[发明专利]衍射光学元件

说明书

提供一种可配置间距大的衍射光栅且可配置多个衍射光栅的衍射光学元件。一种衍射光学元件(10)，其并列配置有多个单元，按照每个单元，凸部(11a)的并列间距和面内的旋转方向的配置中的至少一方是不同的，在相同单元内凸部(11a)的间距和面内的旋转方向的配置是相同的，通过作为单元的集合体的结构对光进行整形，多个单元中包括：外形形状为相同形状的多个基本单元(10a)；及合成单元(10b)，其外形形状与基本单元(10a)不同，并具备特定的方向的长度比基本单元的长度长且至少包括凸部(11a)的1个间距量的衍射光栅。

技术领域

本发明涉及衍射光学元件。

背景技术

近年来，需要传感器系统的情况增多，如用于避免由网络的普及导致的安全风险的个人认证的需求、汽车的自动运转化的潮流或所谓的“物联网”的普及等。传感器有各种各样的种类，所检测的信息也各种各样，作为其中的1个手段，具有从光源对对象物照射光，并从反射回来的光获得信息的手段。例如，图案认证传感器、红外线雷达等为其一例。

作为这些传感器的光源，使用具有与用途对应的波长分布、明亮度、扩展度的光源。作为光的波长，通常使用可见光～红外线，特别是红外线因具有不易受到外光的影响，并且是不可见，还可观察到对象物的浅内部的特征，因此被广泛使用。并且，作为光源的种类，大多使用LED光源、激光光源等。例如，为了检测远处，适合使用光的扩展度小的激光光源，在探测比较近的近处的情况下或想要照射具备某种程度的扩展度的区域时，适合使用LED光源。

但是，作为对象的照射区域的大小、形状未必与来自光源的光的扩展度(分布)一致，在该情况下，需要通过扩散板、透镜、遮挡板等而对光进行整形。最近研发了一种叫做光整形扩散器(LSD：Light Shaping Diffuser)的能够对光的形状进行某种程度的整形的扩散板。

并且，作为整形光的另外的手段，可例举衍射光学元件(Diffractive OpticalElement：DOE)。其应用了当光通过具备周期性而排列有具有不同的折射率的材料的场所时的衍射现象。DOE基本上是针对单一波长的光而设计的，从理论上来讲，几乎可将光整形为任意的形状。并且，在上述的LSD中，照射区域内的光强度形成为高斯分布，而在DOE的情况下，可对照射区域内的光分布的均匀性进行控制。DOE的这样的特性在抑制向无需的区域照射而实现高效率化、通过光源数的减少等而实现装置的小型化等点上是有利的(例如，参照专利文献1)。

并且，DOE可对应于激光器这样的平行光源、LED这样的扩散光源的任一光源，并且，可适用于从紫外光到可见光、红外线为止的广范围的波长。

作为衍射光学元件的形态，以往使用了叫做光栅单元阵列(Grating Cell Array)的形态(参照专利文献1，非专利文献1)。在光栅单元阵列型的衍射光学元件中，例如正方形的微小的单位区域(单元)被排列为矩阵状。而且，在光栅单元阵列型的衍射光学元件的一个单位区域内，以一定间距配置有面内的旋转方向朝向一定的方向的衍射光栅。并且，在光栅单元阵列型的衍射光学元件中，在每个单位区域，所配置的衍射光栅的间距及旋转方向不同，作为这些集合体而构成了一个衍射光学元件。该单位区域的尺寸例如为20μm×20μm左右。

在衍射光栅中，衍射角越小，凹凸形状的排列间距变大。但是，由于光栅单元阵列的单位区域微小，因此有时衍射角小的衍射光栅的间距超过一个单位区域的尺寸。在该情况下，应配置于该单位区域的衍射光栅无法被用作衍射光栅，与此相应地，会导致衍射效率的下降等。为了使间距大的衍射光栅充分地发挥功能，可考虑加大单位区域的尺寸。但是，当加大单位区域的尺寸时，在每个单位面积可配置的单位区域的数量即可配置的衍射光栅的数量减少。在该情况下，事实上可能无法构成小型的衍射光学元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-170320号公报

非专利文献