[发明专利]衍射光学元件、使用了该衍射光学元件的投影装置及计测装置

说明书

实现遍及宽视场角地使衍射光的强度均匀化的光扩散技术。在将基本单元在第一方向上周期性地排列并使入射光向所述第一方向衍射的衍射光学元件中，设有以在所述第一方向上衍射的衍射光中的最外侧的衍射光与从外侧起的第二个衍射光之间的分离角小于所述入射光的发散角的方式设计的相位图案。

技术领域

本发明涉及衍射光学元件、使用了该衍射光学元件的投影装置及计测装置。

背景技术

衍射光学元件利用光的衍射现象将入射光以各种图案向各个方向分光。衍射光学元件为小型、轻量，并能够实现与透镜、棱镜等折射光学元件同样的光学功能，在照明、非接触检查，光学计测等多种领域中被利用。

提出了通过使多个衍射光与相邻的衍射光重叠而将投影区域无间隙地填埋的结构(例如，参照专利文献1)。而且，在将主要强度分布转换成预先设定的立体角依赖性的强度分布的光学系中，提出了使用两片光学元件来抑制0次光的影响的结构(例如，参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6387964号

专利文献2：日本特表2008-506995号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，仅议论衍射光的重叠，没有公开实现衍射光的重叠的衍射光学元件的具体的结构。在专利文献2中，也没有公开衍射结构的具体的条件。

另一方面，在LiDAR(light detection and raging：光检测/测距)等的使用了光的传感、投影机等的放大投射系中，要求以宽视场角使光扩散。在使用衍射光学元件要实现广角化的情况下，遍及宽视场角而使投影面处的衍射光的强度均匀的情况至关重要。

本发明的目的在于提供一种实现遍及宽视场角地使投影面处的衍射光的强度均匀化的光扩散技术。

在本发明的第一形态中，衍射光学元件将基本单元在第一方向上周期性地排列，并使入射光在所述第一方向上衍射，其中，

所述衍射光学元件具有以如下方式设计的相位图案：在所述第一方向上衍射的衍射光中的最外侧的衍射光与从外侧起的第二个衍射光之间的分离角小于所述入射光的发散角。

在本发明的第二形态中，一种衍射光学元件，将基本单元在二维方向上周期性地排列，并使入射光在所述二维方向上衍射，其中，

在将在所述二维方向上衍射的衍射光中的在距中心最远的拐角部彼此邻近的四个衍射光的中央的角度坐标设为(ax，ay)、将在第一方向上位于最外侧的衍射光的衍射角设为θx(MHx)、将在与所述第一方向正交的第二方向上位于最外侧的衍射光的衍射角设为θy(MHy)、将在所述二维方向上衍射的衍射光的所述第一方向的发散角设为δx、将在所述二维方向上衍射的衍射光的所述第二方向的发散角设为δy时，所述衍射光学元件具有满足下式的相位图案：

[(ax-θx(MHx))/δx]2+[(ay-θy(MHy))/δy]21。

在本发明的第三形态中，一种衍射光学元件，将基本单元在第一方向上周期性地排列，并使入射光在所述第一方向上衍射，其中，

在将所述入射光的射束直径设为FWHM、将至投影面的距离设为Z、将在所述第一方向上衍射的衍射光中的最外侧的衍射光的衍射角设为θ(MH)、将从外侧起的第二个衍射光的衍射角设为θ(MH-1)时，所述衍射光学元件具有满足下式的相位图案：

tanθ(MH)-tanθ(MH-1)(FWHM/2Z)[1/cosθ(MH)+1/cosθ(MH-1)]。

在本发明的第四形态中，一种衍射光学元件，将基本单元在二维方向上周期性地排列，并使入射光在所述二维方向上衍射，其中，