光学元件的制作方法

1.本发明涉及光学元件。


背景技术：

2.已知有使来自光源的光扩散的光学元件。例如在专利文献1中记载了多个凹状的透镜部排列成阵列状，使入射到各透镜部的光扩散的光学元件(透镜阵列)。通过使用这样的透镜阵列，能够使由各透镜部扩散后的光重合，由此使在投影面的光的强度均匀化。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特许第6424418号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.在这样使光扩散的光学元件中，要求使在投影面的光的强度适当地分布。
8.本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种光学元件，能够使在投影面的光的强度适当地分布。
9.用于解决课题的技术方案
10.为了解决上述课题并实现目的，本公开所涉及的光学元件是在一个表面以矩阵状形成有多个以非球面形状凹陷的透镜部的透明的光学元件，其中，所述透镜部在非球面状的透镜面包含从所述透镜面的中心朝向径向外侧的轮廓不连续的台阶部，所述透镜面的比所述台阶部靠径向内侧的区域与所述透镜面的比所述台阶部靠径向外侧的区域的圆锥常数不同。
11.发明效果
12.根据本发明，能够使在投影面的光的强度适当地分布。
附图说明
13.图1是本实施方式所涉及的照射系统的示意图。
14.图2是本实施方式所涉及的光学元件的示意性的俯视图。
15.图3是图2的a-a剖视图。
16.图4是本实施方式所涉及的透镜部的示意性的俯视图。
17.图5是图4的b-b剖视图。
18.图6是说明台阶部的一例的图表。
19.图7是表示在投影面的光的强度分布的一例的图表。
20.图8是表示台阶部的另一例的示意图。
21.图9是说明本实施方式所涉及的光学元件的制造方法的示意图。
22.图10是用于说明实施例中的光学元件的透镜部的形状的示意图。
23.图11是表示例1中的模拟结果的图表。
24.图12是表示例2中的模拟结果的图表。
25.图13是表示例3中的模拟结果的图表。
26.图14是表示例4中的模拟结果的图表。
具体实施方式
27.下面将参照附图来详细说明本发明的优选实施方式。另外，本发明并不被该实施方式限定，另外，在存在多个实施方式的情况下，也包括组合各实施方式而构成的实施方式。另外，关于数值，包含四舍五入的范围。
28.(照射系统)
29.图1是本实施方式所涉及的照射系统的示意图。本实施方式所涉及的照射系统1是照射光的装置。照射系统1用于飞行时间(time of flight)方式的距离测量，但用途不限于此，是任意的。如图1所示，照射系统1具备光学元件10和光源100。光源100是照射光l的光源。光源100照射激光，更详细地说是照射垂直谐振器面发射型的激光作为光l。即，光源100是vcsel(vertical cavity emitting laser：垂直腔发射激光器)方式的光源。光学元件10是设置于光源100的光l的行进方向侧的光学部件。光学元件10配置成一侧的表面10a朝向光源100侧。光学元件10将从表面10a入射的光l朝向另一侧的表面10b侧透射且扩散，并将扩散后的光l从表面10b侧出射。另外，光源100不限于vcsel的光源，可以是照射任意光的光源。以下，将光学元件10的厚度方向、即从表面10a朝向表面10b的方向设为方向z。方向z也可以称为后述的透镜部20的光轴方向。另外，将与方向z正交的一个方向设为方向x，将与方向x和方向z正交的方向设为方向y。
30.(光学元件)
31.图2是本实施方式所涉及的光学元件的示意性的俯视图，图3是图2的a-a剖视图。光学元件10是透明(透射可见光)的板状的构件。光学元件10在本实施方式中是玻璃制，但材料可以是任意的，例如也可以是透明的树脂制。如图2所示，在本实施方式中，光学元件10在从方向z观察时为矩形形状，相对的两条边沿着方向x，另外相对的两条边沿着方向y。在本实施方式中，光学元件10为沿着方向x的一侧的边比沿着方向y的一侧的边长的横长的长方形。但是，从z方向观察的情况下的光学元件10的形状(外周的形状)不限于此，可以是任意的。
32.光学元件10是在表面10a以矩阵状(阵列状)形成有多个透镜部20的所谓透镜阵列。透镜部20是在光学元件10中在表面10a以非球面状凹陷而成的部分，可以说是构成凹透镜的部分。以下，将透镜部20的表面10a侧的非球面的凹状的表面适当地记载为透镜面22。
33.透镜部20在表面10a沿着x方向和y方向排列，在本实施方式中排列成方格状。所谓方格状，是指在提取出沿x方向和y方向排列的两行两列的四个透镜部20的情况下，从z方向观察时，排列成各个透镜部20的中心构成矩形的顶点。但是，透镜部20的排列方式不限于方格状，可以是任意的。
34.另外，透镜部20不是各自独立地配置，而是配置成彼此相接。所谓透镜部20相接，是指相邻的两个透镜部20中的一个透镜部20的透镜面22的一部分与另一个透镜部20的透镜面22的一部分相接。进一步而言，所谓透镜部20相接，是指在一个透镜部20的透镜面22的
周缘与另一个透镜部20的透镜面22的周缘之间未形成有平坦部(参照图3)。这里的平坦部是指与方向z正交(沿着方向x和方向y)的平坦的部分。通过像这样不形成平坦部，能够使光l适当地扩散。但是，透镜部20的排列方式不限于此，也可以排列成彼此不相接、即排列成形成平坦部。在该情况下，优选从z方向观察的情况下的平坦部的面积(在投影面的xy平面内的平坦部的面积)为从z方向观察的情况下的透镜部20的合计面积(在投影面的xy平面内的透镜部20的合计面积)的5％以下。
35.相邻的透镜部20彼此的间距优选为光l的波长的10倍以上，优选为4μm以上，更优选为10μm以上且500μm以下，进一步优选为40μm以上且200μm以下。通过使间距为该范围，能够使在投影面的光l的强度适当地分布。另外，所谓透镜部20彼此的间距，是指一个透镜部20的中心o和与该透镜部20相邻的透镜部20的中心o之间的距离。所谓透镜部20的中心o，是指从z方向观察的情况下的透镜部20的中心。另外，在本实施方式的例子中，方向x上的透镜部20彼此的间距比方向y上的透镜部20彼此的间距长，但不限于此，大小关系可以是任意的。
36.如图2所示，透镜部20的从z方向观察的情况下的在表面10a上的外周形状为矩形。即，透镜部20形成为与相邻的透镜部20的边界为矩形。在图2的例子中，透镜部20的x方向的长度lx比透镜部20的y方向的长度ly长，但长度lx、ly的大小关系可以是任意的。长度lx可以与x方向上的透镜部20彼此的间距的长度相同，长度ly可以与y方向上的透镜部20彼此的间距的长度相同。另外，长度lx是指透镜部20的、从与在x方向上相邻的其他透镜部20的边界到与在x方向的相反侧相邻的其他透镜部20的边界为止的沿着x方向的长度。长度ly是指透镜部20的、从与在y方向上相邻的其他透镜部20的边界到与在y方向的相反侧相邻的其他透镜部20的边界为止的沿着y方向的长度。另外，从z方向观察的透镜部20的外周形状不限于矩形，可以是任意的，例如也可以是矩形以外的多边形。
37.如图3所示，当将透镜部20的深度设为深度lz时，为了在扩散光的投影面抑制由透镜的周期构造引起的干涉图案，透镜阵列中的每个透镜部20的深度lz的偏差优选为光l的波长的0.5倍以上且20倍以下，更优选为1倍以上且10倍以下。另外，深度lz是指从透镜部20的在z方向上最为凹陷的部位到透镜部20的表面10a上的与其他透镜部20之间的边界为止的沿着z方向的距离。在本实施方式中，从方向z观察的情况下的透镜部20的中心o是在z方向上最为凹陷的部位。
38.光学元件10也可以在表面10a上、即在各透镜部20的透镜面22上层叠有抑制光l的反射的反射防止膜。
39.光学元件10的表面10b为平坦状，表面10b形成为与方向z正交(沿着方向x和方向y)。但是，表面10b的形状不限于为平坦状，可以是任意的，例如为了使光l均匀化，可以为表面粗糙度大的散射面，也可以在表面10b侧也形成有多个透镜部。
40.(透镜面的形状)
41.以下，对透镜部20的透镜面22的形状更具体地进行说明。图4是本实施方式所涉及的透镜部的示意性的俯视图，图5是图4的b-b剖视图。
42.透镜面22为非球面形状。即，当将以透镜面22的中心轴ax(通过透镜面22的中心o并在z方向上延伸的轴)为轴向的情况下的、透镜面22的径向上的各位置的轮廓(z方向上的位置)设为z时，z由下式(1)表示。z也可以称为凹陷量。
43.z＝cr2/[1+{1-(1+k)c2r2}
0.5
]
…
(1)
[0044]
这里，c是透镜面22的曲率，r是距中心o的沿着径向的距离(即径向上的位置)，k是圆锥常数。
[0045]
另外，透镜面22的径向上的各位置的轮廓也可以不严格地满足式(1)，只要透镜面22的拟合曲线满足式(1)即可。即，可以说拟合曲线满足式(1)的透镜面22为非球面形状。在该情况下，透镜面22的径向上的各位置的轮廓相对于透镜面22的拟合曲线在z方向上的偏移量优选为10μm以下。所谓透镜面22的拟合曲线，是将对透镜面22的径向上的各位置的轮廓进行连结而成的线用二次式进行近似而获得的二次曲线。即，对从透镜面22的径向上的一侧的端部(与在沿着径向的一侧相邻的透镜部20的边界位置)到透镜面22的径向上的另一侧的端部(与在沿着径向的另一侧相邻的透镜部20的边界位置)为止的、沿着径向的透镜面22的各位置的轮廓(z方向的位置)进行测定，将连结这些轮廓而成的线用二次曲线进行近似而获得的曲线可以称为透镜面22的拟合曲线。另外，透镜面22的径向上的各位置的轮廓能够利用白光干涉型显微镜、激光共聚焦显微镜等来测定。
[0046]
(台阶部)
[0047]
在透镜面22形成有台阶部24。如图5所示，台阶部24是透镜面22中轮廓不连续的部分。即，从透镜面22的径向上的一侧的端部到透镜面22的径向上的另一侧的端部，沿着径向描绘透镜面22而成的线在台阶部24的位置处不连续。在本实施方式中，台阶部24也可以说是透镜面22中向方向z的相反侧突出的角部。
[0048]
图6是说明台阶部的一例的图表。图6的横轴是指距透镜面22的中心o的距离，纵轴是指透镜面22的轮廓(z方向的位置)与透镜面22的拟合曲线之间的偏差(差)。即，图6示出了沿着径向的每个位置的、透镜面22的轮廓与拟合曲线的偏差的一例。以下，将透镜面22的轮廓与拟合曲线的偏差记载为轮廓偏差。在该情况下，可以将对沿着径向的每个位置的轮廓偏差进行连结而成的折线用曲线近似，并将轮廓偏差相对于该近似曲线向方向z的相反侧高出0.1μm以上的、透镜面22的径向上的区间作为台阶部24。另外，这里的近似曲线可以是沿着径向的每个位置的轮廓偏差的最小二乘曲线。
[0049]
如图4所示，台阶部24形成为在从z方向观察时包围透镜面22的中心o。可以说台阶部24形成了透镜面22中的棱线。从z方向观察时，台阶部24优选为以中心o为中心的圆形，但并不限于为圆形，也可以是椭圆、多边形等包围中心o的任意形状。另外，台阶部24不限于在透镜面22的中心o周围的整周上形成，只要形成于透镜面22的中心o周围的整周中的至少一部分区间即可。例如，台阶部24也可以为在中心o周围的整周上的环的一部分因与相邻的透镜部20的边界而缺失的形状(参照后述的图8的台阶部24c)。即，台阶部24形成了包围中心o的闭合区域，可以由一个台阶部24形成包围中心o的闭合区域，也可以同与相邻的透镜部20的边界一起形成闭合区域。另外，台阶部24不限于形成为包围中心o，也可以在从z方向观察时为任意的形状。
[0050]
另外，从z方向观察的台阶部24的形状可以以如下方式确认。即，通过使对透镜面22的轮廓进行测定的方向(为了测定轮廓而描绘透镜面22的沿着径向的线)每次移动规定角度，来测量透镜面22的整个区域的轮廓，在各轮廓提取出的台阶部24中，将距中心o的距离为同等的范围内的台阶部24判断为一个台阶部24。例如，如果对被判断为一个台阶部24的各个台阶部24进行连结而成的形状为环状，则能够确认为该台阶部24是环状。
[0051]
在图4的例子中，作为台阶部24，设有台阶部24a和形成于比台阶部24a靠径向外侧的台阶部24b这两个台阶部。即，在设置多个台阶部24的情况下，各个台阶部24在径向上排列。另外，台阶部24的数量优选为多个，但可以是任意的，可以是一个，也可以是三个以上。例如，台阶部24的数量优选设定为相邻的透镜部20彼此的间距除以台阶部24的数量而得到的值成为10μm以上。
[0052]
如图5所示，台阶部24的宽度d优选为5μm以下，更优选为2μm以下，进一步优选为1μm以下。另外，宽度d优选为光l的波长的两倍以下，更优选为光l的波长以下。通过使宽度d为该范围，能够抑制由不连续的台阶部24引起的光l的散射，使在投影面的光l的强度的分布适当。另外，宽度d是台阶部24的径向上的长度。例如，可以将轮廓偏差相对于对沿着径向的每个位置的轮廓偏差进行连结而成的折线的近似曲线向方向z的相反侧高出0.1μm以上的、透镜面22的径向上的区间作为宽度d。
[0053]
(每个区域的圆锥常数)
[0054]
透镜面22在台阶部24的径向内侧的区域中的圆锥常数与在该台阶部24的径向外侧的区域中的圆锥常数不同。通过使圆锥常数在台阶部24的径向内侧和径向外侧不同，能够使在投影面的光l的强度适当地分布。
[0055]
另外，所谓台阶部24的径向内侧的区域的圆锥常数，可以是指透镜面22的台阶部24的径向内侧的区域中的拟合曲线的圆锥常数，所谓台阶部24的径向外侧的区域的圆锥常数，可以是指透镜面22的台阶部24的径向外侧的区域中的拟合曲线的圆锥常数。另外，在以后也对透镜面22所包含的一部分区域的圆锥常数进行说明，在该情况下，也可以将透镜面22的该区域中的拟合曲线的圆锥常数作为该区域的圆锥常数。透镜面22所包含的区域中的拟合曲线可以以如下方式计算。即，对从该区域的径向上的一侧的端部到另一侧的端部为止的、沿着径向的各位置的轮廓(z方向的位置)进行测定，将用二次曲线对连结这些轮廓而成的线进行近似而得到的曲线作为该区域的拟合曲线。
[0056]
透镜面22优选为在台阶部24的径向内侧的区域中的圆锥常数为比在该台阶部24的径向外侧的区域中的圆锥常数大的值。即，在由台阶部24将透镜面22划分为多个区域的情况下，优选越是径向内侧的(靠近中心o的)区域，圆锥常数越大。因此，在本实施方式的例子中，圆锥常数按照台阶部24b的径向外侧的区域、台阶部24b的径向内侧且台阶部24a的径向外侧的区域(台阶部24b与台阶部24a之间的区域)、台阶部24a的径向内侧的区域的顺序变大。
[0057]
图7是表示在投影面的光的强度分布的一例的图表。图7示出了使强度均匀的光入射到台阶部24的径向内侧的圆锥常数大的光学元件10，从光学元件10出射的光的距光轴中心的每个距离的强度的例子。图7的横轴是距光轴中心的距离，纵轴是光的强度。另外，所谓y＝0，意味着从光轴中心沿着x方向的各位置的光的强度，所谓x＝0，意味着从光轴中心沿着y方向的各位置的光的强度。如图7所示，通过增大径向内侧的圆锥常数，能够提高远离光轴中心的位置的光的强度，能够使在投影面的光l的强度适当地分布。例如在vcsel中，由于越远离光轴中心，光的强度越降低是显著的，所以通过利用光学元件10进行扩散以提高远离光轴中心的位置的光的强度，能够使在投影面的光的强度的分布均匀，是优选的。但是，透镜面22不限于增大台阶部24的径向内侧的圆锥常数，例如也可以使台阶部24的径向内侧的圆锥常数比台阶部24的径向外侧的圆锥常数小。在该情况下，由于能够提高靠近光轴中
心的位置的光的强度，因此能够适合用于要求提高靠近光轴中心的位置的光的强度的情况。
[0058]
将由台阶部24将透镜面22划分为多个区域的情况下的各区域作为单位区域。在该情况下，隔着相同的台阶部24相邻的单位区域彼此的圆锥常数的差、即台阶部24的径向外侧的区域与该台阶部24的径向内侧的区域的圆锥常数的差优选大于0且为0.2以下。即，在本实施方式的例子中，台阶部24b的径向外侧的区域与台阶部24b的径向内侧且台阶部24a的径向外侧的区域的圆锥常数的差优选大于0且为0.2以下，台阶部24b的径向内侧且台阶部24a的径向外侧的区域与台阶部24a的径向内侧的区域的圆锥常数的差也优选大于0且为0.2以下。另外，隔着相同的台阶部24相邻的单位区域彼此的圆锥常数的差更优选为0以上且0.1以下，进一步优选为0以上且0.05以下。通过圆锥常数的差为该范围，能够在台阶部24a的径向内侧和外侧适当地调整在投影面的光的强度，并且还能够抑制在投影面的光的强度变化变得过大的情况。
[0059]
另外，最靠径向内侧的单位区域与最靠径向外侧的单位区域的圆锥常数的差优选为0.3以下，更优选为0.1以上且0.2以下，进一步优选为0.1以上且0.15以下。通过最内和最外的单位区域的圆锥常数的差为该范围，能够适当地调整在投影面的光的强度，并且还能够抑制在投影面的光的强度变化变得过大的情况。另外，在本实施方式的例子中，台阶部24a的径向内侧的区域相当于最靠径向内侧的单位区域，台阶部24b的径向外侧的区域相当于最靠径向外侧的单位区域。
[0060]
可以说，比台阶部24靠径向内侧且包含透镜面22的中心o的区域(最内的单位区域)的圆锥常数优选为-1.2以上且-0.8以下，更优选为-1.05以上且-0.95以下。通过使最内的单位区域的圆锥常数为该范围，例如能够使靠近光轴中心的区域的在投影面的光的强度接近均匀，因此为优选。
[0061]
另外，在方向x上的透镜部20彼此的间距比方向y上的透镜部20彼此的间距长的情况下，与从中心o到向径向外侧离开方向x上的透镜部20彼此的间距的一半的值的位置为止的范围(即以中心o为中心直径为方向x的间距的一半的圆的范围)重叠的单位区域的圆锥常数优选为-1.1以上且-0.9以下。
[0062]
(台阶部的另一例)
[0063]
图8是表示台阶部的另一例的示意图。在以上的说明中，设置有两个台阶部24，但如上所述，台阶部24的数量不限于两个。例如如图8所示，也可以设置有台阶部24a、24b、24c这三个台阶部。
[0064]
(光学元件的制造方法)
[0065]
以下，说明光学元件10的制造方法，但制造方法不限于以下的说明，可以是任意的。图9是说明本实施方式所涉及的光学元件的制造方法的示意图。在本制造方法中，通过在形成透镜部20之前的光学元件10即光学元件10a的表面10a以矩阵状形成透镜部20，来制造光学元件10。具体而言，准备表面10a为平坦状的光学元件10a。然后，如图9所示，使来自照射装置d的激光la以光轴向与z方向相反的方向侧前进的方式从光学元件10a的表面10b侧对光学元件10a照射(步骤s10)。激光la从表面10b侧入射到光学元件10a内，通过表面10a出射到光学元件10a的外部。光学元件10a的被激光la照射到的部位被改性，在被激光la照射到的部位生成改性部m。改性部m是指通过激光la的照射而化学组成发生了改性的部位。
[0066]
在照射激光la的步骤中，照射在光轴中心聚光那样的圆锥形状的激光la，以使激光la的焦点位于与表面10a重叠的位置、或位于比表面10a靠z方向的相反侧的方式照射激光la。由此，在光学元件10a内，越朝向与z方向相反的一侧(表面10a侧)，激光la的强度越高，随着朝向表面10a，改性部m的改性程度变高。
[0067]
在照射激光la的步骤中，通过一边使照射位置在x方向和y方向上移动，一边照射激光la，由此以矩阵状形成改性部m。
[0068]
另外，在照射激光la的步骤中，对一个位置(一个改性部)照射一个脉冲的激光la。激光la的脉冲宽度优选设为25ps以下。由此，能够进行对光学元件10a的加热程度小的准非加热加工。另外，作为激光la，可以使用nd：yag、nd：ylf、nd：yvo4等固体结晶的激光的振荡光或对该振荡光进行波长转换所得的二次谐波光、三次谐波光。
[0069]
通过这样照射激光la来形成改性部m，在改性部m中，形成在z方向上延伸的多个改性线m1。改性线m1是与改性部m的其他区域相比改性程度较高的部分，为在z方向上以轴状延伸的形状。改性线m1的z方向的长度为100μm以上，x方向及y方向的长度(宽度)为10μm以下。改性线m1在拍摄改性部m的截面所得的照片中，可以确认为在z方向上延伸的线。
[0070]
在形成改性部m后，对光学元件10a进行蚀刻处理，形成开口op(步骤s12)。在本步骤中，执行对光学元件10a涂布蚀刻用的液体的湿蚀刻。作为蚀刻用的液体，使用虽然除去改性部m但难以除去改性部m以外的光学元件10a的部分(未被改性的部分)的液体。作为蚀刻用的液体，例如使用氢氟酸、盐酸、硝酸的混合水溶液等。另外，作为从涂布蚀刻用的液体到除去蚀刻用的液体为止的时间的蚀刻时间可以任意地设定，例如可以设为两小时以下。
[0071]
在涂布蚀刻用的液体后，除去光学元件10a的改性部m，在除去了改性部m的部分形成开口op。在此，改性部m越朝向表面10a侧改性程度越高，因此越朝向表面10a侧改性部m被除去的面积越大，形成越朝向表面10a直径越大的圆锥状的开口op。另外，由于改性线m1的部位的蚀刻推进，所以开口op成为在改性线m1的部位形成有台阶部的开口。
[0072]
在步骤s12中，对改性部m进行各向异性蚀刻而形成开口op。然后，在本制造方法中，对开口部op执行蚀刻处理，形成透镜部20(透镜面22)(步骤s16)。即，在对改性部m进行各向异性蚀刻而形成开口部op之后，对开口部op周围的不是改性部的区域进行各向同性蚀刻，形成透镜部20。由此，制造出形成有透镜部20的光学元件10。在本步骤中，通过在开口部op涂布蚀刻用的液体而除去光学元件10a的开口部op周围的部分，通过从开口部op更宽且更深地除去构件而形成非球面状的透镜面22。在该情况下，从圆锥状的开口部op以相同的深度除去构件，结果形成非球面状的透镜面22，并且在开口op所包含的台阶部的部位形成台阶部24。另外，本步骤中的蚀刻用的液体使用能够除去光学元件10a的液体，例如使用氢氟酸、盐酸、硝酸的混合水溶液等。另外，作为从涂布蚀刻用的液体到除去蚀刻用的液体为止的时间的蚀刻时间可以任意地设定，例如可以设为两小时以下。通过使蚀刻时间为该范围，抑制了蚀刻时间变得过长的情况，能够抑制加工表面的平滑性丧失的可能。
[0073]
(效果)
[0074]
如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的光学元件10是在一个表面10a以矩阵状形成有多个以非球面状凹陷的透镜部20的透明的光学元件。透镜部20在非球面状的透镜面22包含从透镜面22的中心o朝向径向外侧的轮廓不连续的台阶部24，透镜面22的比台阶部24靠径向内侧的区域与透镜面22的比台阶部24靠径向外侧的区域的圆锥常数不同。
[0075]
本实施方式所涉及的光学元件10在透镜面22包含台阶部24，在台阶部24的径向内侧和外侧，圆锥常数不同。由此，能够使从光学元件10出射的在投影面的光l的强度的分布适当。
[0076]
台阶部24形成为在从透镜部20的光轴方向(方向z)观察时包围透镜面22的中心o。通过台阶部24形成为包围中心o，能够使从光学元件10出射的在投影面的光l的强度的分布更适当。
[0077]
台阶部24的宽度d优选为5μm以下。通过使宽度d为该范围，能够抑制由不连续的台阶部24引起的光l的散射，并且使在投影面的光l的强度的分布适当。
[0078]
透镜面22的比台阶部24靠径向内侧的区域的圆锥常数大于比台阶部24靠径向外侧的区域的圆锥常数。通过增大径向内侧的圆锥常数，能够提高在远离光轴中心的位置的投影面的光的强度，能够使在投影面的光l的强度适当地分布。
[0079]
透镜面22的比台阶部24靠径向内侧的区域的圆锥常数与比台阶部24靠径向外侧的区域的圆锥常数的差优选为0.2以下。通过使差为该范围，能够在台阶部24a的径向内侧和外侧适当地调整在投影面的光的强度，并且还能够抑制在投影面的光的强度变化变得过大的情况。
[0080]
透镜面22的比台阶部24靠径向内侧且包含透镜面22的中心o的区域(最内的单位区域)的圆锥常数优选为-1.2以上且-0.8以下。通过使最内的圆锥常数为该范围，例如能够使靠近光轴中心的区域的在投影面的光的强度接近均匀。
[0081]
光学元件10优选为玻璃制。通过设为玻璃制，能够提高耐热性和耐湿性。
[0082]
光学元件10优选用于来自照射垂直谐振器面发射型的激光的光源100的激光的扩散。能够使vcsel方式的激光的强度适当地分布。
[0083]
本实施方式所涉及的光学元件10的制造方法是制造在一个表面10a以矩阵状形成有多个以非球面状凹陷的透镜部20的透明的光学元件10的方法。本制造方法包括：通过从透明的光学元件10a的另一个表面10b侧照射激光la，来对光学元件10a的一个表面10a侧的部位进行改性的步骤；对光学元件10a的被改性的部位(改性部m)进行蚀刻，蚀刻各向异性地推进而在光学元件10a的一个表面10a形成圆锥状的开口op的步骤；及对不是改性部的部位进行蚀刻，蚀刻各向同性地推进而形成以非球面状凹陷的透镜部20的步骤。在本制造方法中，适当调整蚀刻时间、蚀刻液的浓度、改性条件等，能够形成所期望的形状的透镜部20。在形成透镜部20的步骤中，以透镜部20的非球面状的透镜面22包含从透镜面22的中心o朝向径向外侧的轮廓不连续的台阶部24，并且透镜面22的比台阶部24靠径向内侧的区域与透镜面22的比台阶部24靠径向外侧的区域的圆锥常数不同的方式形成透镜部20。根据本制造方法，能够制造出能够使在投影面的光l的强度分布适当的光学元件10。
[0084]
(实施例)
[0085]
下面对实施例进行说明。
[0086]
(例1)
[0087]
图10是用于说明实施例中的光学元件的透镜部的形状的示意图。在作为实施例的例1中，如图10所示，准备了具有从中心o朝向径向外侧排列台阶部24a、24b、24c的透镜部20的光学元件10的模拟用模型。在例1中，将一个透镜部20的x方向的长度lx设为100μm、y方向的长度ly设为80μm、透镜面22的曲率半径r(曲率c的倒数)设为45μm、从z方向观察时以中心
o为中心以台阶部24a为外周的圆的直径设为50μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24b为外周的圆的直径设为60μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24c为外周的圆的直径设为70μm。另外，将比台阶部24a靠径向内侧的区域的圆锥常数设为-1，将台阶部24a与台阶部24b之间的区域的圆锥常数设为-1.05，将台阶部24b与台阶部24c之间的区域的圆锥常数设为-1.1，将比台阶部24c靠径向外侧的区域的圆锥常数设为-1.15。
[0088]
图11是表示例1中的模拟结果的图表。针对如上述那样准备的例1的光学元件10的模型，在模拟上照射强度均匀的光，并解析从光学元件10的模型出射的光在投影面的强度分布。作为模拟，使用对作为平面波的入射光透射光学元件10后的波面相位进行傅立叶变换的方法，模拟条件为入射光的波长为940nm、光学元件10的材料折射率为1.515。
[0089]
图11示出了光在投影面的强度分布的解析结果，横轴是距光轴中心的距离(角度)，纵轴是将光的强度标准化后的值。另外，所谓y＝0，意味着从光轴中心沿着x方向的各位置的光的强度，所谓x＝0，意味着从光轴中心沿着y方向的各位置的光的强度。如图11所示，可知通过设置台阶部并在台阶部的内侧和外侧使圆锥常数不同，由此在投影面的距中心的距离小的一定范围内，光的强度分布变得均匀，仅在距离大的一定范围内成为高强度。
[0090]
(例2)
[0091]
在作为实施例的例2中，除了将比台阶部24a靠径向内侧的区域的圆锥常数设为-1，将台阶部24a与台阶部24b之间的区域的圆锥常数设为-1，将台阶部24b与台阶部24c之间的区域的圆锥常数设为-1.05，并将比台阶部24c靠径向外侧的区域的圆锥常数设为-1.15以外，准备了与例1相同的形状的光学元件10的模型。
[0092]
图12是表示例2中的模拟结果的图表。在例2中，也在与例1相同的条件下，对例2的模型进行了模拟。如图12所示，可知通过设置台阶部并在台阶部的内侧和外侧使圆锥常数不同，由此在投影面的距中心的距离小的一定范围内，光的强度分布变得均匀，仅在距离大的一定范围内成为高强度。
[0093]
(例3)
[0094]
在作为实施例的例3中，除了将从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24a为外周的圆的直径设为60μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24b为外周的圆的直径设为70μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24c为外周的圆的直径设为80μm以外，准备了与例1相同的形状的光学元件10的模型。
[0095]
图13是表示例3中的模拟结果的图表。在例3中，也在与例1相同的条件下，对例3的模型进行了模拟。如图13所示，可知通过设置台阶部并在台阶部的内侧和外侧使圆锥常数不同，由此在投影面的距中心的距离小的一定范围内，光的强度分布变得均匀，仅在距离大的一定范围内成为高强度。
[0096]
(例4)
[0097]
在作为实施例的例4中，除了将从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24a为外周的圆的直径设为60μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24b为外周的圆的直径设为70μm、从z方向观察时以中心o为中心以台阶部24c为外周的圆的直径设为80μm以外，准备了与例2相同的形状的光学元件10的模型。
[0098]
图14是表示例4中的模拟结果的图表。在例4中，也在与例1相同的条件下，对例3的模型进行了模拟。如图14所示，可知通过设置台阶部并在台阶部的内侧和外侧使圆锥常数
不同，由此在投影面的距中心的距离小的一定范围内，光的强度分布变得均匀，仅在距离大的一定范围内成为高强度。
[0099]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式并不被该实施方式的内容限定。此外，上述的结构要素包括本领域技术人员容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素、所谓的等同范围的结构要素。而且，上述的结构要素可以适当地组合。而且，在不脱离上述的实施方式的主旨的范围内，可以进行结构要素的各种省略、置换或变更。
[0100]
标号说明
[0101]
10 光学元件；
[0102]
10a 表面；
[0103]
20 透镜部；
[0104]
22 透镜面；
[0105]
24 台阶部；
[0106]
o 中心。