衍射光学元件及光图案生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术的衍射光学元件的特征在于，具备多个衍射光学元件要素，该衍射光学元件要素在表面具有根据供入射光入射的本要素的表面的位置而变更该入射光的相位的凹凸形状，当入射入射光时，射出具有形成光图案的相位分布的光，所述多个衍射光学元件要素配置在同一平面上，在表面具有彼此不同的凹凸形状，该彼此不同的凹凸形状对应于通过向该多个衍射光学元件要素分别入射入射光而形成的彼此不同的光图案，所述多个衍射光学元件要素分别配置在通过从本衍射光学元件的中心部向外周部呈放射状延伸的线而划分的本衍射光学元件内的不同区域。根据该结构，能够使用1片衍射光学元件生成多种光图案，并切换该多种光图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衍射光学元件及光图案生成装置
本专利技术涉及基于激光而生成光图案的衍射光学元件及光图案生成装置。
技术介绍
将入射光形成为所希望的光图案的衍射光学元件被应用于各种光学装置等。作为代表性的应用，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，也作为通过设计分支光的位置和强度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、凹凸的形状形成在基盘上的元件，是利用在该狭缝、凹凸形状的影响下产生的衍射光并将入射光转换成目标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效非常高。因此，还作为不仅产生均匀的强度分布这样的简单形状的衍射图案、还产生复杂形状的衍射图案的衍射光学元件而应用。作为切换以往的光图案的方法，如专利文献1所示，具有如下方法：在使用液晶的光图案生成装置中，将来自光源的光向液晶入射，通过使施加电压变化而使液晶的相位图案变化，从而使透过液晶的光的相位分布变化，进行光图案的切换。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：在使用液晶的光图案生成装置中，将来自光源的光向液晶入射，通过使施加电压变化而使液晶的相位图案变化，从而使透过液晶的光的相位分布变化，进行光图案的切换。此外，作为具备以往的衍射光学元件和旋转机构的装置，如专利文献3所示，具有如下装置：在具备多个光源的投影仪中，使根据各光源的输出波长而将凹凸形状不同的区域呈同心圆状配置在圆盘状的1片元件上的衍射光学元件旋转，由此，使向空间光调制器入射的光强度分布变得均匀。另外，在利用液晶生成光图案的照明装置中进行光图案的切换的情况下，需要设置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，成本也变高。此外，由于液晶价格高，因此，难以实现装置的小型化、低成本化。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号专利文献2：日本特表2013-505472号专利文献3：日本特开2013-084009号
技术实现思路
专利技术要解决的问题以往的衍射光学元件设计有衍射光学元件的表面凹凸形状，使得在某一特定波长下在像面上生成所希望的光图案，因此，为了生成1个光图案，需要1片衍射光学元件。因此，存在如下问题：生成的光图案数量越增加，则所需的衍射光学元件的数量越多。本专利技术是为了解决上述的问题点而完成的，其目的在于，得到一种能够生成多种光图案并进行该多种光图案的切换的1片衍射光学元件。用于解决问题的手段本专利技术的衍射光学元件的特征在于，所述衍射光学元件具备多个衍射光学元件要素，该衍射光学元件要素在表面具有根据供入射光入射的本要素的表面的位置而变更该入射光的相位的凹凸形状，当入射入射光时，射出具有形成光图案的相位分布的光，所述多个衍射光学元件要素配置在同一平面上，在表面具有彼此不同的凹凸形状，该彼此不同的凹凸形状对应于通过向该多个衍射光学元件要素分别入射入射光而形成的彼此不同的光图案，所述多个衍射光学元件要素分别配置在通过从本衍射光学元件的中心部向外周部呈放射状延伸的线而划分的本衍射光学元件内的不同区域。专利技术的效果根据本专利技术，能够使用1片衍射光学元件生成多种光图案，并且切换该多种光图案。附图说明图1是实施方式1的衍射光学元件3及光图案生成装置100的结构例。图2是实施方式1的衍射光学元件3的配置的一例。图3是实施方式1的衍射光学元件3的一个动作例。图4是实施方式1的衍射光学元件3的与图3不同的一个动作例。图5是示出通过实施方式1的衍射光学元件3而生成的光图案例的图。具体实施方式实施方式1.图1是示出实施方式1的衍射光学元件3及光图案生成装置100的一个结构例的图。光图案生成装置100具备1个激光光源1、1个旋转机构2、以及1片衍射光学元件3。将与图面垂直的方向设为x轴方向，将与激光的光轴5垂直且与图面平行的方向设为y轴方向，将与光轴5平行的方向设为z轴方向。衍射光学元件3是由玻璃或树脂构成且周期性地将狭缝、凹凸的形状形成在基盘上的光学元件，使用在该狭缝、凹凸形状的影响下产生的衍射光，将入射到衍射光学元件3的光在像面5转换成目标强度分布的光。由衍射光学元件3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矩形函数的傅立叶变换像即sinc函数。即，衍射光学元件3在表面具有根据入射光在表面入射的位置而变更入射光的相位的凹凸形状，当入射入射光时，射出具有形成光图案的相位分布的光。通过狭缝、凹凸形状的构造而生成衍射光学元件3的出射面上的光的相位分布，因此，利用一种凹凸形状构造的衍射光学元件3生成的光图案为一种光图案。因此，在现有技术中，在生成多个光图案的情况下，需要按照光图案的种类来设置衍射光学元件。此外，作为衍射光学元件3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来计算，因此，实际的衍射光学元件3的凹凸形状分布也成为排列了多个通过迭代傅立叶变换法而求出的相位分布的周期性分布。在入射光通过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3的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，对于当前使用的衍射光学元件3，使用排列有多个相位分布的元件。相位分布的重复数量越多，由干涉引起的增强强度越大，因此，生成明暗更强的光图案。因此，即便在不使光透过衍射光学元件3整个面而使其透过一部分的情况下，也能够生成光图案。由于所生成的光图案是固定的，因此，在使衍射光学元件3在平面内旋转的情况下，根据旋转而生成的光图案也旋转。图2示出本实施方式中的衍射光学元件3的一个构造例。衍射光学元件3在同一平面上按照每个中心角θ而具有不同的凹凸形状分布。在以衍射光学元件3的中心为中心而进行了n等分的情况下，中心角θ成为2π/n。图2的衍射光学元件要素(以下为元件要素)11-1和11-2、元件要素11-(k-1)和11-k分别是相邻的具有彼此不同的凹凸形状分布的元件要素。另外，k＝1、2、3、...、n。这里，全部的元件要素为n个。元件要素11-k是从元件要素11-1起沿着绕逆时针的方向的第k-1个元件要素。元件要素的中心线12-k是从元件要素11-k的中心朝向圆周的元件要素的中心线，将元件要素11-k的中心角等分。元件要素的中心线12-k的方向在以衍射光学元件3的中心为原点的情况下成为(xk，yk)。在将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种衍射光学元件，其特征在于，/n所述衍射光学元件具备多个衍射光学元件要素，该衍射光学元件要素在表面具有根据供入射光入射的本要素的表面的位置而变更该入射光的相位的凹凸形状，当入射入射光时，射出具有形成光图案的相位分布的光，/n所述多个衍射光学元件要素配置在同一平面上，在表面具有彼此不同的凹凸形状，该彼此不同的凹凸形状对应于通过向该多个衍射光学元件要素分别入射入射光而形成的彼此不同的光图案，所述多个衍射光学元件要素分别配置在通过从本衍射光学元件的中心部向外周部呈放射状延伸的线而划分的本衍射光学元件内的不同区域。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种衍射光学元件，其特征在于，
所述衍射光学元件具备多个衍射光学元件要素，该衍射光学元件要素在表面具有根据供入射光入射的本要素的表面的位置而变更该入射光的相位的凹凸形状，当入射入射光时，射出具有形成光图案的相位分布的光，
所述多个衍射光学元件要素配置在同一平面上，在表面具有彼此不同的凹凸形状，该彼此不同的凹凸形状对应于通过向该多个衍射光学元件要素分别入射入射光而形成的彼此不同的光图案，所述多个衍射光学元件要素分别配置在通过从本衍射光学元件的中心部向外周部呈放射状延伸的线而划分的本衍射光学元件内的不同区域。


2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，
所述多个衍射光学元件要素分别在表面具有如下的凹凸形状，该凹凸形状对应于通过在该多个衍射光学元件要素分别相对于本衍射光学元件的中心部而位于特定的方向时入射入射光而形成的光图案。


3.一种光图案生成装置，其特征在于，
所述光图案...

【专利技术属性】
技术研发人员：高田由香里，广泽贤一，龟山俊平，
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