(57)【要約】【課題】明るく、かつ、回折効率が良好に維持された回折レンズを提供する。【解決手段】回折レンズは、内側素子部と外側素子部とを備えている。内側素子部は、基板表面に垂直な同心軸周りに同心円状に形成されている複数の表面刻線型の格子が、軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように配置されている。外側素子部は、内側素子部を軸周りに同心円状に囲むように、基板の表面から深さ方向に延びる複数のトレンチと、トレンチ内に充填されている、基板と屈折率の異なる充填材とを有するＶＰ格子が、軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に垂直な同心軸周りに同心円状に形成されている複数の表面刻線型の格子が、前記軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように配置されている内側素子部と、
前記内側素子部を前記軸周りに同心円状に囲むように、前記基板の表面から深さ方向に延びる複数のトレンチと、前記トレンチ内に充填されている、前記基板と屈折率の異なる充填材とを有するＶＰ格子が、前記軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように形成されている外側素子部と、
を備えている、回折レンズ。
【請求項２】
前記内側素子部は、格子間隔が設計波長の３倍以上であり、
前記外側素子部は、格子間隔が設計波長の１０倍以下である、請求項１に記載の回折レンズ。
【請求項３】
前記ＶＰ格子の前記トレンチの深さは、前記軸から遠ざかるほど浅いか、または前記軸から遠ざかるほど深いかのいずれか一方である、請求項１または２に記載の回折レンズ。
【請求項４】
前記ＶＰ格子の前記充填材と前記基板との幅の比率は、前記軸から遠ざかるほど小さいか、または前記軸から遠ざかるほど大きいかのいずれか一方である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回折レンズ。
【請求項５】
前記ＶＰ格子は、前記軸に対して角度αで光が前記ＶＰ格子に入射する場合に、下記の式（１）によって表されるブラッグ回折条件式および式（２）を満足するように軸と平行あるいはφ傾いている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回折レンズ。
２Ｄｓｉｎθ＝ｍλ    ……  （１）
θ＝φ−α  ……  （２）
【請求項６】
前記内側素子部はバイナリ形状である請求項１〜５のいずれか一項に記載の回折レンズ。
【請求項７】
前記バイナリ形状の段数は、４段以上である請求項６に記載の回折レンズ。
【請求項８】
前記内側素子部はノコギリ歯形状である請求項１〜５のいずれか一項に記載の回折レンズ。
【請求項９】
前記内側素子部および前記外側素子部、あるいは前記基板および前記充填材は、設計波長を含む使用範囲において透明な、ガラス材料、結晶材料、樹脂材料からなる群から選ばれる少なくとも一種を材料としている請求項１〜８のいずれか一項に記載の回折レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学材料基板に垂直な軸（同心軸）周りに同心円状に形成されており、格子間隔が同心軸から遠ざかるほど狭くなっている複数の格子によって、格子の同心軸を光軸として光を集め、さらに、各格子に表面刻線構造を形成することによって設計波長の特定の次数の光の回折効率（Diffraction efficiency）を向上させた回折レンズ（Diffractive Optical Elements：ＤＯＥ）が開発されている。このような回折レンズは、例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１等に記載されているように、このような回折レンズは、パターニングされたレジストを光学材料基板上に形成し、このレジストを利用して光学材料基板をエッチングすることによって製造される。ところが、同心軸から遠い側の格子では、格子間隔が狭くなっている。このため、光学材料基板をエッチングする工程において、エッチング深さやエッチング角度の誤差（エッチング誤差）や、レジストのパターニングの誤差（アライメント誤差）といった誤差の影響により所望の形状からのずれが生じる場合がある。
【０００４】
特許文献１等に記載されているような、階段形状の表面刻線構造を備えたバイナリゾーンプレート（Binary Zone Plate：ＢＺＰ）では、階段形状の段数が多いほど回折レンズの回折効率が高い。しかしながら、製造上の誤差によって階段形状が所望の形状からのずれると、回折レンズの回折効率を低減させる要因となる。この製造上のずれによる影響は、開口数（Numerical aperture：Ｎ．Ａ．）が大きいほど大きな回折効率の低下として現れる。このため、非特許文献１では、製造誤差の影響を小さくして回折効率を維持するために、各格子に形成するバイナリ形状の表面刻線構造を、同心軸から遠い側ほど段数を少なくするハイブリッド型のバイナリゾーンプレート（Hybrid-level Binary Zone Plate：ＨＢＺＰ）を提案している。段数を犠牲にして、製造状の誤差による階段形状のずれを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０７１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１７４２１５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】APPLIED OPTICS, Vol.40, No.32, 5877-5885, "Optimization and application of hybrid-level binary zone plates"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
平面回折格子や回折レンズ等の回折光学素子は、透過型の場合に回折光学素子の格子間隔が設計波長の４倍以上の領域においては幾何光学（屈折の法則や反射の法則）および波動光学（光を電磁気的ではない横波として回折現象や干渉現象を取り扱う）によって取り扱うことができる。しかし、格子間隔が設計波長の４倍以下の領域になると電磁波としての光波と格子との結合にために幾何光学や波動光学によって求められる光波の振幅分布とは異なる挙動を示すようになる。すなわち従来の矩形格子（ラメラ格子）やノコギリ歯格子（エシレット格子）等の幾何光学や波動光学によって設計された格子は格子間隔が波長の４倍以下になると幾何光学や波動光学を用いた数値計算に従わない回折次数に振幅が分配されてしまい、１次回折光の回折効率が急激に低下してしまう。
【０００８】
非特許文献１に記載されているように、同心軸周りに同心円状に形成されている複数の表面刻線型の格子が、同心軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように配置されている回折レンズでは、同心軸から遠ざかるほど、すなわちＮ．Ａ．が大きくなると回折効率が急激に低下し、特に格子間隔が設計波長の４倍より狭くなる（平行光束を入射させ１点に結像させる場合あるいは点光源を平行光束にする場合のＮ．Ａ．０．２５を超える）と、著しく回折効率が低下する。非特許文献１に記載されたＨＢＺＰでは、同心軸から最も遠い側の段数は２段まで低減されており、これによって回折効率が低下している。ＨＢＺＰでは、格子間隔が設計波長の３倍以下、かつ、回折効率が良好に維持された回折レンズを提供することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は、基板表面に垂直な同心軸周りに同心円状に形成されている複数の表面刻線型の格子が、前記軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように配置されている内側素子部と、前記内側素子部を前記軸周りに同心円状に囲むように、前記基板の表面から深さ方向に延びる複数のトレンチと、前記トレンチ内に充填されている、前記基板と屈折率の異なる充填材とを有するＶＰ（Volume Phase）格子が、前記軸から遠ざかるほど格子間隔が狭くなるように形成されている外側素子部と、を備えている、回折レンズを提供する。
【００１０】
ＶＰ格子は、媒質の屈折率が周期的に変調された光軸方向に厚い回折格子であり、格子間隔が設計波長に近づくほど格子と光波との電磁気的な結合が強くなり、設計波長近傍において1次回折光に光波の振幅を集中させることができる。ＶＰ格子は、ホログラムの技術を用いた回折格子である場合にＶＰＨ（Volume Phase Holographic）格子と称されることもある。ＶＰ格子は、厚さと屈折率の変調量を調整して、光の入射角と射出角がブラッグ回折条件を満たす場合に、設計波長において１００％に近い高い回折効率を得ることができる、高分散かつ高効率な回折格子である。
【００１１】
本願に係る回折レンズでは、内側素子部の格子間隔が狭くなる側（同心軸により遠い側）を、ＶＰ格子を有する外側素子部に置き換えている。外側素子部としてＶＰ格子を用いれば、回折レンズの外側における回折効率を高くすることが可能となる。これよって、平行光束を入射させ１点に結像させる場合あるいは点光源を平行光束にする場合のＮ．Ａ．が０．２５を超え、かつ、回折効率が高いレンズとして機能する回折レンズを提供することができる。
【００１２】
本願に係る回折レンズの前記内側素子部は、格子間隔が設計波長の３倍以上であることが好ましく、前記外側素子部は、格子間隔が設計波長の１０倍以下であることが好ましい。
【００１３】
本願に係る回折レンズでは、前記ＶＰ格子の前記トレンチの深さは、前記軸から遠ざかるほど浅いか、または前記軸から遠ざかるほど深いかのいずれか一方であってもよい。
【００１４】
本願に係る回折レンズでは、前記ＶＰ格子の前記充填材と前記基板との幅の比率は、前記軸から遠ざかるほど小さいか、または前記軸から遠ざかるほど大きいかのいずれか一方であってもよい。
【００１５】
本願に係る回折レンズでは、前記ＶＰ格子はブラッグ回折条件を満足するように傾いていても良い。すなわち、前記ＶＰ格子は、前記軸に対して角度αで光が前記ＶＰ格子に入射する場合に、下記の式（１）によって表されるブラッグ回折条件式および式（２）を満足するように軸と平行あるいはφ傾いていてもよい。
２Ｄｓｉｎθ＝ｍλ    ……  （１）
θ＝φ−α  ……  （２）
【００１６】
本願に係る回折レンズでは、前記内側素子部はバイナリ形状であってもよく、ノコギリ歯形状であってもよい。前記内側素子部がバイナリ形状である場合には、バイナリ形状の段数は４段以上であることが好ましい。
【００１７】
本願に係る回折レンズでは、前記内側素子部および前記外側素子部、あるいは前記基板および前記充填材は、設計波長を含む使用範囲において透明な、ガラス材料、結晶材料、樹脂材料からなる群から選ばれる少なくとも一種を材料としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、Ｎ．Ａ．が０．２５を超え、かつ、回折効率が高い回折レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る回折レンズの平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第２実施形態に係る回折レンズの平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回折レンズ１０の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１、図２は、回折レンズ１０を概念的に示している。
図１、図２に示すように、回折レンズ１０は、光学材料からなる基板１の平面上に形成されたバイナリ形状を有する内側素子部１１と、内側素子部１１の外周を取り囲むように形成された外側素子部１２とを備えている。回折レンズ１０は、図１および図２に示す軸Ｚを中心とする円形状のレンズであり、図２に斜線で示す断面図の図形を、軸Ｚを中心に回転させた形状を有している。
【００２１】
図１に示すように、内側素子部１１は、軸Ｚから距離Ｌ１１となる範囲内の基板１上に形成されている。内側素子部１１は格子間隔が設計波長の５倍以下において電界が格子と垂直に振動する光の効率が低下して、理想形状（ノコギリ歯形状）の場合には格子間隔が設計波長の２倍において効率が０になってしまう。また、格子間隔が設計波長の３倍以下において電界が格子と水平に振動する光の効率が低下するので、格子間隔が設計波長の３倍以上である領域内の基板上に形成されていることが好ましい。
【００２２】
図１に示すように、外側素子部１２には、基板１表面に垂直な軸周りに同心円状に形成されており、基板１の深さ方向に延びる複数のトレンチ１２１ａ〜１２１ｄと、トレンチ１２１ａ〜１２１ｄ内にそれぞれ充填されている充填材１２２ａ〜１２２ｄとを備えたＶＰ格子が形成されている。外側素子部１２であるＶＰ格子は、基板１の屈折率が１．５であり、充填材１２２ａ〜１２２ｄと基板１との屈折率差が０．０２である場合に、格子間隔が設計波長の５倍以下において効率が高くなる。充填材１２２ａ〜１２２ｄと基板１との屈折率差が小さいほど格子間隔が広くても高い効率が得られる。外側素子部は、基板１の格子間隔が設計波長の１０倍以下である領域内に形成されていることが好ましい。すなわち、内側素子部１１と外側素子部１２との境界は格子間隔が設計波長の３倍から１０倍の範囲に位置することが好ましい。基板１と内部素子部１１と充填材１２２ａ〜１２２ｄは、設計波長範囲において透明な、石英等のガラス材料、シリコン等の結晶材料、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート等の樹脂材料からなる群から選ばれる少なくとも一種を材料とすることが好ましい。
【００２３】
内側素子部１１には、バイナリ形状（階段形状）の格子が軸Ｚを中心に同心円状に形成されている。図１に示す１つの同心円が１つの格子を示しており、格子間隔は、軸Ｚから遠ざかるにつれて狭くなっている。この格子間隔は、隣り合う格子の最も高い部分同士の距離（例えば、図２に示す距離Ｄ１）である。回折レンズでは、格子間隔が大きいほど、回折角度が小さくなることから、内側素子部１１に入射する光線は、軸Ｚに近い側（格子間隔が大きい側）ほど回折角度が小さくなり、軸Ｚに遠い側（格子間隔が小さい側）ほど回折角度が大きくなる。その結果、内側素子部１１は、軸Ｚを光軸とするレンズとして機能する。内側素子部１１では、複数の格子のそれぞれにおいて、回折レンズ１０の軸Ｚから周縁部に向けて下降しており、軸Ｚに垂直な平面と軸Ｚに平行な曲面によって区画される２ｎ段（但しｎ≧２）の階段形状を有している。各格子の格子高さ（階段形状の最も高い段の上面から、最も低い段までの距離）はＨ１であり、全て同じである。格子高さＨ１は、基板の屈折率がｎ１、外部媒質の屈折率がｎ０である場合にＨ１(ｎ１−ｎ０)が設計波長の自然数倍となるように設計されている。ここで外部媒質が真空である場合にｎ０=１．０である。各格子において、複数の段の幅（例えば、図４に示す幅ｄ１）は同じであり、隣接する段の高低差（例えば、図４に示す高さｈ１）は同じである。図２は、各格子の段数が４段である場合を示しており、それぞれの段の幅ｄ１＝Ｄ１／３であり、隣接する段の高低差ｈ１＝Ｈ１／３である。
【００２４】
図２では、各格子の段数が４段である場合を図示しているが、これに限定されない。段数は、２のｎ乗（但しｎ≧２）であればよく、例えば、４段、８段、１６段としてもよい。また、全ての格子の段数を同じにする必要は無い。内側素子部１１は、例えば、４段、８段、１６段の段数を有する格子を少なくとも１つずつ備えていてもよい。この場合、軸Ｚに近い格子ほど段数が大きくなるように設計することが好ましい。例えば、軸Ｚに最も近い側に位置する１つまたは複数の格子を１６段とし、これよりも外側に位置する１つまたは複数の格子を８段とし、最も軸Ｚから遠い側に位置する１つまたは複数の格子を４段とすることができる。
【００２５】
外側素子部１２では、図２に示すように、複数のトレンチ１２１ａ〜１２１ｄおよび充填材１２２ａ〜１２２ｄは、軸Ｚを同心軸とする同心円状に形成されており、回折光学素子１０を平面視すると、内側素子部１１の外側を環状に取り囲んでいる。内側素子部１１の最も高い部分（バイナリ形状の階段の最上段の上面）と、外側素子部１２の上面の高さは一致している。
【００２６】
ＶＰ格子は、光の入射角と射出角がブラック回折条件を満たす場合に、１００％に近い高い回折効率を得ることができる。ＶＰ格子は、媒質の屈折率を周期的に変調して位相差を生じさせ、ブラッグの条件を満足するように入出射角度を調整することにより、広い波長範囲において高い回折効率を得ることが可能なものであり、高分散かつ高効率な回折格子である。ＶＰ格子は、入射角に応じて格子ごとにブラッグ回折条件を満たすように格子の傾きφを調整すると、広い波長範囲において高い回折効率を得ることができるようにすることができる。ブラッグ回折条件は、下記の式（１）によって表すことができる。
２Ｄｓｉｎθ＝ｍλ    ……（１）
ここで、Ｄは周期構造の幅、θは格子面と光線の間の角度、λは光の設計波長、ｍは整数である。すなわち、回折レンズに入射角に応じて格子ごとに、式（１）の条件を満たすように、外側素子部１２のＶＰ格子の基板の表面に垂直な線に対する傾きφを調整すれば、広い波長範囲で高い回折効率を得ることができる。尚、軸Ｚに対して角度αで光が外側素子部１２のＶＰ格子に入射する場合に、式（１）に係るθは、φおよびαによって、下記の式（２）のように表すことができる。
θ＝φ−α（基板表面を境界として垂直線に対して時計回りを正）  ……（２）
ここで、光束が基板に垂直に入射した場合にはθ＝φ、１：１結像の場合にはα＝−θなので、φ＝０（垂直）となる。
【００２７】
トレンチ１２１ａ〜１２１ｄのトレンチ深さ同一であり、トレンチ幅（図１に示す同心円の半径方向の幅）は軸Ｚから遠ざかるほど小さくなっている。外側素子部１２の格子間隔は、隣接するトレンチの幅方向の中央位置同士の距離によって定義されるため、このようにトレンチ１２１ａ〜１２１ｄを設計することによって、軸Ｚから遠ざかるほど格子間隔が狭くなるＶＰ格子を形成することができる。トレンチ１２１ａ〜１２１ｄは、図１に示すトレンチのパターンに合わせて同心円状にパターニングしたレジストを用いて、異方性エッチングによって基板を垂直に掘り下げることによって、容易に形成することができる。尚、トレンチ１２１ａ〜１２１ｄが基板表面に対して垂直である回折レンズ１０は、１：１結像に好適な回折レンズである。
【００２８】
ＶＰ格子の充填材１２２ａ〜１２２ｄと基板１との幅の比率は、軸Ｚから遠ざかるほど小さくてもよいし、軸Ｚから遠ざかるほど小さ大きくてもよい。
【００２９】
充填材１２２ａ〜１２２ｄの材料は、同一の材料が用いられている。充填材１２２ａ〜１２２ｄの材料としては、基板１の材料と屈折率が異なる材料が用いられる。例えば、基板１の材料の屈折率が１．５である場合に、充填材１２２ａ〜１２２ｄとしては、屈折率が１．５２である材料を用いる。尚、充填材１２２ａ〜１２２ｄの材料を全て同一の材料とする必要はない。
【００３０】
波動光学的な計算に基づくと、バイナリ格子の回折効率は理想形状（断面がノコギリ歯形状）の回折効率に対して２段が最大４１％、４段が最大８１％、８段が最大９５％、１６段が最大９９％である（Scientific American, May 1992, 50-55, “Binary Optics”を参照）。また、電磁気学的な計算に基づくと、理想的なノコギリ形状の格子において、格子間隔が設計波長の１０倍である場合には回折効率の最大値は８５％程度となり、格子間隔が設計波長の５倍である場合には回折効率の最大値は８０％程度となり、格子間隔が設計波長の４倍である場合には、回折効率の最大値は７５％程度となり、格子間隔が設計波長の３倍である場合には、回折効率の最大値は６０％程度である（Proc. SPIE 5005, 8-19, (2003), “Optimization of a Volume Phase Holographic Grism for Astronomical Observation using the Photopolymer”のＦｉｇ．５（ｂ）を参照）。従って、内側素子部１１では、格子間隔を設計波長の４倍以上（回折効率７５％）とした場合に、各格子のバイナリ形状の段数を４段とすると、回折効率は６１％程度となり、各格子のバイナリ形状の段数を８段とすると、回折効率は７１％程度となり、各格子のバイナリ形状の段数を１６段とすると、回折効率は７４％程度となる。
【００３１】
また、外側素子部１２では、基板の屈折率を１．５とし、充填材との屈折率の差を０．０２とし、格子間隔を設計波長の５倍（平行光束が入射した場合についてはＮ．Ａ．が０．２、１：１結像についてはＮ．Ａ．が０．１）にした場合に最大６０％、格子間隔を設計波長の４倍（平行光束が入射した場合の結像側はＮ．Ａ．が０．２５、１：１結像についてはＮ．Ａ．が０．１２５）にした場合に最大９２％、格子間隔を設計波長の１．４倍（平行光束が入射した場合の結像側はＮ．Ａ．が０．７、１：１結像についてはＮ．Ａ．が０．３５）とした場合に最大１００％の回折効率を実現することができる（Proc. SPIE 5005, 8-19, (2003), “Optimization of a Volume Phase Holographic Grism for Astronomical Observation using the Photopolymer”のＦｉｇ．５（ｂ）を参照）。また、ＶＰ格子は屈折率差を小さくすることによって、格子間隔が広くなっても高い効率を得ることができる（岡 恵子  博士論文  日本女子大学  ５７-９６,（２００４）, “厳密結合波解析による部最回折光学素子の光波解析と高分散分光素子への応用に関する研究”、および、Proc. IEEE, 73, 894-937, (1985), “Analysis and Applications of Optical Diffraction by Gratings”を参照）。例えば屈折率差が０．０１である場合には格子間隔が設計波長の８倍で最大８０％程度の回折効率を達成できる。よって屈折率差が０．００５である場合には格子間隔が設計波長の１０数倍で最大８０％程度の回折効率を達成できると類推される。逆に屈折率差を大きくすることによって格子間隔が設計波長に近い場合に広い波長範囲において高い回折効率を達成できる（半値全幅が広くなる）。
【００３２】
内側素子部１１と両端あるいは最外周の格子間隔が設計波長の１．４倍の外側素子部１２とを備えた回折レンズ１０は、平行光束を入射させた場合にＮ．Ａ．が０．７に達する。焦点距離が等しい、Ｎ．Ａ．が０．２５の円盤状の回折レンズとＮ．Ａ．が０．７の円盤状の回折レンズとの面積比はπ（ｆ／８）２：π（ｆ／２）２＝１：１６であるから、内側素子部１１と外側素子部１２の面積比は、１：１５となる。すなわち、格子間隔が設計波長の１．４倍から４倍において回折効率が９０〜１００％であるＶＰ格子が占める幅や面積の割合が支配的であり、かつ、バイナリ格子やノコギリ形状の格子も格子間隔が設計波長の４倍以上において回折効率が７５％以上なので、回折効率が９０％程度に達するように設計することができる。小型かつ軽量で、明るく（Ｎ．Ａ．が大きく）、高効率な回折レンズを提供することができる。
【００３３】
上記の実施形態に係る回折レンズは、小型、軽量かつ高回折効率の光ピックアップ用レンズとして好適に用いることができる。Ｎ．Ａ．が大きい光ピックアップ用レンズを提供できることから、焦点におけるビームスポットサイズを絞り込むことができるために記録密度を高くするとともに、軽量であるために高速応答性を実現することが可能となる。
【００３４】
また、この回折レンズは、面発光レーザアレイ用のレンズアレイとして好適に用いることができる。従来、この用途に汎用されている回折レンズと比べて、Ｎ．Ａ．を大きくできるためにレーザ光の損失を軽減できる。
【００３５】
また、この回折レンズは、顕微鏡等の光学装置に取付けられる光源用の集光レンズ等に好適に利用することもでき、従来の半球レンズ等を組み合わせたコンデンサレンズと比較して、薄く軽量であるため、これらの光学装置の小型・軽量化に寄与することができ、放熱の点でも有利である。
【００３６】
（第２実施形態）
本発明に係る回折レンズは、内側素子部の格子は、表面刻線型形状であればよく、図２に示すバイナリ形状に限られない。例えば、図３および図４に概念的に示すような回折レンズ２０であってもよい。図３は、第２実施形態に係る回折レンズ２０の平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。回折レンズ２０を平面視した場合の、内側素子部２１と外側素子部２２の態様は、図１に示す回折レンズ１０と同様であるため、図１の１０番台を図３の２０番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。図４に示すように、内側素子部２１は、ノコギリ歯形状の格子を備えていてもよく、ノコギリ歯形状の格子が、基板と異なる層によって形成されていてもよい。内側素子部２１では、各格子の格子高さはＨ２であり、全て同じである。また、格子間隔は、隣り合う格子の頂点部分同士の距離であり、例えばＤ２である。
【００３７】
また、外側素子部のＶＰ格子は、図２に示す形態に限られない。例えば、図４に示すように、トレンチ２２１ａ〜２２１ｄは、基板１の表面に垂直な線２４０に対して傾きφで傾いていてもよい。すなわち、ＶＰ格子は、基板１の表面に垂直な線２４０に対して傾きφで傾いていてもよい。この場合、複数のトレンチ２２１ａ〜２２１ｄおよび充填材２２２ａ〜２２２ｄは、軸Ｚを同心軸とするすり鉢状（底面を上にした円錐台の側面の形状）に形成されており、回折レンズ２０を平面視すると、内側素子部２１の外側を環状に取り囲んでいる。内側素子部２１の最も高い部分（バイナリ形状の階段の最上段の上面）と、外側素子部２２の上面の高さは一致している。尚、図４では、ＶＰ格子のトレンチの深さは、軸Ｚから遠ざかるほど浅いが、または軸から遠ざかるほど深くてもよい。
【００３８】
図３および図４に示す第２実施形態に係る回折レンズ２０によれば、内側素子部２１をノコギリ歯形状の格子とし、外側素子部２２をＶＰ格子とすることによって、Ｎ．Ａ．が０．７に達し、かつ、回折効率が９０％程度に達するように設計することができる。第２実施形態に係る回折レンズによっても、第１実施形態に係る回折レンズと同様以上の効果を得ることができる。
【００３９】
第２実施形態に係る回折レンズと同様に、光ピックアップ用レンズ、面発光レーザアレイ用のレンズアレイおよび、顕微鏡等の光学装置に取付けられる光源用の集光レンズ等として好適に利用することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４２】
１    基板
１０，２０    回折レンズ
１１，２１    内側素子部
１２，２２    外側素子部
１２１ａ〜１２１ｄ，２２１ａ〜２２１ｄ    トレンチ
１２２ａ〜１２２ｄ，２２２ａ〜２２２ｄ    充填材
【図１】
2011215271.tif 000003
【図２】
2011215271.tif 000004
【図３】
2011215271.tif 000005
【図４】
2011215271.tif 000006