特開 2024-116218 光演算装置、及び、光演算装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116218

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】光演算装置、及び、光演算装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G06E 3/00 20060101AFI20240820BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

G06E3/00

G02B5/18

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024090832

(22)【出願日】2024-06-04

(62)【分割の表示】P 2022569702の分割

【原出願日】2021-08-02

(31)【優先権主張番号】P 2020208661

(32)【優先日】2020-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】山岸 裕幸

(57)【要約】

【課題】平面状光回折素子の相対的な位置関係を所期の関係に維持することが容易な光演算装置を実現すること。
【解決手段】光演算装置（１）は、基板（１２）と、複数の平面状光回折素子（１１ａ１～１１ａ４）と、カバー（１５）と、側壁と、を備え、各平面状光回折素子（１１ａ１～１１ａ４）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されており、基板（１２）に固定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板に固定された複数の平面状光回折素子を含む光回折素子群と、前記基板と対向するカバーであって、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子と接触しないように支持されたカバーと、前記光回折素子群を四方から取り囲む側壁であって、一端が前記基板の上面に固定され他端が前記カバーの下面に固定された側壁と、を備え、
前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されており、前記基板に固定されている、
ことを特徴とする光演算装置。

【請求項2】

前記基板、前記カバー、及び前記側室により囲まれた空間に液体又は気体が封入されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光演算装置。

【請求項3】

前記液体はマッチングオイルである、
ことを特徴とする請求項２に記載の光演算装置。

【請求項4】

前記気体は窒素ガスである、
ことを特徴とする請求項２に記載の光演算装置。

【請求項5】

前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子は、その入射面及び出射面が前記基板の主面と交わるように前記基板に固定されている、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光演算装置。

【請求項6】

前記基板の主面と交わる面内において信号光の光路を折り返す光学素子を更に備えており、
前記光回折素子群は、折り返し前後の光路の一方に設けられ、前記基板に直接固定された平面状光回折素子と、折り返し前後の光路の他方に設けられ、前記基板に直接固定された平面状光回折素子を介して前記基板に間接固定された平面状光回折素子と、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光演算装置。

【請求項7】

前記光回折素子群は、第１の光路上に設けられた平面状光回折素子と、前記第１の光路とは異なる第２の光路上に設けられた平面状光回折素子と、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光演算装置。

【請求項8】

信号光の光路を前記第１の光路と前記第２の光路とに分岐させる光学素子を更に備えている、
ことを特徴とする請求項７に記載の光演算装置。

【請求項9】

信号光を前記第１の光路又は前記第２の光路へと導く光学素子であって、前記信号光を導く光路が可変な光学素子を更に備えている、
ことを特徴とする請求項７に記載の光演算装置。

【請求項10】

信号光を前記第１の光路又は前記第２の光路へと導く光学素子であって、信号光を導く光路が不変な光学素子を更に備えている、
ことを特徴とする請求項７に記載の光演算装置。

【請求項11】

前記光回折素子群は、高さが互いに独立に設定された複数のピラーが両面に形成された平面状光回折素子を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の光演算装置。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一項に記載の光演算装置の製造方法であって、
前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子を一括して形成する工程を含んでいる、ことを特徴とする光演算装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の平面状光回折素子を含む光演算装置に関する。また、そのような光演算装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、並んで配置された複数の光学素子（具体的にはレンズ）の各々を筒状のホルダ（具体的にはレンズホルダ）に固定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１８－５２７８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光演算機能を有する光学素子として、厚み又は屈折率が個別に設定された複数のマイクロセルを有する平面状光回折素子が知られている。このような平面状光回折素子が信号光の光路上に並んだ光演算装置を用いれば、複雑な光演算を少ない消費電力で高速に実行することが可能である。しかしながら、光演算装置を構成する複数の平面状光回折素子を、特許文献１に記載の技術を流用して筒状のホルダに固定すると、以下のような問題を生じる。

【0005】

すなわち、環境温度が変化すると、熱膨張又は熱収縮によってホルダに歪みが生じる。各平面状光回折素子は、全周に亘ってホルダの内側面に固定されているので、ホルダに歪みが生じると、各平面状光回折素子に歪み又は応力が生じることが避け難い。そして、各平面状光回折素子に歪み又は応力が生じると、その平面状光回折素子に所期の演算を行わせることが困難又は不可能になる。その結果、これらの平面状光回折素子に全体として所期の演算を行わせることが困難又は不可能になる。

【0006】

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易な光演算装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光演算装置は、基板と、複数の平面状光回折素子を含む光回折素子群と、前記基板と対向するカバーであって、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子と接触しないように支持されたカバーと、前記光回折素子群を四方から取り囲む側壁であって、一端が前記基板の上面に固定され他端が前記カバーの下面に固定された側壁と、を備え、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されており、前記基板に固定されている。

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した光演算装置の製造方法であって、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子を一括して形成する工程を含んでいる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易な光演算装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図2】図１に示す光演算装置が備える平面状光回折素子の具体例を示す斜視図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図5】本発明の第４の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図6】本発明の第５の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図7】本発明の第６の実施形態に係る光演算装置の構成を示す斜視図である。

【図8】本発明の第６の実施形態に係る光演算装置の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〔第１の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第１の実施形態に係る光演算装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、光演算装置１の構成を示す斜視図である。

【0012】

光演算装置１は、光回折素子群１１と、基板１２と、を備えている。光回折素子群１１は、複数の（本実施形態においては４つの）平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板１２として、ガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状の部材を用いている。

【0013】

平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４は、それぞれ、その入射面及び出射面が基板１２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、その端面が基板１２の主面に直接固定されている。

【0014】

各平面状光回折素子１１ａｉ（ｉ＝１，２，…，４）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。光演算装置１に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。なお、本明細書において、「マイクロセル」とは、例えば、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、本明細書において、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。例えば、マイクロセルの平面視形状が正方形である場合、セルサイズとは、セルの一辺の長さである。セルサイズの下限は、特に限定されないが、例えば１ｎｍである。

【0015】

本実施形態において、平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４は、光演算装置１に入力される信号光の光路上に一直線に並んで配置されている。このため、光演算装置１に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子１１ａ１、第２の平面状光回折素子１１ａ２、第３の平面状光回折素子１１ａ３、及び第４の平面状光回折素子１１ａ４をこの順に通過する。したがって、光演算装置１においては、第１の平面状光回折素子１１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子１１ａ２による第２の光演算、第３の平面状光回折素子１１ａ３による第３の光演算、及び、第４の平面状光回折素子１１ａ４による第４の光演算がこの順に実行される。

【0016】

なお、光演算装置１は、基板１２と対向するように配置された板状のカバー１５（図１において点線にて付記）を備えていてもよい。例えば、カバー１５は、一端が基板１２の上面に固定され、他端がカバー１５の下面に固定された、少なくとも３本の支柱（図１において不図示）により支持される。或いは、カバー１５は、一端が基板１２の上面に固定され、他端がカバー１５の下面に固定された、光回折素子群１１を四方から取り囲む側壁（図１において不図示）により支持される。支柱又は側壁の高さは、カバー１５の下面が各平面状光回折素子１１ａｉの上端面に接触しないよう、十分に高く設定される。

【0017】

ここで、基板１２の上面とは、基板１２の２つの主面のうち、平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４が固定されている方の主面のことを指す。また、カバー１５の下面とは、カバー１５の２つの主面のうち、基板１２の主面に対向する方の主面のことを指す。また、平面状光回折素子１１ａｉの上端面とは、平面状光回折素子１１ａｉの４つの端面のうち、基板１２の上面に固定される端面と対向する端面のことを指す。カバー１５を側壁により支持する構成を採用した場合、基板１２、カバー１５、及び側壁により囲まれた空間に、マッチングオイルなどの液体、或いは、窒素ガスなどの気体を封入することも可能である。

【0018】

（平面状光回折素子の具体例）
光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉの具体例について、図２を参照して説明する。図２は、本具体例に係る平面状光回折素子１１ａｉの斜視図である。

【0019】

本具体例に係る平面状光回折素子１１ａｉは、一辺１．０ｍｍの正方形の有効領域を有している。この有効領域は、マトリックス状に配置された１００×１００個のマイクロセルにより構成されている。各マイクロセルは、厚さ１００μｍのベース上に形成された、１辺１μｍの正方形の底面を有する四角柱状のピラーにより構成されている。各ピラーの高さは、０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、…、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ（１００ｎｍステップ１３段階）の何れかであり、そのピラーにより構成されるマイクロセルを透過する光の位相変化量が所期の値になるように決められている。

【0020】

なお、本具体例に係る平面状光回折素子１１ａｉにおいては、ベースの一方の主面にのみピラーを設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ベースの両方の主面にピラーを設けてもよい。なお、ベースの一方の主面にのみピラーが設けられた平面状光回折素子１１ａ１は、光演算装置１において、ピラー形成面が信号光の入射面となるように配置することもできるし、ピラー形成面が信号光の出射面となるように配置することもできる。一方、ベースの両方の主面にピラーが設けられた平面状光回折素子１１ａ１は、光演算装置１において、一方のピラー形成面が信号光の入射面となり、他方のピラー形成面が信号光の出射面となるように配置することができる。

【0021】

なお、本具体例に係る平面状光回折素子１１ａｉにおいては、各マイクロセルを透過する光の位相変化量が所期の値となるように、そのマイクロセルの厚み（すなわち、そのマイクロセルを構成するピラーの高さ）を設定しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各マイクロセルを透過する光の位相変化量が所期の値となるように、そのマイクロセルの屈折率を設定してもよい。この場合、各マイクロセルの屈折率の設定は、そのマイクロセルの材料を選択することにより実現してもよし、そのマイクロセルの材料に添加する添加剤の種類及び／又は量を選択することにより実現してもよい。また、各マイクロセルが樹脂（高分子）により構成されている場合には、その樹脂の重合の度合いを制御することによって、そのマイクロセルの屈折率を設定してもよい。

【0022】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置１は、基板１２と、複数の平面状光回折素子１１ａ１～１１ａ４を含む光回折素子群１１と、を備えている。光回折素子群１１に属する各平面状光回折素子１１ａｉは、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されており、その入射面及び出射面が基板１２の主面と交わるように基板１２に固定されている。

【0023】

このため、光演算装置１においては、各平面状光回折素子１１ａｉの外周（４つの端面）のうち、一部分（１つの端面）のみが基板１２に固定され、残りの部分（３つの端面）は自由である。したがって、特許文献１に記載の技術を流用して筒状のホルダの内側面に各平面状光回折素子１１ａｉの外周全体を固定する場合と比較して、環境温度の変化に起因する歪又は応力が各平面状光回折素子１１ａｉに生じ難くなる。このため、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易な光演算装置１を実現することができる。

【0024】

また、光演算装置１は、基板１２と対向するカバー１５であって、光回折素子群１１に属する各平面状光回折素子１１ａｉと接触しないように支持されたカバー１５を更に備え得る。

【0025】

この場合、光演算装置１によれば、光演算装置１の外部から各平面状光回折素子１１ａｉに加わり得る衝撃や振動などから各平面状光回折素子１１ａｉを保護することができる。また、光演算装置１に飛来し得る異物から各平面状光回折素子１１ａｉを保護することができる。

【0026】

また、光回折素子群１１は、高さが互いに独立に設定された複数のピラーが両面に形成された平面状光回折素子を含み得る。

【0027】

ピラーが両面に形成された平面状光回折素子においては、ピラーが片面に形成された平面状光回折素子よりも位相変化量が大きい（すなわち、厚みの厚い）セルを形成することが可能である。したがって、ピラーが両面に形成された平面状光回折素子に実行させることが可能な光演算の自由度は、ピラーが片面に形成された平面状光回折素子に実行させることが可能な光演算の自由度よりも高くなる。したがって、ピラーが両面に形成された平面状光回折素子を光回折素子群１１に含めることで、光演算装置１に実行させることが可能な光演算の自由度を高めることができる。

【0028】

また、光演算装置１の製造方法としては、光回折素子群１１に属する各平面状光回折素子１１ａｉを一括して形成する工程を含む製造方法を採用することができる。

【0029】

このような製造方法を採用した場合、各平面状光回折素子１１ａｉを別個に形成する場合に必要になる調整工程であって、各平面状光回折素子１１ａｉの相対的な位置関係が所期の関係になるように、各平面状光回折素子１１ａｉの位置及び向きを調整する調整工程を省略することができる。したがって、このような製造方法によれば、各平面状光回折素子１１ａｉの相対的な位置関係を所期の関係に容易に維持することができる。

【0030】

なお、光回折素子群１１に属する各平面状光回折素子１１ａｉを一括して形成する工程は、例えば、ナノインプリント法又は光造形法により実現することが可能である。なお、光造形法は、液相光重合法とよばれることもある。

【0031】

〔第２の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第２の実施形態に係る光演算装置２の構成について、図３を参照して説明する。図３は、光演算装置２の構成を示す斜視図である。

【0032】

光演算装置２は、光回折素子群２１と、基板２２と、プリズム２３と、を備えている。光回折素子群２１は、複数の（本実施形態においては４つの）平面状光回折素子２１ａ１～２１ａ４により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子２１ａ１～２１ａ４として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板２２として、ガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、プリズム２３として、互いに直交する２つの反射面２３ａ，２３ｂを有する直角プリズムを用いている。

【0033】

第１の平面状光回折素子２１ａ１及び第２の平面状光回折素子２１ａ２は、それぞれ、その入射面及び出射面が基板２２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、その端面が基板２２の主面に直接固定されている。第３の平面状光回折素子２１ａ３は、その入射面及び出射面が基板２２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、第２の平面状光回折素子２１ａ２を介して基板２２の主面に間接固定されている。第４の平面状光回折素子２１ａ４は、その入射面及び出射面が基板２２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、第１の平面状光回折素子２１ａ１を介して基板２２の主面に間接固定されている。

【0034】

各平面状光回折素子２１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。光演算装置２に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。各平面状光回折素子２１ａｉの具体例は、第１の実施形態に係る光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉの具体例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

【0035】

本実施形態において、光演算装置２に入力される信号光の光路上には、第１の平面状光回折素子２１ａ１と第２の平面状光回折素子２１ａ２とが、一直線に並んで配置されている。このため、光演算装置２に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子２１ａ１と第２の平面状光回折素子２１ａ２とを、この順に通過する。第２の平面状光回折素子２１ａ２を通過した信号光の光路上には、プリズム２３の第１の反射面２３ａが配置されている。プリズム２３の第１の反射面２３ａは、第２の平面状光回折素子２１ａ２を通過した信号光を、その進行方向を基板２２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）面内において９０°変化させるように反射する。プリズム２３の第１の反射面２３ａにて反射された信号光の光路上には、プリズム２３の第２の反射面２３ｂが配置されている。プリズム２３の第２の反射面２３ｂは、プリズム２３の第１の反射面２３ａにて反射された信号光を、その進行方向を基板２２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）面内において更に９０°変化させるように反射する。すなわち、プリズム２３は、第１の反射面２３ａ及び第２の反射面２３ｂを介して、第２の平面状光回折素子２１ａ２を通過した信号光を、この信号光の進行方向と反対方向に反射する。プリズム２３の第２の反射面２３ｂにて反射された信号光の光路上には、第３の平面状光回折素子２１ａ３と第４の平面状光回折素子２１ａ４とが、一直線上に並んで配置されている。このため、プリズム２３の第２の反射面２３ｂにて反射された信号光は、第３の平面状光回折素子２１ａ３と第４の平面状光回折素子２１ａ４とを、この順に通過する。したがって、光演算装置２においては、第１の平面状光回折素子２１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子２１ａ２による第２の光演算、第３の平面状光回折素子２１ａ３による第３の光演算、及び、第４の平面状光回折素子２１ａ４による第４の光演算がこの順に実行される。

【0036】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置２は、基板２２の主面と交わる面内において信号光の光路を折り返す光学素子として機能するプリズム２３を更に備えている。光回折素子群２１は、折り返し前の光路に設けられ、基板２２に直接固定された平面状光回折素子２１ａ１，２１ａ２と、折り返し後の光路に設けられ、平面状光回折素子２１ａ１，２１ａ２を介して基板１２に間接固定された平面状光回折素子２１ａ４，２１ａ３と、を含んでいる。

【0037】

このため、光演算装置２によれば、平面状光回折素子２１ａ１，２１ａ２，２１ａ３，２１ａ４を基板２２に実装する場合の実装密度を高めることができる。したがって、光演算装置２によれば、光演算装置１と比較して、基板２２のサイズを小型化することができる。

【0038】

〔第３の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第３の実施形態に係る光演算装置３の構成について、図４を参照して説明する。図４は、光演算装置３の構成を示す斜視図である。

【0039】

光演算装置３は、光回折素子群３１と、基板３２と、プリズム３３と、ミラー３４と、を備えている。光回折素子群３１は、複数の（本実施形態においては４つの）平面状光回折素子３１ａ１～３１ａ４により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子３１ａ１～３１ａ４として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板３２として、ガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、プリズム３３として、互いに直交する２つの反射面３３ａ，３３ｂを有する直角プリズムを用いている。

【0040】

平面状光回折素子３１ａ１～３１ａ４は、それぞれ、その入射面及び出射面が基板３２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、その端面が基板３２の主面に直接固定されている。

【0041】

各平面状光回折素子３１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。光演算装置３に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。各平面状光回折素子３１ａｉの具体例は、第１の実施形態に係る光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）の具体例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

【0042】

本実施形態において、光演算装置３に入力される信号光の光路上には、第１の平面状光回折素子３１ａ１が配置されている。このため、光演算装置３に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子３１ａ１を通過する。第１の平面状光回折素子３１ａ１を通過した信号光の光路上には、プリズム３３の第１の反射面３３ａが配置されている。プリズム３３の第１の反射面３３ａは、第１の平面状光回折素子３１ａ１を通過した信号光を、その進行方向を基板３２の主面に平行な面内において９０°変化させるように反射する。プリズム３３の第１の反射面３３ａに反射された信号光の光路上には、プリズム３３の第２の反射面３３ｂが配置されている。プリズム３３の第２の反射面３３ｂは、プリズム３３の第１の反射面３３ａにて反射された信号光の一部を、その進行方向を基板３２の主面に平行な面内において更に９０°変化させるように反射する。また、プリズム３３の第２の反射面３３ｂは、プリズム３３の第１の反射面３３ａにて反射された信号光の一部を、透過させる。

【0043】

プリズム３３の第２の反射面３３ｂにて反射された信号光の光路上には、第２の平面状光回折素子３１ａ２が配置されている。このため、プリズム３３の第２の反射面３３ｂにて反射された信号光は、第２の平面状光回折素子３１ａ２を通過する。したがって、光演算装置３においては、第１の平面状光回折素子３１ａ１による第１の光演算、及び、第２の平面状光回折素子３１ａ２による第２の光演算が、この順に実行される。

【0044】

プリズム３３の第２の反射面３３ｂを透過した信号光の光路上には、ミラー３４が配置されている。ミラー３４は、プリズム３３の第２の反射面３３ｂを透過した信号光を、その進行方向を基板３２の主面に平行な面内において９０°変化させるように反射する。ミラー３４に反射された信号光の光路上には、第３の平面状光回折素子３１ａ３と第４の平面状光回折素子３１ａ４とが、一直線上に並んで配置されている。このため、ミラー３４に反射された信号光は、第３の平面状光回折素子３１ａ３と第４の平面状光回折素子３１ａ４とを、この順に通過する。したがって、光演算装置３においては、第１の平面状光回折素子３１ａ１による第１の光演算、第３の平面状光回折素子３１ａ３による第３の光演算、及び、第４の平面状光回折素子３１ａ４による第４の光演算がこの順に実行される。

【0045】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置３は、信号光の光路を第１の光路（図４における光路Ａ）と第２の光路（図４における光路Ｂ）とに分岐させる光学素子として機能するプリズム３３及びミラー３４を備えている。光回折素子群３１は、第１の光路上に設けられた平面状光回折素子３１ａ２と、第２の光路上に設けられた平面状光回折素子３１ａ３，３１ａ４と、を含んでいる。

【0046】

このため、光演算装置３によれば、１つの光路を２つの光路Ａ，Ｂに分岐させ、光路Ａ，Ｂの各々において別個の光演算を行うことができる。すなわち、光演算装置３によれば、複数の（本実施形態においては２つの）光演算を同時に実行することができる。

【0047】

〔第４の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第４の実施形態に係る光演算装置４の構成について、図５を参照して説明する。図５は、光演算装置４の構成を示す斜視図である。

【0048】

光演算装置４は、光回折素子群４１と、基板４２と、ミラー４３と、を備えている。光回折素子群４１は、複数の（本実施形態においては６つの）平面状光回折素子４１ａ１～４１ａ６により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子４１ａ１～４１ａ６として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板４２として、ガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態において、ミラー４３は、基板４２の主面と直交する軸を回転軸として回転可能に構成されている。図５においては、ミラー４３の端面から突出した円柱状の突起４３ａを、基板４２の上面に形成された円柱状の穴に挿入することで、ミラー４３を基板４２に回転可能に固定する構成を例示している。

【0049】

平面状光回折素子４１ａ１～４１ａ６は、それぞれ、その入射面及び出射面が基板４２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、その端面が基板４２の主面に直接固定されている。

【0050】

各平面状光回折素子４１ａｉ（ｉ＝１，２，…，６）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。光演算装置４に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。各平面状光回折素子４１ａｉの具体例は、第１の実施形態に係る光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）の具体例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

【0051】

本実施形態において、光演算装置４に入力される信号光の光路上には、第１の平面状光回折素子４１ａ１と第２の平面状光回折素子４１ａ２とが、一直線に並んで配置されている。このため、光演算装置４に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子４１ａ１と第２の平面状光回折素子４１ａ２とを、この順に通過する。第２の平面状光回折素子４１ａ２を通過した信号光の光路上には、ミラー４３が配置されている。ミラー４３は、その反射面を第１の方向に向けること、及び、その反射面を第２の方向に向けることが可能である。

【0052】

ミラー４３の反射面が第１の方向を向いている場合、ミラー４３にて反射された信号光の光路上には、第３の平面状光回折素子４１ａ３と第４の平面状光回折素子４１ａ４とが、一直線上に並んで配置されている。このため、ミラー４３にて反射された信号光は、第３の平面状光回折素子４１ａ３と第４の平面状光回折素子４１ａ４とを、この順に通過する。したがって、この場合、光演算装置４においては、第１の平面状光回折素子４１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子４１ａ２による第２の光演算、第３の平面状光回折素子４１ａ３による第３の光演算、及び、第４の平面状光回折素子４１ａ４による第４の光演算がこの順に実行される。

【0053】

ミラー４３の反射面が第２の方向を向いている場合、ミラー４３にて反射された信号光の光路上には、第５の平面状光回折素子４１ａ５と第６の平面状光回折素子４１ａ６とが、一直線上に並んで配置されている。このため、ミラー４３にて反射された信号光は、第５の平面状光回折素子４１ａ５と第６の平面状光回折素子４１ａ６とを、この順に通過する。したがって、この場合、光演算装置４においては、第１の平面状光回折素子４１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子４１ａ２による第２の光演算、第５の平面状光回折素子４１ａ５による第５の光演算、及び、第６の平面状光回折素子４１ａ６による第６の光演算がこの順に実行される。

【0054】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置４は、信号光の光路を第１の光路（図５における光路Ａ）又は第２の光路（図５における光路Ｂ）へと導く光学素子であって、信号光を導く光路が可変な光学素子として機能するミラー４３を備えている。光回折素子群４１は、第１の光路上に設けられた平面状光回折素子４１ａ３，４１ａ４と、第２の光路上に設けられた平面状光回折素子４１ａ５，４１ａ６と、を含んでいる。

【0055】

このため、光演算装置４によれば、使用者が光路Ａ，Ｂの何れかを選択することができる。したがって、光演算装置４によれば、複数の（本実施形態においては２つの）光演算の何れかを実行することができ、且つ、何れの光演算を実行するかを使用者が選択することができる。

【0056】

〔第５の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第５の実施形態に係る光演算装置５の構成について、図６を参照して説明する。図６は、光演算装置５の構成を示す斜視図である。

【0057】

光演算装置５は、光回折素子群５１と、基板５２と、ミラー５３と、を備えている。光回折素子群５１は、複数の（本実施形態においては６つの）平面状光回折素子５１ａ１～５１ａ６により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子５１ａ１～５１ａ６として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板５２として、ガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状の部材を用いている。

【0058】

平面状光回折素子５１ａ１～５１ａ６は、それぞれ、その入射面及び出射面が基板５２の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、その端面が基板５２の主面に直接固定されている。

【0059】

各平面状光回折素子５１ａｉ（ｉ＝１，２，…，６）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。光演算装置５に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。各平面状光回折素子５１ａｉの具体例は、第１の実施形態に係る光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）の具体例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

【0060】

本実施形態において、光演算装置５に入力される信号光の光路上には、第１の平面状光回折素子５１ａ１と第２の平面状光回折素子５１ａ２とが、一直線に並んで配置されている。このため、光演算装置５に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子５１ａ１と第２の平面状光回折素子５１ａ２とを、この順に通過する。第２の平面状光回折素子５１ａ２を通過した信号光の光路上には、ミラー５３が配置されている。ミラー５３は、（１）図６に実線で示したように、その反射面が第１の方向を向くように基板５２に固定することもできるし、（２）図６に点線で示したように、その反射面が第２の方向を向くように基板５２に固定することもできる。

【0061】

反射面が第１の方向を向くようにミラー５３が基板５２に固定されている場合、ミラー５３にて反射された信号光の光路上には、第３の平面状光回折素子５１ａ３と第４の平面状光回折素子５１ａ４とが、一直線上に並んで配置されている。このため、ミラー５３にて反射された信号光は、第３の平面状光回折素子５１ａ３と第４の平面状光回折素子５１ａ４とを、この順に通過する。したがって、この場合、光演算装置５においては、第１の平面状光回折素子５１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子５１ａ２による第２の光演算、第３の平面状光回折素子５１ａ３による第３の光演算、及び、第４の平面状光回折素子５１ａ４による第４の光演算がこの順に実行される。

【0062】

反射面が第２の方向を向くようにミラー５３が基板５２に固定されている場合、ミラー５３にて反射された信号光の光路上には、第５の平面状光回折素子５１ａ５と第６の平面状光回折素子５１ａ６とが、一直線上に並んで配置されている。このため、ミラー５３にて反射された信号光は、第５の平面状光回折素子５１ａ５と第６の平面状光回折素子５１ａ６とを、この順に通過する。したがって、この場合、光演算装置５においては、第１の平面状光回折素子５１ａ１による第１の光演算、第２の平面状光回折素子５１ａ２による第２の光演算、第５の平面状光回折素子５１ａ５による第５の光演算、及び、第６の平面状光回折素子５１ａ６による第６の光演算がこの順に実行される。

【0063】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置５は、信号光の光路を第１の光路（図６における光路Ａ）又は第２の光路（図６における光路Ｂ）へと導く光学素子であって、信号光を導く光路が不変な光学素子として機能するミラー５３を備えている。光回折素子群５１は、第１の光路上に設けられた平面状光回折素子５１ａ３，５１ａ４と、第２の光路上に設けられた平面状光回折素子５１ａ５，５１ａ６と、を含んでいる。

【0064】

このため、光演算装置５によれば、製造者が光路Ａ，Ｂの何れかを選択することができる。したがって、光演算装置５によれば、複数の（本実施形態においては２つの）光演算の何れかを実行することができ、且つ、何れの光演算を実行するかを製造者が選択することができる。

【0065】

〔第６の実施形態〕
（光演算装置の構成）
本発明の第６の実施形態に係る光演算装置６の構成について、図７を参照して説明する。図７は、光演算装置６の構成を示す斜視図である。

【0066】

光演算装置６は、光回折素子群６１と、基板６２と、を備えている。光回折素子群６１は、複数の（本実施形態においては２つの）平面状光回折素子６１ａ１～６１ａ２により構成されている。本実施形態においては、平面状光回折素子６１ａ１～６１ａ２として、樹脂により構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。また、本実施形態においては、基板６２として、ガラスにより構成された、平面視形状が正方形の板状の部材を用いている。

【0067】

第１の平面状光回折素子６１ａ１は、その出射面が基板６２の一方の主面と面接触するように、基板６２に固定されている。一方、第２の平面状光回折素子６１ａ２は、その入射面が基板６２の他方の主面と面接触するように、基板６２に固定されている。

【0068】

各平面状光回折素子６１ａｉ（ｉ＝１，２）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。マイクロセルをピラーにより構成する場合、第１の平面状光回折素子６１ａ１のピラーは、例えば、第１の平面状光回折素子６１ａ１の入射面側に設けられ、第２の平面状光回折素子６１ａ２のピラーは、例えば、第２の平面状光回折素子６１ａ２の出射面側に設けられる。光演算装置６に信号光が入射すると、各マイクロセルを透過した位相の異なる信号光が相互に干渉することによって、予め定められた光演算が行われる。各平面状光回折素子６１ａｉの具体例は、第１の実施形態に係る光演算装置１が備える各平面状光回折素子１１ａｉ（ｉ＝１，２，３，４）の具体例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

【0069】

本実施形態において、光演算装置６に入力される信号光の光路上には、第１の平面状光回折素子６１ａ１と第２の平面状光回折素子６１ａ２とが、一直線に並んで配置されている。このため、光演算装置６に入力された信号光は、第１の平面状光回折素子６１ａ１と第２の平面状光回折素子６１ａ２とを、この順に通過する。したがって、光演算装置６においては、第１の平面状光回折素子６１ａ１による第１の光演算、及び、第２の平面状光回折素子６１ａ２による第２の光演算がこの順に実行される。

【0070】

（光演算装置の効果）
以上のように、光演算装置６は、基板６２と、複数の平面状光回折素子６１ａ１～６１ａ２を含む光回折素子群６１と、を備えている。光回折素子群６１に属する各平面状光回折素子６１ａｉは、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されている。第１の平面状光回折素子６１ａ１は、その出射面が基板６２の一方の主面と面接触するように基板６２に固定されている。第２の平面状光回折素子６１ａ２は、その入射面が基板６２の他方の主面と面接触するように基板６２に固定されている。

【0071】

このため、光演算装置６においては、各平面状光回折素子６１ａｉは、出射面又は入射面全体が基板６２に固定されている。したがって、特許文献１に記載の技術を流用して筒状のホルダの内側面に各平面状光回折素子６１ａｉの外周全体を固定する場合と比較して、環境温度の変化に起因する歪又は応力が各平面状光回折素子６１ａｉに生じ難くなる。このため、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易な光演算装置６を実現することができる。

【0072】

（光演算装置の変形例）
光演算装置６を複数備えた光演算装置を実現することも可能である。図８は、このような光演算装置６Ａの構造を示す斜視図である。

【0073】

光演算装置６Ａは、４つの光演算装置６を基板６３上に配置したものである。光演算装置６Ａにおいて、各光演算装置６は、基板６２の主面が基板６３の主面と交わる（本実施形態においては直交する）ように、基板６２の端面が基板６３の主面に直接固定されている。上述したように、各光演算装置６について、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易になる。その結果、光演算装置６の集合体である光演算装置６Ａについても、環境温度が変化しても演算機能を維持することが容易になる。

【0074】

〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光演算装置は、基板と、複数の平面状光回折素子を含む光回折素子群と、前記基板と対向するカバーであって、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子と接触しないように支持されたカバーと、前記光回折素子群を四方から取り囲む側壁であって、一端が前記基板の上面に固定され他端が前記カバーの下面に固定された側壁と、を備え、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のマイクロセルにより構成されており、前記基板に固定されている。

【0075】

また、本発明の第２の態様に係る光演算装置においては、上述した第１の態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記基板、前記カバー、及び前記側室により囲まれた空間に液体又は気体が封入されている。

【0076】

また、本発明の第２の態様に係る光演算装置においては、上述した第２の態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記液体はマッチングオイルである。

【0077】

また、本発明の第２の態様に係る光演算装置においては、上述した第２の態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記気体は窒素ガスである。

【0078】

また、本発明の第５の態様に係る光演算装置においては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子は、その入射面及び出射面が前記基板の主面と交わるように前記基板に固定されている。

【0079】

また、本発明の第６の態様に係る光演算装置においては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記基板の主面と交わる面内において信号光の光路を折り返す光学素子を更に備えており、前記光回折素子群は、折り返し前後の光路の一方に設けられ、前記基板に直接固定された平面状光回折素子と、折り返し前後の光路の他方に設けられ、前記基板に直接固定された平面状光回折素子を介して前記基板に間接固定された平面状光回折素子と、を含んでいる、構成が採用されている。

【0080】

また、本発明の第７の態様に係る光演算装置においては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記光回折素子群は、第１の光路上に設けられた平面状光回折素子と、前記第１の光路とは異なる第２の光路上に設けられた平面状光回折素子と、を含んでいる、構成が採用されている。

【0081】

また、本発明の第８の態様に係る光演算装置においては、上述した第７の態様に係る光演算装置の構成に加えて、信号光の光路を前記第１の光路と前記第２の光路とに分岐させる光学素子を更に備えている、という構成が採用されている。

【0082】

また、本発明の第９の態様に係る光演算装置においては、上述した第７の態様に係る光演算装置の構成に加えて、信号光を前記第１の光路又は前記第２の光路へと導く光学素子であって、前記信号光を導く光路が可変な光学素子を更に備えている、という構成が採用されている。

【0083】

また、本発明の第１０の態様に係る光演算装置においては、上述した第７の態様に係る光演算装置の構成に加えて、信号光を前記第１の光路又は前記第２の光路へと導く光学素子であって、前記信号光を導く光路が不変な光学素子を更に備えている、という構成が採用されている。

【0084】

また、本発明の第１１の態様に係る光演算装置は、上述した第１の態様～第１０の態様の何れか一態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記光回折素子群は、高さが互いに独立に設定された複数のピラーが両面に形成された平面状光回折素子を含んでいる、構成が採用されている。

【0085】

上記の課題を解決するために、本発明の第１２の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第１の態様～第１１の態様の何れか一態様に係る光演算装置の製造方法であって、前記光回折素子群に属する各平面状光回折素子を一括して形成する工程を含んでいる。

【0086】

〔付記事項〕
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0087】

１，２，３，４，５，６，６Ａ 光演算装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１ 光回折素子群
１１ａｉ，２１ａｉ，３１ａｉ，４１ａｉ，５１ａｉ，６１ａｉ 平面状光回折素子
１２，２２，３２，４２，５２，６２，６３ 基板
２３，３３ プリズム（光学素子）
３４，４３，５３ ミラー（光学素子）
１５ カバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】