[发明专利]衍射光学元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件及其制造方法，并且更加具体地涉及一种具有优良光学特性的衍射光学元件及其制造方法。

背景技术

用于通过利用光衍射现象来改变光传播的方向而聚焦光和执行其它功能的衍射光学元件(DOE)近年来已经受到关注。在衍射光学元件中，在表面上重复地形成突出部和沟部，并且其加工精度对于元件的光学特性具有显著的效果。因此，已经关于用于加工衍射光学元件的方法进行了多项研究，并且已经提出各种加工方法(例如见日本公开专利公布No.11-197902(专利文献1)、日本公开专利公布No.10-138004(专利文献2)和国际专利公布小册子No.2003/055826(专利文献3))。

[专利文献1]日本公开专利公布No.11-197902

[专利文献2]日本公开专利公布No.10-138004

[专利文献3]国际专利公布小册子No.2003/055826

发明内容

本发明旨在解决的问题

然而，在其中使用切削刀具的、于专利文献1和2中公开的加工方法中，当衍射光学元件由硬质材料例如陶瓷构成时，切削刀具变得逐渐地受到更多磨损，并且衍射光学元件的光学特性因此受到不利地影响。当切削刀具在短的时期内被磨损时，应该频繁地更换切削刀具，生产效率降低，并且制造成本增加。为了解决这些问题，在专利文献1和2中公开了例如使用金刚石刀具作为切削刀具的措施。然而，虽然这些措施在一定程度上抑制了切削刀具磨损的发展，但是对于加工精度的改进并不是充分的。金刚石刀具的使用还具有增加制造成本的缺陷。

根据用于制造由陶瓷构成的光学构件的、在专利文献3中公开的方法，因为陶瓷光学构件被烧结和压缩模塑，所以显著地减轻了切削刀具磨损的上述问题。然而，在制造陶瓷衍射光学元件的过程中，仅仅通过使用烧结和压缩模塑，充分的加工精度没有被必要地获得，并且元件的光学特性未被充分地增强。

因此，本发明的一个目的在于提供一种陶瓷衍射光学元件，其中通过增强加工精度而增强了它的光学特性，并且提供一种用于制造衍射光学元件的方法，由此能够通过增强加工精度而制造具有增强的光学特性的陶瓷衍射光学元件，同时保持制造成本较低。

用于解决上述问题的方案

根据本发明的衍射光学元件是一种包括红外透射性陶瓷的衍射光学元件，在衍射光学元件的表面上重复地形成突出部和沟部。在衍射光学元件的表面的光学有效区域内的表面粗糙度Ra的平均值是0.05μm或者更小，并且在该表面的光学有效区域内的表面粗糙度Ra的差异是0.02μm或者更小。

本发明人对于在由红外透射性陶瓷构成的衍射光学元件的光学特性和加工精度之间的关系进行了详细的研究。结果，本发明人发现，在衍射光学元件的部位当中的表面粗糙度和表面粗糙度波动对于衍射光学元件的光学特性具有显著影响。本发明人还领会到，通过采用一种构造能够显著地增强衍射光学元件的光学特性，在所述构造中，在衍射光学元件的表面的光学有效区域内的表面粗糙度Ra的平均值是0.05μm或者更小，并且在该表面的光学有效区域内的表面粗糙度Ra的差异是0.02μm或者更小。因此，根据本发明的衍射光学元件，能够提供一种具有显著增强的光学特性的衍射光学元件。

术语“光学有效区域”指的是当光学元件在使用中时其中光能够进入和/或离开的光学元件的表面区域。通过测量例如在光学有效区域内的任何五个位置的表面粗糙度并且计算测量平均值，能够得到表面粗糙度Ra的上述平均值。通过测量例如在光学有效区域内的任何五个位置的表面粗糙度并且计算在最大值和最小值之间的差异，能够得到在表面粗糙度Ra中的上述差异。

在该衍射光学元件中，衍射光学元件优选地是包括陶瓷的粉末的烧结体。在包括衍射光学元件的光轴的截面中，突出部的尖端具有比粉末的平均颗粒尺寸的二分之一大的曲率半径。

当衍射光学元件是由陶瓷构成的粉末的烧结体时，突出部的尖端的加工精度受到粉末的颗粒尺寸的影响。通过采用一种构造，突出部的尖端的加工精度得以增强，并且衍射光学元件的光学特性得以增强，在所述构造中，突出部的尖端具有比粉末的平均颗粒尺寸的二分之一大的曲率半径。

在该衍射光学元件中，在包括衍射光学元件的光轴的截面中，沟部的底部优选地具有比粉末的平均颗粒尺寸的二分之一大的曲率半径。

在该衍射光学元件中，该衍射光学元件优选地是包括陶瓷的粉末的烧结体。在包括衍射光学元件的光轴的截面中，沟部的底部具有比粉末的平均颗粒尺寸的二分之一大的曲率半径。