの方向に入射した場合の点Ｐ２を通過する光と点Ｐ３を通過する光との間に生じる位相差を説明するための模式図である。

図５の中央の図は、入射光が矢印Ａ１ａの方向に入射した場合、すなわち、入射角φが最適入射角の０度である場合を示している。この場合、点Ｐ２を通過する光と点Ｐ３を通過する光の間で、屈折率ｎ１の層１１１を通過する距離の差は、点Ｐ２と点Ｐ３との間の距離（＝ピッチ幅Ｗ）を考慮すると、実質的に点Ｐ２と点Ｐ１ａとの間の距離（＝側壁１３１の斜面の長さＨ）と等しくなる。従って、例えば、点Ｐ２を通過した光が、点Ｐ２からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相と、点Ｐ３を通過した光が、点Ｐ３からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相との差は１波長分となり、位相のズレは０となる。

図５の右側の図は、入射光が矢印Ａ２ａの方向に入射した場合、すなわち、入射角φが、最適入射角である０度から＋αだけずれた場合を示している。この場合、点Ｐ２を通過する光と点Ｐ３を通過する光の間で、屈折率ｎ１の層１１１を通過する距離の差は、点Ｐ２と点Ｐ３との間の距離（＝ピッチ幅Ｗ）を考慮すると、実質的に点Ｐ２と点Ｐ４ａとの間の距離Ｈ’（＜Ｈ）と等しくなる。従って、例えば、点Ｐ２を通過した光が、点Ｐ２からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相と、点Ｐ３を通過した光が、点Ｐ３からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相との差は１波長分より短くなり、位相ズレｓ１が生じる。

図５の左側の図は、入射光が矢印Ａ３ａの方向に入射した場合、すなわち、入射角φが、最適入射角である０度から−αだけずれた場合を示している。この場合、点Ｐ２を通過する光と点Ｐ３を通過する光の間で、屈折率ｎ１の層１１１を通過する距離の差は、点Ｐ２と点Ｐ３との間の距離（＝ピッチ幅Ｗ）を考慮すると、実質的に点Ｐ２と点Ｐ６ａとの間の距離Ｈ”（＞Ｈ）と等しくなる。従って、例えば、点Ｐ２を通過した光が、点Ｐ２からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相と、点Ｐ３を通過した光が、点Ｐ３からλ／（ｎ２−ｎ１）＋λ／ｎ２だけ進んだ位置における位相との差は１波長分より長くなり、位相ズレｓ２が生じる。

ここで、位相ズレの発生量は、線分Ｌ２ａおよび補助線Ｌ３ａと補助線Ｌ４ａとの間の距離（以下、差分距離ｄと称する）に依存する。すなわち、差分距離ｄが短いほど位相ズレの発生量は小さくなり、差分距離ｄが長いほど位相ズレの発生量は大きくなる。図４を見ると、入射角φが最適入射角である０度より負の方向に変化する場合、正の方向に変化する場合と比較して、差分距離ｄの変化率が大きくなり、その分、位相ズレの発生量の変化率も大きくなる。加えて、図２を参照して上述したように、最適入射角から入射角φがずれる方向により、先に大きくなる不要回折光の回折次数が異なるため、回折次数による不要回折光の分布のバラツキが大きくなる。

従って、最適入射角に対する入射角φのズレにより発生する差分距離ｄが短くなるほど、かつ、入射角φが正の方向にずれた場合と負の方向にずれた場合とで差分距離ｄの変化率の差が小さくなるほど、すなわち、図４の点Ｐ１ａ、点Ｐ４ａ、および点Ｐ５ａで囲まれる領域Ｄ１ａ、並びに、点Ｐ１ａ、点Ｐ６ａ、および点Ｐ７ａで囲まれる領域Ｄ２ａが小さくなり、かつ、領域Ｄ１ａと領域Ｄ２ａとが、線分Ｌ１ａの延長線を中心とする線対称に近づくほど、入射角φのズレに対する不要回折光の回折効率を小さくでき、かつ、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを小さくすることができる。すなわち、最適入射角からずれた入射光により発生する不要回折光の量を減らすことができ、かつ、各回折次数の不要回折光がバランスよく発生するようになる。その結果、像に悪影響を及ぼすフレアの発生を抑制できるとともに、入射角φの許容範囲を広くすることができる。

ここで、さらに図６および図７を参照して、入射角φのズレに対する不要回折光の回折効率を小さくでき、かつ、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを小さくすることができる条件について考える。

図６は、図４のブレーズ１２１とは異なるブレーズ１２１を２次元にモデル化した図である。なお、図６において、図４と対応する部分には、同じ符合、あるいは、最後の文字をａからｂに変えた符号を付している。

図６のモデルでは、線分Ｌ１ｂの長さ＝線分Ｌ１ａ（図４）の長さ＝Ｈ、角度θ１１ｂ＜90度、角度θ１２ｂ＜角度θ１２ａ（＝90度）に設定されている。そして、最適入射角は矢印Ａ１ｂの方向、すなわち、90度−角度θ１２ｂとなる。

この場合、点Ｐ１ｂ、点Ｐ４ｂ、および点Ｐ５ｂで囲まれる領域Ｄ１ｂ、並びに、点Ｐ１ｂ、点Ｐ６ｂ、および点Ｐ７ｂで囲まれる領域Ｄ２ｂは、図４の領域Ｄ１ａおよび領域Ｄ２ａよりそれぞれ小さくなっている。ただし、まだ領域Ｄ１ｂと領域Ｄ２ｂとが、線分Ｌ１ｂの延長線を中心とする線対称とはなっていない。

図７は、図４および図６のブレーズ１２１とは異なるブレーズ１２１を２次元にモデル化した図である。なお、図７において、図４と対応する部分には、同じ符合、あるいは、最後の文字をａからｃに変えた符号を付している。

図７のモデルでは、線分Ｌ１ｃの長さ＝線分Ｌ１ａ（図４）の長さ＝Ｈ、角度θ１１ｃ＝90度、角度θ１２ｃ＜角度θ１２ｂ（図６）に設定されている。そして、最適入射角は矢印Ａ１ｃの方向、すなわち、90度−角度θ１２ｃとなる。

この場合、点Ｐ１ｃ、点Ｐ４ｃ、および点Ｐ５ｃで囲まれる領域Ｄ１ｃは、図４の領域Ｄ１ａおよび図６の領域Ｄ１ｂより小さくなり、点Ｐ１ｃ、点Ｐ６ｃ、および点Ｐ７ｃで囲まれる領域Ｄ２ｃは、図４の領域Ｄ２ａおよび図６の領域Ｄ２ｂより小さくなり、かつ、領域Ｄ１ｂと領域Ｄ２ｂとは、線分Ｌ１ｃの延長線を中心にしてほぼ線対称になっている。

従って、図３の回折光学素子１０１のブレーズ１２１において、角度θ１１を90度に近づけるようにすれば、入射角φのズレに対する不要回折光の回折効率を小さくでき、かつ、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを小さくすることができる。

［角度θ１１および入射角φに対する回折効率の特性の計算結果］
図８乃至図１４は、図２の場合と同様の条件、すなわち、入射光の波長λ＝0.6μｍ、層１１１の屈折率ｎ１＝1.63915、層１１２の屈折率ｎ２＝1.66915、側壁１３１の斜面の長さＨ＝20μｍ、ブレーズ１２１のピッチ幅Ｗ＝50μｍとした条件下で、角度θ１１を変化させながら、−１次光、０次光、２次光、３次光の入射角φに対する回折効率をRCWA法により計算した結果を示すグラフである。

なお、図８は角度θ１１＝75度に設定した場合の計算結果を示し、図９は角度θ１１＝80度に設定した場合の計算結果を示し、図１０は角度θ１１＝85度に設定した場合の計算結果を示し、図１１は角度θ１１＝90度に設定した場合の計算結果を示し、図１２は角度θ１１＝95度に設定した場合の計算結果を示し、図１３は角度θ１１＝100度に設定した場合の計算結果を示し、図１４は角度θ１１＝105度に設定した場合の計算結果を示している。なお、最適入射角（＝角度ψ）は、角度θ１１＝75度の場合、約7.7度となり、角度θ１１＝80度の場合、約13.2度となり、角度θ１１＝85度の場合、約18.5度となり、角度θ１１＝90度の場合、約23.6度となり、角度θ１１＝95度の場合、約28.5度となり、角度θ１１＝100度の場合、約33.2度となり、角度θ１１＝105度の場合、約37.7度となる。

また、図８乃至図１４において、曲線Ｃ１ｂ乃至Ｃ１ｈは、それぞれ−１次光の回折効率を示し、曲線Ｃ２ｂ乃至Ｃ２ｈは、それぞれ０次光の回折効率を示し、曲線Ｃ３ｂ乃至Ｃ３ｈは、それぞれ２次光の回折効率を示し、曲線Ｃ４ｂ乃至Ｃ４ｈは、それぞれ３次光の回折効率を示している。さらに、図８乃至図１４において、範囲Ｍ１ｂ乃至Ｍ１ｈは、−１次光、０次光、２次光、および３次光の全ての回折効率が0.1％以下となる入射角φの範囲を示しており、範囲Ｍ２ｂ乃至Ｍ２ｈは、−１次光、０次光、２次光、および３次光の全ての回折効率が0.3％以下となる入射角φの範囲を示している。

図２および図８乃至図１４を比較すると、角度θ１１が90度に近くなるほど、入射角φに対する不要回折光の回折効率の分布の回折次数による差が小さくなり、角度θ１１が90度から離れるほど、入射角φに対する不要回折光の回折効率の分布の回折次数による差が大きくなることが分かる。

図１５および図１６は、図２および図８乃至図１４に示される計算結果に基づいて、角度θ１１に対する入射角φの許容範囲をまとめた表である。図１５は、入射角φの許容範囲の規定に用いる回折効率の閾値を0.3％に設定し、どの回折次数の不要回折光も回折効率が0.3％以下となる条件下での入射角φの許容範囲を示している。また、図１６は、回折効率の閾値を0.1％に設定し、どの回折次数の不要回折光の回折効率も0.1％以下となる条件下での入射角φの許容範囲を示している。なお、回折次数が−２次より小さい回折光、および、３次より大きい回折光は、強度が相対的に小さく像への影響が元々小さいため、ここでは無視している。

また、図１５および図１６の１列目は、ブレーズ１２１の角度θ１１を示し、２列目は、１列目の角度θ１１に対する最適入射角を示し、３列目は、１列目の角度θ１１に対する入射角φの許容範囲を示し、４列目は、３列目の入射角φの許容範囲を、最適入射角を中心とする範囲で表し、５列目は、１列目の角度θ１１に対する入射角φの許容幅（マージン）を示している。

図１５に示されるように、回折効率の閾値を0.3％に設定した場合、入射角φの許容幅は、少なくとも角度θ１１が75度乃至100度の範囲内で、角度θ１１を従来の回折光学素子１と同じ68.2度に設定したときを上回っている。

従って、角度θ１１を75度乃至100度の範囲内に設定すれば、回折光学素子１０１の入射角φの許容幅を、回折光学素子１の入射角φの許容幅より広くすることができる。換言すれば、角度θ１１を75度乃至100度の範囲に設定した回折光学素子１０１では、回折光学素子１と比べて、最適入射角からずれた入射光により発生する不要回折光の量を減らすことができるとともに、各回折次数の不要回折光をバランスよく発生させることができる。そして、例えば、結像光学系に回折光学素子１０１を用いた場合に発生する、周辺画角で形成される像に生じるフレアを目立たなくすることができる。また、入射光の波長λにより、層１１１の屈折率ｎ１と層１１２の屈折率ｎ２との差にズレが生じ、位相ズレが生じる場合があるが、この材料起因の位相ズレも、入射角φのズレ方向に対してバランスを取ることが可能になる。

また、図１６に示されるように、回折効率の閾値を0.1％に設定した場合、入射角φの許容幅は、少なくとも角度θ１１が75度乃至95度の範囲内で、角度θ１１を68.2度に設定したときを上回っている。従って、角度θ１１を75度乃至95度の範囲に設定することにより、不要回折光の発生量をさらに抑制し、各回折次数の不要回折光をさらにバランスよく発生させることができ、より本発明の効果が顕著に現れる。

＜２．まとめ＞
以上により、以下の３点を実施することにより、不要回折光の発生量、および、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを小さくすることができ、像に悪影響を及ぼすフレアの発生を抑制できるとともに、入射角φの許容範囲を広くすることができる。

１．入射光の光束の中心方向もしくは重心方向、または、光強度が最も強い方向が側壁１３１の法線に対してほぼ直角となるように、側壁１３１の傾きθ１２を設定する。
２．側壁１３１の斜面の長さＨ＝λ÷｜ｎ２−ｎ１｜に設定する。
３．側壁１３１と回折面１３２とのなす角度θ１１を直角にする、あるいは、直角に近づける。

特に、１と２は、不要回折光の発生量の抑制に効果があり、１と３は、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを抑制する効果がある。

なお、ブレーズ１２１のピッチ幅Ｗは、所望する主要回折光の方向により予め決まるため、上記の１と２の条件を満たすようにすれば、角度θ１１の大きさは自動的に決まる。一方、例えば、不要回折光の発生量を少々増やしても、回折次数による不要回折光の分布のバラツキを小さくしたい場合には、側壁１３１の斜面の長さＨを上記の値から変化させて、側壁１３１と回折面１３２とのなす角度θ１１を直角に近づけるようにすればよい。

なお、本発明の実施の形態においては、全てのブレーズ１２１について、図１５または図１６を参照して上述した範囲（以下、推奨範囲と称する）内に角度θ１１を設定する必要はなく、少なくとも１つのブレーズ１２１の角度θ１１を推奨範囲内に設定するようにすれば、入射角φの許容範囲を広げ、フレアの発生を抑制する効果を得ることができる。

また、各ブレーズ１２１のピッチ幅Ｗが異なる場合、よりピッチ幅Ｗが短いブレーズ１２１の角度θ１１を推奨範囲内に設定することにより、より効果が増大する。例えば、角度θ１１を推奨範囲内に設定するブレーズ１２１を１つに絞る場合、ピッチ幅Ｗが最小のブレーズ１２１を選択することにより、効果が最大となる。

さらに、以上の説明では、１次光を主要回折光とし、１次光以外の回折光を不要回折光とする例を示したが、本発明は、１次光以外の回折光を主要回折光とする場合にも適用できる。例えば、ｍ次光（ｍは自然数）を主要回折光とする場合、ブレーズ１２１の側壁１３１の斜面の長さＨを、次式（２）で求まる値に設定するようにすればよい。

Ｈ＝ｍλ÷｜ｎ２−ｎ１｜ …（２）

また、以上の説明では、密着複層型の回折光学素子について説明したが、本発明は単層型の回折光学素子にも適用することが可能である。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０１ 回折光学素子， １０１Ａ 入射面， １０１Ｂ 出射面， １１１，１１２ 層， １２１−１乃至１２１-ｎ ブレーズ， １３１ 側壁， １３２ 回折面

Claims (8)

1. レンズ作用を有し、ブレーズ型かつ透過型の回折光学素子において、
   前記回折光学素子の光軸を中心に輪帯状に形成されたブレーズが配列され、
   各前記ブレーズの入射光が通過する回折面に隣接した側壁の法線が、前記回折面に入射する光束の中心または重心の方向に対して垂直になるような傾きを有し、
   前記ブレーズのうち前記光軸から離れた位置にあるブレーズにおいて、前記側壁と前記回折面とのなす角度が直角または直角に近い角度をもつ
   ことを特徴とする回折光学素子。
2. 前記入射光の波長をλ、前記入射光が回折前に通過する層の屈折率をｎ１、前記入射光が回折後に通過する層の屈折率をｎ２とした場合、前記側壁の斜面の長さが実質的にｍλ／｜ｎ２−ｎ１｜（ｍは回折次数）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
3. 少なくとも１つのブレーズにおいて、前記側壁と前記回折面とのなす角度が75度以上100度以下であり、回折次数は１である
   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. 前記少なくとも１つのブレーズにおいて、前記側壁と前記回折面とのなす角度が75度以上95度以下であり、回折次数は１である
   ことを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
5. 各前記ブレーズの前記配列方向のピッチ幅が異なる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回折光学素子。
6. 前記ブレーズのうち前記配列方向のピッチ幅がより短いブレーズにおいて、前記側壁と前記回折面とのなす角度が直角または直角に近い角度をもつ
   ことを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
7. 前記ブレーズのうち最外周のブレーズにおいて、前記側壁と前記回折面とのなす角度が直角または直角に近い角度をもつ
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回折光学素子。
8. 前記回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の回折光学素子。

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