JPH05150108A - 位相シフト回折格子及びその製造方法 - Google Patents

位相シフト回折格子及びその製造方法

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JPH05150108A
JPH05150108A JP31655891A JP31655891A JPH05150108A JP H05150108 A JPH05150108 A JP H05150108A JP 31655891 A JP31655891 A JP 31655891A JP 31655891 A JP31655891 A JP 31655891A JP H05150108 A JPH05150108 A JP H05150108A
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JP
Japan
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diffraction grating
phase shift
optical path
region
path length
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JP31655891A
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Tetsuya Ishii
哲也 石井
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の位相シフト性能を有すると共に、回折
格子パターンの形成工程と位相シフト領域の形成工程と
が分離された簡易な製造工程で製造でき得る構造の位相
シフト回折格子と、その製造方法を提案する。 【構成】 回折格子面上の少なくとも1箇所の領域(領
域II)において、回折格子の厚さ方向の光路長(D)
を、所望の位相シフト量に相当する、所定量(δD)だ
け変化させる。又、光路長を変化せしめる手段として、
エッチング又は堆積によって該領域の厚さを変化させる
手段、或いは該領域にイオン打ち込み屈折率を変化させ
て実効的に光路長を変化せしめる手段を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子にかかり、特
に位相シフト領域を有する位相シフト回折格子及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、回折光学素子が広汎な分野で利用
されるようになってきた。例えば、特開昭63−903
7号公報には、光ディスク装置の光学ヘッドのフォーカ
スサーボを、楕円形の回折型レンズを用いて行う装置が
開示されている。この楕円形の回折型レンズは、通常の
集光レンズの作用とシリンドリカルレンズの作用とを合
わせ持ち、光学装置全体の集積化・軽量化等に寄与して
いる。一方、位相シフト回折格子に関しては、例えば、
集光作用をもつように間隔を調節して輪帯状に格子を配
置した回折型レンズ(フェーズ・フレネル・レンズ)に
おいて、レンズの中心付近と外周付近とに位相差を与え
ることにより該レンズの結像性能が向上され得ることが
知られている。このレンズを用いた結像方法は、レンズ
の中心付近と外周付近とで振幅透過率に差を与えた(振
幅強度変調)レンズを用いた方法と比較して、光の利用
効率が良いため、今後光ピックアップ等への応用が期待
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例において、
位相シフト回折格子を形成する場合は、位相をシフトさ
せる境界面において格子間隔を調整する方法が採られて
いた。例えば、分布帰還型レーザーに利用されるλ/4
シフト回折格子は2光束干渉を利用したフォトリソグラ
フィーで形成される。この場合、位相シフト領域を形成
する方法としては、例えば特開平3−61901号公報
に開示されている如く位相シフト領域を異種の感光材料
(ネガ型・ポジ型)で分離する方法、或いは特開平2−
196202号公報に開示されている如く位相シフト領
域の境界に段差を設ける方法等がある。しかし、いずれ
の方法も格子間隔を調整することで位相シフト領域を形
成する方式であることにかわりはなく、この方式による
と、位相のシフト量、又は位相をシフトさせる領域に変
更が加わる毎に回折格子パターン全体を変更しなければ
ならない。即ち、この場合、位相シフトの与え方によっ
て、パターンの異なる回折格子を個々に作製しなければ
ならないことになる。又、一般的に、格子間隔を調整し
て位相シフト領域を与える上記回折格子の製造方法は、
必ずしも容易なものではない。
【0004】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、所望の位相シフト性能を有すると共に容易に製
造でき得る構造の位相シフト回折格子及びその製造方法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】実際に回折格子を作製す
る場合、回折格子は一定の厚さを有する基板上に作製さ
れる。この回折格子を、基板も含めた一つの光学素子と
してとらえれば、この回折格子の奥行き即ち厚さ方向の
距離、或いは基板の有する光学的特性を利用することに
よって、回折格子に対して実効的に位相シフト作用を付
与することが可能となる。従って、本発明による位相シ
フト回折格子は、回折格子面上の少なくとも1箇所の領
域において、該回折格子の厚さ方向の光路長を所定量変
化させ、この領域に位相シフト作用を付与して成ること
を特徴としている。
【0006】又、本発明による位相シフト回折格子の製
造方法は、等間隔に配列された多数の格子を備えた回折
格子の一部の領域の厚さを、エッチングにより減少さ
せ、若しくは適当な物質を堆積させて増加させることに
より、又は等間隔に配列された多数の格子を備えた回折
格子の一部の領域にイオンを打ち込んで該領域の屈折率
を他の領域の屈折率と異ならしめるこよにより、他の領
域との光路長を変化させることを特徴としている。
【0007】
【作用】図2は、位相シフト回折格子の作用を示した図
であり、等間隔回折格子において入射した波長λの光束
が1次回折する様子を示している。図2において、
(a)は格子間隔Pを調整して形成された従来の製造方
法により形成される回折格子の断面図、(b)は本発明
の製造方法により形成される回折格子の断面図であり、
図中、1は回折格子パターンが形成された面、2は入射
光束、2′は1次回折光である。
【0008】図2(a)において、この回折格子の格子
間隔Pは1次回折角をθとしたとき、回折の条件から、 P=λ/sinθ となる。又、位相シフト量δφa は、位相をシフトさせ
る境界における格子間隔P′から、 δφa =2π×(P′/P) で与えられる。
【0009】これに対し、本発明による位相シフト回折
格子は、図2(b)に示すように、格子間隔Pは等間隔
のまま、位相をシフトせしめるに必要な位相差に相当す
る光路長の変化に対応させて、回折格子の厚さ方向の光
路長を領域Aと領域Bとで実効的に変化させて成る。こ
のとき、領域Aにおける回折格子の厚さ方向の光路長を
α、領域Bにおける回折格子の厚さ方向の光路長をβと
すれば、位相シフト量δφb は、 δφb =2π×(α−β)/λ となる。従って、本発明の位相シフト回折格子では、回
折格子と、これが形成されている基板とで構成される光
学素子全体が位相シフト作用を有することになり、実効
的な位相シフト作用が回折格子に付与され得る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1に基づいて説明
する。尚、実施例においては、回折格子パターンと、そ
の回折格子パターンが形成されている基板とを、まとめ
て回折格子と呼ぶこととする。
【0011】図1(a)は、本実施例による位相シフト
回折格子を作製する際に基本となる回折格子の断面図で
あって、回折格子パターンは屈折率nの基板上に形成さ
れ、ブレーズ形状の断面形状を有している。図1(a)
において、dは1次回折効率が100%となるように決
定された回折格子パターンの厚さで、この回折格子に使
用する光束の波長をλとすれば、厚さdは次式(1)で
与えられる。 d=λ/(n−1) ───式(1) このとき、回折格子全体の厚さをDとして該格子の光路
長を変化量δDだけ変化させ、これにより入射光束が位
相シフトせしめられる位相変化量δφは、次式(2)で
与えられる。 δφ=2π×δD/d ───式(2) 本発明の如く、回折格子の厚さを変化させることにより
該格子の厚さ方向の光路長を変化せしめ、これにより位
相シフト領域を回折格子に形成する場合は、この式
(2)が該領域を形成するための条件式となる。
【0012】図1(b)は、本実施例による透過型の位
相シフト回折格子の断面図である。これは、図示した領
域Iと領域IIとの位相差をδφとするため、同図(a)
に示した回折格子の領域IIにおける回折格子パターンが
形成された面にエッチングを施し、該領域の回折格子全
体の厚さDを上記条件式(2)で決定される位相変化量
δφに相当する変化量δDだけ減少させたものである。
これは、反射型回折格子に位相シフト作用を与える場合
にも適用することができる。
【0013】図1(c)は、同図(a)に示した回折格
子の領域IIにおける回折格子パターンが形成されていな
い面にエッチングを施すことにより、該領域の回折格子
全体の厚さDを上記条件式(2)で決定される変化量δ
Dだけ減少させて作製した場合の透過型の位相シフト回
折格子の断面図である。この場合も、同図(b)に示し
た回折格子と同様の位相シフト作用を得ることができ
る。尚、エッチング工程は、半導体製造プロセスで利用
されるフォトリソグラフィーの手法を用いれば、所望の
格子形状が極めて容易に実現できる。
【0014】このように、本発明による位相シフト回折
格子の製造方法は、図1(a)に示した位相シフト領域
がない回折格子に、追加工を施すことによって所望の位
相シフト作用を有する回折格子を得ることができるとい
う特徴を有している。又、本発明において、位相のシフ
ト量は回折格子の厚さ方向の光路長の変化量で決定され
ることから、位相シフト領域を形成するための工程にお
いて、回折格子面上のエッチング領域の位置決め精度は
位相シフト量の精度に何ら関与しない。
【0015】上記実施例において、回折格子の表面レリ
ーフ構造は、ブレーズ構造である必要はなく、どのよう
な構造であっても構わない。又、回折格子の厚さを変化
させる方法は、エッチング工程に限らず、基板と同じ光
学的特性を有する材料を回折格子面上に堆積し、該回折
格子の厚さを増加せしめる方法であっても良い。
【0016】更に、上記実施例では、回折格子の厚さ方
向の光路長を所定量変化させるために幾何学的な光路長
即ち回折格子の厚さを変化させる方法を用いたが、透過
型の回折格子の場合は、例えば基板の適当な領域に適当
なイオンを打ち込むことによりこの領域の屈折率を変化
させ、他の領域との光路長を実効的に変化せしめる方法
を用いても良い。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明の位相シフト
回折格子によれば、その製造工程において、位相シフト
領域がない回折格子パターンを形成する工程と、回折格
子に位相シフト領域を形成する工程とを独立に扱うこと
ができる。これにより、特定の回折格子に対して2種類
以上の位相シフト領域を形成する場合でも、先ず位相シ
フト領域がない回折格子パターンを形成し、その後の工
程で該格子に位相シフト領域を形成すればよく、従来の
如き異なる回折格子パターンを設計する必要はなくな
り、所望の位相シフト作用を有する回折格子を容易に製
造することができ得る。
【0018】又、本発明の製造方法によれば、位相シフ
ト量の精度は回折格子の厚さ方向の光路長を所定量変化
させる工程の精度で決定され、従来の如き格子間隔を調
整する際の回折格子面上における精密な寸法精度は要求
されない。従って、本発明の製造方法において、位相シ
フト領域を形成する工程の精度,即ち回折格子の厚さ方
向の光路長を所定量変化させる工程の精度が、回折格子
面上の精度,即ち回折格子面方向の格子間隔の寸法精度
を上回れば、より高性能な位相シフト回折格子の提供が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による位相シフト回折格子の実施例を説
明するための図である。(a)は位相シフト回折格子を
作製する際に基本となる回折格子の断面図である。
(b)は回折格子パターン面にエッチングを施すことに
より形成した、本実施例による透過型の位相シフト回折
格子の断面図である。(c)は回折格子パターンが形成
されていない面にエッチングを施すことにより形成し
た、本実施例による透過型の位相シフト回折格子の断面
図である。
【図2】位相シフト回折格子の位相シフト作用を説明す
るための図である。(a)は従来の製造方法により形成
される回折格子の断面図である。(b)は本発明の製造
方法により形成される回折格子の断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 入射光束 2′ 1次回折光
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年3月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】又、本発明による位相シフト回折格子の製
造方法は、多数の格子を備えた回折格子の一部の領域の
厚さを、エッチングにより減少させ、若しくは適当な物
質を堆積させて増加させることにより、又は等間隔に配
列された多数の格子を備えた回折格子の一部の領域にイ
オンを打ち込んで該領域の屈折率を他の領域の屈折率と
異ならしめるこよにより、他の領域との光路長を変化さ
せることを特徴としている。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回折格子面上の少なくとも1箇所の領域
    において、該回折格子の厚さ方向の光路長を所定量変化
    させたことを特徴とする位相シフト回折格子。
  2. 【請求項2】 等間隔に配列された多数の格子を備えた
    回折格子の一部の領域の厚さを、エッチングにより減少
    させ、又は適当な物質を堆積させて増加させることによ
    り、他の領域との光路長を変化させることを特徴とする
    位相シフト回折格子の製造方法。
  3. 【請求項3】 等間隔に配列された多数の格子を備えた
    回折格子の一部の領域にイオンを打ち込んで、該領域の
    屈折率を他の領域の屈折率と異ならしめることにより、
    他の領域との光路長を変化させることを特徴とする位相
    シフト回折格子の製造方法。
JP31655891A 1991-11-29 1991-11-29 位相シフト回折格子及びその製造方法 Withdrawn JPH05150108A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5623473A (en) * 1994-06-30 1997-04-22 Nikon Corporation Method and apparatus for manufacturing a diffraction grating zone plate
US5754341A (en) * 1995-06-08 1998-05-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Phase grating, its fabricating method, optical encoder, motor using the optical encoder, and robot using the motor
US5995286A (en) * 1997-03-07 1999-11-30 Minolta Co., Ltd. Diffractive optical element, an optical system having a diffractive optical element, and a method for manufacturing a diffractive optical element
US6876498B2 (en) 2001-01-05 2005-04-05 Nikon Corporation Optical component thickness adjustment method and optical component

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Effective date: 19990204