专利名称：衍射光学元件和计测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及衍射光学元件和使用衍射光学元件的计测装置。
背景技术：
对入射光的至少一部分进行衍射的衍射光学元件用于各种光学仪器和光学装置等。作为使用衍射光学元件的光学装置的例子，想到将由衍射光学元件衍射出的特定的光的图案投影到计测对象上并对计测对象的形状等进行计测的计测装置。这种计测装置中，已知作为对计测对象的三维形状等进行计测的计测装置而列举的三维计测装置通过检测所照射的光的图案的变化等而获得三维的信息(专利文献I)。另外，这种计测装置如果在计测装置与测定对象之间的距离短的情况下也能够进行预定的计测，则能够使测定光学系统小型化，并且能够缩短到达受光系统的光程长度，因此能够获得高计测灵敏度。因此，在这种计测装置中使用衍射光学元件的情况下，优选衍射角度大。但是，如果想要通过缩窄衍射光学元件的间距来产生衍射角度大的衍射光，则会产生零级衍射光。并且，当由衍射光产生的光斑数多时，零级衍射光的光量也会达到与其他衍射光的光量相比相对较大的值。这种情况下，会出现如下问题:计测装置中使用的摄像元件中自动增益调节设定得较低，从而无法识别由与零级衍射光相比相对较弱的其他衍射光产生的光斑；或者即使在将增益调节至较高的情况下，由零级衍射光产生的光斑的周围也会产生模糊等，从而无法在由零级衍射光产生的光斑的周围识别由其他衍射光产生的光斑。因此，在例如应用于三维计测装置的情况下，难以进行精度高的三维形状的测定。作为用于抑制这种零级衍射光的产生的构成，例如已知如专利文献2中所公开的那样将多个衍射光学元件进行层叠的构成等。另外，非专利文献I中，公开了通过调节形成在衍射光学元件的表面上的凹凸的形状来调节零级衍射光的光量的达曼(Dammann)衍射光栅。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特表2009-531655号公报专利文献2:国际公开第2009/093228号小册子非专利文献非专利文献1:Donald C.0，Shea, “Reduction of the zero-order intensityin binary Dammmann gratings，，，APPLIED OPTICS, 34, 6533 (1995)
发明内容
发明所要解决的问题但是，专利文献2所公开的方法中，由于为将多个衍射光学元件进行层叠的构成，因此产生层叠的对位的问题，并且产生因投影的图案存在限制而不能自由地设定图案的问题等。另外，非专利文献I中公开的达曼衍射光栅是能够在特定形状的情况下减少零级衍射光的衍射光栅。但是，如下所述，该衍射光栅很难说能够应用于偏离标量理论的情况即间距窄而使衍射角大的方式，在偏离通常的标量理论的情况下，无法应用于减少零级衍射光的目的。对衍射光栅中产生的零级衍射光进行说明。衍射光学元件是通过光的衍射现象而产生光学作用的光学元件，这种光学作用可以在距离衍射光学元件足够远的地方使用利用标量衍射理论的夫琅和费(Fraunhofer)近似来计算。该方法是假定衍射光学元件的衍射面足够薄，在将刚从衍射光学元件出射后的标量函数设为u(Xl、yi)、将观测点处的电场的标量函数设为u(X(l、y0)、将从衍射光学元件的衍射面至观测点的光轴方向的距离设为z、将波数设为k的情况下，通过由数学式I表示的式子进行近似。另外，dS=dXldyi，I:表示光束通过的区域。数学式I
权利要求
1.种衍射光学元件，具有凹凸且对入射光进行二维衍射而产生衍射光，其特征在于， 将以所述入射光的光轴为基准的最大衍射角设为角度范围Θ时，所述角度范围Θ为7.5°以上，且零级衍射光的衍射效率为5%以下。
2.权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述凹凸为2阶。
3.权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，所述凹凸为3阶以上。
4.权利要求3所述的衍射光学元件，其特征在于，所述凹凸为2-阶(m为2以上的整数)。
5.权利要求2所述的衍射光学元件，其特征在于， 所述凹凸中，将与所述凹凸的高度方向不同的预定轴方向上的凸部的长度和凹部的长度中在设所述光的波长为λ时落入λ/8至6 λ范围内的所述凸部的长度的平均值和所述凹部的长度的平均值分别设为μ 1、μ 2时， 所述衍射角Θ和的值为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.权利要求5所述的衍射光学元件，其特征在于， 所述衍射角Θ和D的值为7.5° < Θ <90°，且0〈D〈0.475，并且 D>-0.02 Θ +0.625。
7.权利要求3或4所述的衍射光学元件，其特征在于， 所述凹凸中，以凸部与凹部的中间高度为基准，将高于所述中间高度的部分设为凸部、将比所述中间高度设为凹部时，将与所述凹凸的高度方向不同的预定轴方向上的凸部的长度和凹部的长度中在设所述光的波长为λ时落入λ/8至6 λ范围内的所述凸部的长度的平均值和所述凹部的长度的平均值分别设为μ 1、μ 2时，所述衍射角Θ和D=yi/(yi+y2)的值为 7.5。< Θ <90°，且 0〈D〈0.55，并且 D>-0.02 Θ+0.65。
8.权利要求7所述的衍射光学元件，其特征在于， 所述衍射角Θ和D的值为7.5° < Θ <90°，且0〈D〈0.525，并且 D>-0.02 Θ +0.675。
9.权利要求1至8中任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，由所述衍射光学元件产生的零级衍射光的衍射效率为3%以下。
10.权利要求1至9中任一项所述的衍射光学元件，其特征在于，所述衍射光学元件具有由对光进行反射的材料形成的反射层。
11.种计测装置，其特征在于，具有: 发出光的光源， 所述光入射并且衍射光出射的权利要求1至10中任一项所述的衍射光学元件，和 对所述衍射光所照射到的测定对象物的图像进行摄像的摄像部。
全文摘要
本发明提供能够极力抑制零级衍射光的产生并且在宽范围内生成光斑的衍射光学元件和计测装置。本发明通过提供一种衍射光学元件来解决上述问题，所述衍射光学元件具有凹凸且对入射光进行二维衍射而产生衍射光，其特征在于，将以所述入射光的光轴为基准的最大衍射角设为角度范围θ时，所述角度范围θ为7.5°以上，且零级衍射光的衍射效率为5%以下。
文档编号G01B11/25GK103097925SQ201180038910
公开日2013年5月8日 申请日期2011年8月2日 优先权日2010年8月6日
发明者宫坂浩司, 野村琢治 申请人:旭硝子株式会社