JPH11160512A - 回折光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents
回折光学素子及びそれを用いた光学系Info
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- JPH11160512A JPH11160512A JP34218697A JP34218697A JPH11160512A JP H11160512 A JPH11160512 A JP H11160512A JP 34218697 A JP34218697 A JP 34218697A JP 34218697 A JP34218697 A JP 34218697A JP H11160512 A JPH11160512 A JP H11160512A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用波長域全域で設計次数の回折効率が高く
なる、多段型の回折格子より成る製造が容易な回折光学
素子及びそれを用いた光学系を得ること。 【解決手段】 基板上を複数の領域に分割し、各領域ご
とに格子段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する断
面形状が階段形状より成る回折格子を設けて複数の格子
部を形成しており、該複数の格子部は回折効率の高くな
る波長が互いに異なっていること。
なる、多段型の回折格子より成る製造が容易な回折光学
素子及びそれを用いた光学系を得ること。 【解決手段】 基板上を複数の領域に分割し、各領域ご
とに格子段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する断
面形状が階段形状より成る回折格子を設けて複数の格子
部を形成しており、該複数の格子部は回折効率の高くな
る波長が互いに異なっていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子及びそ
れを用いた光学系に関し、特に使用波長領域の光束が特
定次数（設計次数）に集中するような回折格子構造を有
し、所望の分光特性が高い回折効率で得られる写真用カ
メラ、ビデオカメラ、双眼鏡、プロジェクター、望遠
鏡、顕微鏡、複写機等の各種の光学系に好適なものであ
る。
れを用いた光学系に関し、特に使用波長領域の光束が特
定次数（設計次数）に集中するような回折格子構造を有
し、所望の分光特性が高い回折効率で得られる写真用カ
メラ、ビデオカメラ、双眼鏡、プロジェクター、望遠
鏡、顕微鏡、複写機等の各種の光学系に好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より回折光学素子が種々と提案され
ている。例えば特公平7-92526号公報には基板上の中央
部に断面形状が鋸歯形状のグレーティング部と周辺部に
断面形状が矩形状のグレーティング部とを設けたグレー
ティングレンズを開示している。
ている。例えば特公平7-92526号公報には基板上の中央
部に断面形状が鋸歯形状のグレーティング部と周辺部に
断面形状が矩形状のグレーティング部とを設けたグレー
ティングレンズを開示している。
【０００３】又、特開平7-113906号公報には階段形状の
ステップ数が異なり、又、最大膜厚がステップ数によっ
て異なるグレーティング部を具備する回折光学素子を開
示している。
ステップ数が異なり、又、最大膜厚がステップ数によっ
て異なるグレーティング部を具備する回折光学素子を開
示している。
【０００４】一方、光学系には種々の諸収差が存在し、
これらの収差を補正するように各光学要素が組み立てら
れている。従来より光学系に於いて発生する諸収差のう
ち色収差は、分散特性の異なる硝材を組み合わせること
により減じていた。例えば、望遠鏡等の対物レンズで
は、分散の小さい硝材を正レンズとし分散の大きい硝材
を負レンズとし、これらを組み合わせることで軸上に現
れる色収差を消していた。このためレンズの構成枚数が
制限される場合や使用できる硝材が限られている場合な
どでは色収差の補正を十分にすることができなかった。
これらの収差を補正するように各光学要素が組み立てら
れている。従来より光学系に於いて発生する諸収差のう
ち色収差は、分散特性の異なる硝材を組み合わせること
により減じていた。例えば、望遠鏡等の対物レンズで
は、分散の小さい硝材を正レンズとし分散の大きい硝材
を負レンズとし、これらを組み合わせることで軸上に現
れる色収差を消していた。このためレンズの構成枚数が
制限される場合や使用できる硝材が限られている場合な
どでは色収差の補正を十分にすることができなかった。
【０００５】また、従来の硝材の組み合わせにより色収
差を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の
１部に回折作用を有する回折光学素子（以下「回折格
子」とも言う）を設けることで、色収差を減じる方法が
SPIE Vol.1354 InternationalLens Design Conference
(1990)等の文献や特開平4-213421号公報、特開平6-3242
62号公報、ＵＳＰ5,044,706 等により開示されている。
これは、光学系中の屈折面と回折面とでは、ある基準波
長の光線に対する色収差の出方が逆方向に発現するとい
う物理現象を利用したものである。
差を減じる方法に対して、レンズ面やあるいは光学系の
１部に回折作用を有する回折光学素子（以下「回折格
子」とも言う）を設けることで、色収差を減じる方法が
SPIE Vol.1354 InternationalLens Design Conference
(1990)等の文献や特開平4-213421号公報、特開平6-3242
62号公報、ＵＳＰ5,044,706 等により開示されている。
これは、光学系中の屈折面と回折面とでは、ある基準波
長の光線に対する色収差の出方が逆方向に発現するとい
う物理現象を利用したものである。
【０００６】ここで、回折効果を利用した光学系では、
使用波長領域の光束が特定次数（以後設計次数という）
に集中するように格子構造を決定している。特定の次数
に光の強度が集中している場合では、それ以外の回折光
の光線の強度は低いものとなり、強度が０の場合にはそ
の回折光は存在しないものとなる。しかし、使用波長領
域が可視光領域のように広波長域の場合は、全ての波長
の光で設計次数のみの回折光とすることは格子構造上容
易ではない。そして設計次数以外の回折次数をもった光
線は、設計次数の光線とは別な所に結像するため、フレ
アとなり、像のコントラストの低下を引き起こす。この
悪影響を防止する手段として特開平8-220482号公報で
は、回折光学素子を複数の領域エリアに分割し、各エリ
アで最適となる回折効率が異なるように格子厚を変え、
各エリアにそのエリアで回折効率が最大となる波長付近
の帯域光が照射されるように波長選択する光学系が提案
されている。
使用波長領域の光束が特定次数（以後設計次数という）
に集中するように格子構造を決定している。特定の次数
に光の強度が集中している場合では、それ以外の回折光
の光線の強度は低いものとなり、強度が０の場合にはそ
の回折光は存在しないものとなる。しかし、使用波長領
域が可視光領域のように広波長域の場合は、全ての波長
の光で設計次数のみの回折光とすることは格子構造上容
易ではない。そして設計次数以外の回折次数をもった光
線は、設計次数の光線とは別な所に結像するため、フレ
アとなり、像のコントラストの低下を引き起こす。この
悪影響を防止する手段として特開平8-220482号公報で
は、回折光学素子を複数の領域エリアに分割し、各エリ
アで最適となる回折効率が異なるように格子厚を変え、
各エリアにそのエリアで回折効率が最大となる波長付近
の帯域光が照射されるように波長選択する光学系が提案
されている。
【０００７】一方、回折光学素子として階段状の格子を
多段重ね合わせた構造のものが種々と提案されている。
多段重ね合わせた構造のものが種々と提案されている。
【０００８】この多段型の回折光学素子を製造する方法
として例えばＵＳＰ4,895,790 ではｎ個のマスクで２n
段の多段型の回折光学素子をエッチングプロセスにより
製造する方法が提案されている。尚、以下述べるエッチ
ングプロセスは、フォトリソグラフィプロセスの内、基
板へのフォトレジストコーティング、マスクアライメン
ト、露光、現像、エッチング、レジスト除去の一連の処
理のことを言う。
として例えばＵＳＰ4,895,790 ではｎ個のマスクで２n
段の多段型の回折光学素子をエッチングプロセスにより
製造する方法が提案されている。尚、以下述べるエッチ
ングプロセスは、フォトリソグラフィプロセスの内、基
板へのフォトレジストコーティング、マスクアライメン
ト、露光、現像、エッチング、レジスト除去の一連の処
理のことを言う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】回折光学素子として光
入射面を複数の領域に分割し、各領域で異なった格子厚
で回折格子を構成した複数の格子厚を有する多段型の回
折光学素子を前記フォトリソグラフィプロセスを利用し
て、製造するためにはかなりの製造工程が生じてしま
う。ここで、図６に示すような異なる格子厚ｄ１、ｄ２
を有する多段型の回折光学素子を製造する場合について
述べる。ここで各格子部２、３は８段の階段構造からな
り、２種類の異なる格子厚を有するものとする。このよ
うな回折光学素子を型による成形で製作する場合の、型
の製造手順を図７に示す。
入射面を複数の領域に分割し、各領域で異なった格子厚
で回折格子を構成した複数の格子厚を有する多段型の回
折光学素子を前記フォトリソグラフィプロセスを利用し
て、製造するためにはかなりの製造工程が生じてしま
う。ここで、図６に示すような異なる格子厚ｄ１、ｄ２
を有する多段型の回折光学素子を製造する場合について
述べる。ここで各格子部２、３は８段の階段構造からな
り、２種類の異なる格子厚を有するものとする。このよ
うな回折光学素子を型による成形で製作する場合の、型
の製造手順を図７に示す。
【００１０】まず、第１マスクによって格子部２を遮光
し格子部３に対しＵＳＰ4,895,790に記述されているよ
うな製造手段を適応する。従って８段の回折格子では、
第２、第３マスクを用いた３回のエッチング処理が行わ
れる。次に第４マスクによって格子部３を遮光し、格子
部２に対して同様な処理が行われる。つまり、１種類の
格子厚を製造する際には他の格子厚の部分は遮断し、各
格子厚毎に順々にこの過程を繰り返すことで異なる格子
厚を有する回折光学素子を製造することになる。そのた
め各異なる格子厚を有する格子部に対応する分だけマス
クの種類が増えることになる。２n の格子段数より成る
ｍ種類の異なる格子厚を有する回折光学素子を製造する
場合にはｍ×ｎ種類のマスクが必要となる。
し格子部３に対しＵＳＰ4,895,790に記述されているよ
うな製造手段を適応する。従って８段の回折格子では、
第２、第３マスクを用いた３回のエッチング処理が行わ
れる。次に第４マスクによって格子部３を遮光し、格子
部２に対して同様な処理が行われる。つまり、１種類の
格子厚を製造する際には他の格子厚の部分は遮断し、各
格子厚毎に順々にこの過程を繰り返すことで異なる格子
厚を有する回折光学素子を製造することになる。そのた
め各異なる格子厚を有する格子部に対応する分だけマス
クの種類が増えることになる。２n の格子段数より成る
ｍ種類の異なる格子厚を有する回折光学素子を製造する
場合にはｍ×ｎ種類のマスクが必要となる。
【００１１】前述の例では２×３＝６種類のマスクが必
要になる。また、これに伴いエッチングプロセスも増
え、製造時間も通常のｍ倍の時間が必要になり、生産性
は低下する。さらにこの場合、各格子厚を製造する際の
エッチングを行う深さが各々で異なり、厚みの制御が困
難になっている。
要になる。また、これに伴いエッチングプロセスも増
え、製造時間も通常のｍ倍の時間が必要になり、生産性
は低下する。さらにこの場合、各格子厚を製造する際の
エッチングを行う深さが各々で異なり、厚みの制御が困
難になっている。
【００１２】本発明は簡単な工程で特にエッチングマス
クの数を削減することによる、製造時間の大幅な削減を
図りつつ容易に製造することができる回折光学素子の製
造方法及びそれを用いた回折光学素子の提供を目的とす
る。
クの数を削減することによる、製造時間の大幅な削減を
図りつつ容易に製造することができる回折光学素子の製
造方法及びそれを用いた回折光学素子の提供を目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の回折光学素子は （１−１）基板上を複数の領域に分割し、各領域ごとに
格子段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する断面形
状が階段形状より成る回折格子を設けて複数の格子部を
形成しており、該複数の格子部は回折効率の高くなる波
長が互いに異なっていることを特徴としている。
格子段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する断面形
状が階段形状より成る回折格子を設けて複数の格子部を
形成しており、該複数の格子部は回折効率の高くなる波
長が互いに異なっていることを特徴としている。
【００１４】特に （１−１−１）所定波長の光が前記複数の格子部で回折
されるとき、該格子部は特定次数に光束が集光している
こと。
されるとき、該格子部は特定次数に光束が集光している
こと。
【００１５】（１−１−２）前記回折光学素子の設計波
長は、格子段数の大きい格子部が、設計波長が長波長で
あること。
長は、格子段数の大きい格子部が、設計波長が長波長で
あること。
【００１６】（１−１−３）前記回折光学素子の異なる
格子段数の格子部内、最も少ない格子段数からなる格子
部の各格子厚形状と、他の格子部の前記最小段数までの
各格子厚形状が等しいこと。
格子段数の格子部内、最も少ない格子段数からなる格子
部の各格子厚形状と、他の格子部の前記最小段数までの
各格子厚形状が等しいこと。
【００１７】（１−１−４）前記回折光学素子の複数の
格子部はラジアル方向に同心円状に分割しており、円中
心から離れるに従った格子部の方が格子厚が減少してい
ること等を特徴としている。
格子部はラジアル方向に同心円状に分割しており、円中
心から離れるに従った格子部の方が格子厚が減少してい
ること等を特徴としている。
【００１８】本発明の回折光学素子の製造方法は （２−１）構成（１−１）の回折光学素子をその格子部
の異なる格子段数の内、最も大きい格子段数（最大段
数）をｍ１、ｎを整数としたとき ２n ＜ｍ１≦２n+1 を満足する（ｎ＋１）個のマスクを用いて製造している
ことを特徴としている。
の異なる格子段数の内、最も大きい格子段数（最大段
数）をｍ１、ｎを整数としたとき ２n ＜ｍ１≦２n+1 を満足する（ｎ＋１）個のマスクを用いて製造している
ことを特徴としている。
【００１９】本発明の光学系は （３−１）構成（１−１）の回折光学素子を用いている
ことを特徴としている。
ことを特徴としている。
【００２０】（３−２）構成（２−１）の回折光学素子
の製造方法で製造した回折光学素子を用いていること特
徴としている。
の製造方法で製造した回折光学素子を用いていること特
徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の回折光学素子の要
部正面図である。図中１は回折光学素子であり、基板上
を複数の領域に分割し、該複数の領域に各領域毎に格子
段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する回折格子を
設けた格子部を有している。
部正面図である。図中１は回折光学素子であり、基板上
を複数の領域に分割し、該複数の領域に各領域毎に格子
段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する回折格子を
設けた格子部を有している。
【００２２】同図では、第１、第２、第３、格子部２、
３、４の３つの領域について説明しているが３つ以上あ
っても良い。
３、４の３つの領域について説明しているが３つ以上あ
っても良い。
【００２３】図２は図１の第１格子部２と第２格子部３
との境界部の断面説明図である。第１格子部２と第２格
子部３の格子厚はｄ１、ｄ２である。格子断面形状は階
段形状（バイナリー形状）の格子より成っている。
との境界部の断面説明図である。第１格子部２と第２格
子部３の格子厚はｄ１、ｄ２である。格子断面形状は階
段形状（バイナリー形状）の格子より成っている。
【００２４】第１格子部２は９段の階段格子、第２格子
部３は８段の階段格子から構成されている。ここで、第
１格子部２の９段の各格子の格子厚を見てみると、一番
厚い箇所（図中格子ａ１）以外の各格子の格子厚は９段
の第１格子部２と８段の第２格子部３で同じ厚みにな
る。つまり、図中格子ｂ１と格子ａ２、格子ｉ１と格子
ｈ２が同じ格子厚を有している。第３格子部４の格子段
数は第１、第２格子部２、３の格子段数と異なってい
る。
部３は８段の階段格子から構成されている。ここで、第
１格子部２の９段の各格子の格子厚を見てみると、一番
厚い箇所（図中格子ａ１）以外の各格子の格子厚は９段
の第１格子部２と８段の第２格子部３で同じ厚みにな
る。つまり、図中格子ｂ１と格子ａ２、格子ｉ１と格子
ｈ２が同じ格子厚を有している。第３格子部４の格子段
数は第１、第２格子部２、３の格子段数と異なってい
る。
【００２５】本実施形態の回折光学素子は使用波長領域
の光束が特定次数（設計次数）に集中する多段形状の格
子構造より成っている。各格子部では最も回折効率の高
くなる波長（設計波長）が異なっている。
の光束が特定次数（設計次数）に集中する多段形状の格
子構造より成っている。各格子部では最も回折効率の高
くなる波長（設計波長）が異なっている。
【００２６】例えば、格子段数の多い格子部の方が格子
段数の少ない格子部に比べて最も回折効率の高くなる波
長が長くなっている。
段数の少ない格子部に比べて最も回折効率の高くなる波
長が長くなっている。
【００２７】図１の実施形態では同心円状に複数の領域
に分割し、円中心から離れるに従って格子部の格子厚が
減少するようにしている。
に分割し、円中心から離れるに従って格子部の格子厚が
減少するようにしている。
【００２８】さらに、回折光学素子の異なる格子段数の
内、最も少ない格子段数（最小段数）から成る格子部の
各格子厚形状と、他の格子段数の前記最小段数までの各
格子厚形状が等しくなっている。
内、最も少ない格子段数（最小段数）から成る格子部の
各格子厚形状と、他の格子段数の前記最小段数までの各
格子厚形状が等しくなっている。
【００２９】次に本実施形態の回折光学素子を、プラス
チックモールド等の型成形で制作する場合の型の製造手
順を図３に示す。図３においてまず１回目のエッチング
プロセスで第１マスクを用いて第１格子部２の各格子ａ
１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、第２格子部３の格子ａ
２、ｂ２、ｃ２、ｄ２を削ることで、２段の階段格子を
製造する。次に２回目のエッチングプロセスで第２マス
クを用いて第１格子部２の各格子ａ１、ｂ１、ｃ１、ｆ
１、ｇ１、第２格子部３の各格子ａ２、ｂ２、ｅ２、ｆ
２を１回目のエッチングの半分の深さに削り取る。３回
目のエッチングプロセスで第３マスクを用いて第１格子
部２の各格子ａ１、ｂ１、ｄ１、ｆ１、ｈ１、第２格子
部３の各格子ａ２、ｃ２、ｅ２、ｇ２をさらに半分、１
回目のエッチングに対して１／４の深さに削り取る。以
上の処理により第１、第２格子部２、３ともに８段の階
段形状の格子が作成されている。第２格子部３に関して
は、８段の格子形状であるので、製造プロセスは終了す
る。そして最後に４回目のエッチングプロセスで第４マ
スクを用いて第２格子部３は遮光し、第１格子部２の格
子ａ１のみ３回目と同じ深さに削り取ることで第１格子
部２は９段の階段形状の回折格子部が作成される。上述
の構成は各格子の格子厚が全て等しい場合の製造方法に
ついて説明した。この場合、エッチングプロセスでのエ
ッチング深さは３種類と、従来例の６種類の異なる深さ
に対し大幅に削減され、それにより深さ方向の制御は大
幅に簡素化されている。また、エッチングプロセスも従
来例では６回必要だったのに比べ４回と削減され、製造
工程も大幅に短縮されている。
チックモールド等の型成形で制作する場合の型の製造手
順を図３に示す。図３においてまず１回目のエッチング
プロセスで第１マスクを用いて第１格子部２の各格子ａ
１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、第２格子部３の格子ａ
２、ｂ２、ｃ２、ｄ２を削ることで、２段の階段格子を
製造する。次に２回目のエッチングプロセスで第２マス
クを用いて第１格子部２の各格子ａ１、ｂ１、ｃ１、ｆ
１、ｇ１、第２格子部３の各格子ａ２、ｂ２、ｅ２、ｆ
２を１回目のエッチングの半分の深さに削り取る。３回
目のエッチングプロセスで第３マスクを用いて第１格子
部２の各格子ａ１、ｂ１、ｄ１、ｆ１、ｈ１、第２格子
部３の各格子ａ２、ｃ２、ｅ２、ｇ２をさらに半分、１
回目のエッチングに対して１／４の深さに削り取る。以
上の処理により第１、第２格子部２、３ともに８段の階
段形状の格子が作成されている。第２格子部３に関して
は、８段の格子形状であるので、製造プロセスは終了す
る。そして最後に４回目のエッチングプロセスで第４マ
スクを用いて第２格子部３は遮光し、第１格子部２の格
子ａ１のみ３回目と同じ深さに削り取ることで第１格子
部２は９段の階段形状の回折格子部が作成される。上述
の構成は各格子の格子厚が全て等しい場合の製造方法に
ついて説明した。この場合、エッチングプロセスでのエ
ッチング深さは３種類と、従来例の６種類の異なる深さ
に対し大幅に削減され、それにより深さ方向の制御は大
幅に簡素化されている。また、エッチングプロセスも従
来例では６回必要だったのに比べ４回と削減され、製造
工程も大幅に短縮されている。
【００３０】尚、第１、第２格子部２、３と格子段数の
異なる第３格子部４の各格子の製造手順も第１、第２格
子部２、３を製造するのと同様である。
異なる第３格子部４の各格子の製造手順も第１、第２格
子部２、３を製造するのと同様である。
【００３１】次に本発明の実施形態２について述べる。
【００３２】前記実施形態１は異なる格子段数が２種類
の場合についての製造方法について述べた。また、異な
る格子段数が２n 段の格子段数からなる回折光学素子に
ついては、例えばＵＳＰ4,895,790 に示されている製法
で作れば良い。本実施形態では、それ以外の格子段数を
有する回折光学素子を作成する際の最も少ないエッチン
グプロセスで作成している。
の場合についての製造方法について述べた。また、異な
る格子段数が２n 段の格子段数からなる回折光学素子に
ついては、例えばＵＳＰ4,895,790 に示されている製法
で作れば良い。本実施形態では、それ以外の格子段数を
有する回折光学素子を作成する際の最も少ないエッチン
グプロセスで作成している。
【００３３】次に本実施形態の特徴として図４に例とし
て９段から１６段までの格子段数の回折格子の製造方法
を示した。この場合も前述の実施例と同じく型を製作す
る手順について述べる。ここで、ハッチング等のパター
ンが描かれている箇所が、図３において、各エッチング
プロセスにより削り取られる箇所を表している。従って
エッチング用のマスク形状としては、９段の例をとる
と、第１回目のエッチング用マスクは、図中、第１マス
クエッチングのみ露光され、それ以外は遮光されるよう
なマスク形状を用いる。図４の各階段の製造手順からわ
かるように、１６段までの階段格子なら、エッチングプ
ロセスは４回で実現できる。
て９段から１６段までの格子段数の回折格子の製造方法
を示した。この場合も前述の実施例と同じく型を製作す
る手順について述べる。ここで、ハッチング等のパター
ンが描かれている箇所が、図３において、各エッチング
プロセスにより削り取られる箇所を表している。従って
エッチング用のマスク形状としては、９段の例をとる
と、第１回目のエッチング用マスクは、図中、第１マス
クエッチングのみ露光され、それ以外は遮光されるよう
なマスク形状を用いる。図４の各階段の製造手順からわ
かるように、１６段までの階段格子なら、エッチングプ
ロセスは４回で実現できる。
【００３４】従来の製法で９種類の異なる格子厚を実現
しようとした場合、８段の格子形状だと、９×３＝２７
回ものエッチングプロセスが繰り返されていた。このよ
うにマスク形状を適切に設定することで、２種類以上の
複数の異なる格子厚（格子段数）が必要な場合も、大幅
に製造工程を短縮及び簡素化することが可能になる。
しようとした場合、８段の格子形状だと、９×３＝２７
回ものエッチングプロセスが繰り返されていた。このよ
うにマスク形状を適切に設定することで、２種類以上の
複数の異なる格子厚（格子段数）が必要な場合も、大幅
に製造工程を短縮及び簡素化することが可能になる。
【００３５】さらに、この製造手段の特徴をまとめる
と、ｎ個のマスクによるエッチング処理で、最大格子段
数が２n 以下の格子段数については、任意の格子段数を
製造することが可能となる。そしてｎ個のマスクからは
最大２n −１種類の異なる格子厚（格子段数）をもつ回
折光学素子を製造することができる。
と、ｎ個のマスクによるエッチング処理で、最大格子段
数が２n 以下の格子段数については、任意の格子段数を
製造することが可能となる。そしてｎ個のマスクからは
最大２n −１種類の異なる格子厚（格子段数）をもつ回
折光学素子を製造することができる。
【００３６】次に本発明の実施形態３について説明す
る。
る。
【００３７】図５は、特開平8-220482号公報にも示され
ているようなＲＧＢ３色に対応した色光毎に回折光学素
子の回折格子厚を最適形状とした際の各格子部の設計次
数での回折効率を表したものである。各領域で高い回折
効率を維持していることが判る。ここで、異なる格子厚
の回折格子部の配置は、図１に示したような同心円状の
エリアに分割してもよいし、桝目状のエリアに分割して
もよい。
ているようなＲＧＢ３色に対応した色光毎に回折光学素
子の回折格子厚を最適形状とした際の各格子部の設計次
数での回折効率を表したものである。各領域で高い回折
効率を維持していることが判る。ここで、異なる格子厚
の回折格子部の配置は、図１に示したような同心円状の
エリアに分割してもよいし、桝目状のエリアに分割して
もよい。
【００３８】次に本実施形態での格子形状について、具
体的な形状をもとに説明する。３種類の格子段数からな
る格子厚がＲＧＢの各波長帯域で回折効率が最大となる
ような組み合わせを選択する。この場合、格子段数とし
て、青帯域に１１段、緑帯域に１３段、赤帯域に１５段
の格子段数を割り当てる。そして、青帯域で回折効率が
最大となる波長（以下設計波長という）を４５０ｎｍに
最適化すると、本発明の実施形態では、緑帯域の設計波
長は５３２ｎｍ、赤帯域の設計波長は６１４ｎｍとな
る。ここで各領域のＢＧＲの１段の格子深さｄＢ、ｄ
Ｇ、ｄＲは基板の屈折率を１．５２とすると ｄ＝λ／（ｎ−１）ｍ λ：設計波長 ｎ：屈折率
ｍ：格子段数 より ｄＢ＝ｄＧ＝７８．７ｎｍ となる。このように異なる色光に対応して格子段数を異
ならせることにより各波長帯域毎に、最適となる設計波
長を設定することができる。また、各格子厚間で１段当
たりの格子深さは同じであるので、エッチングプロセス
も同時に行うことが可能である。
体的な形状をもとに説明する。３種類の格子段数からな
る格子厚がＲＧＢの各波長帯域で回折効率が最大となる
ような組み合わせを選択する。この場合、格子段数とし
て、青帯域に１１段、緑帯域に１３段、赤帯域に１５段
の格子段数を割り当てる。そして、青帯域で回折効率が
最大となる波長（以下設計波長という）を４５０ｎｍに
最適化すると、本発明の実施形態では、緑帯域の設計波
長は５３２ｎｍ、赤帯域の設計波長は６１４ｎｍとな
る。ここで各領域のＢＧＲの１段の格子深さｄＢ、ｄ
Ｇ、ｄＲは基板の屈折率を１．５２とすると ｄ＝λ／（ｎ−１）ｍ λ：設計波長 ｎ：屈折率
ｍ：格子段数 より ｄＢ＝ｄＧ＝７８．７ｎｍ となる。このように異なる色光に対応して格子段数を異
ならせることにより各波長帯域毎に、最適となる設計波
長を設定することができる。また、各格子厚間で１段当
たりの格子深さは同じであるので、エッチングプロセス
も同時に行うことが可能である。
【００３９】本実施形態では、可視光領域において使用
される回折光学素子について示したが、この波長領域に
限定するものでなく、使用する波長領域がある程度広帯
域な系であれば、その波長領域が赤外光の領域であって
も可視光から赤外光にわたる場合であっても同様の効果
が得られる。
される回折光学素子について示したが、この波長領域に
限定するものでなく、使用する波長領域がある程度広帯
域な系であれば、その波長領域が赤外光の領域であって
も可視光から赤外光にわたる場合であっても同様の効果
が得られる。
【００４０】また、各実施形態の説明では平板上に回折
格子部を設けた回折光学素子について示したがレンズ表
面に設けても同様の効果が得られる。
格子部を設けた回折光学素子について示したがレンズ表
面に設けても同様の効果が得られる。
【００４１】また、本実施形態では、回折次数が１次光
の場合を示したが、１次光に限定するものではなく、２
次光などの異なった回折光であっても、設計波長を回折
作用を生じる構造の間で変化させることで同様の効果が
得られる。
の場合を示したが、１次光に限定するものではなく、２
次光などの異なった回折光であっても、設計波長を回折
作用を生じる構造の間で変化させることで同様の効果が
得られる。
【００４２】図８は本発明の回折光学素子を双眼鏡等の
観察光学系に適用したときの実施形態１の要部概略図で
ある。同図は光路を展開した状態を示している。
観察光学系に適用したときの実施形態１の要部概略図で
ある。同図は光路を展開した状態を示している。
【００４３】図中、８３は観察光学系の光軸、８７は対
物レンズ、８１は回折光学素子であり、図１に示す構成
より成っている。８８は像反転プリズムであり、光路を
展開したガラスブロックで示している。対物レンズ８７
により被写体（不図示）を回折光学素子８１と像反転プ
リズム８８を介して１次結像面８５に結像している。そ
して接眼レンズ８９を介し１次結像面８５に形成した正
立像をアイポイント８６より観察している。回折光学素
子８１は対物レンズ８７により発生する１次結像面８５
における色収差等を補正している。
物レンズ、８１は回折光学素子であり、図１に示す構成
より成っている。８８は像反転プリズムであり、光路を
展開したガラスブロックで示している。対物レンズ８７
により被写体（不図示）を回折光学素子８１と像反転プ
リズム８８を介して１次結像面８５に結像している。そ
して接眼レンズ８９を介し１次結像面８５に形成した正
立像をアイポイント８６より観察している。回折光学素
子８１は対物レンズ８７により発生する１次結像面８５
における色収差等を補正している。
【００４４】本実施形態では、対物レンズ１の近傍に回
折光学素子１を形成した場合を示したが、これに限定す
るものではなく、像反転プリズム８の表面や接眼レンズ
９内の位置であっても同様の効果が得られる。
折光学素子１を形成した場合を示したが、これに限定す
るものではなく、像反転プリズム８の表面や接眼レンズ
９内の位置であっても同様の効果が得られる。
【００４５】回折光学素子１を１次結像面５より物体側
に設けることで対物レンズ７のみでの色収差の低減効果
があるため、肉眼の観察系の場合少なくとも対物レンズ
側に設けることが望ましい。
に設けることで対物レンズ７のみでの色収差の低減効果
があるため、肉眼の観察系の場合少なくとも対物レンズ
側に設けることが望ましい。
【００４６】また、本実施形態では、双眼鏡の場合を示
したが、これに限定するものではなく、地上望遠鏡や天
体観測用望遠鏡等での光学機器であってもよく、またレ
ンズシャッターカメラやビデオカメラ等の光学式のファ
インダーであっても同様の効果が得られる。
したが、これに限定するものではなく、地上望遠鏡や天
体観測用望遠鏡等での光学機器であってもよく、またレ
ンズシャッターカメラやビデオカメラ等の光学式のファ
インダーであっても同様の効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、回折効果
を利用して色収差補正等の所定の光学性能を得る際に基
板上を複数の領域に分割し、各領域毎に格子段数及び格
子厚の異なる互いに異なるレンズ作用を有する所定形状
の回折格子を形成した格子部を設定することによって設
計次数の回折効率を使用波長領域全域で高く、良好なる
光学性能が容易に得られる回折光学素子及びそれを用い
た光学系を達成することができる。
を利用して色収差補正等の所定の光学性能を得る際に基
板上を複数の領域に分割し、各領域毎に格子段数及び格
子厚の異なる互いに異なるレンズ作用を有する所定形状
の回折格子を形成した格子部を設定することによって設
計次数の回折効率を使用波長領域全域で高く、良好なる
光学性能が容易に得られる回折光学素子及びそれを用い
た光学系を達成することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の要部平面図
【図２】 図１の一部分の拡大断面図
【図３】 本発明の実施形態１の回折光学素子の成形型
の製造手段の説明図
の製造手段の説明図
【図４】 本発明の実施形態２の回折光学素子の成形型
の製造手段の説明図
の製造手段の説明図
【図５】 本発明の実施形態３の回折光学素子の回折効
率特性の説明図
率特性の説明図
【図６】 従来の回折光学素子の格子断面の説明図
【図７】 従来の回折光学素子の成形型の製造手順の説
明図
明図
【図８】 本発明の回折光学素子を用いた光学系の実施
形態１の要部概略図
形態１の要部概略図
１ 回折光学素子 ２ 第１格子部 ３ 第２格子部 ４ 第３格子部 ８１ 回折光学素子 ８３ 光軸 ８５ １次結像面 ８６ 評価面（アイポイント） ８７ 対物レンズ ８８ プリズム ８９ 接眼レンズ
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上を複数の領域に分割し、各領域ご
とに格子段数及び格子厚が異なるレンズ作用を有する断
面形状が階段形状より成る回折格子を設けて複数の格子
部を形成しており、該複数の格子部は回折効率の高くな
る波長が互いに異なっていることを特徴とする回折光学
素子。 - 【請求項２】 所定波長の光が前記複数の格子部で回折
されるとき、該格子部は特定次数に光束が集光している
ことを特徴とする請求項１の回折光学素子。 - 【請求項３】 前記回折光学素子の設計波長は、格子段
数の大きい格子部が、設計波長が長波長であることを特
徴とする請求項１記載の回折光学素子。 - 【請求項４】 前記回折光学素子の異なる格子段数の格
子部内、最も少ない格子段数からなる格子部の各格子厚
形状と、他の格子部の前記最小段数までの各格子厚形状
が等しい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】 前記回折光学素子の複数の格子部はラジ
アル方向に同心円状に分割しており、円中心から離れる
に従った格子部の方が格子厚が減少していることを特徴
とする請求項１記載の回折光学素子。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項記載の回
折光学素子をその格子部の異なる格子段数の内、最も大
きい格子段数（最大段数）をｍ１、ｎを整数としたとき ２n ＜ｍ１≦２n+1 を満足する（ｎ＋１）個のマスクを用いて製造している
ことを特徴とする回折光学素子の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１から５のいずれか１項記載の回
折光学素子を用いたことを特徴とする光学系。 - 【請求項８】 請求項６の回折光学素子の製造方法で製
造した回折光学素子を用いていることを特徴とする光学
系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34218697A JPH11160512A (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34218697A JPH11160512A (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160512A true JPH11160512A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18351787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34218697A Pending JPH11160512A (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11160512A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010085625A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Dainippon Printing Co Ltd | ３次元パターン形成体の製造方法 |
| US9927616B2 (en) | 2013-01-02 | 2018-03-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for transparent display using scattering nanoparticles |
| CN108121139A (zh) * | 2016-11-28 | 2018-06-05 | 精工爱普生株式会社 | 波长转换元件、光源装置以及投影仪 |
-
1997
- 1997-11-27 JP JP34218697A patent/JPH11160512A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010085625A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Dainippon Printing Co Ltd | ３次元パターン形成体の製造方法 |
| US9927616B2 (en) | 2013-01-02 | 2018-03-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for transparent display using scattering nanoparticles |
| CN108121139A (zh) * | 2016-11-28 | 2018-06-05 | 精工爱普生株式会社 | 波长转换元件、光源装置以及投影仪 |
| CN108121139B (zh) * | 2016-11-28 | 2021-05-14 | 精工爱普生株式会社 | 波长转换元件、光源装置以及投影仪 |
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