JPH0484105A - 光学レンズ - Google Patents
光学レンズInfo
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- JPH0484105A JPH0484105A JP19942790A JP19942790A JPH0484105A JP H0484105 A JPH0484105 A JP H0484105A JP 19942790 A JP19942790 A JP 19942790A JP 19942790 A JP19942790 A JP 19942790A JP H0484105 A JPH0484105 A JP H0484105A
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Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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。
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、
特へ 光学系が簡素化できる反射形レンズに関するもの
であ４ 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八
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４図（（ａ）： 平面＠
（ｂ）： 断面図）に示すものがあった（Ｔ。
特へ 光学系が簡素化できる反射形レンズに関するもの
であ４ 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八
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４図（（ａ）： 平面＠
（ｂ）： 断面図）に示すものがあった（Ｔ。
シオノ （Ｓｈｉｏｎｏ）、 Ｍ、 キタカゞワ
（Ｋｉｔａｇａｗａ）、 Ｋ、 セッネ （Ｓｅｔ
ｓｕｎｅ） ａｎｄ Ｔ、 ミ７ユ （Ｍｉｔｓ
ｕｙｕ） ： ”リフレクタ（ンマイクロフレネル
シンス′ アンド セ１ア ユース イン アン イ
ンチク９レーテイビ フォーカス センサ （Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ ｍ１ｃｒｏ−Ｆｒｅｓｎｅｌ １ｅ
ｎｓｅｓ ａｎｄｔｈｅｉｒ ｕｓｅ ｉｎ
ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｏｃｕｓ ５ｅ
ｎｓｏｒ）”。
（Ｋｉｔａｇａｗａ）、 Ｋ、 セッネ （Ｓｅｔ
ｓｕｎｅ） ａｎｄ Ｔ、 ミ７ユ （Ｍｉｔｓ
ｕｙｕ） ： ”リフレクタ（ンマイクロフレネル
シンス′ アンド セ１ア ユース イン アン イ
ンチク９レーテイビ フォーカス センサ （Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｉｏｎ ｍ１ｃｒｏ−Ｆｒｅｓｎｅｌ １ｅ
ｎｓｅｓ ａｎｄｔｈｅｉｒ ｕｓｅ ｉｎ
ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｏｃｕｓ ５ｅ
ｎｓｏｒ）”。
ア７°ライビ オフ゛ティクス （Ａｐｐｌ、 Ｏｐ
ｔ、）、 Ｖｏｌ、 ｕ、 Ｎｏ １５、
ｐｐ、 ３４３４−３４４２ （１９８９）、
）。
ｔ、）、 Ｖｏｌ、 ｕ、 Ｎｏ １５、
ｐｐ、 ３４３４−３４４２ （１９８９）、
）。
同図において、基板１上に 反射層６を設けた断面が鋸
歯形状のグレーティングゾーン１０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１０の周期を
小さくするようにし レンズ９としていも 入射光２（
戴 基板１側か収 レンズ９に垂直入射し 光軸を折返
し 基板１側に集光される（焦点４）。
歯形状のグレーティングゾーン１０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１０の周期を
小さくするようにし レンズ９としていも 入射光２（
戴 基板１側か収 レンズ９に垂直入射し 光軸を折返
し 基板１側に集光される（焦点４）。
発明が解決しようとする課題
第４図に示した従来の光学レンズでは 入射光と出射光
が重なり合うためにそのままでは使いにくく、ビームス
プリッタ等の人出射光分離光学系が必要であるという課
題があった 本発明（友 上記課題に鑑みてなされたものて人出射光
分離光学系が必要のない反射形の小形軽量な光学レンズ
を提供するものである。
が重なり合うためにそのままでは使いにくく、ビームス
プリッタ等の人出射光分離光学系が必要であるという課
題があった 本発明（友 上記課題に鑑みてなされたものて人出射光
分離光学系が必要のない反射形の小形軽量な光学レンズ
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弓なりの曲線で
あり、入射光は上記基板側から入射し 出射光は上記基
板側へ集光するよう構成する。
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弓なりの曲線で
あり、入射光は上記基板側から入射し 出射光は上記基
板側へ集光するよう構成する。
作用
本発明は グレーティングゾーンのパターン形状を弓な
りの曲線とすることにより、斜め入射でも出射光の光軸
がレンズに対して垂直のままてしかも良好な特性の得ら
れる反射形の回折光学レンズが構成可能であり、従って
、入射光と出射光を分離でき、人出射光分離光学系か必
要でなくなる。
りの曲線とすることにより、斜め入射でも出射光の光軸
がレンズに対して垂直のままてしかも良好な特性の得ら
れる反射形の回折光学レンズが構成可能であり、従って
、入射光と出射光を分離でき、人出射光分離光学系か必
要でなくなる。
実施例
第１図は本発明の一実施例の光学レンズの基本構成を示
す平面＠ 第２図は本発明の一実施例の光学レンズの基
本構成及び光の入射 集光の様子を示す断面図であム
本発明の一実施例の光学レンズについて、第１＠ 第２
図を用いて詳細に説明すも 同図において、 レンズ７ （光学レンズ）（ヨ 基
板Ｉ上ζζ 断面が鋸歯形状のグレーティングゾーン５
を弓なりの曲線パターンで複数本形成しく入射光２の進
行方向にしたがって徐々にグレーティングゾーン５の周
期を小さくする）、例えばＡｇやＡ １％ Ａ ｕ等
の金属層または誘電体の多層膜の反射層６をその上に堆
積した構造になっていも入射平行光２は、 反射層６と
は反対側の基板１側か収 光軸が角度θで傾いてレンズ
７に入射しレンズ７により反射回折されて、レンズ７に
対して垂直の光軸をもつ集光出射光３となり、焦点４に
集光されも 本発明者は、 グレーティングゾーン５の形状を弓なり
にすることにより、入射光２が斜め入射してＬ 出射光
３の光軸は、 レンズ７に対して垂直のままで、かつ良
好に集光できることを発見した詳細に検討してみると、
グレーティングゾーン５の弓なりの形状は 次に示す楕
円曲線の１部であるときに最も良好に集光されることが
分かつ總同図のように座標系をとり、基板１の屈折率を
ｎｌ 入射光２の波長をλ、レンズ７の焦点距離をｆ
ｌ グレーティングゾーン５の次数をｐ（ｐは整数で
あり、ｙ軸方向に正）として、ｙ軸との交点を、次数を
サフィクスとして順に”／ＩＩ ｙ２＋ ｙａ、・
・ｙ−（正）、Ｙ−’ｒ ｙ−”ｒ ’ｌ−”、・
・ｙ−０（旬とすると、ｐ番目のグレーティングゾーン
５うち最も深い部分のパターンは、 中心が（０、−（ｍλ／ｎ十ｆ）ｔａｎθ／ＣＯＳθ）
、 長軸（ｙ軸）の長さｄ。
す平面＠ 第２図は本発明の一実施例の光学レンズの基
本構成及び光の入射 集光の様子を示す断面図であム
本発明の一実施例の光学レンズについて、第１＠ 第２
図を用いて詳細に説明すも 同図において、 レンズ７ （光学レンズ）（ヨ 基
板Ｉ上ζζ 断面が鋸歯形状のグレーティングゾーン５
を弓なりの曲線パターンで複数本形成しく入射光２の進
行方向にしたがって徐々にグレーティングゾーン５の周
期を小さくする）、例えばＡｇやＡ １％ Ａ ｕ等
の金属層または誘電体の多層膜の反射層６をその上に堆
積した構造になっていも入射平行光２は、 反射層６と
は反対側の基板１側か収 光軸が角度θで傾いてレンズ
７に入射しレンズ７により反射回折されて、レンズ７に
対して垂直の光軸をもつ集光出射光３となり、焦点４に
集光されも 本発明者は、 グレーティングゾーン５の形状を弓なり
にすることにより、入射光２が斜め入射してＬ 出射光
３の光軸は、 レンズ７に対して垂直のままで、かつ良
好に集光できることを発見した詳細に検討してみると、
グレーティングゾーン５の弓なりの形状は 次に示す楕
円曲線の１部であるときに最も良好に集光されることが
分かつ總同図のように座標系をとり、基板１の屈折率を
ｎｌ 入射光２の波長をλ、レンズ７の焦点距離をｆ
ｌ グレーティングゾーン５の次数をｐ（ｐは整数で
あり、ｙ軸方向に正）として、ｙ軸との交点を、次数を
サフィクスとして順に”／ＩＩ ｙ２＋ ｙａ、・
・ｙ−（正）、Ｙ−’ｒ ｙ−”ｒ ’ｌ−”、・
・ｙ−０（旬とすると、ｐ番目のグレーティングゾーン
５うち最も深い部分のパターンは、 中心が（０、−（ｍλ／ｎ十ｆ）ｔａｎθ／ＣＯＳθ）
、 長軸（ｙ軸）の長さｄ。
＝２７ｐ ｎ＋ ｐ ｎ十 ｓｉｎ／
ｃ ｏ ｓ ”θ、 短軸（ｙ軸）の長さｄｘ＝ｄ、ｃｏｓθである楕円曲線
の上部であることを発見し 光線近似を用いた理論解析
から耘 裏づけられたグレーティングゾーン５の断面は
矩形形状でもよい力丈 このときは最大集光効率は典
型的な値で６０％程度であった力交 しかしなか収 同
図に示した鋸歯形状にすることにより７０〜８０％と一
層高効率化が実現できた 鋸歯形状の場合、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Ｌカ（グレ
ーティングゾーンの屈折率ｎ′に対して、 ０．９λ／（２ｎ）≦Ｌ≦１．１λ／（２ｎ）のときが
効率が良かっ九 光学レンズ７の作製方法としては 従来例と同じ電子ビ
ーム描画法を用いた すなわ板 基板１上にコーティン
グした 例えｉ′Ｌ ＰＭＭＡ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、膜厚を変化させた黴 反射層６を堆
積してレンズ７とした 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九 大量生産（表 反射
層６を堆積する前の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。
ｃ ｏ ｓ ”θ、 短軸（ｙ軸）の長さｄｘ＝ｄ、ｃｏｓθである楕円曲線
の上部であることを発見し 光線近似を用いた理論解析
から耘 裏づけられたグレーティングゾーン５の断面は
矩形形状でもよい力丈 このときは最大集光効率は典
型的な値で６０％程度であった力交 しかしなか収 同
図に示した鋸歯形状にすることにより７０〜８０％と一
層高効率化が実現できた 鋸歯形状の場合、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Ｌカ（グレ
ーティングゾーンの屈折率ｎ′に対して、 ０．９λ／（２ｎ）≦Ｌ≦１．１λ／（２ｎ）のときが
効率が良かっ九 光学レンズ７の作製方法としては 従来例と同じ電子ビ
ーム描画法を用いた すなわ板 基板１上にコーティン
グした 例えｉ′Ｌ ＰＭＭＡ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、膜厚を変化させた黴 反射層６を堆
積してレンズ７とした 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九 大量生産（表 反射
層６を堆積する前の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。
基板１としてζ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１表 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ム 本実施例では レンズ７に斜め平行光入射の場合につい
て説明した力（逆に 発散球面波を垂直入射すれば 斜
め出射の平行光が得られる。
、例えば石英等のガラス基板１表 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ム 本実施例では レンズ７に斜め平行光入射の場合につい
て説明した力（逆に 発散球面波を垂直入射すれば 斜
め出射の平行光が得られる。
また 本実施例の光学レンズ７は反射形であるた敦 斜
めに傾いた入射光に対して耘 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、良好に集光された 第３図は本発明の一実施例の光学レンズの一使用例を示
す断面図で、光源の信号を光検出器に伝達する光接続デ
バイスを示している。ガラス基板１上に光学レンズを同
図のような曲線形状で７ａ、７ｂをそれぞれ形成すも
光学レンズ７ａの反対面に光源１１、光学レンズ７ｂの
反対面に光検出器１２を設置しておく。６ａ、６ｂ＋ｌ
；Ｌ、 例えばＡｇやＡＩ等の反射層であム 光源１１から出射された光（発散球面波）は光学レンズ
７ａに入射して、光軸を斜め方向に折り返してコリメー
トされ 伝搬光１３となり、基板１の裏表面で反射され
ながらジグザグ状に伝搬し 光学レンズ７ｂに入射すも
入射した光は、このレンズ７ｂにより、反射回折され
て、収束する球面波となり、光検出器１２に垂直人射す
も本発明の一実施例の光学レンズ７を用いることにより
、光源１１とレンズ７ａ、光検出器１２とレンズ７ｂの
光軸をどちらも基板１表面に対して垂直にすることが可
能となり、光学的調整が容易で収差のない良好は光学特
性が実現できる。
めに傾いた入射光に対して耘 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、良好に集光された 第３図は本発明の一実施例の光学レンズの一使用例を示
す断面図で、光源の信号を光検出器に伝達する光接続デ
バイスを示している。ガラス基板１上に光学レンズを同
図のような曲線形状で７ａ、７ｂをそれぞれ形成すも
光学レンズ７ａの反対面に光源１１、光学レンズ７ｂの
反対面に光検出器１２を設置しておく。６ａ、６ｂ＋ｌ
；Ｌ、 例えばＡｇやＡＩ等の反射層であム 光源１１から出射された光（発散球面波）は光学レンズ
７ａに入射して、光軸を斜め方向に折り返してコリメー
トされ 伝搬光１３となり、基板１の裏表面で反射され
ながらジグザグ状に伝搬し 光学レンズ７ｂに入射すも
入射した光は、このレンズ７ｂにより、反射回折され
て、収束する球面波となり、光検出器１２に垂直人射す
も本発明の一実施例の光学レンズ７を用いることにより
、光源１１とレンズ７ａ、光検出器１２とレンズ７ｂの
光軸をどちらも基板１表面に対して垂直にすることが可
能となり、光学的調整が容易で収差のない良好は光学特
性が実現できる。
発明の効果
本発明によれは 人出射光の分離光学系が必要でない小
形軽量な反射形の回折光学レンズが実現可能となム
形軽量な反射形の回折光学レンズが実現可能となム
第１図は本発明の一実施例の光学レンズの平面図 第２
図は本発明の一実施例の光学レンズの断面諷 第３図（
ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の一実施例の光学レンズ
の一使用例を示す平面図及び断面図 第４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４１・・・基板、 ２・・・入射光 ３
・・・出射−ｉ５・・・グレーティングゾーン、 ６・
・・反射Ｍ！、７・・・レン人代理人の氏名 弁理士
粟野重孝 はか１名１叛 ６〜 反射層 ７− レン入′ 基縁 入射光 菓ｖｃ出村光 クレーテイノクンー７ 反打眉 レンズ 空 気 第 「 （とス、ン １扱 入射光
図は本発明の一実施例の光学レンズの断面諷 第３図（
ａ）及び（ｂ）は各々、本発明の一実施例の光学レンズ
の一使用例を示す平面図及び断面図 第４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４１・・・基板、 ２・・・入射光 ３
・・・出射−ｉ５・・・グレーティングゾーン、 ６・
・・反射Ｍ！、７・・・レン人代理人の氏名 弁理士
粟野重孝 はか１名１叛 ６〜 反射層 ７− レン入′ 基縁 入射光 菓ｖｃ出村光 クレーテイノクンー７ 反打眉 レンズ 空 気 第 「 （とス、ン １扱 入射光
Claims (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弓なりの
曲線であり、入射光は上記基板側から入射し、出射光は
上記基板側へ集光することを特徴とする光学レンズ。 （２）弓なりの曲線は、楕円曲線の１部であることを特
徴とする請求項１に記載の光学レンズ。 （３）入射光と出射光のうちどちらか一方は、光軸は基
板に対して垂直ではない平行光であり、他の一方は、光
軸は基板に対して垂直である収束光であることを特徴と
する請求項１に記載の光学レンズ。 （４）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。 （５）グレーティングゾーンは、断面が鋸歯形状であり
、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（Ｌ）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）に対して、 ０．９λ／（２ｎ）≦Ｌ≦１．１λ／（２ｎ）であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199427A JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2199427A JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0484105A true JPH0484105A (ja) | 1992-03-17 |
| JP2773401B2 JP2773401B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=16407635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2199427A Expired - Lifetime JP2773401B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 光学レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773401B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007072639A1 (ja) * | 2005-12-21 | 2007-06-28 | Nikon Corporation | オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5348704A (en) * | 1976-10-15 | 1978-05-02 | Sony Corp | Optical signal regenerator |
| JPS5879207A (ja) * | 1981-11-06 | 1983-05-13 | Pioneer Electronic Corp | 光学式ピツクアツプ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2532729B2 (ja) | 1990-07-27 | 1996-09-11 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズおよびその製造方法 |
| JP2586703B2 (ja) | 1990-07-27 | 1997-03-05 | 松下電器産業株式会社 | 光学レンズ |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP2199427A patent/JP2773401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5348704A (en) * | 1976-10-15 | 1978-05-02 | Sony Corp | Optical signal regenerator |
| JPS5879207A (ja) * | 1981-11-06 | 1983-05-13 | Pioneer Electronic Corp | 光学式ピツクアツプ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007072639A1 (ja) * | 2005-12-21 | 2007-06-28 | Nikon Corporation | オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法 |
| US8611013B2 (en) | 2005-12-21 | 2013-12-17 | Nikon Corporation | Optical integrator, illumination optical device, aligner, and method for fabricating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2773401B2 (ja) | 1998-07-09 |
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