JPH1172750A - 自由空間光配線用光学装置 - Google Patents
自由空間光配線用光学装置Info
- Publication number
- JPH1172750A JPH1172750A JP24961297A JP24961297A JPH1172750A JP H1172750 A JPH1172750 A JP H1172750A JP 24961297 A JP24961297 A JP 24961297A JP 24961297 A JP24961297 A JP 24961297A JP H1172750 A JPH1172750 A JP H1172750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cgh
- optical
- cgh element
- elements
- function
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01004—Beryllium [Be]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01005—Boron [B]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01006—Carbon [C]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01013—Aluminum [Al]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01039—Yttrium [Y]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学基板内での反射による損失が比較的少な
くレイアウトの自由度が高められる自由空間光配線用光
学装置を提供する。 【解決手段】 光の透過を許す光学基板11と、光学基
板11内に光源12aからの光を案内すべく該光学基板
に設けられ、光源12aからの光を平行化するコリメー
ト機能を有する第1のCGH素子15と、該CGH素子
を経た平行光を光学基板11の外へ向けて集光させる集
光機能を有する第2のCGH素子16とを備える自由空
間光配線用光学装置10において、第1のCGH素子1
5から第2のCGH素子16に至る光学基板11内の光
路20に、該光路を屈曲させるための偏向機能を有する
第3のCGH素子18を配置する。
くレイアウトの自由度が高められる自由空間光配線用光
学装置を提供する。 【解決手段】 光の透過を許す光学基板11と、光学基
板11内に光源12aからの光を案内すべく該光学基板
に設けられ、光源12aからの光を平行化するコリメー
ト機能を有する第1のCGH素子15と、該CGH素子
を経た平行光を光学基板11の外へ向けて集光させる集
光機能を有する第2のCGH素子16とを備える自由空
間光配線用光学装置10において、第1のCGH素子1
5から第2のCGH素子16に至る光学基板11内の光
路20に、該光路を屈曲させるための偏向機能を有する
第3のCGH素子18を配置する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるオプトエ
レクトロニクスの回路の一部として使用するのに好適な
自由空間光配線用光学装置に関し、特に、計算機ホログ
ラム(以下、単にCGH素子と称する。)を用いたパッ
ケージ型光学装置に関する。
レクトロニクスの回路の一部として使用するのに好適な
自由空間光配線用光学装置に関し、特に、計算機ホログ
ラム(以下、単にCGH素子と称する。)を用いたパッ
ケージ型光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】オプトエレクトロニクス回路のコンパク
ト化のために、パッケージ型の自由空間光配線用光学装
置が提案されている。この自由空間光配線用光学装置
は、例えば光源側となるオプトエレクトロニクスチップ
モジュールと受光側となるオプトエレクトロニクスチッ
プモジュールとを光学的に結合するのに使用される。こ
れらのオプトエレクトロニクスチップモジュールは、光
電変換素子と電気論理回路とが半導体チップ上に集積化
して形成され、それぞれが独立した機能を有するサブシ
ステムを構成する。
ト化のために、パッケージ型の自由空間光配線用光学装
置が提案されている。この自由空間光配線用光学装置
は、例えば光源側となるオプトエレクトロニクスチップ
モジュールと受光側となるオプトエレクトロニクスチッ
プモジュールとを光学的に結合するのに使用される。こ
れらのオプトエレクトロニクスチップモジュールは、光
電変換素子と電気論理回路とが半導体チップ上に集積化
して形成され、それぞれが独立した機能を有するサブシ
ステムを構成する。
【0003】前記光学装置は、ガラスあるいはシリコン
のような光の波長に応じてその透過を許す光学基板を備
える。この光学基板の互いに平行な一対の平面の一方の
面には、光源側となる第1のオプトエレクトロニクスモ
ジュールチップ(以下、第1のモジュールチップと称す
る。)および受光側となる第2のオプトエレクトロニク
スモジュールチップ(以下、第2のモジュールチップと
称する。)がそれぞれ発光部および受光部を光学基板へ
向けて、固定的に配置される。
のような光の波長に応じてその透過を許す光学基板を備
える。この光学基板の互いに平行な一対の平面の一方の
面には、光源側となる第1のオプトエレクトロニクスモ
ジュールチップ(以下、第1のモジュールチップと称す
る。)および受光側となる第2のオプトエレクトロニク
スモジュールチップ(以下、第2のモジュールチップと
称する。)がそれぞれ発光部および受光部を光学基板へ
向けて、固定的に配置される。
【0004】光学基板の前記した一方の面には、第1の
チップモジュールおよび第2のチップモジュールにそれ
ぞれ対応して入射側となる第1のCGH素子および出射
側となる第2のCGH素子が設けられている。また、光
学基板の両平面には、第1のCGH素子を経て光学基板
内に案内された第1のチップモジュールからの光を光学
基板内でその板厚方向へ角度的に反射させて第2のCG
H素子に導くための反射手段が適宜形成されている。
チップモジュールおよび第2のチップモジュールにそれ
ぞれ対応して入射側となる第1のCGH素子および出射
側となる第2のCGH素子が設けられている。また、光
学基板の両平面には、第1のCGH素子を経て光学基板
内に案内された第1のチップモジュールからの光を光学
基板内でその板厚方向へ角度的に反射させて第2のCG
H素子に導くための反射手段が適宜形成されている。
【0005】従って、従来の前記した光学装置によれ
ば、第1のチップモジュールからの光は、第1のCGH
素子を経て光学基板内に案内され、さらに、該光学基板
の両平面に形成された反射手段により光学基板内のジク
ザグ経路に沿って、第2のCGH素子に案内され、この
第2のCGH素子を経て第2のチップモジュールに案内
されることから、両チップモジュールを光学的に結合す
ることができる。
ば、第1のチップモジュールからの光は、第1のCGH
素子を経て光学基板内に案内され、さらに、該光学基板
の両平面に形成された反射手段により光学基板内のジク
ザグ経路に沿って、第2のCGH素子に案内され、この
第2のCGH素子を経て第2のチップモジュールに案内
されることから、両チップモジュールを光学的に結合す
ることができる。
【0006】第1のチップモジュールからの光を受ける
光学素子および第2のチップモジュールへ光を放射する
光学素子として、CGH素子が用いられている。CGH
素子は、後述するように、所望の光学特性を示す光路差
関数から導き出されるテイラー展開近似式の光路差係数
をコンピュータ処理して得られるマスクパターンを用い
たレンズ材料のエッチング処理により形成される。
光学素子および第2のチップモジュールへ光を放射する
光学素子として、CGH素子が用いられている。CGH
素子は、後述するように、所望の光学特性を示す光路差
関数から導き出されるテイラー展開近似式の光路差係数
をコンピュータ処理して得られるマスクパターンを用い
たレンズ材料のエッチング処理により形成される。
【0007】このことから、所望の光学特性として、第
1のCGH素子に、光源である第1のチップモジュール
からの発散球面波光を平行光束に変換するコリメート機
能およびこの平行光束を第2のCGH素子の方向へ偏向
させる偏向機能という2つの光学機能を付与することが
でき、また第2のCGH素子に、平行光束を第2のチッ
プモジュールの受光部へ向けて偏向させる偏向機能およ
び当該受光部へ集光させる集光機能という2つの光学機
能を付与することができることから、これらCGH素子
を組み込んだ前記光学装置では、そのコンパクト化が可
能となる。
1のCGH素子に、光源である第1のチップモジュール
からの発散球面波光を平行光束に変換するコリメート機
能およびこの平行光束を第2のCGH素子の方向へ偏向
させる偏向機能という2つの光学機能を付与することが
でき、また第2のCGH素子に、平行光束を第2のチッ
プモジュールの受光部へ向けて偏向させる偏向機能およ
び当該受光部へ集光させる集光機能という2つの光学機
能を付与することができることから、これらCGH素子
を組み込んだ前記光学装置では、そのコンパクト化が可
能となる。
【0008】ところで、CGH素子の製造では、前記し
たとおりマスクパターンを用いたエッチング処理工程が
採用されており、このマスクパターンの最小線幅は、C
GH素子の性能に直接的な影響を受ける。すなわち、C
GH素子に偏向機能と、コリメート機能または集光機能
という2つの機能を多重的に付与しようとするとき、偏
向機能に大きな偏向角度を付与しようとすると、マスク
パターンの最小線幅は、フォトリソグラフィプロセスで
の解像度の限界を超える程に小さな値になることがあ
る。そのため、第1および第2のCGH素子に与える偏
向機能についてその偏向角度に製造上の強い制限を受け
ている。
たとおりマスクパターンを用いたエッチング処理工程が
採用されており、このマスクパターンの最小線幅は、C
GH素子の性能に直接的な影響を受ける。すなわち、C
GH素子に偏向機能と、コリメート機能または集光機能
という2つの機能を多重的に付与しようとするとき、偏
向機能に大きな偏向角度を付与しようとすると、マスク
パターンの最小線幅は、フォトリソグラフィプロセスで
の解像度の限界を超える程に小さな値になることがあ
る。そのため、第1および第2のCGH素子に与える偏
向機能についてその偏向角度に製造上の強い制限を受け
ている。
【0009】従来の前記装置では、第1のCGH素子で
偏向を受けた光は、新たな偏向を受けることなく直接的
に反射手段に導かれることから、反射手段での反射角
は、このCGH素子の偏向角度にのみ依存する。このた
めに、従来の前記装置では、第1および第2のCGH素
子の偏向角度が小さいと、反射手段による反射角度も小
さくなることから、所定の間隔をおいて配置された両C
GH素子間で、反射手段による光学基板の板厚方向への
反射の繰り返し回数が多くなり、その結果、反射損失が
大きくなる。従って、反射による光の損出を防止するに
は、でき得る限り、反射手段による反射回数を少なくす
ることが望ましい。
偏向を受けた光は、新たな偏向を受けることなく直接的
に反射手段に導かれることから、反射手段での反射角
は、このCGH素子の偏向角度にのみ依存する。このた
めに、従来の前記装置では、第1および第2のCGH素
子の偏向角度が小さいと、反射手段による反射角度も小
さくなることから、所定の間隔をおいて配置された両C
GH素子間で、反射手段による光学基板の板厚方向への
反射の繰り返し回数が多くなり、その結果、反射損失が
大きくなる。従って、反射による光の損出を防止するに
は、でき得る限り、反射手段による反射回数を少なくす
ることが望ましい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たとおり、各CGH素子の偏向角度には、製造上の制約
を受けることから、第1および第2のCGH素子に反射
回数の低減を図るほどに大きな偏向角度を与えることが
できない。また、これとは逆に、反射回数の増大を招く
ことなく両チップモジュールに対応して配置される両C
GH素子間の間隔を増大させることはできず、設計上、
チップモジュールのレイアウトに強い制約を受けること
があった。
たとおり、各CGH素子の偏向角度には、製造上の制約
を受けることから、第1および第2のCGH素子に反射
回数の低減を図るほどに大きな偏向角度を与えることが
できない。また、これとは逆に、反射回数の増大を招く
ことなく両チップモジュールに対応して配置される両C
GH素子間の間隔を増大させることはできず、設計上、
チップモジュールのレイアウトに強い制約を受けること
があった。
【0011】そこで、本発明は、光学基板内での反射に
よる損失が比較的少ない、あるいはレイアウトの自由度
を高めることのできる自由空間光配線用光学装置を提供
することを目的とする。
よる損失が比較的少ない、あるいはレイアウトの自由度
を高めることのできる自由空間光配線用光学装置を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明は、光の透過を許す光学基板と、該光学
基板内に光源からの光を案内すべく該光学基板に設けら
れ、前記光源からの光を平行化するコリメート機能を有
する第1のCGH素子と、該CGH素子を経た平行光を
前記光学基板の外へ向けて集光させる集光機能を有する
第2のCGH素子とを備える自由空間光配線用光学装置
において、第1のCGH素子から第2のCGH素子に至
る光学基板内の光路に、該光路を屈曲させるための偏向
機能を有する第3のCGH素子を配置したことを特徴と
する。
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明は、光の透過を許す光学基板と、該光学
基板内に光源からの光を案内すべく該光学基板に設けら
れ、前記光源からの光を平行化するコリメート機能を有
する第1のCGH素子と、該CGH素子を経た平行光を
前記光学基板の外へ向けて集光させる集光機能を有する
第2のCGH素子とを備える自由空間光配線用光学装置
において、第1のCGH素子から第2のCGH素子に至
る光学基板内の光路に、該光路を屈曲させるための偏向
機能を有する第3のCGH素子を配置したことを特徴と
する。
【0013】〈作用〉本発明に係る自由空間光配線用光
学装置では、光源側からの光を平行化するコリメート機
能を有する第1のCGH素子と該第1のCGH素子によ
り平行化された平行光束を受光側へ集光させる集光機能
を有する第2のCGH素子との間に挿入された第3のC
GH素子が、第1および第2のCGH素子の偏向機能の
少なくとも一部を担う。このことから、第1および第2
のCGH素子に大きな偏向機能を担わせることなく、第
3のCGH素子に第1および第2のCGH素子の偏向機
能を分担させ、あるいは第3のCGH素子にのみ偏向機
能を担わせることができる。
学装置では、光源側からの光を平行化するコリメート機
能を有する第1のCGH素子と該第1のCGH素子によ
り平行化された平行光束を受光側へ集光させる集光機能
を有する第2のCGH素子との間に挿入された第3のC
GH素子が、第1および第2のCGH素子の偏向機能の
少なくとも一部を担う。このことから、第1および第2
のCGH素子に大きな偏向機能を担わせることなく、第
3のCGH素子に第1および第2のCGH素子の偏向機
能を分担させ、あるいは第3のCGH素子にのみ偏向機
能を担わせることができる。
【0014】そのため、第1および第2のCGH素子に
従来のような大きな偏向機能を期待することなく、第3
のCGH素子の偏向機能により、光学基板内での光の偏
向角度を従来よりも大きくすることができる。これによ
り、第1および第2のCGH素子間の間隔を所定値に保
持させたとき、従来に比較して光学基板内での反射回数
を低減させることが可能となり、また反射回数を所定値
に保持したとき、第1および第2のCGH素子間の間隔
を従来に比較して大きく設定することが可能となる。
従来のような大きな偏向機能を期待することなく、第3
のCGH素子の偏向機能により、光学基板内での光の偏
向角度を従来よりも大きくすることができる。これによ
り、第1および第2のCGH素子間の間隔を所定値に保
持させたとき、従来に比較して光学基板内での反射回数
を低減させることが可能となり、また反射回数を所定値
に保持したとき、第1および第2のCGH素子間の間隔
を従来に比較して大きく設定することが可能となる。
【0015】従って、本発明によれば、反射による損失
の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度が高め
られた自由空間光配線用光学装置が提供される。
の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度が高め
られた自由空間光配線用光学装置が提供される。
【0016】前記光学基板は、従来におけると同様な互
いに平行な一対の平面を備える基板を用いることがで
き、その一方の平面に従来におけると同様に、第1およ
び第2のCGH素子を設けることができ、光学基板の前
記両平面の前記第1および第2のCGH素子領域を除く
部分に従来におけると同様な反射手段を設けることがで
きる(請求項2に対応)。
いに平行な一対の平面を備える基板を用いることがで
き、その一方の平面に従来におけると同様に、第1およ
び第2のCGH素子を設けることができ、光学基板の前
記両平面の前記第1および第2のCGH素子領域を除く
部分に従来におけると同様な反射手段を設けることがで
きる(請求項2に対応)。
【0017】前記第1および第2のCGH素子に偏向機
能を担わせず、コリメート機能のみを付与し、第3のC
GH素子をそれぞれ第1および第2のCGH素子の直下
で該各CGH素子に対応して対をなして配置することが
できる(請求項3に対応)。光学基板内の屈折角度が、
第1および第2のCGH素子の偏向機能にのみ、依存し
ていた従来の前記装置では、第1および第2のCGH素
子による最大偏向角度は、光学基板がガラス材料からな
るとき、ほぼ15度であったのに比し、本願によれば、
この第3のCGH素子に、偏向機能のみを付与すること
により、ほぼ45度の最大偏向角度を得ることができ
る。
能を担わせず、コリメート機能のみを付与し、第3のC
GH素子をそれぞれ第1および第2のCGH素子の直下
で該各CGH素子に対応して対をなして配置することが
できる(請求項3に対応)。光学基板内の屈折角度が、
第1および第2のCGH素子の偏向機能にのみ、依存し
ていた従来の前記装置では、第1および第2のCGH素
子による最大偏向角度は、光学基板がガラス材料からな
るとき、ほぼ15度であったのに比し、本願によれば、
この第3のCGH素子に、偏向機能のみを付与すること
により、ほぼ45度の最大偏向角度を得ることができ
る。
【0018】第1および第2のCGH素子と、該各CG
H素子に対応する前記第3のCGH素子とに、光源から
の光を平行化するためのコリメート機能を分担させるこ
とができる(請求項4に対応)。このコリメート機能の
分担により、光源からの光を受ける第1のCGH素子の
開口面積の増大を図ることができ、これにより、光源か
らの捕捉光の増大を図ることができることから、光学装
置の特性を高めることができる。
H素子に対応する前記第3のCGH素子とに、光源から
の光を平行化するためのコリメート機能を分担させるこ
とができる(請求項4に対応)。このコリメート機能の
分担により、光源からの光を受ける第1のCGH素子の
開口面積の増大を図ることができ、これにより、光源か
らの捕捉光の増大を図ることができることから、光学装
置の特性を高めることができる。
【0019】第1および第2のCGH素子に、第3のC
GH素子の偏向機能の一部を担わせることができる(請
求項5に対応)。第1および第2のCGH素子に偏向機
能の一部を担わせることにより、光学基板の第1および
第2のCGH素子が設けられたと反対側の平面に設けら
れた反射手段での反射光が第3のCGH素子に入射する
ように、この第3のCGH素子を光学基板の第1および
第2のCGH素子が設けられたと同一側の平面に設ける
ことができ、光学基板の一方の平面への加工作業により
第1、第2および第3のCGH素子を一括的に形成する
ことが可能となる。
GH素子の偏向機能の一部を担わせることができる(請
求項5に対応)。第1および第2のCGH素子に偏向機
能の一部を担わせることにより、光学基板の第1および
第2のCGH素子が設けられたと反対側の平面に設けら
れた反射手段での反射光が第3のCGH素子に入射する
ように、この第3のCGH素子を光学基板の第1および
第2のCGH素子が設けられたと同一側の平面に設ける
ことができ、光学基板の一方の平面への加工作業により
第1、第2および第3のCGH素子を一括的に形成する
ことが可能となる。
【0020】第3のCGH素子が対をなして配置される
とき、対をなす複数組の第3のCGH素子を第1および
第2CGH素子間に配置することができる(請求項6に
対応)。この複数組の対を構成する第3のCGH素子を
適用することにより、第1および第2のCGH素子間の
長距離に対応することが可能となる。また、反射回数の
低減を図ることが可能となる。
とき、対をなす複数組の第3のCGH素子を第1および
第2CGH素子間に配置することができる(請求項6に
対応)。この複数組の対を構成する第3のCGH素子を
適用することにより、第1および第2のCGH素子間の
長距離に対応することが可能となる。また、反射回数の
低減を図ることが可能となる。
【0021】また、一対の第3のCGH素子のそれぞれ
に集光機能を与えることにより、この一対の第3のCG
H素子により、第1および第2のCGH素子間に、リレ
ーレンズ系を挿入することができる(請求項7に対
応)。このリレーレンズ系の挿入により、前記したと同
様な第1および第2のCGH素子間の長距離化に対応す
ることが可能となる。また、反射回数の低減を図ること
が可能となる。さらに、リレーレンズ系の結像作用によ
り、回折による像の拡大現象を効果的に抑制することが
できる。
に集光機能を与えることにより、この一対の第3のCG
H素子により、第1および第2のCGH素子間に、リレ
ーレンズ系を挿入することができる(請求項7に対
応)。このリレーレンズ系の挿入により、前記したと同
様な第1および第2のCGH素子間の長距離化に対応す
ることが可能となる。また、反射回数の低減を図ること
が可能となる。さらに、リレーレンズ系の結像作用によ
り、回折による像の拡大現象を効果的に抑制することが
できる。
【0022】対をなす複数のリレーレンズ系を対称的
に、第1および第2のCGH素子間に挿入することがで
きる(請求項8に対応)。
に、第1および第2のCGH素子間に挿入することがで
きる(請求項8に対応)。
【0023】さらに、リレーレンズ系を構成する第3の
CGH素子に、それぞれが複数の第1および第2のCG
H素子により規定される複数の光路の光に対して、一括
的に作用するような大口径を与えることにより、リレー
レンズ系をいわゆるハイブリッドで構成することができ
る。また、一対のリレーレンズ系間に、さらに偏向機能
を有する他の第3のCGH素子を挿入することができ
る。
CGH素子に、それぞれが複数の第1および第2のCG
H素子により規定される複数の光路の光に対して、一括
的に作用するような大口径を与えることにより、リレー
レンズ系をいわゆるハイブリッドで構成することができ
る。また、一対のリレーレンズ系間に、さらに偏向機能
を有する他の第3のCGH素子を挿入することができ
る。
【0024】本発明の実施の形態についての説明に先立
ち、本発明に係るCGH素子の製造手順を概説する。C
GH素子の製造には、CADが用いられており、所望の
回折光学特性を示すCGH素子内での光の位相差関数が
求められる。この位相差関数は、光路差関数ρ(x,
y)と呼ばれている。光路差関数ρ(x,y)は、次式 ρ(x,y)=ΣCNxmyn …(1) で示される多項式に変換される。この多項式(CNxmy
n )の係数CN は、光路差係数と呼ばれている。nおよ
びmはそれぞれ正の整数であり、この係数CN は位相係
数とも呼ばれている。Nとm、nとの間には、次式 N={(m+n)2 +m+3n}/2 …(2) が成り立つ。
ち、本発明に係るCGH素子の製造手順を概説する。C
GH素子の製造には、CADが用いられており、所望の
回折光学特性を示すCGH素子内での光の位相差関数が
求められる。この位相差関数は、光路差関数ρ(x,
y)と呼ばれている。光路差関数ρ(x,y)は、次式 ρ(x,y)=ΣCNxmyn …(1) で示される多項式に変換される。この多項式(CNxmy
n )の係数CN は、光路差係数と呼ばれている。nおよ
びmはそれぞれ正の整数であり、この係数CN は位相係
数とも呼ばれている。Nとm、nとの間には、次式 N={(m+n)2 +m+3n}/2 …(2) が成り立つ。
【0025】この光路差係数CN を2次元テイラー展開
により求めたテイラー展開近似式の各項係数として求
め、CADプログラムに代入することにより、フォトリ
ソグラフィによって所望形状を得るのに必要なフォトリ
ソグラフィ用マスクのパターンを生成させることができ
る。このようなCADプログラムの一例として、アメリ
カ合衆国カリフォルニア州に在るNIPT社のCghCAD
がある。
により求めたテイラー展開近似式の各項係数として求
め、CADプログラムに代入することにより、フォトリ
ソグラフィによって所望形状を得るのに必要なフォトリ
ソグラフィ用マスクのパターンを生成させることができ
る。このようなCADプログラムの一例として、アメリ
カ合衆国カリフォルニア州に在るNIPT社のCghCAD
がある。
【0026】このCADプログラムでは、データ処理の
容量の関係から、mとnとの和が10以下であり、かつ
Nが65以下である条件が付されている。従って、所望
の光学特性を示す光路差関数ρ(x,y)を求め、この
光路差関数ρ(x,y)の各光路差係数CN (C0 〜C
65)を求めた後、そのデータをCADプログラムに入力
することにより、所望の回折光学特性を示すCGH素子
のためのマスクパターンを求めることができる。
容量の関係から、mとnとの和が10以下であり、かつ
Nが65以下である条件が付されている。従って、所望
の光学特性を示す光路差関数ρ(x,y)を求め、この
光路差関数ρ(x,y)の各光路差係数CN (C0 〜C
65)を求めた後、そのデータをCADプログラムに入力
することにより、所望の回折光学特性を示すCGH素子
のためのマスクパターンを求めることができる。
【0027】各位相係数C0 〜C65は、2次元光路差関
数ρ(x,y)をx軸およびy軸に関して2次元テイラ
ー展開し、その10次の項までの近似式から、求めるこ
とができる。この関係が、図2に示された式(3)で表
されている。式(3)の右辺の第2項のΔは、テイラー
展開の余剰項であり、無視し得る程に十分に小さな値で
ある。
数ρ(x,y)をx軸およびy軸に関して2次元テイラ
ー展開し、その10次の項までの近似式から、求めるこ
とができる。この関係が、図2に示された式(3)で表
されている。式(3)の右辺の第2項のΔは、テイラー
展開の余剰項であり、無視し得る程に十分に小さな値で
ある。
【0028】図3ないし図9は、式(3)を展開して求
めた各位相係数C0 〜C65、すなわち光路差係数C0 〜
C65を、光路差関数の一般式ρ(x,y)の関係式とし
て、整理して示す説明図である。所望の光学特性を示す
光路差関数ρ(x,y)を求め、この光路差関数ρ
(x,y)から、図3〜図9に示す光路差係数すなわち
位相係数C0 〜C65を求め、これらの値を前記したCA
Dプログラムに入力することにより、所望の回折光学特
性を示す計算機ホログラムのためのマスク条件を求める
ことができる。このマスクパターンに沿って、必要枚数
のマスクを製作し、これらのマスクの組み合わせによる
フォトリソグラフィ法を用いたレンズ材料のエッチング
処理により、所望の回折光学特性を示すCGH素子が得
られる。
めた各位相係数C0 〜C65、すなわち光路差係数C0 〜
C65を、光路差関数の一般式ρ(x,y)の関係式とし
て、整理して示す説明図である。所望の光学特性を示す
光路差関数ρ(x,y)を求め、この光路差関数ρ
(x,y)から、図3〜図9に示す光路差係数すなわち
位相係数C0 〜C65を求め、これらの値を前記したCA
Dプログラムに入力することにより、所望の回折光学特
性を示す計算機ホログラムのためのマスク条件を求める
ことができる。このマスクパターンに沿って、必要枚数
のマスクを製作し、これらのマスクの組み合わせによる
フォトリソグラフィ法を用いたレンズ材料のエッチング
処理により、所望の回折光学特性を示すCGH素子が得
られる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例1〉図1は、本発明に係る光学装置を概略的に
示す断面図である。本発明に係る光学装置10は、例え
ば光学ガラス材料からなり、互いに平行な一対の平面1
1aおよび11bを有する平板状の光学基板11を備え
る。光学基板11は、取り扱う光の波長に応じて、その
波長に対して高い透光性を示す材料、例えばシリコン基
板等を用いることができる。
について詳細に説明する。 〈具体例1〉図1は、本発明に係る光学装置を概略的に
示す断面図である。本発明に係る光学装置10は、例え
ば光学ガラス材料からなり、互いに平行な一対の平面1
1aおよび11bを有する平板状の光学基板11を備え
る。光学基板11は、取り扱う光の波長に応じて、その
波長に対して高い透光性を示す材料、例えばシリコン基
板等を用いることができる。
【0030】光学基板11の一方の平面11aすなわち
表面11aには、例えば光源側となる第1のチップモジ
ュール12と、受光側となる第2のチップモジュール1
3とが、それぞれの発光部12aおよび受光部13aを
光学基板11に対向させるように、かつ相互に間隔をお
くように、それぞれのバンプ14を介して、位置決めら
れている。各バンプ14は、従来よく知られているよう
に、光学基板11の表面11aに形成された図示しない
プリント配線部に接続されることにより、各チップモジ
ュール12および13の接続端子を兼ねている。
表面11aには、例えば光源側となる第1のチップモジ
ュール12と、受光側となる第2のチップモジュール1
3とが、それぞれの発光部12aおよび受光部13aを
光学基板11に対向させるように、かつ相互に間隔をお
くように、それぞれのバンプ14を介して、位置決めら
れている。各バンプ14は、従来よく知られているよう
に、光学基板11の表面11aに形成された図示しない
プリント配線部に接続されることにより、各チップモジ
ュール12および13の接続端子を兼ねている。
【0031】光学基板11の表面11aには、光源たる
第1のチップモジュール12の発光部12aからの球面
発散光を受ける第1のCGH素子15が発光部12aの
直下に位置するように、形成されている。また、表面1
1aの第2のチップモジュール13の受光部13aの直
下には、第2のCGH素子16が形成されている。
第1のチップモジュール12の発光部12aからの球面
発散光を受ける第1のCGH素子15が発光部12aの
直下に位置するように、形成されている。また、表面1
1aの第2のチップモジュール13の受光部13aの直
下には、第2のCGH素子16が形成されている。
【0032】第1および第2のチップモジュール12お
よび13が形成された表面11aのこれらモジュール1
2および13を除く領域には、例えば多層構造を有する
誘電体膜からなる反射手段17aが形成されている。さ
らに、光学基板11の他方の平面である裏面11bに
は、表面11aに形成されたと同様な反射手段17bが
ほぼ一様に形成されている。これら反射手段17aおよ
び17bは、例えばアルミニゥムのような金属薄膜で構
成することができる。
よび13が形成された表面11aのこれらモジュール1
2および13を除く領域には、例えば多層構造を有する
誘電体膜からなる反射手段17aが形成されている。さ
らに、光学基板11の他方の平面である裏面11bに
は、表面11aに形成されたと同様な反射手段17bが
ほぼ一様に形成されている。これら反射手段17aおよ
び17bは、例えばアルミニゥムのような金属薄膜で構
成することができる。
【0033】また、光学基板11の裏面11bにおける
各CGH素子15および16の直下位置には、反射手段
17bの形成領域に重複して、それぞれ第3のCGH素
子18および19が形成されている。各第3のCGH素
子18および19は光学基板11に埋設されるように、
その裏面11bに形成されており、各第3のCGH素子
18および19を覆うように、反射手段17bが形成さ
れている。
各CGH素子15および16の直下位置には、反射手段
17bの形成領域に重複して、それぞれ第3のCGH素
子18および19が形成されている。各第3のCGH素
子18および19は光学基板11に埋設されるように、
その裏面11bに形成されており、各第3のCGH素子
18および19を覆うように、反射手段17bが形成さ
れている。
【0034】第1のCGH素子15は、発光部12aか
らの球面発散光を平行化するコリメート機能を有し、図
1に示す具体例1では、偏向機能を与えられていない。
従って、発光部12aからの発散光は、第1のCGH素
子15を経ることにより、該第1のCGH素子の直下に
配置された一方の第3のCGH素子18への平行光束に
変換される。
らの球面発散光を平行化するコリメート機能を有し、図
1に示す具体例1では、偏向機能を与えられていない。
従って、発光部12aからの発散光は、第1のCGH素
子15を経ることにより、該第1のCGH素子の直下に
配置された一方の第3のCGH素子18への平行光束に
変換される。
【0035】第1のCGH素子15からの平行光束を受
ける第3のCGH素子18は、偏向機能のみを与えられ
ている。従って、第3のCGH素子18は、比較的大き
な偏向角度θ1で第1のCGH素子15からの平行光束
をその進行方向に偏向させるが、この第3のCGH素子
18の表面を覆う反射手段17bにより、その反射面を
中心とする対称方向へ反射される。
ける第3のCGH素子18は、偏向機能のみを与えられ
ている。従って、第3のCGH素子18は、比較的大き
な偏向角度θ1で第1のCGH素子15からの平行光束
をその進行方向に偏向させるが、この第3のCGH素子
18の表面を覆う反射手段17bにより、その反射面を
中心とする対称方向へ反射される。
【0036】その結果、第1のCGH素子15からの平
行光束は、偏向角度θ1で光学基板11の表面11aへ
向けて屈折される。表面11aへ向けて屈折された平行
光束は、両チップモジュール12および13の中間位置
を通る仮想線Cの横断位置で、反射手段17aにより角
度θ2で反射を受ける。反射手段17aで反射を受けた
平行光束は、第2のCGH素子の直下に配置された他方
の第3のCGH素子19へ向けられる。
行光束は、偏向角度θ1で光学基板11の表面11aへ
向けて屈折される。表面11aへ向けて屈折された平行
光束は、両チップモジュール12および13の中間位置
を通る仮想線Cの横断位置で、反射手段17aにより角
度θ2で反射を受ける。反射手段17aで反射を受けた
平行光束は、第2のCGH素子の直下に配置された他方
の第3のCGH素子19へ向けられる。
【0037】反射手段17aからの反射平行光束を受け
る他方の第3のCGH素子19は、一方の第3のCGH
素子18と光学的に等価であり、その表面を覆う反射手
段17bと共同して、角度θ1で入射する反射手段17
aからの平行光束を第3のCGH素子19の直上に配置
された第2のCGH素子16に案内する。
る他方の第3のCGH素子19は、一方の第3のCGH
素子18と光学的に等価であり、その表面を覆う反射手
段17bと共同して、角度θ1で入射する反射手段17
aからの平行光束を第3のCGH素子19の直上に配置
された第2のCGH素子16に案内する。
【0038】第3のCGH素子19から平行光束を受け
る第2のCGH素子16は、第1のCGH素子15にお
けると同様に、偏向機能を与えられておらず、光学基板
11の外方に位置する第2のチップモジュール13の受
光部13aへ平行光束を集光させるための集光機能のみ
が与えられている。
る第2のCGH素子16は、第1のCGH素子15にお
けると同様に、偏向機能を与えられておらず、光学基板
11の外方に位置する第2のチップモジュール13の受
光部13aへ平行光束を集光させるための集光機能のみ
が与えられている。
【0039】従って、光学基板11内には、両チップモ
ジュール12および13の中間位置を通る仮想線Cを対
称軸とする対称的な光路が形成される。
ジュール12および13の中間位置を通る仮想線Cを対
称軸とする対称的な光路が形成される。
【0040】前記したような対称的な光路を規定するた
めの第1のCGH素子15と第2のCGH素子16と
は、光学的に等価であり、また両第3のCGH素子18
および19は、光学的に相互に等価である。
めの第1のCGH素子15と第2のCGH素子16と
は、光学的に等価であり、また両第3のCGH素子18
および19は、光学的に相互に等価である。
【0041】図10は、第1のCGH素子15の光学特
性を示す説明図である。説明の簡素化のために、CGH
素子15は、z軸上にあり、その厚さ寸法は、無視でき
る程に充分に小さな値とする。この仮定は、位相係数C
N の算出の上で、一般性を損なうものではない。CGH
素子15は、図10に示されているように、z軸上の点
光源sからの発散球面を、z軸と平行な平行光束に変換
する。
性を示す説明図である。説明の簡素化のために、CGH
素子15は、z軸上にあり、その厚さ寸法は、無視でき
る程に充分に小さな値とする。この仮定は、位相係数C
N の算出の上で、一般性を損なうものではない。CGH
素子15は、図10に示されているように、z軸上の点
光源sからの発散球面を、z軸と平行な平行光束に変換
する。
【0042】第1のCGH素子15の光路差関数ρ
(x,y)は、次式で与えられる。 ρ(x,y)=(X2+Y2+L2 )1/2-L …(5) ここで、Lは光源から原点までの距離であり、焦点距離
fに等しい。
(x,y)は、次式で与えられる。 ρ(x,y)=(X2+Y2+L2 )1/2-L …(5) ここで、Lは光源から原点までの距離であり、焦点距離
fに等しい。
【0043】第1のCGH素子15のための位相係数C
N は、式(5)を図3〜図9に示した式(4−0)〜式
(4−65)に代入することにより、得られる。図11
および図12には、それらの演算結果が、零の値の項を
除く各項CN を整理して示されている。
N は、式(5)を図3〜図9に示した式(4−0)〜式
(4−65)に代入することにより、得られる。図11
および図12には、それらの演算結果が、零の値の項を
除く各項CN を整理して示されている。
【0044】図11および12に示された光路差係数す
なわち位相係数CN を用いたCADプログラムの実行に
より、第1のCGH素子15のためのマスクデータを得
ることができ、そのマスクを用いて第1のCGH素子1
5が形成される。
なわち位相係数CN を用いたCADプログラムの実行に
より、第1のCGH素子15のためのマスクデータを得
ることができ、そのマスクを用いて第1のCGH素子1
5が形成される。
【0045】第2のCGH素子16は、図10に示す光
学特性について、入射側と出射側とを反転する、すなわ
ち点光源sを結像点とすることにより、第1のCGH素
子15に等価と見なせる。従って、第2のCGH素子1
6は、前記した第1のCGH素子15と同様に、得るこ
とができる。
学特性について、入射側と出射側とを反転する、すなわ
ち点光源sを結像点とすることにより、第1のCGH素
子15に等価と見なせる。従って、第2のCGH素子1
6は、前記した第1のCGH素子15と同様に、得るこ
とができる。
【0046】次に、図13に第3のCGH素子18の光
学特性を示す。図10におけると同様に、説明の簡素化
のために、CGH素子18は、z軸上にあり、その厚さ
寸法は、無視できる程に充分に小さな値とする。CGH
素子18は、図10に示されているように、原点を通り
かつX軸およびY軸を含む平面内にあると仮定する。C
GH素子18への入射平行光束は、z軸に平行であり、
出射平行光束は、原点を通るベクトル成分(α、β、
γ)に平行である。
学特性を示す。図10におけると同様に、説明の簡素化
のために、CGH素子18は、z軸上にあり、その厚さ
寸法は、無視できる程に充分に小さな値とする。CGH
素子18は、図10に示されているように、原点を通り
かつX軸およびY軸を含む平面内にあると仮定する。C
GH素子18への入射平行光束は、z軸に平行であり、
出射平行光束は、原点を通るベクトル成分(α、β、
γ)に平行である。
【0047】この第3のCGH素子18の光路差関数ρ
(x,y)は次式、
(x,y)は次式、
【0048】 ρ(x,y)=−(αx+βy)/(α2 +β2 +γ2 )1/2 …(6) で表される。従って、式(6)を図3〜図9に示した式
(4−0)〜式(4−65)に代入することにより、第
3のCGH素子18のための位相係数CN が求められ
る。図14には、それらの演算結果が、零の値の項を除
く各項CN を整理して示されている。
(4−0)〜式(4−65)に代入することにより、第
3のCGH素子18のための位相係数CN が求められ
る。図14には、それらの演算結果が、零の値の項を除
く各項CN を整理して示されている。
【0049】図14に示された光路差係数すなわち位相
係数CN を用いたCADプログラムの実行により、一方
の第3のCGH素子18のためのマスクデータを得るこ
とができ、そのマスクを用いて第3のCGH素子18が
形成される。
係数CN を用いたCADプログラムの実行により、一方
の第3のCGH素子18のためのマスクデータを得るこ
とができ、そのマスクを用いて第3のCGH素子18が
形成される。
【0050】また、他方の第3のCGH素子19につい
ての光路差関数ρ(x,y)は、式(6)の右辺の符号
を負から正に変換することにより得られる。従って、C
GH素子18を得ると同様な手順により、第3のCGH
素子19を得ることができる。
ての光路差関数ρ(x,y)は、式(6)の右辺の符号
を負から正に変換することにより得られる。従って、C
GH素子18を得ると同様な手順により、第3のCGH
素子19を得ることができる。
【0051】前記した具体例1の光学装置10では、第
1のCGH素子15および第2のCGH素子16には、
偏向機能が与えられておらず、第1のCGH素子15に
ついては発散光を平行化するコリメート機能が与えられ
ており、また第2のCGH素子16については、平行光
束を集光する機能が与えられている。また、第3のCG
H素子18および19には、偏向機能のみが与えられて
いる。このような単一機能を有するCGH素子を得るた
めの前記したマスクパターンの最小幅は、複合機能を有
するそれに比較して大きな値を示す。
1のCGH素子15および第2のCGH素子16には、
偏向機能が与えられておらず、第1のCGH素子15に
ついては発散光を平行化するコリメート機能が与えられ
ており、また第2のCGH素子16については、平行光
束を集光する機能が与えられている。また、第3のCG
H素子18および19には、偏向機能のみが与えられて
いる。このような単一機能を有するCGH素子を得るた
めの前記したマスクパターンの最小幅は、複合機能を有
するそれに比較して大きな値を示す。
【0052】そのため、第1のCGH素子にコリメート
機能および偏光機能を付与する従来装置では、第1のC
GH素子の最大偏向角度が約15度であり、この偏向角
によって光学基板内の反射角度が規定されていた。
機能および偏光機能を付与する従来装置では、第1のC
GH素子の最大偏向角度が約15度であり、この偏向角
によって光学基板内の反射角度が規定されていた。
【0053】これに対し、本願発明では、偏向機能を有
する第3のCGH素子18および19は、偏向機能のみ
を与えられていることから、その偏向角θ1を従来のそ
れより大きく設定しても、この第3のCGH素子18お
よび19を得るためのマスクパターンの最小幅寸法は、
このマスクパターンを使用して行うフォトリソグラフィ
プロセスでの解像度を越えるほどに小さくなることはな
い。
する第3のCGH素子18および19は、偏向機能のみ
を与えられていることから、その偏向角θ1を従来のそ
れより大きく設定しても、この第3のCGH素子18お
よび19を得るためのマスクパターンの最小幅寸法は、
このマスクパターンを使用して行うフォトリソグラフィ
プロセスでの解像度を越えるほどに小さくなることはな
い。
【0054】このことから、本発明に係る第3のCGH
素子18および19では、約45度を越える大きな値の
偏向角度を設定することが可能となる。従って、第1の
チップモジュール12および第2のチップモジュール1
3間の光学基板11内での光路20を経るについて、図
中波線で示す従来の光路21に比較して、反射手段17
aおよび17bによる反射回数の低減をはかることによ
り、反射損失の低減を図ることが可能となる。
素子18および19では、約45度を越える大きな値の
偏向角度を設定することが可能となる。従って、第1の
チップモジュール12および第2のチップモジュール1
3間の光学基板11内での光路20を経るについて、図
中波線で示す従来の光路21に比較して、反射手段17
aおよび17bによる反射回数の低減をはかることによ
り、反射損失の低減を図ることが可能となる。
【0055】また、これとは逆に、反射回数を同一に保
持することにより、第1のチップモジュール12および
第2のチップモジュール13間の距離を従来よりも大き
く設定することができ、これにより、レイアウトの自由
度が増す。
持することにより、第1のチップモジュール12および
第2のチップモジュール13間の距離を従来よりも大き
く設定することができ、これにより、レイアウトの自由
度が増す。
【0056】さらに、第1のCGH素子15および第2
のCGH素子16についても、偏向機能が与えられてい
ないことから、第3のCGH素子におけると同様、マス
クパターンの最小幅寸法を増大させることができること
から、レンズの開口面積を従来に比較して大きく設定す
ることが可能となる。これにより、従来よりも開口数の
大きな光源に適応させることが可能となる。
のCGH素子16についても、偏向機能が与えられてい
ないことから、第3のCGH素子におけると同様、マス
クパターンの最小幅寸法を増大させることができること
から、レンズの開口面積を従来に比較して大きく設定す
ることが可能となる。これにより、従来よりも開口数の
大きな光源に適応させることが可能となる。
【0057】〈具体例2〉図15に示す具体例2の光学
装置110は、各CGH素子15、16、18および1
9の光学特性についての後述する相違点を除いて、基本
的には、具体例1と同様な構成を有する。具体例1に示
された光学装置10と同様な機能部分には、これと同一
の参照符号が付されている。
装置110は、各CGH素子15、16、18および1
9の光学特性についての後述する相違点を除いて、基本
的には、具体例1と同様な構成を有する。具体例1に示
された光学装置10と同様な機能部分には、これと同一
の参照符号が付されている。
【0058】図16は、具体例2のCGH素子15およ
び18の光学特性を示す説明図である。具体例1におけ
る第1のCGH素子15は、その焦点距離fに等しい距
離Lを隔てた点に光源sが位置した。これに対し、具体
例2では、焦点距離fよりも短い距離Lに光源sが配置
されている。そのため、具体例2の第1のCGH素子1
5についての光路差関数ρ(x,y)は、その焦点距離
をfとすると、次式で与えられる。 ρ(x,y)=(X2+Y2+f2 )1/2-f …(7)
び18の光学特性を示す説明図である。具体例1におけ
る第1のCGH素子15は、その焦点距離fに等しい距
離Lを隔てた点に光源sが位置した。これに対し、具体
例2では、焦点距離fよりも短い距離Lに光源sが配置
されている。そのため、具体例2の第1のCGH素子1
5についての光路差関数ρ(x,y)は、その焦点距離
をfとすると、次式で与えられる。 ρ(x,y)=(X2+Y2+f2 )1/2-f …(7)
【0059】第1のCGH素子15のための位相係数C
N は、式(7)を図3〜図9に示した式(4−0)〜式
(4−65)に代入して得られる。図17および図18
には、それらの演算結果が、零の値の項を除く各項CN
を整理して示されている。
N は、式(7)を図3〜図9に示した式(4−0)〜式
(4−65)に代入して得られる。図17および図18
には、それらの演算結果が、零の値の項を除く各項CN
を整理して示されている。
【0060】従って、前記したと同様な手順によって求
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第1のCGH素子15が形成される。また、この
CGH素子15と光学的に等価の第2のCGH素子16
は、このCGH素子15と同様に、形成することができ
る。
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第1のCGH素子15が形成される。また、この
CGH素子15と光学的に等価の第2のCGH素子16
は、このCGH素子15と同様に、形成することができ
る。
【0061】具体例2では、図15および図16に示し
たとおり、焦点距離fよりも短い距離Lで光源sからの
発散光を受ける。そのため、第1のCGH素子15から
第3のCGH素子18へ向かう光は完全な平行光束とは
ならずに、僅かな広がり角度で拡がる発散光となる。
たとおり、焦点距離fよりも短い距離Lで光源sからの
発散光を受ける。そのため、第1のCGH素子15から
第3のCGH素子18へ向かう光は完全な平行光束とは
ならずに、僅かな広がり角度で拡がる発散光となる。
【0062】具体例2では、第1のCGH素子15のコ
リメート機能の不足を第2のCGH素子16で補う。す
なわち、第2のCGH素子16には、具体例1に示した
CGH素子16の偏向機能に加えて、距離lを隔てた光
源からの光を平行光束に変換するコリメート機能が付加
されている。
リメート機能の不足を第2のCGH素子16で補う。す
なわち、第2のCGH素子16には、具体例1に示した
CGH素子16の偏向機能に加えて、距離lを隔てた光
源からの光を平行光束に変換するコリメート機能が付加
されている。
【0063】この補助コリメート機能を与えられた第2
のCGH素子16がその中心をz軸に一致させ、x−y
平面上にあるとすると、図16を参照するに、第2のC
GH素子16は、虚像点(X、Y、Z)からの発散球面
波を平行化すなわちコリメート化した後、(α、β、
γ)方向に偏向させる。この第2のCGH素子16の光
路差関数ρ(x,y)は、次式で示される。
のCGH素子16がその中心をz軸に一致させ、x−y
平面上にあるとすると、図16を参照するに、第2のC
GH素子16は、虚像点(X、Y、Z)からの発散球面
波を平行化すなわちコリメート化した後、(α、β、
γ)方向に偏向させる。この第2のCGH素子16の光
路差関数ρ(x,y)は、次式で示される。
【0064】 ρ(x,y)={(X-x)2+(Y-y)2+Z2}1/2-l-(αx+βy)/(α2+β2+γ2)1/2 …(8) ここで、虚像点(X、Y、Z)から第2のCGH素子1
6の中心までの距離lは、次式で示される。 l =(X2+Y2+Z2)1/2 …(9)
6の中心までの距離lは、次式で示される。 l =(X2+Y2+Z2)1/2 …(9)
【0065】従って、第2のCGH素子16のための位
相係数CN は、式(8)を図3〜図9に示した式(4−
0)〜式(4−65)に代入して得られる。図19〜図
24には、それらの演算結果が、各項CN を整理して示
されている。
相係数CN は、式(8)を図3〜図9に示した式(4−
0)〜式(4−65)に代入して得られる。図19〜図
24には、それらの演算結果が、各項CN を整理して示
されている。
【0066】従って、前記したと同様な手順によって求
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第2のCGH素子16が形成される。また、他方
の第3のCGH素子19は、一方の第3のCGH素子1
8についての光路差関数ρ(x,y)の式(8)の右辺
の第3項の符号を負から正に変換することにより得られ
る。従って、CGH素子18を得ると同様な手順によ
り、他方の第3のCGH素子19を得ることができる。
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第2のCGH素子16が形成される。また、他方
の第3のCGH素子19は、一方の第3のCGH素子1
8についての光路差関数ρ(x,y)の式(8)の右辺
の第3項の符号を負から正に変換することにより得られ
る。従って、CGH素子18を得ると同様な手順によ
り、他方の第3のCGH素子19を得ることができる。
【0067】具体例2の光学装置110によれば、第3
のCGH素子18および19に偏向機能に加えて、補助
的にコリメート機能が付加されることから、具体例1に
おけるほどに大きな偏向角を確保することはできない。
しかしながら、具体例2によれば、従来に比較して、十
分に大きな偏向角度を確保することができる上、第1の
CGH素子15の実質的な開口面積の増大を図ることが
できることから、光源sからの光束の捕捉をより有効に
行うことができ、これにより光学装置10の光学特性の
向上を図ることができる。
のCGH素子18および19に偏向機能に加えて、補助
的にコリメート機能が付加されることから、具体例1に
おけるほどに大きな偏向角を確保することはできない。
しかしながら、具体例2によれば、従来に比較して、十
分に大きな偏向角度を確保することができる上、第1の
CGH素子15の実質的な開口面積の増大を図ることが
できることから、光源sからの光束の捕捉をより有効に
行うことができ、これにより光学装置10の光学特性の
向上を図ることができる。
【0068】〈具体例3〉図25に示す具体例3の光学
装置120では、第1のCGH素子15および第2のC
GH素子16に、従来におけると同様に、コリメート機
能または集光機能に加えて、偏向機能が付加されてい
る。また、光路20に配置される第3のCGH素子18
および19は、光学基板11の第1のCGH素子15お
よび16が配置された面と同一の表面11aに形成され
ている。
装置120では、第1のCGH素子15および第2のC
GH素子16に、従来におけると同様に、コリメート機
能または集光機能に加えて、偏向機能が付加されてい
る。また、光路20に配置される第3のCGH素子18
および19は、光学基板11の第1のCGH素子15お
よび16が配置された面と同一の表面11aに形成され
ている。
【0069】図26は、具体例3に示された第1のCG
H素子15の光学特性を示す説明図である。図26に示
す第1のCGH素子15は、z軸上の点光源sからの発
散球面波を原点を通る所望の光のベクトル成分(α、
β、γ)に平行な平行光束に変換する。点光源sは、Z
軸上で原点から距離Lを隔てた位置に存在する。この第
1のCGH素子15の光路差関数ρ(x,y)は、次式
で与えられる。
H素子15の光学特性を示す説明図である。図26に示
す第1のCGH素子15は、z軸上の点光源sからの発
散球面波を原点を通る所望の光のベクトル成分(α、
β、γ)に平行な平行光束に変換する。点光源sは、Z
軸上で原点から距離Lを隔てた位置に存在する。この第
1のCGH素子15の光路差関数ρ(x,y)は、次式
で与えられる。
【0070】 ρ(x,y)=(x2+y2+L2)1/2-L-(αx+βy )/(α2+β2+γ2)1/2 …(10 ) 式(10)でLは光源から原点までの距離であり、焦点
距離fに等しい。この式(10)で表される光路差関数
を図3〜図9の各式(4−0)〜式(4−65)に代入
して、得られた結果が図27に整理して示されている。
距離fに等しい。この式(10)で表される光路差関数
を図3〜図9の各式(4−0)〜式(4−65)に代入
して、得られた結果が図27に整理して示されている。
【0071】従って、図27に示された光路差係数すな
わち位相係数CN を用いたCADプログラムの実行によ
り、第1のCGH素子15のためのマスクデータを得る
ことができ、そのマスクを用いて第1のCGH素子15
が形成される。また、このCGH素子15と等価の第2
のCGH素子16も同様に、形成される。
わち位相係数CN を用いたCADプログラムの実行によ
り、第1のCGH素子15のためのマスクデータを得る
ことができ、そのマスクを用いて第1のCGH素子15
が形成される。また、このCGH素子15と等価の第2
のCGH素子16も同様に、形成される。
【0072】再び図25を参照するに、第1のチップモ
ジュール12の発光部12aからの球面発散光は、第1
のCGH素子15を経ることにより、該CGH素子のコ
リメート機能により平行光束に変換され、また偏向機能
により偏向を受ける。第1のCGH素子15を経て偏向
を受けた平行光束は、反射手段17bにより第3のCG
H素子18に入射する。
ジュール12の発光部12aからの球面発散光は、第1
のCGH素子15を経ることにより、該CGH素子のコ
リメート機能により平行光束に変換され、また偏向機能
により偏向を受ける。第1のCGH素子15を経て偏向
を受けた平行光束は、反射手段17bにより第3のCG
H素子18に入射する。
【0073】この反射手段17bからの平行光束を受け
る第3のCGH素子18の光学特性が図28に示されて
いる。図28に示される特性を有する第3のCGH素子
18は、任意の偏向角度を持つ平行光束を任意の偏向角
度を持つ平行光束に偏向するプリズムと同じ機能を果た
す。入射平行光束は、原点を通る光のベクトル成分(α
1 、β1 、γ1 )に平行であり、出射平行光束は、原点
を通るベクトル成分(α2 、β2 、γ2 )に平行であ
る。
る第3のCGH素子18の光学特性が図28に示されて
いる。図28に示される特性を有する第3のCGH素子
18は、任意の偏向角度を持つ平行光束を任意の偏向角
度を持つ平行光束に偏向するプリズムと同じ機能を果た
す。入射平行光束は、原点を通る光のベクトル成分(α
1 、β1 、γ1 )に平行であり、出射平行光束は、原点
を通るベクトル成分(α2 、β2 、γ2 )に平行であ
る。
【0074】この第3のCGH素子18の光路差関数ρ
(x,y)は次式、 ρ(x,y)=(α1x+ β1y)/(α1 2+ β1 2+ γ1 2)1/2−(α2x+ β2y)/(α 2 2 + β2 2+ γ2 2)1/2 …(11) で表される。
(x,y)は次式、 ρ(x,y)=(α1x+ β1y)/(α1 2+ β1 2+ γ1 2)1/2−(α2x+ β2y)/(α 2 2 + β2 2+ γ2 2)1/2 …(11) で表される。
【0075】式(11)を式(4−0)〜式(4−6
5)に代入して光路差関数ρ(x,y)についての各光
路差係数の演算結果を整理すると、式(11)は、xお
よびyの1次式であることから、それらの偏微分によっ
て得られる項は、図29に示されるとおり、項C0 〜C
2 に過ぎない。
5)に代入して光路差関数ρ(x,y)についての各光
路差係数の演算結果を整理すると、式(11)は、xお
よびyの1次式であることから、それらの偏微分によっ
て得られる項は、図29に示されるとおり、項C0 〜C
2 に過ぎない。
【0076】従って、図29に示される光路差係数C0
〜C2 の各値を光路差係数CN として、前記したと同様
なCADプログラムの実行により、第3のCGH素子1
8のためのマスクパターンのデータが得られる。
〜C2 の各値を光路差係数CN として、前記したと同様
なCADプログラムの実行により、第3のCGH素子1
8のためのマスクパターンのデータが得られる。
【0077】前記したようなプリズム機能すなわち偏向
機能を有する第3のCGH素子18により、該CGH素
子に入射する平行光束を比較的大きな偏向角度で偏向さ
せることができ、また第3のCGH素子18を覆う反射
手段17aにより、再び反射手段17bへ向けて反射さ
れる。
機能を有する第3のCGH素子18により、該CGH素
子に入射する平行光束を比較的大きな偏向角度で偏向さ
せることができ、また第3のCGH素子18を覆う反射
手段17aにより、再び反射手段17bへ向けて反射さ
れる。
【0078】反射手段17aに向けての反射光は、再
度、反射手段17bにより反射を受けて他方の第3のC
GH素子19に入射する。このCGH素子19での偏向
および反射手段17aによる反射による光経路20は、
中心線Cを対称軸として、対称的に形成される。
度、反射手段17bにより反射を受けて他方の第3のC
GH素子19に入射する。このCGH素子19での偏向
および反射手段17aによる反射による光経路20は、
中心線Cを対称軸として、対称的に形成される。
【0079】従って、一方の第3のCGH素子18と対
をなす他方の第3のCGH素子19は、CGH素子18
におけると同様な手順により、形成することができ、ま
た第1のCGH素子15と光学的に等価な第2のCGH
素子16は第1のCGH素子15と同様に形成される。
をなす他方の第3のCGH素子19は、CGH素子18
におけると同様な手順により、形成することができ、ま
た第1のCGH素子15と光学的に等価な第2のCGH
素子16は第1のCGH素子15と同様に形成される。
【0080】図25に示す具体例3の光学装置120で
は、第1および第2のCGH素子15および16が従来
におけると同様に、偏向機能を有する。しかしながら、
光学基板11内の光路20に、偏向機能を有する第3の
CGH素子18および19が配置されていることから、
第1のCGH素子15および第2のCGH素子16の偏
向機能にのみ依存することなく、光学基板11内での光
路20の屈折角を第3のCGH素子18および19の偏
向機能により、反射角の規制を受けることなく、大きく
設定することができる。
は、第1および第2のCGH素子15および16が従来
におけると同様に、偏向機能を有する。しかしながら、
光学基板11内の光路20に、偏向機能を有する第3の
CGH素子18および19が配置されていることから、
第1のCGH素子15および第2のCGH素子16の偏
向機能にのみ依存することなく、光学基板11内での光
路20の屈折角を第3のCGH素子18および19の偏
向機能により、反射角の規制を受けることなく、大きく
設定することができる。
【0081】また、具体例3では、第1のCGH素子1
5、第2のCGH素子16、第3のCGH素子18およ
び19の各CGH素子が光学基板11の表面11aに形
成されている。従って、光学基板11の両面にCGH素
子のための加工を施す必要はなく、エッチング技術によ
り、表面11aに各CGH素子15、16、18および
19を一括的に形成することができることから、製造工
程の簡素化を図ることが可能となる。
5、第2のCGH素子16、第3のCGH素子18およ
び19の各CGH素子が光学基板11の表面11aに形
成されている。従って、光学基板11の両面にCGH素
子のための加工を施す必要はなく、エッチング技術によ
り、表面11aに各CGH素子15、16、18および
19を一括的に形成することができることから、製造工
程の簡素化を図ることが可能となる。
【0082】〈具体例4〉図30は、具体例4の光学装
置130を部分的に拡大して示す。具体例3では、第1
のCGH素子15および第2のCGH素子16間の光路
20に、一対の第3のCGH素子18および19を挿入
した例を示したが、さらに、一対の第3のCGH素子1
8および19間に、同様な対をなす第3のCGH素子1
8′および19′を挿入することができる。
置130を部分的に拡大して示す。具体例3では、第1
のCGH素子15および第2のCGH素子16間の光路
20に、一対の第3のCGH素子18および19を挿入
した例を示したが、さらに、一対の第3のCGH素子1
8および19間に、同様な対をなす第3のCGH素子1
8′および19′を挿入することができる。
【0083】具体例4では、第3のCGH素子18は入
射角度θ1で入射する平行光束を出射角度θ2に偏向さ
せる。また、第3のCGH素子18′は入射角度θ2で
入射する平行光束を出射角度θ3に偏向させる。また、
第3のCGH素子19および19′は、中心線Cを対称
軸とする対称的な光路20が形成されるように、偏向機
能が与えられている。
射角度θ1で入射する平行光束を出射角度θ2に偏向さ
せる。また、第3のCGH素子18′は入射角度θ2で
入射する平行光束を出射角度θ3に偏向させる。また、
第3のCGH素子19および19′は、中心線Cを対称
軸とする対称的な光路20が形成されるように、偏向機
能が与えられている。
【0084】3組以上の対をなす第3のCGH素子を用
いることができ、対をなす第3のCGH素子を多段配置
することにより、より有効的に、反射回数の低減あるい
は第1のチップモジュール12および第2のチップモジ
ュール13間の結合長距離の増大を図ることができる。
いることができ、対をなす第3のCGH素子を多段配置
することにより、より有効的に、反射回数の低減あるい
は第1のチップモジュール12および第2のチップモジ
ュール13間の結合長距離の増大を図ることができる。
【0085】〈具体例5〉具体例1〜4では、第3のC
GH素子が1本の平行光束を偏向させる例を示したが、
具体例5の光学装置140として図31に示されている
ように、複数の平行光束により、相互に平行な光路20
(20a、20bおよび20c)が取り扱われるとき、
各第3のCGH素子18および19を、いわゆるハイブ
リッド構成とすることにより、これらの複数の平行光束
を一括的に偏向させることができる。
GH素子が1本の平行光束を偏向させる例を示したが、
具体例5の光学装置140として図31に示されている
ように、複数の平行光束により、相互に平行な光路20
(20a、20bおよび20c)が取り扱われるとき、
各第3のCGH素子18および19を、いわゆるハイブ
リッド構成とすることにより、これらの複数の平行光束
を一括的に偏向させることができる。
【0086】〈具体例6〉図32に示す具体例6の光学
装置150では、一対の第3のCGH素子18および1
9がリレーレンズ系を構成する。このリレーレンズ系を
構成する第3のCGH素子18および19は、図33
(a)に示されるとおり、第1のCGH素子15および
第2のCGH素子16との共焦条件を満たす。
装置150では、一対の第3のCGH素子18および1
9がリレーレンズ系を構成する。このリレーレンズ系を
構成する第3のCGH素子18および19は、図33
(a)に示されるとおり、第1のCGH素子15および
第2のCGH素子16との共焦条件を満たす。
【0087】共焦条件を満たす光学系の光線行列式が図
33(b)に示されている。従って、発光部12aから
の発散光を平行化するコリメート機能を有する第1のC
GH素子15と、平行光束を受光部13aへ集光する集
光機能を有する第2のCGH素子16との間に、焦点距
離fを有する両第3のCGH素子18および19を、図
33(a)に示されるとおり配置することにより、前記
したリレーレンズ系を構成することができる。
33(b)に示されている。従って、発光部12aから
の発散光を平行化するコリメート機能を有する第1のC
GH素子15と、平行光束を受光部13aへ集光する集
光機能を有する第2のCGH素子16との間に、焦点距
離fを有する両第3のCGH素子18および19を、図
33(a)に示されるとおり配置することにより、前記
したリレーレンズ系を構成することができる。
【0088】具体例6の光学装置150では、第1のC
GH素子15および第2のCGH素子16は、前記した
コリメート機能または集光機能に加えて、偏向機能を有
する。このようなCGH素子15および16は、図25
に示した具体例3における第1のCGH素子15および
第2のCGH素子16と同様であり、具体例3について
説明したと同様な手順により、形成することができる。
GH素子15および第2のCGH素子16は、前記した
コリメート機能または集光機能に加えて、偏向機能を有
する。このようなCGH素子15および16は、図25
に示した具体例3における第1のCGH素子15および
第2のCGH素子16と同様であり、具体例3について
説明したと同様な手順により、形成することができる。
【0089】具体例6の第3のCGH素子18および1
9は、前記した焦点距離fで集光する集光機能に加え
て、偏向機能を有する。図34は、このCGH素子18
の光学特性を示す。具体例6における第3のCGH素子
18は、図34に示されるとおり、点光源sからの発散
球面波を平行光束に変換する機能を有する。CGH素子
18がx−y面上でz軸に中心を一致させて配置されて
おり、座標(X、Y、Z)に位置する点光源sからの発
散光が、原点を通るベクトル成分(α、β、γ)で表さ
れる平行光束に変換されるとすると、第3のCGH素子
18の光路差関数ρ(x,y)は、次式
9は、前記した焦点距離fで集光する集光機能に加え
て、偏向機能を有する。図34は、このCGH素子18
の光学特性を示す。具体例6における第3のCGH素子
18は、図34に示されるとおり、点光源sからの発散
球面波を平行光束に変換する機能を有する。CGH素子
18がx−y面上でz軸に中心を一致させて配置されて
おり、座標(X、Y、Z)に位置する点光源sからの発
散光が、原点を通るベクトル成分(α、β、γ)で表さ
れる平行光束に変換されるとすると、第3のCGH素子
18の光路差関数ρ(x,y)は、次式
【0090】 ρ(x,y)={(X-x)2+(Y-y)2+Z2)}1/2-f-(αx+βy)/(α2+β2+γ2)1/2 …(12 ) ここで、原点から点光源sまでの距離fは、次式で示さ
れる。 f =(X2+Y2+Z2)1/2 …(13 )
れる。 f =(X2+Y2+Z2)1/2 …(13 )
【0091】従って、第3のCGH素子18のための位
相係数CN は、前記した例におけると同様に、式(1
2)を図3〜図9に示した各式に代入して得られる。図
35〜図40にそれらの演算結果が整理して示されてい
る。この演算結果を用いた前記したと同様な手順によ
り、第3のCGH素子18を得ることができる。また、
この第3のCGH素子18を得たと同様な手順により、
第3のCGH素子19を得ることができる。
相係数CN は、前記した例におけると同様に、式(1
2)を図3〜図9に示した各式に代入して得られる。図
35〜図40にそれらの演算結果が整理して示されてい
る。この演算結果を用いた前記したと同様な手順によ
り、第3のCGH素子18を得ることができる。また、
この第3のCGH素子18を得たと同様な手順により、
第3のCGH素子19を得ることができる。
【0092】一対の第3のCGH素子18および19に
より、前記したようなリレーレンズ系を構成することに
より、より有効に光路20の長さを増大させることがで
き、あるいは反射手段17aおよび17bによる反射回
数の低減を図ることができる。また、第1のCGH素子
15および第2のCGH素子16の開口が数百ミクロン
以下という小径レンズのとき、回折の影響が大きくなる
が、リレーレンズ系を用いることにより、結像によって
回折の影響を最小限に抑制することが可能となる。
より、前記したようなリレーレンズ系を構成することに
より、より有効に光路20の長さを増大させることがで
き、あるいは反射手段17aおよび17bによる反射回
数の低減を図ることができる。また、第1のCGH素子
15および第2のCGH素子16の開口が数百ミクロン
以下という小径レンズのとき、回折の影響が大きくなる
が、リレーレンズ系を用いることにより、結像によって
回折の影響を最小限に抑制することが可能となる。
【0093】具体例6では、第3のCGH素子18およ
び第3のCGH素子19からなるリレーレンズ系に第1
のCGH素子15からのコリメート光が入射する例を示
したが、後述する例をも含み、共焦条件を満たすリレー
レンズ系では、結像作用を有することから、完全に平行
化が図られていない光束に対しても有効に適用させるこ
とができる。
び第3のCGH素子19からなるリレーレンズ系に第1
のCGH素子15からのコリメート光が入射する例を示
したが、後述する例をも含み、共焦条件を満たすリレー
レンズ系では、結像作用を有することから、完全に平行
化が図られていない光束に対しても有効に適用させるこ
とができる。
【0094】〈具体例7〉図41は、第1のCGH素子
15および第2のCGH素子16間に複数のリレーレン
ズ系を挿入した具体例7の光学装置160を示す。図4
2に示されているように、発光部12aからの発散光を
平行光束に変換する第1のCGH素子15と平行光束を
受光部13aに集光させる第2のCGH素子16との間
に、1組の第3のCGH素子18および18′と、他の
1組の第3のCGH素子19および19′とからなる2
つのリレーレンズ系が直列的に挿入されている。各組ご
とで、図42に示されるとおり、図33の具体例6で説
明したとおりの共焦条件(f1、f2)をそれぞれ満た
す。また、第3のCGH素子18および19と、第3の
CGH素子18′および19′とは、中心線cを対称軸
として対称的な光路20が形成されるように、それぞれ
の偏向角度が設定される。
15および第2のCGH素子16間に複数のリレーレン
ズ系を挿入した具体例7の光学装置160を示す。図4
2に示されているように、発光部12aからの発散光を
平行光束に変換する第1のCGH素子15と平行光束を
受光部13aに集光させる第2のCGH素子16との間
に、1組の第3のCGH素子18および18′と、他の
1組の第3のCGH素子19および19′とからなる2
つのリレーレンズ系が直列的に挿入されている。各組ご
とで、図42に示されるとおり、図33の具体例6で説
明したとおりの共焦条件(f1、f2)をそれぞれ満た
す。また、第3のCGH素子18および19と、第3の
CGH素子18′および19′とは、中心線cを対称軸
として対称的な光路20が形成されるように、それぞれ
の偏向角度が設定される。
【0095】一対の第3のCGH素子18および19間
に、各CGH素子18または19とリレーレンズを構成
する第3のCGH素子18′および19′を挿入するこ
とにより、このCGH素子18′および19′の偏向作
用により、反射手段17aに依存する反射角に比較し
て、さらに大きな屈折角度を設定することができる。
に、各CGH素子18または19とリレーレンズを構成
する第3のCGH素子18′および19′を挿入するこ
とにより、このCGH素子18′および19′の偏向作
用により、反射手段17aに依存する反射角に比較し
て、さらに大きな屈折角度を設定することができる。
【0096】〈具体例8〉図43は、リレーレンズ系に
具体例5で示したと同様なハイブリッド構成を適用した
具体例8を示す。具体例8の光学装置170では、図4
4に示されているように、各発光部12aからの複数の
光路20(20a、20bおよび20c)を経る各平行
光束は、共焦条件(焦点距離f)を満たす第3のCGH
素子18および第3のCGH素子19により、一括的に
取り扱われる。
具体例5で示したと同様なハイブリッド構成を適用した
具体例8を示す。具体例8の光学装置170では、図4
4に示されているように、各発光部12aからの複数の
光路20(20a、20bおよび20c)を経る各平行
光束は、共焦条件(焦点距離f)を満たす第3のCGH
素子18および第3のCGH素子19により、一括的に
取り扱われる。
【0097】〈具体例9〉図45は、リレーレンズ系
に、偏向機能を有する一対のCGH素子を挿入した具体
例9を示す。具体例9の光学装置180では、図45お
よび図46に示されているように、発光部12aからの
球面発散光が第1のCGH素子15により平行光束に変
換さかつ偏向を受ける。また、平行光束は第2のCGH
素子16により、受光部13aへ向けて偏向を受けかつ
集光される。
に、偏向機能を有する一対のCGH素子を挿入した具体
例9を示す。具体例9の光学装置180では、図45お
よび図46に示されているように、発光部12aからの
球面発散光が第1のCGH素子15により平行光束に変
換さかつ偏向を受ける。また、平行光束は第2のCGH
素子16により、受光部13aへ向けて偏向を受けかつ
集光される。
【0098】この両CGH素子15および16間に、偏
向機能を有する第3のCGH素子18および19によ
り、前記したと同様な共焦条件(焦点距離f)を有する
リレーレンズ系が構成されている。さらに、このリレー
レンズ系を構成する第3のCGH素子18および19間
に、偏向機能を有する一対の第3のCGH素子18′お
よび19′が挿入されている。
向機能を有する第3のCGH素子18および19によ
り、前記したと同様な共焦条件(焦点距離f)を有する
リレーレンズ系が構成されている。さらに、このリレー
レンズ系を構成する第3のCGH素子18および19間
に、偏向機能を有する一対の第3のCGH素子18′お
よび19′が挿入されている。
【0099】この具体例9に示すとおり、リレーレンズ
系に偏向機能を有する第3のCGH素子を挿入すること
によっても、有効に光路20の長さを増大させることが
でき、あるいは反射手段17aおよび17bによる反射
回数の低減を図ることができる。
系に偏向機能を有する第3のCGH素子を挿入すること
によっても、有効に光路20の長さを増大させることが
でき、あるいは反射手段17aおよび17bによる反射
回数の低減を図ることができる。
【0100】図45および図46に示した例では、偏向
機能のみを有する、すなわちプリズム機能を有するCG
H素子18′および19′をリレーレンズ系を構成する
一対の第3のCGH素子18および19間に挿入した
が、これに代えて、プリズム機能を有するCGH素子1
8′および19′を第1のCGH素子15と第3のCG
H素子18との間および第2のCGH素子16と第3の
CGH素子19との間に挿入することができる。
機能のみを有する、すなわちプリズム機能を有するCG
H素子18′および19′をリレーレンズ系を構成する
一対の第3のCGH素子18および19間に挿入した
が、これに代えて、プリズム機能を有するCGH素子1
8′および19′を第1のCGH素子15と第3のCG
H素子18との間および第2のCGH素子16と第3の
CGH素子19との間に挿入することができる。
【0101】〈具体例10〉具体例1〜具体例9では、
光路20の偏向を2次元の平面上で説明したが、図47
に示されているとおり、発光部12aからの発散球面波
をコリメートしかつ偏向させる第1のCGH素子15と
このCGH素子15により得られた平行光束を受光部1
3aに偏向させかつ集光させる第2のCGH素子16と
の間に、3次元的に所望方向へ偏向させる第3のCGH
素子18を挿入することができる。このような第3のC
GH素子18を光学基板11内の光路20の所望箇所へ
挿入することにより、光配線のレイアウトの自由度を著
しく向上させることが可能となる。
光路20の偏向を2次元の平面上で説明したが、図47
に示されているとおり、発光部12aからの発散球面波
をコリメートしかつ偏向させる第1のCGH素子15と
このCGH素子15により得られた平行光束を受光部1
3aに偏向させかつ集光させる第2のCGH素子16と
の間に、3次元的に所望方向へ偏向させる第3のCGH
素子18を挿入することができる。このような第3のC
GH素子18を光学基板11内の光路20の所望箇所へ
挿入することにより、光配線のレイアウトの自由度を著
しく向上させることが可能となる。
【0102】前記したところでは、説明の簡素化のため
に、光学基板11が真空中(屈折率=1)に配置されて
いると仮定して説明した。従って、光学基板11が1以
外の屈折率を有する媒質中に配置されている場合、光路
長にその媒質の屈折率を掛け合わせた光路長が採用され
る。
に、光学基板11が真空中(屈折率=1)に配置されて
いると仮定して説明した。従って、光学基板11が1以
外の屈折率を有する媒質中に配置されている場合、光路
長にその媒質の屈折率を掛け合わせた光路長が採用され
る。
【0103】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、第1
および第2のCGH素子に従来のような大きな偏向機能
を期待することなく、第3のCGH素子の偏向機能によ
り、光学基板内での光の偏向角度を従来よりも大きくす
ることができることから、第1および第2のCGH素子
間の間隔を所定値に保持させたとき、従来に比較して光
学基板内での反射回数を低減させることが可能となり、
また反射回数を所定値に保持したとき、第1および第2
のCGH素子間の間隔を従来に比較して大きく設定する
ことが可能となる。従って、本発明によれば、反射によ
る損失の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度
が高められた自由空間光配線用光学装置が提供される。
および第2のCGH素子に従来のような大きな偏向機能
を期待することなく、第3のCGH素子の偏向機能によ
り、光学基板内での光の偏向角度を従来よりも大きくす
ることができることから、第1および第2のCGH素子
間の間隔を所定値に保持させたとき、従来に比較して光
学基板内での反射回数を低減させることが可能となり、
また反射回数を所定値に保持したとき、第1および第2
のCGH素子間の間隔を従来に比較して大きく設定する
ことが可能となる。従って、本発明によれば、反射によ
る損失の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度
が高められた自由空間光配線用光学装置が提供される。
【図1】本発明に係る光学装置の具体例1を概略的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図2】テイラー展開式の説明図である。
【図3】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
1)である。
1)である。
【図4】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
2)である。
2)である。
【図5】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
3)である。
3)である。
【図6】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
4)である。
4)である。
【図7】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
5)である。
5)である。
【図8】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
6)である。
6)である。
【図9】テイラー展開による光路差係数の説明図(その
7)である。
7)である。
【図10】具体例1の第1のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図11】具体例1の第1のCGH素子の光路差係数の
説明図(その1)である。
説明図(その1)である。
【図12】具体例1の第1のCGH素子の光路差係数の
説明図(その2)である。
説明図(その2)である。
【図13】具体例1の第3のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図14】具体例1の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図である。
説明図である。
【図15】本発明に係る光学装置の具体例2を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図16】具体例2の第1および第3のCGH素子の光
学特性を示す説明図である。
学特性を示す説明図である。
【図17】具体例2の第1のCGH素子の光路差係数の
説明図(その1)である。
説明図(その1)である。
【図18】具体例2の第1のCGH素子の光路差係数の
説明図(その2)である。
説明図(その2)である。
【図19】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その1)である。
説明図(その1)である。
【図20】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その2)である。
説明図(その2)である。
【図21】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その3)である。
説明図(その3)である。
【図22】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その4)である。
説明図(その4)である。
【図23】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その5)である。
説明図(その5)である。
【図24】具体例2の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その6)である。
説明図(その6)である。
【図25】本発明に係る光学装置の具体例3を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図26】具体例3の第1のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図27】具体例3の第1のCGH素子の光路差係数の
説明図である。
説明図である。
【図28】具体例3の第3のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図29】具体例3の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図である。
説明図である。
【図30】本発明に係る光学装置の具体例4の一部を概
略的に示す断面図である。
略的に示す断面図である。
【図31】本発明に係る光学装置の具体例5の一部を概
略的に示す断面図である。
略的に示す断面図である。
【図32】本発明に係る光学装置の具体例6を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図33】具体例6のリレーレンズ系の説明図である。
【図34】具体例6の第3のCGH素子の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図35】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その1)である。
説明図(その1)である。
【図36】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その2)である。
説明図(その2)である。
【図37】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その3)である。
説明図(その3)である。
【図38】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その4)である。
説明図(その4)である。
【図39】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その5)である。
説明図(その5)である。
【図40】具体例6の第3のCGH素子の光路差係数の
説明図(その6)である。
説明図(その6)である。
【図41】本発明に係る光学装置の具体例7を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図42】具体例7のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。
る。
【図43】本発明に係る光学装置の具体例8の一部を概
略的に示す断面図である。
略的に示す断面図である。
【図44】具体例8のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。
る。
【図45】本発明に係る光学装置の具体例9を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図46】具体例9のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。
る。
【図47】本発明に係る光学装置の具体例10を概略的
に示す斜視図である。
に示す斜視図である。
10、110、120、130、140、150、16
0、170、180および190 光学装置 11 光学基板 11aおよび11b 光学基板の平面 12a 光源(第1のチップモジュールの発光部) 15 第1のCGH素子 16 第2のCGH素子 17aおよび17b 反射手段 18、18′、19および19′ 第3のCGH素子 20 光路
0、170、180および190 光学装置 11 光学基板 11aおよび11b 光学基板の平面 12a 光源(第1のチップモジュールの発光部) 15 第1のCGH素子 16 第2のCGH素子 17aおよび17b 反射手段 18、18′、19および19′ 第3のCGH素子 20 光路
Claims (8)
- 【請求項1】 光の透過を許す光学基板と、該光学基板
内に光源からの光を案内すべく該光学基板に設けられ、
前記光源からの光を平行化するコリメート機能を有する
第1のCGH素子と、該CGH素子を経た平行光を前記
光学基板の外へ向けて集光させる集光機能を有する第2
のCGH素子とを備える自由空間光配線用光学装置であ
って、前記第1のCGH素子から第2のCGH素子に至
る光学基板内の光路に、該光路を屈曲させるための偏向
機能を有する第3のCGH素子が配置されていることを
特徴とする自由空間光配線用光学装置。 - 【請求項2】 前記光学基板は、互いに平行な一対の平
面を備え、その一方の平面に前記第1および第2のCG
H素子が設けられており、前記両平面の前記第1および
第2のCGH素子領域を除く部分には、前記光学基板内
の光を反射するための反射手段が設けられている請求項
1記載の自由空間光配線用光学装置。 - 【請求項3】 前記第1および第2のCGH素子は偏向
機能を有さず、第3のCGH素子は、それぞれ第1およ
び第2のCGH素子の直下で該各CGH素子に対応して
対をなして配置されていることを特徴とする請求項2記
載の自由空間光配線用光学装置。 - 【請求項4】 前記第1および第2のCGH素子と、該
各CGH素子に対応する前記各第3のCGH素子とは、
前記光源からの光を平行化するためのコリメート機能を
分担していることを特徴とする請求項3記載の自由空間
光配線用光学装置。 - 【請求項5】 前記第1および第2のCGH素子は、コ
リメート機能または集光機能に加えて、偏向機能を有
し、前記第3のCGH素子は、前記一方の平面に、前記
第1および第2のCGH素子間で、対をなして設けられ
ている請求項2記載の自由空間光配線用光学装置。 - 【請求項6】 第3のCGH素子は、それぞれが対をな
す複数の組を構成すべく前記第1および第2のCGH素
子間に、設けられている請求項5記載の自由空間光配線
用光学装置。 - 【請求項7】 前記対をなして設けられる第3のCGH
素子のそれぞれは集光機能を有し、両第3のCGH素子
はリレーレンズ系を構成する請求項5記載の自由空間光
配線用光学装置。 - 【請求項8】 前記リレーレンズ系が対をなして対称的
に前記第1および第2のCGH素子間に設けられている
請求項7記載の自由空間光配線用光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24961297A JPH1172750A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 自由空間光配線用光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24961297A JPH1172750A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 自由空間光配線用光学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1172750A true JPH1172750A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=17195629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24961297A Pending JPH1172750A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 自由空間光配線用光学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1172750A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6897430B2 (en) | 2000-12-28 | 2005-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device, optoelectronic board, and production methods therefor |
US6928205B2 (en) | 2002-08-02 | 2005-08-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical waveguide device, layered substrate and electronics using the same |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP24961297A patent/JPH1172750A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6897430B2 (en) | 2000-12-28 | 2005-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device, optoelectronic board, and production methods therefor |
US6936808B2 (en) | 2000-12-28 | 2005-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device, optoelectronic board, and production methods therefor |
US7141778B2 (en) | 2000-12-28 | 2006-11-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device, optoelectronic board, and production methods therefor |
US6928205B2 (en) | 2002-08-02 | 2005-08-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical waveguide device, layered substrate and electronics using the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6768834B1 (en) | Slab optical multiplexer | |
JPS61188509A (ja) | 光結合装置 | |
JPS62237408A (ja) | 双方向通信網用送受信モジユ−ルとその製造方法 | |
JP2019101444A (ja) | 光学経路の折り返しを有するフォトニックチップ及び集積化コリメーション構造 | |
WO2006001286A1 (ja) | 光学素子、光学系及び導波路 | |
US6721511B1 (en) | Optical communication equipment and optical communication network equipment | |
EP0644443A1 (en) | Three-dimensional opto-electric integrated circuit using optical wiring | |
US20230314218A1 (en) | Metasurface-based spectrometer and electronic device | |
JPH0973041A (ja) | 自由空間光配線用のマイクロ光学系およびそのセッティング方法 | |
US8761554B2 (en) | Wavelength selective switch | |
JPH1172750A (ja) | 自由空間光配線用光学装置 | |
JP2797875B2 (ja) | 光学基板及び光接続素子 | |
US8659812B2 (en) | Wavelength selective switch | |
JPH11125718A (ja) | 光学装置 | |
JP2000187183A (ja) | 光配線用光学装置 | |
JP2000193824A (ja) | 回折光学素子組立体 | |
JP2002236237A (ja) | 光学装置 | |
JP3479449B2 (ja) | 反射型回折光学素子の製造方法 | |
JPH0973026A (ja) | 一体型光接続構造 | |
JPS5851244B2 (ja) | シユウセキヒカリハンシヤソウチ | |
US20240069422A1 (en) | Folded projection and detection system | |
JP2010197675A (ja) | 光導波路およびそれを具備する光電気混載基板 | |
JPH1172751A (ja) | 自由空間光配線用光学装置 | |
JPH11133263A (ja) | 光配線用光分配器 | |
JP2002082260A (ja) | 光通信端末用光学装置および光通信システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040302 |