JP2012208182A

JP2012208182A - 回折光学素子

Info

Publication number: JP2012208182A
Application number: JP2011071854A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Otake; 俊裕大竹
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】様々な回折光を生成することが可能な回折光学素子を形成する。
【解決手段】第１の方向に長さが変化する第１の部位と、第２の部位と、を含み、前記第１の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、前記第２の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、前記第１の部位と前記第２の部位は、前記第１の方向に垂直な面に、隣接して配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回折現象を発生させる光学素子、例えば、回折光学素子に関する。

従来、格子状のパターンや表面に設けられた凹凸構造などにより入射光に対して回折作用を与える光学素子が知られている。これらは回折光学素子と呼ばれ、格子状のパターンを有するものは透過光に回折現象が生じ、凹凸構造を有するものは反射光に回折現象が生じる。このような回折光学素子は、例えば、レーザー加工技術に応用される。レーザー光を回折光学素子へ入射させることにより該レーザー光を複数のビームに分岐し、これら複数のビームを被加工物へ照射することにより、孔開けや切断等の種々の加工を実現することができる。

被加工物における加工の種類によって必要とされる回折光が異なる。どのような回折光になるかは回折光学素子の格子状のパターン若しくは凹凸構造により決まることから、回折光学素子はその使われる用途に応じて形成される必要がある。回折光学素子の製造については、複数の凹部が形成された成形型に未硬化状態の光硬化型樹脂を供給し、該光硬化型樹脂に光線を照射して硬化させることにより回折光学素子を成形することが特許文献１に記載されている。

特開２０１１−１７７４８号公報

上述したように、回折光学素子は用途に合わせて製造する必要があり、用途毎に製造するための成形型が必要となる。このため、必要数が少ないときなどは製造原価が高くなるという問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる回折光学素子は、第１の方向に長さが変化する第１の部位と、第２の部位と、を含み、前記第１の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、前記第２の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、前記第１の部位と前記第２の部位は、前記第１の方向に垂直な面に、隣接して配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１の部位の長さを変更することで、第１の部位の光を反射する面と第１の部位に隣接する第２の部位の光を反射する面との高低差を変えることができ、これにより異なる回折光を生成できる反射型の回折光学素子を形成することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる回折光学素子において、前記第１の部位が第１の酸化還元応答化合物と前記第１の方向を規定する第１の液晶性部位と、を有し、前記第１の部位の長さの変化は、前記第１の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第１の部位が前記第１の液晶性部位が規定する方向に伸張及び収縮することによる変化であることが好ましい。

この構成によれば、第１の部位が第１の酸化還元応答化合物と第１の方向を規定する第１の液晶性部位とを有し、第１の部位の長さの変化が第１の酸化還元応答化合物の酸化還元反応による第１の液晶性部位が規定する方向に伸張及び収縮することによる変化であることで、電位をかけることで第１の部位の長さを変えることができる。これにより、第１の部位の長さの制御が容易となる。

［適用例３］
上記適用例にかかる回折光学素子において、前記第２の部位は、第２の酸化還元応答化合物と前記第１の方向に伸張及び収縮する第２の液晶性部位とを有し、前記第２の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第２の部位の長さが前記第１の方向に変化することが好ましい。

この構成によれば、第２の部位が、第２の酸化還元応答化合物と第１の方向に伸張及び収縮する第２の液晶性部位とを有し、第２の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、第２の部位の長さが第１の方向に変化することで、電位をかけることで第２の部位の長さを変えることができ、これにより、第２の部位の長さの制御が容易となる。第１の部位及び第２の部位の各々の長さを個別に制御できることで、第１の部位の光を反射する面と第１の部位に隣接する第２の部位の光を反射する面との高低差の変更を容易に行うことができる。

［適用例４］
本適用例にかかる回折光学素子は、第１の方向に長さが変化する第１の部位を複数含み、複数の前記第１の部位の各々を、隣接するふたつの前記第１の部位の間の距離が所定の距離となるように、前記第１の方向に配置したことを特徴とする。

この構成によれば、第１の方向に長さが変化する第１の部位を複数含み、隣接するふたつの第１の部位の間の距離が所定の距離となるように複数の第１の部位の各々を第１の方向に配置することで、第１の部位の長さが変わると該第１の部位の両側にあるふたつの隙間の間の距離が変わることになり、これにより異なる回折光を生成できる透過型の回折光学素子を形成することができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる回折光学素子において、前記第１の部位が第１の酸化還元応答化合物と第１の液晶性部位を有し、前記第１の部位の長さの変化は、前記第１の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第１の部位が前記第１の液晶性部位が規定する方向に伸張及び収縮することによる変化であることが好ましい。

第１実施形態における回折光学素子の動作を説明するための模式図。第１実施形態における回折光学素子の反射光のイメージ図。実施例１における回折光学素子のイメージ図。実施例２における回折光学素子のイメージ図。第２実施形態における回折光学素子の動作を説明するための模式図。第２実施形態における回折光学素子の反射光のイメージ図。アクチュエーターの動作原理を説明するための模式図。アクチュエーターの概略図。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。尚、記載する図は、構造上内部にあり、直接見ることができない構造物を透過させて記載している。

上述した第１の部位及び第２の部位は、いわゆるアクチュエーターと呼ばれるものである。まず、このアクチュエーターの動作について図７及び図８を用いて説明する。図７は、アクチュエーターを構成する酸化還元応答化合物と液晶性部位とが結合された分子構造の一部を示した図である。アクチュエーターは、図７−（ａ）及び図７−（ｂ）で示すように、ユニットＦ、ユニットＧ及びユニットＨから構成されている。ユニットＦは軸回転可能な部位であり、例えばフェニル基若しくはチオフェン環などで形成される。ユニットＧは酸化還元反応により結合若しくは分離が行われる部位であり、例えばベンゾジチオリル基などにより形成される。また、ユニットＨはユニットＧの酸化還元反応に応じて回転するユニットＦの回転方向を規定するための部位であり、液晶性を有する部位が含まれる。ユニットＦの回転軸方向は、ユニットＨに含まれる液晶性を有する部位の配向性によって規定されるものであるが、液晶性を有する部位の配向性は、例えば、延伸法や偏向紫外線照射法などにより配向方向を決めることが可能である。

酸化還元応答化合物が酸化された状態となるのは、酸化還元応答化合物から所定の電子が剥奪された状態であり、この状態の分子構造を示したのが図７−（ａ）である。また、酸化還元応答化合物が還元された状態というのは、酸化還元応答化合物に所定の電子が供給された状態であり、この状態の分子構造を示したのが図７−（ｂ）である。還元された状態においては、ユニットＧ同士（たとえば、Ｓ１及びＳ２）が供給された電子により結合する。これにより、ユニットＦにおいて、ユニットＨに含まれる液晶性を有する部位の配向性を維持する形で軸回転が行われる。このため、分子構造が折りたたまれた形に変化することで、酸化還元応答化合物がユニットＨに含まれる液晶性を有する部位の配向の方向に収縮する。この状態から酸化還元応答化合物が酸化されるとユニットＧ同士における結合が解除され、ユニットＦにおいて、ユニットＨに含まれる液晶性を有する部位の配向性を維持する形で軸回転が行われ、図７−（ｂ）の状態から図７−（ａ）の状態に変化する。このように酸化及び還元を繰り返すことで、酸化還元応答化合物は収縮及び膨張を繰り返す。

上記の原理で収縮若しくは伸張するアクチュエーターの外観は、例えば図８−（ａ）に示したアクチュエーター８０のようになる。図８−（ｂ）は、収縮した状態のアクチュエーター８０の断面図である。また、図８−（ｃ）は、膨張した状態のアクチュエーター８０の断面図である。アクチュエーター８０は、内部電極８１、高分子電解質８２、酸化還元応答化合物８３及び外部電極８４を含む。高分子電解質８２にとって、酸化還元応答化合物８３は電極として振舞う。アクチュエーター８０の外部から内部電極８１と外部電極８４との間に内部電極８１の方が高くなるように電位差を与えると酸化還元応答化合物８３において還元反応がおきる。これによりアクチュエーター８０は収縮して図８−（ｂ）のようになる。逆に内部電極８１の方が低くなるように電位差を与えると酸化還元応答化合物８３において酸化反応がおきる。これによりアクチュエーター８０は膨張して図８−（ｃ）のようになる。よって、内部電極８１と外部電極８４との間に交流電流を与えることにより、アクチュエーター８０の収縮及び膨張の実行を繰り返し起こさせることが可能となる。

（第１実施形態）
図１に、回折光学素子１００と回折光学素子１００を制御する制御部９０示す。回折光学素子１００は、第１の部位１０、第２の部位２０及び基板３０を含む。第１の部位１０は上面に光を反射する第１の面１１を有する。同様に第２の部位２０は上面に光を反射する第２の面２１を有する。第１の部位１０及び第２の部位２０は基板３０上に隣接して配置されている。第１の部位１０は上述したアクチュエーター８０と同様の構造を有し、第１の部位１０の長さが変化する方向は、基板３０に垂直な第１の方向４０である。長さの変化は、第１の方向４０で示す矢印の方向に向けて変化するものをプラス若しくはプラスの変化、第１の方向４０で示す矢印の方向の反対の方向に変化するものをマイナス若しくはマイナスの変化と呼ぶ。よって、本明細書において「方向」は、特に断りのない限りプラスの方向及びマイナスの方向の両方を示すものとする。第１の方向４０で示す方向が第１の部位１０の液晶性部位が規定する方向である。

第１の部位１０の電極は基板３０に接続され、基板３０は制御信号線９１を介して制御部９０に接続されている。制御部９０から第１の部位１０に与える交流電流を制御することで第１の部位１０の長さを変更させることで、第１の面１１と第２の面２１との高低差が変化する。これにより第１の面１１に反射する反射光と第２の面２１に反射する反射光との間の光路長が変わり、異なる回折光を生成することができる。第１の面１１と第２の面２１の高低差がｄ１であるときの反射光５０を図２−（ａ）に、第１の面１１と第２の面２１の高低差がｄ２であるときの反射光５１を図２−（ｂ）に示す。

第１の面１１と第２の面２１との高低差の設定は、第１の部位１０及び第２の部位２０の双方の長さを変えることでも行うことができる。第２の部位２０が第１の部位１０と同じ構造をとることで、第１の部位１０に対する制御と同じ制御で第２の部位２０の長さを制御することができる。

図３に示したのは、基板３０上に複数の第１の部位１０をマトリクス状に配置した回折光学素子２００である。図３−（ａ）は回折光学素子２００の平面図の一部であり、図３−（ｂ）は回折光学素子２００の図３−（ａ）の平面図でＢ１−Ｂ２で示した直線部分における断面図の一部である。図３−（ａ）及び図３−（ｂ）において、伸張している第１の部位１０をグレーで着色し、収縮している第１の部位１０を着色せずに示している。図３においては、Ｂ１−Ｂ２の直線上にある第１の部位１０のみ附番した。

回折光学素子２００は、図３に図示しないが、制御部９０により制御される。複数の第１の部位１０の各々が制御部９０により個別に制御されることにより、回折光学素子２００は、様々な回折光を生成することができる。これにより、回折光学素子を形成するための成形型を用途別に作成する必要をなくすことができる。

本実施例における回折光学素子３００の断面図を図４に示す。図４に示した断面図は、図３−（ｂ）で示した断面図と同様な切断面におけるものである。第１の部位１０の上面の光を反射する面が、基板３０に対して平行でない第３の面３１から構成されている。第１の部位１０の動作及び制御については、上記と同様である。

（第２実施形態）
図５−（ａ）及び図５−（ｂ）に本実施形態における回折光学素子４００の平面図を示す。回折光学素子４００は、第１の部位４１０、基板４３０及び第１の部位４１０を基板４３０に接続するための接続部４４０を有する。回折光学素子４００は、制御信号線４９１を介して制御部４９０に接続されており、制御部４９０の制御により第１の部位４１０の長さを変えることができる。液晶性部位が規定する方向は図５−（ａ）のＣの矢印で示す方向である。接続部４４０は、第１の部位４１０の長さの変化に応じて基板４３０における位置を変える。尚、第１実施形態で説明した構成要素と同様の構成要素に関しては、その説明を省略する。

図５−（ａ）は、第１の部位４１０が収縮した状態の回折光学素子４００である。隣接する２つの第１の部位４１０の間にできる隙間と隙間との間の距離はｄ３である。このときの回折光学素子４００の透過光６０を図６−（ａ）に示す。図５−（ｂ）は、第１の部位４１０が伸張した状態の回折光学素子４００である。隣接する２つの第１の部位４１０の間にできる隙間と隙間との間の距離はｄ４である。このときの回折光学素子４００の透過光６１を図６−（ｂ）に示す。透過光６０が引き起こす回折現象と透過光６１が引き起こす回折現象とは異なり、これにより様々な回折光を生成することができる。これにより、回折光学素子を形成するための成形型を用途別に作成する必要をなくすことができる。

以上、本発明の実施形態及び実施例の説明を行ったが、本発明の適用は上述した内容に限られる訳ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において広く変形並びに適用が可能である。

１０…第１の部位、１１…第１の面、２０…第２の部位、２１…第２の面、３０…基板、３１…第３の面、４０…第１の方向、５０…反射光、５１…反射光、６０…透過光、６１…透過光、８０…アクチュエーター、８１…内部電極、８２…高分子電解質、８３…酸化還元応答化合物、８４…外部電極、９０…制御部、９１…制御信号線、１００…回折光学素子、２００…回折光学素子、３００…回折光学素子、４００…回折光学素子、４１０…第１の部位、４３０…基板、４４０…接続部、４９０…制御部、４９１…制御信号線。

Claims

第１の方向に長さが変化する第１の部位と、
第２の部位と、を含み、
前記第１の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、
前記第２の部位の前記第１の方向における面は光を反射し、
前記第１の部位と前記第２の部位は、前記第１の方向に垂直な面に、隣接して配置されていることを特徴とする回折光学素子。
前記第１の部位が第１の酸化還元応答化合物と前記第１の方向を規定する第１の液晶性部位と、を有し、
前記第１の部位の長さの変化は、前記第１の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第１の部位が前記第１の液晶性部位が規定する方向に伸張及び収縮することによる変化であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
前記第２の部位は、第２の酸化還元応答化合物と前記第１の方向に伸張及び収縮する第２の液晶性部位とを有し、
前記第２の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第２の部位の長さが前記第１の方向に変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
第１の方向に長さが変化する第１の部位を複数含み、
複数の前記第１の部位の各々を、隣接するふたつの前記第１の部位の間の距離が所定の距離となるように、前記第１の方向に配置したことを特徴とする回折光学素子。
前記第１の部位が第１の酸化還元応答化合物と第１の液晶性部位を有し、
前記第１の部位の長さの変化は、前記第１の酸化還元応答化合物の酸化還元反応により、前記第１の部位が前記第１の液晶性部位が規定する方向に伸張及び収縮することによる変化であることを特徴とする請求項４に記載の回折光学素子。