(57)【要約】【課題】回折素子であって、小型で量産性、耐久性に優れ、また２つ以上の分離光を同一方向に取り出すことができ、さらに動作環境温度の変化に対しても回折光の伝播方向を大きく変えない回折素子を得る。【解決手段】断面形状が凹凸状の回折格子を、透明基板１０１であるガラス基板の入射側表面に１つ形成して入射側回折格子１０２とし、出射側表面に２つ形成して出射側回折格子１０３、１０４とかつ入射側回折格子１０２の格子ピッチと出射側回折格子１０４の格子ピッチとを等しくした回折素子とする。【選択図】図１
2008262217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、その透明基板の両表面に形成された凹凸状の回折格子とを有し、その回折格子は、断面形状が凹凸状で平面形状が直線状または曲線状である回折素子であって、
前記透明基板の２つの表面のうち外部光が入射する入射側表面の中央領域に入射側回折格子が形成され、前記入射側表面に対向する出射側表面には少なくとも１つの出射側回折格子が形成されており、
前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは、前記入射側回折格子によって回折される外部光の光路上に形成されておりかつ格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しいことを特徴とする回折素子。
【請求項２】
前記回折格子は、透明基板の表面に直接形成されている請求項１記載の回折素子。
【請求項３】
前記回折格子は、透明基板の表面上に成膜された無機物膜に形成されている請求項１記載の回折素子。
【請求項４】
格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しい前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは反射型回折格子となっている請求項１、２または３記載の回折素子。
【請求項５】
格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しい前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは、凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子になっている請求項１から４のいずれかに記載の回折素子。
【請求項６】
前記擬似鋸歯状の回折格子における階段を構成するそれぞれのステップの高さまたはステップの奥行幅が異なる請求項５記載の回折素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折素子に関し、特に回折素子への入射光を分離して入射光の特性を測定する必要がある装置に用いられる回折素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折素子への入射光の一部を異なった方向に分離し、入射光の特性を測定する方式としては、プリズムによって光を分離し測定する方式が広く知られている。図６にコーナキューブプリズムによる光の分離の概念図を示す。プリズム６０１は、コーナキューブの２つのプリズムからなり、一方のプリズムの斜面には、所望の分離光量を得るために設計された多層膜６０２がコーティングされており、樹脂接着剤６０３により２つのプリズムが接合されている。入射光６０４は２つのプリズムの斜面に４５度で入射し、多層膜６０２によりその一部が入射光６０４と直交する第１反射光６０５となって分離される。さらにこの第１反射光６０５を分離するには光路上にプリズムを設置する必要があり、例えば、第１反射光６０５の光路中に、適正な分離光量を得るために設計された多層膜６０６を有するプリズム６０７を配置する。これにより、入射光を３つの光線、入射光６０４、第１反射光６０５、第２反射光６０８に分離する。分離された第１反射光６０５および第２反射光６０８は、おのおの異なる測定装置６０９、６１０へ導かれ独立に入射光の強度などの特性を測定できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図６に示されるように、複数のコーナキューブプリズムを用いることで入射光を２つ以上に分離できるが、入射光を分離する毎に一つのプリズムがさらに必要となり、小型で量産性に優れた分離システムの構成が困難である問題を有していた。また、コーナキューブプリズムでの光の分離は直交分離（反射光が入射光に対して直交する）を基本とするため２つ以上の分離光を同一方向に取り出すことが困難である問題もあわせて有していた。さらに、プリズムには樹脂接着剤が用いられているため長期間の使用や劣悪な環境下において、接着剤の劣化による透過／反射特性の劣化、接着剤からの成分揮発による周囲光学面の劣化などの問題を有していた。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、小型で量産性に優れた光分離素子であり、２つの分離光を同一方向に容易に取り出すことができ、さらに周囲の光学系に接着剤などの影響を与えない、回折素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、透明基板と、その透明基板の両表面に形成された凹凸状の回折格子とを有し、その回折格子は、断面形状が凹凸状で平面形状が直線状または曲線状である回折素子であって、前記透明基板の２つの表面のうち外部光が入射する入射側表面の中央領域に入射側回折格子が形成され、前記入射側表面に対向する出射側表面には少なくとも１つの出射側回折格子が形成されており、前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは、前記入射側回折格子によって回折される外部光の光路上に形成されておりかつ格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しいことを特徴とする回折素子を提供する。
【０００６】
また、前記回折格子は、透明基板の表面に直接形成されている上記の回折素子を提供する。
【０００７】
また、前記回折格子は、透明基板の表面上に成膜された無機物膜に形成されている上記の回折素子を提供する。
【０００８】
また、格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しい前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは反射型回折格子となっている上記の回折素子を提供する。
【０００９】
また、格子ピッチが前記入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しい前記出射側回折格子のうち少なくとも１つは、凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子になっている上記の回折素子を提供する。
【００１０】
さらに、前記擬似鋸歯状の回折格子における階段を構成するそれぞれのステップの高さまたはステップの奥行幅が異なる上記の回折素子を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、透明基板の２表面に回折格子を有する回折素子に関するものであり、透明基板の表面の断面形状が凹凸状で平面形状が直線状または曲線状に加工され、したがって回折格子は凹凸部を有している。また透明基板の表面上に無機物膜を成膜し、無機物膜を加工して凹凸部を有する回折格子としてもよい。
【００１２】
そして本発明の回折素子は、２表面のうち外部光が入射する入射側表面の中央領域に入射側回折格子が形成され、入射側表面に対向する出射側表面には少なくとも１つの出射側回折格子が形成されている。これらの格子は上述のように、凹凸部を有する回折格子である。
【００１３】
さらに本発明の回折素子は、出射側回折格子のうち少なくとも１つは、入射側回折格子によって回折される外部光の光路上に形成されておりかつ格子ピッチが入射側回折格子の格子ピッチに実質的に等しいことを特徴とする回折素子である。
【００１４】
すなわち１つの出射側回折格子の形成位置は、入射側回折格子によって回折される外部光が透明基板内を透過して到達する出射側表面の位置である。また使用の目的によっては、２つの出射側回折格子が外部光の回折される光路上にあってもよい。そして入射側回折格子の格子ピッチが、２つの出射側回折格子のうち少なくとも１つと実質的に等しい。ここで実質的に等しいというのは、入射側回折格子と出射側回折格子のそれぞれの格子ピッチが、例えば波長１５５０ｎｍの光に対する回折角の差異が０．５度以下になるため０．５％以内の違いであることをいう。
このように構成することにより、本発明の回折素子は波長変動時の回折光の伝搬方向の変化が少ないという効果を有する。
【００１５】
さらに本発明の回折素子における、格子ピッチが実質的に等しい上記の出射側回折格子のうち少なくとも１つが反射型回折格子となっていると、反射型回折格子による回折光用の光検出器が外部光の入射側に設置でき、これにより外部光源、回折格子、光検出器などを含むシステムの小型化を実現でき好ましい。
【００１６】
以下、本発明の回折素子を図面を用いて説明する。図３に、本発明の回折素子の構成の一例を示す。透明基板３０１であるガラス基板の外部光の入射側表面の中央領域に、矩形状の凹凸部を有する入射側回折格子３０２が、例えばフォトリソグラフィー法およびドライエッチング法により作製される。入射側表面へ垂直に入射した入射光３０３は、そのままガラス基板を透過する入射光３０３と、入射側回折格子３０２により発生する＋１次の回折光３０４および−１次の回折光３０５の３光線に分離される。
【００１７】
回折光への光量の分配は、入射側回折格子３０２の加工深さを調整することで回折光量を少なくすることや、ほとんどを回折光とすることができる。また、入射側回折格子３０２は、入射光３０３の光束の強度の弱い周辺部領域を除いたほとんどすべての領域に作製してもよいし、その領域の一部のみに設置してもよい。回折格子の回折効率および光束断面積に対する回折格子の面積により、実際の回折光の強度が決定される。
【００１８】
回折素子を透過する入射光３０３は、透明基板３０１の出射側表面を透過した後、例えば、光ディスクの情報の記録用／再生用の光線、光通信用の光線として使用される。一方、入射側回折格子３０２による＋１次の回折光３０４および−１次の回折光３０５は透明基板３０１の内部を、式１で示される角度で斜めに伝搬し、ガラス基板の出射側表面に到達する。式１において、θ１は透明基板中での伝搬角度、λは入射光の波長、Ｐ１は入射側回折格子の格子ピッチ、ｎは透明基板のλでの屈折率およびｍは回折次数である。
【００１９】
＋１次の回折光３０４および−１次の回折光３０５の出射側表面における光路上には、回折光３０４対する第１の出射側回折格子３０６および回折光３０５対する第２の出射側回折格子３０７がそれぞれ形成されている。ここで入射側回折格子３０２の格子ピッチと、第１および第２の出射側回折格子３０６、３０７のそれぞれの格子ピッチとは等しい。回折光３０４および回折光３０５は、それぞれ第１および第２の出射側回折格子３０６、３０７により式２で決まる方向に回折・伝搬する。式２において、θ２は透明基板中での伝搬角度、ｉは透明基板中での入射角度、λは入射光の波長、Ｐ２は出射側回折格子の格子ピッチ、ｎは透明基板のλでの屈折率およびｍは回折次数である。
【００２０】
【数１】
2008262217.tif 000003
【００２１】
図３に示すように、２つの出射側回折格子の一方例えば出射側回折格子３０６は透過型回折格子とし、他方の出射側回折格子３０７は反射膜３０８をコートし反射型回折格子とする。また、この逆に出射側回折格子３０６を反射型回折格子としてもよい。
【００２２】
出射側回折格子３０６、３０７により回折された光はそれぞれの光検出器などへ導かれる。入射光３０３の波長が変化した場合は、式１、式２に示されるように伝播角度θ１、θ２が変化して、回折光の伝搬方向が変化する。入射角依存性を有する光検出器などの測定装置を用いる場合や入射角依存性を有しなくとも測定装置と回折素子との間隔が離れている場合には、伝搬方向（角度）の波長依存性により、波長変動に起因する測定誤差が生じたり、測定装置の検出部への入射位置変化が発生する。
【００２３】
入射側回折格子と出射側回折格子の格子ピッチを等しくすると、入射側回折格子３０２による回折光３０４に対しては、出射側回折格子３０６の−１次の回折光３０９を用い、入射側回折格子３０２による回折光３０５に対しては、出射側回折格子３０７の＋１次の回折光３１０を用いることで、入射光の波長変化に対しての伝搬方向の変化を相殺できる。
【００２４】
使用する測定装置に応じて、出射側回折格子３０６と出射側回折格子３０７の両方の格子ピッチを入射側回折格子３０２の格子ピッチに一致させてもよいし、必要とするいずれか一方の格子ピッチを一致させてもよい。格子ピッチを等しくして、入射する光線の伝播方向の波長依存性を相殺する場合には、出射側回折格子３０６による−１次の回折光３０９と出射側回折格子３０７による＋１次の回折光３１０を用いることとなりそれ以外の次数の回折光は伝播方向の波長依存性を有するため用いることができない。
【００２５】
この場合、格子ピッチが実質的に等しい出射側回折格子として特定の次数の回折光が高い回折効率を有する鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子を用いることが、光記録／再生や光通信などのシステムを構成した場合光利用効率を高めることができ好ましい。擬似鋸歯の形状としては、鋸歯の連続的な斜面を階段の複数のステップで近似したものであり、この擬似鋸歯状の回折格子はフォトリソグラフィー法およびドライエッチング法などの作製プロセスと整合性が高い。ここで、ステップ数は回折素子を使用する条件により決定されるが、通常２段から３１段までとして使用する。
【００２６】
前述の回折格子の構成に加えて、入射側回折素子３０２による回折光３０４および３０５が、出射側回折格子の格子面において入射する部分に、反射膜を形成することで光線を回折的に折り返し、出射側回折格子３０６、３０７を入射側表面に形成した構成を採ることもできる。
【００２７】
鋸歯状または擬似鋸歯状の回折格子を、入射側回折格子３０２として用いることもでき、この場合には２つの測定装置へ向けて回折されるそれぞれの回折光の強度を割り当てることができる。より大きな強度が必要な測定装置には、全体の光利用効率を大きく損なうことなく、大きな分配比率で光を入射することができる。
【００２８】
擬似鋸歯状に形成した回折格子において、特定の次数の回折をおこさせるには格子深さおよび周期方向の分割を等分割とするのがもっともよく、これにより高い回折効率が得られることが知られている。これに対し、０次回折光（透過光）をもっとも強くし、入射光の一部を回折により分配するには、必ずしも格子深さおよび周期方向の分割を等分割にする必要はない。したがって、要求される各次数の回折光量の分配比を得るために格子深さおよび周期方向の分割を自由に設計できる。
【００２９】
例えば、図３の入射側回折格子３０２の回折効率を低く設定し、この素子への入射光の大半を透過させて利用する場合には、入射側回折格子３０２の分割を調整することで、等分割の擬似鋸歯状の回折格子よりも分配比を大きくできる。
【００３０】
図５に一例として波長１５５０ｎｍ、格子ピッチ１．６μｍにおける、格子に平行な偏光に対する＋１次および−１次の回折効率と透過率との関係を示す。図５の（ａ）は、格子深さおよび周期方向の分割を等分割した場合であり、図５の（ｂ）は周期方向の分割を１：３：１に調整した場合である。
【００３１】
図５の（ａ）および図５の（ｂ）のグラフより、同値の透過率に対して、実線で示した−１次の回折効率を点線で示した＋１次の回折効率よりを高めることができることがわかる。これにより透過率を落とすことなく光量が必要な測定装置側へ必要な光量を配分できる。ここで示した格子深さおよび周期方向の分割を調整することで＋１次の回折光と−１次の回折光の回折効率をともに変えることができ、変えられる程度は格子ピッチが波長に近づくほど大きい。
【００３２】
図４は本発明の回折素子の構成の他の例を示す断面図である。回折により分離される光線の回折方向を制御するために、上記の図３の例で光線を斜めに入射してもよい。図４に示す他の例は、入射側回折格子によって回折・分離された２つの回折光が、出射側回折格子によりともに入射側に回折されて戻る場合である。
透明基板４０１の入射側表面に形成された入射側回折格子４０２に斜めに入射する入射光４０３は、回折により＋１次の回折光４０４および−１次の回折光４０５を発生する。発生した回折光４０４、回折光４０５は出射側表面に形成された反射膜４０８付きの出射側回折格子４０６および４０７で反射的に回折され、入射側表面から戻り光４０９および４１０となって出射する。
【００３３】
一例として入射光４０３が、図４に示すように−１次の回折光４０５側へ傾いており、入射側回折格子４０２と出射側回折格子４０６の格子ピッチが等しい場合には、戻り光４０９の方向は入射光の方向とは逆傾きであり、回折素子に立てた法線となす角度は入射角度の２倍となる。このため入射光４０３と戻り光４０９とは交差することなく、入射角度の３倍の角度をなして分離される。たとえ入射光の波長が変化してもこの角度関係は維持される。
【００３４】
一方、回折光４０５が入射する出射側回折格子４０７に対して、入射側回折格子４０２よりも広い適切な格子ピッチを設定することで、戻り光４１０を入射光４０３と交差させることなくほぼ平行に出射させることができる。
【００３５】
この方法を用いることで、入射角依存性を有する測定装置を用いる場合でも、光線の伝搬方向をより自由に設定することができる。回折格子の格子ピッチを変更することで、回折の方向を変えることはできるが、波長に近い格子ピッチ領域では高い回折効率は得られず、さらに実際の格子作製作業は困難となるので、上記の斜め角度入射による光線の伝搬方向の制御が有効な手段となる。
【００３６】
すなわち、回折素子の入射側表面に形成された入射側回折格子の表面に対して斜めに外部光を入射することにより、入射側回折格子によって発生された＋１次の回折光または−１次の回折光のいずれかの方向と入射光の方向とのなす角度が、入射側表面から入射方向に向かって離れるにつれて大きくなるように出射側回折格子または入射側回折格子の格子ピッチが設定されている回折素子とすることが好ましい。
【００３７】
鋸歯状または擬似鋸歯状の回折格子を入射側回折格子４０２として用いることもでき、この場合は２つの測定装置へのそれぞれ光量の分配強度比を変更することができ、より大きな強度が必要な測定装置へは、全体の光利用効率を大きく損なうことなく、大きな分配強度比で光を入射できる。実施の形態１と同様に入射回折格子４０２の回折効率を低く設定し、この素子への入射光の大半を透過させて利用する場合には、入射側回折格子４０２の分割を調整することで、等分割の擬似鋸歯状の回折格子よりも分配比を大きくすることが同様に可能である。
【００３８】
本発明の構成を用いることで、小型で量産性・信頼性に優れた回折素子にて光線を高い自由度で分離伝搬させることができ、必要に応じて伝搬方向の波長依存性の低減と光線分離方向の自由度を両立させることができる。原理的に回折方向の波長依存性を有する回折素子を用いた信頼性・量産性に優れた分光システムを実現することができる。
【００３９】
本発明の回折素子の格子パターンは、例えばフォトマスクを用いて作製されるため、直線形状に制約をされるものではなく、曲線の例えば曲率を設計することで回折光が、光検出器上で集光するようにするレンズ機能を付加することもできる。また大面積のウエハプロセスを用いて、位相板などの機能を有する層を積層することで回折素子の高機能化・複合化もできる。
【００４０】
本発明の回折素子に形成されている回折格子は、透明基板そのものおよび／または透明基板上に成膜された荘荷膜からなるが、成膜コストが発生せず無用な界面が存在しない点から、エッチング特性に優れる透明基板を直接加工することが信頼性・量産性の点から好ましい。透明基板の材料としては紫外光、可視光、赤外光の広い波長領域で高い透明性を示す石英ガラスが一例としてあげられるが、使用する波長が赤外光領域のみの場合には可視光領域では不透明であるが赤外領域で透明性の高いシリコン基板などを用いることもできる。動作環境温度の変化に対して、分離・伝搬方向の変化をさらに抑制するには、透明基板として膨張係数の低い材料を用い直接または透明基板上に成膜した荘荷膜を加工して回折格子とすればよい。
【００４１】
回折素子中の一部の回折格子を反射型回折格子とする場合、回折格子に反射界面を形成するが、反射界面材料として誘電体多層膜や金属膜を成膜すればよく、薄い膜厚で高い反射効率が得られる金属膜がより好ましい。微細な構造に成膜するには、成膜時の反射界面材料の回り込みに優れたスパッタ法、ＲＦ印加蒸着法などが好ましく、鍍金法などの湿式法を用いることもできる。
【００４２】
本発明は、回折角度を大きくすることで回折光の分離量を高めた狭ピッチ回折格子であるほど発明の効果が顕著であり、特に回折格子の格子ピッチが中心波長の２倍以下程度のピッチ領域で効果が大きい。
【実施例】
【００４３】
「例１」
図１は、本例の回折素子の構成を示す断面図である。本例では、厚さ２．０ｍｍの石英ガラス基板を透明基板１０１とし、その入射側表面の中央の直径０．５ｍｍφの領域にフォトリソグラフィー法およびドライエッチング法を繰り返すことで、格子ピッチが１．１５μｍで、高さ（深さ）が各々０．１５μｍ、０．３０μｍの３レベル（２段）の疑似鋸歯状の回折格子（透過型）を形成し入射側回折格子１０２とした。
【００４４】
その後に、石英ガラス基板の対向する出射側表面には、格子ピッチ２０μｍで深さが０．２μｍの出射側回折格子の１つであるトラッキング信号検出用の３ビーム発生回折格子１０３を作製した。さらに、３ビーム発生回折格子１０３の形成領域の外周部分に格子ピッチが入射側回折格子１０２のピッチと等しい１．１５μｍで、高さ（深さ）が各々０．１μｍ、０．２μｍの加工を行い、リフトオフ法を用いた金のスパッタリング法により格子部分にのみ選択的に膜厚２００ｎｍの反射膜１０４をコートし３レベル（２段）の疑似鋸歯状の回折格子（反射型）を形成し出射側回折格子の他の１つである反射回折格子１０５とした。最後に石英ガラス基板の両表面に図示しない低反射コート膜を施し回折素子１０６とした。
【００４５】
以下では、この回折素子１０６を光ヘッド装置に組み込んだ場合について説明する。発振波長が６６０ｎｍの半導体レーザ１０７からの出射光は、回折素子の入射側表面において光強度の強い中心部分のみが入射側回折格子１０２を透過しその一部が回折した。回折しない中心部分の光および入射側回折格子１０２の領域外の光は直進し３ビーム発生回折格子１０３にて３方向に回折分離し、図示しないコリメータレンズや対物レンズにて光ディスクへ導かれた。一方、入射側回折格子１０２で回折された光は、反射回折格子１０５へ導かれその反射回折光は回折素子１０６より出射し受光素子１０８にて検出された。
【００４６】
本例の場合、半導体レーザ１０７からの出射光の約８５％が、３ビーム発生回折格子へ到達し光ディスクへ導かれた。これに対して入射側回折格子１０２および反射回折格子１０５を経由して５％の光が受光素子１０８にて検出された。この検出光は、使用する半導体レーザ１０７の発振波長の個体差による違いに対しても受光素子への信号レベルの顕著な変化は見られなかった。
【００４７】
また、半導体レーザ１０７の温度変化による波長の変動時にも安定した信号レベルを示した。加えて、波長の違いに起因する入射角度の変化による受光位置の変化がないことから受光素子の調整機構を省略することができた。この受光素子への信号光を用いての半導体レーザ１０７の発振強度を調整することで光ディスクへの記録および再生を安定に行うことができた。
【００４８】
「例２」
図２は、本例の回折素子の構成を示す断面図である。本例では、厚さ２．０ｍｍの石英ガラス基板を透明基板２０１とし、その入射側表面の中央の直径１．０ｍｍφの領域にフォトリソグラフィー法およびドライエッチング法を繰り返すことで、格子ピッチが１．８μｍの領域を３つの領域０．３６μｍ、１．０８μｍ、０．３６μｍに分割し、各々の高さ（深さ）を０．６０μｍ、０．３０μｍ、０．０μｍとした３レベル（２段）の疑似鋸歯状の回折格子（透過型）を形成し入射側回折格子２０２とした。
【００４９】
入射側回折格子２０２の回折光が、石英ガラス基板の対向する出射側表面に到達する２つの領域に、フォトリソグラフィー法およびドライエッチング法を繰り返すことで、格子ピッチが１．８μｍの一方の出射側回折格子である反射回折格子２０３と格子ピッチが２．０μｍの他方の出射側回折格子である反射回折格子２０４を作製した。反射回折格子２０３および２０４は、格子ピッチをそれぞれ４等分し、一段の高さ（深さ）が０．１５μｍの加工を行うことで４レベルの疑似鋸歯状の回折格子とし、その後、リフトオフ法を用いた金のスパッタリングにより格子部分にのみ選択的に膜厚２００ｎｍの反射膜２０５をコートし４レベル（３段）の疑似鋸歯状の回折格子（反射型）を形成した。最後に石英ガラス基板の両表面に図示しない低反射コート膜を施し回折素子２０６とした。
【００５０】
回折格子の長手方向に直交する偏光を有する、コリメートされた波長１５５０ｎｍの入射光２０７を法線方向と入射角度５度にて、回折素子２０６に入射したところ入射側回折格子２０２にて入射光２０７は３つに分離した。本構成では、入射光２０２はその約９２％が回折素子２０６を透過した。＋１次の回折光（図中の左側）は入射光量の約３％が回折し、入射側回折格子２０２と格子ピッチの等しい反射回折格子２０３に入射し、そのほとんどが回折し回折素子２０６から出射した。このときの出射方向は、入射光２０７の入射角度に対して約２倍の角度で逆の傾きであった。最終的に回折素子２０６から出射した光は、入射光２０７の２．４％の強度を有する戻り光２０８となった。
【００５１】
−１次の回折光（図中の右側）は入射光量の約１％が回折し、入射側回折格子２０２より格子ピッチの大きい反射回折格子２０４に入射し、そのほとんどが回折し回折素子２０６から出射した。このときの出射方向は、本構成の場合は、入射光２０７とほぼ平行であった。最終的に回折素子２０６から出射した光は、入射光２０７の０．７％の強度を有する戻り光２０９となった。
【００５２】
戻り光２０８を図示しないダブルスリット型分光回折素子に入射し波長を測定した。この測定の場合には入射光束に高い平行性が要求されるが、入射光に波長の変化が生じたときにも平行性を充分に維持しており波長の測定ができた。戻り光２０９は図示しない受光素子上に集光し、その強度を測定した。波長が変動しても、安定に戻り光２０９は受光素子に入射し強度を測定できた。
【００５３】
本例では、きわめて小型の回折素子を用いて光を分離することができ、光の波長および強度を正確に同時測定しながらも大きな強度の低下がなく、入射光２０７のほとんどを利用することができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明したように、本発明の回折素子によれば、ガラス基板またはガラス基板上に成膜された無機物膜を、直線状または曲線状に加工して形成された回折格子をガラス基板の入射側表面に１つ、出射側表面に少なくとも１つ形成しかつ入射側表面の回折格子の格子ピッチと、出射側表面の少なくとも１つの回折格子の格子ピッチとを等しくしているため、小型で量産性、耐久性に優れた回折素子となり、少なくとも一つの回折分離光を同一方向に取り出すことができ、さらに動作環境温度の変化に対しても回折光の伝播方向を大きく変えない回折素子となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の回折素子の構成を示す断面図。
【図２】実施例２の回折素子の構成を示す断面図。
【図３】本発明の回折素子の構成の一例を示す概念的断面図。
【図４】本発明の回折素子の構成の他の例を示す概念的断面図。
【図５】本発明の回折素子の格子ピッチの分割法の違いによる回折特性の一例を示すグラフであり、（ａ）格子ピッチを等分割とした場合、（ｂ）格子ピッチの分割を調整した場合。
【図６】従来のコーナキューブプリズムを使用した光の分離の一例を示す概念図。
【符号の説明】
【００５６】
１０１、２０１、３０１、４０１：透明基板
１０２、２０２、３０２、４０２：入射側回折格子
１０３：３ビーム発生回折格子
１０４、２０５、３０８、４０８：反射膜
１０５、２０３，２０４：反射回折格子
３０６、３０７、４０６、４０７：透過側回折格子
１０６、２０６：回折素子
１０７：半導体レーザ
１０８：受光素子
２０７、３０３、４０３：入射光
３０４，３０５、３０９，３１０、４０４，４０５：回折光
２０８、２０９、４０９，４１０：戻り光
【図１】
2008262217.tif 000004
【図２】
2008262217.tif 000005
【図３】
2008262217.tif 000006
【図４】
2008262217.tif 000007
【図５】
2008262217.tif 000008
【図６】
2008262217.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月11日(2008.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、その透明基板の両表面に形成された凹凸状の回折格子とを有し、その回折格子は、断面形状が凹凸状で平面形状が直線状または曲線状である回折素子であって、
前記透明基板の２つの表面のうち外部光が入射する入射側表面の中央領域に入射側回折格子が形成され、前記入射側表面に対向する出射側表面には２つの出射側回折格子が形成されており、
前記２つの出射側回折格子は、前記入射側回折格子によって回折される外部光の光路上に形成されており、前記２つの出射側回折格子の凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子であり、かつ前記入射側回折格子の格子ピッチと、前記２つの出射側回折格子の少なくとも一方の格子ピッチとが実質的に等しいことを特徴とする回折素子。
【請求項２】
前記回折格子は、透明基板の表面に直接形成されている請求項１記載の回折素子。
【請求項３】
前記回折格子は、透明基板の表面上に成膜された無機物膜に形成されている請求項１記載の回折素子。
【請求項４】
前記２つの出射側回折格子は反射型回折格子となっている請求項１、２または３記載の回折素子。
【請求項５】
前記擬似鋸歯状の回折格子における階段を構成するそれぞれのステップの高さまたはステップの奥行幅が異なる請求項１から４いずれかに記載の回折素子。
【請求項６】
前記入射側回折格子は、凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子になっている請求項１から５いずれかに記載の回折素子。
【請求項７】
前記外部光は、入射側回折格子の表面に対して斜めに入射する請求項１から６いずれかに記載の回折素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、透明基板と、その透明基板の両表面に形成された凹凸状の回折格子とを有し、その回折格子は、断面形状が凹凸状で平面形状が直線状または曲線状である回折素子であって、前記透明基板の２つの表面のうち外部光が入射する入射側表面の中央領域に入射側回折格子が形成され、前記入射側表面に対向する出射側表面には２つの出射側回折格子が形成されており、前記２つの出射側回折格子は、前記入射側回折格子によって回折される外部光の光路上に形成されており、前記２つの出射側回折格子の凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子であり、かつ前記入射側回折格子の格子ピッチと、前記２つの出射側回折格子の少なくとも一方の格子ピッチとが実質的に等しいことを特徴とする回折素子を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、前記２つの出射側回折格子は反射型回折格子となっている上記の回折素子を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、前記擬似鋸歯状の回折格子における階段を構成するそれぞれのステップの高さまたはステップの奥行幅が異なる上記の回折素子を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、前記入射側回折格子は、凹凸部が鋸歯状の回折格子または階段により鋸歯状を近似した擬似鋸歯状の回折格子になっている上記の回折素子を提供する。さらに、前記外部光は、入射側回折格子の表面に対して斜めに入射する上記の回折素子を提供する。