光回折素子及び光学ローパスフィルタ
【課題】光学ローパスフィルタとして、水晶板に代わる実用的なものを提供する。
【解決手段】透明な基板と、基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列された第１配向層とを備え、第１パターンは、第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が第１の方向に配列されて形成され、３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子を発明した。
【解決手段】透明な基板と、基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列された第１配向層とを備え、第１パターンは、第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が第１の方向に配列されて形成され、３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子を発明した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回折素子及びこれを用いた光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ローパスフィルタは、撮像素子を用いたデジタルカメラ又はデジタルムービーにおいて、撮像素子の画素ピッチよりも高い空間周波数を有する光学像が入射することによって発生するモアレ縞を防止するために用いられる。光学ローパスフィルタとしては材料の複屈折性を利用した水晶板が用いられている（特許文献１を参照）。
特許文献 国際公開第２００８／００４５７０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、水晶板を用いた光回折素子の厚みが大きくなり、小型化することが難しかった。また、水晶板は高価であり、帯電し易いことによる埃の付着の問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の態様における光回折素子は、透明な基板と、基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層を備え、第１パターンは、第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第１の方向に配列されて形成され、３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】撮像装置を模式的に示す。
【図２】第１の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図３】図２の領域Ａの拡大図である。
【図４】第２の実施形態の光回折素子に係る領域Ａの拡大図である。
【図５】第３の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図６】図５の領域Ａの拡大図の模式図である。
【図７】第４の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図８】図７の光回折素子に入射した光の回折の概要を示す。
【図９】第１液晶層及び第２液晶層に入射する光の偏光状態と回折方向の関係を示す。
【図１０】光回折素子の製造方法を示す図である。
【図１１】光回折素子の製造方法を示す図である。
【図１２】第５の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図１３】第１液晶層及び第２液晶層に入射する光の偏光状態と回折方向の関係を示す。
【図１４】図１２の光回折素子３０４に入射した光の回折の概要を示す。
【図１５】小領域の幅を説明する図である。
【図１６】図１５の幅ａの条件を変えた結果を示すグラフである。
【図１７】第１パターンを１０の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図１８】第１パターンを６の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図１９】第１パターンを４の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図２０】第１パターンを３の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図２１】第１パターン分割数と１次回折効率の関係を示すグラフである。
【図２２】図７の光回折素子に円偏光を入射させた場合の回折光強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、デジタルカメラ等の撮像装置を模式的に示す。当該撮像装置は、物点１００からの光を結像する光学系１０２と、当該光学系１０２により結像した像光を電気的信号に変換して出力する撮像素子１０６とを備える。撮像素子１０６には、複数のイメージセンサーが二次元的に周期的に配列されている。撮像素子１０６と光学系１０２との間には、ローパスフィルタの一例としての光回折素子１０４が配置されている。
【０００９】
図２は、光回折素子１０４の第１の実施形態を示す模式図である。光回折素子１０４は、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。
【００１０】
基板２００は、面全体で略均一な厚みを有する。例えば、基板２００は、２ｍｍ〜５ｍｍ×２ｍｍ〜５ｍｍの四角形状に形成されている。基板２００として、可視光の波長で透過率の高い透明なガラス板を用いることができる。尚、基板２００を樹脂製の板、樹脂製のフィルムまたはガラス繊維を含む樹脂材料等の透明な材料によって構成してもよい。
【００１１】
第１配向層２０２は、異方性の高分子により形成される。第１配向層２０２において、当該高分子の配向パターンである第１パターン２１２を単位として、当該第１パターンが基板２００の主面に沿った±ｘ方向に周期的に複数配置されている。各第１パターン２１２における±ｘ方向の幅は、入射光に対してあらかじめ定められた回折光が生じるように、任意に設定することができ、例えば、０．５μｍ〜１０００μｍとすることができる。なお、ここで異方性とは、光学的な屈折率が異方性を有すること、光学的な吸収率が異方性を有すること、等を含む。
【００１２】
図３は、図２の領域Ａにおける第１パターン２１２の高分子の配向の状態を示す。１つの第１パターン２１２に注目すると、第１パターン２１２は、±ｘ方向に沿って配置された３つの小領域２１４に区分される。３つの小領域２１４の並ぶ方向が、第１パターン２１２の並ぶ方向と同じであることで、高分子の配向方向が周期的に変化する複数の小領域２１４が、±ｘ方向に沿って周期的に繰り返される。図３において、小領域２１４の±ｘ方向に沿った幅ｄ１、ｄ２、ｄ３は等しい。
【００１３】
小領域２１４内において高分子は一定の配向方向２２０に配向しているとともに、隣り合う小領域２１４同士では高分子の配向方向２２０が異なっている。図３に示す例において、隣り合う小領域２１４同士は配向方向が６０度ずつ異なっている。
【００１４】
小領域２１４の高分子は、配向を制御することが可能な材料であれば特に制限はないが、例えば、偏光によって配向制御することができる光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物及び光反応性液晶化合物が用いられる。これらの化合物を予め定められた方向に配向した後、光又は熱で固化し、その配向方向を固定してもよい。なお、小領域２１４の高分子は、第１配向層２０２の全体で同一の材料を用いてもよいし、小領域２１４ごとに異なる高分子を用いてもよい。
【００１５】
上記小領域２１４上の第１液晶層２０４は、当該小領域２１４の配向方向２２０に沿って配向する。すなわち、第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。これにより、第１液晶層２０４は、第１配向層２０２の配向状態に対応して、複屈折の遅相軸の方向が周期的に配列されたパターンを有する。第１液晶層２０４は、遅相軸の方向が場所により周期的に変化することで、位相型回折格子として機能する。第１液晶層２０４には、例えば、熱又は光により重合する重合性液晶などが用いられる。第１液晶層２０４は、例えば約０．０１μｍ〜１μｍの厚みを有する。なお、液晶は、第１液晶層２０４の全体で同一の材料を用いてもよいし、小領域２１４に対応する領域ごとに異なる液晶を用いてもよい。
【００１６】
また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００１７】
上記光回折素子１０４において、図２の＋ｚ方向から入射した入射光４００は、当該光回折素子１０４を通過することにより、±ｚ方向に対して±ｘ方向に角度を有する１次回折光４０４を生じる。なお、図２では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。
【００１８】
上記の通り、光回折素子１０４は、第１配向層２０２が互いに配向方向が異なる小領域２１４を有するとともに、第１液晶層２０４が当該小領域２１４に対応する領域を有するので、複数の小領域２１４を透過した光が互いに干渉することにより、回折光が生じる。また、第１配向層２０２において当該小領域２１４からなる第１パターン２１２が繰り返し配されるとともに、第１液晶層２０４が当該第１パターン２１２の繰り返しに対応する領域を有するので、回折光の強度を向上させることができる。さらに、隣り合う小領域２１４ごとに配向方向２２０の角度差を同じにすることで、１次回折光の強度比を向上させることができる。さらに、第１パターン２１２ごとに、この配向方向２２０を基板２００の主面内で１回転又はほぼ１回転させると、１次回折光の強度比を向上させることができる。また、各小領域２１４の幅ｄ１、ｄ２、ｄ３を等しくとすることで１次回折光の強度比を向上させることができる。
【００１９】
また、第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。この場合には、小領域２１４内の高分子の遅相軸又は吸収軸が小領域２１４内において一定の方向に配向することにより、面内の屈折率異方性又は厚み方向の屈折率異方性を発現する。なお図２の例において第１配向層２０２の膜厚はナノレベルなので、第１配向層２０２自体では異方性を発現しないか、発現しても小さいが、第１配向層２０２の膜厚を大きくすることで、異方性を発現させることができる。これにより、その遅相軸又は吸収軸の配向方向が場所により周期的に変化することで、第１配向層２０２自体を回折格子として機能させることができる。
【００２０】
また、図３において、小領域２１４の形状は矩形であるが、これに限られない。他の例として、三角形、六角形等としてもよい。図３において、第１パターン２１２内において複数の小領域２１４は互いに同一の幅を有するが、それぞれ異なる幅を有してもよい。
【００２１】
なお、図３における小領域２１４の高分子の配向方向２２０を基板２００の主面内で回転させることにより、小領域２１４の領域ごとの配向方向を変化させているが、小領域２１４の領域ごとに厚みを変えてもよい。さらに他の例として、小領域２１４ごとに、高分子のチルト角を変化させてもよい。さらに他の例として、小領域２１４上に形成される第１液晶層２０４の厚みを領域ごとに変えたり、液晶分子のチルト角を領域ごとに変化させてもよい。
【００２２】
上記実施形態によれば、光回折素子１０４は、第１配向層２０２および第１液晶層２０４を用いているので、小型化することができる。さらに、基板２００等に凹凸を形成する必要がないので、光回折素子１０４の平坦性を向上させることができる。この結果、光回折素子１０４は、カバーガラス等を設けることなく、充分な透過波面収差を得ることができる。また、基板２００に凹凸を形成する必要がないので、塵等のゴミによる影響を少なくできる。この結果、光回折素子１０４は、メンテナンスが容易になり作業性が向上するとともに、塵等による光学性能の劣化を抑制できる。
【００２３】
図４は、光回折素子１０４の第２の実施形態を示す。この実施形態においては、第１パターン２１２の配向パターン以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同一の構成には同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２４】
図４には、第１パターン２１２が、±ｘ方向に沿って２つ配置された領域Ａが示されている。１つの第１パターン２１２に注目すると、±ｘ方向に沿って、連続的に高分子の配向方向が異なるように第１配向層２０２が設けられている。±ｘ方向と主面内で直交する±ｙ方向に沿った位置の高分子の配向方向を略同じ方向に配向させている。
【００２５】
高分子の配向方向が変化する方向は、第１パターン２１２の配列方向と同じ±ｘ方向である。さらに当該配向方向は、第１パターン同士の境界で滑らかにつながっている。本態様の光回折素子１０４は、全体として、高分子の配向方向が±ｘ方向に沿って周期的に連続して変化する。
【００２６】
高分子の配向方向は、１つの第１パターン２１２内で１８０°回転している。この配向方向を１つの第１パターンごとに基板２００の主面内で１８０°回転させることにより、１次回折光の強度比を向上させることができる。これは、光の干渉作用により効率よく１次回折光を取り出すことができるためである。
【００２７】
また、この実施形態では、図４における第１パターン２１２の高分子の配向方向を基板２００の主面内で回転させることにより、第１パターン２１２内において配向方向を変化させているが、第１パターン２１２内において厚みを変えてもよい。さらに他の例として、第１パターン２１２内において、高分子のチルト角を変化させてもよい。
【００２８】
本実施形態において、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００２９】
図５は、光回折素子１０４の第３の実施形態を示す模式図である。光回折素子１０４は、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。図５の光回折素子１０４は、図１から図３の光回折素子１０４とは、第１配向層２０２および第１液晶層２０４の配向パターンが異なるが、他の構成は同一であるので、説明を省略する。
【００３０】
図５における第１配向層２０２および第１液晶層２０４の配向パターンは、基板の主面に沿った±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って周期的に複数配置されている。±ｘ方向と±ｙ方向は、同一の方向でなければ制限されない。この場合、入射光４００は４方向以上に分離した１次回折光４０４となる。
【００３１】
図６は、図５の領域Ａにおける第１配向層２０２の第１パターン２１２の高分子の配向の状態を示す。図６には第１パターン２１２が±ｘ方向及び±ｙ方向に２×２配置されている。１つの第１パターン２１２に注目すると、第１パターン２１２は、±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って配置された２×２の４つ小領域２１４に区分されている。当該４の小領域２１４が第１パターン２１２の配列方向と同じ±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って配列されることで、本態様の光回折素子１０４は、全体として複数の小領域２１４が、±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って高分子の配向方向が周期的に繰り返される。
【００３２】
１つの第１パターン２１２において、隣り合う小領域２１４ごとに配向方向２２０が異なっている。例えば、１つの第１パターン２１２内に含まれる４つの小領域２１４同士で、配向方向２２０が１回転するように配置されている。図６の例では、４つの小領域２１４の配向方向２２０が時計回り（又は反時計回り）する方向に沿って、４５°ずつ回転し、第１パターン２１２内で１８０°回転している。配向方向２２０は、基板２００の主面方向に沿っている。
【００３３】
配向方向２２０は、±ｙ方向に時計回り又は反時計回りに隣り合う小領域２１４ごとに角度差が同じになるように変化させることで、１次回折光の強度比を向上させることができる。
【００３４】
第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。つまり、第１液晶層２０４に含まれる液晶分子は、第１配向層２０２の第１パターン２１２に対応して、マトリクスパターン状に配置された領域ごとに配向する。
【００３５】
上記光回折素子１０４において、図５の＋ｚ方向から入射た入射光４００は、当該光回折素子１０４を通過することにより、±ｚ方向に対して±ｘ方向に角度を有する１次回折光４０４、および、±ｚ方向に対して±ｙ方向に角度を有する１次回折光４０４、の４方向に分離した１次回折光４０４を生じる。なお、図５では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。また、第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。
【００３６】
図６の例では、１つの第１パターン２１２あたり４種類の配向を有する小領域２１４を４個ずつ配置したが、３種類又は５種類以上の配向を有する小領域２１４を配置してもよい。また、小領域２１４の大きさおよび形状を適宜変更してよいことは図３の光回折素子１０４の場合と同様である。
【００３７】
また、図６では配向方向２２０を基板２００の主面内で回転させることにより、小領域２１４の領域ごとの面内複屈折率を変化させているが、小領域２１４の領域ごとに厚み方向に異方性を持たせる態様であってもよい。
【００３８】
上記実施形態によれば、光回折素子１０４は、±ｘ方向及び±ｙ方向に周期的に配向方向が変化する第１配向層２０２および第１液晶層２０４を用いているので、光回折素子１０４は全体の厚みを小さくして、小型化しつつ、基板２００の面内において互いに直交する方向へ分離した回折光を出力することができる。
【００３９】
図７の左側は、光回折素子１０４の第４の実施形態を示す模式図である。図７の右側には、説明のため、左側に示された光回折素子１０４の各部材を層別に離間させた模式図を示す。
【００４０】
図７の光回折素子１０４は、図２および図３の光回折素子１０４と同様に、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。図７の光回折素子１０４において、第１液晶層２０４の上面に位相差層２０６が配され、位相差層２０６の上面に第２配向層２０８が配され、さらに第２配向層２０８の上面には第２液晶層２１０が配される。位相差層２０６は単層でなく、配向膜などを含む複数の層であってもよい。
【００４１】
第１配向層２０２は、異方性を有する高分子を含んでいる。第２配向層２０８には、第１配向層２０２に含まれるものと同一の又は異なる、異方性を有する高分子を含んでいる。この異方性を有する高分子は、第１配向層２０２及び第２配向層２０８において、周期的なパターン状に配向されている。第１から第３の実施形態と同様に、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第１パターン２１２が第１配向層２０２に形成され、基板２００の主面に沿った第１の方向である±ｘ方向に沿って周期的に複数配置されている。第２配向層２０８には、第１の方向と交差し基板の主面に沿った第２の方向である±ｙ方向に沿って、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第２パターン２１６が周期的に複数形成されている。
【００４２】
±ｘ方向と±ｙ方向は、同一の方向でなければ限定されず、例えばこれらを直交させることができる。±ｘ方向と±ｙ方向を直交させることで、１次回折光を４点方向以上に分離させることができる。
【００４３】
第１配向層２０２の第１パターン及び第２配向層２０８の第２パターンは、上記第１から第３の実施形態において説明した第１パターン２１２と同一の構成とすることができる。第２パターンについては、上記で説明した実施形態１から３における第１パターンにおいて、第１の方向と第２の方向を反対に読み換えた構成とすることができる。
【００４４】
第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。第１液晶層２０４は第１配向層２０２の第１パターンに対応してパターン状に配向されている。また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００４５】
位相差層２０６は、第２パターン２１６から出射させる円偏光回折光を直線偏光に変換する。位相差層２０６として、例えば１／４波長位相差層を用いることができる。１／４波長板は、直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光を直線偏光に変換する。１／４波長板は、色による回折光強度分布の影響を低減するため、正の波長分散性を備えていることが望ましい。例えば、光学軸及び位相差が異なる層を複数積層することにより、正の波長分散性（逆分散性）を備えた位相差層２０６を構成することができる。位相差層２０６は、例えば約０．０１μｍ〜５μｍの厚みを有することができる。
【００４６】
位相差層２０６は、種々の液晶を所定の方向に配向させることにより形成することができる。例えば、予めラビング又は光配向による方法で配向膜を形成した後に複屈折性を有する液晶（例えば、上記第１液晶層の説明であげた材料）を塗布することで液晶層を形成して、位相差層２０６とすることができる。液晶に重合性液晶を用いた場合には、熱又は光により重合反応を進行させ、液晶を固化することができる。
【００４７】
また、予め用意されたシート状の１／４波長板を、第１配向層又はその上に設けられた液晶に、ラミネート等の方法により転写して貼り合わせることにより、位相差層としてもよい。
【００４８】
第２液晶層２１０は、その直下に存在する第２配向層２０８の配向方向に倣って配向される。第２液晶層２１０は第２配向層２０８の第２パターンに対応してパターン状に配向されている。また、第２配向層２０８のリタデーションと、第２液晶層２１０のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。異なる第１パターン２１２上に存在する第１液晶層２０４、又は異なる第２パターン２１６上に存在する第２液晶層２１０は、配向方向のみ異なる同じ組成の液晶を含むことができる。
【００４９】
図８（ａ）〜（ｄ）は、図７の光回折素子１０４に入射した光の回折の概要を示す。また、図９は、第１液晶層２０４および第２液晶層２１０が１／２波長のリタデーションを有する場合における、第１液晶層２０４および第２液晶層２１０に入射する光の偏光状態と回折方向の関係をそれぞれ示す。
【００５０】
図８（ａ）は、図７の光回折素子１０４に対して、＋ｚ方向（紙面手前方向）から−ｚ方向（紙面奥方向）へ入射する入射光４００を示す。入射光４００は、例えば、±ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光であって、単一の光束である。入射光４００は、ｘｙ平面内において他の偏光方向を有する直線偏光であってもよい。入射光４００は、光回折素子１０４の第２液晶層２１０及び第２配向層２０８に入射する。
【００５１】
図８（ｂ）は、入射光４００が、第２液晶層２１０及び第２配向層２０８を通過した後の光を示す。第２液晶層２１０に入射した直線偏光の光束は、図９に示すように、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に変換されて、パターンの繰り返し方向すなわち図中の±ｙ方向に２つに分離される。２点に分離された円偏光は、光回折素子１０４の位相差層２０６に入射する。
【００５２】
図８（ｃ）は、２点に分離された円偏光が、位相差層２０６を通過した後の光を示す。１／４波長位相差板は、円偏光を直線偏光に変換する。従って、位相差層２０６に入射した光は２点の円偏光は、２点の直線偏光に変換される。
【００５３】
図８（ｄ）は、２点の直線偏光が、第１液晶層２０４及び第１配向層２０２を通過した後の光を示す。第１液晶層２０４に入射した直線偏光は、図９に示すように、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に分離される。従って、第１液晶層２０４及び第１配向層２０２に入射した２点の直線偏光は、パターンの繰り返し方向すなわち図中の±ｘ方向にそれぞれ分離された４点の円偏光となる。４点に分離された円偏光は、基板２００から出射する。
【００５４】
このように、入射光４００は、第２液晶層２１０、第２配向層２０８、位相差層２０６、第１液晶層２０４、第１配向層２０２を透過することで、±ｘ方向と±ｙ方向に回折光を生じる光回折素子として機能する。なお、図７から図９では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。また、第２配向層２０８のみで回折光を生じることができる場合は、第２液晶層２１０を設けなくともよい。
【００５５】
本実施形態においては、第１液晶層２０４の第１パターン２１２の第１の方向に沿った幅と、第２液晶層２１０の第２パターン２１６の第２の方向に沿った幅が等しい。第１パターン及び第２パターンの幅と１次回折光同士が分離される距離はほぼ反比例関係にあるので、光回折素子１０４は、略正方形の各頂点に位置するように分離した回折光を出射することができる。
【００５６】
なお、光回折素子１０４に位相差層２０６を設けない場合は、第２液晶層２１０と第２配向層２０８を通過した円偏光回折光が第１液晶層２０４と第１配向層２０２で十分に分離されず、主として２点に分離された回折光が出射されることになるが、このような態様であっても光回折素子として機能する。
【００５７】
図７から図９に示す形態において、入射光４００が図面における＋ｚ方向から第２配向層２０８に照射され、出射光４０２が第１配向層２０２から−ｚ方向に出射する場合を説明したが、入射光４００と出射光４０２はその方向が反対であっても同様の効果を奏する。また、上記の説明では、基板２００上に第１配向層２０２、第１液晶層２０４、位相差層２０６、第２配向層２０８、第２液晶層２１０をこの順に積層しているが、基板２００の一方側に第１配向層２０２と第１液晶層２０４を設けて、他方側に第２配向層２０８と第２液晶層２１０をそれぞれ形成してもよい。この場合、位相差層２０６は、第１配向層２０２と第２配向層２０８の間に存在するように、基板２００のいずれかの面に形成することができる。
【００５８】
上記実施形態によれば、簡便な構成で、図５に示す形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１液晶層２０４と第２配向層２０８との間に位相差層２０６を設けたので、４点にほぼ均一な強度で分離された１次回折光を出射することができる。なお、上記図２から図７で示した実施形態では、±ｘ方向を第１の方向とし、±ｘ方向と直交する±ｙ方向を第２の方向としているが、第１の方向と第２の方向は直交しなくてもよい。
【００５９】
図１０は、図７の光回折素子１０４の製造工程を説明する模式図である。まず、基板２００の一面に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーター等により、光配向性化合物を塗布し、適度に乾燥させて第１配向層２０２を形成した。図１０（ａ）には、このようにして得た基板２００と基板２００上に形成された第１配向層２０２が示されている。
【００６０】
次に、適度に乾燥させた第１配向層２０２を、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光した。図１０（ｂ）に図示するように、±ｘ方向に延伸した開口が一定のピッチで±ｙ方向に配されたマスク５００を用いて、±ｙ方向に偏光方向を有する偏光５０２で、複数の第１パターン２１２内の小領域２１４のうち特定の小領域２１４を露光した。小領域２１４の光配向性化合物のうち、露光された部分は、偏光方向に平行となるように配向された。
【００６１】
次に、マスク５００を小領域２１４の幅だけ＋ｙ方向にずらして、複数の第１パターン２１２のうち直前に露光した小領域２１４と隣の小領域２１４に対して、偏光方向を図１０（ｂ）に対してｘｙ平面内で６０°回転した偏光５０２で露光を行った。同様にマスク５００を小領域２１４だけ＋ｙ方向にずらして、偏光方向を図１０（ｂ）に対してｘｙ平面内で１２０°回転した偏光５０２で露光を行った。図１０（ｃ）に示すように、このように露光することで、隣り合う小領域２１４が６０°ずつ回転した方向に液晶規制力を持つ配向膜がストライプ状に周期的に形成された位相型回折格子を得た。
【００６２】
図１０（ｄ）に示すように、この第１配向層２０２が形成された基板２００上に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段で光重合性液晶組成物を塗布した。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、第１配向層２０２の規制力に従い、小領域２１４ごとに所定の方向に配列する。その後に光重合性液晶組成物を紫外線で硬化させて、第１液晶層２０４を形成した。
【００６３】
図１１（ｅ）に示すように、第１配向層２０２と同じ方法で、光配向性化合物を第１液晶層２０４上に塗布した。さらに塗布面を所定の直線偏光で全面露光し、一様な配向方向を有する配向膜２０５が得られた。その後、この配向膜２０５の上に光重合性液晶組成物を塗布し、配向膜２０５の配向に沿って液晶を配向させた。この後、液晶を紫外線で硬化し、配向膜２０５および当該配向膜２０５の配向に沿った液晶層２０７からなる位相差層２０６を形成した。
【００６４】
図１１（ｆ）に示すように、光配向性化合物をロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段により、位相差層２０６の一面に塗布した。その後、塗布面を適度に乾燥させて、位相差層２０６上に第２配向層２０８を形成した。
【００６５】
第２配向層２０８を適度に乾燥して、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光した。この場合に、±ｙ方向に延伸した開口が一定のピッチで±ｘ方向に配されたマスク５００を用いて、±ｙ方向に偏光方向を有する偏光で、複数の第２パターン内の小領域のうち特定の小領域を露光した。小領域の光配向性化合物のうち、露光された部分は、偏光方向に平行となるように配向された。
【００６６】
次に、図１０（ｃ）の場合と同様に、偏光方向をｘｙ平面内で６０°ずつ回転して、複数の第２パターンのうちの他の２つの小領域を露光した。これにより隣り合う小領域が６０°ずつ回転した方向に液晶規制力を持つ第２配向層２０８がストライプ状に周期的に形成された。
【００６７】
さらに、図１１（ｇ）に示すように、第２配向層２０８上に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段で光重合性液晶組成物を塗布した。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、第２配向層２０８の規制力に従い、小領域ごとに所定の方向に配列する。その後に光重合性液晶組成物を紫外線で硬化させて、第２液晶層２１０を形成した。
【００６８】
このようにして、入射光を２次元的に４点に分離することができる光回折素子１０４を製造した。第２液晶層２１０上には、さらに反射防止膜及び保護膜等を形成することができる。これにより、内部反射を防止することができ、透過率が向上する。さらに、波長が８００ｎｍ以上の近赤外線を反射する近赤外反射膜及び、４００ｎｍ以下の波長を反射することができる短波長反射膜を設けても良い。
【００６９】
上記光回折素子１０４の製造方法では、配向膜として機能する第１配向層２０２及び第２配向層２０８、回折素子として機能する第１液晶層２０４及び第２液晶層２１０及び１／４波長板として機能する位相差層２０６を同じ基板２００上に形成している。これにより、１／４波長板と回折格子とを別々の部品として製造した後に組み立てる場合に比べて、塗布によって形成される各層の厚みを小さくすることができる。これにより、光回折素子を薄型化することができる。また、第１液晶層２０４及び第２液晶層２１０の組み立て工程及び位置合わせ工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【００７０】
図１２の左側は、光回折素子３０４の第５の実施形態を示す模式図である。図１２の右側には、説明のため、左側に示された光回折素子３０４の各部材を層別に離間させた模式図を示す。光回折素子３０４は、基板２００、第１配向層２０２、第１液晶層３０６、第２配向層３０８、及び第２液晶層３１０を有する。
【００７１】
このように、第５の実施形態に係る光回折素子３０４は、第４の実施形態の光回折素子１０４において第１液晶層２０４と第２配向層２０８の間に配置された位相差層２０６が設けられず、第２配向層３０８の第２パターン３１６が第１パターン３１２に対して傾いて配置されている。基板２００及び第１配向層２０２については、第４の実施形態に係る光回折素子１０４とほぼ同一なので説明を省略する。
【００７２】
第１液晶層３０６は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。第１液晶層３０６は第１配向層２０２の第１パターン３１２に対応したパターンに配向されている。第１液晶層３０６のパターンは第１の方向である±ｘ方向に周期的に配列されている。また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層３０６のリタデーションの合計は、例えば１／４波長である。
【００７３】
第２配向層３０８は、第１液晶層３０６上に設けられ、第２液晶層３１０の液晶を配向させる。第２配向層３０８には、第１配向層２０２に含まれるものと同一の又は異なる、異方性を有する高分子を含んでいる。この異方性を有する高分子は、第２配向層３０８において、周期的なパターン状に配向されている。
【００７４】
第２配向層３０８には、基板の主面に沿った第２の方向に沿って、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第２パターンが周期的に複数形成されている。図１２に示す形態において第２の方向は、ｘｙ平面内で±ｘ方向に対して４５°となる方向である。よって第１の方向と第２の方向のなす角度が４５°となる。これに代えて、第１の方向と第２の方向は、０°よりも大きく９０°よりも小さい他の角度をなしてもよい。
【００７５】
第２パターン３１６は、第１配向層２０２の第１パターン３１２と同様に、複数の小領域に区分される。第２パターン３１６内の複数の小領域は、第２の方向に沿って配列される。複数の小領域の並ぶ方向が、第２パターン３１６の並ぶ方向と同じであることで、高分子の配向方向が周期的に変化する複数の小領域が、第２の方向に沿って周期的に繰り返される。例えば、第２パターン３１６は、図３に記載された第１パターン２１２を、ｘｙ平面内で反時計回りに４５°回転させたものでよい。
【００７６】
また、第２パターン３１６は、第２の実施形態に係る第１パターン２１２と同様に、配向の方向が第２の方向に沿って変化するものであってもよい。この場合、第２パターン３１６は、図４に記載された第１パターン２１２を、ｘｙ平面内で反時計回りに４５°回転させたものとなる。
【００７７】
第２液晶層３１０は、その直下に存在する第２配向層３０８の配向方向に倣って配向される。第２液晶層３１０は第２配向層３０８の第２パターンに対応したパターンに配向されている。第２配向層３０８のリタデーションと、第２液晶層３１０のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００７８】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１液晶層３０６が１／４波長のリタデーションを有する場合における、第１液晶層３０６に入射する光の偏光状態と回折方向の関係をそれぞれ示す。図１３（ａ）に示すように、第１液晶層３０６に入射した左円偏光は、偏光の回転方向が変わらずかつ主光線の方向が変わらず透過する左円偏光と、上記第１の方向の一方（図では−ｘ方向）のみに回折される右円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右円偏光は、図１３（ｂ）に示すように、偏光の回転方向が変わらずかつ主光線の方向が変わらず透過する右円偏光と、左円偏光の回折方向と反対の一方向（図では＋ｘ方向）のみに回折される左円偏光に分離される。
【００７９】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１２の光回折素子３０４に入射した光の回折の概要を示す。図１４（ａ）は、図１２の光回折素子３０４に対して、＋ｚ方向（紙面手前方向）から−ｚ方向（紙面奥方向）へ入射する入射光４００を示す。入射光４００は、例えば、±ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光であって、単一の光束である。入射光４００は、ｘｙ平面内において他の偏光方向を有する直線偏光であってもよい。入射光４００は、光回折素子３０４の第２液晶層３１０及び第２配向層３０８に入射する。
【００８０】
図１４（ｂ）は、入射光４００が、第２液晶層３１０及び第２配向層３０８を通過した後の光を示す。１／２波長の位相差を有する第２液晶層３１０に入射した光は、図９と同じ光学的性質により、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に変換されて、上記第２の方向、すなわちｘｙ平面内で±ｘ方向に対して４５°となる方向に分離される。従って、第２液晶層２１０及び第２配向層２０８を通過した入射光４００は、第２の方向に分離された２点の円偏光となる。２点に分離された円偏光は、第１液晶層３０６に入射する。
【００８１】
図１４（ｃ）は、２点の円偏光が、第１液晶層３０６及び第１配向層２０２を通過した後の光を示す。第１液晶層３０６に入射した左円偏光は、上記図１３（ａ）に示すように、主光線の方向が変わらず透過する左円偏光と、上記第１の方向の一方（図では−ｘ方向）のみに回折される右円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右円偏光は、上記図１３（ｂ）に示すように、主光線の方向が変わらず透過する右円偏光と、左円偏光の回折方向と反対の一方向（図では＋ｘ方向）のみに回折される左円偏光に分離される。
【００８２】
従って、第１液晶層３０６に入射した左回りの円偏光は、そのまま直進する左回りの円偏光と下側に回折される右回りの円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右回りの円偏光は、そのまま直進する右回りの円偏光と上側に回折される左回りの円偏光に分離される。従って、第１液晶層３０６及び第１配向層２０２に入射した２点の円偏光は、上記第１の方向である±ｘ方向にそれぞれ分離された４点の円偏光となる。４点に分離された円偏光は、基板２００から出射する。
【００８３】
本実施形態においては、第１液晶層３０６のパターン配列方向である第１の方向と第２液晶層３１０のパターン配列方向である第２の方向がなす角度をθとしたときに、第２パターンの第２の方向に沿った幅を、第１パターンの第１の方向に沿った幅の２ｃｏｓθ倍としてもよい。第１パターン及び第２パターンの幅と１次回折光同士が分離される距離はほぼ反比例関係にあるので、この場合、光回折素子３０４は、略長方形の各頂点に位置するように分離した回折光を出射することができる。
【００８４】
例えば、本実施形態においてはθが４５°であるので、第２パターンの小領域の第２の方向に沿った幅は、第１パターンの小領域の第１の方向に沿った幅の２１／２倍としてよい。すると、光回折素子３０４は、回折光を正方形の各頂点に分離するように出射させることができる。
【００８５】
このように、入射光４００は、第２液晶層３１０、第２配向層３０８、第１液晶層３０６、第１配向層２０２を透過することで、±ｘ方向と±ｙ方向に回折光を生じる光回折素子として機能する。なお、図１２では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。第１配向層２０２及び第２配向層３０８のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層３０６及び第２液晶層３１０を設けなくともよい。また、第２配向層２０８のみで回折光を生じることができる場合は、第２液晶層３１０を設けなくともよい。
【００８６】
なお、本実施形態に代えて、第１配向層のリタデーションと第１液晶層のリタデーションの合計を１／２波長とし、第２配向層のリタデーションと第２液晶層のリタデーションの合計を１／４波長としてもよい。
【００８７】
（実験例１）
次に、第１パターン内の隣り合う小領域同士の第１の方向に沿った幅と、光回折素子の１次回折光効率の関係について考察した実験例を示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【００８８】
図１５には、この例における第１パターン２１２が記載されている。図１５の１つの第１パターン２１２は、３つの小さい小領域２２２、及び３つの大きい小領域２２４と交互に配されている。それぞれの小領域の配向方向は、矢印及び数値で示されているように、隣り合う領域ごとに３０°ずつ左向きに回転している。小領域２２２の第１の方向の幅ａと小領域２２４の第１の方向に沿った幅（１０−ａ）との合計を一定（１０）とした。
【００８９】
第２パターン２１６に含まれる小領域の幅も、図１５と同様にａと１０−ａの比で表される形状とした。第２パターンと第１パターンは、同一のパターンとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８は１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。
【００９０】
以上の条件により実験を行ったところ、小領域の幅ａと、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、図１６に示す結果となった。ここで１次回折光効率は、４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合で表される。
【００９１】
図１６によると、１次回折光効率は、幅ａの値が５前後となるとき、つまり、隣り合う小領域の幅が等しいときに最大となり、０．８５程度である。この場合は、第１パターンの小領域の第１の方向に沿った幅の長さが互いに等しく、かつ第２パターンの小領域の第２の方向に沿った幅の長さが互いに等しくなっている。光回折素子を実用的なローパスフィルタとして用いるためには、例えば１次回折光効率が０．７以上であることが望ましいが、そのためにはａの値が、２．５＜ａ＜７．５を満たしていることが望ましいことがこの結果から分かった。
【００９２】
（実験例２）
次に、１つの第１パターン内の設けられる小領域の数と、光回折素子の１次回折光効率の関係について考察した実験例を図１７から図２１に示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【００９３】
ここで、第１配向層２０２内の各小領域は同じ長さの幅を持ち、隣り合う領域の高分子の配向方向の差は均一とした。第２配向層２０８は第１配向層２０２と同一のパターンを持つものとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８の１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。
【００９４】
図１７（ａ）には、１つの第１パターンを１０の小領域に分割した場合の例を示す。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ１８°、３６°、５４°、７２°、９０°、１０８°、１２６°、１４４°、１６２°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率は、０．９３となった。この結果を図１７に示す。
【００９５】
（実験例３）
１つの第１パターンを６の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．８３となった。この結果を図１８に示す。
【００９６】
（実験例４）
１つの第１パターンを４の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ４５°、９０°、１３５°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．６６となった。この結果を図１９に示す。
【００９７】
（実験例５）
１つの第１パターンを３の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ６０°、１２０°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．４７となった。この結果を図２０に示す。
【００９８】
図２１に、光回折素子の１次回折効率と第１パターンの分割数との関係を示す。光回折素子を実用的なローパスフィルタとして用いるためには、例えば１次回折光効率が０．７以上であることが望ましい。そのためには、１つの第１パターンを、５つ以上の等しい幅を有する小領域に分割することが望ましいことがこの結果から分かった。
【００９９】
（実験例６）
次に、光回折素子に円偏光が入射した実験例を図２２に示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【０１００】
ここで、第１配向層２０２内の各小領域は同じ長さの幅を持ち、隣り合う領域の高分子の配向方向の差は均一とした。第２配向層２０８は第１配向層２０２と同一のパターンを持つものとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８の１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。また、実験例４と同様に、第１パターンは４つに分割され、小領域は隣に移動するごとに４５°ずつ配向方向が回転している。
【０１０１】
図２２に示すように、円偏光が入射した光回折素子は、４点の１次回折光のうち２点の強度が減少し、２点の強度が増加した。これは、第１パターンに入射した円偏光は、第１の方向に沿って２つの１次回折光を均等の強度で出射せず、いずれか一方の１次回折光を高強度で出射するためであると考えられる。
【０１０２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１００ 物点
１０２ 光学系
１０４ 光回折素子
１０６ 撮像素子
２００ 基板
２０２ 第１配向層
２０４ 第１液晶層
２０５ 配向膜
２０６ 位相差層
２０７ 液晶層
２０８ 第２配向層
２１０ 第２液晶層
２１２ 第１パターン
２１４ 小領域
２１６ 第２パターン
２２０ 配向方向
２２２ 小領域
２２４ 小領域
３０４ 光回折素子
３０６ 第１液晶層
３０８ 第２配向層
３１０ 第２液晶層
３１２ 第１パターン
３１６ 第２パターン
４００ 入射光
４０２ 出射光
４０４ １次回折光
５００ マスク
５０２ 偏光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回折素子及びこれを用いた光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ローパスフィルタは、撮像素子を用いたデジタルカメラ又はデジタルムービーにおいて、撮像素子の画素ピッチよりも高い空間周波数を有する光学像が入射することによって発生するモアレ縞を防止するために用いられる。光学ローパスフィルタとしては材料の複屈折性を利用した水晶板が用いられている（特許文献１を参照）。
特許文献 国際公開第２００８／００４５７０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、水晶板を用いた光回折素子の厚みが大きくなり、小型化することが難しかった。また、水晶板は高価であり、帯電し易いことによる埃の付着の問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の態様における光回折素子は、透明な基板と、基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層を備え、第１パターンは、第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第１の方向に配列されて形成され、３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】撮像装置を模式的に示す。
【図２】第１の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図３】図２の領域Ａの拡大図である。
【図４】第２の実施形態の光回折素子に係る領域Ａの拡大図である。
【図５】第３の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図６】図５の領域Ａの拡大図の模式図である。
【図７】第４の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図８】図７の光回折素子に入射した光の回折の概要を示す。
【図９】第１液晶層及び第２液晶層に入射する光の偏光状態と回折方向の関係を示す。
【図１０】光回折素子の製造方法を示す図である。
【図１１】光回折素子の製造方法を示す図である。
【図１２】第５の実施形態の光回折素子の模式図である。
【図１３】第１液晶層及び第２液晶層に入射する光の偏光状態と回折方向の関係を示す。
【図１４】図１２の光回折素子３０４に入射した光の回折の概要を示す。
【図１５】小領域の幅を説明する図である。
【図１６】図１５の幅ａの条件を変えた結果を示すグラフである。
【図１７】第１パターンを１０の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図１８】第１パターンを６の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図１９】第１パターンを４の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図２０】第１パターンを３の小領域で分割した場合の回折光強度を示すグラフである。
【図２１】第１パターン分割数と１次回折効率の関係を示すグラフである。
【図２２】図７の光回折素子に円偏光を入射させた場合の回折光強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、デジタルカメラ等の撮像装置を模式的に示す。当該撮像装置は、物点１００からの光を結像する光学系１０２と、当該光学系１０２により結像した像光を電気的信号に変換して出力する撮像素子１０６とを備える。撮像素子１０６には、複数のイメージセンサーが二次元的に周期的に配列されている。撮像素子１０６と光学系１０２との間には、ローパスフィルタの一例としての光回折素子１０４が配置されている。
【０００９】
図２は、光回折素子１０４の第１の実施形態を示す模式図である。光回折素子１０４は、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。
【００１０】
基板２００は、面全体で略均一な厚みを有する。例えば、基板２００は、２ｍｍ〜５ｍｍ×２ｍｍ〜５ｍｍの四角形状に形成されている。基板２００として、可視光の波長で透過率の高い透明なガラス板を用いることができる。尚、基板２００を樹脂製の板、樹脂製のフィルムまたはガラス繊維を含む樹脂材料等の透明な材料によって構成してもよい。
【００１１】
第１配向層２０２は、異方性の高分子により形成される。第１配向層２０２において、当該高分子の配向パターンである第１パターン２１２を単位として、当該第１パターンが基板２００の主面に沿った±ｘ方向に周期的に複数配置されている。各第１パターン２１２における±ｘ方向の幅は、入射光に対してあらかじめ定められた回折光が生じるように、任意に設定することができ、例えば、０．５μｍ〜１０００μｍとすることができる。なお、ここで異方性とは、光学的な屈折率が異方性を有すること、光学的な吸収率が異方性を有すること、等を含む。
【００１２】
図３は、図２の領域Ａにおける第１パターン２１２の高分子の配向の状態を示す。１つの第１パターン２１２に注目すると、第１パターン２１２は、±ｘ方向に沿って配置された３つの小領域２１４に区分される。３つの小領域２１４の並ぶ方向が、第１パターン２１２の並ぶ方向と同じであることで、高分子の配向方向が周期的に変化する複数の小領域２１４が、±ｘ方向に沿って周期的に繰り返される。図３において、小領域２１４の±ｘ方向に沿った幅ｄ１、ｄ２、ｄ３は等しい。
【００１３】
小領域２１４内において高分子は一定の配向方向２２０に配向しているとともに、隣り合う小領域２１４同士では高分子の配向方向２２０が異なっている。図３に示す例において、隣り合う小領域２１４同士は配向方向が６０度ずつ異なっている。
【００１４】
小領域２１４の高分子は、配向を制御することが可能な材料であれば特に制限はないが、例えば、偏光によって配向制御することができる光分解型、光二量子化型、光異性化型等の光配向性化合物及び光反応性液晶化合物が用いられる。これらの化合物を予め定められた方向に配向した後、光又は熱で固化し、その配向方向を固定してもよい。なお、小領域２１４の高分子は、第１配向層２０２の全体で同一の材料を用いてもよいし、小領域２１４ごとに異なる高分子を用いてもよい。
【００１５】
上記小領域２１４上の第１液晶層２０４は、当該小領域２１４の配向方向２２０に沿って配向する。すなわち、第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。これにより、第１液晶層２０４は、第１配向層２０２の配向状態に対応して、複屈折の遅相軸の方向が周期的に配列されたパターンを有する。第１液晶層２０４は、遅相軸の方向が場所により周期的に変化することで、位相型回折格子として機能する。第１液晶層２０４には、例えば、熱又は光により重合する重合性液晶などが用いられる。第１液晶層２０４は、例えば約０．０１μｍ〜１μｍの厚みを有する。なお、液晶は、第１液晶層２０４の全体で同一の材料を用いてもよいし、小領域２１４に対応する領域ごとに異なる液晶を用いてもよい。
【００１６】
また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００１７】
上記光回折素子１０４において、図２の＋ｚ方向から入射した入射光４００は、当該光回折素子１０４を通過することにより、±ｚ方向に対して±ｘ方向に角度を有する１次回折光４０４を生じる。なお、図２では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。
【００１８】
上記の通り、光回折素子１０４は、第１配向層２０２が互いに配向方向が異なる小領域２１４を有するとともに、第１液晶層２０４が当該小領域２１４に対応する領域を有するので、複数の小領域２１４を透過した光が互いに干渉することにより、回折光が生じる。また、第１配向層２０２において当該小領域２１４からなる第１パターン２１２が繰り返し配されるとともに、第１液晶層２０４が当該第１パターン２１２の繰り返しに対応する領域を有するので、回折光の強度を向上させることができる。さらに、隣り合う小領域２１４ごとに配向方向２２０の角度差を同じにすることで、１次回折光の強度比を向上させることができる。さらに、第１パターン２１２ごとに、この配向方向２２０を基板２００の主面内で１回転又はほぼ１回転させると、１次回折光の強度比を向上させることができる。また、各小領域２１４の幅ｄ１、ｄ２、ｄ３を等しくとすることで１次回折光の強度比を向上させることができる。
【００１９】
また、第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。この場合には、小領域２１４内の高分子の遅相軸又は吸収軸が小領域２１４内において一定の方向に配向することにより、面内の屈折率異方性又は厚み方向の屈折率異方性を発現する。なお図２の例において第１配向層２０２の膜厚はナノレベルなので、第１配向層２０２自体では異方性を発現しないか、発現しても小さいが、第１配向層２０２の膜厚を大きくすることで、異方性を発現させることができる。これにより、その遅相軸又は吸収軸の配向方向が場所により周期的に変化することで、第１配向層２０２自体を回折格子として機能させることができる。
【００２０】
また、図３において、小領域２１４の形状は矩形であるが、これに限られない。他の例として、三角形、六角形等としてもよい。図３において、第１パターン２１２内において複数の小領域２１４は互いに同一の幅を有するが、それぞれ異なる幅を有してもよい。
【００２１】
なお、図３における小領域２１４の高分子の配向方向２２０を基板２００の主面内で回転させることにより、小領域２１４の領域ごとの配向方向を変化させているが、小領域２１４の領域ごとに厚みを変えてもよい。さらに他の例として、小領域２１４ごとに、高分子のチルト角を変化させてもよい。さらに他の例として、小領域２１４上に形成される第１液晶層２０４の厚みを領域ごとに変えたり、液晶分子のチルト角を領域ごとに変化させてもよい。
【００２２】
上記実施形態によれば、光回折素子１０４は、第１配向層２０２および第１液晶層２０４を用いているので、小型化することができる。さらに、基板２００等に凹凸を形成する必要がないので、光回折素子１０４の平坦性を向上させることができる。この結果、光回折素子１０４は、カバーガラス等を設けることなく、充分な透過波面収差を得ることができる。また、基板２００に凹凸を形成する必要がないので、塵等のゴミによる影響を少なくできる。この結果、光回折素子１０４は、メンテナンスが容易になり作業性が向上するとともに、塵等による光学性能の劣化を抑制できる。
【００２３】
図４は、光回折素子１０４の第２の実施形態を示す。この実施形態においては、第１パターン２１２の配向パターン以外は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同一の構成には同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２４】
図４には、第１パターン２１２が、±ｘ方向に沿って２つ配置された領域Ａが示されている。１つの第１パターン２１２に注目すると、±ｘ方向に沿って、連続的に高分子の配向方向が異なるように第１配向層２０２が設けられている。±ｘ方向と主面内で直交する±ｙ方向に沿った位置の高分子の配向方向を略同じ方向に配向させている。
【００２５】
高分子の配向方向が変化する方向は、第１パターン２１２の配列方向と同じ±ｘ方向である。さらに当該配向方向は、第１パターン同士の境界で滑らかにつながっている。本態様の光回折素子１０４は、全体として、高分子の配向方向が±ｘ方向に沿って周期的に連続して変化する。
【００２６】
高分子の配向方向は、１つの第１パターン２１２内で１８０°回転している。この配向方向を１つの第１パターンごとに基板２００の主面内で１８０°回転させることにより、１次回折光の強度比を向上させることができる。これは、光の干渉作用により効率よく１次回折光を取り出すことができるためである。
【００２７】
また、この実施形態では、図４における第１パターン２１２の高分子の配向方向を基板２００の主面内で回転させることにより、第１パターン２１２内において配向方向を変化させているが、第１パターン２１２内において厚みを変えてもよい。さらに他の例として、第１パターン２１２内において、高分子のチルト角を変化させてもよい。
【００２８】
本実施形態において、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００２９】
図５は、光回折素子１０４の第３の実施形態を示す模式図である。光回折素子１０４は、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。図５の光回折素子１０４は、図１から図３の光回折素子１０４とは、第１配向層２０２および第１液晶層２０４の配向パターンが異なるが、他の構成は同一であるので、説明を省略する。
【００３０】
図５における第１配向層２０２および第１液晶層２０４の配向パターンは、基板の主面に沿った±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って周期的に複数配置されている。±ｘ方向と±ｙ方向は、同一の方向でなければ制限されない。この場合、入射光４００は４方向以上に分離した１次回折光４０４となる。
【００３１】
図６は、図５の領域Ａにおける第１配向層２０２の第１パターン２１２の高分子の配向の状態を示す。図６には第１パターン２１２が±ｘ方向及び±ｙ方向に２×２配置されている。１つの第１パターン２１２に注目すると、第１パターン２１２は、±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って配置された２×２の４つ小領域２１４に区分されている。当該４の小領域２１４が第１パターン２１２の配列方向と同じ±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って配列されることで、本態様の光回折素子１０４は、全体として複数の小領域２１４が、±ｘ方向及び±ｙ方向に沿って高分子の配向方向が周期的に繰り返される。
【００３２】
１つの第１パターン２１２において、隣り合う小領域２１４ごとに配向方向２２０が異なっている。例えば、１つの第１パターン２１２内に含まれる４つの小領域２１４同士で、配向方向２２０が１回転するように配置されている。図６の例では、４つの小領域２１４の配向方向２２０が時計回り（又は反時計回り）する方向に沿って、４５°ずつ回転し、第１パターン２１２内で１８０°回転している。配向方向２２０は、基板２００の主面方向に沿っている。
【００３３】
配向方向２２０は、±ｙ方向に時計回り又は反時計回りに隣り合う小領域２１４ごとに角度差が同じになるように変化させることで、１次回折光の強度比を向上させることができる。
【００３４】
第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。つまり、第１液晶層２０４に含まれる液晶分子は、第１配向層２０２の第１パターン２１２に対応して、マトリクスパターン状に配置された領域ごとに配向する。
【００３５】
上記光回折素子１０４において、図５の＋ｚ方向から入射た入射光４００は、当該光回折素子１０４を通過することにより、±ｚ方向に対して±ｘ方向に角度を有する１次回折光４０４、および、±ｚ方向に対して±ｙ方向に角度を有する１次回折光４０４、の４方向に分離した１次回折光４０４を生じる。なお、図５では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。また、第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。
【００３６】
図６の例では、１つの第１パターン２１２あたり４種類の配向を有する小領域２１４を４個ずつ配置したが、３種類又は５種類以上の配向を有する小領域２１４を配置してもよい。また、小領域２１４の大きさおよび形状を適宜変更してよいことは図３の光回折素子１０４の場合と同様である。
【００３７】
また、図６では配向方向２２０を基板２００の主面内で回転させることにより、小領域２１４の領域ごとの面内複屈折率を変化させているが、小領域２１４の領域ごとに厚み方向に異方性を持たせる態様であってもよい。
【００３８】
上記実施形態によれば、光回折素子１０４は、±ｘ方向及び±ｙ方向に周期的に配向方向が変化する第１配向層２０２および第１液晶層２０４を用いているので、光回折素子１０４は全体の厚みを小さくして、小型化しつつ、基板２００の面内において互いに直交する方向へ分離した回折光を出力することができる。
【００３９】
図７の左側は、光回折素子１０４の第４の実施形態を示す模式図である。図７の右側には、説明のため、左側に示された光回折素子１０４の各部材を層別に離間させた模式図を示す。
【００４０】
図７の光回折素子１０４は、図２および図３の光回折素子１０４と同様に、透明な基板２００と、当該基板２００の一方の面に配された第１配向層２０２と、第１配向層２０２の上面に配された第１液晶層２０４とを有する。図７の光回折素子１０４において、第１液晶層２０４の上面に位相差層２０６が配され、位相差層２０６の上面に第２配向層２０８が配され、さらに第２配向層２０８の上面には第２液晶層２１０が配される。位相差層２０６は単層でなく、配向膜などを含む複数の層であってもよい。
【００４１】
第１配向層２０２は、異方性を有する高分子を含んでいる。第２配向層２０８には、第１配向層２０２に含まれるものと同一の又は異なる、異方性を有する高分子を含んでいる。この異方性を有する高分子は、第１配向層２０２及び第２配向層２０８において、周期的なパターン状に配向されている。第１から第３の実施形態と同様に、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第１パターン２１２が第１配向層２０２に形成され、基板２００の主面に沿った第１の方向である±ｘ方向に沿って周期的に複数配置されている。第２配向層２０８には、第１の方向と交差し基板の主面に沿った第２の方向である±ｙ方向に沿って、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第２パターン２１６が周期的に複数形成されている。
【００４２】
±ｘ方向と±ｙ方向は、同一の方向でなければ限定されず、例えばこれらを直交させることができる。±ｘ方向と±ｙ方向を直交させることで、１次回折光を４点方向以上に分離させることができる。
【００４３】
第１配向層２０２の第１パターン及び第２配向層２０８の第２パターンは、上記第１から第３の実施形態において説明した第１パターン２１２と同一の構成とすることができる。第２パターンについては、上記で説明した実施形態１から３における第１パターンにおいて、第１の方向と第２の方向を反対に読み換えた構成とすることができる。
【００４４】
第１液晶層２０４は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。第１液晶層２０４は第１配向層２０２の第１パターンに対応してパターン状に配向されている。また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層２０４のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００４５】
位相差層２０６は、第２パターン２１６から出射させる円偏光回折光を直線偏光に変換する。位相差層２０６として、例えば１／４波長位相差層を用いることができる。１／４波長板は、直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光を直線偏光に変換する。１／４波長板は、色による回折光強度分布の影響を低減するため、正の波長分散性を備えていることが望ましい。例えば、光学軸及び位相差が異なる層を複数積層することにより、正の波長分散性（逆分散性）を備えた位相差層２０６を構成することができる。位相差層２０６は、例えば約０．０１μｍ〜５μｍの厚みを有することができる。
【００４６】
位相差層２０６は、種々の液晶を所定の方向に配向させることにより形成することができる。例えば、予めラビング又は光配向による方法で配向膜を形成した後に複屈折性を有する液晶（例えば、上記第１液晶層の説明であげた材料）を塗布することで液晶層を形成して、位相差層２０６とすることができる。液晶に重合性液晶を用いた場合には、熱又は光により重合反応を進行させ、液晶を固化することができる。
【００４７】
また、予め用意されたシート状の１／４波長板を、第１配向層又はその上に設けられた液晶に、ラミネート等の方法により転写して貼り合わせることにより、位相差層としてもよい。
【００４８】
第２液晶層２１０は、その直下に存在する第２配向層２０８の配向方向に倣って配向される。第２液晶層２１０は第２配向層２０８の第２パターンに対応してパターン状に配向されている。また、第２配向層２０８のリタデーションと、第２液晶層２１０のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。異なる第１パターン２１２上に存在する第１液晶層２０４、又は異なる第２パターン２１６上に存在する第２液晶層２１０は、配向方向のみ異なる同じ組成の液晶を含むことができる。
【００４９】
図８（ａ）〜（ｄ）は、図７の光回折素子１０４に入射した光の回折の概要を示す。また、図９は、第１液晶層２０４および第２液晶層２１０が１／２波長のリタデーションを有する場合における、第１液晶層２０４および第２液晶層２１０に入射する光の偏光状態と回折方向の関係をそれぞれ示す。
【００５０】
図８（ａ）は、図７の光回折素子１０４に対して、＋ｚ方向（紙面手前方向）から−ｚ方向（紙面奥方向）へ入射する入射光４００を示す。入射光４００は、例えば、±ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光であって、単一の光束である。入射光４００は、ｘｙ平面内において他の偏光方向を有する直線偏光であってもよい。入射光４００は、光回折素子１０４の第２液晶層２１０及び第２配向層２０８に入射する。
【００５１】
図８（ｂ）は、入射光４００が、第２液晶層２１０及び第２配向層２０８を通過した後の光を示す。第２液晶層２１０に入射した直線偏光の光束は、図９に示すように、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に変換されて、パターンの繰り返し方向すなわち図中の±ｙ方向に２つに分離される。２点に分離された円偏光は、光回折素子１０４の位相差層２０６に入射する。
【００５２】
図８（ｃ）は、２点に分離された円偏光が、位相差層２０６を通過した後の光を示す。１／４波長位相差板は、円偏光を直線偏光に変換する。従って、位相差層２０６に入射した光は２点の円偏光は、２点の直線偏光に変換される。
【００５３】
図８（ｄ）は、２点の直線偏光が、第１液晶層２０４及び第１配向層２０２を通過した後の光を示す。第１液晶層２０４に入射した直線偏光は、図９に示すように、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に分離される。従って、第１液晶層２０４及び第１配向層２０２に入射した２点の直線偏光は、パターンの繰り返し方向すなわち図中の±ｘ方向にそれぞれ分離された４点の円偏光となる。４点に分離された円偏光は、基板２００から出射する。
【００５４】
このように、入射光４００は、第２液晶層２１０、第２配向層２０８、位相差層２０６、第１液晶層２０４、第１配向層２０２を透過することで、±ｘ方向と±ｙ方向に回折光を生じる光回折素子として機能する。なお、図７から図９では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。第１配向層２０２のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層２０４を設けなくともよい。また、第２配向層２０８のみで回折光を生じることができる場合は、第２液晶層２１０を設けなくともよい。
【００５５】
本実施形態においては、第１液晶層２０４の第１パターン２１２の第１の方向に沿った幅と、第２液晶層２１０の第２パターン２１６の第２の方向に沿った幅が等しい。第１パターン及び第２パターンの幅と１次回折光同士が分離される距離はほぼ反比例関係にあるので、光回折素子１０４は、略正方形の各頂点に位置するように分離した回折光を出射することができる。
【００５６】
なお、光回折素子１０４に位相差層２０６を設けない場合は、第２液晶層２１０と第２配向層２０８を通過した円偏光回折光が第１液晶層２０４と第１配向層２０２で十分に分離されず、主として２点に分離された回折光が出射されることになるが、このような態様であっても光回折素子として機能する。
【００５７】
図７から図９に示す形態において、入射光４００が図面における＋ｚ方向から第２配向層２０８に照射され、出射光４０２が第１配向層２０２から−ｚ方向に出射する場合を説明したが、入射光４００と出射光４０２はその方向が反対であっても同様の効果を奏する。また、上記の説明では、基板２００上に第１配向層２０２、第１液晶層２０４、位相差層２０６、第２配向層２０８、第２液晶層２１０をこの順に積層しているが、基板２００の一方側に第１配向層２０２と第１液晶層２０４を設けて、他方側に第２配向層２０８と第２液晶層２１０をそれぞれ形成してもよい。この場合、位相差層２０６は、第１配向層２０２と第２配向層２０８の間に存在するように、基板２００のいずれかの面に形成することができる。
【００５８】
上記実施形態によれば、簡便な構成で、図５に示す形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１液晶層２０４と第２配向層２０８との間に位相差層２０６を設けたので、４点にほぼ均一な強度で分離された１次回折光を出射することができる。なお、上記図２から図７で示した実施形態では、±ｘ方向を第１の方向とし、±ｘ方向と直交する±ｙ方向を第２の方向としているが、第１の方向と第２の方向は直交しなくてもよい。
【００５９】
図１０は、図７の光回折素子１０４の製造工程を説明する模式図である。まず、基板２００の一面に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーター等により、光配向性化合物を塗布し、適度に乾燥させて第１配向層２０２を形成した。図１０（ａ）には、このようにして得た基板２００と基板２００上に形成された第１配向層２０２が示されている。
【００６０】
次に、適度に乾燥させた第１配向層２０２を、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光した。図１０（ｂ）に図示するように、±ｘ方向に延伸した開口が一定のピッチで±ｙ方向に配されたマスク５００を用いて、±ｙ方向に偏光方向を有する偏光５０２で、複数の第１パターン２１２内の小領域２１４のうち特定の小領域２１４を露光した。小領域２１４の光配向性化合物のうち、露光された部分は、偏光方向に平行となるように配向された。
【００６１】
次に、マスク５００を小領域２１４の幅だけ＋ｙ方向にずらして、複数の第１パターン２１２のうち直前に露光した小領域２１４と隣の小領域２１４に対して、偏光方向を図１０（ｂ）に対してｘｙ平面内で６０°回転した偏光５０２で露光を行った。同様にマスク５００を小領域２１４だけ＋ｙ方向にずらして、偏光方向を図１０（ｂ）に対してｘｙ平面内で１２０°回転した偏光５０２で露光を行った。図１０（ｃ）に示すように、このように露光することで、隣り合う小領域２１４が６０°ずつ回転した方向に液晶規制力を持つ配向膜がストライプ状に周期的に形成された位相型回折格子を得た。
【００６２】
図１０（ｄ）に示すように、この第１配向層２０２が形成された基板２００上に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段で光重合性液晶組成物を塗布した。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、第１配向層２０２の規制力に従い、小領域２１４ごとに所定の方向に配列する。その後に光重合性液晶組成物を紫外線で硬化させて、第１液晶層２０４を形成した。
【００６３】
図１１（ｅ）に示すように、第１配向層２０２と同じ方法で、光配向性化合物を第１液晶層２０４上に塗布した。さらに塗布面を所定の直線偏光で全面露光し、一様な配向方向を有する配向膜２０５が得られた。その後、この配向膜２０５の上に光重合性液晶組成物を塗布し、配向膜２０５の配向に沿って液晶を配向させた。この後、液晶を紫外線で硬化し、配向膜２０５および当該配向膜２０５の配向に沿った液晶層２０７からなる位相差層２０６を形成した。
【００６４】
図１１（ｆ）に示すように、光配向性化合物をロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段により、位相差層２０６の一面に塗布した。その後、塗布面を適度に乾燥させて、位相差層２０６上に第２配向層２０８を形成した。
【００６５】
第２配向層２０８を適度に乾燥して、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光した。この場合に、±ｙ方向に延伸した開口が一定のピッチで±ｘ方向に配されたマスク５００を用いて、±ｙ方向に偏光方向を有する偏光で、複数の第２パターン内の小領域のうち特定の小領域を露光した。小領域の光配向性化合物のうち、露光された部分は、偏光方向に平行となるように配向された。
【００６６】
次に、図１０（ｃ）の場合と同様に、偏光方向をｘｙ平面内で６０°ずつ回転して、複数の第２パターンのうちの他の２つの小領域を露光した。これにより隣り合う小領域が６０°ずつ回転した方向に液晶規制力を持つ第２配向層２０８がストライプ状に周期的に形成された。
【００６７】
さらに、図１１（ｇ）に示すように、第２配向層２０８上に、ロールコーター、スピンコーター、スリットダイコーターなど公知の塗布手段で光重合性液晶組成物を塗布した。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、第２配向層２０８の規制力に従い、小領域ごとに所定の方向に配列する。その後に光重合性液晶組成物を紫外線で硬化させて、第２液晶層２１０を形成した。
【００６８】
このようにして、入射光を２次元的に４点に分離することができる光回折素子１０４を製造した。第２液晶層２１０上には、さらに反射防止膜及び保護膜等を形成することができる。これにより、内部反射を防止することができ、透過率が向上する。さらに、波長が８００ｎｍ以上の近赤外線を反射する近赤外反射膜及び、４００ｎｍ以下の波長を反射することができる短波長反射膜を設けても良い。
【００６９】
上記光回折素子１０４の製造方法では、配向膜として機能する第１配向層２０２及び第２配向層２０８、回折素子として機能する第１液晶層２０４及び第２液晶層２１０及び１／４波長板として機能する位相差層２０６を同じ基板２００上に形成している。これにより、１／４波長板と回折格子とを別々の部品として製造した後に組み立てる場合に比べて、塗布によって形成される各層の厚みを小さくすることができる。これにより、光回折素子を薄型化することができる。また、第１液晶層２０４及び第２液晶層２１０の組み立て工程及び位置合わせ工程が不要となるので、製造工程を簡略化できる。
【００７０】
図１２の左側は、光回折素子３０４の第５の実施形態を示す模式図である。図１２の右側には、説明のため、左側に示された光回折素子３０４の各部材を層別に離間させた模式図を示す。光回折素子３０４は、基板２００、第１配向層２０２、第１液晶層３０６、第２配向層３０８、及び第２液晶層３１０を有する。
【００７１】
このように、第５の実施形態に係る光回折素子３０４は、第４の実施形態の光回折素子１０４において第１液晶層２０４と第２配向層２０８の間に配置された位相差層２０６が設けられず、第２配向層３０８の第２パターン３１６が第１パターン３１２に対して傾いて配置されている。基板２００及び第１配向層２０２については、第４の実施形態に係る光回折素子１０４とほぼ同一なので説明を省略する。
【００７２】
第１液晶層３０６は、その直下に存在する第１配向層２０２の配向方向に倣って配向される。第１液晶層３０６は第１配向層２０２の第１パターン３１２に対応したパターンに配向されている。第１液晶層３０６のパターンは第１の方向である±ｘ方向に周期的に配列されている。また、第１配向層２０２のリタデーションと、第１液晶層３０６のリタデーションの合計は、例えば１／４波長である。
【００７３】
第２配向層３０８は、第１液晶層３０６上に設けられ、第２液晶層３１０の液晶を配向させる。第２配向層３０８には、第１配向層２０２に含まれるものと同一の又は異なる、異方性を有する高分子を含んでいる。この異方性を有する高分子は、第２配向層３０８において、周期的なパターン状に配向されている。
【００７４】
第２配向層３０８には、基板の主面に沿った第２の方向に沿って、この配向パターンの最小単位領域を規定する複数の小領域からなる第２パターンが周期的に複数形成されている。図１２に示す形態において第２の方向は、ｘｙ平面内で±ｘ方向に対して４５°となる方向である。よって第１の方向と第２の方向のなす角度が４５°となる。これに代えて、第１の方向と第２の方向は、０°よりも大きく９０°よりも小さい他の角度をなしてもよい。
【００７５】
第２パターン３１６は、第１配向層２０２の第１パターン３１２と同様に、複数の小領域に区分される。第２パターン３１６内の複数の小領域は、第２の方向に沿って配列される。複数の小領域の並ぶ方向が、第２パターン３１６の並ぶ方向と同じであることで、高分子の配向方向が周期的に変化する複数の小領域が、第２の方向に沿って周期的に繰り返される。例えば、第２パターン３１６は、図３に記載された第１パターン２１２を、ｘｙ平面内で反時計回りに４５°回転させたものでよい。
【００７６】
また、第２パターン３１６は、第２の実施形態に係る第１パターン２１２と同様に、配向の方向が第２の方向に沿って変化するものであってもよい。この場合、第２パターン３１６は、図４に記載された第１パターン２１２を、ｘｙ平面内で反時計回りに４５°回転させたものとなる。
【００７７】
第２液晶層３１０は、その直下に存在する第２配向層３０８の配向方向に倣って配向される。第２液晶層３１０は第２配向層３０８の第２パターンに対応したパターンに配向されている。第２配向層３０８のリタデーションと、第２液晶層３１０のリタデーションの合計は、例えば１／２波長である。
【００７８】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１液晶層３０６が１／４波長のリタデーションを有する場合における、第１液晶層３０６に入射する光の偏光状態と回折方向の関係をそれぞれ示す。図１３（ａ）に示すように、第１液晶層３０６に入射した左円偏光は、偏光の回転方向が変わらずかつ主光線の方向が変わらず透過する左円偏光と、上記第１の方向の一方（図では−ｘ方向）のみに回折される右円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右円偏光は、図１３（ｂ）に示すように、偏光の回転方向が変わらずかつ主光線の方向が変わらず透過する右円偏光と、左円偏光の回折方向と反対の一方向（図では＋ｘ方向）のみに回折される左円偏光に分離される。
【００７９】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１２の光回折素子３０４に入射した光の回折の概要を示す。図１４（ａ）は、図１２の光回折素子３０４に対して、＋ｚ方向（紙面手前方向）から−ｚ方向（紙面奥方向）へ入射する入射光４００を示す。入射光４００は、例えば、±ｙ方向の偏光方向を有する直線偏光であって、単一の光束である。入射光４００は、ｘｙ平面内において他の偏光方向を有する直線偏光であってもよい。入射光４００は、光回折素子３０４の第２液晶層３１０及び第２配向層３０８に入射する。
【００８０】
図１４（ｂ）は、入射光４００が、第２液晶層３１０及び第２配向層３０８を通過した後の光を示す。１／２波長の位相差を有する第２液晶層３１０に入射した光は、図９と同じ光学的性質により、互いに偏光の回転方向が異なる円偏光に変換されて、上記第２の方向、すなわちｘｙ平面内で±ｘ方向に対して４５°となる方向に分離される。従って、第２液晶層２１０及び第２配向層２０８を通過した入射光４００は、第２の方向に分離された２点の円偏光となる。２点に分離された円偏光は、第１液晶層３０６に入射する。
【００８１】
図１４（ｃ）は、２点の円偏光が、第１液晶層３０６及び第１配向層２０２を通過した後の光を示す。第１液晶層３０６に入射した左円偏光は、上記図１３（ａ）に示すように、主光線の方向が変わらず透過する左円偏光と、上記第１の方向の一方（図では−ｘ方向）のみに回折される右円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右円偏光は、上記図１３（ｂ）に示すように、主光線の方向が変わらず透過する右円偏光と、左円偏光の回折方向と反対の一方向（図では＋ｘ方向）のみに回折される左円偏光に分離される。
【００８２】
従って、第１液晶層３０６に入射した左回りの円偏光は、そのまま直進する左回りの円偏光と下側に回折される右回りの円偏光に分離される。また、第１液晶層３０６に入射した右回りの円偏光は、そのまま直進する右回りの円偏光と上側に回折される左回りの円偏光に分離される。従って、第１液晶層３０６及び第１配向層２０２に入射した２点の円偏光は、上記第１の方向である±ｘ方向にそれぞれ分離された４点の円偏光となる。４点に分離された円偏光は、基板２００から出射する。
【００８３】
本実施形態においては、第１液晶層３０６のパターン配列方向である第１の方向と第２液晶層３１０のパターン配列方向である第２の方向がなす角度をθとしたときに、第２パターンの第２の方向に沿った幅を、第１パターンの第１の方向に沿った幅の２ｃｏｓθ倍としてもよい。第１パターン及び第２パターンの幅と１次回折光同士が分離される距離はほぼ反比例関係にあるので、この場合、光回折素子３０４は、略長方形の各頂点に位置するように分離した回折光を出射することができる。
【００８４】
例えば、本実施形態においてはθが４５°であるので、第２パターンの小領域の第２の方向に沿った幅は、第１パターンの小領域の第１の方向に沿った幅の２１／２倍としてよい。すると、光回折素子３０４は、回折光を正方形の各頂点に分離するように出射させることができる。
【００８５】
このように、入射光４００は、第２液晶層３１０、第２配向層３０８、第１液晶層３０６、第１配向層２０２を透過することで、±ｘ方向と±ｙ方向に回折光を生じる光回折素子として機能する。なお、図１２では１次回折光のみを示しているが、０次回折光及び２次以上の高次回折光が生じる態様を除くものではない。第１配向層２０２及び第２配向層３０８のみで回折光を生じることができる場合は、第１液晶層３０６及び第２液晶層３１０を設けなくともよい。また、第２配向層２０８のみで回折光を生じることができる場合は、第２液晶層３１０を設けなくともよい。
【００８６】
なお、本実施形態に代えて、第１配向層のリタデーションと第１液晶層のリタデーションの合計を１／２波長とし、第２配向層のリタデーションと第２液晶層のリタデーションの合計を１／４波長としてもよい。
【００８７】
（実験例１）
次に、第１パターン内の隣り合う小領域同士の第１の方向に沿った幅と、光回折素子の１次回折光効率の関係について考察した実験例を示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【００８８】
図１５には、この例における第１パターン２１２が記載されている。図１５の１つの第１パターン２１２は、３つの小さい小領域２２２、及び３つの大きい小領域２２４と交互に配されている。それぞれの小領域の配向方向は、矢印及び数値で示されているように、隣り合う領域ごとに３０°ずつ左向きに回転している。小領域２２２の第１の方向の幅ａと小領域２２４の第１の方向に沿った幅（１０−ａ）との合計を一定（１０）とした。
【００８９】
第２パターン２１６に含まれる小領域の幅も、図１５と同様にａと１０−ａの比で表される形状とした。第２パターンと第１パターンは、同一のパターンとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８は１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。
【００９０】
以上の条件により実験を行ったところ、小領域の幅ａと、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、図１６に示す結果となった。ここで１次回折光効率は、４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合で表される。
【００９１】
図１６によると、１次回折光効率は、幅ａの値が５前後となるとき、つまり、隣り合う小領域の幅が等しいときに最大となり、０．８５程度である。この場合は、第１パターンの小領域の第１の方向に沿った幅の長さが互いに等しく、かつ第２パターンの小領域の第２の方向に沿った幅の長さが互いに等しくなっている。光回折素子を実用的なローパスフィルタとして用いるためには、例えば１次回折光効率が０．７以上であることが望ましいが、そのためにはａの値が、２．５＜ａ＜７．５を満たしていることが望ましいことがこの結果から分かった。
【００９２】
（実験例２）
次に、１つの第１パターン内の設けられる小領域の数と、光回折素子の１次回折光効率の関係について考察した実験例を図１７から図２１に示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【００９３】
ここで、第１配向層２０２内の各小領域は同じ長さの幅を持ち、隣り合う領域の高分子の配向方向の差は均一とした。第２配向層２０８は第１配向層２０２と同一のパターンを持つものとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８の１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。
【００９４】
図１７（ａ）には、１つの第１パターンを１０の小領域に分割した場合の例を示す。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ１８°、３６°、５４°、７２°、９０°、１０８°、１２６°、１４４°、１６２°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率は、０．９３となった。この結果を図１７に示す。
【００９５】
（実験例３）
１つの第１パターンを６の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．８３となった。この結果を図１８に示す。
【００９６】
（実験例４）
１つの第１パターンを４の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ４５°、９０°、１３５°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．６６となった。この結果を図１９に示す。
【００９７】
（実験例５）
１つの第１パターンを３の小領域に分割した以外は、実験例２と同様に条件を設定した。つまり、小領域内の高分子の配向の向きは、それぞれ６０°、１２０°、１８０°となっている。
以上の条件により実験を行ったところ、この光回折素子の１次回折光効率（４点に分離した１次回折光の合計が素子全体の出射光に占める割合）は、０．４７となった。この結果を図２０に示す。
【００９８】
図２１に、光回折素子の１次回折効率と第１パターンの分割数との関係を示す。光回折素子を実用的なローパスフィルタとして用いるためには、例えば１次回折光効率が０．７以上であることが望ましい。そのためには、１つの第１パターンを、５つ以上の等しい幅を有する小領域に分割することが望ましいことがこの結果から分かった。
【００９９】
（実験例６）
次に、光回折素子に円偏光が入射した実験例を図２２に示す。
本実験では、図７に示す態様の光回折素子について考察を行った。つまり、この例における光回折素子は少なくとも基板２００、第１配向層２０２、位相差層２０６、第２配向層２０８を含む。
【０１００】
ここで、第１配向層２０２内の各小領域は同じ長さの幅を持ち、隣り合う領域の高分子の配向方向の差は均一とした。第２配向層２０８は第１配向層２０２と同一のパターンを持つものとした。また、第１配向層２０２及び第２配向層２０８の１／２波長のリタデーションを有し、位相差層２０６は１／４波長のリタデーションを有している。また、実験例４と同様に、第１パターンは４つに分割され、小領域は隣に移動するごとに４５°ずつ配向方向が回転している。
【０１０１】
図２２に示すように、円偏光が入射した光回折素子は、４点の１次回折光のうち２点の強度が減少し、２点の強度が増加した。これは、第１パターンに入射した円偏光は、第１の方向に沿って２つの１次回折光を均等の強度で出射せず、いずれか一方の１次回折光を高強度で出射するためであると考えられる。
【０１０２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１００ 物点
１０２ 光学系
１０４ 光回折素子
１０６ 撮像素子
２００ 基板
２０２ 第１配向層
２０４ 第１液晶層
２０５ 配向膜
２０６ 位相差層
２０７ 液晶層
２０８ 第２配向層
２１０ 第２液晶層
２１２ 第１パターン
２１４ 小領域
２１６ 第２パターン
２２０ 配向方向
２２２ 小領域
２２４ 小領域
３０４ 光回折素子
３０６ 第１液晶層
３０８ 第２配向層
３１０ 第２液晶層
３１２ 第１パターン
３１６ 第２パターン
４００ 入射光
４０２ 出射光
４０４ １次回折光
５００ マスク
５０２ 偏光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板と、
前記基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが前記基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層と、
を備え、
前記第１パターンは、前記第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第１の方向に配列されて形成され、前記３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子。
【請求項２】
透明な基板と、
前記基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが前記基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層と
を備え、
前記第１パターンは、配向の方向が前記第１の方向に沿って変化して形成され、前記第１パターンを透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子。
【請求項３】
前記第１配向層は液晶であり、
前記第１パターンは、前記基板の主面の面内における前記液晶の配向方向が互いに異なる小領域からなる
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項４】
前記第１配向層は固化された光配向性化合物であり、
前記第１パターンは、前記基板の主面の面内における前記光配向性化合物の配向方向が互いに異なる小領域からなる
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項５】
前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層を、前記第１配向層上に有し、
前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる
請求項４に記載の光回折素子。
【請求項６】
前記第１パターンの前記小領域の前記第１の方向に沿った幅の長さが互いに等しい請求項１又は請求項３から５のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項７】
前記第１パターンは、矩形形状の前記小領域を前記第１の方向に配置したストライプパターンを含む
請求項１又は請求項３から６のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項８】
前記第１配向層は、
前記第１の方向及び前記第１の方向に交差し、前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的にマトリクス状に配置される複数の前記第１パターンを有し、
前記第１パターンは、前記第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる前記３以上の小領域が前記第１の方向及び前記第２の方向にマトリックス状に配列されるマトリックスパターンを含む
請求項１又は請求項３から６のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項９】
前記３以上の小領域の前記基板の主面内の配向方向は、
前記第１の方向に沿って隣り合う前記小領域ごとに徐々に回転する
請求項１又は請求項３から８のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１０】
前記第１の方向に沿って隣り合う前記小領域の、前記主面内の配向方向の角度差が同じである
請求項９に記載の光回折素子。
【請求項１１】
前記第１配向層上に設けられた、前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層と、
前記第１液晶層の上面に形成され、配向方向の第２パターンが前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第２配向層と、
前記第２配向層上に設けられた、前記第２配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第２液晶層と、を備え、
前記第２パターンは、前記第２配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第２の方向に配列されて形成され、
前記第１の方向と前記第２の方向は交差し、
前記第１配向層及び前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第１の方向に沿って回折し、
前記第２配向層及び前記第２液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第２の方向に沿って回折する
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項１２】
前記第１配向層上に設けられた、前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層と、
前記第１液晶層の上面に形成され、配向方向の第２パターンが前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第２配向層と、
前記第２配向層上に設けられた、前記第２配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第２液晶層と、を備え、
前記第２パターンは、配向の方向が前記第２の方向に沿って変化して形成され、
前記第１の方向と前記第２の方向は交差し、
前記第１配向層及び前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第１の方向に沿って回折し、
前記第２配向層及び前記第２液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第２の方向に沿って回折する
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項１３】
前記第１液晶層と前記第２配向層の間に設けられた１／４波長位相差層を有する
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項１４】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／２波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／２波長である
請求項１３に記載の光回折素子。
【請求項１５】
前記第１の方向と前記第２の方向が直交する
請求項１３又は１４に記載の光回折素子。
【請求項１６】
前記第１パターンの前記第１の方向に沿った幅は、前記第２パターンの前記第２の方向に沿った幅と等しい、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１７】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／４波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／２波長である
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項１８】
前記第１の方向と前記第２の方向のなす角度が４５°である
請求項１７に記載の光回折素子。
【請求項１９】
前記第２パターンの前記第２の方向に沿った幅は、前記第１パターンの前記第１の方向に沿った幅の２１／２倍である
請求項１８に記載の光回折素子。
【請求項２０】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／２波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／４波長である
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項２１】
前記第２配向層は固化された光配向性化合物である
請求項１１から２０のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項２２】
前記第２パターンの前記小領域の前記第２の方向に沿った幅の長さが互いに等しい請求項１１に記載の光回折素子。
【請求項２３】
前記第２パターンは、前記小領域を前記第２の方向に配置したストライプパターンを含む
請求項１１に記載の光回折素子。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項に記載の光回折素子を用いた光学ローパスフィルタ。
【請求項１】
透明な基板と、
前記基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが前記基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層と、
を備え、
前記第１パターンは、前記第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第１の方向に配列されて形成され、前記３以上の小領域を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子。
【請求項２】
透明な基板と、
前記基板の一方の面に形成され、配向方向の第１パターンが前記基板の主面に沿った第１の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第１配向層と
を備え、
前記第１パターンは、配向の方向が前記第１の方向に沿って変化して形成され、前記第１パターンを透過した光の相互の干渉により回折光を生じる光回折素子。
【請求項３】
前記第１配向層は液晶であり、
前記第１パターンは、前記基板の主面の面内における前記液晶の配向方向が互いに異なる小領域からなる
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項４】
前記第１配向層は固化された光配向性化合物であり、
前記第１パターンは、前記基板の主面の面内における前記光配向性化合物の配向方向が互いに異なる小領域からなる
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項５】
前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層を、前記第１配向層上に有し、
前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により回折光を生じる
請求項４に記載の光回折素子。
【請求項６】
前記第１パターンの前記小領域の前記第１の方向に沿った幅の長さが互いに等しい請求項１又は請求項３から５のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項７】
前記第１パターンは、矩形形状の前記小領域を前記第１の方向に配置したストライプパターンを含む
請求項１又は請求項３から６のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項８】
前記第１配向層は、
前記第１の方向及び前記第１の方向に交差し、前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的にマトリクス状に配置される複数の前記第１パターンを有し、
前記第１パターンは、前記第１配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる前記３以上の小領域が前記第１の方向及び前記第２の方向にマトリックス状に配列されるマトリックスパターンを含む
請求項１又は請求項３から６のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項９】
前記３以上の小領域の前記基板の主面内の配向方向は、
前記第１の方向に沿って隣り合う前記小領域ごとに徐々に回転する
請求項１又は請求項３から８のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１０】
前記第１の方向に沿って隣り合う前記小領域の、前記主面内の配向方向の角度差が同じである
請求項９に記載の光回折素子。
【請求項１１】
前記第１配向層上に設けられた、前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層と、
前記第１液晶層の上面に形成され、配向方向の第２パターンが前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第２配向層と、
前記第２配向層上に設けられた、前記第２配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第２液晶層と、を備え、
前記第２パターンは、前記第２配向層に含まれる高分子の配向の方向が互いに異なる３以上の小領域が前記第２の方向に配列されて形成され、
前記第１の方向と前記第２の方向は交差し、
前記第１配向層及び前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第１の方向に沿って回折し、
前記第２配向層及び前記第２液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第２の方向に沿って回折する
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項１２】
前記第１配向層上に設けられた、前記第１配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第１液晶層と、
前記第１液晶層の上面に形成され、配向方向の第２パターンが前記基板の主面に沿った第２の方向に周期的に配列され、異方性を有する高分子を含む第２配向層と、
前記第２配向層上に設けられた、前記第２配向層の配向方向に倣って周期的に配向した液晶を含む第２液晶層と、を備え、
前記第２パターンは、配向の方向が前記第２の方向に沿って変化して形成され、
前記第１の方向と前記第２の方向は交差し、
前記第１配向層及び前記第１液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第１の方向に沿って回折し、
前記第２配向層及び前記第２液晶層を透過した光の相互の干渉により入射光を前記第２の方向に沿って回折する
請求項１又は２に記載の光回折素子。
【請求項１３】
前記第１液晶層と前記第２配向層の間に設けられた１／４波長位相差層を有する
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項１４】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／２波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／２波長である
請求項１３に記載の光回折素子。
【請求項１５】
前記第１の方向と前記第２の方向が直交する
請求項１３又は１４に記載の光回折素子。
【請求項１６】
前記第１パターンの前記第１の方向に沿った幅は、前記第２パターンの前記第２の方向に沿った幅と等しい、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項１７】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／４波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／２波長である
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項１８】
前記第１の方向と前記第２の方向のなす角度が４５°である
請求項１７に記載の光回折素子。
【請求項１９】
前記第２パターンの前記第２の方向に沿った幅は、前記第１パターンの前記第１の方向に沿った幅の２１／２倍である
請求項１８に記載の光回折素子。
【請求項２０】
前記第１配向層のリタデーションと、前記第１液晶層のリタデーションの合計が１／２波長であり、
前記第２配向層のリタデーションと、前記第２液晶層のリタデーションの合計が１／４波長である
請求項１１又は１２に記載の光回折素子。
【請求項２１】
前記第２配向層は固化された光配向性化合物である
請求項１１から２０のいずれか１項に記載の光回折素子。
【請求項２２】
前記第２パターンの前記小領域の前記第２の方向に沿った幅の長さが互いに等しい請求項１１に記載の光回折素子。
【請求項２３】
前記第２パターンは、前記小領域を前記第２の方向に配置したストライプパターンを含む
請求項１１に記載の光回折素子。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項に記載の光回折素子を用いた光学ローパスフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−２１５７９４（Ｐ２０１２−２１５７９４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９７６２（Ｐ２０１１−１２９７６２）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００１５５６９８）株式会社有沢製作所 (117)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００１５５６９８）株式会社有沢製作所 (117)
【Ｆターム（参考）】
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