Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7618928B2 - Projection equipment - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7618928B2 - Projection equipment - Google Patents

Projection equipment Download PDF

Info

Publication number
JP7618928B2
JP7618928B2 JP2021150556A JP2021150556A JP7618928B2 JP 7618928 B2 JP7618928 B2 JP 7618928B2 JP 2021150556 A JP2021150556 A JP 2021150556A JP 2021150556 A JP2021150556 A JP 2021150556A JP 7618928 B2 JP7618928 B2 JP 7618928B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
diffractive optical
length
projection device
bright spot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021150556A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023043061A (en
Inventor
晃輔 磯野
宏一 田島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2021150556A priority Critical patent/JP7618928B2/en
Priority to CN202211094566.6A priority patent/CN115808837A/en
Publication of JP2023043061A publication Critical patent/JP2023043061A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7618928B2 publication Critical patent/JP7618928B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

本開示は投影装置に関する。 This disclosure relates to a projection device.

光の回折現象を利用し、光を空間的に分岐させる回折光学素子が知られている。回折光学素子は、小型で軽量ながら、レンズやプリズム等の屈折型の光学素子と同様の機能を実現でき、照明や光学計測等の多様な分野で利用されている。 Diffractive optical elements are known that use the diffraction phenomenon of light to spatially branch light. Diffractive optical elements are small and lightweight, yet can achieve the same functions as refractive optical elements such as lenses and prisms, and are used in a variety of fields such as lighting and optical measurement.

また、基本ユニットが二次元方向に周期的に配列されており、入射光を二次元方向に回折させる回折光学素子を用い、投影面に線状パターンを投影する投影装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 A projection device has also been disclosed that uses a diffractive optical element in which basic units are periodically arranged in two dimensions and diffracts incident light in two dimensions to project a linear pattern onto a projection surface (see, for example, Patent Document 1).

国際公開2020/158419号International Publication No. 2020/158419

特許文献1に記載されている投影装置では、回折光学素子に入射される光の直径を小さくするほど、線幅が細い線状パターンが得られる。ここで、線状パターンの線幅とは、線状パターンが延伸する方向とは直交する方向における線状パターンの幅をいう。 In the projection device described in Patent Document 1, the smaller the diameter of the light incident on the diffractive optical element, the thinner the line pattern that is obtained. Here, the line width of the linear pattern refers to the width of the linear pattern in a direction perpendicular to the direction in which the linear pattern extends.

しかしながら、特許文献1に記載されている投影装置では、回折光学素子による回折光によって投影面に生成される複数の輝点同士の間隔や歪曲に伴う輝点の位置ずれは、回折光学素子への入射光の直径が小さいほど大きくなる。そのため、線状パターンの線幅を細くするために回折光学素子への入射光の直径を小さくすると、輝点同士の間隔が大きくなって線状パターンの一部が分裂したり、輝点の位置ずれにより線状パターンの一部が波打ったりして、線状パターンの品質が低下する懸念がある。 However, in the projection device described in Patent Document 1, the spacing between multiple bright spots generated on the projection surface by the diffracted light from the diffractive optical element and the positional shift of the bright spots due to distortion become larger as the diameter of the light incident on the diffractive optical element becomes smaller. Therefore, if the diameter of the light incident on the diffractive optical element is reduced to narrow the line width of the linear pattern, the spacing between the bright spots will become larger, causing parts of the linear pattern to split, or the positional shift of the bright spots will cause parts of the linear pattern to become wavy, raising concerns that the quality of the linear pattern will be reduced.

本開示の一態様は、線幅が細く、かつ品質が良好な線状パターンを投影可能な投影装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present disclosure aims to provide a projection device capable of projecting linear patterns with narrow line widths and good quality.

本開示の一態様に係る投影装置は、平行光を出射する光源と、前記光源における前記平行光が出射される側に配置される回折光学素子と、前記回折光学素子における前記光源とは反対側に配置され、所定の方向に曲率を有するレンズと、を備え、前記レンズは、前記所定の方向に対して垂直な方向に並ぶ複数の輝点を投影面に生成することにより、前記垂直な方向に沿って延伸する線状パターンを前記投影面に投影し、前記垂直な方向に沿った前記輝点の長さは、前記複数の輝点における隣り合う前記輝点同士の前記垂直な方向に沿った間隔以上の長さであり、前記複数の輝点の全ては、前記所定の方向に沿った前記輝点の長さが前記垂直な方向に沿った前記輝点の長さよりも短い。 A projection device according to one aspect of the present disclosure includes a light source that emits parallel light, a diffractive optical element arranged on the side of the light source from which the parallel light is emitted, and a lens arranged on the opposite side of the diffractive optical element from the light source and having a curvature in a predetermined direction, the lens projects a linear pattern extending along the perpendicular direction onto the projection surface by generating a plurality of bright spots arranged in a direction perpendicular to the predetermined direction, the length of the bright spots along the perpendicular direction being equal to or greater than the distance between adjacent bright spots among the plurality of bright spots along the perpendicular direction, and the length of the bright spots along the predetermined direction for all of the plurality of bright spots is shorter than the length of the bright spots along the perpendicular direction.

本開示の一態様によれば、線幅が細く、かつ品質が良好な線状パターンを投影可能な投影装置を提供できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a projection device capable of projecting linear patterns with narrow line widths and good quality.

実施形態に係る投影装置の全体構成を例示する図である。1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a projection device according to an embodiment. 図1の投影装置が備える回折光学素子の構成を例示する平面図である。2 is a plan view illustrating the configuration of a diffractive optical element included in the projection device of FIG. 1 . 図2の回折光学素子における基本ユニットの凹凸パターンの平面図である。3 is a plan view of a concave-convex pattern of a basic unit in the diffractive optical element of FIG. 2. 図2のA-A断面図である。This is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 実施形態に係る線状パターンを例示する模式図である。2A to 2C are schematic views illustrating linear patterns according to the embodiment; 図5における領域Bの拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of region B in FIG. 5 . 投影面における線状パターンの評価領域を説明する図である。11 is a diagram illustrating an evaluation area of a linear pattern on a projection surface. FIG. 図7における領域Cの拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of region C in FIG. 7 . 図8における四隅の領域を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the four corner areas in FIG. 8 . 例1から例5の諸元および評価結果を示す図である。FIG. 1 is a table showing the specifications and evaluation results of Examples 1 to 5. 例1による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。11A and 11B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 1. 例2による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13A and 13B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 2. 例3による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13A and 13B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 3. 例4による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13A and 13B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 4. 例5による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13A and 13B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 5. 例6から例8の諸元および評価結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the specifications and evaluation results of Examples 6 to 8. 例9から例11の諸元および評価結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the specifications and evaluation results of Examples 9 to 11. 例6による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13A and 13B are diagrams illustrating simulation results of a linear pattern according to Example 6. 例7による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of a linear pattern according to Example 7. 例8による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。13 is a diagram illustrating a simulation result of a linear pattern according to Example 8. FIG. 例9による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of a linear pattern according to Example 9. 例10による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of a linear pattern according to Example 10. 例11による線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of a linear pattern according to Example 11.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための投影装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。 Below, the embodiments for implementing the invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the embodiments shown below are merely examples of projection devices for realizing the technical concept of the present embodiment, and are not limited to the following. Note that the size and positional relationship of components shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted as appropriate.

以下に示す図においてx軸、y軸およびz軸により方向を示す場合があるが、y軸に沿うy方向は、投影面内における所定の方向を示す。x軸に沿うx方向は、上記投影面内においてy方向に対して垂直な方向を示す。z軸に沿うz方向は上記投影面に直交する方向を示す。実施形態の用語における平面視とは、実施形態に係る投影装置が備える回折光学素子をz方向から視ることをいう。但し、これらことは、投影装置の使用時における向きを制限するものではなく、投影装置の向きは任意である。 In the figures shown below, directions may be indicated by the x-axis, y-axis, and z-axis, with the y-direction along the y-axis indicating a specific direction within the projection plane. The x-direction along the x-axis indicates a direction perpendicular to the y-direction within the projection plane. The z-direction along the z-axis indicates a direction perpendicular to the projection plane. The planar view in the embodiments refers to viewing the diffractive optical element provided in the projection device according to the embodiment from the z-direction. However, these do not limit the orientation of the projection device when in use, and the orientation of the projection device is arbitrary.

〈実施形態〉
(投影装置1の全体構成例)
図1は、本実施形態に係る投影装置1の全体構成の一例を示す図である。投影装置1は、光源10と、回折光学素子20と、レンズ30と、を備える。
<Embodiment>
(Example of overall configuration of projection device 1)
1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a projection device 1 according to the present embodiment. The projection device 1 includes a light source 10, a diffractive optical element 20, and a lens 30.

光源10は、回折光学素子20に向けて平行光を出射する。本実施形態では、光源10は半導体レーザであり、略平行な光線束であるレーザビームを出射する。略平行とは、厳密な平行を要求するものではなく、一般に誤差と認められる程度の平行からの差異は許容することを意味する。 The light source 10 emits parallel light toward the diffractive optical element 20. In this embodiment, the light source 10 is a semiconductor laser, and emits a laser beam that is a substantially parallel bundle of light rays. "Substantially parallel" does not require strict parallelism, but means that a deviation from parallelism that is generally recognized as an error is acceptable.

光源10が出射するレーザビームの中心軸に直交する面内におけるレーザビームの断面形状は、例えば略円形である。略円形とは、厳密な真円を要求するものではなく、一般に誤差と認められる程度の真円からの差異は許容することを意味する。この場合の「一般に誤差と認められる程度の差異」は、例えばレーザビーム直径の1/10以下の差異である。 The cross-sectional shape of the laser beam in a plane perpendicular to the central axis of the laser beam emitted by the light source 10 is, for example, approximately circular. "Approximately circular" does not require a strict perfect circle, but means that a deviation from a perfect circle that is generally recognized as an error is acceptable. In this case, "a deviation that is generally recognized as an error" is, for example, a difference of 1/10 or less of the laser beam diameter.

光源10が出射する光の波長は、特に制限されないが、例えば、略380nmから略780nmまでの可視光領域や、略800nmから略1200nmまでの近赤外領域の波長を使用できる。光源10は半導体レーザに限定されるものではなく、LED(Light Emitting Diode)等を用いてもよい。 The wavelength of the light emitted by the light source 10 is not particularly limited, but for example, a wavelength in the visible light region from approximately 380 nm to approximately 780 nm or a wavelength in the near infrared region from approximately 800 nm to approximately 1200 nm can be used. The light source 10 is not limited to a semiconductor laser, and an LED (Light Emitting Diode) or the like may also be used.

回折光学素子20は、光源10における平行光が出射される側に配置される光学素子である。回折光学素子20は、投影面S上において二次元アレイ状に並ぶ複数の輝点を生成可能に、光源10から入射した平行なレーザビームを二次元方向に回折させ、複数の平行なレーザビームをレンズ30に向けて出射する。 The diffractive optical element 20 is an optical element arranged on the side of the light source 10 where the parallel light is emitted. The diffractive optical element 20 diffracts the parallel laser beam incident from the light source 10 in two-dimensional directions so as to generate multiple bright spots arranged in a two-dimensional array on the projection surface S, and emits multiple parallel laser beams toward the lens 30.

レンズ30は、回折光学素子20における光源10とは反対側に配置され、所定の方向に曲率を有するレンズである。本実施形態では、レンズ30は、y方向に曲率を有し、x方向に曲率を有さないシリンドリカルレンズである。レンズ30は、y方向にのみ屈折力(レンズパワー)を有する。y方向は、所定の方向に対応し、x方向は、所定の方向に対して垂直な方向に対応する。 The lens 30 is disposed on the opposite side of the diffractive optical element 20 from the light source 10, and is a lens that has a curvature in a predetermined direction. In this embodiment, the lens 30 is a cylindrical lens that has a curvature in the y direction and no curvature in the x direction. The lens 30 has refractive power (lens power) only in the y direction. The y direction corresponds to the predetermined direction, and the x direction corresponds to the direction perpendicular to the predetermined direction.

レンズ30は、平凸、両凸またはメニスカスの何れのシリンドリカルレンズであってもよい。また複数のレンズやプリズム等の光学素子を組合せて、y方向に曲率を有するレンズ30を構成することもできる。 Lens 30 may be a plano-convex, biconvex, or meniscus cylindrical lens. Lens 30 having a curvature in the y direction may also be constructed by combining multiple lenses, prisms, or other optical elements.

レンズ30は、回折光学素子20から出射された平行なレーザビームを入射して集束光を出射する。レンズ30は、収差を抑制する観点では、曲率が大きい面が光源10側を向くように配置されることが好ましい。 The lens 30 receives the parallel laser beam emitted from the diffractive optical element 20 and emits focused light. From the viewpoint of suppressing aberration, it is preferable that the lens 30 is arranged so that the surface with the larger curvature faces the light source 10.

レンズ30は、回折光学素子20により回折された複数のレーザビームそれぞれがy方向に集束された複数の輝点を投影面Sに投影する。換言すると、レンズ30は、x方向に並ぶ複数の輝点を投影面Sに生成することにより、x方向に沿って延伸する線状パターンを投影面Sに投影できる。 The lens 30 projects multiple bright spots on the projection surface S, which are formed by converging multiple laser beams diffracted by the diffractive optical element 20 in the y direction. In other words, the lens 30 can project a linear pattern extending along the x direction on the projection surface S by generating multiple bright spots aligned in the x direction on the projection surface S.

図1では、y方向に沿って並ぶ3本の線状パターンLを例示するが、y方向に並ぶ線状パターンLの本数に特段の制限はなく、1本であってもよいし、2本以上の任意の数であってもよい。 In FIG. 1, three linear patterns L arranged along the y direction are illustrated as an example, but there is no particular limit to the number of linear patterns L arranged along the y direction, and the number may be one, or any number of two or more.

投影面Sは、典型的にはスクリーンであるが、これに限定されるものではなく、例えば建物の壁面等であってもよいし、空間内における仮想的な平面であってもよい。 The projection surface S is typically a screen, but is not limited to this and may be, for example, the wall of a building, or a virtual plane in space.

(回折光学素子20の構成例)
図2から図4を参照して、回折光学素子20の構成を説明する。図2は、回折光学素子20の構成を例示する平面図である。図3は、回折光学素子20における基本ユニット21の凹凸パターンを例示する平面図である。図4は、図2のA-A断面図である。
(Configuration Example of Diffractive Optical Element 20)
The configuration of the diffractive optical element 20 will be described with reference to Fig. 2 to Fig. 4. Fig. 2 is a plan view illustrating the configuration of the diffractive optical element 20. Fig. 3 is a plan view illustrating the concave-convex pattern of the basic unit 21 in the diffractive optical element 20. Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 2.

図2に示すように、回折光学素子20は、x方向およびy方向それぞれに沿って二次元状に周期的に並んでいる複数の基本ユニット21を備えている。複数の基本ユニット21は、x方向にピッチPxで並んでおり、y方向にピッチPyで並んでいる。ここで、ピッチとは、隣り合う基本ユニット21の中心同士の間の距離をいう。図2では隣り合う基本ユニット21は、隙間を空けずに並んでいるため、ピッチPxは、x方向における基本ユニット21の長さに一致し、ピッチPyはy方向における基本ユニット21の長さに一致する。また本実施形態では、光源10が出射するレーザビームの直径はピッチPxより大きい。なお、線幅LWの仕様値をLTとすると、レーザビームの直径Rは線数Lnによらず、次の(1)式および(2)式を満足する。
R≧√(Px+Py) ・・・ (1)
R≧(4×λ×f) / (π×LT) ・・・ (2)
As shown in FIG. 2, the diffractive optical element 20 includes a plurality of basic units 21 that are periodically arranged two-dimensionally along each of the x and y directions. The plurality of basic units 21 are arranged at a pitch Px in the x direction and at a pitch Py in the y direction. Here, the pitch refers to the distance between the centers of adjacent basic units 21. In FIG. 2, the adjacent basic units 21 are arranged without a gap, so that the pitch Px coincides with the length of the basic unit 21 in the x direction, and the pitch Py coincides with the length of the basic unit 21 in the y direction. In this embodiment, the diameter of the laser beam emitted by the light source 10 is larger than the pitch Px. Note that, when the specification value of the line width LW is LT, the diameter R of the laser beam satisfies the following formulas (1) and (2) regardless of the number of lines Ln.
R≧√(Px 2 + Py 2 ) ... (1)
R≧(4×λ×f) / (π×LT) ... (2)

図3に示すように、基本ユニット21は、二値の位相分布として、凹凸パターンの周期構造を備える。複数の基本ユニット21は、それぞれが同じ凹凸パターンの周期構造を備える。図3において黒く塗りつぶされた領域は凸部を示し、白抜きの領域は凹部を示している。基本ユニット21が備える凹凸パターンは、光源10から入射する平行光を二次元方向に回折させる。 As shown in FIG. 3, the basic unit 21 has a periodic structure of a concave-convex pattern as a binary phase distribution. Each of the basic units 21 has the same periodic structure of a concave-convex pattern. In FIG. 3, the black filled areas indicate convex portions, and the white areas indicate concave portions. The concave-convex pattern of the basic unit 21 diffracts the parallel light incident from the light source 10 in two-dimensional directions.

図4に示すように、回折光学素子20は、ガラス等からなる透光性部材22と、透光性部材22の表面に形成された凸部23と、を備える。回折光学素子20では、透光性部材22の表面において、凸部23の形成されていない領域が凹部24となる。凸部23および凹部24は、透光性部材22上において凹凸パターン層25を構成する。凸部23は、ガラスまたは樹脂等の材料を含んで構成できる。 As shown in FIG. 4, the diffractive optical element 20 includes a light-transmitting member 22 made of glass or the like, and convex portions 23 formed on the surface of the light-transmitting member 22. In the diffractive optical element 20, the areas on the surface of the light-transmitting member 22 where the convex portions 23 are not formed become concave portions 24. The convex portions 23 and the concave portions 24 form an uneven pattern layer 25 on the light-transmitting member 22. The convex portions 23 can be made of a material such as glass or resin.

透光性部材22は、入射光に対し透光性があれば、ガラスの他、樹脂等の種々の材料を適用できる。ガラスや石英等の光学的等方材料を用いると、これらは複屈折性を有さないため、投影装置1により投影される線状パターンLの品質を良好にする観点ではより好ましい。透光性部材22に例えば、空気との界面に多層膜による反射防止膜等を形成すると、透光性部材22による光反射を低減できるため好ましい。 The light-transmitting member 22 can be made of various materials such as glass and resin, as long as they are transparent to the incident light. The use of optically isotropic materials such as glass and quartz is more preferable from the viewpoint of improving the quality of the linear pattern L projected by the projection device 1, since these materials do not have birefringence. For example, it is preferable to form an anti-reflection film made of a multilayer film on the interface between the light-transmitting member 22 and the air, since this can reduce light reflection by the light-transmitting member 22.

図4では、透光性部材22の片面に凹凸パターンが形成された構成を例示したが、回折光学素子20は、透光性部材22の両面に凹凸パターンが形成されてもよい。回折光学素子20の基本ユニット21における位相分布は、入射光に位相差を与えることができれば、凹凸パターンによるものに限定されず、屈折率が二次元的に変化するものであってもよい。 In FIG. 4, a configuration in which an uneven pattern is formed on one side of the light-transmitting member 22 is illustrated, but the diffractive optical element 20 may have an uneven pattern formed on both sides of the light-transmitting member 22. The phase distribution in the basic unit 21 of the diffractive optical element 20 is not limited to one based on an uneven pattern, and may have a refractive index that changes two-dimensionally, as long as it can impart a phase difference to the incident light.

回折光学素子20における基本ユニット21の個数は整数である必要はなく、例えば、凹凸パターンを有さない周辺部等の領域と凹凸パターンを有する領域との境界が、基本ユニット21の境界と必ずしも一致していなくてもよい。 The number of basic units 21 in the diffractive optical element 20 does not need to be an integer, and for example, the boundary between an area, such as the periphery, that does not have a concave-convex pattern and an area that has a concave-convex pattern does not necessarily need to coincide with the boundary of the basic units 21.

図2および図3では、回折光学素子20の平面部と投影面Sとが略平行である構成を例示したが、両者は必ずしも略平行でなくてもよく、傾いていてもよい。 2 and 3 show an example of a configuration in which the planar portion of the diffractive optical element 20 and the projection surface S are approximately parallel, but they do not necessarily have to be approximately parallel and may be tilted.

(線状パターンLの一例)
図5は、線状パターンLを例示する模式図である。図6は、図5における領域Bの拡大図である。
(An example of the linear pattern L)
Fig. 5 is a schematic diagram illustrating the linear pattern L. Fig. 6 is an enlarged view of a region B in Fig. 5 .

図5において、回折広がり角θxおよびθyは、回折光学素子20により回折された複数のレーザビーム全体の広がり角を表す。回折広がり角θxはx方向、回折広がり角θyはy方向それぞれにおける広がり角である。 In FIG. 5, the diffraction divergence angles θx and θy represent the divergence angles of the entire laser beams diffracted by the diffractive optical element 20. The diffraction divergence angle θx is the divergence angle in the x direction, and the diffraction divergence angle θy is the divergence angle in the y direction.

レンズ距離ZLは、回折光学素子20における光源10側の面と、レンズ30の主点(光学的な中心)と、の間の距離を表す。投影距離ZSは、回折光学素子20における光源10側の面と、投影面Sと、の間の距離を表す。 The lens distance ZL represents the distance between the surface of the diffractive optical element 20 facing the light source 10 and the principal point (optical center) of the lens 30. The projection distance ZS represents the distance between the surface of the diffractive optical element 20 facing the light source 10 and the projection surface S.

図6に示すように、線状パターンLは、x方向に並ぶ複数の輝点Lsから構成される。輝点Lsは、回折光学素子20により回折された複数のレーザビームにおける各レーザビームによって生成される。レーザビームの中心軸に直交する面内における輝点Lsの断面形状は、レンズ30によりy方向に集束されることによって、y方向を短軸とする略楕円形になる。 As shown in FIG. 6, the linear pattern L is composed of multiple bright spots Ls arranged in the x direction. The bright spots Ls are generated by each of the multiple laser beams diffracted by the diffractive optical element 20. The cross-sectional shape of the bright spots Ls in a plane perpendicular to the central axis of the laser beam becomes a substantially elliptical shape with the y direction as the minor axis by being focused in the y direction by the lens 30.

図6において、輝点長さQxは、複数の輝点Lsそれぞれのx方向に沿った長さを表す。輝点長さQyは、複数の輝点Lsそれぞれのy方向に沿った長さを表す。輝点長さQxは輝点Lsを構成する楕円の長軸長さ、輝点長さQyは該楕円の短軸長さにそれぞれ対応する。輝点間隔VxおよびVyは、複数の輝点Lsにおける隣り合う輝点の中心同士の間の距離を表す。輝点間隔Vxはx方向、輝点間隔Vyはy方向それぞれにおける輝点間隔を表す。 In FIG. 6, bright spot length Qx represents the length of each of the multiple bright spots Ls along the x direction. Bright spot length Qy represents the length of each of the multiple bright spots Ls along the y direction. Bright spot length Qx corresponds to the major axis length of the ellipse that constitutes the bright spot Ls, and bright spot length Qy corresponds to the minor axis length of the ellipse. Bright spot intervals Vx and Vy represent the distance between the centers of adjacent bright spots in the multiple bright spots Ls. Bright spot interval Vx represents the bright spot interval in the x direction, and bright spot interval Vy represents the bright spot interval in the y direction.

本実施形態では、輝点長さQxは輝点間隔Vxよりも長く、複数の輝点Lsの全ては、輝点長さQyが輝点長さQxよりも短い。投影装置1は、このような輝点Lsがx方向に沿って並ぶように、複数の輝点Lsを投影面Sに生成することにより、x方向に沿って延伸する線状パターンLを投影面Sに投影する。複数の輝点Lsの全てにおいて、輝点長さQyと輝点長さQxは以下(3)式の関係を満たす。
Qy≦Qx×{π×(LT)} / (4×λ×f) ・・・ (3)
In this embodiment, the bright spot length Qx is longer than the bright spot interval Vx, and all of the multiple bright spots Ls have a bright spot length Qy shorter than the bright spot length Qx. The projection device 1 generates multiple bright spots Ls on the projection surface S such that the bright spots Ls are aligned along the x direction, thereby projecting a linear pattern L extending along the x direction onto the projection surface S. For all of the multiple bright spots Ls, the bright spot length Qy and the bright spot length Qx satisfy the relationship of the following formula (3).
Qy≦Qx×{π×(LT 2 )} / (4×λ×f) ... (3)

歪みεは、1つの線状パターンLに含まれる複数の輝点Lsのうち、y方向において最も低い(y軸負側)位置にある輝点Lsの中心と、y方向において最も高い(y軸正側)位置にある輝点Lsの中心と、の間の距離をいう。なお、y軸正側とはy軸を示す矢印が向く方向をいい、y軸負側とはy軸を示す矢印が向く方向とは反対側の方向をいう。 The distortion ε refers to the distance between the center of the bright spot Ls located lowest in the y direction (negative side of the y axis) and the center of the bright spot Ls located highest in the y direction (positive side of the y axis) among the multiple bright spots Ls included in one linear pattern L. Note that the positive side of the y axis refers to the direction in which the arrow indicating the y axis points, and the negative side of the y axis refers to the direction opposite to the direction in which the arrow indicating the y axis points.

ここで、回折光学素子20の中心軸と、投影面Sの中心軸と、が略一致した状態において投影面S上に生成される複数の輝点Lsは、投影面Sにおける四隅に近い位置に生成されるものほど位置ずれが大きくなる場合がある。この位置ずれは、回折光学素子20による回折光の歪曲によって生じる。図6は、複数の輝点Lsのうち、糸巻き型の歪曲により位置ずれした輝点Lsを示している。歪みεは、このような歪曲による位置ずれ量を示す値である。 Here, when the central axis of the diffractive optical element 20 and the central axis of the projection surface S are approximately aligned, the multiple bright spots Ls generated on the projection surface S may have a greater positional deviation the closer they are to the four corners of the projection surface S. This positional deviation occurs due to the distortion of diffracted light by the diffractive optical element 20. Figure 6 shows the multiple bright spots Ls that have been displaced due to pincushion distortion. The distortion ε is a value that indicates the amount of positional deviation due to such distortion.

線幅LWは、線状パターンLのy方向に沿った幅を表す。本実施形態では、輝点長さQyと歪みεとの和を線幅LWとした。 The line width LW represents the width of the linear pattern L along the y direction. In this embodiment, the line width LW is the sum of the bright spot length Qy and the distortion ε.

〈実施例、比較例〉
以下、実施例、比較例について説明するが、本発明は、これらの例に何ら限定されない。なお、例1は実施例、例2から例5は比較例、例6から例11は実施例である。
Examples and Comparative Examples
Examples and Comparative Examples will be described below, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 is an Example, Examples 2 to 5 are Comparative Examples, and Examples 6 to 11 are Examples.

(評価方法)
表1は、実施例、比較例における投影装置の主な仕様値を示す表である。表1において、波長λは光源10が出射する平行光の波長を表し、線数Lnは投影面Sに投影される線状パターンLの本数を表す。
(Evaluation Method)
Table 1 shows the main specifications of the projection devices in the examples and the comparative examples. In Table 1, the wavelength λ represents the wavelength of the parallel light emitted by the light source 10, and the number of lines Ln represents the number of linear patterns L projected onto the projection surface S.

Figure 0007618928000001
Figure 0007618928000001

実施例、比較例において、表1に示した仕様値を満足する回折光学素子20をシミュレーションにより設計し、設計した回折光学素子20を用いて投影される線状パターンLをシミュレーションにより求めて評価した。 In the examples and comparative examples, a diffractive optical element 20 that satisfies the specification values shown in Table 1 was designed by simulation, and the linear pattern L projected using the designed diffractive optical element 20 was determined by simulation and evaluated.

回折光学素子20の設計および線状パターン評価のシミュレーションでは、フーリエ変換と逆フーリエ変換を繰り返す反復フーリエ変換法(IFTA:Iterative Fourier Transform Algorithm)と、光線追跡法と、を用いた。 In the design of the diffractive optical element 20 and the simulation for evaluating the linear pattern, the iterative Fourier transform algorithm (IFTA), which repeats Fourier transform and inverse Fourier transform, and the ray tracing method were used.

(投影面S上での線状パターンLの評価領域)
図7は、実施例、比較例における投影面S上での線状パターンLの評価領域を説明する図である。図8は、図7における領域Cの拡大図である。図9は、図8における四隅の領域を示す図である。
(Evaluation area of linear pattern L on projection surface S)
Fig. 7 is a diagram for explaining an evaluation region of a linear pattern L on a projection surface S in an example and a comparative example. Fig. 8 is an enlarged view of a region C in Fig. 7. Fig. 9 is a diagram showing the four corner regions in Fig. 8.

線状パターンLの評価では、図7に示すように、x座標およびy座標により投影面Sを表し、互いに略平行な10本の線状パターンLが投影面Sに投影されるものとした。投影面Sの長さは、x方向において600.0mm、y方向において440.0mmとした。領域Cは、投影面Sにおける第1象限に該当する領域である。 In the evaluation of the linear pattern L, as shown in FIG. 7, the projection surface S was represented by x and y coordinates, and ten linear patterns L that were approximately parallel to each other were projected onto the projection surface S. The length of the projection surface S was 600.0 mm in the x direction and 440.0 mm in the y direction. Area C is the area that corresponds to the first quadrant on the projection surface S.

図8に示すように、領域Cには、10本の線状パターンのうち、線状パターンL1から線状パターンL5までの5本が含まれるものとした。領域Cの大きさは、x方向において300.0mm、y方向において220.0mmとした。 As shown in FIG. 8, area C includes five of the ten linear patterns, linear pattern L1 to linear pattern L5. The size of area C was 300.0 mm in the x direction and 220.0 mm in the y direction.

図9に示すように、実施例、比較例においては、領域Cにおける四隅の領域D1、D2、D3およびD4を評価領域とし、評価領域に含まれる線状パターンL1およびL5を評価した。 As shown in FIG. 9, in the examples and comparative examples, the areas D1, D2, D3, and D4 at the four corners of area C were used as evaluation areas, and the linear patterns L1 and L5 included in the evaluation areas were evaluated.

(評価結果)
図10は、例1から例5の諸元と評価結果の一覧を示す図である。図11から図15は、線状パターンLのシミュレーション結果を示す図である。
(Evaluation Results)
Fig. 10 is a diagram showing a list of specifications and evaluation results of Examples 1 to 5. Figs. 11 to 15 are diagrams showing simulation results of the linear pattern L.

図10における各例の構成を示す図には、例ごとの違いを示すため、便宜的に主要な構成部のみを示した。輝点間隔Vx、輝点間隔Vy、歪みεおよび線幅LWは、1つの線状パターンL内において変動するが、図10ではそれぞれの最大値を示した。この点は、以下に示す図16および図17においても同様である。 In the diagram showing the configuration of each example in Figure 10, only the main components are shown for convenience in order to show the differences between the examples. The bright spot interval Vx, bright spot interval Vy, distortion ε, and line width LW vary within one linear pattern L, but Figure 10 shows the maximum values for each. This also applies to Figures 16 and 17 shown below.

図11から図15では、領域D1は、x座標が0.0mmから40.0mmの領域を示し、領域D2は、x座標が260.0mmから300.0mmの領域を示す。また、領域D3は、x座標が0.0mmから40.0mmの領域を示し、領域D4は、x座標が260.0mmから300.0mmの領域を示す。 In Figures 11 to 15, region D1 indicates the region where the x-coordinate is 0.0 mm to 40.0 mm, and region D2 indicates the region where the x-coordinate is 260.0 mm to 300.0 mm. Region D3 indicates the region where the x-coordinate is 0.0 mm to 40.0 mm, and region D4 indicates the region where the x-coordinate is 260.0 mm to 300.0 mm.

<例1>
図10に示すように、例1に係る投影装置1は、図1に示したものと同様に、回折光学素子20と、y方向のみに曲率を有するレンズ30と、を備える構成とし、入射ビーム径φを7200.0μmとした。
<Example 1>
As shown in Figure 10, the projection device 1 of Example 1 is configured to include a diffractive optical element 20 and a lens 30 having a curvature only in the y direction, similar to that shown in Figure 1, and the incident beam diameter φ is 7200.0 μm.

例1では、回折光学素子20における凹凸パターン層25の構成や、ピッチPxおよびPy、レンズ距離ZL、焦点距離f等を最適化した結果、歪みεは63.0μm以下となり、線幅LWは98.0μm以下となった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/205となった。なお、回折光学素子20による回折光がレンズ30に全て入射するようなレンズ距離ZLでは、ZL=ZS-fが必ず成り立つ。 In Example 1, the configuration of the uneven pattern layer 25 in the diffractive optical element 20, the pitches Px and Py, the lens distance ZL, the focal length f, etc. were optimized, resulting in a distortion ε of 63.0 μm or less and a line width LW of 98.0 μm or less. The bright spot length Qy was 1/205 of the bright spot length Qx. Note that at a lens distance ZL such that all of the diffracted light by the diffractive optical element 20 is incident on the lens 30, ZL=ZS-f always holds.

図11に示すように、領域D1から領域D4の各領域において、分裂や歪みを抑制し、品質が良好な線状パターンLが得られた。ここで、線状パターンLの分裂とは、線状パターンLが複数の独立した部分に分かれることをいう。 As shown in FIG. 11, in each of the regions D1 to D4, splitting and distortion were suppressed, and a linear pattern L of good quality was obtained. Here, splitting of the linear pattern L means that the linear pattern L is divided into multiple independent parts.

<例2>
図10に示すように、例2に係る投影装置1X2は、回折光学素子20X2を備え、レンズを備えない構成とし、入射ビーム径φを100.0μmとした。歪みεは4053.0μm以下となり、線幅LWは4153.0μm以下となった。輝点長さQyは、輝点長さQxと等しくなった。
<Example 2>
As shown in Fig. 10, the projection device 1X2 according to Example 2 includes a diffractive optical element 20X2 and does not include a lens, and the incident beam diameter φ is 100.0 μm. The distortion ε is 4053.0 μm or less, and the line width LW is 4153.0 μm or less. The bright spot length Qy is equal to the bright spot length Qx.

図12に示すように、各領域の線状パターンLは、複数の点状の輝点Lsに分裂したものとなった。輝点長さQxおよびQyは100.0μmとなったが、領域D2のように歪みεによる輝点Lsの位置ずれが大きくなった結果、線幅LWは例1と比較して太くなった。 As shown in FIG. 12, the linear pattern L in each region was split into multiple point-like bright spots Ls. The bright spot lengths Qx and Qy were 100.0 μm, but as in region D2, the positional deviation of the bright spots Ls due to the strain ε became large, and as a result, the line width LW became thicker than in Example 1.

<例3>
図10に示すように、例3に係る投影装置1X3は、回折光学素子20X3を備え、レンズを備えない構成とし、入射ビーム径φを800.0μmとした。歪みεは546.0μm以下となり、線幅LWは1346.0μm以下となった。輝点長さQyは、輝点長さQxと等しくなった。
<Example 3>
As shown in Fig. 10, the projection device 1X3 according to Example 3 includes a diffractive optical element 20X3 and does not include a lens, and the incident beam diameter φ is 800.0 μm. The distortion ε is 546.0 μm or less, and the line width LW is 1346.0 μm or less. The bright spot length Qy is equal to the bright spot length Qx.

図13に示すように、各領域の線状パターンLにおいて、分裂はみられないが、波打つような位置ずれが大きくなった。また入射ビーム径φを大きくしたことに応じて線状パターンLが全体的に、例1と比較して太くなった。 As shown in Figure 13, no splitting was observed in the linear pattern L in each region, but the wavy positional deviation became larger. In addition, the linear pattern L became thicker overall compared to Example 1 in response to the increase in the incident beam diameter φ.

<例4>
図10に示すように、例4に係る投影装置1X4は、回折光学素子20X4と、x方向のみに曲率を有するレンズ30X4を備える構成とし、入射ビーム径φを100.0μmとした。歪みεは3762.0μm以下となり、線幅LWは3862.0μm以下となった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/100となった。
<Example 4>
As shown in Fig. 10, the projection device 1X4 according to Example 4 includes a diffractive optical element 20X4 and a lens 30X4 having a curvature only in the x-direction, and the incident beam diameter φ is 100.0 μm. The distortion ε is 3762.0 μm or less, and the line width LW is 3862.0 μm or less. The bright spot length Qy is 1/100 of the bright spot length Qx.

図14に示すように、領域D2の線状パターンLにおいて、大きな位置ずれと分裂が生じた。個々の線状パターンL自体は細くなったが、位置ずれが大きくなった結果、線幅LWは例1と比較して太くなった。 As shown in FIG. 14, a large displacement and split occurred in the linear pattern L in region D2. Although the individual linear patterns L themselves became thinner, the large displacement resulted in a thicker line width LW compared to Example 1.

<例5>
図10に示すように、例5に係る投影装置1X5は、x方向のみに曲率を有するレンズ30X5と、レンズ30X5の投影面S側に配置された回折光学素子20X5と、を備える構成とし、入射ビーム径φを100.0μmとした。歪みεは3882.0μm以下となり、線幅LWは3982.0μm以下となった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/102となった。
<Example 5>
As shown in Fig. 10, the projection device 1X5 according to Example 5 includes a lens 30X5 having a curvature only in the x direction and a diffractive optical element 20X5 arranged on the projection surface S side of the lens 30X5, and the incident beam diameter φ is 100.0 μm. The distortion ε is 3882.0 μm or less, and the line width LW is 3982.0 μm or less. The bright spot length Qy is 1/102 of the bright spot length Qx.

図15に示すように、領域D2の線状パターンLにおいて、大きな位置ずれと分裂が生じた。個々の線状パターンL自体は細くなったが、輝点Lsの位置ずれが大きくなった結果、線幅LWは例1と比較して太くなった。 As shown in FIG. 15, a large positional shift and split occurred in the linear pattern L in region D2. Although the individual linear patterns L themselves became thinner, the positional shift of the bright spots Ls became larger, resulting in a thicker line width LW compared to Example 1.

以上の結果から、例1から例5の中では、例1に係る投影装置1の構成が、線幅LWが細く、かつ品質が良好な線状パターンLを投影するためには、より好適であることが分かった。 From the above results, it was found that, among Examples 1 to 5, the configuration of the projection device 1 in Example 1 is more suitable for projecting a linear pattern L having a narrow line width LW and good quality.

次に、例6から例11について説明する。例6から例11では、例1に係る投影装置1と同様に、回折光学素子20と、y方向のみに曲率を有するレンズ30と、を備える構成とし、各諸元の数値を例1に対して変更した。 Next, examples 6 to 11 will be described. In examples 6 to 11, similar to the projection device 1 in example 1, a diffractive optical element 20 and a lens 30 having a curvature only in the y direction are provided, and the values of each parameter are changed from those in example 1.

図16は、例6から例8の諸元および評価結果を示す図である。図17は、例9から例11の諸元および評価結果を示す図である。図18から図23は、線状パターンのシミュレーション結果を例示する図である。図18は例6、図19は例7、図20は例8、図21は例9、図22は例10、図23は例11の結果をそれぞれ示している。 Figure 16 is a diagram showing the specifications and evaluation results of Examples 6 to 8. Figure 17 is a diagram showing the specifications and evaluation results of Examples 9 to 11. Figures 18 to 23 are diagrams illustrating simulation results of linear patterns. Figure 18 shows the results of Example 6, Figure 19 shows the results of Example 7, Figure 20 shows the results of Example 8, Figure 21 shows the results of Example 9, Figure 22 shows the results of Example 10, and Figure 23 shows the results of Example 11.

図18から図23では、領域D1は、x座標が0.0mmから40.0mmの領域を示し、領域D3は、x座標が0.0mmから40.0mmの領域を示している。 In Figures 18 to 23, region D1 indicates the region where the x coordinate is from 0.0 mm to 40.0 mm, and region D3 indicates the region where the x coordinate is from 0.0 mm to 40.0 mm.

図18、図19および図22では、領域D2は、x座標が260.0mmから300.0mmの領域を示し、領域D4は、x座標が260.0mmから300.0mmの領域を示している。 In Figures 18, 19, and 22, region D2 indicates the region with x-coordinates between 260.0 mm and 300.0 mm, and region D4 indicates the region with x-coordinates between 260.0 mm and 300.0 mm.

図20では、領域D2は、x座標が300.0mmから340.0mmの領域を示し、領域D4は、x座標が300.0mmから340.0mmの領域を示している。 In FIG. 20, area D2 indicates the area where the x coordinate is from 300.0 mm to 340.0 mm, and area D4 indicates the area where the x coordinate is from 300.0 mm to 340.0 mm.

図21では、領域D2は、x座標が110.0mmから150.0mmの領域を示し、領域D4は、x座標が110.0mmから150.0mmの領域を示している。 In FIG. 21, area D2 indicates the area with x-coordinates from 110.0 mm to 150.0 mm, and area D4 indicates the area with x-coordinates from 110.0 mm to 150.0 mm.

図23では、領域D2は、x座標が130.0mmから170.0mmの領域における線状パターンL5を示し、領域D4は、x座標が130.0mmから170.0mmの領域における線状パターンL1を示している。 In FIG. 23, area D2 shows linear pattern L5 in the area where the x coordinate is from 130.0 mm to 170.0 mm, and area D4 shows linear pattern L1 in the area where the x coordinate is from 130.0 mm to 170.0 mm.

<例6>
図16に示すように、例6では、例1に対して線数Lnを20本に変更した。図16および図18に示すように、例6では、歪みεや線幅LWは例1に対して変化しなかった。
<Example 6>
16, in Example 6, the number of lines Ln was changed to 20 in Example 1. As shown in FIGS. 16 and 18, in Example 6, the distortion ε and line width LW did not change compared to Example 1.

<例7>
図16に示すように、例7では、回折光学素子20における基本ユニットのピッチPxおよびPyを例1に対して変更した。例7では、線幅LWを例1から約2倍になるよう変更した結果、入射ビーム径が変更になり、ピッチPxおよびPyも変更になった。歪みεは127.0μm、線幅LWは198.0μmとなり、例1に対して太くなった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/51となった。図19に示すように、各評価領域における線状パターンLには分裂や歪みがみられず、品質が良好な線状パターンLが得られた。
<Example 7>
As shown in Fig. 16, in Example 7, the pitches Px and Py of the basic units in the diffractive optical element 20 were changed from those in Example 1. In Example 7, the line width LW was changed to be about twice that of Example 1, resulting in a change in the incident beam diameter and a change in the pitches Px and Py. The distortion ε was 127.0 μm and the line width LW was 198.0 μm, which were thicker than those in Example 1. The bright spot length Qy was 1/51 of the bright spot length Qx. As shown in Fig. 19, no splitting or distortion was observed in the linear pattern L in each evaluation area, and a linear pattern L of good quality was obtained.

<例8>
図16に示すように、例8では、例1に対して、入射ビーム径φを8000.0μmに変更し、かつ回折光学素子20における基本ユニットのピッチPxおよびPyと、回折広がり角θxおよびθyを変更した。例8では、回折拡がり角θxおよびθyを例1から変更した結果、入射ビーム径が変更になり、ピッチPxおよびPyも変更になった。歪みεは68.0μm、線幅LWは100.0μmとなり、例1に対してほぼ同程度になった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/250となった。図20に示すように、各評価領域において、分裂や歪みがみられず、品質が良好な線状パターンLが得られた。
<Example 8>
As shown in FIG. 16, in Example 8, the incident beam diameter φ was changed to 8000.0 μm, and the pitches Px and Py of the basic units in the diffractive optical element 20 and the diffraction divergence angles θx and θy were changed. In Example 8, the diffraction divergence angles θx and θy were changed from those in Example 1, resulting in a change in the incident beam diameter and a change in the pitches Px and Py. The distortion ε was 68.0 μm, and the line width LW was 100.0 μm, which were almost the same as those in Example 1. The bright spot length Qy was 1/250 of the bright spot length Qx. As shown in FIG. 20, no splitting or distortion was observed in each evaluation area, and a linear pattern L of good quality was obtained.

<例9>
図16に示すように、例9では、例1に対して、入射ビーム径φを3600.0μmに変更し、かつ回折光学素子20における基本ユニットのピッチPxおよびPyと、レンズ30の焦点距離fを変更した。例9では、投影距離ZSを例1から変更した結果、焦点距離fが変更になり、入射ビーム径とピッチPxおよびPyも変更になった。歪みεは63.0μm、線幅LWは98.0μmとなり、例1に対してほぼ同程度になった。図21に示すように、各評価領域において、線状パターンLに多少の強度変動はみられるものの、分裂や歪みがみられず、品質が良好な線状パターンLが得られた。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/103となった。
<Example 9>
As shown in FIG. 16, in Example 9, the incident beam diameter φ was changed to 3600.0 μm, and the pitches Px and Py of the basic units in the diffractive optical element 20 and the focal length f of the lens 30 were changed compared to Example 1. In Example 9, the projection distance ZS was changed from Example 1, resulting in a change in the focal length f, and the incident beam diameter and pitches Px and Py were also changed. The distortion ε was 63.0 μm, and the line width LW was 98.0 μm, which was almost the same as Example 1. As shown in FIG. 21, in each evaluation region, although some intensity fluctuation was observed in the linear pattern L, no splitting or distortion was observed, and a linear pattern L of good quality was obtained. The bright spot length Qy was 1/103 of the bright spot length Qx.

<例10>
図16に示すように、例10では、例1に対して、波長λを850.0nmに、入射ビーム径φを15200.0μmにそれぞれ変更し、かつ回折光学素子20における基本ユニットのピッチPxおよびPyを変更した。例10では、波長λを例1から変更した結果、入射ビーム径が変更になり、ピッチPxおよびPyも変更になった。歪みεは64.0μm、線幅LWは99.0μmとなり、例1に対してほぼ同程度になった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/434となった。図22に示すように、各評価領域において、分裂や歪みがみられず、品質が良好な線状パターンLが得られた。
<Example 10>
As shown in FIG. 16, in Example 10, the wavelength λ was changed to 850.0 nm, the incident beam diameter φ was changed to 15200.0 μm, and the pitches Px and Py of the basic units in the diffractive optical element 20 were changed, compared to Example 1. In Example 10, the wavelength λ was changed from Example 1, resulting in a change in the incident beam diameter, and the pitches Px and Py were also changed. The distortion ε was 64.0 μm, and the line width LW was 99.0 μm, which were almost the same as those in Example 1. The bright spot length Qy was 1/434 of the bright spot length Qx. As shown in FIG. 22, no splitting or distortion was observed in each evaluation area, and a linear pattern L of good quality was obtained.

<例11>
図16に示すように、例11では、例1に対して、波長λを850.0nmに、入射ビーム径φを4200.0μmにそれぞれ変更し、かつ回折光学素子20における基本ユニットのピッチPxおよびPyと、回折広がり角θxおよびθyを変更した。例11では、上記の例6から例10において変更した個所全てを例1から変更した結果、焦点距離fが変更になり、入射ビーム径とピッチPxおよびPyも変更になった。歪みεは132.0μm、線幅LWは195.0μmとなり、例1に対して太くなった。輝点長さQyは、輝点長さQxの1/67となった。図23に示すように、各評価領域において、分裂や歪みがみられず、品質が良好な線状パターンLが得られた。
<Example 11>
As shown in FIG. 16, in Example 11, the wavelength λ was changed to 850.0 nm, the incident beam diameter φ was changed to 4200.0 μm, and the pitch Px and Py of the basic unit in the diffractive optical element 20 and the diffraction divergence angles θx and θy were changed. In Example 11, all the parts changed in Examples 6 to 10 above were changed from Example 1, and as a result, the focal length f was changed, and the incident beam diameter and pitch Px and Py were also changed. The distortion ε was 132.0 μm, and the line width LW was 195.0 μm, which was thicker than Example 1. The bright spot length Qy was 1/67 of the bright spot length Qx. As shown in FIG. 23, in each evaluation area, no splitting or distortion was observed, and a linear pattern L of good quality was obtained.

以上、図16から図23に示した結果から、例6から例11において、線幅LWが細く、かつ品質が良好な線状パターンLを投影できることがわかった。線幅LWを細くする観点では、線幅LWは、250.0μm以下が好ましく、100.0μm以下がより好ましいことが分かった。 From the results shown in Figures 16 to 23, it was found that in Examples 6 to 11, linear patterns L with a narrow line width LW and good quality could be projected. From the viewpoint of narrowing the line width LW, it was found that the line width LW is preferably 250.0 μm or less, and more preferably 100.0 μm or less.

なお、線幅LWを細くしようとするほど輝点長さQyを小さくする必要があり、入射ビーム径Rは線幅LWの仕様値をLTとしたとき、次の2つの式を満足する必要がある。
R≧(4×λ×f) / (π×LT) ・・・ (4)
R≧√(Px + Py) ・・・ (5)
その結果、線幅LWが細いほどピッチPxおよびPyを大きくすることができるため、輝点間隔および歪みを小さくすることができる。線幅LWに対する輝点間隔および歪みの比率は線幅が変わってもほぼ一定であるため、線幅LWの品質を良好にする観点では、線幅LWに依らずほぼ一定であると考えられる。
In addition, the thinner the line width LW is, the smaller the bright spot length Qy must be, and when the specification value of the line width LW is LT, the incident beam diameter R must satisfy the following two equations.
R≧(4×λ×f) / (π×LT) ... (4)
R≧√(Px 2 + Py 2 ) ... (5)
As a result, the pitches Px and Py can be increased as the line width LW becomes narrower, and therefore the bright spot interval and distortion can be reduced. Since the ratio of the bright spot interval and distortion to the line width LW is almost constant even if the line width changes, it can be considered that the ratio is almost constant regardless of the line width LW from the viewpoint of improving the quality of the line width LW.

ここで、回折光学素子20単体で実現可能な最小の線幅LWについて検討を行ったところ、下記の点が線幅LWに影響することが分かった。
・波長λ: 長いほど線幅LWが大きくなる。
・投影距離ZS: 長いほど線幅LWが大きくなる。
・回折広がり角θx:広角であるほど線幅LWが大きくなる。
・回折広がり角θy: 広角であるほど線幅LWが大きくなる。
・線状パターンLのx方向に沿った長さ:短いほど線幅LWを小さくしやすい。
・1本の線状パターンLを投影する場合に最も線幅LWが小さくなる。
これらを踏まえて、線幅LWを小さくしやすく現実的な諸元により線幅LWを算出した結果、線幅LWは250.0μm以下が好ましいことが分かった。
Here, when the minimum line width LW that can be realized by the diffractive optical element 20 alone was examined, it was found that the following points affect the line width LW.
Wavelength λ: The longer the wavelength, the larger the line width LW.
Projection distance ZS: the longer it is, the larger the line width LW becomes.
Diffraction spread angle θx: the wider the angle, the larger the line width LW.
Diffraction spread angle θy: the wider the angle, the larger the line width LW.
Length of the linear pattern L in the x direction: the shorter it is, the easier it is to reduce the line width LW.
When one linear pattern L is projected, the line width LW is smallest.
In consideration of these, the line width LW was calculated using realistic specifications that make it easy to reduce the line width LW, and it was found that the line width LW is preferably 250.0 μm or less.

<投影装置1の作用効果>
以上のように、投影装置1は、平行光を出射する光源10と、光源10における平行光が出射される側に配置される回折光学素子20と、回折光学素子20における光源10とは反対側に配置され、y方向(所定の方向)に曲率を有するレンズ30と、を備える。レンズ30は、x方向(所定の方向に対して垂直な方向)に並ぶ複数の輝点Lsを投影面Sに生成することにより、x方向に沿って延伸する線状パターンLを投影面Sに投影する。輝点長さQx(x方向に沿った輝点の長さ)は、輝点間隔Vx(複数の輝点における隣り合う輝点同士のx方向に沿った間隔)以上の長さであり、複数の輝点Lsの全ては、輝点長さQy(y方向に沿った輝点の長さ)が輝点長さQxよりも短い。複数の輝点Lsの全てにおいて、輝点長さQyと輝点長さQxは上記(3)式の関係を満たす。
<Functions and Effects of Projection Device 1>
As described above, the projection device 1 includes the light source 10 that emits parallel light, the diffractive optical element 20 that is disposed on the side of the light source 10 from which the parallel light is emitted, and the lens 30 that is disposed on the opposite side of the diffractive optical element 20 from the light source 10 and has a curvature in the y direction (a predetermined direction). The lens 30 projects a linear pattern L extending along the x direction onto the projection surface S by generating a plurality of bright spots Ls arranged in the x direction (a direction perpendicular to the predetermined direction) on the projection surface S. The bright spot length Qx (the length of the bright spots along the x direction) is equal to or longer than the bright spot interval Vx (the interval between adjacent bright spots in the plurality of bright spots along the x direction), and all of the plurality of bright spots Ls have a bright spot length Qy (the length of the bright spots along the y direction) that is shorter than the bright spot length Qx. In all of the plurality of bright spots Ls, the bright spot length Qy and the bright spot length Qx satisfy the relationship of the above formula (3).

輝点長さQxを輝点間隔Vxの長さよりも長くすることにより、分裂を抑制し、歪みを抑制した品質が良好な線状パターンLを投影できる。また輝点長さQyを輝点長さQxよりも短くすることにより、x方向に沿って延伸する線状パターンLの線幅LWを細くできる。その結果、線幅LWが細く、かつ品質が良好な線状パターンLを投影可能な投影装置1を提供できる。 By making the bright spot length Qx longer than the bright spot interval Vx, it is possible to project a linear pattern L of good quality with reduced splitting and distortion. Furthermore, by making the bright spot length Qy shorter than the bright spot length Qx, it is possible to narrow the line width LW of the linear pattern L extending along the x direction. As a result, it is possible to provide a projection device 1 capable of projecting a linear pattern L of good quality with a narrow line width LW.

ここで、特許文献1に記載されている投影装置では、回折光学素子による回折光によって投影面に生成される複数の輝点同士の間隔や歪曲に伴う輝点の位置ずれは、回折光学素子への入射光の直径が小さいほど大きくなる。ピッチPxおよびPyが小さいほど輝点間隔および歪みは大きくなる。ピッチPxおよびPyは入射光の直径をRとしたとき以下の式を満足する必要がある。
R≧√(Px+Py
In the projection device described in Patent Document 1, the distance between multiple bright spots generated on the projection surface by the diffracted light from the diffractive optical element and the positional deviation of the bright spots due to distortion become larger as the diameter of the light incident on the diffractive optical element becomes smaller. The smaller the pitches Px and Py are, the larger the distance between the bright spots and the distortion become. When the diameter of the incident light is R, the pitches Px and Py must satisfy the following formula:
R≧√(Px 2 +Py 2 )

また、回折光学素子単体の場合には、入射光の直径は輝点の直径と等しくなる必要がある。そのため回折光学素子単体で線幅を細くするには入射光の直径を小さくする必要がある。結果的に入射光の直径が小さいほど位置ずれは大きくなるが、その原因はピッチが小さいためである。 In addition, in the case of a diffractive optical element alone, the diameter of the incident light must be equal to the diameter of the bright spot. Therefore, to narrow the line width with a diffractive optical element alone, the diameter of the incident light must be reduced. As a result, the smaller the diameter of the incident light, the greater the positional deviation, which is due to the small pitch.

線状パターンLの線幅LWを細くする観点では、複数の輝点Lsは、輝点長さQyが輝点長さQxの1/50以下であることが好ましい。輝点長さQyは、250.0μm以下であるとより好ましく、100.0μm以下であるとさらに好ましい。 From the viewpoint of narrowing the line width LW of the linear pattern L, it is preferable that the bright spot length Qy of the multiple bright spots Ls is 1/50 or less of the bright spot length Qx. It is more preferable that the bright spot length Qy is 250.0 μm or less, and even more preferable that it is 100.0 μm or less.

また本実施形態では、レンズ30は、複数の線状パターンLを投影面Sに投影し、複数の線状パターンLは、互いに平行である。例えば投影装置1をセンシング用途等に適用して投影装置1から線状パターンLをプローブ光として投影する場合に、より広い範囲に高い空間分解能でプローブ光を照射できる。 In this embodiment, the lens 30 projects multiple linear patterns L onto the projection surface S, and the multiple linear patterns L are parallel to each other. For example, when the projection device 1 is used for sensing purposes and the linear pattern L is projected from the projection device 1 as probe light, the probe light can be irradiated over a wider range with high spatial resolution.

また本実施形態では、レーザビーム(平行光)の中心軸に直交する面内におけるレーザビームの断面形状は、略円形である。これにより、回折光学素子20による回折の異方性を抑制できる。 In this embodiment, the cross-sectional shape of the laser beam (parallel light) in a plane perpendicular to the central axis is substantially circular. This makes it possible to suppress the anisotropy of diffraction by the diffractive optical element 20.

また本実施形態では、回折光学素子20は、複数の基本ユニット21を含む。複数の基本ユニット21は、それぞれが同一の凹凸パターン層25を有し、少なくともx方向に沿って所定のピッチPxで並んで形成されており、入射ビーム径φは、ピッチPxより大きい。なお、線幅LWの仕様値をLTとすると、レーザビームの直径は線数Lnによらず、上記の(1)式および(2)式を満足する。この構成により、x方向において、1つの基本ユニット21全体を使って、回折光学素子20に入射する1本のレーザビームを効率よく回折させることができる。 In this embodiment, the diffractive optical element 20 includes a plurality of basic units 21. Each of the basic units 21 has the same concave-convex pattern layer 25 and is formed in a line at least along the x direction at a predetermined pitch Px, and the incident beam diameter φ is larger than the pitch Px. If the specification value of the line width LW is LT, the diameter of the laser beam satisfies the above formulas (1) and (2) regardless of the number of lines Ln. With this configuration, a single laser beam incident on the diffractive optical element 20 can be efficiently diffracted in the x direction using one entire basic unit 21.

また本実施形態では、回折光学素子20は、略平行なレーザビーム(平行光)を出射し、レンズ30は、回折光学素子20から出射された略平行なレーザビーム光を入射する。換言すると、レンズ30は物体側テレセントリックレンズである。この構成により、回折光学素子20とレンズ30との距離が投影面Sにおける線状パターンLに影響しなくなるため、投影装置1における部品配置等の自由度を向上させることができる。 In this embodiment, the diffractive optical element 20 emits a substantially parallel laser beam (parallel light), and the lens 30 receives the substantially parallel laser beam emitted from the diffractive optical element 20. In other words, the lens 30 is an object-side telecentric lens. With this configuration, the distance between the diffractive optical element 20 and the lens 30 does not affect the linear pattern L on the projection surface S, improving the degree of freedom in component placement, etc. in the projection device 1.

以上、好ましい実施形態について詳説したが、上述した実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。 Although the preferred embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment without departing from the scope of the claims.

実施形態に係る投影装置は、LiDAR(Light Detection And Ranging:光による距離検出装置)等の光を用いたセンシングや、プロジェクタ等の画像投射装置等の光学的手法を用いる多様な分野に適用できる。 The projection device according to the embodiment can be applied to a variety of fields that use optical methods, such as light-based sensing, such as LiDAR (Light Detection and Ranging), and image projection devices, such as projectors.

1 投影装置
10 光源
20 回折光学素子
21 基本ユニット
22 透光性部材
23 凸部
24 凹部
25 凹凸パターン層
30 レンズ
L 線状パターン
S 投影面
Px、Py ピッチ
θx、θy 回折広がり角
ZL レンズ距離
ZS 投影距離
Ls 輝点
LW 線幅
Vx、Vy 輝点間隔
Qx、Qy 輝点長さ
ε 歪み
D1、D2、D3、D4 領域
f 焦点距離
φ 入射ビーム径
Reference Signs List 1 Projection device 10 Light source 20 Diffractive optical element 21 Basic unit 22 Light-transmitting member 23 Convex portion 24 Concave portion 25 Concave-convex pattern layer 30 Lens L Line pattern S Projection surface Px, Py Pitch θx, θy Diffraction spread angle ZL Lens distance ZS Projection distance Ls Bright spot LW Line width Vx, Vy Bright spot interval Qx, Qy Bright spot length ε Distortion D1, D2, D3, D4 Area f Focal length φ Incident beam diameter

Claims (8)

平行光を出射する光源と、
前記光源における前記平行光が出射される側に配置される回折光学素子と、
前記回折光学素子における前記光源とは反対側に配置され、所定の方向に曲率を有するレンズと、を備え、
前記レンズは、前記所定の方向に対して垂直な方向に並ぶ複数の輝点を投影面に生成することにより、前記垂直な方向に沿って延伸する線状パターンを前記投影面に投影し、
前記垂直な方向に沿った前記輝点の長さは、前記複数の輝点における隣り合う前記輝点同士の前記垂直な方向に沿った間隔以上の長さであり、
前記複数の輝点の全ては、前記所定の方向に沿った前記輝点の長さが前記垂直な方向に沿った前記輝点の長さよりも短い投影装置。
A light source that emits parallel light;
a diffractive optical element disposed on a side of the light source from which the parallel light is emitted;
a lens disposed on the opposite side of the diffractive optical element from the light source and having a curvature in a predetermined direction;
the lens generates a plurality of bright points aligned in a direction perpendicular to the predetermined direction on a projection surface, thereby projecting a linear pattern extending along the perpendicular direction onto the projection surface;
a length of the bright spot along the vertical direction is equal to or greater than a distance between adjacent bright spots in the plurality of bright spots along the vertical direction,
A projection device in which all of the plurality of bright spots have a length of the bright spot along the predetermined direction that is shorter than the length of the bright spot along the perpendicular direction.
前記複数の輝点は、前記所定の方向に沿った前記輝点の長さが前記垂直な方向に沿った前記輝点の長さの1/50以下である請求項1に記載の投影装置。 The projection device of claim 1, wherein the length of the plurality of bright spots along the predetermined direction is 1/50 or less of the length of the bright spots along the perpendicular direction. 前記所定の方向に沿った前記輝点の長さは、250μm以下である請求項1または2に記載の投影装置。 The projection device according to claim 1 or 2, wherein the length of the bright spot along the predetermined direction is 250 μm or less. 前記所定の方向に沿った前記輝点の長さは、100μm以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の投影装置。 The projection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the length of the bright spot along the predetermined direction is 100 μm or less. 前記レンズは、複数の前記線状パターンを前記投影面に投影し、
複数の前記線状パターンは、互いに平行である請求項1から4の何れか1項に記載の投影装置。
The lens projects the plurality of linear patterns onto the projection surface,
The projection device according to claim 1 , wherein the linear patterns are parallel to each other.
前記平行光の中心軸に直交する面内における前記平行光の断面形状は、略円形である請求項1から5のいずれか1項に記載の投影装置。 The projection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the cross-sectional shape of the parallel light in a plane perpendicular to the central axis of the parallel light is substantially circular. 前記回折光学素子は、複数の基本ユニットを含み、
前記複数の基本ユニットは、それぞれが同一の凹凸パターン層を有し、少なくとも前記垂直な方向に沿って所定のピッチで並んで形成されており、
前記平行光の断面形状における前記略円形の直径は、前記ピッチより大きい請求項6に記載の投影装置。
The diffractive optical element includes a plurality of basic units,
The plurality of basic units each have the same concave-convex pattern layer and are formed side by side at least at a predetermined pitch along the perpendicular direction,
The projection device according to claim 6 , wherein a diameter of the approximately circular cross-sectional shape of the parallel light is larger than the pitch.
前記回折光学素子は、平行光を出射し、
前記レンズは、前記回折光学素子から出射された平行光を入射する請求項1から7のいずれか1項に記載の投影装置。
The diffractive optical element emits parallel light,
The projection device according to claim 1 , wherein the lens receives the parallel light emitted from the diffractive optical element.
JP2021150556A 2021-09-15 2021-09-15 Projection equipment Active JP7618928B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021150556A JP7618928B2 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Projection equipment
CN202211094566.6A CN115808837A (en) 2021-09-15 2022-09-08 Projection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021150556A JP7618928B2 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Projection equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023043061A JP2023043061A (en) 2023-03-28
JP7618928B2 true JP7618928B2 (en) 2025-01-22

Family

ID=85482580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021150556A Active JP7618928B2 (en) 2021-09-15 2021-09-15 Projection equipment

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7618928B2 (en)
CN (1) CN115808837A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014035920A (en) 2012-08-09 2014-02-24 Asahi Glass Co Ltd Illumination optical system, measuring device and diffractive optical element used therefor
WO2015030127A1 (en) 2013-09-02 2015-03-05 旭硝子株式会社 Diffraction optical element, projection device, and measurement device
JP2016166814A (en) 2015-03-10 2016-09-15 アルプス電気株式会社 Optical detector
WO2020158419A1 (en) 2019-01-31 2020-08-06 Agc株式会社 Diffraction optical element, projection device using same, and measurement device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0540021A (en) * 1991-08-08 1993-02-19 Fujitsu Ltd Multi-slit floodlight

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014035920A (en) 2012-08-09 2014-02-24 Asahi Glass Co Ltd Illumination optical system, measuring device and diffractive optical element used therefor
WO2015030127A1 (en) 2013-09-02 2015-03-05 旭硝子株式会社 Diffraction optical element, projection device, and measurement device
JP2016166814A (en) 2015-03-10 2016-09-15 アルプス電気株式会社 Optical detector
WO2020158419A1 (en) 2019-01-31 2020-08-06 Agc株式会社 Diffraction optical element, projection device using same, and measurement device

Also Published As

Publication number Publication date
CN115808837A (en) 2023-03-17
JP2023043061A (en) 2023-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114047637B (en) Point cloud projection system
US12147041B2 (en) Diffraction light guide plate
US9052512B2 (en) Diffractive optical element and measuring apparatus
KR102127588B1 (en) Pupil Expansion
JP6070274B2 (en) Diffusion element, illumination optical system and measuring device
JP6186679B2 (en) Illumination optical system, measuring apparatus, and diffractive optical element used therefor
KR100703110B1 (en) Illumination method, exposure device and modulator
JP6972081B2 (en) Optical elements and optical systems
US9897438B2 (en) Diffraction optical element, projection device, and measurement device
KR102870227B1 (en) Microstructures for transforming light having lambertian distribution into batwing distributions
CN108828786A (en) A kind of 3D camera
CN114895505B (en) Projection module for realizing laser dot matrix
CN104950438A (en) Light irradiation apparatus and drawing apparatus
JP4332855B2 (en) Diffraction beam homogenizer optical system using wedges.
KR20250164762A (en) Pattern projection and detection using flat-panel optical devices
JP7618928B2 (en) Projection equipment
JP6543825B2 (en) Micro lens array
US20250321472A1 (en) Hybrid metasurface-refractive projector module
JP2008242238A (en) Exposure apparatus
US10359692B2 (en) Laser illumination system and method for eliminating laser speckle thereof
CN112987476B (en) A holographic speckle screen for projection display system
JP2023155165A (en) Structured light projector and three-dimensional image sensing device
JP2020046632A (en) Speckle reduction module
JP5403933B2 (en) Exposure equipment
JP2013228725A (en) Illumination device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241203

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20241216

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7618928

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150