JP7647481B2

JP7647481B2 - Immersion Diffraction Elements

Info

Publication number: JP7647481B2
Application number: JP2021164118A
Authority: JP
Inventors: 充富田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2025-03-18
Anticipated expiration: 2041-10-05
Also published as: JP2023055030A

Description

本発明は、イマージョン回折素子に関する。 The present invention relates to an immersion diffraction element.

従来、波長分解能の向上及び小型化の両立が可能な、イマージョン回折素子が提案されていた。近年の微細加工技術や材料技術の進展により、イマージョン回折素子の実現が可能となり、イマージョン回折素子が注目されている。 Previously, immersion diffraction elements have been proposed that can achieve both improved wavelength resolution and compact size. Recent advances in microfabrication and material technology have made it possible to realize immersion diffraction elements, and immersion diffraction elements are attracting attention.

イマージョン回折素子は、例えば、プリズムに回折部が設けられた構成を有する。回折部においては、複数の回折溝が周期的に設けられている。イマージョン回折素子による分光に際し、光はプリズムを通り、回折部において反射及び分光される。その後、分光された光がプリズムから出射される。 The immersion diffraction element has a configuration in which, for example, a diffraction section is provided on a prism. In the diffraction section, a number of diffraction grooves are provided periodically. When light is split by the immersion diffraction element, the light passes through the prism and is reflected and split at the diffraction section. The split light is then emitted from the prism.

プリズムの屈折率をｎとした場合、光がプリズムを通るときには、光の波長は１／ｎとなる。よって、分光するために必要な回折溝のピッチは１／ｎとなる。そのため、イマージョン回折素子を小型にしても、多数の回折溝を設けることができ、波長分解能を高めることができる。 If the refractive index of a prism is n, the wavelength of light becomes 1/n when it passes through the prism. Therefore, the pitch of the diffraction grooves required for dispersion becomes 1/n. Therefore, even if the immersion diffraction element is made small, a large number of diffraction grooves can be provided, and the wavelength resolution can be increased.

下記の特許文献１には、イマージョン回折素子の一例としての回折格子が開示されている。この回折格子においては、ＩｎＰまたはＩｎＡｓの結晶材料に、格子溝が設けられている。格子溝は、結晶材料の結晶方位（１１０）面である面を含んでいる。 The following Patent Document 1 discloses a diffraction grating as an example of an immersion diffraction element. In this diffraction grating, grating grooves are provided in a crystal material of InP or InAs. The grating grooves include a surface that is a (110) crystal orientation surface of the crystal material.

特開２０１５－１２１６０５号公報JP 2015-121605 A

イマージョン回折素子が用いられた光学デバイスを使用する際、実際には、イマージョン回折素子の回折部の表面に異物が付着することがある。この場合、イマージョン回折素子による光の回折に不具合が生じるおそれがある。さらに、イマージョン回折素子の表面から異物を除去する際に、回折部が破損するおそれもある。 When an optical device using an immersion diffraction element is used, foreign matter may actually adhere to the surface of the diffractive portion of the immersion diffraction element. In this case, there is a risk of problems with the diffraction of light by the immersion diffraction element. Furthermore, there is a risk of the diffractive portion being damaged when removing the foreign matter from the surface of the immersion diffraction element.

本発明の目的は、回折の不具合を抑制することができ、かつ回折部が破損し難い、イマージョン回折素子を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an immersion diffraction element that can suppress diffraction defects and has a diffraction section that is less likely to be damaged.

本発明に係るイマージョン回折素子は、回折部と、回折部を囲むように設けられているリブとを有する本体部と、リブ上に設けられている蓋部とを備えることを特徴とする。 The immersion diffraction element according to the present invention is characterized by having a main body having a diffraction portion and a rib arranged to surround the diffraction portion, and a lid portion arranged on the rib.

リブを構成する材料と蓋部を構成する材料との熱膨張係数の差の絶対値が１７０×１０^－７／℃以下であることが好ましい。 It is preferable that the absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the material constituting the rib and the material constituting the lid portion is 170×10 ⁻⁷ /° C. or less.

回折部が非晶質ガラスからなることが好ましい。 It is preferable that the diffractive portion is made of amorphous glass.

リブがガラスからなることが好ましい。 The ribs are preferably made of glass.

蓋部がガラス、セラミック、金属または樹脂からなることが好ましい。 It is preferable that the lid be made of glass, ceramic, metal or resin.

本体部において、回折部及びリブが一体として設けられていることが好ましい。 It is preferable that the diffractive portion and the rib are integrally provided in the main body portion.

本体部が、プリズム部を含み、プリズム部及び回折部が一体として設けられていることが好ましい。または、本体部が、主面を有するプリズム部を含み、回折部がプリズム部の主面上に設けられていることが好ましい。 It is preferable that the main body portion includes a prism portion, and that the prism portion and the diffraction portion are provided integrally. Alternatively, it is preferable that the main body portion includes a prism portion having a main surface, and that the diffraction portion is provided on the main surface of the prism portion.

本発明によれば、回折の不具合を抑制することができ、かつ回折部が破損し難い、イマージョン回折素子を提供することができる。 The present invention provides an immersion diffraction element that can suppress diffraction defects and has a diffraction section that is less likely to be damaged.

図１は、本発明の第１の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施形態に係るイマージョン回折素子の本体部を、プリズム部の第１の面の法線方向から見た図である。FIG. 2 is a view of the main body of the immersion diffraction element according to the first embodiment of the present invention, viewed from the normal direction of the first surface of the prism portion. 図３は、本発明のイマージョン回折素子の本体部における分光を説明するための、リブを省略した模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view, with ribs omitted, for explaining light dispersion in the main body of the immersion diffraction element of the present invention. 図４は、図３における回折部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the diffractive portion in FIG. 図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るイマージョン回折素子の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a modified example of the first embodiment of the present invention. 図６は、本発明の第２の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a second embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第３の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a third embodiment of the present invention.

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 The following describes preferred embodiments. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in each drawing, components having substantially the same functions may be referred to by the same reference numerals.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。なお、図１は、イマージョン回折素子の、後述する図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面を示す図である。 First Embodiment
Fig. 1 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a first embodiment of the present invention, taken along line II in Fig. 2, which will be described later.

イマージョン回折素子１は本体部２を有する。本体部２は、プリズム部３と、回折部４と、リブ５とを含む。本実施形態の本体部２においては、プリズム部３、回折部４及びリブ５が一体として設けられている。もっとも、プリズム部３、回折部４及びリブ５は、それぞれ別体として設けられていてもよい。 The immersion diffraction element 1 has a main body 2. The main body 2 includes a prism portion 3, a diffraction portion 4, and a rib 5. In the main body 2 of this embodiment, the prism portion 3, the diffraction portion 4, and the rib 5 are provided as an integral unit. However, the prism portion 3, the diffraction portion 4, and the rib 5 may each be provided as separate bodies.

プリズム部３は三角柱状の形状を有する。プリズム部３は、第１の面３ａと、第２の面３ｂと、第３の面３ｃとを有する。これらの面は、三角柱状の形状における側面に相当する。プリズム部３の第１の面３ａには、複数の回折溝４ｄが周期的に設けられている。これにより、回折部４が構成されている。より具体的には、複数の回折溝４ｄは、回折部４の形状が階段状となるように設けられている。各回折溝４ｄは、第４の面４ａ及び第５の面４ｂを有する。本実施形態では、第４の面４ａ及び第５の面４ｂは直交している。 The prism portion 3 has a triangular prism shape. The prism portion 3 has a first surface 3a, a second surface 3b, and a third surface 3c. These surfaces correspond to the side surfaces of the triangular prism shape. A plurality of diffraction grooves 4d are periodically provided on the first surface 3a of the prism portion 3. This constitutes the diffraction portion 4. More specifically, the plurality of diffraction grooves 4d are provided so that the diffraction portion 4 has a stepped shape. Each diffraction groove 4d has a fourth surface 4a and a fifth surface 4b. In this embodiment, the fourth surface 4a and the fifth surface 4b are perpendicular to each other.

図２は、第１の実施形態に係るイマージョン回折素子の本体部を、プリズム部の第１の面の法線方向から見た図である。 Figure 2 shows the main body of the immersion diffraction element according to the first embodiment, viewed from the normal direction of the first surface of the prism portion.

プリズム部３の第１の面３ａにおいて、回折部４を囲むように、リブ５が設けられている。リブ５は、第１の面３ａの法線方向から見たときに、枠状の形状を有する。より具体的には、リブ５は開口部５ａと、開口端面部５ｂとを有する。開口部５ａ内に回折部４が配置されている。 A rib 5 is provided on the first surface 3a of the prism portion 3 so as to surround the diffraction portion 4. When viewed from the normal direction of the first surface 3a, the rib 5 has a frame-like shape. More specifically, the rib 5 has an opening 5a and an open end portion 5b. The diffraction portion 4 is disposed within the opening 5a.

図１に戻り、本体部２におけるリブ５上に、蓋部６が設けられている。より具体的には、蓋部６は、リブ５の開口部５ａを塞ぐように、リブ５の開口端面部５ｂ上に設けられている。本実施形態においては、蓋部６はリブ５の開口端面部５ｂの全面に接合されている。もっとも、リブ５の開口端面部５ｂは、蓋部６に接合されていない部分を有していてもよい。リブ５の開口部５ａが蓋部６により塞がれていればよい。 Returning to FIG. 1, a lid portion 6 is provided on the rib 5 of the main body portion 2. More specifically, the lid portion 6 is provided on the opening end surface portion 5b of the rib 5 so as to close the opening portion 5a of the rib 5. In this embodiment, the lid portion 6 is joined to the entire opening end surface portion 5b of the rib 5. However, the opening end surface portion 5b of the rib 5 may have a portion that is not joined to the lid portion 6. It is sufficient that the opening portion 5a of the rib 5 is closed by the lid portion 6.

蓋部６は板状の形状を有する。蓋部６の厚み方向から見たときに、蓋部６の形状は矩形である。もっとも、蓋部６の上記方向から見た形状は、矩形には限定されず、円形、楕円形または矩形以外の多角形等であってもよい。蓋部６は、リブ５の開口部５ａを塞ぐように構成されていればよい。 The lid portion 6 has a plate-like shape. When viewed from the thickness direction of the lid portion 6, the shape of the lid portion 6 is rectangular. However, the shape of the lid portion 6 viewed from the above direction is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, or a polygon other than a rectangle. The lid portion 6 may be configured to cover the opening 5a of the rib 5.

図３は、イマージョン回折素子の本体部における分光を説明するための、リブを省略した模式的断面図である。図４は、図３における回折部の拡大図である。図３及び図４においてはハッチングを付していない。 Figure 3 is a schematic cross-sectional view, with ribs omitted, to explain the light dispersion in the main body of the immersion diffraction element. Figure 4 is an enlarged view of the diffraction part in Figure 3. There is no hatching in Figures 3 and 4.

図３に示すように、プリズム部３の第２の面３ｂは、イマージョン回折素子１の入射部である。なお、回折部４は、図４に示す底点部４ｃを含む。より具体的には、回折部４は複数の底点部４ｃを含む。図３に示すように、光Ａは第２の面３ｂから入射し、プリズム部３内を通り、回折部４に至る。そして、光Ａは、回折部４における各第４の面４ａ、各底点部４ｃにおいて反射及び回折されることで分光される。図３中における破線の矢印及び一点鎖線の矢印は、分光された光の例を示す。分光された光は、プリズム部３から出射される。なお、図３中の波状の線により示すように、プリズム部３外における光Ａの波長よりも、プリズム部３内における光Ａの波長は短くなっている。そのため、分光に必要な回折溝４ｄのピッチを短くすることができる。従って、イマージョン回折素子１においては、波長分解能の向上及び小型化を両立させることができる。 3, the second surface 3b of the prism portion 3 is the entrance portion of the immersion diffraction element 1. The diffraction portion 4 includes a bottom point portion 4c shown in FIG. 4. More specifically, the diffraction portion 4 includes a plurality of bottom points 4c. As shown in FIG. 3, light A enters from the second surface 3b, passes through the prism portion 3, and reaches the diffraction portion 4. The light A is then reflected and diffracted at each of the fourth surfaces 4a and each bottom point portion 4c in the diffraction portion 4, and is dispersed. The dashed arrows and the dashed arrows in FIG. 3 show examples of dispersed light. The dispersed light is emitted from the prism portion 3. As shown by the wavy lines in FIG. 3, the wavelength of the light A inside the prism portion 3 is shorter than the wavelength of the light A outside the prism portion 3. Therefore, the pitch of the diffraction grooves 4d required for dispersion can be shortened. Therefore, the immersion diffraction element 1 can achieve both improved wavelength resolution and compactness.

図１に戻り、本実施形態の特徴は、回折部４を囲むようにリブ５が設けられており、かつリブ５上に蓋部６が設けられていることにある。蓋部６及びリブ５によって回折部４が保護されているため、回折部４の表面に異物が付着し難い。よって、長期の使用にわたっても、イマージョン回折素子１による回折に不具合が生じ難い。さらに、回折部４の表面に異物が付着し難いことから、異物を除去するための部材が回折部４に接触することや、回折部４から異物が剥離すること等も生じ難い。従って、回折部４が破損し難い。加えて、イマージョン回折素子１が光学デバイス等に用いられた際、リブ５及び蓋部６によって、回折部４を他の素子との接触から保護することもできる。このように、回折部４はより一層破損し難い。 Returning to FIG. 1, the feature of this embodiment is that a rib 5 is provided so as to surround the diffraction portion 4, and a lid portion 6 is provided on the rib 5. Since the diffraction portion 4 is protected by the lid portion 6 and the rib 5, foreign matter is unlikely to adhere to the surface of the diffraction portion 4. Therefore, even over a long period of use, problems with diffraction by the immersion diffraction element 1 are unlikely to occur. Furthermore, since foreign matter is unlikely to adhere to the surface of the diffraction portion 4, it is unlikely that a member for removing foreign matter will come into contact with the diffraction portion 4, or that foreign matter will peel off from the diffraction portion 4. Therefore, the diffraction portion 4 is unlikely to be damaged. In addition, when the immersion diffraction element 1 is used in an optical device or the like, the rib 5 and the lid portion 6 can also protect the diffraction portion 4 from contact with other elements. In this way, the diffraction portion 4 is even less likely to be damaged.

以下において、イマージョン回折素子１における各部材の材料の例を示す。 Below are examples of materials for each component in the immersion diffraction element 1.

プリズム部３には、例えば、Ｓｉまたはガラスを用いることができる。プリズム部３にガラスを用いる場合、非晶質ガラスを用いてもよい。なお、本明細書において、「非晶質ガラス」とは、粉末Ｘ線回折による測定で、結晶ピークが認められず、ガラス特有のハローパターンが認められるものをいう。非晶質ガラスとして、例えばカルコゲナイドガラスを用いてもよい。非晶質ガラスの組成としては、モル百分率で、Ｔｅ４％～８０％、Ｇｅ０％～５０％（但し０％を含まない）、Ｇａ０～２０％を含有することが好ましい。あるいは、非晶質ガラスの組成としては、モル百分率で、Ｓ５０％～８０％、Ｓｂ０％～４０％（但し０％を含まない）、Ｇｅ０％～１８％（但し０％を含まない）、Ｓｎ０％～２０％、Ｂｉ０％～２０％を含有することが好ましい。 For example, Si or glass can be used for the prism portion 3. When glass is used for the prism portion 3, amorphous glass may be used. In this specification, "amorphous glass" refers to glass that shows no crystal peak and has a halo pattern specific to glass in a powder X-ray diffraction measurement. For example, chalcogenide glass may be used as amorphous glass. The composition of amorphous glass preferably contains, in mole percentages, Te 4% to 80%, Ge 0% to 50% (but not including 0%), and Ga 0 to 20%. Alternatively, the composition of amorphous glass preferably contains, in mole percentages, S 50% to 80%, Sb 0% to 40% (but not including 0%), Ge 0% to 18% (but not including 0%), Sn 0% to 20%, and Bi 0% to 20%.

回折部４には、例えば、プリズム部３の材料の例として挙げたガラスと同様のガラスを用いることができる。なお、回折部４には、プリズム部３の材料の例として挙げた非晶質ガラスと同様の非晶質ガラスを用いることが好ましい。 For example, the diffraction section 4 may be made of glass similar to the glass given as an example of the material for the prism section 3. It is preferable to use amorphous glass similar to the amorphous glass given as an example of the material for the prism section 3 for the diffraction section 4.

リブ５には、例えば、ガラス、セラミック、金属または樹脂を用いることができる。なお、リブ５には、ガラスを用いることが好ましく、プリズム部３の材料の例として挙げた非晶質ガラスと同様の非晶質ガラスを用いることがより好ましい。 The ribs 5 can be made of, for example, glass, ceramic, metal, or resin. It is preferable to use glass for the ribs 5, and it is even more preferable to use amorphous glass similar to the amorphous glass given as an example of the material for the prism portion 3.

蓋部６には、例えば、ガラス、セラミック、金属または樹脂を用いることができる。 The lid 6 can be made of, for example, glass, ceramic, metal or resin.

リブ５を構成する材料と蓋部６を構成する材料との熱膨張係数の差の絶対値が、１７０×１０^－７／℃以下であることが好ましく、１５０×１０^－７／℃以下であることがより好ましい。これにより、温度変化が生じた際に、熱膨張量や熱収縮量の違いにより、リブ５から蓋部６が剥離し難くなる。 The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the material constituting the rib 5 and the material constituting the lid portion 6 is preferably 170×10 ⁻⁷ /° C. or less, and more preferably 150×10 ⁻⁷ /° C. or less, so that when a temperature change occurs, the lid portion 6 is less likely to peel off from the rib 5 due to the difference in the amount of thermal expansion or contraction.

本実施形態のように、プリズム部３及び回折部４が一体として設けられていることが好ましい。この場合には、イマージョン回折素子１は、プリズム部３及び回折部４の界面を有しない。よって、該界面における光の反射は生じないため、光の利用効率を効果的に高めることができる。 As in this embodiment, it is preferable that the prism section 3 and the diffraction section 4 are provided as one unit. In this case, the immersion diffraction element 1 does not have an interface between the prism section 3 and the diffraction section 4. Therefore, light is not reflected at the interface, and the light utilization efficiency can be effectively improved.

回折部４及びリブ５は一体として設けられていることが好ましい。それによって、回折部４及びリブ５を同時に形成することができ、生産性を高めることができる。具体的には、例えば、本体部２の母材としてのプリズムにおける、図１に示す第１の面３ａに相当する面にモールドプレス成型を行うことによって、回折部４及びリブ５を形成すればよい。特に、イマージョン回折素子１を小型にする場合には、回折部４及びリブ５の間の距離は狭くなる。そのため、回折部４及びリブ５を個別に設ける場合には、高精度の位置決めを要する。これに対して、上記のようにモールドプレス成型を用いる場合には、回折部４及びリブ５の間における位置ずれは生じ難い。このように、イマージョン回折素子１を容易に小型にすることができる。 The diffraction portion 4 and the rib 5 are preferably provided as a single unit. This allows the diffraction portion 4 and the rib 5 to be formed simultaneously, improving productivity. Specifically, for example, the diffraction portion 4 and the rib 5 may be formed by mold press molding on the surface of the prism serving as the base material of the main body portion 2, which corresponds to the first surface 3a shown in FIG. 1. In particular, when the immersion diffraction element 1 is made small, the distance between the diffraction portion 4 and the rib 5 becomes narrow. Therefore, when the diffraction portion 4 and the rib 5 are provided separately, high-precision positioning is required. In contrast, when mold press molding is used as described above, misalignment between the diffraction portion 4 and the rib 5 is unlikely to occur. In this way, the immersion diffraction element 1 can be easily made small.

リブ５及び蓋部６は、例えば、オプティカルコンタクトまたは表面活性化接合等の常温接合法により接合することが好ましい。それによって、リブ５及び蓋部６の接合部において残留応力が生じ難く、蓋部６の剥離が生じ難い。上記の場合には、リブ５及び蓋部６は、他の部材を介さずに接合されている。もっとも、リブ５及び蓋部６を接着剤等により接合してもよい。 The rib 5 and the lid 6 are preferably bonded by a room temperature bonding method such as optical contact or surface activation bonding. This makes it difficult for residual stress to occur at the bond between the rib 5 and the lid 6, and makes it difficult for the lid 6 to peel off. In the above case, the rib 5 and the lid 6 are bonded without using any other member. However, the rib 5 and the lid 6 may also be bonded by an adhesive or the like.

上述したように、回折部４及びリブ５は別体として設けられていてもよい。この例を変形例として示す。 As mentioned above, the diffractive portion 4 and the rib 5 may be provided separately. This example is shown as a modified example.

（変形例）
図５に示す第１の実施形態の変形例においては、プリズム部１３の第１の面１３ａ上にリブ１５が設けられている。リブ１５は、回折部４を囲むように設けられている。本変形例においても、第１の実施形態と同様に、イマージョン回折素子による回折に不具合が生じ難く、かつ回折部４が破損し難い。 (Modification)
5, a rib 15 is provided on the first surface 13a of the prism portion 13. The rib 15 is provided so as to surround the diffraction portion 4. In this modification, similar to the first embodiment, problems are unlikely to occur in the diffraction by the immersion diffraction element, and the diffraction portion 4 is unlikely to be damaged.

プリズム部１３及びリブ１５は、オプティカルコンタクトまたは表面活性化接合等の常温接合法により接合することが好ましい。それによって、プリズム部１３及びリブ１５の接合部において残留応力が生じ難く、リブ１５の剥離が生じ難い。上記の場合には、プリズム部１３及びリブ１５は、他の部材を介さずに接合されている。もっとも、プリズム部１３及びリブ１５を接着剤等により接合してもよい。 The prism portion 13 and the rib 15 are preferably bonded by a room temperature bonding method such as optical contact or surface activation bonding. This makes it difficult for residual stress to occur at the bond between the prism portion 13 and the rib 15, and makes it difficult for the rib 15 to peel off. In the above case, the prism portion 13 and the rib 15 are bonded without using any other member. However, the prism portion 13 and the rib 15 may also be bonded by an adhesive or the like.

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。 Second Embodiment
FIG. 6 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a second embodiment of the present invention.

本実施形態は、プリズム部２３と、回折部２４及びリブ５とが別体として設けられている点において、第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態のイマージョン回折素子２１は第１の実施形態のイマージョン回折素子１と同様の構成を有する。 This embodiment differs from the first embodiment in that the prism portion 23 is provided separately from the diffraction portion 24 and the ribs 5. In all other respects, the immersion diffraction element 21 of this embodiment has the same configuration as the immersion diffraction element 1 of the first embodiment.

イマージョン回折素子２１の回折部２４は、板状部材２７を有する。板状部材２７は、回折部形成面２７ａと、接合面２７ｂとを有する。回折部形成面２７ａ及び接合面２７ｂは互いに対向している。回折部形成面２７ａに、複数の回折溝４ｄが周期的に設けられている。これにより、回折部２４が構成されている。回折溝４ｄの形状は、第１の実施形態と同様である。 The diffraction section 24 of the immersion diffraction element 21 has a plate-shaped member 27. The plate-shaped member 27 has a diffraction section forming surface 27a and a joint surface 27b. The diffraction section forming surface 27a and the joint surface 27b face each other. A plurality of diffraction grooves 4d are periodically provided on the diffraction section forming surface 27a. This forms the diffraction section 24. The shape of the diffraction grooves 4d is the same as in the first embodiment.

なお、回折部２４及びリブ５は一体として設けられている。より具体的には、板状部材２７の回折部形成面２７ａ上における、複数の回折溝４ｄが設けられている部分を囲むように、リブ５が設けられている。本実施形態における回折部２４及びリブ５は、例えば、モールドプレス成型によって得ることができる。 The diffraction section 24 and the rib 5 are provided as a single unit. More specifically, the rib 5 is provided so as to surround the portion on the diffraction section forming surface 27a of the plate-shaped member 27 where the multiple diffraction grooves 4d are provided. The diffraction section 24 and the rib 5 in this embodiment can be obtained, for example, by mold press molding.

一方で、プリズム部２３は、第１の面２３ａと、第２の面３ｂと、第３の面３ｃとを有する。第２の面３ｂ及び第３の面３ｃは第１の実施形態と同様に構成されている。第１の面２３ａは、本発明におけるプリズム部の主面である。第１の面２３ａ上に回折部２４が設けられている。より具体的には、第１の面２３ａ及び板状部材２７の接合面２７ｂが接合されている。 On the other hand, the prism portion 23 has a first surface 23a, a second surface 3b, and a third surface 3c. The second surface 3b and the third surface 3c are configured in the same manner as in the first embodiment. The first surface 23a is the main surface of the prism portion in the present invention. A diffraction portion 24 is provided on the first surface 23a. More specifically, the first surface 23a and the bonding surface 27b of the plate-like member 27 are bonded together.

プリズム部２３及び回折部２４は、例えば、オプティカルコンタクトまたは表面活性化接合等の常温接合法により接合すればよい。なお、プリズム部２３及び回折部２４は、オプティカルコンタクトにより接合することが好ましい。これにより、プリズム部２３及び回折部２４の間において空隙が生じることをより確実に抑制することができる。よって、プリズム部２３及び回折部２４の間において反射が生じ難く、光の利用効率をより確実に高めることができる。 The prism section 23 and the diffraction section 24 may be bonded by a room temperature bonding method such as optical contact or surface activation bonding. It is preferable to bond the prism section 23 and the diffraction section 24 by optical contact. This makes it possible to more reliably prevent the occurrence of gaps between the prism section 23 and the diffraction section 24. Therefore, reflection is less likely to occur between the prism section 23 and the diffraction section 24, and the light utilization efficiency can be more reliably improved.

本実施形態においては、プリズム部２３及び回折部２４は他の部材を介さずに接合されている。なお、プリズム部２３及び回折部２４の間に下地膜が設けられていてもよい。下地膜が接合部材として用いられていてもよい。下地膜には、例えばＳｉを用いることができる。 In this embodiment, the prism section 23 and the diffraction section 24 are joined without any other member. A base film may be provided between the prism section 23 and the diffraction section 24. The base film may be used as a joining member. The base film may be made of, for example, Si.

図６に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回折部２４を囲むようにリブ５が設けられており、かつリブ５上に蓋部６が設けられている。蓋部６及びリブ５によって回折部２４が保護されているため、イマージョン回折素子２１による回折に不具合が生じ難く、かつ回折部２４が破損し難い。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, as in the first embodiment, a rib 5 is provided to surround the diffraction portion 24, and a lid portion 6 is provided on the rib 5. Because the diffraction portion 24 is protected by the lid portion 6 and the rib 5, problems with diffraction by the immersion diffraction element 21 are unlikely to occur, and the diffraction portion 24 is unlikely to be damaged.

プリズム部２３を構成する材料と、回折部２４を構成する材料との熱膨張係数の差の絶対値が、１７０×１０^－７／℃以下であることが好ましく、１５０×１０^－７／℃以下であることがより好ましい。それによって、温度変化が生じた際においても、プリズム部２３から回折部２４が剥離し難い。 The absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the material constituting the prism portion 23 and the material constituting the diffraction portion 24 is preferably 170×10 ⁻⁷ /° C. or less, and more preferably 150×10 ⁻⁷ /° C. or less. This makes it difficult for the diffraction portion 24 to peel off from the prism portion 23 even when a temperature change occurs.

プリズム部２３を構成する材料と、回折部２４を構成する材料との波長１０μｍにおける屈折率差の絶対値が、０．３以下であることが好ましく、０．２５以下であることがより好ましい。この場合には、プリズム部２３及び回折部２４の界面における光の反射が抑制されるため、光の利用効率を高めることができる。 The absolute value of the refractive index difference at a wavelength of 10 μm between the material constituting the prism section 23 and the material constituting the diffraction section 24 is preferably 0.3 or less, and more preferably 0.25 or less. In this case, the reflection of light at the interface between the prism section 23 and the diffraction section 24 is suppressed, thereby improving the light utilization efficiency.

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係るイマージョン回折素子の断面図である。 Third Embodiment
FIG. 7 is a cross-sectional view of an immersion diffraction element according to a third embodiment of the present invention.

本実施形態は、プリズム部３の第２の面３ｂに反射防止膜３８が設けられている点、及び回折部４の表面が反射膜３９によって覆われている点において、第１の実施形態と異なる。具体的には、反射膜３９は、回折部４の第４の面４ａ及び第５の面４ｂを覆っている。上記の点以外においては、本実施形態のイマージョン回折素子３１は第１の実施形態のイマージョン回折素子１と同様の構成を有する。 This embodiment differs from the first embodiment in that an anti-reflection film 38 is provided on the second surface 3b of the prism portion 3, and the surface of the diffraction portion 4 is covered with a reflective film 39. Specifically, the reflective film 39 covers the fourth surface 4a and the fifth surface 4b of the diffraction portion 4. Other than the above, the immersion diffraction element 31 of this embodiment has the same configuration as the immersion diffraction element 1 of the first embodiment.

プリズム部３の第２の面３ｂは、イマージョン回折素子３１における入射部である。該入射部に反射防止膜３８が設けられていることにより、入射光が反射され難い。よって、光の利用効率を高めることができる。なお、反射防止膜３８はＧｅ、Ｓｉ、フッ化物、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びダイヤモンドライクカーボンから選択される少なくとも１種以上からなることが好ましい。 The second surface 3b of the prism portion 3 is the incident portion of the immersion diffraction element 31. The anti-reflection film 38 is provided on the incident portion, so that the incident light is less likely to be reflected. This can improve the light utilization efficiency. The anti-reflection film 38 is preferably made of at least one selected from Ge, Si, fluoride, ZnSe, ZnS, and diamond-like carbon.

上記のように、回折部４の表面は反射膜３９によって覆われている。これによって、プリズム部３に入射した光を、回折部４においてより確実に反射させることができ、より確実に分光させることができる。反射膜３９には、例えば、Ａｕ等の金属を用いることができ、Ａｕの下地膜としてＳｉを用いてもよい。この場合には、入射光の反射及び分光を容易に、かつより確実に行うことができる。 As described above, the surface of the diffraction section 4 is covered with a reflective film 39. This allows the light incident on the prism section 3 to be more reliably reflected by the diffraction section 4, and more reliably split. The reflective film 39 can be made of a metal such as Au, and Si can be used as an undercoat for Au. In this case, the reflection and splitting of the incident light can be performed easily and more reliably.

加えて、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回折部４を囲むようにリブ５が設けられており、かつリブ５上に蓋部６が設けられている。蓋部６及びリブ５によって回折部４が保護されているため、イマージョン回折素子３１による回折に不具合が生じ難く、かつ回折部４が破損し難い。 In addition, in this embodiment, as in the first embodiment, a rib 5 is provided to surround the diffraction section 4, and a lid section 6 is provided on the rib 5. Because the diffraction section 4 is protected by the lid section 6 and the rib 5, problems with diffraction by the immersion diffraction element 31 are unlikely to occur, and the diffraction section 4 is unlikely to be damaged.

１…イマージョン回折素子
２…本体部
３…プリズム部
３ａ～３ｃ…第１～第３の面
４…回折部
４ａ，４ｂ…第４，第５の面
４ｃ…底点部
４ｄ…回折溝
５…リブ
５ａ…開口部
５ｂ…開口端面部
６…蓋部
１３…プリズム部
１３ａ…第１の面
１５…リブ
２１…イマージョン回折素子
２３…プリズム部
２３ａ…第１の面
２４…回折部
２７…板状部材
２７ａ…回折部形成面
２７ｂ…接合面
３１…イマージョン回折素子
３８…反射防止膜
３９…反射膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Immersion diffraction element 2...Main body 3...Prism portions 3a to 3c...First to third surfaces 4...Diffraction portion 4a, 4b...Fourth and fifth surfaces 4c...Bottom point portion 4d...Diffraction groove 5...Rib 5a...Opening 5b...Open end surface 6...Cover portion 13...Prism portion 13a...First surface 15...Rib 21...Immersion diffraction element 23...Prism portion 23a...First surface 24...Diffraction portion 27...Plate-shaped member 27a...Diffraction portion forming surface 27b...Joint surface 31...Immersion diffraction element 38...Anti-reflection film 39...Reflection film

Claims

A main body portion having a diffractive portion and a rib provided so as to surround the diffractive portion;
A lid portion that is separate from the rib and is provided on the rib;
Equipped with
the main body portion includes a prism portion having a main surface,
the diffractive portion and the rib are provided on the main surface of the prism portion,
When viewed from a normal direction of the main surface of the prism portion, the rib is located inside an outer circumferential edge of the main surface,
An immersion diffraction element, wherein the prism portion, the diffraction portion, and the ribs are integrally provided.

2. The immersion diffraction element according to claim 1, wherein an absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between a material constituting said ribs and a material constituting said lid portion is 170×10 ⁻⁷ /° C. or less.

The immersion diffraction element according to claim 1 or 2, wherein the diffractive portion is made of amorphous glass.

4. The immersion diffraction element according to claim 1, wherein the ribs are made of amorphous glass.

The immersion diffraction element according to any one of claims 1 to 4, wherein the cover is made of glass, ceramic, metal or resin.