JPH06194509A - 回折光学素子を含む光学系および回折光学素子 - Google Patents
回折光学素子を含む光学系および回折光学素子Info
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- JPH06194509A JPH06194509A JP34467192A JP34467192A JPH06194509A JP H06194509 A JPH06194509 A JP H06194509A JP 34467192 A JP34467192 A JP 34467192A JP 34467192 A JP34467192 A JP 34467192A JP H06194509 A JPH06194509 A JP H06194509A
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- diffraction
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- diffraction efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 使用する帯域光の範囲で、分光透過率の均一
性を向上できる回折光学素子を含む光学系を提供する。 【構成】 それぞれ異なる波長について回折効率を最適
化した複数の回折光学素子（５，６）を具える。
性を向上できる回折光学素子を含む光学系を提供する。 【構成】 それぞれ異なる波長について回折効率を最適
化した複数の回折光学素子（５，６）を具える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、特に、複数の波長、
または白色光のような帯域光で用いる回折光学素子を含
む光学系および回折光学素子に関するものである。
または白色光のような帯域光で用いる回折光学素子を含
む光学系および回折光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、リソグラフィ技術の進歩によっ
て、表面レリーフ型回折光学素子の製法が確立され、こ
れに伴って、例えば米国特許第５０４４７０６号明細書
に記載されている赤外線望遠鏡のような、回折光学素子
で構成した光学系が提案されている。
て、表面レリーフ型回折光学素子の製法が確立され、こ
れに伴って、例えば米国特許第５０４４７０６号明細書
に記載されている赤外線望遠鏡のような、回折光学素子
で構成した光学系が提案されている。
【０００３】回折光学素子は、回折現象を利用した素子
で、従来の屈折現象を利用した光学素子とは、かなり違
った性質をもっている。この性質の違いの１つとして、
回折効率の波長依存性がある。回折効率とは、入射した
光束が所望の回折方向に回折される効率で、回折効率が
低いということは、このような回折光学素子を含む光学
系の光利用効率が低いということに相当する。したがっ
て、回折光学素子は、通常特定の波長で回折効率が最適
化された状態で使用されている。
で、従来の屈折現象を利用した光学素子とは、かなり違
った性質をもっている。この性質の違いの１つとして、
回折効率の波長依存性がある。回折効率とは、入射した
光束が所望の回折方向に回折される効率で、回折効率が
低いということは、このような回折光学素子を含む光学
系の光利用効率が低いということに相当する。したがっ
て、回折光学素子は、通常特定の波長で回折効率が最適
化された状態で使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、特定の波長について回折効率が最適化された回
折光学素子を含む光学系では、回折効率が最適化されて
いない波長での回折効率の低下が問題となる。特に、こ
のような回折光学素子を複数個含む光学系では、個々の
回折光学素子の効果が累乗の形で効いてくるため、光学
系全体での分光透過率が無視できない波長依存を示す場
合がある。このような波長依存は、回折光学素子を帯域
光で使用する際の妨げとなっている。
ように、特定の波長について回折効率が最適化された回
折光学素子を含む光学系では、回折効率が最適化されて
いない波長での回折効率の低下が問題となる。特に、こ
のような回折光学素子を複数個含む光学系では、個々の
回折光学素子の効果が累乗の形で効いてくるため、光学
系全体での分光透過率が無視できない波長依存を示す場
合がある。このような波長依存は、回折光学素子を帯域
光で使用する際の妨げとなっている。
【０００５】例えば、表面レリーフ型回折格子を、特定
波長について最適化する方法の１つとして、レリーフ構
造の深さを最適化することが知られているが、この方法
によりブレーズ化回折格子（透過型）を最適化すると、
その１次回折効率ηは、
波長について最適化する方法の１つとして、レリーフ構
造の深さを最適化することが知られているが、この方法
によりブレーズ化回折格子（透過型）を最適化すると、
その１次回折効率ηは、
【数１】 で与えられる。ここで、ｎは回折格子が形成されている
基板の屈折率、λは波長、ｄはレリーフ構造の深さを示
す。
基板の屈折率、λは波長、ｄはレリーフ構造の深さを示
す。
【０００６】また、このような回折格子が特定の波長λ
0 で最適化されていたとすれば、レリーフ構造の深さｄ
0 は、
0 で最適化されていたとすれば、レリーフ構造の深さｄ
0 は、
【数２】ｄ0 ＝λ0 ／（ｎ0 −１） ・・・（２） であり、このとき回折効率が１００％（η＝１）とな
る。ただし、ｎ0 は回折格子が形成されている基板の波
長λ0 における屈折率を表す。
る。ただし、ｎ0 は回折格子が形成されている基板の波
長λ0 における屈折率を表す。
【０００７】したがって、表面レリーフ構造の深さｄ0
（λ0 で最適化）としたとき、この回折格子の任意の波
長λにおける１次回折効率ηは、（２）式を（１）式に
代入することによって、
（λ0 で最適化）としたとき、この回折格子の任意の波
長λにおける１次回折効率ηは、（２）式を（１）式に
代入することによって、
【数３】 となる。ただし、ここでは、考慮する波長λの範囲で、
屈折率ｎを一定と仮定した。
屈折率ｎを一定と仮定した。
【０００８】図８は、λ0 ＝５５０ｎｍで最適化した回
折格子の上記（３）式による１次回折効率ηの波長依存
性を示すものである。図８から明らかなように、使用す
る波長の幅によっては、波長依存が無視できないことが
わかる。特に、複数個の回折光学素子を使用する光学系
においては、（３）式の波長依存性が累乗の形で効いて
くるため、回折効率の低い波長領域では、光学系全体で
の透過率が著しく低下することになる。なお、高次回折
光については、波長依存性は（３）式よりもさらに大き
くなる。
折格子の上記（３）式による１次回折効率ηの波長依存
性を示すものである。図８から明らかなように、使用す
る波長の幅によっては、波長依存が無視できないことが
わかる。特に、複数個の回折光学素子を使用する光学系
においては、（３）式の波長依存性が累乗の形で効いて
くるため、回折効率の低い波長領域では、光学系全体で
の透過率が著しく低下することになる。なお、高次回折
光については、波長依存性は（３）式よりもさらに大き
くなる。
【０００９】また、特定波長について最適化した表面レ
リーフ型回折格子の他の例として、図９に示すような位
相型矩形格子が知られている。この場合、０次光の回折
効率は、
リーフ型回折格子の他の例として、図９に示すような位
相型矩形格子が知られている。この場合、０次光の回折
効率は、
【数４】η＝４ｑ（ｑ−１） sinφ＋１ ・・・（４） で与えられ、０次以外の次数では、
【数５】 で与えられる。
【００１０】このように、位相型矩形格子における回折
効率は、屈折率ｎ2 ，ｎ1 、溝の深さｈ、波長λおよび
格子のデューティー比ｑに依存する。したがって、回折
光学素子に入射する光の波長λが変わると、（６）式か
らφが変化し、それに応じて回折効率が変化することに
なる。
効率は、屈折率ｎ2 ，ｎ1 、溝の深さｈ、波長λおよび
格子のデューティー比ｑに依存する。したがって、回折
光学素子に入射する光の波長λが変わると、（６）式か
らφが変化し、それに応じて回折効率が変化することに
なる。
【００１１】この発明は、上述した問題点に着目してな
されたもので、使用する帯域光の範囲において、分光透
過率の均一性を向上できるよう適切に構成した回折光学
素子を含む光学系および回折光学素子を提供することを
目的とする。
されたもので、使用する帯域光の範囲において、分光透
過率の均一性を向上できるよう適切に構成した回折光学
素子を含む光学系および回折光学素子を提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の回折光学素子を含む光学系は、それぞれ
異なる波長について回折効率を最適化した複数の回折光
学素子を具えることを特徴とするものである。
め、この発明の回折光学素子を含む光学系は、それぞれ
異なる波長について回折効率を最適化した複数の回折光
学素子を具えることを特徴とするものである。
【００１３】また、この発明の回折光学素子は、それぞ
れ異なる波長について回折効率を最適化した複数の領域
を具えることを特徴とするものである。
れ異なる波長について回折効率を最適化した複数の領域
を具えることを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】光学系が複数の回折光学素子を含む場合には、
それぞれの回折光学素子を独立に最適化することが可能
である。この場合、上記のように、複数の回折光学素子
の回折効率をそれぞれ異なる波長について最適化すれ
ば、光学系全体での分光透過率は、屈折系による減衰を
無視すると、異なる波長でピークを持つ関数（例えば
（３）式）の重ね合わせで与えられる。したがって、光
学系全体での分光透過率は、全ての回折光学素子を同じ
波長で最適化した場合よりもピークがなだらかな関数で
与えられ、帯域光で使用する際の透過率分布（波長依
存）が改善されることになる。
それぞれの回折光学素子を独立に最適化することが可能
である。この場合、上記のように、複数の回折光学素子
の回折効率をそれぞれ異なる波長について最適化すれ
ば、光学系全体での分光透過率は、屈折系による減衰を
無視すると、異なる波長でピークを持つ関数（例えば
（３）式）の重ね合わせで与えられる。したがって、光
学系全体での分光透過率は、全ての回折光学素子を同じ
波長で最適化した場合よりもピークがなだらかな関数で
与えられ、帯域光で使用する際の透過率分布（波長依
存）が改善されることになる。
【００１５】また、回折光学素子を複数の領域に分割
し、各領域をそれぞれ異なる波長について回折効率を最
適化して構成すれば、帯域光に対する透過率の平坦化を
１個の回折光学素子で実現することが可能となる。
し、各領域をそれぞれ異なる波長について回折効率を最
適化して構成すれば、帯域光に対する透過率の平坦化を
１個の回折光学素子で実現することが可能となる。
【００１６】
【実施例】図１は、この発明の第１実施例を示すもので
ある。この実施例は、凸レンズ１、凹レンズ２、凸レン
ズ３および凹レンズ４を有すると共に、凸レンズ１の射
出側および凹レンズ２の入射側にそれぞれ回折格子パタ
ーン５および６を設けた赤外望遠鏡を示すものである。
このような構成の赤外望遠鏡は、米国特許第５０４４７
０６号明細書に記載されているが、この実施例では、回
折格子パターン５および６を、それぞれ異なる波長につ
いて回折効率を最適化した１次回折格子として構成す
る。
ある。この実施例は、凸レンズ１、凹レンズ２、凸レン
ズ３および凹レンズ４を有すると共に、凸レンズ１の射
出側および凹レンズ２の入射側にそれぞれ回折格子パタ
ーン５および６を設けた赤外望遠鏡を示すものである。
このような構成の赤外望遠鏡は、米国特許第５０４４７
０６号明細書に記載されているが、この実施例では、回
折格子パターン５および６を、それぞれ異なる波長につ
いて回折効率を最適化した１次回折格子として構成す
る。
【００１７】回折格子パターン５および６は、図２に示
すようにブレーズ化し、深さｄを異ならせて、例えば回
折格子パターン５においては波長λがλ＝１４００ｎｍ
で１次回折光の回折効率が最大となるように最適化し、
回折格子パターン６においてはλ＝１７００ｎｍで１次
回折光の回折効率が最大となるように最適化する。
すようにブレーズ化し、深さｄを異ならせて、例えば回
折格子パターン５においては波長λがλ＝１４００ｎｍ
で１次回折光の回折効率が最大となるように最適化し、
回折格子パターン６においてはλ＝１７００ｎｍで１次
回折光の回折効率が最大となるように最適化する。
【００１８】図３は、この実施例の赤外望遠鏡と従来の
赤外望遠鏡との分光透過率を比較して示すものである。
実線は、回折格子パターン５および６を、それぞれλ＝
１４００ｎｍおよびλ＝１７００ｎｍの異なる波長で最
適化したこの実施例の赤外望遠鏡の分光透過率を示し、
破線は、これらをλ＝１５００ｎｍの同一の波長で最適
化した従来の赤外望遠鏡の分光透過率を示す。なお、回
折型レンズ以外の光学素子の透過率は、１と仮定してあ
る。この図３から明らかなように、この実施例によれ
ば、分光透過率が従来のものよりも平坦な関数で与えら
れ、波長依存性を有効に改善することができる。
赤外望遠鏡との分光透過率を比較して示すものである。
実線は、回折格子パターン５および６を、それぞれλ＝
１４００ｎｍおよびλ＝１７００ｎｍの異なる波長で最
適化したこの実施例の赤外望遠鏡の分光透過率を示し、
破線は、これらをλ＝１５００ｎｍの同一の波長で最適
化した従来の赤外望遠鏡の分光透過率を示す。なお、回
折型レンズ以外の光学素子の透過率は、１と仮定してあ
る。この図３から明らかなように、この実施例によれ
ば、分光透過率が従来のものよりも平坦な関数で与えら
れ、波長依存性を有効に改善することができる。
【００１９】図４は、この発明の第２実施例を示す回折
型レンズの断面図である。この回折型レンズは、ブレー
ズ化回折格子で、表面レリーフ構造の深さｄ1 の領域７
−１と、この領域７−１と面積が等しく、異なる深さｄ
2 の領域７−２とを有する。この実施例では、領域７−
１を波長がλ＝５００ｎｍで１次回折光の回折効率が最
大となるように最適化し、領域７−２をλ＝７００ｎｍ
で１次回折光の回折効率が最大となるように最適化す
る。
型レンズの断面図である。この回折型レンズは、ブレー
ズ化回折格子で、表面レリーフ構造の深さｄ1 の領域７
−１と、この領域７−１と面積が等しく、異なる深さｄ
2 の領域７−２とを有する。この実施例では、領域７−
１を波長がλ＝５００ｎｍで１次回折光の回折効率が最
大となるように最適化し、領域７−２をλ＝７００ｎｍ
で１次回折光の回折効率が最大となるように最適化す
る。
【００２０】図５は、この実施例の回折型レンズと従来
の回折型レンズとの分光透過率を比較して示すものであ
る。実線は、分割した２つの領域７−１および７−２
を、それぞれλ＝５００ｎｍおよびλ＝７００ｎｍの異
なる波長で最適化したこの実施例の回折型レンズの分光
透過率を示し、破線は、λ＝５５０ｎｍの１種類の波長
で最適化した従来の回折型レンズの分光透過率を示す。
この図５から明らかなように、この実施例によれば、従
来のものと比較して全体的に回折効率が低下するが、そ
の波長依存性を有効に改善することができる。
の回折型レンズとの分光透過率を比較して示すものであ
る。実線は、分割した２つの領域７−１および７−２
を、それぞれλ＝５００ｎｍおよびλ＝７００ｎｍの異
なる波長で最適化したこの実施例の回折型レンズの分光
透過率を示し、破線は、λ＝５５０ｎｍの１種類の波長
で最適化した従来の回折型レンズの分光透過率を示す。
この図５から明らかなように、この実施例によれば、従
来のものと比較して全体的に回折効率が低下するが、そ
の波長依存性を有効に改善することができる。
【００２１】図６は、この発明の第３実施例を示す表面
レリーフ型回折格子の断面図である。この回折格子は、
位相型矩形格子で、溝の深さｈが一定で、デューティー
比がｑ1 の領域８−１と、デューティー比がｑ2 の領域
８−２とを有し、これら領域８−１および８−２をそれ
ぞれ異なる波長について回折効率を最適化したものであ
る。したがって、この実施例においても、第２実施例と
同様に、分光透過率の波長依存性を有効に改善すること
ができる。
レリーフ型回折格子の断面図である。この回折格子は、
位相型矩形格子で、溝の深さｈが一定で、デューティー
比がｑ1 の領域８−１と、デューティー比がｑ2 の領域
８−２とを有し、これら領域８−１および８−２をそれ
ぞれ異なる波長について回折効率を最適化したものであ
る。したがって、この実施例においても、第２実施例と
同様に、分光透過率の波長依存性を有効に改善すること
ができる。
【００２２】図６に示すような回折格子は、例えばＣＣ
Ｄ等の固体撮像素子用のローパスフィルタとして有効に
用いることができる。すなわち、従来のローパスフィル
タに用いられている回折格子は、回折効率の波長変化に
ついては改善されていないが、図７Ａに示すように、ロ
ーパスフィルタ９を複数の領域に分割し、隣接する領域
を、図７Ｂに部分拡大図を示すようにデューティー比を
異ならせて、それぞれ異なる波長（λ1 〜λ4 ）につい
て回折効率を最適化して構成すれば、回折効率の波長に
よる影響を有効に改善することができる。
Ｄ等の固体撮像素子用のローパスフィルタとして有効に
用いることができる。すなわち、従来のローパスフィル
タに用いられている回折格子は、回折効率の波長変化に
ついては改善されていないが、図７Ａに示すように、ロ
ーパスフィルタ９を複数の領域に分割し、隣接する領域
を、図７Ｂに部分拡大図を示すようにデューティー比を
異ならせて、それぞれ異なる波長（λ1 〜λ4 ）につい
て回折効率を最適化して構成すれば、回折効率の波長に
よる影響を有効に改善することができる。
【００２３】なお、この発明の光学系は、上述した赤外
望遠鏡に限らず、その他の種々の光学機器に有効に適用
することができる。また、この発明の回折光学素子は、
上述した回折型レンズ単体に限らず、他の回折光学素
子、あるいは屈折光学素子と組み合わせて構成すること
もできると共に、分割する領域数や最適化を行う波長の
組み合わせも適宜設定することができる。さらに、第３
実施例では、溝の深さｈを一定として、各領域でデュー
ティー比を異ならせたが、デューティー比を一定とし、
各領域で溝の深さｈを異ならせて、それぞれ異なる波長
で最適化して構成することもできる。
望遠鏡に限らず、その他の種々の光学機器に有効に適用
することができる。また、この発明の回折光学素子は、
上述した回折型レンズ単体に限らず、他の回折光学素
子、あるいは屈折光学素子と組み合わせて構成すること
もできると共に、分割する領域数や最適化を行う波長の
組み合わせも適宜設定することができる。さらに、第３
実施例では、溝の深さｈを一定として、各領域でデュー
ティー比を異ならせたが、デューティー比を一定とし、
各領域で溝の深さｈを異ならせて、それぞれ異なる波長
で最適化して構成することもできる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の波長について回折効率の最適化を行うよう構成したの
で、分光透過率のピークをなだらかにすることができ
る。したがって、使用する帯域光の範囲において、分光
透過率の均一性を有効に向上することができる。
の波長について回折効率の最適化を行うよう構成したの
で、分光透過率のピークをなだらかにすることができ
る。したがって、使用する帯域光の範囲において、分光
透過率の均一性を有効に向上することができる。
【図１】この発明の第１実施例を示す図である。
【図２】図１に示す回折格子パターンの部分詳細図であ
る。
る。
【図３】図１に示す実施例の分光透過率を従来のものと
比較して示す図である。
比較して示す図である。
【図４】この発明の第２実施例の要部の部分詳細図であ
る。
る。
【図５】図４に示す実施例の分光透過率を従来のものと
比較して示す図である。
比較して示す図である。
【図６】この発明の第３実施例の要部の部分詳細図であ
る。
る。
【図７】図６に示す回折格子の構成を有するローパスフ
ィルタの一例の構成を示す図である。
ィルタの一例の構成を示す図である。
【図８】特定波長について最適化した回折光学素子によ
る回折効率の波長依存を説明するための図である。
る回折効率の波長依存を説明するための図である。
【図９】位相型矩形格子の部分詳細図である。
１，３ 凸レンズ ２，４ 凹レンズ ５，６ 回折格子パターン ７−１，７−２，８−１，８−２ 領域 ９−ローパスフィルタ
Claims (4)
- 【請求項１】 それぞれ異なる波長について回折効率を
最適化した複数の回折光学素子を具えることを特徴とす
る回折光学素子を含む光学系。 - 【請求項２】 それぞれ異なる波長について回折効率を
最適化した複数の領域を具えることを特徴とする回折光
学素子。 - 【請求項３】 前記複数の領域に、深さの異なる回折格
子を形成して、それぞれ異なる波長について回折効率を
最適化したことを特徴とする表面レリーフ型回折格子よ
りなる請求項２記載の回折光学素子。 - 【請求項４】 前記複数の領域に、デューティー比の異
なる回折格子を形成して、それぞれ異なる波長について
回折効率を最適化したことを特徴とする表面レリーフ型
回折格子よりなる請求項２記載の回折光学素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34467192A JPH06194509A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 回折光学素子を含む光学系および回折光学素子 |
| US08/555,222 US5737125A (en) | 1992-10-27 | 1995-10-31 | Diffractive optical element and optical system including the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34467192A JPH06194509A (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 回折光学素子を含む光学系および回折光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06194509A true JPH06194509A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18371083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34467192A Pending JPH06194509A (ja) | 1992-10-27 | 1992-12-24 | 回折光学素子を含む光学系および回折光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06194509A (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
| JP2010092586A (ja) * | 2007-10-11 | 2010-04-22 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 |
| WO2019017128A1 (ja) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | ソニー株式会社 | 照明装置、およびプロジェクタ |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP34467192A patent/JPH06194509A/ja active Pending
Cited By (4)
| 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 |
| JP2010092586A (ja) * | 2007-10-11 | 2010-04-22 | Konica Minolta Opto Inc | 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 |
| WO2019017128A1 (ja) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | ソニー株式会社 | 照明装置、およびプロジェクタ |
| US11356644B2 (en) | 2017-07-19 | 2022-06-07 | Sony Corporation | Illuminator and projector |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000104 |