WO2022168385A1 - 光回折素子ユニット、光演算装置、組立方法、及び、製造方法 - Google Patents

光回折素子ユニット、光演算装置、組立方法、及び、製造方法 Download PDF

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WO2022168385A1
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diffraction element
optical diffraction
element unit
optical
main surface
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PCT/JP2021/041094
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English (en)
French (fr)
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裕幸 日下
正浩 柏木
Original Assignee
株式会社フジクラ
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording

Definitions

  • the present invention relates to an optical diffraction element unit including an optical diffraction structure composed of a plurality of microcells, and an optical arithmetic device having a plurality of such optical diffraction element units.
  • the present invention also relates to methods of assembling and manufacturing such optical computing devices.
  • a light diffraction structure that has a plurality of microcells with individually set thicknesses or refractive indices and that optically performs a predetermined operation by causing mutual interference of light transmitted through each microcell is provided on the substrate.
  • An optical diffraction element formed on one principal surface is known.
  • microcell means, for example, a cell with a cell size of less than 10 ⁇ m.
  • cell size refers to the square root of the area of a cell.
  • Patent Document 1 discloses an optical neural network having an input layer, an intermediate layer, and an output layer.
  • the optical diffraction element described above can be used, for example, as an intermediate layer of such an optical neural network.
  • the optical diffraction structure constituting the optical diffraction element as described above is a small structure, as can be seen from the cell size described above. Further, in this light diffraction structure, it is required that the constituent material has translucency and that the thickness of each cell can be individually designed. Therefore, the optical diffraction structure described above is often manufactured by stereolithography using a photocurable resin. A structure made of a photocurable resin manufactured by stereolithography, and a small structure as described above tends to lack mechanical strength.
  • the optical diffraction element as described above requires delicate handling and is difficult to handle. Moreover, since it is difficult to handle each optical diffraction element, it is not realistic for a user to change the combination of the optical diffraction elements in an optical arithmetic device using a plurality of optical diffraction elements.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical diffraction element unit that is easy to handle and an optical arithmetic device that includes a plurality of such optical diffraction element units. is. Another object of one aspect of the present invention is to provide an assembly method and a manufacturing method of an optical arithmetic device using an optical diffraction element unit that is easy to handle.
  • an optical diffraction element unit includes a substrate having a first principal surface and a second principal surface, and an optical diffraction structure composed of a plurality of microcells is the first surface. It comprises an optical diffraction element formed on a principal surface, and a translucent first coating layer covering the first principal surface.
  • an easy-to-handle optical diffraction element unit and an optical arithmetic device including a plurality of such optical diffraction element units it is possible to provide an assembly method and a manufacturing method of an optical arithmetic device using an optical diffraction element unit that is easy to handle.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical diffraction element unit according to a first embodiment of the invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical diffraction element unit shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a first modified example of the optical diffraction element unit shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a second modification of the optical diffraction element unit shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is an exploded cross-sectional view of an optical arithmetic device according to a second embodiment of the present invention
  • 6 is an exploded cross-sectional view of a modified example of the optical arithmetic device shown in FIG. 5;
  • FIG. 5 is an exploded cross-sectional view of an optical arithmetic device according to a second embodiment of the present invention
  • 6 is an exploded cross-sectional view of a modified example of the optical arithmetic device shown in FIG. 5;
  • FIG. 1 is a perspective view of the optical diffraction element unit U.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical diffraction element unit U.
  • the optical diffraction element unit U includes an optical diffraction element 1 and a coating layer 2.
  • the coating layer 2 is illustrated with a virtual line (double-dot chain line).
  • the optical diffraction element 1 is a plate-like element having translucency. As shown in FIG. 1, the optical diffraction element 1 includes a substrate 10 and an optical diffraction structure 11. As shown in FIG. 1, the optical diffraction element 1 includes a substrate 10 and an optical diffraction structure 11. As shown in FIG.
  • the substrate 10 is a substrate having a main surface 101 and a main surface 102 facing each other, and having translucency.
  • the main surface 101 and the main surface 102 are examples of the first main surface and the second main surface of the optical diffraction element, respectively, and are smooth planes. In this embodiment, major surface 102 is exposed.
  • the thickness of the substrate 10 is determined so that the sum with the thickness of the coating layer 2, which will be described later, becomes a desired thickness.
  • the thickness of the substrate 10 is 30 ⁇ m, but the thickness is not limited to this.
  • the substrate 10 is made of glass (for example, quartz glass).
  • the substrate 10 may be made of resin (for example, photocurable resin).
  • the optical diffraction structure 11 is formed on the principal surface 101 .
  • the light diffraction structure 11 is composed of a plurality of microcells A whose thicknesses or refractive indices are set independently of each other.
  • each microcell A is made of translucent resin (for example, photocurable resin).
  • the light diffraction structure 11 may be made of glass (for example, quartz glass).
  • the signal light transmitted through each microcell A interferes with each other, thereby performing a predetermined optical operation.
  • the intensity distribution of the signal light output from the optical diffraction structure 11 represents the result of the optical calculation.
  • microcell refers to a cell with a cell size of less than 10 ⁇ m, for example.
  • cell size refers to the square root of the area of a cell. For example, when the microcell has a square shape in plan view, the cell size is the length of one side of the cell.
  • the lower limit of the cell size is not particularly limited, it is, for example, 1 nm.
  • the optical diffraction structure 11 illustrated in the enlarged view of FIG. 1 is composed of 1000 ⁇ 1000 microcells A arranged in a matrix.
  • the plan view shape of each microcell A is, for example, a 1 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m square, and the plan view shape of the light diffraction structure 11 is, for example, a 1 mm ⁇ 1 mm square.
  • the cell size, the plan view shape of each microcell A, and the plan view shape of the light diffraction structure 11 are not limited to the above examples, and can be determined as appropriate.
  • the coating layer 2 is a layered or plate-like member having a main surface 21 and a main surface 22 facing each other, and is a translucent member.
  • the principal surface 21 is an example of the principal surface provided on the opposite side of the substrate from the pair of principal surfaces of the first coating layer, and is a smooth plane like the principal surfaces 101 and 102 .
  • the thickness of the coating layer 2 is determined so that the sum with the thickness of the substrate 10 described above is the desired thickness.
  • the thickness of the coating layer 2 is 10 ⁇ m, but the thickness is not limited to this. Since the thickness of the substrate 10 is 30 ⁇ m and the thickness of the coating layer 2 is 10 ⁇ m, when a plurality of optical diffraction element units U are stacked (for example, when stacked as shown in FIG. 5 described later), adjacent light The distance between the optical diffraction structures 11 between the diffraction element units U can be made approximately equal to the sum of the thickness of the substrate 10 and the thickness of the coating layer 2 . Therefore, the spacing of the optical diffraction structures 11 can be easily made approximately equal to the desired value.
  • the coating layer 2 is formed on the main surface 101 so that the main surface 22 is in direct contact with the main surface 101 of the substrate 10 and the surface of the light diffraction structure 11 .
  • the covering layer 2 covers the main surface 101 and the surface of the light diffraction structure 11 .
  • the light-diffractive structure 11 is embedded in the covering layer 2 .
  • the coating layer 2 is made of translucent resin (for example, photocurable resin).
  • the coating layer 2 may be made of glass (for example, quartz glass).
  • the principal surface 21 is configured to be parallel or substantially parallel to each of the principal surfaces 101 and 102 .
  • Both the main surface 21 and the main surface 102 are smooth planes. Therefore, the shape of main surface 21 and the shape of main surface 102 are complementary to each other.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical diffraction element unit UA.
  • hatching is omitted except for the matching oil 24A in order to make the drawing easier to see.
  • the optical diffraction element unit UA is obtained by replacing the coating layer 2 included in the optical diffraction element unit U shown in FIG. 2 with a coating layer 2A.
  • the covering layer 2A is, like the covering layer 2, a layered or plate-shaped member having a main surface 21A and a main surface 22A facing each other, and is a translucent member.
  • the recess 23A is formed in the main surface 22A, which is the main surface provided on the substrate 10 side of the pair of main surfaces.
  • the concave portion 23A is formed so as to include the light diffraction structure 11 when the coating layer 2A is viewed from above. Also, the depth of the concave portion 23A exceeds the maximum thickness of the optical diffraction structure 11 . Therefore, when the coating layer 2A is laminated on the main surface 101, the coating layer 2A is separated from the light diffraction structure 11, and the light diffraction structure 11 is formed by the substrate 10 and the coating layer 2A. contained within the space.
  • the space between the substrate 10 and the coating layer 2A is filled with oil 24 having translucency.
  • the oil 24 functions as a matching oil that matches the refractive index of the light diffraction structure 11 and the refractive index of the coating layer 2A. Therefore, the refractive index of the oil 24 is appropriately determined according to the refractive index of the light diffraction structure 11 and the refractive index of the coating layer 2A.
  • the substance filled in the space described above is not limited to oil like the oil 24, and may be any substance having translucency.
  • This substance may be, for example, a liquid, a gas, or a resin. It is preferable that the substance does not contain oxygen molecules and water regardless of whether the substance is liquid, gas, or resin.
  • the substance when the substance is gas, the gas may be composed of a single type of molecule, or may be composed of a plurality of types of molecules.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical diffraction element unit UB.
  • hatching is omitted in order to make the drawing easier to see.
  • the optical diffraction element unit UB based on the optical diffraction element unit U shown in FIG. is obtained by changing Specifically, in the optical diffraction element unit U, the principal surfaces 101 and 102 are parallel, and the principal surfaces 101 and 21 are parallel. That is, the principal surface 101, the principal surface 102, and the principal surface 21 are all parallel. On the other hand, in optical diffraction element unit UB, main surface 102B and main surface 21B are parallel, but main surface 101B and main surface 102B are non-parallel, and main surface 101B and main surface 21B are non-parallel. be.
  • the adjacent optical diffraction element units Principal surfaces 101B of UBs are parallel to each other. Therefore, the optical diffraction structures 11 in adjacent optical diffraction element units UB can be arranged correctly. In addition, the distance between the optical diffraction structures 11 between the adjacent optical diffraction element units UB can be easily made approximately equal to a desired value.
  • FIG. 5 is an exploded sectional view of the optical arithmetic unit AC.
  • hatching is omitted in order to make the drawing easier to see.
  • the optical arithmetic unit AC includes three optical diffraction element units UC, a cover CU, and a cover CB.
  • the optical diffraction element unit UC is a third modification of the optical diffraction element unit U shown in FIG.
  • the optical diffraction structure 11 provided in the optical diffraction element unit UC has the same configuration as the optical diffraction structure 11 provided in the optical diffraction element unit U.
  • the substrate 10C and the coating layer 2C provided in the optical diffraction element unit UC have the shape of the principal surface 102 of the substrate 10 provided in the optical diffraction element unit U and the shape of the principal surface 21 of the coating layer 2, respectively. is obtained by changing As with the optical diffraction element unit U, in the single optical diffraction element unit UC, the main surface 102C is exposed.
  • Each convex portion may be a band-like convex portion extending along the depth direction in FIG. 5 . Further, each convex portion may be composed of a plurality of sub-convex portions separated from each other when viewed along the depth direction in FIG.
  • a plurality of concave portions (five in FIG. 5) having a rectangular cross-sectional shape are formed on the main surface 21C so as to have a shape complementary to the shape of the main surface 102C.
  • the shape of the protrusions formed on the main surface 102C and the shape of the recesses formed on the main surface 21C are mutually reciprocal.
  • this configuration when a plurality of optical diffraction element units UC are stacked as shown in FIG. 5, there is no gap at the interface between the main surfaces 102C and 21C of the adjacent optical diffraction element units UC. , or touch each other with little gap at the interface.
  • Each of the cover CU and the cover CB is configured to cover each of the pair of main surfaces of the optical arithmetic unit AC.
  • the cover CU functions as an upper cover and the cover CB functions as a lower cover.
  • the main surface on the optical diffraction element unit UC side (lower main surface in FIG. 5) has a rectangular cross-sectional shape so as to be complementary to the shape of the main surface 21C.
  • a plurality of projections (five in FIG. 5) are formed.
  • the multiple protrusions formed on the cover CU have the same shape as the multiple protrusions formed on the main surface 102C.
  • the main surface on the side opposite to the optical diffraction element unit UC is a smooth plane.
  • the main surface on the optical diffraction element unit UC side (upper main surface in FIG. 5) is formed with a plurality of recesses (five in FIG. 5) having a rectangular cross-sectional shape.
  • the multiple recesses formed in the cover CB have the same shape as the multiple recesses formed in the main surface 21C.
  • the main surface opposite to the optical diffraction element unit UC is a smooth plane.
  • both of the pair of main surfaces functioning as the entrance surface and the exit surface of the optical arithmetic unit AC are smooth planes.
  • adjacent optical diffraction element units UC may be fixed using an adhesive layer, which will be described later, or may not be fixed.
  • the adjacent optical diffraction element units UC are fixed, it is possible to prevent the positions of the optical diffraction structures 11 from being shifted.
  • the adjacent optical diffraction element units UC are not fixed to each other, the combination of the plurality of optical diffraction element units UC constituting the optical arithmetic unit AC can be changed arbitrarily.
  • the optical diffraction element unit UC adopts a configuration in which the sum of the thickness of the substrate 10C and the thickness of the coating layer 2C is a desired value, the optical diffraction structure 11 between the adjacent optical diffraction element units UC can be easily made to substantially match the desired value.
  • each optical diffraction element unit UC is fixed using a selective fixing means that can arbitrarily select between the fixed state and the non-fixed state.
  • the selective fixing means may be a guide in which a groove having the same width as that of each optical diffraction element unit UC is cut, or a case capable of accommodating a plurality of optical diffraction element units UC in a laminated state. good too.
  • the guide or case described above may be provided with a stopper using a leaf spring.
  • a leaf spring may be interposed between the cover CU of the optical arithmetic unit AC and the upper lid of the case.
  • a force that sandwiches the optical arithmetic unit AC acts on the stacked optical diffraction element units UC along the normal direction of the main surface 101C.
  • This force is generated by a leaf spring.
  • opening the upper lid of the case eliminates the force that pinches the optical arithmetic unit AC, so that the combination of the optical diffraction element units UC can be exchanged.
  • only one cover (for example, the cover CB) may be fixed to the case using an adhesive, and a plurality of optical diffraction element units UC may be laminated on the cover.
  • each of the covers CU and CB is covered with an adhesive. You can also keep it fixed.
  • the distance between the cover CU and the cover CB may be appropriately determined according to the number of optical diffraction element units UC to be stacked. According to this configuration, the combination of the optical diffraction element units UC can be exchanged.
  • One aspect of the present invention also includes an assembly method and a manufacturing method of an optical arithmetic device AC including a plurality of optical diffraction element units UC.
  • the assembling method is a method in which each optical diffraction element unit UC is shipped from the factory in an independent state, and the user obtains the optical arithmetic unit AC by assembling each optical diffraction element unit UC.
  • the manufacturing method is a method for manufacturing the optical arithmetic unit AC in a factory.
  • the user can select an optical diffraction element unit UC capable of performing a desired optical operation, and combine the selected optical diffraction element units UC to assemble the optical operation device AC. can.
  • Two adjacent optical diffraction element units UC among the three optical diffraction element units UC shown in FIG. 5 are examples of the first optical diffraction element unit and the second optical diffraction element unit.
  • the lower, middle, and upper optical diffraction element units UC shown in FIG. 5 are replaced with the first optical diffraction element unit, the second optical diffraction element unit, and the third optical diffraction element unit, respectively.
  • the number of optical diffraction element units UC constituting the optical arithmetic unit AC is not limited to three, and may be any number.
  • This assembly method and this manufacturing method include a step of bringing the main surface 21C of the optical diffraction element unit UC shown in the lower part of FIG. 5 and the main surface 102C of the optical diffraction element unit UC shown in the middle part of FIG. 5 into contact with each other. contains.
  • the principal surface 21C and the principal surface 102C that are brought into contact may be fixed using a translucent adhesive layer. That is, the principal surface 21C and the principal surface 102C may be in contact with each other via an adhesive layer.
  • a translucent resin for example, a photocurable resin
  • a translucent resin for example, a photocurable resin
  • this assembling method and this manufacturing method include a step of bringing the main surface of the cover CB on the side of the optical diffraction element unit UC into contact with the main surface 102C of the optical diffraction element unit UC shown in the lower part of FIG. 5 and the main surface 102C of the optical diffraction element unit UC shown in the upper part of FIG.
  • a step of bringing the main surface 21C of the element unit UC and the main surface of the cover CU closer to the optical diffraction element unit UC into contact with each other is further included.
  • the dashed-dotted arrows shown in FIG. 5 indicate these steps.
  • the optical arithmetic device AC is configured using a plurality of optical diffraction element units UC.
  • the optical diffraction element unit constituting the optical arithmetic unit AC according to one embodiment of the present invention is not limited to the optical diffraction element unit UC, and may be any optical diffraction element unit according to one embodiment of the present invention ( For example, see FIGS. 1 to 4).
  • FIG. 6 is an exploded sectional view of the optical arithmetic device AD. In addition, hatching is omitted in FIG. 6 to make the drawing easier to see.
  • the optical arithmetic device AD is obtained by replacing each optical diffraction element unit UC with an optical diffraction element unit UD based on the optical arithmetic device AC.
  • the optical diffraction element unit UD is a fourth modification of the optical diffraction element unit U shown in FIG.
  • the optical diffraction element unit UD includes a coating layer 3D in addition to the optical diffraction element 1D and the coating layer 2D.
  • the optical diffraction element 1D and the coating layer 2D correspond to the optical diffraction element 1 and the coating layer 2 of the optical diffraction element unit U, respectively.
  • the covering layer 3D is an example of a second covering layer.
  • the covering layer 3D is a layered or plate-like member having a main surface 31D and a main surface 32D facing each other, and is a translucent member.
  • the principal surface 32D is an example of a principal surface provided on the opposite side of the substrate, of the pair of principal surfaces of the second coating layer.
  • the thickness of the coating layer 3D is determined so that the sum of the thickness of the substrate 10D, the thickness of the coating layer 2D, and the thickness of the coating layer 3D is a desired thickness.
  • a plurality of projections (five in FIG. 6) having a rectangular cross-sectional shape are formed on the main surface 32D. These multiple convex portions are configured in the same manner as the multiple convex portions formed on the main surface 102C in the optical diffraction element unit UC shown in FIG.
  • a plurality of concave portions (five in FIG. 5) having a rectangular cross-sectional shape are formed on the main surface 21D so as to have a shape complementary to the shape of the main surface 32D.
  • These recesses are configured in the same manner as the recesses formed in the main surface 21C in the optical diffraction element unit UC shown in FIG.
  • the shape of the projections formed on the main surface 32D and the shape of the recesses formed on the main surface 21D are mutually reciprocal.
  • this configuration when a plurality of optical diffraction element units UC are stacked as shown in FIG. 6, there is no gap at the interface between the main surface 32D and the main surface 21D of the adjacent optical diffraction element units UD. , or touch each other with little gap at the interface.
  • the method of assembling and manufacturing the optical arithmetic device AD is such that the main surface 21D of the optical diffraction element unit UD shown in the lower part of FIG. 6 and the main surface 32D of the optical diffraction element unit UD shown in the middle part of FIG. It includes the step of letting This step may be configured to fix the main surface 21D and the main surface 32D using a translucent adhesive layer.
  • this assembling method and this manufacturing method include a step of bringing the main surface of the cover CB on the side of the optical diffraction element unit UD and the main surface 32D of the optical diffraction element unit UD shown in the lower part of FIG. 6 and the main surface 32D of the optical diffraction element unit UD shown in the upper part of FIG. 6 are brought into contact with each other; A step of bringing the main surface 21D of the element unit UD and the main surface of the cover CU on the optical diffraction element unit UD side into contact with each other is further included.
  • the dashed-dotted arrows shown in FIG. 6 indicate these steps. (summary)
  • An optical diffraction element unit includes a substrate having a first main surface and a second main surface, and an optical diffraction structure including a plurality of microcells is formed on the first main surface. It comprises a diffraction element and a translucent first coating layer covering the first main surface.
  • the light diffraction structure since the light diffraction structure is covered with the first coating layer together with the first main surface, the light diffraction structure can be protected from external pressure, impact, and the like. Therefore, this optical diffraction element unit can improve ease of handling.
  • the optical diffraction structure is embedded in the first coating layer. configuration is adopted.
  • the first coating layer blocks contact between the light diffraction structure and the air, it is possible to prevent foreign matter such as dust from adhering to the light diffraction structure. Moreover, since the first coating layer blocks contact between the optical diffraction structure and oxygen molecules and moisture contained in the air, deterioration of the optical diffraction structure can be suppressed.
  • the first coating layer is spaced apart from the optical diffraction structure. configuration is adopted.
  • the present optical diffraction element unit can be manufactured simply by covering it with a coating prepared in a separate process in advance, so that it can be manufactured more easily than the optical diffraction element unit according to the above-described second aspect. .
  • a gap between the first coating layer and the optical diffraction structure A configuration is employed in which the space is filled with any one of liquid, gas, and resin.
  • the space around the optical diffraction structure is filled with any one of liquid, gas, and resin, contact between the optical diffraction structure and the air existing outside the optical diffraction element unit is blocked. can do. Therefore, it is possible to prevent foreign matter such as dust from adhering to the optical diffraction structure.
  • any of the liquid, gas, and resin filling the space does not contain oxygen molecules and moisture, it is necessary to block the contact between the optical diffraction structure and the oxygen molecules and moisture contained in the air. , the present optical diffraction element unit can suppress deterioration of the optical diffraction structure.
  • a second coating layer covering the surface and having translucency is further provided, and the shape of the main surface provided on the opposite side to the substrate of the pair of main surfaces of the first coating layer and the second coating A configuration is employed in which the shape of the main surface of the pair of layers provided on the side opposite to the substrate is complementary to each other.
  • the optical diffraction element unit according to the sixth aspect of the present invention in addition to the configuration of the optical diffraction element unit according to any one of the above-described first to fourth aspects, The surface is exposed, and the shape of the main surface provided on the opposite side to the substrate among the pair of main surfaces of the first coating layer and the shape of the second main surface are complementary to each other. configuration is adopted.
  • optical diffraction element unit when an optical arithmetic device is configured using at least two optical diffraction element units, one of the pair of principal surfaces of the first coating layer, the substrate and the The principal surface provided on the opposite side and the principal surface of the pair of principal surfaces of the second coating layer, which is provided on the side opposite to the substrate, can be brought into contact with each other without a gap.
  • optical diffraction element unit when an optical arithmetic device is configured using at least two optical diffraction element units, one of the pair of main surfaces of the first coating layer The main surface provided on the opposite side of the substrate and the second main surface can be brought into contact without any gap. Therefore, it is possible to suppress the reflection loss that may occur at the interface between these main surfaces.
  • An optical arithmetic device includes a first optical diffraction element unit and a second optical diffraction element unit, which are the optical diffraction element units according to any one of the first to sixth aspects described above.
  • the main surface provided on the side opposite to the substrate is in contact with each other.
  • An optical arithmetic device includes an optical diffraction element unit according to one aspect of the present invention. Therefore, in this optical arithmetic device, the optical diffraction element unit can be easily handled. Therefore, the present optical arithmetic device can be easily assembled and manufactured.
  • the thickness of the optical diffraction element unit (the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the first coating layer, or the thickness of the substrate, the thickness of the first coating layer, and the thickness of the second coating layer) ) is set to a desired value, when a plurality of optical diffraction element units are laminated to form an optical arithmetic device, the spacing between the optical diffraction structures can be made substantially equal to the desired value. can. Therefore, this optical arithmetic device is suitable for constructing an optical arithmetic device in which the combination of a plurality of optical diffraction element units can be easily changed.
  • An assembly method includes a first optical diffraction element unit and a second optical diffraction element unit, which are the optical diffraction element units according to any one of the first to sixth aspects described above. a main surface provided on the opposite side of the substrate from among a pair of main surfaces of the first coating layer of the first optical diffraction element unit; and the second light
  • the method includes a step of bringing the second main surface of the diffraction element unit or the main surface of the second coating layer covering the second main surface, which is provided on the opposite side of the substrate out of the pair of main surfaces, into contact with each other. .
  • a manufacturing method includes a first optical diffraction element unit and a second optical diffraction element unit, which are the optical diffraction element units according to any one of the first to sixth aspects described above.
  • a main surface provided on the opposite side of the substrate from among a pair of main surfaces of the first coating layer of the first optical diffraction element unit; and the second light
  • the method includes a step of bringing the second main surface of the diffraction element unit or the main surface of the second coating layer covering the second main surface, which is provided on the opposite side of the substrate out of the pair of main surfaces, into contact with each other. .
  • the assembling method according to the eighth aspect of the present invention and the manufacturing method according to the ninth aspect of the present invention include the optical diffraction element unit according to one aspect of the present invention. Therefore, when assembling or manufacturing the optical diffraction element unit, the assembly method and the manufacturing method can easily handle the optical diffraction element unit. Therefore, the present assembly method and the present manufacturing method can easily assemble or manufacture an optical arithmetic device.

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Abstract

ハンドリングしやすい光回折素子ユニットを提供する。光回折素子ユニット（Ｕ）は、第１主面（主面１０１）及び第２主面（主面１０２）を有する基板（１０）を含み、複数のマイクロセル（Ａ）からなる光回折構造（１１）が第１主面（主面１０１）に形成された光回折素子（１）と、第１主面（主面１０１）を覆い、透光性を有する第１被覆層（被覆層２）と、を備えている。

Description

光回折素子ユニット、光演算装置、組立方法、及び、製造方法
　本発明は、複数のマイクロセルからなる光回折構造を含む光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置に関する。また、本発明は、そのような光演算装置の組立方法及び製造方法に関する。
　厚み又は屈折率が個別に設定された複数のマイクロセルを有し、各マイクロセルを透過した光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行する光回折構造を基板の一方の主面に形成した光回折素子が知られている。ここで、「マイクロセル」とは、例えば、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。
　複数の光回折素子を用いた光演算装置には、プロセッサを用いた電気的な演算装置と比べて高速且つ低消費電力であるという利点がある。特許文献１には、入力層、中間層、及び出力層を有する光ニューラルネットワークが開示されている。上述した光回折素子は、例えば、このような光ニューラルネットワークの中間層として利用することが可能である。
米国特許第７８４７２２５号明細書
　ところで、上述したような光回折素子を構成する光回折構造は、上述したセルサイズからも分かるように小さな構造体である。また、この光回折構造においては、構成する材料が透光性を有することと、各セルの厚みを個別に設計できることとが求められる。そのため、上述した光回折構造は、光硬化型樹脂を用いた光造形により製造されることが多い。光造形により製造された光硬化型樹脂製の構造体であって、上述したように小さな構造体は、機械的な強度が不足しがちである。
　そのため、上述したような光回折素子は、繊細なハンドリングを求められ、取り扱いが困難である。また、各光回折素子の取り扱いが困難であるため、複数の光回折素子を用いた光演算装置において、光回折素子の組み合わせをユーザが変更することは現実的ではない。
　本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ハンドリングしやすい光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置とを提供することである。また、本発明の一態様の目的は、取り扱いが容易な光回折素子ユニットを用いた光演算装置の組立方法及び製造方法を提供することである。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光回折素子ユニットは、第１主面及び第２主面を有する基板を含み、複数のマイクロセルからなる光回折構造が前記第１主面に形成された光回折素子と、前記第１主面を覆い、透光性を有する第１被覆層と、を備えている。
　本発明の一態様によれば、ハンドリングしやすい光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置とを提供することができる。また、本発明の一態様によれば、取り扱いが容易な光回折素子ユニットを用いた光演算装置の組立方法及び製造方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る光回折素子ユニットの斜視図である。 図１に示した光回折素子ユニットの断面図である。 図１に示した光回折素子ユニットの第１の変形例の断面図である。 図１に示した光回折素子ユニットの第２の変形例の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光演算装置の分解断面図である。 図５に示した光演算装置の一変形例の分解断面図である。
　〔第１の実施形態〕
　＜光回折素子ユニットの構成＞
　本発明の第１の実施形態に係る光回折素子ユニットＵについて、図１及び図２を参照して説明する。図１は、光回折素子ユニットＵの斜視図である。図２は、光回折素子ユニットＵの断面図である。なお、図２においては、図面を見やすくするためにハッチングを省略している。
　図１に示すように、光回折素子ユニットＵは、光回折素子１と、被覆層２とを備えている。なお、図２においては、被覆層２を仮想線（２点鎖線）で図示している。
　（光回折素子）
　光回折素子１は、透光性を有する板状の素子である。図１に示すように、光回折素子１は、基板１０と、光回折構造１１とを備えている。
　基板１０は、互いに対向する主面１０１及び主面１０２を有する基板であって、透光性を有する基板である。主面１０１及び主面１０２は、それぞれ、光回折素子の第１主面及び第２主面の一例であり、平滑な平面である。本実施形態において、主面１０２は、露出している。
　基板１０の厚みは、後述する被覆層２の厚みとの和が所望の厚みになるように定められている。本実施形態において、基板１０の厚みは、３０μｍであるが、これに限定されない。
　本実施形態において、基板１０は、ガラス製（例えば石英ガラス）である。ただし、基板１０は、樹脂（例えば光硬化樹脂）製であってもよい。
　光回折構造１１は、主面１０１に形成されている。光回折構造１１は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルＡにより構成されている。本実施形態において、各マイクロセルＡは、透光性を有する樹脂（例えば光硬化樹脂）製である。ただし、光回折構造１１は、ガラス（例えば石英ガラス）製であってもよい。
　光回折構造１１に信号光が入射すると、各マイクロセルＡを透過した信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。光回折構造１１から出力される信号光の強度分布は、その光演算の結果を表す。
　ここで、「マイクロセル」とは、例えば、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。例えば、マイクロセルの平面視形状が正方形である場合、セルサイズとは、セルの一辺の長さである。セルサイズの下限は、特に限定されないが、例えば１ｎｍである。
　図１の拡大図に例示した光回折構造１１は、マトリックス状に配置された１０００×１０００個のマイクロセルＡにより構成されている。各マイクロセルＡの平面視形状は、例えば、１μｍ×１μｍの正方形であり、光回折構造１１の平面視形状は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍの正方形である。
　なお、セルサイズ、各マイクロセルＡの平面視形状、及び、光回折構造１１の平面視形状は、上述した例に限定されず、適宜定めることができる。
　（被覆層）
　図１に示すように、被覆層２は、互いに対向する主面２１及び主面２２を有する層状又は板状の部材であって、透光性を有する部材である。主面２１は、第１被覆層の一対の主面のうち基板と反対側に設けられた主面の一例であり、主面１０１及び１０２と同様に平滑な平面である。
　被覆層２の厚みは、上述した基板１０の厚みとの和が所望の厚みになるように定められている。本実施形態において、被覆層２の厚みは、１０μｍであるが、これに限定されない。基板１０の厚みが３０μｍであり、被覆層２の厚みが１０μｍであることによって、複数の光回折素子ユニットＵを積層した場合（例えば後述する図５のように積層した場合）に、隣接する光回折素子ユニットＵ同士における光回折構造１１の間隔を、基板１０の厚みと被覆層２の厚みとの和と略一致させることができる。したがって、光回折構造１１の間隔を、容易に、所望の値に略一致させることができる。なお、上述した基板１０の厚み及び被覆層２の厚みは、信号光の波長λとしてλ＝１．５μｍを採用し、基板１０及び被覆層２の各々を構成する材料の屈折率として１．５を採用した場合を想定して定めたものである。
　被覆層２は、主面２２と、基板１０の主面１０１及び光回折構造１１の表面とが直接接するように、主面１０１の上に形成されている。被覆層２は、主面１０１及び光回折構造１１の表面を覆っている。本実施形態において、光回折構造１１は、被覆層２に埋設されている。
　本実施形態において、被覆層２は、透光性を有する樹脂（例えば光硬化樹脂）製である。ただし、被覆層２は、ガラス（例えば石英ガラス）製であってもよい。
　本実施形態において、主面２１は、主面１０１及び主面１０２の各々と、平行又は略平行になるように構成されている。
　主面２１と主面１０２とは、何れも平滑な平面である。したがって、主面２１の形状と主面１０２の形状とは、互いに相補的である。
　＜第１の変形例＞
　光回折素子ユニットＵの第１の変形例である光回折素子ユニットＵＡについて、図３を参照して説明する。図３は、光回折素子ユニットＵＡの断面図である。なお、図３においては、図面を見やすくするために、マッチングオイル２４Ａを除いて、ハッチングを省略している。
　図３に示すように、光回折素子ユニットＵＡは、図２に示す光回折素子ユニットＵが備えている被覆層２を被覆層２Ａに置換することによって得られる。
　被覆層２Ａは、被覆層２と同様に、互いに対向する主面２１Ａ及び主面２２Ａを有する層状又は板状の部材であって、透光性を有する部材である。ただし、被覆層２とは異なり、一対の主面のうち基板１０側に設けられた主面である主面２２Ａに凹部２３Ａが形成されている。凹部２３Ａは、被覆層２Ａを平面視した場合に、光回折構造１１を包含するように形成されている。また、凹部２３Ａの深さは、光回折構造１１の厚みの最大値を上回る。したがって、主面１０１の上に被覆層２Ａを積層した場合、被覆層２Ａは、光回折構造１１から離間しており、且つ、光回折構造１１は、基板１０と被覆層２Ａとにより形成される空間内に収容される。
　本実施形態において、この基板１０と被覆層２Ａとの間の空間には、透光性を有するオイル２４が充填されている。オイル２４は、光回折構造１１の屈折率と、被覆層２Ａの屈折率とのマッチングを図るマッチングオイルとして機能する。したがって、オイル２４の屈折率は、光回折構造１１の屈折率と、被覆層２Ａの屈折率とに応じて適宜定められる。
　なお、上述した空間に充填される物質は、オイル２４のようにオイルに限定されず、透光性を有する物質であればよい。この物質は、例えば、液体であってもよいし、気体であってもよいし、樹脂であってもよい。なお、物質は、液体、気体、及び樹脂の何れである場合にも、酸素分子及び水分を含まないことが好ましい。また、物質が気体である場合、その気体は、単一種類の分子により構成されていてもよいし、複数種類の分子により構成されていてもよい。
　＜第２の変形例＞
　光回折素子ユニットＵの第２の変形例である光回折素子ユニットＵＢについて、図４を参照して説明する。図４は、光回折素子ユニットＵＢの断面図である。なお、図４においては、図面を見やすくするために、ハッチングを省略している。
　図４に示すように、光回折素子ユニットＵＢにおいては、図２に示す光回折素子ユニットＵをベースにして、主面１０１Ｂに対する主面１０２Ｂの傾き、及び、主面１０１Ｂに対する主面２１Ｂの傾きを変更することによって得られる。具体的には、光回折素子ユニットＵにおいて、主面１０１と主面１０２とは平行であり、且つ、主面１０１と主面２１とは平行である。すなわち、主面１０１、主面１０２、及び、主面２１は、何れも平行である。一方、光回折素子ユニットＵＢにおいては、主面１０２Ｂと主面２１Ｂとは平行であるものの、主面１０１Ｂと主面１０２Ｂとは非平行であり、主面１０１Ｂと主面２１Ｂとは非平行である。
　主面１０２Ｂと主面２１Ｂとが平行であることによって、複数の光回折素子ユニットＵＢを積層した場合（例えば後述する図５のように積層した場合）であっても、隣接する光回折素子ユニットＵＢ同士における主面１０１Ｂは、平行になる。したがって、隣接する光回折素子ユニットＵＢ同士における光回折構造１１を正しく配置することができる。また、隣接する光回折素子ユニットＵＢ同士における光回折構造１１の間隔を、容易に、所望の値に略一致させることができる。
　〔第２の実施形態〕
　＜光演算装置の構成＞
　本発明の第２の実施形態に係る光演算装置ＡＣについて、図５を参照して説明する。図５は、光演算装置ＡＣの分解断面図である。なお、図５においては、図面を見やすくするために、ハッチングを省略している。
　図５に示すように、光演算装置ＡＣは、３つの光回折素子ユニットＵＣと、カバーＣＵと、カバーＣＢとを備えている。
　（光回折素子ユニット）
　光回折素子ユニットＵＣは、図２に示す光回折素子ユニットＵの第３の変形例である。光回折素子ユニットＵＣが備えている光回折構造１１は、光回折素子ユニットＵが備えている光回折構造１１と同一に構成されている。また、光回折素子ユニットＵＣが備えている基板１０Ｃ及び被覆層２Ｃは、それぞれ、光回折素子ユニットＵが備えている基板１０の主面１０２の形状、及び、被覆層２の主面２１の形状を変更することによって得られる。なお、光回折素子ユニットＵと同様に、単体である光回折素子ユニットＵＣにおいて、主面１０２Ｃは、露出している。
　主面１０２Ｃには、断面形状が矩形である凸部が複数（図５においては５つ）形成されている。なお、各凸部は、図５の奥行き方向に沿って延伸された帯状の凸部であってもよい。また、各凸部は、図５の奥行き方向に沿ってみた場合に、互いに離間した複数のサブ凸部により構成されていてもよい。
　主面２１Ｃには、主面１０２Ｃの形状と相補的な形状になるように、断面形状が矩形である凹部が複数（図５においては５つ）形成されている。
　このように、主面１０２Ｃに形成された凸部の形状と、主面２１Ｃに形成された凹部の形状とは、互いに相互的である。この構成により、複数の光回折素子ユニットＵＣを図５に示すように重ねた場合に、隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士における主面１０２Ｃと主面２１Ｃとは、界面に隙間が生じることがなく、又は、界面に隙間がほとんど生じることがなく、互いに接触する。
　（カバー）
　カバーＣＵ及びカバーＣＢの各々は、それぞれ、光演算装置ＡＣの一対の主面の各々を覆うように構成されている。図５に示した状態において、カバーＣＵは、上部カバーとして機能し、カバーＣＢは、下部カバーとして機能する。
　カバーＣＵの主面のうち光回折素子ユニットＵＣ側の主面（図５において下側の主面）には、主面２１Ｃの形状と相補的な形状になるように、断面形状が矩形である凸部が複数（図５においては５つ）形成されている。カバーＣＵに形成されている複数の凸部は、主面１０２Ｃに形成されている複数の凸部と同じ形状を有する。なお、カバーＣＵの主面のうち光回折素子ユニットＵＣと逆側の主面は、平滑な平面からなる。
　カバーＣＢの主面のうち光回折素子ユニットＵＣ側の主面（図５において上側の主面）には、断面形状が矩形である凹部が複数（図５においては５つ）形成されている。カバーＣＢに形成されている複数の凹部は、主面２１Ｃに形成されている複数の凹部と同じ形状を有する。なお、カバーＣＢの主面のうち光回折素子ユニットＵＣと逆側の主面は、平滑な平面からなる。
　光演算装置ＡＣがカバーＣＵ及びカバーＣＢを備えていることによって、光演算装置ＡＣの入射面及び出射面として機能する一対の主面は、何れも平滑な平面となる。
　（光回折素子ユニットＵＣ同士の固定）
　光回折素子ユニットＵＣにおいて、隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士は、後述する接着層を用いて固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士が固定されている場合、各光回折構造１１の位置がずれることを防ぐことができる。一方、隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士が固定されていない場合、光演算装置ＡＣを構成する複数の光回折素子ユニットＵＣの組み合わせを任意に変更することができる。
　光回折素子ユニットＵＣにおいては、基板１０Ｃの厚みと、被覆層２Ｃとの厚みとの和が所望の値になる構成が採用されているため、隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士における光回折構造１１の間隔を、容易に、所望の値に略一致させることができる。
　また、隣接する光回折素子ユニットＵＣ同士が接着剤を用いて固定されていない場合、各光回折素子ユニットＵＣは、固定状態と非固定状態とを任意に選択可能な選択的固定手段を用いて、固定されていてもよい。選択的固定手段は、各光回折素子ユニットＵＣの幅と同じ幅の溝が切られたガイドであってもよいし、積層した状態の複数の光回折素子ユニットＵＣを収容可能なケースであってもよい。
　また、上述したガイド又はケースは、板バネを用いたストッパーを備えていてもよい。例えば、選択的固定手段がストッパーである場合、光演算装置ＡＣのカバーＣＵと、ケースの上蓋との間に板バネを介在させておけばよい。光演算装置ＡＣを終了した状態でケースの上蓋を閉めることによって、積層された光回折素子ユニットＵＣには、主面１０１Ｃの法線方向に沿って、光演算装置ＡＣを挟み込む力が作用する。この力は、板バネにより生じる。これにより、光演算装置ＡＣにおいて、各光回折素子ユニットＵＣ及びカバーＣＵ，ＣＢの位置を保持することができる。また、この構成によれば、ケースの上蓋を開けることによって、光演算装置ＡＣを挟み込む力が作用しなくなるので、光回折素子ユニットＵＣの組み合わせを交換することができる。
　また、一方のカバー（例えばカバーＣＢ）のみをケースに接着剤を用いて固定しておき、そのカバーの上に複数の光回折素子ユニットＵＣを積層する構成であってもよい。
　また、各光回折素子ユニットＵＣの主面２１Ｃ，１０２Ｃが平滑な平面により構成されている場合（例えば、図２～図４参照）には、カバーＣＵ，ＣＢの各々をケースに接着剤を用いて固定しておいてもよい。カバーＣＵとカバーＣＢとの間隔は、積層する光回折素子ユニットＵＣの枚数に応じて適宜定めておけばよい。この構成によれば、光回折素子ユニットＵＣの組み合わせを交換することができる。
　＜組立方法及び製造方法＞
　本発明の一態様には、複数の光回折素子ユニットＵＣを含む光演算装置ＡＣの組立方法及び製造方法も含まれる。組立方法は、各光回折素子ユニットＵＣが独立された状態で工場から出荷され、ユーザが各光回折素子ユニットＵＣを組み立てることによって光演算装置ＡＣを得る場合の方法である。また、製造方法は、工場において光演算装置ＡＣを製造する場合の方法である。
　本組立方法をユーザが実施することによって、所望の光演算を実施可能な光回折素子ユニットＵＣを選択し、選択した複数の光回折素子ユニットＵＣを組み合わせることによって、光演算装置ＡＣを組み立てることができる。
　図５に示した３つの光回折素子ユニットＵＣのうち隣接する２つの光回折素子ユニットＵＣは、第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットの一例である。本実施形態においては、図５に示した下段、中段、及び、上段の光回折素子ユニットＵＣを、それぞれ、第１光回折素子ユニット、第２光回折素子ユニット、及び、第３光回折素子ユニットとする。なお、光演算装置ＡＣを構成する光回折素子ユニットＵＣの数は、３つに限定されず、複数であればよい。
　本組立方法及び本製造方法は、図５の下段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面２１Ｃと、図５の中段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面１０２Ｃとを互いに接触させる工程を含んでいる。
　なお、この工程においては、接触させられる主面２１Ｃと主面１０２Ｃとを、透光性を有する接着層を用いて固定してもよい。すなわち、主面２１Ｃと主面１０２Ｃとは、接着層を介して接触していてもよい。なお、接着層を構成する材料としては、透光性を有する樹脂（例えば光硬化型樹脂）が挙げられる。
　また、本組立方法及び本製造方法は、カバーＣＢの光回折素子ユニットＵＣ側の主面と、図５の下段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面１０２Ｃとを互いに接触させる工程と、図５の中段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面２１Ｃと、図５の上段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面１０２Ｃとを互いに接触させる工程と、図５の上段に示した光回折素子ユニットＵＣの主面２１Ｃと、カバーＣＵの光回折素子ユニットＵＣ側の主面とを互いに接触させる工程と、を更に含んでいる。図５に示した一点鎖線の矢印は、これらの工程を意味する。
　なお、本実施形態においては、複数の光回折素子ユニットＵＣを用いて光演算装置ＡＣを構成している。ただし、本発明の一実施形態に係る光演算装置ＡＣを構成する光回折素子ユニットは、光回折素子ユニットＵＣに限定されず、本発明の一実施形態に係る光回折素子ユニットであればよい（例えば図１～図４参照）。
　＜変形例＞
　光演算装置ＡＣの一変形例である光演算装置ＡＤについて、図６を参照して説明する。図６は、光演算装置ＡＤの分解断面図である。なお、図６においては、図面を見やすくするために、ハッチングを省略している。
　光演算装置ＡＤは、光演算装置ＡＣをベースにして、各光回折素子ユニットＵＣを光回折素子ユニットＵＤに置換することによって得られる。光回折素子ユニットＵＤは、図２に示す光回折素子ユニットＵの第４の変形例である。
　光回折素子ユニットＵＤは、光回折素子１Ｄ及び被覆層２Ｄに加えて、被覆層３Ｄを備えている。光回折素子１Ｄ及び被覆層２Ｄは、それぞれ、光回折素子ユニットＵの光回折素子１及び被覆層２に対応する。被覆層３Ｄは、第２被覆層の一例である。
　被覆層３Ｄは、互いに対向する主面３１Ｄ及び主面３２Ｄを有する層状又は板状の部材であって、透光性を有する部材である。主面３２Ｄは、第２被覆層の一対の主面のうち基板と反対側に設けられた主面の一例である。
　被覆層３Ｄの厚みは、基板１０Ｄの厚みと、被覆層２Ｄの厚みと、被覆層３Ｄの厚みとの和が所望の厚みになるように定められている。
　主面３２Ｄには、断面形状が矩形である凸部が複数（図６においては５つ）形成されている。これらの複数の凸部は、図５に示した光回折素子ユニットＵＣにおいて、主面１０２Ｃに形成された複数の凸部と同一に構成されている。
　主面２１Ｄには、主面３２Ｄの形状と相補的な形状になるように、断面形状が矩形である凹部が複数（図５においては５つ）形成されている。これらの複数の凹部は、図５に示した光回折素子ユニットＵＣにおいて、主面２１Ｃに形成された複数の凹部と同一に構成されている。
　このように、主面３２Ｄに形成された凸部の形状と、主面２１Ｄに形成された凹部の形状とは、互いに相互的である。この構成により、複数の光回折素子ユニットＵＣを図６に示すように重ねた場合に、隣接する光回折素子ユニットＵＤ同士における主面３２Ｄと主面２１Ｄとは、界面に隙間が生じることがなく、又は、界面に隙間がほとんど生じることがなく、互いに接触する。
　本組立方法及び本製造方法には、光演算装置ＡＣの組立方法及び製造方法と同様の組立方法及び製造方法を適用することができる。
　光演算装置ＡＤの組立方法及び製造方法は、図６の下段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面２１Ｄと、図６の中段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面３２Ｄとを互いに接触させる工程を含んでいる。この工程は、主面２１Ｄと主面３２Ｄとを、透光性を有する接着層を用いて固定するように構成されていてもよい。
　また、本組立方法及び本製造方法は、カバーＣＢの光回折素子ユニットＵＤ側の主面と、図６の下段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面３２Ｄとを互いに接触させる工程と、図６の中段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面２１Ｄと、図６の上段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面３２Ｄとを互いに接触させる工程と、図６の上段に示した光回折素子ユニットＵＤの主面２１Ｄと、カバーＣＵの光回折素子ユニットＵＤ側の主面とを互いに接触させる工程と、を更に含んでいる。図６に示した一点鎖線の矢印は、これらの工程を意味する。
　（まとめ）
　本発明の第１の態様に係る光回折素子ユニットは、第１主面及び第２主面を有する基板を含み、複数のマイクロセルからなる光回折構造が前記第１主面に形成された光回折素子と、前記第１主面を覆い、透光性を有する第１被覆層と、を備えている。
　上記の構成によれば、光回折構造が第1主面とともに、第１被覆層により覆われているため、外部から加えられ得る圧力や衝撃などから光回折構造を保護することができる。したがって、本光回折素子ユニットは、ハンドリングのしやすさを向上させることができる。
　また、本発明の第２の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記光回折構造が前記第１被覆層に埋設されている、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、第１被覆層が光回折構造と空気との接触を遮断するため、光回折構造にゴミなどの異物が付着することを抑制することができる。また、第１被覆層が光回折構造と空気中に含まれる酸素分子及び水分との接触を遮断するため、光回折構造の劣化を抑制することができる。
　また、本発明の第３の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記第１被覆層が前記光回折構造から離間している、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、あらかじめ別工程で作成した被覆を被せるだけで本光回折素子ユニットを製造できるので、上述した第２の態様に係る光回折素子ユニットに比べて容易に製造することができる。
　また、本発明の第４の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第３の態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記第１被覆層と前記光回折構造との間の空間には、液体、気体、及び樹脂の何れかが充填されている、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光回折構造の回りの空間に液体、気体、及び樹脂の何れかが充填されているため、光回折構造と光回折素子ユニットの外部に存在する空気との接触を遮断することができる。したがって、光回折構造にゴミなどの異物が付着することを抑制することができる。また、空間に充填されている液体、気体、及び樹脂の何れかが酸素分子及び水分を含んでいない場合には、光回折構造と空気中に含まれる酸素分子及び水分との接触を遮断するため、本光回折素子ユニットは、光回折構造の劣化を抑制することができる。
　また、本発明の第５の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記第２主面を覆い、透光性を有する第２被覆層を更に備えており、前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状と、前記第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状とが、互いに相補的である、構成が採用されている。
　また、本発明の第６の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記第２主面が露出しており、前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状と、前記第２主面の形状とが、互いに相補的である、構成が採用されている。
　本発明の第５の態様に係る光回折素子ユニットよれば、少なくとも２つの光回折素子ユニットを用いて光演算装置を構成する場合に、前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とを、隙間なく接触させることができる。また、本発明の第６の態様に係る光回折素子ユニットによれば、少なくとも２つの光回折素子ユニットを用いて光演算装置を構成する場合に、前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２主面とを、隙間なく接触させることができる。したがって、これらの主面同士の界面において生じ得る反射損失を抑制することができる。
　本発明の第７の態様に係る光演算装置は、上述した第１の態様～第６の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含み、前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とが互いに接触している。
　本発明の第７の態様に係る光演算装置は、本発明の一態様に係る光回折素子ユニットを含んでいる。そのため、本光演算装置においては、光回折素子ユニットを容易にハンドリングすることができる。したがって、本光演算装置は、容易に、組み立てたり製造したりすることができる。
　また、上記の構成によれば、光回折素子ユニットの厚み（基板の厚みと第１被覆層の厚みとの和、又は、基板の厚みと第１被覆層の厚みと第２被覆層の厚みとの和）を所望の値に設定しておくことによって、複数の光回折素子ユニットを積層して光演算装置を構成する場合に、光回折構造同士の間隔を所望の値に略一致させることができる。したがって、本光演算装置は、複数の光回折素子ユニットの組み合わせを容易に変更可能な光演算装置を構成するために、好適である。
　本発明の第８の態様に係る組立方法は、上述した第１の態様～第６の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含む光演算装置の組立方法であって、前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とを互いに接触させる工程を含んでいる。
　本発明の第９の態様に係る製造方法は、上述した第１の態様～第６の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含む光演算装置の製造方法であって、前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とを互いに接触させる工程を含んでいる。
　本発明の第８の態様に係る組立方法、及び、本発明の第９の態様に係る製造方法は、本発明の一態様に係る光回折素子ユニットを含んでいる。そのため、光回折素子ユニットを組み立てたり製造したりする場合に、本組立方法及び本製造方法においては、光回折素子ユニットを容易にハンドリングすることができる。したがって、本組立方法及び本製造方法は、容易に、光演算装置を組み立てたり製造したりすることができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　　ＡＣ，ＡＤ　光演算装置
　　Ｕ，ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ，ＵＤ　光回折素子ユニット
　　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　光回折素子
　１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ　基板
１０１，１０２，１０１Ｂ，１０２Ｂ，１０１Ｃ，１０２Ｃ，１０１Ｄ，１０２Ｄ　主面
　１１　光回折構造
　　２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ　被覆層
　２１，２２，２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄ　主面

Claims (9)

  1. 　第１主面及び第２主面を有する基板を含み、複数のマイクロセルからなる光回折構造が前記第１主面に形成された光回折素子と、
    　前記第１主面を覆い、透光性を有する第１被覆層と、を備えている、
    ことを特徴とする光回折素子ユニット。
  2. 　前記光回折構造が前記第１被覆層に埋設されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光回折素子ユニット。
  3. 　前記第１被覆層は、前記光回折構造から離間している、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光回折素子ユニット。
  4. 　前記第１被覆層と前記光回折構造との間の空間には、液体、気体、及び樹脂の何れかが充填されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載の光回折素子ユニット。
  5. 　前記第２主面を覆い、透光性を有する第２被覆層を更に備えており、
    　前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状と、前記第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状とが、互いに相補的である、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光回折素子ユニット。
  6. 　前記第２主面が露出しており、
    　前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面の形状と、前記第２主面の形状とが、互いに相補的である、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光回折素子ユニット。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載の光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含み、
    　前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とが互いに接触している、
    ことを特徴とする光演算装置。
  8. 　請求項１～６の何れか一項に記載の光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含む光演算装置の組立方法であって、
    　前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とを互いに接触させる工程を含んでいる、
    ことを特徴とする組立方法。
  9. 　請求項１～６の何れか一項に記載の光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット及び第２光回折素子ユニットを少なくとも含む光演算装置の製造方法であって、
    　前記第１光回折素子ユニットの前記第１被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面と、前記第２光回折素子ユニットの第２主面、又は、前記第２主面を覆う第２被覆層の一対の主面のうち前記基板と反対側に設けられた主面とを互いに接触させる工程を含んでいる、
    ことを特徴とする製造方法。
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