專利名稱：衍射光學(xué)元件和計(jì)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件和使用衍射光學(xué)元件的計(jì)測裝置。
背景技術(shù)：
對入射光的至少一部分進(jìn)行衍射的衍射光學(xué)元件用于各種光學(xué)儀器和光學(xué)裝置等。作為使用衍射光學(xué)元件的光學(xué)裝置的例子，想到將由衍射光學(xué)元件衍射出的特定的光的圖案投影到計(jì)測對象上并對計(jì)測對象的形狀等進(jìn)行計(jì)測的計(jì)測裝置。這種計(jì)測裝置中，已知作為對計(jì)測對象的三維形狀等進(jìn)行計(jì)測的計(jì)測裝置而列舉的三維計(jì)測裝置通過檢測所照射的光的圖案的變化等而獲得三維的信息(專利文獻(xiàn)I)。另外，這種計(jì)測裝置如果在計(jì)測裝置與測定對象之間的距離短的情況下也能夠進(jìn)行預(yù)定的計(jì)測，則能夠使測定光學(xué)系統(tǒng)小型化，并且能夠縮短到達(dá)受光系統(tǒng)的光程長度，因此能夠獲得高計(jì)測靈敏度。因此，在這種計(jì)測裝置中使用衍射光學(xué)元件的情況下，優(yōu)選衍射角度大。但是，如果想要通過縮窄衍射光學(xué)元件的間距來產(chǎn)生衍射角度大的衍射光，則會產(chǎn)生零級衍射光。并且，當(dāng)由衍射光產(chǎn)生的光斑數(shù)多時(shí)，零級衍射光的光量也會達(dá)到與其他衍射光的光量相比相對較大的值。這種情況下，會出現(xiàn)如下問題:計(jì)測裝置中使用的攝像元件中自動(dòng)增益調(diào)節(jié)設(shè)定得較低，從而無法識別由與零級衍射光相比相對較弱的其他衍射光產(chǎn)生的光斑；或者即使在將增益調(diào)節(jié)至較高的情況下，由零級衍射光產(chǎn)生的光斑的周圍也會產(chǎn)生模糊等，從而無法在由零級衍射光產(chǎn)生的光斑的周圍識別由其他衍射光產(chǎn)生的光斑。因此，在例如應(yīng)用于三維計(jì)測裝置的情況下，難以進(jìn)行精度高的三維形狀的測定。作為用于抑制這種零級衍射光的產(chǎn)生的構(gòu)成，例如已知如專利文獻(xiàn)2中所公開的那樣將多個(gè)衍射光學(xué)元件進(jìn)行層疊的構(gòu)成等。另外，非專利文獻(xiàn)I中，公開了通過調(diào)節(jié)形成在衍射光學(xué)元件的表面上的凹凸的形狀來調(diào)節(jié)零級衍射光的光量的達(dá)曼(Dammann)衍射光柵。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特表2009-531655號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:國際公開第2009/093228號小冊子非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1:Donald C.0，Shea, “Reduction of the zero-order intensityin binary Dammmann gratings，，，APPLIED OPTICS, 34, 6533 (1995)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，專利文獻(xiàn)2所公開的方法中，由于為將多個(gè)衍射光學(xué)元件進(jìn)行層疊的構(gòu)成，因此產(chǎn)生層疊的對位的問題，并且產(chǎn)生因投影的圖案存在限制而不能自由地設(shè)定圖案的問題等。另外，非專利文獻(xiàn)I中公開的達(dá)曼衍射光柵是能夠在特定形狀的情況下減少零級衍射光的衍射光柵。但是，如下所述，該衍射光柵很難說能夠應(yīng)用于偏離標(biāo)量理論的情況即間距窄而使衍射角大的方式，在偏離通常的標(biāo)量理論的情況下，無法應(yīng)用于減少零級衍射光的目的。對衍射光柵中產(chǎn)生的零級衍射光進(jìn)行說明。衍射光學(xué)元件是通過光的衍射現(xiàn)象而產(chǎn)生光學(xué)作用的光學(xué)元件，這種光學(xué)作用可以在距離衍射光學(xué)元件足夠遠(yuǎn)的地方使用利用標(biāo)量衍射理論的夫瑯和費(fèi)(Fraunhofer)近似來計(jì)算。該方法是假定衍射光學(xué)元件的衍射面足夠薄，在將剛從衍射光學(xué)元件出射后的標(biāo)量函數(shù)設(shè)為u(Xl、yi)、將觀測點(diǎn)處的電場的標(biāo)量函數(shù)設(shè)為u(X(l、y0)、將從衍射光學(xué)元件的衍射面至觀測點(diǎn)的光軸方向的距離設(shè)為z、將波數(shù)設(shè)為k的情況下，通過由數(shù)學(xué)式I表示的式子進(jìn)行近似。另外，dS=dXldyi，I:表示光束通過的區(qū)域。數(shù)學(xué)式I
權(quán)利要求
1.種衍射光學(xué)元件，具有凹凸且對入射光進(jìn)行二維衍射而產(chǎn)生衍射光，其特征在于， 將以所述入射光的光軸為基準(zhǔn)的最大衍射角設(shè)為角度范圍Θ時(shí)，所述角度范圍Θ為7.5°以上，且零級衍射光的衍射效率為5%以下。
2.權(quán)利要求1所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，所述凹凸為2階。
3.權(quán)利要求1所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，所述凹凸為3階以上。
4.權(quán)利要求3所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，所述凹凸為2-階(m為2以上的整數(shù))。
5.權(quán)利要求2所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于， 所述凹凸中，將與所述凹凸的高度方向不同的預(yù)定軸方向上的凸部的長度和凹部的長度中在設(shè)所述光的波長為λ時(shí)落入λ/8至6 λ范圍內(nèi)的所述凸部的長度的平均值和所述凹部的長度的平均值分別設(shè)為μ 1、μ 2時(shí)， 所述衍射角Θ和的值為7.5°〈 Θ〈90。，且0〈D〈0.5， 并且-0.02 Θ+0.6〈D〈-0.00133 Θ+0.5233 (其中，7.5 ° 〈 Θ〈36.3 ° )或-0.02 Θ+0.6〈D〈0.475(其中，36.3?！?Θ〈90。)。
6.權(quán)利要求5所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于， 所述衍射角Θ和D的值為7.5° < Θ <90°，且0〈D〈0.475，并且 D>-0.02 Θ +0.625。
7.權(quán)利要求3或4所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于， 所述凹凸中，以凸部與凹部的中間高度為基準(zhǔn)，將高于所述中間高度的部分設(shè)為凸部、將比所述中間高度設(shè)為凹部時(shí)，將與所述凹凸的高度方向不同的預(yù)定軸方向上的凸部的長度和凹部的長度中在設(shè)所述光的波長為λ時(shí)落入λ/8至6 λ范圍內(nèi)的所述凸部的長度的平均值和所述凹部的長度的平均值分別設(shè)為μ 1、μ 2時(shí)，所述衍射角Θ和D=yi/(yi+y2)的值為 7.5。< Θ <90°，且 0〈D〈0.55，并且 D>-0.02 Θ+0.65。
8.權(quán)利要求7所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于， 所述衍射角Θ和D的值為7.5° < Θ <90°，且0〈D〈0.525，并且 D>-0.02 Θ +0.675。
9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，由所述衍射光學(xué)元件產(chǎn)生的零級衍射光的衍射效率為3%以下。
10.權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的衍射光學(xué)元件，其特征在于，所述衍射光學(xué)元件具有由對光進(jìn)行反射的材料形成的反射層。
11.種計(jì)測裝置，其特征在于，具有: 發(fā)出光的光源， 所述光入射并且衍射光出射的權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的衍射光學(xué)元件，和 對所述衍射光所照射到的測定對象物的圖像進(jìn)行攝像的攝像部。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠極力抑制零級衍射光的產(chǎn)生并且在寬范圍內(nèi)生成光斑的衍射光學(xué)元件和計(jì)測裝置。本發(fā)明通過提供一種衍射光學(xué)元件來解決上述問題，所述衍射光學(xué)元件具有凹凸且對入射光進(jìn)行二維衍射而產(chǎn)生衍射光，其特征在于，將以所述入射光的光軸為基準(zhǔn)的最大衍射角設(shè)為角度范圍θ時(shí)，所述角度范圍θ為7.5°以上，且零級衍射光的衍射效率為5%以下。
文檔編號G01B11/25GK103097925SQ201180038910
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者宮坂浩司, 野村琢治 申請人:旭硝子株式會社