WO2020080169A1 - 回折光学素子および照明光学系 - Google Patents

回折光学素子および照明光学系 Download PDF

Info

Publication number
WO2020080169A1
WO2020080169A1 PCT/JP2019/039555 JP2019039555W WO2020080169A1 WO 2020080169 A1 WO2020080169 A1 WO 2020080169A1 JP 2019039555 W JP2019039555 W JP 2019039555W WO 2020080169 A1 WO2020080169 A1 WO 2020080169A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical element
diffractive optical
diffractive
convex portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/039555
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮太 村上
健介 小野
元志 中山
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ａｇｃ株式会社 filed Critical Ａｇｃ株式会社
Priority to JP2020553085A priority Critical patent/JP7533222B2/ja
Priority to CN201980067492.7A priority patent/CN112840238B/zh
Publication of WO2020080169A1 publication Critical patent/WO2020080169A1/ja
Priority to US17/227,520 priority patent/US12085739B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/425—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application in illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/44—Grating systems; Zone plate systems

Definitions

  • the present invention relates to a diffractive optical element for irradiating a predetermined projection surface with a light spot having a predetermined pattern, and an illumination optical system including the diffractive optical element.
  • a device that measures the position and shape of the measured object by irradiating the measured object to be measured with predetermined light and detecting the light scattered by the measured object (for example, Patent Document Refer to 1).
  • a diffractive optical element can be used to irradiate a measurement object with a specific light pattern.
  • the diffractive optical element for example, one obtained by subjecting the surface of the substrate to unevenness is known.
  • the pattern of light generated using such diffractive action is defined as a collection of light spots of a predetermined light amount or more by a plurality of diffracted lights.
  • a specific light pattern can be formed by controlling the position and light intensity of the light spots, and if each light spot has an overlap, it becomes illumination light.
  • Patent Documents 2 and 3 show a configuration in which a collimator lens that converts divergent light from the light source into parallel light is provided between the light source and the diffractive optical element.
  • Non-Patent Document 1 which describes the relationship between the first-order diffraction efficiency and the normalized period ( ⁇ / ⁇ ) in a blazed diffractive optical element having a sawtooth-shaped cross section.
  • ⁇ represents the period in the blazed element having a uniform period.
  • ⁇ represents the wavelength.
  • the thickness of the collimator lens is added to the thickness of the diffractive optical element, which causes a problem of increasing the size of the entire optical system.
  • a remote sensing device used for face recognition or focusing of a camera device in a smartphone or the like
  • a remote sensing device used for capturing a user's movement by being connected to a game machine, a peripheral object in a vehicle, or the like.
  • a LIDAR (Light Detecting and Ranging) device used for detection
  • a diffractive optical element and a diffractive optical element for performing sensing are demanded from a design request and a request for thinning and downsizing of an entire housing in which a sensor is provided. Thinning of the optical system is also desired.
  • the optical system As a method of making the optical system thinner, it is possible to use a Fresnel zone plate for the collimating lens. However, if the thickness is made as small as possible, not only the number of divisions becomes large, but also the division pitch (division width) becomes small especially in the peripheral portion, which makes it difficult to machine the mold for manufacturing the Fresnel lens. . Also, when the light beam from the light source is changed to parallel light by using the Fresnel zone plate, stray light is generated due to the influence of diffraction at the dividing position of the lens, and concentric light and dark stripes (unfavorable light) There is a problem that the beam quality is deteriorated, such as intensity contrast).
  • the diffractive lens is inferior to the refraction lens in light utilization efficiency, it can reduce unnecessary 0th-order light and control the light intensity distribution of the emitted beam. Considered to be advantageous for the device.
  • a method using kinoform can be mentioned as a method of improving the light utilization efficiency.
  • Kinoform is one of the methods to reproduce only the reconstructed image of the required diffraction order, and it is assumed that the amplitude component of the diffracted wave (amplitude of the Fourier transform image of the virtual object) is constant and its phase distribution is determined by the optical thickness. It is modulated by the frequency and is coded by the remainder of the divisor 2 ⁇ with respect to the phase of the incident light, and is also called a wavefront reproducing element.
  • the thickest part on the kinoform is thinnest so as to give a phase change enough to convert the incident plane wave into a desired wavefront.
  • the optical thickness of the kinoform is the remainder by the divisor ⁇ .
  • ⁇ is the wavelength of the reproduced image.
  • a characteristic of kinoforms is that, with an ideally manufactured kinoform, almost all of the incident light is used to reproduce a single desired image, so the light utilization efficiency is high.
  • the theoretical light utilization efficiency of kinoform is high, it is very difficult to shape the relief image obtained by design into an actual device, which poses problems in terms of processing difficulty and stability. Remains.
  • a kinoform lens obtained by converting an optical lens into a kinoform has a periodic fine relief structure as shown by reference numeral 95 in FIG. 12, and such a fine relief shape is exposed using a gray scale mask. It is difficult to obtain a stable value only by adjusting the amount.
  • FIG. 13 shows an example in which the curved shape of the kinoform lens shown in FIG. 12 is pseudo-realized by a multi-stage (8 stages in this example) diffraction grating.
  • a multi-stage diffraction grating since the aspect ratio, which is the ratio of height to pitch, in the vicinity of the peripheral portion is large, the problem remains that machining is still difficult.
  • Non-Patent Document 1 in the relationship between the first-order diffraction efficiency of a blazed element with a uniform period calculated using a differential method model which is one of vector analysis theory and the normalized period ⁇ / ⁇ , the period is a wavelength. Not only when there is an order, but also when ⁇ / ⁇ is around 1.5 to 2.5, there is a period in which the diffraction efficiency drops extremely. Depending on the design wavelength, it may be considered that the normalized period is satisfied at any position in the plane. Then, there is a possibility that the diffraction efficiency is deteriorated and that the 0th-order light leakage occurs. It is considered that such a problem of the deterioration of the diffraction efficiency and the 0th-order light leakage similarly occurs near the peripheral portion of the kinoform.
  • the present invention provides a diffractive optical element and an illumination optical system that are thin and excellent in processability, and can further improve light utilization efficiency and suppress unnecessary emitted light. To aim.
  • the diffractive optical element includes a diffractive portion that splits light by utilizing a diffractive action, and a lens portion that converts incident light into parallel light on a light incident side of the diffractive portion, and the lens portion is a base material. And a concave-convex portion arranged on the side opposite to the light-incident side of the base material, and the concave-convex portion is arranged in the central portion and is a relief-type convex portion periodic structure having a curved relief cross-section.
  • a periodic structure of two or more steps of a lattice having a base material as the first stage, or a combination thereof, and a lattice arranged other than the center part The number of steps of the staircase-shaped lattice arranged is larger than the number of steps of the lattice arranged other than the central portion.
  • the illumination optical system includes a light source that emits divergent light, and the above-mentioned diffractive optical element that enters the divergent light and branches the diffracted light into a plurality of diffracted light of parallel light.
  • a predetermined light pattern is formed on a predetermined projection surface by the diffracted light emitted by.
  • the present invention it is possible to provide a diffractive optical element and an illumination optical system that are thin and excellent in processability, and can further improve the light utilization efficiency and suppress unnecessary emitted light. .
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the diffractive optical element 10 of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a more detailed schematic cross-sectional view of the lens unit 10B and a lens unit 90B as a comparative example.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the lens unit 10B.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of the lens unit 10B.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance r from the center of the second concave-convex portion 15 formed entirely of kinoform and the Fresnel zone width of the convex portion 151.
  • FIG. 6 is a graph showing the zero-order efficiencies of the kinoform lens shown in FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of each of the kinoform lens shown in FIG. 5 and three kinds of diffractive lenses equivalent to it (8 steps, 4 steps, 2 steps).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of an illumination optical system using the diffractive optical element 10.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration example of an illumination optical system using the diffractive optical element 10.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing another example of the diffractive optical element 10.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view showing another example of the diffractive optical element 10.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an example of the diffractive optical element 10 including the lens section 90B which is a comparative example.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of the lens section 90B which is a comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the diffractive optical element 10 of the first embodiment.
  • the diffractive optical element 10 includes a diffractive section 10A and a lens section 10B.
  • the diffractive portion 10A includes a base material 11, a base material 13, and a first uneven portion 12 provided between the base materials 11 and 13.
  • the lens portion 10B includes a base 14 and a second uneven portion 15 provided between the bases 13 and 14.
  • the base material 11 and the base material 13, and the base material 13 and the base material 14 are bonded to each other with an adhesive 16 at a desired height.
  • the base materials 11, 13, and 14 are not particularly limited as long as they are members such as glass and resin that are transparent to the used wavelength.
  • the used wavelength is the wavelength band of the incident light on the diffractive optical element 10.
  • light of a specific wavelength band for example, 850 nm ⁇ 20 nm
  • the wavelength used is not limited to these.
  • the visible region has a wavelength of 400 nm to 780 nm
  • the infrared region has a wavelength of 780 nm to 2000 nm, which is regarded as a near infrared region, and particularly the wavelength of 800 nm to 1000 nm
  • the ultraviolet region has a near ultraviolet region. It is assumed that the wavelength is 300 nm to 400 nm, particularly 360 nm to 380 nm.
  • visible light is light in the visible region
  • infrared light is light in the infrared region
  • ultraviolet light is light in the ultraviolet region.
  • the first concavo-convex portion 12 is a concavo-convex structure having a predetermined concavo-convex pattern that splits incident light by a diffractive action to generate a plurality of diffracted light. More specifically, the concavo-convex pattern is a two-dimensional pattern in plan view of a step formed by the convex portion or the concave portion of the first concave-convex portion 12.
  • the “plan view” is a plane seen from the traveling direction of the light incident on the diffractive optical element 10, and corresponds to a plane seen from the direction normal to the main surface of the diffractive optical element 10.
  • the concavo-convex pattern is configured so that a light spot, which is each of a plurality of diffracted lights generated thereby, can realize a predetermined pattern on a predetermined projection plane or the like.
  • the concavo-convex pattern of the first concavo-convex portion 12 is obtained, for example, by Fourier transforming the phase distribution of the light emitted from the concavo-convex pattern.
  • the predetermined pattern realized by the concavo-convex pattern is not particularly limited.
  • the second concave-convex portion 15 of the lens unit 10B converts incident light of divergent light into parallel light by utilizing the diffraction effect and emits it.
  • the parallel light emitted from the second uneven portion 15 is incident on the diffractive portion 10A.
  • the second concavo-convex portion 15 is a concavo-convex portion that forms a diffractive lens having an action equivalent to that of a collimator lens, and more specifically, exhibits a diffractive action that converts the divergence angle as described above with respect to incident light. It has an uneven structure having a predetermined uneven pattern. More specifically, the concavo-convex pattern is a two-dimensional pattern in plan view of a step or an inclination formed by the convex portion or the concave portion of the second concave-convex portion 15.
  • the concavo-convex pattern of the second concavo-convex portion 15 can also be obtained, for example, by Fourier transforming the phase distribution of the light emitted from the concavo-convex pattern.
  • the first uneven portion 12 and the second uneven portion 15 need only generate a desired phase distribution, and are not limited to those having a structure in which an uneven pattern is formed on the surface of a transparent member such as glass or resin. Absent.
  • a transparent member having a concavo-convex pattern formed thereon is laminated with a member having a refractive index different from that of the member, and the structure has a flat surface. It may have a changing structure. That is, the concavo-convex pattern here does not mean only a structure having a concavo-convex surface shape, and includes all structures capable of giving a phase distribution to incident light.
  • the direction approaching the base material 14 as viewed from the second uneven portion 15 will be referred to as the downward direction, and the direction away from the base material 14 will be referred to as the upper direction. Therefore, of the upper surfaces of the steps of the second uneven portion 15, the surface closest to the base material 14 is the lowermost surface, and the surface farthest away is the uppermost surface.
  • the portion at a higher position is called a convex portion 151
  • the concave portion surrounded by the convex portion 151 and lower than the uppermost portion of the convex portion 151 is called a concave portion 152.
  • the height of the portion of the second uneven portion 15 that actually causes the phase difference is defined as the convex portion. It is called the height d of 151 or the lattice depth d.
  • the height d of the convex portion 151 may be different in the plane. Also in the first concave-convex portion 12, the convex portion, the concave portion, the method of counting the number of steps, the handling of the height d of the convex portion and the underlying layer of the convex portion of the concave-convex pattern expressing the diffraction effect are basically the same as above. And
  • FIG. 2A is a more detailed schematic sectional view of the lens unit 10B.
  • FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view of a lens unit 90B that realizes a diffractive lens equivalent to a collimator lens by kinoform.
  • the lens surface is perpendicular to the incident light. It has a curved surface with no surface. More specifically, the cross section of the lens surface has a periodic structure in which relief shapes are periodically repeated.
  • the cross section here means a cross section in a plane including the optical axis of incident light.
  • the relief-shaped pitch p (r) is finer in the peripheral portion than in the central portion. This is because it is necessary to change the traveling direction of light in the peripheral portion more than in the central portion.
  • r means the distance from the center (corresponding to the incident position of the optical axis 3 of the incident light on the element).
  • the kinoform is coded as a relief image such that the thickest part on the kinoform is delayed by 2 ⁇ [rad] in phase angle compared to the thinnest part.
  • the height of the uneven portion 95 that realizes the kinoform is automatically determined by the refractive index of the member of the uneven portion 95 and the phase distribution to be imparted, and the pitch p (r) is also determined accordingly.
  • the second concave-convex portion 15 of the present embodiment has a relief-type convex portion having a relief-shaped cross-section like a kinoform lens or a lattice having two or more steps simulating the relief-type convex portion. It may be constituted by a periodic structure of or a combination thereof. At this time, the reproducibility of the curved surface shape of the relief-type convex portion is roughened at least in the peripheral portion away from the center of the second concave-convex portion 15.
  • the smoothness of the surface shape becomes rough.
  • a lattice having two or more steps simulating the curved surface shape is used instead of forming the curved surface shape as it is. It is formed and the number of steps at that time is small.
  • the pitch p (r) of the relief-type convex portions is the lattice pitch of the second unevenness portion 15 as it is, but the pitch p (r) of the relief-type convex portions and the second unevenness portion are not necessarily required. It does not have to match the grid pitch of 15.
  • the second uneven portion 15 may include at least a three-stage or more lattice arranged in the central portion and a two-stage lattice arranged in the peripheral portion.
  • the second concave-convex portion 15 includes an eight-stage lattice arranged in the center, a two-stage lattice arranged in the peripheral region, and a space between the central region and the peripheral region. It is an example constituted by a four-stage lattice arranged in the annular zone of the.
  • the number of steps of the lattice is the number when the base material 14 is the first step.
  • the central part may be, for example, a region where the distance r from the center is less than ⁇
  • the peripheral part may be, for example, a region where the distance r from the center is ⁇ or more (where ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • the annular zone is a region where the distance r from the center is ⁇ or more and less than ⁇ (where ⁇ ⁇ ).
  • ⁇ and ⁇ can be simply determined based on the distance from the center, for example, the grating pitch of the convex portions 151, the diffraction efficiency in the wavelength band of incident light obtained as a result of simulation, or 0. It is also possible to set the value of the next efficiency as a standard.
  • the 0th-order efficiency indicating the intensity of the 0th-order light refers to the ratio of the amount of transmitted 0th-order light emitted from the second uneven portion 15 to the total amount of light incident on the second uneven portion 15.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the lens unit 10B.
  • the second concave-convex portion 15 may be composed of a kinoform arranged in the central portion and a two-step lattice arranged in the peripheral portion.
  • the central part may be, for example, a region where the distance r from the center is less than ⁇
  • the peripheral part may be, for example, a region where the distance r from the center is equal to or greater than ⁇ .
  • the area in which the lattice pitch of the convex portions 151 is less than a predetermined value may be the peripheral portion.
  • the diffraction efficiency in the incident light wavelength band by the lattice pitch of four-stage is shown.
  • the distance from the center of the boundary at which the pitch is less than or equal to the pitch higher than that of the 8-step grating is ⁇ , and the diffraction efficiency of the grating pitch of the 2-step grating in the wavelength band of the incident light is higher than that of the 4-step grating.
  • the distance from the center of the boundary having a pitch equal to or less than the pitch may be ⁇ , and the region where the distance r from the center is less than ⁇ may be the central portion, and the region where the distance r from the center is ⁇ or more may be the peripheral portion.
  • the zero-order efficiency in the wavelength band of the incident light by the lattice pitch of four stages is compared.
  • the pitch is less than the pitch of which the efficiency is lower than that of the 8-step grating, and the distance from the center of the boundary is ⁇ , and the pitch of which the 0th-order efficiency in the wavelength band of the incident light by the 2-step grating is lower than that of the 4-step grating.
  • the distance from the center of the boundary having the following pitch may be ⁇ .
  • the pitch in which the diffraction efficiency of the two-stage grating in the wavelength band of the incident light exceeds that of the kinoform may be ⁇ .
  • the zero-order efficiencies of the kinoform and the two-stage grating in the incident light wavelength bands are compared, and the zero-order efficiency of the two-stage grating in the incident light wavelength band is compared to that of kinoform.
  • the distance from the center of the boundary having a pitch equal to or smaller than the pitch below may be set as ⁇ .
  • the above example is an example in which the effective area is divided into two or three types of areas where the convex portions are arranged, but the types of convex portions are not limited to two or three types.
  • a convex part having the highest diffraction efficiency, a convex part having the lowest 0th-order efficiency, or a convex part having the highest comprehensive evaluation by these two indexes may be selected at each grating pitch.
  • FIGS. 4A and 4B are schematic cross-sectional views showing another example of the lens unit 10B.
  • the second concave-convex portion 15 is a portion that does not cause a phase difference (in FIG. 4, it covers the surface of the base material 14 to form the first step s1). Layers) may be included. In that case, the portion may be referred to as a base layer 153.
  • the thickness of the second uneven portion 15 that is, the total thickness of the member forming the second uneven portion 15 including the base layer 153 is preferably 4 ⁇ m or less, and 2 ⁇ m or less. Is more preferable. Further, the thickness of the second uneven portion 15 is preferably 0.2 ⁇ m or more.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance r from the center of the second uneven portion 15 which is entirely made of kinoform and the Fresnel zone width of the convex portion 151 (corresponding to the above pitch p (r)). Is.
  • the relationship between r and the Fresnel zone width shown in FIG. 5 is an example of a kinoform lens equivalent to a diffractive lens that converts incident light having a divergence angle of 30 ° and a wavelength of 850 nm into parallel light.
  • the Fresnel zone width of the convex portion 151 decreases as the distance from the center increases.
  • the Fresnel zone width of the convex portion 151 is not always smaller as it is farther from the center, and may increase partially.
  • 6 and 7 are graphs showing the 0th-order efficiency and the diffraction efficiency of the 1st-order diffracted light of the kinoform lens shown in FIG. 5 and the diffractive lenses equivalent to the kinoform lens (8 steps, 4 steps, 2 steps), respectively.
  • the 0th-order efficiency and the diffraction efficiency of the 1st-order diffracted light here were calculated by exact coupled wave analysis (RCWA).
  • two-stage or four-stage lattices are arranged with the region having a distance r ⁇ 1.2 mm where the zero-order efficiency of the four-stage or two-stage lattice converges as the peripheral portion, and the other regions. It is also possible to arrange an 8-step lattice or kinoform with the center as the center.
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light near the center is high, but as the distance r from the center increases, that is, the pitch p (r) decreases.
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is almost constant in the two-stage grating regardless of the distance r. In the case shown in FIG.
  • a kinoform or an 8-step lattice is centered on a region where the first-order diffracted light of the kinoform or the 8-step lattice is higher than the 4-step or 2-step grating at a distance r ⁇ 0.7 mm.
  • the grating of four steps is arranged with the region of 0.7 mm ⁇ distance r ⁇ 1.4 mm where the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the eight-step and four-step gratings is almost the same as that of the kinoform as the annular zone.
  • the two-stage gratings may be arranged with a peripheral region having a distance r ⁇ 1.4 mm where the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the two-stage grating is higher than that of the other gratings.
  • the second concave-convex portion 15 is preferably configured so that the zero-order efficiency in the wavelength band of incident light is 40% or less in the entire effective area.
  • the 0th-order efficiency is more preferably 30% or less, further preferably 20% or less.
  • the second uneven portion 15 be configured so that the diffraction efficiency in the wavelength band of the incident light is 20% or more in the entire effective area.
  • the diffraction efficiency is more preferably 30% or more, further preferably 40% or more.
  • the region is divided based on the distance r.
  • the value of the distance r is converted into the pitch p (r) based on the graph shown in FIG. It can also be regarded as a reference area division.
  • the second uneven portion 15 may be an uneven pattern having a minimum pitch of 5 ⁇ m or less or 2 ⁇ m or less. Even with such a fine pitch, by making the reproducibility of the curved surface shape of the peripheral portion particularly rough, it is possible to avoid processing difficulty, reduce the 0th-order efficiency, and improve the diffraction efficiency. Can be achieved.
  • the second uneven portion 15 may be an uneven pattern having a minimum pitch of 0.5 ⁇ m or more.
  • the illumination optical system shown in FIG. 8 includes a light source 1 and a diffractive optical element 10.
  • the light source 1 emits divergent light 21.
  • the divergent light 21 from the light source 1 enters the diffractive optical element 10 and is branched and emitted into a plurality of diffracted light of parallel light (diffracted light group 22 in the figure).
  • the incident divergent light 21 is first converted into parallel light by the lens portion 10B, and then branched into a plurality of parallel light diffracted light by the diffraction portion 10A.
  • the divergent light 21 that has entered the diffractive optical element 10 is emitted as a diffracted light group 22 that forms a predetermined light pattern on a predetermined projection surface.
  • the diffractive optical element 10 is formed such that the diffracted light group 22 emitted is two-dimensionally distributed with respect to a light beam (divergent light 21) having a predetermined divergence angle which is incident with the optical axis direction as the Z axis.
  • the diffractive portion 10A of the diffractive optical element 10 has a minimum angle ⁇ x min and a maximum angle ⁇ x max and Y on the X axis when the X axis and the Y axis are axes that intersect with the Z axis and are perpendicular to the Z axis and orthogonal to each other.
  • the diffracted light group 22 is distributed within the angle range from the minimum angle ⁇ y min on the axis to the maximum angle ⁇ y max (all not shown).
  • the X axis is substantially parallel to the long side of the light spot pattern
  • the Y axis is substantially parallel to the short side of the light spot pattern.
  • the irradiation range of the diffracted light group 22 formed by the minimum angle ⁇ x min to the maximum angle ⁇ x max in the X-axis direction and the minimum angle ⁇ y min to the maximum angle ⁇ y max in the Y-axis direction is the same as that of the diffractive optical element 10.
  • the range is substantially the same as the photodetection range of the photodetector used for.
  • the straight line parallel to the Y axis passing through the light spot whose angle in the X direction with respect to the Z axis is ⁇ x max is the short side
  • the angle in the Y direction with respect to the Z axis is ⁇ y max .
  • a straight line passing through a certain light spot and parallel to the X axis is the long side.
  • the angle formed by the intersection of the short side and the long side and the other intersection on the opposite side is defined as ⁇ d, and this angle is referred to as the diagonal angle.
  • the angle ⁇ d in the diagonal direction (hereinafter referred to as the diagonal viewing angle ⁇ d ) is set as the emission angle range ⁇ out of the diffractive optical element 10.
  • the emission angle range ⁇ out is an angle range showing the spread of the pattern of the light formed by the diffracted light emitted from the first uneven portion 12 when the incident light is incident from the normal direction of the base material 14.
  • the emission angle range ⁇ out of the diffractive optical element 10 may be, for example, the maximum value of the angle formed by the two light spots included in the diffracted light group 22, other than the diagonal viewing angle ⁇ d. Good.
  • the output angle range ⁇ out when the incident light enters from the direction normal to the surface of the base material 14 is 70 ° or more.
  • some camera devices provided in smartphones and the like have an angle of view (full angle) of about 50 to 90 °.
  • a LIDAR device used for automatic driving or the like there is a device having a viewing angle of about 30 to 70 °.
  • a human viewing angle is generally about 120 °, and some camera devices such as VR headsets realize a viewing angle of 70 to 140 °.
  • the output angle range ⁇ out of the diffractive optical element 10 may be 100 ° or more, or 120 ° or more so that it can be applied to these devices.
  • the diffractive optical element 10 may generate four or more light spots, nine or more, 100 or more, or 10,000 or more.
  • the upper limit of the number of light spots is not particularly limited, but may be, for example, 10 million points.
  • R ij indicates a divided area on the projection surface.
  • the distribution density of the light spots 23 by the diffracted light group 22 with which each region R ij is irradiated is ⁇ with respect to the average value of all the regions. It may be configured to be within 50%. The distribution density may be within ⁇ 25% with respect to the average value of all areas. With this configuration, the distribution of the light spots 23 can be made uniform on the projection surface, which is suitable for measurement applications and the like.
  • the projection surface may be a curved surface as well as a flat surface. Also, in the case of a flat surface, it may be an inclined surface other than the surface perpendicular to the optical axis of the optical system.
  • Each diffracted light included in the diffracted light group 22 shown in FIG. 9 is diffracted into an angle ⁇ xo in the X direction and an angle ⁇ yo in the Y direction with reference to the Z axis direction in the grating equation shown in Expression (1).
  • ⁇ xo is the diffraction order in the X direction
  • ⁇ y is the diffraction order in the Y direction
  • ⁇ is the wavelength of the incident light beam
  • P x and P y are the first diffraction gratings included in the diffraction section 10A.
  • ⁇ xi is the incident angle (90 ° in this example) on the first concavo-convex portion 12 in the X direction
  • ⁇ yi is the first in the Y direction. Is the incident angle (90 ° in this example) on the uneven portion 12.
  • the optical path length difference generated by the first uneven portion 12 corresponds to one wavelength. It is preferable because the wavefront can be approximated and high diffraction efficiency can be obtained.
  • the above illumination optical system including the diffractive optical element 10 may be used in a projection device that irradiates a measurement target with a predetermined light pattern. Further, one of the usage examples of such a projection device is provided with the projection device and a detection unit that detects scattered light generated when the light emitted from the projection device is applied to the measurement target. A measuring device is mentioned.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing another example of the diffractive optical element 10.
  • the diffractive optical element 10 includes a diffractive portion 10A in which a first uneven portion 12 is formed on a base material 11, and a lens portion in which a second uneven portion 15 is formed on a base material 14. 10B may be integrated by bonding the base material 11 and the base material 14 without interposing the base material 13.
  • the antireflection layers 17 and 18 may be provided on the outermost surface of the diffractive optical element 10 on the light incident side and the outermost surface of the light emitting side.
  • the height of the convex portion 151 of the concave-convex pattern is preferably 4 ⁇ m or less, more preferably 2 ⁇ m or less.
  • the diffractive optical element 10 in which the diffractive portion 10A and the lens portion 10B are integrated has been exemplified, but the diffractive portion 10A and the lens portion 10B may be configured by different elements (See FIG. 11). In that case, it operates as the above-mentioned diffractive section 10A, operates as the above-mentioned lens section 10B on the light incident side of the first diffractive optical element 10-1 including at least the first uneven section 12, and operates as the second uneven section. It suffices if the second diffractive optical element 10-2 including at least 15 is arranged. In the example shown in FIG.
  • the first diffractive optical element 10-1 is provided with the first uneven portion 12 between the base material 11 and the base material 13A, and the light of the first diffractive optical element 10-1 is further provided.
  • Antireflection layers 17A and 18A are provided on the outermost surface on the incident side and the outermost surface on the light emitting side.
  • the second diffractive optical element 10-2 includes a second uneven portion 15 between the base material 13B and the base material 14, and further the outermost surface of the second diffractive optical element 10-2 on the light incident side.
  • the antireflection layers 17B and 18B are provided on the outermost surface on the light emission side.
  • the antireflection layers 17, 18, 17A, 17B, 18A, 18B are particularly preferably those having an antireflection function of reducing the reflectance of light of the design wavelength at the interface on the exit side or the entrance side of the diffractive optical element 10.
  • examples thereof include a thin film having a single layer structure and a multilayer film such as a dielectric multilayer film.
  • the intensity of the 0th-order light (0th-order efficiency) and the diffraction efficiency of the 1st-order diffracted light of the lens unit 10B were calculated by the rigorous coupled wave analysis (RCWA). It is also possible to obtain the 0th-order efficiency and the diffraction efficiency in and evaluate the element as a whole. From the viewpoint of laser safety, the 0th-order efficiency of the entire device is preferably 0.5% or less, more preferably 0.1% or less.
  • the 0th-order efficiency of the diffractive optical element 10 as a whole should be calculated by RCWA, and a laser beam having a predetermined divergence angle of a design wavelength should be incident on the diffractive optical element 10 to measure the amount of straight transmitted light. Can also be evaluated by
  • Example 1 This example is an example of the diffractive optical element 10 shown in FIG.
  • the configuration of the second uneven portion 15 is the configuration shown in FIG.
  • the design wavelength was set to 850 nm.
  • the first uneven portion 12 is a two-step uneven pattern that generates a total of 961 light spots, 31 points in the X direction and 31 points in the Y direction, and the grid in the uneven pattern is a regular arrangement. , The separation angles of adjacent light spots are all equal.
  • the second concave and convex portion 15 has a concave and convex pattern formed by a combination of 8 steps, 4 steps and 2 steps so that incident light with a divergence angle of 30 ° is converted into parallel light. There is.
  • a glass substrate having a refractive index of 1.51 and a thickness of 0.5 mm is used as the material of the base materials 11 and 14, and the refractive index of 1 is used as the material of the first uneven portion 12 and the second uneven portion 15. SiO 2 of 0.45 was used.
  • Table 1 shows a specific configuration of the diffractive optical element 10 of this example.
  • the material and thickness of each layer are as shown in Table 1.
  • SiO 2 which is the material of the first uneven portion 12 is formed, and the SiO 2 film is subjected to photolithography and etching (reactive ion). By etching, it is processed into a two-step uneven structure.
  • the height of the convex portion is 944 nm
  • the thickness of the second concave-convex portion 15 including the underlayer is 1044 nm.
  • the material and thickness of each layer are as shown in Table 1.
  • SiO 2 which is the material of the second uneven portion 15 is formed, and the SiO 2 film is subjected to photolithography and etching (reactive ion). Etching is performed to form a concavo-convex structure including a lattice of 8 steps in the central portion, a lattice of 4 steps in the annular zone, and a grating of 2 steps in the peripheral portion.
  • the processing steps of the uneven structure are as follows. First, a resist mask corresponding to the concavo-convex pattern of the second concavo-convex portion 15 is formed on the formed SiO 2 film by photolithography. Next, reactive ion etching is performed (processing amount: 236 nm), and the uncoated portion not covered with the pattern is vertically etched by 236 nm to form a part of the convex portion 151. After the etching process, the remaining resist mask is removed.
  • a region of ⁇ 1.2 mm (pitch p (r) is in the range of 4 ⁇ m to 2 ⁇ m), and a region in which two-stage gratings are formed is a region of r ⁇ 1.2 mm (pitch p (r) is 2 ⁇ m or less. ).
  • the base material 11 and the base material 14 are laminated so that the first uneven portion 12 and the second uneven portion 15 face each other.
  • a seal pattern made of a UV-processed adhesive having a height of 30 ⁇ m is formed by screen printing on the outside of the frame of the surface of the base material 14 on which the second uneven portion 15 is formed.
  • the base material 11 on which the first concave-convex portion 12 is formed is placed on the base material 14 so that the first concave-convex portion 12 is located inside, and UV is irradiated. Thereby, both base materials are adhered.
  • the diffractive optical element 10 of this example is obtained.
  • the height of the convex portions 151 of the concavo-convex pattern is 2 ⁇ m or less
  • the diffraction efficiency in the wavelength band of the incident light is 40% or more in the entire effective region
  • 0 The next efficiency satisfies 35% or less in the entire effective area.
  • Example 2 This example is an example of the diffractive optical element 10 shown in FIG. However, in this example, the configuration of the second uneven portion 15 is the configuration shown in FIG. The configuration is the same as that of the example 1 except that the configuration of the second uneven portion 15 is different. Table 2 shows a specific configuration of the diffractive optical element 10 of this example.
  • the diffractive portion 10A is manufactured. Since the diffractive portion 10A is the same as that in the example 1, its description is omitted.
  • the lens unit 10B is manufactured.
  • An antireflection layer 18 similar to that in Example 1 is formed on one surface of the glass substrate serving as the base material 14.
  • Table 2 shows the material and thickness of each layer.
  • SiO 2 which is the material of the second uneven portion 15 is formed, and the SiO 2 film is subjected to photolithography and etching (reactive ion). By etching), a concave-convex structure including a kinoform at the center and a two-step lattice at the periphery is processed.
  • a grayscale resist mask corresponding to the uneven pattern of the kinoform of the second uneven portion 15 is formed by photolithography in a region corresponding to the central portion where the kinoform on the formed SiO 2 film is formed. To do.
  • the formed resist mask is subjected to reactive ion etching (maximum processing amount: 1889 nm), and the uncovered portion where the pattern is not covered is vertically etched up to 1889 nm to form a part of the convex portion 151. After the etching process, the remaining resist mask is removed.
  • a resist mask corresponding to the uneven pattern of the two-step lattice of the second uneven portion 15 is formed by photolithography in a region corresponding to the peripheral portion where the two-step lattice is formed on the SiO 2 film.
  • the formed resist mask is subjected to reactive ion etching (processing amount: 944 nm), and an uncovered portion where the pattern is not covered is vertically etched by 944 nm to form a part of the convex portion 151.
  • the remaining resist mask is removed. As a result, a step-like uneven structure which is the second uneven portion 15 is obtained.
  • the region where the kinoform is formed is a region of r ⁇ 1.2 mm (the pitch p (r) is 2 ⁇ m or more), and the region where the two-stage lattice is formed is a region of r ⁇ 1.2 mm. (A region where the pitch p (r) is 2 ⁇ m or less).
  • the base material 11 and the base material 14 are laminated so that the first uneven portion 12 and the second uneven portion 15 face each other.
  • the lamination method is the same as in Example 1. As described above, the diffractive optical element 10 of this example is obtained.
  • the height of the convex portions 151 of the concavo-convex pattern is 2 ⁇ m or less
  • the diffraction efficiency in the wavelength band of the incident light is 40% or more in the entire effective region
  • 0 The secondary efficiency satisfies 40% or less in the entire effective area.
  • Comparative Example 1 This example is a comparative example, and in the diffractive optical element 10 shown in FIG. 10, in place of the second concave-convex portion 15, a convex-concave portion 95 entirely made of kinoform as shown in FIG. 12 is provided. did. Note that the configurations are the same as those in Examples 1 and 2 except that the configuration of the second uneven portion 15 is different. Table 3 shows a specific configuration of the diffractive optical element 10 of this example.
  • the diffractive portion 10A is manufactured. Since the diffractive portion 10A is the same as that in the example 1, its description is omitted.
  • the lens section 90B is manufactured.
  • An antireflection layer 18 similar to that in Example 1 is formed on one surface of the glass substrate serving as the base material 14. Table 3 shows the material and thickness of each layer.
  • SiO 2 which is the material of the uneven portion 95 is formed, and the SiO 2 film is formed by photolithography and etching (reactive ion etching). Processed into an uneven structure made entirely of kinoform.
  • the processing steps of the uneven structure are as follows. First, a grayscale resist mask corresponding to the concavo-convex pattern of the kinoform of the concavo-convex portion 95 is formed on the formed SiO 2 film by photolithography. Next, the formed resist mask is subjected to reactive ion etching (maximum processing amount: 1889 nm), and the uncovered portion not covered with the pattern is vertically etched up to 1889 nm to form a convex portion of the concave-convex portion 95. After the etching process, the remaining resist mask is removed. As a result, a concavo-convex structure made of all kinoform to be the concavo-convex portion 95 is obtained.
  • the base material 11 and the base material 14 are laminated so that the first uneven portion 12 and the uneven portion 95 face each other.
  • the lamination method is the same as in Example 1. As described above, the diffractive optical element 10 of this example is obtained.
  • the height of the convex portions 151 of the concavo-convex pattern is 2 ⁇ m or less, but the diffraction efficiency is less than 40% in the peripheral portion (particularly in the region of r ⁇ 1.2 mm). In addition, the 0th-order efficiency exceeds 40% in the peripheral portion (particularly in the region of r ⁇ 1.2 mm).
  • the film thickness is measured by a cross-section observation using a step gauge or SEM (Scanning Electron Microscope). Further, the diffraction efficiency and the 0th-order efficiency were calculated using RCWA.
  • the present invention can be suitably applied to applications in which a predetermined light pattern is emitted in a predetermined projection range and applications in which entire surface irradiation is desired.
  • the present invention can be suitably applied to the application of irradiating a predetermined light pattern without lowering the light use efficiency, and the application of irradiating a predetermined light pattern while reducing the 0th order light.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本発明は、回折作用を利用して光を分岐させる回折部と、前記回折部の光入射側に、入射光を平行光に変換するレンズ部とを備え、前記レンズ部は、基材と、前記基材の光入射側と反対側に配置される凹凸部とを含み、前記凹凸部は、中心部に配される、断面が曲線のレリーフ形状の凸部であるレリーフ型凸部の周期構造、前記レリーフ型凸部を模した、前記基材を１段目とする２段以上の階段状の格子の周期構造、またはそれらの組み合わせと、前記中心部以外に配される格子とを含み、前記中心部に配される前記階段状の格子の段数は、前記中心部以外に配される前記格子の段数よりも多い、回折光学素子に関する。

Description

回折光学素子および照明光学系
　本発明は、所定のパターンの光スポットを所定の投影面に照射するための回折光学素子および該回折光学素子を含む照明光学系に関する。
　計測対象の被測定物に所定の光を照射し、その被測定物によって散乱された光を検出することにより、該被測定物の位置や形状等の計測を行う装置がある（例えば、特許文献１等参照）。このような計測装置において、特定の光のパターンを計測対象に照射するために、回折光学素子を使用できる。
　回折光学素子は、例えば、基板表面を凹凸加工して得られるものが知られている。このような凹凸構成の場合、凹部を充填する材料（例えば、屈折率＝１の空気）と凸部材料との屈折率差を利用して所望の光路長差を与えて光を回折する。
　このような回折作用を利用して生成される光のパターンは、複数の回折光による所定の光量以上の光スポットの集まりとして定義される。光スポットの位置や光強度を制御することにより特定の光のパターンを形成でき、また、各光スポットが重なりをもつようにすれば照明光にもなる。
　光スポットの位置や光強度の制御の例としては、検出感度の高い検出を行う目的で、例えば、検出面内での光量が一様になるような光のパターンの生成が挙げられる。
　光源からの距離に依存せずに回折設計ができることから、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）への入射光としては平行光が多く用いられている。一例として、特許文献２、３には、光源と回折光学素子の間に光源からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズを設けた構成が示されている。
　また、本発明に関連する技術文献として、断面が鋸歯形状であるブレーズ化回折光学素子における一次回折効率と規格化周期（Λ／λ）の関係を記載した非特許文献１がある。ここで、Λは均一周期のブレーズ化素子における周期を表す。また、λは波長を表す。
日本国特許第５１７４６８４号公報 日本国特許第６３４４４６３号公報 米国特許出願公開第２０１７／０１８７９９７号明細書
塩野照弘，「高効率回折光学素子」，応用物理学会分科会日本光学会，光学　ｖｏｌ．３２（８）２００３年，ｐ．４９２－４９４．
　コリメートレンズを用いて単純に光源からの光を平行光にする場合、回折光学素子の厚さにコリメートレンズの厚さが加わるため、光学系全体が大型化する問題がある。
　例えば、計測装置として、スマートフォン等において顔認証やカメラ装置の焦点合わせに用いられるリモートセンシング装置、ゲーム機等と接続されてユーザの動きを捉えるために用いられるリモートセンシング装置、車両等において周辺物体を検知するために用いられるＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）装置を考えた場合、意匠的な要望や、センサを設ける筐体全体の薄型化および小型化の要望から、センシングを行うための回折光学素子およびその光学系に対しても薄型化が望まれる。
　光学系の薄型化の方法として、コリメートレンズをフレネルゾーンプレートにする方法が考えられる。しかし、厚みを極力小さくしようとすると分割数が大きくなるだけでなく、特に周辺部において分割のピッチ（分割幅）が小さくなるため、フレネルレンズ作製用の型の機械加工が困難になる問題がある。また、フレネルゾーンプレートを利用して光源からの光ビームを平行光に変更する場合、レンズの分割位置で回折の影響による迷光が発生したり、出射ビーム内において同心円状の明暗縞（好ましくない光強度のコントラスト）が生じたりする等、ビーム品質が劣化する問題がある。
　そこで、屈折レンズではなく回折レンズによる発散光のコリメート化を考える。回折レンズは、屈折レンズよりも光の利用効率は劣るが、不要な０次光を低減できたり、出射ビームの光強度分布を制御できる等、レーザービームの整形性能の点で出射先の回折光学素子にとって有利であると考える。
　回折レンズを利用してビームの整形を行う場合に、光の利用効率を高める方法として、キノフォームを用いる方法が挙げられる。キノフォームは、必要な回折次数の再生像のみを再生する手法の１つであり、回折波の振幅成分（仮想物体のフーリエ変換像の振幅）を一定と仮定し、その位相分布を光学的厚さで変調し、入射光の位相に対して除数２πによる剰余でコード化したものであり、波面再生素子とも呼ばれる。一例として、仮想物体のフーリエ変換像の振幅が一定であると仮定して、入射平面波を所望の波面に変換するだけの位相変化を与えるように、キノフォーム上での最厚の部分が最薄の部分に比べて位相角にして２π［ｒａｄ］だけ遅れをもたせるようなレリーフ像としてコーディングされたものが挙げられる。尚、この例では、キノフォームの光学的厚さは除数λによる剰余となる。ここで、λは再生像の波長である。
　キノフォームの特徴として、理想的に作製されたキノフォームでは入射光のほとんど全てが単一の所望の像再生に利用されるので光の利用効率が高いことが挙げられる。しかし、キノフォームの理論上の光の利用効率は高くても、設計により得られたレリーフ像を実際の素子に整形することが非常に困難であり、加工の困難性および安定性という点で課題が残る。一例として、光学レンズをキノフォーム化したキノフォームレンズは、図１２の符号９５に示すような周期的な微細レリーフ構造となるが、そのような微細なレリーフ形状を、グレースケールマスクを利用した露光量の調整だけで安定して得ることは困難である。特に、ピッチが細かくなる周辺部付近は、加工面での困難性に加えて、原理的な問題があることがわかった。
　図１３は、図１２に示すキノフォームレンズの曲面形状を、多段（本例では８段）の回折格子により疑似的に実現した例である。しかし、このような多段の回折格子を利用しても、周辺部付近はピッチに対する高さの比であるアスペクト比が大きくなるため、やはり加工が困難な問題が残る。
　さらに、非特許文献１によれば、ベクトル解析理論の１つであるｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｍｅｔｈｏｄモデルを用いて計算した均一周期のブレーズ化素子の一次回折効率と規格化周期Λ／λの関係において、周期が波長オーダになる場合だけでなく、Λ／λが１．５～２．５付近でも回折効率が極端に落ちる周期が存在する。設計波長によっては面内のいずれかの位置で上記規格化周期に該当する場合も考えられる。すると、回折効率の劣化や０次光抜けが生じる可能性がある。このような回折効率の劣化や０次光抜けの問題は、キノフォームの周辺部付近でも同様に発生するものと考えられる。
　そこで、本発明は、薄型でかつ加工性に優れていることに加えて、光の利用効率をさらに高めたり、不要な出射光を抑えたりすることができる回折光学素子および照明光学系の提供を目的とする。
　本発明による回折光学素子は、回折作用を利用して光を分岐させる回折部と、回折部の光入射側に、入射光を平行光に変換するレンズ部とを備え、レンズ部は、基材と、基材の光入射側と反対側に配置される凹凸部とを含み、凹凸部は、中心部に配される、断面が曲線のレリーフ形状の凸部であるレリーフ型凸部の周期構造、レリーフ型凸部を模した、基材を１段目とする２段以上の階段状の格子の周期構造、またはそれらの組み合わせと、中心部以外に配される格子とを含み、中心部に配される階段状の格子の段数は、中心部以外に配される格子の段数よりも多い。
　また、本発明による照明光学系は、発散光を出射する光源と、発散光を入射して、複数の平行光の回折光に分岐して出射する上記の回折光学素子とを備え、回折光学素子によって出射された回折光により、所定の投影面上に所定の光のパターンが形成される。
　本発明によれば、薄型でかつ加工性に優れていることに加えて、光の利用効率をさらに高めたり、不要な出射光を抑えたりすることができる回折光学素子および照明光学系を提供できる。
図１は、第１の実施形態の回折光学素子１０の例を示す断面模式図である。 図２は、レンズ部１０Ｂと比較例であるレンズ部９０Ｂのより詳細な断面模式図である。 図３は、レンズ部１０Ｂの他の例を示す断面模式図である。 図４は、レンズ部１０Ｂの他の例を示す断面模式図である。 図５は、全てキノフォームで構成された第２の凹凸部１５の中心からの距離ｒと、凸部１５１のフレネルゾーン幅の関係を示すグラフである。 図６は、図５に示すキノフォームレンズおよびそれと同等の３種の回折レンズ（８段、４段、２段）それぞれの０次効率を示すグラフである。 図７は、図５に示すキノフォームレンズおよびそれと同等の３種の回折レンズ（８段、４段、２段）それぞれの１次回折光の回折効率を示すグラフである。 図８は、回折光学素子１０を利用した照明光学系の構成例を示す説明図である。 図９は、回折光学素子１０を利用した照明光学系の構成例を示す説明図である。 図１０は、回折光学素子１０の他の例を示す断面模式図である。 図１１は、回折光学素子１０の他の例を示す断面模式図である。 図１２は、比較例であるレンズ部９０Ｂを含む回折光学素子１０の一例を示す断面模式図である。 図１３は、比較例であるレンズ部９０Ｂの他の例を示す断面模式図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態の回折光学素子１０の例を示す断面模式図である。回折光学素子１０は、回折部１０Ａと、レンズ部１０Ｂとを備える。回折部１０Ａは、基材１１、基材１３および基材１１、１３の間に設けられた第１の凹凸部１２を備える。レンズ部１０Ｂは、基材１４および基材１３、１４の間に設けられた第２の凹凸部１５を備える。尚、基材１１と基材１３、および基材１３と基材１４は、接着剤１６により所望の高さで貼り合わされている。
　基材１１、１３、１４は、ガラス、樹脂等、使用波長に対して透過性のある部材であれば特に限定されない。使用波長は、回折光学素子１０への入射光の波長帯である。以下、回折光学素子１０に、波長７００ｎｍ～２０００ｎｍの光のうちの特定の波長帯（例えば、８５０ｎｍ±２０ｎｍ等）の光が入射する、として説明するが、使用波長はこれらに限定されない。また、特にことわりがなく説明する場合、可視域は波長４００ｎｍ～７８０ｎｍであり、赤外域は近赤外領域とされる波長７８０ｎｍ～２０００ｎｍ、特に波長８００ｎｍ～１０００ｎｍであり、紫外域は近紫外領域とされる波長３００ｎｍ～４００ｎｍ、特に波長３６０ｎｍ～３８０ｎｍであるとする。尚、可視光は該可視域の光であり、赤外光は該赤外域の光であり、紫外光は該紫外域の光である。
　第１の凹凸部１２は、入射光に対して回折作用により光を分岐させて複数の回折光を発生させる所定の凹凸パターンを有する凹凸構造である。凹凸パターンは、より具体的には、第１の凹凸部１２の凸部または凹部がなす段差の平面視による２次元のパターンである。尚、「平面視」とは、回折光学素子１０に入射する光の進行方向から見た平面であり、回折光学素子１０の主面の法線方向から見た平面に相当する。凹凸パターンは、それによって発生する複数の回折光の各々である光スポットが、予め定めた投影面等において所定のパターンを実現できるように構成される。
　第１の凹凸部１２の凹凸パターンは、例えば、当該凹凸パターンからの出射光の位相分布をフーリエ変換して得られる。尚、凹凸パターンが実現する所定のパターンは特に限定されない。
　レンズ部１０Ｂの第２の凹凸部１５は、発散光の入射光を、回折作用を利用して平行光に変換して出射する。第２の凹凸部１５から出射された平行光は、回折部１０Ａに入射される。
　第２の凹凸部１５は、コリメートレンズと同等の作用を有する回折レンズをなす凹凸部であって、より具体的には、入射光に対して上記のような発散角度を変換する回折作用を発現させる所定の凹凸パターンを有する凹凸構造を有する。凹凸パターンは、より具体的には、第２の凹凸部１５の凸部または凹部がなす段差または傾斜の平面視による２次元のパターンである。第２の凹凸部１５の凹凸パターンも、例えば、当該凹凸パターンからの出射光の位相分布をフーリエ変換して得られる。
　本実施形態において、第１の凹凸部１２および第２の凹凸部１５は、所望の位相分布を発生できればよく、ガラスや樹脂等の透明な部材の表面に凹凸パターンを形成する構造のものに限らない。例えば、凹凸パターンが形成された透明な部材の上に、この部材とは屈折率の異なる部材を貼り合わせ、表面を平坦にした構造のものや、更には、透明な部材であって屈折率を変化させる構造を有するものであってもよい。つまり、ここで、凹凸パターンとは、表面形状が凹凸である構造のみを意味するものではなく、入射光に位相分布を与えることのできる構造を全て含む。
　以下、第２の凹凸部１５から見て基材１４に近づく方向を下方とし、基材１４から離れる方向を上方とする。したがって、第２の凹凸部１５の各段の上面のうち基材１４と最も近い面が最下面となり、最も離れる面が最上面となる。
　また、以下では、凹凸パターン（基材１４の面上に第２の凹凸部１５によって形成される、断面が凹凸形状の表面）において最も低い位置にある部分（図中の第１段ｓ１）よりも高い位置にある部分を、凸部１５１と呼び、凸部１５１に囲まれてなる凹み部分であって凸部１５１の最上部よりも低くなる部分を凹部１５２と呼ぶ。また、第２の凹凸部１５のうち実際に位相差を生じさせる部分の高さ、より具体的には凹凸パターンの第１段ｓ１の上面から凸部１５１の最上部までの距離を、凸部１５１の高さｄまたは格子深さｄと呼ぶ。尚、凸部１５１の高さｄは面内で異なっていてもよい。また、第１の凹凸部１２においても、回折作用を発現する凹凸パターンの凸部、凹部、段数の数え方、凸部の高さｄの取扱いおよび後述する下地層について、基本的に上記と同様とする。
　図２の（ａ）は、レンズ部１０Ｂのより詳細な断面模式図である。尚、図２の（ｂ）には、本実施形態のレンズ部１０Ｂの比較例として、キノフォームによりコリメートレンズと等価の回折レンズを実現したレンズ部９０Ｂの断面模式図を示している。
　図２の（ｂ）に示すように、レンズ部９０Ｂの凹凸部９５がキノフォームによりコリメートレンズと等価の回折レンズを実現したキノフォームレンズである場合、レンズ表面は、入射光に対して垂直な面を持たない曲面形状となる。より具体的には、レンズ表面の断面は、レリーフ形状が周期的に繰り返される周期構造となる。尚、ここでの断面とは、入射光の光軸を含む平面における断面をいう。このとき、レリーフ形状のピッチｐ（ｒ）は、中心部と比較して周辺部が細かくなる。これは、周辺部の方が中心部に比べて光の進行方向を大きく変更しなければならないからである。ここで、ｒは中心（素子における入射光の光軸３の入射位置に相当）からの距離をいう。
　既に説明したように、キノフォームは、キノフォーム上での最厚の部分が最薄の部分に比べて位相角にして２π［ｒａｄ］だけ遅れをもたせるようなレリーフ像としてコーディングされる。このように、キノフォームを実現する凹凸部９５の高さは、凹凸部９５の部材の屈折率と付与したい位相分布とにより自動的に決定され、それに応じてピッチｐ（ｒ）も決定される。
　これに対して、本実施形態の第２の凹凸部１５は、キノフォームレンズのように断面がレリーフ形状の凸部であるレリーフ型凸部もしくは前記レリーフ型凸部を模した２段以上の格子の周期構造またはそれらの組み合わせにより構成されてもよい。このとき、第２の凹凸部１５において、少なくとも中心から離れた周辺部分において、レリーフ型凸部の表面の曲面形状の再現性を粗くする。
　ここで、表面の曲面形状の再現性が粗いとは、表面形状の滑らかさが粗くなる、例えば、表面の曲面形状をそのまま形成するのではなく、該曲面形状を模した２段以上の格子として形成し、かつその際の段数が小さいことをいう。本実施形態において、レリーフ型凸部のピッチｐ（ｒ）がそのまま第２の凹凸部１５の格子ピッチとなる例を示すが、必ずしもレリーフ型凸部のピッチｐ（ｒ）と第２の凹凸部１５の格子ピッチとは一致していなくてもよい。
　表面の曲面形状の再現性に関して、第２の凹凸部１５は、中心部に配される３段以上の格子と、周辺部に配される２段の格子とを少なくとも含んでいてもよい。図２の（ａ）に示す例は、第２の凹凸部１５が、中心部に配される８段の格子と、周辺部に配される２段の格子と、中心部と周辺部の間の輪帯部に配される４段の格子とによって構成される例である。尚、格子の段数は、基材１４を１段目とした場合の数である。
　このとき、中心部を、例えば中心からの距離ｒがα未満の領域とし、周辺部を、例えば中心からの距離ｒがβ以上の領域（ただし、α≦β）としてもよい。尚、輪帯部は、中心からの距離ｒがα以上かつβ未満の領域（ただし、α＜β）とされる。ここで、α、βは、単純に、中心からの距離を基準に定めることもできるが、例えば、凸部１５１の格子ピッチや、シミュレーションの結果得られる入射光の波長帯での回折効率や０次効率の値を基準に定めることも可能である。ここで、０次光の強さを示す０次効率は、第２の凹凸部１５に入射する全光量に対する第２の凹凸部１５から出射される透過０次光の光量の割合をいう。
　また、図３は、レンズ部１０Ｂの他の例を示す断面模式図である。第２の凹凸部１５は、図３に示すように、中心部に配されるキノフォームと、周辺部に配される２段の格子とによって構成されていてもよい。このとき、中心部を、例えば中心からの距離ｒがα未満の領域とし、周辺部を、例えば中心からの距離ｒがα以上の領域としてもよい。
　一例として、凸部１５１の格子ピッチが所定の値未満となる領域を周辺部としてもよい。また、例えば、８段、４段、２段の格子のそれぞれの入射光の波長帯での回折効率を比較して、格子ピッチが、４段の格子による入射光の波長帯での回折効率が８段の格子と比べて上回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をα、格子ピッチが、２段の格子による入射光の波長帯での回折効率が４段の格子と比べて上回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をβとして、中心からの距離ｒがα未満の領域を中心部とし、中心からの距離ｒがβ以上の領域を周辺部としてもよい。
　また、例えば、８段、４段、２段の格子のそれぞれの入射光の波長帯での０次効率を比較して、格子ピッチが、４段の格子による入射光の波長帯での０次効率が８段の格子と比べて下回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をα、２段の格子による入射光の波長帯での０次効率が４段の格子と比べて下回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をβとしてもよい。また、例えば、キノフォーム、２段の格子のそれぞれの入射光の波長帯での回折効率を比較して、２段の格子による入射光の波長帯での回折効率がキノフォームと比べて上回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をαとしてもよい。また、例えば、キノフォーム、２段の格子のそれぞれの入射光の波長帯での０次効率を比較して、２段の格子による入射光の波長帯での０次効率がキノフォームと比べて下回るピッチ以下のピッチとなる境界の中心からの距離をαとしてもよい。
　尚、上記例は、有効領域を２種または３種の凸部の配置先となる各領域に分割する例であるが、凸部の種類は２種や３種に限定されない。例えば、各格子ピッチにおいて最も回折効率の高い凸部や最も０次効率の低い凸部やそれら２つの指標による総合評価が最も高い凸部を選別してもよい。
　また、図４の（ａ）および（ｂ）は、レンズ部１０Ｂの他の例を示す断面模式図である。図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、第２の凹凸部１５は、位相差を生じさせない部分（図４において基材１４の表面を覆って第１段ｓ１を構成している層）を含んでいてもよい。その場合において、当該部分を下地層１５３と呼ぶ場合がある。尚、第２の凹凸部１５が下地層を含む場合、第２の凹凸部１５の厚み、すなわち第２の凹凸部１５をなす部材の下地層１５３を含む全厚は４μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がさらに好ましい。また、第２の凹凸部１５の厚みは、０．２μｍ以上が好ましい。
　また、図５は、全てキノフォームで構成された第２の凹凸部１５の中心からの距離ｒと、凸部１５１のフレネルゾーン幅（上記のピッチｐ（ｒ）に相当）の関係を示すグラフである。図５に示すｒとフレネルゾーン幅との関係は、発散角が３０°の波長８５０ｎｍの入射光を平行光に変換する回折レンズと等価のキノフォームレンズにおける例である。
　図５に示す例では、中心から遠い程、凸部１５１のフレネルゾーン幅が減少しているのがわかる。尚、非球面レンズ等、球面形状によっては、必ずしも凸部１５１のフレネルゾーン幅が中心から遠い程小さいとは限らず、一部増加することもあり得る。
　また、図６および図７は、図５に示すキノフォームレンズおよびそれと同等の回折レンズ（８段、４段、２段）それぞれの０次効率および１次回折光の回折効率を示すグラフである。ここでの０次効率および１次回折光の回折効率は、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）により計算した。
　図６によれば、キノフォームや８段の格子の場合、中心からの距離ｒが大きくなる程、すなわちピッチｐ（ｒ）が小さくなる程、０次効率は高くなるが、４段や２段の格子の場合、中心からの距離ｒが一定の値以上、すなわちピッチｐ（ｒ）がある一定の値以下になると、０次効率の上昇率が収まり、一定の値に収束しているのがわかる。図６に示す場合において、例えば、４段や２段の格子の０次効率が収束する距離ｒ≧１．２ｍｍの領域を周辺部として２段や４段の格子を配置し、それ以外の領域を中心部として８段の格子やキノフォームを配置してもよい。
　また、図７によれば、キノフォームや８段の格子の場合、中心付近での１次回折光の回折効率は高いが、中心からの距離ｒが大きくなる程、すなわちピッチｐ（ｒ）が小さくなる程、１次回折光の回折効率は低くなりかつその低下率も大きく、４段の格子は中心付近での回折効率はキノフォームや８段の格子に劣るがその低下率が比較的穏やかであることがわかる。また、２段の格子は距離ｒによらず１次回折光の回折効率がほぼ一定であることがわかる。図７に示す場合において、例えば、キノフォームや８段の格子の１次回折光が４段や２段の格子よりも高い距離ｒ＜０．７ｍｍの領域を中心部としてキノフォームや８段の格子を配置し、キノフォームと８段、４段の格子の１次回折光の回折効率がほぼ同じになる０．７ｍｍ≦距離ｒ＜１．４ｍｍの領域を輪帯部として４段の格子を配置し、２段の格子の１次回折光の回折効率が他の格子よりも高くなる距離ｒ≧１．４ｍｍの領域を周辺部として２段の格子を配置してもよい。
　上記の構成により、入射光の波長帯での第２の凹凸部１５による０次効率を、有効領域全てにおいて３５％以下とすることも可能である。また、第２の凹凸部１５による回折効率を、有効領域全てにおいて３０％以上とすることも可能である。尚、第２の凹凸部１５は、入射光の波長帯での０次効率が、有効領域の全てにおいて、４０％以下となるよう構成されるのが好ましい。尚、上記の０次効率は３０％以下がより好ましく、２０％以下がさらに好ましい。また、第２の凹凸部１５は、入射光の波長帯での回折効率が、有効領域の全てにおいて、２０％以上となるよう構成されるのが好ましい。尚、上記の回折効率は３０％以上がより好ましく、４０％以上がさらに好ましい。
　尚、上記の例は、距離ｒを基準に領域を分割したが、上記の距離ｒの値を、図５に示すグラフを基にピッチｐ（ｒ）に変換すれば、ピッチｐ（ｒ）を基準とした領域分割とみなすことも可能である。尚、第２の凹凸部１５は、最小ピッチが５μｍ以下や２μｍ以下の凹凸パターンであってもよい。そのような細かなピッチを有する場合であっても、特に周辺部の表面の曲面形状の再現性を粗くすることで、加工困難性を回避するとともに、０次効率の低減や、回折効率の向上を図ることができる。尚、第２の凹凸部１５は、最小ピッチが０．５μｍ以上の凹凸パターンであってもよい。
　次に、図８および図９を参照して、本実施形態の回折光学素子１０を利用した照明光学系を説明する。図８に示す照明光学系は、光源１と、回折光学素子１０とを備える。
　光源１は、発散光２１を出射する。光源１からの発散光２１は、回折光学素子１０に入射して、複数の平行光の回折光（図中の回折光群２２）に分岐して出射される。このとき、回折光学素子１０では、まず入射した発散光２１がレンズ部１０Ｂにより平行光に変換され、その後回折部１０Ａにより複数の平行光の回折光に分岐される。その結果、回折光学素子１０に入射した発散光２１が、所定の投影面上に所定の光のパターンを形成する回折光群２２となって出射される。
　次に、図９を参照して、回折光学素子１０の回折部１０Ａおよびレンズ部１０Ｂが発現する回折作用について、回折光学素子１０により生成される光のパターンの例示に基づき説明する。回折光学素子１０は、光軸方向をＺ軸として入射する所定の発散角を有する光束（発散光２１）に対して、出射される回折光群２２が２次元に分布するように形成される。回折光学素子１０の回折部１０Ａは、Ｚ軸と交点を持ちＺ軸に垂直かつ互いに直交する軸をＸ軸及びＹ軸とした場合、Ｘ軸上における最小角度θｘｍｉｎから最大角度θｘｍａｘ及びＹ軸上における最小角度θｙｍｉｎから最大角度θｙｍａｘ（いずれも不図示）の角度範囲内に回折光群２２を分布させる。
　ここでＸ軸は光スポットパターンの長辺に略平行でＹ軸は光スポットパターンの短辺に略平行となる。尚、Ｘ軸方向における最小角度θｘｍｉｎから最大角度θｘｍａｘ、Ｙ軸方向における最小角度θｙｍｉｎから最大角度θｙｍａｘにより形成される回折光群２２の照射される範囲は、回折光学素子１０と一緒に用いられる光検出素子における光検出範囲と略一致した範囲となる。本例では、光スポットパターンにおいて、Ｚ軸に対しＸ方向の角度がθｘｍａｘである光スポットを通るＹ軸に平行な直線が上記短辺となり、Ｚ軸に対しＹ方向の角度がθｙｍａｘである光スポットを通るＸ軸と平行な直線が上記長辺となる。以下、上記短辺と上記長辺の交点とその対角にある他の交点とがなす角度をθｄとし、この角度を対角方向の角度と称する。ここで、対角方向の角度θｄ（以下、対角の視野角θｄという）は、回折光学素子１０の出射角度範囲θｏｕｔとされる。ここで、出射角度範囲θｏｕｔは、入射光が基材１４の法線方向から入射した時に第１の凹凸部１２から出射される回折光が形成する光のパターンの広がりを示す角度範囲である。尚、回折光学素子１０の出射角度範囲θｏｕｔは、上記の対角方向の視野角θｄとする以外に、例えば、回折光群２２に含まれる２つの光スポットがなす角度の最大値としてもよい。
　回折光学素子１０は、例えば、入射光が基材１４の表面の法線方向から入射したときの出射角度範囲θｏｕｔが７０°以上であることが好ましい。例えば、スマートフォン等に備えられるカメラ装置には、画角（全角）が５０～９０°程度のものがある。また、自動運転等に用いられるＬＩＤＡＲ装置としては、視野角が３０～７０°程度のものがある。また、人間の視野角は一般に１２０°程度であり、ＶＲのヘッドセット等のカメラ装置には、視野角７０～１４０°を実現したものがある。これらの装置に適用できるように、回折光学素子１０の出射角度範囲θｏｕｔは１００°以上でもよく、１２０°以上でもよい。
　また、回折光学素子１０は、発生させる光スポットの数が４以上でもよく、また９以上でもよく、１００以上でもよく、１００００以上でもよい。尚、光スポットの数の上限は、特に限定されないが、例えば、１０００万点でもよい。
　図９において、Ｒｉｊは投影面の分割領域を示す。例えば、回折光学素子１０は、投影面を複数の領域Ｒｉｊに分割した場合、各領域Ｒｉｊに照射される回折光群２２による光スポット２３の分布密度が全領域の平均値に対して±５０％以内となるように構成されてもよい。尚、上記分布密度は、全領域の平均値に対して±２５％以内でもよい。このように構成すると、投影面内で光スポット２３の分布を均一にできるので、計測用途等において好適である。ここで投影面は、平面だけでなく曲面でもよい。また、平面の場合も、光学系の光軸に対して垂直な面以外に傾斜した面でもよい。
　図９に示す回折光群２２に含まれる各回折光は、式（１）に示すグレーティング方程式において、Ｚ軸方向を基準として、Ｘ方向における角度θｘｏ、Ｙ方向における角度θｙｏに回折される光となる。式（１）において、ｍｘはＸ方向の回折次数であり、ｍｙはＹ方向の回折次数であり、λは入射光束の波長であり、Ｐｘ、Ｐｙはそれぞれ回折部１０Ａが有する第１の凹凸部１２のＸ軸方向、Ｙ軸方向におけるピッチであり、θｘｉはＸ方向における第１の凹凸部１２への入射角度（本例では９０°）、θｙｉはＹ方向における第１の凹凸部１２への入射角度（本例では９０°）である。この回折光群２２をスクリーンまたは測定対象物等の投影面に照射させることにより、照射された領域に複数の光スポット２３が生成される。
ｓｉｎθｘｏ＝ｓｉｎθｘｉ＋ｍｘλ／Ｐｘ
ｓｉｎθｙｏ＝ｓｉｎθｙｉ＋ｍｙλ／Ｐｙ
　・・・（１）
　第１の凹凸部１２がＮ段の階段状の疑似ブレーズ形状の場合、Δｎｄ／λ＝（Ｎ－１）／Ｎを満たすと第１の凹凸部１２によって発生する光路長差が１波長分の波面を近似したものにでき、高い回折効率が得られ好ましい。
　また、図示省略するが、回折光学素子１０を備えた上記の照明光学系は、所定の光のパターンを計測対象に照射する投影装置に用いられてもよい。また、そのような投影装置の利用例の１つに、該投影装置と、該投影装置から出射される光が測定対象物に照射されることによって発生する散乱光を検出する検出部とを備える計測装置が挙げられる。
　また、図１０は、回折光学素子１０の他の例を示す断面模式図である。図１０に示すように、回折光学素子１０は、基材１１上に第１の凹凸部１２が形成された回折部１０Ａと、基材１４上に第２の凹凸部１５が形成されたレンズ部１０Ｂとが、基材１３を介さずに基材１１と基材１４との貼り合わせにより一体化されていてもよい。
　また、回折光学素子１０の光入射側の最表面および光出射側の最表面に、反射防止層１７、１８が設けられていてもよい。
　これらを含む構成においても、凹凸パターンの凸部１５１の高さは、４μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がさらに好ましい。
　尚、上述した説明では、回折部１０Ａとレンズ部１０Ｂとが一体化された回折光学素子１０を例示したが、回折部１０Ａとレンズ部１０Ｂとを別の素子で構成することも可能である（図１１参照）。その場合、上記の回折部１０Ａとして動作し、第１の凹凸部１２を少なくとも備える第１の回折光学素子１０－１の光入射側に、上記のレンズ部１０Ｂとして動作し、第２の凹凸部１５を少なくとも備える第２の回折光学素子１０－２が配置されればよい。図１１に示す例では、第１の回折光学素子１０－１は、基材１１と基材１３Ａとの間に第１の凹凸部１２を備え、さらに第１の回折光学素子１０－１の光入射側の最表面および光出射側の最表面には、反射防止層１７Ａ、１８Ａが設けられている。また、第２の回折光学素子１０－２は、基材１３Ｂと基材１４との間に第２の凹凸部１５を備え、さらに第２の回折光学素子１０－２の光入射側の最表面および光出射側の最表面には、反射防止層１７Ｂ、１８Ｂが設けられている。
　反射防止層１７、１８、１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂは、回折光学素子１０の出射側または入射側界面において少なくとも設計波長の光の反射率を低減する反射防止機能を有するものであれば、特に限定されないが、一例として、単層構造の薄膜や、誘電多層膜等の多層膜が挙げられる。
　また、上記では、レンズ部１０Ｂの０次光の強さ（０次効率）および１次回折光の回折効率を、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）によって算出したが、同様の方法で回折光学素子１０全体における０次効率および回折効率を求めて、素子全体として評価することも可能である。素子全体の０次効率はレーザー安全の観点から０．５％以下が好ましく、０．１％以下がさらに好ましい。尚、回折光学素子１０全体における０次効率は、ＲＣＷＡで算出する以外にも、設計波長の所定の発散角を有するレーザー光を回折光学素子１０に入射し、直進透過光の光量を測定することによっても評価できる。
（例１）
　本例は、図１０に示す回折光学素子１０の例である。ただし、本例では、第２の凹凸部１５の構成を図４の（ａ）に示す構成とした。また、設計波長を８５０ｎｍとした。また、第１の凹凸部１２は、Ｘ方向に３１点、Ｙ方向に３１点の合計９６１点の光スポットを発生させる２段の凹凸パターンであり、該凹凸パターンにおける格子は規則配置であって、隣り合う光スポットの分離角は全て等しいとした。また、第２の凹凸部１５は、発散角が３０°の入射光が平行光に変換されるように、８段と４段と２段の格子の組み合わせによって構成された凹凸パターンを有している。また、基材１１、１４の材料には屈折率が１．５１、厚みが０．５ｍｍのガラス基板を用い、第１の凹凸部１２および第２の凹凸部１５の材料には屈折率が１．４５のＳｉＯ２を用いた。表１に、本例の回折光学素子１０の具体的構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　まず、回折部１０Ａを作製する。基材１１とされるガラス基板の一方の表面に、ＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５からなる６層の誘電体多層膜である反射防止層１７を成膜する。各層の材料および厚さは表１の通りである。
　次いで、ガラス基板の反射防止層を成膜した側と反対側の面に、第１の凹凸部１２の材料であるＳｉＯ２を成膜し、該ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィおよびエッチング（反応性イオンエッチング）によって２段の凹凸構造へ加工する。当該凹凸構造において凸部の高さは９４４ｎｍであり、下地層を含む第２の凹凸部１５の厚みは１０４４ｎｍである。
　次に、レンズ部１０Ｂを作製する。基材１４とされるガラス基板の一方の表面に、ＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５からなる６層の誘電体多層膜である反射防止層１８を成膜する。各層の材料および厚さは表１の通りである。
　次いで、ガラス基板の反射防止層を成膜した側と反対側の面に、第２の凹凸部１５の材料であるＳｉＯ２を成膜し、該ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィおよびエッチング（反応性イオンエッチング）によって中心部に８段の格子、輪帯部に４段の格子および周辺部に２段の格子を含む凹凸構造へ加工する。
　凹凸構造の加工工程は次の通りである。まず、成膜したＳｉＯ２膜上にフォトリソグラフィを用いて第２の凹凸部１５の凹凸パターンに応じたレジストマスクを形成する。次に、反応性イオンエッチングを行い（加工量２３６ｎｍ）、パターンが被覆されていない非被覆部を垂直方向に２３６ｎｍエッチングして凸部１５１の一部を形成する。エッチング加工後、残存するレジストマスクを除去する。
　上記のレジストマスク形成、エッチング加工、レジストマスク除去の工程を、加工量を変えて繰り返す（２回目の加工量４７２ｎｍ、３回目の加工量９４４ｎｍ）。これにより、第２の凹凸部１５とされる階段状の凹凸構造を得る。このとき、８段の格子が形成される領域はｒ＜０．６ｍｍの領域（ピッチｐ（ｒ）が４μｍ以上の範囲）であり、４段の格子が形成される領域は０．６ｍｍ≦ｒ＜１．２ｍｍの領域（ピッチｐ（ｒ）が４μｍ～２μｍの範囲）であり、２段の格子が形成される領域はｒ≧１．２ｍｍの領域（ピッチｐ（ｒ）が２μｍ以下の領域）である。
　最後に、基材１１と基材１４を、第１の凹凸部１２と第２の凹凸部１５とが対向するように積層する。例えば、基材１４の第２の凹凸部１５が形成された面の枠外に、スクリーン印刷により高さ３０μｍのＵＶ加工接着剤によるシールパターンを形成する。次いで、当該基材１４に、第１の凹凸部１２が形成された基材１１を、第１の凹凸部１２が内側にくるように重ね、ＵＶを照射する。これにより、両基材を接着する。
　以上により、本例の回折光学素子１０を得る。このようにして得られた回折光学素子１０は、凹凸パターンの凸部１５１の高さが２μｍ以下であり、入射光の波長帯での回折効率が有効領域全てで４０％以上を満たし、かつ０次効率が有効領域全てで３５％以下を満たす。
　（例２）
　本例は、図１０に示す回折光学素子１０の例である。ただし、本例では、第２の凹凸部１５の構成を図４の（ｂ）に示す構成とした。尚、第２の凹凸部１５の構成が異なる点以外は例１の構成と同様である。表２に、本例の回折光学素子１０の具体的構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本例でもまず、回折部１０Ａを作製する。尚、回折部１０Ａは例１と同様のため、説明を省略する。
　次に、レンズ部１０Ｂを作製する。基材１４とされるガラス基板の一方の表面に、例１と同様の反射防止層１８を成膜する。各層の材料および厚さは表２の通りである。
　次いで、ガラス基板の反射防止層を成膜した側と反対側の面に、第２の凹凸部１５の材料であるＳｉＯ２を成膜し、該ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィおよびエッチング（反応性イオンエッチング）によって中心部にキノフォームおよび周辺部に２段の格子を含む凹凸構造へ加工する。
　凹凸構造の加工工程は次の通りである。まず、成膜したＳｉＯ２膜上のキノフォームが形成される中心部に相当する領域にフォトリソグラフィを用いて第２の凹凸部１５のキノフォームの凹凸パターンに応じたグレースケールのレジストマスクを形成する。次に、形成したレジストマスクに反応性イオンエッチングを行い（最大加工量１８８９ｎｍ）、パターンが被覆されていない非被覆部を垂直方向に最大１８８９ｎｍエッチングして凸部１５１の一部を形成する。エッチング加工後、残存するレジストマスクを除去する。
　その後、ＳｉＯ２膜上の２段の格子が形成される周辺部に相当する領域にフォトリソグラフィを用いて第２の凹凸部１５の２段の格子の凹凸パターンに応じたレジストマスクを形成する。次に、形成したレジストマスクに反応性イオンエッチングを行い（加工量９４４ｎｍ）、パターンが被覆されていない非被覆部を垂直方向に９４４ｎｍエッチングして凸部１５１の一部を形成する。エッチング加工後、残存するレジストマスクを除去する。これにより、第２の凹凸部１５とされる階段状の凹凸構造を得る。このとき、キノフォームが形成される領域はｒ＜１．２ｍｍの領域（ピッチｐ（ｒ）が２μｍ以上の範囲）であり、２段の格子が形成される領域はｒ≧１．２ｍｍの領域（ピッチｐ（ｒ）が２μｍ以下の領域）である。
　最後に、基材１１と基材１４を、第１の凹凸部１２と第２の凹凸部１５とが対向するように積層する。積層方法は例１と同様である。以上により、本例の回折光学素子１０を得る。
　このようにして得られた回折光学素子１０は、凹凸パターンの凸部１５１の高さが２μｍ以下であり、入射光の波長帯での回折効率が有効領域全てで４０％以上を満たし、かつ０次効率が有効領域全てで４０％以下を満たす。
（比較例１）
　本例は、比較例であって、図１０に示す回折光学素子１０において、第２の凹凸部１５に代えて、図１２に示すような全てキノフォームで構成される凹凸部９５を備える構成とした。尚、第２の凹凸部１５の構成が異なる点以外は例１および例２の構成と同様である。表３に、本例の回折光学素子１０の具体的構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本例でもまず、回折部１０Ａを作製する。尚、回折部１０Ａは例１と同様のため、説明を省略する。
　次に、レンズ部９０Ｂを作製する。基材１４とされるガラス基板の一方の表面に、例１と同様の反射防止層１８を成膜する。各層の材料および厚さは表３の通りである。
　次いで、ガラス基板の反射防止層を成膜した側と反対側の面に、凹凸部９５の材料であるＳｉＯ２を成膜し、該ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィおよびエッチング（反応性イオンエッチング）によって全てキノフォームからなる凹凸構造へ加工する。
　凹凸構造の加工工程は次の通りである。まず、成膜したＳｉＯ２膜上にフォトリソグラフィを用いて凹凸部９５のキノフォームの凹凸パターンに応じたグレースケールのレジストマスクを形成する。次に、形成したレジストマスクに反応性イオンエッチングを行い（最大加工量１８８９ｎｍ）、パターンが被覆されていない非被覆部を垂直方向に最大１８８９ｎｍエッチングして凹凸部９５の凸部を形成する。エッチング加工後、残存するレジストマスクを除去する。これにより、凹凸部９５とされる全てキノフォームからなる凹凸構造を得る。
　最後に、基材１１と基材１４を、第１の凹凸部１２と凹凸部９５とが対向するように積層する。積層方法は例１と同様である。以上により、本例の回折光学素子１０を得る。
　このようにして得られた回折光学素子１０は、凹凸パターンの凸部１５１の高さが２μｍ以下であるが、回折効率が周辺部（特に、ｒ≧１．２ｍｍの領域）で４０％未満となり、かつ０次効率が周辺部（特に、ｒ≧１．２ｍｍの領域）で４０％を超える。
　尚、上記において膜厚は段差計やＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による断面観察によって測定される。また、回折効率および０次効率はＲＣＷＡを用いて計算した。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１８年１０月１５日出願の日本特許出願２０１８－１９４３４１に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、所定の投影範囲に所定の光のパターンを出射したい用途や、全面照射したい用途に好適に適用可能である。特に、光の利用効率を落とさずに所定の光のパターンを照射する用途や、０次光を低減させつつ所定の光のパターンを照射する用途に好適に適用可能である。
　１０　回折光学素子
　１０Ａ　回折部
　１１、１３、１３Ａ、１３Ｂ　基材
　１２　第１の凹凸部
　１０Ｂ　レンズ部
　１４　基材
　１５　第２の凹凸部
　１５１　凸部
　１５２　凹部
　１５３　下地層
　１７、１８、１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ　反射防止層
　２１　発散光
　２２　回折光群
　２３　光スポット

Claims (12)

  1. 　回折作用を利用して光を分岐させる回折部と、
    　前記回折部の光入射側に、入射光を平行光に変換するレンズ部とを備え、
    　前記レンズ部は、
    　基材と、
    　前記基材の光入射側と反対側に配置される凹凸部とを含み、
    　前記凹凸部は、
    　中心部に配される、断面が曲線のレリーフ形状の凸部であるレリーフ型凸部の周期構造、前記レリーフ型凸部を模した、前記基材を１段目とする２段以上の階段状の格子の周期構造、またはそれらの組み合わせと、
    　前記中心部以外に配される格子とを含み、
    　前記中心部に配される前記階段状の格子の段数は、前記中心部以外に配される前記格子の段数よりも多い、
    　回折光学素子。
  2. 　前記中心部以外に配される前記格子は、前記レリーフ型凸部を模した、前記基材を１段目とする２段以上の階段状の格子である、
    　請求項１に記載の回折光学素子。
  3. 　前記凹凸部は、入射光を平行光に変換する回折レンズとして作用し、前記中心部に配される前記レリーフ型凸部であるキノフォームもしくは前記中心部に配される３段以上の格子と、周辺部に配される２段の格子とを含む、
    　請求項１または請求項２に記載の回折光学素子。
  4. 　前記凹凸部は、入射光を平行光に変換する回折レンズとして作用し、前記中心部に配される８段の格子と、周辺部に配される２段の格子と、前記中心部と前記周辺部の間の輪帯部に配される４段の格子とによって構成されている、
    　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  5. 　前記凹凸部は、入射光を平行光に変換する回折レンズとして作用し、前記中心部に配される前記レリーフ型凸部であるキノフォームと、周辺部に配される２段の格子とによって構成されている、
    　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  6. 　前記周辺部が、前記凹凸部のピッチが、前記２段の格子による前記入射光の波長帯での回折効率が前記レリーフ型凸部であるキノフォームまたは前記３段以上の格子による前記入射光の波長帯での回折効率より高くなる、所定のピッチ以下となる領域として定義される、
    　請求項３から請求項５のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  7. 　前記周辺部が、前記凹凸部のピッチが、前記２段の格子による前記入射光の波長帯での０次効率が前記レリーフ型凸部であるキノフォームまたは前記３段以上の格子による前記入射光の波長帯での０次効率より低くなる、所定のピッチ以下となる領域として定義される、
    　請求項３から請求項５のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  8. 　前記入射光の波長帯での前記凹凸部における回折効率が、有効領域の全てで４０％以上である、
    　請求項３から請求項７のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  9. 　前記入射光の波長帯での前記凹凸部における０次効率が、有効領域の全てで４０％以下である、
    　請求項３から請求項８のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  10. 　前記凹凸部の厚みが０．２μｍ以上、４μｍ以下である、
    　請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  11. 　前記凹凸部の最小ピッチが０．５μｍ以上、２μｍ以下である、
    　請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子。
  12. 　発散光を出射する光源と、
    　前記発散光を入射して、複数の平行光の回折光に分岐して出射する請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の回折光学素子とを備え、
    　前記回折光学素子によって出射された回折光により、所定の投影面上に所定の光のパターンが形成される、照明光学系。
PCT/JP2019/039555 2018-10-15 2019-10-07 回折光学素子および照明光学系 WO2020080169A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020553085A JP7533222B2 (ja) 2018-10-15 2019-10-07 回折光学素子および照明光学系
CN201980067492.7A CN112840238B (zh) 2018-10-15 2019-10-07 衍射光学元件及照明光学系统
US17/227,520 US12085739B2 (en) 2018-10-15 2021-04-12 Diffractive optical element and illumination optical system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-194341 2018-10-15
JP2018194341 2018-10-15

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/227,520 Continuation US12085739B2 (en) 2018-10-15 2021-04-12 Diffractive optical element and illumination optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020080169A1 true WO2020080169A1 (ja) 2020-04-23

Family

ID=70283905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/039555 WO2020080169A1 (ja) 2018-10-15 2019-10-07 回折光学素子および照明光学系

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12085739B2 (ja)
JP (1) JP7533222B2 (ja)
CN (1) CN112840238B (ja)
WO (1) WO2020080169A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140273A1 (ja) * 2022-01-20 2023-07-27 大日本印刷株式会社 回折格子、および回折格子形成用モールド

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405460B (zh) * 2020-03-16 2023-04-14 晋城三赢精密电子有限公司 微位移测量装置
CN114137645B (zh) * 2021-12-03 2023-10-24 浙江水晶光电科技股份有限公司 衍射光学元件及其制备方法、母版衍射图案的设计方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10135118A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Canon Inc 投影露光装置
JPH11133263A (ja) * 1997-10-31 1999-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd 光配線用光分配器
JP2001343582A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Nikon Corp 投影光学系、当該投影光学系を備えた露光装置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法
JP2003270418A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回折光学素子
JP2003337216A (ja) * 2002-05-20 2003-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回折素子
JP2003337215A (ja) * 2002-05-17 2003-11-28 Ricoh Opt Ind Co Ltd 光合分波用光学素子および光分波結合方法、光合波方法、光合波結合方法および光モジュール
JP2005310346A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Konica Minolta Opto Inc 光学素子及び光ピックアップ装置
JP2006227503A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 回折型光学部品およびその設計方法
JP2007286499A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nikon Corp 回折光学系及び認証装置
JP2008089923A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Oki Electric Ind Co Ltd 光学素子の製造方法
JP2011215267A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nagoya Univ 色消しレンズとその製造方法、および色消しレンズを備えた光学装置
WO2018063780A1 (en) * 2016-09-09 2018-04-05 Ntt Docomo, Inc. A manufacturing method of diffractive optical elements

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5229883A (en) * 1991-10-28 1993-07-20 Mcdonnell Douglas Corporation Hybrid binary optics collimation fill optics
US5561558A (en) * 1993-10-18 1996-10-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffractive optical device
US6480334B1 (en) * 1994-01-18 2002-11-12 Massachusetts Institute Of Technology Agile beam steering using phased-array-like elements
US5494783A (en) * 1994-12-27 1996-02-27 Xerox Corporation Method of correcting non-uniform diffraction efficiency in a binary diffractive optical element
US20110096182A1 (en) 2009-10-25 2011-04-28 Prime Sense Ltd Error Compensation in Three-Dimensional Mapping
EP1934945A4 (en) 2005-10-11 2016-01-20 Apple Inc METHOD AND SYSTEM FOR RECONSTRUCTING AN OBJECT
US9330324B2 (en) 2005-10-11 2016-05-03 Apple Inc. Error compensation in three-dimensional mapping
EP1994503B1 (en) 2006-03-14 2017-07-05 Apple Inc. Depth-varying light fields for three dimensional sensing
JP5174684B2 (ja) 2006-03-14 2013-04-03 プライムセンス リミテッド スペックル・パターンを用いた三次元検出
KR101408959B1 (ko) 2006-03-14 2014-07-02 프라임센스 엘티디. 삼차원 감지를 위한 깊이 가변 광 필드
JP5310386B2 (ja) * 2009-06-18 2013-10-09 ソニー株式会社 対物レンズ、光ピックアップ及び光ディスク装置
JP2017120364A (ja) 2015-12-28 2017-07-06 奇景光電股▲ふん▼有限公司 プロジェクタ、プロジェクタを有する電子機器及び関連する製造方法
JP6344463B2 (ja) 2016-02-24 2018-06-20 大日本印刷株式会社 照明装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10135118A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Canon Inc 投影露光装置
JPH11133263A (ja) * 1997-10-31 1999-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd 光配線用光分配器
JP2001343582A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Nikon Corp 投影光学系、当該投影光学系を備えた露光装置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法
JP2003270418A (ja) * 2002-03-18 2003-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回折光学素子
JP2003337215A (ja) * 2002-05-17 2003-11-28 Ricoh Opt Ind Co Ltd 光合分波用光学素子および光分波結合方法、光合波方法、光合波結合方法および光モジュール
JP2003337216A (ja) * 2002-05-20 2003-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回折素子
JP2005310346A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Konica Minolta Opto Inc 光学素子及び光ピックアップ装置
JP2006227503A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 回折型光学部品およびその設計方法
JP2007286499A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nikon Corp 回折光学系及び認証装置
JP2008089923A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Oki Electric Ind Co Ltd 光学素子の製造方法
JP2011215267A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Nagoya Univ 色消しレンズとその製造方法、および色消しレンズを備えた光学装置
WO2018063780A1 (en) * 2016-09-09 2018-04-05 Ntt Docomo, Inc. A manufacturing method of diffractive optical elements

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140273A1 (ja) * 2022-01-20 2023-07-27 大日本印刷株式会社 回折格子、および回折格子形成用モールド

Also Published As

Publication number Publication date
JP7533222B2 (ja) 2024-08-14
CN112840238A (zh) 2021-05-25
CN112840238B (zh) 2023-08-22
US20210255374A1 (en) 2021-08-19
US12085739B2 (en) 2024-09-10
JPWO2020080169A1 (ja) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9897438B2 (en) Diffraction optical element, projection device, and measurement device
WO2020080169A1 (ja) 回折光学素子および照明光学系
JP6424418B2 (ja) 光学素子、投影装置および計測装置並びに製造方法
US11921306B2 (en) Diffraction grating array for wide-angle illumination
KR20070035081A (ko) 회절형 집광필름 및 그것을 이용한 면광원장치
US11536981B2 (en) Diffractive optical element, projection device, and measurement device
JPWO2006035785A1 (ja) 光学素子
JP5014339B2 (ja) 光学部材
JP4387855B2 (ja) 光学系
JP4794351B2 (ja) 反射防止構造体及びそれを備えた光学装置
Motogaito et al. Fabrication of binary diffractive lenses and the application to LED lighting for controlling luminosity distribution
JP4955133B2 (ja) 回折レンズ
JP2013125259A (ja) 回折光学素子、光学系および光学機器
JP7276139B2 (ja) 回折光学素子
JPWO2018216575A1 (ja) 回折光学素子、投影装置及び計測装置
JP2000098118A (ja) 回折光学素子及びこれを有する光学系
JP6981074B2 (ja) 光学素子
JP4206678B2 (ja) 回折光学素子
JP2004077957A (ja) 回折光学素子
JP6071262B2 (ja) 回折光学素子、光学系および光学機器
JP2018013679A (ja) 回折光学素子、光照射装置、回折光学素子の製造方法
JP2005292244A (ja) 集光装置及び回折装置
JP2018013678A (ja) 回折光学素子、光照射装置、回折光学素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19874008

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020553085

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19874008

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1