JP2014006372A5

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Publication number: JP2014006372A5
Application number: JP2012141772A
Authority: JP
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2032-06-25

Description

本発明の偏光解消素子は、安価かつ省スペースでスペックルの解消を実現できる。
機器。

光偏光器３は光透過領域３ａを有する。光透過領域３ａはシリコン基板１３の一部分が熱酸化されて形成された二酸化珪素１５で形成されている。光偏光器３の光透過領域３ａよりも厚みが厚い部分は、表面が二酸化珪素１５で形成されており、内部がシリコン基板１３で形成されている。
機器。

弾性体５は、光偏光器３を並進振動させるために光偏光器３に連結されている。この実施例では、一対の弾性体５が設けられている。
支持体７は、弾性体５を介して光偏光器３を支持している。弾性体５及び支持体７は、表面が二酸化珪素１５で形成されており、内部がシリコン基板１３で形成されている。
機器。

図４は、光偏光器３を拡大して示した概略的な断面図である。
例えば、サブ波長構造体からなる光偏光素子３ｂにおいて、凹凸周期（ピッチ）Ｐは１５０〜２５０ｎｍ（ナノメートル）、凸条のランドの幅Ｌは７５〜１２５ｎｍ、空気層からなる凹条の溝の幅Ｓは７５〜１２５ｎｍであり、Ｐ＝Ｌ＋Ｓである。また、溝の深さｄは２〜５μｍ（マイクロメートル）、光透過領域３ａの厚みｔは７〜１５μｍである。
機器。

偏光解消素子１において、光偏光器３における光透過領域３ａとは異なる部分（周囲部分）の厚みは支持体７の厚みと同じ寸法でなくてもよい。また、弾性体５の厚みは支持体７の厚みと同じ寸法でなくてもよい。これらの部分の厚みは、支持体７の厚みよりも小さい寸法であってもよい。その一例を図８及び図９に示す。
機器。

図８及び図９に示されるように、光偏光器３における光透過領域３ａとは異なる部分の厚みは、光透過領域３ａの厚みと同じであってもよい。なお、光偏光器３における光透過領域３ａとは異なる部分の厚みは、光透過領域３ａの厚み及び支持体７の厚みとは異なっていてもよい。このように、光偏光器３における光透過領域３ａとは異なる部分の厚みは任意の厚み寸法に形成可能である。
機器。

また、図８に示されるように、弾性体５の厚みは、光透過領域３ａの厚み及び支持体７の厚みとは異なっていてもよい。なお、支持体７の厚みは均一でなくてもよい。また、図９に示されるように、弾性体５の厚みは、光透過領域３ａの厚みと同じであってもよい。このように、弾性体５の厚みは任意の厚み寸法に形成可能である。
機器。

次に、偏光解消素子１の作製手順を説明する。まず、図１０及び図１１を参照して、１つのシリコン基板から加工される光偏光器３、弾性体５及び支持体７の作成手順について説明する。
機器。

光偏光器３、弾性体５及び支持体７の製造基本のプロセスは、図１０（ａ）から図１１（ｊ）に示すように、シリコン基板１３の表面及び裏面を熱酸化炉（拡散炉）によって酸化し、二酸化珪素１５（熱酸化シリコン膜）を形成する（熱酸化膜形成ステップ）。二酸化珪素１５の厚みは、例えば５０μｍとする。
機器。

図１１（ｉ）に示すように、基板表裏面のレジスト材料１９，２３、樹脂材料層２１、メタル膜１７を剥離する。これにより、パターニングされたシリコン基板１３が完成する。
機器。

図１１（ｊ）に示すように、パターニングされたシリコン基板１３を熱酸化炉で熱酸化して、シリコン基板１３の表面に二酸化珪素１５を形成する。シリコン基板１３表面から５〜１０μｍの厚さまで、シリコンが熱酸化されて二酸化珪素１５に組成変化する。組成変化した後のパターン形状は、初期の設計の値と同じであった。これにより、二酸化珪素１５からなる光透過領域３ａ及び光偏光素子３ｂが形成される。
機器。

台座１１と支持体７との固定を接着樹脂で行なう場合には、シリコン基板１３上のすべて金属材料、レジスト材料を除去し、表面熱酸化された後に、表面熱酸化されたシリコン基板１３を所定の外形にダイサーで切断する。なお、ダイサーによって切断された切断面には二酸化珪素１５は形成されていない。この状態で、共振構造を有する光学偏光器チップが完成する。
機器。

このようにして作成した偏光解消素子１の駆動特性の試験について説明する。
本実施例では、シリコン基板１３（二酸化珪素１５の厚みを含む）の厚みは、５２５μｍ、光透過領域３ａを構成する二酸化珪素１５の厚みは１０μｍとした。
機器。

また、本実施例では、光偏光器３の共振周波数が１８ｋＨｚとなるように設計した。振動子９に振幅電圧Ｖｐｐ＝２０Ｖ、周波数１８ｋＨｚの交流電圧を駆動信号として印加し、交流電圧を駆動信号として印加した。振動子９は水平軸走査用で共振駆動とし、振幅５０μｍを得た。
機器。

光偏光器３が並進振動されることにより、光偏光素子３ｂが形成された光透過領域３ａを透過する光は、光偏光素子３ｂのサブ波長構造体に従って位相差の異なる光がサブ波長構造体領域毎に出射されるとともに、サブ波長構造体領域毎に位相差の異なる光が時間分割されて出射される。この光を用いることによって、スペックル成分の内で、『オブジェクティブスペックルを解消する』ことができる。
機器。

このようにして、スクリーンに画像を表示する際に、偏光解消素子１を動作させる前後、すなわち、振動子９に電圧成分を駆動信号として印加する前後で、スクリーン上の画像のスペックルノイズを計測した。スクリーン上の画像をＣＣＤカメラで捉え、ＣＣＤ画素毎の輝度を分析処理することよりスペックルコントラストＣを求めた。
Ｃ＝σ／Ｉ（σ：輝度ばらつきの標準偏差、Ｉ：輝度平均）
その結果、振動子９の駆動前後でスペックルコントラストＣは３０％低減された。
機器。

また、偏光解消素子１の振動子９を動作させる前後で、フリッカーノイズの違いは認識されなかった。これは、偏光解消素子１の振動子９が、周波数１８ｋＨｚという人間の目では追随できない速度で振動しているためにフリッカーノイズの違いが認識されなかったものと推測される。
機器。

このように、偏光解消素子１は安価に省スペースでスペックル解消の機能発現が可能となる。
また、偏光解消素子１において、弾性体５を構成する材料はシリコン材料である。一方、振動子９は市販の振動子を使用している。したがって、目的の特性に合致した市販の振動子を購入して使用することができる。換言すれば、狙いとする振動数、振幅に応じた振動子を用いることで、偏光解消素子１の目的特性を変更することができる。
機器。

光量均一化用光学器２７は光透過領域２７ａを有する。光透過領域２７ａはシリコン基板１３の一部分が熱酸化されて形成された二酸化珪素１５で形成されている。光量均一化用光学器２７の光透過領域２７ａよりも厚みが厚い部分は、表面が二酸化珪素１５で形成されており、内部がシリコン基板１３で形成されている。この部分の構成は偏光解消素子１の光偏光器３と同様である。
機器。

このように、偏光解消素子１と光量均一化素子２５を一体化又は同一光路上に配置したものを、レーザ露光装置やレーザ加工装置などの光学系に適用することにより、これらの素子の透過光の偏光状態をランダムにするとともに、光量を均一化することができる。

Claims

光透過領域を有する光偏光器と、
前記光偏光器を並進振動させるために前記光偏光器に連結された弾性体と、
前記弾性体を介して前記光偏光器を支持する支持体と、
前記光偏光器を並進振動させるための振動子と、
前記支持体と前記振動子とを位置固定するための台座と、を備え、
前記光偏光器、前記弾性体及び前記支持体は１つのシリコン基板が加工されて形成されたものであり、
前記光偏光器の前記光透過領域は前記シリコン基板の一部分が熱酸化されて形成された二酸化珪素で形成され、
前記光透過領域の一表面に、前記二酸化珪素で形成され、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体からなる光偏光素子が形成されていることを特徴とする偏光解消素子。
該偏光解消素子の前記光偏光素子に替えて光量を均一化するための光量均一化用光学素子が形成された光量均一化素子をさらに備え、
前記光量均一化素子の前記光透過領域は該偏光解消素子の前記光透過領域を透過する光の光路上に配置されている請求項１に記載の偏光解消素子。
前記光量均一化用光学素子はマイクロレンズアレイ、インテグレータ又はフライアイレンズアレイである請求項２に記載の偏光解消素子。
レーザ光源から発生するレーザ光を対象物に照射する光学系を備えた光学機器において、
前記レーザ光の偏光状態をランダムな偏光状態にするために請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光解消素子を前記光学系の光路上に配置したことを特徴とする光学機器。