JP2007065183A - 負屈折を示す媒質及び光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】用いる光の波長λと同程度あるいはそれよりも小さな寸法の光分配器あるいは光伝送器としての光学系を提供すること。
【解決手段】負屈折を示す媒質で形成された平行平板を複数枚(504,505)有する光学系であって、平行平板504,505は分離して配置されている。
【選択図】 図1
【解決手段】負屈折を示す媒質で形成された平行平板を複数枚(504,505)有する光学系であって、平行平板504,505は分離して配置されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、負屈折を示す媒質で形成された平行平板を複数枚有する光学系に関する。
光あるいは電磁波を用いた光学素子、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、信号処理系等の光学系及びそれらを用いた光学装置が従来より知られている。これらの光学系は光あるいは電磁波の波動性のために生ずる回折の為に、解像、点像強度分布の大きさが制限される欠点があった。
そこでこの回折限界を越える結像を実現する技術として以下の非特許文献2,5等では負屈折率媒質を用いることが記されている。
図12は、その説明図で、負屈折率媒質301で形成された平行平板380による結像を示したものである。図12において、
a…物点と平板380の左側面の距離、b…像点と平板380の右側面の距離
t…平板380の厚さ、i…入射角、r…屈折角、ns …負屈折率媒質301の真空に対する屈折率、とする。
a…物点と平板380の左側面の距離、b…像点と平板380の右側面の距離
t…平板380の厚さ、i…入射角、r…屈折角、ns …負屈折率媒質301の真空に対する屈折率、とする。
平行平板380の周囲の真空に対する屈折率はn0 であり真空の場合n0 =1である。図12はn0 =1,ns =−1の場合を示している。
矢印は物体から出た光のうちの放射光成分を示している。非特許文献2によれば屈折の法則が成り立つから
n0 sin i=ns sin r …式101
であり、n0 =1,ns =−1とすれば
r=−i …式102
となる。従って、
a+b=t …式103
を満たすt0 ′のところに放射光成分の光は像点として結像する。
n0 sin i=ns sin r …式101
であり、n0 =1,ns =−1とすれば
r=−i …式102
となる。従って、
a+b=t …式103
を満たすt0 ′のところに放射光成分の光は像点として結像する。
一方、物点から出たエバネッセント波も式103を満たすbのところで、物点と等強度になる。物体から出たすべての光が像点に集まるので回折限界を越える結像が実現する。これを完全結像と呼ぶ。完全結像は負屈折率媒質301の周囲が真空でなくても、式103かつ
ns =−n0 …式104
を満たせば実現することが以下の非特許文献2により知られている。
ns =−n0 …式104
を満たせば実現することが以下の非特許文献2により知られている。
なお408は撮像素子である。
一方光信号処理回路,光IC,光LSI等では光を2つに分ける光分配器が用いられている。
図13はその一例で光導波路を用いた光分配器501の例である。光源(たとえば半導体レーザー)321からの光は、光分配器501で2つに分けられ受光素子324に入射する。光の通過路502の屈折率はその周囲503の屈折率よりも高く構成されている。
光学系の仕組みと応用、73−77,166−170 オプトロニクス社、2003年 J.B.Pendry Phys.Rev.Lett., Vol.85,18(2000)3966-3969 M.Notomi Phys.Rev.B.Vol.62(2000)10696 V.G.Veselago Sov.Phys.Usp.Vol.10,509-514(1968) L.Liu and S.He Optics Express Vol.12 No.20 4835-4840(2004) 佐藤・川上 オプトロニクス 2001年7月号 197ページ Fang,etal., SCIENCE Vol.308-534(2005) US 2003/0227415 A1
US 2002/0175693 A1
光学系の仕組みと応用、73−77,166−170 オプトロニクス社、2003年 J.B.Pendry Phys.Rev.Lett., Vol.85,18(2000)3966-3969 M.Notomi Phys.Rev.B.Vol.62(2000)10696 V.G.Veselago Sov.Phys.Usp.Vol.10,509-514(1968) L.Liu and S.He Optics Express Vol.12 No.20 4835-4840(2004) 佐藤・川上 オプトロニクス 2001年7月号 197ページ Fang,etal., SCIENCE Vol.308-534(2005)
しかしながら、図13のような導波路の場合、その寸法を小さくしていき、使用する光の波長λよりも小さくすると、光が通過路502から外へ漏れてしまうという欠点があった。導波路は光伝送器の一つである。
本発明は上記従来の欠点を克服しながら、たとえば用いる光の波長λと同程度あるいはそれよりも小さな寸法の光分配器あるいは光伝送器としての光学系を提供するものである。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板は互いに分離して配置されている。
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記複数の平行平板のうちの一組が互いに非平行に配置されている。
また、本発明の第3の態様は、光学系であって、負屈折を示す媒質で形成されたプリズムと前記プリズムの斜面に配置された媒質を有し、前記斜面が全反射をする。
また、本発明の第4の態様は、第1の態様において、光源を有し前記光学系が光分配器である。
また、本発明の第5の態様は、第1の態様において、前記光学系が光伝送器である。
また、本発明の第6の態様は、負屈折を示す媒質であって、負屈折を示す媒質に電場又は電流を加えることにより、負屈折を示す媒質に電場を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させる。
また、本発明の第7の態様は、負屈折を示す媒質であって、負屈折を示す媒質に磁場を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させる。
本発明によれば、光が外に漏れるという欠点を克服しながら、たとえば用いる光の波長λと同程度あるいはそれよりも小さな寸法の光分配器あるいは光伝送器としての光学系を提供することが可能になる。
図1は本発明の第1実施形態の構成を示しており、負屈折率媒質301によって形成された平行平板504,505を用いた光分配器506の光学系の例である。
光源507から出た光のうち平行平板504の光入射面504Aに入射した光は図12の原理に従って受光器508にほぼ完全結像する。
一方、光源507から出た光のうち平行平板505の光入射面505Aに入射した光は図12の原理に従って受光器509にほぼ完全結像する。
ここで、
504B…平行平板504の光出射面、505B…平行平板505の光出射面、
a1 …光源507と光入射面504Aの距離、b1 …受光器508と光出射面504Bの距離、t1 …平行平板504の厚さ、a2 …光源507と光入射面505Aの距離、
b2 …受光器508と光出射面505Bの距離、t2 …平行平板505の厚さ、
ns1…平行平板504の真空に対する屈折率、ns2…平行平板505の真空に対する屈折率、n0 …平行平板504,505の周囲の媒質の真空に対する屈折率、θ…光入射面504Aと光入射面505Aとのなす角
である。
504B…平行平板504の光出射面、505B…平行平板505の光出射面、
a1 …光源507と光入射面504Aの距離、b1 …受光器508と光出射面504Bの距離、t1 …平行平板504の厚さ、a2 …光源507と光入射面505Aの距離、
b2 …受光器508と光出射面505Bの距離、t2 …平行平板505の厚さ、
ns1…平行平板504の真空に対する屈折率、ns2…平行平板505の真空に対する屈折率、n0 …平行平板504,505の周囲の媒質の真空に対する屈折率、θ…光入射面504Aと光入射面505Aとのなす角
である。
そして
a1 +b1 =t1 …式111
a2 +b2 =t2 …式112
ns1=ns2=−n0 …式113
がなりたつようにa1 ,b1 ,t1 ,a2 ,b2 ,t2 ,ns1,ns2,n0 は選ぶものとする。
a1 +b1 =t1 …式111
a2 +b2 =t2 …式112
ns1=ns2=−n0 …式113
がなりたつようにa1 ,b1 ,t1 ,a2 ,b2 ,t2 ,ns1,ns2,n0 は選ぶものとする。
このようにすることで光源507の光は受光器508,509に分配されて入射することになる。そして完全結像が成り立つので光分配器506の大きさをλ並、あるいはそれ以下にした場合でも、もれる光の割合が少ないメリットがある。
もちろん光分配器506の光学系の大きさはλ以上であってもよい。光源507としては量子ドットレーザー、フォトニック結晶を用いたレーザー、フォトニック結晶を用いた導波路の光出射端、発光ダイオード、光を発する物体、光を発する像等を用いればよい。さらに光源507の近傍に複数個の光源があってもよい。
受光器508,509としては量子ドット、フォトダイオード、フォトニック結晶等を用いた導波路の入射端、発光素子、撮像素子等を用いればよい。受光器508,509の近傍に複数個の受光器があってもよい。
なお、図1の具体例としては、
a1 =25nm(ナノメートル)、b1 =15nm、t1 =40nm、a2 =22nm、
b2 =18nm、t2 =40nm、ns1=−1.4、ns2=−1.4、n0 =1.4、
θ=90°、λ=400nm
である。
a1 =25nm(ナノメートル)、b1 =15nm、t1 =40nm、a2 =22nm、
b2 =18nm、t2 =40nm、ns1=−1.4、ns2=−1.4、n0 =1.4、
θ=90°、λ=400nm
である。
実用的には式111,式112,式113は厳密に成り立たなくてもよく、それぞれ次式にまで緩和される。
でも良い場合がある。
なお図1で平行平板504と505を1つにつなげて図2に示すようなL字型の平行平板511にすることもできる。
リソグラフィー,蒸着,スパッタリング等の方法で平行平板504,505,511を製造することもできる。
図3は、本発明の第2実施形態の構成を示しており、図1の例でθを90°より小さくし、55°とした光分配器512の光学系である。
504Aと505Aとがぶつかりにくくなり、504A,505Aの面積が広くとれるので、より完全結像が実現しやすくなるメリットがある。
図2の例と同様に、平行平板504と505とを一体にしてつなげてVの字型にしてもよい。この例でも式111〜式113−3−2は同様に成り立つ。なおθの値は90°より大きくしてもよい。
図3の具体例としては、
a1 =a2 =100nm、t1 =t2 =200nm、b1 =b2 =100nm
ns1=−1、ns2=1、θ=55°、λ=850nm
である。
a1 =a2 =100nm、t1 =t2 =200nm、b1 =b2 =100nm
ns1=−1、ns2=1、θ=55°、λ=850nm
である。
図4は本発明の第3実施形態の構成を示しており、図1の構成において、θを0°とした光分配器515の例である。この構成では光入射面504Aと505Aとがまったくぶつからないので光入射面504A,505Aの面積を図3の実施形態よりさらに広くとることができ、完全結像が実現しやすくなる。
この例でも式111〜式113−3−2は同様に成り立つ。また、n0 の値を平行平板504の周囲つまりa1 ,b1 の領域と、平行平板505の周囲つまりa2 ,b2 の領域で異ならせてもよい。それぞれのn0 について式113−3−1,式113−3−2は成り立つ。このことは本願の他の発明にも適用できる。
図5は本発明の第4実施形態の構成を示している。図5は4つの負屈折媒質で形成された平行平板504,505,516,517を用いた光分配器520の例であり、光を4つに分配できる特徴がある。
図5において、521,522は受光器である。
516A…516の光入射面、516B…516の光出射面
517A…517の光入射面、517B…517の光出射面
a3 …521と516Aの距離、b3 …521と516Bの距離、t3 …516の厚さ、
a4 …522と517Aの距離、b4 …522と517Bの距離、t4 …517の厚さ
ns3…516の真空に対する屈折率、ns4…517の真空に対する屈折率
n0 …504,505,516,517の周囲の媒質の真空に対する屈折率
θ1 …504Aと505Aとのなす角、θ2 …504Aと516Aとのなす角
θ3 …516Aと517Aとのなす角、θ4 …517Aと505Aとのなす角
である。
517A…517の光入射面、517B…517の光出射面
a3 …521と516Aの距離、b3 …521と516Bの距離、t3 …516の厚さ、
a4 …522と517Aの距離、b4 …522と517Bの距離、t4 …517の厚さ
ns3…516の真空に対する屈折率、ns4…517の真空に対する屈折率
n0 …504,505,516,517の周囲の媒質の真空に対する屈折率
θ1 …504Aと505Aとのなす角、θ2 …504Aと516Aとのなす角
θ3 …516Aと517Aとのなす角、θ4 …517Aと505Aとのなす角
である。
ai ,bi ,ti ,nsi(iは1〜4の自然数)は、式111〜113−3−2で、添字1,2をiでおきかえた式を満す。
平行平板504,505,516,517,を一つにつなげて矩形状にし、光源507を取り囲むようにしてもよい。あるいは3つ、あるいは5つ以上の平行平板をつなげて、多角形の形状に配置してもよい。
また、
ti ≦ λ …式114
を満すようにすれば、負屈折率媒質の光吸収によって生ずる、完全結像からの結像性質の低下が少なくてよい。
ti ≦ λ …式114
を満すようにすれば、負屈折率媒質の光吸収によって生ずる、完全結像からの結像性質の低下が少なくてよい。
式114は図1〜4、後述の図6の例にも適用できる。
図5の具体例としては、
a1 =a2 =a3 =a4 =60nm、b1 =b2 =b3 =b4 =20nm
t1 =t2 =t3 =t4 =80nm、ns1=ns2=ns3=ns4=−1.003
n0 =1.003、θ1 =θ2 =θ3 =θ4 =90°、λ=1500nm
である。光分配器520の周囲の媒質は空気である。
a1 =a2 =a3 =a4 =60nm、b1 =b2 =b3 =b4 =20nm
t1 =t2 =t3 =t4 =80nm、ns1=ns2=ns3=ns4=−1.003
n0 =1.003、θ1 =θ2 =θ3 =θ4 =90°、λ=1500nm
である。光分配器520の周囲の媒質は空気である。
図6は本発明の第5実施形態の構成を示している。この構成は、図3の例における光源507を取り除き、受光器509を取り除いた光源507で置き換えたものである。このような構成によれば、光は下→中央→右上と伝送され、屈曲した光路の光伝送が可能となる。矢印のついた線分は光源507から発せられた光のうち放射光成分の進路を表わす。
この場合でも式111〜式113−3−2は同様に成り立つ。
同様に、図1,2,4,5の実施形態においても受光器508,509の配置を変えることで光伝送器に用いることができる。
図1〜6に示した光学系は光分配器あるいは光伝送器等として光LSI,光IC,信号処理装置,各種光学装置に用いることができる。
図7は本発明の第6実施形態の構成を示している。この構成では、負屈折率媒質で形成された全反射プリズム530の光学系で、光伝送器として用いられるものである。
ここでの全反射プリズム530は、2等辺三角形のプリズム531と、該プリズム531の斜面に設けられた媒質532とから形成されている。534は全反射プリズム530の入射面、535は全反射プリズム530の出射面である。ここで、
npr…531の屈折率、nk …532の屈折率、n0 …530の周囲の屈折率
β…三角形の相等しい頂角、α…β以外の第3番目の頂角、
a…507と534の距離、b…508と535の距離
L1 …光軸と534の交点と光軸と533の交点との距離
L2 …光軸と535の交点と光軸と533の交点との距離
とする。
npr…531の屈折率、nk …532の屈折率、n0 …530の周囲の屈折率
β…三角形の相等しい頂角、α…β以外の第3番目の頂角、
a…507と534の距離、b…508と535の距離
L1 …光軸と534の交点と光軸と533の交点との距離
L2 …光軸と535の交点と光軸と533の交点との距離
とする。
を満たすことが必要である。
ここで
npr < 0 …式117
であり、nk の符号は正でも負でもよい。
ここで
npr < 0 …式117
であり、nk の符号は正でも負でもよい。
また
npr = −n0 …式118
とすれば無収差の結像が実現できるのでよい。
npr = −n0 …式118
とすれば無収差の結像が実現できるのでよい。
光源507から出た光は
a+b=L1 +L2 …式119
をみたす位置に結像する。
a+b=L1 +L2 …式119
をみたす位置に結像する。
通常の正の屈折率を有する媒質で作られたプリズムと異なり、プリズム単体で結像作用を有するメリットがある。また光LSI,結像光学系,撮像装置,信号処理装置,各種光学装置に広く用いることができる。
を満すとなお良い。
とすればより全反射しやすくなるので、なお良い。
をみたせばよい。
をみたせばよい。
光源507,受光器508は式119を満す結像関係にあるが、光源507,受光器508を実際に置く位置は式119から多少ずれていてもよく、
0.8(a+b)≦L1 +L2 ≦1.2(a+b) …式119−2
であればよい。
光源507,受光器508は式119を満す結像関係にあるが、光源507,受光器508を実際に置く位置は式119から多少ずれていてもよく、
0.8(a+b)≦L1 +L2 ≦1.2(a+b) …式119−2
であればよい。
用途によっては
0.6(a+b)≦L1 +L2 ≦1.2(a+b) …式119−3
であればよい。
0.6(a+b)≦L1 +L2 ≦1.2(a+b) …式119−3
であればよい。
図7の実施形態の変形例としては
npr=−1、nk =−0.5、n0 =1、β=45°、α=90°
a=0.6μm(ミクロメータ)、b=0.5μm、L1 =0.55μm、
L2 =0.55μm、λ=1.3μmである。
npr=−1、nk =−0.5、n0 =1、β=45°、α=90°
a=0.6μm(ミクロメータ)、b=0.5μm、L1 =0.55μm、
L2 =0.55μm、λ=1.3μmである。
他の変形例としては
npr=−1.5、nk =0.6、n0 =1.5、β=55°、α=70°
a=5μm、b=7μm、L1 =6.5μm、L2 =5.5μm、λ=0.8μm
である。
npr=−1.5、nk =0.6、n0 =1.5、β=55°、α=70°
a=5μm、b=7μm、L1 =6.5μm、L2 =5.5μm、λ=0.8μm
である。
なお図1〜7で1点鎖線が光学系としての光軸を表わすものとする。太い矢印は光の進む方向を示している。
本発明の光学系は光回路,光IC,光LSI等の光信号処理系に用いるとよい。
本発明は、紫外光,可視光,近赤外光,赤外光,遠赤外光,テラヘルツ波,マイクロ波等に利用すると良い。負屈折率媒質の持つ色収差の影響を軽減するためには単一波長の光あるいは波長域の狭い光(例えば幅100nm以下)を用いると良い。
以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質301の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図8は、フォトニック結晶340の第1の具体例を示し、図9は、フォトニック結晶340の第2の具体例を示している。図8,図9に示すように、フォトニック結晶340はλ〜数十分の1λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はSiO2 アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、GaAs等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のX,Y,Z方向の繰返しの周期Sx,Sy,Szの値がλ〜数十分の1λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている(非特許文献3を参照のこと)。図のz方向を光学系の光軸とするのが良い。
Z軸はフォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸の方向である。
Sx,Sy,Szは次式のいずれかを満すことが望ましい。
λ/10<Sx<λ …式5−1
λ/10<Sy<λ …式5−2
λ/10<Sz<λ …式5−3
Sx,Sy,Szの値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
λ/10<Sy<λ …式5−2
λ/10<Sz<λ …式5−3
Sx,Sy,Szの値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
用途によっては、
λ/30<Sx<4λ …式5−4
λ/30<Sy<4λ …式5−5
λ/30<Sz<4λ …式5−6
のいずれかを満せばよい。
λ/30<Sx<4λ …式5−4
λ/30<Sy<4λ …式5−5
λ/30<Sz<4λ …式5−6
のいずれかを満せばよい。
図8、図9は3次元のフォトニック結晶の例であるが、2次元のフォトニック結晶を用いてもよい。
になることが知られている。
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εが負の物質の薄膜等を用いてもよい。
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εが負の物質の薄膜等を用いてもよい。
また、負屈折率媒質のことを左手系材料(Left handed material)と呼ぶこともある。本願ではこれら負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εが負の物質の薄膜等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率εが負の物質の薄膜の場合、
ε=−εc …式5−6−9
を満すとほぼ完全結像が実現するので良い。また実用的には、
−1.2εc ≦ε≦−0.8εc …式5−7
を満すとよい。用途によっては、
−1.7εc ≦ε≦−0.5εc …式5−8
でもよい。
ε=−εc …式5−6−9
を満すとほぼ完全結像が実現するので良い。また実用的には、
−1.2εc ≦ε≦−0.8εc …式5−7
を満すとよい。用途によっては、
−1.7εc ≦ε≦−0.5εc …式5−8
でもよい。
但しεc は誘電率εの物質の薄膜と接する媒質、あるいは周囲の媒質の誘電率である。
また、負屈折率媒質の屈折率が製造誤差等で所望の値にならない場合がある。たとえば屈折率を−1にしたいのであるが、実際に製作された負屈折率媒質の屈折率は−1.1であった、というような場合である。このような事態に対処するためには例えば次のようにするのが良い。
図10,図11は、その一例であり、電気光学効果あるいは磁気光学効果を有する材料で作ったフォトニック結晶に電場あるいは磁場を加えられるようにした構成である。
540…電気光学効果を有する物質で作ったフォトニック結晶、541…電極
542…抵抗、543…可変抵抗、544…スイッチ、545…直流電源
550…磁気光学効果を有するフォトニック結晶、551…コイル、552…鉄芯
図10ではフォトニック結晶540に2つの電極541を通じて電場が加えられるようになっており、加える電場の強さは可変抵抗543で変化させることができる。このようにすることでフォトニック結晶540の屈折率が電場の強さによって変化するので、屈折率を所望の値に一致させることができるのである。
542…抵抗、543…可変抵抗、544…スイッチ、545…直流電源
550…磁気光学効果を有するフォトニック結晶、551…コイル、552…鉄芯
図10ではフォトニック結晶540に2つの電極541を通じて電場が加えられるようになっており、加える電場の強さは可変抵抗543で変化させることができる。このようにすることでフォトニック結晶540の屈折率が電場の強さによって変化するので、屈折率を所望の値に一致させることができるのである。
フォトニック結晶540の製作に用いることができる電気光学効果を有する材料としては、チタン酸バリウムBaTiO3 ,ニオブ酸リチウムLiNbO3 ,KDP(KD2 PO4 )等がある。フォトニック結晶540としてはフォトニック結晶の他、電気光学効果を有する負屈折を示す媒質であれば用いることができる。
図10でフォトニック結晶の代わりに負屈折を示す媒質を用いてもよい。
誘電率εあるいは透磁率μの値を変化させたい場合も同様に負屈折を示す媒質に電場を加えてやればよい。
図11では、フォトニック結晶550に加える磁場の強さを変えることによって、フォトニック結晶550の屈折率を変化させて所望の値にできるようになっている。
フォトニック結晶550の製作に用いることができる磁気光学効果を有する材料としては、アモルファスガドリニウム・コバルト,鉛ガラス等がある。
フォトニック結晶550としてはフォトニック結晶の他、磁気光学効果を有する負屈折を示す媒質であれば用いることができる。
図11でフォトニック結晶の代わりに負屈折を示す媒質を用いてもよい。
誘電率ε、あるいは透磁率μの値を変化させたい場合も、同様に負屈折を示す媒質に磁場を加えてやればよい。
以上では、電場又は磁場を加えたが、その代わりにフォトニック結晶等、負屈折を示す媒質に電流を加えて、屈折率、誘電率ε、透磁率μのいずれかを変化させてもよい。
用いる光の波長としては主に単色光の光源のほか連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミネッセントダイオード等の低コヒーレンス光源等を用いてもかまわない。
また本願で光という用語を用いた場合、任意の振動数の電磁波も含むものとする。特に波長をλとするとき、
100nm≦λ≦20cm …式280
の電磁波について用いると、実用上メリットが大きい。
100nm≦λ≦20cm …式280
の電磁波について用いると、実用上メリットが大きい。
また波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいこと等から、0.1μm〜3μmを用いるとさらによい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。波長を0.6μm以下にすれば、点像強度分布が小さくなるのでなお良い。
なお、負屈折率媒質を含む光学系の光軸に沿って計測した長さは20m以下とすれば、光学系及び光学装置が製作しやすいのでなお良い。
また、本願で完全結像という用語を用いたが、これは100%完全な結像が行われない場合も含むものとする。つまり、例えば、通常の回折効果よりは点像強度分布が小さくなっているというような場合も含めるものとする。
最後に、本実施形態で用いられる技術用語の定義を述べておく。
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、PDA用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、VTRカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザー走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、VTRカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタメカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン(ソニー社製プレイステーション)、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置(head mounted display:HMD)、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、人工視覚等がある。
ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。
照明装置の例として、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光LSI、光コンピュータ、PDA等がある。
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
撮像素子は、例えばCCD、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム、フォトレジスト等を指す。また、平行平面板はプリズムの1つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。
拡張曲面の定義は以下の通りである。
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を1つだけ有する非球面、対象面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。
撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。
観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。
投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。
投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。
表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。
信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系、光LSIの光学系がある。
光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子(DOE)、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。
(付記)
1.負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板は互いに分離して配置されている事を特徴とする光学系。
1.負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板は互いに分離して配置されている事を特徴とする光学系。
2.負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板のうちの一組が結合され一体化されていることを特徴とする光学系。
3.負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板のうちの一組が結合されV字形、あるいはL字形に一体化されていることを特徴とする光学系。
4.負屈折を示す媒質で形成された平行平板を3枚以上有する光学系であって、前記平行平板の一部が結合され多角形に一体化されていることを特徴とする光学系。
5.前記平行平板のうちの一組が互いに非平行に配置されていることを特徴とする1乃至4の光学系。
6.前記平行平板のうちの一組が互いに直角に配置されていることを特徴とする1乃至4の光学系。
7.前記平行平板のうちの一組のなす角が90度より大きく配置されていることを特徴とする1乃至4の光学系。
8.前記平行平板のうちの一組のなす角が90度より小さく配置されていることを特徴とする1乃至4の光学系。
9.光源と受光器を有し、式111−3、112−3のいずれかを満たす1乃至8の光学系。
10.式113−3−1、113−3−2のいずれかを満たす1乃至8の光学系。
11.前記光学系の大きさが用いる光の波長以下である1乃至8の光学系。
12.式114を満たす1乃至8の光学系。
13.負屈折を示す媒質で形成されたプリズムと前記プリズムの斜面に配置された媒質を有し、前記斜面が全反射をする光学系。
14.負屈折を示す媒質で形成されたプリズムと前記プリズムの斜面に配置された媒質を有し、式116かつ式117を満たす光学系。
15.式118−3を満たす13の光学系。
16.光源と受光器を有し、式119−3を満たす13の光学系。
17.光源を有し、前記光学系が光分配器であることを特徴とする1乃至12の光学系。18.前記光学系が光伝送器であることを特徴とする1乃至16の光学系。
19.前記負屈折を示す媒質が負屈折率媒質であることを特徴とする1乃至18の光学系。
20.前記負屈折を示す媒質が式5−6−9を満たし、誘電率が負の媒質であることを特徴とする1乃至18の光学系。
21.前記負屈折を示す媒質がフォトニック結晶であることを特徴とする1乃至20の光学系。
22.前記負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用い、かつ当該フォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸が前記光学系の光軸方向を向いていることを特徴とする1乃至21の光学系。
23.前記負屈折を示す媒質が完全結像の性質を示す媒質であることを特徴とする1乃至22の光学系。
24.用いる光が、単一の波長を持つ光である1乃至23の光学系。
25.1乃至23の光学系を用いた光LSI。
26.1乃至24の光学系を用いた信号処理装置。
27.1乃至24の光学系を用いた光学装置。
28.負屈折を示す媒質に電場又は電流を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させることを特徴とする負屈折を示す媒質。
29.電場又は電流を加えるための電極を有する28の光学系。
30.負屈折を示す媒質に磁場を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させることを特徴とする負屈折を示す媒質。
31.磁場を加えるためのコイルを有する30の光学系。
32.28乃至31で負屈折を示す媒質が負屈折率媒質である。
33.28乃至31で負屈折を示す媒質がフォトニック結晶である。
504 平行平板
504A 光入射面
504B 光出射面
505 平行平板
505A 光入射面
505B 光出射面
506 光分配器
507 光源
508 受光器
509 受光器
504A 光入射面
504B 光出射面
505 平行平板
505A 光入射面
505B 光出射面
506 光分配器
507 光源
508 受光器
509 受光器
Claims (7)
- 負屈折を示す媒質で形成された複数の平行平板を有する光学系であって、前記複数の平行平板は互いに分離して配置されている事を特徴とする光学系。
- 前記複数の平行平板のうちの一組が互いに非平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 負屈折を示す媒質で形成されたプリズムと、前記プリズムの斜面に配置された媒質とを有し、前記斜面が全反射をすることを特徴とする光学系。
- 光源を有し、前記光学系が前記光源からの光を分配する光分配器であることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 前記光学系が光伝送器であることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 負屈折を示す媒質に電場又は電流を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させることを特徴とする負屈折を示す媒質。
- 負屈折を示す媒質に磁場を加えることにより、前記負屈折を示す媒質の屈折率、または誘電率、または透磁率を変化させることを特徴とする負屈折を示す媒質。
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JP2005249671A JP2007065183A (ja) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | 負屈折を示す媒質及び光学系 |
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---|---|---|---|---|
JP2010204440A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Tamron Co Ltd | 光学特性可変装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000066002A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フォトニック結晶材料 |
JP2001296566A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 光偏向素子 |
JP2005004225A (ja) * | 2004-08-13 | 2005-01-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光屈折材料 |
-
2005
- 2005-08-30 JP JP2005249671A patent/JP2007065183A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000066002A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フォトニック結晶材料 |
JP2001296566A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 光偏向素子 |
JP2005004225A (ja) * | 2004-08-13 | 2005-01-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光屈折材料 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010204440A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Tamron Co Ltd | 光学特性可変装置 |
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