特許 7545563 光回折素子ユニット及び光演算装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】光回折素子ユニット及び光演算装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20240828BHJP

   G06N 3/067 20060101ALI20240828BHJP

   G02F 3/00 20060101ALI20240828BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

G06N3/067

G02F3/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023500628

(86)(22)【出願日】2022-01-14

(86)【国際出願番号】 JP2022001047

(87)【国際公開番号】W WO2022176458

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】P 2021024501

(32)【優先日】2021-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】日下 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】柏木 正浩

【審査官】小西 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１３４２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４５６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００１０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１４７８２８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／１８

５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透光性及び可撓性を有する層状の部材である基材と、
前記基材の一方の主面の一部に形成された光回折構造であって、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を含む光回折構造と、
一対の主面を貫通する開口が設けられた層状又は板状の部材であり、前記基材を保持する保持部と、を備え、
前記保持部は、前記開口が前記光回折構造を包含するように前記基材のうち前記一部を取り囲む環状部分を保持する、
ことを特徴とする光回折素子ユニット。

【請求項2】

前記保持部の前記一対の主面のうち少なくとも一方の主面における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウム合金の当該光に対する吸収率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光回折素子ユニット。

【請求項3】

前記保持部の全表面における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウム合金の当該光に対する吸収率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光回折素子ユニット。

【請求項4】

前記保持部は、一対の主面を貫通する開口が各々に設けられた２枚の層状又は板状の部材である第１部材及び第２部材を含み、前記第１部材と前記第２部材とが前記環状部分を挟み込むことによって当該環状部分を保持している、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の光回折素子ユニット。

【請求項5】

前記開口の面積の平方根を開口サイズＬ（μｍ）として、
前記開口から前記保持部の外縁までの距離Ｄ_Ｈ （μｍ）は、Ｄ_Ｈ≧２^１／２×Ｌを満たす、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の光回折素子ユニット。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載の光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット～第Ｎ光回折素子ユニット（Ｎは、２以上の整数）と、
前記第１光回折素子ユニット～前記第Ｎ光回折素子ユニットの各々を、前記基材の前記一方の主面の法線方向に沿って順番に収容する筐体と、を備えている、
ことを特徴とする光演算装置。

【請求項7】

前記筐体の内壁における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウム合金の当該光に対する吸収率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項６に記載の光演算装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のマイクロセルからなる光回折構造を含む光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置と、に関する。

【背景技術】

【0002】

透光性を有する層状部材からなる基材と、当該基材の一方の主面に形成された光回折構造とを備えた光回折素子が知られている。光回折構造は、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し、各マイクロセルを透過した信号光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行する。ここで、「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、「セルサイズ」とは、セルの面積の平方根のことを指す。

【0003】

このような光回折素子を複数用い、信号光が伝搬する方向（すなわち、マイクロセルの厚み方向）に沿って、各光回折構造を周期的に配置することによって、光学的な演算である光演算を複数回実行する光演算装置が得られる。このような光演算装置には、プロセッサを用いた電気的な演算装置と比べて高速且つ低消費電力であるという利点がある。特許文献１には、入力層、中間層、及び出力層を有する光ニューラルネットワークが開示されている。上述した光回折素子は、例えば、このような光ニューラルネットワークの中間層として利用することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第７８４７２２５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような光演算装置において、周期的に配置された光回折構造同士の間隔Ｄは、信号光の波長λに応じておおよそ定められている。この間隔Ｄの一例としては、Ｄ＝４０λが挙げられる。すなわち、信号光としてλ＝１．５μｍの光を採用した場合、Ｄ＝６０μｍとなる。この場合、基材の厚みと、マイクロセルの厚みの最大値との和を６０μｍ以下にすることが求められる。そのため、光回折素子の基材としては厚みが薄い樹脂フィルムが採用される場合が多い。樹脂フィルムの厚みの例としては、３μｍや５μｍなどが挙げられる。このような樹脂フィルムは、可撓性を有するため、そのままでは主面の形状を正しく平面に保つことが困難である。

【0006】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、単体でも基材の主面の形状を平面に保つことが容易な光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置とを提供することである。

【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回折素子ユニットは、透光性及び可撓性を有する層状の部材である基材と、前記基材の一方の主面の一部に形成された光回折構造であって、複数のマイクロセルを含む光回折構造と、一対の主面を貫通する開口が設けられた層状又は板状の部材であり、前記基材を保持する保持部と、を備えている。本光回折素子ユニットにおいては、前記保持部は、前記開口が前記光回折構造を包含するように前記基材のうち前記一部を取り囲む環状部分を保持する、構成が採用されている。

【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は、上述した本発明の一態様に係る光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット～第Ｎ光回折素子ユニット（Ｎは、２以上の整数）と、前記第１光回折素子ユニット～前記第Ｎ光回折素子ユニットの各々を、前記基材の前記一方の主面の法線方向に沿って順番に収容する筐体と、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、単体でも基材の主面の形状を平面に保つことが容易な光回折素子ユニットと、そのような光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置とを提供することができる。

【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回折素子ユニットの分解斜視図である。

【図2】図１に示した光回折素子ユニットの断面図である。

【図3】図１に示した光回折素子ユニットが備えている光回折素子の斜視図である。

【図4】図１に示した光回折素子ユニットの第１の変形例の断面図である。

【図5】図１に示した光回折素子ユニットの第２の変形例の断面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る光演算装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〔第１の実施形態〕
＜光回折素子ユニットの構成＞
本発明の第１の実施形態に係る光回折素子ユニットＵについて、図１～図３を参照して説明する。図１は、光回折素子ユニットＵの分解斜視図である。図２は、光回折素子ユニットＵの断面図であって、図１に示したＡ－Ａ’線に沿ったＡ－Ａ’断面の断面図である。Ａ－Ａ’断面は、保持部２０の互いに対向する主面２１１及び主面２２２に垂直な断面であり、光回折構造１２を通る断面である。図３は、光回折素子ユニットＵが備えている光回折素子１０の斜視図である。なお、主面２１１及び主面２２２については、後述する。また、図１～図３に示した直交座標系は、主面２１１及び主面２２２の法線方向をｚ軸方向と定め、主面２１１及び主面２２２と平行な平面のうち、光回折構造１２の各辺と平行な２つの平行をｘ軸方向及びｙ軸方向と定めている。

【0012】

図１及び図２に示すように、光回折素子ユニットＵは、光回折素子１０と、保持部２０と、を備えている。

【0013】

なお、本実施形態では、信号光として、波長λがλ＝１．５μｍである光を用いる。また、信号光は、その伝搬方向に直交する平面において２次元的な強度分布を有する光である。後述する光回折構造１２は、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Ａを有し、各マイクロセルＡを透過した信号光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行する。

【0014】

ただし、波長λは、１．５μｍに限定されず、電磁波の帯域内において適宜定めることができる。例えば、この帯域は、可視域（３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ未満）、近赤外域（８３０ｎｍ以上２μｍ未満）、中赤外域（２μｍ以上４μｍ未満）、及び、遠赤外域（４μｍ以上１０００μｍ以下）により構成されている。波長λは、３６０ｎｍ以上１０００μｍ以下の帯域内に含まれる波長のうち少なくとも一部の波長であってもよい。λ＝１．５μｍである信号光は、特定の波長を有する光の一例である。なお、信号光の波長λは、光回折素子ユニットＵの設計段階において、その用途などに応じて定められる。信号光として用いる光は、例えば、可視光であってもよいし、近赤外光であってもよい。

【0015】

（光回折素子）
図３に示すように、光回折素子１０は、基材１１と、光回折構造１２と、を備えている。

【0016】

基材１１は、互いに対向する主面１１１及び主面１１２を有する層状の部材（例えばフィルム）であって、透光性を有する材料により構成されている。主面１１１は、基材１１の一方の主面の一例である。なお、以下において、基材１１の主面１１１の中央に位置する一部を中央部分１１３と称し、中央部分１１３を取り囲む環状の部分を環状部分１１４と称する。なお、図３においては、光回折構造１２の下層に中央部分１１３が位置することを、符号「１１３」に破線の下線を付すことで示している。

【0017】

本実施形態においては、基材１１を構成する材料として、アクリル系樹脂を採用している。ただし、基材１１を構成する材料は、信号光として用いる光の波長域において透光性を有していればよく、アクリル系樹脂に代表される樹脂に限定されない。基材１１を構成する材料は、石英ガラスに代表されるガラス材料であってもよい。

【0018】

また、基材１１を構成する材料は、後述する光回折構造１２を主面１１１に造形した場合に、光回折構造１２を構成する樹脂（例えば光硬化樹脂）と良好な密着性を有する材料であることが好ましい。

【0019】

また、本実施形態においては、基材１１の厚みとして５μｍを採用している。このような厚さの樹脂フィルムは、可撓性を有するため、単体では自立することができない。なお、基材１１の厚みは、５μｍに限定されない。

【0020】

また、基材１１を主面１１１の法線方向から平面視した場合の形状（以下において平面視形状と称する）は、正方形であり、後述する保持部２０の平面視形状と一致している（図１）。本実施形態において、平面視した場合における基材１１のサイズ（すなわち、環状部分１１４の外縁のサイズ）は、平面視した場合における保持部２０のサイズと等しい、ただし、基材１１のサイズは、後述する中央部分１１３のサイズを上回っていればよく、その範囲内において適宜定めることができる。

【0021】

複数の光回折素子ユニットＵを備えた光演算装置Ａ（図６参照）において、周期的に配置された光回折構造１２同士の間隔Ｄは、信号光の波長λに応じておおよそ定められている。この間隔Ｄの一例としては、Ｄ＝４０λが挙げられる。すなわち、信号光としてλ＝１．５μｍの光を採用した本実施形態においては、Ｄ＝６０μｍとなる。この場合、基材１１の厚みと、光回折構造１２の厚みの最大値と、後述する保持部２０の厚みとの和を６０μｍ以下にすることが求められる。基材１１の厚みは、この条件を満たす範囲内において適宜定めることができる。なお、仮に基材１１の厚みとして６０μｍを採用した場合であっても、基材１１は、可撓性を有する。したがって、波長λによっては、このような場合にも本発明を適用可能である。

【0022】

光回折構造１２は、中央部分１１３に形成されている。本実施形態において、中央部分１１３は、例えば、２００μｍ×２００μｍの正方形である。光回折構造１２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Ａにより構成されている（図３参照）。本実施形態において、各マイクロセルＡは、透光性を有する樹脂（例えば光硬化樹脂）製である。ただし、光回折構造１２は、ガラス（例えば石英ガラス）製であってもよい。

【0023】

光回折構造１２に信号光が入射すると、各マイクロセルＡを透過した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。光回折構造１２から出力される信号光の強度分布は、その光演算の結果を表す。

【0024】

ここで、「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、「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。

【0025】

図１の拡大図に例示した光回折構造１２は、マトリックス状に配置された２０×２０個のマイクロセルＡにより構成されている。各マイクロセルＡの平面視形状は、例えば、１μｍ×１μｍの正方形であり、光回折構造１２の平面視形状は、例えば、２００μｍ×２００μｍの正方形である。

【0026】

なお、セルサイズ、各マイクロセルＡの平面視形状、及び、光回折構造１２の平面視形状は、上述した例に限定されず、適宜定めることができる。

【0027】

（保持部）
保持部２０は、互いに対向する主面２１１及び主面２２２を有する層状又は板状の部材（例えば箔）である。本実施形態において、保持部２０は、互いに対向する主面２１１及び主面２１２を有する層状又は板状の部材（例えば箔）である第１部材２１と、互いに対向する主面２２１及び主面２２２を有する層状又は板状の部材（例えば箔）である第２部材２２と、により構成されている。

【0028】

保持部２０には、一対の主面である主面２１１及び主面２２２を貫通する開口２３が設けられている。本実施形態においては、第１部材２１には、一対の主面である主面２１１及び主面２１２を貫通する第１開口２１３が設けられており、第２部材２２には、一対の主面である主面２２１及び主面２２２を貫通する第２開口２２３が設けられている。開口２３は、第１開口２１３と第２開口２２３とにより構成されている。

【0029】

保持部２０は、主面２１１を主面２１１の法線方向から平面視した場合に、開口２３が光回折構造１２を包含するように、基材１１のうち環状部分１１４を保持する。より具体的には、保持部２０は、第１部材２１と第２部材２２とが環状部分１１４を挟み込むことによって、基材１１を保持する。

【0030】

本実施形態において、基材１１の主面１１１と第１部材２１の主面２１２とは、図１及び図２に図示しない接着層により固定されている。同様に、基材１１の主面１１２と第２部材２２の主面２２１とは、図１及び図２に図示しない接着層により固定されている。これらの接着層は、基材１１、第１部材２１、及び第２部材２２を互いに接合する接合手段の一例である。ただし、接合手段は、接着層に限定されず、適宜選択することができる。

【0031】

本実施形態においては、保持部２０を構成する材料として、アルミニウム合金を採用している。ただし、保持部２０を構成する材料は、基材１１を保持するために基材１１よりも高い剛性を有していればよく、アルミニウム合金に限定されない。保持部２０を構成する他の金属材料としては、ステンレス及び銅が挙げられる。また、保持部２０を構成する材料は、ガラス繊維強化樹脂やカーボン繊維強化樹脂などの樹脂材料であってもよい。

【0032】

保持部２０の一対の主面２１１及び主面２２２のうち、少なくとも一方の主面は、信号光に対する吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。また、保持部２０の全表面は、信号光に対する吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されていることがより好ましい。なお、アルミニウム合金の信号光に対する吸収率は、アルミニウムの信号光に対する吸収率と同程度と見做すことができる。

【0033】

なお、吸収率を定義する場合に用いるアルミニウムの表面は、非酸化面であってもよいが、吸収率がより大きな酸化面であることが好ましい。例えば、λ＝１μｍである場合、アルミニウムの非酸化面における信号光の吸収率は、１０％程度であり、アルミニウムの酸化面における信号光の吸収率は、４０％程度である。また、一対の主面２１１及び主面２２２のうち少なくとも一方の主面、又は、保持部２０の全表面は、アルミニウム合金の信号光に対する吸収率が５０％以上になるように構成されていることがより好ましい。

【0034】

本実施形態においては、保持部２０の全表面の吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されている。なお、保持部２０の全表面は、主面２１１、主面２１２、第１開口２１３の内側面、第１部材２１の外側面、主面２２１、主面２２２、第２開口２２３の内側面、及び、第２部材２２の外側面により構成されている。主面２１１及び主面２２２と同様に、主面２１２及び主面２２１の吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されていることによって、なんらかの理由により基材１１の面内方向に伝搬する迷光が生じた場合に、その迷光を主面２１２及び主面２２１が吸収することができる。したがって、光回折素子ユニットＵは、その迷光が基材１１の外縁まで伝搬するまえに吸収することができるので、外部に出射され得る迷光を抑制することができる。なお、信号光に対する吸収率が高ければ高いほど、迷光をより抑制することができる。

【0035】

なお、信号光を吸収する構成は、限定されない。信号光を吸収する構成としては、保持部２０の表面に、黒色の被覆膜を設けてもよいし、信号光の波長λを含む波長域の光を吸収するメタサーフェス光回折構造を設けてもよい。黒色の被覆膜の一例としては、黒色の塗膜が挙げられる。なお、黒色の塗膜は、カーボンブラックを含んでいてもよい。また、本実施形態のように、保持部２０がアルミニウム合金製である場合には、保持部２０の表面に黒色アルマイト処理を施すことによって形成される黒色の酸化層を特色の被覆層として用いることもできる。また、保持部２０を構成する材料として樹脂を採用している場合には、その材料として、信号光の波長λを含む波長域の光を吸収する樹脂を用いることもできる。

【0036】

また、図２に示すように、開口２３から保持部２０の外縁までの距離Ｄ_Ｈは、開口２３の一辺の長さＬを用いて、Ｄ_Ｈ≧２^１／２×Ｌを満たすことが好ましい。なお、本実施形態において、開口２３の形状は、中央部分１１３及び光回折構造１２の形状に対応して、正方形である。ただし、開口２３の形状は、正方形に限定されず、適宜さだめることができる。開口２３の形状が正方形ではない場合、開口２３の一辺の長さＬの代わりに開口２３の面積の平方根を開口サイズＬとして用いることができる。なお、開口２３の一辺の長さＬは、開口サイズＬの一例である。

【0037】

また、本実施形態において、保持部２０は、第１部材２１及び第２部材２２により構成されている。ただし、保持部２０において、第１部材２１及び第２部材２２の何れかは、省略することができる。なお、第１部材２１及び第２部材２２の何れかを省略する場合、第２部材２２を省略することが好ましい。第２部材２２を省略した場合、光回折構造１２を第１部材２１の２１３の内部に収容することができるので、光回折構造１２を異物との衝突などから保護することができる。

【0038】

＜第１の変形例＞
光回折素子ユニットＵの第１の変形例である光回折素子ユニットＵＡについて、図４を参照して説明する。図４は、光回折素子ユニットＵＡの断面図である。図４に示した光回折素子ユニットＵＡの断面は、図２に示した光回折素子ユニットＵの断面と同様に、保持部２０の互いに対向する主面２１１Ｂ及び主面２２２Ｂに垂直な断面であり、光回折構造１２を通る断面である。なお、図４に示した直交座標系は、図１～図３に示した直交座標系と同様に定められている。

【0039】

光回折素子ユニットＵＡは、光回折素子ユニットＵをベースにして、光回折素子１０を構成する基材１１を基材１１Ａに変形し、吸収層３０Ａを追加することによって得られる。以下では、光回折素子ユニットＵＡの構成部材のうち、基材１１Ａ及び吸収層３０Ａについて説明し、光回折素子ユニットＵと共通する部材の説明は省略する。

【0040】

（基材）
図４に示すように、基材１１Ａは、図２に示した基材１１のサイズを小さく変形したものである。なお、小さく変形したのは基材１１の外縁のサイズだけであり、光回折構造１２が形成されている領域（基材１１における中央部分１１３）の大きさは、基材１１の場合と同じである。

【0041】

（吸収層）
基材１１Ａのサイズを小さく変形することに伴い、第１部材２１及び第２部材２２を用いて基材１１Ａを挟み込んだ場合、第１部材２１と第２部材２２との間であって、基材１１Ａの外側には、環状の空隙が生じる。吸収層３０Ａは、この環状の空隙に充填された樹脂により構成されている。吸収層３０Ａを構成する樹脂は、信号光の波長λを含む波長域の光を吸収する樹脂又はフィラーを含む。

【0042】

光回折素子ユニットＵにおいては、なんらかの理由により基材１１の面内方向に伝搬する迷光が生じた場合に、その迷光が基材１１の外縁まで伝搬し、光回折素子ユニットＵの外部に出射される可能性がある。

【0043】

光回折素子ユニットＵＡにおいては、そのような迷光が基材１１Ａの外縁から出射された場合であっても、その迷光を吸収層３０Ａが吸収することができる。したがって、光回折素子ユニットＵＡは、外部に出射され得る迷光を抑制することができる。

【0044】

＜第２の変形例＞
光回折素子ユニットＵの第２の変形例である光回折素子ユニットＵＢについて、図５を参照して説明する。図５は、光回折素子ユニットＵＢの断面図である。図５に示した光回折素子ユニットＵＢの断面は、図２に示した光回折素子ユニットＵの断面と同様に、保持部２０の互いに対向する主面２１１Ｂ及び主面２２２Ｂに垂直な断面であり、光回折構造１２を通る断面である。なお、図５に示した直交座標系は、図１～図３に示した直交座標系と同様に定められている。

【0045】

光回折素子ユニットＵＢは、光回折素子ユニットＵをベースにして、光回折素子１０を構成する基材１１を基材１１Ａに変形し、第１部材２１を第１部材２１Ｂに変形することによって得られる。なお、光回折素子ユニットＵＢに含まれる基材１１Ａは、光回折素子ユニットＵＡに含まれる基材１１Ａと同一である。したがって、以下では、光回折素子ユニットＵＢの構成部材のうち、第１部材２１Ｂについて説明し、光回折素子ユニットＵと共通する部材の説明は省略する。

【0046】

第１部材２１Ｂの第２部材２２側の主面である２１２Ｂには、光回折素子１０を収容する凹部２１４Ｂが第１開口２１３Ｂに連なって形成されている。なお、第１開口２１３Ｂは、第１部材２１の第１開口２１３に対応する。

【0047】

この構成によれば、基材１１Ａの面内方向に伝搬する迷光が基材１１Ａの外縁から出射された場合であっても、光回折素子ユニットＵＢの外部に出射される迷光を抑制することができる。

【0048】

なお、凹部２１４Ｂの内部を伝搬する迷光を迅速に吸収するために、凹部２１４Ｂの表面は、主面２１１及び主面２２２と同様に、信号光に対する吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。

【0049】

〔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Ａについて、図６を参照して説明する。図６は、光演算装置Ａの断面図である。図６に示した光演算装置Ａの断面は、図２に示した光回折素子ユニットＵの断面と同様に、各光回折素子ユニットＵの保持部２０の互いに対向する主面２１１及び主面２２２に垂直な断面であり、光回折構造１２を通る断面である。

【0050】

図６に示すように、光演算装置Ａは、３つの光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３と、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３を収容する筐体４０と、を備えている。光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々は、第１の実施形態において説明した光回折素子ユニットＵであり、第１光回折素子ユニット～第Ｎ光回折素子ユニット（Ｎは、２以上の整数）の一例である。本実施形態では、３つの光回折素子ユニットＵの各々を区別するために、符号の末尾に数字を付している。なお、光演算装置Ａが備えている光回折素子ユニットＵの数は、３つに限定されず、２以上の範囲内において適宜定めることができる。

【0051】

本実施形態では、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の説明を省略し、筐体４０について説明する。

【0052】

本実施形態においては、筐体４０を構成する材料として、アルミニウム合金を採用している。ただし、筐体４０を構成する材料は、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々を保持するために十分な剛性を有していればよく、アルミニウム合金に限定されない。筐体４０を構成する他の金属材料としては、ステンレス及び銅が挙げられる。また、筐体４０を構成する材料は、ガラス繊維強化樹脂やカーボン繊維強化樹脂などの樹脂材料であってもよい。

【0053】

筐体４０は、直方体状であり、内部に空洞が形成された箱である。図６に示すように、筐体４０は、互いに対向する一対の底壁４１，４２と、底壁４１と底壁４２との間に介在する側壁４３とを備えている。

【0054】

底壁４１は、互いに対向する一対の主面である主面４１１と主面４１２とを含む。同様に、底壁４２は、互いに対向する一対の主面である主面４２１と主面４２２とを含む。

【0055】

側壁４３は、横断面形状が正方形である筒状部材である。側壁４３は、互いに対向する内側面４３１と外側面４３２とを含む。側壁４３の両端の各々に設けられた開口には、それぞれ、底壁４１及び底壁４２が接合されている。

【0056】

底壁４１，４２の各々の中央近傍には、それぞれ、開口４１３，４２３が設けられている。開口４１３，４２３の形状及びサイズは、光回折構造１２の形状及びサイズに応じて適宜定めることができる。本実施形態において、開口４１３，４２３を主面２１１の法線方向（ｚ軸方向）から平面視した場合の形状は、正方形である。また、本実施形態において、開口４１３，４２３のサイズは、開口４１３，４２３を平面視した場合に、光回折構造１２を包含するように定められている。

【0057】

側壁４３の内側面４３１には、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々を保持するための溝が設けられている。各溝の幅は、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々の厚みと略等しい。各溝は、底壁４１，４２と平行に、内側面４３１の全周に亘って環状に設けられている。光演算装置Ａにおいては、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々を各溝に差し込むことによって、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々が側壁４３により保持される。

【0058】

隣接する溝同士の間隔は、光演算装置Ａにおける光回折構造１２同士の間隔Ｄが所定の値（例えばＤ＝６０μｍ（＝４０λ））になるように定められている。なお、図６に示した３本の一点鎖線の各々は、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の厚み方向（ｚ軸方向）の位置を示す。

【0059】

光演算装置Ａにおいて、光回折素子ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の各々は、基材１１の一対の主面（図２における主面１１１，１１２）の法線方向（ｚ軸方向）に沿って、順番に且つ重なるように、筐体４０の内部に収容されている。

【0060】

また、本実施形態において、筐体４０の表面（主面４１１，４１２、開口４１３の内側面、主面４２１，４２２、開口４２３の内側面、内側面４３１、及び、外側面４３２）は、内側及び外側を問わず、全て、信号光に対する吸収率がアルミニウムの信号光に対する吸収率よりも大きくなるように構成されている。この信号光を吸収する構成としては、保持部２０の場合と同様に、筐体４０の表面に、黒色の被覆膜を設けてもよいし、信号光の波長λを含む波長域の光を吸収するメタサーフェス光回折構造を設けてもよい。黒色の被覆膜の一例としては、黒色の塗膜が挙げられる。なお、黒色の塗膜は、カーボンブラックを含んでいてもよい。また、本実施形態のように、筐体４０がアルミニウム合金製である場合には、筐体４０の表面に黒色アルマイト処理を施すことによって形成される黒色の酸化層を特色の被覆層として用いることもできる。また、筐体４０を構成する材料として樹脂を採用している場合には、その材料として、信号光の波長λを含む波長域の光を吸収する樹脂を用いることもできる。

【0061】

ただし、筐体４０の表面における信号光を吸収するための構成は、省略されていてもよいし、筐体４０の表面のうち所定の領域のみに設けられていてもよい。筐体４０の表面のうち所定の領域のみに信号光を吸収するための構成を設ける場合、所定の領域の一例としては、筐体４０の内壁（主面４１２、主面４２１、及び、内側面４３１）が挙げられる。また、筐体４０の内壁に加えて、開口４１３の内側面及び開口４２３の内側面に信号光を吸収するための構成を設けてもよい。

【0062】

〔まとめ〕
本発明の第１の態様に係る光回折素子ユニットは、透光性及び可撓性を有する層状の部材である基材と、前記基材の一方の主面の一部に形成された光回折構造であって、複数のマイクロセルを含む光回折構造と、一対の主面を貫通する開口が設けられた層状又は板状の部材であり、前記基材を保持する保持部と、を備えている。本光回折素子ユニットにおいては、前記保持部は、前記開口が前記光回折構造を包含するように前記基材のうち前記一部を取り囲む環状部分を保持する、構成が採用されている。

【0063】

上記の構成によれば、前記開口が前記光回折構造を包含しているため、光回折構造を透過する特定の波長を有する光は、保持部の影響を受けない。更に、保持部が前記基材のうち前記環状部分を保持している。そのため、前記基材の主面の形状は、平面に保持される。このように、本光回折素子ユニットは、前記基材の主面の形状を平面に保つことができる。

【0064】

また、本発明の第２の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記保持部の前記一対の主面のうち少なくとも一方の主面における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウムの当該光に対する吸収率よりも大きい、構成が採用されている。

【0065】

上記の構成によれば、前記保持部の前記一対の主面のうち少なくとも一方の主面が特定の波長を有する光をアルミニウムよりも吸収するように構成されている。そのため、特定の波長を有する光に付随する迷光が前記保持部の一方の主面に入射した場合に、その迷光の少なくとも一部は、前記一方の主面により吸収される。したがって、本光回折素子ユニットは、特定の波長を有する光に付随して光回折素子ユニットを透過し得る迷光を抑制することができる。

【0066】

なお、特定の波長は、電磁波に含まれる波長であり、光回折素子ユニットの設計段階において、その用途などに応じて、適宜定めることができる。例えば、３６０ｎｍ以上１０００μｍ以下の帯域内である。当該帯域は、可視域（３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ未満）、近赤外域（８３０ｎｍ以上２μｍ未満）、中赤外域（２μｍ以上４μｍ未満）、及び、遠赤外域（４μｍ以上１０００μｍ以下）により構成されている。特定の波長は、３６０ｎｍ以上１０００μｍ以下の帯域内に含まれる波長のうち少なくとも一部の波長であってもよい。

【0067】

また、本発明の第３の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様又は第２の態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記保持部の全表面における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウムの当該光に対する吸収率よりも大きい、構成が採用されている。

【0068】

上記の構成によれば、特定の波長を有する光に付随して光回折素子ユニットを透過し得る迷光を、確実に抑制することができる。

【0069】

また、本発明の第４の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットの構成に加えて、前記保持部は、一対の主面を貫通する開口が各々に設けられた２枚の層状又は板状の部材である第１部材及び第２部材を含み、前記第１部材と前記第２部材とが前記環状部分を挟み込むことによって当該環状部分を保持している、構成が採用されている。

【0070】

上記の構成によれば、前記基材の主面の面内方向に伝搬する迷光が生じた場合であっても、その迷光は、第１部材と第２部材との間に導かれる。したがって、前記基材の主面の面内方向に伝搬する迷光が、後段の光回折素子ユニットに向かって漏れ出すことを抑制することができる。

【0071】

また、本発明の第５の態様に係る光回折素子ユニットにおいては、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回折素子ユニットの構成に加えて、前記開口の面積の平方根を開口サイズＬとして、前記開口から前記保持部の外縁までの距離Ｄ_Ｈは、Ｄ_Ｈ≧２^１／２×Ｌを満たす、構成が採用されている。

【0072】

上記の構成によれば、特定の波長を有する光に付随して光回折素子ユニットを透過し得る迷光を、確実に抑制することができる。

【0073】

本発明の第６の態様に係る光演算装置は、上述した第１の態様～第５の態様の何れか一態様に係る光回折素子ユニットである第１光回折素子ユニット～第Ｎ光回折素子ユニット（Ｎは、２以上の整数）と、前記第１光回折素子ユニット～前記第Ｎ光回折素子ユニットの各々を、前記基材の前記一方の主面の法線方向に沿って順番に収容する筐体と、を備えている。

【0074】

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る光回折素子ユニットを複数備えた光演算装置を提供することができるので、本発明の一態様に係る光回折素子ユニットと同様の効果を奏する。

【0075】

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６の態様に係る光演算装置の構成に加えて、前記筐体の内壁における特定の波長を有する光に対する吸収率は、アルミニウムの当該光に対する吸収率よりも大きい、構成が採用されている。

【0076】

上記の構成によれば、特定の波長を有する光に付随して光演算装置内を伝搬し得る迷光を抑制することができる。

【0077】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる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】

【0078】

Ａ 光演算装置
Ｕ，ＵＡ，ＵＢ，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３ 光回折素子ユニット
１０ 光回折素子
１１，１１Ａ，１１Ｂ 基材
１１１ 主面（一方の主面）
１１２ 主面
１１３ 中央部分（基材の一方の主面の一部）
１１４ 環状部分
１２ 光回折構造
２０ 保持部
２３ 開口
２１，２１Ｂ 第１部材
２１１，２１２，２１１Ｂ，２１２Ｂ 主面
２１３，２１３Ｂ 第１開口
２２ 第２部材
２２１，２２２ 主面
２２３ 第２開口
４０ 筐体
４１，４２ 底壁
４１１，４１２，４２１，４２２ 主面
４１３，４２３ 開口
４３ 側壁
４３１，４３２ 内側面，外側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】