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JP3479449B2 - Method of manufacturing reflection type diffractive optical element - Google Patents
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JP3479449B2 - Method of manufacturing reflection type diffractive optical element - Google Patents

Method of manufacturing reflection type diffractive optical element

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JP3479449B2
JP3479449B2 JP3810498A JP3810498A JP3479449B2 JP 3479449 B2 JP3479449 B2 JP 3479449B2 JP 3810498 A JP3810498 A JP 3810498A JP 3810498 A JP3810498 A JP 3810498A JP 3479449 B2 JP3479449 B2 JP 3479449B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光の位相変調機能
を有するホログラムとして作用する回折光学素子の製造
方法に関し、特に、反射型回折光学素子の製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a diffractive optical element that functions as a hologram having a light phase modulation function, and more particularly to a method for manufacturing a reflective diffractive optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光束を任意の方向に偏向しあるいは集光
させるレンズエレメントに、回折光学素子がある。この
回折光学素子は、形状レンズのような大型、重量化を招
くことなく所望の光学特性を実現できるフレネルレンズ
に近似した段階状の形状を呈する、光の位相変調機能を
利用した光学素子である。
2. Description of the Related Art A diffractive optical element is a lens element for deflecting or condensing a light beam in an arbitrary direction. This diffractive optical element is an optical element that uses a phase modulation function of light and has a stepwise shape similar to a Fresnel lens that can achieve desired optical characteristics without inviting a large size and weight like a shaped lens. .

【0003】この回折光学素子の製造には、一般的にコ
ンピュータが用いられている。このコンピュータを用い
た製造方法では、所望の形状を与える多項式で表現され
た光路差関数ρ(x,y)=ΣCNmn (ここで
n、mは正の整数であり、N={(m+n)2 +m+3
n}/2の関係が成り立つ)の各多項式における係数す
なわち光路差係数CN を求める。求めた光路差係数CN
をコンピュータプログラムに代入することにより、フォ
トリソグラフィによって所望形状を得るに必要なフォト
リソグラフィ用マスクの条件すなわちマスク数および各
マスクのパターン等を生成させる。このマスク条件に沿
ったマスクを製作し、このマスクを用いたフォトリソグ
ラフィ法により所望形状の回折光学素子が形成される。
A computer is generally used to manufacture the diffractive optical element. In the manufacturing method using this computer, the optical path difference function ρ (x, y) = ΣC N x m y n (where n and m are positive integers and N = {(M + n) 2 + m + 3
The coefficient in each polynomial (i.e., n} / 2 holds), that is, the optical path difference coefficient C N is obtained. Obtained optical path difference coefficient C N
By substituting into the computer program, the conditions of the mask for photolithography necessary for obtaining a desired shape by photolithography, that is, the number of masks and the pattern of each mask are generated. A mask is manufactured according to this mask condition, and a diffractive optical element having a desired shape is formed by a photolithography method using this mask.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の製造方法では、所望の光学特性を示すレンズの
形状を与える多項式を求めるについて、個々の光学特性
について、その光学特性が得られるであろう多項式を個
々の状況に応じて算出し、その算出結果から各光路差係
数CN を求め、この光路差係数CN によるコンピュータ
処理によって得られたマスクを生成する。
By the way, in the conventional manufacturing method as described above, regarding the polynomial that gives the shape of the lens exhibiting the desired optical characteristic, the optical characteristic can be obtained for each optical characteristic. A belief polynomial is calculated according to each situation, each optical path difference coefficient C N is obtained from the calculation result, and a mask obtained by computer processing with this optical path difference coefficient C N is generated.

【0005】この光路差係数CN のコンピュータ処理と
共に、コンピュータにより算出結果である光路差係数C
N を含む光路差関数の光学特性をシミュレートし、その
結果に基づいて当初の形状を与える多項式を修正し、修
正された多項式に基づく修正された光路差係数CN を用
い再びマスク条件を求めるために、コンピュータ処理す
る。
Along with the computer processing of this optical path difference coefficient C N , the optical path difference coefficient C which is the calculation result by the computer
The optical characteristic of the optical path difference function including N is simulated, the polynomial that gives the initial shape is modified based on the result, and the mask condition is calculated again using the modified optical path difference coefficient C N based on the modified polynomial. In order to process.

【0006】このような試行錯誤的な作業により、所望
の光学特性を示す回折光学素子の形成のためのマスクを
決定し、このマスクを利用したフォトリソグラフィによ
り、レンズ材料に選択的なエッチング処理が施され、こ
れにより所望の光学特性を示す回折光学素子が形成され
ていた。そのため、所望の光学特性を示す回折光学素子
の製造効率は極めて低く、特に多数の異なる光学特性を
示すレンズ群を必要とするオプトエレクトロニクス回路
の光配線のような多数のレンズの設計、製作を含む回折
光学素子の製造効率の向上が望まれていた。
By such trial and error work, a mask for forming a diffractive optical element exhibiting desired optical characteristics is determined, and by photolithography using this mask, selective etching processing is performed on the lens material. Then, a diffractive optical element having desired optical characteristics was formed. Therefore, the manufacturing efficiency of the diffractive optical element exhibiting desired optical characteristics is extremely low, and particularly, the designing and manufacturing of a large number of lenses such as an optical wiring of an optoelectronic circuit which requires a large number of lens groups exhibiting different optical characteristics are included. It has been desired to improve the manufacturing efficiency of the diffractive optical element.

【0007】特に、反射型回折光学素子は、透過型回折
光学素子に比較して、エッチング深さが同等であれば、
エッチングマスクのマスクパターンの最小幅寸法を大き
くすることができ、これにより容易に製造し得ることか
ら、この反射型回折光学素子の製造効率の向上が強く望
まれていた。
In particular, if the reflection type diffractive optical element has the same etching depth as compared with the transmission type diffractive optical element,
Since it is possible to increase the minimum width dimension of the mask pattern of the etching mask and to easily manufacture it, it has been strongly desired to improve the manufacturing efficiency of this reflective diffractive optical element.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、コンピュータ
に入力すべき多項式の各係数を求めるために、所望の光
学特性を満たす光路差関数をテイラー展開の近似式に置
き換えることを基本構想とし、従来の前記した問題点を
解決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉 本発明は、多項式で表現された光路差関数における多項
式の各係数を与えることにより、その光路差関数で特定
される形状の反射型回折光学素子をフォトリソグラフィ
法で形成するために必要なマスクの条件を求めるコンピ
ュータプログラムの実行によってマスクの条件を求める
工程を含む反射型回折光学素子の製造方法において、所
定の光学特性を満たす光路差関数を下記一般式として求
めること、求められた光路差関数の一般式をテイラー展
開して近似式を求めること、テイラー展開により得られ
た近似式の各項の係数を前記コンピュータプログラムに
与える前記多項式の各係数としてコンピュータプログラ
ムに入力し、当該プログラムの実行により、マスク条件
を求めること、求められた条件のマスクを製作し、該マ
スクを用いたフォトリソグラフィ法により、レンズ材料
に選択的なエッチング処理を施した後、該レンズ材料の
表面に反射膜を形成することを含み、これにより反射型
回折光学素子を製作することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the basic concept of replacing an optical path difference function satisfying desired optical characteristics with an approximate expression of Taylor expansion in order to obtain each coefficient of a polynomial to be inputted to a computer. In order to solve the above-mentioned conventional problems, the following configuration is adopted. <Structure> The present invention is necessary for forming a reflection type diffractive optical element having a shape specified by the optical path difference function by photolithography by giving each coefficient of the polynomial in the optical path difference function expressed by the polynomial. the method of manufacturing a reflection type diffractive optical element comprising a step of obtaining a mask condition by the execution of a computer program for determining the a mask conditions, to determine the optical path difference function satisfying predetermined optical characteristics as the following general formula, lights obtained path A general expression of the difference function is Taylor expanded to obtain an approximate expression, and the coefficient of each term of the approximate expression obtained by the Taylor expansion is stored in the computer program.
Each coefficient of the given polynomial is input to a computer program, the mask condition is determined by executing the program, a mask of the required condition is manufactured, and a lens material is selectively selected by a photolithography method using the mask. Forming a reflective film on the surface of the lens material after performing various etching processes, thereby producing a reflective diffractive optical element .

【0009】 本発明に係る製造方法では、反射型回折
光学素子についての所定の光学特性を満たす光路差関数
を一般式で求め、この一般式をテイラー展開することに
より、所望の光路差関数に近似するテイラー展開式が求
められる。この近似式であるテイラー展開式の各項の係
を求めた上で各係数をマスク条件を求めるためのコン
ピュータプログラムに入力することにより、試行錯誤の
作業を経ることなく、誤差の影響を強く受けることなく
極めて迅速にマスク条件を求めることができる。
In the manufacturing method according to the present invention, an optical path difference function satisfying predetermined optical characteristics of the reflection type diffractive optical element is obtained by a general formula, and this general formula is subjected to Taylor expansion to approximate the desired optical path difference function. A Taylor expansion formula is required. By obtaining the coefficient of each term of the Taylor expansion equation, which is an approximate expression, and inputting each coefficient into the computer program for obtaining the mask condition, the influence of the error is strongly exerted without going through trial and error work. It is possible to obtain the mask condition extremely quickly without using the mask condition.

【0010】 本発明に係る反射型回折光学素子の光学
特性の一具体例として、点光源が任意の偏向角度を持つ
平行光束に変換されかつ反射される光線についての、屈
折率nを有する入射光側媒質での光学特性がある。この
反射型回折光学素子の光学特性を示す光路差関数ρ
(x,y)の一般式は、次式、 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)+(Y―
y)+Z1/2―(nL/2)―(n/2)・
{(αx+βy)/(α+β+γ1/2
…(A) で表され、上式の2次元テイラー展開式の各項の係数が
前記コンピュータプログラムに入力されることを特徴と
する(請求項に対応)。ここで、(X,Y,Z)は点
光源の座標位置を表す。
As one specific example of the optical characteristics of the reflection-type diffractive optical element according to the present invention, an incident light having a refractive index n with respect to a light beam converted from a point light source into a parallel light flux having an arbitrary deflection angle and reflected There is an optical characteristic in the side medium. Optical path difference function ρ showing the optical characteristics of this reflective diffractive optical element
The general formula of (x, y) is as follows: ρ (x, y) = (n / 2) · {(X−x) 2 + (Y−
y) 2 + Z 2 } 1 / 2- (nL / 2)-(n / 2) ・
{(Αx + βy) / (α 2 + β 2 + γ 2 ) 1/2 }
Is expressed by (A), and the coefficient of each term of the above two-dimensional Taylor expansion equation is input to the computer program (corresponding to claim 1 ). Here, (X, Y, Z) represents the coordinate position of the point light source.

【0011】 また、他の光学特性の一具体例として、
任意の偏向角度を持つ平行光束が像点に集束されかつ反
射される光線についての、屈折率nを有する入射光側媒
質での光学特性がある。この反射型回折光学素子の光学
特性を示す光路差関数ρ(x,y)の一般式は、次式、 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)+(Y―
y)+Z1/2―(nL/2)+(n/2)・
{(αx+βy)/(α+β+γ1/2
…(B) で表される(請求項に対応)。ここで、(X,Y,
Z)は像点位置を表す。
Further, as a specific example of other optical characteristics,
There is an optical property in the incident light side medium having a refractive index n for a light beam in which a parallel light beam having an arbitrary deflection angle is focused on an image point and reflected. The general formula of the optical path difference function ρ (x, y) showing the optical characteristics of this reflective diffractive optical element is as follows: ρ (x, y) = (n / 2) · {(X−x) 2 + ( Y-
y) 2 + Z 2 } 1/2 − (nL / 2) + (n / 2) ·
{(Αx + βy) / (α 2 + β 2 + γ 2 ) 1/2 }
... (B) (corresponding to claim 2 ). Where (X, Y,
Z) represents the image point position.

【0012】 さらに、他の光学特性の一具体例とし
て、物点から像点への結像および反射光線についての、
屈折率nを有する入射光側媒質での光学特性がある。こ
の反射型回折光学素子の光学特性を示す光路差関数ρ
(x,y)の一般式は、次式 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)+(Y
―y)+Z 1/2―(nL/2)+(n/
2)・{(X―x)+(Y―y)+Z
1/2―(nL/2) …(C) で表される(請求項に対応)。ここで、(X
,Z)は点光源の座標位置を表し、(X
,Z)は像点位置を表す。
Furthermore, as one specific example of other optical characteristics, regarding the image formation from an object point to an image point and a reflected ray,
There is an optical characteristic in the incident light side medium having a refractive index n. Optical path difference function ρ showing the optical characteristics of this reflective diffractive optical element
The general formula of (x, y) is the following formula ρ (x, y) = (n / 2) · {(X 1 −x) 2 + (Y 1
-Y) 2 + Z 1 2 } 1 /2-(nL 1/2 ) + (n /
2) · {(X 2 −x) 2 + (Y 2 −y) 2 + Z 2 2 }
1/2 - (nL 2/2) represented by ... (C) (corresponding to claim 3). Where (X 1 ,
Y 1 , Z 1 ) represents the coordinate position of the point light source, and (X 2 ,
Y 2 , Z 2 ) represents the image point position.

【0013】 さらに、他の光学特性の一具体例とし
て、任意の偏向角度を持つ平行光束が任意の偏向角度を
持つ平行光束に偏向されかつ反射される光線について
の、屈折率nを有する入射光側媒質での光学特性があ
る。この反射型回折光学素子の光学特性を示す光路差関
数ρ(x,y)は、入射平行光束に平行な原点を通る光
のベクトル成分を(α、β、γ)、出射平行光束
に平行な原点を通る光のベクトル成分を(α、β
γ)でそれぞれ表すと、その一般式は次式、 ρ(x,y)=(n/2)・(αx+βy)/(α
+β +γ 1/2−(n/2)・(α
+βy)/(α +β +γ 1/2
(D) で表される(請求項に対応)。
Further, as another specific example of other optical characteristics, incident light having a refractive index n with respect to a light beam in which a parallel light beam having an arbitrary deflection angle is deflected and reflected by a parallel light beam having an arbitrary deflection angle. There is an optical characteristic in the side medium. The optical path difference function ρ (x, y) indicating the optical characteristics of this reflection type diffractive optical element is defined as the vector component of light passing through the origin parallel to the incident parallel light flux (α 1 , β 1 , γ 1 ), and the exit parallel light flux. The vector component of the light passing through the origin parallel to is (α 2 , β 2 ,
γ 2 ), the general formula is as follows: ρ (x, y) = (n / 2) · (α 1 x + β 1 y) / (α
1 2 + β 1 2 + γ 1 2 ) 1/2 − (n / 2) · (α 2 x
+ Β 2 y) / (α 2 2 + β 2 2 + γ 2 2 ) 1/2 ...
It is represented by (D) (corresponding to claim 4 ).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図1は、本発明に係る反射型回折光学素子の
製造方法の手順を示すフローチャートである。先ず、レ
ンズ設計として、得ようとする反射型回折光学素子の焦
点距離、偏向角度、開口比、物点位置および像点位置の
ような光学特性が決定される。(ステップS1)。次
に、ステップS1で決まった所望の光学特性を満足する
光路差関数ρ(x,y)が一般式として求められる(ス
テップS2)。続いて、この光路差関数のテイラー展開
により、この光路差関数の近似式が求められる(ステッ
プS3)。このテイラー展開により求められた近似式の
項係数は、CADプログラムの光路差係数として、その
プログラムに入力される(ステップS4)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. <Specific Example> FIG. 1 is a flow chart showing the procedure of a method for manufacturing a reflective diffractive optical element according to the present invention. First, as a lens design, optical characteristics such as a focal length, a deflection angle, an aperture ratio, an object point position and an image point position of a reflection type diffractive optical element to be obtained are determined. (Step S1). Next, the optical path difference function ρ (x, y) that satisfies the desired optical characteristic determined in step S1 is obtained as a general expression (step S2). Then, an approximate expression of this optical path difference function is obtained by Taylor expansion of this optical path difference function (step S3). The term coefficient of the approximate expression obtained by the Taylor expansion is input to the CAD program as the optical path difference coefficient of the program (step S4).

【0015】このCADプログラムは、所望の形状を与
える多項式で表現された光路差関数の反射型回折光学素
子をフォトリソグラフィ法で作成するのに使用されるマ
スクの個数および各マスクパターン等のマスクパターン
データを出力する。2次元光路差関数ρ(x,y)は、
次式、 ρ(x,y)=ΣCNmn …(1) N={(m+n)2 +m+3n}/2 …(2) で表され、ここでm、nは、正の整数である。
This CAD program is a mask pattern such as the number of masks and mask patterns used for producing a reflection type diffractive optical element having an optical path difference function expressed by a polynomial expression that gives a desired shape by photolithography. Output the data. The two-dimensional optical path difference function ρ (x, y) is
Ρ (x, y) = ΣC N x m y n (1) N = {(m + n) 2 + m + 3n} / 2 (2) where m and n are positive integers. is there.

【0016】このCADプログラムに、所望形状を与え
る多項式における各係数すなわち光路差係数CN を入力
することにより、フォトリソグラフィに使用するマスク
パターンのデータを得ることができる。このようなCA
Dプログラムの一例として、アメリカ合衆国、カリフォ
ルニア州サンディエゴに所在のNIPT Inc. 製のCghC
ADがある。このCghCADでは、データ容量の関係
で、式(1)および式(2)において、後に詳細に述べ
るが、m+nが10以下であること、およびNが65以
下であることの制限が付されるが、本願発明の本質に何
ら影響を与えるものではない。
Data of a mask pattern used in photolithography can be obtained by inputting each coefficient in a polynomial giving a desired shape, that is, the optical path difference coefficient C N to this CAD program. CA like this
An example of the D program is CghC manufactured by NIPT Inc. of San Diego, California, USA.
There is AD. In this CghCAD, although it will be described in detail later in the formulas (1) and (2) due to the data capacity, there is a limitation that m + n is 10 or less and N is 65 or less. However, it does not affect the essence of the present invention.

【0017】ステップS4で求められたマスクパターン
データに沿ったマスクパターンを製作するために、従来
におけると同様な例えば電子線描画を用いることがで
き、この電子線描画によりマスクパターンが生成される
(ステップS5)。このマスクパターンを用いた従来よ
く知られたフォトリソグラフィ法により、レンズ材料に
選択的なエッチング処理が施され、その後、このレンズ
材料の表面に例えばアルミニゥムのような金属膜が反射
膜として蒸着され、これにより所望の光学特性を有する
反射型回折光学素子が形成される(ステップS6)。
In order to manufacture a mask pattern in accordance with the mask pattern data obtained in step S4, for example, electron beam drawing similar to the conventional one can be used, and a mask pattern is generated by this electron beam drawing ( Step S5). By a well-known photolithography method using this mask pattern, the lens material is selectively etched, and then a metal film such as aluminum is deposited as a reflective film on the surface of the lens material, As a result, a reflective diffractive optical element having desired optical characteristics is formed (step S6).

【0018】本発明に係る回折光学素子の製造方法で
は、所望の光学特性を満たす光路差関数の一般式をテイ
ラー展開し、この近似式の各項の係数を、マスク条件を
求めるためのコンピュータプログラムに入力することに
より、試行錯誤の作業を経ることなく、誤差の影響を強
く受けることなく極めて迅速にマスク条件を求めること
ができる。このことから、本発明の方法は、多数の反射
型回折光学素子を必要とする光学装置の製造に好適であ
る。
In the method for manufacturing a diffractive optical element according to the present invention, a general expression of the optical path difference function satisfying desired optical characteristics is Taylor-expanded, and the coefficient of each term of this approximate expression is used as a computer program for obtaining the mask condition. By inputting into, it is possible to obtain the mask condition extremely quickly without undergoing trial and error work and without being strongly influenced by the error. Therefore, the method of the present invention is suitable for manufacturing an optical device that requires a large number of reflective diffractive optical elements.

【0019】また、本発明が対象とする反射型回折光学
素子は、透過型回折光学素子に比較して、エッチング深
さが同等であれば、エッチングマスクのマスクパターン
の最小幅寸法を大きくすることができ、これにより容易
に製造し得る。すなわち、本発明に係る反射型回折光学
素子と透過型回折光学素子におけるそれぞれのエッチン
グ深さTReflection およびTTransmissionは、例えば
1枚のエッチングマスクを用いる2位相(バイナリ)回
折光学素子について、光の波長をλとすると、それぞれ
次式で示される。
Further, in the reflection type diffractive optical element to which the present invention is applied, the minimum width dimension of the mask pattern of the etching mask is increased as long as the etching depth is equal to that of the transmission type diffractive optical element. It can be easily manufactured. That is, the respective etching depths T Reflection and T Transmission in the reflective diffractive optical element and the transmissive diffractive optical element according to the present invention are the same as the optical depth of the two-phase (binary) diffractive optical element using one etching mask. When the wavelength is λ, they are respectively expressed by the following equations.

【0020】 TTransmission =λ/(2|n1 −n2 |) ……(E) TReflection =λ/(4n1 ) ……(F) ここで、n1 は入射側媒質の屈折率であり、n2 は出射
側媒質の屈折率である。
T Transmission = λ / (2 | n 1 −n 2 |) (E) T Reflection = λ / (4n 1 ) (F) where n 1 is the refractive index of the incident side medium. Yes, n 2 is the refractive index of the exit side medium.

【0021】両式(E)および(F)の比較から明らか
なように、透過型では、そのエッチング深さT
Transmissionが入射側および出射側媒質の両屈折率n1
およびn2 に関連するのに対し、反射型では、そのエッ
チング深さTReflection が入射側媒質の屈折率n1
のみ関連する。
As is clear from the comparison between the two expressions (E) and (F), the etching depth T in the transmission type is
Transmission is the refractive index n 1 of both the incident side medium and the outgoing side medium
And whereas associated with n 2, the reflection type, the etching depth T Reflection is related only to the refractive index n 1 of the incident side medium.

【0022】その結果、一般的には、エッチングマスク
を用いてレンズ材料に施されるエッチング処理での必要
なエッチング深さTは、反射型回折光学素子では、透過
型に比較して浅くなり、その製造が容易となる。一例と
して、1.5μmの赤外光の取り扱いのためのバイナリ
回折光学素子を得るとき、屈折率n1 が1.5の石英を
レンズ材料として用いた場合、反射型回折光学素子で
は、その必要なエッチング深さTが0.26μmであ
り、また屈折率n1 が3.5のシリコン基板をレンズ材
料として用いた場合、同様なエッチング深さTが0.1
1μmであり、同様な素子を透過型回析光学素子で製作
した場合のエッチング深さが各々1.5μm、0.3μ
mであるのに対し、エッチング深さが浅くなり、実用上
の寄与が大きい。
As a result, in general, the required etching depth T in the etching process applied to the lens material using the etching mask is shallower in the reflective diffractive optical element than in the transmissive type. Its manufacture becomes easy. As an example, when a binary diffractive optical element for handling infrared light of 1.5 μm is obtained, when quartz having a refractive index n 1 of 1.5 is used as a lens material, the need for the reflective diffractive optical element is increased. And a similar etching depth T is 0.26 μm and a silicon substrate having a refractive index n 1 of 3.5 is used as the lens material, the same etching depth T is 0.1
1 μm, and etching depths of 1.5 μm and 0.3 μ, respectively, when a similar element is manufactured by a transmission type diffraction optical element.
While the etching depth is m, the etching depth becomes shallow, which makes a large practical contribution.

【0023】また、同等のエッチング深さであれば、反
射型回折光学素子は透過型のそれに比較して、より大き
な偏向角度を設定することができ、光学素子を組み合わ
せた光学装置のコンパクト化の上で、反射型回折光学素
子は、極めて有利である。
Further, if the etching depth is equivalent, the reflection type diffractive optical element can set a larger deflection angle than that of the transmission type diffractive optical element, and the optical device in which the optical elements are combined can be made compact. Above, reflective diffractive optical elements are extremely advantageous.

【0024】本発明に係る反射型回折光学素子の製造方
法では、図1のステップS1〜ステップS3で説明した
ように、所望の光学特性を満足する光路差関数ρ(x,
y)が一般式として求められた後、この光路差関数の近
似式がテイラー展開によって求められる。この光路差関
数ρ(x,y)の10次多項までのテイラー展開式が、
図2に式(3)として、示されている。式(3)の右辺
の第2項に示されたΔは、テイラー展開した際の余剰項
を示し、通常は、無視し得るほどに十分に小さい。
In the method of manufacturing the reflective diffractive optical element according to the present invention, as described in steps S1 to S3 of FIG. 1, the optical path difference function ρ (x,
After y) is obtained as a general expression, an approximate expression of this optical path difference function is obtained by Taylor expansion. The Taylor expansion formula of this optical path difference function ρ (x, y) up to the 10th order polynomial is
This is shown as the equation (3) in FIG. Δ shown in the second term on the right side of the equation (3) indicates a surplus term when Taylor expansion is performed, and is usually small enough to be ignored.

【0025】この式(3)について、10次多項迄に限
定したのは、CghCADでは、前記したように、多項
次数を示す(m+n)が10以下であること、光路差係
数の項数を示すNが65以下であること、およびテイラ
ー展開式を10次の多項まで求めれば必要とされる全6
5項の係数を求めることができることに基づく。従っ
て、CADプログラムとの関係で、65項を越える光路
差係数が必要となれば、11以上の多次項までのテイラ
ー展開式を適用することができる。
In the expression (3), the reason why the polynomial order is limited to 10th order is that in CghCAD, (m + n) indicating the polynomial order is 10 or less, and the number of terms of the optical path difference coefficient is shown. If N is 65 or less, and if the Taylor expansion is obtained up to 10th order polynomial, all 6 required
It is based on the fact that the coefficient of term 5 can be obtained. Therefore, if an optical path difference coefficient exceeding 65 terms is required in relation to the CAD program, the Taylor expansion equations up to 11 or higher multi-order terms can be applied.

【0026】ステップS2で所望の光学特性を満足する
光路差関数を求めた後、ステップS3でそのテイラー展
開による近似式を求める。この近似式を求める下準備と
して、式(3)を10次多項式まで展開し、各項の係数
を光路差関数の一般式ρ(x,y)の関係式として図3
〜図9に表す。図3ないし図9は、式(3)を10次多
項式まで展開して求めた各項の係数すなわち各光路差係
数を、光路差関数の一般式ρ(x,y)の関係式とし
て、整理して示す説明図である。
After the optical path difference function satisfying the desired optical characteristics is obtained in step S2, an approximate expression by the Taylor expansion is obtained in step S3. As a preparation for obtaining this approximate expression, Expression (3) is expanded to a 10th order polynomial, and the coefficient of each term is used as a relational expression of the general expression ρ (x, y) of the optical path difference function.
~ Represented in Figure 9. 3 to 9 are arranged such that the coefficient of each term obtained by expanding Expression (3) up to a 10th degree polynomial, that is, each optical path difference coefficient, as a relational expression of the general expression ρ (x, y) of the optical path difference function. FIG.

【0027】従って、ステップ2で求められた光路差関
数の一般式ρ(x,y)を図3〜図9に示した式(4−
0)〜(4−65)のρ(x,y)に代入し、各式(4
−0)〜(4−65)の演算を実行することにより、一
般式のテイラー展開によるべき級数項の各係数が求めら
れる。
Therefore, the general expression ρ (x, y) of the optical path difference function obtained in step 2 is expressed by the expression (4-) shown in FIGS.
0) to (4-65) are substituted into ρ (x, y), and each expression (4
By executing the operations of −0) to (4-65), each coefficient of the power series term is obtained by Taylor expansion of the general formula.

【0028】〈第1具体例〉図10は、本発明の第1具
体例に係る反射型回折光学素子の光学特性を示す説明図
である。図10には、本発明に係る反射型回折光学素子
10が、点光源sからの発散球面波を平行光束に変換し
かつ反射する反射型計算機ホログラムとして示されてい
る。点光源sは、原点から距離Lを隔てた位置に存在す
る。説明の簡素化のために、反射型回折光学素子10
は、原点を通りかつX軸およびY軸を含む平面内にあ
り、この反射型回折光学素子10により変換されかつ反
射された平行光束の進行方向に平行な、原点を通る光の
ベクトル成分を(α、β、γ)とする。
<First Specific Example> FIG. 10 is an explanatory diagram showing the optical characteristics of the reflective diffractive optical element according to the first specific example of the present invention. FIG. 10 shows a reflective diffractive optical element 10 according to the present invention as a reflective computer generated hologram that converts a divergent spherical wave from a point light source s into a parallel light flux and reflects it. The point light source s exists at a position separated from the origin by a distance L. In order to simplify the description, the reflective diffractive optical element 10
Is a vector component of the light passing through the origin, which lies in a plane passing through the origin and including the X axis and the Y axis, and which is parallel to the traveling direction of the parallel light flux converted and reflected by the reflective diffractive optical element 10. α, β, γ).

【0029】 第1具体例では、反射型回折光学素子1
0のための光源sが位置する入射光側媒質の屈折率は
nで示されている。また、この例では、点光源sがZ軸
上に限定されておらず、点光源の座標位置は(X,Y,
Z)で示されており、回折光学素子の厚さ寸法は、無視
できる程に充分に小さな値を示す。
In the first specific example, the reflective diffractive optical element 1 is used.
The refractive index of the incident light side medium in which the point light source s for 0 is located is shown by n. Further, in this example, the point light source s is not limited to the Z axis, and the coordinate position of the point light source is (X, Y,
Z), and the thickness dimension of the diffractive optical element shows a sufficiently small value that can be ignored.

【0030】この第1具体例に示される光学特性を示す
反射型回折光学素子10の光路差関数ρ(x,y)は、
次式で与えられる。
The optical path difference function ρ (x, y) of the reflective diffractive optical element 10 showing the optical characteristics shown in the first specific example is
It is given by the following formula.

【0031】 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―
x)+(Y―y)+Z1/2―(nL/2)―
(n/2)・{(αx+βy)/(α+β+γ
1/2} …(5) ここで、Lは光源から原点までの距離であり、次式、 L=(X+Y+Z1/2 …(6) で示される。
Ρ (x, y) = (n / 2) · {(X-
x) 2 + (Y-y) 2 + Z 2 } 1 /2-(nL / 2)-
(N / 2) · {(αx + βy) / (α 2 + β 2 + γ 2 ).
1/2 } (5) Here, L is the distance from the point light source to the origin, and is represented by the following equation: L = (X 2 + Y 2 + Z 2 ) 1/2 (6).

【0032】式(5)の第1および第2項は、点光源s
からの球面波における反射型回折光学素子10内での2
次元光路差を表す。また、式(5)の第3項は、回折光
学素子10で反射された後の進行方向への平行光束
(α、β、γ)の光路差を表す。
The first and second terms of equation (5) are the point source s
2 in the reflective diffractive optical element 10 in the spherical wave from
Dimensional optical path difference. Further, the third term of Expression (5) represents the optical path difference of the parallel light flux (α, β, γ) in the traveling direction after being reflected by the diffractive optical element 10.

【0033】式(5)で示される光路差関数ρ(x,
y)についてのテイラー展開による各光路差係数は、予
め求めた図3〜図9の式(4−0)〜式(4−65)に
式(5)を代入し、それぞれの演算を実行することによ
り、求められる。図11〜図16には、それらの演算結
果が各項CN ごとに、式(7−0)〜式(7−65)の
形式で示されている。
The optical path difference function ρ (x,
For each optical path difference coefficient by Taylor expansion for y), Expression (5) is substituted into Expressions (4-0) to (4-65) of FIGS. 3 to 9 which are obtained in advance, and the respective calculations are executed. It is required. 11 to 16 show the calculation results for each term C N in the form of Expression (7-0) to Expression (7-65).

【0034】この式(7−0)〜式(7−65)に示さ
れる、C0 〜C65の各値を光路差係数として、CADプ
ログラムの式(1)で示される光路差係数CN に入力
し、当該プログラムを実行する(C0 の項を代入して
も、この項は定数項であることから、レンズ形状の変化
等に実質的な影響を与えない)ことにより、図10に示
した光学特性を有し、式(5)で表される反射型回折光
学素子10の形成のために必要なマスクパターンのデー
タが得られる。
The optical path difference coefficient C N shown in the equation (1) of the CAD program is defined by using the respective values of C 0 to C 65 shown in the equations (7-0) to (7-65) as the optical path difference coefficients. 10 is executed and the program is executed (even if the term of C 0 is substituted, since this term is a constant term, it does not substantially affect the change of the lens shape, etc.). Data of the mask pattern having the shown optical characteristics and necessary for forming the reflective diffractive optical element 10 represented by the formula (5) can be obtained.

【0035】このマスクパターンデータによって生成さ
れたマスクパターン(ステップS5)を用いたフォトリ
ソグラフィ法(ステップS6)により、レンズ材料が選
択的なエッチング処理を受け、その後、このレンズ材料
の表面に例えばアルミニゥムのような金属材料が蒸着さ
れ、これにより反射膜が形成される。その結果、図10
に示した光学特性を示す式(5)で表される反射型回折
光学素子10が最終的に形成される。
The lens material is selectively etched by the photolithography method (step S6) using the mask pattern (step S5) generated by the mask pattern data, and then the surface of the lens material is made of, for example, aluminum. A metal material such as is vapor-deposited, thereby forming a reflective film. As a result, FIG.
Finally, the reflective diffractive optical element 10 represented by the formula (5) having the optical characteristics shown in FIG.

【0036】この反射型回折光学素子は、従来のバルク
レンズと組み合わせて使用することができる。このよう
な光学系の設計に際し、収差等を低減して最適化するた
めの例えば「CodeV」と呼ばれる光学CADシミュ
レーションプログラムに前記CADプログラムを組み合
わせることができる。このような場合、CADプログラ
ムに代入される光路差係数CN のそれぞれを適宜変化さ
せて、それぞれの変化ごとに演算の実行が必要とされ
る。
This reflective diffractive optical element can be used in combination with a conventional bulk lens. In designing such an optical system, the CAD program can be combined with an optical CAD simulation program called, for example, "CodeV" for reducing and optimizing aberrations and the like. In such a case, it is necessary to appropriately change each of the optical path difference coefficients C N assigned to the CAD program and execute the calculation for each change.

【0037】 次に、第1具体例に関し、テイラー展開
による近似式を採用したことにより生じる誤差につい
て、図17に示された式(8)および式(9)を用いて
検討する。原点から距離Lを隔てた光源sからの発散
球面波は、式(5)で示される光路差関数の反射型回折
光学素子10で反射されることにより、実質的に該回折
光学素子を2回透過することになり、その結果、ベクト
ル(α、β、γ)に平行な式(8)で表される平面波に
変換される。他方、テイラー展開した光路差関数の近似
式では、その発散球面波は、式(9)で示される。
Next, regarding the first specific example, an error caused by adopting an approximate expression by Taylor expansion will be examined using Expressions (8) and (9) shown in FIG. A diverging spherical wave from a point light source s separated by a distance L from the origin is reflected by the reflection type diffractive optical element 10 having the optical path difference function expressed by the equation (5), so that the diffractive optical element is substantially divided into two. It is transmitted once, and as a result, it is converted into a plane wave represented by the equation (8) parallel to the vector (α, β, γ). On the other hand, in the approximate expression of the Taylor-expanded optical path difference function, the divergent spherical wave is expressed by Expression (9).

【0038】両式(8)および(9)の右辺の比較から
明らかなように、テイラー展開による近似式では、実質
的にexp {i(2π/λ) Δ}の収差が含まれる。この収
差は、C65以降の高次の光路差係数に対応し、光路差係
数C65は、一般的には、10-8の桁であることから、こ
れに対応する相対的誤差Δも、10-8の桁である。従っ
て、10次の係数までのテイラー展開により、事実上、
十分な精度が得られていると判断できる。
As is clear from the comparison of the right sides of both equations (8) and (9), the approximation equation by Taylor expansion substantially includes the aberration of exp {i (2π / λ) Δ}. This aberration corresponds to a higher-order optical path difference coefficient after C 65, and since the optical path difference coefficient C 65 is generally on the order of 10 −8 , the relative error Δ corresponding to this is also It is in the order of 10 -8 . Therefore, by Taylor expansion up to the tenth coefficient,
It can be judged that sufficient accuracy has been obtained.

【0039】〈第2具体例〉図18は、本発明の第2具
体例に係る反射型回折光学素子10の光学特性を示す説
明図である。第2の具体例では、図10に示した第1具
体例におけると同様に、説明の簡素化のために、本発明
に係る計算機ホログラムとして示された反射型回折光学
素子10は、原点を通りかつX軸およびY軸を含む平面
内にある。
<Second Specific Example> FIG. 18 is an explanatory diagram showing the optical characteristics of a reflective diffractive optical element 10 according to a second specific example of the present invention. In the second specific example, as in the first specific example shown in FIG. 10, for simplification of description, the reflective diffractive optical element 10 shown as a computer generated hologram according to the present invention passes through the origin. It lies in a plane including the X axis and the Y axis.

【0040】 第2具体例における反射型回折光学素子
10は、原点を通るベクトル成分が(α、β、γ)で示
される任意の偏向角度を有する平行光束を球面波に変換
しかつ反射することにより、集光点位置に集光させる反
射型回折光学素子10の例を示す。反射型回折光学素子
10への入射光側媒質の屈折率はnで示されており、ま
た集光点である像点の座標位置は(X,Y,Z)で示さ
れている。
The reflective diffractive optical element 10 in the second specific example converts a parallel light flux having a vector component passing through the origin and having an arbitrary deflection angle represented by (α, β, γ) into a spherical wave and reflects the spherical wave. Accordingly, an example of a reflection type diffractive optical element 10 that condenses on condensing point position. The refractive index of the incident light side medium to the reflection type diffractive optical element 10 is indicated by n, and the coordinate position of the image point which is the condensing point is indicated by (X, Y, Z).

【0041】第2具体例に示される光学特性を示す反射
型回折光学素子10の光路差関数ρ(x,y)は、次式
で与えられる。
The optical path difference function ρ (x, y) of the reflective diffractive optical element 10 showing the optical characteristics shown in the second specific example is given by the following equation.

【0042】 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―
x)+(Y―y)+Z1/2―(nL/2)+
(n/2)・{(αx+βy)/(α+β+γ
1/2} …(10) ここで、Lは原点から像点(集光点)までの距離であ
り、次式、 L=(X+Y+Z1/2 …(11) で示される。
Ρ (x, y) = (n / 2) · {(X−
x) 2 + (Y−y) 2 + Z 2 } 1/2 − (nL / 2) +
(N / 2) · {(αx + βy) / (α 2 + β 2 + γ 2 ).
1/2 } (10) Here, L is the distance from the origin to the image point (focus point) , and is represented by the following equation: L = (X 2 + Y 2 + Z 2 ) 1/2 (11) Be done.

【0043】式(10)を式(4−0)〜式(4−6
5)に代入して得られた光路差関数ρ(x,y)につい
ての前記したと同様なテイラー展開による各光路差係数
の演算結果が、図19〜図24に式(12−0)〜式
(12−65)の形式で、各項CN ごとに、示されてい
る。
Expression (10) is replaced by Expression (4-0) to Expression (4-6).
5), the calculation result of each optical path difference coefficient by the same Taylor expansion as described above for the optical path difference function ρ (x, y) obtained by substituting it into Equation (12-0) to FIG. It is shown for each term C N in the form of equation (12-65).

【0044】この式(12−0)〜式(12−65)に
示されるC0 〜C65の各値を光路差係数CN として、前
記したと同様なCADプログラムの実行により、式(1
0)で表される反射型回折光学素子10の形成のために
必要なマスクパターンのデータが得られる。
By using the respective values of C 0 to C 65 shown in the equations (12-0) to (12-65) as the optical path difference coefficient C N , the CAD program similar to the above is executed to obtain the equation (1
Data of the mask pattern required for forming the reflective diffractive optical element 10 represented by 0) can be obtained.

【0045】第2具体例についても、テイラー展開によ
る近似式を用いたことによる誤差について、図17に示
されたと同様な図25に示された式(13)および(1
4)を用いて検討する。ベクトル(α、β、γ)に平行
に進む平面波は、式(10)で示される光路差関数の反
射型回折光学素子10で反射されることにより、実質的
に該回折光学素子を2回透過することになり、その結
果、式(13)で表されるような原点から距離Lを隔て
た集光点dに集光する平面波に変換される。他方、テイ
ラー展開した光路差関数の近似式では、その発散球面波
は、式(14)で示される。
Also in the second specific example, regarding the error caused by using the approximate expression by Taylor expansion, the expressions (13) and (1) shown in FIG. 25, which are similar to those shown in FIG. 17, are used.
Consider using 4). The plane wave traveling parallel to the vector (α, β, γ) is reflected by the reflective diffractive optical element 10 having the optical path difference function represented by the equation (10), so that it is substantially transmitted through the diffractive optical element twice. As a result, the light is converted into a plane wave that is condensed at a condensing point d separated by a distance L from the origin as represented by the equation (13). On the other hand, in the approximate expression of the Taylor-expanded optical path difference function, the divergent spherical wave is expressed by Expression (14).

【0046】両式(13)および(14)の右辺の比較
から明らかなように、テイラー展開による近似式では、
第1具体例におけると同一の値である exp{i(2π/
λ) Δ}の収差が含まれる。この収差については、第1
具体例に沿って説明したとおり、光路差の相対誤差Δは
10-8程度となることから、事実上、充分な精度が得ら
れていると判断できる。
As is clear from the comparison of the right sides of both equations (13) and (14), the approximate equation by Taylor expansion is:
The same value as in the first specific example, exp {i (2π /
λ) Δ} aberration is included. Regarding this aberration,
As described along with the specific example, since the relative error Δ of the optical path difference is about 10 −8 , it can be judged that sufficient accuracy is obtained in fact.

【0047】 〈第3具体例〉 図26は、本発明の第3具体例に係る反射型回折光学素
子10の光学特性を示す説明図である。図26に示され
た反射型計算機ホログラムすなわち反射型回折光学素子
10は、点光源sから集光点dへの結像および反射作用
をなす。説明の簡素化のために、回折光学素子10は、
原点を通りかつX軸およびY軸を含む平面内にあり、入
射光側媒質の屈折率はnで示されている。また、点光源
および像点である集光点の座標位置は、それぞれ
(X,Y,Z)および(X,Y,Z)で示
されている。
<Third Specific Example> FIG. 26 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the reflective diffractive optical element 10 according to the third specific example of the present invention. The reflection-type computer generated hologram shown in FIG. 26, that is, the reflection-type diffractive optical element 10 forms an image from the point light source s to the condensing point d and reflects it. For simplification of description, the diffractive optical element 10 is
It is in the plane that passes through the origin and includes the X axis and the Y axis, and the refractive index of the incident light side medium is indicated by n. Further, the coordinate positions of the point light source and the condensing point that is the image point are indicated by (X 1 , Y 1 , Z 1 ) and (X 2 , Y 2 , Z 2 ), respectively.

【0048】第3具体例に示される光学特性を示す反射
型回折光学素子10の光路差関数ρ(x,y)は、次式
で与えられる。
The optical path difference function ρ (x, y) of the reflection type diffractive optical element 10 showing the optical characteristics shown in the third example is given by the following equation.

【0049】 ρ(x,y)=(n/2)・{(X1-x)2+(Y1-y)2+Z1 21/2-(nL1/2)+(n/2)・{(X2-x )2+(Y2-y)2+Z2 21/2-(nL2/2) …(15) ここで、原点から点光源までの距離L1 および原点から
像点までの距離L2 は、それぞれ次式で示される。 L1 =(X1 2+Y1 2+Z1 21/2 …(16) L2 =(X2 2+Y2 2+Z2 21/2 …(17)
Ρ (x, y) = (n / 2) · {(X 1 -x) 2 + (Y 1 -y) 2 + Z 1 2 } 1 /2-(nL 1/2 ) + (n / 2) · {(X 2 -x) 2 + (Y 2 -y) 2 + Z 2 2} 1/2 - (nL 2/2) ... (15) where the distance from the origin to the point light source L 1 and the distance L 2 from the origin to the image point are respectively expressed by the following equations. L 1 = (X 1 2 + Y 1 2 + Z 1 2 ) 1/2 (16) L 2 = (X 2 2 + Y 2 2 + Z 2 2 ) 1/2 (17)

【0050】式(15)の右辺、第1項および第2項
は、原点から距離L1 の間隔をおく点光源sからの球面
波における反射型回折光学素子10内での2次元光路差
を表す。また、同式の右辺、第3項および第4項は、原
点から距離L2 隔たった像点に集光する球面波における
反射型回折光学素子10内での2次元光路差を表す。
The right side of the equation (15), the first term and the second term, are the two-dimensional optical path differences in the reflective diffractive optical element 10 in the spherical wave from the point light source s spaced by the distance L 1 from the origin. Represent Further, the right side, the third term, and the fourth term of the equation represent the two-dimensional optical path difference in the reflective diffractive optical element 10 in the spherical wave focused on the image point separated by the distance L 2 from the origin.

【0051】式(15)を式(4−0)〜式(4−6
5)に代入して得られた光路差関数ρ(x,y)につい
ての前記したと同様なテイラー展開による各光路差係数
の演算結果が、図26〜図38に式(18−0)〜式
(18−65)の形式で、各項CN ごとに、示されてい
る。
Expression (15) is replaced with Expression (4-0) to Expression (4-6).
5), the calculation result of each optical path difference coefficient by the Taylor expansion similar to the above regarding the optical path difference function ρ (x, y) obtained is substituted into equations (18-0) to (38-0) in FIGS. It is shown for each term C N in the form of equation (18-65).

【0052】この式(18−0)〜式(18−65)に
示されるC0 〜C65の各値を光路差係数CN として、前
記したと同様なCADプログラムの実行により、式(1
5)で表される反射型回折光学素子10の形成のために
必要なマスクパターンのデータが得られる。
By using the respective values of C 0 to C 65 shown in the equations (18-0) to (18-65) as the optical path difference coefficient C N , the CAD program similar to the above is executed to obtain the equation (1
Data of the mask pattern necessary for forming the reflective diffractive optical element 10 represented by 5) can be obtained.

【0053】 第3具体例についても、テイラー展開に
よる近似式を用いたことによる誤差について検討する。
図39の式(19)は、光源(X,Y,Z)か
らの発散球面波が式(15)で示される反射型計算機ホ
ログラムを経て像点(X,Y,Z)に集束する球
面波を表す。他方、同図の式(20)は、式(15)の
同様な球面波のテイラー展開による近似式を示す。
Also in the third specific example, an error caused by using an approximate expression by Taylor expansion will be examined.
Equation (19) in FIG. 39 shows that the divergent spherical wave from the point light source (X 1 , Y 1 , Z 1 ) passes through the reflection-type computer generated hologram represented by equation (15) and the image point (X 2 , Y 2 , Z 1 2 ) Represents a spherical wave focused on. On the other hand, the equation (20) in the figure shows an approximate equation by Taylor expansion of the similar spherical wave of the equation (15).

【0054】両式(19)および(20)の右辺の比較
から明らかなように、テイラー展開による近似式では、
第1および第2具体例におけると同一の値であるexp
{i(2π/λ) Δ}の収差が含まれる。この収差は、第
1および第2具体例におけると同様に、実質的に無視し
得る値であり、事実上、充分な精度が得られていると判
断できる。
As is clear from the comparison of the right sides of both equations (19) and (20), the approximate equation by Taylor expansion is
Exp with the same value as in the first and second examples
The aberration of {i (2π / λ) Δ} is included. This aberration is a value that can be substantially ignored, as in the first and second specific examples, and it can be judged that sufficient accuracy is obtained in fact.

【0055】〈第4具体例〉図40に示す例は、任意の
偏向角度を持つ平行光束を任意の偏向角度を持つ平行光
束に偏向しかつ反射する光学特性を有する反射型回折光
学素子10の例であり、反射型プリズムと同じ機能を果
たす。入射平行光束は、原点を通る光のベクトル成分
(α1、β1、γ1)に並行であり、反射された出射平行
光束は、原点を通るベクトル成分(α2、β2、γ2)に
並行である。入射光側媒質は、屈折率nである。その光
路差関数ρ(x,y)の一般式は次式、
<Fourth Concrete Example> The example shown in FIG. 40 is a reflection type diffractive optical element 10 having the optical characteristic of deflecting and reflecting a parallel light beam having an arbitrary deflection angle into a parallel light beam having an arbitrary deflection angle. It is an example and serves the same function as a reflective prism. The incident parallel light flux is parallel to the vector components (α 1 , β 1 , γ 1 ) of the light passing through the origin, and the reflected outgoing parallel light flux is the vector components (α 2 , β 2 , γ 2 ) passing through the origin. Parallel to. The incident light side medium has a refractive index n. The general formula of the optical path difference function ρ (x, y) is

【0056】 ρ(x,y)=(n/2)・(α1x+β1y)/(α1 21 21 2)1/2−(n/2)・(α2x+ β2y)/(α2 22 22 2)1/2 …(21) で表される。Ρ (x, y) = (n / 2) · (α 1 x + β 1 y) / (α 1 2 + β 1 2 + γ 1 2 ) 1/2 − (n / 2) · ( α 2 x + β 2 y) / (α 2 2 + β 2 2 + γ 2 2 ) 1/2 (21)

【0057】式(21)を式(4−0)〜式(4−6
5)に代入することにより、光路差関数ρ(x,y)に
ついての各光路差係数の演算結果が得られる。この演算
について、式(21)は、xおよびyの1次式であるこ
とから、それらの偏微分によって得られる項は、図41
に式(22−0)〜式(22−2)で示されるとおり、
項C0 〜C2 に過ぎない。
Expression (21) is replaced with Expression (4-0) to Expression (4-6).
By substituting into 5), the calculation result of each optical path difference coefficient for the optical path difference function ρ (x, y) can be obtained. For this calculation, since the equation (21) is a linear expression of x and y, the term obtained by the partial differentiation thereof is as shown in FIG.
As shown in Formula (22-0) to Formula (22-2),
It is only the terms C 0 -C 2 .

【0058】この式(22−0)〜式(22−2)に示
されるC0 〜C2 の各値を光路差係数CN として、前記
したと同様なCADプログラムの実行により、式(2
1)で表される反射型回折光学素子10の形成のために
必要なマスクパターンのデータが得られる。
By using the respective values of C 0 to C 2 shown in the equations (22-0) to (22-2) as the optical path difference coefficient C N , the CAD program similar to that described above is executed to obtain the equation (2
The mask pattern data necessary for forming the reflective diffractive optical element 10 represented by 1) can be obtained.

【0059】第4具体例に関して、テイラー展開による
近似式を用いたことによる誤差について検討する。図4
2の式(23)は、ベクトル(α1、β1、γ1)に並行
な入射平面波が式(21)で示される反射型回折光学素
子10を経て変換されたベクトル(α2、β2、γ2)に
平行な出射平面波を表す。他方、同図の式(24)は、
式(21)の同様な平面波のテイラー展開による近似式
を示す。
With respect to the fourth specific example, an error caused by using an approximate expression by Taylor expansion will be examined. Figure 4
The equation (23) of 2 is a vector (α 2 , β 2 ) obtained by converting the incident plane wave parallel to the vector (α 1 , β 1 , γ 1 ) through the reflective diffractive optical element 10 shown by the equation (21). , Γ 2 ) of the emitted plane wave parallel to. On the other hand, the equation (24) in the figure is
An approximate expression by Taylor expansion of a similar plane wave of Expression (21) is shown.

【0060】第4具体例では、他の具体例と異なり、テ
イラー展開は前記したとおりの線形項のみとなり、式
(23)および式(24)の右辺が同一であることから
も明らかなように、近似による収差の影響は全く生じな
い。
Unlike the other specific examples, in the fourth specific example, the Taylor expansion has only the linear term as described above, and as is apparent from the fact that the right sides of the equations (23) and (24) are the same. , The effect of aberration due to approximation does not occur at all.

【0061】図43は、本発明に係る反射型回折光学素
子10の適用例を示す。図15に示す光学装置11で
は、ガラス基板12の一方の面12a上に、発光エレメ
ントsおよび受光エレメントdをそれぞれ有するICチ
ップ13および14が、バンプ15を用いたフリップチ
ップボンディング方式で、相互に間隔を置いて、位置決
められている。
FIG. 43 shows an application example of the reflection type diffractive optical element 10 according to the present invention. In an optical device 11 shown in FIG. 15, IC chips 13 and 14 each having a light emitting element s and a light receiving element d on one surface 12a of a glass substrate 12 are mutually bonded by a flip chip bonding method using a bump 15. Spaced and positioned.

【0062】発光エレメントsが設けられたICチップ
13には、発光エレメントsからの発散光を平行光束に
変換し、基板12内に案内する第1の集光用レンズ16
aが組み込まれている。また、受光エレメントdが設け
られたICチップ14には、基板12からの平行光束を
受光エレメントdに案内するための第2の集光用レンズ
16bが組み込まれている。
In the IC chip 13 provided with the light emitting element s, the first condenser lens 16 for converting the divergent light from the light emitting element s into a parallel light flux and guiding it into the substrate 12.
a is incorporated. Further, the IC chip 14 provided with the light receiving element d incorporates a second condenser lens 16b for guiding the parallel light flux from the substrate 12 to the light receiving element d.

【0063】また、基板12には、第1の集光用レンズ
16aを経て基板12内に案内された平行光束を第2の
集光レンズ16bへ案内するためのジグザグ路17を規
定するための反射膜18a、18b、一対の偏向用レン
ズ19a、19bおよび一対のリレーレンズ20aおよ
び20bが組み込まれている。
Further, the substrate 12 defines a zigzag path 17 for guiding the parallel light flux guided into the substrate 12 through the first condenser lens 16a to the second condenser lens 16b. Reflective films 18a and 18b, a pair of deflection lenses 19a and 19b, and a pair of relay lenses 20a and 20b are incorporated.

【0064】この一対の偏向用レンズ19a、19bお
よび一対のリレーレンズ20aおよび20bがそれぞれ
本発明に係る前記した反射型回折光学素子(10)で構
成されている。すなわち、偏向用レンズ19a、19b
は、図40に示した第4具体例のプリズム機能を有する
反射型回折光学素子10で構成される。また、リレーレ
ンズ20aおよび20bは、図26に示した第3具体例
の結像機能を有する反射型回折光学素子(10)で構成
される。
The pair of deflecting lenses 19a and 19b and the pair of relay lenses 20a and 20b are respectively composed of the reflective diffractive optical element (10) according to the present invention. That is, the deflection lenses 19a and 19b
Is composed of the reflective diffractive optical element 10 having the prism function of the fourth specific example shown in FIG. Further, the relay lenses 20a and 20b are composed of the reflective diffractive optical element (10) having the image forming function of the third specific example shown in FIG.

【0065】ICチップ13の発光エレメントsから発
せられ、第1の集光用レンズ16aにより基板12内に
案内された光は、反射膜18a、18b、一対の偏向用
レンズ19a、19bおよび一対のリレーレンズ20a
および20bにより規定されるジグザグ路17を経て、
第2の集光用レンズ16bに案内され、この集光用レン
ズ16bを経て、ICチップ14の受光エレメントdに
伝送される。
The light emitted from the light emitting element s of the IC chip 13 and guided into the substrate 12 by the first condenser lens 16a reflects the reflection films 18a and 18b, the pair of deflection lenses 19a and 19b, and the pair of deflection lenses 19a and 19b. Relay lens 20a
And zigzag path 17 defined by 20b,
The light is guided to the second condenser lens 16b, and is transmitted to the light receiving element d of the IC chip 14 via the condenser lens 16b.

【0066】反射型回折光学素子は、透過型回折光学素
子に比較して、その製造に使用されるマスクの幅寸法P
が同寸であれば、大きな偏向角度を得ることができる。
このことから、図43に示したようなジグザグ路17を
規定するための反射型レンズとして用いることにより、
反射損失が理論的に零になる全反射角度で、所定のIC
チップ13および14間にジグザグ路17を形成するこ
とが可能となり、反射型回折光学素子は、このような光
配線用光学装置11に極めて有効である。
The reflection type diffractive optical element has a width dimension P of a mask used for its manufacture as compared with the transmission type diffractive optical element.
With the same size, a large deflection angle can be obtained.
From this, by using as a reflection type lens for defining the zigzag path 17 as shown in FIG.
The total reflection angle at which reflection loss theoretically becomes zero
The zigzag path 17 can be formed between the chips 13 and 14, and the reflection type diffractive optical element is extremely effective for such an optical device 11 for optical wiring.

【0067】本発明は、前記した光学特性に限らず、さ
らに他の光学特性要素に適用することができ、またこれ
らの光学的要素を種々に組み合わせた光学装置の製造に
適用することができる。
The present invention can be applied not only to the above-mentioned optical characteristics, but also to other optical characteristic elements, and can also be applied to the manufacture of an optical device in which these optical elements are variously combined.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明に係る製造方法では、所定の光学
特性を満たす光路差関数を表す一般式をテイラー展開し
て得られた近似式に基づいて、所望形状の反射型回折光
学素子を得るためのマスク条件が求められることから、
従来のような試行錯誤の作業を経ることなく、誤差の影
響を強く受けることなく極めて迅速にマスク条件を求め
ることができる。従って、本発明によれば、近似式によ
る誤差を無視し得る程に高い精度の反射型回折光学素子
を効率的に製造することが可能となる。
According to the manufacturing method of the present invention, a reflection type diffractive optical element having a desired shape is obtained based on an approximate expression obtained by Taylor expansion of a general expression representing an optical path difference function satisfying predetermined optical characteristics. Since the mask condition for
It is possible to obtain the mask condition extremely promptly without undergoing the trial and error work as in the past and without being strongly influenced by the error. Therefore, according to the present invention, it is possible to efficiently manufacture a reflection-type diffractive optical element with a precision that is high enough to ignore an error due to an approximate expression.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る反射型回折光学素子の製造工程図
である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a reflective diffractive optical element according to the present invention.

【図2】テイラー展開式の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a Taylor expansion type.

【図3】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その1)である。
FIG. 3 is an explanatory diagram (No. 1) showing an optical path difference coefficient according to a Taylor expansion formula.

【図4】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その2)である。
FIG. 4 is an explanatory view (No. 2) showing an optical path difference coefficient by Taylor expansion formula.

【図5】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その3)である。
FIG. 5 is an explanatory diagram (No. 3) showing the optical path difference coefficient by the Taylor expansion formula.

【図6】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その4)である。
FIG. 6 is an explanatory view (No. 4) showing the optical path difference coefficient according to the Taylor expansion formula.

【図7】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その5)である。
FIG. 7 is an explanatory view (No. 5) showing the optical path difference coefficient according to the Taylor expansion formula.

【図8】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その6)である。
FIG. 8 is an explanatory view (No. 6) showing the optical path difference coefficient according to the Taylor expansion formula.

【図9】テイラー展開式による光路差係数を示す説明図
(その7)である。
FIG. 9 is an explanatory view (No. 7) showing the optical path difference coefficient according to the Taylor expansion formula.

【図10】第1具体例に係る反射型回折光学素子の光学
特性を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the reflective diffractive optical element according to the first example.

【図11】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
1)である。
FIG. 11 is an explanatory diagram (No. 1) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図12】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
2)である。
FIG. 12 is an explanatory view (No. 2) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図13】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
3)である。
FIG. 13 is an explanatory diagram (No. 3) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図14】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
4)である。
FIG. 14 is an explanatory view (No. 4) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図15】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
5)である。
FIG. 15 is an explanatory view (No. 5) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図16】第1具体例の光路差係数を示す説明図(その
6)である。
FIG. 16 is an explanatory diagram (No. 6) showing the optical path difference coefficient of the first specific example.

【図17】第1具体例のテイラー展開による誤差の説明
図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of an error due to Taylor expansion of the first specific example.

【図18】第2具体例に係る反射型回折光学素子の光学
特性を示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing optical characteristics of a reflective diffractive optical element according to a second specific example.

【図19】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その1)である。
FIG. 19 is an explanatory diagram (Part 1) of the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図20】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その2)である。
FIG. 20 is an explanatory diagram (No. 2) showing the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図21】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その3)である。
FIG. 21 is an explanatory diagram (part 3) of the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図22】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その4)である。
FIG. 22 is an explanatory view (No. 4) showing the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図23】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その5)である。
FIG. 23 is an explanatory view (No. 5) showing the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図24】第2具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その6)である。
FIG. 24 is an explanatory view (No. 6) showing the optical path difference coefficient according to the second specific example.

【図25】第2具体例のテイラー展開による誤差の説明
図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram of an error due to Taylor expansion of the second specific example.

【図26】第3具体例に係る反射型回折光学素子の光学
特性を示す説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing optical characteristics of a reflective diffractive optical element according to a third specific example.

【図27】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その1)である。
FIG. 27 is an explanatory diagram (Part 1) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図28】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その2)である。
FIG. 28 is an explanatory diagram (part 2) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図29】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その3)である。
FIG. 29 is an explanatory diagram (part 3) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図30】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その4)である。
FIG. 30 is an explanatory diagram (Part 4) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図31】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その5)である。
FIG. 31 is an explanatory diagram (5) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図32】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その6)である。
FIG. 32 is an explanatory diagram (Part 6) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図33】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その7)である。
FIG. 33 is an explanatory view (No. 7) showing the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図34】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その8)である。
FIG. 34 is an explanatory view (No. 8) showing the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図35】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その9)である。
FIG. 35 is an explanatory diagram (9) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図36】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その10)である。
FIG. 36 is an explanatory view (No. 10) showing the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図37】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その11)である。
FIG. 37 is an explanatory diagram (Part 11) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図38】第3具体例に係る光路差係数を示す説明図
(その12)である。
FIG. 38 is an explanatory diagram (Part 12) of the optical path difference coefficient according to the third specific example.

【図39】第3具体例のテイラー展開による誤差の説明
図である。
FIG. 39 is an explanatory diagram of an error due to Taylor expansion of the third specific example.

【図40】第4具体例に係る反射型回折光学素子の光学
特性を示す説明図である。
FIG. 40 is an explanatory diagram showing optical characteristics of the reflective diffractive optical element according to the fourth specific example.

【図41】第4具体例に係る光路差係数を示す説明図で
ある。
FIG. 41 is an explanatory diagram showing optical path difference coefficients according to a fourth specific example.

【図42】第4具体例のテイラー展開による誤差の説明
図である。
FIG. 42 is an explanatory diagram of an error due to Taylor expansion of the fourth specific example.

【図43】本発明に係る反射型回折光学素子の適用例を
示す光学装置の断面図である。
FIG. 43 is a sectional view of an optical device showing an application example of the reflective diffractive optical element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 回折光学素子 11 光学レンズ装置 ρ(x,y) 光路差関数 CN 光路差係数10 Diffractive Optical Element 11 Optical Lens Device ρ (x, y) Optical Path Difference Function C N Optical Path Difference Coefficient

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反射型回折光学素子についての所望の光
学特性を示す多項式で表現された光路差関数における前
記多項式の各係数を与えることにより、前記光路差関数
で特定される形状の反射型回折光学素子をフォトリソグ
ラフィ法で形成するために必要なマスクの条件を求める
コンピュータプログラムの実行によってマスクの条件を
求める工程を含む、反射型回折光学素子の製造方法であ
って、前記光学特性として、点光源が任意の偏向角度を持つ平
行光束に変換されかつ反射される光線についての、屈折
率nを有する入射光側媒質での光学特性であり、点光源
の座標位置を(X,Y,Z)、X軸およびY軸に直交す
るZ軸上の原点から光源迄の距離をL、変換された平行
光束に平行な原点を通る光のベクトル成分を(α、β、
γ)でそれぞれ表すとき、前記光路差関数ρ(x,y)
の一般式を、 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)2+(Y―
y)2+Z2}1/2―(nL/2)―(n/2)・
{(αx+βy)/(α2+β2+γ2)1/2} として求めること、 求められた前記光路差関数の一般式をテイラー展開し、
その近似式を求めること、 テイラー展開により得られた該近似式の各項の係数を前
記コンピュータプログラムに与える前記多項式の各係数
として前記コンピュータプログラムに入力し、当該プロ
グラムの実行により、マスク条件を求めること、 求められた条件のマスクを製作し、該マスクを用いたフ
ォトリソグラフィ法により、レンズ材料に選択的なエッ
チング処理を施した後、該レンズ材料の表面に反射膜を
形成することを含む、反射型回折光学素子の製造方法。
1. A reflection-type diffractive optical element having a shape specified by the optical path difference function is obtained by giving each coefficient of the polynomial expression in the optical path difference function expressed by the polynomial expression that indicates a desired optical characteristic of the reflection-type diffractive optical element. A method for manufacturing a reflective diffractive optical element, including the step of determining a mask condition by executing a computer program for determining a mask condition necessary for forming an optical element by a photolithography method, wherein the optical characteristic is a point. A flat light source with an arbitrary deflection angle
Refraction of the rays that are converted into the line bundle and reflected
Optical characteristics in the incident light side medium having a ratio n,
The coordinate position of (X, Y, Z) is orthogonal to the X and Y axes.
The distance from the origin on the Z axis to the light source is L, the converted parallel
The vector component of the light passing through the origin parallel to the light flux is (α, β,
γ) respectively, the optical path difference function ρ (x, y)
Of general formula, ρ (x, y) = (n / 2) · {(X-x) 2+ (Y-
y) 2 + Z2} 1 / 2- (nL / 2)-(n / 2) ・
Be determined as {(αx + βy) / ( α2 + β2 + γ2) 1/2}, a general formula of the optical path difference function obtained by Taylor expansion,
Obtaining the approximation formula, the coefficient of each term of the approximation formula obtained by Taylor expansion is
Each coefficient of the polynomial given to the computer program
Enter into the computer program as
Gram is used to determine the mask conditions, a mask with the required conditions is manufactured, and the lens material is selectively etched by the photolithography method using the mask. A method of manufacturing a reflective diffractive optical element, which comprises forming a reflective film.
【請求項2】 反射型回折光学素子についての所望の光
学特性を示す多項式で表現された光路差関数における前
記多項式の各係数を与えることにより、前記光路差関数
で特定される形状の反射型回折光学素子をフォトリソグ
ラフィ法で形成するために必要なマスクの条件を求める
コンピュータプログラムの実行によってマスクの条件を
求める工程を含む、反射型回折光学素子の製造方法であ
って、 前記光学特性として、任意の偏向角度を持つ平行光束が
像点に集束されかつ反射される光線についての、屈折率
nを有する入射光側媒質での光学特性であり、像点位置
を(X,Y,Z)、X軸およびY軸に直交するZ軸上の
原点から集光点迄の距離をL、入射平行光束に平行な原
点を通る光のベクトル成分を(α、β、γ)で表すと
き、前記光路差関数ρ(x,y)の一般式を、 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)+(Y―
y)+Z1/2―(nL/2)+(n/2)・
{(αx+βy)/(α+β+γ1/2} として求めること、 求められた前記光路差関数の一般式をテイラー展開し、
その近似式を求めること、 テイラー展開により得られた該近似式の各項の係数を前
記コンピュータプログラムに与える前記多項式の各係数
として前記コンピュータプログラムに入力し、当該プロ
グラムの実行により、マスク条件を求めること、 求められた条件のマスクを製作し、該マスクを用いたフ
ォトリソグラフィ法により、レンズ材料に選択的なエッ
チング処理を施した後、該レンズ材料の表面に反射膜を
形成することを含む、反射型回折光学素子の製造方法。
2. A reflection-type diffractive optical element having a shape specified by the optical path difference function is provided by giving each coefficient of the polynomial expression in the optical path difference function expressed by the polynomial expression that indicates a desired optical characteristic of the reflection-type diffractive optical element. A method for manufacturing a reflective diffractive optical element, including the step of determining a mask condition by executing a computer program for determining a mask condition necessary for forming an optical element by a photolithography method, wherein the optical characteristic is arbitrary. Is the optical characteristic of the incident light side medium having the refractive index n for the light rays that are focused and reflected by the parallel light beam having the deflection angle of, and the image point position is (X, Y, Z), X When the distance from the origin on the Z axis orthogonal to the axis and the Y axis to the condensing point is L, and the vector component of light passing through the origin parallel to the incident parallel light flux is (α, β, γ), the optical path difference is Seki The general formula of the number ρ (x, y) is expressed as ρ (x, y) = (n / 2) · {(X−x) 2 + (Y−
y) 2 + Z 2 } 1/2 − (nL / 2) + (n / 2) ·
{(Αx + βy) / (α 2 + β 2 + γ 2 ) 1/2 }, Taylor expansion of the obtained general formula of the optical path difference function,
Obtaining the approximate expression, inputting the coefficient of each term of the approximate expression obtained by Taylor expansion as each coefficient of the polynomial to be given to the computer program, and obtaining the mask condition by executing the program. That is, the method includes producing a mask under the required conditions, performing a selective etching process on the lens material by a photolithography method using the mask, and then forming a reflective film on the surface of the lens material. Manufacturing method of reflective diffractive optical element.
【請求項3】 反射型回折光学素子についての所望の光
学特性を示す多項式で表現された光路差関数における前
記多項式の各係数を与えることにより、前記光路差関数
で特定される形状の反射型回折光学素子をフォトリソグ
ラフィ法で形成するために必要なマスクの条件を求める
コンピュータプログラムの実行によってマスクの条件を
求める工程を含む、反射型回折光学素子の製造方法であ
って、 前記光学特性として、物点から像点への結像および反射
光線についての、屈折率nを有する入射光側媒質での光
学特性であり、点光源の座標位置を(X,Y
)、原点から点光源までの距離をL、像点位置を
(X,Y,Z)、原点から像点迄の距離をL
それぞれ表すとき、前記光路差関数ρ(x,y)の一般
式を、 ρ(x,y)=(n/2)・{(X―x)+(Y
―y)+Z 1/2―(nL/2)+(n/
2)・{(X―x)+(Y―y)+Z
1/2―(nL/2) として求めること、 求められた前記光路差関数の一般式をテイラー展開し、
その近似式を求めること、 テイラー展開により得られた該近似式の各項の係数を前
記コンピュータプログラムに与える前記多項式の各係数
として前記コンピュータプログラムに入力し、当該プロ
グラムの実行により、マスク条件を求めること、 求められた条件のマスクを製作し、該マスクを用いたフ
ォトリソグラフィ法により、レンズ材料に選択的なエッ
チング処理を施した後、該レンズ材料の表面に反射膜を
形成することを含む、反射型回折光学素子の製造方法。
3. A reflection type diffractive optical element having a shape specified by the optical path difference function by giving each coefficient of the polynomial expression in the optical path difference function expressed by a polynomial expression showing a desired optical characteristic of the reflection type diffractive optical element. A method for manufacturing a reflection-type diffractive optical element, which includes a step of determining a mask condition by executing a computer program for determining a mask condition necessary for forming an optical element by a photolithography method, wherein the optical characteristic is an object. It is an optical characteristic of an incident light side medium having a refractive index n with respect to an image formed from a point to an image point and a reflected ray, and the coordinate position of the point light source is (X 1 , Y 1 ,
Z 1 ), the distance from the origin to the point light source is L 1 , the image point position is (X 2 , Y 2 , Z 2 ), and the distance from the origin to the image point is L 2 , respectively, the optical path difference function ρ The general formula of (x, y) is expressed by ρ (x, y) = (n / 2) · {(X 1 −x) 2 + (Y 1
-Y) 2 + Z 1 2 } 1 /2-(nL 1/2 ) + (n /
2) · {(X 2 −x) 2 + (Y 2 −y) 2 + Z 2 2 }
1/2 - (nL 2/2) be found as a general formula of the optical path difference function obtained by Taylor expansion,
Obtaining the approximate expression, inputting the coefficient of each term of the approximate expression obtained by Taylor expansion as each coefficient of the polynomial to be given to the computer program, and obtaining the mask condition by executing the program. That is, the method includes producing a mask under the required conditions, performing a selective etching process on the lens material by a photolithography method using the mask, and then forming a reflective film on the surface of the lens material. Manufacturing method of reflective diffractive optical element.
【請求項4】 反射型回折光学素子についての所望の光
学特性を示す多項式で表現された光路差関数における前
記多項式の各係数を与えることにより、前記光路差関数
で特定される形状の反射型回折光学素子をフォトリソグ
ラフィ法で形成するために必要なマスクの条件を求める
コンピュータプログラムの実行によってマスクの条件を
求める工程を含む、反射型回折光学素子の製造方法であ
って、 前記光学特性として、任意の偏向角度を持つ平行光束が
任意の偏向角度を持つ平行光束に偏向かつ反射される光
線についての、屈折率nを有する入射光側媒質での光学
特性であり、入射平行光束に平行な原点を通る光のベク
トル成分を(α,β,γ)、出射平行光束に平行
な原点を通る光のベクトル成分を(α、β、γ
でそれぞれ表すとき、前記光路差関数ρ(x,y)の一
般式を、 ρ(x,y)=(n/2)・(αx+βy)/(α
+β +γ 1/2−(n/2)・(α
+βy)/(α +β +γ 1/2 として求めること、 求められた前記光路差関数の一般式をテイラー展開し、
その近似式を求めること、 テイラー展開により得られた該近似式の各項の係数を前
記コンピュータプログラムに与える前記多項式の各係数
として前記コンピュータプログラムに入力し、当該プロ
グラムの実行により、マスク条件を求めること、 求められた条件のマスクを製作し、該マスクを用いたフ
ォトリソグラフィ法により、レンズ材料に選択的なエッ
チング処理を施した後、該レンズ材料の表面に反射膜を
形成することを含む、反射型回折光学素子の製造方法。
4. A reflection type diffractive optical element having a shape specified by the optical path difference function by giving each coefficient of the polynomial expression in the optical path difference function expressed by a polynomial expression showing a desired optical characteristic of the reflection type diffractive optical element. A method for manufacturing a reflective diffractive optical element, including the step of determining a mask condition by executing a computer program for determining a mask condition necessary for forming an optical element by a photolithography method, wherein the optical characteristic is arbitrary. Is the optical characteristic of the incident light side medium having the refractive index n for the light beam that is deflected and reflected by the parallel light flux having the deflection angle of The vector component of the light passing through is (α 1 , β 1 , γ 1 ), and the vector component of the light passing through the origin parallel to the output parallel light flux is (α 2 , β 2 , γ 2 ).
, Respectively, the general formula of the optical path difference function ρ (x, y) is expressed by ρ (x, y) = (n / 2) · (α 1 x + β 1 y) / (α
1 2 + β 1 2 + γ 1 2 ) 1/2 − (n / 2) · (α 2 x
+ Β 2 y) / (α 2 2 + β 2 2 + γ 2 2 ) 1/2 , the Taylor expansion of the obtained general formula of the optical path difference function,
Obtaining the approximate expression, inputting the coefficient of each term of the approximate expression obtained by Taylor expansion as each coefficient of the polynomial to be given to the computer program, and obtaining the mask condition by executing the program. That is, the method includes producing a mask under the required conditions, performing a selective etching process on the lens material by a photolithography method using the mask, and then forming a reflective film on the surface of the lens material. Manufacturing method of reflective diffractive optical element.
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