[发明专利]衍射光学元件及照明光学系统

说明书

本发明涉及衍射光学元件，具备：衍射部，利用衍射作用来使光分支；及透镜部，设置于所述衍射部的光入射侧，将入射光变换为平行光，所述透镜部包括：基材；及凹凸部，配置于所述基材的与光入射侧相反的一侧，所述凹凸部包括：截面是曲线的浮凸形状的凸部的浮凸型凸部的周期构造、模仿了所述浮凸型凸部的以所述基材为第1级的2级以上的阶梯状的光栅的周期构造或它们的组合，配置于中心部；及光栅，配置于所述中心部以外，配置于所述中心部的所述阶梯状的光栅的级数比配置于所述中心部以外的所述光栅的级数多。

技术领域

本发明涉及用于将规定的图案的光斑向规定的投影面照射的衍射光学元件及包括该衍射光学元件的照明光学系统。

背景技术

存在以下装置：通过向计测对象的被测定物照射规定的光，检测由该被测定物散射出的光，来进行该被测定物的位置、形状等的计测(例如，参照专利文献1等)。在这样的计测装置中，为了将特定的光的图案向计测对象照射，能够使用衍射光学元件。

已知：衍射光学元件例如通过对基板表面进行凹凸加工而得到。在这样的凹凸结构的情况下，利用填充凹部的材料(例如，折射率＝1的空气)和凸部材料的折射率差来提供期望的光程长度差而将光衍射。

利用这样的衍射作用而生成的光的图案作为由多个衍射光形成的规定的光量以上的光斑的集合而定义。通过控制光斑的位置、光强度，能够形成特定的光的图案，另外，若各光斑具有重叠，则也会成为照明光。

作为光斑的位置、光强度的控制的例子，以进行检测灵敏度高的检测的目的，例如，可举出检测面内的光量成为一样的光的图案的生成。

由于能够不依赖于距光源的距离而进行衍射设计，所以作为向衍射光学元件(Diffractive Optical Element：DOE)的入射光，经常使用平行光。作为一例，在专利文献2、3中示出了在光源与衍射光学元件之间设置有将来自光源的发散光变换为平行光的准直透镜的结构。

另外，作为与本发明相关联的技术文献，存在记载了截面是锯齿形状的闪耀化衍射光学元件中的一级衍射效率与标准化周期(Λ/λ)的关系的非专利文献1。在此，Λ表示均一周期的闪耀化元件中的周期。另外，λ表示波长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利第5174684号公报

专利文献2：日本国专利第6344463号公报

专利文献3：美国专利申请公开第2017/0187997号说明书

非专利文献

非专利文献1：盐野照弘，“高效率衍射光学元件”，应用物理学会分科会日本光学会，光学vol.32(8)2003年，p.492-494。

发明内容

发明所要解决的课题

在使用准直透镜来单纯使来自光源的光成为平行光的情况下，会在衍射光学元件的厚度上加上准直透镜的厚度，因此存在光学系统整体大型化的问题。

例如，在作为计测装置而考虑了在智能手机等中用于脸部识别、相机装置的对焦的远程感测装置、与游戏机等连接而用于捕捉用户的动作的远程感测装置、在车辆等中为了检知周边物体而使用的LIDAR(Light Detecting and Ranging：光探测与测距)装置的情况下，出于外观设计性的要求、设置传感器的壳体整体的薄型化及小型化的要求，对于用于进行感测的衍射光学元件及其光学系统也希望薄型化。