光学元件及使用其的光学系统装置的制作方法

本发明涉及一种光学元件及使用其的光学系统装置。

背景技术：

1、在便携式仪器、汽车、机器人等中采用了使用飞行时间(tof)法的三维计测传感器。这是根据从光源照射到对象物的光被反射回为止的时间，计测对象物的距离的方法。如果来自光源的光均匀地照射到对象物的规定区域，则能够测定出被照射的各点的距离，能够检测出对象物的立体构造。

2、为此的传感器系统由光源部、照相机部及运算部所构成，该光源部向对象物照射光束(光)，该照相机部检测从对象物的各点反射的光，该运算部从由照相机所接收的光的信号算出对象物的距离。

3、由于照相机部及运算部可使用已有的cmos图像传感器及cpu，因此上述系统的独有的部分是由光源及扩散滤光器(光学元件)所构成的光源部。尤其通过激光等的光的透过对光束进行整形并且对对象物的得到控制的区域均匀地进行照射的扩散滤光器(光学元件)成为上述系统的特征零件。

4、作为进行这样的配光控制的扩散滤光器(扩散片)，已周知使用绕射光学元件(doe)的方法及使用微透镜阵列的方法。但是，已周知对使用doe的方法来讲无法控制的散乱光较多，光的利用效率较差。

5、另一方面，用于扩散滤光器的微透镜阵列是将直径数十μm的非球面透镜配置在滤光器整个面的器件。以满足以照射角为首的规格的方式，根据几何光学决定成为基本形状的透镜，将这些以阵列状进行配置，通常如此设计微透镜阵列型的扩散滤光器。例如，由于希望tof用的扩散滤光器的照射角与照相机的视场角一致，因此具有60×45或110×85等长方形的投影图形的情况较多。当想要具有长方形的投影图形时，将具有圆对象的形状的基本图形以格子状进行配置，由此能够简单地具有这样的配光分布。

6、但是，微透镜阵列有难以以广角扩展光的缺点。另外，当对在芯片上周期性地排列有激光的vcsel光源，组合由以相同周期被配置的微透镜所构成的扩散滤光器时，因vcsel的周期与微透镜的周期的干扰而照射强度上有可能产生干涉条纹。为了抑制这种情况发生，需要设计考虑vcsel周期的微透镜的配置。例如，需要使微透镜阵列的周期与通常的vcsel的周期相比充分小。但是，如果微透镜阵列的周期越小，则因光干涉的影响而光在特定的位置如光点那样集中的斑点越容易产生。

7、另外，在使用微透镜阵列的扩散滤光器中，为了得到并不依赖vcsel配置的光学特性，也会随机配置微透镜阵列(例如，参照专利文献1)。

8、专利文献

9、专利文献1：日本国特表2006-500621号公报

技术实现思路

1、但是，当随机配置微透镜阵列时，在各透镜彼此之间会产生非连续的部分，因散乱等而会产生无助于光配光分布的光，因此存在光效率降低或者在光配光分布上发生不均的问题。

2、于是，本发明的目的在于提供一种光学元件，在各透镜彼此之间没有非连续的部分，抑制因散乱等而光效率降低或者发生配光不均。

3、为了实现上述目的，本发明的光学元件使已射入的光可在规定的扩散范围内扩散，其特征为，包含至少在单面上具有凹凸部的透明体，将所述扩散范围作为在规定平面上的单一封闭曲线的内部而进行规定，所述凹凸部具有非周期性的棱部与谷部，如果将所述光的波长作为λ，将所述透明体的折射率作为n1并将该透明体的周围介质的折射率作为n0，则在宽度为λ/(n1-n0)的范围内，所述凹凸部并不具有所述凹凸部的梯度发生180度变化的部分，在所述凹凸部，具有如基于斯内尔定律而使入射光射出到所述扩散范围外的区域这样的梯度的区域为全区域的5％以下。

4、此时，优选所述凹凸部形成为，根据斯内尔定律进行计算的配光分布从所述扩散范围的中央朝着边界单调增加，更优选形成为，根据斯内尔定律计算的配光分布从所述扩散范围的中央朝着边界与cos-nθ(1≤n≤7)成比例。

5、优选所述凹凸部具有λ/(n1-n0)的2.5倍以上的高度。

6、另外，本发明的光学系统装置的特征为，具备：本发明的光学元件；及向所述光学元件照射光的光源。

7、本发明的光学元件及使用其的光学系统装置如下，在各透镜彼此之间非连续的部分较少，能够抑制因散乱等而光效率降低或者发生配光不均。

技术特征：

1.一种光学元件，使已射入的光可在规定的扩散范围内扩散，其特征为，

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征为，所述凹凸部形成为，根据斯内尔定律进行计算的配光分布从所述扩散范围的中央朝着边界单调增加。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征为，所述凹凸部形成为，根据斯内尔定律计算的配光分布从所述扩散范围的中央朝着边界与cos-nθ(1≤n≤7)成比例。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光学元件，其特征为，所述凹凸部具有λ/(n1-n0)的2.5倍以上的高度。

5.一种光学系统装置，其特征为，

技术总结本发明的目的在于提供一种光学元件，在各透镜彼此之间没有非连续的部分，抑制因散乱等而光效率降低或者发生配光不均。光学元件使已射入的光可在规定的扩散范围内扩散，包含至少在单面上具有凹凸部的透明体，将所述扩散范围作为在规定平面上的单一封闭曲线的内部而进行规定，所述凹凸部具有非周期性的棱部与谷部，如果将所述光的波长作为λ，将所述透明体的折射率作为n<subgt;1</subgt;并将该透明体的周围介质的折射率作为n<subgt;0</subgt;，则在宽度为λ/(n<subgt;1</subgt;‑n<subgt;0</subgt;)的范围内，所述凹凸部并不具有所述凹凸部的梯度发生180度变化的部分，在所述凹凸部，具有如基于斯内尔定律而使入射光射出到所述扩散范围外的区域这样的梯度的区域为全区域的5％以下。技术研发人员：小川大贵,绳田晃史,粟屋信义,田中觉受保护的技术使用者：SCIVAX株式会社技术研发日：技术公布日：2024/6/11