JP2008233216A - 光束分割素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光学異方性を示す領域と光学等方性を示す領域からなる周期的な構造を有し、透過光または回折光が異なる温度特性を示すホログラム素子を光の入射側に対して、第1ホログラム素子1、第2ホログラム素子2及び第3のホログラム素子3と配列し、第1ホログラム素子1の透過および回折により光が分割され、第1ホログラム素子1の透過光が第3ホログラム素子3に与えられ、第1ホログラム素子1の回折光が第2ホログラム素子2に与えられ、第2ホログラム素子2の透過および回折により分割光の光軸が調整されると共に、第3ホログラム素子3の透過により第1ホログラム素子1からの分割透過光の光強度が調整される。
【選択図】 図15
Description
(1)ハーフミラープリズムを用いる方式
(2)ハーフミラーとミラーを組み合わせる方式
(3)出射したビームを複数の開口部を設けることで、空間的に分割する方式
次に、この発明の参考例につき図19を参照して説明する。図19は、この発明の参考例における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。この第2の実施形態においては、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子213、23の膜厚(セルギャップ)Tが同一である。そして、入射光のp偏光成分とs偏光成分の強度の割合が略均等になるように入射偏光方向を設定することを特徴としている。このような構成の場合、入射偏光方向の設定調整等が必要となるが、同一の膜厚を有するため、一定条件の生産プロセスによる素子で実現できるため、生産性が向上できる。
厚み0.7mmのガラス基板の片面に青色光および赤色光に対する反射防止膜を形成し、およそ4μm〜12μm径のビーズスペーサーを用意し、形成するホログラム層に対応するビーズスペーサーを混入したそれぞれの接着剤により、二枚のガラス基板を貼り合わせた。接着剤の塗布は反射防止膜形成面とは反対の面で、基板の縁2箇所に塗布した。
(2)ウレタンプレポリマー(共栄社化学製) 75重量部
(3)ジアクリレート(共栄社化学製) 10重量部
(4)メタクリレート(共栄社化学製) 5重量部
(5)ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤(チバガイギー製) 1重量部
この発明の前提となる光束分割素子の参考例につき説明する。
温度上昇に伴い回折効率が低下するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を4.5μm、第2ホログラム2の膜厚を9μmとした2つのホログラムを組み合わせて光束分割素子を形成した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図35に示す。図35に示すように、室温付近において、第一光束と第二光束の効率は略50%で均等に分割されている。しかし、温度上昇に伴い、分割効率は変化しており、50℃付近では第一光束は約60%で第二光束は約40%となっている。温度変化に伴い第一光束、第二光束ともに効率が変化し、各光束の強度差は約20%と非常に大きくなっている。このような特性の場合は第一光束と第二光束の温度特性をそれぞれ補正する必要がある。
温度による光量変動の影響を低減するための素子
温度上昇に伴い回折効率が低下および増加するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を4.5μm、第2ホログラム2の膜厚を11.5μmとした2つのホログラムを組み合わせた光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図36に示す。室温付近において、第一光束は約50%、第二光束は約40%で分割されている。温度上昇に伴う分割効率において、50℃付近では第一光束は約60%であるが、第二光束はほとんど変化せず約40%のままである。このように第二光束の温度による変動は低減されている。これは比較例1に比べて、各光束の強度差は同じであるが、第一光束のみ温度特性を補正すればよく補正が容易になる。
温度による光量変動の影響および各光束の強度差を低減するための素子
温度上昇に伴い回折効率が低下および増加するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を4.9μm、第2ホログラムの膜厚を11μmとした2つのホログラムを組み合わせた光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図37に示す。室温付近において、第一光束は約45%、第二光束は約48%で略均等に分割されている。ここで温度上昇に伴い分割効率は変化しているが、50℃付近では第一光束は約53%、第二光束は約45%であり、温度による光量変動の影響は低減されている。また、室温〜50℃の温度範囲において、第一光束および第二光束の効率変化は約±5%であり、各光束の強度差は約10%で、比較例1と比較して各光束の強度差も小さくなっている。
温度による光量変動の影響および各光束の強度差を低減するための実施例
さらに、作製した上記ホログラムの3素子を用いて、図15のように多段配列して光束分割素子を作製し、前述と同じように、光束分割素子の第3透過直進光(第一光束)と第2回折偏向光(第二光束)の入射光に対する光利用効率の温度特性を評価した。
ここで、作製した上記ホログラムの2素子を用いて、図19のように多段配列して光束分割素子を作製した。素子への入射偏光方向はp偏光から45°回転した偏光方向とし、配列素子間距離は約10mmとした。第1ホログラム素子1、第2ホログラム素子2の膜厚を適宜設定し、膜厚設定した光束分割素子の第1透過直進光(第一光束)と第2回折偏向光(第二光束)の入射光に対する光利用効率の温度特性を評価した。
温度上昇に伴い回折効率が低下するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を9μm、第2ホログラム2の膜厚を9μmとした2つのホログラムを組み合わせた光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図39に示す。室温付近において、第一光束と第二光束の効率は略50%で均等に分割されている。しかし、温度上昇に伴い、分割効率は変化しており、50℃付近では第一光束は約52%で第二光束は約45%となっており、各光束の強度差は7%と大きく、温度による特性変動の影響が大きい。
温度による光量変動の影響および各光束の強度差を低減するための素子
温度上昇に伴い回折効率が低下および増加するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を9μm、第2ホログラムの膜厚を10μmとした2つのホログラムを組み合わせた光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図40に示す。室温付近において、第一光束と第二光束の効率は略50%で均等に分割されている。しかし、温度上昇に伴い、分割効率は若干変化しており、50℃付近では第一光束は約52%で第二光束は約47%となっており、各光束の強度差は5%で、上記の参考例2−比較例1に比べて温度による特性変動の影響が低減された。
ここで、作製した上記ホログラムの2素子を用いて、図28のように多段配列して光束分割素子を作製した。素子への入射偏光方向はp偏光から45°回転した偏光方向とし、配列素子間距離は約10mmとした。第1ホログラム素子1、第2ホログラム素子2の膜厚を適宜設定し、膜厚設定した光束分割素子の第1透過直進光(第一光束)と第2回折偏向光(第二光束)の入射光に対する光利用効率の温度特性を評価した。光量調整手段4は第1ホログラム素子の後にのみ設置した。
温度上昇に伴い回折効率が低下および増加するようなホログラムの構成として、第1ホログラム1の膜厚を8μm、第2ホログラム2の膜厚を10μmとした2つのホログラムを組み合わせた光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図41に示す。室温付近において、第一光束と第二光束の効率はそれぞれ52%、46%で分割されている。温度上昇に伴い分割効率はほとんど変化しおらず、50℃付近では第一光束は約56%で第二光束は約43%となっている。しかし、室温〜50℃付近において各光束の強度差は6〜13%と大きい。
温度による光量変動の影響および各光束の強度差を低減するための素子
温度上昇に伴い回折効率が低下および増加するようなホログラムの構成として、第1ホログラムの膜厚を8μm、第2ホログラム2の膜厚を10μmとした2つのホログラムを組み合わせ、かつ第1ホログラム素子1の後に光量調整手段4として、透過率85%のNDフィルターを設置した光束分割素子を用意した。この光束分割素子の光利用効率の温度特性を図42に示す。室温付近において、第一光束と第二光束の効率は略45%で均等に分割されている。温度上昇に伴い分割効率はほとんど変化しおらず、50℃付近では第一光束は約47%で第二光束は約43%となっている。室温〜50℃付近において各光束の強度差は±2%と小さく。参考例3−比較例1に比べて各光束の強度差は小さくなった。
Claims (8)
- 光学異方性を示す領域と光学等方性を示す領域からなる周期的な構造を有し、透過光または回折光が異なる温度特性を示すホログラム素子を2つ以上組み合わせてなる光束分割素子であって、光の入射側に対して、第1ホログラム素子、第2ホログラム素子及び第3のホログラム素子と配列し、前記第1ホログラム素子の透過および回折により光が分割され、前記第1ホログラム素子の透過光が前記第3ホログラム素子に与えられ、前記第1ホログラム素子の回折光が第2ホログラム素子に与えられ、前記第2ホログラム素子の透過および回折により前記分割光の光軸が調整されると共に、前記第3ホログラム素子の透過により前記第1ホログラム素子からの分割透過光の光強度が調整され、入射光束を二光束以上に分割して出射することを特徴とする光束分割素子。
- 前記ホログラム素子の透過光または回折光の温度特性はホログラムの周期構造の膜厚により設定されることを特徴とする請求項1に記載の光束分割素子。
- 前記ホログラム素子の透過光または回折光の温度特性はホログラムの周期構造にて生成される屈折率変調量振幅により設定されることを特徴とする請求項1に記載の光束分割素子。
- 前記第1ホログラム素子、第2ホログラム素子及び第3ホログラム素子の膜厚をそれぞれT1、T2、T3とし、+1次光または−1次光が最大回折効率となる前記ホログラム素子の膜厚をTmaxとする場合、T1はT2より小さく、T3はT2より大きく、かつTmaxがT1とT2の間であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光束分割素子。
- 前記第3ホログラム素子の膜厚T3が前記ホログラム素子の膜厚Tmaxの略2倍であることを特徴とする請求項4に記載の光束分割素子。
- 前記第1ホログラム素子と第2ホログラム素子の周期構造の膜厚T1、T2が、|Tmax−T1|≦|Tmax−T2|の関係にあることを特徴とする請求項4に記載の光束分割素子。
- 前記第1ホログラム素子の周期構造の膜厚T1が、第2ホログラム素子の周期構造の膜厚T2の略半分であることを特徴とする請求項4または6に記載の光束分割素子。
- 前記ホログラム素子の周期的な構造は非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束以上の多光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散型液晶ホログラム素子であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光束分割素子。
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