JP3324083B2 - Optical element fabrication method - Google Patents
Optical element fabrication methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光学素子に関し、特
に、複屈折性を有する光学素子及びその作製法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element, and more particularly, to an optical element having birefringence and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、入射光の偏光によって異なった特
性を示す光学素子(以下、複屈折光学素子と称する)と
して、方解石などの光学結晶が用いられてきた。方解石
のような光学結晶を用いる場合、光ビームを数ミリの間
隔で分離するにはセンチメートル(cm)オーダーの光学
結晶を透過させる必要がある。このため、光ビームの方
向を変えることにより、光信号の伝達経路を変える2次
元光スイッチに光学結晶を用いた場合、前述のように、
ビーム分離能力が低いため、大型の結晶が必要となり、
2次元光スイッチが大型になるという問題があった。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical crystal such as calcite has been used as an optical element (hereinafter referred to as a birefringent optical element) having different characteristics depending on the polarization of incident light. When an optical crystal such as calcite is used, it is necessary to transmit an optical crystal on the order of centimeters (cm) to separate a light beam at intervals of several millimeters. Therefore, when an optical crystal is used for a two-dimensional optical switch that changes the transmission path of an optical signal by changing the direction of a light beam, as described above,
Since the beam separation ability is low, a large crystal is required,
There is a problem that the two-dimensional optical switch becomes large.
【0003】また、光学結晶は小型のものでも高価であ
るという問題があった。このため、小型、安価を実現で
きる複屈折光学素子が望まれている。Also, there is a problem that the optical crystal is expensive even if it is small. For this reason, a birefringent optical element capable of realizing small size and low cost is desired.
【0004】他の複屈折光学素子として、シリコン基板
上を構造複屈折を示す回折格子構造に加工した光学素子
が開発されている(MICRO OPTICS NEWS
7(3)1989 P.30〜35)。As another birefringent optical element, an optical element in which a silicon substrate is processed into a diffraction grating structure showing structural birefringence has been developed (MICRO OPTICS NEWS).
7 (3) 1989, pp. 30-35).
【0005】図11はこの複屈折回折格子の断面を示す
図である。この複屈折回折格子は、図11に示すよう
に、シリコン基板801を周期d1の回折格子構造及びd1
>d2である周期d2の構造に加工したものである。周期
d1の構造が回折作用により光を曲げ、周期d2の構造が
複屈折性を生じさせる。格子の周期方向に対し偏光面が
垂直な光を入射すると、回折は起こらず真っ直ぐに透過
するが、偏光面が平行な光を入射すると回折光が得られ
る。FIG. 11 is a diagram showing a cross section of the birefringent diffraction grating. As shown in FIG. 11, this birefringent diffraction grating has a silicon substrate 801 with a diffraction grating structure having a period d 1 and a diffraction grating structure d 1.
> Is obtained by machining the structure period d 2 is d 2. Bending light by structures diffraction effect of the period d 1, the structure of the period d 2 causes a birefringence. When light whose polarization plane is perpendicular to the periodic direction of the grating is incident, the light is transmitted straight without diffraction, but when light whose polarization plane is parallel is incident, diffracted light is obtained.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の複
屈折回折格子では、素子の形状による効果を利用してい
るため、素子作製が複雑となり、使用する材料が限定さ
れ高価になる。特に、回折格子の格子間隔d1を細かく
し光の偏光角を大きくすることは困難であるという問題
があった。However, in the conventional birefringent diffraction grating, since the effect of the shape of the element is used, the element fabrication becomes complicated, the materials used are limited, and the cost is high. In particular, there is a problem that it is difficult to make the grating interval d 1 of the diffraction grating small and increase the polarization angle of light.
【0007】この素子では、形状が単純であるため、原
理的に複数の次数の回折光を発生してしまう。また、光
路長振幅を可変とすることや、波長選択性を持たせるこ
とができなかった。複雑な縞状構造を作るのは、困難な
ため像の再生を行うことが不可能であった。In this device, since it has a simple shape, a plurality of orders of diffracted light are generated in principle. In addition, the optical path length amplitude cannot be made variable and the wavelength selectivity cannot be provided. Since it was difficult to form a complicated striped structure, it was impossible to reproduce an image.
【0008】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、光学素子を容易に
作製することが可能な技術を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical element which can be easily manufactured.
It is to provide a technology that can be manufactured .
【0009】本発明の他の目的は、大面積の光学素子を
作製することが可能な技術を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a large-area optical element.
It is to provide a technology that can be manufactured .
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】前記目的を解決するため
に、本発明は、透光性高分子樹脂中に、光軸を特定方向
に揃えた液晶の微小体が複数存在する構造を有する光学
素子の作製法であって、前記透光性高分子樹脂と前記液
晶との混合物に、レンズ群またはホログラムを用いて縞
状に集光した光を照射し、前記透光性高分子樹脂と前記
液晶との混合物中の光強度分布を鋸波状とし、その光強
度分布に応じた構造で硬化させ、光路長分布を鋸波状と
することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned object, the present invention provides a light-transmitting polymer resin having an optical axis in a specific direction.
With a structure in which multiple liquid crystal microscopic bodies are aligned
A method for manufacturing an element, wherein the light-transmitting polymer resin and the liquid
Using a lens group or hologram on the mixture with crystals
Irradiate the light condensed in a shape, the translucent polymer resin and the
The light intensity distribution in the mixture with the liquid crystal is made to have a sawtooth shape,
Curing with a structure according to the degree distribution, the optical path length distribution becomes a sawtooth shape
Characterized in that it.
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【作用】本発明の光学素子の作製法によれば、高分子樹
脂及び液晶の混合物に、レンズ群またはホログラムを用
いて縞状に集光した光を照射し、前記透光性高分子樹脂
と前記液晶との混合物中の光強度分布を鋸波状とし、そ
の光強度分布に応じた構造で硬化させることにより、光
路長分布が鋸波状の光学素子を実現できた。 According to the method for producing an optical element of the present invention, a polymer tree
Use lens group or hologram for mixture of fat and liquid crystal
Irradiating the light condensed in stripes, the light-transmitting polymer resin
The light intensity distribution in the mixture of
By curing with a structure corresponding to the light intensity distribution of
An optical element having a sawtooth-like path length distribution was realized.
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、実施例を説明するための全図において、同
一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの
説明は省略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.
【0028】(実施例1) 図1は、本発明の光学素子の参考例を説明するための模
式図であり、図1(a)はこの光学素子の概略構成を示す
斜視図、図1(b)はこの光学素子の動作を説明するため
の図である。図1(a)において、101は透光性物質の領
域、102は液晶分子からなる光学的異方体領域である。
液晶分子102の非等方形は、屈折率異方性を模式的に表
したものである。[0028] (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a reference example of the optical element of the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view showing a schematic configuration of the optical device, FIG. 1 ( (b) is a diagram for explaining the operation of this optical element. In FIG. 1A, 101 is a region of a light-transmitting substance, and 102 is an optically anisotropic region composed of liquid crystal molecules.
The anisotropic shape of the liquid crystal molecules 102 schematically represents the refractive index anisotropy.
【0029】図1(a)に示すように、透光性物質の領域
101と液晶の領域を縞模様状に繰り返し配置することに
より参考例の光学素子は構成される。液晶は屈折率の大
きい方向が縞の方向と一致するように配向させている。
また、透光性物質と液晶の短軸方向(屈折率の小さい方
向)の屈折率を一致させた。光学素子の光路長はグラフ
のようになる。実線は偏光方向が縞と平行な光に対する
光路長、破線は垂直なものに対する光路長である。As shown in FIG. 1A, the region of the light-transmitting substance
The optical element of the reference example is configured by repeatedly arranging the region 101 and the liquid crystal in a striped pattern. The liquid crystal is oriented so that the direction with the higher refractive index matches the direction of the stripes.
Further, the refractive indices of the translucent substance and the liquid crystal in the minor axis direction (direction in which the refractive index is small) were made to match. The optical path length of the optical element is as shown in the graph. The solid line indicates the optical path length for light whose polarization direction is parallel to the stripe, and the broken line indicates the optical path length for light perpendicular to the stripe.
【0030】図1(b)に示すように、この光学素子に偏
光方向が縞に対して垂直方向である直線偏光の入射光束
103を当てる。この偏光に対して領域101と領域102の屈
折率は一致するので、図1(a)のグラフに示したように
光学素子は作用せず、入射光束103をそのまま透過し、
出射光束(透過光)104が得られる。入射光束103の偏光
方向を90度回転し、偏光方向と縞の方向を一致させる
と、領域101と領域102の屈折率はこの光に対しては互い
に等しくなく、図1(a)の左のグラフに示したように光
路長分布ができ、回折格子として振る舞うので、回折さ
れた出射光束(回折光)105が得られる。As shown in FIG. 1B, a linearly polarized incident light beam whose polarization direction is perpendicular to the fringe is applied to this optical element.
Hit 103. Since the refractive indices of the region 101 and the region 102 match with respect to this polarized light, the optical element does not act as shown in the graph of FIG.
An emitted light beam (transmitted light) 104 is obtained. When the polarization direction of the incident light beam 103 is rotated by 90 degrees and the polarization direction and the direction of the stripe are matched, the refractive indices of the region 101 and the region 102 are not equal to each other with respect to this light, and the left and right sides of FIG. As shown in the graph, an optical path length distribution is formed, and the optical element behaves as a diffraction grating, so that a diffracted emitted light beam (diffracted light) 105 is obtained.
【0031】すなわち、入射光の偏光状態に依存して異
なる出射光方向を替えられることが分かる。つまり、屈
折率を有する光学結晶と同等の作用を示す。That is, it can be seen that different outgoing light directions can be changed depending on the polarization state of the incident light. That is, it has the same effect as an optical crystal having a refractive index.
【0032】出射光束104と出射光束1105のなす角を分
離角と呼ぶとする。分離角αは縞の周期dと使用する光
の波長λを用いて、以下のように現される。The angle between the emitted light beam 104 and the emitted light beam 1105 is called a separation angle. The separation angle α is expressed as follows using the period d of the stripe and the wavelength λ of the light to be used.
【0033】[0033]
【数1】sin α=nλ/d ・・・(1) ここで、nは回折の次数を示し、n=0,1,2・・・
とする。## EQU1 ## Here, n indicates the order of diffraction, and n = 0, 1, 2,...
And
【0034】後述の形成法を用いれば縞の間隔は小さく
することができる。特に、縞周期0.5μmの本実施例
の光学素子では、波長350nmの入射光に対して、1
次回折光で分離角45度が予想通り実現できた。高次回
折光を用いれば、さらに大角度の偏光が可能である。The use of the formation method described later can reduce the interval between stripes. In particular, in the optical element of the present embodiment having a fringe period of 0.5 μm, 1
The separation angle of 45 degrees was realized as expected with the next diffraction light. If higher-order diffracted light is used, polarization at an even larger angle is possible.
【0035】図1(b)では、出射光束105の数は上下各
2つを図示しているが、回折光は式(1)からもわかるよ
うに一般に多数得られるので、この光学素子は、光束の
分割をも実現していることになる。分割された光束への
光量の分配比率は、液晶の分布、または素子の光の進行
方向の厚さを変えることにより可変であることは自明で
ある。In FIG. 1 (b), the number of outgoing light beams 105 is two for each of the upper and lower sides. However, as can be seen from equation (1), a large number of diffracted light beams are generally obtained. This means that the light beam is also split. It is obvious that the distribution ratio of the light amount to the divided light beam can be changed by changing the distribution of the liquid crystal or the thickness of the element in the light traveling direction.
【0036】入射光の偏光面を前述の中間とした場合
は、前述の2つの直線偏光を合成したものと等価である
から、出射光束104及び出射光束105が同時に得られる重
ね合わせ状態となる。When the plane of polarization of the incident light is in the above-mentioned intermediate position, it is equivalent to a combination of the above-mentioned two linearly polarized lights, so that the emitted light beam 104 and the emitted light beam 105 are superimposed simultaneously.
【0037】ここでは、樹脂を用いたが、透光性を示す
物質であればよい。また、液晶を用いたが、液晶に限ら
ず光学軸の揃った光学的異方体であればよい。また、光
学軸の揃え方は、光学軸を特定方向に向けることに限ら
ない。例えば、光学軸が1平面内に限定される場合のよ
うに、その領域が複屈折性を示す状態であればよい。In this case, the resin is used, but any material may be used as long as it is translucent. Further, the liquid crystal is used, but is not limited to the liquid crystal, and may be any optically anisotropic body having a uniform optical axis. Further, the method of aligning the optical axes is not limited to directing the optical axes in a specific direction. For example, as long as the optical axis is limited to one plane, the region may be in a state showing birefringence.
【0038】図1は領域の種類を2種類としたものであ
るが、これに限らず2種類より多くてもよい。また、図
1では屈折率分布は矩形波状であるが、一般に、任意の
分布でよく、入射光の進行方向にも分布をもっていてよ
い。Although FIG. 1 shows two types of regions, the present invention is not limited to this, and may be more than two types. Although the refractive index distribution in FIG. 1 is a rectangular wave, it may be an arbitrary distribution, and may have a distribution in the traveling direction of incident light.
【0039】屈折率の分布の制御は、異方性を含め、透
光性物質と光学的異方体の分布の制御により行われる。The distribution of the refractive index is controlled by controlling the distribution of the light-transmitting substance and the optically anisotropic material, including the anisotropy.
【0040】図2は、本発明による光学素子の実施例1
を説明するための模式図であり、図2(a)は、図1(b)
のように、透光性物質領域と光学的異方体領域が完全に
分離した状態ではなく、同素子を透光性物質中に光学的
異方体の微小領域が存在し、その数密度を変化させるこ
とにより、屈折率分布を得た例である。同図2(a)とは
逆に領域は透光性物質側が孤立していてもよい。また、
数密度だけでなく、領域の大小で制御してもよい。ま
た、一方の領域が島状に孤立する必要はなく、両者とも
連続で領域の出現量の多少で制御してもよい。FIG . 2 shows Embodiment 1 of the optical element according to the present invention.
FIG. 2A is a schematic diagram for explaining FIG.
The element is not completely separated from the light-transmissive material region and the optically anisotropic material region. This is an example in which a refractive index distribution is obtained by changing the refractive index distribution. Contrary to FIG. 2A, the region may be isolated on the light-transmitting substance side. Also,
The control may be performed based on not only the number density but also the size of the area. Further, it is not necessary for one of the regions to be isolated in an island shape, and both may be controlled continuously depending on the amount of appearance of the region.
【0041】図2(b)は、同素子を透性物質と光学的異
方体の混合物108で作製した例である。同図2(b)の線
の密度は、光学的異方体の濃度を模式的に表したもので
ある。FIG. 2B shows an example in which the same element is manufactured by using a mixture 108 of a transparent substance and an optically anisotropic substance. The line density in FIG. 2B schematically represents the density of the optically anisotropic body.
【0042】本実施例の光学素子では、光学的異方体の
濃度を変えることにより屈折率分布を得ている。In the optical element of this embodiment, the refractive index distribution is obtained by changing the concentration of the optically anisotropic body.
【0043】また、透光性物質の屈折率と光学的異方体
の常光線に対する屈折率を一致させたが、異なってもよ
い。透光性物質の屈折率を光学的異方体の屈折率の最大
値と最小値との間とした場合、透光性個体と光学的異方
体の屈折率が等しくなる方向に入射光の偏光面を合わせ
ると、素子は入射光を偏光せず透過する。また、光学的
異方体は、単軸性のものとしたが、双軸性のものであっ
てもよい。Although the refractive index of the light-transmitting substance and the refractive index of the optically anisotropic substance with respect to ordinary light are made to match, they may be different. When the refractive index of the translucent material is between the maximum value and the minimum value of the refractive index of the optically anisotropic body, the incident light is directed in the direction in which the refractive indices of the translucent solid and the optically anisotropic body are equal. When the planes of polarization are matched, the element transmits the incident light without polarization. Further, the optically anisotropic body is uniaxial, but may be biaxial.
【0044】本発明の光学素子は、例えば、液晶と樹脂
を使った場合、薄型でかつ柔軟性に富んでいるため、曲
面など任意形状に変形させたり、可動部で使用すること
が可能な素子となる。When the liquid crystal and the resin are used, for example, the optical element of the present invention is thin and highly flexible, so that it can be deformed into an arbitrary shape such as a curved surface or used in a movable portion. Becomes
【0045】図2(c)は、本発明の光学素子を複数枚重
ねた例である。例えば、図2(c)のように、透光性物質
と光学的異方体領域の比が異なる2枚の光学素子を重ね
た。この場合、2枚重ねて見た光路長が非対称となるた
め、特定の次数の回折光109を他の回折光105や透過光10
4に比べ強くすることができる。FIG. 2C is an example in which a plurality of optical elements of the present invention are stacked. For example, as shown in FIG. 2C, two optical elements having different ratios of the light-transmitting substance and the optically anisotropic region are stacked. In this case, since the optical path lengths of the two superimposed images are asymmetric, the diffracted light 109 of a specific order can be converted into another diffracted light 105 or transmitted light 10.
Can be stronger than 4.
【0046】ここでは、透光性物質と光学的異方体領域
の比を変えたが、格子の周期、縞状構造の縞の分布、素
子厚さ、構成物質の内一つまたは複数を変えた素子を重
ね合わせてもよい。Here, the ratio between the translucent material and the optically anisotropic region was changed, but one or more of the grating period, the distribution of the stripes in the stripe structure, the element thickness, and the constituent materials were changed. May be overlapped.
【0047】(実施例2)図3は本発明による光学素子
の実施例2を説明するための模式図であり、(a)は実施
例2の光学素子の概略構成を示す斜視図、(b)は(a)に
示す光学素子の動作を説明するための図である。(Embodiment 2) FIGS. 3A and 3B are schematic views for explaining Embodiment 2 of the optical element according to the present invention. FIG. 3A is a perspective view showing a schematic configuration of the optical element of Embodiment 2. () Is a diagram for explaining the operation of the optical element shown in (a).
【0048】本実施例の光学素子は、鋸波状の光路長分
布をもたせた光学素子であり、図3(a)に示すように、
例えば、透光性樹脂のような透光性物質からなる領域20
1と、例えば、液晶のような光学的異方体の領域202の分
布により光路長を鋸波状とした。透光性樹脂の屈折率と
光学的異方体の常光線に対する屈折率を一致させ、異方
体の光学軸を縞の方向と平行に作製する。光路長の分布
は、図3(a)に示す左のグラフのように、偏光方向が縞
と平行の光に対して実線で示すように鋸波状、垂直なも
のについては破線のように一定となる。The optical element of this embodiment is an optical element having a sawtooth optical path length distribution, and as shown in FIG.
For example, the region 20 made of a light-transmitting substance such as a light-transmitting resin
The optical path length was set to a sawtooth shape by the distribution of 1 and, for example, an optically anisotropic region 202 such as a liquid crystal. The refractive index of the light-transmitting resin is made to match the refractive index of the optically anisotropic body with respect to ordinary light, and the optical axis of the anisotropic body is made parallel to the direction of the stripes. The distribution of the optical path length is, as shown in the left graph of FIG. 3 (a), a sawtooth wave as shown by a solid line for light whose polarization direction is parallel to the stripe, and a constant as shown by a broken line for light perpendicular to the stripe. Become.
【0049】入射光束203の偏光面を縞の方向と垂直に
すると、実施例1の光学素子と同様に出射光はそのまま
透過した出射光束204となる。入射光束203の偏光面を縞
の方向と平行とすると、光学素子は回折格子となり、出
射光は偏光された出射光束205となる。光路長分布が鋸
状である回折格子は、一般にブレーズド格子と呼ばれ、
光路長振幅をL、光の波長をλとしたとき、When the polarization plane of the incident light beam 203 is perpendicular to the direction of the stripes, the outgoing light becomes the outgoing light beam 204 as it is, similarly to the optical element of the first embodiment. Assuming that the polarization plane of the incident light beam 203 is parallel to the direction of the stripes, the optical element becomes a diffraction grating, and the outgoing light becomes a polarized outgoing light beam 205. A diffraction grating having a sawtooth optical path length distribution is generally called a blazed grating,
When the optical path length amplitude is L and the light wavelength is λ,
【0050】[0050]
【数2】L=nλ (nは自然数) ・・・(2) を満たすような特定の波長について発生する回折光は、
n次のみとなり、従って、出射光の光束数は1となる性
質がある。また、他の波長についても、一般に指向性が
強くなる。従って、この光学素子は、低損失な光の方向
を変える素子、すなわち、偏光素子として有効である。
このときの分離角度αは、格子間隔dに対して、L = nλ (n is a natural number) The diffracted light generated at a specific wavelength that satisfies (2) is
There is only the n-th order, and therefore, the number of luminous fluxes of emitted light is one. In general, the directivity of other wavelengths also increases. Therefore, this optical element is effective as an element that changes the direction of light with low loss, that is, a polarizing element.
The separation angle α at this time is:
【0051】[0051]
【数3】d tanα = nλ ・・・(3) で与えられる。また、入射光の偏光方向を中間状態とす
れば、出射光束204及び出射光束205の重ね合わせが得ら
れる。つまり、出射光束204と出射光束205の間で光量の
比率を連続的に変えることができる。## EQU3 ## d tanα = nλ (3) If the polarization direction of the incident light is in the intermediate state, the outgoing light flux 204 and the outgoing light flux 205 can be superimposed. That is, the ratio of the amount of light between the emitted light beam 204 and the emitted light beam 205 can be continuously changed.
【0052】また、透光性物質の屈折率と光学的異方体
の両軸の屈折率を全て異なる値とすると、図3(a)の出
射光束204のような透過状態はなくなり、出射光は図3
(b)に示すような出射光束206及び出射光束207のような
偏光された光束間の切り替えとなる。つまり、Y分岐的
な切り替え素子として用いることができる。If the refractive index of the translucent substance and the refractive index of both axes of the optically anisotropic body are all different values, the transmission state like the outgoing light beam 204 in FIG. Figure 3
Switching between polarized light beams such as the outgoing light beam 206 and the outgoing light beam 207 as shown in FIG. That is, it can be used as a Y-branch switching element.
【0053】すなわち、この光学素子を用いれば、不要
な回折光がないため、光の漏れによる素子損失のない複
屈折光学素子が実現できる。That is, if this optical element is used, since there is no unnecessary diffracted light, a birefringent optical element having no element loss due to light leakage can be realized.
【0054】なお、光学軸の揃え方は、光学軸を特定方
向に向けることに限らず、例えば、光学軸が1平面内に
限定される場合のように、その領域が複屈折性を示す状
態であればよい。図3は領域の種類を2種類としたもの
であるが、これに限らず2種類より多くてもよく、濃度
または微小領域で屈折率分布を実現してもよい。光学的
異方体は、単軸性のものでも双軸性のものであってもよ
い。Note that the method of aligning the optical axes is not limited to directing the optical axis in a specific direction. For example, as in the case where the optical axis is limited to one plane, the region exhibits birefringence. Should be fine. Although FIG. 3 shows two types of regions, the present invention is not limited to this, and may be more than two types, and a refractive index distribution may be realized in a concentration or a minute region. The optically anisotropic body may be uniaxial or biaxial.
【0055】(実施例3)図4は本発明による光学素子
の実施例3を説明するための模式図であり、(a)は実施
例3の光学素子の概略構成を示す断面図、(b)は(a)に
示す光学素子の動作を説明するための図、(c)は実施例
3の光学素子の変形例の概略構成を示す断面図、(d)は
(c)に示す光学素子の動作を説明するための図である。(Embodiment 3) FIGS. 4A and 4B are schematic views for explaining Embodiment 3 of an optical element according to the present invention. FIG. 4A is a sectional view showing a schematic configuration of the optical element of Embodiment 3. ) Is a diagram for explaining the operation of the optical element shown in (a), (c) is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a modification of the optical element of Example 3, (d)
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the optical element shown in FIG.
【0056】実施例3の光学素子は、素子の面方向だけ
でなく、入射光から見た素子の厚さ方向にも屈折率分布
を有するものであり、図4(a)に示すように、例えば、
透光性物質領域301と、例えば、液晶のような光学的異
方体領域302を交互に積層した素子構造となっている。The optical element of Example 3 has a refractive index distribution not only in the surface direction of the element but also in the thickness direction of the element as viewed from the incident light. As shown in FIG. For example,
It has an element structure in which translucent material regions 301 and optically anisotropic regions 302 such as liquid crystal are alternately laminated.
【0057】図4(b)に示すように、(a)の構造を有す
る光学素子306に入射光束303を当てる。液晶の長軸方向
(屈折率の大きい方向)を矢印307とし、液晶の短軸方
向の屈折率は、透光性物質の屈折率と一致させておく。
入射光束303の偏光方向が矢印307に対して垂直であると
き、光学素子306の屈折率分布は、入射光に対し一様と
なるので、出射光はそのまま透過した出射光束304とな
る。入射光束303の偏光方向を矢印307とすると、この光
に対しては屈折率分布が存在するので、積層構造で決ま
る特定の波長の光について、干渉効果により反射光305
が得られる。As shown in FIG. 4B, an incident light beam 303 is applied to an optical element 306 having the structure shown in FIG. The long axis direction of the liquid crystal (the direction with a large refractive index) is indicated by an arrow 307, and the refractive index of the liquid crystal in the short axis direction is made to match the refractive index of the translucent substance.
When the polarization direction of the incident light beam 303 is perpendicular to the arrow 307, the refractive index distribution of the optical element 306 becomes uniform with respect to the incident light, so that the outgoing light becomes the outgoing light beam 304 as it is. Assuming that the polarization direction of the incident light beam 303 is an arrow 307, since this light has a refractive index distribution, the reflected light 305 due to the interference effect is applied to light of a specific wavelength determined by the laminated structure.
Is obtained.
【0058】すなわち、本発明の素子は偏光に依存して
光を透過ないし反射させることができる複屈折光学素子
として働く効果がある。That is, the element of the present invention has an effect of acting as a birefringent optical element capable of transmitting or reflecting light depending on polarization.
【0059】前述の実施例3では、縞状構造が等間隔な
層構造であったが、図4(c)に示すように、間隔が場所
によって不均一で、層が平面ではない構造でもよい。こ
の光学素子の作用を図4(d)に示す。この光学素子308
に対し、入射光束303をあてる。液晶の長軸方向を矢印3
07とし、液晶の短軸方向の屈折率を透光性物質の屈折率
と一致させておく。入射光束303の偏光方向が矢印307に
対して垂直であるとき、光学素子308の屈折率分布は、
入射光に対し一様となるので、出射光はそのまま透過し
た出射光束304となる。入射光束303の偏光方向を矢印30
7とすると、この光に対しては屈折率分布が存在し、3
次元的な縞状構造、すなわち、体積ホログラムの構造で
あるので、反射光309により実像310が形成される。In the third embodiment, the striped structure is a layer structure having an equal interval. However, as shown in FIG. 4C, a structure in which the interval is non-uniform depending on the location and the layer is not a plane may be used. . FIG. 4D shows the operation of this optical element. This optical element 308
, An incident light beam 303 is applied. Arrow 3 in the long axis direction of the liquid crystal
07, the refractive index of the liquid crystal in the minor axis direction is made to match the refractive index of the translucent substance. When the polarization direction of the incident light beam 303 is perpendicular to the arrow 307, the refractive index distribution of the optical element 308 is
Since the light becomes uniform with respect to the incident light, the outgoing light becomes the outgoing light flux 304 transmitted as it is. The direction of polarization of the incident light beam 303 is indicated by an arrow 30.
Assuming that there is a refractive index distribution for this light,
The real image 310 is formed by the reflected light 309 because of the dimensional striped structure, that is, the structure of the volume hologram.
【0060】すなわち、本実施例3の光学素子は、偏光
に依存して光を透過ないし像を再生する高機能な複屈折
光学素子として働く効果がある。That is, the optical element of the third embodiment has the effect of acting as a high-performance birefringent optical element that transmits light or reproduces an image depending on polarization.
【0061】図5(a)及び図5(b)は、本実施例3の光
学素子を2枚重ねることにより2つの像の切り替えを行
った変形例を説明するための図である。この変形例の光
学素子は、液晶の長軸方向を矢印307と平行とした本実
施例3の光学素子308と、液晶の長軸方向を矢印307と垂
直にした素子312を重ねたものである。FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a modification in which two images are switched by overlapping two optical elements according to the third embodiment. The optical element of this modification is obtained by superposing the optical element 308 of Example 3 in which the major axis of the liquid crystal is parallel to the arrow 307 and the element 312 in which the major axis of the liquid crystal is perpendicular to the arrow 307. .
【0062】図5(a)に示すように、偏光方向が矢印30
7と平行な入射光束303を当てると、素子308により反射
光309により実像310が形成される。一方、図5(b)に示
したように、偏光方向が方向307と垂直な入射光束315は
光学素子308を透過し素子312によって反射され反射
光314により実像313が形成される。光学素子308と光
学素子312に異なった像を記録することにより、2つの
像を切り替えることができる。As shown in FIG. 5A, the polarization direction is
When an incident light beam 303 parallel to 7 is applied, a real image 310 is formed by the reflected light 309 by the element 308. On the other hand, as shown in FIG. 5B, an incident light beam 315 having a polarization direction perpendicular to the direction 307 is transmitted through the optical element 308, reflected by the element 312, and a real image 313 is formed by the reflected light 314. By recording different images on the optical element 308 and the optical element 312, the two images can be switched.
【0063】なお、ホログラムの再生は、図5のような
反射側ではなく、透過側へ行ってもよい。厚さ方向にあ
る構造によって生じる波長選択性を素子の機能とするこ
ともできる。The reproduction of the hologram may be performed on the transmission side instead of the reflection side as shown in FIG. The wavelength selectivity caused by the structure in the thickness direction can be a function of the element.
【0064】以上の説明からわかるように、本実施例3
の光学素子によれば、実像の再生という高機能な複屈折
光学素子を得ることができる。As can be seen from the above description, the present embodiment 3
According to this optical element, a high-performance birefringent optical element for reproducing a real image can be obtained.
【0065】(実施例4)図6は本発明による光学素子
の実施例4を説明するための模式図であり、(a)は実施
例4の光学素子の概略構成を示す断面図、(b)は(a)に
示す光学素子の動作を説明するための図である。(Embodiment 4) FIGS. 6A and 6B are schematic views for explaining Embodiment 4 of an optical element according to the present invention, wherein FIG. 6A is a sectional view showing a schematic configuration of the optical element of Embodiment 4. () Is a diagram for explaining the operation of the optical element shown in (a).
【0066】本実施例4の光学素子は、図6(a)に示す
ように、前述と同様な透光性物質401と、例えば、液晶
のような光学的異方体402からなる縞状構造部分を、電
極406で挟んだ構成にしたものである。電極406は、使用
する光の波長に対して透過性のある材料を用いる。電極
406に電源407を繊続して電圧を加えることにより、液晶
の配向方向が変わり、屈折率異方性を変化させることが
できる。液晶の短軸方向の屈折率と透光性物質の屈折率
を一致させ、配向方向を縞の方向と平行に作製する。As shown in FIG. 6A, the optical element of the fourth embodiment has a striped structure composed of a light-transmitting substance 401 similar to that described above and an optically anisotropic body 402 such as a liquid crystal. In this configuration, a portion is sandwiched between electrodes 406. The electrode 406 is formed using a material that transmits light having a wavelength. electrode
When a voltage is applied to the power supply 406 by extending the power supply 407, the alignment direction of the liquid crystal is changed, and the refractive index anisotropy can be changed. The refractive index of the liquid crystal in the minor axis direction is made to match the refractive index of the light-transmitting substance, and the alignment direction is made parallel to the direction of the stripes.
【0067】光路長振幅は、電圧を駆けない状態で式
(2)を満たすとする。光路長は(b)のグラフのように偏
光方向が縞と平行な光については細い実線のような鋸波
状になり、電圧を上げると太い実線のように鋸の高さが
低くなり、十分大きな電圧については破線のように一様
となる。また、偏光面が垂直な場合は電圧によらず破線
のように一様となる。The optical path length amplitude is given by the following equation when no voltage is applied.
Suppose that (2) is satisfied. The optical path length is a sawtooth wave like a thin solid line for light whose polarization direction is parallel to the stripe as shown in the graph of (b), and the saw height decreases as the thick solid line increases when the voltage is increased, and is sufficiently large. The voltage becomes uniform as shown by the broken line. When the polarization plane is vertical, the polarization becomes uniform regardless of the voltage, as indicated by the broken line.
【0068】入射光束403の偏光面を縞の方向と垂直に
した場合、素子に加わる電圧に関係なく素子のこの偏光
光線に対する屈折率は一様であるので、出射光束403は
光学素子の作用を受けずにそのまま透過する。偏光面を
縞と平行にすると、入射光束403は光学素子の影響を受
ける。図6(b)に示すように、鋸波状の光路長分布の場
合、実施例2に示したように回折光は1光束となる。電
圧を駆けない状態では、液晶の屈折率と透光性物質の屈
折率の差が大きいため、光路長振幅が大きいので、式
(3)におけるnの値が大きく、出射光束405は高次回折
光となり、分離角αの大きい方向(矢印405)に得られ
る。When the polarization plane of the incident light beam 403 is perpendicular to the direction of the stripes, the output light beam 403 exerts the action of the optical element because the refractive index of the element for this polarized light beam is uniform regardless of the voltage applied to the element. Transmitted as is without receiving. When the plane of polarization is made parallel to the stripes, the incident light beam 403 is affected by the optical element. As shown in FIG. 6B, in the case of the sawtooth-shaped optical path length distribution, the diffracted light becomes one light flux as shown in the second embodiment. When no voltage is applied, the difference between the refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the translucent substance is large, and the optical path length amplitude is large.
The value of n in (3) is large, and the outgoing light beam 405 becomes higher-order diffracted light, and is obtained in the direction in which the separation angle α is large (arrow 405).
【0069】この条件でのnを以下n0とする。電圧を
加えると、屈折率異方性と誘電率異方性の縞の方向に対
する液晶の屈折率が減少するので、光路長振幅は小さく
なる。電圧を加えていくと、n=n0−1の条件で式
(2)を満たす。このとき図6(a)に示した出射光束408
の方向に回折光が得られる。さらに、電圧を大きくする
と、n=n0−2の条件で出射光束409のような、分離角
の小さい出射光が得られる。このように加える電圧を制
御することにより、式(2)を満たすnの値を変え、離散
的に分離角を変えることができる。すなわち、この素子
は偏光による出方向の切り替え先を電気的に選択できる
効果をもつ。Here, n under this condition is set to n 0 . When a voltage is applied, the refractive index of the liquid crystal in the direction of the stripe of the refractive index anisotropy and the dielectric anisotropy decreases, so that the optical path length amplitude decreases. When voltage is applied, the equation is obtained under the condition of n = n 0 -1.
Satisfy (2). At this time, the outgoing light beam 408 shown in FIG.
Diffracted light is obtained in the direction of. When the voltage is further increased, emitted light having a small separation angle, such as the emitted light beam 409, is obtained under the condition of n = n 0 -2. By controlling the applied voltage in this manner, the value of n satisfying the expression (2) can be changed, and the separation angle can be changed discretely. That is, this element has an effect that the switching destination of the output direction by polarized light can be electrically selected.
【0070】特に、透光性物質屈折率と液晶の短軸方向
の屈折率を等しくした場合、十分大きな電圧をかける
と、液晶は素子平面に対して垂直に配向するので、入射
する光の偏光方向によらず、光を透過する。In particular, when the refractive index of the translucent substance is made equal to the refractive index of the liquid crystal in the minor axis direction, when a sufficiently large voltage is applied, the liquid crystal is oriented perpendicular to the element plane. Transmits light regardless of direction.
【0071】ここでは、屈折率分布を三角形としたが、
これに限らず立体的な構造を含む任意の縞状構造でよ
い。この場合、光の方向、強度、光束の分割比の制御を
電気的に行うことができる。また、屈折率分布も領域で
はなく前述のように濃度などによって制御してもよい。
また、液晶を用いたが、電気的に屈折率異方性を制御で
きるものであれば、他の透光性物質でもよい。Here, the refractive index distribution is triangular,
The present invention is not limited to this, and any stripe structure including a three-dimensional structure may be used. In this case, control of the direction, intensity, and division ratio of the light beam can be performed electrically. Further, the refractive index distribution may be controlled not by the region but by the concentration or the like as described above.
Although liquid crystal is used, other light-transmitting substances may be used as long as they can electrically control the refractive index anisotropy.
【0072】電極を分割して取り付けることにより、1
枚の本発明の素子でも、場所によって異なった機能を持
たせることができる。また、変形可能な電極を用いれ
ば、実施例1で述べた可変形性は損なわれない。By dividing and attaching the electrodes,
Even a single element of the present invention can have different functions depending on the location. If a deformable electrode is used, the deformability described in the first embodiment is not impaired.
【0073】このようにして、電気的に光の方向、強
度、光束の分割比の制御が可能な能動的複屈折光学素子
を得ることができる。In this way, it is possible to obtain an active birefringent optical element capable of electrically controlling the direction, intensity, and division ratio of a light beam.
【0074】(実施例5)図7は、本発明による光学素
子の実施例5を説明するための模式図である。(Embodiment 5) FIG. 7 is a schematic diagram for explaining Embodiment 5 of the optical element according to the present invention.
【0075】本実施例5の光学素子は、光学素子を複数
用いた構造の光学素子であり、光の方向、強度、光束の
分割比を電気的に制御する自由度を増加させたものであ
る。The optical element of the fifth embodiment is an optical element having a structure using a plurality of optical elements, and has an increased degree of freedom for electrically controlling the direction, intensity, and division ratio of a light beam. .
【0076】すなわち、図7に示すように、入射光束50
3を本実施例5の光学素子501と光学素子509の2枚を重
ねたものに入射する。That is, as shown in FIG.
3 is incident on the optical element 501 and the optical element 509 of the fifth embodiment, which are two superimposed ones.
【0077】前記光学素子501として、例えば、前記実
施例2に示したような鋸波状光路長分布を有し、屈折率
異方性と誘電率異方性の極性が一致している液晶の配向
方向を縞方向と平行とし、液晶の短軸の屈折率と、透光
性個体の屈折率を一致させた光学素子を用いる。まず、
最初に、図7中の光学素子509は、電極508に十分大きな
電圧を加えることにより、全ての光を透過する場合につ
いて述べる。As the optical element 501, for example, the alignment of a liquid crystal having a sawtooth-shaped optical path length distribution as shown in the second embodiment, and the polarities of the refractive index anisotropy and the dielectric anisotropy coincide with each other. An optical element is used in which the direction is parallel to the stripe direction and the refractive index of the short axis of the liquid crystal matches the refractive index of the translucent solid. First,
First, a case where the optical element 509 in FIG. 7 transmits all light by applying a sufficiently large voltage to the electrode 508 will be described.
【0078】入射光束503の偏光を光学素子501の縞方向
と平行とすると、この光に対して素子は透過状態とな
り、出射光束504が得られる。入射光束503の偏光方向を
90度回転させると、光学素子501はブレーズド回折格
子として振る舞い出射光は、出射光束505の方向に得ら
れる。つまり、偏光面を制御することにより出射光束50
4と出射光束505の間でのスイッチング動作をすることが
できる。ここで、電極508へ電圧を加えると、ブレーズ
ド格子の光路の振幅が減少し回折角の方向は、電圧を加
えると出射光束506の方向へ、さらに加えると、出射光
束507の方向へと離散的に変わる。従って、出射光束508
へ加える電圧を制御することにより、出射光束504と出
射光束506の間でのスイッチングまたは出射光束504と出
射光束507の間でのスイッチングを切り替えることがで
きる。Assuming that the polarization of the incident light beam 503 is parallel to the stripe direction of the optical element 501, the element is in a transmission state with respect to this light, and an output light beam 504 is obtained. When the polarization direction of the incident light beam 503 is rotated by 90 degrees, the optical element 501 behaves as a blazed diffraction grating, and the emitted light is obtained in the direction of the emitted light beam 505. That is, by controlling the plane of polarization, the output light beam 50
A switching operation between 4 and the emitted light beam 505 can be performed. Here, when a voltage is applied to the electrode 508, the amplitude of the optical path of the blazed grating is reduced, and the direction of the diffraction angle is discretely changed in the direction of the output light beam 506 when a voltage is applied, and in the direction of the output light beam 507 when the voltage is further applied. Changes to Therefore, the output light beam 508
By controlling the voltage to be applied to the switch, switching between the output light beam 504 and the output light beam 506 or switching between the output light beam 504 and the output light beam 507 can be switched.
【0079】さらに、本実施例5の光学素子509を作用
させる。光学素子509の格子間隔を光学素子501に比べ粗
くとる。光学素子509は、電極511に十分電圧を加えてお
けば、入射光の偏光に係わらず作用しない。電圧を低く
すると回折格子として作用し、光を偏光する。光学素子
509の格子間隔は光学素子501に比べ粗いので、光学素子
501の光を偏光する角度は、光学素子509に比べ小さくな
る。そこで、例えば、出射光束504と出射光束507の間で
行われたスイッチングを出射光束511へ加える電圧を制
御することにより、出射光束504と出射光束510の間で行
うことができる。つまり、本発明の光学素子を複数枚用
いることにより、切り替え先を選択する際の分解能を増
やすことができる。Further, the optical element 509 of the fifth embodiment is operated. The lattice spacing of the optical element 509 is made coarser than that of the optical element 501. If a sufficient voltage is applied to the electrode 511, the optical element 509 does not operate regardless of the polarization of the incident light. When the voltage is lowered, it acts as a diffraction grating and polarizes light. Optical element
Since the grid spacing of 509 is coarser than that of optical element 501,
The angle at which the light of 501 is polarized becomes smaller than that of the optical element 509. Therefore, for example, by controlling the voltage applied to the outgoing light beam 511, the switching performed between the outgoing light beam 504 and the outgoing light beam 507 can be performed between the outgoing light beam 504 and the outgoing light beam 510. In other words, by using a plurality of optical elements of the present invention, the resolution when selecting the switching destination can be increased.
【0080】すなわち、任意の分解能で出射光方向を切
り替え選び、入射光の偏光により切り替える素子として
働く。That is, the device functions as an element that switches the direction of the emitted light at an arbitrary resolution and switches the direction according to the polarization of the incident light.
【0081】ここまでの説明は、格子の縞方向が同じ2
枚を重ねた例であり、光を上下方向すなわち、1次元的
にしか制御できないが、格子の縞の方向が異なる、例え
ば、90度回転した本発明の光学素子を重ねれば、2次
元的に光の切り替え方向を選ぶことができる。また、重
ね合わせの枚数も2枚に限らない。In the description so far, it is assumed that the grid stripe directions are the same.
In this example, the light can be controlled only in the vertical direction, that is, one-dimensionally. However, if the direction of the stripes of the lattice is different, for example, the optical element of the present invention rotated by 90 degrees is two-dimensionally controlled. The direction of light switching can be selected. Also, the number of sheets to be superimposed is not limited to two.
【0082】(実施例6)図8は、本発明による実施例
6の光学素子の作製法を説明するための模式図であり、
(a)は本実施例6の光学素子の作製法の実施装置の概略
構成を示う模式図、(b)は本実施例6の光学素子の作製
法の他の実施装置の概略構成を示う模式図である。(Embodiment 6) FIG. 8 is a schematic view for explaining a method of manufacturing an optical element according to Embodiment 6 of the present invention.
(a) is a schematic diagram showing a schematic configuration of an apparatus for manufacturing an optical element of the sixth embodiment, and (b) is a schematic configuration of another apparatus for manufacturing an optical element of the sixth embodiment. FIG.
【0083】本実施例6の光学素子の作製法は、図8
(a)に示すように、例えば、レーザのような可干渉光源
601を出た光をハーフミラー602によって複数の光束に分
割し、それらの光束を透光性物質及び光学的異方体の混
合物からなる素子材料604上で干渉させ、干渉縞として
定在波を得る。定在波の間隔及び形状はミラー603の位
置及び形状によって制御可能である。平面波同士を干渉
させれば、等間隔な定在波が得られる。生じた定在波の
電界強度差あるいはそれによって起こる熱効果、または
光効果によって形成される物質分布を、光源601の光に
よって固定することにより光学素子の作製を行う。The manufacturing method of the optical element of the sixth embodiment is shown in FIG.
As shown in (a), for example, a coherent light source such as a laser
The light that has exited 601 is split into a plurality of light beams by a half mirror 602, and the light beams are caused to interfere on an element material 604 made of a mixture of a light-transmitting substance and an optically anisotropic substance, and a standing wave is formed as interference fringes. obtain. The interval and shape of the standing wave can be controlled by the position and shape of the mirror 603. If plane waves interfere with each other, standing waves at equal intervals can be obtained. The optical element is manufactured by fixing the difference in electric field strength of the generated standing wave or the material effect formed by the heat effect or light effect caused by the light with the light from the light source 601.
【0084】例えば、透光性物質として光源601の光で
硬化する光硬化樹脂、光学的異方体として液晶を用い、
樹脂に液晶を混合または溶解したものを素子材料604と
する。光源601の光によって誘起された定在波の腹の部
分で硬化が起こり、節の部分に液晶が集中することによ
り縞状構造が形成される。液晶は樹脂硬化の成長の方向
性により配向方向が限定されるため、作製された素子は
副屈折を示す。For example, a light-curing resin which is cured by light from the light source 601 as a light-transmitting substance, and a liquid crystal as an optically anisotropic substance are used.
An element material 604 is obtained by mixing or dissolving liquid crystal in a resin. Curing occurs at the antinode of the standing wave induced by the light of the light source 601, and the liquid crystal concentrates on the nodes, thereby forming a striped structure. Since the alignment direction of the liquid crystal is limited by the direction of the growth of the cured resin, the manufactured element shows a sub refraction.
【0085】また、図8(b)に示すように、光源601の
光によって硬化しない透光性物質と光学的異方体の混合
物を素子材料606として用いる。光学的異方体として液
晶、透光性物質として樹脂を用いても良い。液晶の誘電
率が樹脂に比べ大きいと、光源601の光照射により液晶
が定在波の電界強度の大きい部分へ集まる。誘電率異方
性のため誘電率の大きい方向と電界方向とが一致して配
向する。As shown in FIG. 8B, a mixture of a light-transmitting substance which is not cured by light from the light source 601 and an optically anisotropic substance is used as the element material 606. Liquid crystal may be used as the optically anisotropic body, and resin may be used as the translucent substance. When the dielectric constant of the liquid crystal is larger than that of the resin, the liquid crystal gathers in a portion where the electric field intensity of the standing wave is large due to the light irradiation of the light source 601. Due to the dielectric anisotropy, the direction in which the dielectric constant is large and the direction of the electric field are aligned and aligned.
【0086】この状態で樹脂を硬化させるような光605
を照射することにより、この構造を固定し素子を作製す
る。光605で硬化させるかわりに、光学素子を加熱し硬
化させてもよい。また、この例とは逆に透光性物質の誘
電率を大きくし、透光性物質を集めてもよい。In this state, light 605 is used to cure the resin.
By irradiating the device, the structure is fixed and an element is manufactured. Instead of curing with the light 605, the optical element may be cured by heating. Conversely, the dielectric constant of the light-transmitting substance may be increased to collect the light-transmitting substances.
【0087】図9は、図8(a)、図8(b)に示した素子
作製法において、素子硬化時に素子材料に電界を加える
ことにより、配向方向を制御する方法の例を説明するた
めの図である。電極608によって素子材料607を挟む。電
界609によって電圧を加えることにより、素子材料内部
に電界が発生する。液晶は誘電率異方性をもつので、誘
電率の大きい方向が電界方向と一致するように配向す
る。FIG. 9 is a view for explaining an example of a method for controlling the orientation direction by applying an electric field to the element material at the time of curing the element in the element manufacturing method shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. The element material 607 is sandwiched between the electrodes 608. When a voltage is applied by the electric field 609, an electric field is generated inside the element material. Since the liquid crystal has dielectric anisotropy, the liquid crystal is oriented so that the direction having a large dielectric constant coincides with the direction of the electric field.
【0088】特に、液晶として周波数によって誘電率異
方性の極性が反転するもの、いわゆる、2周波液晶を用
いれば、素子硬化時と異なる周波数の電圧で駆動するこ
とにより、前記実施例4に示したように、電気的に特性
制御可能となる。ここでは、硬化時に電界を加えたが磁
界によって配向を制御してもよい。また、樹脂の硬化は
光源601の光によっているがこれに限らない。In particular, when a liquid crystal in which the polarity of the dielectric anisotropy is inverted depending on the frequency, that is, a so-called two-frequency liquid crystal, is used, the liquid crystal is driven at a voltage having a frequency different from that at the time of curing of the element, and the liquid crystal is shown in the fourth embodiment. As described above, the characteristics can be electrically controlled. Here, an electric field is applied at the time of curing, but the orientation may be controlled by a magnetic field. Further, the curing of the resin depends on the light of the light source 601 but is not limited to this.
【0089】なお、図8(a)、図8(b)、図9の光学素
子の作製法において、ミラー603の位置に物体を置き、
物体からの散乱光と他方の光を干渉させることにより、
干渉縞はホログラムとなり、前記実施例3に示したよう
な厚さ方向への分布をもった光学素子を作製することが
できる。In the method of manufacturing the optical element shown in FIGS. 8A, 8B, and 9, an object is placed at the position of the mirror 603.
By making the scattered light from the object interfere with the other light,
The interference fringes become holograms, and an optical element having a distribution in the thickness direction as described in the third embodiment can be manufactured.
【0090】図9では、素子材料に対し一方向から光を
入射しているが、表裏から光を入射させてもよい。ま
た、入射光は2光束である必要はない。特に、整数倍の
高調波成分を含ませることにより、非正弦波的な定在波
を立ててもよい。また、光を照射した側から硬化する物
質を用いることにより、片面から構造を成長させ作製し
てもよい。In FIG. 9, light is incident on the element material from one direction, but light may be incident on both sides. Also, the incident light need not be two light beams. In particular, a non-sinusoidal standing wave may be formed by including an integral multiple of harmonic components. Alternatively, the structure may be grown from one side by using a substance which cures from the side irradiated with light.
【0091】この作製法を用いることにより、光の波長
程度の微細構造をもつ複屈折光学素子を実現できる。ま
た、光照射以外には、特に、製作工程がないため容易か
つ安価にできる。By using this manufacturing method, a birefringent optical element having a fine structure on the order of the wavelength of light can be realized. In addition, since there is no manufacturing process other than light irradiation, it can be made easy and inexpensive.
【0092】(実施例7)図10は、本発明による実施
例7の光学素子の作製法を説明するための実施装置の概
略構成を示す模式図である。(Embodiment 7) FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment for explaining a method of manufacturing an optical element according to Embodiment 7 of the present invention.
【0093】本実施例7の光学素子の作製法は、平行光
束701を非円筒レンズ群702に斜めから入射する。透過し
た光は、領域703の部分で強くなり、焦点面704を先端と
する鋸波状となる。焦点面704を一方の端面とした破線
で囲んだ領域705の部分に素子材料を置くことにより、
素子材料中の光強度分布は鋸波状となる。素子材料をこ
の光で硬化させることにより、実施例2の光学素子を得
ることができる。鋸波状の周期を細かくするため、また
は素子材料が薄いときはレンズを移動し複数回露光する
ことにより、鋸波状の部分703の先端を重ね合わせても
よい。In the manufacturing method of the optical element of the seventh embodiment, the parallel light flux 701 is obliquely incident on the non-cylindrical lens group 702. The transmitted light becomes stronger in the region 703 and has a sawtooth shape with the focal plane 704 at the tip. By placing the element material in a region 705 surrounded by a broken line with the focal plane 704 as one end surface,
The light intensity distribution in the element material has a sawtooth shape. By curing the element material with this light, the optical element of Example 2 can be obtained. The tips of the sawtooth portions 703 may be overlapped to reduce the sawtooth period or by moving the lens and exposing a plurality of times when the element material is thin.
【0094】また、非円筒レンズ群の代わりに縞状に集
光するホログラムを置くことにより、光強度分布を形成
してもよい。[0094] Instead of the non-cylindrical lens group, a light intensity distribution may be formed by placing a hologram that converges in a stripe shape.
【0095】形成する光強度分布は、作製する素子の構
造に依存し、本実施例7のような鋸波状分布に限らな
い。The light intensity distribution to be formed depends on the structure of the element to be manufactured, and is not limited to the sawtooth distribution as in the seventh embodiment.
【0096】本実施例7の光学素子の作製法では、光露
光を用いるため、大面積であっても、複数の領域に分割
し、それぞれに露光することにより大面積の光学素子を
作製することができる。In the manufacturing method of the optical element of the seventh embodiment, since light exposure is used, even if the area is large, it is divided into a plurality of regions, and each area is exposed to manufacture an optical element having a large area. Can be.
【0097】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Absent.
【0098】[0098]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、以下の効果を得ることができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【0099】(1)光干渉を用いることにより、光路長
分布が鋸波状の光学素子を得ることができる。(1) The optical path length is obtained by using optical interference.
An optical element having a sawtooth distribution can be obtained.
【0100】(2)光干渉を用いることにより、光学素
子の作製を容易にし、安価な光学素子を得ることができ
る。(2) By using optical interference , the optical element
It is possible to easily manufacture the element and obtain an inexpensive optical element .
【0101】(3)光で素子構造を書き込むことによ
り、大面積の光学素子を得ることができる。(3) Writing the element structure with light
Thus, an optical element having a large area can be obtained.
【0102】[0102]
【0103】[0103]
【0104】[0104]
【0105】[0105]
【0106】[0106]
【図1】 本発明の光学素子の参考例を説明するための
模式図、FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a reference example of an optical element of the present invention,
【図2】 本発明による光学素子の実施例1を説明する
ための模式図、 FIG. 2 illustrates a first embodiment of an optical element according to the present invention .
Schematic diagram for
【図3】 本発明による光学素子の実施例2を説明する
ための模式図、FIG. 3 is a schematic diagram for explaining Example 2 of the optical element according to the present invention;
【図4】 本発明による光学素子の実施例3を説明する
ための模式図、FIG. 4 is a schematic view for explaining Example 3 of the optical element according to the present invention;
【図5】 本実施例3の光学素子を2枚重ねることによ
り2つの像の切り替えを行った変形例を説明するための
図、FIG. 5 is a view for explaining a modification in which two images are switched by superposing two optical elements according to the third embodiment;
【図6】 本発明による光学素子の実施例4を説明する
ための模式図、FIG. 6 is a schematic diagram for explaining Example 4 of the optical element according to the present invention;
【図7】 本発明による光学素子の実施例5を説明する
ための模式図、FIG. 7 is a schematic diagram for explaining Example 5 of the optical element according to the present invention;
【図8】 本発明による実施例6の光学素子の作製法を
説明するための模式図、FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a method for manufacturing an optical element of Example 6 according to the present invention;
【図9】 図8に示した光学素子の作製法において、配
向方向を制御する方法の例を説明するための図、FIG. 9 is a view for explaining an example of a method for controlling an alignment direction in the method for manufacturing the optical element shown in FIG.
【図10】 本発明による実施例7の光学素子の作製法
を説明するための模式図、FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method for manufacturing an optical element of Example 7 according to the present invention;
【図11】 従来技術である複屈折回折格子を示す概略
図。FIG. 11 is a schematic view showing a conventional birefringent diffraction grating.
101,201,301,401・・・透光性物質、102,107,202,302・・・光
学的異方体領域、103,203,303,403,503・・・入射光束、10
4,105,109,204,205,206,207,304,305,404,405408,409,5
04,505,506,507,510・・・出射光束、106・・・透光性固体領
域、108・・・光学的異方体濃度で屈折率分布を制御した実
施例1の光学素子、306,308,312・・・三次元的な分布構造
を有する本発明の光学素子、307・・・方向、309,314・・・反
射光、310,313・・・実像、311・・・入射光束、402・・・電気的
に屈折率制御可能な光学的異方体、406,608・・・電極、40
7,609・・・電源、501・・・本発明の光学素子(1枚目)、50
8・・・本発明の光学素子(1枚目)の電極、509・・・本発明
の光学素子(2枚目)、511・・・本発明の光学素子(2枚
目)の電極、601・・・可干渉光光源、602・・・半透鏡、603・
・・鏡、604,606,607・・・透光性物質と光学的異方体の混合
物、605・・・光源、701・・・平行光束、702・・・半円筒レンズ
群、703・・・光の強い領域、704・・・焦点面、705・・・素子材
料を置く場所、801・・・シリコン基板。101, 201, 301, 401: translucent substance, 102, 107, 202, 302: optically anisotropic region, 103, 203, 303, 403, 503: incident light beam, 10
4,105,109,204,205,206,207,304,305,404,405408,409,5
04, 505, 506, 507, 510: outgoing light flux, 106: translucent solid region, 108: optical element of Example 1 whose refractive index distribution is controlled by optically anisotropic concentration, 306, 308, 312 ... three-dimensional distribution Optical element of the present invention having a structure, 307 ... direction, 309,314 ... reflected light, 310,313 ... real image, 311 ... incident light flux, 402 ... Cuboid, 406,608 ・ ・ ・ electrode, 40
7,609 power supply, 501 optical element of the present invention (first sheet), 50
8 ... Electrode of the optical element of the present invention (first sheet), 509 ... Electrode of the optical element of the present invention (second sheet), 511 ... Electrode of the optical element of the present invention (second sheet), 601 ... Coherent light source, 602 ... Semi-transparent mirror, 603
..Mirrors, 604, 606, 607... A mixture of a light-transmitting substance and an optically anisotropic body, 605... Area, 704: focal plane, 705: place where element material is placed, 801: silicon substrate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 謹矢 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 酒井 重信 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−262602(JP,A) 特開 昭63−4205(JP,A) 特開 平4−355424(JP,A) 特開 平3−31803(JP,A) 特開 平5−80310(JP,A) 特開 昭62−237426(JP,A) 特開 昭62−238530(JP,A) 特開 昭61−201214(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03H 1/00 - 1/30 G02B 5/18 G02B 5/30 G03F 1/1335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenya Kato 1-6-1, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Shigenobu Sakai 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-63-262602 (JP, A) JP-A-63-4205 (JP, A) JP-A-4-355424 (JP, A) JP-A-3-31803 (JP, A) JP-A-5-80310 (JP, A) JP-A-62-237426 (JP, A) JP-A-62-238530 (JP, A) JP-A-61-201214 (JP, A) 58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G03H 1/00-1/30 G02B 5/18 G02B 5/30 G03F 1/1335
Claims (1)
に揃えた液晶の微小体が複数存在する構造を有する光学
素子の作製法であって、 前記透光性高分子樹脂と前記液晶との混合物に、レンズ
群またはホログラムを用いて縞状に集光した光を照射
し、 前記透光性高分子樹脂と前記液晶との混合物中の光強度
分布を鋸波状とし 、その光強度分布に応じた構造で硬化させ、光路長分布を
鋸波状とすることを特徴とする光学素子の作製法。 An optical axis is set in a specific direction in a translucent polymer resin.
With a structure in which multiple liquid crystal microscopic bodies are aligned
A method for producing an element, wherein a mixture of the translucent polymer resin and the liquid crystal includes a lens.
Irradiates light condensed in stripes using groups or holograms
And the light intensity in the mixture of the translucent polymer resin and the liquid crystal.
The distribution is sawtooth-shaped and cured with a structure corresponding to the light intensity distribution, and the optical path length distribution is
A method for manufacturing an optical element, wherein the optical element has a sawtooth shape.
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1993
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