[发明专利]自由曲面型二元光学元件及其设计、制作方法及自由曲面型二元光学投影系统

说明书

本发明公开了一种自由曲面型二元光学元件及其设计、制作方法及自由曲面型二元光学投影系统。本发明的设计方法包括以下步骤：形成一原始文件，该原始文件包含原始图案；将原始文件进行网格化分，形成原始文件阵列面；显示图案在一显示区域内显示，将显示区域进行与原始文件相同的网格化分，形成显示区域阵列面；将一虚拟面进行与原始文件相同的网格化分，形成虚拟阵列面；调整虚拟阵列面中对应于第一颜色的平面的角度，使得显示区域的显示图案与原始文件中的原始图案对应；利用调整角度后的虚拟阵列面中的各个平面，形成自由曲面。

技术领域

本发明涉及一种二元光学元件及其设计方法、制作方法以及自由曲面型二元光学投影系统。

背景技术

由于具有二元光学结构的产品在各种领域具有不同的应用，为产品改进或者技术革新带来了很多新的突破，目前对具有二元光学结构的产品需求越来越日益增多，各高校、研究所等单位对具有二元光学结构的样品的需求也呈快速增长趋势。

传统的二元光学结构为形成于一表面上的若干个离散的阶梯面，传统制作二元光学结构的方法主要是光刻方法，此外也有化学方法、飞秒激光方法、离子束方法等。基于这些传统的制作工艺，目前的二元光学结构的材料通常是石英或玻璃，材料选择局限较大。

总体来说，这些方法要么周期长，产能低；要么成本高，致使二元光学结构的价格昂贵，因此上述各种制作二元光学结构的方法，限于制作成本或者制作周期的原因，难以满足一般的产品需求。

在背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为解决以上现有技术的问题，本发明的一个目的在于提供一种二元光学结构为自由曲面的自由曲面型二元光学元件的设计方法；

本发明的另一个目的在于提供一种能用单点金刚石加工设备进行加工的自由曲面型二元光学元件的及其制作方法；

本发明的再一个目的在于提供一种包含有本发明的自由曲面型二元光学元件的自由曲面型二元光学投影系统。

根据本发明的一个方面，一种自由曲面型二元光学元件的设计方法，所述自由曲面型二元光学元件包含一连续的自由曲面，所述自由曲面在一光源产生的光的照射下，能使一原始图案形成一显示图案，其特征在于，所述自由曲面的形成包括以下步骤：

形成一原始文件，该原始文件包含所述原始图案，且所述原始图案为第一颜色，所述原始文件中除所述原始图案的其他部分为第二颜色；

将所述原始文件进行网格化分，形成原始文件阵列面，所述原始文件阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

所述显示图案在一显示区域内显示，将所述显示区域进行与所述原始文件相同的网格化分，形成显示区域阵列面，所述显示区域阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

将一虚拟面进行与所述原始文件相同的网格化分，形成虚拟阵列面，所述虚拟阵列面包括对应于第一颜色的平面和对应于第二颜色的平面；

调整所述虚拟阵列面中对应于第一颜色的平面的角度，使得所述显示区域的显示图案与所述原始文件中的原始图案对应；

利用调整角度后的所述虚拟阵列面中的各个平面，形成所述自由曲面。

根据本发明的另一个方面，一种自由曲面型二元光学元件的制作方法，其包括以下步骤：

提供一基体；

在所述基体的一表面加工形成一自由曲面，所述自由曲面是本发明所述的自由曲面型二元光学元件的设计方法获得的自由曲面，在一光源产生的光的照射下，所述自由曲面型二元光学元件能使一原始图案形成一显示图案。