JP4783749B2 - Beam splitting element - Google Patents

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Description

この発明は、入射光束の偏光成分によって素子を透過または回折させる機能を有する偏光ホログラム素子に関し、特に、一つの光源からの入射光束を2光束以上に分割する光束分割素子に関するものである。   The present invention relates to a polarization hologram element having a function of transmitting or diffracting an element by a polarization component of an incident light beam, and more particularly to a light beam splitting element that divides an incident light beam from one light source into two or more light beams.

偏光ホログラム素子に関する従来技術としては、以下のものが提案されている。   The following have been proposed as conventional techniques related to the polarization hologram element.

特許文献1には、等方性基板上に回折格子形状を形成し、この回折格子形状の溝部に光学異方性の材料を充填した光学異方性回折素子が知られている。   Patent Document 1 discloses an optical anisotropic diffraction element in which a diffraction grating shape is formed on an isotropic substrate, and a groove having the diffraction grating shape is filled with an optical anisotropic material.

特許文献2には、光重合性液晶を用い、水平配向させた状態で干渉露光等の方法で露光を行い、露光部の液晶を周期的に重合固化させた後に未露光部に外場を印加させ垂直配向させた状態で反応固化するホログラム素子が開示されている。   In Patent Document 2, a photopolymerizable liquid crystal is used, exposure is performed by a method such as interference exposure in a horizontally aligned state, and an external field is applied to an unexposed portion after the liquid crystal in the exposed portion is periodically polymerized and solidified. A hologram element that reacts and solidifies in a vertically aligned state is disclosed.

特許文献3には、液晶と高分子を含む光学媒体を液晶のN−I点に対応した特定の温度範囲に制御して二光束干渉露光を行うことで、液晶が微細な周期構造に対し一様な方向に配向する構造を有するホログラム素子が開示されている。   In Patent Document 3, two-beam interference exposure is performed by controlling an optical medium including a liquid crystal and a polymer within a specific temperature range corresponding to the N-I point of the liquid crystal. A hologram element having a structure oriented in various directions is disclosed.

また、光束分割に関する従来技術としては、次の特許文献4に示すものが知られている。   Moreover, what is shown to the following patent document 4 is known as a prior art regarding light beam splitting.

この特許文献4のものは、光走査装置及び画像形成装置において、共通の光源からのビームを分割し、異なる段の反射鏡にビームを入射させ、異なる被走査面を走査するというものである。ここでの光分割は、ハーフミラープリズムおよびハーフミラーとミラーの組み合わせなどの手法にて実現している。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 divides a beam from a common light source in an optical scanning device and an image forming apparatus, causes the beams to enter different reflecting mirrors, and scans different surfaces to be scanned. The light division here is realized by a method such as a half mirror prism or a combination of a half mirror and a mirror.

ところで、近年、半導体レーザのマルチビーム化の技術が進んでおり、例えば、レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等で用いられる電子写真画像形成装置等に応用されつつある。この電子写真画像形成装置に関してはカラー化、高速化が進み、感光体を複数(通常は4つ)有するタンデム対応の画像形成装置が普及してきている。しかし、このようなタンデム方式の場合、光源数の増加に伴い、部品点数の増加、複数光源間の波長差に起因する色ずれ、コストアップが生じてしまう。また、書込ユニットの故障の原因として半導体レーザの劣化が挙げられており、光源数が多くなると、故障の確立が増え、リサイクル性が劣化する。   By the way, in recent years, a technique for converting a semiconductor laser into a multi-beam has progressed and is being applied to, for example, an electrophotographic image forming apparatus used in a laser printer, a digital copying machine, a plain paper fax machine, and the like. With regard to this electrophotographic image forming apparatus, colorization and speeding-up have progressed, and tandem-compatible image forming apparatuses having a plurality of (usually four) photoconductors have become widespread. However, in the case of such a tandem method, with an increase in the number of light sources, an increase in the number of parts, a color shift due to a wavelength difference between a plurality of light sources, and a cost increase occur. In addition, the deterioration of the semiconductor laser is cited as a cause of the failure of the writing unit. When the number of light sources increases, the probability of failure increases and the recyclability deteriorates.

そこで、光源数および部品点数を低減し、低コスト化するために、共通光源からのビームを分割する方式が提案されており、上記した特許文献4では、以下の手段で光束を分割している。
(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
Therefore, in order to reduce the number of light sources and the number of parts and reduce the cost, a method of dividing the beam from the common light source has been proposed. In the above-mentioned Patent Document 4, the light beam is divided by the following means. .
(1) Method using a half mirror prism (2) Method combining a half mirror and a mirror (3) Method of spatially dividing an emitted beam by providing a plurality of openings

ここで、上記の(1)及び(2)方式とも分離手段にミラーを用いているため、ミラーの面精度ばらつきの影響、及び配置誤差の影響により、ビームスポット径劣化が発生し易い。また、1)で用いるハーフミラープリズムは非常に高価であり、コストアップとなる。2)で示すハーフミラーとミラーを組み合わせた方式は、レイアウト配置が困難であり、なおかつ、偏向回転面内で、開き角を有するため、ビームスポット径等の光学特性が劣化する。また、複数の開口部で光束を分割する方式は、光源からのビームの周辺部を用いるため、光量不足、及び、ビームスポット径太りを生じるといった不具合がある。   Here, since the mirrors are used as the separating means in both the methods (1) and (2), the beam spot diameter is likely to be deteriorated due to the influence of the variation in the surface accuracy of the mirror and the influence of the arrangement error. Further, the half mirror prism used in 1) is very expensive, resulting in an increase in cost. The method of combining the half mirror and the mirror shown in 2) is difficult to arrange the layout, and has an opening angle in the deflection rotation plane, so that the optical characteristics such as the beam spot diameter deteriorate. Further, the method of dividing a light beam by a plurality of openings has problems such as insufficient light quantity and increased beam spot diameter because the peripheral part of the beam from the light source is used.

そこで、光束分離素子として、ホログラム素子を多段に配列し、前段のホログラム素子の透過および回折により光が分割され、後段の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を調整するものがある。   Therefore, as a light beam separation element, there is an element in which hologram elements are arranged in multiple stages, light is divided by transmission and diffraction of the preceding hologram element, and an optical axis of the divided light is adjusted by transmission and diffraction of the latter hologram element. .

しかしながら、上記したホログラム素子を用いた光学分離素子の場合、ホログラム素子が温度依存性を有するため、温度変化により、光束のパワーに変動が生じるという難点がある。   However, in the case of the optical separation element using the above-described hologram element, since the hologram element has temperature dependence, there is a problem in that the power of the light beam fluctuates due to temperature change.

また、特許文献5には、回折効率が極小値をとる素子温度が25℃〜70℃以下の範囲にあり、素子は屈折率異方性および屈折率の温度依存性がそれぞれ異なる領域が交互に配列された構造を有するホログラム素子が開示されている。
特開平10−92004号公報 特開平11−271536号公報 特開2000−221465号公報 特開2005−92129号公報 特開2003−270419号公報
Further, in Patent Document 5, the element temperature at which the diffraction efficiency takes a minimum value is in the range of 25 ° C. to 70 ° C., and the element has alternating regions where the refractive index anisotropy and the temperature dependence of the refractive index are different. A hologram element having an arrayed structure is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-92004 Japanese Patent Laid-Open No. 11-271536 JP 2000-212465 A JP 2005-92129 A JP 2003-270419 A

光束分割素子としてホログラム素子(回折格子含む)を積層した構成は、小型で比較的安価に実現できる。しかし、ホログラム素子の光学特性(回折効率)は温度の影響を受け易く、温度環境により光束の分割効率が変化するといった課題がある。光学特性が変化する原因としては、ホログラム材料の屈折率変化、膨張や収縮によるホログラム構造変化等の影響が考えられる。   A configuration in which hologram elements (including diffraction gratings) are stacked as a beam splitting element can be realized in a small size and at a relatively low cost. However, the optical characteristic (diffraction efficiency) of the hologram element is easily affected by temperature, and there is a problem that the light beam splitting efficiency changes depending on the temperature environment. The cause of the change in the optical characteristics may be an influence of a change in the refractive index of the hologram material, a change in the hologram structure due to expansion or contraction, and the like.

特許文献5には、材料調整によりホログラム素子の温度依存性を低減するものが開示されているが、材料による調整はホログラム材料としての選択材料を限定し、高効率な特性を実現するのは難しくなる。   Patent Document 5 discloses a material that reduces the temperature dependency of the hologram element by adjusting the material. However, the adjustment by the material limits the selection material as the hologram material, and it is difficult to realize highly efficient characteristics. Become.

一般的に光学素子の特性は使用する装置内の温度変化や周囲環境変化によっても安定して高い効率を維持することが重要とされる。上記した電子写真画像形成装置等に用いられる光学系の特性は、装置内の温度変化や周囲環境変化によっても安定して高い効率を維持することが重要とされている。   In general, it is important for the characteristics of the optical element to stably maintain high efficiency even when the temperature in the apparatus used or the ambient environment changes. It is important that the characteristics of the optical system used in the above-described electrophotographic image forming apparatus and the like maintain stable and high efficiency even with changes in temperature in the apparatus and changes in the surrounding environment.

この発明の目的は、ホログラム素子を用いて共通光源からのビームを分割する光束分割方式において、上記不具合を解決した、高効率で良好な温度特性を有する低コストな光束分割素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a low-cost beam splitting element having high temperature efficiency and good temperature characteristics, which solves the above-mentioned problems, in a beam splitting system that splits a beam from a common light source using a hologram element. is there.

この発明の光束分割素子は、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。   The light beam splitting element of the present invention has a periodic structure composed of a region exhibiting optical anisotropy and a region exhibiting optical isotropy, and two or more hologram elements having different temperature characteristics of transmitted light or diffracted light. A light beam splitting element that is combined with the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element on the light incident side, and splits the light by transmission and diffraction of the first hologram element. The transmitted light of the first hologram element is applied to the third hologram element, the diffracted light of the first hologram element is applied to the second hologram element, and the divided light is transmitted and diffracted by the second hologram element. And the light intensity of the divided transmitted light from the first hologram element is adjusted by the transmission of the third hologram element, so that the incident light flux is reduced to two or more light fluxes. Divided and characterized in that it emitted.

また、この発明における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。   Further, the temperature characteristic of the transmitted light or diffracted light of the hologram element in the present invention is set by the film thickness of the periodic structure of the hologram.

また、この発明における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。   In the invention, the temperature characteristic of the transmitted light or diffracted light of the hologram element is set by the refractive index modulation amount amplitude generated by the periodic structure of the hologram.

更に、この発明は、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T、T、T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、TはTより小さく、TはTより大きく、かつTmaxがTとTの間で設定するとよい。 Further, in the present invention, the film thicknesses of the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element are T 1 , T 2 , and T 3 , respectively, and the + 1st order light or the −1st order light has the maximum diffraction efficiency. If the thickness of the hologram element and Tmax, T 1 is less than T 2, T 3 is good greater than T 2, and Tmax is set between T 1 and T 2.

また、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倍でにするとよい。 The film thickness T 3 of the third hologram element may be approximately twice the film thickness Tmax of the hologram element.

また、この発明は、前記した第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|の関係にするとよい。
In the present invention, the film thicknesses T1 and T2 of the periodic structure of the first hologram element and the second hologram element described above are preferably in a relationship of | Tmax−T1 |> | Tmax−T2 | .

また、この発明は、前記した第1ホログラム素子の周期構造の膜厚Tが、第2ホログラム素子の周期構造の膜厚Tの略半分にするとよい。 Further, the present invention, the thickness T 1 of the periodic structure of the first hologram element described above is better to approximately half of the thickness T 2 of the periodic structure of the second hologram element.

また、この発明は、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を用いるとよい。   Further, the present invention provides a periodic structure of the hologram element in which a composition comprising a non-polymerizable liquid crystal, a polymerizable monomer or prepolymer, and a photopolymerization initiator is held between a pair of transparent substrates, Using a polymer-dispersed liquid crystal hologram element in which a periodic phase separation structure consisting of a polymer layer and a non-polymerizable liquid crystal layer is formed by subjecting an object to multi-beam interference exposure of two or more beams. Good.

この発明は、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することで、温度上昇による第1ホログラムの回折効率低下と第2ホログラムの回折効率増加をキャンセルすることができ、分割された光束における第2回折偏向光の温度による変動が抑制され光束分割素子として温度特性が改善される。さらに、第3ホログラム3を配列することで、温度上昇により、第1ホログラムからの第1透過直進光の透過率が増加しても、第3ホログラムの透過光効率特性によりキャンセルされて、温度によらず一定の透過率が得られるようになる。   The present invention has a periodic structure composed of a region exhibiting optical anisotropy and a region exhibiting optical isotropy, and is a light beam formed by combining two or more hologram elements having different temperature characteristics of transmitted light or diffracted light. The splitting element is arranged with the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element on the light incident side, thereby reducing the diffraction efficiency of the first hologram due to temperature rise and the second hologram. The increase in diffraction efficiency can be canceled, and the fluctuation due to the temperature of the second diffracted deflected light in the divided light beam is suppressed, so that the temperature characteristics of the light beam dividing element are improved. Further, by arranging the third hologram 3, even if the transmittance of the first transmitted straight light from the first hologram increases due to the temperature rise, it is canceled by the transmitted light efficiency characteristic of the third hologram, and the temperature is increased. Regardless of this, a constant transmittance can be obtained.

また、第1ホログラム素子の膜厚を小さく設定することで、入射角依存性の許容範囲が広い。   In addition, by setting the film thickness of the first hologram element to be small, the allowable range of the incident angle dependency is wide.

また、干渉露光により作製する液晶ホログラムは原版複製が可能であるため、低コスト化が実現できる。この液晶ホログラム素子を多段に配列することで、低コストな光束分割素子が提供できる。   In addition, a liquid crystal hologram produced by interference exposure can be duplicated, so that the cost can be reduced. By arranging the liquid crystal hologram elements in multiple stages, a low-cost beam splitting element can be provided.

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in order to avoid duplication of description.

まず、この発明の前提となる光束分割素子の概略構成につき図1ないし図3を参照して説明する。図1、図2は、この発明の前提となる光束分割素子の概略構成を示す模式図であり、第1ホログラム素子からの第1透過直進光は第2ホログラム素子を透過していないが、図2のように第2ホログラム素子は透過する配置としている。   First, a schematic configuration of a light beam splitting element which is a premise of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic views showing a schematic configuration of a light beam splitting element that is a premise of the present invention. Although the first transmitted straight light from the first hologram element does not pass through the second hologram element, FIG. As shown in FIG. 2, the second hologram element is arranged to transmit.

図1に示す光束分割素子100は、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2を多段に配列した構成されている。第1ホログラム素子1は、透光性基板11、12間にホログラム層13を設け、第2ホログラム素子2は、透光性基板21、22間にホログラム層23を設けている。   A light beam splitting element 100 shown in FIG. 1 is configured by arranging a first hologram element 1 and a second hologram element 2 in multiple stages. The first hologram element 1 is provided with a hologram layer 13 between the translucent substrates 11 and 12, and the second hologram element 2 is provided with a hologram layer 23 between the translucent substrates 21 and 22.

この第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2を多段に配列した光束分割素子100の動作原理としては、入射光束10を第1ホログラム素子1にて回折による偏向光10bと透過による直進光10aの二光束に分割し、回折による偏向光10bを第2ホログラム素子2にて再度回折により偏向した偏向光20bとなり、分割した二光束の光軸(進行方向)および光強度を設定することができる。   The principle of operation of the light beam splitting element 100 in which the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are arranged in multiple stages is that the incident light beam 10 is diffracted by the first hologram element 1 by the diffracted deflected light 10b and the transmitted straight light 10a. Divided into two light beams, the deflected light 10b by diffraction becomes deflected light 20b deflected again by the diffraction by the second hologram element 2, and the optical axis (traveling direction) and light intensity of the divided two light beams can be set.

ここで、第1ホログラム素子1で回折した偏向光を第1回折偏向光10b、第2ホログラム素子2で再度回折した偏向光を「2回折偏向光20b、第1ホログラム素子1で透過した直進光を第1透過直進光10a、第2ホログラム素子2で再度透過した直進光を第2透過直進光20aと定義する。    Here, the deflected light diffracted by the first hologram element 1 is the first diffracted deflected light 10 b, and the deflected light diffracted again by the second hologram element 2 is “2 diffracted deflected light 20 b, the straight light transmitted by the first hologram element 1. Is defined as first transmitted straight light 10a, and straight light transmitted again by the second hologram element 2 is defined as second transmitted straight light 20a.

図1は、第1ホログラム素子1からの第1透過直進光10aは第2ホログラム素子2を透過していない。これに対して、図2に示す構成は、第1ホログラム素子1からの第1透過直進光10aが第2ホログラム素子2を透過する配置にしている。   In FIG. 1, the first transmitted straight light 10 a from the first hologram element 1 does not pass through the second hologram element 2. On the other hand, the configuration shown in FIG. 2 is arranged such that the first transmitted straight light 10 a from the first hologram element 1 is transmitted through the second hologram element 2.

この図2に示すように、第1透過直進光10aが第2ホログラム素子2を透過する場合は、第2ホログラム素子2へ入射する前に位相差板(図示しない)により、透過率が高くなる偏光方向を設定することが望ましい。   As shown in FIG. 2, when the first transmitted straight light 10 a passes through the second hologram element 2, the transmittance is increased by a phase difference plate (not shown) before entering the second hologram element 2. It is desirable to set the polarization direction.

図3に示すように、光束分割素子100を構成してもよい。図3に示す構成においては、第1ホログラム素子1の光出射側に用いる基板と第2ホログラム素子2の光入射側に用いる基板を兼用した基板15を用いたものである。この場合、基板15の厚さは、第2透過直進光20aと第2回折偏向光20bの受光位置(分割光束の間隔距離)によって適宜設定される。   As shown in FIG. 3, the light beam splitting element 100 may be configured. In the configuration shown in FIG. 3, a substrate 15 is used which serves as both a substrate used on the light emitting side of the first hologram element 1 and a substrate used on the light incident side of the second hologram element 2. In this case, the thickness of the substrate 15 is appropriately set according to the light receiving positions (interval distance of the divided light beams) of the second transmitted straight light 20a and the second diffracted deflected light 20b.

このように、図1ないし図3に示すように、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2を多段に配置することにより、1つの光束から分割した二光束の光軸(進行方向)および光強度を設定することができるものである。   As described above, as shown in FIGS. 1 to 3, by arranging the first hologram element 1 and the second hologram element 2 in multiple stages, the optical axis (traveling direction) and light of two light beams divided from one light beam are obtained. The strength can be set.

ここで、体積ホログラム素子のモデルにつき図4に従い説明する。図4は、体積ホログラム素子の断面構造のモデルを示す模式図である。   Here, a volume hologram element model will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a model of a cross-sectional structure of the volume hologram element.

このホログラム素子は、光学異方性領域と光学等方性領域の周期構造からなり、周期構造の屈折率変調量をΔn、周期構造の膜厚をT、周期構造の格子ピッチをp、周期構造の格子傾きをφと定義する。 This hologram element has a periodic structure of an optically anisotropic region and an optically isotropic region. The refractive index modulation amount of the periodic structure is Δn H , the thickness of the periodic structure is T, the grating pitch of the periodic structure is p, the period The lattice inclination of the structure is defined as φ.

一般的に、ホログラムの回折角θは、θ=sin−1(λ/p)で表せ、入射光束の波長λとホログラムの格子ピッチpで決まる。すなわち、回折角θは、ホログラムの格子ピッチpにより設定可能である。 In general, the diffraction angle θ of the hologram can be expressed by θ = sin −1 (λ / p), and is determined by the wavelength λ of the incident light beam and the grating pitch p of the hologram. That is, the diffraction angle θ can be set by the hologram grating pitch p.

また、回折効率は格子周期構造から生成される屈折率変調量(または屈折率差)Δnと周期構造の膜厚Tに依存し、これらのパラメータを最適化することで、理想的な回折効率が得られる。理論的に得られる最大回折効率はホログラム種類によって異なるが、体積ホログラム(屈折率変調型ホログラム)は、非常に高い回折効率(理論値100%)を得ることができ、ブラッグ回折条件を満たす入射角度θinや格子の傾きφを設定することで、特定次数(特に、+1次または−1次)の回折光の効率が設定可能である。 The diffraction efficiency depends on the refractive index modulation amount (or refractive index difference) Δn H generated from the grating periodic structure and the thickness T of the periodic structure. By optimizing these parameters, the ideal diffraction efficiency is obtained. Is obtained. The maximum diffraction efficiency that can be theoretically obtained varies depending on the type of hologram, but volume holograms (refractive index modulation holograms) can obtain very high diffraction efficiency (theoretical value: 100%), and are incident angles that satisfy the Bragg diffraction condition. By setting θ in and the grating inclination φ, the efficiency of the diffracted light of a specific order (particularly, + 1st order or −1st order) can be set.

すなわち、上記した図1、図2、図3に示す光束分割素子100において、第1ホログラム1と第2ホログラム2の格子傾きφを同じに設定(ブラッグ回折条件を満足)することで、入射光束10から回折した第1回折偏向光10bを入射光軸10(第1透過直進光10a)と平行となる第2回折偏向光20bに高効率で再回折することができる。   That is, in the light beam splitting element 100 shown in FIGS. 1, 2, and 3, the incident light beam is set by setting the grating inclination φ of the first hologram 1 and the second hologram 2 to be the same (satisfying the Bragg diffraction condition). The first diffracted deflected light 10b diffracted from 10 can be re-diffracted with high efficiency into the second diffracted deflected light 20b parallel to the incident optical axis 10 (first transmitted straight traveling light 10a).

次に、上記のような光束分割素子に用いることが可能であるホログラム素子の光学機能の動作原理につき説明する。   Next, the operation principle of the optical function of the hologram element that can be used for the above light beam splitting element will be described.

図5に、ホログラフィック高分子分散液晶(HPDLC:Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal)を用いた偏向ホログラム素子の概略構成を示す。   FIG. 5 shows a schematic configuration of a deflecting hologram element using a holographic polymer dispersed liquid crystal (HPDLC: Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal).

偏光ホログラム素子1(2)は、一対の基板11、12(21、22)間に光学異方性(複屈折性)を示す領域1aと光学等方性を示す領域1bが周期的に構成されている。機能動作としては、例えば、図6(a)のように、素子へ入射する偏光方向がs偏光(ここでは紙面垂直方向である周期配列方向と垂直とする)であり、等方性領域1bの屈折率nと複屈折性領域1aの一方の屈折率noがn=noのとき、光はそのまま透過する。また、図6(b)のように、入射する偏光方向がp偏光(ここでは紙面左右方向である周期配列方向と平行とする)であり、等方性領域1bの屈折率nと複屈折性領域1aのもう一方の屈折率neがn≠neのとき、光は回折する。このように入射光の偏光方向により、透過と回折の選択がなされる機能を有する。尚、図6に示す例では、p偏光が回折し、s偏光が透過しているが、周期構造の屈折率によってはp偏光が透過し、s偏光が回折する場合もある。   In the polarization hologram element 1 (2), a region 1a showing optical anisotropy (birefringence) and a region 1b showing optical isotropy are periodically formed between a pair of substrates 11, 12 (21, 22). ing. As the functional operation, for example, as shown in FIG. 6 (a), the polarization direction incident on the element is s-polarized light (here, perpendicular to the periodic array direction which is the direction perpendicular to the paper surface), and the isotropic region 1b When the refractive index n and one refractive index no of the birefringent region 1a are n = no, light is transmitted as it is. Further, as shown in FIG. 6B, the incident polarization direction is p-polarized light (here, parallel to the periodic arrangement direction which is the horizontal direction on the paper surface), and the refractive index n and birefringence of the isotropic region 1b. When the other refractive index ne of the region 1a is n ≠ ne, the light is diffracted. In this manner, transmission and diffraction are selected depending on the polarization direction of incident light. In the example shown in FIG. 6, p-polarized light is diffracted and s-polarized light is transmitted. However, depending on the refractive index of the periodic structure, p-polarized light may be transmitted and s-polarized light may be diffracted.

また、図5では光学異方性領域1aと光学等方性領域1bの周期構造は基板11、12(21、22)に挟まれている構成を示しているが、これに限るものではなく、一枚の基板上に成膜されていてもよく、基板上になくてもよい。   Further, in FIG. 5, the periodic structure of the optically anisotropic region 1a and the optically isotropic region 1b is shown as being sandwiched between the substrates 11, 12 (21, 22), but is not limited thereto. The film may be formed on a single substrate or not on the substrate.

ここで、図5、図6に示した偏光ホログラム素子は体積型屈折率変調ホログラムであり、前記したように、回折効率はホログラムの屈折率変調量Δnと厚みTの積Δn・Tに依存し、特定な偏光方向における光学異方性を示す領域と光学等方性を示す領域の屈折率変調量Δnが一定である場合、ホログラム素子の周期構造の厚みT(膜厚またはセルギャップと同じ)を設定することで回折効率を適宜設定することができる。図5に示す格子傾きφは周期構造に垂直なベクトルであり、周期構造配列面を基準(0°)とし、45°<φ<135°の関係にあるものとする。 Here, the polarization hologram element shown in FIGS. 5 and 6 is a volume type refractive index modulation hologram. As described above, the diffraction efficiency is the product Δn H · T of the hologram refractive index modulation amount Δn H and the thickness T. Depending on the refractive index modulation amount Δn H of the region exhibiting optical anisotropy in the specific polarization direction and the region exhibiting optical isotropy, the thickness T (film thickness or cell gap) of the periodic structure of the hologram element The diffraction efficiency can be set as appropriate. The grating inclination φ shown in FIG. 5 is a vector perpendicular to the periodic structure, and the relationship is 45 ° <φ <135 ° with the periodic structure arrangement plane as a reference (0 °).

ホログラム素子の温度依存性に関して、一般的にホログラムの周期構造(異なる屈折率の2つの領域、例えば、複屈折性領域、等方性領域)に存在する物質の屈折率には温度依存性があり、環境温度が変化する場合、常に一定の屈折率を保つことは難しい。この温度による屈折率の変化は、回折効率の変動、偏光選択性の低下に繋がりこの発明の光束分割素子構成において実用上大きな問題となる。ここで、偏光選択性とはs偏光の回折効率とp偏光の回折効率との比と定義する。例えば、この発明のような光束分割素子をプロジェクタ等の投射画像装置に応用した場合、光束分割素子からの分割効率変化は投射像に強度ムラとして反映され、コントラスト低下を招く恐れがある。また、レーザプリンター等の電子写真画像形成装置等に応用した場合、分割効率の変化は印刷像の各ドットに影響し、細線のつぶれや色ムラ等の不具合に繋がる恐れがある。   Regarding the temperature dependency of the hologram element, the refractive index of a substance existing in the hologram periodic structure (two regions having different refractive indexes, for example, a birefringent region and an isotropic region) is generally temperature dependent. When the environmental temperature changes, it is difficult to always maintain a constant refractive index. This change in refractive index due to temperature leads to fluctuations in diffraction efficiency and a decrease in polarization selectivity, which is a serious problem in practical use in the configuration of the light beam splitting element of the present invention. Here, the polarization selectivity is defined as the ratio between the diffraction efficiency of s-polarized light and the diffraction efficiency of p-polarized light. For example, when the light beam splitting element as in the present invention is applied to a projection image device such as a projector, the change in the splitting efficiency from the light beam splitting element is reflected as unevenness in intensity in the projected image, which may lead to a decrease in contrast. Further, when applied to an electrophotographic image forming apparatus such as a laser printer, the change in the division efficiency affects each dot of the printed image, which may lead to problems such as fine line collapse and color unevenness.

次に、ホログラム素子の温度依存性に関して説明する。図7に、体積型屈折率変調ホログラムの屈折率変調量Δnと回折効率の関係を示す。ここで示している屈折率変調量Δnとは図4、図5に示したホログラム素子内部の屈折率分布の高低差であるが、説明を簡潔にするため、Δnは|no−n|または|ne−n|と等価としている。Δnが大きくなるにつれて回折効率は上昇し、Δnが最大の時Δn_maxは、理論上回折効率100%となり、Δnが最大値を超えると回折効率は減少してゆく。 Next, the temperature dependence of the hologram element will be described. FIG. 7 shows the relationship between the refractive index modulation amount Δn H of the volume type refractive index modulation hologram and the diffraction efficiency. The refractive index modulation amount Δn H shown here is a difference in height of the refractive index distribution inside the hologram element shown in FIGS. 4 and 5, but Δn H is | no−n | for simplicity of explanation. Or | ne−n |. The diffraction efficiency as [Delta] n H increases rises, [Delta] n H _max when [Delta] n H is maximum, becomes theoretically diffraction efficiency of 100%, the diffraction efficiency [Delta] n H exceeds the maximum slide into reduced.

図8は等方性領域1bの屈折率nと複屈折性領域1aの屈折率no、neの一般的な温度依存性を示す特性図である。図8に示すように、温度が上昇すると屈折率n、no、neの絶対値は変化し、相対的に|no−n|および|ne−n|も変化する。   FIG. 8 is a characteristic diagram showing the general temperature dependence of the refractive index n of the isotropic region 1b and the refractive indexes no and ne of the birefringent region 1a. As shown in FIG. 8, as the temperature rises, the absolute values of the refractive indexes n, no, and ne change, and | no-n | and | ne-n | change relatively.

このように温度上昇による屈折率の変化に伴い、ホログラム素子の回折効率も温度により大きく変動する。すなわち、最大回折効率を設定した場合、温度上昇によりΔnは小さくなり、回折効率は低下する傾向にある(図7の矢印)。ここで、一般的に高い回折効率を得る為には、Δnがある程度大きくなければならないため、高い回折効率を得る場合はΔnとして|ne−n|を設定することが好ましい。 As described above, along with the change in the refractive index due to the temperature rise, the diffraction efficiency of the hologram element greatly varies depending on the temperature. That is, when the maximum diffraction efficiency is set, Δn H decreases with increasing temperature, and the diffraction efficiency tends to decrease (arrow in FIG. 7). Here, in order to generally obtain high diffraction efficiency, Δn H must be large to some extent. Therefore, in order to obtain high diffraction efficiency, it is preferable to set | ne−n | as Δn H.

前述したように、ホログラム素子の回折効率は屈折率変調量Δnと厚み(ホログラム層)Tの積Δn・Tに依存する。膜厚Tはスペーサーや硬化材料により保持されているため、温度上昇による変化は小さい。すなわち、温度上昇による回折効率の変動は、屈折率変調量Δnの温度変化による影響が大きいと考えられる。屈折率変調量の大きさは使用するホログラムの材料や作製方法に起因するが、一般的にフォトポリマーを用いたホログラムでは〜約0.04程度であり、高複屈折性を示す液晶材料を用いた液晶ホログラムでは〜約0.15程度である。屈折率変調量は材料によりある程度選択することが可能であり、屈折率変調量が大きい方が高効率を得るためには有利である。 As described above, the diffraction efficiency of the hologram element depends on the product Δn H · T of the refractive index modulation amount Δn H and the thickness (hologram layer) T. Since the film thickness T is held by a spacer or a curable material, the change due to temperature rise is small. That is, it is considered that the fluctuation of the diffraction efficiency due to the temperature rise is greatly influenced by the temperature change of the refractive index modulation amount Δn H. The magnitude of the refractive index modulation amount depends on the hologram material to be used and the manufacturing method, but generally it is about 0.04 for a hologram using a photopolymer, and a liquid crystal material exhibiting high birefringence is used. In a conventional liquid crystal hologram, it is about 0.15. The refractive index modulation amount can be selected to some extent depending on the material, and a larger refractive index modulation amount is advantageous for obtaining high efficiency.

光束分割素子の温度特性について説明する。一定の温度環境(例えば、室温)にて屈折率変調量が一定である場合、体積型屈折率変調ホログラム素子の回折効率および透過率と膜厚の関係は図9のようになる。前記したように、体積型屈折率変調ホログラム素子は理論的に最大100%の回折効率であり、回折効率と透過率の関係は全体で100%である。最大100%の回折効率が得られるホログラム層の膜厚(セルギャップ)をT、回折効率が50%(透過率が50%)ホログラム層の膜厚(セルギャップ)をTとする。T=T/2となる。図10に示すように、回折効率と透過率は、サインカーブ、コサインカーブのように膜厚に対応して変化する。 The temperature characteristics of the light beam splitting element will be described. When the refractive index modulation amount is constant in a constant temperature environment (for example, room temperature), the relationship between the diffraction efficiency and the transmittance of the volume type refractive index modulation hologram element and the film thickness is as shown in FIG. As described above, the volume type refractive index modulation hologram element theoretically has a maximum diffraction efficiency of 100%, and the relationship between the diffraction efficiency and the transmittance is 100% as a whole. The film thickness (cell gap) of the hologram layer at which a maximum diffraction efficiency of 100% is obtained is T 2 , the diffraction efficiency is 50% (transmittance is 50%), and the film thickness (cell gap) of the hologram layer is T 1 . The T 1 = T 2/2. As shown in FIG. 10, the diffraction efficiency and the transmittance change corresponding to the film thickness like a sine curve and a cosine curve.

ここで、ホログラム層の膜厚(セルギャップ)が同一である偏光ホログラム素子を第1ホログラム1と第2ホログラム2として多段に配列し、入射偏光方向をホログラム周期構造の配列方向と平行にした場合の光束分割素子につき、図10及び図11に従い説明する。   Here, when polarization hologram elements having the same hologram layer thickness (cell gap) are arranged in multiple stages as the first hologram 1 and the second hologram 2, and the incident polarization direction is parallel to the arrangement direction of the hologram periodic structure The light beam splitting element will be described with reference to FIGS.

図10に示すように、素子のホログラム層13、23の膜厚(セルギャップ)がそれぞれ最大回折効率を得るTにおいては、第1ホログラム素子1にて全ての光が回折され、第2ホログラム素子2にて再回折される。すなわち、第1透過直進光は発生せず、光軸のシフトのみが行われ光束は分割されない。 As shown in FIG. 10, in T 2 where the film thickness (cell gap) of the hologram layers 13 and 23 of the element obtains the maximum diffraction efficiency, all light is diffracted by the first hologram element 1 and the second hologram Re-diffracted by element 2. That is, the first transmitted straight light is not generated, only the optical axis is shifted, and the light beam is not divided.

また、図11のように、素子のホログラム層13、23の膜厚(セルギャップ)が最大回折効率の半分を得るTにおいては、第1ホログラム素子1にて、第1透過直進光10aと第1回折偏向光10bに均等に分割されるが、第2ホログラム素子2においても第2回折偏向光が均等に分割されるため、多段に配列された素子1、2から出射される光は三光束となり、強度もばらばらとなる。 Further, as shown in FIG. 11, in T 1 where the film thickness (cell gap) of the hologram layers 13 and 23 of the element obtains half of the maximum diffraction efficiency, the first hologram element 1 Although the light beam is equally divided into the first diffracted light beam 10b, the second diffracted light beam is also divided evenly in the second hologram element 2, so that the light emitted from the elements 1 and 2 arranged in multiple stages is three. It becomes a luminous flux and the intensity varies.

そこで、ホログラム層の膜厚(セルギャップ)が異なるホログラムを第1ホログラム1と第2ホログラム2として多段に配列した構成につき図12を参照して説明する。   A configuration in which holograms having different hologram layer thicknesses (cell gaps) are arranged in multiple stages as the first hologram 1 and the second hologram 2 will be described with reference to FIG.

この構成において、入射偏光方向はホログラム周期構造の配列方向と平行とし、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2を図12に示すように、ホログラム層13の膜厚をT(T/2)、ホログラム層23の膜厚をTとする場合、第1ホログラム素子1の回折効率は50%、透過率は50%となり、第2ホログラム素子2の回折効率は100%、透過率は0%となる。すなわち、図13に示すように、第1ホログラム素子1から第1透過直進光10aと第1回折偏向光10bが出力され、第1回折偏向光10bが第2ホログラム素子2で回折され、第2回折偏向光20bとして出力される。この構成の光束分割素子100では、第2回折偏向光20bの効率は50%、第1透過直進光10aの効率は50%の割合で二光束を均等に分割することができる。 In this configuration, the incident polarization direction is parallel to the arrangement direction of the hologram periodic structure, and the film thickness of the hologram layer 13 is set to T 1 (T 2 / T) as shown in FIG. 12 for the first hologram element 1 and the second hologram element 2. 2), when the thickness of the hologram layer 23 and T 2, the first diffraction efficiency of the hologram element 1 is 50%, the transmittance becomes 50%, the diffraction efficiency of the second hologram element 2 is 100%, transmittance 0%. That is, as shown in FIG. 13, the first transmissive straight light 10a and the first diffracted deflected light 10b are output from the first hologram element 1, the first diffracted deflected light 10b is diffracted by the second hologram element 2, and the second Output as diffracted deflection light 20b. In the light beam splitting element 100 having this configuration, the two light beams can be split evenly at a rate of 50% for the second diffracted deflection light 20b and 50% for the efficiency of the first transmitted straight light 10a.

ここで、前述のような光束分割素子構成における分割効率の温度による変動低減について説明するため、更にホログラム素子の温度特性に関して図13、図14にΔnH・Tと回折効率の関係について示す。ホログラム層13の膜厚がTの第1ホログラム1、ホログラム層23の膜厚がTの第2ホログラム2の温度上昇による回折効率の変化を矢印で示す。屈折率変調量Δnは膜厚Tによらず一定であると仮定している。図13に示すものは、第1ホログラム1の回折効率が50%になるようにホログラム層13の膜厚Tを設定し、第2ホログラム2が回折効率が100%になるホログラム層23の膜厚Tmaxより、少し膜厚を小さくした膜厚Tに設定している。また、図14に示すものは、第1ホログラム1の回折効率が50%になるようにホログラム層13の膜厚Tを設定し、第2ホログラム2の回折効率が100%になるホログラム層23の膜厚Tmaxより、少し膜厚を大きくした膜厚Tに設定している。 Here, in order to explain the reduction in variation of the splitting efficiency due to temperature in the configuration of the light beam splitting element as described above, the relationship between Δn H · T and the diffraction efficiency is further shown in FIGS. 13 and 14 regarding the temperature characteristics of the hologram element. First hologram 1 of the thickness of the hologram layer 13 is T 1, the change in the diffraction efficiency thickness of the hologram layer 23 by the second temperature increase of the hologram 2 of T 2 indicated by the arrow. It is assumed that the refractive index modulation amount Δn H is constant regardless of the film thickness T. Those shown in FIG. 13, the first diffraction efficiency of the hologram 1 has set the thickness T 1 of the hologram layer 13 to be 50%, the film of the hologram layer 23 in which the second hologram 2 is the diffraction efficiency is 100% than the thickness Tmax, it is set to a thickness T 2 which is reduced a little thickness. Further, in the example shown in FIG. 14, the film thickness T 1 of the hologram layer 13 is set so that the diffraction efficiency of the first hologram 1 is 50%, and the hologram layer 23 in which the diffraction efficiency of the second hologram 2 is 100%. than the film thickness Tmax, is set to the film thickness T 2 with an increased a little thickness.

図13に示すものは、温度上昇により第1ホログラム1、第2ホログラム2ともに回折効率が低下している。これに対し、図14は温度上昇により第1ホログラム1の回折効率は低下しているが、第2ホログラム2の回折効率は一旦増加してから低下している。   In the case shown in FIG. 13, the diffraction efficiency of both the first hologram 1 and the second hologram 2 is lowered due to the temperature rise. On the other hand, in FIG. 14, the diffraction efficiency of the first hologram 1 is reduced due to the temperature rise, but the diffraction efficiency of the second hologram 2 is once increased and then decreased.

図13、図14から、ホログラムの膜厚Tは、最大回折効率を得る膜厚Tmaxより小さく設定することで、温度上昇により回折効率は低下し、最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きく設定することで、温度上昇により回折効率が一旦増加し低下することが分かる。   From FIG. 13 and FIG. 14, the film thickness T of the hologram is set to be smaller than the film thickness Tmax for obtaining the maximum diffraction efficiency. Thus, it can be seen that the diffraction efficiency once increases and decreases as the temperature rises.

このことから、膜厚(セルギャップ)の異なるホログラム層を有する第1ホログラム1と第2ホログラム2を多段に配列した構成において、第1ホログラム1の膜厚Tは最大回折効率を得る膜厚Tmaxより小さく、第2ホログラム2の膜厚Tは最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きく設定する。このように構成することで、温度上昇による第1ホログラム1の回折効率低下と第2ホログラム2の回折効率増加をキャンセルすることができる。従って、分割された光束における第2回折偏向光20bの温度による変動が抑制され光束分割素子として温度特性が改善される。 Therefore, in the configuration in which the first hologram 1 and the second hologram 2 having hologram layers having different film thicknesses (cell gaps) are arranged in multiple stages, the film thickness T 1 of the first hologram 1 is a film thickness that obtains the maximum diffraction efficiency. less than T max, the thickness T 2 of the second hologram 2 is set larger than the thickness T max to obtain maximum diffraction efficiency. With this configuration, it is possible to cancel the decrease in the diffraction efficiency of the first hologram 1 and the increase in the diffraction efficiency of the second hologram 2 due to a temperature increase. Therefore, fluctuations due to the temperature of the second diffracted deflected light 20b in the divided light beam are suppressed, and the temperature characteristics of the light beam dividing element are improved.

また、図1、図2、図12に示すような構成において、分割光束の効率を高くするためには、まず、第1ホログラム1で光束を略等分割する回折効率が得られ、第2ホログラムで高回折効率を得るように、第1ホログラム1、第2ホログラム2のホログラム層を構成することで実現できる。すなわち、第2ホログラム2の回折効率は第1ホログラム1の回折効率より高い方がよいことを意味しており、膜厚に対しては、最大回折効率が得られるTmaxに近いほど高回折効率となることから、第2ホログラム2のホログラム層23の膜厚と最大回折効率が得られるTmaxとの差|Tmax−T|が第1ホログラム1のホログラム層13の膜厚Tと最大回折効率が得られるTmaxの差|Tmax−T|よりも小さいことで分割光束の効率を高く設定することができる。 In addition, in the configuration shown in FIGS. 1, 2, and 12, in order to increase the efficiency of the divided light beam, first, the diffraction efficiency for dividing the light beam substantially equally by the first hologram 1 is obtained. This can be realized by configuring the hologram layers of the first hologram 1 and the second hologram 2 so as to obtain a high diffraction efficiency. That is, it means that the diffraction efficiency of the second hologram 2 should be higher than the diffraction efficiency of the first hologram 1, and the higher the diffraction efficiency is, the closer to Tmax at which the maximum diffraction efficiency can be obtained. Therefore, the difference | T max −T 2 | between the film thickness of the hologram layer 23 of the second hologram 2 and T max for obtaining the maximum diffraction efficiency is the film thickness T 1 of the hologram layer 13 of the first hologram 1. difference in T max of the maximum diffraction efficiency is obtained | T max -T 1 | can be set high efficiency of split light beams with a smaller than.

さらに、図9の回折効率と膜厚の関係から、第1ホログラム素子1のホログラム層12の膜厚Tを第2ホログラム素子2のホログラム層23の膜厚Tの略半分に設定することで、分割した光束のそれぞれの強度を略等しく設定できる。 Furthermore, from the relationship between the diffraction efficiency and the film thickness in FIG. 9, the film thickness T 1 of the hologram layer 12 of the first hologram element 1 is set to approximately half the film thickness T 2 of the hologram layer 23 of the second hologram element 2. Thus, the intensities of the divided light beams can be set to be approximately equal.

ここで、ホログラムの膜厚T(素子セルギャップ)により回折効率の温度特性を設定する前述の説明においては、ホログラムの屈折率変調量ΔnHは一定であると仮定している。実際に、ホログラムに用いる材料と作製条件を固定することで、略一定の屈折率変調量ΔnHを得ることができる。 Here, in the above description in which the temperature characteristic of the diffraction efficiency is set by the film thickness T (element cell gap) of the hologram, it is assumed that the refractive index modulation amount Δn H of the hologram is constant. Actually, a substantially constant refractive index modulation amount Δn H can be obtained by fixing the material used for the hologram and the manufacturing conditions.

また、図13、図14に示すようにホログラムの回折効率はΔnH・Tと関係があるため、前述の説明において、膜厚Tを一定とし、屈折率変調量ΔnHによりホログラムの回折効率の温度特性を設定することもできる。ホログラムの屈折率変調量ΔnHは材料と作製条件によって、ある程度調整できる。 Further, as shown in FIGS. 13 and 14, the diffraction efficiency of the hologram is related to Δn H · T. Therefore, in the above description, the film thickness T is constant, and the diffraction efficiency of the hologram is controlled by the refractive index modulation amount Δn H. Temperature characteristics can also be set. The refractive index modulation amount Δn H of the hologram can be adjusted to some extent depending on the material and production conditions.

また、膜厚Tと、屈折率変調量ΔnHがそれぞれ異なる第1のホログラム素子と第2のホログラム素子を用いても光束分割素子として温度特性が改善できれば問題ない。 Even if the first hologram element and the second hologram element having different film thickness T and refractive index modulation amount Δn H are used, there is no problem as long as the temperature characteristics can be improved as a light beam splitting element.

次に、この発明の実施形態における光束分割素子の構成概略を図15、図16に示す。この実施形態の構成においては、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2および第ホログラム素子3が配列されており、第3ホログラム素子3が第1ホログラム1で分割された第1透過直進光10aの強度を調整(温度特性補償)するものである。第1透過直進光10aが第3ホログラム素子3を通過して第3透過直進光30aとして出力される。   Next, the schematic configuration of the light beam splitting element according to the embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the configuration of this embodiment, the first holographic element 1, the second holographic element 2, and the holographic element 3 are arranged, and the first transmissive straight light 10 a obtained by dividing the third holographic element 3 by the first hologram 1. Is adjusted (temperature characteristic compensation). The first transmitted straight light 10a passes through the third hologram element 3 and is output as the third transmitted straight light 30a.

図15では配列順を入射光側から第1ホログラム1、第2ホログラム2、第3ホログラム3としているが、分割した第1透過直進光10aの光強度が調整可能であれば、第2ホログラム2と第3ホログラム3のどちらを入射側に配列してもよく、これらの配列順はどちらでもよい。また、第2ホログラム2と第3ホログラム3の機能が同じであれば、同じ位置としてもよい。   In FIG. 15, the arrangement order is the first hologram 1, the second hologram 2, and the third hologram 3 from the incident light side. However, if the light intensity of the divided first transmitted straight light 10 a can be adjusted, the second hologram 2. And the third hologram 3 may be arranged on the incident side, and the arrangement order thereof may be either. Further, as long as the functions of the second hologram 2 and the third hologram 3 are the same, they may be in the same position.

ここで、第1ホログラム1と第2ホログラム2を配列した構成の光束分割素子において、第1ホログラム1から分割した第1回折偏向光10bと第1透過直進光10aのうち、第1回折偏向光10bは前述したように、配列するホログラム素子2の膜厚設定により、回折効率の温度特性がキャンセルされ、第2ホログラム2から出射する第2回折偏向光20bの温度特性は改善されている。しかし、第1透過直進光10aに関して、温度特性は改善されていない。そこで、第1透過直進光10aの光軸に、第3ホログラム素子3を更に配列することで、第1透過直進光10aに対しても温度による効率の変化を改善することができる。   Here, in the light beam splitting element having the configuration in which the first hologram 1 and the second hologram 2 are arranged, the first diffracted deflected light among the first diffracted deflected light 10b and the first transmitted straight traveling light 10a split from the first hologram 1 is used. As described above, the temperature characteristic of the diffraction efficiency is canceled by setting the film thickness of the hologram elements 2 to be arranged 10b, and the temperature characteristic of the second diffracted deflected light 20b emitted from the second hologram 2 is improved. However, the temperature characteristics of the first transmitted straight light 10a are not improved. Therefore, by further arranging the third hologram element 3 on the optical axis of the first transmitted straight light 10a, the change in efficiency due to temperature can be improved even for the first transmitted straight light 10a.

配列する第3ホログラムの膜厚T3は、図9のように、初期設定は透過率が略100%または回折効率が略0%であり、温度が上昇するに従って、透過率は低下し、回折効率が増加するような特性を示すことが好ましい。このような特性を有する第3ホログラム3を追加配列することで、温度上昇により、第1ホログラム1からの第1透過直進光10aの透過率が増加しても、第3ホログラム3の透過光効率特性によりキャンセルされて、温度によらず一定の透過率が得られるようになる。 As shown in FIG. 9, the film thickness T 3 of the third holograms to be arranged is initially set so that the transmittance is approximately 100% or the diffraction efficiency is approximately 0%, and the transmittance decreases as the temperature rises. It is preferable to exhibit characteristics that increase efficiency. By additionally arranging the third hologram 3 having such characteristics, the transmitted light efficiency of the third hologram 3 is increased even if the transmittance of the first transmitted straight light 10a from the first hologram 1 increases due to the temperature rise. Canceled by the characteristics, a constant transmittance can be obtained regardless of the temperature.

次に、この実施形態におけるホログラム素子の分割光束の温度特性として、図17、図18にΔnH・Tと透過率および回折効率の関係を示す。膜厚Tの第1ホログラム1、膜厚Tの第2ホログラム、膜厚T3の第3ホログラムの温度上昇による透過率および回折効率の変化は矢印で示している。ここで、屈折率変調量ΔnHは膜厚Tによらず一定であると仮定している。 Next, as temperature characteristics of the divided light flux of the hologram element in this embodiment, FIG. 17 and FIG. 18 show the relationship between Δn H · T, transmittance, and diffraction efficiency. First hologram 1 having a thickness T 1, a second hologram having a thickness T 2, the transmittance and the change of the diffraction efficiency due to temperature rise of the third hologram of thickness T 3 are indicated by arrows. Here, it is assumed that the refractive index modulation amount Δn H is constant regardless of the film thickness T.

図17は、温度上昇により、第1ホログラム1の透過率は増加し、第2ホログラム2と第3ホログラム3の透過率は低下している。また、図18は、温度上昇により、第1ホログラム1の回折効率は低下し、第2ホログラム2と第3ホログラム3の回折効率は増加している。   In FIG. 17, the transmittance of the first hologram 1 increases and the transmittance of the second hologram 2 and the third hologram 3 decreases due to the temperature rise. In FIG. 18, the diffraction efficiency of the first hologram 1 decreases and the diffraction efficiency of the second hologram 2 and the third hologram 3 increases due to the temperature rise.

前述したように図17、図18からホログラムの膜厚Tは、最大回折効率を得る膜厚Tmaxより小さく設定することで、温度上昇により回折効率は低下し、最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きく設定することで、温度上昇により回折効率が増加することが分かる。更には膜厚2Tmax付近において、回折効率は略0%、透過率は略100%であり、温度上昇により回折効率が増加し、透過率が低下することが分かる。   As described above, from FIG. 17 and FIG. 18, the hologram film thickness T is set smaller than the film thickness Tmax for obtaining the maximum diffraction efficiency, so that the diffraction efficiency decreases due to the temperature rise, and the film thickness Tmax for obtaining the maximum diffraction efficiency. It can be seen that the diffraction efficiency increases as the temperature rises by setting a larger value. Further, in the vicinity of the film thickness of 2 Tmax, the diffraction efficiency is approximately 0% and the transmittance is approximately 100%, and it can be seen that the diffraction efficiency increases and the transmittance decreases with increasing temperature.

このことから、第1ホログラム1、第2ホログラム2、第3ホログラム3とホログラム素子を多段に配列し、ホログラムの温度特性が異なるように、ホログラムの膜厚をそれぞれ設定する。第1ホログラム1の膜厚T1は最大回折効率を得る膜厚Tmaxより小さく、第2ホログラム2の膜厚T2は最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きく設定し、かつ第3ホログラム3の膜厚T3は第2ホログラム2の膜厚T2より大きく設定する。このように構成することで、温度上昇による第1ホログラム1の回折効率低下と第2ホログラム2の回折効率増加がキャンセルされ、更には、温度上昇による第1ホログラム1の透過率増加と第3ホログラム3の透過率低下がキャンセルされる。従って、分割された二つの光束の温度による変動が抑制され、光束分割素子として温度特性が改善される。 Therefore, the first hologram 1, the second hologram 2, the third hologram 3, and the hologram elements are arranged in multiple stages, and the film thicknesses of the holograms are set so that the temperature characteristics of the holograms are different. Thickness T 1 of the first hologram 1 is smaller than the thickness T max to obtain maximum diffraction efficiency, the thickness T 2 of the second hologram 2 is set larger than the thickness T max to obtain maximum diffraction efficiency, and a third hologram The film thickness T 3 of 3 is set larger than the film thickness T 2 of the second hologram 2. With this configuration, the decrease in the diffraction efficiency of the first hologram 1 and the increase in the diffraction efficiency of the second hologram 2 due to the temperature increase are canceled, and further, the increase in the transmittance of the first hologram 1 and the third hologram due to the temperature increase. 3 is reduced. Therefore, fluctuations due to the temperature of the two split light beams are suppressed, and the temperature characteristics of the light beam splitting element are improved.

ここで、一般的に光学素子は光利用効率が高い方が好ましいため、光束分割素子としても分割効率は高い方が好ましい。そこで、図17、18に示すように、第3ホログラムの膜厚T3を最大回折効率を得る膜厚Tmaxの略2倍とすることで、第3ホログラム3の透過率は最初略100%の非常に高い効率を示し、光束分割素子としても高い光利用効率が得られる
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。
Here, since it is generally preferable for the optical element to have high light utilization efficiency, it is preferable that the light beam splitting element also has high splitting efficiency. Therefore, as shown in FIGS. 17 and 18, by setting the film thickness T 3 of the third hologram to approximately twice the film thickness Tmax for obtaining the maximum diffraction efficiency, the transmittance of the third hologram 3 is initially approximately 100%. A very high efficiency is exhibited and a high light utilization efficiency can be obtained as a light beam splitting element. Next, a reference example of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a light beam splitter in a reference example of the present invention. In the second embodiment, the first hologram element 1 and the second hologram elements 213 and 23 have the same film thickness (cell gap) T. The incident polarization direction is set so that the ratio of the intensity of the p-polarized component and the s-polarized component of the incident light is substantially equal. In such a configuration, it is necessary to adjust the setting of the incident polarization direction, etc., but since they have the same film thickness, they can be realized by an element by a production process under a certain condition, so that productivity can be improved.

前記したように、ホログラム層の膜厚(セルギャップ)が同一のホログラム素子を多段配列した構成において、回折効率が最大となるような膜厚(セルギャップ)Tmaxを設定したホログラム素子を用いる場合、入射偏光方向がホログラム素子の周期的な構造に略平行(p偏光)および垂直(s偏光)なときは光束が分割されない。 As described above, in a configuration in which hologram elements having the same film thickness (cell gap) of the hologram layer are arranged in multiple stages, a hologram element having a film thickness (cell gap) T max that maximizes diffraction efficiency is used. When the incident polarization direction is substantially parallel (p polarization) and perpendicular (s polarization) to the periodic structure of the hologram element, the light beam is not split.

これはホログラム素子への入射偏光成分(p偏光およびs偏光)の光強度に依存し、図20のように周期的構造の配列方向に平行な偏光方向が入射するとき、入射光の強度は、s偏光成分がほとんどなく、ほぼp偏光成分であるため、入射光はs偏光成分に係る透過光はほとんど発生せず、p偏光成分に係る回折光のみが発生する。   This depends on the light intensity of the incident polarization component (p-polarized light and s-polarized light) to the hologram element. When the polarization direction parallel to the arrangement direction of the periodic structure is incident as shown in FIG. Since there is almost no s-polarized component and almost a p-polarized component, the incident light hardly generates transmitted light related to the s-polarized component, and only diffracted light related to the p-polarized component is generated.

ここで、図21に示すように、周期的構造の配列方向に平行な方向から偏光方向を少し傾けて入射するとき、入射光の強度はs偏光成分とp偏光成分とに分けられ、強度の割合としてはp偏光成分の方がs偏光成分より大きく、p偏光成分に係る回折光が大きく発生し、s偏光成分に係る透過光も少し発生する。また、図22に示すように、周期的構造の配列方向に平行な方向から偏光方向を45°(135°)傾けて入射するとき、入射光の強度は等しい割合でs偏光成分とp偏光成分とに分けられるため、p偏光成分に係る回折光とs偏光成分に係る透過光は均等になる。このように、第1ホログラム素子1の第1回折偏向光と第1透過直進光の割合は入射光のs偏光成分とp偏光成分の光強度の割合に依存する。また、周期構造の平均的な屈折率も入射偏光方向によって変化し、僅かであるが第1回折偏向光と第1透過直進光の割合に起因する。   Here, as shown in FIG. 21, when the polarization direction is slightly inclined from the direction parallel to the arrangement direction of the periodic structure, the intensity of the incident light is divided into an s-polarized component and a p-polarized component. As a proportion, the p-polarized component is larger than the s-polarized component, so that diffracted light related to the p-polarized component is generated more and transmitted light related to the s-polarized component is generated a little. Further, as shown in FIG. 22, when the polarization direction is inclined by 45 ° (135 °) from the direction parallel to the arrangement direction of the periodic structure, the intensity of the incident light is equal to the s-polarization component and the p-polarization component. Therefore, the diffracted light related to the p-polarized component and the transmitted light related to the s-polarized component are equalized. Thus, the ratio of the first diffracted polarized light and the first transmitted straight light of the first hologram element 1 depends on the ratio of the light intensity of the s-polarized component and the p-polarized component of the incident light. In addition, the average refractive index of the periodic structure also changes depending on the incident polarization direction, and is slightly caused by the ratio of the first diffracted deflected light and the first transmitted straight light.

図21、図22に示すように、周期構造の配列方向とは異なる偏光方向を有する直線偏光を入射し、p偏光成分とs偏光成分の強度を適宜調整することで、第1ホログラム素子1にてp偏光成分は第1回折偏向光10bとなり、s偏向成分は第1透過直進光10aとなる。次に、第2ホログラム素子2にてp偏向成分は第2回折偏向光20bとなり、s偏向成分は第2透過直進光20aとなり、光束が分割される。   As shown in FIGS. 21 and 22, linearly polarized light having a polarization direction different from the arrangement direction of the periodic structure is incident, and the intensities of the p-polarized component and the s-polarized component are appropriately adjusted. Thus, the p-polarized component becomes the first diffracted polarized light 10b, and the s-polarized component becomes the first transmitted straight light 10a. Next, in the second hologram element 2, the p-polarization component becomes the second diffracted deflection light 20b, the s-deflection component becomes the second transmitted straight light 20a, and the light beam is split.

ここで、入射偏光方向の設定は一般的な位相差板により設定でき、偏光板、グラントムソンプリズム、1/2波長板、などが使用できる。また、光源としてLD等の偏光光を用いる場合は光源を回転させることでも設定できる。   Here, the incident polarization direction can be set by a general retardation plate, and a polarizing plate, a Glan-Thompson prism, a half-wave plate, or the like can be used. In addition, when polarized light such as LD is used as the light source, it can be set by rotating the light source.

前述したようにホログラム素子には温度依存性がある。そこで、ホログラム素子のホログラム層の膜厚を異ならせてホログラム素子のΔn・Tと回折効率の関係を調べた。図23、図24、図25に、ホログラム素子のΔn・Tと回折効率の関係を示す。各ホログラム素子の温度上昇による回折効率の変化を矢印で示す。ただし、屈折率変調量Δnは膜厚Tによらず一定であると仮定している。 As described above, the hologram element has temperature dependency. Therefore, the relationship between Δn H · T and diffraction efficiency of the hologram element was examined by varying the film thickness of the hologram layer of the hologram element. 23, 24, and 25 show the relationship between Δn H · T and the diffraction efficiency of the hologram element. A change in diffraction efficiency due to a temperature rise of each hologram element is indicated by an arrow. However, it is assumed that the refractive index modulation amount Δn H is constant regardless of the film thickness T.

図22は、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2のホログラム層13,23の膜厚(セルギャップ)T、Tが、最大回折効率を得る膜厚Tmaxと同じである場合を示している。この場合には、温度上昇により、第1ホログラム1、第2ホログラム2、第3ホログラム3ともに回折効率が低下している。 FIG. 22 shows a case where the film thicknesses (cell gaps) T 1 and T 2 of the hologram layers 13 and 23 of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are the same as the film thickness T max for obtaining the maximum diffraction efficiency. Show. In this case, the diffraction efficiency of all of the first hologram 1, the second hologram 2, and the third hologram 3 is reduced due to the temperature rise.

これに対し、図23は第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2のホログラム層13、23の膜厚(セルギャップ)T、Tが同じで、かつ最大回折効率を得る膜厚Tmaxよりも大きい関係にある場合を示している。この場合は、温度上昇により第1ホログラム1、第2ホログラム2ともに回折効率が一旦増加してから低下している。このことから、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2のホログラム層の膜厚(セルギャップ)T、Tが略同じである場合、最大回折効率を得る膜厚Tmax以下であると第1ホログラム1、第2ホログラム2ともに温度上昇により回折効率が低下し、光束分割素子100としては温度特性が顕著に悪くなる。 On the other hand, in FIG. 23, the film thicknesses T 1 and T 2 of the hologram layers 13 and 23 of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are the same, and the film thickness T max for obtaining the maximum diffraction efficiency. It shows a case where the relationship is larger than that. In this case, the diffraction efficiency of both the first hologram 1 and the second hologram 2 once increases due to the temperature rise and then decreases. From this, when the film thicknesses (cell gaps) T 1 and T 2 of the hologram layers of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are substantially the same, the film thickness is equal to or less than the film thickness T max for obtaining the maximum diffraction efficiency. In both the first hologram 1 and the second hologram 2, the diffraction efficiency is lowered due to the temperature rise, and the temperature characteristics of the light beam splitting element 100 are significantly deteriorated.

しかし、第1,第2ホログラム素子1,2のホログラム層の膜厚T、Tが略同じである場合においても、図23のように、膜厚T、Tが最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きいことで、第1ホログラム1、第2ホログラム2ともに温度上昇により回折効率が一旦増加してから低下するため、若干の変動はあるが、広い温度範囲にて高回折効率を保つことができ、光束分割素子100としては温度特性が改善される。 However, even when the film thicknesses T 1 and T 2 of the hologram layers of the first and second hologram elements 1 and 2 are substantially the same, the film thicknesses T 1 and T 2 have the maximum diffraction efficiency as shown in FIG. Since the diffraction efficiency of both the first hologram 1 and the second hologram 2 increases once due to temperature rise and then decreases due to being larger than the film thickness T max to be obtained, there is a slight fluctuation, but high diffraction efficiency over a wide temperature range. And the temperature characteristics of the light beam splitting element 100 are improved.

また、図24は、第1ホログラム素子1と第2ホログラム素子2のホログラム層13,23のそれぞれの膜厚(セルギャップ)T、Tが、Tmaxを境に大小関係にある場合を示している。この場合、温度上昇により第1ホログラム1の回折効率は低下し、第2ホログラム2の回折効率は増加している。すなわち、回折効率が略同じとなるように、ホログラム層の膜厚(セルギャップ)を設定し、入射偏光は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偏光方向を設定し、第1ホログラム1と第2ホログラム2を多段に配列した構成の光束分割素子においては、次のように膜厚を設定することが好ましい。 第1ホログラム1のホログラム層13の膜厚Tは最大回折効率を得る膜厚Tmaxより小さく、第2ホログラム2のホログラム層23の膜厚Tは最大回折効率を得る膜厚Tmaxより大きく設定することで、温度上昇による第1ホログラム1の回折効率低下と第2ホログラム2の回折効率増加がキャンセルされて分割された光束(第2回折偏向光)の温度な特性が改善される。 FIG. 24 shows a case where the film thicknesses (cell gaps) T 1 and T 2 of the hologram layers 13 and 23 of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 have a magnitude relationship with respect to T max. Show. In this case, the diffraction efficiency of the first hologram 1 decreases and the diffraction efficiency of the second hologram 2 increases due to the temperature rise. That is, the film thickness (cell gap) of the hologram layer is set so that the diffraction efficiencies are substantially the same, and the polarization direction of incident polarized light is set so that the intensity ratio of the p-polarized component and the s-polarized component is substantially equal. In the light beam splitting element having the configuration in which the first hologram 1 and the second hologram 2 are arranged in multiple stages, it is preferable to set the film thickness as follows. Thickness T 1 of the first hologram 1 of the hologram layer 13 is smaller than the thickness T max to obtain maximum diffraction efficiency, the thickness T 2 of the second hologram 2 of the hologram layer 23 than the thickness T max to obtain maximum diffraction efficiency By setting a large value, a decrease in the diffraction efficiency of the first hologram 1 and an increase in the diffraction efficiency of the second hologram 2 due to a temperature increase are canceled, and the temperature characteristics of the divided light beam (second diffraction deflection light) are improved.

図19に示すような構成における光束分割素子100の回折効率と入射偏光方向との理想的な関係を図25に示す。図25から入射偏光方向が周期的な構造の配列方向に対して、略45°または略135°(45°+90°)である場合、光束の分割バランスが略50%であり、用途にもよるが一般的な光学素子として問題ない特性が得られる。図25から具体的には、入射偏光方向が周期的な構造の配列方向に対して、43°±3°の範囲で光束のバランスが40%から60%の範囲となり、一般的な光学素子として問題ない特性が得られる。   FIG. 25 shows an ideal relationship between the diffraction efficiency of the light beam splitting element 100 and the incident polarization direction in the configuration as shown in FIG. From FIG. 25, when the incident polarization direction is approximately 45 ° or approximately 135 ° (45 ° + 90 °) with respect to the arrangement direction of the periodic structure, the splitting balance of the light beam is approximately 50%, which depends on the application. However, it is possible to obtain characteristics that do not cause a problem as a general optical element. Specifically, from FIG. 25, the light flux balance is in the range of 40% to 60% in the range of 43 ° ± 3 ° with respect to the arrangement direction of the periodic structure of the incident polarization direction. There are no problems.

また、入射偏光方向の設定に位相差板として、1/4波長板を使用して円偏光または楕円偏光とする場合、円偏光においては、図27に示すように入射光のp偏光成分とs偏光成分の強度は均等に設定され、入射光を均等に分割することができる。楕円偏光においても方位角を適宜設定することでp偏光成分とs偏光成分の強度の比率が設定できるため、均等な光束分割のバランスをたもつことができる。図27においては、円偏光の回転を左回転としているが、回転方向は左右どちらでもよい。このように円偏光を入射する場合、光源側の偏光方向に対して軸を設定すればよく、偏光ホログラム素子への偏光方向の設定が不要になる。   In addition, when a quarter wave plate is used as a phase difference plate for setting the incident polarization direction, and circularly polarized light or elliptically polarized light is used, in the circularly polarized light, as shown in FIG. The intensity | strength of a polarization component is set equally and incident light can be divided | segmented equally. Even in elliptically polarized light, the ratio of the intensity of the p-polarized component and the s-polarized component can be set by appropriately setting the azimuth angle. In FIG. 27, the circularly polarized light is rotated counterclockwise, but the rotation direction may be either left or right. When circularly polarized light is incident in this way, the axis only needs to be set with respect to the polarization direction on the light source side, and setting of the polarization direction to the polarization hologram element becomes unnecessary.

この発明の第2の実施形態における光束分割素子の概略構成を図28、図29に示す。この実施形態は、第1ホログラム2と第3ホログラム3の後段にそれぞれ光量調整手段4を備えている。図28、図29では、模式的にホログラム素子と離して記載しているが、所望の光束が調整可能でかつ他の光束に影響を及ぼさなければホログラム素子と一体となっていてもよい。ここで、光量調整手段4としては一般的なNDフィルター、位相差板などが使用できる。このように光量調整手段4を備える場合、分割した光束の強度をそれぞれ設定できる。すなわち、温度上昇により分割した一方の光束の強度が低下した場合、光量調整手段4によりもう一方の光束の強度を調整し、分割した光束の強度を略同じに保つことができ、温度特性のよい光束分割装置が実現できる。   A schematic configuration of the light beam splitting element according to the second embodiment of the present invention is shown in FIGS. In this embodiment, the light amount adjusting means 4 is provided in the subsequent stage of the first hologram 2 and the third hologram 3. 28 and 29 are schematically illustrated separately from the hologram element, but may be integrated with the hologram element as long as a desired light beam can be adjusted and does not affect other light beams. Here, as the light amount adjusting means 4, a general ND filter, a phase difference plate, or the like can be used. Thus, when the light quantity adjustment means 4 is provided, the intensity | strength of the divided | segmented light beam can be set, respectively. That is, when the intensity of one light beam divided due to the temperature rise decreases, the intensity of the other light beam can be adjusted by the light amount adjusting means 4 so that the intensity of the divided light beam can be kept substantially the same, and the temperature characteristics are good. A beam splitting device can be realized.

ここで、この発明の構成における光束分割素子100に用いるホログラム素子としては、温度依存性を示し、格子ピッチおよび格子傾きが設定可能であれば、図30(a)、図30(b)に示すように、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構造を有するものが使用できる。例えば、周期構造は等方性媒体あるいは複屈折媒体に格子溝を形成し、等方性媒体あるいは複屈折媒体を埋めたそれぞれの組み合わせが可能である。   Here, as the hologram element used for the light beam splitting element 100 in the configuration of the present invention, as shown in FIG. 30A and FIG. 30B as long as it shows temperature dependence and the grating pitch and grating inclination can be set. As described above, those having a periodic structure composed of a region exhibiting optical anisotropy and a region exhibiting optical isotropy can be used. For example, the periodic structure can be combined with each other by forming a grating groove in an isotropic medium or birefringent medium and filling the isotropic medium or birefringent medium.

周期構造の格子溝はフォトリソグラフィーとエッチングまたは切削加工や成形技術等により形成することができる。また、等方性媒体としては、フォトポリマー等の透明樹脂や石英、BK7等の光学硝材が使用できるが、複屈折性を有さなければこれに限るものではない。複屈折媒体としては、高分子複屈折膜(高分子フィルム)、液晶等が使用できる。   The grating grooves having a periodic structure can be formed by photolithography and etching, cutting, forming technique, or the like. As the isotropic medium, a transparent resin such as a photopolymer, or an optical glass material such as quartz or BK7 can be used. However, it is not limited to this as long as it does not have birefringence. As the birefringent medium, a polymer birefringent film (polymer film), liquid crystal, or the like can be used.

また、周期構造の形成方法としては、ホログラム記録材料へのステッパによる一般的なマスク露光法、電子ビームによる直接描画法、レーザビームによる直接描画法、二光束干渉露光法などがある。   Examples of the method for forming the periodic structure include a general mask exposure method using a stepper on a hologram recording material, a direct drawing method using an electron beam, a direct drawing method using a laser beam, and a two-beam interference exposure method.

記録材料としては、下記のような一般的な感光材料が使用できる。例えば、重クロム酸ゼラチン、フォトクロック材料、フォトサーモプラスチック、電気光学結晶(例えば、強誘電性酸化物:LiNbO,BaTiO結晶など)、フォトレジスト、フォトポリマー、高分子液晶および高分子分散液晶などがある。 As the recording material, the following general photosensitive materials can be used. For example, dichromated gelatin, photoclock material, photothermoplastic, electro-optic crystal (eg, ferroelectric oxide: LiNbO 3 , BaTiO 3 crystal, etc.), photoresist, photopolymer, polymer liquid crystal and polymer dispersed liquid crystal and so on.

特に、汎用性が高いフォトポリマーは、屈折率変調型のホログラムを記録することができるので、高い回折効率が得られ、粒状性がほとんどないため高解像力で、低ノイズのホログラムが得られる。フォトポリマーは非常に多種・多用の材料により組成されており、光架橋型、光重合型に大別できる。光重合型では現像を要するものと不要なものがある。現像工程が不要な材料では、組成面から(a)ポリマー、モノマー、(b)モノマー、モノマー、(c)不活性成分(低分子)、モノマーに分類できる。(a)および(c)はモノマー重合物質とポリマーあるいは低分子化合物との間で大きな屈折率差が生じるように成分が選ばれる。(b)は屈折率の異なる2種類のモノマーで構成されるが、(1)光重合性の異なるモノマー、(2)光重合性と熱重合性のモノマー、(3)光ラジカル重合性と光カチオン重合性のモノマーなどの組み合わせがある。   In particular, a photopolymer having high versatility can record a refractive index modulation type hologram, so that high diffraction efficiency can be obtained, and since there is almost no graininess, a hologram with high resolution and low noise can be obtained. Photopolymers are composed of a wide variety of materials and can be broadly classified into photocrosslinking types and photopolymerization types. Some photopolymerization types require development and others do not. Materials that do not require a development step can be classified into (a) a polymer, a monomer, (b) a monomer, a monomer, (c) an inactive component (low molecule), and a monomer in terms of composition. Components (a) and (c) are selected so that a large refractive index difference is generated between the monomer polymerization material and the polymer or low molecular weight compound. (B) is composed of two types of monomers having different refractive indexes. (1) Monomer having different photopolymerizability, (2) Photopolymerizable and thermally polymerizable monomer, (3) Photoradical polymerizable and light. There are combinations of cationically polymerizable monomers.

前記した材料において、フォトポリマーやフォトレジストなどの光重合性を有する高分子感光材料は解像力、露光感度、感光波長帯域を幅広く選択でき、高耐環境性に優れ、膜厚・サイズに自由度がある。また粒状性も低い為、ホログラムの特性として高回折効率、高透明性が得られる。   Among the materials described above, photopolymerizable photopolymers such as photopolymers and photoresists can be selected from a wide range of resolution, exposure sensitivity, and photosensitive wavelength band, have excellent environmental resistance, and have flexibility in film thickness and size. is there. Moreover, since the granularity is low, high diffraction efficiency and high transparency can be obtained as the characteristics of the hologram.

また、高回折効率を有する屈折率変調型ホログラムの場合、記録されたホログラム領域における周期構造の屈折率変調の差は大きい方が、高効率が得られる最適な膜厚は小さくなり、それに伴い波長変動や入射角度に依存する回折効率の変化が小さくできる。即ち、得られる高回折効率特性の波長変動や入射角度に対する許容範囲が広いホログラムが実現できる。周期構造の屈折率変調の差が大きくできる感光材料としは、複屈折性を示す高分子複屈折膜、高分子液晶および高分子分散型液晶などがある。   In the case of a refractive index modulation type hologram having a high diffraction efficiency, the larger the difference in refractive index modulation of the periodic structure in the recorded hologram region, the smaller the optimum film thickness for obtaining high efficiency. Changes in diffraction efficiency depending on fluctuations and incident angles can be reduced. That is, it is possible to realize a hologram having a wide tolerance range with respect to wavelength variation and incident angle of the obtained high diffraction efficiency characteristics. Photosensitive materials that can increase the difference in refractive index modulation of the periodic structure include polymer birefringent films exhibiting birefringence, polymer liquid crystals, and polymer dispersed liquid crystals.

高分子複屈折膜は高分子フィルムを延伸して高分子鎖を配向させることによって複屈折性を有した高分子膜であり、スタンパ等で簡単に大量生産することができ、低コストで偏光分離素子の作製ができるといった利点がある。延伸する高分子フィルムの高分子材料としては、例えば、ポリオレフィン系、ポリアクリルレート、ポリカーボネイト(PC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリスチレン等が使用できるが、これに限るものではない。   A polymer birefringent film is a polymer film that has birefringence by stretching a polymer film and orienting polymer chains, and can be easily mass-produced with a stamper, etc. There is an advantage that an element can be manufactured. Examples of the polymer material for the stretched polymer film include, but are not limited to, polyolefins, polyacrylates, polycarbonate (PC), polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, and the like. It is not a thing.

高分子液晶および高分子分散型液晶は、重合性液晶と、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、光重合開始剤の何れか一つまたは複数の混合によりなる組成物である。重合性液晶モノマーとしては、液晶性アクリレートモノマーなどを用いることができ、非重合性液晶としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。その相構成はネマチック、コレステリック、スメクチックのいずれのタイプでも良い。   The polymer liquid crystal and the polymer dispersed liquid crystal are compositions composed of any one or a mixture of a polymerizable liquid crystal, a non-polymerizable liquid crystal, a polymerizable monomer or a prepolymer, and a photopolymerization initiator. As the polymerizable liquid crystal monomer, a liquid crystal acrylate monomer or the like can be used, and as the non-polymerizable liquid crystal, a general liquid crystal having refractive index anisotropy can be used. The phase structure may be any of nematic, cholesteric, and smectic types.

重合性モノマーまたはそのプレポリマーとしては、光重合、光架橋可能なモノマー、オリゴマー、プレポリマー及びそれらの混合物を用いることができる。また、上記の他に熱重合禁止剤、可塑剤等が添加されても良い。   As the polymerizable monomer or prepolymer thereof, photopolymerization, photocrosslinkable monomers, oligomers, prepolymers and mixtures thereof can be used. In addition to the above, a thermal polymerization inhibitor, a plasticizer, and the like may be added.

光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、添加量は照射する光の波長に対する各材料の吸光度によって異なり、複製時の露光条件によって適宜調整される。   As the photopolymerization initiator, a known material can be used, and the addition amount varies depending on the absorbance of each material with respect to the wavelength of light to be irradiated, and is appropriately adjusted depending on the exposure conditions during replication.

上記した感光材料からなる組成物は、露光時の条件を適切に設定することで、偏光方向によって屈折率分布が異なる周期構造を形成することができる(偏光方向によって周期構造における屈折率変調量が異なる)。   The composition comprising the above-described photosensitive material can form a periodic structure having a refractive index distribution that differs depending on the polarization direction by appropriately setting the exposure conditions (the amount of refractive index modulation in the periodic structure depends on the polarization direction). Different).

組成物の例としては高分子モノマー中に非重合性液晶と光重合開始剤を分散させたホログラフィック高分子分散液晶(HPDLC: Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal)あるいは重合性液晶と光重合開始剤を混合させた光硬化型液晶(PPLC: Photo−Polymerized Liquid Crystal)などがある。   Examples of the composition include a holographic polymer dispersed liquid crystal (HPDLC) in which a non-polymerizable liquid crystal and a photopolymerization initiator are dispersed in a polymer monomer, or a mixture of a polymerizable liquid crystal and a photopolymerization initiator. And photo-cured liquid crystal (PPLC: Photo-Polymerized Liquid Crystal).

次に、この発明の光束分割素子に用いることができるホログラム素子として、HPDLCを用いたホログラム素子につき説明する。上記した組成物に干渉縞を露光した場合について説明する。HPDLCについて、干渉露光前の断面構成を図33に示す。非重合性液晶分子と重合性モノマーあるいはプレポリマーと図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物50を二枚の透明基板51、52間に挟んだ構成である。図34は、相分離によるホログラムの形成過程を模式的に示しており、同図(a)は、露光状態を示す断面図、(b)は露光後、相分離をした場合の断面図、(c)は相分離をした場合の上面図である。図34(a)に示すように、非重合性液晶分子と重合性モノマーあるいはプレポリマーと図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物30に対して、干渉縞の強度分布が図示のような状態で干渉露光を行う。この露光により、図34(b)、(c)に示すように、干渉縞の明部においてモノマーが移動(高分子と液晶の相分離)して硬化し、干渉縞暗部には液晶が残り、明部で硬化したポリマーに引っ張られて液晶が特定の方向に配向する。この配向のために直交する入射偏光に対し、一方は屈折率変化が生じずほとんど透過する。これと直交する偏光方向は液晶が配向して屈折率が大きい方向と一致することにより、周期的屈折率変化を感じて入射光は回折する。以上によりHPDLCは偏光性回折格子として機能する。   Next, a hologram element using HPDLC will be described as a hologram element that can be used in the light beam splitting element of the present invention. The case where an interference fringe is exposed to the above composition will be described. FIG. 33 shows a cross-sectional configuration of HPDLC before interference exposure. In this configuration, a composition 50 in which a non-polymerizable liquid crystal molecule, a polymerizable monomer or prepolymer, and a photopolymerization initiator (not shown) are uniformly mixed is sandwiched between two transparent substrates 51 and 52. FIG. 34 schematically shows a hologram formation process by phase separation, where FIG. 34A is a cross-sectional view showing an exposure state, FIG. 34B is a cross-sectional view when phase separation is performed after exposure, c) is a top view in the case of phase separation. As shown in FIG. 34 (a), the intensity distribution of the interference fringes is shown for the composition 30 in which the non-polymerizable liquid crystal molecules, the polymerizable monomer or prepolymer, and the photopolymerization initiator (not shown) are uniformly mixed. Interference exposure is performed in such a state. By this exposure, as shown in FIGS. 34 (b) and 34 (c), the monomer moves in the bright part of the interference fringe (phase separation between the polymer and the liquid crystal) and cures, and the liquid crystal remains in the dark part of the interference fringe, The liquid crystal is oriented in a specific direction by being pulled by the polymer cured in the bright part. Because of this orientation, one of the incident polarized light beams orthogonal to each other transmits almost no refractive index change. The polarization direction perpendicular to this is aligned with the direction in which the liquid crystal is aligned and the refractive index is large, so that the incident light is diffracted with a periodic refractive index change. Thus, HPDLC functions as a polarizing diffraction grating.

また、PPLCにおいては透明電極(ITO)と液晶を配向させる配向層をもつ基板間に光重合性の感応基がついた液晶を封入して液晶を水平配向させる。これに干渉縞を露光すると縞の明部では液晶分子が重合して硬化する。一方縞の暗部の液晶分子は硬化しないで残っている。次に液晶層をはさむ透明電極間に電圧をかけながら光を照射する。このとき暗部の液晶は電圧印加により基板に垂直方向に配向して光により硬化する。以上より干渉縞の明、暗に対応して液晶の配向が水平/垂直の周期構造をもつようになる。このようにして記録した回折格子に直交する偏光を入射させると一方の偏光方向(水平配向した液晶分子の短軸方向と一致)では水平/垂直の配向があっても屈折率変化を感じないで入射光はほとんど透過し、これと直交する方向では水平配向した液晶分子の長軸方向と一致して水平/垂直の配向による屈折率変化を感じて入射光はほとんど回折する。   In PPLC, a liquid crystal having a photopolymerizable sensitive group is sealed between a transparent electrode (ITO) and a substrate having an alignment layer for aligning liquid crystal to horizontally align the liquid crystal. When the interference fringes are exposed to this, liquid crystal molecules are polymerized and cured in the bright portions of the fringes. On the other hand, the liquid crystal molecules in the dark part of the stripe remain without being cured. Next, light is irradiated while applying a voltage between the transparent electrodes sandwiching the liquid crystal layer. At this time, the liquid crystal in the dark portion is oriented in the direction perpendicular to the substrate by applying a voltage and cured by light. As described above, the alignment of the liquid crystal has a horizontal / vertical periodic structure corresponding to the bright and dark interference fringes. When polarized light perpendicular to the diffraction grating recorded in this way is incident, even if there is horizontal / vertical orientation in one polarization direction (coincident with the minor axis direction of the horizontally aligned liquid crystal molecules), no change in refractive index is felt. Most of the incident light is transmitted, and in the direction perpendicular to this, the incident light almost diffracts with a change in the refractive index due to the horizontal / vertical alignment in line with the long axis direction of the horizontally aligned liquid crystal molecules.

以上のように、組成物材料の重合反応に伴った相分離あるいは重合反応と外場による配向変化などによって偏光選択性を有する偏光ホログラムが作製できる。   As described above, a polarization hologram having polarization selectivity can be produced by phase separation accompanying the polymerization reaction of the composition material, or a change in orientation due to the polymerization reaction and the external field.

ホログラム記録用感光材料を成膜する方法としては、一般的な溶剤の成膜手法が適応でき、単基板へのスピンコートやディッピング、対基板で構成されているセルへの毛細管現象あるいは真空による注入方法などがある。   As a method for forming a hologram recording photosensitive material, a general solvent film forming method can be applied, and spin coating or dipping on a single substrate, capillary action or injection by vacuum into a cell composed of a counter substrate. There are methods.

以下、具体的実施例、参考例、比較例によるこの発明をさらに詳細に説明するが、この発明は以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, reference examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
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。
Example 1
An antireflection film for blue light and red light is formed on one side of a 0.7 mm thick glass substrate, and a bead spacer having a diameter of about 4 μm to 12 μm is prepared, and each bead spacer corresponding to the hologram layer to be formed is mixed. Two glass substrates were bonded together with the agent. The adhesive was applied to two locations on the edge of the substrate on the surface opposite to the antireflection film forming surface.

次に、以下の(1)〜(5)の材料の混合物からなる組成物をホットプレートで加熱しながら毛管法によりセル中に注入し、厚み約5μm〜20μmのホログラム層となる組成物層を形成した。なお、この組成物は緑色より短波長の光に反応性を示すため赤色光を用いた暗室下で取り扱った。   Next, a composition composed of a mixture of the following materials (1) to (5) is injected into the cell by a capillary method while being heated on a hot plate, and a composition layer that becomes a hologram layer having a thickness of about 5 μm to 20 μm is formed. Formed. In addition, since this composition was reactive to light having a shorter wavelength than green, it was handled in a dark room using red light.

(1)ネマチック液晶(メルク製Δε>0) 25重量部
(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
(1) Nematic liquid crystal (Merck Δε> 0) 25 parts by weight (2) Urethane prepolymer (manufactured by Kyoeisha Chemical) 75 parts by weight (3) Diacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical) 10 parts by weight (4) Methacrylate (manufactured by Kyoeisha Chemical) 5 parts by weight (5) Bisacylphosphine oxide photopolymerization initiator (Ciba Geigy) 1 part by weight

上記組成物をセル中に注入後、その特性を調べると、この組成物は室温下において等方性を示した。 When the above composition was injected into the cell and the properties thereof were examined, this composition was isotropic at room temperature.

次に、波長442nmのHe−Cdレーザによる二光束干渉露光系を作成した。レーザ光を分割、拡大して平行光とし、二光束干渉の干渉縞に対応して約1μm周期の干渉縞が生成される。セル基板を加熱した状態で、約1分間の二光束干渉露光を行い、液晶ホログラム素子を作製した。この時、一方の入射光軸に対して約7度傾けたて二光束が入射するように設定した。   Next, a two-beam interference exposure system using a He—Cd laser having a wavelength of 442 nm was prepared. The laser light is divided and expanded to be parallel light, and interference fringes having a period of about 1 μm are generated corresponding to the interference fringes of two-beam interference. With the cell substrate heated, two-beam interference exposure was performed for about 1 minute to produce a liquid crystal hologram element. At this time, it was set so that the two light beams were incident after tilting about 7 degrees with respect to one incident optical axis.

液晶ホログラム素子の特性評価としては、作製した素子に波長655nmの直線偏光のレーザ光を照射して、入射光強度に対する0次光と+1次回折光強度を測定した。入射光強度は5mW程度になるように、NDフィルターを用いて調整し、入射光路中に直線偏光板と半波長板を配置し、半波長板の光軸を45度回転させることで、素子に入射する偏光方向(p偏光、s偏光)を切り換え可能な構成とした。このときのp偏光は干渉露光時の干渉縞と直交方向とし、s偏光は干渉縞の方向とした。   For evaluating the characteristics of the liquid crystal hologram element, the prepared element was irradiated with linearly polarized laser light having a wavelength of 655 nm, and the 0th-order light and the + 1st-order diffracted light intensity with respect to the incident light intensity were measured. The device is adjusted by using an ND filter so that the incident light intensity is about 5 mW, a linearly polarizing plate and a half-wave plate are arranged in the incident optical path, and the optical axis of the half-wave plate is rotated by 45 degrees, thereby providing an element. The incident polarization direction (p-polarized light, s-polarized light) can be switched. At this time, the p-polarized light was in a direction orthogonal to the interference fringes at the time of interference exposure, and the s-polarized light was in the direction of the interference fringes.

液晶ホログラム素子の特性評価としては、作製した素子に波長655nmの直線偏光のレーザー光を照射して、入射光強度に対する0次光と+1次回折光強度を測定した。入射光強度は5mW程度になるようにNDフィルターを用いて調整し、入射光路中に直線偏光板と半波長板を配置し、半波長板の光軸を45度回転させることで、素子に入射する偏光方向(p偏光、s偏光)を切り換え可能な構成とした。このときのp偏光は干渉露光時の干渉縞と直交方向とし、s偏光は干渉縞の方向とした。   For evaluating the characteristics of the liquid crystal hologram element, the produced element was irradiated with linearly polarized laser light having a wavelength of 655 nm, and the 0th-order light and the + 1st-order diffracted light intensity with respect to the incident light intensity were measured. The incident light intensity is adjusted using an ND filter so that the incident light intensity is about 5 mW, a linearly polarizing plate and a half-wave plate are arranged in the incident light path, and the optical axis of the half-wave plate is rotated 45 degrees to enter the element. The polarization direction (p-polarized light, s-polarized light) can be switched. At this time, the p-polarized light was in a direction orthogonal to the interference fringes at the time of interference exposure, and the s-polarized light was in the direction of the interference fringes.

図33に膜厚5μm〜20μmの液晶ホログラム素子のp偏向における回折効率の特性を示す。図33には前述した干渉露光学系で設計した格子構造の理論値(Kogelnikの結合波理論)も重ねて示している。理論値と実測値の比較から設計通りのホログラム構造ができている事が分かる。また膜厚が9μmで略最大回折効率が得られており、図34に示すホログラム素子の回折効率の温度特性から膜厚が最大効率を得る膜厚9μm以下では、温度上昇に伴い回折効率が低下し、膜厚9μm以上では温度上昇に伴い回折効率が増加することがわかる。このように膜厚の設定により回折効率の温度特性が設定可能であることがわかる。   FIG. 33 shows the characteristics of diffraction efficiency in p-polarization of a liquid crystal hologram element having a film thickness of 5 μm to 20 μm. FIG. 33 also shows the theoretical value of the lattice structure designed by the above-described interference exposure system (Kogelnik's coupled wave theory). From the comparison of the theoretical value and the actual measurement value, it can be seen that the designed hologram structure is made. The maximum diffraction efficiency is obtained when the film thickness is 9 μm. When the film thickness is 9 μm or less, which obtains the maximum efficiency from the temperature characteristics of the diffraction efficiency of the hologram element shown in FIG. 34, the diffraction efficiency decreases as the temperature rises. It can be seen that the diffraction efficiency increases as the temperature rises when the film thickness is 9 μm or more. Thus, it can be seen that the temperature characteristic of the diffraction efficiency can be set by setting the film thickness.

(参考例1)
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。
(Reference Example 1)
A reference example of the light beam splitting element which is a premise of the present invention will be described.

作製した上記液晶ホログラムの2素子を用いて、図1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偏光とし、配列素子間距離は約10mmとした。第1ホログラム素子、第2ホログラム素子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1光束)と第2回折偏向光(第2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。   Using the two elements of the liquid crystal hologram thus produced, a beam splitting element was produced by arranging in multiple stages as shown in FIG. The incident polarization direction to the element was p-polarized light, and the distance between array elements was about 10 mm. The film thicknesses of the first hologram element and the second hologram element are set as appropriate, and the incident light of the first transmitted straight light (first light beam) and the second diffracted deflected light (second light beam) of the light beam splitting element with the film thickness set is set. The temperature characteristics of light utilization efficiency were evaluated.

(参考例1の比較例)
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。
(Comparative example of Reference Example 1)
As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases as the temperature rises, a beam splitting element is formed by combining two holograms in which the film thickness of the first hologram 1 is 4.5 μm and the film thickness of the second hologram 2 is 9 μm. did. FIG. 35 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. As shown in FIG. 35, the efficiency of the first light beam and the second light beam is equally divided by about 50% near room temperature. However, as the temperature rises, the splitting efficiency changes. At around 50 ° C., the first light flux is about 60% and the second light flux is about 40%. As the temperature changes, the efficiency of both the first light flux and the second light flux changes, and the intensity difference between the light fluxes is as large as about 20%. In the case of such characteristics, it is necessary to correct the temperature characteristics of the first light beam and the second light beam, respectively.

(参考例1−1)
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。
(Reference Example 1-1)
Element for reducing the influence of light quantity fluctuation due to temperature As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases as the temperature rises, the first hologram 1 has a film thickness of 4.5 μm and the second hologram 2 has a film thickness. A beam splitting element in which two holograms having a size of 11.5 μm were combined was prepared. FIG. 36 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. In the vicinity of room temperature, the first light beam is divided by about 50% and the second light beam is divided by about 40%. In the splitting efficiency accompanying the temperature rise, the first light flux is about 60% around 50 ° C., but the second light flux hardly changes and remains about 40%. As described above, the variation of the second light flux due to the temperature is reduced. Compared with Comparative Example 1, the intensity difference of each light beam is the same, but only the temperature characteristic of the first light beam needs to be corrected, and correction is easy.

(参考例1−2)
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。
(Reference Example 1-2)
Element for reducing the influence of light quantity variation due to temperature and the difference in intensity of each light beam As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases with increasing temperature, the film thickness of the first hologram 1 is 4.9 μm, the second A light beam splitting element in which two holograms having a hologram film thickness of 11 μm were combined was prepared. FIG. 37 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. In the vicinity of room temperature, the first light beam is approximately 45% and the second light beam is approximately 48% and is divided approximately evenly. Here, the splitting efficiency changes as the temperature rises, but in the vicinity of 50 ° C., the first light flux is about 53% and the second light flux is about 45%, and the influence of the light amount fluctuation due to temperature is reduced. Further, in the temperature range of room temperature to 50 ° C., the efficiency change of the first light beam and the second light beam is about ± 5%, and the intensity difference of each light beam is about 10%. The difference in intensity is also small.

(実施例)
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。
(Example)
Example for reducing the influence of light quantity variation due to temperature and the difference in intensity of each light beam Further, using the three elements of the hologram produced as described above, a light beam splitting element was produced in a multi-stage arrangement as shown in FIG. Similarly, the temperature characteristics of the light utilization efficiency with respect to the incident light of the third transmitted straight light (first light beam) and the second diffracted deflected light (second light beam) of the light beam splitting element were evaluated.

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5μm、第2ホログラム2の膜厚を12μm、第3ホログラム3の膜厚を18μm、とした3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。この光利用効率の温度特性を図38並びに表1に示す。また、第1ホログラム1の膜厚を5μm、第2ホログラム2の膜厚を12μmの2つのホログラム素子で形成した光束分割素子を用意し、光利用効率の温度特性を評価し、その結果を表2に示す。   As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases with increasing temperature, the film thickness of the first hologram 1 is 5 μm, the film thickness of the second hologram 2 is 12 μm, and the film thickness of the third hologram 3 is 18 μm. A light beam splitting element combining three holograms was prepared. The temperature characteristics of the light utilization efficiency are shown in FIG. In addition, a light beam splitting element formed by two hologram elements having a film thickness of the first hologram 1 of 5 μm and a film thickness of the second hologram 2 of 12 μm is prepared, temperature characteristics of light utilization efficiency are evaluated, and the results are shown. It is shown in 2.

図38及び表1より、この発明の実施例においては、その室温付近において、第一光束は約43%、第二光束は約43%で略均等に分割されている。ここでは温度上昇に伴い分割効率はほとんど変化しておらず、50℃付近で第一光束は約44%であり、第二光束も約44%である。従って、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±1%以内であり、温度特性を補正する必要がない。   38 and Table 1, in the embodiment of the present invention, in the vicinity of the room temperature, the first light flux is approximately 43% and the second light flux is approximately 43% and is approximately equally divided. Here, the splitting efficiency hardly changes as the temperature rises, the first light flux is about 44% and the second light flux is about 44% near 50 ° C. Therefore, in the temperature range of room temperature to 50 ° C., the efficiency change of the first light beam and the second light beam is within about ± 1%, and it is not necessary to correct the temperature characteristics.

また、表1と表2の特性を比較すれば、第3ホログラム素子を設けることで、温度特性が更に向上していることが分かる。   Further, comparing the characteristics of Table 1 and Table 2, it can be seen that the temperature characteristics are further improved by providing the third hologram element.

Figure 0004783749
Figure 0004783749

Figure 0004783749
Figure 0004783749

(参考例2)
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。
(Reference Example 2)
Here, using the two elements of the hologram produced as described above, a beam splitting element was produced by arranging in multiple stages as shown in FIG. The incident polarization direction to the element was a polarization direction rotated by 45 ° from the p-polarized light, and the distance between the array elements was about 10 mm. The film thicknesses of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are set as appropriate, and the first transmitted straight light (first light beam) and the second diffracted deflected light (second light beam) are incident on the light beam splitting element having the film thickness set. The temperature characteristics of light utilization efficiency with respect to light were evaluated.

(参考例2−比較例1)
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。
(Reference Example 2-Comparative Example 1)
As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases as the temperature rises, a light beam splitting element was prepared by combining two holograms in which the film thickness of the first hologram 1 was 9 μm and the film thickness of the second hologram 2 was 9 μm. FIG. 39 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. Near the room temperature, the efficiency of the first light beam and the second light beam is equally divided by about 50%. However, as the temperature rises, the splitting efficiency changes, and in the vicinity of 50 ° C., the first light flux is about 52% and the second light flux is about 45%, and the intensity difference between each light flux is as large as 7%. The effect of characteristic fluctuation due to temperature is large.

(参考例2−1)
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。
(Reference Example 2-1)
Element for reducing the influence of light quantity variation due to temperature and the difference in intensity of each light beam As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases with increasing temperature, the film thickness of the first hologram 1 is 9 μm, A light beam splitting element in which two holograms having a film thickness of 10 μm were combined was prepared. FIG. 40 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. Near the room temperature, the efficiency of the first light beam and the second light beam is equally divided by about 50%. However, as the temperature rises, the splitting efficiency changes slightly. At around 50 ° C., the first luminous flux is about 52% and the second luminous flux is about 47%. The intensity difference between the luminous fluxes is 5%. Compared to the above Reference Example 2-Comparative Example 1, the influence of the characteristic variation due to temperature was reduced.

(参考例3)
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。
(Reference Example 3)
Here, using the two elements of the hologram produced as described above, a beam splitting element was produced by arranging in multiple stages as shown in FIG. The incident polarization direction to the element was a polarization direction rotated by 45 ° from the p-polarized light, and the distance between the array elements was about 10 mm. The film thicknesses of the first hologram element 1 and the second hologram element 2 are set as appropriate, and the first transmitted straight light (first light beam) and the second diffracted deflected light (second light beam) are incident on the light beam splitting element having the film thickness set. The temperature characteristics of light utilization efficiency with respect to light were evaluated. The light amount adjusting means 4 was installed only after the first hologram element.

(参考例3−比較例1)
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。
(Reference Example 3-Comparative Example 1)
As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases as the temperature rises, a beam splitting element that combines two holograms with the first hologram 1 having a film thickness of 8 μm and the second hologram 2 having a film thickness of 10 μm is prepared. did. FIG. 41 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. Near the room temperature, the efficiency of the first light beam and the second light beam is divided by 52% and 46%, respectively. As the temperature rises, the splitting efficiency hardly changes. In the vicinity of 50 ° C., the first light flux is about 56% and the second light flux is about 43%. However, the difference in intensity of each light beam is as large as 6 to 13% in the vicinity of room temperature to 50 ° C.

(参考例3)
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。
(Reference Example 3)
Element for reducing the influence of light quantity variation due to temperature and intensity difference of each light beam As a hologram configuration in which the diffraction efficiency decreases and increases as the temperature rises, the first hologram has a film thickness of 8 μm and the second hologram 2 Two holograms having a film thickness of 10 μm were combined, and a light beam splitting element in which an ND filter having a transmittance of 85% was installed as the light quantity adjusting means 4 after the first hologram element 1 was prepared. FIG. 42 shows the temperature characteristics of the light utilization efficiency of this light beam splitting element. Near the room temperature, the efficiency of the first light beam and the second light beam is equally divided by about 45%. As the temperature rises, the splitting efficiency hardly changes. In the vicinity of 50 ° C., the first luminous flux is about 47% and the second luminous flux is about 43%. In the vicinity of room temperature to 50 ° C., the intensity difference of each light beam is as small as ± 2%. Reference Example 3 Compared with Comparative Example 1, the intensity difference between the light beams was small.

上述のように、温度特性の異なるホログラムを組み合わせた光束分割素子の構成において、ホログラムの温度特性を膜厚により設定することで、温度変化に伴う分割効率特性の変動が抑制された光束分割素子が実現できていることが確認できた。   As described above, in the configuration of the light beam splitting element that combines the holograms having different temperature characteristics, the light beam splitting element in which the variation in the splitting efficiency characteristic due to the temperature change is suppressed by setting the temperature characteristic of the hologram by the film thickness. It was confirmed that it was realized.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

この発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機、普通紙ファックス等に用いられる光走査装置及び画像形成装置、投射画像形成装置などに利用することができる。   The present invention can be used for an optical scanning device, an image forming apparatus, a projection image forming apparatus, and the like used for a laser printer, a digital copying machine, a plain paper fax machine, and the like.

この発明の前提となる光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element used as the premise of this invention. この発明の前提となる光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element used as the premise of this invention. この発明の前提となる光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element used as the premise of this invention. 体積ホログラム素子の断面構造のモデルを示す模式図である。ホログラム素子の断面構造のモデルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the model of the cross-section of a volume hologram element. It is a schematic diagram which shows the model of the cross-section of a hologram element. ホログラム素子の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of a hologram element. ホログラム素子の機能動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the functional operation | movement of a hologram element. 体積型屈折率変調ホログラムの屈折率変調量Δnと回折効率の関係を示す図である。Is a graph showing the relationship of the refractive index modulation [Delta] n H and the diffraction efficiency of the volume type refractive index modulation hologram. 等方性領域の屈折率nと複屈折性領域の屈折率no、neの一般的な温度依存性を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing general temperature dependence of the refractive index n of an isotropic region and the refractive indexes no and ne of a birefringent region. 体積型屈折率変調ホログラム素子の回折効率および透過率と膜厚の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the diffraction efficiency of a volume type refractive index modulation hologram element, the transmittance | permeability, and a film thickness. ホログラム層の膜厚が同一である偏光ホログラム素子を第1ホログラムと第2ホログラム2として多段に配列した光束分割素子を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a light beam splitting element in which polarization hologram elements having the same hologram layer thickness are arranged in multiple stages as a first hologram and a second hologram. ホログラム層の膜厚が同一である偏光ホログラム素子を第1ホログラムと第2ホログラム2として多段に配列した光束分割素子を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a light beam splitting element in which polarization hologram elements having the same hologram layer thickness are arranged in multiple stages as a first hologram and a second hologram. この発明の実施形態における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element in embodiment of this invention. Δn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Δn H · T and diffraction efficiency. Δn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the relationship between the diffraction efficiency [Delta] n H · T. この発明の実施形態における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element in embodiment of this invention. この発明の実施形態における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element in embodiment of this invention. この発明の実施形態におけるΔn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the relationship between the diffraction efficiency [Delta] n H · T in the embodiment of the present invention. この発明の実施形態におけるΔn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the relationship between the diffraction efficiency [Delta] n H · T in the embodiment of the present invention. この発明の前提となる光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element used as the premise of this invention. この発明の実施形態にかかる光束分割素子のホログラム素子に周期的構造の配列方向に平行な偏光方向の光が入射する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the light of the polarization direction parallel to the arrangement direction of a periodic structure injects into the hologram element of the light beam splitting element concerning embodiment of this invention. この発明の実施形態にかかる光束分割素子のホログラム素子に周期的構造の配列方向に平行な方向から偏光方向を少し傾けて入射する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a polarization direction inclines a little from the direction parallel to the arrangement direction of a periodic structure in the hologram element of the light beam splitting element concerning embodiment of this invention. この発明の実施形態にかかる光束分割素子のホログラム素子に周期的構造の配列方向に平行な方向から偏光方向を45°傾けて入射する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the polarization direction inclines 45 degrees from the direction parallel to the arrangement direction of a periodic structure in the hologram element of the light beam splitting element concerning embodiment of this invention. ホログラム素子のΔn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Δn H · T of a hologram element and diffraction efficiency. ホログラム素子のΔn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Δn H · T of a hologram element and diffraction efficiency. ホログラム素子のΔn・Tと回折効率の関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Δn H · T of a hologram element and diffraction efficiency. 光束分割素子の光利用効率と入射偏向方向との理想的な関係を示す図である。It is a figure which shows the ideal relationship between the light utilization efficiency of a light beam splitting element, and an incident deflection direction. この発明の実施形態にかかる光束分割素子に位相基板として1/4波長版を使用して円偏向又は楕円偏向により偏向した光束を入射した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the light beam deflected by the circular deflection | deviation or the elliptical deflection using the quarter wavelength plate as a phase board was entered into the light beam splitting device concerning embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態における光束分割素子の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the light beam splitting element in 2nd Embodiment of this invention. この発明に用いられるホログラム素子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the hologram element used for this invention. この発明に用いられる液晶ホログラム素子の干渉露光前の断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure before the interference exposure of the liquid crystal hologram element used for this invention. 相分離によるホログラム形成過程を示し、(a)は露光中の模式的断面図、(b)は相分離した状態の模式的断面図、(c)は、相分離した状態の模式的上面図である。The hologram formation process by phase separation is shown, (a) is a schematic sectional view during exposure, (b) is a schematic sectional view in a phase-separated state, and (c) is a schematic top view in a phase-separated state. is there. 膜厚5μm〜20μmの液晶ホログラム素子のp偏向における回折効率の特性を示す特性図ある。It is a characteristic view which shows the characteristic of the diffraction efficiency in p deflection | deviation of the liquid crystal hologram element with a film thickness of 5 micrometers-20 micrometers. 膜厚5μm〜18μmの液晶ホログラム素子の回折効率の温度特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the temperature characteristic of the diffraction efficiency of a liquid crystal hologram element with a film thickness of 5 micrometers-18 micrometers. 第1ホログラムの膜厚を4.5μm、第2ホログラムの膜厚を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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms with which the film thickness of the 1st hologram was 4.5 micrometers and the film thickness of the 2nd hologram was 9 micrometers. 第1ホログラムの膜厚を4.5μm、第2ホログラムの膜厚を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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms whose film thickness of the 1st hologram was 4.5 micrometers, and whose film thickness of the 2nd hologram was 11.5 micrometers. 第1ホログラムの膜厚を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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms with which the film thickness of the 1st hologram was 4.9 micrometers and the film thickness of the 2nd hologram was 11 micrometers. この発明の実施例に係る光利用効率の温度特性を示す図であり、第1ホログラムの膜厚を5μm、第2ホログラムの膜厚を12μm、第3ホログラムの膜厚を18μmとしたものである。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency which concerns on the Example of this invention, The film thickness of the 1st hologram was 5 micrometers, the film thickness of the 2nd hologram was 12 micrometers, and the film thickness of the 3rd hologram was 18 micrometers. . 第1ホログラムの膜厚を9μm、第2ホログラムの膜厚を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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms with which the film thickness of the 1st hologram was 9 micrometers and the film thickness of the 2nd hologram was 9 micrometers. 第1ホログラムの膜厚を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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms with which the film thickness of the 1st hologram was 9 micrometers and the film thickness of the 2nd hologram was 10 micrometers. 第1ホログラムの膜厚を8μm、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の光利用効率の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the light utilization efficiency of the light beam splitting element which combined the two holograms whose film thickness of the 1st hologram was 8 micrometers, and whose film thickness of the 2nd hologram was 10 micrometers. 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を設けた光束分割素子の光利用効率の温度特性を示す図である。Temperature characteristics of light use efficiency of a beam splitting element in which two holograms having a film thickness of the first hologram of 8 μm and a film thickness of the second hologram 2 of 10 μm are combined and a light amount adjusting means is provided after the first hologram element 1 FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1ホログラム素子、2 第2ホログラム素子、3 第3ホログラム素子、4 光量調整手段、11、12、21、22、31、32 基板、13、23、33 ホログラム層、100 光束分割素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st hologram element, 2nd hologram element, 3rd hologram element, 4, Light quantity adjustment means, 11, 12, 21, 22, 31, 32 Substrate, 13, 23, 33 Hologram layer, 100 Light beam splitting element

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。   It is a light beam splitting element comprising a combination of two or more hologram elements having a periodic structure composed of a region exhibiting optical anisotropy and a region exhibiting optical isotropy, and having different temperature characteristics of transmitted light or diffracted light. The first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element are arranged with respect to the light incident side, and light is divided by transmission and diffraction of the first hologram element. Transmitted light is applied to the third hologram element, diffracted light of the first hologram element is applied to the second hologram element, and the optical axis of the divided light is adjusted by transmission and diffraction of the second hologram element. The light intensity of the split transmitted light from the first hologram element is adjusted by the transmission of the third hologram element, and the incident light beam is divided into two or more light beams and emitted. Light beam splitting element according to symptoms. 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。   The light beam splitting element according to claim 1, wherein the temperature characteristic of the transmitted light or diffracted light of the hologram element is set by the film thickness of the periodic structure of the hologram. 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。   The light beam splitting element according to claim 1, wherein the temperature characteristic of the transmitted light or diffracted light of the hologram element is set by a refractive index modulation amount amplitude generated by a periodic structure of the hologram. 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T、T、T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、TはTより小さく、TはTより大きく、かつTmaxがTとT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。 The film thicknesses of the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element are T 1 , T 2 , and T 3 , respectively. 4, wherein T 1 is smaller than T 2 , T 3 is larger than T 2 , and Tmax is between T 1 and T 2. The light beam splitting element described. 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。 5. The light beam splitting element according to claim 4, wherein the film thickness T3 of the third hologram element is approximately twice the film thickness Tmax of the hologram element. 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。 5. The light beam splitting element according to claim 4, wherein the film thicknesses T < b > 1 and T < b > 2 of the periodic structure of the first hologram element and the second hologram element have a relationship of | Tmax−T1 |> | Tmax−T2 | . 前記第1ホログラム素子の周期構造の膜厚Tが、第2ホログラム素子の周期構造の膜厚T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。 The thickness T 1 of the periodic structure of the first hologram element, beam splitting element according to claim 4 or 6, characterized in that a substantially half thickness T 2 of the periodic structure of the second hologram element. 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。   The hologram element has a periodic structure in which a composition comprising a non-polymerizable liquid crystal, a polymerizable monomer or prepolymer, and a photopolymerization initiator is held between a pair of transparent substrates, and the composition is more than two luminous fluxes. 2. A polymer-dispersed liquid crystal hologram element in which a periodic phase separation structure of a layer mainly composed of a polymer and a layer mainly composed of a non-polymerizable liquid crystal is formed by multibeam interference exposure. The light beam splitting element according to any one of 1 to 7.
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