WO2022137902A1 - 光学部材及び光学装置 - Google Patents

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WO2022137902A1
WO2022137902A1 PCT/JP2021/042182 JP2021042182W WO2022137902A1 WO 2022137902 A1 WO2022137902 A1 WO 2022137902A1 JP 2021042182 W JP2021042182 W JP 2021042182W WO 2022137902 A1 WO2022137902 A1 WO 2022137902A1
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light
diffraction grating
angle
wavelength
optical member
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PCT/JP2021/042182
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English (en)
French (fr)
Inventor
敦史 伊藤
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ソニーグループ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters

Definitions

  • This technology relates to optical members and optical devices.
  • a technique of projecting light in the normal direction with respect to the light receiving surface is used.
  • this technique there are a technique of parallelizing light passing through a slit with a concave mirror and a technique of parallelizing light passing through a pinhole with a lens.
  • Patent Document 3 discloses a technique for selecting the angle of light using a multilayer film.
  • This multilayer film is designed to transmit only the p-polarized light incident at Brewster's angle.
  • Patent Document 4 discloses a technique of arranging prisms on both sides of a multilayer film to refract the optical axis in order to incident light on the multilayer film at a Brewster's angle. This makes it possible to make the spectroscope smaller as compared with the embodiment using a lens.
  • the inventor has found that the angle of the light emitted by the prism is not uniform, so that the illuminance on the multilayer film is not uniform (illuminance spots occur).
  • the main purpose of this technique is to provide an optical member and an optical device that can be miniaturized while the illuminance on the multilayer film is uniform.
  • the present technology includes an angle selection film that transmits light that is incident at a predetermined angle among the incident light, and a diffraction grating that diffracts the incident light and emits it to the angle selection film.
  • an optical member in which the diffraction grating and the angle selection film are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the optical member further includes a second diffraction grating that diffracts and emits light transmitted by the angle selection film.
  • the angle selection film and the second diffraction grating may be arranged in this order from the incident side of the light.
  • Each of the first diffraction grating and the second diffraction grating may be formed in a symmetrical shape in a side view.
  • the angle selection film at least two or more layers of the first member and the second member are alternately laminated, and the refractive index of the first member is larger than the refractive index of the second member. It's okay.
  • the first member may contain germanium and the second member may contain zinc sulfide.
  • a plurality of grooves having the same shape may be uniformly formed on the diffraction grating.
  • the shape of the groove may be a shape including two sides having the same length and one apex angle in a side view. The angle of the apex angle may be 50 to 100 degrees in the side view.
  • the period of the diffraction grating may be smaller than the wavelength of the light emitted by the diffraction grating.
  • the diffraction grating may contain germanium.
  • the present technology includes the optical member, a wavelength selection unit that transmits light of a predetermined wavelength among the light transmitted by the optical member, and a light receiving unit that receives light transmitted by the wavelength selection unit.
  • an optical device in which the optical member, the wavelength selection unit, and the light receiving unit are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the light receiving unit has a plurality of light receiving elements arranged in an array, and the wavelength selection unit has a plurality of regions corresponding to each of the plurality of light receiving elements, and the plurality of light receiving units.
  • Each of the regions may have a different wavelength of transmitted light.
  • the wavelength selection unit may correct the wavelength according to the angle of the light incident on the wavelength selection unit.
  • the wavelength selection unit has at least two high reflectance surfaces, and the wavelength selection unit has two high reflectance surfaces depending on the angle of light incident on the wavelength selection unit. You may change the distance between them.
  • the present technique will be described in the following order. 1.
  • the first embodiment of this technique (example 1 of an optical member) (1) Outline (2) Explanation of the first embodiment (3) Diffraction grating (4) Angle selection film 2.
  • the second embodiment of this technique (example 2 of an optical member) 3.
  • Third Embodiment of the present technology (Example 1 of an optical device) 4.
  • Fourth Embodiment of the present technology (Example 2 of an optical device)
  • a spectroscope that divides light into predetermined wavelengths is used.
  • This spectroscope is provided with a light receiving unit that obtains the characteristics of the light by receiving the light.
  • a spectroscope has a characteristic that accurate wavelength cannot be measured because it behaves as if the wavelength becomes longer when light is irradiated obliquely to the light receiving surface.
  • FIG. 10 is a schematic side view showing the configuration of a comparative example of the present technology.
  • this device includes a light source 91, a pinhole 92, a lens 93, a wavelength selection unit 94, and a light receiving unit 95.
  • the light emitted from the light source 91 becomes parallel by the lens 93 via the pinhole 92, and is incident on the light receiving unit 95 via the wavelength selection unit 94.
  • Patent Document 3 discloses a technique for selecting the angle of light using a multilayer film. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 11 is a schematic side view showing the configuration of a comparative example of the present technology.
  • this device includes a light source 91, an angle selection unit 96, a wavelength selection unit 94, and a light receiving unit 95.
  • the light emitted from the light source 91 becomes parallel by passing through the angle selection unit 96, and is incident on the light receiving unit 95 via the wavelength selection unit 94.
  • the angle selection unit 96 has a multilayer film (not shown). This multilayer film is designed to transmit only the p-polarized light incident at Brewster's angle.
  • Patent Document 4 discloses a technique of arranging prisms on both sides of a multilayer film to refract the optical axis in order to incident light on the multilayer film at Brewster's angle. This will be described with reference to FIGS. 12 and 13. 12 and 13 are schematic side views showing the configuration of a comparative example of the present technique.
  • the prism 98 is arranged on each of the incident side and the light emitting side of the multilayer film 97 tilted at the Brewster angle ⁇ B.
  • This configuration is commonly used as a polarizing beam splitter.
  • This configuration requires a large space for arranging the prism 98 on the optical axis, and is not suitable for miniaturization of the device.
  • a plurality of grooves having the same shape are formed in the prisms 98 arranged on the incident side and the emitted side of the light. This groove refracts the optical axis.
  • This configuration is suitable for miniaturization of the device because the space on the optical axis is small.
  • FIG. 14 is a diagram showing a simulation result according to a comparative example of the present technique. As shown in FIG. 14, a bright and dark striped pattern is generated corresponding to the unevenness extending in the vertical direction of the figure.
  • FIG. 15 is a schematic side view showing a part of the configurations of Comparative Examples and Examples of the present technology.
  • FIG. 15A is a schematic side view showing a part of the configuration of the prism 98 which is a comparative example of the present technique.
  • FIG. 15B is a schematic side view showing a part of the configuration of the diffraction grating 12a which is an embodiment of the present technique.
  • the grooves formed in the prism 98 are arranged side by side in parallel with a predetermined period P.
  • the shape of the groove is uniform, but the period P is large. Therefore, for example, the light incident on the surface inclined diagonally upward to the right is refracted by the prism 98 and emitted in the lower right direction. Similarly, the light incident on the surface inclined diagonally downward to the right is refracted by the prism 98 and emitted in the lower left direction. As a result, the emitted light overlaps with each other, causing illuminance spots as shown in FIG.
  • the spacing and degree of modulation of the striped pattern strongly depend on the design of the prism, but as long as the prism is provided, this problem arises.
  • the grooves formed in the diffraction grating 12a are arranged side by side in parallel with a predetermined period P.
  • the shape of the groove is uniform and the period P is very small. Therefore, the incident light is diffracted by the diffraction grating 12a and uniformly emitted in the lower right direction or the lower left direction. This prevents the occurrence of illuminance spots.
  • the optical member according to an embodiment of the present technique is mainly used to make the optical axes incident on the optical member parallel.
  • the optical member can be used in a spectroscope that requires parallel light, but is not limited to this spectroscope.
  • the optical member can be used in various devices that require parallel light, such as a display device.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing the configuration of the optical member 10 according to the first embodiment of the present technology.
  • the optical member 10 according to the first embodiment of the present technology has an angle selection film 11 that transmits light incident at a predetermined angle among incident light, and incident light. It is provided with a diffraction grating 12a that diffracts and emits light to the angle selection film 11.
  • the diffraction grating 12a and the angle selection film 11 are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the diffraction grating 12a and the angle selection film 11 are optically bonded and arranged. The fact that they are optically bonded means that the refractive indexes of the portions of the diffraction grating 12a and the angle selection film 11 in contact with each other are the same.
  • the optical member 10 can transmit only the light incident at a predetermined angle, so that parallel light can be emitted.
  • the grooves formed in the diffraction grating 12a are arranged side by side in parallel at a predetermined period.
  • the shape of the groove is uniform, and the period P of the diffraction grating is very small. Therefore, the angle of the light incident on the angle selection film 11 is also uniform.
  • the illuminance on the angle selection film 11 becomes uniform, and the occurrence of illuminance spots can be prevented.
  • the device since a large space such as a prism is not required, the device can be miniaturized. It should be noted that these effects also occur in other embodiments described later. Therefore, the description may be omitted again.
  • a plurality of grooves (lattice patterns) having the same shape are uniformly formed on the diffraction grating 12a. As shown in FIG. 1, the shape of the groove may be a linear uneven shape in a side view.
  • the grooves are arranged in parallel at a predetermined cycle.
  • the shape of the groove is uniform, and the period P of the diffraction grating is very small. As a result, even if the light incident on the optical member 10 has no directivity, the illuminance on the angle selection film 11 becomes uniform, and the occurrence of illuminance spots can be prevented.
  • the shape of the groove may be the shape shown in FIG.
  • FIG. 2 is a schematic side view showing a part of the shape of the diffraction grating 12a according to the embodiment of the present technique.
  • the shape of the groove is a shape including two sides having the same length and one apex angle in a side view. This improves the efficiency of the primary diffracted light emitted by the diffraction grating 12a.
  • FIG. 3 is a graph showing a simulation result of the characteristics of the diffraction grating 12a according to the embodiment of the present technique.
  • the horizontal axis is the angle of the apex angle
  • the vertical axis is the efficiency of the primary diffracted light.
  • the diffraction grating 12a contains germanium (Ge).
  • the efficiency of the primary diffracted light is high when the apex angle is 50 to 100 degrees in the side view.
  • the efficiency of the primary diffracted light becomes higher, which is more preferable.
  • the efficiency of the primary diffracted light is further increased, which is more preferable.
  • the diffraction grating 12a may be, for example, a blazed diffraction grating.
  • the angle selection film 11 is designed to transmit light incident at Brewster's angle, it is desirable that the diffraction grating 12a has the highest diffraction efficiency to Brewster's angle.
  • a blazed diffraction grating having an apex angle of 78.7 degrees is preferable.
  • the corresponding metasurface may be used.
  • the angle selection film 11 is a multilayer film in which at least two or more layers of the first member 11a and the second member 11b are alternately laminated.
  • the refractive index of the first member 11a is larger than that of the second member 11b.
  • the material constituting the first member 11a and the second member 11b is not particularly limited because it is sufficient to transmit the light incident at a predetermined angle.
  • the first member 11a may contain germanium (Ge) and the second member 11b may contain zinc sulfide (ZnS). Germanium has a higher refractive index than zinc sulfide.
  • the angle selection film 11 is incident at the Brewster angle. Will be able to transmit only 5-10 ⁇ m p-polarized light. As the number of layers to be laminated increases, the Brewster angle approaches 29.5 degrees, and the range of transmitted wavelengths becomes wider.
  • the declination angle of the primary diffracted light emitted by the diffraction grating 12a is also 29.5 degrees.
  • the diffraction grating 12a is designed to be optimized for light having a wavelength of 9 ⁇ m and the diffraction grating 12a contains germanium
  • the deviation (period of the diffraction grating) P between the grooves of the diffraction grating 12a is set to 4.7 ⁇ m.
  • the angle can be 29.5 degrees.
  • the diffraction grating 12a contains germanium, when the structure of the diffraction grating 12a is as described above, for example, secondary diffraction light is unlikely to occur.
  • the diffraction grating 12a contains, for example, silicon, secondary diffraction light may be generated even if the structure of the diffraction grating 12a is as described above. This second-order diffracted light can be noise in the analysis.
  • the period P of the diffraction grating is 4.7 ⁇ m and the wavelength of the transmission target is 9 ⁇ m, the period P of the diffraction grating is smaller than the wavelength of the light emitted by the diffraction grating. This makes it possible to prevent the occurrence of illuminance spots on the angle selection film 11.
  • the optical member 10 can transmit light having a wavelength of about 9 ⁇ m.
  • light having a wavelength of about 9 ⁇ m for example, organic composition analysis using light absorption by carbon-oxygen bond can be performed.
  • the wavelength of the light transmitted through the optical member 10 is not limited to the above-mentioned about 9 ⁇ m.
  • the optical member 10 may be designed to transmit visible light. For example, by using tantalum pentoxide (Ta2O5) instead of germanium and silicon dioxide (SiO2) instead of zinc sulfide, the optical member 10 can transmit visible light.
  • the longer the wavelength of the transmitted light the greater the effect of this technique.
  • the diameter of the lens 93 needs to be about 10 mm.
  • the diameter of the lens 93 needs to be about 100 mm.
  • the angle of the light incident on the angle selection film 11 does not have to be the Brewster angle, and the light transmitted through the angle selection film 11 does not have to be p-polarized.
  • the angle selection film 11 may be composed of one kind of member, or may include three or more kinds of members.
  • FIG. 4 is a schematic side view showing the configuration of the optical member 10 according to the second embodiment of the present technology.
  • the optical member 10 according to the second embodiment of the present technology diffracts and emits the light transmitted through the angle selection film 11.
  • a second diffraction grating 12b is further provided.
  • the first diffraction grating 12a, the angle selection film 11, and the second diffraction grating 12b are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the first diffraction grating 12a and the angle selection film 11 are optically bonded and arranged.
  • the angle selection film 11 and the second diffraction grating 12b are optically bonded and arranged.
  • the optical member 10 can transmit only the light incident at a predetermined angle, so that parallel light can be emitted.
  • the grooves formed in the first diffraction grating 12a are arranged side by side in parallel at a predetermined period.
  • the shape of the groove is uniform, and the period P of the diffraction grating is very small. Therefore, the angle of the light incident on the angle selection film 11 is also uniform. As a result, the illuminance on the angle selection film 11 becomes uniform, and the occurrence of illuminance spots can be prevented.
  • the second diffraction grating 12b has the same structure as the first diffraction grating 12a, the second diffraction grating 12b can emit parallel light having a uniform illuminance.
  • the shape of the plurality of grooves formed on the second diffraction grating 12b may be a linear uneven shape in the side view, similarly to the first diffraction grating 12a.
  • the shape of the groove may be a shape consisting of two sides having the same length and one apex angle in the side view.
  • the apex angle will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a simulation result of the characteristics of the second diffraction grating 12b according to the embodiment of the present technique.
  • the horizontal axis is the angle of the apex angle
  • the vertical axis is the efficiency of the primary diffracted light.
  • the second diffraction grating 12b contains germanium (Ge).
  • the efficiency of the primary diffracted light is high when the apex angle is 50 to 100 degrees in the side view.
  • the efficiency of the primary diffracted light becomes higher, which is more preferable.
  • the efficiency of the primary diffracted light is further increased, which is more preferable.
  • each of the first diffraction grating 12a and the second diffraction grating 12b is formed in a symmetrical shape in the side view. As a result, each of the first diffraction grating 12a and the second diffraction grating 12b can be manufactured in the same process. As a result, there is an effect that the manufacturing cost is reduced.
  • FIG. 6 is a schematic side view showing the configuration of the optical device 100 according to the third embodiment of the present technology.
  • the optical device 100 according to the third embodiment of the present technology includes an optical member 10, a wavelength selection unit 20 that transmits light of a predetermined wavelength among the light transmitted by the optical member 10.
  • the wavelength selection unit 20 includes a light receiving unit 30 that receives light transmitted through the wavelength selection unit 20.
  • the optical member 10, the wavelength selection unit 20, and the light receiving unit 30 are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the wavelength selection unit 20 transmits only light incident at a predetermined wavelength.
  • Information about the predetermined wavelength can be stored in, for example, a storage unit (not shown) included in the optical device 100.
  • the wavelength selection unit 20 can be realized by using, for example, an existing bandpass filter having a fixed wavelength. More specifically, the wavelength selection unit 20 can be realized by using, for example, a dielectric multilayer film, a waveguide mode resonance filter, or the like.
  • the information regarding this predetermined wavelength may be input from the outside of the optical device 100.
  • the wavelength selection unit 20 can be realized by using, for example, an existing bandpass filter whose wavelength can be changed. More specifically, the wavelength selection unit 20 can be realized by using, for example, a Michelson interferometer, a Fabry-Perot interferometer, a liquid crystal tunable filter, an acoustic tunable filter, or the like.
  • the light receiving unit 30 receives the light transmitted through the wavelength selection unit 20.
  • the light receiving unit 30 can be realized by using, for example, a bolometer, an HgCdTe sensor, a pyroelectric sensor, a thermopile, or the like.
  • the light receiving unit 30 can be realized by using, for example, a Si photodiode or a GaAs photodiode.
  • the arithmetic unit (not shown) included in the optical device 100 can analyze, for example, the characteristics of the received light.
  • the optical device 100 can perform, for example, organic composition analysis. Therefore, the wavelength of the light incident on the light receiving unit 30 is preferably 2 to 10 ⁇ m, more preferably 8 to 10 ⁇ m.
  • the diffraction grating has a characteristic that the emission angle of light fluctuates depending on the wavelength. This characteristic will be described.
  • the diffracted light may be emitted in a direction slightly deviated from the object, for example, the optical axis A2 or the optical axis A3.
  • the wavelength of the optical axis A1 is a wavelength mainly analyzed by the optical device 100.
  • the wavelengths of the optical axis A2 and the optical axis A3 are slightly different from the wavelengths of the optical axis A1. Therefore, the emission angles of the optical axis A2 and the optical axis A3 are slightly different from the emission angles of the optical axis A1.
  • the angle selection film 11 transmits only light incident at a predetermined angle
  • the diffracted light may be emitted in a direction slightly deviated from the object, for example, the optical axis A2 or the optical axis A3.
  • the optical axis A1 to be analyzed is incident on the wavelength selection unit 20 in the normal direction, but the optical axis A2 and the optical axis A3 slightly deviated from the target are incident on the wavelength selection unit 20 in a slightly oblique direction.
  • FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the characteristics of the diffraction grating according to the embodiment of the present technique.
  • the horizontal axis is the wavelength of the light incident on the diffraction grating
  • the vertical axis is the emission angle of the primary diffracted light.
  • This diffraction grating contains germanium (Ge).
  • this diffraction grating is designed to emit light at an emission angle of 29.5 degrees, for example, when light having a wavelength of 9 ⁇ m, which is the main analysis target, is incident. Therefore, the light emitted from this diffraction grating can be incident on the wavelength selection unit 20 in the normal direction.
  • this diffraction grating when light having a wavelength of 7 ⁇ m is incident on this diffraction grating, this diffraction grating emits at an emission angle of 22 degrees. Therefore, the light emitted from this diffraction grating is incident on the wavelength selection unit 20 at an inclination of 7.5 degrees (difference between 29.5 degrees and 22 degrees) with respect to the normal direction. Such an inclination of the angle may cause a decrease in the wavelength resolution accuracy of the wavelength selection unit 20.
  • the wavelength selection unit 20 may correct the wavelength according to the angle of the light incident on the wavelength selection unit 20. That is, the wavelength selection unit 20 may correct the wavelength on the assumption that the light is incident at an angle of inclination. As a result, the wavelength selection unit 20 can supplement the characteristic of the diffraction grating that the emission angle of light fluctuates depending on the wavelength.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the function of the wavelength selection unit 20 according to the embodiment of the present technology.
  • the wavelength selection unit 20 has at least two high reflectance surfaces 31 and 32.
  • Each of the two high reflectance surfaces 31 and 32 is a planar optical element having a high reflectance, and is arranged so as to face each other.
  • the Fabry-Perot interferometer has this configuration.
  • the Fabry-Perot interferometer is a device that multi-reflects light between the two high reflectance surfaces 31 and 32 and measures the wavelength, phase difference, etc. by utilizing the interference of the passing light. If the distance d between the two high reflectance surfaces 31 and 32 is appropriate, interference occurs between the original light and the multiple reflected light. Specifically, when the distance d between the two high reflectance surfaces 31 and 32 is an integral multiple of the wavelength, the light interferes and passes through. As a result, the Fabry-Perot interferometer can measure the wavelength and phase difference of light.
  • the optical axis A1 having the wavelength of the main analysis target is incident on the wavelength selection unit 20 in the normal direction.
  • the optical axis A4 having a wavelength other than the wavelength is incident on the wavelength selection unit 20 at an incident angle ⁇ tilted from the normal direction.
  • the optical axis difference ⁇ until reaching the light receiving unit 30 is, for example, using the distance d between the two high reflectance surfaces 31 and 32. It can be calculated according to the following formula (1) or the like.
  • the optical axis A1 having the wavelength to be optimized interferes at a distance d.
  • the optical axis A4 whose incident angle is tilted by ⁇ interferes at a distance extended by the optical axis difference ⁇ . Therefore, the optical device 100 cannot accurately measure the wavelength, phase difference, and the like of the light.
  • the wavelength selection unit 20 can change the distance d between the two high reflectance surfaces 31 and 32 according to the angle of the light incident on the wavelength selection unit 20. Specifically, the distance d between the two high reflectance surfaces 31 and 32 can be changed according to the optical axis difference ⁇ . Alternatively, the optical device 100 may correct the measured wavelength.
  • the light receiving unit 30 optimized for light having a wavelength of 9 ⁇ m.
  • the diffraction grating emits at an emission angle of 33 degrees. Therefore, the light emitted from this diffraction grating is incident on the wavelength selection unit 20 at an angle of 3.5 degrees (difference between 29.5 degrees and 33 degrees) from the normal direction.
  • the optical device 100 can accurately measure the wavelength, phase difference, and the like of light.
  • the angle ⁇ of the light emitted from the diffraction grating may be calculated according to the following mathematical formula (2) or the like.
  • n 0 is the refractive index in the air.
  • n 1 is the refractive index in the diffraction grating.
  • ⁇ 0 is the wavelength in the air.
  • ⁇ 1 is the wavelength in the diffraction grating.
  • ⁇ B is Brewster's angle.
  • the light receiving unit 30 can be designed to satisfy the above formula (2).
  • FIG. 9 is a schematic side view showing the configuration of the optical device 100 according to the fourth embodiment of the present technology.
  • the optical device 100 according to the fourth embodiment of the present technology includes an optical member 10, a wavelength selection unit 20 that transmits light of a predetermined wavelength among the light transmitted by the optical member 10.
  • the wavelength selection unit 20 includes a light receiving unit 30 that receives light transmitted through the wavelength selection unit 20.
  • the optical member 10, the wavelength selection unit 20, and the light receiving unit 30 are arranged in this order from the incident side of the light.
  • the optical member 10 and the wavelength selection unit 20 are optically bonded to each other.
  • the wavelength selection unit 20 and the light receiving unit 30 are optically bonded to each other.
  • the wavelength selection unit 20 may be designed on the assumption that light is incident diagonally. At this time, there is no need for a diffraction grating for injecting light in the normal direction with respect to the wavelength selection unit 20. This makes it possible to reduce the size of the optical device 100 and the manufacturing cost.
  • the light receiving unit 30 has a plurality of light receiving elements arranged in an array.
  • the grooves formed in the diffraction grating 12a are arranged side by side in parallel at a predetermined period.
  • the shape of the groove is uniform, and the period P of the diffraction grating is very small. Therefore, the angle of the light incident on the angle selection film 11 is also uniform. Therefore, the illuminance on the angle selection film 11 becomes uniform, and the occurrence of illuminance spots can be prevented.
  • the light receiving unit 30 can have a plurality of light receiving elements arranged in an array.
  • an image sensor or the like can be used when receiving visible light. When receiving infrared light, a microbolometer array or the like widely used in thermography or the like can be used.
  • the wavelength selection unit 20 has a plurality of regions corresponding to each of the plurality of light receiving elements. Each of the plurality of regions may have a different wavelength of transmitted light. As a result, the optical device 100 can analyze light having a plurality of wavelengths in one measurement. Since many analyzes can be performed in a short time, the analysis efficiency is improved.
  • the wavelength correction described in the third embodiment does not have to be performed.
  • the wavelength selection unit 20 can be formed at the same time as the manufacture of the light receiving unit 30. Therefore, it is possible to manufacture an inexpensive and compact optical device 100.
  • the configuration mentioned in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • An angle selection film that transmits light that is incident at a predetermined angle among the incident light, It is equipped with a diffraction grating that diffracts the incident light and emits it to the angle selection film.
  • the diffraction grating is the first diffraction grating, Further, it is provided with a second diffraction grating that diffracts and emits the light transmitted through the angle selection film.
  • the first diffraction grating, the angle selection film, and the second diffraction grating are arranged in this order from the incident side of the light.
  • Each of the first diffraction grating and the second diffraction grating is formed in a symmetrical shape in a side view.
  • [4] In the angle selection film at least two or more layers of a first member and a second member are alternately laminated.
  • the refractive index of the first member is larger than the refractive index of the second member.
  • the first member contains germanium and The second member comprises zinc sulfide.
  • a plurality of grooves having the same shape are uniformly formed on the diffraction grating.
  • the shape of the groove is a shape consisting of two sides having the same length and one apex angle in a side view.
  • the angle of the apex angle is 50 to 100 degrees in the side view.
  • the period of the diffraction grating is smaller than the wavelength of the light emitted by the diffraction grating.
  • the diffraction grating contains germanium.
  • the light receiving unit has a plurality of light receiving elements arranged in an array.
  • the wavelength selection unit has a plurality of regions corresponding to each of the plurality of light receiving elements. Each of the plurality of regions has a different wavelength of transmitted light.
  • the wavelength selection unit corrects the wavelength according to the angle of the light incident on the wavelength selection unit.
  • the optical device according to any one of [10] to [12].
  • the wavelength selection unit has at least two high reflectance surfaces. The wavelength selection unit changes the distance between the two high reflectance surfaces according to the angle of the light incident on the wavelength selection unit.
  • the optical device according to any one of [10] to [13].
  • Optical member 11 Angle selection film 11a First member 11b Second member 12a Diffraction grating (first diffraction grating) 12b Second diffraction grating 20 Wavelength selection unit 30 Light receiving unit 31, 32 High reflectance surface 100 Optical device P period d Distance

Abstract

多層膜上の照度が一様でありつつ、装置の小型化が可能な光学部材及び光学装置を提供する。　本技術は、入射される光のうち所定の角度で入射される光を透過する角度選択膜と、入射される光を回折して前記角度選択膜に出射する回折格子と、を備えており、前記回折格子及び前記角度選択膜が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学部材を提供する。また、本技術は、前記光学部材と、前記光学部材が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部と、前記波長選択部が透過する光を受光する受光部と、を備えており、前記光学部材、前記波長選択部、及び前記受光部が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学装置も提供する。

Description

光学部材及び光学装置
　本技術は、光学部材及び光学装置に関する。
　従来、所定の光を非測定対象に照射して、光の透過率や反射率などを計測することで、この非測定対象の組成を分析する技術が用いられている。この技術を用いるために、光を所定の波長に分解する分光器が用いられている。この分光器の利便性を向上させるために、例えば特許文献１や特許文献２などに開示されているような改良が行われている。
　しかし、このような分光器には、受光面に対して斜めから光が照射されると波長が長くなったように振る舞うため、正確な波長を計測できないという特性がある。
　そこで、受光面に対して法線方向に光を投射する技術が用いられている。この技術の一例として、スリットを経由した光を凹面ミラーで平行にする技術や、ピンホールを経由した光をレンズで平行にする技術などがある。
　しかし、スリットやピンホールなどを利用する技術では光の利用効率が低く、また、スリットから凹面ミラーまでの距離や、ピンホールからレンズまでの距離が必要となるため、分光器の小型化が困難であるという問題がある。
　この問題を解決するために、例えば特許文献３などでは、多層膜を用いて光の角度を選択する技術が開示されている。この多層膜は、ブリュースター角で入射されるｐ偏光のみを透過するように設計されている。さらに、例えば特許文献４などでは、多層膜にブリュースター角で光を入射するために、多層膜の両面にプリズムを配置して光軸を屈折させる技術が開示されている。これにより、レンズを用いる実施形態と比較して、分光器をより小型化することが可能となっている。
特表２００８－５２１０１１号公報 特表平１０－５１２６７８号公報 米国特許出願公開第２０１６／０２５２６５２号明細書 特開平０３－１５７６２１号公報
　しかし、発明者は、プリズムが出射する光の角度が一様ではないため、多層膜上の照度が一様にならない（照度の斑が生じる）という問題を見出した。
　そこで、本技術は、多層膜上の照度が一様でありつつ、装置の小型化が可能な光学部材及び光学装置を提供することを主目的とする。
　本技術は、入射される光のうち所定の角度で入射される光を透過する角度選択膜と、入射される光を回折して前記角度選択膜に出射する回折格子と、を備えており、前記回折格子及び前記角度選択膜が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学部材を提供する。
　前記回折格子を第１の回折格子とするとき、前記光学部材は、前記角度選択膜が透過する光を回折して出射する第２の回折格子をさらに備えており、前記第１の回折格子、前記角度選択膜、及び前記第２の回折格子が、前記光の入射側からこの順に配されていてよい。
　前記第１の回折格子及び前記第２の回折格子のそれぞれは、側面視において左右対称の形状に形成されていてよい。
　前記角度選択膜は、第１の部材と第２の部材とが少なくとも２層以上交互に積層されており、前記第１の部材の屈折率が、前記第２の部材の屈折率より大きくなっていてよい。
　前記第１の部材が、ゲルマニウムを含み、前記第２の部材が、硫化亜鉛を含んでよい。
　前記回折格子には、同一の形状となっている複数の溝が一様に形成されていてよい。
　前記溝の形状が、側面視において、長さが等しい２つの辺と１つの頂角から成る形状となっていてよい。
　前記頂角の角度が、側面視において５０～１００度であってよい。
　前記回折格子の周期が、当該回折格子が出射する光の波長より小さくてよい。
　前記回折格子が、ゲルマニウムを含んでよい。
　また、本技術は、前記光学部材と、前記光学部材が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部と、前記波長選択部が透過する光を受光する受光部と、を備えており、前記光学部材、前記波長選択部、及び前記受光部が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学装置を提供する。
　前記受光部は、アレイ状に配置されている複数の受光素子を有しており、前記波長選択部は、前記複数の受光素子のそれぞれに対応する複数の領域を有しており、前記複数の領域のそれぞれは、透過する光の波長が異なってよい。
　前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて波長を補正してよい。
　前記波長選択部が、少なくとも２枚の高反射率面を有しており、前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて、前記２枚の高反射率面の間の距離を変更してよい。
本技術の第１の実施形態に係る光学部材１０の構成を示す概略側面図である。 本技術の一実施形態に係る回折格子１２ａの一部の形状を示す概略側面図である。 本技術の一実施形態に係る回折格子１２ａの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本技術の第２の実施形態に係る光学部材１０の構成を示す概略側面図である。 本技術の一実施形態に係る第２の回折格子１２ｂの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本技術の第３の実施形態に係る光学装置１００の構成を示す概略側面図である。 本技術の一実施形態に係る回折格子の特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る波長選択部２０の機能を説明する概略図である。 本技術の第４の実施形態に係る光学装置１００の構成を示す概略側面図である。 本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。 本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。 本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。 本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。 本技術の比較例によるシミュレーション結果を示す図である。 本技術の比較例及び実施例の構成の一部を示す概略側面図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
　特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本技術の説明は以下の順序で行う。
　１．本技術の第１の実施形態（光学部材の例１）
　（１）概要
　（２）第１の実施形態の説明
　（３）回折格子
　（４）角度選択膜
　２．本技術の第２の実施形態（光学部材の例２）
　３．本技術の第３の実施形態（光学装置の例１）
　４．本技術の第４の実施形態（光学装置の例２）
［１．本技術の第１の実施形態（光学部材の例１）］
［（１）概要］
　従来、所定の光を非測定対象に照射して、光の透過率や反射率などを計測することで、この非測定対象の組成を分析する技術が用いられている。
　この技術を用いるために、光を所定の波長に分ける分光器が用いられている。この分光器は、光を受光することでその光の特性を得る受光部を備えている。しかし、このような分光器には、受光面に対して斜めから光が照射されると波長が長くなったように振る舞うため、正確な波長を計測できないという特性がある。
　そこで、受光面に対して法線方向に光を投射する技術が用いられている。この技術の一例について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。図１０に示されるとおり、この装置は、光源９１、ピンホール９２、レンズ９３、波長選択部９４、及び受光部９５を備えている。光源９１から出射された光は、ピンホール９２を経由してレンズ９３により平行になり、波長選択部９４を経由して受光部９５に入射される。
　しかし、スリットやピンホールなどを利用する技術では光の利用効率が低く、また、スリットから凹面ミラーまでの距離や、ピンホールからレンズまでの距離が必要となるため、分光器の小型化が困難であるという問題がある。
　この問題を解決するために、例えば特許文献３などでは、多層膜を用いて光の角度を選択する技術が開示されている。このことについて図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。図１１に示されるとおり、この装置は、光源９１、角度選択部９６、波長選択部９４、及び受光部９５を備えている。光源９１から出射された光は、角度選択部９６を経由することにより平行になり、波長選択部９４を経由して受光部９５に入射される。
　この角度選択部９６は、多層膜（図示省略）を有している。この多層膜は、ブリュースター角で入射されるｐ偏光のみを透過するように設計されている。
　さらに、例えば特許文献４などでは、ブリュースター角で多層膜に光を入射するために、多層膜の両面にプリズムを配置して光軸を屈折させる技術が開示されている。このことについて図１２及び図１３を参照しつつ説明する。図１２及び図１３は、本技術の比較例の構成を示す概略側面図である。
　図１２に示される構成は、ブリュースター角θＢに傾けられている多層膜９７に対して、光の入射側及び出射側のそれぞれにプリズム９８が配置されている。この構成は、偏光ビームスプリッタとして一般的に用いられている。この構成は、光軸上にプリズム９８を配置するための大きなスペースが必要となるため、装置の小型化には不向きである。
　一方、図１３に示される構成は、光の入射側及び出射側のそれぞれに配置されているプリズム９８において、同一の形状となっている複数の溝が形成されている。この溝が光軸を屈折する。この構成は、光軸上のスペースが小さいため、装置の小型化には好適である。
　しかし、発明者は、プリズムが出射する光の角度が一様ではないため、多層膜上の照度が一様にならないという問題を見出した。このことについて図１４を参照しつつ説明する。図１４は、本技術の比較例によるシミュレーション結果を示す図である。図１４に示されるとおり、図の上下方向に延伸する凹凸に対応して明暗の縞模様が生じている。
　プリズムは、入射される光の波長、及び、光が入射される面の角度に応じて、出射する光の角度を変化させる。このことについて図１５を参照しつつ説明する。図１５は、本技術の比較例及び実施例の構成の一部を示す概略側面図である。図１５Ａは、本技術の比較例であるプリズム９８の構成の一部を示す概略側面図である。図１５Ｂは、本技術の実施例である回折格子１２ａの構成の一部を示す概略側面図である。
　図１５Ａに示されるとおり、プリズム９８に形成されている溝は、所定の周期Ｐで平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であるが、周期Ｐが大きい。そのため、例えば右斜め上方向に傾斜した面に入射する光は、プリズム９８により屈折されて右下方向に出射される。同様に、右斜め下方向に傾斜した面に入射する光は、プリズム９８により屈折されて左下方向に出射される。これにより、出射される光同士が重なり合い、図１４に示されるような照度の斑を生じさせる。この縞模様の間隔や変調度などはプリズムの設計に強く依存するものの、プリズムを有する限りはこの問題が生じる。
　一方、図１５Ｂに示されるとおり、回折格子１２ａに形成されている溝は、所定の周期Ｐで平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であり、周期Ｐが非常に小さい。そのため、入射する光は、回折格子１２ａにより回折されて一様に右下方向又は左下方向に出射される。これにより、照度の斑の発生が防止されている。
［（２）第１の実施形態の説明］
　本技術の一実施形態に係る光学部材は、当該光学部材に入射される光軸を平行にするために主に用いられる。前記光学部材は、平行光を必要とする分光器に用いられることができるが、この分光器に限られない。前記光学部材は、例えばディスプレイ装置など、平行光を必要とする様々な装置に用いられることができる。
　本技術の第１の実施形態に係る光学部材の構成について図１を参照しつつ説明する。図１は、本技術の第１の実施形態に係る光学部材１０の構成を示す概略側面図である。図１に示されるとおり、本技術の第１の実施形態に係る光学部材１０は、入射される光のうち所定の角度で入射される光を透過する角度選択膜１１と、入射される光を回折して角度選択膜１１に出射する回折格子１２ａと、を備えている。回折格子１２ａ及び角度選択膜１１は、光の入射側からこの順に配されている。回折格子１２ａ及び角度選択膜１１は、光学的に接着されて配されている。光学的に接着されているということは、つまり回折格子１２ａ及び角度選択膜１１のそれぞれが接する部分の屈折率が同じであるということである。
　このような構成であることにより、光学部材１０は、所定の角度で入射される光のみを透過できるため、平行光を出射できる。さらに、回折格子１２ａに形成されている溝は、所定の周期で平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であり、回折格子の周期Ｐが非常に小さい。そのため、角度選択膜１１に入射される光の角度も一様となる。その結果、角度選択膜１１上の照度が一様となり、照度の斑の発生を防止できる。加えて、プリズムのような大きなスペースが不要であるため、装置の小型化が可能となる。なお、これらの効果は、後述する他の実施形態においても同様に生じる。そのため、再度の記載が省略されることがある。
［（３）回折格子］
　回折格子１２ａには、同一の形状となっている複数の溝（格子パターン）が一様に形成されている。図１に示されるとおり、前記溝の形状は、側面視において、直線状の凹凸形状であってよい。
　前記溝は、所定の周期で平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であり、回折格子の周期Ｐが非常に小さい。これにより、光学部材１０に入射される光に指向性がなくても、角度選択膜１１上の照度が一様となり、照度の斑の発生を防止できる。
　あるいは、前記溝の形状は、図２に示されるような形状であってよい。図２は、本技術の一実施形態に係る回折格子１２ａの一部の形状を示す概略側面図である。図２に示されるとおり、前記溝の形状が、側面視において、長さが等しい２つの辺と１つの頂角から成る形状となっている。これにより、回折格子１２ａが出射する一次回折光の効率が向上する。
　このことについて図３を参照しつつ説明する。図３は、本技術の一実施形態に係る回折格子１２ａの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図３において、横軸は頂角の角度であり、縦軸は一次回折光の効率である。回折格子１２ａはゲルマニウム（Ｇｅ）を含んでいる。
　このシミュレーション結果に示されるとおり、頂角の角度が、側面視において５０～１００度であるとき、一次回折光の効率が高い。頂角の角度が、側面視において５５～９０度であるとき、一次回折光の効率がより高くなるため、より好ましい。頂角の角度が、側面視において６０～８０度であるとき、一次回折光の効率がさらに高くなるため、さらに好ましい。
　なお、前記溝の形状は、上記に説明した形状に限られないことは言うまでもない。回折格子１２ａは、例えばブレーズド回折格子であってもよい。角度選択膜１１がブリュースター角で入射される光を透過するように設計されているとき、回折格子１２ａは、ブリュースター角への回折効率が最も高いものが望ましい。例えば、回折格子の屈折率が２．５であり、角度選択膜１１の屈折率が１．６であるとき、頂角が７８．７度のブレーズド回折格子が好ましい。あるいは、相当するメタサーフェスが用いられてもよい。
［（４）角度選択膜］
　図１の説明に戻る。角度選択膜１１は、第１の部材１１ａと第２の部材１１ｂとが少なくとも２層以上交互に積層されている多層膜である。第１の部材１１ａの屈折率が、第２の部材１１ｂの屈折率より大きくなっている。この構成であることにより、光学部材１０は、所定の角度で入射される光のみを透過できる。
　所定の角度で入射される光を透過すればよいため、第１の部材１１ａと第２の部材１１ｂとを構成する材料は特に限定されない。以下、この材料の一例について説明する。例えば、第１の部材１１ａが、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含み、第２の部材１１ｂが、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含んでいてよい。ゲルマニウムは、硫化亜鉛よりも屈折率が大きい。
　ゲルマニウムを含む第１の部材１１ａと、硫化亜鉛を含む第２の部材１１ｂと、が３０～５０層程度交互に積層されることにより、角度選択膜１１は、ブリュースター角で入射される、波長が５～１０μｍのｐ偏光のみを透過できるようになる。積層される層の数が多くなるほど、ブリュースター角が２９．５度に近づき、透過する波長の範囲が広くなる。
　ブリュースター角が２９．５度であるとき、回折格子１２ａが出射する一次回折光の偏角も２９．５度であることが好ましい。例えば、波長９μｍの光に最適化するように設計し、回折格子１２ａがゲルマニウムを含む場合、回折格子１２ａの溝間の間隔（回折格子の周期）Ｐを４．７μｍとすることで、前記偏角を２９．５度とすることができる。
　また、回折格子１２ａがゲルマニウムを含むため、回折格子１２ａの構造が例えば上記のとおりであるとき、二次回折光が生じにくい。回折格子１２ａが例えばシリコンなどを含む場合は、回折格子１２ａの構造が上記のとおりであっても、二次回折光が生じることがある。この二次回折光は分析におけるノイズとなりうる。
　さらに、回折格子の周期Ｐが４．７μｍであり、透過対象の波長が９μｍであるため、回折格子の周期Ｐが、当該回折格子が出射する光の波長より小さい。これにより、角度選択膜１１上に照度の斑が発生することを防止できる。
　上記の設計とすることにより、光学部材１０は、波長が約９μｍの光を透過できるようになる。波長が約９μｍの光を用いることにより、例えば炭素酸素間結合による光吸収を利用した有機組成分析などが可能となる。
　なお、光学部材１０が透過する光の波長は、上記の約９μｍに限られない。光学部材１０は、可視光を透過するように設計されてもよい。例えばゲルマニウムの代わりに五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）など、硫化亜鉛の代わりに二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などが用いられることにより、光学部材１０は可視光を透過できる。
　ただし、透過する光の波長が長くなるほど、本技術の効果は大きくなる。再び図１０に示される比較例を参照しつつ説明すると、例えば直径１ｍｍのピンホール９２を経由した可視光を平行にするためには、レンズ９３の直径が約１０ｍｍである必要がある。一方、同じピンホール９２を経由した波長９μｍの光を平行にするためには、レンズ９３の直径が約１００ｍｍである必要がある。波長９μｍの光を平行光にするとき、この光は可視光よりも波長が長いため、装置がより大きくなる傾向にある。よって、本技術を用いると、透過する光の波長が長くなるほど、装置がより小型化できる。
　なお、角度選択膜１１に入射される光の角度はブリュースター角でなくてもよいし、角度選択膜１１が透過する光はｐ偏光でなくてもよい。角度選択膜１１は１種の部材からなっていてもよいし、３種以上の部材を含んでいてもよい。
［２．本技術の第２の実施形態（光学部材の例２）］
　本技術の第２の実施形態に係る光学部材の構成について図４を参照しつつ説明する。図４は、本技術の第２の実施形態に係る光学部材１０の構成を示す概略側面図である。図４に示されるとおり、回折格子１２ａを第１の回折格子１２ａとするとき、本技術の第２の実施形態に係る光学部材１０は、角度選択膜１１が透過する光を回折して出射する第２の回折格子１２ｂをさらに備えている。第１の回折格子１２ａ、角度選択膜１１、及び第２の回折格子１２ｂが、前記光の入射側からこの順に配されている。第１の回折格子１２ａ及び角度選択膜１１は、光学的に接着されて配されている。角度選択膜１１及び第２の回折格子１２ｂは、光学的に接着されて配されている。
　このような構成であるにより、光学部材１０は、所定の角度で入射される光のみを透過できるため、平行光を出射できる。第１の回折格子１２ａに形成されている溝は、所定の周期で平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であり、回折格子の周期Ｐが非常に小さい。そのため、角度選択膜１１に入射される光の角度も一様となる。その結果、角度選択膜１１上の照度が一様となり、照度の斑の発生を防止できる。さらに、第２の回折格子１２ｂも第１の回折格子１２ａと同様の構造であるため、第２の回折格子１２ｂは、照度が一様な平行光を出射できる。
　第２の回折格子１２ｂに形成されている複数の溝の形状は、第１の回折格子１２ａと同様に、側面視において、直線状の凹凸形状であってよい。
　あるいは、前記溝の形状は、図２に示されるように、側面視において、長さが等しい２つの辺と１つの頂角から成る形状となっていてよい。前記頂角について図５を参照しつつ説明する。図５は、本技術の一実施形態に係る第２の回折格子１２ｂの特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図５において、横軸は頂角の角度であり、縦軸は一次回折光の効率である。第２の回折格子１２ｂはゲルマニウム（Ｇｅ）を含んでいる。
　このシミュレーション結果に示されるとおり、頂角の角度が、側面視において５０～１００度であるとき、一次回折光の効率が高い。頂角の角度が、側面視において５５～７０度であるとき、一次回折光の効率がより高くなるため、より好ましい。頂角の角度が、側面視において６０度程度であるとき、一次回折光の効率がさらに高くなるため、さらに好ましい。
　第１の回折格子１２ａ及び第２の回折格子１２ｂのそれぞれは、側面視において左右対称の形状に形成されていることが好ましい。これにより、第１の回折格子１２ａ及び第２の回折格子１２ｂのそれぞれは、同一工程で製造されることができる。その結果、製造コストが低減されるという効果が生じる。
［３．本技術の第３の実施形態（光学装置の例１）］
　本技術の第３の実施形態に係る光学装置の構成について図６を参照しつつ説明する。図６は、本技術の第３の実施形態に係る光学装置１００の構成を示す概略側面図である。図６に示されるとおり、本技術の第３の実施形態に係る光学装置１００は、光学部材１０と、光学部材１０が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部２０と、波長選択部２０が透過する光を受光する受光部３０と、を備えている。光学部材１０、波長選択部２０、及び受光部３０が、前記光の入射側からこの順に配されている。
　波長選択部２０は、所定の波長で入射される光のみを透過する。この所定の波長に関する情報は、例えば、光学装置１００が備える記憶部（図示省略）などに記憶されることができる。波長選択部２０は、例えば波長が固定されている既存のバンドパスフィルタを用いることにより実現できる。より具体的には、波長選択部２０は、例えば誘電体多層膜や導波モード共鳴フィルタなどを用いることにより実現できる。
　あるいは、この所定の波長に関する情報は、光学装置１００の外部から入力されてもよい。これにより、波長選択部２０が透過する光の波長が変更可能となる。波長選択部２０は、例えば波長が変更可能な既存のバンドパスフィルタを用いることにより実現できる。より具体的には、波長選択部２０は、例えばマイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計、液晶チューナブルフィルタ、又は音響チューナブルフィルタなどを用いることにより実現できる。
　受光部３０は、波長選択部２０が透過する光を受光する。波長が約９μｍの光を受光する場合は、受光部３０は、例えば、ボロメータ、ＨｇＣｄＴｅセンサ、焦電センサ、又はサーモパイルなどを用いることにより実現できる。あるいは、可視光又は近赤外線を受光する場合は、受光部３０は、例えば、Ｓｉフォトダイオード又はＧａＡｓフォトダイオードなどを用いることにより実現できる。
　受光部３０を備えることにより、光学装置１００が備える演算部（図示省略）は、例えば受光した光の特性を分析できる。具体的には、光学装置１００は、例えば有機組成分析などを行うことができる。そのため、受光部３０に入射される光の波長は２～１０μｍであることが好ましく、８～１０μｍであることがより好ましい。
　ところで、回折格子は、波長により光の出射角が変動するという特性を有する。この特性について説明する。第１の回折格子１２ａに光軸Ａ１が入射されると、例えば光軸Ａ２や光軸Ａ３などのように、対象から少しずれた方向に回折光が出射されることがある。光軸Ａ１の波長は、光学装置１００が主に分析対象とする波長である。光軸Ａ２及び光軸Ａ３の波長は、光軸Ａ１の波長とは少し異なっている。そのため、光軸Ａ２及び光軸Ａ３の出射角は、光軸Ａ１の出射角とは少し異なっている。
　しかし、角度選択膜１１が所定の角度で入射される光のみを透過するため、主に分析対象とする波長とは少し異なる波長を有する光軸Ａ２及び光軸Ａ３は角度選択膜１１を透過しない。よって、第１の回折格子１２ａにおいては問題が生じない。
　一方、第２の回折格子１２ｂにおいては問題が生じる。第２の回折格子１２ｂに光軸Ａ１が入射されると、例えば光軸Ａ２や光軸Ａ３などのように、対象から少しずれた方向に回折光が出射されることがある。分析対象の光軸Ａ１は波長選択部２０に対して法線方向に入射されるが、対象から少しずれた光軸Ａ２や光軸Ａ３などは波長選択部２０に対して少し斜め方向に入射される。
　この問題についてさらに図７を参照しつつ説明する。図７は、本技術の一実施形態に係る回折格子の特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図７において、横軸は回折格子に入射される光の波長であり、縦軸は一次回折光の出射角である。この回折格子はゲルマニウム（Ｇｅ）を含んでいる。
　このシミュレーション結果に示されるとおり、この回折格子は、例えば主な分析対象である波長９μｍの光が入射されるとき、出射角２９．５度で出射するように設計されている。そのため、この回折格子を出射した光は、波長選択部２０に対して法線方向に入射されうる。
　しかし、例えば波長７μｍの光がこの回折格子に入射されるとき、この回折格子は出射角２２度で出射する。そのため、この回折格子を出射した光は、法線方向に対して７．５度（２９．５度と２２度との差分）傾いて波長選択部２０に入射される。このような角度の傾きは、波長選択部２０の波長分解精度が低下する要因となりうる。
　そこで、波長選択部２０は、波長選択部２０に入射される光の角度に応じて波長を補正してもよい。つまり、波長選択部２０は、光の角度が傾いて入射される前提で波長を補正してもよい。これにより、波長選択部２０は、波長により光の出射角が変動するという回折格子の特性を補うことができる。
　このことについて図８を参照しつつ説明する。図８は、本技術の一実施形態に係る波長選択部２０の機能を説明する概略図である。図８に示されるとおり、波長選択部２０が、少なくとも２枚の高反射率面３１、３２を有している。この２枚の高反射率面３１、３２のそれぞれは、高い反射率を有する面状の光学素子であり、対向して配されている。
　例えばファブリペロー干渉計は、この構成を備えている。ファブリペロー干渉計は、この２枚の高反射率面３１、３２の間で光を多重反射させて、通過する光の干渉を利用して波長や位相差などを計測する装置である。２枚の高反射率面３１、３２の間の距離ｄが適切であれば、元の光と多重反射した光との間で干渉が生じる。具体的には、２枚の高反射率面３１、３２の間の距離ｄが波長の整数倍となったときに、光は干渉して通過する。これにより、ファブリペロー干渉計は、光の波長や位相差などを計測できる。
　主な分析対象の波長を有する光軸Ａ１は、波長選択部２０に対して法線方向に入射される。しかし、前記波長ではない波長を有する光軸Ａ４は、法線方向から入射角θ傾いて波長選択部２０に入射される。
　波長選択部２０への入射角がθだけ傾いたとき、受光部３０に到達するまでの光軸差Δは、前記２枚の高反射率面３１、３２の間の距離ｄを用いて、例えば下記数式（１）などに従って算出されることができる。
　Δ＝２ｄ・ｓｉｎθ・ｔａｎθ　・・・（１）
　最適化対象の波長を有する光軸Ａ１は、距離ｄで干渉する。しかし、入射角がθだけ傾いた光軸Ａ４は、光軸差Δだけ伸びた距離で干渉する。そのため、光学装置１００は、この光の波長や位相差などを精度良く計測できない。
　したがって、波長選択部２０は、該波長選択部２０に入射される光の角度に応じて、前記２枚の高反射率面３１、３２の間の距離ｄを変更することができる。具体的には、光軸差Δに応じて、前記２枚の高反射率面３１、３２の間の距離ｄを変更することができる。あるいは、光学装置１００は、計測した波長を補正してもよい。
　例えば波長９μｍの光に最適化されている受光部３０に対して、１０μｍの光が入射される場合を想定する。図７を参照すると、波長１０μｍの光がこの回折格子に入射されるとき、この回折格子は出射角３３度で出射する。そのため、この回折格子を出射した光は、法線方向から３．５度（２９．５度と３３度との差分）傾いて波長選択部２０に入射される。
　上記数式（１）に当てはめると、距離ｄが約０．４％伸びたことに等しい。したがって、波長選択部２０が距離ｄを変更することにより、光学装置１００は、光の波長や位相差などを精度良く計測できるようになる。
　なお、回折格子から出射される光の角度θは、下記数式（２）などに従って算出されてもよい。
　ｎ０ｓｉｎθ＝（１－λ１／λ０）ｎ１ｓｉｎθＢ　・・・（２）
　上記数式（２）において、ｎ０は空気中の屈折率である。ｎ１は回折格子内の屈折率である。λ０は空気中の波長である。λ１は回折格子内の波長である。θＢはブリュースター角である。受光部３０は、上記数式（２）を満たすように設計されることができる。
［４．本技術の第４の実施形態（光学装置の例２）］
　本技術の第４の実施形態に係る光学装置の構成について図９を参照しつつ説明する。図９は、本技術の第４の実施形態に係る光学装置１００の構成を示す概略側面図である。図９に示されるとおり、本技術の第４の実施形態に係る光学装置１００は、光学部材１０と、光学部材１０が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部２０と、波長選択部２０が透過する光を受光する受光部３０と、を備えている。光学部材１０、波長選択部２０、及び受光部３０が、前記光の入射側からこの順に配されている。光学部材１０及び波長選択部２０は光学的に接着されている。波長選択部２０及び受光部３０は光学的に接着されている。
　波長選択部２０は、光が斜めに入射される前提で設計されてよい。このとき、波長選択部２０に対して法線方向に光を入射するための回折格子はなくてよい。これにより、光学装置１００の小型化や製造コストの低減などが可能となる。
　受光部３０は、アレイ状に配置されている複数の受光素子を有している。回折格子１２ａに形成されている溝は、所定の周期で平行に並んで構成されている。前記溝の形状は一様であり、回折格子の周期Ｐが非常に小さい。そのため、角度選択膜１１に入射される光の角度も一様となる。そのため、角度選択膜１１上の照度が一様となり、照度の斑の発生を防止できる。その結果、波長選択部２０及び受光部３０においても、照度の斑の発生を防止できる。これにより、受光部３０は、アレイ状に配置されている複数の受光素子を有することができる。アレイ状に配置されている複数の受光素子の一例として、可視光を受光する場合はイメージセンサなどが用いられることができる。赤外光を受光する場合はサーモグラフィなどで広く用いられているマイクロボロメータアレイなどが用いられることができる。
　波長選択部２０は、前記複数の受光素子のそれぞれに対応する複数の領域を有している。複数の領域のそれぞれは、透過する光の波長が異なっていてよい。これにより、光学装置１００は、一度の計測で複数の波長の光を分析できる。短時間で多くの分析を行うことができるため、分析効率が向上する。
　さらに、複数の領域のそれぞれが透過する光の波長が異なっているため、第３の実施形態で説明した波長の補正は行われなくてもよい。
　さらに、波長選択部２０として例えば導波モード共鳴フィルタを用いる場合、受光部３０の製造と同時に波長選択部２０が形成できる。そのため、安価で小型の光学装置１００の製造が可能となる。
　これ以外にも、本技術の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりできる。
　なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］
　入射される光のうち所定の角度で入射される光を透過する角度選択膜と、
　入射される光を回折して前記角度選択膜に出射する回折格子と、を備えており、
　前記回折格子及び前記角度選択膜が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学部材。
［２］
　前記回折格子を第１の回折格子とするとき、
　前記角度選択膜が透過する光を回折して出射する第２の回折格子をさらに備えており、
　前記第１の回折格子、前記角度選択膜、及び前記第２の回折格子が、前記光の入射側からこの順に配されている、
　［１］に記載の光学部材。
［３］
　前記第１の回折格子及び前記第２の回折格子のそれぞれは、側面視において左右対称の形状に形成されている、
　［２］に記載の光学部材。
［４］
　前記角度選択膜は、第１の部材と第２の部材とが少なくとも２層以上交互に積層されており、
　前記第１の部材の屈折率が、前記第２の部材の屈折率より大きくなっている、
　［１］～［３］のいずれか一つに記載の光学部材。
［５］
　前記第１の部材が、ゲルマニウムを含み、
　前記第２の部材が、硫化亜鉛を含む、
　［４］に記載の光学部材。
［６］
　前記回折格子には、同一の形状となっている複数の溝が一様に形成されている、
　［１］～［５］のいずれか一つに記載の光学部材。
［７］
　前記溝の形状が、側面視において、長さが等しい２つの辺と１つの頂角から成る形状となっている、
　［６］に記載の光学部材。
［８］
　前記頂角の角度が、側面視において５０～１００度である、
　［７］に記載の光学部材。
［９］
　前記回折格子の周期が、当該回折格子が出射する光の波長より小さい、
　［１］～［８］のいずれか一つに記載の光学部材。
［１０］
　前記回折格子が、ゲルマニウムを含む、
　［１］～［９］のいずれか一つに記載の光学部材。
［１１］
　［１］～［１０］のいずれか一つに記載の光学部材と、
　前記光学部材が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部と、
　前記波長選択部が透過する光を受光する受光部と、を備えており、
　前記光学部材、前記波長選択部、及び前記受光部が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学装置。
［１２］
　前記受光部は、アレイ状に配置されている複数の受光素子を有しており、
　前記波長選択部は、前記複数の受光素子のそれぞれに対応する複数の領域を有しており、
　前記複数の領域のそれぞれは、透過する光の波長が異なる、
　［１１］に記載の光学装置。
［１３］
　前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて波長を補正する、
　［１０］～［１２］のいずれか一つに記載の光学装置。
［１４］
　前記波長選択部が、少なくとも２枚の高反射率面を有しており、
　前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて、前記２枚の高反射率面の間の距離を変更する、
　［１０］～［１３］のいずれか一つに記載の光学装置。
１０　光学部材
１１　角度選択膜
１１ａ　第１の部材
１１ｂ　第２の部材
１２ａ　回折格子（第１の回折格子）
１２ｂ　第２の回折格子
２０　波長選択部
３０　受光部
３１、３２　高反射率面
１００　光学装置
Ｐ　周期
ｄ　距離

Claims (14)

  1. 　入射される光のうち所定の角度で入射される光を透過する角度選択膜と、
    　入射される光を回折して前記角度選択膜に出射する回折格子と、を備えており、
    　前記回折格子及び前記角度選択膜が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学部材。
  2. 　前記回折格子を第１の回折格子とするとき、
    　前記角度選択膜が透過する光を回折して出射する第２の回折格子をさらに備えており、
    　前記第１の回折格子、前記角度選択膜、及び前記第２の回折格子が、前記光の入射側からこの順に配されている、
    　請求項１に記載の光学部材。
  3. 　前記第１の回折格子及び前記第２の回折格子のそれぞれは、側面視において左右対称の形状に形成されている、
    　請求項２に記載の光学部材。
  4. 　前記角度選択膜は、第１の部材と第２の部材とが少なくとも２層以上交互に積層されており、
    　前記第１の部材の屈折率が、前記第２の部材の屈折率より大きくなっている、
    　請求項１に記載の光学部材。
  5. 　前記第１の部材が、ゲルマニウムを含み、
    　前記第２の部材が、硫化亜鉛を含む、
    　請求項４に記載の光学部材。
  6. 　前記回折格子には、同一の形状となっている複数の溝が一様に形成されている、
    　請求項１に記載の光学部材。
  7. 　前記溝の形状が、側面視において、長さが等しい２つの辺と１つの頂角から成る形状となっている、
    　請求項６に記載の光学部材。
  8. 　前記頂角の角度が、側面視において５０～１００度である、
    　請求項７に記載の光学部材。
  9. 　前記回折格子の周期が、当該回折格子が出射する光の波長より小さい、
    　請求項１に記載の光学部材。
  10. 　前記回折格子が、ゲルマニウムを含む、
    　請求項１に記載の光学部材。
  11. 　請求項１に記載の光学部材と、
    　前記光学部材が透過する光のうち所定の波長の光を透過する波長選択部と、
    　前記波長選択部が透過する光を受光する受光部と、を備えており、
    　前記光学部材、前記波長選択部、及び前記受光部が、前記光の入射側からこの順に配されている、光学装置。
  12. 　前記受光部は、アレイ状に配置されている複数の受光素子を有しており、
    　前記波長選択部は、前記複数の受光素子のそれぞれに対応する複数の領域を有しており、
    　前記複数の領域のそれぞれは、透過する光の波長が異なる、
    　請求項１１に記載の光学装置。
  13. 　前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて波長を補正する、
    　請求項１１に記載の光学装置。
  14. 　前記波長選択部が、少なくとも２枚の高反射率面を有しており、
    　前記波長選択部が、該波長選択部に入射される光の角度に応じて、前記２枚の高反射率面の間の距離を変更する、
    　請求項１１に記載の光学装置。
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