KR101362508B1

KR101362508B1 - 위상 시프트 소자

Info

Publication number: KR101362508B1
Application number: KR1020127007867A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 세키
Original assignee: 나룩스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2014-02-13
Also published as: JPWO2011030388A1; WO2011030388A1; KR20120048029A; JP4953108B2

Abstract

본 발명에 의한 위상 시프트 소자는, 집광 광학계의 광축 상의 점을 중심 위치로 하여 배치된 애퍼처와, 애퍼처의 개구를 통과한 파장(λ)의 광을 투과시키는 굴절률(n)의 재질로 이루어지는 위상 시프트부를 구비한다. t 및 d를 상수로 하고, 위상 시프트부는 두께 t의 제1 영역과, 두께 t-d의 제2 영역과, 두께 t+d의 제3 영역을 포함하며, 제2 영역과 제3 영역은 인접하게 배치된다. 본 발명에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 개구를 통과한 광이 투과하는 위상 시프트부의 면적을 Sa, 개구를 통과한 광이 투과하는 제2 영역의 면적을 Sp, 개구를 통과한 광이 투과하는 제3 영역의 면적을 Sm라고 하며, 식 (1), 식 (2) 및 식 (3)을 정의하여, 식 (4) 및 식 (5)를 만족하고, 0<α<1의 범위에서 α=0 또는 α=1인 경우보다, 집광 광학계의 집광면에서의 스폿 직경을 작게 하는 것 및 초점 심도를 크게 하는 것 중 적어도 한쪽을 실현하도록 α를 정한다.

Description

위상 시프트 소자{PHASE SHIFTING ELEMENT}

본 발명은, 빔 스폿 직경을 작게 하고, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화를 작게 하는 위상 시프트 소자에 관한 것이다.

레이저 빔 프린터 등의 집광 광학계에서는, 빔 스폿 직경이 작고, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작은(즉, 초점 심도가 큰) 것이 요구된다.

예컨대, 일본 특허 공개 평01-315041호 공보(특허문헌 1)는 빔 스폿의 중심 부근과 그 이외의 부분에서 π의 위상차를 발생시킴으로써 빔 스폿 직경을 작게 하는 위상 시프트판을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 평07-084221호 공보(특허문헌 2)는 빔의 주연부와 그 내측 부분에서 π의 위상차를 발생시킴으로써 초점 심도를 크게 하는 위상 시프트판을 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 위상 시프트판은, 제조 프로세스에 의한 위상 시프트부의 두께의 변동, 제품 조립 시의 빔 광축에 대한 위상 시프트판 사이의 기울기, 광원 파장의 변화 등의 요인에 의해 빔에 부여되는 위상차가 설계값(π)으로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 커진다고 하는 문제점이 있었다. 이 문제점에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다. 이와 같이, 빔 스폿 직경을 작게 하고, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화를 작게 하는 위상 시프트 소자로서, 위상차가 설계값(π)으로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작은 간단한 구조의 위상 시프트 소자는 종래에 개발되어 있지 않았다.

일본 특허 공개 평01-315041호 공보 일본 특허 공개 평07-084221호 공보

따라서, 빔 스폿 직경을 작게 하고, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화를 작게 하는 위상 시프트 소자로서, 위상차가 설계값(π)으로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작은 간단한 구조의 위상 시프트 소자에 대한 요구가 있다.

본 발명에 의한 위상 시프트 소자는, 집광 광학계의 광축 주위에 배치된 애퍼처와, 상기 애퍼처의 개구를 통과한 파장(λ)의 광을 투과시키는 굴절률(n)의 재질로 이루어지는 위상 시프트부를 구비한다. t 및 d를 상수로 하고, 상기 위상 시프트부는 두께 t의 제1 영역과, 두께 t-d의 제2 영역과, 두께 t+d의 제3 영역을 포함하며, 제1 내지 제3 영역에 의해 3종류의 상이한 위상의 광을 발생시키고, 제2 영역과 제3 영역은 인접하게 배치된다. 본 발명에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 상기 위상 시프트부의 면적을 Sa, 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 제2 영역의 면적을 Sp, 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 제3 영역의 면적을 Sm,

으로 하여,

를 만족하고, 디포커스량의 변화에 대한 스폿 직경의 변화가 α에 따라 변화하는 것을 이용하여,

0<α<1
의 범위에서,
상기 위상 시프트부의 두께가 t로 균일하고, 1종류의 위상의 광 밖에 발생시키지 않는 α=0인 경우, 또는

상기 위상 시프트부의 두께가 t-d와 t+d의 2종류이고, 위상차가 2π인 등위상의 광을 발생시키는 α=1과 s=1인 경우보다,

상기 집광 광학계의 집광면에서의 스폿 직경을 작게 하는 것 및 초점 심도를 크게 하는 것 중 적어도 한쪽을 실현하도록

α

를 정한다.

본 발명에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 대략 π 진행하고, 제3 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 대략 π 지연된다. 여기서, 위상의 진행 및 지연 양이 π로부터 어긋난 경우에는, 디포커스량에 대한 상면(像面) 특성은 비대칭이 된다. 그러나, 본 발명의 위상 시프트 소자에서는, 제2 영역에 의한 비대칭 성분의 기여와 제3 영역에 의한 비대칭 성분의 기여가 상쇄됨으로써, 위상의 진행 및 지연 양이 π로부터 어긋난 경우에도, 디포커스량에 대한 상면 특성은 실용적으로는 대칭성을 계속 유지한다. 그 결과, 위상차(위상의 진행 및 지연 양)가 π로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작아진다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서,

β=0.5

이다.

β=0.5이면, Sp와 Sm이 같기 때문에, 제2 영역에 의한 비대칭 성분의 기여와 제3 영역에 의한 비대칭 성분의 기여가 대략 완전히 상쇄된다. 그 결과, 위상차(위상의 진행 및 지연 양)가 π로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 더 작아진다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 및 제3 영역은 상기 광축 주변에 배치된다.

본 실시형태에 의하면, 주로 스폿 직경을 작게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 및 제3 영역은 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 상기 위상 시프트부 영역의 주연부에 배치된다.

본 실시형태에 의하면, 주로 초점 심도를 크게 할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 및 제3 영역은 상기 위상 시프트부와 상기 광축의 교점을 중심으로 하는 동심 원형으로 배치된다.

본 실시형태에 의하면, 광축에 수직인 면내에서의 각 방향에 대해서, 위상차(위상의 진행 및 지연 양)가 π로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화를 작게 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 및 제3 영역은 띠형으로 배치되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 띠가 연장되는 방향에 수직인 방향에 대해서, 위상차(위상의 진행 및 지연 양)가 π로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화를 작게 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 및 제3 영역은 체크 무늬형으로 배치된다.

본 실시형태에 의하면, 어떤 형상의 개구에 대해서도, 위상차(위상의 진행 및 지연 양)가 π로부터 어긋났을 때에, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작아진다. 또한, 비대칭 성분을 보다 완전히 상쇄시킴으로써, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 더 작아진다.

본 발명의 실시형태에 의한 위상 시프트 소자에 있어서, 제2 영역 및 제3 영역은 상기 개구의 면적에 비교하여 충분히 작은 면적 영역의 집합으로 구성되어 있다.

본 발명의 양태에 의한 집광 광학계는 본 발명에 의한 위상 시프트 소자를 포함한다. 따라서, 디포커스량에 대한 빔 스폿 직경의 변화가 작아져 집광 특성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 위상 시프트 소자를 포함하는 집광 광학계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 실시예 1에 있어서, 제1 영역에 대한, 제2 영역의 위상의 진행 및 제3 영역 위상의 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 실시예 1에 있어서, α를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5a는 실시예 1에 있어서, β를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5b는 β와, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 실시예 2에 있어서, 제1 영역에 대한, 제2 영역의 위상 진행 및 제3 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예 2에 있어서, α를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은 실시예 3에 있어서, 제1 영역에 대한, 제2 영역의 위상 진행 및 제3 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경과의 관계, 및 애퍼처에서의 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위상 시프트 소자를 포함하는 집광 광학계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 본 발명의 실시예 4에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 5에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예 6에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 위상 시프트부를 렌즈면 상에 설치한 본 발명의 다른 실시형태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 개구부를 통과한 광이 투과하는 위상 시프트부의 면적에 대한, 개구부를 통과한 광이 투과하는 제2 영역 및 제3 영역의 면적의 비율과 스폿 직경 및 사이드 로브 강도와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 17은 종래의 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.
도 18은 비교예 1에 있어서, 제1 영역에 대한, 제2 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 19는 비교예 2에 있어서, 두께가 t인 영역에 대한, 두께가 t-d인 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 위상 시프트 소자를 포함하는 집광 광학계의 일례를 도시하는 도면이다. 위상 시프트 소자(100A)는 광축에 수직으로 배치된 애퍼처(101A)와, 광축에 수직으로 배치된 위상 시프트부(103A)를 포함한다. 애퍼처(101A) 및 위상 시프트부(103A)의 면은 빔의 방향과 수직으로 배치된다. 본 실시형태에서, 애퍼처(101A)와, 위상 시프트부(103A)는 간격을 두고 배치되어 있지만 접하도록 배치하여도 좋다. 애퍼처(101A) 및 위상 시프트부(103A)를 통과한 빔은 초점 거리 f의 집광 렌즈(201A)에 의해 상면(像面)(203A) 위에 집광된다. 위상 시프트 소자(100A)는 상면(203A)에서의 빔의 집광 상태를 개선하도록 배치된다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 2의 (a)는 애퍼처(1101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(1101)는 빔을 통과시키는 개구부(11011)와 빔을 차폐하는 차폐부(11013)를 포함한다.

도 2의 (b)는 위상 시프트부(1103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(1103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(1103)는, 두께가 t인 제1 영역(11031)과, 두께가 t-d인 제2 영역(11033)과, 두께가 t+d인 제3 영역(11035)을 포함한다. 여기서 t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이며, n은 위상 시프트부(1103)의 재질의 굴절률이다. 위상 시프트부(1103)의 재질은 본 예에서는, 플라스틱이지만, 유리 등 다른 재질이어도 좋다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역(11033)을 통과한 광의 위상은 제1 영역(11031)을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역(11035)을 통과한 광의 위상은 제1의 영역(11031)을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

상기와 같은 두께가 상이한 위상 시프트부는 NC 가공기로 작성된 금형 코어를 사출 성형이나 임프린트에 의해 플라스틱 또는 유리재에 전사하여 제조하여도 좋다. 또는, 에칭으로 작성한 금형 코어를 사출 성형이나 임프린트에 의해 플라스틱 또는 유리재에 전사하여 제조하여도 좋다. 또한, 증착이나 스퍼터에 의해 두께차에 상당하는 단차분의 박막을 모재 위에 형성하여 제조하여도 좋다.

도 2의 (c)는 애퍼처(1101) 및 위상 시프트부(1103)를 조합한 위상 시프트 소자(1100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2의 (c)는 위상 시프트 소자(1100)를 애퍼처(1101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

이하에서, 광축과 위상 시프트부의 면의 교점을 원점으로 하고, 광축의 방향을 z축으로 하여, 위상 시프트부의 면내에 x축 및 y축을 정한다. 도 2 및 다른 도면 중에 x, y축의 방향을 표시하였다.

위상 시프트부(1103)에 있어서, 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하는 원형이다. 제2 영역(11033) 및 제3 영역(11035)은 그 원형의 외주 부근에서 외주에 인접해 있고, 그 원형의 동심원을 경계로 하여 서로 인접하여 형성된다.

여기서, 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 위상 시프트부의 면적을 Sa라고 한다. 도 2의 (c)에서, Sa는 제1 영역(11031), 제2 영역(11033) 및 제3 영역(11035) 중 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 영역의 면적의 합계이다. 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제2 영역(11033)의 면적을 Sp라고 한다. 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제3 영역(11035)의 면적을 Sm이라고 한다. α 및 β를 이하의 식에 의해 정의한다.

즉, α는 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 위상 시프트부의 면적에 대한, 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제2 영역(11033)의 면적 및 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제3 영역(11035)의 면적의 합계값의 비이다. 또한, β는 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제2 영역(11033)의 면적 및 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제3 영역(11035)의 면적의 합계값에 대한, 개구부(11011)를 통과한 광이 투과하는 제2 영역(11033)의 면적의 비이다.

도 3은, 실시예 1에서, 제1 영역(11031)에 대한, 제2 영역(11033)의 위상 진행 및 제3 영역(11035)의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3의 횡축은 f를 집광 렌즈의 초점 거리, D를 x축 방향의 개구 직경으로 하여,

로 규격화된 광축 방향의 디포커스량을 나타내고, 도 3의 종축은,

로 규격화된 x축 방향의 스폿 직경(FWHM, 반값 전폭)을 나타낸다. 여기서,

α=0.1

β=0.5

로 하였다.

도 3에 도시하는 바와 같이 위상 진행 및 위상 지연이 0.8π 내지 1.2π의 범위에서 변화하여도, 디포커스량에 대한 스폿 직경의 변화는 작은 상태 그대로이다.

도 17은 종래의 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 이 위상 시프트 소자를 비교예 1이라고 호칭한다.

도 17의 (a)는 애퍼처(10101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(10101)는 빔을 통과시키는 개구부(101011)와 빔을 차폐하는 차폐부(101013)를 포함한다.

도 17의 (b)는 위상 시프트부(10103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(10103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(10103)는 두께가 t인 제1 영역(101031)과, 두께가 t+d인 제2 영역(101033)을 포함한다. 제2 영역(101033)은 실시예 1의 제3 영역(11035)에 대응한다.

도 17의 (c)는 애퍼처(10101) 및 위상 시프트부(10103)를 조합한 위상 시프트 소자(10100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 17의 (c)는 위상 시프트 소자(10100)를 애퍼처(10101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(10103)에 있어서, 개구부(101011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하는 원형이다. 제2 영역(101033)은 그 원형의 외주 부근에서 외주에 인접해 있고, 그 원형의 동심원을 경계로 하여 형성된다. 위상 시프트 소자(10100)에서, Sp는 0이다. 여기서,

α=0.9

β=0.0

로 하였다.

도 18은 비교예 1에 있어서, 제1 영역(101031)에 대한 제2 영역(101033)의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 18의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다.

도 18로부터 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에는, 스폿 직경은 디포커스량에 대하여 변화한다. 또한, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)은 위상 지연이 π로부터 어긋난 양(시프트량)에 따라 커진다.

실시예 1에 의한 결과를 도시하는 도 3에서는, 비교예 1에 의한 결과를 도시하는 도 18과 비교하면, 위상 진행 및 위상 지연이 π로부터 어긋난 양(시프트량)이 커져도, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)은 작은 상태 그대로이다. 즉, 위상차가 설계값(π)로부터 어긋났을 때에, 디포커스량의 변화에 대한 빔 스폿 직경의 변화는 작은 상태 그대로이다.

도 4는 실시예 1에 있어서, α를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다. 여기서,

β=0.5

로 하였다.

도 4에서, α를 0에서부터 서서히 크게 하면, 디포커스량 0의 경우의 스폿 직경은 커지지만, 디포커스량에 대하여 스폿 직경의 변화가 작은 범위는 커진다. 이 범위는 초점 심도에 대응한다. 디포커스량 0의 경우의 스폿 직경을 억제하면서 초점 심도를 깊게 하기 위해서는,

0<α<0.15

인 것이 바람직하다.

도 5a는 실시예 1에 있어서, β를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5a의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다. 여기서,

α=0.1

로 하였다. 또한, 위상 진행 및 위상 지연(위상 시프트량)은 0.9π로 하였다.

도 5a에서, β가 0인 경우는 비교예 1의 도 18의 위상 시프트량이 0.9π인 경우와 동일하다. β를 0과 1 사이에서 변화시키면,

β=0.5

인 경우에, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)은 최소가 된다. 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)을 억제하기 위해서는,

인 것이 바람직하다.

도 5b는 β와, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5b의 횡축은 β를 나타내고, 도 5b의 종축은 디포커스량 0에서의 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율을 나타낸다. 상기한 비율을 도 5b에서 「디포커스 0에서의 기울기」로 기재하였다.

β=0.5

인 경우에, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)이 최소가 되는 이유는 이하와 같다.

빔에 부여된 위상차가 +π라도 -π라도 최종적으로 얻어지는 파면은 동일한 것으로 간주되기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 소자(1100)는 제2 영역(11033)및 제3 영역(11035)을, +π 또는 -π만큼의 위상 시프트 영역으로 치환한 위상판과 마찬가지로 기능한다.

집광 광학계 자체가 갖는 파면을 φ1, 위상판에 의한 위상 시프트를 φ2(=0 또는 ±π), 광축 방향 z에의 디포커스에 의한 파면의 변화를 φd(z)로 한다. 여기서,

로 나타낼 수 있다. 위상의 2π의 주기성과 디포커스의 특성에 의해, 무수차(無收差)에 가까운 집광 광학계의 파면 성분은 z=0에 대하여 기대칭(奇對稱)이 된다.

집광 광학계의 사출동 중심으로부터 상면 위의 점 (x, y)까지의 거리(r)가 사출동 직경(R)에 비해 충분히 크면 상면에서의 전기장 분포 u(x,y)는 프라운호퍼 회절식

으로써 나타낼 수 있기 때문에, 기대칭인 파면 성분으로부터 얻어지는 전기장 강도 I(x, y, z)는 z=0에 대하여 대칭이 된다.

따라서, 통상은 위상차가 π인 위상 시프트판(예컨대, 비교예 1의 위상판)이 삽입되는 것에 의해 디포커스량에 대한 상면 특성의 대칭성이 흐트러지지 않는다. 그러나, 광원의 파장 변화나 위상 시프트부의 두께 오차 등에 의해 위상판의 위상 시프트량이 변화한 경우에는, 파면의 기대칭성이 흐트러져, 상면 특성이 비대칭이 된다. 이 현상은 비교예 1과 관련해서 도 18에서 설명하였다.

실시예 1의 위상 시프트 소자(1100)를 구비한 집광 광학계라도 위상 시프트량이 어긋났을 때에 파면의 비대칭성이 생긴다. 그러나, 개구의 각 부위로부터의 기여를 적분할 때에, 오목 영역[제2 영역(11033)]을 통과하는 파면이 이루는 전기장의 비대칭 성분과 볼록 영역[제3 영역(11035)]을 통과하는 파면이 이루는 전기장의 비대칭 성분은 상쇄된다.

β=0.5

인 경우에 상기 오목 영역과 상기 볼록 영역의 면적이 같아지기 때문에, 쌍방으로부터의 기여에 의한 비대칭 성분은 대략 상쇄되고, 도 3에 도시한 바와 같이 최종적으로 얻어지는 상면 특성은 실용적으로는 대칭성을 계속 유지한다.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 6의 (a)는 애퍼처(2101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(2101)는 빔을 통과시키는 개구부(21011)와 빔을 차폐하는 차폐부(21013)를 포함한다.

도 6의 (b)는 위상 시프트부(2103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(2103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(2103)는 두께가 t인 제1 영역(21031)과, 두께가 t-d인 제2 영역(21033)과, 두께가 t+d인 제3 영역(21035)을 포함한다. 여기서, t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이고, n은 위상 시프트부(2103)의 재질(본 예에서는, 플라스틱)의 굴절률이다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역(21033)을 통과한 광의 위상은 제1 영역(21031)을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역(21035)을 통과한 광의 위상은 제1 영역(21031)을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

도 6의 (c)는 애퍼처(2101) 및 위상 시프트부(2103)를 조합한 위상 시프트 소자(2100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 6의 (c)는 위상 시프트 소자(2100)를 애퍼처(2101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(2103)에 있어서, 개구부(21011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하는 원형이다. 제2 영역(21033) 및 제3 영역(21035)은 원점 부근에 그 원형의 동심원을 경계로 하여, 서로 인접하게 형성된다.

α 및 β는 실시예 1과 마찬가지로 식 (6) 및 식 (7)에 의해 정의된다.

도 7은 실시예 2에 있어서, 제1 영역(21031)에 대한, 제2 영역(21033)의 위상 진행 및 제3 영역(21035)의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다. 여기서,

α=0.1

β=0.5

로 하였다.

도 7에 도시하는 바와 같이 위상 진행 및 위상 지연이 0.8π 내지 1.2π의 범위에서 변화하여도, 스폿 직경은 대략 일정하다.

실시예 2에서의 두께가 t-d인 제2 영역(21033) 및 두께가 t+d인 제3 영역(21033)을, 두께가 t-d인 영역으로 치환한 위상 시프트 소자를 비교예 2로 한다.

도 19는 비교예 2에 있어서, 두께가 t인 영역에 대한, 두께가 t-d인 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 19의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다.

도 19로부터 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에는, 스폿 직경은 디포커스량의 변화에 대하여 변화한다. 또한, 디포커스량의 변화량에 대한 스폿 직경의 변화량의 비율(절대값)은 위상 지연의 π로부터의 어긋남(시프트)량에 따라 커진다.

도 8은 실시예 2에 있어서, α를 변화시킨 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 8의 횡축 및 종축은 도 3의 횡축 및 종축과 같다. 여기서,

β=0.5

로 하였다.

도 8에 있어서, α를 0에서부터 서서히 크게 하면, 스폿 직경은 작아진다. α가 0.25를 초과하면, 디포커스량 0의 경우의 스폿 직경이 커지기 때문에,

인 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 9의 (a)는 애퍼처(3101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(3101)는 빔을 통과시키는 개구부(31011)와 빔을 차폐하는 차폐부(31013)를 포함한다.

도 9의 (b)는 위상 시프트부(3103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(3103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(3103)는 두께가 t인 제1 영역(31031), 및 두께가 t-d인 제2 영역과 두께가 t+d인 제3 영역을 체크 무늬형으로 배치한 영역(31033)을 포함한다. 여기서, t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이고, n은 위상 시프트부(3103)의 재질(본 예에서는, 플라스틱)의 굴절률이다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역(31031)을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역(31031)을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

도 9의 (c)는 애퍼처(3101) 및 위상 시프트부(3103)를 조합한 위상 시프트 소자(3100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 9의 (c)는 위상 시프트 소자(3100)를 애퍼처(3101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(3103)에 있어서, 개구부(31011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심(대각선의 교점)으로 하는 정방형이다. 제2 영역 및 제3 영역은 체크 무늬형으로 인접하게 배치되고, 전체적으로 y축 방향으로 신장되는 띠를 형성한다. 그 띠는 y축에 관해서 대칭이다. 체크무늬 단위의 사각형의 면적은 개구부의 면적에 비교하여 충분히 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 단위의 사각형이 정방형인 경우에, 정방형의 한 변의 길이가 개구부 직경의 1/50 이하인 것이 바람직하다.

도 10은 실시예 3에 있어서, 제1 영역(31031)에 대한, 제2 영역의 위상 진행 및 제3 영역의 위상 지연이 π로부터 어긋난 경우에, 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계, 및 애퍼처(3101)에서의 광축 방향의 디포커스량과 스폿 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 10의 횡축은 도 3의 횡축과 같다. 도 10의 종축은,

로 규격화된 x축 방향 또는 y축 방향의 스폿 직경(FWHM, 반값 전폭)을 나타낸다. 여기서,

α=0.1

β=0.5

로 하였다.

도 10에 도시하는 바와 같이 실시예 3의 위상 시프트 소자(3100)에 의한 x축 방향의 스폿 직경은 애퍼처(3101)에 의한 스폿 직경보다 작아진다. 그러나, 실시예 3의 위상 시프트 소자(3100)에 의한 y축 방향의 스폿 직경은 애퍼처(3101)에 의한 스폿 직경과 동일하다. 그 이유는 이하와 같다. 위상 시프트 소자(3100)는 x축 방향으로 위상 변화를 갖는다. 그러나, 위상의 2π의 주기성을 고려하면, 플러스 마이너스에 상관없이 위상 시프트 영역 전체는 등위상이기 때문에, 위상 시프트 소자(3100)는 y축 방향으로는 위상 변화를 갖지 않는다. 따라서, y축 방향 스폿 직경에 대한 위상 시프트 소자(3100)의 효과는 애퍼처(3101)의 효과와 다르지 않는다.

제2 영역 및 제3 영역을, 단위의 사각형의 면적이 개구부의 면적에 비교하여 충분히 작은 체크 무늬형으로 인접하게 배치하는 것의 이점은 이하와 같다. 첫째, 제2 영역의 면적과 제3 영역의 면적이 같으면, 어떤 형상의 개구부와 조합하여도 항상 대략

β=0.5

로 할 수 있다. 둘째, 비대칭 성분이 보다 잘 상쇄된다. 예컨대, 제2 영역 및 제3 영역을 동심원형으로 배치한 경우에는, 각각의 영역은 외측과 내측에 배치된다. 따라서,

β=0.5

에서도, 제2 영역 및 제3 영역의 위치차에 의해, 전기장의 비대칭 성분은 완전히 상쇄되지는 않는다. 이것에 반해, 제2 영역 및 제3 영역을, 단위의 사각형의 면적이 개구부의 면적에 비교하여 충분히 작은 체크 무늬형으로 인접하게 배치하는 경우에는, 제2 영역 및 제3 영역의 위치의 차는 무시할 수 있기 때문에, 비대칭 성분이 보다 잘 상쇄된다.

보다 일반적으로, 제2 영역 및 제3 영역은 개구부의 면적에 비교하여 충분히 작은 면적의 영역(단위의 영역)의 집합으로 구성되어 있으면 좋다. 구체적으로, 단위의 영역을 대표하는 길이(예컨대, 단위의 영역이 정방형인 경우의 한 변의 길이)가 개구부의 직경의 1/50 이하인 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위상 시프트 소자를 포함하는 집광 광학계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 11의 렌즈계(201B)는 x축 방향 및 y축 방향에 비대칭인 렌즈계이고, 예컨대 레이저 빔 프린터 등에 사용된다. 위상 시프트 소자(100B)는 애퍼처(101B) 및 위상 시프트부(103B)를 포함한다. 일반적으로, x축 방향 및 y축 방향에 비대칭인 집광 광학계는 그 상면 특성도 x축 방향 및 y축 방향에 비대칭이 된다. 따라서, x축 방향 및 y축 방향에 비대칭인 위상 시프트 소자를 사용하는 것이 유효하다.

도 12는 본 발명의 실시예 4에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 12의 (a)는 애퍼처(4101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(4101)는 빔을 통과시키는 개구부(41011)와 빔을 차폐하는 차폐부(41013)를 포함한다. 개구부(41011)는 x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다.

도 12의 (b)는 위상 시프트부(4103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(4103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(4103)는 두께가 t인 제1 영역(41031), 및 두께가 t-d인 제2 영역과 두께가 t+d인 제3 영역을, 원점을 중심으로 하여 동심 원형으로 인접하게 배치한 영역(41033)을 포함한다. 여기서, t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이고, n은 위상 시프트부(4103)의 재질(본 예에서는, 플라스틱)의 굴절률이다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

도 12의 (c)는 애퍼처(4101) 및 위상 시프트부(4103)를 조합한 위상 시프트 소자(4100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12의 (c)는 위상 시프트 소자(4100)를 애퍼처(4101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(4103)에 있어서, 개구부(41011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하고, x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다. 제2 영역 및 제3 영역은 원점을 중심으로 하는 동심원을 경계로 하여 인접하게 배치된다. 제2 영역 및 제3 영역의 인접한 쌍은, 복수 쌍 인접하여 배치된다. 제2 영역 및 제3 영역의 인접한 쌍은 그 타원형의 장축(x축) 방향의 외주 부근에 배치된다.

위상 시프트 소자(4100)는 x축 방향, 즉 타원형의 개구부의 장축 방향의 상면 심도를 크게 한다.

도 13은 본 발명의 실시예 5에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 13의 (a)는 애퍼처(5101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(5101)는 빔을 통과시키는 개구부(51011)와 빔을 차폐하는 차폐부(51013)를 포함한다. 개구부(51011)는 x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다.

도 13의 (b)는 위상 시프트부(5103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(5103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(5103)는 두께가 t인 제1 영역(51031), 및 두께가 t-d인 제2 영역과 두께가 t+d인 제3 영역을, x축 방향의 띠형으로 인접하게 배치한 띠형 영역(51033)을 포함한다. 띠형 영역(51033)은 2개가 있고, x축에 관해서 대칭으로 배치된다. 여기서, t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이며, n은 위상 시프트부(5103)의 재질(본 예에서는, 플라스틱)의 굴절률이다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

도 13의 (c)는, 애퍼처(5101) 및 위상 시프트부(5103)를 조합한 위상 시프트 소자(5100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 13의 (c)는 위상 시프트 소자(5100)를 애퍼처(5101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(5103)에 있어서, 개구부(51011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하고, x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다. 제2 영역 및 제3 영역은 x축 방향의 띠로서 인접하여 배치된다. 본 실시예에서는, 제2 영역 및 제3 영역의 인접한 띠형의 쌍이 그 타원형의 단축(y축) 방향의 외주 부근에 배치된다.

위상 시프트 소자(5100)는 y축 방향, 즉 타원형의 개구부의 단축 방향의 상면 심도를 깊게 한다.

도 14는 본 발명의 실시예 6에 의한 위상 시프트 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

도 14의 (a)는 애퍼처(6101)의 구성을 도시하는 도면이다. 애퍼처(6101)는 빔을 통과시키는 개구부(61011)와 빔을 차폐하는 차폐부(61013)를 포함한다. 개구부(61011)는 x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다.

도 14의 (b)는 위상 시프트부(6103)의 구성을 도시하는 도면이다. 위상 시프트부(6103)는 일례로서 투명한 플라스틱으로 형성된다. 위상 시프트부(6103)는 두께가 t인 제1 영역(61031)과, 두께가 t-d인 제2 영역(61033)과, 두께가 t+d인 제3 영역(61035)을 포함한다. 제2 영역(61033) 및 제3 영역(61035)은 광축 위치를 중심으로 하는 동심 타원형으로 인접하여 배치되어 있다. 여기서, t 및 d는 상수이며, d는 이하의 식을 만족하도록 정해진다.

단, λ는 사용되는 광의 파장이며, n은 위상 시프트부(6103)의 재질(본 예에서는, 플라스틱)의 굴절률이다. 식 (5)가 만족되는 경우에, 제2 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 진행하고, 제3 영역을 통과한 광의 위상은 제1 영역을 통과한 광의 위상보다 π 지연된다.

도 14의 (c)는 애퍼처(6101) 및 위상 시프트부(6103)를 조합한 위상 시프트 소자(6100)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 14의 (c)는 위상 시프트 소자(6100)를 애퍼처(6101) 측으로부터 관찰한 도면이다.

위상 시프트부(6103)에 있어서, 개구부(61011)를 통과한 광이 투과하는 영역은 원점을 중심으로 하고, x축 방향을 장축으로 하는 타원형이다. 제2 영역(61033) 및 제3 영역(61035)은 원점을 중심으로 하는 동심 타원을 경계로 하여 인접하게 배치된다. 본 실시예에서는, 그 타원형의 외주 부근에 외주로부터 간격을 두고 제2 영역 및 제3 영역의 인접한 쌍이 배치된다.

위상 시프트 소자(6100)는 x축 방향 및 y축 방향의 상면 심도를 크게 한다.

도 15는 위상 시프트부(103C)를 렌즈(201C)면 상에 설치한, 본 발명의 다른 실시형태의 일례를 도시하는 도면이다. 이와 같이, 위상 시프트부는 렌즈의 면상에 설치되어도 마찬가지로 기능한다. 따라서, 상기한 실시예 1 내지 6에서, 위상 시프트부를 렌즈면 상에 설치하여도 좋다. 본 실시형태의 위상 시프트 소자(100C)는 애퍼처(101C)와, 렌즈(201C)면 상에 설치된 위상 시프트부(103C)를 포함한다.

도 16은 실시예 1과 같은 구조의 위상 시프트 소자에 있어서, α와 스폿 직경 및 사이드 로브 강도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 16의 횡축은 식 (6)에 의해 정의되는 α를 나타낸다. 도 16의 종축은 스폿 직경(우측 눈금) 및 피크 강도 및 사이드 로브 강도(좌측 눈금)를 나타낸다. 스폿 직경에 대해서는 도 3의 종축과 같다. 종축의 강도는 피크 강도 및 사이드 로브 강도를 위상 변화 없음의 피크 강도로 규격화한 것이다.

도 4에 관해서 설명한 바와 같이, 디포커스량 0의 경우의 스폿 직경을 억제하면서 초점 심도를 크게 하기 위해서는,

0<α<0.15

인 것이 바람직하다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 상기한 범위에서는 사이드 로브의 강도도 억제된다.

여기서, 제2 영역 및 제3 영역은 제1 영역에 대하여 위상을 π 변화시키는 영역이다. 도 16에서, 예컨대

α=0.9

인 위상 시프트 소자는, 개구부를 통과한 광이 투과하는 위상 시프트부의 영역 중, 광축을 중심으로 하는 동심원 외측의 90%의 면적을 차지하는 영역이 위상을 π 변화시키는 영역이며, 광축을 중심으로 하는 동심원 내측의 10%의 면적을 차지하는 영역이 제1 영역이다. 이것에 대하여, 도 6에 도시한 실시예 2에 의한 위상 시프트 소자에서는,

α=0.1

이기 때문에, 광축을 중심으로 하는 동심원 외측의 90%의 면적을 차지하는 영역이 제1 영역이고, 광축을 중심으로 하는 동심원 내측의 10%의 면적을 차지하는 영역이 위상을 π 변화시키는 영역이다. 위상의 변화는 상대적인 것이기 때문에, 실시예 1과 같은 구조를 가지며,

α=0.9

인 위상 시프트 소자는 실시예 2에 의한 위상 시프트 소자와 마찬가지로 기능한다. 도 16에서, α가 1에서부터 0.8로 감소함에 따라, 스폿 직경이 작아지는 것은, 도 8에서, α가 0에서부터 증가함에 따라, 스폿 직경이 작아지는 것에 대응한다.

이와 같이, 스폿 직경을 작게 하기 위해서는,

0.8<α<1.0

인 것이 바람직하다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 사이드 로브 강도는, 최대로 약 0.1이다.

또한, 스폿 직경이,

α=0.75

부근에서 단계형으로 변화하는 이유는, 상기한 값 부근에서 사이드 로브 강도가 피크 강도의 50%에 달하고, 피크 강도의 반값 전폭으로 평가한 스폿 직경이, 사이드 로브를 포함하는 범위까지 확대되기 때문이다.

Claims

집광 광학계의 광축 주위에 배치된 애퍼처와, 상기 애퍼처의 개구를 통과한 파장(λ)의 광을 투과시키는 굴절률(n)의 재질로 이루어지는 위상 시프트부를 구비하는 위상 시프트 소자로서,
상기 위상 시프트부는 두께 t의 제1 영역과, 두께 t-d의 제2 영역과, 두께 t+d의 제3 영역을 포함하며, 제1 내지 제3 영역에 의해 3종류의 상이한 위상의 광을 발생시키고, 제2 영역과 제3 영역은 인접하게 배치되며,
상기 위상 시프트부에 있어서,
상기 t 및 d를 상수로 하고, 상기 d는 이하의 식을 만족하도록 정해지며,
[수학식 1]

상기 개구를 통과한 광이 투과하는 상기 위상 시프트부의 면적을 Sa, 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 제2 영역의 면적을 Sp, 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 제3 영역의 면적을 Sm이라고 할 때, α및 β를
[수학식 2]

로 정의하여,
상기 α및 β는,
0＜α＜1
0.4≤β≤0.6
을 만족하도록 정한 위상 시프트 소자.
제1항에 있어서, 상기 α는, 디포커스량의 변화에 대한 스폿 직경의 변화가 α에 따라 변화하는 것을 이용하여,
0＜α＜1
의 범위에서,
상기 위상 시프트부의 두께가 t로 균일하고, 1종류의 위상의 광 밖에 발생시키지 않는 α=0인 경우, 또는
상기 위상 시프트부의 두께가 t-d와 t+d의 2종류이고, 위상차가 2π인 등위상의 광을 발생시키는 α=1과 s=1인 경우보다,
상기 집광 광학계의 집광면에서의 스폿 직경을 작게 하는 것 및 초점 심도를 크게 하는 것 중 적어도 한쪽을 실현하도록 정한 위상 시프트 소자.
제1항에 있어서, β=0.5인 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 영역은 상기 광축의 주변에 배치된 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 영역은 상기 개구를 통과한 광이 투과하는 상기 위상 시프트부 영역의 주연부에 배치된 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 영역은 상기 위상 시프트부와 상기 광축의 교점을 중심으로 하는 동심 원형으로 배치된 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 영역은 인접하여 상기 위상 시프트부와 상기 광축의 교점을 중심으로 양쪽에 띠형으로 배치된 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및 제3 영역은 상기 위상 시프트부와 상기 광축의 교점을 포함하는 띠를 형성하고, 상기 띠에 있어서, 제2 및 제3 영역이 인접한 사각형이고, 상기 사각형이 체크 무늬형으로 배치된 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역 및 제3 영역은 상기 개구의 면적에 비교하여 충분히 작은 면적 영역의 집합으로 구성되는 것인 위상 시프트 소자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 소자를 포함하는 집광 광학계.