衍射光学器件制造技术

一种衍射光学器件，包括一个让衍射光透过的基片；和一个位于基片上并包含着一组光栅单元的光栅部分，其中每个光栅单元都有多个不连续的相位阶梯。该组光栅单元以不同的光栅周期布置在基片表面不同区域中，且依据光栅周期的不同而有相位阶梯数的不同。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种衍射光学器件，尤其是一种防止甚至在小光栅周期区域内衍射交率下降的衍射光学器件。用于实现光衍射的衍射光学部件，有一个衍射光栅条纹图案。此栅纹图案通过在一基片上布置一组光栅单元而构成。衍射效率是投射于衍射光学部件上的光发生衍射那部分光的比率，它取决于光栅条纹的图案。一般地讲，衍射效率的高低是确定衍射光学器件质量的一个最主要的要素。传统的衍射光学器件之一是一种衍射微透镜，它使垂直照射在其上的光发生衍射。参见附图说明图1和2，其中表示了这种传统的衍射微透镜100。图1是微透镜100的平面图，表示出了它的光栅条纹图案，而图2是微透镜100的一个剖面图。微透镜100包括一个基片11。垂直地投射在基片11底表面上的光在基片上方会聚和准直。如图1所示，一组光栅单元18被同心地安置在基片11的上表面，从而形光栅条纹图案。光栅单元18所在位置的周期(下文中称为″光栅周期″)向着基片11的外圆方向逐渐地减小。如图2所示，每个光栅单元18都有一个矩形截面。图3是另一种衍射微透镜200的剖面图，是由J.Jahns和S.T.Walker在″由蒸镀薄膜制成的衍射微透镜二维陈列″，应用光学(AppliedOptics)Vol.29，No.7，PP931～936(1990)。微透镜200包括基片11和一组安置在基片11顶表面的光栅单元28，每个光栅单元28有数个不连续的相位阶梯。在图3的实例中，每个光栅单元28有包括基片11顶表面在内的四个相位阶梯。采用这种记数方法，图2中微透镜100中的光栅单元18则有两个阶梯。这一光栅单元相位阶梯的记数方法将在本说明书中继续使用。衍射微透镜100有一个41％的衍射效率，而衍射微透镜200有一个高达81％的衍射效率。已经发现光栅单元的相位阶梯数越大，衍射效率就越高。比如，每个光栅单元有8个相位阶梯的情况下衍射效率为95％，每个光栅单元有16个相位阶梯的情况下衍射效率为99％。鉴于上述衍射效率与相位阶梯数之间的关系，很容易作出假设，任一种类型的衍射光学器件都呈这一关系。在光以偏于垂直于基片方向一个角度入射时，事实是相位阶梯数越大，光栅周期较大的区域衍射效率越高。包括本专利技术的专利技术人在内的探索者的发现，在光栅周期较小，即近似为入射光波长的区域内，当相位阶梯数增加时，衍射效率明显地降低。而且，在光栅周期小的区域，精密加工难以实现。因此，实际上不可能将光栅单元加工成理想的形状，从而降低了衍射光学器件的光学特性。本专利技术一方面涉及了一种衍射光学器件，它包括使发生衍射的光透射的基片，和一个位于基片上并含有一组各有多个不连续相位阶梯的光栅单元的光栅部分。该组光栅单元这样安置，基片表面区域不同处其光栅周期不同，而且随光栅周期的变化则相位阶梯数不同。在本专利技术的一个实施方案中，随着光栅周期的减小相位阶梯数逐渐减少。在本专利技术的一个实施方案中，在光栅周期至少为第一预定数乘以光波长所得第一值的区域内，相位阶梯数至少为3。在光栅周期小于第一值的区域内，相位阶梯数是2。第一预定值大致在1.5至3之间。在本专利技术一个实施方案中，光栅部分在光栅周期小于第一值的区域内的占空比例基本上在0.15与0.5之间。在本专利技术的一个实施方案中，在光栅周期至少为第2预定数乘以光波长所得第二值的区域内，相位阶梯数至少为4。在光栅周期小于第二值且至少为第一值的区域内，相位阶梯数为3。第二值大致在2至5之间且比第一预定数大。在本专利技术的一个实施方案中，在光栅周期至少为第3预定数乘以光波长所得第三值的区域内，相位阶梯数至少为5。在光栅周期小于第三值且至少为第二值的区域内，相位阶梯数为4。第三值大致在4与7之间，并大于第二预定数。在本专利技术一个实施方案中，其光栅单元随着其相位阶梯数的不同而有不同高度。在本专利技术的一个实施方案中，在多个不连续的相位阶梯中最底层阶梯是基片的表面。在本专利技术的一个实施方案中，最小的光栅周期大于1/2n光波长，其中n是基片的折射率，而在光栅部分占空比例随光栅周期不同而变化。在本专利技术的一个实施例中，光栅单元相对于其中心对称安置且在同一方向上呈弧形，并且沿该方向光栅周期逐渐变小。在本专利技术的一个实施方案中，该组光栅单元沿同一方向直线延伸，且在垂直于光栅单元延伸方向的方向上光栅周期是变化的。在本专利技术的一个实施方案中，光栅部分用一薄膜覆盖。在本专利技术的一个实施方案中，薄膜是反射膜。在本专利技术的一个实施方案中，薄膜是非反射的膜。在本专利技术的一个实施方案中，基片包含一个传播光的光导区。本专利技术另一方面涉及了一种衍射光学器件，它包括使透射的光衍射的基片，和一个位于基片上且包含着一组光栅单元的光栅部分。该组光栅单元的布置使基片表面的不同区域有不同的光栅周期。最小的光栅周期要大于1/2n光波长，其中n是基片的折射率。光栅部分有一个随光栅周期而变化的占空比率。在本专利技术的一个实施例中，占空比率在光栅周期小于3至4倍光波长的区域内小于0.5。在本专利技术的一个实施方案中，占空比率随着光栅周期的减小而逐渐变小。在本专利技术的一个实施例中，该组光栅单元随着光栅周期的不同而有不同的高度。在本专利技术的一个实施方案中，该组光栅单元的高度在光栅周期小于3至4倍光波长的区域之内随着光栅周期的减小而逐渐降低。在本专利技术的一个实施方案中，该组光栅单元的一部分，其每一个至少有3个不连续的相位阶梯。这样，本文所描述的专利技术能够提供一种衍射光学器件，它在其整个区域内，对于以偏开其垂直方向一个角度入射的光都有高的衍射效率且有即使是小光栅周期也易于制作的光栅单元。本专利技术的这些及其它优点，本领域的普通技术人将通过阅读和理解下述参考附图的详细说明而得以明了。图1是对垂直入射光进行衍射的传统衍射光学器件的平面图；图2是图1传统衍射光学器件的剖面图；图3是对垂直入射光进行衍射的另一传统衍射光学器件的剖面图；图4是本专利技术第一实例衍射光学器件的剖面图；图5是图4衍射光学器件的平面图；图6是表示图4中衍射光学器件中光线如何行进的剖面图；图7是一图表，表示了图4所示衍射光学器件中光栅单元有2和3个相位阶梯的区域内标准化的光栅周期与第一级衍射效率之间的关系；图8是本专利技术第二实例衍射光学器件的平面图；图9是本专利技术第三实例衍射光学器件的剖面图；图10是一个图表，表示了当光入射角为20°时，图9所示衍射光学器件中光栅单元有2到5个相位阶梯的区域内标准化的光栅周期与第一级衍射效率之间的关系；图11是一个表示了当光入射角为30°时，图9所示衍射光学器件中光栅单元有2到5个相位阶梯的区域内标准化的光栅周期与第一级衍射效率之间关系的图表；图12是本专利技术第四实例衍射光学器件的剖面图；图13是图12所示衍射光学器件的平面图；图14是表示与光入射角为20°时，图12所示衍射光学器件占空比率为0.3，0.4和0.5的区域内标准化的光栅周期与第一级衍射效率之间关系的图表；图15是表示当光入射角为30°时，图12所示衍射光学器件中占空比率为0.3，0.4或0.5的区域内标准化的光栅周期与第一级衍射效率之间关系的图表；图16是表示当光入射角为20°时，图12所示衍射光学器件中占空比率与标准化光栅周期之间关系的图表；图17是表示图12所示衍射光学器件中光线如何行进的剖面图；图18是本专利技术第五实例衍射光学器件的平面图；图19是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衍射光学器件，其特征在于包括：一个让透过的光被衍射的基片；和一个位于基片上，并包含了一组都具有多个不连续相位阶梯的光栅单元的光栅部分，其中该组光栅单元按不同的光栅周期布置在基片表面的不同区域之内，而且随光栅周期不同有不同的相 位阶梯数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盐野照弘，小川久仁，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]