JPH07113907A - 回折光学素子 - Google Patents
回折光学素子Info
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- JPH07113907A JPH07113907A JP25964093A JP25964093A JPH07113907A JP H07113907 A JPH07113907 A JP H07113907A JP 25964093 A JP25964093 A JP 25964093A JP 25964093 A JP25964093 A JP 25964093A JP H07113907 A JPH07113907 A JP H07113907A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 断面が矩形のグレーティングを有する回折光
学素子において、グレーティング周期の小さい領域でも
斜め入射光に対する回折効率の低下を防止する。 【構成】 基板１上に形成された矩形断面を有するグレ
ーティング部２のグレーティング周期に応じて、デュー
ティ比（１つの周期における空気層以外の領域の割合）
を最適な値となるように変化させる。
学素子において、グレーティング周期の小さい領域でも
斜め入射光に対する回折効率の低下を防止する。 【構成】 基板１上に形成された矩形断面を有するグレ
ーティング部２のグレーティング周期に応じて、デュー
ティ比（１つの周期における空気層以外の領域の割合）
を最適な値となるように変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回折光学素子、特に斜
め入射光に対してグレーティング周期の小さい領域でも
回折効率が良い回折光学素子に関するものである。
め入射光に対してグレーティング周期の小さい領域でも
回折効率が良い回折光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回折光学素子は光の回折現象を利用する
光学素子であり、複数のグレーティングパターン（回折
格子）により構成されている。一般に、回折光学素子で
は回折効率がどの位達成できるかは非常に重要な要素で
ある。従来の回折光学素子として、図９に示す垂直入射
用の回折形のマイクロレンズが知られている（J. Jahns
and S. J. Walker : " Two-dimensional array of diff
ractive microlenses fabricated by thin film deposi
tion", Applied Optics Vol. 29, No. 7, pp. 931-936
(1990).）。図９において、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）はその側部断面図である。図９から明らかなよう
に、この従来の回折光学素子は垂直入射光を集光又はコ
リメートするためのものであり、基板１上に同心円のグ
レーティングパターン７が設けられている。グレーティ
ングパターン７は、外周に行くにつれてグレーティング
周期が小さくなるように構成されている。各グレーティ
ングパターンの断面は矩形形状であり、１つの周期にお
ける空気層以外の領域の比であるデューティ比は０．５
で設計されている。その理由は、グレーティングパター
ンの断面が矩形の場合のデューティ比が０．５のとき、
回折効率が最も大きい（４１％）ことが知られているた
めである。
光学素子であり、複数のグレーティングパターン（回折
格子）により構成されている。一般に、回折光学素子で
は回折効率がどの位達成できるかは非常に重要な要素で
ある。従来の回折光学素子として、図９に示す垂直入射
用の回折形のマイクロレンズが知られている（J. Jahns
and S. J. Walker : " Two-dimensional array of diff
ractive microlenses fabricated by thin film deposi
tion", Applied Optics Vol. 29, No. 7, pp. 931-936
(1990).）。図９において、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）はその側部断面図である。図９から明らかなよう
に、この従来の回折光学素子は垂直入射光を集光又はコ
リメートするためのものであり、基板１上に同心円のグ
レーティングパターン７が設けられている。グレーティ
ングパターン７は、外周に行くにつれてグレーティング
周期が小さくなるように構成されている。各グレーティ
ングパターンの断面は矩形形状であり、１つの周期にお
ける空気層以外の領域の比であるデューティ比は０．５
で設計されている。その理由は、グレーティングパター
ンの断面が矩形の場合のデューティ比が０．５のとき、
回折効率が最も大きい（４１％）ことが知られているた
めである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記回折効率及び矩形
断面を有するグレーティングパターンのデューティ比の
関係を考慮すると、回折光学素子のグレーティングパタ
ーンが矩形断面の場合、デューティ比が０．５のとき回
折効率が最も高くなるであろうことは容易に推定され
る。実際、入射光が垂直方向から傾いた斜入射光になっ
た場合、グレーティング周期の大きい領域においては、
推定通り矩形断面のデューティ比がほぼ０．５のときに
回折効率は最も高かった。しかし、グレーティングパタ
ーンの矩形断面のデューティ比が０．５である従来の回
折光学素子では、グレーティング周期が入射光の波長に
近い領域では、回折効率が低下するという問題点がある
ことを本発明者らは見いだした。本発明は、上記問題点
を解決するためになされたものであり、斜め入射光に対
してグレーティング周期の小さい領域でも回折効率がよ
い、矩形断面のグレーティングを有する回折光学素子を
提供することを目的としている。
断面を有するグレーティングパターンのデューティ比の
関係を考慮すると、回折光学素子のグレーティングパタ
ーンが矩形断面の場合、デューティ比が０．５のとき回
折効率が最も高くなるであろうことは容易に推定され
る。実際、入射光が垂直方向から傾いた斜入射光になっ
た場合、グレーティング周期の大きい領域においては、
推定通り矩形断面のデューティ比がほぼ０．５のときに
回折効率は最も高かった。しかし、グレーティングパタ
ーンの矩形断面のデューティ比が０．５である従来の回
折光学素子では、グレーティング周期が入射光の波長に
近い領域では、回折効率が低下するという問題点がある
ことを本発明者らは見いだした。本発明は、上記問題点
を解決するためになされたものであり、斜め入射光に対
してグレーティング周期の小さい領域でも回折効率がよ
い、矩形断面のグレーティングを有する回折光学素子を
提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回折光学素子は、基板と、前記基板上に形
成されたグレーティング部を具備するものであって、前
記グレーティング部の断面は矩形形状であり、前記グレ
ーティング部の周期に応じて前記グレーティング部の矩
形断面のデューティ比（１つの周期における空気層以外
の領域の割合）が異なるように構成されている。上記構
成において、グレーティング部の周期が入射波長の３〜
４倍より小さい領域において、前記グレーティング部の
矩形断面のデューティ比を０．５より小さくすることが
好ましい。また、グレーティング部の矩形断面のデュー
ティ比は、グレーティング部の周期が小さくなるにつれ
て徐々に小さくなることが好ましい。また、グレーティ
ング部の溝の深さが、前記グレーティング部の周期に応
じて異なることが好ましい。また、グレーティング部の
周期が入射波長の３〜４倍より小さい領域において、前
記グレーティング部の溝の深さが徐々に小さくなること
が好ましい。また、グレーティング部のパターンは中心
対称で、かつ一方向に凸の曲線であり、前記凸の方向に
グレーティング周期が徐々に小さくなることが好まし
い。また、グレーティング部のパターンは直線であり、
徐々にグレーティング周期が変化することが好ましい。
に、本発明の回折光学素子は、基板と、前記基板上に形
成されたグレーティング部を具備するものであって、前
記グレーティング部の断面は矩形形状であり、前記グレ
ーティング部の周期に応じて前記グレーティング部の矩
形断面のデューティ比（１つの周期における空気層以外
の領域の割合）が異なるように構成されている。上記構
成において、グレーティング部の周期が入射波長の３〜
４倍より小さい領域において、前記グレーティング部の
矩形断面のデューティ比を０．５より小さくすることが
好ましい。また、グレーティング部の矩形断面のデュー
ティ比は、グレーティング部の周期が小さくなるにつれ
て徐々に小さくなることが好ましい。また、グレーティ
ング部の溝の深さが、前記グレーティング部の周期に応
じて異なることが好ましい。また、グレーティング部の
周期が入射波長の３〜４倍より小さい領域において、前
記グレーティング部の溝の深さが徐々に小さくなること
が好ましい。また、グレーティング部のパターンは中心
対称で、かつ一方向に凸の曲線であり、前記凸の方向に
グレーティング周期が徐々に小さくなることが好まし
い。また、グレーティング部のパターンは直線であり、
徐々にグレーティング周期が変化することが好ましい。
【０００５】
【作用】矩形断面を有するグレーティングに対して入射
光が垂直方向から傾斜して入射する場合、グレーティン
グ部の周期に応じて回折効率が高くなる最適なデューテ
ィ比が存在する。そのため、各グレーティング部の周期
に応じてそのグレーティング部の矩形断面のデューティ
比（１つの周期における空気層以外の領域の割合）を最
適な値となるように設定することにより、回折光学素子
全域にわたって回折効率が高くなる。
光が垂直方向から傾斜して入射する場合、グレーティン
グ部の周期に応じて回折効率が高くなる最適なデューテ
ィ比が存在する。そのため、各グレーティング部の周期
に応じてそのグレーティング部の矩形断面のデューティ
比（１つの周期における空気層以外の領域の割合）を最
適な値となるように設定することにより、回折光学素子
全域にわたって回折効率が高くなる。
【０００６】
【実施例】本発明の回折光学素子の第１の実施例を図１
から図５までを用いて詳細に説明する。図１において、
（ａ）は本発明の回折光学素子の第１の実施例の基本構
成を示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。図
２は第１の実施例において、入射光の入射角θ＝２０°
の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回折
効率との関係を示す図である。図３は第１の実施例にお
いて、入射光の入射角θ＝３０°の場合の規格化グレー
ティング周期と１次回折光の回折効率との関係を示す図
である。図４は第１の実施例における規格化グレーティ
ング周期とデューティ比との関係を示す図である。図５
は第１の実施例における集光の様子を示す図である。図
１に示すように、第１の実施例に係る回折光学素子は、
基板１及び基板１の上に形成されたグレーティング部２
を具備する。グレーティング部２は、断面が矩形形状で
あり、（ａ）に示すｄ／Λで表わされるデューティ比が
その周期に応じて異なるように構成されている。ここ
で、Λはグレーティング周期であり、ｄはその周期にお
ける空気層以外の領域のサイズである。後に詳述する
が、グレーティング部２のグレーティング周期が大きい
領域では、デューティ比はほぼ０．５であるが、グレー
ティング周期が小さくなるにつれてデューティ比が小さ
くなるように設定されている。また、溝の深さｈはグレ
ーティング周期にかかわらず一定である。第１の実施例
の回折光学素子は、例えば口径１ｍｍ（円形開口）、入
射光の波長λ＝０．６３２８μｍ、入射角θ＝２０°、
グレーティング部２は周期が例えば０．６３３μｍから
６．３μｍで最大溝の深さは例えばｈ＝０．６３μｍで
ある。
から図５までを用いて詳細に説明する。図１において、
（ａ）は本発明の回折光学素子の第１の実施例の基本構
成を示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。図
２は第１の実施例において、入射光の入射角θ＝２０°
の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回折
効率との関係を示す図である。図３は第１の実施例にお
いて、入射光の入射角θ＝３０°の場合の規格化グレー
ティング周期と１次回折光の回折効率との関係を示す図
である。図４は第１の実施例における規格化グレーティ
ング周期とデューティ比との関係を示す図である。図５
は第１の実施例における集光の様子を示す図である。図
１に示すように、第１の実施例に係る回折光学素子は、
基板１及び基板１の上に形成されたグレーティング部２
を具備する。グレーティング部２は、断面が矩形形状で
あり、（ａ）に示すｄ／Λで表わされるデューティ比が
その周期に応じて異なるように構成されている。ここ
で、Λはグレーティング周期であり、ｄはその周期にお
ける空気層以外の領域のサイズである。後に詳述する
が、グレーティング部２のグレーティング周期が大きい
領域では、デューティ比はほぼ０．５であるが、グレー
ティング周期が小さくなるにつれてデューティ比が小さ
くなるように設定されている。また、溝の深さｈはグレ
ーティング周期にかかわらず一定である。第１の実施例
の回折光学素子は、例えば口径１ｍｍ（円形開口）、入
射光の波長λ＝０．６３２８μｍ、入射角θ＝２０°、
グレーティング部２は周期が例えば０．６３３μｍから
６．３μｍで最大溝の深さは例えばｈ＝０．６３μｍで
ある。
【０００７】入射光が垂直方向から傾いた斜入射光であ
る場合、グレーティング部２のグレーティング周期が大
きい領域では、矩形形状のデューティ比がほぼ０．５の
ときが回折効率は最も高かった。しかし、本発明者らは
グレーティング周期が入射光の波長に近づく領域ではデ
ューティ比が小さいほうが回折効率が大きくなる傾向に
あることを発見した。その詳細を以下に述べる。入射光
の入射角がθ＝２０°、グレーティング部２の屈折率が
ｎ＝１．５の場合について、回折効率と規格化グレーテ
ィング周期Λ／λ（λ：波長）との関係を図２に示す。
図２において実線で示したように、デューティ比が０．
５の場合、グレーティング周期が大きい領域で回折効率
が約４０％示すが、グレーティング周期が小さくなり波
長の３倍程度になると回折効率が低下する。一方、デュ
ーティ比が０．４及び０．３の場合、それぞれ、一点鎖
線、点線で示すようにグレーティング周期が大きい領域
で回折効率はデューティ比が０．５の場合より小さい
が、グレーティング周期が小さくなってくるとデューテ
ィ比が０．５の場合より回折効率が向上することがわか
る。同様に、入射角がθ＝３０°である場合における回
折効率と規格化グレーティング周期Λ／λ（λ：波長）
との関係を図３に示す。やはり、各グレーティング周期
に関して、回折効率が高くなるデューティ比が存在する
ことがわかる。従って、グレーティング部２のグレーテ
ィング周期に応じて、回折効率を高くするデューティ比
にする構造にすれば、回折光学素子全域にわたって回折
効率が高くなることがわかる。
る場合、グレーティング部２のグレーティング周期が大
きい領域では、矩形形状のデューティ比がほぼ０．５の
ときが回折効率は最も高かった。しかし、本発明者らは
グレーティング周期が入射光の波長に近づく領域ではデ
ューティ比が小さいほうが回折効率が大きくなる傾向に
あることを発見した。その詳細を以下に述べる。入射光
の入射角がθ＝２０°、グレーティング部２の屈折率が
ｎ＝１．５の場合について、回折効率と規格化グレーテ
ィング周期Λ／λ（λ：波長）との関係を図２に示す。
図２において実線で示したように、デューティ比が０．
５の場合、グレーティング周期が大きい領域で回折効率
が約４０％示すが、グレーティング周期が小さくなり波
長の３倍程度になると回折効率が低下する。一方、デュ
ーティ比が０．４及び０．３の場合、それぞれ、一点鎖
線、点線で示すようにグレーティング周期が大きい領域
で回折効率はデューティ比が０．５の場合より小さい
が、グレーティング周期が小さくなってくるとデューテ
ィ比が０．５の場合より回折効率が向上することがわか
る。同様に、入射角がθ＝３０°である場合における回
折効率と規格化グレーティング周期Λ／λ（λ：波長）
との関係を図３に示す。やはり、各グレーティング周期
に関して、回折効率が高くなるデューティ比が存在する
ことがわかる。従って、グレーティング部２のグレーテ
ィング周期に応じて、回折効率を高くするデューティ比
にする構造にすれば、回折光学素子全域にわたって回折
効率が高くなることがわかる。
【０００８】第１の実施例では、例えば図４に示すよう
にデューティ比を設定した。すなわち、グレーティング
周期が大きい領域では、デューティ比を０．４５〜０．
５とし、デューティ比をほぼ０．５とした。一方、グレ
ーティング周期が小さくなる領域では、図４に示される
曲線に従ってデューティ比を変化させた。デューティ比
の最適変化曲線は種々の条件により異なるが、グレーテ
ィング部の周期が入射波長の３〜４倍より小さい領域に
おいてデューティ比を０．５より小さくすればよい。一
般的傾向として、グレーティング部の周期が小さくなる
につれて、デューティ比を徐々に小さくすれば回折効率
が向上するといえる。
にデューティ比を設定した。すなわち、グレーティング
周期が大きい領域では、デューティ比を０．４５〜０．
５とし、デューティ比をほぼ０．５とした。一方、グレ
ーティング周期が小さくなる領域では、図４に示される
曲線に従ってデューティ比を変化させた。デューティ比
の最適変化曲線は種々の条件により異なるが、グレーテ
ィング部の周期が入射波長の３〜４倍より小さい領域に
おいてデューティ比を０．５より小さくすればよい。一
般的傾向として、グレーティング部の周期が小さくなる
につれて、デューティ比を徐々に小さくすれば回折効率
が向上するといえる。
【０００９】図５に示すように、上記第１の実施例の回
折光学素子は、斜め入射光５を垂直に出射させる（出射
光６）透過形のオフアキシスレンズである。オフアキシ
スレンズとは、入射光の光軸と出射光の光軸が異なるレ
ンズのことである。図５において、光５が伝播する領域
の基板１の表面と裏面には反射層４Ａ及び４Ｂが堆積さ
れており、基板１内を光が繰返し反射されジグザグに伝
播し、グレーティング部２から垂直出射される。斜入射
光５を垂直集光光にするために、グレーティング部２の
パターン形状は、図１の（ｂ）に示すように中心対称
で、かつ一方向に凸の曲線であり、上記凸の方向にグレ
ーティング周期が徐々に小さくなり、同時にパターンの
曲率も大きくなるような形状に構成されている。さらに
詳述すると、図１及び図５に示す座標系において、入射
光の波長をλ、基板１の屈折率をｎ、入射角をθとする
と、第１の実施例の回折光学素子の位相シフト関数は、
Φ（ｘ，ｙ）＝ｋ（（ｘ2＋ｙ2＋ｆ2）1/2＋ｎｙｓｉｎ
θ−ｆ）−２ｍπで表される。ただし、ｋ＝λ／２π、
ｍは０≦Φ≦２πを満たす整数であり、グレーティング
パターンの次数を表わしている。この位相シフト関数か
ら、次数ｍのグレーティング部２の曲線形状は、中心が
（０、−ｎｓｉｎθ（ｍλ＋ｆ）／（１−ｎ2ｓｉｎ
2θ））であり、短軸（ｘ軸）の長さｄx＝２（ｍ2λ2＋
２ｍλｆ＋ｎ2ｆ2ｓｉｎ2θ）1/2／（１−ｎ2ｓｉｎ
2θ）1/2、長軸（ｙ軸）の長さｄy＝ｄx／（１−ｎ2ｓ
ｉｎ2θ）1/2である楕円曲線の上部である。
折光学素子は、斜め入射光５を垂直に出射させる（出射
光６）透過形のオフアキシスレンズである。オフアキシ
スレンズとは、入射光の光軸と出射光の光軸が異なるレ
ンズのことである。図５において、光５が伝播する領域
の基板１の表面と裏面には反射層４Ａ及び４Ｂが堆積さ
れており、基板１内を光が繰返し反射されジグザグに伝
播し、グレーティング部２から垂直出射される。斜入射
光５を垂直集光光にするために、グレーティング部２の
パターン形状は、図１の（ｂ）に示すように中心対称
で、かつ一方向に凸の曲線であり、上記凸の方向にグレ
ーティング周期が徐々に小さくなり、同時にパターンの
曲率も大きくなるような形状に構成されている。さらに
詳述すると、図１及び図５に示す座標系において、入射
光の波長をλ、基板１の屈折率をｎ、入射角をθとする
と、第１の実施例の回折光学素子の位相シフト関数は、
Φ（ｘ，ｙ）＝ｋ（（ｘ2＋ｙ2＋ｆ2）1/2＋ｎｙｓｉｎ
θ−ｆ）−２ｍπで表される。ただし、ｋ＝λ／２π、
ｍは０≦Φ≦２πを満たす整数であり、グレーティング
パターンの次数を表わしている。この位相シフト関数か
ら、次数ｍのグレーティング部２の曲線形状は、中心が
（０、−ｎｓｉｎθ（ｍλ＋ｆ）／（１−ｎ2ｓｉｎ
2θ））であり、短軸（ｘ軸）の長さｄx＝２（ｍ2λ2＋
２ｍλｆ＋ｎ2ｆ2ｓｉｎ2θ）1/2／（１−ｎ2ｓｉｎ
2θ）1/2、長軸（ｙ軸）の長さｄy＝ｄx／（１−ｎ2ｓ
ｉｎ2θ）1/2である楕円曲線の上部である。
【００１０】基板１及びグレーティング部２は使用波長
に対して透明であればよく、例えばガラスや合成樹脂等
の材料で形成されている。使用光が赤外光の場合、基板
１及びグレーティング部２の材料として、ＳｉやＧａＡ
ｓ等の半導体を使用することも可能である。上記第１の
実施例の回折光学素子の製造方法として、電子ビーム描
画法を用いた。すなわち、例えばＰＭＭＡやＣＭＳ等の
電子ビームレジスト等の電子ビームに感光する合成樹脂
を基板１上にコーティングし、合成樹脂コーティング層
に電子ビームを照射し、現像処理をすることによって回
折光学素子を形成した。なお、回折光学素子の仕様とし
て、上記以外にも目的に応じて任意のものが作製可能で
ある。
に対して透明であればよく、例えばガラスや合成樹脂等
の材料で形成されている。使用光が赤外光の場合、基板
１及びグレーティング部２の材料として、ＳｉやＧａＡ
ｓ等の半導体を使用することも可能である。上記第１の
実施例の回折光学素子の製造方法として、電子ビーム描
画法を用いた。すなわち、例えばＰＭＭＡやＣＭＳ等の
電子ビームレジスト等の電子ビームに感光する合成樹脂
を基板１上にコーティングし、合成樹脂コーティング層
に電子ビームを照射し、現像処理をすることによって回
折光学素子を形成した。なお、回折光学素子の仕様とし
て、上記以外にも目的に応じて任意のものが作製可能で
ある。
【００１１】大量生産を行う場合、例えばニッケル電鋳
法で金型を作製し、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を用
いて金型から複製することにより、原盤と同一のレンズ
素子を低価格で作製することが可能である。特に、回折
光学素子がアレイ状に配列されている場合、この方法を
用いることにより、同一特性の回折光学素子を同時に精
度よく形成できる。また、例えばイオンビームエッチン
グにより、合成樹脂（電子ビームレジスト）で形成した
グレーティング部２の形状を、例えばガラス基板１に転
写することにより、温度的にも非常に安定する。
法で金型を作製し、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を用
いて金型から複製することにより、原盤と同一のレンズ
素子を低価格で作製することが可能である。特に、回折
光学素子がアレイ状に配列されている場合、この方法を
用いることにより、同一特性の回折光学素子を同時に精
度よく形成できる。また、例えばイオンビームエッチン
グにより、合成樹脂（電子ビームレジスト）で形成した
グレーティング部２の形状を、例えばガラス基板１に転
写することにより、温度的にも非常に安定する。
【００１２】次に、本発明の回折光学素子の第２の実施
例の基本構成を図６に示す。図６は第２の実施例の回折
光学素子の平面図である。なお、上記第１の実施例と同
一の部分についてはその説明を省略し、異なる部分につ
いて説明する。図６に示すように、第２の実施例の回折
光学素子は、グレーティング部２’のパターンは直線で
あり、徐々にグレーティング周期が変化しているシリン
ドリカルオフアキシスレンズである。すなわち、第２の
実施例の回折光学素子は、斜め入射光を一軸方向（ｙ方
向）のみ集光する。なお、断面は図１の（ａ）に示した
構成と実質的に同じである。従って、このような一軸方
向のシリンドリカルレンズでも、矩形断面のデューティ
比を変化させることにより回折効率が向上し、第１の実
施例の回折光学素子と同様の効果を奏する。
例の基本構成を図６に示す。図６は第２の実施例の回折
光学素子の平面図である。なお、上記第１の実施例と同
一の部分についてはその説明を省略し、異なる部分につ
いて説明する。図６に示すように、第２の実施例の回折
光学素子は、グレーティング部２’のパターンは直線で
あり、徐々にグレーティング周期が変化しているシリン
ドリカルオフアキシスレンズである。すなわち、第２の
実施例の回折光学素子は、斜め入射光を一軸方向（ｙ方
向）のみ集光する。なお、断面は図１の（ａ）に示した
構成と実質的に同じである。従って、このような一軸方
向のシリンドリカルレンズでも、矩形断面のデューティ
比を変化させることにより回折効率が向上し、第１の実
施例の回折光学素子と同様の効果を奏する。
【００１３】次に、本発明の回折光学素子の第３の実施
例を図７及び図８を用いて説明する。図７は第３の実施
例に係る回折光学素子の基本構成を示す断面図である。
図８は第３の実施例の回折光学素子における規格化グレ
ーティング周期と１次回折光の回折効率との関係を示す
図である。なお、上記第１の実施例と同一の部分につい
てはその説明を省略し、異なる部分について説明する。
図７に示すように、第３の実施例に係る回折光学素子
は、グレーティング部２”の周期に応じて、デューティ
比だけでなく、その溝の深さも変化させた構造を有して
いる。図８に示すように、規格化グレーティング周期が
３以上の領域ではグレーティング部２の溝の深さを一定
とし、規格化グレーティング周期が３以下の領域ではグ
レーティング部２”の溝の深さを回折効率の値がほぼ一
定になるように変化させた。種々の条件により、溝の深
さの変化曲線は異なるが、グレーティング部２”の周期
が入射波長の３〜４倍より小さい領域において溝の深さ
を変化させればよい。一般的傾向として、グレーティン
グ部の周期が小さくなるにつれて、溝の深さを徐々に小
さくすればよいといえる。第３の実施例では、このよう
にグレーティング部２”の周期に応じてデューティ比と
溝の深さを変化させ、グレーティング周期の小さい領域
でも回折効率の低下を防ぐように構成したので、グレー
ティング部２”の全領域にわたり回折効率の値をほぼ一
定にすることができ、回折光学素子の集光スポットの光
分布が均一になるという効果を奏する。
例を図７及び図８を用いて説明する。図７は第３の実施
例に係る回折光学素子の基本構成を示す断面図である。
図８は第３の実施例の回折光学素子における規格化グレ
ーティング周期と１次回折光の回折効率との関係を示す
図である。なお、上記第１の実施例と同一の部分につい
てはその説明を省略し、異なる部分について説明する。
図７に示すように、第３の実施例に係る回折光学素子
は、グレーティング部２”の周期に応じて、デューティ
比だけでなく、その溝の深さも変化させた構造を有して
いる。図８に示すように、規格化グレーティング周期が
３以上の領域ではグレーティング部２の溝の深さを一定
とし、規格化グレーティング周期が３以下の領域ではグ
レーティング部２”の溝の深さを回折効率の値がほぼ一
定になるように変化させた。種々の条件により、溝の深
さの変化曲線は異なるが、グレーティング部２”の周期
が入射波長の３〜４倍より小さい領域において溝の深さ
を変化させればよい。一般的傾向として、グレーティン
グ部の周期が小さくなるにつれて、溝の深さを徐々に小
さくすればよいといえる。第３の実施例では、このよう
にグレーティング部２”の周期に応じてデューティ比と
溝の深さを変化させ、グレーティング周期の小さい領域
でも回折効率の低下を防ぐように構成したので、グレー
ティング部２”の全領域にわたり回折効率の値をほぼ一
定にすることができ、回折光学素子の集光スポットの光
分布が均一になるという効果を奏する。
【００１４】なお、上記各実施例では、本発明を斜入射
光を垂直に集光するオフアキシスレンズに適用した場合
について説明したが、オフアキシス形レンズだけでなく
他の形式の回折光学素子に適用した場合であっても、入
射光が斜め方向の場合に同様の効果を奏する。
光を垂直に集光するオフアキシスレンズに適用した場合
について説明したが、オフアキシス形レンズだけでなく
他の形式の回折光学素子に適用した場合であっても、入
射光が斜め方向の場合に同様の効果を奏する。
【００１５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回折光学
素子の各グレーティング部の周期に応じてそのグレーテ
ィング部の矩形断面のデューティ比を最適な値となるよ
うに設定するように構成したので、特に斜め入射光に対
してグレーティング周期の小さい領域でも回折効率がよ
い断面が矩形形状の回折光学素子が実現可能である。ま
た、グレーティング部の周期に応じてデューティ比と溝
の深さを変化させることにより、グレーティング部の全
領域にわたり回折効率の値をほぼ一定にすることがで
き、回折光学素子の集光スポットの光分布を均一にする
ことができる。
素子の各グレーティング部の周期に応じてそのグレーテ
ィング部の矩形断面のデューティ比を最適な値となるよ
うに設定するように構成したので、特に斜め入射光に対
してグレーティング周期の小さい領域でも回折効率がよ
い断面が矩形形状の回折光学素子が実現可能である。ま
た、グレーティング部の周期に応じてデューティ比と溝
の深さを変化させることにより、グレーティング部の全
領域にわたり回折効率の値をほぼ一定にすることがで
き、回折光学素子の集光スポットの光分布を均一にする
ことができる。
【図１】（ａ）は本発明の回折光学素子の第１実施例の
基本構成を示す断面図、（ｂ）はその平面図
基本構成を示す断面図、（ｂ）はその平面図
【図２】第１の実施例における入射光の入射角θ＝２０
°の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回
折効率との関係を示す図
°の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回
折効率との関係を示す図
【図３】第１の実施例における入射光の入射角θ＝３０
°の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回
折効率との関係を示す図
°の場合の規格化グレーティング周期と１次回折光の回
折効率との関係を示す図
【図４】第１の実施例における規格化グレーティング周
期とデューティ比との関係を示す図
期とデューティ比との関係を示す図
【図５】第１の実施例における集光の様子を示す図
【図６】本発明の回折光学素子の第２の実施例の基本構
成を示す平面図
成を示す平面図
【図７】本発明の回折光学素子の第３の実施例の基本構
成を示す断面図
成を示す断面図
【図８】第３の実施例における規格化グレーティング周
期と１次回折光の回折効率との関係を示す図
期と１次回折光の回折効率との関係を示す図
【図９】（ａ）は従来の回折光学素子の構成を示す平面
図、（ｂ）はその断面図
図、（ｂ）はその断面図
【符号の説明】 １ ：基板 ２ ：グレーティング部
Claims (7)
- 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成されたグレー
ティング部を具備する回折光学素子であって、前記グレ
ーティング部の断面は矩形形状であり、前記グレーティ
ング部の周期に応じて前記グレーティング部の矩形断面
のデューティ比（１つの周期における空気層以外の領域
の割合）が異なることを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項２】 グレーティング部の周期が入射波長の３
〜４倍より小さい領域において、前記グレーティング部
の矩形断面のデューティ比を０．５より小さくすること
を特徴とする請求項１記載の回折光学素子。 - 【請求項３】 グレーティング部の矩形断面のデューテ
ィ比は、グレーティング部の周期が小さくなるにつれて
徐々に小さくなることを特徴とする請求項２記載の回折
光学素子。 - 【請求項４】 グレーティング部の溝の深さが、前記グ
レーティング部の周期に応じて異なることを特徴とする
請求項１記載の回折光学素子。 - 【請求項５】 グレーティング部の周期が入射波長の３
〜４倍より小さい領域において、前記グレーティング部
の溝の深さが徐々に小さくなることを特徴とする請求項
４記載の回折光学素子。 - 【請求項６】 グレーティング部のパターンは中心対称
で、かつ一方向に凸の曲線であり、前記凸の方向にグレ
ーティング周期が徐々に小さくなることを特徴とする請
求項１記載の回折光学素子。 - 【請求項７】 グレーティング部のパターンは直線であ
り、徐々にグレーティング周期が変化することを特徴と
する請求項１記載の回折光学素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25964093A JP3189922B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 回折光学素子 |
| US08/323,927 US5561558A (en) | 1993-10-18 | 1994-10-17 | Diffractive optical device |
| CNB941128148A CN1145048C (zh) | 1993-10-18 | 1994-10-18 | 衍射光学器件 |
| EP94116398A EP0649037B1 (en) | 1993-10-18 | 1994-10-18 | Diffractive optical device |
| DE69410732T DE69410732T2 (de) | 1993-10-18 | 1994-10-18 | Diffraktive optische Einrichtung |
| US08/627,442 US5742433A (en) | 1993-10-18 | 1996-04-04 | Diffractive optical device including grating elements with different grating periods and duty ratios |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25964093A JP3189922B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 回折光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07113907A true JPH07113907A (ja) | 1995-05-02 |
| JP3189922B2 JP3189922B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=17336872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25964093A Expired - Fee Related JP3189922B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 回折光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3189922B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005101067A1 (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 集光素子および固体撮像装置 |
| US7511887B2 (en) | 2002-10-09 | 2009-03-31 | Ricoh Company, Ltd. | Diffraction grating, method of fabricating diffraction optical element, optical pickup device, and optical disk drive |
| JP2010519588A (ja) * | 2007-02-23 | 2010-06-03 | ナノコンプ リミテッド | 回折格子構造及び該回折格子構造の設計方法 |
| WO2012164781A1 (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | パナソニック株式会社 | 回折光学素子およびその製造方法 |
| KR20150000318A (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 회절광학소자 및 이를 포함하는 광학장치 |
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| WO2016185602A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | ナルックス株式会社 | 回折光学素子 |
| CN114047569A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-15 | 佛山市睿琪全钰科技有限公司 | 一种实现一字线光斑的渐变周期光栅衍射元件及方法 |
-
1993
- 1993-10-18 JP JP25964093A patent/JP3189922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2005101067A1 (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 集光素子および固体撮像装置 |
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| JP2010519588A (ja) * | 2007-02-23 | 2010-06-03 | ナノコンプ リミテッド | 回折格子構造及び該回折格子構造の設計方法 |
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| CN102918432A (zh) * | 2011-05-30 | 2013-02-06 | 松下电器产业株式会社 | 衍射光学元件及其制造方法 |
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| US9291753B2 (en) | 2011-05-30 | 2016-03-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Diffraction optical element and production method therefor |
| KR20150000318A (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 회절광학소자 및 이를 포함하는 광학장치 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3189922B2 (ja) | 2001-07-16 |
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