JP6345170B2

JP6345170B2 - 光束分割素子

Info

Publication number: JP6345170B2
Application number: JP2015502843A
Authority: JP
Inventors: 綾乃田辺; 信幸橋本
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: EP2963503A1; CN105009002A; US20160011564A1; EP2963503A4; CN105009002B; JPWO2014132781A1; EP2963503B1; WO2014132781A1

Description

本発明は、光束を分割する光束分割素子に関する。

近年、インコヒーレント光をサンプルに照射し、サンプルで反射または散乱された光を空間光変調素子を用いて光軸が同一となる平行光束と収束光束に分割し、その二つの光束による干渉縞を検出器で検出することにより、インラインホログラムを生成する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１を参照）。

米国特許出願公開第2008/0204833号

Joseph Rosen and Gary Brooker, "Fresnel incoherent correlation holography (FINCH): a review of research", Adv. Opt. Techn., 2012年, Vol. 1, pp. 151-169

上記の方法では、空間光変調素子をフレネルゾーンプレートとして機能させるために、例えば、マトリクス状に配置された複数の透明電極が空間光変調素子に設けられる。そのため、空間光変調素子内に透明電極による一様でない構造が形成されるので、その構造により、干渉縞の形成に利用する収束光束とは別個の回折が生じ、その結果として光の利用効率が低下する。また、空間光変調素子が、ホモジニアス配向された液晶分子が封入された液晶層を持つ液晶素子である場合、空間光変調素子は、液晶分子の配向方向と平行な偏光面を持つ光の位相を変調できるものの、液晶分子の配向方向に垂直な偏光面を持つ光の位相を変調できないので、収束光束には、一方の偏光面を持つ光のみが含まれることになる。そのため、収束光束と平行光束のスポットサイズが等しくなる位置ではコントラストは良好だが、光学系が長くなるという問題が発生する。また、空間光変調素子は、回折レンズとしての機能と光束に所定の位相変調量を与える機能を果たす必要があり、そのため、回折レンズのパワーを強くできないので、光学系の全長が長くなってしまう。

そこで、本発明は、干渉縞のコントラストを向上しつつ、光学系の全長を短縮可能な光束分割素子を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面によれば、光束分割素子が提供される。この光束分割素子は、入射した光の第１の方向に沿った偏光面を持つ第１の偏光成分と、第１の方向と直交する第２の方向に沿った偏光面を持つ第２の偏光成分との間に位相差を生じさせる位相変調素子と、その光を、第１の偏光成分を持つ第１の光束と第２の偏光成分を持つ第２の光束とに分割し、かつ、第１の光束及び第２の光束を同一の光軸に沿って出射させるとともに、第１の光束及び第２の光束のうちの少なくとも一方を収束光束とする少なくとも一つの複屈折レンズとを有する。
そして位相変調素子は、液晶分子が封入され、その液晶分子の長軸方向が第１の方向を向くように配向された液晶層と、液晶層を挟んで対向するように配置された二つの透明電極とを有し、二つの透明電極間に印加される電圧に応じて、第１の偏光成分の位相をシフトし、第２の偏光成分との間に位相差を生じさせる。

この光束分割素子は、少なくとも一つの複屈折レンズの後方に、第１の光束及び第２の光束のそれぞれのうち、第１の方向と第２の方向とがなす角を２等分する方向に沿った偏光成分を透過させる偏光板をさらに有することが好ましい。

またこの光束分割素子において、少なくとも一つの複屈折レンズは、光軸に沿って、第１の複屈折レンズと第２の複屈折レンズとを有することが好ましい。そして第１の複屈折レンズは、光軸に沿って、第１の偏光成分に対して第１の屈折率を持ち、かつ、第２の偏光成分に対して第２の屈折率を持つ複屈折層と、第２の屈折率を持つ透明材質層とを有し、複屈折層と透明材質層の間に、第１の偏光成分に対してパワーを有するレンズ面が形成される。一方、第２の複屈折レンズは、光軸に沿って、第１の偏光成分に対して第３の屈折率を持ち、かつ、第２の偏光成分に対して第４の屈折率を持つ複屈折層と、第３の屈折率を持つ透明材質層とを有し、複屈折層と透明材質層の間に、第２の偏光成分に対してパワーを有するレンズ面が形成される。

さらに、この光束分割素子において、第１の複屈折レンズは、複屈折層を挟んで対向するように形成された二つの透明電極をさらに有し、複屈折層は、液晶分子が封入され、かつ液晶分子の長軸方向が第１の偏光成分と平行となるように配向された液晶層であり、二つの透明電極間に印加される電圧に応じて第１の屈折率が変化することにより、第１の偏光成分に対するパワーを変化させることが好ましい。

さらに、この光束分割素子において、少なくとも一つの複屈折レンズは、光軸に沿って、第１の偏光成分に対して第１の屈折率を持ち、かつ、第２の偏光成分に対して第２の屈折率を持つ複屈折層と、第３の屈折率を持つ透明材質層とを有し、複屈折層と透明材質層の間に、第１の偏光成分に対して第１のパワーを有し、かつ、第２の偏光成分に対して第２のパワーを有するレンズ面が形成されることが好ましい。

本発明に係る光束分割素子は、干渉縞のコントラストを向上しつつ、光学系の全長を短縮できるという効果を奏する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置の概略構成図である。図２Ａは、位相変調素子をサンプル側から見た概略正面図である。図２Ｂは、図２Ａの矢印Ａ、Ａ’で示される線における、位相変調素子の概略側面断面図である。図３は、複屈折レンズの概略側面断面図である。図４Ａは、変形例による液晶複屈折レンズの概略正面図である。図４Ｂは、変形例による液晶複屈折レンズの概略側面図である。図５は、図４Ａの矢印Ｂ、Ｂ’で示される線における、液晶複屈折レンズの概略側面断面図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置の概略構成図である。図７Ａは、本発明の実施形態または変形例に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置をホログラムモードで使用する場合を示す図である。図７Ｂは、本発明の実施形態または変形例に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合を示す図である。図８Ａは、バルクレンズを有する光束分割素子を含むホログラム生成装置をホログラムモードで使用する場合を示す図である。図８Ｂは、バルクレンズを有する光束分割素子を含むホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合を示す図である。図９は、バルクレンズを有する光束分割素子を含むホログラム生成装置において、入射する光の波長が異なるときの光束の変化を示す図である。

以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による光束分割素子について説明する。この光束分割素子は、照明されたサンプルからの反射光、散乱光または蛍光の互いに直交する二つの偏光成分間に位相変調素子を用いて所望の位相差を生じさせる。さらにこの光束分割素子は、位相変調素子を透過した光を、位相変調素子の後方に配置された二つの複屈折レンズで同一の光軸に沿った偏光成分ごとの二つの収束光束に分割する。そしてこの光束分割素子は、その二つの収束光束を検出器上に集光させることで、検出器上に干渉縞を形成する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置の概略構成図である。図１に示されるように、ホログラム生成装置１は、光源２と、コリメータ３と、光束分割素子４と、検出器５と、コントローラ６とを有する。

光源２は、インコヒーレント光またはコヒーレント光を照明光として放射する発光素子を有する。そのために、光源２は、例えば、インコヒーレント光を発する発光素子として、水銀灯を有する。あるいは、光源２は、インコヒーレント光を発する発光素子として、キセノンアークランプまたは白熱電球を有してもよい。また、光源２は、発光素子から放射されたインコヒーレント光のうちの特定の色の光だけを透過させる色フィルタを有していてもよい。さらに光源２は、透過させる色が異なる複数の色フィルタと、それら色フィルタのうち、発光素子から放射されるインコヒーレント光の光路上に配置される色フィルタを切り替えるための色フィルタの保持機構を有していてもよい。
あるいはまた、光源２は、コヒーレント光を発する光源として、半導体レーザ、ガスレーザあるいは固体レーザなど、各種のレーザ光源の何れかを有していてもよい。
あるいは、光源２は、互いに異なる波長の光を放射する複数の発光素子を有していてもよい。この場合、光源２は、例えば、コントローラ６からの制御信号に従って、何れか一つの発光素子に照明光を放射させる。

光源２から放射された光は、サンプル１０で反射または散乱され、または蛍光染色されたサンプル１０の蛍光物質を励起し、その反射、散乱光、または蛍光は、コリメータ３によって平行光化された後、光束分割素子４を透過することで、光軸ＯＡに沿った二つの収束光束に分割される。そしてその二つの収束光束は、検出器５の検出面付近において光軸ＯＡ上に集光され、検出面上で干渉縞を生じる。

検出器５は、例えば、アレイ状に配列された複数のCCDまたはC-MOSなどの固体撮像素子を有し、１回の撮影の度に、各固体撮像素子が受光した光の強度に応じた電気信号を出力することで、検出器５の検出面上に形成された干渉縞の画像を生成する。そして検出器５は、その干渉縞の画像をコントローラ６へ出力する。

コントローラ６は、例えば、プロセッサと、メモリと、コントローラ６をホログラム生成装置１の各部と接続するためのインターフェース回路とを有する。そしてコントローラ６は、光源２に対して所定の電力を供給することにより、光源２に照明光を放射させる。また光源２が複数の発光素子を有する場合、コントローラ６は、例えば、図示しないユーザインターフェースを介したユーザの操作に従って、複数の発光素子のうちの何れか一つの発光素子に照明光を出力させる制御信号を光源２へ送信する。

またコントローラ６は、図示しない駆動回路を有し、その駆動回路を介して光束分割素子４が有する位相変調素子に印加する電圧を制御することで、光束分割素子４から出力される二つの光束間の位相差を制御する。なお、位相差の制御については後述する。
なお、駆動回路から位相変調素子に対して印加される駆動電圧は、例えば、パルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧であってもよい。

さらにコントローラ６は、検出器５から受信した、収束光束間の位相差が異なる複数の干渉縞の画像からサンプル１０のインラインホログラムを生成する。コントローラ６は、例えば位相変調素子により生じる位相差を制御して、位相差が0°のときの干渉縞の画像、位相差が120°のときの干渉縞の画像、及び位相差が240°のときの干渉縞の画像を取得し、それら３枚の画像からインラインホログラムを作成する。なお、複数の干渉縞の画像からインラインホログラムを得るための画像演算の詳細は、例えば、上述した、非特許文献１に開示されている。

以下、本発明の第１の実施形態による光束分割素子４について説明する。
光束分割素子４は、位相変調素子１１と、複屈折レンズ１２−１、１２−２と、偏光板１３とを有する。

位相変調素子１１は、入射した光のうち、所定の方向に沿った偏光成分の位相を、その所定の方向に対して直交する方向に沿った偏光成分の位相に対して、コントローラ６から印加された電圧に応じた位相変調量だけずらす。本実施形態では、位相変調素子１１は、ホモジニアス配向された液晶分子が封入された液晶層を持つ液晶素子である。

図２Ａは、位相変調素子１１をサンプル６側から見た概略正面図であり、図２Ｂは、図２Ａの矢印Ａ、Ａ’で示される線における、位相変調素子１１の概略側面断面図である。

位相変調素子１１は、液晶層２０と、光軸ＯＡに沿って液晶層２０の両側に略平行に配置された透明基板２１、２２を有する。また位相変調素子１１は、透明基板２１と液晶層２０の間に配置された透明電極２３と、液晶層２０と透明基板２２の間に配置された透明電極２４とを有する。そして液晶層２０に含まれる液晶分子２５は、透明基板２１及び２２と、シール部材２６との間に封入されている。また液晶層２０の厚さは、例えば、互いに直交する二つの偏光成分の間に、0°〜360°間の任意の位相差を与えるのに十分な厚さ、例えば、10μmとされる。

透明基板２１、２２は、例えば、ガラスまたは樹脂など、光源２が発する照明光に対して透明な材料により形成される。また透明電極２３、２４は、例えば、ＩＴＯと呼ばれる、酸化インジウムに酸化スズを添加した材料により形成される。なお、透明電極２３、２４は、それぞれ、液晶分子２５を駆動するアクティブ領域全体を覆うように形成される。さらに、透明電極２３と液晶層２０の間に配向膜（図示せず）が配置される。また透明電極２４と液晶層２０の間に配向膜（図示せず）が配置される。これら配向膜は、液晶分子２５を所定の方向に配向させる。
さらに、各基板、各透明電極及び各配向膜の外周に、各基板を保持するための鏡枠（図示せず）が配置されてもよい。

液晶層２０に封入された液晶分子２５は、例えば、ホモジニアス配向される。そして液晶分子２５は、その長軸方向が、光軸ＯＡに直交する面内の特定の方向を、例えば、矢印２０１で示される方向を向くように配向される。

ここで、透明電極２３と２４との間に電圧が印加されると、液晶分子２５がその電圧に応じて電圧が印加された方向に対して平行になる方向に傾く。液晶分子２５の長軸方向と、電圧が印加された方向とがなす角をψとすれば、液晶層２０を透過する光は、長軸方向に対して角ψをなす。このとき、液晶分子２５が配向された方向と平行な偏光成分に対する液晶分子の屈折率をn_ψとすると、n_o≦n_ψ≦n_eとなる。ただし、n_oは液晶分子の長軸方向に直交する偏光成分に対する屈折率であり、n_eは液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する屈折率である。

そのため、液晶層２０に含まれる液晶分子２５がホモジニアス配向されており、液晶層２０の厚さがdであると、液晶分子２５の配向方向に平行な偏光成分と液晶分子２５の配向方向に直交する偏光成分との間に、光路長差Δnd(=n_ψd-n_od)が生じる。したがって、透明電極２３と２４との間の液晶層２０に印加される電圧を調節することにより、光束分割素子４は、液晶分子２５の配向方向に平行な偏光成分と、液晶分子２５の配向方向に直交する偏光成分との間に、2πΔnd/λの位相差を与えることができる。なお、λは、液晶層２０を透過する光の波長を表す。

なお、以下では、説明の便宜上、液晶分子２５の配向方向をx方向とし、液晶分子２５の配向方向に直交する方向をy方向とする。

例えば、コントローラ６は、x方向の偏光成分とy方向の偏光成分間の位相差と電圧との関係を表す参照テーブルを記憶し、その参照テーブルを参照することにより、所望する位相差に対して液晶層２０に印加する電圧を決定すればよい。

また、光源２が、波長の異なる光を発する複数の発光素子を有するか、透過させる波長が異なる複数の色フィルタを有する場合、コントローラ６は、光源２からサンプル１０へ照射される光の波長に応じて、透明電極２３と２４との間の液晶層２０に印加する電圧を調整することで、x方向の偏光成分とy方向の偏光成分との間に所望の位相差を生じさせることができる。

この場合、コントローラ６は、波長ごとに、x方向の偏光成分とy方向の偏光成分間の位相差と電圧との関係を表す参照テーブルを記憶していてもよい。この場合、コントローラ６は、波長に応じた参照テーブルを参照することにより、所望する位相差に対して液晶層２０に印加する電圧を適切に決定できる。
同様に、コントローラ６は、位相変調素子１１の複数の温度のそれぞれごとに、x方向の偏光成分とy方向の偏光成分間の位相差と電圧との関係を表す参照テーブルを記憶していてもよい。この場合、コントローラ６は、例えば、位相変調素子１１の近傍に配置された温度計（図示せず）による温度の測定値に最も近い温度に対応する参照テーブルを参照することにより、所望する位相差に対して液晶層２０に印加する電圧を適切に決定できる。

位相変調素子１１を透過した光は、複屈折レンズ１２−１、１２−２に入射する。

複屈折レンズ１２−１は、x方向に平行な偏光面を持つ偏光成分、すなわち、位相変調素子１１によって位相変調される偏光成分に対して正のパワーを有し、一方、y方向に平行な偏光面を持つ偏光成分に対して何のパワーも有さないレンズである。逆に、複屈折レンズ１２−２は、x方向に平行な偏光面を持つ偏光成分に対してパワーを有さず、一方、y方向に平行な偏光面を持つ偏光成分に対して正のパワーを有するレンズである。そのため、位相変調素子１１を透過した光のうち、x方向に平行な偏光面を持つ偏光成分は、複屈折レンズ１２−１による収束光束となり、一方、y方向に平行な偏光面を持つ偏光成分は、複屈折レンズ１２−２による収束光束となる。このように、位相変調素子１１を透過した光は、複屈折レンズ１２−１と１２−２により、二つの収束光束に分割される。

図３は、光軸ＯＡを通り、かつ、x方向に平行な面における、複屈折レンズ１２−１の概略側面断面図である。
複屈折レンズ１２−１は、略平行に配置された二つの透明基板３１、３２と、その透明基板３１、３２の間に挟まれた、透明基板３１の透明基板３２と対向する側の面に形成された透明材質層３３と、透明材質層３３と透明基板３２との間に形成された液晶層３４とを有する。

透明材質層３３は、後述するように、液晶層３４との境界面にレンズ面を形成することが可能なように、例えば、紫外線硬化する透明樹脂により形成される。
一方、液晶層３４は、液晶層３４を透過する光の偏光面によって屈折率が異なる複屈折層の一例である。液晶分子３５は、液晶層３４を囲うように設けられたシール部材３６により、液晶層３４内に封入されており、液晶層３４の外部への漏出が防止されている。なお、透明基板３２側に透明材質層が設けられ、透明基板３１側に液晶層が設けられてもよい。

透明材質層３３と液晶層３４の境界面には、光軸ＯＡを中心とし、透明材質層３３に対して凸となるフレネルレンズ面３７が形成されている。フレネルレンズ面３７に形成される各段差間の連続面は、例えば、球面として形成される。

また、透明材質層３３のフレネルレンズ面３７と透明基板３２の液晶層３４側の表面に、それぞれ、液晶分子３５を特定の方向に配向させるための配向膜（図示せず）が設けられる。
本実施形態では、液晶分子３５は、その長軸方向がx方向に平行となるようにホモジニアス配向される。すなわち、複屈折レンズ１２−１の液晶分子３５の配向方向は、位相変調素子１１の液晶分子２５の配向方向と同一である。そして液晶分子３５の長軸方向と直交する方向（すなわち、y方向）の偏光成分に対する屈折率が、透明材質層３３の屈折率と等しくなるように、液晶分子３５及び透明材質層３３の材質が選択される。これにより、フレネルレンズ面３７は、y方向の偏光面を持つ偏光成分に対しては、何のパワーも有さない。一方、液晶分子３５の長軸方向に沿った偏光成分に対する屈折率は、長軸方向と直交する方向に沿った偏光成分に対する屈折率よりも高いので、フレネルレンズ面３７は、x方向の偏光面を持つ偏光成分に対して正のパワーを有する。したがって、x方向の偏光面を持つ偏光成分は、フレネルレンズ面３７によって収束光束となり、一方、y方向の偏光面を持つ偏光成分は、フレネルレンズ面３７を透過しても平行光束のままとなる。

複屈折レンズ１２−２も、複屈折レンズ１２−１と同様の構造を持つ。ただし、複屈折レンズ１２−２では、液晶層に封入された液晶分子は、その長軸方向がy方向と平行になるようにホモジニアス配向される。そのため、複屈折レンズ１２−１とは逆に、複屈折レンズ１２-２内のフレネルレンズ面により、y方向の偏光面を持つ偏光成分は、収束光束となり、一方、x方向の偏光面を持つ偏光成分については、複屈折レンズ１２−２は、平行平板として機能する。したがって、位相変調素子１１を透過した光は、複屈折レンズ１２−１により収束される、x方向に平行な偏光面を持つ光束Ｂ１と、複屈折レンズ１２−２により収束される、y方向に平行な偏光面を持つ光束Ｂ２とに分割される。また、光束Ｂ１、Ｂ２の何れも、光軸ＯＡに沿って進み、検出器５の検出面の近傍で、光軸ＯＡ上に集光される。

なお、複屈折レンズ１２−１と複屈折レンズ１２−２の順序は入れ替わってもよい。
変形例によれば、各複屈折レンズにおいて、透明材質層の屈折率と液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する液晶層の屈折率が等しくなるように、透明材質層の材質及び液晶分子の材質が選択されてもよい。この場合には、透明材質層の屈折率の方が、液晶分子の長軸方向に直交する偏光成分に対する液晶層の屈折率よりも高くなるので、複屈折レンズが正のパワーを持つために、フレネルレンズ面は、液晶層に対して凸となるように形成される。

また他の変形例によれば、各複屈折レンズは、液晶層の代わりに、一軸性の複屈折結晶により形成される複屈折層を有していてもよい。この場合も、一方の複屈折レンズについて複屈折結晶の進相軸がx方向となり、他方の複屈折レンズについて複屈折結晶の進相軸がy方向となるように、複屈折結晶が配置されればよい。また、この変形例では、複屈折結晶の常光線に対する屈折率が、透明材質層の屈折率と等しくなるように、複屈折結晶の材質及び透明材質層の材質が選択され、フレネルレンズ面が透明材質層に対して凸となるように形成される。あるいは、複屈折結晶の異常光線に対する屈折率が、透明材質層の屈折率と等しくなるように、複屈折結晶の材質及び透明材質層の材質が選択され、フレネルレンズ面が複屈折層に対して凸となるように形成されてもよい。

収束光束Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、偏光板１３に入射する。

偏光板１３は、x方向とy方向とがなす角を２等分する方向、すなわち、x方向に対して45°の偏光面を持つ偏光成分のみを透過させる。したがって、収束光束Ｂ１、Ｂ２は、いずれも、偏光板１３を透過することによってx方向に対して45°の偏光面を持つため、互いに干渉する。また、偏光板１３の透過軸がx方向とy方向とがなす角を２等分する方向を向いているので、サンプルからの光がほぼ無偏光である場合は、偏光板１３を透過した収束光束Ｂ１の強度と収束光束Ｂ２の強度もほぼ等しくなる。したがって、検出器５の検出面における、収束光束Ｂ１の強度と収束光束Ｂ２の強度がほぼ等しいので、コントラストの良好な干渉縞が得られる。
なお、収束光束Ｂ１の強度と収束光束Ｂ２の強度の差をより少なくするために、検出器５の検出面における収束光束Ｂ１のスポットサイズと収束光束Ｂ２のスポットサイズがほぼ等しくなるように、検出器５は配置されることが好ましい。

以上説明してきたように、本発明の一つの実施形態に係る光束分割素子は、たがいに直交する二つの偏光成分の何れの光束も、比較的強いパワーを持たせることが可能なフレネルレンズによって収束光束とするので、サンプルから検出器までの光学系の全長を短縮できる。またこの光束分割素子の位相変調素子は、光束が透過する領域全面に一様な透明電極を用いて光束を位相変調するので、透明電極の構造による回折が生じない。そのため、この光束分割素子は、光の利用効率を向上できる。さらに、この光束分割素子は、二つの光束の強度をほぼ等しくすることができるので、干渉縞のコントラストを向上できる。

なお、変形例によれば、上記の実施形態における複屈折レンズは、光軸を中心とする複数の輪帯状の透明電極を有する液晶複屈折レンズによって置換されてもよい。
図４Ａは、この変形例による液晶複屈折レンズの概略正面図であり、図４Ｂは、変形例による液晶複屈折レンズの概略側面図である。また図５は、図４Ａの矢印Ｂ、Ｂ’で示される線における、液晶複屈折レンズの概略側面断面図である。

この変形例では、二つの液晶複屈折レンズ４１、４２が含まれる。液晶複屈折レンズ４１では、液晶層内に封入される液晶分子の長軸方向がx軸方向に平行となるように、液晶分子がホモジニアス配向されるのに対し、液晶複屈折レンズ４２では、液晶層内に封入される液晶分子の長軸方向がy軸方向に平行となるように、液晶分子がホモジニアス配向される。それ以外の構成については、二つの液晶複屈折レンズは同一である。そのため、以下では、液晶複屈折レンズ４１について説明する。

液晶複屈折レンズ４１は、略平行に配置された二つの透明基板４３、４４と、その透明基板４３、４４の間に配置された、液晶層４５とを有する。そして液晶層４５に含まれる液晶分子４６は、液晶層４５を囲うように設けられたシール部材４７により、液晶層４５の外部への漏出が防止されている。
さらに、透明基板４３の液晶層４５側の表面には、光軸ＯＡを中心とする同心円状に形成された複数の輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎが設けられる。なお、隣接する二つの輪帯状透明電極は、所定の間隔だけ離して配置され、互いに絶縁されている。図４Ａでは、簡単化のために、輪帯状透明電極間の間隙は１本の線で示されている。また、図５では、簡単化のために、３個の輪帯状透明電極のみが示されているが、図４Ａに示されるように、より多数の輪帯状透明電極が設けられてもよい。一方、透明基板４４の液晶層４５側の表面には、透明電極４９が設けられる。輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎ及び透明電極４９は、それぞれ、液晶分子４６を駆動する領域であるアクティブ領域全体を覆うように形成される。また輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎ及び透明電極４９は、それぞれ、コントローラ６と接続される。

また、輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎの液晶層４５側の表面及び透明電極４９の液晶層４５側の表面に、それぞれ、液晶分子４６を特定の方向に配向させるための配向膜（図示せず）が設けられる。

この変形例では、コントローラ６が、輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎのそれぞれごとに、透明電極４９との間に印加する電圧を異ならせることにより、輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎのそれぞれごとに、その輪帯状透明電極と透明電極４９間に挟まれた液晶分子４６と光軸ＯＡとがなす角を異ならせることができる。その結果として、輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎのそれぞれごとに、x軸方向と平行な偏光成分に対する、その輪帯状透明電極と透明電極４９間の液晶層の屈折率を異ならせることができる。例えば、コントローラ６は、光軸ＯＡから離れるほど、x軸方向と平行な偏光成分に対する液晶層４６の屈折率が低くなるように、各輪帯状透明電極４８−１〜４８−ｎと透明電極４９間に電圧を印加する。これにより、液晶複屈折レンズ４１は、x軸方向と平行な偏光成分に対して、正のパワーを持つGRINレンズとして機能し、x軸方向と平行な偏光成分を収束光とすることができる。
同様に、コントローラ６は、液晶複屈折レンズ４２に対しても、光軸ＯＡから離れるほど、y軸方向と平行な偏光成分に対する液晶層の屈折率が低くなるように、各輪帯状透明電極と透明電極間に電圧を印加することで、液晶複屈折レンズ４２を、y軸方向と平行な偏光成分に対して正のパワーを持つGRINレンズとして機能させることができる。
したがって、この変形例でも、二つの液晶複屈折レンズ４１、４２は、入射した光束を偏光成分ごとの二つの収束光束に分割することができる。

また他の変形例によれば、光束分割素子は、複屈折レンズを一つだけ有してもよい。この場合には、一方の偏光成分を持つ光束は、平行光束のまま光束分割素子から出射される。そのため、検出器５の検出面上では、非特許文献１に示された装置によって生成される干渉縞と同様の干渉縞が形成される。

次に、第２の実施形態による光束分割素子について説明する。第２の実施形態による光束分割素子は、第１の実施形態による光束分割素子と比較して、複屈折レンズが一つであること、及び、複屈折レンズの透明材質層の屈折率と液晶層の屈折率の関係が異なる。そこで以下では、複屈折レンズについて説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置の概略構成図である。図６に示されるように、ホログラム生成装置１は、光源２と、コリメータ３と、光束分割素子４と、検出器５と、コントローラ６とを有する。なお、図６において、ホログラム生成装置１の各部には、図１に示された対応する構成要素の参照番号と同じ参照番号を付した。また光束分割素子４が有する複屈折レンズ１２の構造は、透明材質層の屈折率と液晶層の屈折率の関係を除いて、第１の実施形態による光束分割素子４が有する複屈折レンズ１２−１と同様とすることができる。したがって、複屈折レンズ１２の説明については、図３を参照されたい。

本実施形態では、複屈折レンズ１２において、液晶層３４に封入された液晶分子３５の長軸方向が、x方向またはy方向と平行になるように、液晶分子３５はホモジニアス配向される。
またこの実施形態では、透明材質層３３の屈折率は、液晶層３４に封入された液晶分子３５の長軸方向に直交する方向の偏光成分に対する液晶層３４の屈折率よりも低くなるように、透明材質層３３の材質及び液晶分子の材質が選択される。液晶分子３５の長軸方向に平行な方向の偏光成分に対する液晶層３４の屈折率は、その長軸方向に直交する方向の偏光成分に対する液晶層３４の屈折率よりも高いので、透明材質層３３と液晶層３４の境界面に形成され、透明材質層３３に対して凸となるフレネルレンズ面は、x方向の偏光成分及びy方向の偏光成分の何れに対しても正のパワーを持つ。そしてx方向の偏光成分に対する透明材質層３３の屈折率と液晶層３４の屈折率の差は、y方向の偏光成分に対する透明材質層３３の屈折率と液晶層３４の屈折率の差と異なるので、x方向の偏光成分に対するフレネルレンズ面のパワーは、y方向の偏光成分に対するフレネルレンズ面のパワーと異なる。したがって、第１の実施形態と同様に、複屈折レンズ１２を透過する光束は、x方向の偏光成分を持つ収束光束Ｂ１と、y方向の偏光成分を持つ収束光束Ｂ２に分割される。

なお、透明材質層３３の屈折率は、液晶層３４に封入された液晶分子３５の長軸方向に沿った偏光成分に対する液晶層３４の屈折率よりも高くなるように、透明材質層３３の材質及び液晶分子の材質が選択されてもよい。この場合には、フレネルレンズ面は、液晶層３４に対して凸となるように形成される。

この実施形態では、複屈折レンズの数が一つでよいので、サンプルからの光が透過する素子の数が少なくなり、その結果として表面反射による光の損失が抑制される。そのため、この実施形態による光束分割素子は、光の利用効率をより向上できる。

変形例によれば、上記の各実施形態における複屈折レンズは、液晶層を挟んで対向する二つの透明電極を有してもよい。例えば、図３に点線で示されるように、透明材質層３３のフレネルレンズ面３７の表面に透明電極３８が設けられ、透明基板３２の液晶層側の表面に他の透明電極３９が設けられる。そしてコントローラ６は、光源２から放射される光の波長に応じて、複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節することにより、波長によらずに液晶層の屈折率と透明材質層の屈折率の差を一定に保ち、その結果としてフレネルレンズ面によるパワーを一定に保つことができる。そのため、この変形例によれば、光源２から放射される光の波長によらずに、各収束光束が集光する位置を一定に保つことができる。

また、上記の各実施形態またはその変形例による光束分割素子を有するホログラム生成装置は、ホログラムを元のサンプルよりも拡大するように作成することで、ホログラフィック顕微鏡としても利用できる。

さらに、上記の各実施形態またはその変形例による光束分割素子を有するホログラム生成装置は、上述したようにサンプルのホログラムを生成するホログラムモードと、サンプルの像を検出器上に結像させて、サンプルの画像を生成するフォーカスモードとを切り替え可能であってもよい。

図７Ａは、本発明の実施形態または変形例に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置をホログラムモードで使用する場合を示す図である。一方、図７Ｂは、本発明の実施形態または変形例に係る光束分割素子を有するホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合を示す図である。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、ホログラム生成装置の各部には、図１に示されるホログラム生成装置の対応する各部と同じ参照番号を付した。また、簡単化のために、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、コントローラ及び光源は省略した。

ただし、図７Ａ及び図７Ｂに示されるホログラム生成装置１において、光束分割素子４が有する複屈折レンズ１２’−１、１２’−２は、それぞれ、図１に示された複屈折レンズ１２−１、１２−２に、レンズのパワーを調節可能なように、図３の点線で示された、液晶層を挟んで対向する二つの透明電極を追加したものである。なお、複屈折レンズ１２’−１、１２’−２の代わりに、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示された液晶複屈折レンズ４１、４２が用いられてもよい。

図１と同様に、光束分割素子４に入射した光のうち、x方向に平行な偏光成分は、複屈折レンズ１２’−１により収束光束Ｂ１となる。一方、x方向と直交するy方向に平行な偏光成分は、複屈折レンズ１２’−２により収束光束Ｂ２となる。ここで、複屈折レンズ１２’−１、１２’−２において、液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧に応じて、液晶層の屈折率が変化するので、その電圧を調節することにより、複屈折レンズ１２’−１、１２’−２のパワーが変化する。

そこで、図７Ａに示されるように、ホログラム生成装置１をホログラムモードで使用する場合、検出器５の検出面における収束光束Ｂ１のスポットサイズと収束光束Ｂ２のスポットサイズがほぼ等しくなるように、複屈折レンズ１２’−１の液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧、及び、複屈折レンズ１２’−２の液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧が調節される。

一方、図７Ｂに示されるように、ホログラム生成装置１をフォーカスモードで使用する場合、収束光束Ｂ１が検出器５の検出面に集光するように、すなわち、収束光束Ｂ１のスポットサイズが検出器５の検出面で最小となるように、複屈折レンズ１２’−１の液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧が調節される。同様に、収束光束Ｂ２が検出器５の検出面に集光するように、すなわち、収束光束Ｂ２のスポットサイズが検出器５の検出面で最小となるように、複屈折レンズ１２’−２の液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧が調節される。

このように、上記の各実施形態またはその変形例による光束分割素子を有するホログラム生成装置は、光束分割素子が有する複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節するだけで、ホログラムモードとフォーカスモードとを切り替えることができる。そのため、ホログラムモードとフォーカスモードとを切り替えるために、ホログラム生成装置が有する各部を機械的に動かさなくてよい。したがって、ホログラム生成装置の構成を簡単化できるとともに、ホログラムモードとフォーカスモード間の切り替えにより各部のアライメントのずれが生じることを防止できる。

さらに他の変形例によれば、光束分割素子は、複屈折レンズとともに、バルクレンズを有してもよい。

図８Ａは、バルクレンズを有する光束分割素子を含むホログラム生成装置をホログラムモードで使用する場合を示す図である。一方、図８Ｂは、バルクレンズを有する光束分割素子を含むホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合を示す図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、ホログラム生成装置の各部には、図１に示されるホログラム生成装置の対応する各部と同じ参照番号を付した。また、簡単化のために、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、コントローラ及び光源は省略した。

この変形例では、正のパワーを有するバルクレンズ１４が、複屈折レンズ１２”−２と偏光板１３の間に配置される。なお、バルクレンズ１４は、偏光板１３と検出器５の間に配置されてもよい。

また、図８Ａ及び図８Ｂに示されるホログラム生成装置１において、光束分割素子４が有する複屈折レンズ１２”−１、１２”−２は、それぞれ、図１に示された複屈折レンズ１２−１、１２−２に、レンズのパワーを調節可能なように、図３の点線で示された、液晶層を挟んで対向する二つの透明電極を追加したものである。
また、この変形例では、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されないときに、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２はパワーを持たず、電圧が印加されることで液晶分子の長軸方向と平行な偏光成分に対して複屈折レンズ１２”−１、１２”−２はパワーを持つように、液晶層内の液晶分子は、光軸に対して略平行となるように垂直配向される。そして液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されることで、液晶分子の長軸方向が光軸と直交する面と平行な方向に近づき、その結果として、液晶分子の長軸方向と平行な偏光成分に対する液晶層の屈折率が増加し、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２はパワーを持つ。

複屈折レンズ１２”−１の液晶層に含まれる液晶分子の材質及び透明材質層の材質は、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されない場合に、複屈折レンズ１２”−１が、x方向に平行な偏光成分及びy方向に平行な偏光成分の何れに対してもパワーを有さないように選択される。同様に、複屈折レンズ１２”−２の液晶層３４に含まれる液晶分子の材質及び透明材質層３３の材質は、液晶層３４を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されない場合に、複屈折レンズ１２”−２が、x方向に平行な偏光成分及びy方向に平行な偏光成分の何れに対してもパワーを有さないように選択される。したがって、複屈折レンズ１２”−１及び１２”−２のそれぞれについて、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されない場合、光束分割素子４を透過する光束は分割されない。
そして図８Ｂに示されるように、バルクレンズ１４のパワーは、複屈折レンズ１２”−１及び１２”−２のそれぞれについて、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されないときに、光束分割素子４を透過する光束Ｂが検出器５の検出面で集光するように設定される。

したがって、ホログラム生成装置１をフォーカスモードで使用する場合、複屈折レンズ１２”−１及び１２”−２のそれぞれについて、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加しなければよい。

さらに、この変形例では、複屈折レンズ１２”−２は、液晶層３４を挟む二つの透明電極間に印加する電圧を調節することで、負のパワーを有するように、透明材質層３３と液晶層３４の境界に形成されるフレネルレンズ面３７が設定される。例えば、上記の実施形態と同様に、液晶層３４を挟む二つの透明電極間に印加する電圧を調節することで、y方向に平行な偏光成分に対する液晶層３４の屈折率が、透明材質層３３の屈折率よりも高くなるよう、液晶層３４に含まれる液晶分子の材質及び透明材質層３３の材質が選択される場合、フレネルレンズ面３７は、液晶層３４に対して凸となるように形成される。

したがって、図８Ａに示されるように、ホログラム生成装置１をホログラムモードで使用する場合、複屈折レンズ１２”−１が有する液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加することで、複屈折レンズ１２”−１は、x方向に平行な偏光面を持つ成分に対して正のパワーを持つ。そのため、x方向に平行な偏光面を持つ光束Ｂ１は、検出器５の検出面よりも前方（すなわち、光束分割素子４に近い側）に集光する。逆に、複屈折レンズ１２”−２が有する液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加することで、複屈折レンズ１２”−２は、y方向に平行な偏光面を持つ成分に対して負のパワーを持つ。そのため、y方向に平行な偏光面を持つ光束Ｂ２は、検出器５の検出面よりも後方に集光する。したがって、検出器５の検出面における光束Ｂ１のスポットサイズと光束Ｂ２のスポットサイズがほぼ等しくなるように、複屈折レンズ１２”−１が有する液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧、及び、複屈折レンズ１２”−２が有する液晶層を挟む二つの透明電極間に印加される電圧が調節されればよい。

この変形例によれば、光束分割素子を透過する光を収束させるためのパワーの一部をバルクレンズに持たせることができるので、複屈折レンズのパワーを小さくできる。またこの変形例では、ホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合、複屈折レンズの液晶層に電圧を印加しなくてよいので、ホログラム生成装置の電力消費量を軽減できる。

なお、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２の液晶層内に封入される液晶分子は、光軸に直交する面に対して液晶分子の長軸が略平行となるように配向されてもよい。この場合には、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧が印加されなくても、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２はパワーを持つ。したがって、ホログラム生成装置をホログラムモードで使用する場合、コントローラは、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２の液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加しなくてよい。

一方、液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加することで、液晶分子の長軸方向が光軸と平行な方向へ傾くので、液晶分子の長軸方向と平行な偏光成分に対する液晶層の屈折率は、印加される電圧が高くなるほど低下する。したがって、ホログラム生成装置をフォーカスモードで使用する場合、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２がパワーを持たなくなるまで、コントローラは、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２の液晶層を挟む二つの透明電極間に電圧を印加すればよい。

なお、ホログラム生成装置がホログラムモードで使用される場合に、複屈折レンズ１２”−１が負のパワーを有し、一方、複屈折レンズ１２”−２が正のパワーを有するように、各複屈折レンズのフレネルレンズ面が形成されてもよい。またこの変形例においても、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２の代わりに、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に示された液晶複屈折レンズ４１、４２が用いられてもよい。

また、液晶層は、透過する光の波長に応じて屈折率が変化する。そのため、複屈折レンズ１２”−１及び１２”−２のパワーも、それらレンズに入射する光の波長に応じて変化する。例えば、入射する光の波長が短いほど、液晶層の屈折率は大きくなるので、複屈折レンズ１２”−１及び１２”−２のパワーも大きくなる。そのため、x方向に平行な偏光成分の光束Ｂ１の焦点位置及びy方向に平行な偏光成分の光束Ｂ２の焦点位置も、それらレンズに入射する光の波長に応じて変化する。しかし、この変形例では、複屈折レンズ１２”−１がx方向に平行な偏光成分に対して正のパワーを有し、一方、複屈折レンズ１２”−２がy方向に平行な偏光成分に対して負のパワーを有する。そのため、光束分割素子４に入射する光の波長が短くなれば、光束Ｂ１の焦点位置が前方に移動するとともに、光束Ｂ２の焦点位置は後方に移動する。したがって、波長によらず、光束Ｂ１のスポットサイズと光束Ｂ２のスポットサイズが略等しくなる位置はほぼ一定となる。

例えば、図９において、光束分割素子４に入射する光の波長がλ1の場合、光束Ｂ１及びＢ２は、実線で示されるような光束であるとする。この場合、光束分割素子４に入射する光の波長がλ1よりも短いλ2の場合、光束Ｂ１及びＢ２は、点線で示されるような光束となる。

このように、検出器５の検出面が、波長によらず、光束Ｂ１のスポットサイズと光束Ｂ２のスポットサイズが略等しくなる位置となるように検出器５が配置されていれば、検出器５の検出面における光束Ｂ１及び光束Ｂ２のスポットサイズは波長に応じてともに大きくなるか、あるいはともに小さくなるだけであり、二つの光束のスポットサイズは波長によらずにほぼ等しい。したがって、波長に応じて各複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節しなくても、ホログラム生成装置は、光源からの光の波長によらずに適切なホログラムを生成することができる。
同様に、複屈折レンズ周囲の温度によって液晶層の屈折率が変化する場合も、光束Ｂ１、Ｂ２の集光位置は変化するものの、検出器５の検出面での光束Ｂ１及び光束Ｂ２のスポットサイズはほぼ等しい。したがって、このような場合にも、このホログラム生成装置は、各複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節せずに適切なホログラムを生成することができる。

なお、この効果は、複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節しなくても得られるので、ホログラム生成装置をフォーカスモードで使用しない場合には、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２は、液晶層を挟む透明電極を有さなくてもよい。ただし、この場合には、液晶層に電圧を印加しなくても、複屈折レンズ１２”−１、１２”−２がそれぞれ、正のパワー、負のパワーを有するように、各複屈折レンズの透明材質層を形成する材質及び液晶分子の材質が選択される。

また、各複屈折レンズのフレネルレンズ面を、キノフォームとなるように形成し、フレネルレンズ面を回折レンズとして機能させることができる。この場合、ホログラム生成装置をフォーカスモードとホログラムモードとの間で切り替えるために、各複屈折レンズが液晶層を挟む二つの透明電極を有していたとしても、入射する光の波長に応じて液晶層に印加する電圧を調節することで、波長によらずに光束Ｂ１及びＢ２の焦点位置を一定に保つことは困難である。一方、図８Ａ及び図８Ｂに示されるホログラム生成装置は、入射する光の波長が変化しても、各複屈折レンズの液晶層に印加する電圧を調節せずに、検出器５の検出面における光束Ｂ１のスポットサイズと光束Ｂ２のスポットサイズをほぼ等しくすることができる。そのため、図８Ａ及び図８Ｂに示されるホログラム生成装置は、各複屈折レンズのフレネルレンズ面を回折レンズとして機能させる場合にも好適である。

以上のように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１ホログラム生成装置
２光源
３コリメータ
４光束分割素子
５検出器
６コントローラ
１１位相変調素子
１２、１２−１、１２−２複屈折レンズ
１２’−１、１２’−２複屈折レンズ
１２”−１、１２”−２複屈折レンズ
１３偏光板
４１、４２液晶複屈折レンズ

Claims

入射した光の第１の方向に沿った偏光面を持つ第１の偏光成分と、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った偏光面を持つ第２の偏光成分との間に位相差を生じさせる位相変調素子と、
前記光を、前記第１の偏光成分を持つ第１の光束と前記第２の偏光成分を持つ第２の光束とに分割し、かつ、前記第１の光束及び前記第２の光束を同一の光軸に沿って出射させるとともに、前記第１の光束及び前記第２の光束のうちの少なくとも一方を収束光束とする少なくとも一つの複屈折レンズと、
前記少なくとも一つの複屈折レンズの後方に配置され、前記第１の光束及び前記第２の光束のそれぞれのうち、前記第１の方向と前記第２の方向とがなす角を２等分する方向に沿った偏光成分を透過させる偏光板とを有し、
前記位相変調素子は、
液晶分子が封入され、該液晶分子の長軸方向が前記第１の方向を向くように配向された液晶層と、前記液晶層を挟んで対向するように配置された二つの透明電極とを有し、
前記二つの透明電極間に印加される電圧に応じて、前記第１の偏光成分の位相をシフトし、前記第２の偏光成分との間に位相差を生じさせることを特徴とする光束分割素子。
前記少なくとも一つの複屈折レンズは、前記光軸に沿って、第１の複屈折レンズと第２の複屈折レンズとを有し、
前記第１の複屈折レンズは、前記光軸に沿って、前記第１の偏光成分に対して第１の屈折率を持ち、かつ、前記第２の偏光成分に対して第２の屈折率を持つ複屈折層と、前記第２の屈折率を持つ透明材質層とを有し、前記複屈折層と前記透明材質層の間に、前記第１の偏光成分に対してパワーを有するレンズ面が形成され、
前記第２の複屈折レンズは、前記光軸に沿って、前記第１の偏光成分に対して第３の屈折率を持ち、かつ、前記第２の偏光成分に対して第４の屈折率を持つ複屈折層と、前記第３の屈折率を持つ透明材質層とを有し、前記複屈折層と前記透明材質層の間に、前記第２の偏光成分に対してパワーを有するレンズ面が形成される、請求項１に記載の光束分割素子。
前記第１の複屈折レンズは、前記複屈折層を挟んで対向するように形成された二つの透明電極をさらに有し、
前記複屈折層は、液晶分子が封入され、かつ該液晶分子の長軸方向が前記第１の偏光成分と平行となるように配向された液晶層であり、
前記二つの透明電極間に印加される電圧に応じて前記第１の屈折率が変化することにより、前記第１の偏光成分に対するパワーを変化させる、請求項２に記載の光束分割素子。
前記少なくとも一つの複屈折レンズは、前記光軸に沿って、前記第１の偏光成分に対して第１の屈折率を持ち、かつ、前記第２の偏光成分に対して第２の屈折率を持つ複屈折層と、第３の屈折率を持つ透明材質層とを有し、前記複屈折層と前記透明材質層の間に、前記第１の偏光成分に対して第１のパワーを有し、かつ、前記第２の偏光成分に対して第２のパワーを有するレンズ面が形成される、請求項１に記載の光束分割素子。