JP6174355B2 - Diffractive optical element, diffractive optical element manufacturing method, diffractive optical element design apparatus, and object detection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、回折光学素子、回折光学素子の製造方法、回折光学素子の設計装置および物体の検出装置に関する。 The present invention relates to a diffractive optical element, a diffractive optical element manufacturing method, a diffractive optical element design apparatus, and an object detection apparatus.
回折格子を備えた光学機器は、分光に用いられることがある。回折格子の分光によって生じる干渉縞は、非特許文献1に記載されるように、以下の式(1)に基づくものとなる。
Nλ/d=sinθN (1)
ただし、λは光の波長、dは回折格子のピッチ長、干渉縞の生じるθNはN次光(ただし、Nは整数である。)における干渉縞の生じる角度を示す。
An optical instrument provided with a diffraction grating may be used for spectroscopy. As described in Non-Patent Document 1, the interference fringes generated by the spectrum of the diffraction grating are based on the following formula (1).
Nλ / d = sin θ N (1)
Where λ is the wavelength of the light, d is the pitch length of the diffraction grating, and θ N where the interference fringes are generated is the angle at which the interference fringes occur in the Nth-order light (where N is an integer).
このような回折格子を備えた光学機器は、1次光を利用して特定のパターンを形成するのに用いられることがある。非特許文献2には、コンピュータ発生ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)による1次光により、人の名前を示すパターンがスクリーン上に映し出されることが示されている。非特許文献2には、CGHの0次光回折効率を抑えることも記載されている。 An optical apparatus including such a diffraction grating may be used to form a specific pattern using primary light. Non-Patent Document 2 shows that a pattern indicating a person's name is projected on a screen by primary light generated by a computer generated hologram (CGH). Non-Patent Document 2 also describes suppressing the zero-order light diffraction efficiency of CGH.
特許文献1には、回折格子における回折光の照射範囲を広くする方法が記載されている。特許文献1に記載の方法では、回折格子におけるピッチ長Λが光の波長λ程度にされる。このような方法においては、式(1)から明らかなように、ピッチ長dが光の波長λよりも長い場合と比較して、角度θmが大きくなる。角度θmがこのように大きいと、回折格子における回折光の照射範囲は広いものとなる。 Patent Document 1 describes a method for widening the irradiation range of diffracted light in a diffraction grating. In the method described in Patent Document 1, the pitch length Λ in the diffraction grating is set to about the wavelength λ of light. In this way, as is clear from equation (1), as compared with the case where the pitch length d is longer than the wavelength of light lambda, the angle theta m increases. If the angle theta m is thus large, the irradiation range of the diffracted light in the diffraction grating becomes wider ones.
回折格子における回折光によって周期的なパターンが形成される場合がある。このような周期的なパターンが形成される場合、当該パターンの照射範囲を広くすることが求められることがある。本発明者らは、回折格子によって形成される周期的なパターンの照射範囲を広くすることを検討した。 A periodic pattern may be formed by the diffracted light in the diffraction grating. When such a periodic pattern is formed, it may be required to widen the irradiation range of the pattern. The present inventors studied to widen the irradiation range of the periodic pattern formed by the diffraction grating.
本発明によれば、
回折格子を備え、
前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子が提供される。
本発明によれば、
回折格子を備え、
前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子が提供される。
本発明によれば、
回折格子を設計する工程と、
回折格子を設計する前記工程における回折格子の設計に基づいて、基板に回折格子を形成する工程と、
を含み、
回折格子を設計する前記工程では、前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、
回折格子を設計する工程と、
回折格子を設計する前記工程における回折格子の設計に基づいて、基板に回折格子を形成する工程と、
を含み、
回折格子を設計する前記工程では、前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、
第1パターンを形成する回折格子を設計する設計部と、
前記設計部によって設計された前記回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する検証部と、
前記第1パターンと前記第2パターンとが形成される位置が調整されるように、前記設計部により設計された前記回折格子の設計を補正する補正部と、
を備え、
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された単一波長の光の像により形成され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記補正部は、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように、前記第1パターンと前記第2パターンとを、前記球面の前記所定方向に沿って配列させて前記回折格子の設計を補正し、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子の設計装置が提供される。
本発明によれば、
第1パターンを形成する回折格子を設計する設計部と、
前記設計部によって設計された前記回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する検証部と、
前記第1パターンと前記第2パターンとが形成される位置が調整されるように、前記設計部により設計された前記回折格子の設計を補正する補正部と、
を備え、
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された単一波長の光の像により形成され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記補正部は、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように、前記第1パターンと前記第2パターンとを、前記球面の前記所定方向に沿って配列させて前記回折格子の設計を補正し、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子の設計装置が提供される。
本発明によれば、
前記回折光学素子により構成された回折部と、
前記回折光学素子に単一波長の光を照射する照射部と、
前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射される投影部と、
前記回折光学素子から前記投影部に照射された光のパターンを時間的に連続して撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記光のパターンを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された一の時間における光のパターンが、前記記憶部に記憶された他の時間における光のパターンと異なるかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射された物体の存在、形状または位置を検出する検出部と、
を備える物体の検出装置が提供される。
According to the present invention,
With a diffraction grating,
In the diffraction grating, when light having a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto a curved surface, the image of the light forms a first pattern and a second pattern on the curved surface. The one curved surface is a spherical surface centered at a position where diffraction is generated in the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. And
There is provided a diffractive optical element in which the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
According to the present invention,
With a diffraction grating,
In the diffraction grating, when light having a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto a curved surface, the image of the light forms a first pattern and a second pattern on the curved surface. The one curved surface is a spherical surface centered at a position where diffraction is generated in the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The first pattern and the second pattern are formed as a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern. Arranged along the predetermined direction of the spherical surface,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. An element is provided.
According to the present invention,
Designing a diffraction grating; and
Forming the diffraction grating on the substrate based on the design of the diffraction grating in the step of designing the diffraction grating; and
Including
In the step of designing a diffraction grating, the diffraction grating has a first pattern on the curved surface when the light of a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the curved surface. A second pattern, and the one curved surface is a spherical surface centered on a portion where diffraction is generated by the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. And
A method of manufacturing a diffractive optical element is provided in which the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
According to the present invention,
Designing a diffraction grating; and
Forming the diffraction grating on the substrate based on the design of the diffraction grating in the step of designing the diffraction grating; and
Including
In the step of designing a diffraction grating, the diffraction grating has a first pattern on the curved surface when the light of a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the curved surface. A second pattern, and the one curved surface is a spherical surface centered on a portion where diffraction is generated by the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The first pattern and the second pattern are formed as a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern. Arranged along the predetermined direction of the spherical surface,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. An element manufacturing method is provided.
According to the present invention,
A design unit for designing a diffraction grating for forming the first pattern;
A verification unit for verifying a position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit;
A correction unit that corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit so that the position where the first pattern and the second pattern are formed is adjusted;
With
The first pattern and the second pattern are formed by an image of light having a single wavelength that is diffracted by the diffraction grating and applied to one curved surface, and the one curved surface is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating. A spherical surface at the center,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The correction unit moves the first pattern and the second pattern in the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. the corrected design of the diffraction grating are arranged along,
A design apparatus for a diffractive optical element is provided in which the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
According to the present invention,
A design unit for designing a diffraction grating for forming the first pattern;
A verification unit for verifying a position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit;
A correction unit that corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit so that the position where the first pattern and the second pattern are formed is adjusted;
With
The first pattern and the second pattern are formed by an image of light having a single wavelength that is diffracted by the diffraction grating and applied to one curved surface, and the one curved surface is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating. A spherical surface at the center,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The correction unit includes the first pattern and the second pattern so that a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern is formed. Correcting the design of the diffraction grating by arranging a second pattern along the predetermined direction of the spherical surface,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. An element design device is provided.
According to the present invention,
A diffractive portion constituted by the diffractive optical element;
An irradiation unit for irradiating the diffractive optical element with light of a single wavelength;
A projection unit irradiated with a pattern of light diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An imaging unit that continuously images temporally a pattern of light emitted from the diffractive optical element to the projection unit;
A storage unit for storing the light pattern captured by the imaging unit;
A determination unit that determines whether a light pattern at one time stored in the storage unit is different from a light pattern at another time stored in the storage unit;
Based on the determination result of the determination unit, a detection unit that detects the presence, shape, or position of an object irradiated with the light pattern diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An object detection apparatus is provided.
本発明によれば、回折格子によって形成される周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。 According to the present invention, the irradiation range of the periodic pattern formed by the diffraction grating can be widened.
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, similar constituent elements are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate. Moreover, the figure is a schematic diagram and does not necessarily match the actual dimensional ratio.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における光学系100を示す模式図である。光学系100は、光源102と、回折光学素子(回折光学素子:Diffractive Optical Element)104と、スクリーン106と、を備えている。光源102は、単一波長の光108を出射する。光源102は、レーザーまたは発光ダイオードでもよい。光108は、可視光または赤外線、紫外線であってもよい。回折光学素子104は、回折格子を備えている(回折光学素子104の回折格子の詳細については後述する。)。光学系100において、光源102から出射された光108は、図1に示されるように、回折光学素子104に達する。その後光108は、回折光学素子104の回折格子によって回折される。光108が回折光学素子104の回折格子によって回折された箇所は、図1では、箇所112として示されている。回折光110は、図1に示されるように、スクリーン106に向かって進行する。図1では、回折光110として、回折光110a、110bおよび110cが例示的に示されている。回折光110は、箇所112を中心とする球面波状に進行する。図1では、箇所112を中心とする球面114が示されている。回折光110a、110bおよび110cが同一の形状のパターンを球面114に形成する場合、回折光110は球面波状に進行しているため、球面114におけるこれらのパターンの大きさは同じとなる。回折光110のうち光108の同一直線上に進行している回折光は、0次光となる。0次光は、スクリーン106においてドット状のパターンを形成する。本実施形態における回折光110は、球面114においてパターンを形成することなく、スクリーン106においてパターンを形成する。スクリーン106において回折光のパターンが形成される表面は、平面状に形成されている。スクリーン106の表面が平面状に形成されている場合、スクリーン106に到達した回折光は、0次光から離れれば離れるほど、箇所112からスクリーン106までにおいて、より長い光路長を有する。この場合、スクリーン106において0次光がパターンを形成する位置からずれた位置に形成される回折光のパターンは、そのずれた方向に引き伸ばされた形状を有することとなる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an optical system 100 according to the first embodiment. The optical system 100 includes a light source 102, a diffractive optical element (diffractive optical element) 104, and a screen 106. The light source 102 emits light 108 having a single wavelength. The light source 102 may be a laser or a light emitting diode. The light 108 may be visible light, infrared light, or ultraviolet light. The diffractive optical element 104 includes a diffraction grating (details of the diffraction grating of the diffractive optical element 104 will be described later). In the optical system 100, the light 108 emitted from the light source 102 reaches the diffractive optical element 104 as shown in FIG. Thereafter, the light 108 is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104. A portion where the light 108 is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104 is shown as a portion 112 in FIG. The diffracted light 110 travels toward the screen 106 as shown in FIG. In FIG. 1, as the diffracted light 110, diffracted lights 110a, 110b and 110c are exemplarily shown. The diffracted light 110 travels in a spherical wave shape centered on the point 112. In FIG. 1, a spherical surface 114 centered on the point 112 is shown. When the diffracted lights 110a, 110b, and 110c form a pattern having the same shape on the spherical surface 114, the diffracted light 110 travels in a spherical wave shape, and therefore the sizes of these patterns on the spherical surface 114 are the same. Of the diffracted light 110, the diffracted light traveling on the same straight line as the light 108 becomes zero-order light. The zero order light forms a dot-like pattern on the screen 106. The diffracted light 110 in this embodiment forms a pattern on the screen 106 without forming a pattern on the spherical surface 114. The surface of the screen 106 on which the diffracted light pattern is formed is flat. When the surface of the screen 106 is formed in a planar shape, the diffracted light that has reached the screen 106 has a longer optical path length from the point 112 to the screen 106 as the distance from the 0th-order light increases. In this case, the pattern of diffracted light formed on the screen 106 at a position shifted from the position where the zeroth-order light forms the pattern has a shape stretched in the shifted direction.
回折光学素子104について詳細に説明する。回折光学素子104は、回折格子を備えている。回折光学素子104の回折格子は、光110が当該回折格子によって回折されて球面114に照射された場合に、光110の像が、球面114で、第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計されている。光110は単一波長の光である。球面114は、箇所112を中心とする球面である。箇所112は、回折光学素子104の回折格子において回折の生じた箇所である。第1パターンは、第1小パターンを含んでいる。第1小パターンは、回折光学素子104の回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成されている。また第1小パターンは、球面114の所定方向に沿って周期的に配列されている。第2パターンは、第2小パターンを含んでいる。第2小パターンは、回折光学素子104の回折格子における(m+1)次光で形成されている。また第2小パターンは、球面114所定方向に沿って周期的に配列されている。第1パターンと第2パターンとは、周期的な第3パターンが形成されるように球面114の所定方向に沿って配列されている。第3パターンは、第1小パターンと第2小パターンとを含んでいる。 The diffractive optical element 104 will be described in detail. The diffractive optical element 104 includes a diffraction grating. When the light 110 is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the spherical surface 114, the diffraction grating of the diffractive optical element 104 forms the first pattern and the second pattern on the spherical surface 114. Designed to be. The light 110 is a single wavelength light. The spherical surface 114 is a spherical surface centered on the location 112. A portion 112 is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first pattern includes a first small pattern. The first small pattern is formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first small patterns are periodically arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The second pattern includes a second small pattern. The second small pattern is formed by the (m + 1) th order light in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The second small patterns are periodically arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The first pattern and the second pattern are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114 so that a periodic third pattern is formed. The third pattern includes a first small pattern and a second small pattern.
本実施形態における回折光学素子104によれば、第1パターンと第2パターンとが一体となって、周期的なパターンを形成する。このような周期的なパターンの照射範囲は、第1パターンおよび第2パターンのいずれか一方のみで形成される周期的なパターンの照射範囲よりも広い。本実施形態によれば、回折格子によって形成される周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。 According to the diffractive optical element 104 in the present embodiment, the first pattern and the second pattern are integrated to form a periodic pattern. The irradiation range of such a periodic pattern is wider than the irradiation range of a periodic pattern formed by only one of the first pattern and the second pattern. According to this embodiment, the irradiation range of the periodic pattern formed by the diffraction grating can be widened.
本実施形態においては、第1パターンおよび第2パターンは、球面114だけでなく、平面状のスクリーン106の表面に形成されてもよい。この場合、第1小パターンは、スクリーン106の表面の所定方向に沿って略周期的に配列される。第2小パターンは、スクリーン106の表面の所定方向に沿って略周期的に配列される。第3パターンでは、第1小パターンと第2小パターンとが、略周期的なパターンを形成する。当該略周期的なパターンは、スクリーン106の表面の所定方向に沿って配列されたパターンである。 In the present embodiment, the first pattern and the second pattern may be formed not only on the spherical surface 114 but also on the surface of the flat screen 106. In this case, the first small patterns are arranged approximately periodically along a predetermined direction on the surface of the screen 106. The second small patterns are arranged approximately periodically along a predetermined direction on the surface of the screen 106. In the third pattern, the first small pattern and the second small pattern form a substantially periodic pattern. The substantially periodic pattern is a pattern arranged along a predetermined direction on the surface of the screen 106.
本実施形態では、第1小パターンおよび第2小パターンが球面114において周期的に形成されるように回折光学素子104が設計されている限り、第1小パターンおよび第2小パターンは、上述のように、平面状のスクリーン106の表面において「略周期的」に形成されてもよい。これは、回折光学素子104における回折光が球面波状に進行することに基づく。回折光学素子104が、第1小パターンおよび第2小パターンが球面114において周期的に形成されるように設計されていても、箇所112からスクリーン106までの光路長により、第1小パターンおよび第2小パターンは、平面状のスクリーン106の表面において厳密な意味での周期性を満たさないことがある。第1小パターンおよび第2小パターンが平面状のスクリーン106の表面に形成される場合における「略周期的」とは、このような厳密な意味での周期性が満たされない場合を含む意味である。 In the present embodiment, as long as the diffractive optical element 104 is designed so that the first small pattern and the second small pattern are periodically formed on the spherical surface 114, the first small pattern and the second small pattern are As described above, the surface of the planar screen 106 may be formed “substantially periodically”. This is based on the fact that the diffracted light in the diffractive optical element 104 travels in a spherical wave shape. Even if the diffractive optical element 104 is designed such that the first small pattern and the second small pattern are periodically formed on the spherical surface 114, the first small pattern and the second small pattern are formed depending on the optical path length from the point 112 to the screen 106. The two small patterns may not satisfy the strict sense of periodicity on the surface of the planar screen 106. “Substantially periodic” in the case where the first small pattern and the second small pattern are formed on the surface of the planar screen 106 means that the periodicity in such a strict sense is not satisfied. .
本実施形態において球面114に形成される第1パターンおよび第2パターンの詳細について、図2から図10までを用いて説明する。図2から10は、球面114に形成される第1パターンおよび第2パターンの具体例を示す図である。 Details of the first pattern and the second pattern formed on the spherical surface 114 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 10 are diagrams showing specific examples of the first pattern and the second pattern formed on the spherical surface 114. FIG.
図2は、第1パターンおよび第2パターンの第1例を示す模式図である。図2において、球面114には、第1パターンP1および第2パターンP2が形成されている。第1パターンP1は、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cを含んでいる。第1小パターンP1a、P1bおよびP1cは、回折光学素子104におけるm次光で形成されている。第1小パターンP1a、P1bおよびP1cは、方向DRに沿って周期的に配列されている。第2パターンP2は、第2小パターンP2a、P2bおよびP2cを含んでいる。第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、回折光学素子104における(m+1)次光で形成されている。第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、方向DRに沿って周期的に配列されている。第1パターンP1と第2パターンP2とは、周期的な第3パターンP3が形成されるように配置されている。第3パターンP3は、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cと、第2小パターンP2a、P2bおよびP2cと、を含んでいる。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a first example of the first pattern and the second pattern. In FIG. 2, a first pattern P1 and a second pattern P2 are formed on the spherical surface 114. The first pattern P1 includes first small patterns P1a, P1b, and P1c. The first small patterns P1a, P1b, and P1c are formed by m-order light in the diffractive optical element 104. The first small patterns P1a, P1b, and P1c are periodically arranged along the direction DR. The second pattern P2 includes second small patterns P2a, P2b, and P2c. The second small patterns P <b> 2 a, P <b> 2 b, and P <b> 2 c are formed by the (m + 1) th order light in the diffractive optical element 104. The second small patterns P2a, P2b, and P2c are periodically arranged along the direction DR. The first pattern P1 and the second pattern P2 are arranged so that a periodic third pattern P3 is formed. The third pattern P3 includes first small patterns P1a, P1b and P1c, and second small patterns P2a, P2b and P2c.
図2に示される第1例では、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、1次元のパターンである。具体的には、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、ドット状に形成されている。この場合、ドットの大きさは、例えば、1μm以上かつ10mm以下としてもよい。またドットの間の間隔は、例えば、1μm以上かつ10mm以下としてもよい。図2において一点鎖線で「m」および「m+1」で示された箇所は、それぞれ第1パターンP1および第2パターンP2の形成範囲を示す(図3から図10においても同様である。)。 In the first example shown in FIG. 2, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are one-dimensional patterns. Specifically, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are formed in a dot shape. In this case, the dot size may be, for example, 1 μm or more and 10 mm or less. The interval between the dots may be, for example, 1 μm or more and 10 mm or less. In FIG. 2, the portions indicated by the alternate long and short dash line with “m” and “m + 1” indicate the formation ranges of the first pattern P1 and the second pattern P2, respectively (the same applies to FIGS. 3 to 10).
第1パターンP1において、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cは、周期C1で配列されている。一方第2パターンP2において、第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、周期C2で配列されている。第1例では、周期C1および周期C2について、C1=C2が満たされている。このため、第1小パターンP1aとP1b間の間隔、第1小パターンP1bとP1c間の間隔、第2小パターンP2aとP2b間の間隔および第2小パターンP2bとP2c間の間隔は、互いに等しい。さらに第1例では、これらの間隔と第1小パターンP1cと第2小パターンP2aとの間の間隔が等しい。また第1例では、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、方向DRに沿った同一直線上に形成されている。このため、図2に示される第1例では、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cが一体となって、周期的なパターンを形成することになる。 In the first pattern P1, the first small pattern P1a, P1b and P1c are arranged at a period C 1. While in the second pattern P2, the second small pattern P2a, P2b and P2c are arranged at a period C 2. In the first example, C 1 = C 2 is satisfied for the period C 1 and the period C 2 . Therefore, the interval between the first small patterns P1a and P1b, the interval between the first small patterns P1b and P1c, the interval between the second small patterns P2a and P2b, and the interval between the second small patterns P2b and P2c are equal to each other. . Furthermore, in the first example, these intervals are equal to the intervals between the first small pattern P1c and the second small pattern P2a. In the first example, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are formed on the same straight line along the direction DR. Therefore, in the first example shown in FIG. 2, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are integrated to form a periodic pattern.
このように、図2に示される第1例では、第3パターンP3が周期的なパターンで形成されている。このため、図2に示される第1例では、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。 Thus, in the first example shown in FIG. 2, the third pattern P3 is formed in a periodic pattern. For this reason, in the first example shown in FIG. 2, the irradiation range of the periodic pattern can be widened.
次に、図3に示される第2例を説明する。図3は、第1パターンおよび第2パターンの第2例を示す模式図である。図3に示される第2例は、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cの形状を除いて、図2に示される第1例と同様である。 Next, a second example shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a second example of the first pattern and the second pattern. The second example shown in FIG. 3 is the same as the first example shown in FIG. 2 except for the shapes of the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c.
図3に示される第2例では、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、1次元のパターンである。具体的には、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、線分状に形成されている。第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cにおける線分の長さは、互いに等しい。図3に示される線分状の第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、ドット状のパターンを連続的に配列させることで形成されていてもよい。 In the second example shown in FIG. 3, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are one-dimensional patterns. Specifically, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are formed in line segments. The lengths of the line segments in the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are equal to each other. The line-shaped first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c shown in FIG. 3 may be formed by continuously arranging dot-shaped patterns.
図3に示される第2例では、第3パターンP3は、周期的なパターンで形成されている。このため、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図3に示される第2例では、第3パターンP3における1周期のパターンを線分状のパターンにすることができる。 In the second example shown in FIG. 3, the third pattern P3 is formed in a periodic pattern. For this reason, the irradiation range of a periodic pattern can be widened. And in the 2nd example shown by FIG. 3, the pattern of 1 period in the 3rd pattern P3 can be made into a line segment pattern.
次に、図4に示される第3例を説明する。図4は、第1パターンおよび第2パターンの第3例を示す模式図である。図4に示される第3例は、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cの形状を除いて、図2に示される第1例と同様である。 Next, a third example shown in FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a third example of the first pattern and the second pattern. The third example shown in FIG. 4 is the same as the first example shown in FIG. 2 except for the shapes of the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c.
図4に示される第3例では、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、2次元のパターンである。具体的には、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、四角形状に形成されている。そして図4に示される第3例では、各2次元のパターンは、ドット状のパターンにより構成されている。本実施形態においては、各2次元のパターンの形状は、四角形に限られず、円、楕円、多角形(例えば、三角形、正六角形)、文字(例えば、A、B)または数字(例えば、2、3)としてもよい。 In the third example shown in FIG. 4, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are two-dimensional patterns. Specifically, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are formed in a square shape. And in the 3rd example shown by FIG. 4, each two-dimensional pattern is comprised by the dot-shaped pattern. In the present embodiment, the shape of each two-dimensional pattern is not limited to a square, but a circle, an ellipse, a polygon (for example, a triangle or a regular hexagon), a character (for example, A, B), or a number (for example, 2, 3).
図4に示される第3例では、第3パターンP3は、周期的なパターンで形成されている。このため、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図4に示される第3例では、第3パターンP3における1周期のパターンを、ドット状のパターンにより構成された2次元のパターンにすることができる。 In the third example shown in FIG. 4, the third pattern P3 is formed in a periodic pattern. For this reason, the irradiation range of a periodic pattern can be widened. In the third example shown in FIG. 4, the one-cycle pattern in the third pattern P3 can be a two-dimensional pattern composed of dot-like patterns.
次に、図5に示される第4例を説明する。図5は、第1パターンおよび第2パターンの第4例を示す模式図である。図5に示される第4例は、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cが線状のパターンにより構成されている点を除いて、図4に示される第3例と同様である。第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、ドット状のパターンを連続的に配列させることで形成されていてもよい。 Next, a fourth example shown in FIG. 5 will be described. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a fourth example of the first pattern and the second pattern. The fourth example shown in FIG. 5 is similar to the first example shown in FIG. 4 except that the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are constituted by linear patterns. The same as the three examples. The first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c may be formed by continuously arranging dot-like patterns.
図5に示される第4例では、第3パターンP3は、図4に示される第3例と同様、周期的なパターンで形成されている。このため、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図5に示される第4例では、第3パターンP3における1周期のパターンを、線状のパターンにより構成された2次元のパターンにすることができる。 In the fourth example shown in FIG. 5, the third pattern P3 is formed in a periodic pattern as in the third example shown in FIG. For this reason, the irradiation range of a periodic pattern can be widened. In the fourth example shown in FIG. 5, the one-cycle pattern in the third pattern P3 can be a two-dimensional pattern constituted by a linear pattern.
次に、図6に示される第5例を説明する。図6は、第1パターンおよび第2パターンの第5例を示す模式図である。図6に示される第5例は、第1小パターンP1a、P1b、P1cおよびP1dならびに第2小パターンP2a、P2b、P2cおよびP2dを除いて、図2に示される第1例と同様である。 Next, a fifth example shown in FIG. 6 will be described. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a fifth example of the first pattern and the second pattern. The fifth example shown in FIG. 6 is the same as the first example shown in FIG. 2 except for the first small patterns P1a, P1b, P1c and P1d and the second small patterns P2a, P2b, P2c and P2d.
図6に示される第5例では、第1小パターンP1a、P1b、P1cおよびP1dならびに第2小パターンP2a、P2b、P2cおよびP2dは、2次元のパターンである。具体的には、第1小パターンP1bおよびP1cならびに第2小パターンP2bおよびP2cは、四角形状に形成されている。一方第1小パターンP1aおよびP1dならびに第2小パターンP2aおよびP2dは、それぞれ、第1小パターンP1bおよびP1cならびに第2小パターンP2bおよびP2cの一部の形状で形成されている。そして図6に示される第4例では、各2次元のパターンは、ドット状のパターンにより構成されている。本実施形態においては、各2次元のパターンの形状は、四角形に限られず、円、楕円、多角形(例えば、三角形、正六角形)、文字(例えば、A、B)または数字(例えば、2、3)としてもよい。 In the fifth example shown in FIG. 6, the first small patterns P1a, P1b, P1c and P1d and the second small patterns P2a, P2b, P2c and P2d are two-dimensional patterns. Specifically, the first small patterns P1b and P1c and the second small patterns P2b and P2c are formed in a square shape. On the other hand, the first small patterns P1a and P1d and the second small patterns P2a and P2d are respectively formed in a part of the first small patterns P1b and P1c and the second small patterns P2b and P2c. And in the 4th example shown by FIG. 6, each two-dimensional pattern is comprised by the dot-shaped pattern. In the present embodiment, the shape of each two-dimensional pattern is not limited to a square, but a circle, an ellipse, a polygon (for example, a triangle or a regular hexagon), a character (for example, A, B), or a number (for example, 2, 3).
図6に示される第5例では、第1パターンP1のうち第2パターンP2に隣接する部分(第1小パターンP1d)と第2パターンP2のうち第1パターンP1に隣接する部分(第2小パターンP2a)とが一体となって、パターンP12を形成している。パターンP12は、第3パターンP3における周期的なパターンの1周期のパターンである。パターンP12は、回折光における並進対称性を利用して形成してもよい。回折格子において、m次光により形成されるパターンと、(m+1)次光により形成されるパターンとは、並進対称の関係になる。並進対称の関係においては、図6に示される第5例において、第1小パターンP1a、P1b、P1cおよびP1dは、それぞれ、第2小パターンP2a、P2b、P2cおよびP2dに対応することになる。この場合、第1小パターンP1aとP1dの形状は、第1小パターンP1aとP1dとを組み合わせると第1小パターンP1bまたはP1cの形状が形成されるように形成されていてもよい。このようにすれば、第1パターンP1と第2パターンP2との配置が適宜決定されている場合、第1小パターンP1dと第2小パターンP2aとでパターンP12が形成される。 In the fifth example shown in FIG. 6, a portion of the first pattern P1 adjacent to the second pattern P2 (first small pattern P1d) and a portion of the second pattern P2 adjacent to the first pattern P1 (second small pattern P2). Pattern P2a) is united to form pattern P12. The pattern P12 is a one-cycle pattern that is a periodic pattern in the third pattern P3. The pattern P12 may be formed using the translational symmetry in the diffracted light. In the diffraction grating, the pattern formed by the mth order light and the pattern formed by the (m + 1) th order light have a translational symmetry relationship. In the translational symmetry relationship, in the fifth example shown in FIG. 6, the first small patterns P1a, P1b, P1c and P1d correspond to the second small patterns P2a, P2b, P2c and P2d, respectively. In this case, the shape of the first small patterns P1a and P1d may be formed such that the shape of the first small pattern P1b or P1c is formed when the first small patterns P1a and P1d are combined. In this way, when the arrangement of the first pattern P1 and the second pattern P2 is appropriately determined, the pattern P12 is formed by the first small pattern P1d and the second small pattern P2a.
図6に示される第5例であっても、第3パターンP3は、周期的なパターンで形成することができる。このため、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図6に示される第5例では、第3パターンP3における1周期のパターンを、ドット状のパターンにより構成された2次元のパターンにすることができる。 Even in the fifth example shown in FIG. 6, the third pattern P3 can be formed in a periodic pattern. For this reason, the irradiation range of a periodic pattern can be widened. In the fifth example shown in FIG. 6, the one-cycle pattern in the third pattern P3 can be a two-dimensional pattern composed of dot-like patterns.
次に、図7に示される第6例を説明する。図7は、第1パターンおよび第2パターンの第6例を示す模式図である。図7に示される第6例は、第1小パターンP1a、P1b、P1cおよびP1dならびに第2小パターンP2a、P2b、P2cおよびP2dが線状のパターンにより構成されている点を除いて、図6に示される第5例と同様である。第1小パターンP1a、P1b、P1cおよびP1dならびに第2小パターンP2a、P2b、P2cおよびP1dは、ドット状のパターンを連続的に配列させることで形成されていてもよい。 Next, a sixth example shown in FIG. 7 will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a sixth example of the first pattern and the second pattern. The sixth example shown in FIG. 7 is different from the first example shown in FIG. 6 except that the first small patterns P1a, P1b, P1c and P1d and the second small patterns P2a, P2b, P2c and P2d are composed of linear patterns. This is the same as the fifth example shown in FIG. The first small patterns P1a, P1b, P1c and P1d and the second small patterns P2a, P2b, P2c and P1d may be formed by continuously arranging dot-like patterns.
図7に示される第6例では、第3パターンP3は、図6に示される第5例と同様、周期的なパターンで形成されている。このため、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図7に示される第6例では、第3パターンP3における1周期のパターンを、線状のパターンにより構成された2次元のパターンにすることができる。 In the sixth example shown in FIG. 7, the third pattern P3 is formed in a periodic pattern as in the fifth example shown in FIG. For this reason, the irradiation range of a periodic pattern can be widened. In the sixth example shown in FIG. 7, the one-cycle pattern in the third pattern P3 can be a two-dimensional pattern composed of linear patterns.
次に、図8に示される第7例を説明する。図8は、第1パターンおよび第2パターンの第7例を示す模式図である。図8に示される第7例は、第1パターンP1および第2パターンP2を除いて、図2に示される第1例と同様である。 Next, a seventh example shown in FIG. 8 will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing a seventh example of the first pattern and the second pattern. The seventh example shown in FIG. 8 is the same as the first example shown in FIG. 2 except for the first pattern P1 and the second pattern P2.
図8に示される第7例では、第1パターンP1が格子状に形成されているとともに、第2パターンP2も格子状に形成されている。そして、第3パターンP3も格子状に形成されている。図8に示される第7例では、第1パターンP1および第2パターンP2を構成する小パターンがドット状のパターンとなっている。図8に示される第7例では、図6に示される第5例と同様に、第1パターンP1のうち第2パターンP2に隣接する部分と第2パターンP2のうち第1パターンP1に隣接する部分とが一体となって、パターンP12を形成していてもよい。パターンP12は、第3パターンP3における周期的なパターンの1周期のパターンである。 In the seventh example shown in FIG. 8, the first pattern P1 is formed in a lattice shape, and the second pattern P2 is also formed in a lattice shape. The third pattern P3 is also formed in a lattice shape. In the seventh example shown in FIG. 8, the small patterns constituting the first pattern P1 and the second pattern P2 are dot-like patterns. In the seventh example shown in FIG. 8, similarly to the fifth example shown in FIG. 6, the portion of the first pattern P1 adjacent to the second pattern P2 and the second pattern P2 adjacent to the first pattern P1. The pattern P12 may be formed integrally with the portion. The pattern P12 is a one-cycle pattern that is a periodic pattern in the third pattern P3.
図8に示される第7例では、第3パターンP3は、格子状に形成されているとともに、周期的なパターンで形成されている。このため、図8に示される第7例では、格子状の周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。 In the seventh example shown in FIG. 8, the third pattern P3 is formed in a lattice pattern and is formed in a periodic pattern. For this reason, in the seventh example shown in FIG. 8, the irradiation range of the lattice-like periodic pattern can be widened.
次に、図9に示される第8例を説明する。図9は、第1パターンおよび第2パターンの第8例を示す模式図である。図9に示される第8例は、第1パターンP1および第2パターンP2構成する小パターンが線状のパターンにより構成されている点を除いて、図8に示される第7例と同様である。第1パターンP1および第2パターンP2を構成する線状の小パターンは、ドット状のパターンを連続的に配列させることで形成されていてもよい。 Next, an eighth example shown in FIG. 9 will be described. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an eighth example of the first pattern and the second pattern. The eighth example shown in FIG. 9 is the same as the seventh example shown in FIG. 8 except that the small patterns constituting the first pattern P1 and the second pattern P2 are constituted by linear patterns. . The linear small patterns constituting the first pattern P1 and the second pattern P2 may be formed by continuously arranging dot-like patterns.
図9に示される第8例では、第3パターンP3は、図8に示される第7例と同様、格子状に形成されているとともに、周期的なパターンで形成されている。このため、図9に示される第8例では、格子状の周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。そして図9に示される第8例では、第3パターンP3を線状のパターンにより構成することができる。 In the eighth example shown in FIG. 9, the third pattern P3 is formed in a lattice shape and in a periodic pattern, as in the seventh example shown in FIG. For this reason, in the eighth example shown in FIG. 9, the irradiation range of the lattice-like periodic pattern can be widened. And in the 8th example shown by FIG. 9, the 3rd pattern P3 can be comprised by a linear pattern.
次に、図10に示される第9例を説明する。図10は、第1パターンおよび第2パターンの第9例を示す模式図である。図10に示される第9例は、第4パターンP4が形成されている点を除いて、図2に示される第1例と同様である。 Next, a ninth example shown in FIG. 10 will be described. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a ninth example of the first pattern and the second pattern. The ninth example shown in FIG. 10 is the same as the first example shown in FIG. 2 except that the fourth pattern P4 is formed.
図10に示される第9例では、m=1が満たされている。すなわち、第1パターンP1は1次光で形成されているとともに、第2パターンP2は2次光で形成されている。第0パターンP0と第1パターンP1と第2パターンP2とは、周期的な第4パターンP4が形成されるように方向DRに沿って配列されている。第4パターンP4は、第0パターンP0と第1小パターンP1a、P1bおよびP1cと第2小パターンP2a、P2bおよびP2cとを含んでいる。 In the ninth example shown in FIG. 10, m = 1 is satisfied. That is, the first pattern P1 is formed with primary light, and the second pattern P2 is formed with secondary light. The 0th pattern P0, the 1st pattern P1, and the 2nd pattern P2 are arranged along the direction DR so that the periodic 4th pattern P4 is formed. The fourth pattern P4 includes a zeroth pattern P0, first small patterns P1a, P1b and P1c, and second small patterns P2a, P2b and P2c.
図10に示される第9例では、第0パターンP0と第1小パターンP1a間の間隔は、第1小パターンP1aとP1b間の間隔、第1小パターンP1bとP1c間の間隔、第1小パターンP1cと第2小パターンP2a間の間隔、第2小パターンP2aとP2b間の間隔および第2小パターンP2bとP2c間の間隔に等しい。また第9例では、第0パターンP0、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cは、方向DRに沿った同一直線上に形成されている。このため、図10に示される第9例では、第0パターンP0、第1小パターンP1a、P1bおよびP1cならびに第2小パターンP2a、P2bおよびP2cが一体となって、周期的なパターンを形成することになる。 In the ninth example shown in FIG. 10, the interval between the 0th pattern P0 and the first small pattern P1a is the interval between the first small patterns P1a and P1b, the interval between the first small patterns P1b and P1c, and the first small pattern P1a. It is equal to the interval between the pattern P1c and the second small pattern P2a, the interval between the second small patterns P2a and P2b, and the interval between the second small patterns P2b and P2c. In the ninth example, the 0th pattern P0, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are formed on the same straight line along the direction DR. Therefore, in the ninth example shown in FIG. 10, the 0th pattern P0, the first small patterns P1a, P1b and P1c and the second small patterns P2a, P2b and P2c are integrated to form a periodic pattern. It will be.
このように、図10に示される第9例では、第4パターンP4が周期的なパターンで形成されている。このため、図10に示される第9例では、周期的なパターンの照射範囲を広くすることができる。 Thus, in the ninth example shown in FIG. 10, the fourth pattern P4 is formed in a periodic pattern. For this reason, in the ninth example shown in FIG. 10, the irradiation range of the periodic pattern can be widened.
図2から図10までに示される各例は、本実施形態の一例である。第1パターンおよび第2パターンの形状および配置は、図2から図10までに示される各例に限定されるものではない。例えば、m≧1における各回折光によって形成されるパターンは並進対称の関係にあることを利用すれば、m次光で形成される第1パターンと、(m+1)次光で形成される第2パターンと、(m+2)次光で形成されるパターンとが一体となって、周期的なパターンを形成してもよい。また0次光で形成される第0パターンから(m+1)次光で形成される第2パターンまでの各回折光によって形成されるパターンが一体となって、周期的なパターンを形成してもよい。あるいは、0次光を利用せず、1次光で形成されるパターンから(m+1)次光で形成される第2パターンまでの各回折光によって形成されるパターンが一体となって、周期的なパターンを形成してもよい。図2から図10までに示される各例では、m=1が満たされていてもよい。 Each example shown in FIGS. 2 to 10 is an example of this embodiment. The shape and arrangement of the first pattern and the second pattern are not limited to the examples shown in FIGS. For example, if the fact that the pattern formed by each diffracted light in m ≧ 1 is in a translational symmetry relationship, the first pattern formed by m-order light and the second pattern formed by (m + 1) -order light are used. The pattern and the pattern formed by the (m + 2) order light may be integrated to form a periodic pattern. In addition, a pattern formed by each diffracted light from the 0th pattern formed by the 0th order light to the second pattern formed by the (m + 1) th order light may be integrated to form a periodic pattern. . Alternatively, the pattern formed by each diffracted light from the pattern formed by the primary light to the second pattern formed by the (m + 1) -order light without using the 0th-order light is integrated into a periodic pattern. A pattern may be formed. In each example shown in FIGS. 2 to 10, m = 1 may be satisfied.
次に、本実施形態における回折光学素子104の製造方法について説明する。本実施形態における回折光学素子104の製造方法は、以下の設計工程および形成工程を含んでいる。
設計工程:回折格子を設計する工程
形成工程:設計工程における回折格子の設計に基づいて、基板200に回折格子を形成する工程
Next, a method for manufacturing the diffractive optical element 104 in this embodiment will be described. The manufacturing method of the diffractive optical element 104 in the present embodiment includes the following design process and formation process.
Design process: Process for designing a diffraction grating Formation process: Process for forming a diffraction grating on the substrate 200 based on the design of the diffraction grating in the design process
(設計工程)
本実施形態における回折光学素子104の製造方法に含まれる設計工程では、回折格子は、光110が当該回折格子によって回折されて球面114に照射された場合に、当該光110の像が、球面114で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計される。光110は単一波長の光である。球面114は、箇所112を中心とする球面である。箇所112は、回折光学素子104の回折格子において回折の生じた箇所である。第1パターンは、第1小パターンを含んでいる。第1小パターンは、回折光学素子104の回折格子におけるm次光で形成されている。また第1小パターンは、球面114の所定方向に沿って周期的に配列されている。第2パターンは、第2小パターンを含んでいる。第2小パターンは、回折光学素子104の回折格子における(m+1)次光で形成されている。また第2小パターンは、球面114所定方向に沿って周期的に配列されている。第1パターンと第2パターンとは、周期的な第3パターンが形成されるように球面114の所定方向に沿って配列されている。第3パターンは、第1小パターンと第2小パターンとを含んでいる。
(Design process)
In the design process included in the method of manufacturing the diffractive optical element 104 in the present embodiment, the diffraction grating is configured such that when the light 110 is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto the spherical surface 114, the image of the light 110 is the spherical surface 114. The first pattern and the second pattern are designed to be formed. The light 110 is a single wavelength light. The spherical surface 114 is a spherical surface centered on the location 112. A portion 112 is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first pattern includes a first small pattern. The first small pattern is formed by m-order light in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first small patterns are periodically arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The second pattern includes a second small pattern. The second small pattern is formed by the (m + 1) th order light in the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The second small patterns are periodically arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The first pattern and the second pattern are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114 so that a periodic third pattern is formed. The third pattern includes a first small pattern and a second small pattern.
本実施形態における回折光学素子104の製造方法に含まれる設計工程の詳細について、図11から図13までを用いて説明する。 Details of the design process included in the method of manufacturing the diffractive optical element 104 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図11は、本実施形態における回折光学素子104の製造方法に含まれる設計工程を示すフローチャートである。まず、本実施形態における設計工程では、第1パターンを形成する回折格子を設計する工程を含んでいる(工程S102)。第1パターンは、回折光学素子104の回折格子のm次光で形成されたパターンである。第1パターンは、回折光学素子104の回折格子によって回折されて球面114に照射された光110の像によって形成される。工程S102において、回折格子は、第1パターンが第1小パターンを含むように設計される。第1小パターンは、回折光学素子104における回折格子のm次光で形成される。また第1小パターンは、球面114の所定方向に沿って配列される。 FIG. 11 is a flowchart showing design steps included in the method of manufacturing the diffractive optical element 104 in the present embodiment. First, the design process in the present embodiment includes a process of designing a diffraction grating for forming the first pattern (process S102). The first pattern is a pattern formed by the m-th order light of the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first pattern is formed by an image of light 110 that is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104 and applied to the spherical surface 114. In step S102, the diffraction grating is designed so that the first pattern includes the first small pattern. The first small pattern is formed by the mth-order light of the diffraction grating in the diffractive optical element 104. The first small patterns are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114.
次いで、本実施形態における設計工程では、第2パターンが形成される位置が検証される(工程S104)。第2パターンは、工程S104で設計された回折格子により形成されるパターンである。また第2パターンは、回折光学素子104の(m+1)次光で形成されたパターンである。第2パターンは、回折光学素子104の回折格子によって回折されて球面114に照射された光110の像によって形成される。工程S104において、回折格子は、第2パターンが第2小パターンを含むように設計される。第2小パターンは、回折光学素子104における回折格子の(m+1)次光で形成される。また第2小パターンは、球面114の所定方向に沿って配列されている。 Next, in the design process in the present embodiment, the position where the second pattern is formed is verified (process S104). The second pattern is a pattern formed by the diffraction grating designed in step S104. The second pattern is a pattern formed with the (m + 1) -order light of the diffractive optical element 104. The second pattern is formed by an image of the light 110 that is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104 and applied to the spherical surface 114. In step S104, the diffraction grating is designed so that the second pattern includes the second small pattern. The second small pattern is formed by the (m + 1) -order light of the diffraction grating in the diffractive optical element 104. The second small patterns are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114.
次いで、本実施形態における設計工程では、工程S104で設計された回折格子の設計が補正される(工程S106)。工程S106において、回折格子の設計は、第1パターンと第2パターンとが形成される位置が調整されるように補正される。具体的には、回折格子の設計は、第1パターンと第2パターンとが周期的な第3パターンが形成するように補正される。第3パターンは、第1小パターンと第2小パターンとを含む。第1パターンと第2パターンとは、球面114の所定方向に沿って配列される。 Next, in the design process in this embodiment, the design of the diffraction grating designed in step S104 is corrected (step S106). In step S106, the design of the diffraction grating is corrected so that the positions where the first pattern and the second pattern are formed are adjusted. Specifically, the design of the diffraction grating is corrected so that the first pattern and the second pattern form a periodic third pattern. The third pattern includes a first small pattern and a second small pattern. The first pattern and the second pattern are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114.
図11に示される設計工程を実行する設計装置500について、図12を用いて説明する。図12は、本実施形態における回折光学素子104の設計装置500の構成を示すブロック図である。設計装置500は、機能部として、入力部502と、設計部504と、検証部506と、補正部508と、を備えている。入力部502は、設計部504、検証部506または補正部508に所定の信号(例えば、所定の条件の情報が含まれた信号)を送信する機能を有している。設計部504は、第1パターンを形成する回折格子を設計する機能を有している(工程S102)。検証部506は、設計部504によって設計された回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する機能を有している(工程S104)。補正部508は、設計部504により設計された回折格子の設計を補正する機能を有している(工程S106)。設計装置500は、記憶部として、設計データ記憶部510を備えている。設計データ記憶部510は、設計部504が設計したデータおよび補正部508が補正したデータを記憶する。 A design apparatus 500 that executes the design process shown in FIG. 11 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the design apparatus 500 for the diffractive optical element 104 in the present embodiment. The design apparatus 500 includes an input unit 502, a design unit 504, a verification unit 506, and a correction unit 508 as functional units. The input unit 502 has a function of transmitting a predetermined signal (for example, a signal including information on a predetermined condition) to the design unit 504, the verification unit 506, or the correction unit 508. The design unit 504 has a function of designing a diffraction grating that forms the first pattern (step S102). The verification unit 506 has a function of verifying the position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit 504 (step S104). The correction unit 508 has a function of correcting the design of the diffraction grating designed by the design unit 504 (step S106). The design apparatus 500 includes a design data storage unit 510 as a storage unit. The design data storage unit 510 stores data designed by the design unit 504 and data corrected by the correction unit 508.
設計部504は、入力部502から入力される信号にしたがって、第1パターンを形成する回折格子を設計する。第1パターンは、回折光学素子104の回折格子のm次光で形成されるパターンである。第1パターンは、回折光学素子104の回折格子によって回折されて球面114に照射された光110の像によって形成される。設計部504は、第1パターンが第1小パターンを含むように第1パターンを設計する。第1小パターンは、回折光学素子104における回折格子のm次光で形成されている。また第1小パターンは、球面114の所定方向に沿って配列されている。入力部502が設計部504に入力する信号には、例えば、第1パターンにおける第1小パターンの周期、第1パターンの形成箇所、第1パターンの次数(m)、第1パターンの形成領域の面積、箇所112から球面114までの距離が含まれている。設計部504は、入力部502から入力された条件にしたがった第1パターンが球面114に形成される回折格子を設計する。設計部504は、設計部504が設計した回折格子のデータを設計データ記憶部510に出力する。設計データ記憶部510は、設計部504が出力した回折格子のデータを記憶する。設計部504には、例えば、Light Trans 社製 Version of VirtualLabTM advanced 5.3.3を用いてもよい。 The design unit 504 designs the diffraction grating that forms the first pattern in accordance with the signal input from the input unit 502. The first pattern is a pattern formed by m-order light of the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The first pattern is formed by an image of light 110 that is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104 and applied to the spherical surface 114. The design unit 504 designs the first pattern so that the first pattern includes the first small pattern. The first small pattern is formed by the mth-order light of the diffraction grating in the diffractive optical element 104. The first small patterns are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The signal input to the design unit 504 by the input unit 502 includes, for example, the period of the first small pattern in the first pattern, the formation position of the first pattern, the order (m) of the first pattern, and the formation area of the first pattern. The area and the distance from the location 112 to the spherical surface 114 are included. The design unit 504 designs a diffraction grating in which the first pattern is formed on the spherical surface 114 in accordance with the conditions input from the input unit 502. The design unit 504 outputs the diffraction grating data designed by the design unit 504 to the design data storage unit 510. The design data storage unit 510 stores the diffraction grating data output from the design unit 504. For example, Version of VirtualLab ™ advanced 5.3.3 manufactured by Light Trans may be used as the design unit 504.
検証部506は、第2パターンが形成される位置を検証する。第2パターンは、設計部504によって設計された回折格子により形成されるパターンである。また第2パターンは、回折光学素子104の回折格子の(m+1)次光で形成されるパターンである。第2パターンは、回折光学素子104の回折格子によって回折されて球面114に照射された光110の像によって形成される。第2パターンは第2小パターンを含んでいる。第2小パターンは、回折光学素子104における回折格子の(m+1)次光で形成されている。また第2小パターンは、球面114の所定方向に沿って配列されている。検証部506は、m次光によって形成されるパターンと、(m+1)次光によって形成されるパターンとの並進対称性を利用してもよい。並進対称性が利用される場合、検証部506は、設計データ記憶部510から、設計部504が設計したデータを読み込む。そして検証部506は、設計部504が設計したデータおよびパターンの並進対称性に基づき、第2パターンが形成される位置を検証する。検証部506は、検証結果を含むデータ(第2パターンは形成される位置の情報を含むデータ)を設計データ記憶部510に出力する。設計データ記憶部510は、検証部506が出力したデータを記憶する。 The verification unit 506 verifies the position where the second pattern is formed. The second pattern is a pattern formed by the diffraction grating designed by the design unit 504. The second pattern is a pattern formed by the (m + 1) -order light of the diffraction grating of the diffractive optical element 104. The second pattern is formed by an image of the light 110 that is diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element 104 and applied to the spherical surface 114. The second pattern includes a second small pattern. The second small pattern is formed by the (m + 1) -order light of the diffraction grating in the diffractive optical element 104. The second small patterns are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114. The verification unit 506 may use translational symmetry between a pattern formed by m-order light and a pattern formed by (m + 1) -order light. When translational symmetry is used, the verification unit 506 reads data designed by the design unit 504 from the design data storage unit 510. The verification unit 506 verifies the position where the second pattern is formed based on the data and the pattern translational symmetry designed by the design unit 504. The verification unit 506 outputs data including the verification result (the second pattern is data including information on the position where the pattern is formed) to the design data storage unit 510. The design data storage unit 510 stores the data output from the verification unit 506.
補正部508は、設計部504が設計したデータおよび検証部506が検証したデータを、設計データ記憶部510から読み込む。そして補正部508は、設計部504が設計した回折格子の設計を補正する。補正部508は、第1パターンと第2パターンとが周期的な第3パターンが形成するように回折格子の設計を補正する。第3パターンは、第1小パターンと第2小パターンとを含む。第1パターンと第2パターンとは、球面114の所定方向に沿って配列される。 The correction unit 508 reads the data designed by the design unit 504 and the data verified by the verification unit 506 from the design data storage unit 510. Then, the correction unit 508 corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit 504. The correcting unit 508 corrects the design of the diffraction grating so that a third pattern in which the first pattern and the second pattern are periodic is formed. The third pattern includes a first small pattern and a second small pattern. The first pattern and the second pattern are arranged along a predetermined direction of the spherical surface 114.
補正部508による設計データの補正方法の詳細について、図13を用いて説明する。図13は、回折格子の設計の補正方法の一例を説明するための図である。図13(a)では、補正部508によって補正されていない設計に基づいて作成された回折格子による第1パターンP1と第2パターンP2とが球面114に形成されている。図13(b)では、補正部508によって補正された設計データに基づいて作成された回折格子による第1パターンP1と第2パターンP2とが球面114に形成されている。図13(a)および(b)において、第1パターンP1および第2パターンP2は、方向DRに沿って周期的に配列されている。また第1パターンP1および第2パターンP2は、それぞれ周期C1および周期C2で配列されている。周期C1およびC2について、C1=C2が満たされている。 Details of the design data correction method performed by the correction unit 508 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a method for correcting the design of a diffraction grating. In FIG. 13A, the first pattern P <b> 1 and the second pattern P <b> 2 are formed on the spherical surface 114 by the diffraction grating created based on the design not corrected by the correction unit 508. In FIG. 13B, a first pattern P1 and a second pattern P2 are formed on the spherical surface 114 by a diffraction grating created based on the design data corrected by the correction unit 508. 13A and 13B, the first pattern P1 and the second pattern P2 are periodically arranged along the direction DR. The first pattern P1 and the second pattern P2 are arranged at a period C 1 and cycle C 2, respectively. For periods C 1 and C 2 , C 1 = C 2 is satisfied.
第1パターンP1には、図13(a)に示されるように、第1パターンP1の形成領域A1が設定されている。形成領域A1には、m次光によるパターンが形成される。形成領域A1は、m次光によるパターンを、他の次数の回折光によるパターンから隔離するために設けられるものである。形成領域A1の広さは、図13(a)に示されるように、実際に第1パターンP1が形成される領域の広さよりも広いことがある。形成領域A1がこのように形成される場合、m次光と(m+1)次光の並進対称性により、第2パターンP2に関する形成領域A2も広いものとなる。結果、第1パターンP1と第2パターンP2との間隔Dが大きいものとなる。このような形成領域A1およびA2は、第1パターンP1のみを際立たせるために設計されることがある。回折格子における回折光の強度は、次数の増加にしたがって減少する傾向がある。このような傾向を利用して、第1パターンP1のみで所望のパターンが形成されることがある。この場合、パターンのノイズとなる第2パターンP2を目立たなくさせるため、間隔Dを大きくすることがある(D>C1=C2)。これに対して、本実施形態においては、形成領域A1およびA2は、補正部508によって図13(b)に示されるように補正される。図13(b)において、形成領域A1およびA2は、間隔DについてD=C1=C2が満たされるように補正されている。結果、第1パターンP1と第2パターンP2とが一体となって、方向DRに沿って周期的なパターンを形成することになる。補正部508は、設計データ記憶部510からの設計データによって形成される回折格子における第1パターンP1および第2パターンP2が図13(b)に示されるように配列されるように、設計部504が設計した回折格子の設計を補正する。この際、形成領域A1およびA2の面積を小さくすることで、回折格子の設計を補正してもよい。補正部508による補正後の回折格子の設計に基づく第1パターンP1とP2とが一体となって周期的なパターンを形成している限り、回折格子の設計の補正の際、形成領域A1およびA2の面積の減少とともに周期C1およびC2が減少してもよい。あるいは、設計部504は、補正部508の補正によって周期C1およびC2が減少しても第1パターンP1とP2とが一体となって形成する周期的なパターンが所望の周期を有するように、回折格子の設計をしていてもよい。 In the first pattern P1, as shown in FIG. 13A, the formation area A1 of the first pattern P1 is set. A pattern by m-th order light is formed in the formation region A1. The formation region A1 is provided in order to isolate the pattern of m-order light from patterns of other orders of diffracted light. As shown in FIG. 13A, the formation area A1 may be wider than the area where the first pattern P1 is actually formed. When the formation region A1 is formed in this way, the formation region A2 related to the second pattern P2 becomes wide due to the translational symmetry of the m-order light and the (m + 1) -order light. As a result, the distance D between the first pattern P1 and the second pattern P2 is large. Such formation regions A1 and A2 may be designed to make only the first pattern P1 stand out. The intensity of diffracted light in the diffraction grating tends to decrease as the order increases. By utilizing such a tendency, a desired pattern may be formed only by the first pattern P1. In this case, in order to obscure the second pattern P2 to be pattern noise, it is possible to increase the distance D (D> C 1 = C 2). On the other hand, in the present embodiment, the formation areas A1 and A2 are corrected by the correction unit 508 as shown in FIG. In FIG. 13B, the formation regions A1 and A2 are corrected so that D = C 1 = C 2 is satisfied for the interval D. As a result, the first pattern P1 and the second pattern P2 are integrated to form a periodic pattern along the direction DR. The correction unit 508 is designed so that the first pattern P1 and the second pattern P2 in the diffraction grating formed by the design data from the design data storage unit 510 are arranged as shown in FIG. 13B. The design of the diffraction grating designed by is corrected. At this time, the design of the diffraction grating may be corrected by reducing the areas of the formation regions A1 and A2. As long as the first patterns P1 and P2 based on the design of the diffraction grating after correction by the correction unit 508 are integrated to form a periodic pattern, the formation regions A1 and A2 are corrected during correction of the diffraction grating design. The periods C 1 and C 2 may decrease with a decrease in the area. Alternatively, the design unit 504, as periodic pattern and the period C 1 and C even 2 is decreased to the first pattern P1 P2 by the correction of the correction portion 508 is formed in an integrated manner has the desired period A diffraction grating may be designed.
本実施形態における回折光学素子104の回折格子は、以上のようにして設計される。以上の設計工程における設計に基づいて回折光学素子104の回折格子を形成すれば、第1パターンと第2パターンとが一体となって周期的なパターンを形成する回折光学素子104を製造することができる。 The diffraction grating of the diffractive optical element 104 in the present embodiment is designed as described above. If the diffraction grating of the diffractive optical element 104 is formed based on the design in the above design process, the diffractive optical element 104 in which the first pattern and the second pattern are integrated to form a periodic pattern can be manufactured. it can.
(形成工程)
次に、本実施形態における回折光学素子104の形成工程について、図14から図19を用いて説明する。図14から図18は、本実施形態における回折光学素子104の形成方法の第1例を示す工程断面図である。図19は、本実施形態における回折光学素子104の形成方法の第2例を示す工程断面図である。
(Formation process)
Next, the process of forming the diffractive optical element 104 in this embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 18 are process cross-sectional views illustrating a first example of a method for forming the diffractive optical element 104 in the present embodiment. FIG. 19 is a process cross-sectional view illustrating a second example of the method of forming the diffractive optical element 104 in the present embodiment.
まず、回折光学素子104における回折格子の形成方法の第1例を説明する。第1例では、4レベル型回折格子が基板200に形成される。まず、基板200を用意する(図14(a))。基板200は、半導体基板(例えば、シリコン基板)、ガラス基板または石英基板であってもよい。次いで、基板200上にレジスト膜202aを形成する(図14(b))。レジスト膜202aは、スピンコートにより形成されてもよい。 First, a first example of a method for forming a diffraction grating in the diffractive optical element 104 will be described. In the first example, a four-level diffraction grating is formed on the substrate 200. First, the substrate 200 is prepared (FIG. 14A). The substrate 200 may be a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate), a glass substrate, or a quartz substrate. Next, a resist film 202a is formed on the substrate 200 (FIG. 14B). The resist film 202a may be formed by spin coating.
次いで、レジスト膜202aを、フォトマスク204aを介して露光する(図15(a))。フォトマスク204aおよび後述のフォトマスク204bによって基板200の表面に形成される回折格子の形状が規定される。本実施形態において、回折格子の形状は、上述の設計工程における設計に基づく。そしてこの設計は、フォトマスク204aおよび204bの形状によって反映させることができる。すなわち、上述の設計工程における回折格子の設計は、フォトマスク204aおよび204bを設計することに当たる。露光後、基板200およびレジスト膜202aを現像液に浸漬させる。これにより、レジスト膜202aが図15(b)に示されるように現像される。 Next, the resist film 202a is exposed through the photomask 204a (FIG. 15A). The shape of the diffraction grating formed on the surface of the substrate 200 is defined by the photomask 204a and a photomask 204b described later. In the present embodiment, the shape of the diffraction grating is based on the design in the design process described above. This design can be reflected by the shape of the photomasks 204a and 204b. That is, the design of the diffraction grating in the above-described design process corresponds to designing the photomasks 204a and 204b. After the exposure, the substrate 200 and the resist film 202a are immersed in a developer. Thereby, the resist film 202a is developed as shown in FIG.
次いで、レジスト膜202aをマスクとして、基板200をエッチングする。エッチングには、ドライエッチングを用いてもよい。基板200のエッチング後、レジスト膜202aを剥離する(図16(a))。なお、図16(a)に示される工程において、基板200の表面には、ピッチ長dの2レベル型回折格子が形成されている。図16(a)に示される工程後、基板200にレジスト膜202bを形成する(図16(b))。 Next, the substrate 200 is etched using the resist film 202a as a mask. For etching, dry etching may be used. After the substrate 200 is etched, the resist film 202a is removed (FIG. 16A). In the process shown in FIG. 16A, a two-level diffraction grating having a pitch length d is formed on the surface of the substrate 200. After the step shown in FIG. 16A, a resist film 202b is formed on the substrate 200 (FIG. 16B).
次いで、レジスト膜202bを、フォトマスク204bを介して露光する(図17(a))。露光後、基板200およびレジスト膜202bを現像液に浸漬させる。これにより、レジスト膜202bが図17(b)に示されるように現像される。 Next, the resist film 202b is exposed through the photomask 204b (FIG. 17A). After the exposure, the substrate 200 and the resist film 202b are immersed in a developer. Thereby, the resist film 202b is developed as shown in FIG.
次いで、レジスト膜202bをマスクとして、基板200をエッチングする(図18(a))。エッチングには、ドライエッチングを用いてもよい。基板200のエッチング後、レジスト膜202aを剥離する(図18(b))。これにより、基板200の表面には、ピッチ長dの4レベル型回折格子が形成される。 Next, the substrate 200 is etched using the resist film 202b as a mask (FIG. 18A). For etching, dry etching may be used. After the substrate 200 is etched, the resist film 202a is removed (FIG. 18B). As a result, a four-level diffraction grating having a pitch length d is formed on the surface of the substrate 200.
次に、回折光学素子104における回折格子の形成方法の第2例を示す。第2例では、ブレーズ型回折格子が基板200に形成される。第2例では、まず、図14(a)および(b)に示される工程が実行される。その後、レジスト膜202aに対してホログラフィック露光を行う。ホログラフィック露光では、レジスト膜202aに対して異なる2方向から平面波の光(例えば、He−Cdレーザー光)が照射される。これらの光により、レジスト膜202a上では、干渉縞が形成される。これにより、レジスト膜202a内には、断面の露光密度が正弦波状である平行線状の潜像が形成される。このような露光がなされたレジスト膜202aを現像すると、断面の形状が正弦半波となるレジスト膜202a´が基板200上に残ることになる(図19(a))。本実施形態において、回折格子の形状は、上述の設計工程における設計に基づく。そしてこの設計は、レジスト膜202a´の配置によって反映させることができる。すなわち、上述の設計工程における回折格子の設計は、レジスト膜202a´の形状および配置を設計することに当たる。 Next, a second example of a method for forming a diffraction grating in the diffractive optical element 104 will be described. In the second example, a blazed diffraction grating is formed on the substrate 200. In the second example, first, the steps shown in FIGS. 14A and 14B are performed. Thereafter, holographic exposure is performed on the resist film 202a. In the holographic exposure, plane wave light (eg, He—Cd laser light) is irradiated from two different directions onto the resist film 202a. By these lights, interference fringes are formed on the resist film 202a. As a result, a parallel line latent image having a sinusoidal cross-sectional exposure density is formed in the resist film 202a. When the exposed resist film 202a is developed, a resist film 202a ′ having a sine half-wave cross section remains on the substrate 200 (FIG. 19A). In the present embodiment, the shape of the diffraction grating is based on the design in the design process described above. This design can be reflected by the arrangement of the resist film 202a ′. That is, the design of the diffraction grating in the above-described design process corresponds to designing the shape and arrangement of the resist film 202a ′.
レジスト膜202a´の形成後、基板200の表面の斜め方向からイオンビームエッチング(イオンビームは、図19(b)において矢印で模式的に示されている。)を行う(図19(b))。イオンビームエッチングは、レジスト膜202a´が消失するまで実行する。これにより、ピッチ長dのブレーズ型回折格子が、図19(c)に示されるように、基板200の表面に形成される。 After the formation of the resist film 202a ′, ion beam etching (the ion beam is schematically indicated by an arrow in FIG. 19B) is performed from an oblique direction on the surface of the substrate 200 (FIG. 19B). . The ion beam etching is performed until the resist film 202a ′ disappears. As a result, a blazed diffraction grating having a pitch length d is formed on the surface of the substrate 200 as shown in FIG.
本実施形態においては、以上の設計工程および形成工程により回折光学素子104が得られる。本実施形態における回折光学素子104では、第1パターンと第2パターンとが一体となって、周期的なパターンを形成する。これにより、周期的なパターンの照射範囲を広くすることが可能となる。 In the present embodiment, the diffractive optical element 104 is obtained by the above design process and formation process. In the diffractive optical element 104 according to this embodiment, the first pattern and the second pattern are integrated to form a periodic pattern. Thereby, it becomes possible to widen the irradiation range of a periodic pattern.
(第2の実施形態)
第1の実施形態における回折光学素子104によれば、周期的なパターンを広範囲に照射することができる。第2の実施形態においては、回折光学素子104を、物体の検出装置に適用する。回折光学素子104を備えた物体の検出装置によれば、広範囲での物体の検出が可能となる。
(Second Embodiment)
According to the diffractive optical element 104 in the first embodiment, a periodic pattern can be irradiated over a wide range. In the second embodiment, the diffractive optical element 104 is applied to an object detection apparatus. According to the object detection apparatus including the diffractive optical element 104, it is possible to detect an object in a wide range.
本実施形態における物体の検出装置150について、図20を用いて説明する。図20は、物体の検出装置150の構成を示すブロック図である。検出装置150は、照射部152と、回折部154と、投影部156と、撮像部158と、記憶部160と、判定部162と、検出部164と、を備えている。回折部154は、第1の実施形態における回折光学素子104により構成されている。照射部152は、回折部154に単一波長の光166を照射する。投影部156には、光168のパターンが照射される。光168のパターンは、回折部154の回折格子によって回折された光のパターンである。撮像部158は、投影部156に照射された光168のパターンを時間的に連続して撮像する。記憶部160は、撮像部158が撮像した光168のパターンを記憶する。判定部162は、記憶部160に記憶された一の時間における光168のパターンが、記憶部160に記憶された他の時間における光168のパターンと異なるかを判定する。検出部164は、判定部162の判定結果に基づいて、光168が照射された物体の存在、形状または位置を検出する。 An object detection apparatus 150 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of the object detection device 150. The detection device 150 includes an irradiation unit 152, a diffraction unit 154, a projection unit 156, an imaging unit 158, a storage unit 160, a determination unit 162, and a detection unit 164. The diffractive portion 154 is configured by the diffractive optical element 104 in the first embodiment. The irradiation unit 152 irradiates the diffraction unit 154 with light 166 having a single wavelength. The projection unit 156 is irradiated with a pattern of light 168. The pattern of the light 168 is a pattern of light diffracted by the diffraction grating of the diffraction unit 154. The imaging unit 158 continuously captures the pattern of the light 168 applied to the projection unit 156 in terms of time. The storage unit 160 stores the pattern of the light 168 picked up by the image pickup unit 158. The determination unit 162 determines whether the pattern of the light 168 at one time stored in the storage unit 160 is different from the pattern of the light 168 stored at the other time stored in the storage unit 160. The detection unit 164 detects the presence, shape, or position of the object irradiated with the light 168 based on the determination result of the determination unit 162.
照射部152と、回折部154と、投影部156とには、図1における光源102と、回折光学素子104と、スクリーン106と、をそれぞれ用いてもよい。この場合、光166および168は、図1の光108および110に対応することになる。本実施形態において、投影部156(スクリーン106)の表面の形状は、回折部154(回折光学素子104)の回折光のパターンが形成されるものであれば、特定の形状に限定されない。回折部154(回折光学素子104)における回折光の次数について、m=1が満たされていてもよい。照射部152(光源102)が出射する光は、可視光または赤外線、紫外線であってもよい。 The light source 102, the diffractive optical element 104, and the screen 106 in FIG. 1 may be used for the irradiation unit 152, the diffraction unit 154, and the projection unit 156, respectively. In this case, the lights 166 and 168 will correspond to the lights 108 and 110 of FIG. In the present embodiment, the shape of the surface of the projection unit 156 (screen 106) is not limited to a specific shape as long as the diffracted light pattern of the diffraction unit 154 (diffractive optical element 104) is formed. For the order of diffracted light in the diffractive portion 154 (diffractive optical element 104), m = 1 may be satisfied. The light emitted from the irradiation unit 152 (light source 102) may be visible light, infrared light, or ultraviolet light.
検出装置150による物体の検出方法を説明する。投影部156に光168のパターンが照射されているときに、物体が光168のパターンの照射を受けながら、投影部156の前を通過し、または、置かれたとする。この場合、光168のパターンは、物体の存在している箇所と物体の存在していない箇所とで異なる形状を有するようになる。これは、光168の光路長に基づくものである。物体から回折部154までの光168の光路長は、投影部156から回折部154までの光168の光路長よりも短い。結果、物体が存在している箇所における光168の像は、投影部156における光168の像よりも小さいものとなる。そして本実施形態においては、光168のパターンは、周期的なパターンである。そのため、物体が存在している箇所においては、光168のパターンの周期性が崩れることになる。光168のパターンの周期性の崩れは、撮像部158で撮像されるとともに、記憶部160に記憶される。そして判定部162は、光168のパターンの周期性の崩れを、撮像部158および記憶部160を介して判定する。すなわち、判定部162は、記憶部160を参照して、物体が投影部156の前に存在していない時間(一の時間)と、物体が投影部156の前に存在している時間(他の時間)とで、光168のパターンが異なるかを判定する。検出部164は、判定部162の判定結果に基づいて、物体の存在、形状または位置を検出する。物体の存在および位置は、光168のパターンの周期性の崩れが発生した箇所を解析することで検出される。一方物体の形状は、光168の像の周期性の崩れが発生した箇所における光168の像の歪みの程度により検出される。 An object detection method by the detection device 150 will be described. It is assumed that when the projection unit 156 is irradiated with the light 168 pattern, the object passes or is placed in front of the projection unit 156 while receiving the light 168 pattern irradiation. In this case, the pattern of the light 168 has different shapes at a place where the object exists and a place where the object does not exist. This is based on the optical path length of the light 168. The optical path length of the light 168 from the object to the diffraction unit 154 is shorter than the optical path length of the light 168 from the projection unit 156 to the diffraction unit 154. As a result, the image of the light 168 at the location where the object is present is smaller than the image of the light 168 in the projection unit 156. In the present embodiment, the pattern of the light 168 is a periodic pattern. For this reason, the periodicity of the pattern of the light 168 is broken at a place where an object is present. The disruption of the periodicity of the pattern of the light 168 is captured by the imaging unit 158 and stored in the storage unit 160. Then, the determination unit 162 determines the collapse of the periodicity of the pattern of the light 168 via the imaging unit 158 and the storage unit 160. That is, the determination unit 162 refers to the storage unit 160, the time when the object does not exist before the projection unit 156 (one time) and the time when the object exists before the projection unit 156 (others) It is determined whether the pattern of the light 168 is different. The detection unit 164 detects the presence, shape, or position of the object based on the determination result of the determination unit 162. The presence and position of the object are detected by analyzing a place where the periodicity of the pattern of the light 168 has broken. On the other hand, the shape of the object is detected based on the degree of distortion of the image of the light 168 at the location where the periodicity of the image of the light 168 has broken.
本実施形態においては、回折部154に回折光学素子104が用いられている。回折光学素子104では、第1パターンと第2パターンとが一体となって、周期的なパターンを形成する。これにより、周期的なパターンを広範囲に形成することができる。そして周期的なパターンが広範囲に形成されることは、検出装置150が広範囲で物体を検出することができることを意味する。このように、本実施形態における検出装置150は、広範囲で物体を検出することができる。 In the present embodiment, the diffractive optical element 104 is used for the diffractive portion 154. In the diffractive optical element 104, the first pattern and the second pattern are integrated to form a periodic pattern. Thereby, a periodic pattern can be formed in a wide range. The formation of a periodic pattern in a wide range means that the detection device 150 can detect an object in a wide range. Thus, the detection apparatus 150 in this embodiment can detect an object in a wide range.
(実施例)
Light Trans 社製 Version of VirtualLabTM advanced 5.3.3を用いて、回折光学素子104の回折格子を設計する。当該設計に基づいて形成された回折格子によってスクリーンに形成されるパターンを検証する。図21から図23は、回折光学素子104の回折格子によってスクリーンに形成されたパターンの写真を示す図である。
(Example)
The diffraction grating of the diffractive optical element 104 is designed using Light Trans, Version of VirtualLab ™ advanced 5.3.3. The pattern formed on the screen is verified by the diffraction grating formed based on the design. 21 to 23 are diagrams showing photographs of patterns formed on the screen by the diffraction grating of the diffractive optical element 104. FIG.
(参考例)
図21は、参考例のパターンの写真を示す図である。参考例では、式(1)について、N=m=1、d=1.6μm、λ=0.63μmとして回折格子を設計した。参考例において、0次光は、m=0、回折角度θ0=0で照射される。図21では、0次光が存在する中心には、撮影の便宜のため、黒丸の光吸収剤が置かれている(強度の高すぎる0次光が存在すると、1次光によるパターンが明瞭に確認されないためである。)。図21では、破線で囲まれた領域が形成領域A1となる。形成領域A1の外側には、外枠部ORが形成されている。外枠部ORには、1次光のパターンは形成されない。参考例では、1次回折角度θ1=11度の照射範囲で1次光のパターンが形成された。参考例では、回折光学素子104からスクリーンまでの距離が1mである場合、1辺0.48mの正方形の1次光の照射パターンが形成される。
(Reference example)
FIG. 21 is a diagram showing a photograph of the pattern of the reference example. In the reference example, for the formula (1), the diffraction grating was designed with N = m = 1, d = 1.6 μm, and λ = 0.63 μm. In the reference example, the 0th-order light is irradiated at m = 0 and the diffraction angle θ 0 = 0. In FIG. 21, a black circle light absorber is placed at the center where the 0th order light exists for the convenience of photographing (if there is 0th order light having an excessively high intensity, the pattern by the primary light becomes clear. Because it is not confirmed.) In FIG. 21, a region surrounded by a broken line is a formation region A1. An outer frame portion OR is formed outside the formation region A1. A primary light pattern is not formed on the outer frame portion OR. In the reference example, the pattern of the primary light was formed in the irradiation range of the primary diffraction angle θ 1 = 11 degrees. In the reference example, when the distance from the diffractive optical element 104 to the screen is 1 m, an irradiation pattern of square primary light having a side of 0.48 m is formed.
(実施例1)
図22は、実施例1の写真を示す図である。実施例1では、図21における外枠部ORをなくすように回折格子が設計された。実施例1では、式(1)について、d=1.6μm、λ=0.63μmとして回折格子を設計した。実施例1では、0次光により形成されるパターンと、1次光により形成されるパターンと、2次光により形成されるパターンとが一体となって、周期的な格子状のパターンを形成した(図22)。格子状のパターンは、複数のドット状のパターンが集まって形成されている。実施例1において、0次光は、m=0、回折角度θ0=0で照射される。図22では、0次光から白破線までに1次光によるパターンが形成されている。また白破線から右側に2次光によるパターンが形成されている。実施例1において、回折光学素子104からスクリーンまでの距離が1mである場合、周期的な格子状のパターンは0次光から図22の白丸印までの距離0.55mにおいて確認された。すなわち、直径1.1mの周期的な格子状のパターンが形成された。参考例と実施例1とでは回折格子のピッチ長dおよび波長λは同じであっても、実施例1では参考例に比べて広い照射範囲で周期的なパターンを形成することができた。
Example 1
22 is a view showing a photograph of Example 1. FIG. In Example 1, the diffraction grating was designed so as to eliminate the outer frame portion OR in FIG. In Example 1, the diffraction grating was designed with d = 1.6 μm and λ = 0.63 μm in the formula (1). In Example 1, a pattern formed by zero-order light, a pattern formed by primary light, and a pattern formed by secondary light were integrated to form a periodic lattice-like pattern. (FIG. 22). The lattice pattern is formed by collecting a plurality of dot patterns. In the first embodiment, the 0th-order light is irradiated at m = 0 and the diffraction angle θ 0 = 0. In FIG. 22, the pattern by the primary light is formed from the 0th order light to the white broken line. A pattern by secondary light is formed on the right side from the white broken line. In Example 1, when the distance from the diffractive optical element 104 to the screen was 1 m, the periodic lattice pattern was confirmed at a distance of 0.55 m from the 0th order light to the white circle in FIG. That is, a periodic grid pattern with a diameter of 1.1 m was formed. Even though the pitch length d and the wavelength λ of the diffraction grating were the same in the reference example and the example 1, the periodic pattern could be formed in the example 1 in a wider irradiation range than in the reference example.
(実施例2)
図23は、実施例2の写真を示す図である。実施例2でも、図21における外枠部ORをなくすように回折格子が設計された。実施例2でも、式(1)について、d=1.6μm、λ=0.63μmとして回折格子を設計した。実施例2では、0次光により形成されるパターンと、1次光により形成されるパターンと、2次光により形成されるパターンと、3次光により形成されるパターンとが一体となって、周期的なパターンを形成した(図23)。周期的なパターンは、複数のドット状のパターンにより形成されている。実施例2において、0次光は、m=0、回折角度θ0=0で照射される。図23では、0次光から左側の白破線までに1次光によるパターンが形成されている。また左側の白破線から右側の白破線までに2次光によるパターンが形成されている。さらに右側の白破線の右側に3次光によるパターンが形成されている。実施例2において、回折光学素子104からスクリーンまでの距離が1mである場合、周期的なパターンは0次光から図23の白丸印までの距離0.85mにおいて確認された。すなわち、直径1.7mの周期的な格子状のパターンが形成された。参考例と実施例2とでは回折格子のピッチ長dおよび波長λは同じであっても、実施例2では参考例に比べて広い照射範囲で周期的なパターンを形成することができた。
(Example 2)
23 is a view showing a photograph of Example 2. FIG. Also in Example 2, the diffraction grating was designed so as to eliminate the outer frame portion OR in FIG. Also in Example 2, the diffraction grating was designed with d = 1.6 μm and λ = 0.63 μm in the formula (1). In Example 2, the pattern formed by zero-order light, the pattern formed by primary light, the pattern formed by secondary light, and the pattern formed by tertiary light are integrated, A periodic pattern was formed (FIG. 23). The periodic pattern is formed by a plurality of dot patterns. In Example 2, the 0th-order light is irradiated at m = 0 and the diffraction angle θ 0 = 0. In FIG. 23, a pattern by the primary light is formed from the 0th order light to the white broken line on the left side. A pattern of secondary light is formed from the white broken line on the left side to the white broken line on the right side. Further, a pattern of tertiary light is formed on the right side of the white broken line on the right side. In Example 2, when the distance from the diffractive optical element 104 to the screen was 1 m, the periodic pattern was confirmed at a distance of 0.85 m from the 0th order light to the white circle in FIG. That is, a periodic lattice pattern having a diameter of 1.7 m was formed. Even though the pitch length d and the wavelength λ of the diffraction grating were the same in the reference example and the example 2, the periodic pattern could be formed in the example 2 in a wider irradiation range than in the reference example.
以上の実施例1および2の結果から、第1の実施形態における回折光学素子104では、周期的なパターンを広範囲に形成することができることが確認された。第1の実施形態における回折光学素子104では、以上のように、周期的なパターンを広範囲に形成することができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.回折格子を備え、
前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って周期的に配列され、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されている回折光学素子。
2.1.に記載の回折光学素子であって、
m=1である回折光学素子。
3.1.または2.に記載の回折光学素子であって、
前記第1小パターンおよび前記第2小パターンは、1次元のパターンである回折光学素子。
4.1.または2.に記載の回折光学素子であって、
前記第1小パターンおよび前記第2小パターンは、2次元のパターンである回折光学素子。
5.4.に記載の回折光学素子であって、
前記第1小パターンのうち前記第2小パターンに隣接する部分と前記第2小パターンのうち前記第1小パターンに隣接する部分とが一体となって、前記第3パターンにおける周期的なパターンの1周期のパターンを形成している回折光学素子。
6.1.に記載の回折光学素子であって、
前記第1パターンは、格子状に形成されており、
前記第2パターンは、格子状に形成されており、
前記第3パターンは、格子状に形成されている回折光学素子。
7.2.に記載の回折光学素子であって、
前記回折格子における0次光で形成された第0パターンと前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第0パターンと前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第4パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されている回折光学素子。
8.1.から7.までのいずれかに記載の回折光学素子であって、
前記第1パターンおよび前記第2パターンが一平面に照射された場合、
前記第1小パターンは前記一平面の所定方向に沿って略周期的に配列され、
前記第2小パターンは前記一平面の前記所定方向に沿って略周期的に配列され、
前記第3パターンでは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとが、前記一平面の前記所定方向に沿って配列された略周期的なパターンを形成している回折光学素子。
9.回折格子を設計する工程と、
回折格子を設計する前記工程における回折格子の設計に基づいて、基板に回折格子を形成する工程と、
を含み、
回折格子を設計する前記工程では、前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って周期的に配列され、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されている回折光学素子の製造方法。
10.第1パターンを形成する回折格子を設計する設計部と、
前記設計部によって設計された前記回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する検証部と、
前記第1パターンと前記第2パターンとが形成される位置が調整されるように、前記設計部により設計された前記回折格子の設計を補正する補正部と、
を備え、
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された単一波長の光の像により形成され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って周期的に配列され、
前記補正部は、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように、前記第1パターンと前記第2パターンとを、前記球面の前記所定方向に沿って配列させて前記回折格子の設計を補正する回折光学素子の設計装置。
11.1.から8.までのいずれかに記載の回折光学素子により構成された回折部と、
前記回折光学素子に単一波長の光を照射する照射部と、
前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射される投影部と、
前記回折光学素子から前記投影部に照射された光のパターンを時間的に連続して撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記光のパターンを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された一の時間における光のパターンが、前記記憶部に記憶された他の時間における光のパターンと異なるかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射された物体の存在、形状または位置を検出する検出部と、
を備える物体の検出装置。
From the results of Examples 1 and 2 above, it was confirmed that the diffractive optical element 104 according to the first embodiment can form a periodic pattern over a wide range. As described above, the diffractive optical element 104 according to the first embodiment can form a periodic pattern over a wide range.
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1. With a diffraction grating,
In the diffraction grating, when light having a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto a curved surface, the image of the light forms a first pattern and a second pattern on the curved surface. The one curved surface is a spherical surface centered at a position where diffraction is generated in the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged along the
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern is periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. Diffractive optical element.
2.1. The diffractive optical element according to claim 1,
A diffractive optical element in which m = 1.
3.1. Or 2. The diffractive optical element according to claim 1,
The first small pattern and the second small pattern are diffractive optical elements that are one-dimensional patterns.
4.1. Or 2. The diffractive optical element according to claim 1,
The diffractive optical element, wherein the first small pattern and the second small pattern are two-dimensional patterns.
5.4. The diffractive optical element according to claim 1,
A portion of the first small pattern adjacent to the second small pattern and a portion of the second small pattern adjacent to the first small pattern are integrated to form a periodic pattern in the third pattern. A diffractive optical element forming a pattern of one period.
6.1. The diffractive optical element according to claim 1,
The first pattern is formed in a lattice shape,
The second pattern is formed in a lattice shape,
The third pattern is a diffractive optical element formed in a lattice shape.
7.2. The diffractive optical element according to claim 1,
The 0th pattern, the 1st pattern, and the 2nd pattern formed by the 0th order light in the diffraction grating are periodic 1st patterns including the 0th pattern, the 1st small pattern, and the 2nd small pattern. A diffractive optical element arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that four patterns are formed.
8.1. To 7. The diffractive optical element according to any of the above,
When the first pattern and the second pattern are irradiated on one plane,
The first small patterns are arranged substantially periodically along a predetermined direction of the one plane,
The second small patterns are arranged substantially periodically along the predetermined direction of the one plane,
In the third pattern, the diffractive optical element in which the first small pattern and the second small pattern form a substantially periodic pattern arranged along the predetermined direction of the one plane.
9. Designing a diffraction grating; and
Forming the diffraction grating on the substrate based on the design of the diffraction grating in the step of designing the diffraction grating; and
Including
In the step of designing a diffraction grating, the diffraction grating has a first pattern on the curved surface when the light of a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the curved surface. A second pattern, and the one curved surface is a spherical surface centered on a portion where diffraction is generated by the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged along the
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern is periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. A method for manufacturing a diffractive optical element.
10. A design unit for designing a diffraction grating for forming the first pattern;
A verification unit for verifying a position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit;
A correction unit that corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit so that the position where the first pattern and the second pattern are formed is adjusted;
With
The first pattern and the second pattern are formed by an image of light having a single wavelength that is diffracted by the diffraction grating and applied to one curved surface, and the one curved surface is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating. A spherical surface at the center,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light in the diffraction grating, and the first small pattern is periodically arranged along a predetermined direction of the spherical surface,
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern is periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface,
The correction unit moves the first pattern and the second pattern in the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. An apparatus for designing a diffractive optical element that corrects the design of the diffraction grating by arranging them along the line.
11.1. To 8. A diffractive portion composed of the diffractive optical element according to any of the above,
An irradiation unit for irradiating the diffractive optical element with light of a single wavelength;
A projection unit irradiated with a pattern of light diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An imaging unit that continuously images temporally a pattern of light emitted from the diffractive optical element to the projection unit;
A storage unit for storing the light pattern captured by the imaging unit;
A determination unit that determines whether a light pattern at one time stored in the storage unit is different from a light pattern at another time stored in the storage unit;
Based on the determination result of the determination unit, a detection unit that detects the presence, shape, or position of an object irradiated with the light pattern diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An object detection apparatus comprising:
100 光学系
102 光源
104 回折光学素子
106 スクリーン
108 光
110 光
110a 光
110b 光
110c 光
112 箇所
114 球面
150 検出装置
152 照射部
154 回折部
156 投影部
158 撮像部
160 記憶部
162 判定部
164 検出部
166 光
168 光
200 基板
202a レジスト膜
202a´ レジスト膜
202b レジスト膜
204a フォトマスク
204b フォトマスク
500 設計装置
502 入力部
504 設計部
506 検証部
508 補正部
510 設計データ記憶部
P0 第0パターン
P1 第1パターン
P1a 第1小パターン
P1b 第1小パターン
P1c 第1小パターン
P1d 第1小パターン
P2 第2パターン
P2a 第2小パターン
P2b 第2小パターン
P2c 第2小パターン
P2d 第2小パターン
P3 第3パターン
P4 第4パターン
DR 方向
A1 形成領域
A2 形成領域
OR 外枠部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical system 102 Light source 104 Diffractive optical element 106 Screen 108 Light 110 Light 110a Light 110b Light 110c Light 112 Location 114 Spherical surface 150 Detection apparatus 152 Irradiation part 154 Diffraction part 156 Projection part 158 Imaging part 160 Storage part 162 Determination part 164 Detection part 166 Optical 168 Optical 200 Substrate 202a Resist film 202a 'Resist film 202b Resist film 204a Photomask 204b Photomask 500 Design device 502 Input unit 504 Design unit 506 Verification unit 508 Correction unit 510 Design data storage unit P0 0th pattern P1 1st pattern P1a 1st small pattern P1b 1st small pattern P1c 1st small pattern P1d 1st small pattern P2 2nd pattern P2a 2nd small pattern P2b 2nd small pattern P2c 2nd small pattern P2d 2nd small pattern P3 Third pattern P4 Fourth pattern DR Direction A1 Formation area A2 Formation area OR Outer frame
Claims (13)
前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子。 With a diffraction grating,
In the diffraction grating, when light having a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto a curved surface, the image of the light forms a first pattern and a second pattern on the curved surface. The one curved surface is a spherical surface centered at a position where diffraction is generated in the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. And
The diffractive optical element , wherein the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子。 With a diffraction grating,
In the diffraction grating, when light having a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated onto a curved surface, the image of the light forms a first pattern and a second pattern on the curved surface. The one curved surface is a spherical surface centered at a position where diffraction is generated in the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The first pattern and the second pattern are formed as a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern. Arranged along the predetermined direction of the spherical surface ,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. element.
前記第1パターンおよび前記第2パターンが一平面に照射された場合、
前記第1小パターンは前記一平面の所定方向に沿って略周期的に配列され、
前記第2小パターンは前記一平面の前記所定方向に沿って略周期的に配列され、
前記第3パターンでは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとが、前記一平面の前記所定方向に沿って配列された略周期的なパターンを形成している回折光学素子。 The diffractive optical element according to claim 1 ,
When the first pattern and the second pattern are irradiated on one plane,
The first small patterns are arranged substantially periodically along a predetermined direction of the one plane,
The second small patterns are arranged substantially periodically along the predetermined direction of the one plane,
In the third pattern, the diffractive optical element in which the first small pattern and the second small pattern form a substantially periodic pattern arranged along the predetermined direction of the one plane.
m=1である回折光学素子。 The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 3 ,
A diffractive optical element in which m = 1.
前記第1小パターンおよび前記第2小パターンは、1次元のパターンである回折光学素子。 The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4 ,
The first small pattern and the second small pattern are diffractive optical elements that are one-dimensional patterns.
前記第1小パターンおよび前記第2小パターンは、2次元のパターンである回折光学素子。 The diffractive optical element according to any one of claims 1 to 4 ,
The diffractive optical element, wherein the first small pattern and the second small pattern are two-dimensional patterns.
前記第1パターンは、格子状に形成されており、
前記第2パターンは、格子状に形成されており、
前記第3パターンは、格子状に形成されている回折光学素子。 The diffractive optical element according to claim 2 ,
The first pattern is formed in a lattice shape,
The second pattern is formed in a lattice shape,
The third pattern is a diffractive optical element formed in a lattice shape.
m=1であり、
前記回折格子における0次光で形成された第0パターンと前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第0パターンと前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第4パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されている回折光学素子。 The diffractive optical element according to claim 1 ,
m = 1,
The 0th pattern, the 1st pattern, and the 2nd pattern formed by the 0th order light in the diffraction grating are periodic 1st patterns including the 0th pattern, the 1st small pattern, and the 2nd small pattern. A diffractive optical element arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that four patterns are formed.
回折格子を設計する前記工程における回折格子の設計に基づいて、基板に回折格子を形成する工程と、
を含み、
回折格子を設計する前記工程では、前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子の製造方法。 Designing a diffraction grating; and
Forming the diffraction grating on the substrate based on the design of the diffraction grating in the step of designing the diffraction grating; and
Including
In the step of designing a diffraction grating, the diffraction grating has a first pattern on the curved surface when the light of a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the curved surface. A second pattern, and the one curved surface is a spherical surface centered on a portion where diffraction is generated by the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The first pattern and the second pattern are arranged along the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. And
The method of manufacturing a diffractive optical element , wherein the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
回折格子を設計する前記工程における回折格子の設計に基づいて、基板に回折格子を形成する工程と、
を含み、
回折格子を設計する前記工程では、前記回折格子は、単一波長の光が前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された場合に当該光の像が、前記一曲面で第1パターンと、第2パターンと、を形成するように設計され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記第1パターンと前記第2パターンとは、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように前記球面の前記所定方向に沿って配列されており、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子の製造方法。 Designing a diffraction grating; and
Forming the diffraction grating on the substrate based on the design of the diffraction grating in the step of designing the diffraction grating; and
Including
In the step of designing a diffraction grating, the diffraction grating has a first pattern on the curved surface when the light of a single wavelength is diffracted by the diffraction grating and irradiated on the curved surface. A second pattern, and the one curved surface is a spherical surface centered on a portion where diffraction is generated by the diffraction grating,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The first pattern and the second pattern are formed as a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern. Arranged along the predetermined direction of the spherical surface ,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. Device manufacturing method.
前記設計部によって設計された前記回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する検証部と、
前記第1パターンと前記第2パターンとが形成される位置が調整されるように、前記設計部により設計された前記回折格子の設計を補正する補正部と、
を備え、
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された単一波長の光の像により形成され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンのうち前記第2パターンに最も近い第1の第1小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンのうち前記第1パターンに最も近い第1の第2小パターンを含み、
前記補正部は、前記第1小パターンと前記第2小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように、前記第1パターンと前記第2パターンとを、前記球面の前記所定方向に沿って配列させて前記回折格子の設計を補正し、
前記第1の第1小パターンと前記第1の第2小パターンは、前記第1周期及び前記第2周期と等しい間隔で配置されている回折光学素子の設計装置。 A design unit for designing a diffraction grating for forming the first pattern;
A verification unit for verifying a position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit;
A correction unit that corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit so that the position where the first pattern and the second pattern are formed is adjusted;
With
The first pattern and the second pattern are formed by an image of light having a single wavelength that is diffracted by the diffraction grating and applied to one curved surface, and the one curved surface is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating. A spherical surface at the center,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a first first small pattern closest to the second pattern among the first small patterns,
The second pattern includes a first second small pattern closest to the first pattern among the second small patterns,
The correction unit moves the first pattern and the second pattern in the predetermined direction of the spherical surface so that a periodic third pattern including the first small pattern and the second small pattern is formed. the corrected design of the diffraction grating are arranged along,
The apparatus for designing a diffractive optical element , wherein the first first small pattern and the first second small pattern are arranged at an interval equal to the first period and the second period .
前記設計部によって設計された前記回折格子により第2パターンが形成される位置を、検証する検証部と、
前記第1パターンと前記第2パターンとが形成される位置が調整されるように、前記設計部により設計された前記回折格子の設計を補正する補正部と、
を備え、
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、前記回折格子によって回折されて一曲面に照射された単一波長の光の像により形成され、前記一曲面は、前記回折格子で回折の生じた箇所を中心とする球面であり、
前記第1パターンは、前記回折格子におけるm次光(ただし、mは0以外の正の整数である。)で形成された第1小パターンを含み、前記第1小パターンは前記球面の所定方向に沿って第1周期で周期的に配列され、
前記第2パターンは、前記回折格子における(m+1)次光で形成された第2小パターンを含み、前記第2小パターンは前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期と等しい第2周期で周期的に配列され、
前記第1パターンは、前記第1小パターンと前記第2パターンとの間に位置する第3小パターンを含み、
前記第2パターンは、前記第2小パターンと前記第1パターンとの間に位置する第4小パターンを含み、
前記補正部は、前記第1小パターンと前記第2小パターンと前記第3小パターンと前記第4小パターンとを含む周期的な第3パターンが形成されるように、前記第1パターンと前記第2パターンとを、前記球面の前記所定方向に沿って配列させて前記回折格子の設計を補正し、
前記第3小パターン及び前記第4小パターンは、第5小パターンを形成しており、
前記第1小パターン、前記第5小パターン及び前記第2小パターンは、前記球面の前記所定方向に沿って前記第1周期及び前記第2周期と等しい周期で周期的に配列されている回折光学素子の設計装置。 A design unit for designing a diffraction grating for forming the first pattern;
A verification unit for verifying a position where the second pattern is formed by the diffraction grating designed by the design unit;
A correction unit that corrects the design of the diffraction grating designed by the design unit so that the position where the first pattern and the second pattern are formed is adjusted;
With
The first pattern and the second pattern are formed by an image of light having a single wavelength that is diffracted by the diffraction grating and applied to one curved surface, and the one curved surface is a portion where diffraction occurs in the diffraction grating. A spherical surface at the center,
The first pattern includes a first small pattern formed of m-order light (where m is a positive integer other than 0) in the diffraction grating, and the first small pattern is a predetermined direction of the spherical surface. Periodically arranged in a first period along
The second pattern includes a second small pattern formed of (m + 1) -order light in the diffraction grating, and the second small pattern has a second period equal to the first period along the predetermined direction of the spherical surface. periodically arranged in,
The first pattern includes a third small pattern located between the first small pattern and the second pattern,
The second pattern includes a fourth small pattern located between the second small pattern and the first pattern,
The correction unit includes the first pattern and the second pattern so that a periodic third pattern including the first small pattern, the second small pattern, the third small pattern, and the fourth small pattern is formed. Correcting the design of the diffraction grating by arranging a second pattern along the predetermined direction of the spherical surface ,
The third small pattern and the fourth small pattern form a fifth small pattern,
The diffractive optics in which the first small pattern, the fifth small pattern, and the second small pattern are periodically arranged along the predetermined direction of the spherical surface with a period equal to the first period and the second period. Device design equipment.
前記回折光学素子に単一波長の光を照射する照射部と、
前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射される投影部と、
前記回折光学素子から前記投影部に照射された光のパターンを時間的に連続して撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記光のパターンを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された一の時間における光のパターンが、前記記憶部に記憶された他の時間における光のパターンと異なるかを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記回折光学素子の前記回折格子によって回折された光のパターンが照射された物体の存在、形状または位置を検出する検出部と、
を備える物体の検出装置。 A diffractive part constituted by the diffractive optical element according to any one of claims 1 to 8,
An irradiation unit for irradiating the diffractive optical element with light of a single wavelength;
A projection unit irradiated with a pattern of light diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An imaging unit that continuously images temporally a pattern of light emitted from the diffractive optical element to the projection unit;
A storage unit for storing the light pattern captured by the imaging unit;
A determination unit that determines whether a light pattern at one time stored in the storage unit is different from a light pattern at another time stored in the storage unit;
Based on the determination result of the determination unit, a detection unit that detects the presence, shape, or position of an object irradiated with the light pattern diffracted by the diffraction grating of the diffractive optical element;
An object detection apparatus comprising:
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