光束分割素子
【課題】 従来の光束分割素子は、回折効率が前者の実施例で７０％〜８５％、後者の実施例で８１％と低い値に止まっており、入射光の強度を十分有効に利用することができず、光エネルギーのロスが大きいという課題がある。
【解決手段】 帯状の基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...を、そのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成し、隣接する基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、この位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすよう設定されている。
【解決手段】 帯状の基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...を、そのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成し、隣接する基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、この位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすよう設定されている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、グレーティング型の光束分割素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のグレーティング型の光束分割素子は、例えば特開平５−３２３１１０号公報、特開平７−２２５３０５号公報に開示されている。これらの公報には、単一の位相高さを持つ不均等幅の矩形パターンを利用して奇数本、あるいは偶数本の回折光を得る光束分割素子が開示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した公報に記載された従来の光束分割素子は、回折効率が前者の実施例で７０％〜８５％、後者の実施例で８１％と低い値に止まっており、入射光の強度を十分有効に利用することができず、光エネルギーのロスが大きいという課題がある。
【０００４】なお、上記の特開平７−２２５３０５号公報にも記載されるように、コンピュータに接続される光記録装置、あるいは、光コンピュータの分野では、ディジタル演算の単位が１バイト、すなわち８ビットであり、演算の基本が一般に偶数ビット単位であるため、これらの分野で利用される光記録装置、あるいは光コンピュータにおいても、偶数本の光が利用される場合がある。したがって、光束分割素子も光を偶数本に分割することができれば、入射光の強度を無駄にすることなく有効に利用することができる。
【０００５】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、偶数本の回折光を発生する光束分割素子であって、回折効率を従来の素子よりも高めることができる光束分割素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるグレーティング型の光束分割素子は、上記の目的を達成させるため、帯状の基準位相パターンを、そのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成し、隣接する基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、この位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光束分割素子の実施形態を説明する。図１は実施形態の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示す拡大図、図２は素子全体を示す斜視図である。
【０００８】この発明の光束分割素子の回折パターンの形成された部分は、図１に拡大して示されるように、ｘ方向に延びる帯状の基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...が基板Ｂ上に等ピッチでｙ方向に多数並列して形成される。基板Ｂは、基準パターンＰも含めて透明な樹脂材料、またはガラス材料で形成されており、入射光を回折させて複数の光束に分割する透過型のグレーティング型光束分割素子である。
【０００９】それぞれの基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...は、ｙ方向においてそのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、すなわち、二値ではなく多値の値を持つよう、しかも、このピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成されている。また、隣接する基準位相パターンの間では、すなわちパターンＰ1とＰ2との間、パターンＰ2とＰ3との間では、ΔＰの位相ギャップが形成され、この位相ギャップΔＰは、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすよう設定されている。
【００１０】基準位相パターンのサイズは、例えば、０．０１２５ラジアンおきに８本の回折光に分割する場合、使用波長を４８８ｎｍとすると、ｙ方向のピッチは約４０μm、段差は基板の屈折率を１．５として高低のピーク間で約１μmとなる。なお、図１に示される基準位相パターンの形状は、後述する実施例３の基準位相パターンを利用して形成されている。
【００１１】上記のような構成によると、偶数本の回折光を効率よく発生させることができる。一般に回折格子を用いると、回折光は０次回折光(透過光)を中心にプラスマイナスの回折光が対称的に現れて全体として奇数本の回折光が得られる。発明の光束分割素子では、基準パターンの位相分布を非対称にすることにより、上記の奇数本の回折光の対称性を崩し、偶数本の回折光の発生を可能としている。また、多値の位相分布を与えることにより、回折効率を高め、入射光のエネルギーを有効に利用することを可能としている。
【００１２】実施形態の光束分割素子１０は、全体的に見ると、図２に示されるように、円筒の一部を切り欠いた形状に形成されており、破線で示される円Ｃ1，Ｃ2を断面とする円柱に沿って形成された内側の凹状の円柱面１１に、周方向に沿って延びる基準位相パターンが母線方向に沿って複数並列して回折パターン部１２が形成されている。
【００１３】実施形態のように位相差が非線形に変化するような複雑な位相パターンを持つ回折格子は、干渉法や、干渉法により得られたパターンをマスクとするエッチング法では正確に刻むことができない。そこで、ここでは、機械刻線法によりマスターとなる金型を作成し、その刻線されたマスターのパターンを樹脂や光学ガラスに転写することにより光束分割素子を作成する。
【００１４】また、機械刻線法によりマスターを形成する場合にも、平面上に位相パターンを形成するためには、この平面に平行な面内の直交２軸方向と、平面に垂直な高さ方向との全部で３次元の方向に対してバイトと金型とを相対的に駆動制御しなければならず、加工に時間がかかる上、３次元の制御で波長オーダーの精密なパターンを刻むためには駆動装置のコストが高くなる。実施形態では、形成される位相パターンが、図１に示されるように、その高さがｙ方向に沿ってのみ変化し、ｘ方向については同一であることに着目し、ｘ方向を円周方向とする円柱面上に位相パターンを形成するよう構成している。
【００１５】図３に示されるように、ｙ方向に移動可能な旋盤２０の回転軸２１に円柱状の金型３０を取り付け、ｙ方向に直交するｚ方向に移動可能なスライドテーブル２２にバイト２３を固定する。金型３０をＲｘ方向に回転させつつｙ方向に微少量づつ送り、目的とする位相パターンの形状に合わせてバイト２３と金型３０との距離が変化するようスライドテーブル２２をｚ方向に移動制御する。このような制御により、金型３０の表面には、位相パターンの反転形状となる位相パターンのマスターが円周方向Ｒｘに沿った帯状に刻線される。すなわち、Ｒｘ方向については、何れの位置でも位相パターンの高さは同一であるため位置の制御は不要である。
【００１６】この方法によれば、バイトと金型との相対的な位置を回転軸方向ｙと回転軸に近接、離反するｚ方向の二次元方向に制御するのみで金型を加工することができ、比較的簡単な制御で実施形態のように位相パターンが多値、非線形の複雑な位相差を持つグレーティングパターンのマスターを形成することができる。
【００１７】光束分割素子１０は、位相パターンのマスターが形成された金型３０を成形機にセットしてＰＭＭＡ等の光学樹脂を基材として成形することにより、金型の位相パターンのマスターが光学樹脂に転写され、所定の位相パターンを有するグレーティング型の光束分割素子を形成することができる。
【００１８】
【実施例】次に、上記の実施形態に基づく具体的な実施例である光束分割素子の構成例を１２例説明する。実施例１は入射光束を４つの回折光に分割する素子、実施例２〜５は入射光を８つの回折光に分割する素子、実施例６〜１２は入射光束を１６の回折光に分割する素子の例である。
【００１９】各実施例の基準位相パターンは、光束を所定の本数(４，８，１６本)に分割するときに、(1)分割された各光束の強度が同一になるようにすること、(2)目的とする分割数以外の位置に余分な光が出ないようにすること、という２つの条件を満たすよう最適化することにより求められた形状である。
【００２０】
【実施例１】表１は、実施例１の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。この表では、基準位相パターンの１ピッチを図１のｙ方向、すなわち位相パターンの並列方向に沿って０〜６３の６４の座標に等分割し、各座標での相対的な形状を光の位相差として示しており、その単位はラジアンである。実形状は、座標０の点からのｚ方向の距離として表される場合、空気中での使用を前提とすると、使用波長をλ、素子の屈折率をｎとして、位相×λ/(２π(ｎ−１))により求められる。図４は、表１に示される実施例１の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフであり、縦軸が位相差、横軸が座標である。実施例１では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.00πである。位相ギャップは、座標０の位相と座標６３の位相との差として求められる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【実施例２】表２は、実施例２の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図５は、表２に示される実施例２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例２では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.75πである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【実施例３】表３は、実施例３の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図６は、表３に示される実施例３の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例３では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.99πである。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【実施例４】表４は、実施例４の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図７は、表４に示される実施例４の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例４では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.99πである。
【００２７】
【表４】
【００２８】
【実施例５】表５は、実施例５の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図８は、表５に示される実施例５の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例５では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.00πである。
【００２９】
【表５】
【００３０】
【実施例６】表６は、実施例６の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図９は、表６に示される実施例６の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例６では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.01πである。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【実施例７】表７は、実施例７の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１０は、表７に示される実施例７の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例７では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.98πである。
【００３３】
【表７】
【００３４】
【実施例８】表８は、実施例８の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１１は、表８に示される実施例８の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例８では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.14πである。
【００３５】
【表８】
【００３６】
【実施例９】表９は、実施例９の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１２は、表９に示される実施例９の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例９では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.86πである。
【００３７】
【表９】
【００３８】
【実施例１０】表１０は、実施例１０の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１３は、表１０に示される実施例２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１０では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.07πである。
【００３９】
【表１０】
【００４０】
【実施例１１】表１１は、実施例１１の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１４は、表１１に示される実施例１１の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１１では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.04πである。
【００４１】
【表１１】
【００４２】
【実施例１２】表１２は、実施例１２の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１５は、表１２に示される実施例１２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１２では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.98πである。
【００４３】
【表１２】
【００４４】以下の表１３、１４は、上述の実施例１〜１２の光束分割素子の光束分割性能を示す数値であり、入射光の強度を１として、分割された各光束の光量を次数毎に示している。回折効率は、各実施例が目的とする分割数の回折光の強度が入射光束の強度に占める割合を示し、例えば実施例１では−１次〜＋２次の４つの回折光強度の合計が、実施例２では−３次〜＋４次の８つの回折光強度の合計が、それぞれ入射光束の強度１に占める割合を示す。なお、表１３、１４に示される各実施例の回折光の強度分布は、図１６〜図２７のグラフにそれぞれ示されている。これらのグラフで、横軸は回折光の次数、縦軸は入射光の強度を１としたときの各次数の回折光の強度を示す。また、以下の結果に対し、入射光の入射面は、図２における光束分割素子１０の凹面凸面のどちらであるかを問わない。
【００４５】
【表１３】
次数 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ -10 0.00097 0.00396 0.00162 0.00142 0.00142 0.00123 -9 0.00113 0.00850 0.00503 0.00526 0.00136 0.00568 -8 0.00126 0.00762 0.00528 0.00273 0.00244 0.00207 -7 0.00207 0.00171 0.00186 0.00440 0.00068 0.05752 -6 0.00257 0.00093 0.00023 0.00048 0.00513 0.05869 -5 0.00201 0.00156 0.00039 0.00091 0.00011 0.05867 -4 0.00874 0.00584 0.00316 0.00175 0.00007 0.05900 -3 0.01013 0.11779 0.11830 0.11805 0.12016 0.05797 -2 0.00226 0.11917 0.11781 0.11865 0.11955 0.05872 -1 0.22965 0.11753 0.11965 0.11949 0.12001 0.05928 0 0.23019 0.11745 0.11878 0.11879 0.12056 0.05975 1 0.23039 0.11841 0.11876 0.11903 0.12045 0.05970 2 0.22923 0.11717 0.11962 0.11942 0.11997 0.05907 3 0.00231 0.11643 0.11770 0.11859 0.11957 0.05875 4 0.01049 0.11663 0.11824 0.11794 0.12017 0.05798 5 0.00898 0.00126 0.00320 0.00174 0.00004 0.05911 6 0.00213 0.00462 0.00046 0.00092 0.00019 0.05861 7 0.00282 0.00004 0.00022 0.00056 0.00550 0.05882 8 0.00225 0.00227 0.00184 0.00444 0.00073 0.05750 9 0.00137 0.00003 0.00521 0.00279 0.00263 0.00253 10 0.00133 0.00397 0.00499 0.00527 0.00158 0.00658 回折効率 91.95% 94.06% 94.89% 95.00% 96.04% 93.91%
【００４６】
【表１４】
次数 実施例７ 実施例８ 実施例９ 実施例10 実施例11 実施例12 -10 0.00165 0.00019 0.00024 0.00004 0.00052 0.00020 -9 0.00089 0.00053 0.00002 0.00106 0.00117 0.00017 -8 0.00457 0.00028 0.00292 0.00098 0.00028 0.00092 -7 0.06045 0.05997 0.06068 0.06070 0.06086 0.06125 -6 0.06056 0.06019 0.06117 0.06027 0.06086 0.06103 -5 0.06008 0.06018 0.06126 0.06076 0.06076 0.06091 -4 0.06037 0.05995 0.06077 0.06038 0.06097 0.06116 -3 0.06089 0.06015 0.06083 0.06078 0.06078 0.06105 -2 0.06033 0.06017 0.06074 0.06065 0.06085 0.06115 -1 0.06028 0.06058 0.06070 0.06044 0.06101 0.06122 0 0.06020 0.06056 0.06061 0.06092 0.06116 0.06107 1 0.06023 0.06050 0.06051 0.06082 0.06092 0.06105 2 0.06022 0.06060 0.06043 0.06087 0.06099 0.06118 3 0.06041 0.06108 0.06063 0.06111 0.06106 0.06115 4 0.06087 0.06074 0.06066 0.06119 0.06100 0.06095 5 0.06037 0.06055 0.06053 0.06127 0.06107 0.06110 6 0.06008 0.06092 0.06091 0.06057 0.06129 0.06093 7 0.06055 0.06035 0.06083 0.06116 0.06104 0.06102 8 0.06041 0.06129 0.06032 0.06099 0.06120 0.06118 9 0.00463 0.00144 0.00115 0.00113 0.00173 0.00111 10 0.00086 0.00187 0.00028 0.00021 0.00035 0.00026 回折効率 96.63% 96.78% 97.16% 97.29% 97.58% 97.74%
【００４７】表１３、１４に示されるように、各実施例によれば、回折効率を最低でも約９１％、最大では約９８％にまで高めることができる。
【００４８】以下の表１５、１６には、各実施例の目的とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合がパーセントで示されている。４つの回折光を得る実施例１の場合には、入射光の強度を１としたときの各回折光の強度の理想値は０．２５であるが、−１次光の実際の強度は０．２２９６５であるため、理想値に対する割合は９２％となる。同様に、８つの回折光を得る実施例２〜４の場合には、理想強度は０．１２５、１６の回折光を得る実施例６〜１２の場合には理想強度は０．０６２５となる。
【００４９】
【表１５】
次数 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ -7 − − − − − 92% -6 − − − − − 94% -5 − − − − − 94% -4 − − − − − 94% -3 − 94% 95% 94% 96% 93% -2 − 95% 94% 95% 96% 94% -1 92% 94% 96% 96% 96% 95% 0 92% 94% 95% 95% 96% 96% 1 92% 95% 95% 95% 96% 96% 2 92% 94% 96% 96% 96% 95% 3 − 93% 94% 95% 96% 94% 4 − 93% 95% 94% 96% 93% 5 − − − − − 95% 6 − − − − − 94% 7 − − − − − 94% 8 − − − − − 92% 差 0% 2% 2% 1% 0% 4%
【００５０】
【表１６】
次数 実施例７ 実施例８ 実施例９ 実施例10 実施例11 実施例12 -7 97% 96% 97% 97% 97% 98% -6 97% 96% 98% 96% 97% 98% -5 96% 96% 98% 97% 97% 97% -4 97% 96% 97% 97% 98% 98% -3 97% 96% 97% 97% 97% 98% -2 97% 96% 97% 97% 97% 98% -1 96% 97% 97% 97% 98% 98% 0 96% 97% 97% 97% 98% 98% 1 96% 97% 97% 97% 97% 98% 2 96% 97% 97% 97% 98% 98% 3 97% 98% 97% 98% 98% 98% 4 97% 97% 97% 98% 98% 98% 5 97% 97% 97% 98% 98% 98% 6 96% 97% 97% 97% 98% 97% 7 97% 97% 97% 98% 98% 98% 8 97% 98% 97% 98% 98% 98% 差 1% 2% 1% 2% 1% 1%
【００５１】上記の表１５、１６に示されるように、目的とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合は、全ての実施例を通じて９２％〜９８％であり、各実施例毎の割合の最大値と最小値との差は、パーセント表示で０ポイント〜４ポイントである。これらの結果から、何れの実施例においても、各回折光に入射光のエネルギーがほぼ均等に振り分けられていることが理解できる。また、上記実施例では、位相基準パターンの形状は、図１からもわかるように、図２の円柱面１１に対して凸である。すなわち、各実施例は、各位相基準パターンについて、その形状が最も低くなる点を基準点とし、そこから凸となる方向を正として表している。しかしながら、本発明では、上記各実施例に関して、基準点から凹となる方向を正としても構わない。この場合、上記実施例の基準点は、各位相基準パターンにおいて最も高い点となる。
【００５２】なお、上記の性能は、基準位相パターンが設計値通りに形成された場合の性能であり、パターンに誤差がある場合には、性能は劣化する。回折効率のバラツキを約１０％以下に抑えようとした場合、許容される位相誤差は２％程度となる。例えば、段差が１μmの場合には、０．０２μmの精度で基準位相パターンを形成する必要がある。許容誤差幅を広げるためには、例えば位相パターンが形成された部分とその周囲の媒質との屈折率差を小さくし、基準位相パターンの実形状のスケールを拡大する手法を採用できる。すなわち、位相パターンにより所定の位相差をあたえる場合、屈折率差が大きければ、段差は小さくとも良いが、屈折率差が小さい場合には同一の位相差をあたえるために必要な段差が大きくなる。したがって、要求される形状の精度(加工精度)を緩和することができる。屈折率差を小さくするためには、例えば、位相パターンが形成された面をパターン部分に近い屈折率を持つマッチング液に接するように液層を設ければよい。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、基準位相パターンをそのピッチ内で与えられる位相差が非線形に変化するよう形成したことにより、また、このピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成したことにより、従来より高い回折効率で入射光を偶数本の回折光に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の光束分割素子の位相パターンを拡大して示す拡大斜視図である。
【図２】 実施形態の光束分割素子の全体構成を示す斜視図である。
【図３】 実施形態の光束分割素子を作成する方法を示す斜視図である。
【図４】 実施例１の４分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図５】 実施例２の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図６】 実施例３の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図７】 実施例４の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図８】 実施例５の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図９】 実施例６の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１０】 実施例７の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１１】 実施例８の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１２】 実施例９の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１３】 実施例１０の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１４】 実施例１１の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１５】 実施例１２の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１６】 実施例１の４分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１７】 実施例２の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１８】 実施例３の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１９】 実施例４の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２０】 実施例５の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２１】 実施例６の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２２】 実施例７の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２３】 実施例８の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２４】 実施例９の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２５】 実施例１０の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２６】 実施例１１の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２７】 実施例１２の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｐ1，Ｐ2，... 基準位相パターン
Ｂ 基板
１０ 光束分割素子
１２ 回折パターン部
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、グレーティング型の光束分割素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のグレーティング型の光束分割素子は、例えば特開平５−３２３１１０号公報、特開平７−２２５３０５号公報に開示されている。これらの公報には、単一の位相高さを持つ不均等幅の矩形パターンを利用して奇数本、あるいは偶数本の回折光を得る光束分割素子が開示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した公報に記載された従来の光束分割素子は、回折効率が前者の実施例で７０％〜８５％、後者の実施例で８１％と低い値に止まっており、入射光の強度を十分有効に利用することができず、光エネルギーのロスが大きいという課題がある。
【０００４】なお、上記の特開平７−２２５３０５号公報にも記載されるように、コンピュータに接続される光記録装置、あるいは、光コンピュータの分野では、ディジタル演算の単位が１バイト、すなわち８ビットであり、演算の基本が一般に偶数ビット単位であるため、これらの分野で利用される光記録装置、あるいは光コンピュータにおいても、偶数本の光が利用される場合がある。したがって、光束分割素子も光を偶数本に分割することができれば、入射光の強度を無駄にすることなく有効に利用することができる。
【０００５】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、偶数本の回折光を発生する光束分割素子であって、回折効率を従来の素子よりも高めることができる光束分割素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるグレーティング型の光束分割素子は、上記の目的を達成させるため、帯状の基準位相パターンを、そのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成し、隣接する基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、この位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光束分割素子の実施形態を説明する。図１は実施形態の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示す拡大図、図２は素子全体を示す斜視図である。
【０００８】この発明の光束分割素子の回折パターンの形成された部分は、図１に拡大して示されるように、ｘ方向に延びる帯状の基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...が基板Ｂ上に等ピッチでｙ方向に多数並列して形成される。基板Ｂは、基準パターンＰも含めて透明な樹脂材料、またはガラス材料で形成されており、入射光を回折させて複数の光束に分割する透過型のグレーティング型光束分割素子である。
【０００９】それぞれの基準位相パターンＰ1，Ｐ2，...は、ｙ方向においてそのピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、すなわち、二値ではなく多値の値を持つよう、しかも、このピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成されている。また、隣接する基準位相パターンの間では、すなわちパターンＰ1とＰ2との間、パターンＰ2とＰ3との間では、ΔＰの位相ギャップが形成され、この位相ギャップΔＰは、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすよう設定されている。
【００１０】基準位相パターンのサイズは、例えば、０．０１２５ラジアンおきに８本の回折光に分割する場合、使用波長を４８８ｎｍとすると、ｙ方向のピッチは約４０μm、段差は基板の屈折率を１．５として高低のピーク間で約１μmとなる。なお、図１に示される基準位相パターンの形状は、後述する実施例３の基準位相パターンを利用して形成されている。
【００１１】上記のような構成によると、偶数本の回折光を効率よく発生させることができる。一般に回折格子を用いると、回折光は０次回折光(透過光)を中心にプラスマイナスの回折光が対称的に現れて全体として奇数本の回折光が得られる。発明の光束分割素子では、基準パターンの位相分布を非対称にすることにより、上記の奇数本の回折光の対称性を崩し、偶数本の回折光の発生を可能としている。また、多値の位相分布を与えることにより、回折効率を高め、入射光のエネルギーを有効に利用することを可能としている。
【００１２】実施形態の光束分割素子１０は、全体的に見ると、図２に示されるように、円筒の一部を切り欠いた形状に形成されており、破線で示される円Ｃ1，Ｃ2を断面とする円柱に沿って形成された内側の凹状の円柱面１１に、周方向に沿って延びる基準位相パターンが母線方向に沿って複数並列して回折パターン部１２が形成されている。
【００１３】実施形態のように位相差が非線形に変化するような複雑な位相パターンを持つ回折格子は、干渉法や、干渉法により得られたパターンをマスクとするエッチング法では正確に刻むことができない。そこで、ここでは、機械刻線法によりマスターとなる金型を作成し、その刻線されたマスターのパターンを樹脂や光学ガラスに転写することにより光束分割素子を作成する。
【００１４】また、機械刻線法によりマスターを形成する場合にも、平面上に位相パターンを形成するためには、この平面に平行な面内の直交２軸方向と、平面に垂直な高さ方向との全部で３次元の方向に対してバイトと金型とを相対的に駆動制御しなければならず、加工に時間がかかる上、３次元の制御で波長オーダーの精密なパターンを刻むためには駆動装置のコストが高くなる。実施形態では、形成される位相パターンが、図１に示されるように、その高さがｙ方向に沿ってのみ変化し、ｘ方向については同一であることに着目し、ｘ方向を円周方向とする円柱面上に位相パターンを形成するよう構成している。
【００１５】図３に示されるように、ｙ方向に移動可能な旋盤２０の回転軸２１に円柱状の金型３０を取り付け、ｙ方向に直交するｚ方向に移動可能なスライドテーブル２２にバイト２３を固定する。金型３０をＲｘ方向に回転させつつｙ方向に微少量づつ送り、目的とする位相パターンの形状に合わせてバイト２３と金型３０との距離が変化するようスライドテーブル２２をｚ方向に移動制御する。このような制御により、金型３０の表面には、位相パターンの反転形状となる位相パターンのマスターが円周方向Ｒｘに沿った帯状に刻線される。すなわち、Ｒｘ方向については、何れの位置でも位相パターンの高さは同一であるため位置の制御は不要である。
【００１６】この方法によれば、バイトと金型との相対的な位置を回転軸方向ｙと回転軸に近接、離反するｚ方向の二次元方向に制御するのみで金型を加工することができ、比較的簡単な制御で実施形態のように位相パターンが多値、非線形の複雑な位相差を持つグレーティングパターンのマスターを形成することができる。
【００１７】光束分割素子１０は、位相パターンのマスターが形成された金型３０を成形機にセットしてＰＭＭＡ等の光学樹脂を基材として成形することにより、金型の位相パターンのマスターが光学樹脂に転写され、所定の位相パターンを有するグレーティング型の光束分割素子を形成することができる。
【００１８】
【実施例】次に、上記の実施形態に基づく具体的な実施例である光束分割素子の構成例を１２例説明する。実施例１は入射光束を４つの回折光に分割する素子、実施例２〜５は入射光を８つの回折光に分割する素子、実施例６〜１２は入射光束を１６の回折光に分割する素子の例である。
【００１９】各実施例の基準位相パターンは、光束を所定の本数(４，８，１６本)に分割するときに、(1)分割された各光束の強度が同一になるようにすること、(2)目的とする分割数以外の位置に余分な光が出ないようにすること、という２つの条件を満たすよう最適化することにより求められた形状である。
【００２０】
【実施例１】表１は、実施例１の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。この表では、基準位相パターンの１ピッチを図１のｙ方向、すなわち位相パターンの並列方向に沿って０〜６３の６４の座標に等分割し、各座標での相対的な形状を光の位相差として示しており、その単位はラジアンである。実形状は、座標０の点からのｚ方向の距離として表される場合、空気中での使用を前提とすると、使用波長をλ、素子の屈折率をｎとして、位相×λ/(２π(ｎ−１))により求められる。図４は、表１に示される実施例１の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフであり、縦軸が位相差、横軸が座標である。実施例１では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.00πである。位相ギャップは、座標０の位相と座標６３の位相との差として求められる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【実施例２】表２は、実施例２の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図５は、表２に示される実施例２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例２では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.75πである。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【実施例３】表３は、実施例３の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図６は、表３に示される実施例３の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例３では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.99πである。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【実施例４】表４は、実施例４の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図７は、表４に示される実施例４の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例４では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.99πである。
【００２７】
【表４】
【００２８】
【実施例５】表５は、実施例５の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図８は、表５に示される実施例５の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例５では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.00πである。
【００２９】
【表５】
【００３０】
【実施例６】表６は、実施例６の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図９は、表６に示される実施例６の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例６では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.01πである。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【実施例７】表７は、実施例７の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１０は、表７に示される実施例７の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例７では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.98πである。
【００３３】
【表７】
【００３４】
【実施例８】表８は、実施例８の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１１は、表８に示される実施例８の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例８では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.14πである。
【００３５】
【表８】
【００３６】
【実施例９】表９は、実施例９の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１２は、表９に示される実施例９の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例９では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.86πである。
【００３７】
【表９】
【００３８】
【実施例１０】表１０は、実施例１０の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１３は、表１０に示される実施例２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１０では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.07πである。
【００３９】
【表１０】
【００４０】
【実施例１１】表１１は、実施例１１の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１４は、表１１に示される実施例１１の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１１では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは1.04πである。
【００４１】
【表１１】
【００４２】
【実施例１２】表１２は、実施例１２の光束分割素子に用いられる基準位相パターンの形状を示す。図１５は、表１２に示される実施例１２の光束分割素子の基準位相パターンの形状を示すグラフである。実施例１２では、隣接する基準位相パターン間の位相ギャップΔＰは0.98πである。
【００４３】
【表１２】
【００４４】以下の表１３、１４は、上述の実施例１〜１２の光束分割素子の光束分割性能を示す数値であり、入射光の強度を１として、分割された各光束の光量を次数毎に示している。回折効率は、各実施例が目的とする分割数の回折光の強度が入射光束の強度に占める割合を示し、例えば実施例１では−１次〜＋２次の４つの回折光強度の合計が、実施例２では−３次〜＋４次の８つの回折光強度の合計が、それぞれ入射光束の強度１に占める割合を示す。なお、表１３、１４に示される各実施例の回折光の強度分布は、図１６〜図２７のグラフにそれぞれ示されている。これらのグラフで、横軸は回折光の次数、縦軸は入射光の強度を１としたときの各次数の回折光の強度を示す。また、以下の結果に対し、入射光の入射面は、図２における光束分割素子１０の凹面凸面のどちらであるかを問わない。
【００４５】
【表１３】
次数 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ -10 0.00097 0.00396 0.00162 0.00142 0.00142 0.00123 -9 0.00113 0.00850 0.00503 0.00526 0.00136 0.00568 -8 0.00126 0.00762 0.00528 0.00273 0.00244 0.00207 -7 0.00207 0.00171 0.00186 0.00440 0.00068 0.05752 -6 0.00257 0.00093 0.00023 0.00048 0.00513 0.05869 -5 0.00201 0.00156 0.00039 0.00091 0.00011 0.05867 -4 0.00874 0.00584 0.00316 0.00175 0.00007 0.05900 -3 0.01013 0.11779 0.11830 0.11805 0.12016 0.05797 -2 0.00226 0.11917 0.11781 0.11865 0.11955 0.05872 -1 0.22965 0.11753 0.11965 0.11949 0.12001 0.05928 0 0.23019 0.11745 0.11878 0.11879 0.12056 0.05975 1 0.23039 0.11841 0.11876 0.11903 0.12045 0.05970 2 0.22923 0.11717 0.11962 0.11942 0.11997 0.05907 3 0.00231 0.11643 0.11770 0.11859 0.11957 0.05875 4 0.01049 0.11663 0.11824 0.11794 0.12017 0.05798 5 0.00898 0.00126 0.00320 0.00174 0.00004 0.05911 6 0.00213 0.00462 0.00046 0.00092 0.00019 0.05861 7 0.00282 0.00004 0.00022 0.00056 0.00550 0.05882 8 0.00225 0.00227 0.00184 0.00444 0.00073 0.05750 9 0.00137 0.00003 0.00521 0.00279 0.00263 0.00253 10 0.00133 0.00397 0.00499 0.00527 0.00158 0.00658 回折効率 91.95% 94.06% 94.89% 95.00% 96.04% 93.91%
【００４６】
【表１４】
次数 実施例７ 実施例８ 実施例９ 実施例10 実施例11 実施例12 -10 0.00165 0.00019 0.00024 0.00004 0.00052 0.00020 -9 0.00089 0.00053 0.00002 0.00106 0.00117 0.00017 -8 0.00457 0.00028 0.00292 0.00098 0.00028 0.00092 -7 0.06045 0.05997 0.06068 0.06070 0.06086 0.06125 -6 0.06056 0.06019 0.06117 0.06027 0.06086 0.06103 -5 0.06008 0.06018 0.06126 0.06076 0.06076 0.06091 -4 0.06037 0.05995 0.06077 0.06038 0.06097 0.06116 -3 0.06089 0.06015 0.06083 0.06078 0.06078 0.06105 -2 0.06033 0.06017 0.06074 0.06065 0.06085 0.06115 -1 0.06028 0.06058 0.06070 0.06044 0.06101 0.06122 0 0.06020 0.06056 0.06061 0.06092 0.06116 0.06107 1 0.06023 0.06050 0.06051 0.06082 0.06092 0.06105 2 0.06022 0.06060 0.06043 0.06087 0.06099 0.06118 3 0.06041 0.06108 0.06063 0.06111 0.06106 0.06115 4 0.06087 0.06074 0.06066 0.06119 0.06100 0.06095 5 0.06037 0.06055 0.06053 0.06127 0.06107 0.06110 6 0.06008 0.06092 0.06091 0.06057 0.06129 0.06093 7 0.06055 0.06035 0.06083 0.06116 0.06104 0.06102 8 0.06041 0.06129 0.06032 0.06099 0.06120 0.06118 9 0.00463 0.00144 0.00115 0.00113 0.00173 0.00111 10 0.00086 0.00187 0.00028 0.00021 0.00035 0.00026 回折効率 96.63% 96.78% 97.16% 97.29% 97.58% 97.74%
【００４７】表１３、１４に示されるように、各実施例によれば、回折効率を最低でも約９１％、最大では約９８％にまで高めることができる。
【００４８】以下の表１５、１６には、各実施例の目的とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合がパーセントで示されている。４つの回折光を得る実施例１の場合には、入射光の強度を１としたときの各回折光の強度の理想値は０．２５であるが、−１次光の実際の強度は０．２２９６５であるため、理想値に対する割合は９２％となる。同様に、８つの回折光を得る実施例２〜４の場合には、理想強度は０．１２５、１６の回折光を得る実施例６〜１２の場合には理想強度は０．０６２５となる。
【００４９】
【表１５】
次数 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ -7 − − − − − 92% -6 − − − − − 94% -5 − − − − − 94% -4 − − − − − 94% -3 − 94% 95% 94% 96% 93% -2 − 95% 94% 95% 96% 94% -1 92% 94% 96% 96% 96% 95% 0 92% 94% 95% 95% 96% 96% 1 92% 95% 95% 95% 96% 96% 2 92% 94% 96% 96% 96% 95% 3 − 93% 94% 95% 96% 94% 4 − 93% 95% 94% 96% 93% 5 − − − − − 95% 6 − − − − − 94% 7 − − − − − 94% 8 − − − − − 92% 差 0% 2% 2% 1% 0% 4%
【００５０】
【表１６】
次数 実施例７ 実施例８ 実施例９ 実施例10 実施例11 実施例12 -7 97% 96% 97% 97% 97% 98% -6 97% 96% 98% 96% 97% 98% -5 96% 96% 98% 97% 97% 97% -4 97% 96% 97% 97% 98% 98% -3 97% 96% 97% 97% 97% 98% -2 97% 96% 97% 97% 97% 98% -1 96% 97% 97% 97% 98% 98% 0 96% 97% 97% 97% 98% 98% 1 96% 97% 97% 97% 97% 98% 2 96% 97% 97% 97% 98% 98% 3 97% 98% 97% 98% 98% 98% 4 97% 97% 97% 98% 98% 98% 5 97% 97% 97% 98% 98% 98% 6 96% 97% 97% 97% 98% 97% 7 97% 97% 97% 98% 98% 98% 8 97% 98% 97% 98% 98% 98% 差 1% 2% 1% 2% 1% 1%
【００５１】上記の表１５、１６に示されるように、目的とする次数の回折光の強度の理想値に対する割合は、全ての実施例を通じて９２％〜９８％であり、各実施例毎の割合の最大値と最小値との差は、パーセント表示で０ポイント〜４ポイントである。これらの結果から、何れの実施例においても、各回折光に入射光のエネルギーがほぼ均等に振り分けられていることが理解できる。また、上記実施例では、位相基準パターンの形状は、図１からもわかるように、図２の円柱面１１に対して凸である。すなわち、各実施例は、各位相基準パターンについて、その形状が最も低くなる点を基準点とし、そこから凸となる方向を正として表している。しかしながら、本発明では、上記各実施例に関して、基準点から凹となる方向を正としても構わない。この場合、上記実施例の基準点は、各位相基準パターンにおいて最も高い点となる。
【００５２】なお、上記の性能は、基準位相パターンが設計値通りに形成された場合の性能であり、パターンに誤差がある場合には、性能は劣化する。回折効率のバラツキを約１０％以下に抑えようとした場合、許容される位相誤差は２％程度となる。例えば、段差が１μmの場合には、０．０２μmの精度で基準位相パターンを形成する必要がある。許容誤差幅を広げるためには、例えば位相パターンが形成された部分とその周囲の媒質との屈折率差を小さくし、基準位相パターンの実形状のスケールを拡大する手法を採用できる。すなわち、位相パターンにより所定の位相差をあたえる場合、屈折率差が大きければ、段差は小さくとも良いが、屈折率差が小さい場合には同一の位相差をあたえるために必要な段差が大きくなる。したがって、要求される形状の精度(加工精度)を緩和することができる。屈折率差を小さくするためには、例えば、位相パターンが形成された面をパターン部分に近い屈折率を持つマッチング液に接するように液層を設ければよい。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、基準位相パターンをそのピッチ内で与えられる位相差が非線形に変化するよう形成したことにより、また、このピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成したことにより、従来より高い回折効率で入射光を偶数本の回折光に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の光束分割素子の位相パターンを拡大して示す拡大斜視図である。
【図２】 実施形態の光束分割素子の全体構成を示す斜視図である。
【図３】 実施形態の光束分割素子を作成する方法を示す斜視図である。
【図４】 実施例１の４分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図５】 実施例２の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図６】 実施例３の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図７】 実施例４の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図８】 実施例５の８分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図９】 実施例６の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１０】 実施例７の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１１】 実施例８の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１２】 実施例９の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１３】 実施例１０の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１４】 実施例１１の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１５】 実施例１２の１６分割型の光束分割素子の基準位相パターンの構成を示すグラフである。
【図１６】 実施例１の４分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１７】 実施例２の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１８】 実施例３の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図１９】 実施例４の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２０】 実施例５の８分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２１】 実施例６の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２２】 実施例７の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２３】 実施例８の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２４】 実施例９の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２５】 実施例１０の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２６】 実施例１１の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【図２７】 実施例１２の１６分割型の光束分割素子の回折光の強度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｐ1，Ｐ2，... 基準位相パターン
Ｂ 基板
１０ 光束分割素子
１２ 回折パターン部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 帯状の基準位相パターンが基板上に等ピッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて複数の光束に分割するグレーティング型の光束分割素子において、前記基準位相パターンは、前記ピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、前記ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成され、隣接する前記基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、該位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすことを特徴とする光束分割素子。
【請求項２】 前記基準位相パターンは、分割された各光束の強度が同一になるように、かつ、目的とする分割数以外の位置に余分な光が出ないように最適化することにより得られたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の光束分割素子。
【請求項３】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を４分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項４】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項５】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項６】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項７】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項８】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項９】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１０】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１１】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１２】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１３】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１４】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１５】 前記所定の誤差範囲は、位相量として約２パーセントであることを特徴とする請求項３〜１４の何れかに記載の光束分割素子。
【請求項１】 帯状の基準位相パターンが基板上に等ピッチで多数並列して形成され、入射光を回折させて複数の光束に分割するグレーティング型の光束分割素子において、前記基準位相パターンは、前記ピッチ内で与える位相差が非線形に変化するよう、かつ、前記ピッチ内の何れの位置を中心にしても与える位相差が非対称となるよう形成され、隣接する前記基準位相パターンの間でΔＰの位相ギャップを有し、該位相ギャップΔＰが、０．７π＜｜ΔＰ｜＜１．２πの条件を満たすことを特徴とする光束分割素子。
【請求項２】 前記基準位相パターンは、分割された各光束の強度が同一になるように、かつ、目的とする分割数以外の位置に余分な光が出ないように最適化することにより得られたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の光束分割素子。
【請求項３】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を４分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項４】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項５】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項６】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項７】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を８分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項８】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項９】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１０】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１１】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１２】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１３】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１４】 前記基準位相パターンは、前記ピッチ内を６４に等分割した場合の各座標位置での位相が、以下の値を中心とする所定の誤差範囲内に入るよう形成され、前記入射光を１６分割することを特徴とする請求項２に記載の光束分割素子。
【請求項１５】 前記所定の誤差範囲は、位相量として約２パーセントであることを特徴とする請求項３〜１４の何れかに記載の光束分割素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開平１０−７８５０４
【公開日】平成１０年（１９９８）３月２４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−１９９２９７
【出願日】平成９年（１９９７）７月９日
【出願人】（００００００５２７）旭光学工業株式会社 (1,878)
【公開日】平成１０年（１９９８）３月２４日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）７月９日
【出願人】（００００００５２７）旭光学工業株式会社 (1,878)
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