JPH0484103A - 光学レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
！ミ　斜め入射インライン形の透過形レンズに関するも
のであム 従来の技術 回折光学レンズ（よ　グレーティング構造であるた敢　
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も 従来の光学レンズとして、第２図（（ａ）：　平面１１
ｆｌ　　（ｂ）：　　断面図）に示すものがあった（Ｔ
。

７ｒタ　（Ｆｕｊｉｔａ）、　　Ｈ，ニジハラ　（Ｎｉ
ｓｈｉｈａｒａ）　　ａｎｄ　　Ｊ、　］ヤマ　（Ｋｏ
ｙａｍａ）　　：　　”フ゛レイス゛ビ　りゝレーティ
ンク゛ス　アンド　７レネルレンス゛　７ア７１リケー
ティド　へ゛イ　エレクトロンーヒゝ−ム　リック゛ラ
フィ　（Ｂｌａｚｅｄ　　ｇｒａｔｉｎｇｓ　　ａｎｄ
　　Ｆｒｅｓｎｅｌ　　１ｅｎｓｅｓ　　ｆａｂｒｉｃ
ａｔｅｄｂｙ　　　　ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ　　
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）”、　　（Ｏｐｔ、　Ｌｅｔ
ｔ、）　　ｖｏｌ、　　１．　　Ｎｏ、　　１２．　　
ｐｐ、　　５７８−５８０　　（１９８２））。

同図において、基板１上に　断面が鋸歯形状のグレーテ
ィングゾーン７を同心円状に複数個設置す、外周に行く
にしたがって、ゾーン７の周期を小さくするようにし　
レンズ部８を構成している。

発明が解決しようとする課題 第２図に示した従来の光学レンズで（よ　レンズ部８を
形成した基板１表面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数斜めに傾いた入射光
２でｌ；Ｌ　　集光出射光３は収差が生じて、焦点がぼ
けてしまい（ぼけた焦点１０）、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（瓜　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透過形の回折光学レンズ
を提供するものであム 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ム 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
実現するものであム 実施例 第１図（ａ）、　（ｂ）は　それぞれ　本発明の一実施
例の光学レンズの基本構成を示す平面は断面図および入
射光が集光する様子を示していも本発明の一実施例の光
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、詳細に説明すも 同図において、レンズ部θζよ　複数のグレーティング
ゾーン５を基板１上に形成した構造をしてい４　入射光
２（よ　同図に示すようＥ、　　例えばｙＺ平面で−Ｚ
軸から−ｙ軸方向にθだけ傾いて入射する。各グレーテ
ィングゾーン５のパターン形状ｔ；Ｌ、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（上　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　徐々にずれていも 入射光２（表　基板１を通過してレンズ部６に入射し　
レンズ部６により回折されて、同じく角度θの光軸をも
つ集光出射光３となり、焦点４に集光されム　すなわ板
　本発明の光学レンズ（よ　入射と出射の光軸が１直線
になるインライン形のレンズであム 本発明者ζ山　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 詳細に検討してみると、焦点距離をｆ、波長をλとする
と、　レンズの位相シフト関数Φ（上Φ　（ｘ、　　ｙ
）　　＝ｋ　　［Ｊｘ　　＋　　　　ｓｔｎ　　　−ｙ
：１：一一一丁−−１γ−一ε「−−−己「−一−１−
−１′−）乙「　−ｆ　　十　ｙ　　ｓ　　　ｉ　　　
ｎ　　θ　コ　　−　２ｍｙ■ （ただＬｋ＝２π／λ、ｍはＯ≦Φ≦２πを満たす整数
） であり、レンズ部６の最大膜厚または溝の最大深さをり
、、８とすると、レンズ部の膜厚分布ＬｃヨＬ　　（Ｘ
、　　　ｙ）　　＝Ｌｓｓ−（１−Φ／　２　π　）と
なることが分かった　これか収　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太き
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”　ｔ”−０これらの結果は光線
近似を用いた理論解析からに裏づけられ九 グレーティングゾーン５の断面を鋸歯形状にすることに
より、回折効率を高めることができ、グレーティングゾ
ーン５の最大膜厚り、、、ｌ＆　　グレーティングゾー
ン５の屈折率ｎ°に対して、０．６λ／（ｎ’−１）≦
Ｌ　＠＠Ｘ≦１．５λ／　（ｎｌ） のときが効率が良かっへ 本発明の光学レンズの作製方法としては　従来例と同じ
電子ビーム描画法を用い九　すなわ板基板１上にコーテ
ィングした　例えＥＰＭＭＡやＣＭＳ等の電子ビームレ
ジストに電子ビームの照射量を変化させ、現像処理を行
なうことにより、膜厚を変化させてレンズ部６としな 本実施例で作製した光学レンズ＆よ　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＝０．６３２８μ叫焦点距離はｆ
＝５ｍｍ、　　グレーティングゾーン数は３９、グレー
ティングゾーンの最大膜厚ζ表り、、、＝　１．１μ取
　グレーティングゾーンの周期は長軸方向で、中心が６
５μｍか収　最外周が６．５μｍ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（
よ　１６μｍ程度であ４　本発明の光学レンズｃ戴　　
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（瓜　電子ビーム描画法で作製した素子を原盤
として金型を作製し　例えば　Ｕｖ硬化樹脂を用いて金
型から複製すれば　原盤と同一のレンズ素子が低価格で
作製可能である。

基板１として（よ　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（よ　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４ 本実施例では　平行光入射の場合について説明した力交
　本発明の光学レンズは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（よ　球面波
を平行光に直すコリメータレンズの使い方も可能であ４ また　本発明の光学レンズは斜入射に対して無収差にな
る力（垂直入射では　非点収差やコマ収差が現われてく
るた敢　故意にこれらの収差を発生させたいとき（よ　
垂直入射で使用すればよしも発明の効果 本発明によれば　斜め入射に対して、収差のない良好な
集光特性を有する透過形の回折光学レンズが実現可能と
なム

【図面の簡単な説明】

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（ａ）及び（ｂ
）は各々、従来の光学レンズの構成を示す平面図および
断面図であも １・・・基板、　２・・・入射光　３・・・出射光　５
・・・グレーティングゾーン、　６・・・レンズ凰代理
人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ハ ｕ４４己　；　硼：　１ト　゛区 ｍ＜＠靭罰−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板上に形成した複数のグレーティングゾーンか
   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。 （２）入射光は、楕円形の一方の長軸方向に傾いて入射
   することを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。 （３）グレーティングゾーンの断面は鋸歯形状であり、
   上記グレーティングゾーンの最大膜厚（Ｌ＿ｍ＿ａ＿ｘ
   ）は、上記グレーティングゾーン５の屈折率（ｎ’）、
   波長（λ）に対して、 ０．６λ／（ｎ’−１）≦Ｌ＿ｍ＿ａ＿ｘ≦１．５λ／
   （ｎ’−１） となることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。