光图案生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于，实现使用1片衍射光学元件生成多个种类的图案的光图案生成装置。本发明专利技术的光图案生成装置(100)的特征在于，具备：激光光源(1)，其输出激光；聚光用透镜(2)，其使从所述激光光源(1)输出的激光折射；掩模(3)，其吸收或反射由所述聚光用透镜(2)折射后的光的一部分，并且使与该一部分不同的所述折射后的光透过；以及衍射光学元件(4a)，其根据与透过了所述掩模(3)的透过光的行进方向垂直的平面上的位置，变更所述透过光的相位，输出具有形成光图案的相位分布的光，所述聚光用透镜(2)位于与所述激光光源(1)相距所述聚光用透镜(2)的焦距(f)的第1位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光图案生成装置
本专利技术涉及使用了衍射光学元件的光图案生成装置。
技术介绍
在各种光学装置等中，应用了将入射光形成为所希望的光图案的衍射光学元件。作为代表的应用，具有材料加工、印刷、光学计测、照明等。例如，在激光加工机中，衍射光学元件实现将入射光束分支为多个光束的功能。此外，通过设计分支光的位置和强度，还作为生成所希望的光图案的照明装置而应用。衍射光学元件(DOE(DiffractiveOpticalElements))是周期性地将狭缝或凹凸的形状附在基板上的元件，是利用由于该狭缝或凹凸形状的影响而产生的衍射光而将入射光转换成目标的强度分布的光的元件。尤其是，相位型的衍射光学元件以使入射光的相位分布在像面上成为所希望的光图案的方式形成相位分布，因此，与振幅型的衍射光学元件相比，转换后的光相对于入射光的能量效率非常高。因此，还作为不仅产生均匀的强度分布这样的单纯形状的衍射图案、还产生复杂形状的衍射图案的衍射光学元件而应用。在以往的使用了衍射光学元件的光图案生成装置中，如专利文献1所示，具有如下的光图案生成装置：在一台装置上设置1片衍射光学元件，生成1个图案，或者在一台装置上设置2片衍射光学元件，来自光源的光透过2片衍射光学元件，由此，生成以比1片衍射光学元件更宽的角度衍射的图案。此外，作为切换以往的光图案的方法，如专利文献2所示，具有如下方法：将来自光源的光向液晶入射，通过施加电压使液晶的相位图案变化，由此，使透过液晶的光的相位分布变化，进行光图案的切换。在不使用衍射光学元件而使用利用了液晶的照明装置来进行光图案的切换的情况下，需要用于使液晶的施加电压变化的电压源，因此，照明装置的尺寸变大。此外，液晶的价格也高，因此，成本也变高。与此相对，在使用了衍射光学元件的光图案生成装置中，具有能够实现装置的小型化、低成本化的优点。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-209237号公报专利文献2：日本特开2013-505472号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在以往的使用了衍射光学元件的光图案生成装置中，以按照某一特定的波长在像面上生成所希望的图案的方式来设计衍射光学元件的表面凹凸形状。此时，需要表面的凹凸形状按照不同的图案、各个光源的波长而不同的衍射光学元件，因此，为了生成1个光图案，需要1片衍射光学元件。因此，存在所生成的光图案的数量越增加则衍射光学元件的部件个数越多这样的问题。本专利技术是为了解决该问题而完成的，其目的在于，实现使用1片衍射光学元件来生成多个种类的图案的光图案生成装置。用于解决问题的手段本专利技术的光图案生成装置的特征在于，具备：激光光源，其输出激光；聚光用透镜，其使从所述激光光源输出的激光折射；掩模，其吸收或反射从所述聚光用透镜输出的折射后的光的一部分，并且使与该一部分不同的所述折射后的光透过；以及衍射光学元件，其根据与透过了所述掩模的透过光的行进方向垂直的平面上的位置，变更所述透过光的相位，输出具有形成光图案的相位分布的光，所述聚光用透镜位于与所述激光光源相距所述聚光用透镜的焦距的第1位置。专利技术的效果根据本专利技术，能够使用1片衍射光学元件来生成多个种类的光图案。附图说明图1是示出实施方式1的光图案生成装置100的一结构例的图。图2示出实施方式1的掩模3的一构造例。图3是示出实施方式1的衍射光学元件4a的表面凹凸形状的图。图4是示出实施方式1的剖面A-A’和像面6上的光图案的图。图5是透过了实施方式1的衍射光学元件4a的光的FFP。图6是示出实施方式1的光图案生成装置100的不同的结构例的图。图7是实施方式1的聚光用透镜的聚光位置的说明图。图8是示出实施方式2的光图案生成装置200的一结构例的图。图9是示出实施方式2的衍射光学元件4b的一构造例的图。图10是示出实施方式2的光图案生成装置200的不同的结构例的图。具体实施方式实施方式1.图1是示出实施方式1的光图案生成装置100的一结构例的图。光图案生成装置100具备激光光源1、1片聚光用透镜2、1片掩模3、以及衍射光学元件4a。激光光源1是输出单一波长的激光的光源。作为激光光源1，例如使用半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器。聚光用透镜2是由玻璃或树脂构成的、单面或双面为球面或非球面形状的元件，是使入射的光折射而发散或聚光的光学元件。掩模3是使入射的光的一部分透过并吸收或反射一部分的元件，例如成为图2那样的结构。掩模3的透过部7可以是玻璃或树脂等使入射光透过的材质，也可以是空间。掩模3的吸收或反射部8也可以是吸收或反射所入射的光的材质、或者是实施了吸收或反射所入射的光的涂层的光学元件。衍射光学元件4a是由玻璃或树脂构成的周期性地将狭缝或凹凸的形状附在基板上的元件，是利用由于该狭缝或凹凸形状的影响而产生的衍射光进行转换以使得入射到衍射光学元件4a的光在像面上成为目标的强度分布的光的元件。由衍射光学元件4a生成的相位分布的傅立叶变换像成为在传播后生成的光图案。例如，在相位分布为矩形函数的情况下，传播后的光图案成为作为矩形函数的傅立叶变换像的sinc函数。即，衍射光学元件4a根据与光的行进方向垂直的平面上的位置，变更光的相位，输出具有形成光图案的相位分布的光。衍射光学元件4a的出射面上的光的相位分布根据狭缝或凹凸形状的构造而不同，因此，由一种凹凸形状构造的衍射光学元件4a生成的光图案成为一个种类。因此，在生成多个光图案的情况下，衍射光学元件4a的种类需要与光图案的种类一样多。此外，作为衍射光学元件4a的表面形状设计方法，经常使用迭代傅立叶变换法。迭代傅立叶变换法是使用了离散傅立叶变换的周期性的计算算法，将分布的周期性作为前提条件而计算，因此，实际的衍射光学元件4a的凹凸形状分布也成为排列多个通过迭代傅立叶变换法求出的相位分布而得到的周期性分布。例如，在示出衍射光学元件4a的表面凹凸形状的图3中，使通过迭代傅立叶变换法求出的相位分布成为纵向排列2个且横向排列2个的分布。另外，在入射光透过1个相位分布的情况下，所生成的光图案成为衍射光学元件出射面上的相位分布与矩形函数的卷积积分，因此，成为比用于设计的强度分布更模糊的分布。因此，当前使用的衍射光学元件使用排列有多个相位分布的衍射光学元件。相位分布的重复数量越多，则由干涉引起的增强强度越大，因此，生成明暗更加强的光图案。重复数量不限于图3所示的2个，重复多次即可，入射光透过越多的相位分布，则生成的光图案的精度越提高。即，衍射光学元件4a使用在表面具有变更入射光的相位分布的凹凸形状且该凹凸形状在一个方向上具有周期性的形状的结构，由此，能够提高所生成的光图案的精度。光轴5是从激光光源1输出的光通过光学系统的中心的对称轴。像面6是映出光图案的面，是使入射的光反射或散射并映出光图案的面。像面6是与光轴5具有交点的平面，位于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光图案生成装置，其特征在于，/n所述光图案生成装置具备：/n激光光源，其输出激光；/n聚光用透镜，其使从所述激光光源输出的激光折射；/n掩模，其吸收或反射从所述聚光用透镜输出的折射后的光的一部分，并且使与该一部分不同的所述折射后的光透过；以及/n衍射光学元件，其根据与透过了所述掩模的透过光的行进方向垂直的平面上的位置，变更所述透过光的相位，输出具有形成光图案的相位分布的光，/n所述聚光用透镜位于与所述激光光源相距所述聚光用透镜的焦距的第1位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光图案生成装置，其特征在于，
所述光图案生成装置具备：
激光光源，其输出激光；
聚光用透镜，其使从所述激光光源输出的激光折射；
掩模，其吸收或反射从所述聚光用透镜输出的折射后的光的一部分，并且使与该一部分不同的所述折射后的光透过；以及
衍射光学元件，其根据与透过了所述掩模的透过光的行进方向垂直的平面上的位置，变更所述透过光的相位，输出具有形成光图案的相位分布的光，
所述聚光用透镜位于与所述激光光源相距所述聚光用透镜的焦距的第1位置。


2.一种光图案生成装置，其特征在于，
所述光图案生成装置具备：
激光光源，其输出激光；
聚光用透镜，其使从所述激光光源输出的激光折射；
衍射光学元件，其根据与从所述聚光用透镜输出的折射后的光的行进方向垂直的平面上的位置，变更所述折射后的光的相位，输出具有相位分布的光；以及
掩模，其吸收或反射从所述衍射光学元件输出的具有相位分布的光的一部分，并且使与该一部分不同的具有所述相位分布的光透过，
所述聚光用透镜位于与所述激光光源相距所述聚光用透镜的焦距的第1位置，透过了所述掩模的透过光形成光图案。


3.一种光图案生成装置，其特征在于，
所述光图案生成装置具备：
激光光源，其输出激光；
聚光用透镜，其使从所述激光光源输出的激光折射；以及
带遮光部的衍射光学元件，其吸收或反射从所述聚光用透镜输出的折射后的光的一部分，并且根据与和该一部分不同的所述折射后的光的行进方向垂直的平面上的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：高田由香里，广泽贤一，柳泽隆行，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP