衍射光学元件、光照射装置制造方法及图纸

提供一种光的利用效率高，且即使在光的入射角偏离的情况下，对衍射光的影响也小并能够稳定地获得希望的衍射光，进而衍射光的不均匀性少的衍射光学元件、光照射装置。衍射光学元件(10)是一种对光进行整形的衍射光学元件，具备衍射层(15)，所述衍射层(15)具有：高折射率部(11)，在剖面形状中多个凸部(11a)排列配置；和低折射率部(14)，折射率比高折射率部(11)低，且至少包括在凸部(11a)之间形成的凹部(12)，凸部(11a)在其侧面形状的至少一侧具有具备高度不同的多个台阶部(11a‑1、11a‑2、11a‑3、11a‑4)的多阶段形状，凸部11a的侧面形状至少在一部分具备向包括衍射层(15)的平面倾斜的倾斜部(11b、11c、11d)。

Diffractive Optical Elements and Illumination Devices

The invention provides a diffractive optical element and a light illumination device with high efficiency of light utilization and little influence on the diffracted light even when the incident angle of light is deviated, and can obtain the desired diffracted light steadily, and then the non-uniformity of the diffracted light is less. Diffractive optical element (10) is a diffractive optical element for shaping light. The diffractive layer (15) has a high refractive index part (11), arranged in a number of convex parts (11a) in the profile shape, a low refractive index part (14), a low refractive index part (11), and at least includes a concave part (12) formed between convex parts (11a) and a convex part (11a) from the side shape to the side shape. The less side has a multi-stage shape with multiple steps (11a_1, 11a_2, 11a_3, 11a_4) of different heights, and the side shape of the convex 11a has at least one inclined part (11b, 11c, 11d) inclined to the plane including the diffraction layer (15).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衍射光学元件、光照射装置
本专利技术涉及衍射光学元件、光照射装置。
技术介绍
由于网络的普及导致的用于安全风险避免的对个人认证的需求、机动车的自动驾驶化的趋势或者所谓的“物联网”的普及等，近年来，需要传感器系统的方面增大。传感器有各种种类，检测的信息也多种多样，作为其中的一种方法，有将光从光源向对象物照射并从反射来的光中获得信息这样的方法。例如，图案认证传感器、红外线雷达等是它的一个例子。这些传感器的光源使用具有与用途相应的波长分布、亮度、扩散的光源。光的波长常使用可见光～红外线，特别是红外线具有难以受到外光的影响、是不可见的且还能够观察到对象物的略微内部这样的特征，因此被广泛使用。此外，作为光源的种类，多使用LED光源、激光光源等。例如，对于探测远的地方，优选使用光的扩散少的激光光源，而对于探测比较近的地方的情况或者为了照射具有某种程度的扩散的区域，优选使用LED光源。然而，作为对象的照射区域的大小、形状不一定与来自光源的光的扩散(分布)一致，在该情况下，需要通过扩散板、透镜、遮挡板等对光进行整形。最近，开发了一种称为LightShapingDiffuser(LSD)的、能够对光的形状进行某种程度整形的扩散板。此外，作为另外一种对光进行整形的方法，可列举衍射光学元件(DiffractiveOpticalElement：DOE)。其应用了光通过具有不同折射率的材料呈周期性排列的场所时的衍射现象。DOE基本上针对单一波长的光设计，但理论上能够将光整形为几乎任意的形状。此外，在所述LSD中，照射区域内的光强度成为高斯分布，而在DOE中，能够控制照射区域内的光分布的均匀性。DOE的这种特性在抑制向不必要的区域的照射所带来的高效率化、光源数量的削减等所带来的装置的小型化等方面是有利的(例如，参照专利文献1)。此外，DOE还能够应用于激光那样的平行光源、LED那样的扩散光源中的任意一者，并且能够应用于从紫外光到可见光、红外线的宽范围的波长。DOE需要nm数量级的微细加工，特别是为了衍射长波长的光，需要形成高纵横比的微细形状。因此，对于DOE的制造，以往使用利用了电子束的电子束光刻技术。例如，在紫外线～近红外线区域透明的石英板上，将硬掩膜、抗蚀剂成膜后，使用电子束在抗蚀剂上描绘给定的形状，依次进行抗蚀剂显影、硬掩膜的干蚀刻、石英的干蚀刻，在石英板表面上形成图案后，通过除去硬掩膜，能够获得所希望的DOE。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-170320号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题虽然DOE能够有效地对光进行整形，但在DOE和空气界面(或者，DOE和折射率不同的材料的界面)上，会发生由于折射率急剧地变化所引起的界面反射。该界面反射使光的利用效率降低。为了避免界面反射，例如，考虑形成电介质多层膜那样的反射防止膜的方法，但是一般会导致成本增加的情况较多。此外，难以沿着DOE的微细形状均匀地形成反射防止膜的情况较多。此外，DOE一般被设计为能够针对来自某个确定的方向的入射光对光进行所希望的整形。在使用激光光源的情况下，通常垂直地入射到DOE面(存在DOE的周期构造的面或者其背面)上的情况较多。此外，在使用LED等扩散光源的情况下，在光源的扩散分布的基础上，对DOE进行考虑了光倾斜地进入DOE平面(包括衍射光栅的周期构造的面)的设计。但是，在实际上使用DOE的情况下，光不一定以按照设计中使用的扩散分布的角度入射，有时由于装置的组装精度、光源的性能抖动等影响入射角会产生变化。在以往的DOE中，若入射角偏离设计时的角度，则处于衍射光(出射光)的特性(例如，配光特性)产生大幅变化的倾向。因此，存在DOE以及具备DOE的光照射装置的设计余量变窄的倾向，难以实用化，或者担忧装置的昂贵价格。进而，为了提高DOE的配光效率，存在将剖面形状形成为多阶段形状的情况。其通过控制光的衍射的方向来提高配光精度。但是，在需要这种高精度的情况下，对多阶段形状进行加工的工序中的加工精度是有极限的，且多阶段形状的尺寸会产生偏差。而且，由于该多阶段形状的尺寸的偏差，存在整形了的衍射光中也产生不均匀性的情况。本专利技术的课题为提供一种光的利用效率高，且即使在光的入射角偏离的情况下，对衍射光的影响也小并能够稳定地获得希望的衍射光，进而衍射光的不均匀性少的衍射光学元件、光照射装置。用于解决课题的技术方案本专利技术通过以下的解决方案来解决所述课题。另外，为了容易理解，标注与本专利技术的实施方式对应的附图标记来进行说明，但不限于此。第一专利技术为一种对光进行整形的衍射光学元件(10、20、30、40)，具备衍射层(15、25、35、45)，所述衍射层(15、25、35、45)具有：高折射率部(11、21、31、41)，在剖面形状中多个凸部(11a、21a、31a、41a等形状)排列配置；和低折射率部(14)，折射率比所述高折射率部(11、21、31、41)低，且包括至少在所述凸部(11a、21a、31a、41a等形状)之间形成的凹部(12)，所述凸部(11a、21a、31a、41a)在其侧面形状的至少一侧具有多阶段形状，所述多阶段形状具备高度不同的多个台阶部(11a-1、11a-2、11a-3、11a-4、21a-1、21a-2、21a-3、21a-4、31a-1、31a-2、31a-3、31a-4、41a-1、41a-2、41a-3、41a-4)，所述凸部(11a、21a、31a、41a)的侧面形状至少在一部分具备相对于包括所述衍射层(15、25、35、45)的平面倾斜的倾斜部(11b、11c、11d、21b、21c、21d、31b、31c、31d、41b、41c、41d)。第二专利技术为具备以下特征的衍射光学元件(10、20、30、40)，根据第一专利技术所述的衍射光学元件(10、20、30、40)，所述凸部(11a、21a、31a、41a)的侧面形状具备第一倾斜部(11b、21b、31b、41b)，所述第一倾斜部(11b、21b、31b、41b)沿所述凸部(11a、21a、31a、41a)的宽度从所述凸部(11a、21a、31a、41a)的前端部朝向根部(11f、21f、31f、41f)变宽的方向倾斜。第三专利技术为具备以下特征的衍射光学元件，根据第二专利技术所述的衍射光学元件，具备垂直部，所述垂直部从所述第一倾斜部(11b、21b、31b、41b)朝向所述根部(11f、21f、31f、41f)沿与所述衍射层(15、25、35、45)垂直的方向延伸。第四专利技术为具备以下特征的衍射光学元件(10、20、30、40)，根据第二专利技术所述的衍射光学元件(10、20、30、40)，具备：第二倾斜部(11c、21c、31c、41c)，沿所述凸部(11a、21a、31a、41a)的宽度从所述第一倾斜部(11b、21b、31b、41b)朝向所述根部(11f、21f、31f、41f)变窄的方向倾斜；和第三倾斜部(11d、21d、31d、41d)，沿所述凸部(11a、21a、31a、41a)的宽度从所述第二倾斜部(11c、21c、31c、41c)进一步朝向所述根部(11f、21f、31f、41f)变宽的方向倾斜。第五专利技术为具备以下特征的衍射光学元件，根据第四专利技术所述的衍射光学元件，当将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对光进行整形的衍射光学元件，具备衍射层，所述衍射层具有：高折射率部，在剖面形状中多个凸部排列配置；和低折射率部，折射率比所述高折射率部低，且至少包括在所述凸部之间形成的凹部，所述凸部在其侧面形状的至少一侧具有多阶段形状，所述多阶段形状具备高度不同的多个台阶部，所述凸部的侧面形状至少在一部分具备相对于包括所述衍射层的平面倾斜的倾斜部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 JP 2016-1439831.一种对光进行整形的衍射光学元件，具备衍射层，所述衍射层具有：高折射率部，在剖面形状中多个凸部排列配置；和低折射率部，折射率比所述高折射率部低，且至少包括在所述凸部之间形成的凹部，所述凸部在其侧面形状的至少一侧具有多阶段形状，所述多阶段形状具备高度不同的多个台阶部，所述凸部的侧面形状至少在一部分具备相对于包括所述衍射层的平面倾斜的倾斜部。2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述凸部的侧面形状具备第一倾斜部，所述第一倾斜部沿所述凸部的宽度从所述凸部的前端部朝向根部变宽的方向倾斜。3.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其特征在于，具备垂直部，所述垂直部从所述第一倾斜部朝向所述根部沿与所述衍射层垂直的方向延伸。4.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其特征在于，具备：第二倾斜部，沿所述凸部的宽度从所述第一倾斜部朝向所述根部变窄的方向倾斜；和第三倾斜部，沿所述凸部的宽度从所述第二倾斜部进一步朝向所述根部变宽的方向倾斜。5.根据权利要求4所述的衍射光学元件，其特征在于，当将所述第二倾斜部和所述第三倾斜部所连接的缩颈部分的宽度作为一个台阶部的宽度进行观察时，该缩颈部分的宽度比该台阶部的顶部的宽度宽。6.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述凸部的侧面形状具备一部分朝向所述凸部的内部方向凹陷的缩颈部分。7.一种对光进行整形的衍射光学元件，具备衍射层，所述衍射层具有：高折射率部，在剖面形状中多个凸部排列配置；和低折射率部，折射率比所述高折射率部低，且至少包括在所述凸部之间形成的凹部，所述凸部在其侧面形状的至少一侧具有多阶段形状，所述多阶段形状具备高度不同的多个台阶部，所述凸部...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫崎祐一，登山伸人，吉冈英范，
申请(专利权)人：大日本印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP