JP6293535B2

JP6293535B2 - 光学素子及び光検出装置

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Publication number: JP6293535B2
Application number: JP2014053556A
Authority: JP
Inventors: 佑策浅野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-03-14
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Description

本発明の実施形態は、光学素子及び光検出装置に関する。

光透過性の材料がレンズ形状の凹凸状に加工されたレンズなどが光検出装置に用いられている。所望の光学特性をより制御性よく得られる光学素子が望まれる。

特開２００１−１５９７０２号公報

本発明の実施形態は、所望の光学特性を制御性よく得る光学素子及び光検出装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、光学素子は、第１面と、前記第１面とは反対の第２面と、を有し、第１領域及び第３領域を含む。前記第１領域の第１屈折率は、前記第１領域のなかの前記第１面から前記第２面に向かう第１厚さ方向に対して垂直な第１方向に沿って変化する。前記第１屈折率は、前記第１領域のなかで前記第１屈折率が最高または最低となる第１位置を通り、前記第１領域のなかの前記第１面から前記第２面に向かう第１厚さ方向に対して平行な第１軸に対して非対称である。前記第３領域の前記第１厚さ方向に沿う位置は、前記第１領域の前記第１厚さ方向に沿う位置とは異なる。前記第３領域は、第３屈折率を有し、前記第３屈折率は、前記第１厚さ方向に対して垂直な第３方向に沿って変化する。前記第３屈折率は、前記第１厚さ方向の変化率とは異なる前記第３方向の変化率、及び、前記第３領域のなかで前記第３屈折率が最高または最低となる第３位置を通り前記第１厚さ方向に対して平行な第３軸に対して非対称である前記第３方向の変化率、の少なくともいずれかを有する。前記第３方向は、前記第１方向と交差する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的平面図である。第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的平面図である。第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的断面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第２の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。第３の実施形態に係る光検出装置を例示する模式的断面図である。実施形態に係る光学素子の製造方法を例示する模式的断面図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態に係る光学素子を例示する模式図である。図１（ａ）は、断面図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図１（ａ）に表したように、実施形態に係る光学素子１１０は、第１面１０ａと、第２面１０ｂと、を有する。第２面１０ｂは、第１面１０ａとは反対の面である。光学素子１１０は、第１領域１１を含む。

第１領域１１は、第１屈折率ｎ１を有する。第１屈折率ｎ１は、第１領域１１内で変化する。例えば、第１領域１１は、ＧＲＩＮ（gradient index）レンズである。

光学素子１１０の厚さ方向（第１厚さ方向Ｄｚ１）は、第１領域１１のなかの、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向である。第１厚さ方向Ｄｚ１に対して垂直な１つの方向を第１方向Ｄ１とする。第１方向Ｄ１に対して垂直で、第１厚さ方向Ｄｚ１と交差する方向を第１交差方向Ｄａ１とする。この例では、第１交差方向Ｄａ１は、第１厚さ方向Ｄｚ１に対して垂直である。

この例では、第１屈折率ｎ１は、第１方向Ｄ１に沿って変化する。
図１（ｂ）は、第１屈折率ｎ１の変化を例示している。図１（ｂ）において、横軸は、第１方向Ｄ１の位置である。縦軸は、第１屈折率ｎ１である。

図１（ｂ）に表したように、この例では、第１屈折率ｎ１の第１方向Ｄ１に沿った変化率は、非対称である。

例えば、第１領域１１のなかで第１屈折率ｎ１が最高または最低となる位置を第１位置１１ｐとする。図１（ｂ）の例においては、第１位置１１ｐにおいて、第１屈折率ｎ１が最高になる。

第１位置１１ｐを通り第１厚さ方向Ｄｚ１に対して平行な軸を第１軸１１ｘとする。第１屈折率ｎ１は、第１軸１１ｘに対して非対称である。第１屈折率ｎ１の変化率は、第１軸１１ｘに対して非対称である。

第１軸１１ｘに対して平行な１つの平面を第１平面（例えばＤｚ１−Ｄａ１平面）とする。第１平面は、例えば、第１方向Ｄ１に対して垂直である。第１屈折率ｎ１は、例えば、この第１平面に対して非対称である。第１屈折率ｎ１は、第１軸１１ｘに対して非対称である。第１軸１１ｘに対して非対称である状態は、第１軸１１ｘを軸とした回転対称ではない状態である。

例えば、第１端ｅ１と第２端ｅ２とを含む。第２端ｅ２は、第１方向Ｄ１において第１端ｅ１と並ぶ。この例では、第１端ｅ１と第１位置１１ｐとの間の距離（第１方向Ｄ１に沿った距離）は、第２端ｅ２と第１位置１１ｐとの間の距離（第１方向Ｄ１に沿った距離）よりも短い。すなわち、第１屈折率ｎ１が最高となる第１位置１１ｐは、第１端ｅ１に近い。

第１端ｅ１と第１位置１１ｐとの間における第１屈折率ｎ１の変化の絶対値は、第２端ｅ２と第１位置１１ｐとの間における第１屈折率ｎ１の変化の絶対値よりも大きい。この例において、第１端ｅ１と第２端ｅ２とを互いに入れ替えても良い。

図１（ｃ）は、別の例を示している。この例においては、第１位置１１ｐにおいて、第１屈折率ｎ１が最低になる。この場合も、第１位置１１ｐを通り第１厚さ方向Ｄｚ１に対して平行な軸が第１軸１１ｘとなる。そして、第１屈折率ｎ１は、第１軸１１ｘに対して非対称である。この場合も、第１屈折率ｎ１は、この第１平面に対して非対称である。

この例では、第１屈折率ｎ１が最低となる第１位置１１ｐは、第１端ｅ１に近い。この場合も、第１端ｅ１と第１位置１１ｐとの間における第１屈折率ｎ１の変化の絶対値は、第２端ｅ２と第１位置１１ｐとの間における第１屈折率ｎ１の変化の絶対値よりも大きい。この例において、第１端ｅ１と第２端ｅ２とを互いに入れ替えても良い。

実施形態においては、従来にない異方的（非等方的）な屈折率分布を得ることができる。異方的な屈折率分布を用いることで、光学素子の応用範囲が拡大する。これにより、従来にない光学装置を実現できる。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図２（ａ）は、断面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図２（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１１１においても、第１領域１１が設けられる。この例では、第１屈折率ｎ１の第１方向Ｄ１に沿う変化が、第１厚さ方向Ｄｚ１に沿う変化とは異なる。

図２（ｂ）の横軸は、第１方向Ｄ１における位置である。図２（ｃ）の横軸は、第１厚さ方向Ｄｚ１における位置である。これらの図の縦軸は、第１屈折率ｎ１である。

図２（ｂ）に表したように、第１方向Ｄ１の第１屈折率ｎ１の変化率は高い。図２（ｃ）に表したように、第１厚さ方向の第１屈折率ｎ１の変化率は低い。第１屈折率ｎ１は、第１厚さ方向Ｄｚ１の変化率とは異なる第１方向Ｄ１の変化率を有している。第１屈折率ｎ１の、第１厚さ方向Ｄｚ１の変化率は、第１屈折率ｎ１の、第１厚さ方向Ｄｚ１に対して垂直な第１方向Ｄ１に沿った変化率とは異なる。

実施形態において、光学素子１１０と光学素子１１１とを組み合わせても良い。すなわち、第１屈折率ｎ１は、第１厚さ方向Ｄｚ１の変化率とは異なる第１方向Ｄ１の変化率、及び、第１軸１１ｘに対して非対称である第１方向Ｄ１の変化率の少なくともいずれかを有する。

実施形態によれば、所望の光学特性を制御性よく得る光学素子が得られる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図３（ａ）は、断面図である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図３（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１２１は、第２領域１２をさらに含む。これ以外は、光学素子１１０と同様である。図３（ｂ）は、第１領域１１における第１屈折率ｎ１の変化を例示している。この例でも、第１屈折率ｎ１は、非対称である。

第２領域１２は、第１厚さ方向Ｄｚ１に対して交差する方向において、第１領域１１と並ぶ。

第２領域１２の位置の、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向を第２厚さ方向Ｄｚ２とする。第２厚さ方向Ｄｚ２に対して垂直な１つの方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２に対して垂直で、第２厚さ方向Ｄｚ２と交差する方向を第２交差方向Ｄａ２とする。この例では、第２交差方向Ｄａ２は、第２厚さ方向Ｄｚ２に対して垂直である。

第２領域は、第２屈折率ｎ２を有する。第２屈折率ｎ２は、第２方向Ｄ２に沿って変化する。

第２領域１２のなかで、第２屈折率ｎ２が最高または最低となる位置を第２位置１２ｐとする。この例では、第２位置１２ｐで第２屈折率ｎ２は最高となる。図１（ｃ）に関して説明したのと同様に、第２位置１２ｐで第２屈折率ｎ２が最低でも良い。第２位置１２ｐを通り第２厚さ方向Ｄｚ２に対して平行な軸を第２軸１２ｘとする。

図３（ｃ）は、第２領域１２の第２屈折率ｎ２の変化を例示している。図３（ｃ）の横軸は、第２方向Ｄ２における位置である。縦軸は、第２屈折率ｎ２である。

図３（ｃ）に表したように、第２屈折率ｎ２は、第２軸１２ｘに対して非対称である。第２屈折率ｎ２の変化率は、第２軸１２ｘに対して非対称である。

例えば、第２軸１２ｘに対して平行な１つの平面を第２平面（例えばＤｚ２−Ｄａ２平面）とする。第２平面は、例えば、第２方向Ｄ２に対して垂直である。第２屈折率ｎ２は、例えば、第２平面に対して非対称である。第２軸１２ｘに対して非対称である状態は、第２軸１２ｘを軸とした回転対称ではない状態である。

このように、屈折率が非対称な複数の領域が設けられても良い。

この例において、光学素子１１１と同様に、第２屈折率ｎ２の第２方向Ｄ２の変化率は、第２厚さ方向Ｄｚ２の変化率とは異なっても良い。

すなわち、例えば、第２屈折率ｎ２は、第２厚さ方向Ｄｚ２の変化率とは異なる第２方向Ｄ２の変化率、及び、第２軸１２ｘに対して非対称である第２方向の変化率の少なくともいずれかを有しても良い。

図３（ｃ）に示した例においては、第２屈折率ｎ２の第２方向Ｄ２の変化率は、第２軸１２ｘに対して非対称である。第２領域１２は、第３端ｅ３と第４端ｅ４とを含む。第３端ｅ３と第４端ｅ４とは、第２方向Ｄ２に沿って並ぶ。

この例では、第３端ｅ３と第２位置１２ｐとの間の距離は、第４端ｅ４と第２位置１２ｐとの間の距離よりも短い。この例では、第１端ｅ１と第３端ｅ３との間に、第２端ｅ２及び第４端ｅ４が位置する。第２端ｅ２と第４端ｅ４とは、互いに接しても良く、互いに離間しても良い。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図４（ａ）は、断面図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１２２も、第２領域１２をさらに含む。

図４（ｃ）に表したように、第２屈折率ｎ２の第２方向Ｄ２の変化率は、第２軸１２ｘに対して非対称である。この例では、第１端ｅ１と第４端ｅ４との間に、第２端ｅ２及び第３端ｅ３が位置する。第２端ｅ２と第３端ｅ３とは、互いに接しても良く、互いに離間しても良い。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図５（ａ）は、断面図である。図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図５（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１２３も、第２領域１２をさらに含む。

図５（ｃ）に表したように、第２屈折率ｎ２の第２方向Ｄ２の変化率は、第２軸１２ｘに対して非対称である。この例では、第２端ｅ２と第４端ｅ４との間に、第１端ｅ１及び第３端ｅ３が位置する。第１端ｅ１と第３端ｅ３とは、互いに接しても良く、互いに離間しても良い。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図６（ａ）は、断面図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、特性を例示するグラフ図である。
図６（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１２４も、第２領域１２をさらに含む。

図６（ｃ）に表したように、第２屈折率ｎ２の第２方向Ｄ２の変化率は、第２軸１２ｘに対して非対称である。この例では、第２端ｅ２と第３端ｅ３との間に、第１端ｅ１及び第４端ｅ４が位置する。第１端ｅ１と第４端ｅ４とは、互いに接しても良く、互いに離間しても良い。

このように、実施形態において、種々の変形可能である。

光学素子１２１〜１２４において、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との関係は、任意である。例えば、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して平行でも良い。交差しても良い。例えば、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して垂直でも良い。例えば、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して傾斜しても良い。例えば、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して平行でも非平行でも良い。

図７は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的平面図である。
図７に表したように、本実施形態に係る別の光学素子１２５においても、第１領域１１及び第２領域１２が設けられる。例えば、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との間の角度の絶対値は、４５度未満である。

図８は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的平面図である。
図８に表したように、本実施形態に係る別の光学素子１２６においても、第１領域１１及び第２領域１２が設けられる。例えば、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との間の角度の絶対値は、４５度以上９０度以下である。

図９は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式的断面図である。
図９に表したように、本実施形態に係る別の光学素子１３０においては、第１面１０ａ及び第２面１０ｂが曲面である。

この例において、第１厚さ方向Ｄｚ１は、第１領域１１の位置の、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向である。第１軸１１ｘは、第１領域１１のなかで第１屈折率ｎ１が最高または最低となる第１位置１１ｐを通り、第１厚さ方向Ｄｚ１に対して平行である。

同様に、第２厚さ方向Ｄｚ２は、第２領域１２の位置の、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向である。第２軸１２ｘは、第２領域１２のなかで第２屈折率ｎ２が最高または最低となる第２位置１２ｐを通り、第２厚さ方向Ｄｚ２に対して平行である。

この例では、第１軸１１ｘは、第２軸１２ｘと非平行である。第１軸１１ｘは、第２軸１２ｘに対して傾斜している。このように、第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、曲面でも良い。

この例では、第１面１０ａは、第２面１０ｂに対して実質的に平行にカーブしている。実施形態において、第１面１０ａは、第２面１０ｂに沿っていなくても良い。すなわち、第１面１０ａ及び第２面１０ｂの少なくともいずれかは、平面でも良い。第１面１０ａ及び第２面１０ｂの少なくともいずれかは、曲面でも良い。

図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図１０（ａ）は、断面図である。図１０（ｂ）は、平面図である。図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、特性を例示するグラフ図である。
図１０（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１４０には、第１領域１１が設けられる。

図１０（ｂ）に例示したように、第１領域１１の第１屈折率ｎ１は、第１方向Ｄ１において、非対称である。

この例では、第１領域１１の第１屈折率ｎ１は、第１方向Ｄ１に沿って変化するのに加えて、第１方向Ｄ１に対して交差する方向（第１交差方向Ｄａ１）に沿っても変化する。この例では、第１交差方向Ｄａ１は、第１方向Ｄ１に対して垂直である。

説明を簡単にするために、第１交差方向Ｄａ１が第１方向Ｄ１に対して垂直であるとする。
図１０（ｂ）に表したように、第１領域１１は、端ｅ１ａ及び端ｅ２ａを含む。端ｅ１ａと端ｅ２ａは、第１交差方向Ｄａ１に並ぶ。

図１０（ｄ）に表したように、第１屈折率ｎ１は、第１交差方向Ｄａ１に沿って変化する。第１屈折率ｎ１は、第１交差方向Ｄａ１において非対称である。

この例では、第１屈折率ｎ１は、第１軸１１ｘに対して平行な第１平面（例えばＤｚ１−Ｄａ１平面）に対して非対称である。例えば、第１平面は、第１方向Ｄ１に対して垂直である。さらに、第１屈折率ｎ１は、第１軸１１ｘに対して平行な第２平面（例えばＤｚ１−Ｄ１平面）に対して非対称である。例えば、第２平面は、第１方向Ｄ１に対して平行である。すなわち、第２平面は、第１平面と交差する。

このように、第１屈折率ｎ１は、複数の平面（複数の方向）において非対称でも良い。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の光学素子を例示する模式図である。
図１１（ａ）は、断面図である。図１１（ｂ）は、平面図である。図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）は、特性を例示するグラフ図である。
図１１（ａ）に表したように、実施形態に係る別の光学素子１５０には、第１領域１１に加えて、第３領域１３が設けられる。

図１１（ｃ）に例示したように、第１領域１１の第１屈折率ｎ１は、第１方向Ｄ１において、非対称である。

図１１（ａ）に表したように、第３領域１３の第１厚さ方向Ｄｚ１に沿う位置は、第１領域１１の第１厚さ方向Ｄｚ１に沿う位置とは異なる。例えば、第３領域１３は、第１領域１１と、第１厚さ方向Ｄｚ１に沿って積層されている。

第３領域１３は、第３屈折率ｎ３を有する。第３屈折率ｎ３は、第１厚さ方向Ｄｚ１に対して垂直な第３方向Ｄ３に沿って変化する。

例えば、第３領域１３は、第５端ｅ５と、第６端ｅ６と、を含む。第５端ｅ５と第６端ｅ６とは、第３方向Ｄ３に沿って並ぶ。

第３領域１３のなかで第３屈折率ｎ３が最高または最低となる位置を第３位置１３ｐとする。第３位置１３ｐを通り第１厚さ方向Ｄｚ１に対して平行な軸を第３軸１３ｘとする。

図１１（ｄ）に表したように、この例では、第３屈折率ｎ３の第３方向Ｄ３の変化率は、第３軸１３ｘに対して非対称である。

光学素子１１１と同様に、第３屈折率ｎ３の第３方向Ｄ３における変化率が、第１厚さ方向Ｄｚ１における変化率と異なっても良い。

すなわち、第３屈折率ｎ３は、第１厚さ方向Ｄｚ１の変化率とは異なる第３方向Ｄ３の変化率、及び、第３軸１３ｘに対して非対称である第３方向Ｄ３の変化率の少なくともいずれかを有しても良い。

（第２の実施形態）
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第２の実施形態に係る光学素子を例示する模式的断面図である。
図１２（ａ）に表したように、本実施形態に係る光学素子１６０において、第１領域１１と第２領域１２とが設けられている。

第１領域１１は、第１焦点距離ｄ１を有する。第２領域１２は、第２焦点距離ｄ２を有する。第２焦点距離ｄ２は、第１焦点距離ｄ１とは異なる。

このような互いに異なる焦点距離は、例えば、第１領域１１における第１屈折率ｎ１の分布と、第２領域１２における第２屈折率ｎ２の分布と、を互いに異ならせることで得られる。

例えば、対象物に光を照射するときに、対象物の表面に凹凸がある場合がある。このようなときに、その凹凸に合わせて焦点距離を変えた光学素子を用いて光を照射する。これにより、凹凸の凸部と凹部との両方において、所望の光を照射することができる。

光学素子１６０においては、第１領域１１における第１屈折率ｎ１は、例えば、Ｄｚ１−Ｄａ１平面に対して対称である。第２領域１２における第２屈折率ｎ２は、例えば、Ｄｚ２−Ｄａ２平面に対して対称である。

図１２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の光学素子１６１においても、第２焦点距離ｄ２は、第１焦点距離ｄ１とは異なる。光学素子１６１においては、第１領域１１における第１屈折率ｎ１は、例えば、Ｄｚ１−Ｄａ１平面に対して非対称である。第２領域１２における第２屈折率ｎ２は、例えば、Ｄｚ２−Ｄａ２平面に対して非対称である。

このように、本実施形態においては、複数の領域において、焦点距離が互いに異なる。それぞれの領域における屈折率分布は、対称でも非対称でも良い。

図１２（ｃ）に表したように、本実施形態に係る別の光学素子１６２においては、焦点距離が異なる領域が設けられ、そのうちの少なくともいずれかの数が複数である。

この例では、第１焦点距離ｄ１の第１領域１１の数が３である。第２焦点距離ｄ２の第２領域１２の数が３である。第３焦点距離ｄ３の領域１４の数が４である。第４焦点距離ｄ４の領域１５の数は、１である。この場合も、それぞれの領域における屈折率は、対称でも非対称でも良い。

（第３の実施形態）
本実施形態は、光検出装置に係る。
図１３は、第３の実施形態に係る光検出装置を例示する模式的断面図である。
図１３に表したように、本実施形態に係る光検出装置２２０は、光学素子１２０と、第１検出部５１と、第２検出部５２と、を含む。

光学素子１２０には、例えば、光学素子１２１〜１２６、１３０、１４０、１５０及び１６０のいずれか、または、それらの変形を用いることができる。

この例では、第１検出部５１及び第２検出部５２は、基板５３の上に設けられている。これらの検出部には、例えば光電変換膜（半導体膜など）が用いられる。

第１検出部５１には、第１領域１１を通過した光（第１光Ｌ１）が入射する。第２検出部５２には、第２領域１２を通過した光（第２光Ｌ２）が入射する。

例えば、第１領域１１と第２領域１２とで、屈折率分布が異なる。非対称である。光学素子１２０に入射する光の進行方向は、これらの領域における屈折率分布に応じて変化する。例えば、検出部が設けられる位置において、光学素子１２０に入射する前の光（第１光Ｌ１、第２光Ｌ２）の解像度とは異なる解像度を得ることができる。

例えば、検出部のピッチに相当する解像度よりも高い解像度で、光を検出することができる。この他、所望の特性に応じて、複数の検出部と、光学素子の複数の領域と、を組み合わせて、所望の特性を得ることができる。

以下、上記の第１〜第３の実施形態、及び、それらの変形の光学素子の製造方法の例について説明する。製造方法においては、例えば「３次元プリント方式」が用いられる。
図１４は、実施形態に係る光学素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図１４に表したように、製造装置３１０は、光Ｌｓと、原料Ｍ１と、を出射するヘッド６１を含む。加工体Ｗｐの上に、原料Ｍ１を供給しつつ、光Ｌｓを照射する。光Ｌｓは、例えば、レーザ光である。光Ｌｓは、加工体Ｗｐの表面近傍において集中されている。光Ｌｓによる熱エネルギーにより、例えば、原料Ｍ１が溶融する。溶融領域Ｍ２が形成される。溶融した原料Ｍ１が冷却されて光学素子の一部が形成される。加工体Ｗｐとヘッド６１との相対的な位置を変更しつつ、この動作を行う。これにより、所望の形状の光学素子が得られる。この例では、例えば、指向性エネルギー堆積法により、光学素子が形成される。

このとき、原料Ｍ１として、屈折率が互いに異なる複数の原料を用いて上記の動作を行う。複数の原料の比率を変更することで、光学素子における所望の領域（第１領域１１）において、所望の屈折率分布を形成することができる。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。
図１５（ａ）に表したように、製造装置３１１は、原料Ｍ１を出射するヘッド６２を含む。ヘッド６２は、加工体Ｗｐに対して、相対的に移動する。この例では、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向において、ヘッド６２と加工体Ｗｐとの相対的位置が変更される。

図１５（ｂ）に表したように、原料Ｍ１を含む液体がヘッド６２から出射する。この液体が加工体Ｗｐに付着する。この例では、ヘッド６２に光照射部６２ａが設けられている。光照射部６２ａから光（例えば紫外光）が出射する。これにより、例えば、液体に含まれる原料Ｍ１が加工体Ｗｐ上に残り光学素子の一部となる部分が形成される。例えば、ヘッド６２に平坦化部６２ｂ（例えばローラなど）を設けても良い。原料Ｍ１から形成された上記の部分が平坦化される。この動作を、ヘッド６２と加工体Ｗｐとの相対的位置を変えながら繰り返す。これにより、所望の形状の光学素子が得られる。

このときも、原料Ｍ１として、屈折率が互いに異なる複数の原料を用いて上記の動作を行う。複数の原料の比率を変更することで、光学素子における所望の領域（第１領域１１）において、所望の屈折率分布を形成することができる。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の別の製造方法を例示する模式図である。
図１６（ａ）に表したように、製造装置３１２においては、ステージＳＴが設けられる。ステージＳＴの上に原料Ｍ１を含む層が形成される。例えば、格納部６３に原料Ｍ１が格納される。ステージＳＴの高さを制御することで、所望の厚さの層（原料Ｍ１を含む層）がステージＳＴ上に形成される。

図１６（ｂ）に表したように、その層に、光Ｌｓを所望の形状で照射する。光Ｌｓと、ステージＳＴと、の相対的位置を変更することで、所望の位置に光学素子の一部となる部分を形成できる。

実施形態によれば、所望の光学特性を制御性よく得る光学素子及び光検出装置が提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光学素子及び光検出装置に含まれる領域及び光検出部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した光学素子及び光検出装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光学素子及び光検出装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…第１領域、１１ｐ…第１位置、１１ｘ…第１軸、１２…第２領域、１２ｐ…第２位置、１２ｘ…第２軸、１３…第３領域、１３ｐ…第３位置、１３ｘ…第３軸、５１、５２…第１、第２検出部、５３…基板、６１、６２…ヘッド、６２ａ…光照射部、６２ｂ…平坦化部、６３…格納部、１１０、１１１、１２０〜１２６、１３０、１４０、１５０、１６０〜１６２…光学素子、２２０…光検出装置、３１０〜３１２…製造装置、Ｄ１〜Ｄ３…第１〜３方向、Ｄａ１、Ｄａ２…第１、第２交差方向、Ｄｚ１、Ｄｚ２…第１、第２厚さ方向、Ｌ１、Ｌ２…第１、第２光、Ｌｓ…光、Ｍ１…原料、Ｍ２…溶融領域、ＳＴ…ステージ、Ｗｐ…加工体、ｄ１、ｄ２…第１、第２焦点距離、ｅ１〜ｅ６…第１〜第６端、ｅ１ａ、ｅ２ａ…端、ｎ１〜ｎ３…屈折率

Claims

第１面と、前記第１面とは反対の第２面と、を有し、第１領域及び第３領域を備え、
前記第１領域の第１屈折率は、前記第１領域のなかの前記第１面から前記第２面に向かう第１厚さ方向に対して垂直な第１方向に沿って変化し、
前記第１屈折率は、前記第１領域のなかで前記第１屈折率が最高または最低となる第１位置を通り、前記第１厚さ方向に対して平行な第１軸に対して非対称であり、
前記第３領域の前記第１厚さ方向に沿う位置は、前記第１領域の前記第１厚さ方向に沿う位置とは異なり、
前記第３領域は、第３屈折率を有し、
前記第３屈折率は、前記第１厚さ方向に対して垂直な第３方向に沿って変化し、
前記第３屈折率は、
前記第１厚さ方向の変化率とは異なる前記第３方向の変化率、及び、
前記第３領域のなかで前記第３屈折率が最高または最低となる第３位置を通り前記第１厚さ方向に対して平行な第３軸に対して非対称である前記第３方向の変化率、
の少なくともいずれかを有し、
前記第３方向は、前記第１方向と交差した、光学素子。
前記第１屈折率は、前記第１軸に対して平行な第１平面に対して非対称である請求項１記載の光学素子。
前記第１屈折率は、前記第１軸に対して平行で前記第１平面と交差する第２平面に対して非対称である請求項２記載の光学素子。
前記第１面及び前記第２面の少なくともいずれかは、曲面である請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学素子。
前記第１厚さ方向に対して交差する方向において前記第１領域と並ぶ第２領域をさらに備え、
前記第２領域は、第２屈折率を有し、
前記第２屈折率は、前記第２領域の位置の前記第１面から前記第２面に向かう第２厚さ方向に対して垂直な第２方向に沿って変化し、
前記第２屈折率は、
前記第２厚さ方向の変化率とは異なる前記第２方向の変化率、及び、
前記第２領域のなかで前記第２屈折率が最高または最低となる第２位置を通り前記第２厚さ方向に対して平行な第２軸に対して非対称である前記第２方向の変化率、
の少なくともいずれかを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学素子。
前記第１屈折率の前記第１方向の前記変化率は、前記第１軸に対して非対称であり、
前記第１領域は前記第１方向に並ぶ第１端と第２端とを含み、
前記第１端と前記第１位置との間の距離は、前記第２端と前記第１位置との間の距離よりも短い請求項５記載の光学素子。
前記第１軸は、前記第２軸と非平行である請求項５または６に記載の光学素子。
前記第１領域は第１焦点距離を有し、
前記第２領域は前記第１焦点距離とは異なる第２焦点距離を有する請求項５〜７のいずれか１つに記載の光学素子。
請求項５〜８のいずれか１つに記載の光学素子と、
前記第１領域を通過した光が入射する第１検出部と、
前記第２領域を通過した光が入射する第２検出部と、
を備えた光検出装置。
請求項５〜８のいずれか１つに記載の光学素子と、
前記第１領域および前記第２領域を通過した光が入射する検出部と、
を備えた光検出装置。