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WO2022137641A1 - 光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置 - Google Patents

光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置 Download PDF

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Publication number
WO2022137641A1
WO2022137641A1 PCT/JP2021/030183 JP2021030183W WO2022137641A1 WO 2022137641 A1 WO2022137641 A1 WO 2022137641A1 JP 2021030183 W JP2021030183 W JP 2021030183W WO 2022137641 A1 WO2022137641 A1 WO 2022137641A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
light
bottom wall
arithmetic unit
cavity
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/030183
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕幸 山岸
Original Assignee
株式会社フジクラ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フジクラ filed Critical 株式会社フジクラ
Priority to US18/039,194 priority Critical patent/US20230417963A1/en
Priority to JP2022571040A priority patent/JP7450767B2/ja
Publication of WO2022137641A1 publication Critical patent/WO2022137641A1/ja

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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms

Definitions

  • the present invention relates to a light diffraction unit intermediate used for manufacturing a light diffraction unit provided with a light diffraction element.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing an optical arithmetic unit including a plurality of optical diffraction units and such an optical arithmetic unit.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a plurality of optical elements such as lenses and filters are arranged side by side on the optical path of the input light, and these optical elements act on the input light in order.
  • An example of an optical element is a planar optical diffractive element having a fine concavo-convex structure but macroscopically patterned two-dimensionally and having a typical thickness of several ⁇ m.
  • the optical diffraction element refers to a planar optical diffraction element.
  • These light diffractive elements are provided on the main surface of a translucent substrate (which can be read as the bottom wall according to the embodiment of the present specification).
  • the light diffraction element and the substrate will be referred to as a light diffraction unit.
  • the relative positional relationship of the plurality of optical diffractive elements can be maintained in the desired relationship. is important. This is because if the relative positional relationship of the light diffractive element deviates from the desired relationship, it becomes difficult to exert the desired action on the input light.
  • a planar optical diffraction element As an example of a planar optical diffraction element, it has a plurality of microcells whose thickness or refractive index is individually set, and by interfering the light transmitted through each microcell with each other, space saving and low power consumption are achieved.
  • an optical diffractive element designed to optically perform a predetermined calculation in.
  • an optical computing device in which such an optical diffraction element is configured by stacking a plurality of optical diffraction units provided on a substrate, even if the relative positional relationship of the optical diffraction elements is on the order of nm, it is possible. It can be difficult to perform the optical computation of the period.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and provides an optical arithmetic unit that can easily maintain the relative positional relationship of the planar optical diffraction elements in the desired relationship. With the goal.
  • the method for manufacturing an optical computing device has n (n is a natural number of 2 or more) side walls WS 1 to WS n and translucency.
  • the light diffraction unit intermediate is a container provided with a cavity inside, and has a pair of bottom walls made of a translucent material and the said material. It includes a container having a pair of bottom walls and a side wall constituting the cavity, and a liquid material containing a photocurable resin filled in the cavity.
  • an optical arithmetic unit that can easily maintain the relative positional relationship of the planar optical diffraction elements in the desired relationship.
  • FIG. 1 (a) and (b) are exploded perspective views of an optical arithmetic unit which can be manufactured by using the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • C is a side view of a part of the optical arithmetic unit shown in (b). It is a perspective view of an example of the optical diffraction element constituting the optical arithmetic unit shown in FIG. 1 (a). It is a schematic diagram which shows each process of the manufacturing method of the optical arithmetic unit which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows each process of the modification of the manufacturing method of the optical arithmetic unit shown in FIG.
  • FIGS. 3 and 4 It is a schematic diagram which shows each process of the manufacturing method of the optical arithmetic unit which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • 3 is a schematic diagram showing each process of another modification of the manufacturing method of the optical arithmetic unit shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIGS. 1 and 2 are exploded perspective views of the optical arithmetic unit 11 and the optical arithmetic unit 21.
  • FIG. 1 (c) is a side view of the optical diffraction unit 211 constituting the optical arithmetic unit 21.
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical diffraction element 111c constituting the optical arithmetic unit 11.
  • the optical arithmetic units 11 and 21 are an embodiment of the present invention.
  • the optical arithmetic unit 11 includes n optical diffraction units 111, ..., 11n (n is an integer of 2 or more).
  • the optical arithmetic unit 21 includes n optical diffraction units 211, ..., 21n.
  • n 2.
  • n is not limited to 2.
  • each optical diffraction unit 11i i is an integer of 1 ⁇ i ⁇ n
  • the optical diffraction units 211 and 212 are also referred to.
  • each light diffraction unit is also referred to as a light diffraction unit 21i.
  • the optical calculation device 11 is configured by stacking the optical diffraction unit 111 and the optical diffraction unit 112 in this order, and the optical calculation device 21 stacks the optical diffraction unit 211 and the optical diffraction unit 212 in this order. It is composed of.
  • the direction in which the light diffraction unit 112 is superposed on the light diffraction unit 111 and the direction in which the light diffraction unit 212 is superposed on the light diffraction unit 211 are referred to as a stacking direction.
  • the parallel direction is called the in-plane direction.
  • the direction from the light diffraction unit 111 to the light diffraction unit 112 in the stacking direction is defined as the z-axis positive direction.
  • the main surfaces of the bottom walls 111a to 113a are parallel to the xy plane, and each of the x-axis and the y-axis is parallel to each side of the optical diffraction element 11ic. It defines a Cartesian coordinate system.
  • the Cartesian coordinate system shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c) and FIG. 2 is defined in the same manner as the Cartesian coordinate system shown in FIG. 1 (a).
  • the light diffraction unit 111 and the light diffraction unit 112 are configured in the same manner.
  • the optical diffraction unit 211 and the optical diffraction unit 212 are configured in the same manner as the glass block GB 11 constituting the optical diffraction unit 211 and the glass block GB 12 constituting the optical diffraction unit 212.
  • the glass block GB12 is stacked on the z-axis positive direction side of the glass block GB11, while the bottom wall 213a is stacked on the z-axis positive direction side of the glass block GB12.
  • Each of the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 (i + 1) a is a translucent plate-shaped member and is configured in the same manner.
  • the bottom wall 11ia constitutes the lower bottom of the optical diffraction unit 11i
  • the bottom wall 11 (i + 1) a is the optical diffraction unit 11i. Consists of the upper bottom.
  • Each of the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 (i + 1) a is an example of the bottom wall WB i and the bottom wall WB i + 1 , respectively.
  • quartz glass is used as the translucent material constituting the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 (i + 1) a.
  • the translucent material is not limited to quartz glass, and can be appropriately selected from translucent glass or resin.
  • the optical diffraction unit 11i is formed so as to be a square when viewed from the normal direction of the main surface (for example, the z-axis positive direction).
  • viewing the light diffraction unit 11i from the normal direction of the main surface is referred to as "viewing the main surface in a plane”.
  • the side wall 11ib is a four rectangular parallelepiped that is interposed between the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 (i + 1) a and is provided along the four sides constituting the bottom wall 11ia and the outer edge of the bottom wall 11 (i + 1) a. It is composed of block-shaped blocks.
  • the side wall 11ib surrounds the internal space from all sides, and the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 ( i + 1) a sandwich the internal space from both sides in the stacking direction, whereby a cavity Ci is formed inside the light diffraction unit 11i. ..
  • the bottom wall 11ia, the bottom wall 11 (i + 1) a, and the side wall 11ib constitute the container of the light diffraction unit 11i.
  • the side wall 11 ib is an example of the side wall WS i .
  • quartz glass is used as the material constituting the side wall 11ib.
  • the material constituting the side wall 11ib is not limited to quartz glass, and can be appropriately selected from glass, ceramics, metal, and resin.
  • the material constituting the side wall 11ib is preferably a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of metal and resin, such as glass and ceramics. Quartz glass is an example of a material having such a small coefficient of expansion. Further, the material constituting the side wall 11ib is preferably a material having translucency.
  • Inhibiting light refers to light that inhibits the curing of the ultraviolet curable resin by irradiation.
  • the uncured ultraviolet curable resin is cured by using the two-photon absorption method as in the production method M1 shown in FIG. 3, the material constituting the side wall 11ib does not have translucency. May be good.
  • an ultraviolet curable resin (not shown in FIG. 1A) is used as a fixing means for fixing each of the bottom wall 11ia and the bottom wall 11 (i + 1) a and the side wall 11ib. ing.
  • this fixing means is not limited to the ultraviolet curable resin and can be appropriately selected.
  • the side wall 11ib is composed of four rectangular parallelepiped blocks, and the blocks are arranged so as to be separated from each other. Therefore, the side wall 11ib is provided with four flow paths 11id that communicate the cavity Ci with the outside of the container constituting the light diffraction unit 11i. The shape and size of the flow path 11id can be appropriately determined.
  • the optical diffraction element 11ic is a flat plate-shaped optical diffraction element provided in an effective region of one main surface of the bottom wall 11ia (in this embodiment, the main surface on the positive direction side of the z-axis).
  • the effective region of the bottom wall 11ia refers to a region of the bottom wall 11ia where the side wall 11ib is not provided.
  • the light diffractive element 11ic is made of a translucent material.
  • an ultraviolet curable resin which is an example of a photocurable resin, is used as a translucent material constituting the light diffractive element 11ic.
  • the light diffractive element 11ic has a base 11icb and a plurality of microcells individually set in thickness or refractive index within the effective region of the bottom wall 11ia.
  • the effective region of the bottom wall 11ia is a square with a side of 1.0 mm, and is composed of 1000 ⁇ 1000 microcells arranged in a matrix.
  • Each microcell is composed of pillars having a base of 1 ⁇ m on each side formed on the base 11 icb.
  • the base 11icb is made of the same UV curable resin as each microcell.
  • the thickness of the base 11icb is, for example, 100 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the base 11icb can be stereolithographically formed prior to each microcell when the optical diffraction element 11ic is stereolithographically formed in the stereolithography step S13 described later.
  • FIG. 2 merely shows the base 11icb and each microcell in the optical diffraction element 11ic in an exploded manner for convenience of explanation.
  • the base 11icb and each microcell are stereolithographically modeled as an integrated optical diffraction element 11ic in the stereolithography step S13 described later.
  • the height of each pillar is 0 nm, 100 nm, 200 nm, ... It is decided to.
  • the size of the pillar in the optical diffraction element 11ic is 1 ⁇ m, but the size is not limited to this. That is, the size of the pillar of the optical diffraction element 11ic may be less than 10 ⁇ m. Further, the number of cells and the effective region size of the optical diffraction element 11ic are also arbitrary.
  • the optical calculation device 11 is designed to perform a predetermined optical calculation by interfering with each other the light transmitted through each microcell (mainly assuming visible light).
  • optical diffraction elements 11ic are arranged side by side and the optical calculation is sequentially performed N times, it is important to keep the relative positional relationship between the optical diffraction elements 111c and 112c in the desired relationship.
  • the "microcell” refers to a cell having a size on the order of micrometers or less, that is, a cell having a size of, for example, less than 10 ⁇ m.
  • the "cell size” refers to the square root of the area of the cell. For example, when the plan view shape of the microcell is square, the cell size is the length of one side of the cell.
  • the lower limit of the size of the microcell is not particularly limited, but is, for example, 1 nm.
  • the optical arithmetic unit 21 is a modification of the optical arithmetic unit 11, and the optical diffraction unit 21i is a modification of the optical diffraction unit 11i.
  • the correspondence between the optical diffraction unit 11i and the optical diffraction unit 21i will be described, and then only the configuration of the optical diffraction unit 21i that is different from the configuration of the optical diffraction unit 11i will be described.
  • the bottom wall 21ia, the bottom wall 21 (i + 1) a, the side wall 21ib, and the light diffraction element 21ic of the light diffraction unit 21i are each the bottom wall 11ia, the bottom wall 11 (i + 1) a, and the side wall 11ib of the light diffraction unit 11i, respectively.
  • the light diffractive element 11ic is each the bottom wall 11ia, the bottom wall 11 (i + 1) a, and the side wall 11ib of the light diffraction unit 11i, respectively.
  • each of the bottom wall 213a and the light diffraction element 21ic of the light diffraction unit 21i is the same as the bottom wall 113a and the light diffraction element 11ic of the light diffraction unit 11i, the description thereof will be omitted here.
  • the bottom wall 21ia and the side wall 21ib of the light diffraction unit 21i are formed by processing a glass block GB1i made of rectangular parallelepiped glass having a square shape when viewed in a plan view. Specifically, in the vicinity of the center of the glass block GB1i, a rectangular cuboidal cavity C from one main surface of the glass block GB1i (the main surface on the positive direction side of the z-axis in this embodiment) toward the inside of the glass block GB1i. By forming i , the bottom wall 21ia and the side wall 21ib are formed (see (b) and (c) in FIGS. 1).
  • Each of the bottom wall 21ia and the bottom wall 21 (i + 1) a is an example of the bottom wall WB i and the bottom wall WB i + 1 , respectively.
  • the side wall 21 ib is an example of the side wall WS i .
  • a flat plate-like region including the other main surface (main surface on the negative side of the z-axis in the present embodiment) and in which the cavity Ci is not formed is the bottom.
  • the side wall 21ib is a frame-shaped region that is a wall 21ia and (2) includes one main surface and surrounds the cavity Ci from the side. Further, when the main surface of the glass block GB1i is viewed in a plan view from the positive direction side of the z-axis, the region of the bottom wall 21ia that is not covered by the side wall 21ib and is exposed from the cavity Ci is optically diffracted. This is the effective area of the unit 21i.
  • the cavity Ci of the optical diffraction unit 21i is surrounded from all sides by the side wall 21ib , and the bottom wall 21ia and the glass block of the glass block GB1i. It is sandwiched from both sides in the stacking direction by the bottom wall 21 (i + 1) a of GB1 (i + 1). Therefore, the bottom wall 21ia, the bottom wall 21 (i + 1) a, and the side wall 21ib constitute the container of the light diffraction unit 11i.
  • the cavity Cn is sandwiched between the bottom wall 21ia of the glass block GB1i and the bottom wall 213a (see (b) in FIG. 1). ).
  • the cavity Ci and the outside of the container constituting the optical diffraction unit 21i communicate with one main surface of the glass block GB1i (that is, the surface of the side wall 21ib on the positive direction side of the z-axis) 4
  • a flow path 21id, which is one groove, is provided.
  • the flow path 21id corresponds to the flow path 11id of the light diffraction unit 11i.
  • an ultraviolet curable resin (not shown in FIG. 1B) is used as a fixing means for fixing the side wall 21ib and the bottom wall 21 (i + 1) a.
  • this fixing means is not limited to the ultraviolet curable resin and can be appropriately selected.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing each step of the manufacturing method M1.
  • the manufacturing method M1 will be described by taking the case of manufacturing the optical arithmetic unit 11 as an example.
  • the apparatus manufactured by using the manufacturing method M1 is not limited to the optical arithmetic unit 11.
  • the optical arithmetic unit 21 can be manufactured by using the manufacturing method M1.
  • the manufacturing method M1 includes a container forming step S11, a liquid material filling step S12, a stereolithography step S13, a developing step S14, and a sealing step S15.
  • the container forming step S11 is a step of forming a container in which n (n is an integer of 2 or more positive integers) cavities C i (i is an integer of 1 ⁇ i ⁇ n) are provided in an overlapping manner.
  • This container is the container of the optical arithmetic unit 11 shown in FIG. 1 (a), and has n + 1 bottom walls 111a to bottom wall 11 (i + 1) a and n side walls made of a translucent material. It is equipped with 11 ib.
  • n is not limited to 2, and can be appropriately determined.
  • Each of the bottom wall 11ia and the side wall 11ib is an example of the bottom wall WB i and WS i , respectively.
  • the bottom wall 111a, the side wall 111b, the bottom wall 112a, the side wall 112b, and the bottom wall 113a are overlapped, and the adjacent members are fixed to each other with an ultraviolet curable resin. do.
  • n pieces of the glass blocks GB1i are stacked inside after providing the cavity Ci and the flow path 21id by etching the glass block GB1i. It is possible to form a container in which the cavities Ci of the above are overlapped with each other.
  • the liquid material filling step S12 is a step of filling each cavity C i with the liquid material R i containing a photocurable resin (see (b) in FIG. 3).
  • FIG. 3B shows an intermediate of an optical arithmetic unit in a state where each cavity C i is filled with a liquid material R i and the flow path 11 id is sealed by using a lid 11 ie.
  • an ultraviolet curable resin is used as the photocurable resin.
  • the ultraviolet curable resin is one aspect of a photocurable resin, and the photopolymerization reaction is promoted and cured by irradiating with ultraviolet rays.
  • the intermediate of the optical arithmetic unit manufactured by carrying out the liquid material filling step S12 is one aspect of the present invention.
  • an annular band made of silicone resin is used as the lid 11ie.
  • the width of this band is configured to be greater than the thickness of the side wall 11ib (length along the z-axis direction) and less than the thickness of the light diffraction unit 11i.
  • the lid 11ie is not limited to a band made of a resin having elasticity like a silicone resin.
  • the lid 11ie may be a columnar stopper molded according to the shape of the opening of the flow path 11id.
  • the intermediate of the optical arithmetic unit may further include a jig for pressing the lid 11ie against the flow path 11id.
  • the stereolithography step S13 the light diffractive element 11ic is illuminated on one main surface of the bottom wall 11ia by irradiating the vicinity of the interface between the effective region of the bottom wall 11ia and the liquid material Ri with light L1 to cure the ultraviolet curable resin.
  • This is a modeling process (see (c) and (d) in FIG. 3).
  • the stereolithography step S13 when i satisfies 1 ⁇ i ⁇ n, the stereolithography element 11ic is repeatedly modeled on one main surface of the bottom wall 11ia.
  • the optical diffraction element 11ic is stereolithographically formed in each cavity Ci.
  • the optical diffraction element 11ic is composed of a base 11icb and each pillar.
  • the base 11icb and each pillar are stereolithographically modeled as a single stereolithographic object integrated.
  • the light diffraction element 11ic (see FIG. 2) is obtained by irradiating light L1 having a predetermined light intensity and pulse width a predetermined number of times in each predetermined region corresponding to each pillar in the effective region. To form.
  • the two-photon absorption method is used to cure the uncured ultraviolet curable resin.
  • Light L1 is an example of light that cures an ultraviolet curable resin by irradiation.
  • the ultraviolet curable resin a radical polymerization type ultraviolet curable resin having an absorption band corresponding to the i-line (wavelength of 365 nm) of a mercury lamp is adopted.
  • the dose amount for curing this ultraviolet curable resin is 500 mJ / cm 2 or more and 1500 mJ / cm 2 or less.
  • a mode-synchronized Ti sapphire femtosecond laser is adopted as a laser for emitting light L1.
  • This mode-synchronized Ti sapphire femtosecond laser emits light L1 having a wavelength of 730 nm (energy of 1.70 eV), a pulse width of 100 femtoseconds, and a power of 3 mW or more and 10 mW or less.
  • the optical system is defined so that the diameter of the region where the photopolymerization reaction occurs is 80 nm or more and 200 nm or less.
  • the light L1 satisfying the dose amount can be irradiated to a specific region of the ultraviolet curable resin, and the ultraviolet curable resin is cured by a photopolymerization reaction. be able to.
  • the two-photon absorption method will be described later.
  • the diameter in this narrow range varies depending on the beam waist diameter and energy of the light L1, but is, for example, 10 nm or more and 20 nm or less. Therefore, by using the two-photon absorption method in the stereolithography step S13, the size of one side of the pillar of the optical diffraction element 11ic can be made smaller.
  • each optical diffraction element 11ic is formed by using the same ultraviolet curable resin for the base 11icb and the microcell. Therefore, the bond strength between the microcell and the base 11icb is increased as compared with the case where the microcell is formed of a material different from that of the base 11icb. For example, when microcells of an ultraviolet curable resin are formed on a glass base 11icb, the microcells may be peeled off from the base 11icb when cleaning an uncured photocurable resin. On the other hand, in the present embodiment in which both are integrally formed of the same material, the bonding force between the microcell and the base 11icb is strong, and the effect that the microcell is more difficult to peel off from the base 11icb can be obtained.
  • the stereolithography element 11ic manufactured by the stereolithography step S13 since the microcells are difficult to peel off from the base 11icb, such a possibility can be further reduced.
  • the ultraviolet curable resin used in the stereolithography step S13 may be a urethane acrylate-based resin, an acrylate-based resin, or the like.
  • the two-photon absorption modeling method (also simply referred to as the two-photon absorption method) is an application of the two-photon absorption phenomenon to photomodeling.
  • the two-photon absorption phenomenon is a characteristic of particle nature among the wave nature and particle nature of light, and is a kind of nonlinear optical effect.
  • the ultraviolet curable resin absorbs one photon and transitions from the ground state to the excited state.
  • the ultraviolet curable resin simultaneously absorbs two photons and transitions.
  • Stereolithography is a method that utilizes the interaction between resin and light.
  • the two-photon absorption method has the following three features. (1) Light in a wavelength band that does not react with 1 photon absorption can be used as light for curing an ultraviolet curable resin. (2) The probability that the two-photon absorption phenomenon will occur is proportional to the square of the light intensity of light L1. (3) The photopolymerization reaction caused by the two-photon absorption phenomenon occurs pinpointly in a minute region.
  • the feature of (1) above means that an ultraviolet curable resin that is generally cured by irradiation with ultraviolet rays can be cured by using light in a wavelength band about twice that of ultraviolet rays.
  • ultraviolet rays can be used to cure the UV curable resin.
  • the region where the photopolymerization reaction occurs can be limited to a minute region.
  • a lens provided at the final stage of the optical path of the light L1 that narrows the light collecting system of the light L1 and a bottom wall close to the lens in FIG. 3C, the bottom wall 111a
  • the bottom wall 113a may be filled with a translucent liquid material (for example, oil) having an appropriately adjusted refractive index. According to this configuration, the numerical aperture of the lens can be increased.
  • the two-photon absorption method As described above, in the two-photon absorption method, light L1 having a wavelength longer than the wavelength region corresponding to one photon absorption of the ultraviolet curable resin may be used. Therefore, as a laser that emits light L1, a short pulse laser in the near infrared region (femtosecond laser or the like), which is cheaper than a short pulse laser in the visible region (femtosecond laser or the like), can be used.
  • the UV curable resin does not have an absorption band in the infrared region. Therefore, the light L1 can pass through to the inside of the ultraviolet curable resin without being absorbed and scattered by the ultraviolet curable resin so much. Furthermore, since the two-photon absorption phenomenon is pinpointed in a minute region, the spatial resolution in stereolithography can be improved.
  • a commercially available ultraviolet curable resin can be used as the photocurable resin used in the two-photon absorption method.
  • the photocurable resin used in the two-photon absorption method is not limited to the ultraviolet curable resin.
  • the ultraviolet curable resin can be used in the two-photon absorption method as long as the light L1 satisfying the conditions of the energy required for the photopolymerization reaction in the photocurable resin and the dose amount is used.
  • the photocurable resin contains a monomer, an oligomer which is an aggregate thereof, and a photopolymerization initiator.
  • a reaction inhibitor may be further added to the photocurable resin.
  • the absorption wavelength can be selected depending on the type of the photopolymerization initiator.
  • those that absorb ultraviolet rays are called ultraviolet curable resins.
  • Photocurable resins are roughly classified into radical polymerization type and cationic polymerization type according to the reaction mechanism of curing.
  • a radical is generated from a photopolymerization initiator by absorption of light L1, and this radical acts on a monomer to carry out chain polymerization. Reactions on the stop side include the presence of a reaction inhibitor and oxygen in the resin. Radical polymerization type photocurable resins tend to have abundant choices and a high reaction rate.
  • the radical polymerization type photocurable resin includes urethane acrylate type, epoxy acrylate type, ester acrylate type and the like when classified by oligomer.
  • the photopolymerization initiator In a cationically polymerized photocurable resin, the photopolymerization initiator generates an acid by absorption of light L1, and a vinyl monomer, a cyclic ether, or the like initiates cationic polymerization. As for the reaction on the stop side, the reaction is stopped by the basic substance existing as an impurity.
  • Advantages of the cationically polymerized photocurable resin include complete curing in air, high stability during storage, and low shrinkage in stereolithography.
  • Cationicly polymerized photocurable resins include acrylate-based, epoxy-based, vinyl ether-based, and the like when classified by oligomers.
  • the photocurable resin used in the production method M1 is not limited to the ultraviolet curable resin and can be appropriately selected.
  • the developing step S14 is a step of developing each stereolithographic element 11ic photomolded by the stereolithography step S13 (see (e) in FIG. 3).
  • each lid 11ie is removed, and the liquid material Ri containing the ultraviolet curable resin filled in each cavity Ci is discarded.
  • the flow path 11 id is sealed by using the lid 11ie , and each optical diffraction element 11ic is developed by a predetermined process.
  • the manufacturing method M1 may be a cleaning step performed after the developing step S14, and may further include a cleaning step of cleaning each developed optical diffraction element 11ic.
  • the sealing step S15 is a step of filling each cavity C i with oil O i and then sealing the flow path 11 id. By carrying out the sealing step S15, the optical arithmetic unit 11 is completed.
  • the flow path 11id is sealed by injecting an uncured epoxy resin into the flow path 11id and then curing the epoxy resin.
  • the sealing means for sealing the flow path 11id is not limited to the epoxy resin.
  • each cavity Ci is filled with a liquid or a solid having a refractive index similar to that of the oil O i instead of the oil O i , it is the same as when the oil O i is filled .
  • a gas such as oxygen gas or nitrogen gas may be sealed. If the inside of the cylinder 12 is simply filled with air, the sealing step S15 may be omitted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing each process of the manufacturing method M1A.
  • the manufacturing method M1A will be described by taking the case of manufacturing the optical arithmetic unit 11 as an example.
  • the manufacturing method M1A includes a container forming step S11A, a liquid material filling step S12A, a stereolithography step S13A, a developing step S14A, and a sealing step S15A.
  • Each of the container forming step S11A, the liquid material filling step S12A, the developing step S14A, and the sealing step S15A includes the container forming step S11, the liquid material filling step S12, the developing step S14, and the sealing step S15A, respectively, which are included in the manufacturing method M1. This is the same process as the sealing step S15. Therefore, in this modification, the description of these steps will be omitted, and the stereolithography step S13A will be described.
  • ⁇ Stereolithography process> In the stereolithography step S13 of the manufacturing method M1, a two-photon absorption method was adopted in order to prevent unintentional curing of the ultraviolet curable resin in a region other than the photodiffractive element 11ic.
  • the stereolithography step S13A of this modification in order to prevent this unintended curing, light L1A and light L2A are used in combination.
  • the light L1A is an example of light that cures the ultraviolet curable resin by irradiation, and is also an example of the first light.
  • the light L2A is an example of light that inhibits the curing of the ultraviolet curable resin by irradiation, and is also an example of the second light.
  • the optical diffraction element 11ic is formed on one main surface of the bottom wall 11ia by irradiating the vicinity of the interface between the effective region of the bottom wall 11ia and the liquid material Ri with light L1A to cure the ultraviolet curable resin.
  • Stereolithography see (c) and (d) in FIG. 4).
  • the stereolithography element 11ic is repeatedly modeled on one main surface of the bottom wall 11ia.
  • the cavity is adjacent to the cavity Ci and is incident with the light L1A (in the case of (c) of FIG. 4, the cavity C2 is shown.
  • the cavity C1) is irradiated with light L2A.
  • at least the cavity adjacent to the cavity Ci in which the stereolithography element 11ic is stereolithographically formed may be irradiated with light L2A.
  • Light L2A may be applied to certain cavities C 1 , C 2 , C 4 , and C 5 .
  • the ultraviolet curable resin a radical polymerization type ultraviolet curable resin having an absorption band corresponding to the i-line of a mercury lamp (wavelength is 365 nm) is adopted.
  • the dose amount for curing this ultraviolet curable resin is 500 mJ / cm 2 or more and 1500 mJ / cm 2 or less.
  • the photocurable resin used in this modification is not limited to the ultraviolet curable resin as in the case of the two-photon absorption method described above. Further, in this modification, the same ultraviolet curable resin as the ultraviolet curable resin described in the two-photon absorption method can be used. However, a reaction inhibitor is added to the ultraviolet curable resin used in this modification in addition to the photopolymerization initiator.
  • a semiconductor laser which is a continuous oscillation type is adopted as a laser for emitting each of the optical L1A and the optical L2A.
  • One semiconductor laser emits light L1A having a wavelength of 473 nm (energy is 2.62 eV) and a power of 3 mW or more and 10 mW or less.
  • the other laser emits light L2A having a wavelength of 375 nm.
  • the light source for emitting each of the light L1A and the light L2A is not limited to the laser that emits the coherent light, and may be an LED that emits the incoherent light.
  • the optical system is defined so that the diameter of the region where the photopolymerization reaction occurs is approximately 1 ⁇ m.
  • the photopolymerization initiator irradiated with light L1A generates radicals.
  • the photopolymerization reaction is promoted by the action of this radical on the monomer.
  • the reaction inhibitor irradiated with light L2A generates radicals that suppress the photopolymerization reaction.
  • the photopolymerization reaction is inhibited by the action of this radical on the monomer and oligomer (the carbon-carbon bond formed by the photopolymerization reaction is decomposed).
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing each process of the manufacturing method M2.
  • the manufacturing method M2 will be described by taking the case of manufacturing the optical arithmetic unit 11 as an example.
  • the manufacturing method M2 includes a container forming step S21, a liquid material filling step S22, a stereolithography step S23, a developing step S24, and a sealing step S25.
  • Each of the developing step S24 and the sealing step S25 is the same step as the developing step S14 and the sealing step S15 included in the manufacturing method M1, respectively. Therefore, in the present embodiment, the description of these steps will be omitted, and the container forming step S21, the liquid material filling step S22, and the stereolithography step S23 will be described.
  • n is not limited to 2, and can be appropriately determined.
  • Each of the bottom wall 11ia and the side wall 11ib is an example of the bottom wall WB i and WS i , respectively.
  • the bottom wall 111a, the side wall 111b, and the bottom wall 112a are overlapped, and the adjacent members are fixed to each other with an ultraviolet curable resin. ..
  • the glass block GB1i is etched to provide the cavity Ci and the flow path 21id to form a container having the cavity Ci inside. be able to.
  • the liquid material filling step S22 is a step of filling the cavity Ci with the liquid material Ri containing the photocurable resin (ultraviolet curable resin in the present embodiment), similarly to the liquid material filling step S12 of the manufacturing method M1.
  • the liquid material filling step S22 is repeatedly carried out in order to fill the cavity C i with the liquid material R i (FIG. 5 (b)). And (e)).
  • FIG. 5B shows an intermediate of an optical diffraction unit in a state where the cavity C1 is filled with the liquid material R1 and the flow path 111d is sealed by using the lid 111e.
  • the intermediate of this light diffraction unit is one aspect of the present invention.
  • a user who has obtained this light diffraction unit can manufacture an optical arithmetic unit 11 in which light diffraction units of an arbitrary number of stages are overlapped.
  • the light L1A and the light L2A are used in combination in order to prevent the above-mentioned unintended curing.
  • the light L1A is an example of light that cures the ultraviolet curable resin by irradiation, and is also an example of the first light.
  • the light L2A is an example of light that inhibits the curing of the ultraviolet curable resin by irradiation, and is also an example of the second light.
  • the stereolithography step S23 irradiates the vicinity of the interface between the effective region of the bottom wall 11ia and the liquid material Ri with light L1A to cure the ultraviolet curable resin, thereby curing one of the main bottom walls 11ia.
  • This is a step of stereolithographically forming the optical diffraction element 11ic on the surface (see (c) and (f) of FIG. 5).
  • the cavities other than the cavity Ci are irradiated with the light L2A separately from the light L1A.
  • the cavity C1 is irradiated with light L2A.
  • the ultraviolet curable resin, light L1A, and light L2A used in the present embodiment are the same as the ultraviolet curable resin, light L1A, and light L2A used in the manufacturing method M1A shown in FIG.
  • the optical diffraction element 11ic is stereolithographically modeled using the light L1A and the light L2A as in the stereolithography step S13A.
  • the photodiffractive element 11ic can be stereolithographically formed by using the two-photon absorption method as in the case of the stereolithography step S13 shown in FIG.
  • Each of the manufacturing method M1 shown in FIG. 3, the manufacturing method M1A shown in FIG. 4, and the manufacturing method M2 shown in FIG. 5 has a roughening step S36, a film forming step S37, and a film forming step S37 shown in FIG.
  • the mounting step S38 may be further included.
  • 6 (a) to 6 (c) are schematic views showing each of the roughening step S36, the film forming step S37, and the mounting step S38.
  • the roughening step S36, the film forming step S37, and the mounting step S38 are steps to be carried out after any of the sealing steps S15, S15A, and S25.
  • the roughening step S36 is a step for forming the diffusion layer 115.
  • the diffusion layer 115 is formed by roughening one main surface of a quartz glass plate-shaped member (see (a) in FIG. 6).
  • one main surface is roughened by sandblasting to obtain a diffusion layer 115.
  • the diffusion layer 115 provided on one main surface of the plate-shaped member is shown by a thick solid line.
  • the method of roughening one main surface of the quartz glass plate-shaped member is not limited to sandblasting, and may be a mechanical method other than sandblasting, or a chemical method of applying a corrosive liquid. You may.
  • the film forming step S37 is a step of forming the light conversion layer 114 on the surface of the diffusion layer 115 formed on the plate-shaped member.
  • the method for forming the light conversion layer 114 is not limited, but for example, sputtering can be used.
  • the materials constituting the optical conversion layer 114 will be described later.
  • the plate-shaped member on which the optical conversion layer 114 and the diffusion layer 115 manufactured in the roughening step S36 and the film forming step S37 are formed is the main one of the bottom wall 113a of the optical computing device 11. It is a process of placing and fixing on the effective area of the surface.
  • One main surface of the bottom wall 113a is the main surface on the positive direction side of the z-axis in the Cartesian coordinate system shown in FIG. 1, and is the upper main surface in (c) of FIG.
  • the plate-shaped member is placed in such a direction that the light conversion layer 114 is provided in the rear stage of the bottom wall 113a and the diffusion layer 115 is provided in the rear stage of the light conversion layer 114.
  • the means for fixing the plate-shaped member to the bottom wall 113a is not limited, but for example, an ultraviolet curable resin or the like can be used.
  • the optical conversion layer 114 and the diffusion layer 115 are provided on one main surface of the bottom wall 113a of the optical arithmetic unit 11. ..
  • the optical arithmetic unit 11 may further include an optical conversion layer 114 and a diffusion layer 115.
  • the roughening step S36, the film forming step S37, and the mounting step S38 are one aspect of the light conversion layer forming step and the diffusion layer forming step. If it is desired to provide only the optical conversion layer 114 in the subsequent stage of the bottom wall 113a, the roughening step S36 may be omitted. That is, in the film forming step S37, the light conversion layer 114 may be formed on the surface of the plate-shaped member whose surface is not roughened.
  • the light incident on the optical arithmetic unit 11 is infrared light (particularly near infrared light). First, the reason for using infrared light as incident light will be described.
  • the incident light incident on the optical arithmetic unit 11 is imaged on an image plane at a predetermined distance from the light diffraction element 112c at the final stage.
  • the distance to this image plane is a numerical value determined by a multiple of the wavelength of the incident light from the optical diffraction element 112c at the final stage.
  • the light incident on each light diffractive element 11ic needs to be parallel light, and considering the spread of light due to the divergence angle of light, the shorter the distance to the image planes separated by a multiple of the wavelength, the better.
  • the distance to the image plane is short, manufacturing including alignment becomes difficult.
  • the optical conversion layer 114 and the diffusion layer 115 are layered members provided in a direction substantially orthogonal to the incident direction of infrared light.
  • the shape of the light conversion layer 114 and the diffusion layer 115 in a plan view is a square shape.
  • the shapes of the light conversion layer 114 and the diffusion layer 115 are not particularly limited, but in this modification, they match the shapes of the light diffraction element 11ic.
  • the optical conversion layer 114 is a layer that converts infrared light into visible light (referred to as optical up-conversion), and is arranged at the final stage of the optical arithmetic unit 11.
  • the final stage is a stage in which the light incident on the optical arithmetic unit 11 is emitted, and is the subsequent stage of the optical diffraction element 112c in the present embodiment.
  • the light conversion layer 114 converts infrared light emitted from the light diffractive element 112c into visible light.
  • the photoconversion layer 114 contains, for example, a phosphor obtained by adding a trace amount of erbium (Er), ytterbium (Yb), holmium (Ho), thulium (Tm), or the like to a metal oxide of zinc oxide and titanium oxide. Further, the photoconversion layer 114 contains, for example, a photoconversion material containing a metal complex (porphyrin) and a polycyclic aromatic hydrocarbon. These phosphors or light conversion materials emit visible light when irradiated with near-infrared light.
  • the reason why the optical arithmetic unit 11 includes the optical conversion layer 114 is as follows.
  • a high-precision camera that captures infrared light requires, for example, an image sensor using an InGaAs sensor, and is expensive. Therefore, a method is conceivable in which infrared light is used as the light transmitted through the optical calculation device 11 and the infrared light transmitted through the optical calculation device 11 is converted into visible light and imaged by a visible light camera. This is because visible light can be imaged using an inexpensive CMOS sensor or the like for visible light.
  • the light conversion layer 114 is an optical conversion element for enabling the light emitted from the optical arithmetic unit 11 to be detected by a camera for visible light.
  • the diffusion layer 115 has a function of diffusing (uniformizing) the visible light generated in the light conversion layer 114.
  • the infrared light incident on the light conversion layer 114 is light that has passed through each microcell, and its intensity is non-uniform. Therefore, the detection efficiency of the image sensor may decrease. Therefore, by passing the diffuser layer 115, the light is diffused and the light conversion efficiency is enhanced, so that the detection efficiency by the image sensor for visible light can be enhanced.
  • the structure of the diffusion layer 115 is not limited as long as it has a function of diffusing light. When deeply roughened, light is diffused in the depth direction (infrared light traveling direction) and the image is blurred. Therefore, it is preferable that the roughening is performed only on the surface of the quartz plate. That is, it is preferable that the layer having a diffusion function is thin.
  • the side wall 112b and the bottom wall 113a define the distance L from the optical diffraction element 112c at the final stage of the optical arithmetic unit 11 to the diffusion layer 115.
  • the distance L is the distance from the highest position of the microcell of the optical diffraction element 112c to the diffusion layer 115, but since the height of the microcell is about 1200 nm (1.2 ⁇ m) at the maximum, the microcell You may ignore the height of.
  • the thickness of the optical conversion layer 114 is x
  • the sum (length in the traveling direction of infrared light) between the height of the side wall 112b and the height of the bottom wall 113a is (Lx).
  • the distance L can be 60 ⁇ m as an example.
  • the heights of the side wall 112b and the bottom wall 113a should be determined so that the sum of the height of the side wall 112b and the height of the bottom wall 113a is a value obtained by subtracting the thickness x of the optical conversion layer 114 from 60 ⁇ m. Just do it.
  • the optical conversion layer 114 is on the incident side of light, and the diffusion layer 115 is on the outgoing side of light.
  • the order of the optical conversion layer 114 and the diffusion layer 115 is not limited to this, and the arrangement may be reversed (not shown).
  • the infrared light emitted from the light diffractive element 112c is first incident on the diffusion layer 115 and diffused, and the diffused infrared light is incident on the light conversion layer 114 and converted into visible light.
  • n side walls WS 1 to WS n (n is a natural number of 2 or more) and n bottoms made of a translucent material.
  • a plurality of optical diffraction units are manufactured in advance, and after stacking the plurality of optical diffraction units, the relative positional relationship of the optical diffraction elements is adjusted to be the desired relationship. It is possible to provide an optical calculation device that can easily maintain the relative positional relationship of the optical diffraction element in the desired relationship as compared with the manufacturing method.
  • the container forming step, the liquid material filling step, and the like in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the first aspect described above, the container forming step, the liquid material filling step, and the like. Further, a configuration is adopted in which the optical modeling process is repeated for each void S cavity Ci.
  • the optical diffraction element is formed inside the i-th void S i , first, the i + 1th void S i + 1 is formed, and the optical diffraction element is formed inside the void S i + 1 .
  • the optical diffraction element can be formed inside the void Si + 1 so that the relative positional relationship of the optical diffraction elements has the desired relationship, and the above-mentioned adjustment becomes unnecessary.
  • the container in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical calculation device according to the first aspect described above, the container is the n + 1th bottom wall.
  • the bottom wall WB n + 1 is further provided, and in the container forming step, the i-th bottom wall WB i , the i + 1th bottom wall WB i + 1 , and the i-th side wall WS i are used, and the i-th cavity C is provided.
  • Each of i forms a container provided so as to overlap each other, and in the liquid material filling step, each cavity C i is filled with a liquid material R i containing a photocurable resin, and in the optical modeling step, the cavity C i is filled.
  • a light diffusing element is formed on one main surface of the bottom wall WB i by irradiating the vicinity of the interface between the bottom wall WB i and the liquid material R i with light to cure the photocurable resin. It has been adopted.
  • the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the fourth aspect of the present invention is, in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the second aspect or the third aspect described above, in the optical modeling step.
  • a configuration is adopted in which the light is irradiated to the vicinity of the interface by using the two-photon method.
  • the method for manufacturing the optical arithmetic device according to the fifth aspect of the present invention is the above-mentioned light by irradiating in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical arithmetic device according to the second aspect or the third aspect described above.
  • the light that cures the cured resin is used as the first light
  • the light that inhibits the curing of the photocured resin by irradiation is used as the second light
  • the first light is used as the interface in the photomolding step.
  • a configuration is adopted in which the second light is irradiated to at least the cavity adjacent to the cavity Ci while irradiating the vicinity.
  • the photocurable resin contained in the liquid material R i filled in the cavities other than the cavities C i is cured. It can be suppressed.
  • the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the sixth aspect of the present invention is, in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to any one of the first to fifth aspects described above.
  • the optical diffractive element adopts a configuration including a plurality of cells in which the thickness or the refractive index is set independently of each other.
  • An example of an optical diffractive element included in an optical arithmetic unit is an optical diffractive element including a plurality of cells whose thicknesses or refractive indexes are set independently of each other.
  • the method for manufacturing the optical calculation device according to the seventh aspect of the present invention is the last in addition to the configuration of the method for manufacturing the optical calculation device according to any one of the first to sixth aspects described above.
  • a configuration is adopted that further includes an optical conversion layer forming step of providing an optical conversion layer that converts infrared light into visible light in the subsequent stage of the bottom wall of the stage.
  • the light emitted from the optical arithmetic unit can be converted into visible light, and the emitted light is detected by using an image sensor for visible light. It is possible to provide an optical arithmetic unit that can be used.
  • infrared light is emitted in the rear stage of the bottom wall of the last stage.
  • a configuration is adopted that further includes a diffusion layer forming step of providing a diffusion layer that diffuses visible light.
  • the light conversion efficiency in the light conversion layer can be improved.
  • the light diffraction unit intermediate according to the ninth aspect of the present invention is a container provided with a cavity inside, and has a pair of bottom walls made of a translucent material and the cavity together with the pair of bottom walls. It is provided with a container provided with a side wall constituting the above, and a liquid material containing a photocurable resin filled in the cavity.
  • the user implements the method for manufacturing an optical arithmetic unit according to any one of the first to sixth aspects described above. It is possible to manufacture an optical arithmetic unit that makes it easy to maintain the relative positional relationship of the optical diffraction elements in the desired relationship.
  • the cavity communicates with the outside of the container in the container.
  • a configuration is adopted in which a flow path is provided, and a lid for sealing the flow path is further provided.
  • the liquid material containing the photocurable resin filled in the cavity it is easy to dispose of the liquid material containing the photocurable resin filled in the cavity to the outside of the cavity. Further, according to the above configuration, it is easy to replace the liquid material containing the photocurable resin with another liquid material (for example, a developing solution or oil). Therefore, the light diffractive element can be easily developed, washed, filled with oil, and the like. By appropriately selecting the refractive index of the oil, it is possible to adjust the difference in the refractive index that occurs at the interface between the light diffractive element and the cavity and the interface between the cavity and the bottom wall.
  • another liquid material for example, a developing solution or oil
  • the side wall has a translucent property.
  • the composition consisting of the material to have is adopted.
  • the side wall is made of a translucent material, it is possible to irradiate the cavity formed from the outside of the side wall to the inside of the side wall with light. Therefore, the optical diffraction unit intermediate according to the eleventh aspect can be suitably used when carrying out the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the fifth aspect described above.
  • An example of a translucent material is glass. Glass has a smaller coefficient of expansion than that of materials such as metal and resin. Therefore, when glass is used as the material having translucency, it is easy to keep the distance between adjacent light diffractive elements constant.
  • the optical arithmetic apparatus includes n side walls WS 1 to WS n (n is a natural number of 2 or more) and n + 1 bottom walls WB 1 to made of a translucent material.
  • the user can manufacture an optical arithmetic unit that can easily maintain the relative positional relationship of the optical diffraction elements in the desired relationship by using the optical arithmetic unit configured as described above.
  • the side wall WS i is made of a translucent material. Has been done.
  • the side wall is made of a translucent material, it is possible to irradiate the cavity formed from the outside of the side wall to the inside of the side wall with light. Therefore, the optical diffraction unit intermediate according to the thirteenth aspect can be suitably used when carrying out the method for manufacturing the optical arithmetic unit according to the fifth aspect described above.
  • An example of a translucent material is glass. Glass has a smaller coefficient of expansion than that of materials such as metal and resin. Therefore, when glass is used as the material having translucency, it is easy to keep the distance between adjacent light diffractive elements constant.
  • 111,21 Optical arithmetic unit 111,112,211,212 Optical diffraction unit 111a, 112a, 113a, 211a, 212a, 213a Bottom wall (bottom wall WB i ) 111b, 112b, 211b, 212b Side wall (side wall WS i ) 111c, 112c, 211c, 212c Optical diffractive elements C 1 , C 2 Cavity (Cavity C i )

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Abstract

平面状の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提供すること。光演算装置の製造方法は、底壁ＷＢｉ（底壁１１１ａ，１１２ａ）と、側壁ＷＳｉ（底壁１１１ｂ，１１２ｂ）とを少なくとも用いて空洞Ｃｉを含む容器を形成する容器形成工程（（ａ）及び（ｄ）参照）と、空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填する液材充填工程（（ｂ）及び（ｅ）参照）と、光を照射して底壁ＷＢｉ（底壁１１１ａ，１１２ａ）の一方の主面に光回折素子（１１１ｃ，１１２ｃ）を形成する光造形工程（（ｃ）及び（ｆ）参照）と、を含む。

Description

光演算装置の製造方法、光回折ユニット中間体、及び光演算装置
　本発明は、光回折素子を備えた光回折ユニットの製造に用いる光回折ユニット中間体に関する。また、本発明は、複数の光回折ユニットを備えた光演算装置の製造方法及びそのような光演算装置に関する。
　特許文献１には、入力光の光路上にレンズやフィルタなど複数の光学素子を並べて配置し、これらの光学素子を入力光に順に作用させる技術が開示されている。なお、光学素子の一例としては、微細な凹凸構造を有するものの、巨視的には２次元的にパターニングされ、且つ、典型的な厚さが数μｍである平面状の光回折素子が挙げられる。以下において、光回折素子とは、平面状の光回折素子のことを指す。これらの光回折素子は、透光性を有する基板（本願明細書の実施形態に記載の底壁に読み替えられる）の主面上に設けられている。以下において、光回折素子及び基板のことを光回折ユニットと称する。
国際公開第２０１３／０２７３４０号公報
　複数の光回折素子を並べて配置し、これらの光回折素子を入力光に順に作用させる光演算装置においては、これら複数の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重要である。なぜなら、光回折素子の相対的な位置関係が所期の関係からずれると、所期の作用を入力光に対して及ぼすことが困難になるからである。
　平面状の光回折素子の一例として、厚さ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光を相互に干渉させることによって、省スペースかつ低消費電力で予め定められた演算を光学的に実行するように設計された光回折素子が知られている。このような光回折素子が基板上に設けられた光回折ユニットを複数重ねることにより構成された光演算装置においては、光回折素子の相対的な位置関係のずれがｎｍオーダーであっても、所期の光演算を実行することが困難になり得る。
　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、平面状の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提供することを目的とする。
　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、ｎ個（ｎは、２以上の自然数）の側壁ＷＳ１～ＷＳｎ、及び、透光性を有する材料からなるｎ個の底壁ＷＢ１～ＷＢｎを備えた容器を用いて光演算装置を製造する製造方法であって、ｉ番目（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）の底壁ＷＢｉとｉ番目の側壁ＷＳｉとを少なくとも用いてｉ番目の空洞Ｃｉを含む容器を形成する容器形成工程と、空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填する液材充填工程と、底壁ＷＢｉと液材Ｒｉとの界面近傍に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させることにより底壁ＷＢｉの一方の主面に光回折素子を形成する光造形工程と、を含む。
　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ユニット中間体は、内部に空洞が設けられた容器であって、透光性を有する材料からなる一対の底壁と、当該一対の底壁とともに前記空洞を構成する側壁とを備えた容器と、前記空洞に充填された光硬化樹脂を含む液材と、を備えている。
　本発明の一態様によれば、平面状の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提供できる。
（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る製造方法を用いて製造可能な光演算装置の分解斜視図である。（ｃ）は、（ｂ）に示した光演算装置の一部の側面図である。 図１の（ａ）に示した光演算装置を構成する光回折素子の一例の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光演算装置の製造方法の各工程を示す模式図である。 図３に示した光演算装置の製造方法の変形例の各工程を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る光演算装置の製造方法の各工程を示す模式図である。 図３及び図４に示した光演算装置の製造方法の別の変形例の各工程を示す模式図である。
　〔光演算装置の構成〕
　本発明の一実施形態に係る光演算装置の製造方法について説明する前に、本発明の一実施形態に係る光演算装置の製造方法を用いて製造可能な光演算装置の例である光演算装置１１，２１について、図１及び図２を参照して説明する。図１の（ａ）及び（ｂ）は、光演算装置１１及び光演算装置２１の分解斜視図である。図１の（ｃ）は、光演算装置２１を構成する光回折ユニット２１１の側面図である。図２は、光演算装置１１を構成する光回折素子１１１ｃの斜視図である。なお、光演算装置１１，２１は、本発明の一実施形態である。
　図１に示すように、光演算装置１１は、ｎ個（ｎは、２以上の整数）の光回折ユニット１１１，・・・，１１ｎを備えている。同様に、光演算装置２１は、ｎ個の光回折ユニット２１１，・・・、２１ｎを備えている。本実施形態において、ｎ＝２である。ただし、ｎは、２に限定されるものではない。また、光回折ユニット１１１，１１２の各々を特に区別しない場合には、各光回折ユニットのことを光回折ユニット１１ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）とも呼び、光回折ユニット２１１，２１２の各々を特に区別しない場合には、各光回折ユニットのことを光回折ユニット２１ｉとも呼ぶ。
　光演算装置１１は、光回折ユニット１１１及び光回折ユニット１１２を、この順番で重ねることによって構成されており、光演算装置２１は、光回折ユニット２１１及び光回折ユニット２１２を、この順番で重ねることによって構成されている。以下では、光回折ユニット１１１に光回折ユニット１１２を重ねる方向、及び、光回折ユニット２１１に光回折ユニット２１２を重ねる方向を積層方向と呼ぶ。また、積層方向に直交する平面であって、光回折ユニット１１１，１１２の底壁１１１ａ～１１３ａの主面と平行な方向、及び、光回折ユニット２１１，２１２の底壁２１１ａ～２１３ａの主面と平行な方向を面内方向と呼ぶ。
　図１の（ａ）においては、積層方向のうち光回折ユニット１１１から光回折ユニット１１２に向かう方向をｚ軸正方向と定めている。また、図１においては、底壁１１１ａ～１１３ａの主面がｘｙ平面と平行になるように、且つ、ｘ軸及びｙ軸の各々がそれぞれ光回折素子１１ｉｃの各辺と平行になるように、直交座標系を定めている。図１の（ｂ）及び（ｃ）並びに図２に示す直交座標系も、図１の（ａ）に示した直交座標系と同様に定めている。
　なお、本実施形態において、光回折ユニット１１１と光回折ユニット１１２とは、同一に構成されている。また、本実施形態において、光回折ユニット２１１と光回折ユニット２１２とは、光回折ユニット２１１を構成するガラスブロックＧＢ１１と光回折ユニット２１２を構成するガラスブロックＧＢ１２とが同一に構成されている。ガラスブロックＧＢ１１のｚ軸正方向側にはガラスブロックＧＢ１２が重ねられているのに対し、ガラスブロックＧＢ１２のｚ軸正方向側には底壁２１３ａが重ねられている。
　＜光回折ユニットの構成＞
　図１の（ａ）に示すように、光回折ユニット１１ｉ（ｉ＝１，２）は、底壁１１ｉａと、底壁１１（ｉ＋１）ａと、側壁１１ｉｂと、光回折素子１１ｉｃとを備えている。
　（底壁）
　底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａの各々は、透光性を有する板状部材であり、同一に構成されている。図１の（ａ）に示した向きで光演算装置１１を配置した場合、底壁１１ｉａは、光回折ユニット１１ｉの下底を構成し、底壁１１（ｉ＋１）ａは、光回折ユニット１１ｉの上底を構成する。なお、底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａの各々は、それぞれ、底壁ＷＢｉ及び底壁ＷＢｉ＋１の一例である。
　本実施形態では、底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａを構成する透光性を有する材料として石英ガラスを採用している。ただし、この透光性を有する材料は、石英ガラスに限定されるものではなく、透光性を有するガラス又は樹脂のなかから適宜選択することができる。
　また、本実施形態において、光回折ユニット１１ｉは、主面の法線方向（例えばｚ軸正方向）からみた場合に、正方形となるように成形されている。以下において、光回折ユニット１１ｉを主面の法線方向からみることを「主面を平面視する」と表現する。
　（側壁）
　側壁１１ｉｂは、底壁１１ｉａと底壁１１（ｉ＋１）ａとの間に介在し、且つ、底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａの外縁を構成する四辺に沿って設けられた４つの直方体状のブロックにより構成されている。側壁１１ｉｂが内部の空間を四方から取り囲み、底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａが内部の空間を積層方向の両側から挟み込むことにより、光回折ユニット１１ｉの内部に空洞Ｃｉが形成される。また、底壁１１ｉａ、底壁１１（ｉ＋１）ａ、及び側壁１１ｉｂは、光回折ユニット１１ｉの容器を構成する。なお、側壁１１ｉｂは、側壁ＷＳｉの一例である。
　本実施形態では、側壁１１ｉｂを構成する材料として、石英ガラスを採用している。ただし、側壁１１ｉｂを構成する材料は、石英ガラスに限定されるものではなく、ガラス、セラミックス、金属、及び樹脂のなかから適宜選択できる。なお、側壁１１ｉｂを構成する材料は、ガラス及びセラミックスのように、金属及び樹脂よりもせん膨張係数が小さい材料であることが好ましい。石英ガラスは、このようにせん膨張係数が小さな材料の一例である。また、側壁１１ｉｂを構成する材料は、透光性を有する材料であることが好ましい。この構成によれば、第２の実施形態及び第３の実施形態に係る光演算装置の製造方法のように、光回折ユニット１１ｉの側方から空洞Ｃｉに阻害光を照射することができる（図４の（ｃ），（ｄ）及び図５の（ｆ）参照）。阻害光とは、照射することにより紫外線硬化樹脂の硬化を阻害する光のことを指す。ただし、図３に示す製造方法Ｍ１のように、２光子吸収法を用いて未硬化状態の紫外線硬化樹脂を硬化させる場合には、側壁１１ｉｂを構成する材料は、透光性をもたなくてもよい。
　なお、本実施形態では、底壁１１ｉａ及び底壁１１（ｉ＋１）ａの各々と、側壁１１ｉｂとを固定する固定手段として紫外線硬化樹脂（図１の（ａ）においては図示を省略）を採用している。ただし、この固定手段は、紫外線硬化樹脂に限定されず、適宜選択することができる。
　（流路）
　上述したように、側壁１１ｉｂは、４つの直方体状のブロックにより構成されており、各ブロックは、互いに離間した状態で配置されている。したがって、側壁１１ｉｂには、空洞Ｃｉと光回折ユニット１１ｉを構成する容器の外部とを連通する４つの流路１１ｉｄが設けられている。流路１１ｉｄの形状及びサイズは、適宜定めることができる。
　（光回折素子）
　光回折素子１１ｉｃは、底壁１１ｉａの一方の主面（本実施形態では、ｚ軸正方向側の主面）の有効領域に設けられた、平板状の光回折素子である。底壁１１ｉａの有効領域とは、底壁１１ｉａのうち側壁１１ｉｂが設けられていない領域を指す。光回折素子１１ｉｃは、底壁１１ｉａと同様に、透光性を有する材料により構成されている。本実施形態では、光回折素子１１ｉｃを構成する透光性を有する材料として、光硬化樹脂の一例である紫外線硬化樹脂を採用している。
　図２に示すように、光回折素子１１ｉｃは、ベース１１ｉｃｂと、底壁１１ｉａの有効領域内に厚さ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。本実施形態において、底壁１１ｉａの有効領域は、一辺１．０ｍｍの正方形であり、マトリックス状に配置された１０００×１０００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、ベース１１ｉｃｂ上に形成された、１辺１μｍの底辺を有するピラーにより構成されている。ベース１１ｉｃｂは、各マイクロセルと同じ紫外線硬化樹脂により構成されている。ベース１１ｉｃｂの厚さは、例えば１００μｍであるが、これに限定されない。ベース１１ｉｃｂは、後述する光造形工程Ｓ１３において、光回折素子１１ｉｃを光造形する場合に、各マイクロセルに先だって光造形することができる。なお、図２においては、説明の便宜上、光回折素子１１ｉｃにおいてベース１１ｉｃｂと各マイクロセルとを分解して図示しているに過ぎない。ベース１１ｉｃｂと各マイクロセルとは、後述する光造形工程Ｓ１３において、一体化された光回折素子１１ｉｃとして光造形されるものである。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の屈折率が所期の屈折率になるように決められている。
　なお、本実施形態において、光回折素子１１ｉｃにおけるピラーのサイズは１μｍであるが、これに限定されない。すなわち、光回折素子１１ｉｃのピラーのサイズは、１０μｍ未満であれば良い。また、光回折素子１１ｉｃのセル数及び有効領域サイズも任意である。
　光演算装置１１は、各マイクロセルを透過した光（主に可視光を想定）を相互に干渉させることによって、予め定められた光演算を実行するように設計されたものである。このような光回折素子１１ｉｃを並べてＮ回の光演算を順次実行する場合、光回折素子１１１ｃ及び１１２ｃの相対的な位置関係を所期の関係に保つことが重要になる。
　なお、本明細書において「マイクロセル」とは、サイズがマイクロメートルオーダー以下、すなわち、例えば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。マイクロセルのサイズの下限は、特に限定されないが、例えば、１ｎｍである。
　＜変形例＞
　光演算装置２１は、光演算装置１１の一変形例であり、光回折ユニット２１ｉは、光回折ユニット１１ｉの一変形例である。本変形例では、光回折ユニット１１ｉと光回折ユニット２１ｉとの対応関係について説明したうえで、光回折ユニット２１ｉの構成のうち光回折ユニット１１ｉの構成と異なる構成についてのみ説明する。
　図１の（ｂ）に示すように、光回折ユニット２１ｉ（ｉ＝１，２）は、底壁２１ｉａと、底壁２１（ｉ＋１）ａと、側壁２１ｉｂと、光回折素子２１ｉｃとを備えている。光回折ユニット２１ｉの底壁２１ｉａ、底壁２１（ｉ＋１）ａ、側壁２１ｉｂ、及び光回折素子２１ｉｃの各々は、それぞれ、光回折ユニット１１ｉの底壁１１ｉａ、底壁１１（ｉ＋１）ａ、側壁１１ｉｂ、及び光回折素子１１ｉｃに対応している。なお、光回折ユニット２１ｉの底壁２１３ａ及び光回折素子２１ｉｃの各々は、それぞれ、光回折ユニット１１ｉの底壁１１３ａ及び光回折素子１１ｉｃと同一であるため、ここではその説明を省略する。
　光回折ユニット２１ｉの底壁２１ｉａ及び側壁２１ｉｂは、平面視した場合の形状が正方形である直方体状のガラスからなるガラスブロックＧＢ１ｉを加工することによって形成される。具体的には、ガラスブロックＧＢ１ｉの中央近傍において、ガラスブロックＧＢ１ｉの一方の主面（本実施形態においてはｚ軸正方向側の主面）からガラスブロックＧＢ１ｉの内部に向かって直方体状の空洞Ｃｉを形成することによって、底壁２１ｉａ及び側壁２１ｉｂが形成される（図１の（ｂ）及び（ｃ）参照）。なお、底壁２１ｉａ及び底壁２１（ｉ＋１）ａの各々は、それぞれ、底壁ＷＢｉ及び底壁ＷＢｉ＋１の一例である。また、側壁２１ｉｂは、側壁ＷＳｉの一例である。
　本実施形態においては、ガラスブロックＧＢ１ｉのうち、（１）他方の主面（本実施形態ではｚ軸負方向側の主面）を含み、空洞Ｃｉが形成されていない平板状の領域が底壁２１ｉａであり、（２）一方の主面を含み、空洞Ｃｉを側方から取り囲む枠状の領域が側壁２１ｉｂである。また、ガラスブロックＧＢ１ｉの主面をｚ軸正方向側から平面視した場合に、底壁２１ｉａのうち側壁２１ｉｂにより覆われていない領域であって、空洞Ｃｉから露出している領域が光回折ユニット２１ｉの有効領域である。
　図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、光回折ユニット２１ｉの空洞Ｃｉは、側壁２１ｉｂにより側方を四方から取り囲まれており、且つ、ガラスブロックＧＢ１ｉの底壁２１ｉａとガラスブロックＧＢ１（ｉ＋１）の底壁２１（ｉ＋１）ａとにより積層方向の両側から挟み込まれている。したがって、底壁２１ｉａ、底壁２１（ｉ＋１）ａ、及び側壁２１ｉｂは、光回折ユニット１１ｉの容器を構成する。なお、光回折ユニット２１ｉのうちｉ＝ｎである光回折ユニット２１ｎにおいて、空洞Ｃnは、ガラスブロックＧＢ１ｉの底壁２１ｉａと、底壁２１３ａとにより挟み込まれている（図１の（ｂ）参照）。
　光回折ユニット２１ｉにおいては、ガラスブロックＧＢ１ｉの一方の主面（すなわち、側壁２１ｉｂのｚ軸正方向側の表面）に、空洞Ｃｉと光回折ユニット２１ｉを構成する容器の外部とを連通する４つの溝である流路２１ｉｄが設けられている。流路２１ｉｄは、光回折ユニット１１ｉの流路１１ｉｄに対応する。
　なお、本変形例において、側壁２１ｉｂと底壁２１（ｉ＋１）ａとを固定する固定手段として紫外線硬化樹脂（図１の（ｂ）においては図示を省略）を採用している。ただし、この固定手段は、紫外線硬化樹脂に限定されず、適宜選択することができる。
　〔第１の実施形態〕
　本発明の第１の実施形態に係る光演算装置の製造方法Ｍ１について、図３を参照して説明する。図３は、製造方法Ｍ１の各工程を示す模式図である。なお、本実施形態では、光演算装置１１を製造する場合を例にして製造方法Ｍ１について説明する。ただし、製造方法Ｍ１を用いて製造する装置は、光演算装置１１に限定されるものではない。製造方法Ｍ１を用いて、例えば、光演算装置２１を製造することもできる。
　図３に示すように、製造方法Ｍ１は、容器形成工程Ｓ１１と、液材充填工程Ｓ１２と、光造形工程Ｓ１３と、現像工程Ｓ１４と、封止工程Ｓ１５とを含んでいる。
　＜容器形成工程＞
　容器形成工程Ｓ１１は、内部にｎ個（ｎは、２以上の正の整数）の空洞Ｃｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）が重なって設けられた容器を形成する工程である（図３の（ａ）参照）。この容器は、図１の（ａ）に示した光演算装置１１の容器であり、透光性を有する材料からなるｎ＋１個の底壁１１１ａ～底壁１１（ｉ＋１）ａと、ｎ個の側壁１１ｉｂとを備えている。本実施形態では、ｎ＝２である光演算装置１１を用いて説明する。ただし、ｎは、２に限定されるものではなく、適宜定めることができる。なお、底壁１１ｉａ及び側壁１１ｉｂの各々は、それぞれ、底壁ＷＢｉ及びＷＳｉの一例である。
　本実施形態では、図３の（ａ）に示すように、底壁１１１ａ、側壁１１１ｂ、底壁１１２ａ、側壁１１２ｂ、及び底壁１１３ａを重ねたうえで、隣接する部材同士を紫外線硬化樹脂により固定する。
　なお、光演算装置１１ではなく光演算装置２１を製造する場合、ガラスブロックＧＢ１ｉにエッチングを施すことにより空洞Ｃｉ及び流路２１ｉｄを設けたうえで、ガラスブロックＧＢ１ｉを重ねることによって内部にｎ個の空洞Ｃｉが重なって設けられた容器を形成することができる。
　＜液材充填工程＞
　液材充填工程Ｓ１２は、各空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填する工程である（図３の（ｂ）参照）。図３の（ｂ）では、各空洞Ｃｉに液材Ｒｉを充填したうえで、蓋１１ｉｅを用いて流路１１ｉｄを封止した状態の光演算装置の中間体を図示している。本実施形態では、光硬化樹脂として紫外線硬化樹脂を採用している。紫外線硬化樹脂は、光硬化樹脂の一態様であり、紫外線を照射することによって光重合反応が促進され、硬化する。なお、液材充填工程Ｓ１２を実施することにより製造された光演算装置の中間体は、本発明の一態様である。
　本実施形態においては、蓋１１ｉｅとして、シリコーン樹脂により構成された環状のバンドを採用している。このバンドの幅は、側壁１１ｉｂの厚さ（ｚ軸方向に沿った長さ）を上回り、光回折ユニット１１ｉの厚さを下回るように構成されている。ただし、蓋１１ｉｅは、シリコーン樹脂のように伸縮性を有する樹脂製のバンドに限定されるものではない。例えば、蓋１１ｉｅは、流路１１ｉｄの開口の形状にあわせて成型された柱状の栓であってもよい。また、光演算装置の中間体は、蓋１１ｉｅを流路１１ｉｄに押しつけるための治具を更に備えていてもよい。
　＜光造形工程＞
　光造形工程Ｓ１３は、底壁１１ｉａの有効領域と液材Ｒｉとの界面近傍に光Ｌ１を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることにより底壁１１ｉａの一方の主面に光回折素子１１ｉｃを光造形する工程である（図３の（ｃ）及び（ｄ）参照）。光造形工程Ｓ１３においては、ｉが１≦ｉ≦ｎを満たす場合に底壁１１ｉａの一方の主面に光回折素子１１ｉｃを繰り返し造形する。図３の（ｃ）及び（ｄ）の各々は、それぞれ、ｉ＝１及びｉ＝２の場合を図示している。したがって、各空洞Ｃｉには、それぞれ、光回折素子１１ｉｃが光造形される。なお、図２に示すように、光回折素子１１ｉｃは、ベース１１ｉｃｂと、各ピラーとにより構成されている。光造形工程Ｓ１３においては、ベース１１ｉｃｂと、各ピラーとを一体化された単一の光造形物として光造形する。
　光造形工程Ｓ１３においては、有効領域において、各ピラーに対応する所定の領域ごとに、所定の光強度及びパルス幅の光Ｌ１を所定の回数照射することによって、光回折素子１１ｉｃ（図２参照）を形成する。
　光造形工程Ｓ１３においては、底壁１１ｉａと液材Ｒｉとの界面近傍に光Ｌ１を照射する場合に２光子吸収法を用いて、未硬化状態の紫外線硬化樹脂を硬化させる。光Ｌ１は、照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させる光の一例である。本実施形態では、紫外線硬化樹脂として、ラジカル重合型であり、且つ、吸収帯が水銀ランプのｉ線（波長が３６５ｎｍ）に対応する紫外線硬化樹脂を採用している。この紫外線硬化樹脂を硬化させるためのドーズ量は、５００ｍＪ／ｃｍ２以上１５００ｍＪ／ｃｍ２以下である。
　また、本実施形態では、光Ｌ１を出射するためのレーザとして、モード同期Ｔｉサファイヤフェムト秒レーザを採用している。このモード同期Ｔｉサファイヤフェムト秒レーザは、波長が７３０ｎｍ（エネルギーが１．７０ｅＶ）であり、パルス幅が１００フェムト秒であり、パワーが３ｍＷ以上１０ｍＷ以下の光Ｌ１を出射する。また、本実施形態においては、光重合反応が起こる領域の直径が８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下になるように光学系を定めている。このような２つの光Ｌ１を２方向から１箇所に照射することによって、ドーズ量を満たす光Ｌ１を紫外線硬化樹脂の特定の領域に照射することができ、紫外線硬化樹脂を光重合反応により硬化させることができる。なお、２光子吸収法については、後述する。
　このような２つの光Ｌ１を同一の照射点に同期して照射することによって、当該照射点のうち狭い範囲内では、非線形光学効果の１つである２光子吸収現象が生じるので光重合反応が進み、この狭い範囲内に位置する紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。また、この狭い範囲外においては２光子吸収が生じないため、光重合反応は進まず、この狭い範囲外に位置する紫外線硬化樹脂が硬化することはない。したがって、２光子吸収法を用いることによって、空洞Ｃｉごとに底壁１１ｉａの有効領域に繰り返し光Ｌ１を照射しても、光回折素子１１ｉｃ以外の領域における紫外線硬化樹脂の意図しない硬化を防ぐことができる。
　この狭い範囲の径は、光Ｌ１のビームウェスト径及びエネルギーにも依存して変化するが、例えば１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。したがって、光造形工程Ｓ１３において２光子吸収法を用いることによって、光回折素子１１ｉｃのピラーにおける１辺のサイズをより小さくすることができる。
　また、光造形工程Ｓ１３によれば、各光回折素子１１ｉｃは、ベース１１ｉｃｂとマイクロセルとが同じ紫外線硬化樹脂を用いて形成される。そのため、マイクロセルがベース１１ｉｃｂとは異なる材料で形成された場合に比べ、マイクロセルとベース１１ｉｃｂとの間の結合強度が増加する。例えば、ガラス製のベース１１ｉｃｂの上に紫外線硬化樹脂のマイクロセルを形成した場合、未硬化の光硬化樹脂を洗浄する際などに、マイクロセルがベース１１ｉｃｂから剥離する場合がある。それに比べて、両者が同じ材料で一体的に形成される本実施形態においては、マイクロセルとベース１１ｉｃｂとの結合力が強く、マイクロセルがベース１１ｉｃｂからより剥離しにくいという効果が得られる。
　ベース１１ｉｃｂから剥離するマイクロセルが多くなると、回折された光の性質が変わり、演算精度が低下する虞がある。しかし、光造形工程Ｓ１３により製造された光回折素子１１ｉｃでは、マイクロセルがベース１１ｉｃｂから剥離しにくいため、そのような虞をより低減することができる。
　なお、光造形工程Ｓ１３において採用する紫外線硬化樹脂は、ウレタンアクリレート系樹脂やアクリレート系樹脂などであってもよい。
　（２光子吸収法について）
　２光子吸収造形法（単に２光子吸収法とも称する）は、２光子吸収現象を光造形に応用したものである。２光子吸収現象は、光の持つ波動性と粒子性のうち、粒子性が持つ特徴で、非線形光学効果の一種である。１光子吸収現象では、紫外線硬化樹脂が１つのフォトンを吸収して基底状態から励起状態に遷移する。一方、２光子吸収現象では、紫外線硬化樹脂が同時に２つのフォトンを吸収して遷移する。光造形は、樹脂と光の相互作用を利用した手法である。
　２光子吸収法の特徴としては、以下の３つが挙げられる。
（１）１光子吸収では反応しない波長帯の光を、紫外線硬化樹脂を硬化させる光として使用できること。
（２）２光子吸収現象が発現する確率は、光Ｌ１の光強度の２乗に比例すること。
（３）２光子吸収現象に起因する光重合反応が微小な領域でピンポイントに起こること。
　上記（１）の特徴は、一般に紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化樹脂を、紫外線の約２倍の波長帯の光を使って硬化できることを意味する。例えば、赤外線を使って紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。
　上記（２）の特徴に起因して、２光子吸収法においては、２光子吸収現象が発現する確率を高めるために光Ｌ１の光強度を高めることが有効である。そのために、光Ｌ１として、長短パルスなレーザ光を用いることが有効である。これにより、光Ｌ１のピークパワーの尖頭値を上げることができる。
　また、光Ｌ１の光強度を高めるためには、集光径を絞りエネルギー密度を上げることも重要である。集光径を絞ることによって、上記（３）に示したように、光重合反応が起こる領域を微小な領域に限定することができる。
　なお、光Ｌ１の光路のうち最終段に設けられたレンズであって、光Ｌ１の集光系を絞るレンズと、当該レンズに近接する底壁（図３の（ｃ）においては、底壁１１１ａ又は底壁１１３ａ）との間には、屈折率が適宜調整された透光性を有する液材（例えばオイル）が充填されていてもよい。この構成によれば、レンズの開口数を挙げることができる。
　（２光子吸収法で用いる材料）
　上述したように、２光子吸収法では、紫外線硬化樹脂の１光子吸収に対応する波長領域よりも長い波長を有する光Ｌ１を用いればよい。そのため、光Ｌ１を出射するレーザとして、可視領域の短パルスレーザ（フェムト秒レーザなど）と比較して安価な近赤外領域の短パルスレーザ（フェムト秒レーザなど）を用いることができる。紫外線硬化樹脂は、赤外領域に吸収帯をもたない。そのため、光Ｌ１は、紫外線硬化樹脂による吸収及び散乱をあまり受けずに紫外線硬化樹脂の内部まで透過することができる。さらに、２光子吸収現象は、微小な領域においてピンポイントで発現するため、光造形における空間分解能を高めることができる。
　このような特徴から、２光子吸収法において使用される光硬化樹脂としては、市販されている紫外線硬化樹脂を採用可能である。
　なお、２光子吸収法において使用される光硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂に限定されるものではない。たとえば、２光子吸収現象が発現する際のエネルギーの観点から、２光子吸収現象に対してより感度の良い分子構造の樹脂が開発されている。ただし、光硬化樹脂における光重合反応に必要なエネルギー及びドーズ量の条件を満たす光Ｌ１を用いさえすれば、２光子吸収法において紫外線硬化樹脂を用いることができる。
　光硬化樹脂は、モノマー、その集合体であるオリゴマー、及び光重合開始剤を含む。保管時等の意図しない光重合反応を抑制するために、光硬化樹脂には、反応抑制剤が更に添加されていてもよい。光硬化樹脂においては、光重合開始剤の種類によって吸収波長を選択することができる。光硬化樹脂のうち紫外線を吸収するものは、紫外線硬化樹脂と呼ばれる。光硬化樹脂は、硬化の反応機構によってラジカル重合型とカチオン重合型に大別される。
　ラジカル重合型の光硬化樹脂においては、光Ｌ１の吸収により光重合開始剤からラジカルが発生し、このラジカルがモノマーに働いて連鎖的に重合する。停止側の反応としては、反応抑制剤の存在や、樹脂中の酸素などがある。ラジカル重合型の光硬化樹脂は、選択肢が豊富である、反応速度が早い、といった傾向を有する。ラジカル重合型の光硬化樹脂には、オリゴマーで分類すると、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、エステルアクリレート系などが含まれる。
　カチオン重合型の光硬化樹脂においては、光Ｌ１の吸収により光重合開始剤が酸を発生し、ビニルモノマーや環状エーテルなどがカチオン重合を開始する。停止側の反応としては、不純物として存在する塩基性物質により反応が停止する。カチオン重合型の光硬化樹脂のメリットとして、空気中において完全硬化することや、保存時の安定性が高いことや、光造形物における収縮性が低いことなどが挙げられる。カチオン重合型の光硬化樹脂には、オリゴマーで分類すると、アクリレート系、エポキシ系、ビニルエーテル系などが含まれる。
　なお、製造方法Ｍ１において用いられる光硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂に限定されず、適宜選択することができる。
　＜現像工程＞
　現像工程Ｓ１４は、光造形工程Ｓ１３により光造形された各光回折素子１１ｉｃを現像する工程である（図３の（ｅ）参照）。現像工程Ｓ１４においては、各蓋１１ｉｅを取り外し、各空洞Ｃｉに充填されていた紫外線硬化樹脂を含む液材Ｒｉを廃棄する。その後、各空洞Ｃｉに現像液Ｄｉを充填したうえで、蓋１１ｉｅを用いて流路１１ｉｄを封止し、所定のプロセスにより各光回折素子１１ｉｃを現像する。なお、製造方法Ｍ１は、現像工程Ｓ１４のあとに実施する洗浄工程であって、現像された各光回折素子１１ｉｃを洗浄する洗浄工程を更に含んでいてもよい。
　＜封止工程＞
　封止工程Ｓ１５は、各空洞ＣｉにオイルＯｉを充填したうえで、流路１１ｉｄを封止する工程である。封止工程Ｓ１５を実施することにより、光演算装置１１が完成する。本実施形態においては、流路１１ｉｄに硬化してない状態のエポキシ樹脂を注入したうえで、当該エポキシ樹脂を硬化させることによって流路１１ｉｄを封止している。ただし、流路１１ｉｄを封止する封止手段は、エポキシ樹脂に限定されるものではない。
　封止工程Ｓ１５を実施することにより、（１）各空洞Ｃｉへの異物（水分を含む）の侵入を困難にし、（２）各光回折素子１１ｉｃの振動を抑制し、（３）各光回折素子１１ｉｃの経年劣化（例えば酸化）を抑制することができる。また、このオイルＯｉの屈折率が１よりも大きく、且つ、各光回折素子１１ｉｃの屈折率よりも小さい場合、更に、（４）各光回折素子１１ｉｃと空洞Ｃｉとの界面において生じ得る反射を低減することができる。
　なお、封止工程Ｓ１５においては、オイルＯｉの代わりに、オイルＯｉと同程度の屈折率を有する液体又は固体を各空洞Ｃｉに充填しても、オイルＯｉを充填した場合と同様の効果が得られる。また、オイルＯｉの代わりに、酸素ガスや窒素ガスなどの気体を封入してもよい。なお、単に筒体１２の内部を空気で満たす場合には、封止工程Ｓ１５を省略してもよい。
　〔変形例〕
　製造方法Ｍ１の一変形例である製造方法Ｍ１Ａについて、図４を参照して説明する。図４は、製造方法Ｍ１Ａの各工程を示す模式図である。なお、本変形例でも、光演算装置１１を製造する場合を例にして製造方法Ｍ１Ａについて説明する。
　図４に示すように、製造方法Ｍ１Ａは、容器形成工程Ｓ１１Ａと、液材充填工程Ｓ１２Ａと、光造形工程Ｓ１３Ａと、現像工程Ｓ１４Ａと、封止工程Ｓ１５Ａとを含んでいる。容器形成工程Ｓ１１Ａ、液材充填工程Ｓ１２Ａ、現像工程Ｓ１４Ａ、及び封止工程Ｓ１５Ａの各々は、それぞれ、製造方法Ｍ１に含まれている容器形成工程Ｓ１１、液材充填工程Ｓ１２、現像工程Ｓ１４、及び封止工程Ｓ１５と同じ工程である。したがって、本変形例では、これらの工程についての説明を省略し、光造形工程Ｓ１３Ａについて説明する。
　＜光造形工程＞
　製造方法Ｍ１の光造形工程Ｓ１３においては、光回折素子１１ｉｃ以外の領域における紫外線硬化樹脂の意図しない硬化を防ぐために、２光子吸収法を採用していた。一方、本変形例の光造形工程Ｓ１３Ａにおいては、この意図しない硬化を防ぐために、光Ｌ１Ａと光Ｌ２Ａとを併用する。光Ｌ１Ａは、照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させる光の一例であり、第１の光の一例でもある。光Ｌ２Ａは、照射することにより紫外線硬化樹脂の硬化を阻害する光の一例であり、第２の光の一例でもある。
　光造形工程Ｓ１３Ａにおいては、底壁１１ｉａの有効領域と液材Ｒｉとの界面近傍に光Ｌ１Ａを照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることにより底壁１１ｉａの一方の主面に光回折素子１１ｉｃを光造形する（図４の（ｃ）及び（ｄ）参照）。光造形工程Ｓ１３Ａにおいては、ｉが１≦ｉ≦ｎを満たす場合に底壁１１ｉａの一方の主面に光回折素子１１ｉｃを繰り返し造形する。図４の（ｃ）及び（ｄ）の各々は、それぞれ、ｉ＝１及びｉ＝２の場合を図示している。
　ここで、光造形工程Ｓ１３Ａにおいては、光Ｌ１Ａとは別に、空洞Ｃｉに隣接し、且つ、光Ｌ１Ａが入射する空洞（図４の（ｃ）の場合であれば空洞Ｃ２であり、図４の（ｄ）の場合であれば空洞Ｃ１）に光Ｌ２Ａを照射する。なお、本発明の一態様において、少なくとも、光回折素子１１ｉｃが光造形される空洞Ｃｉに隣接する空洞に光Ｌ２Ａを照射すればよい。例えば、ｎ＝５の光演算装置１１を製造する製造方法Ｍ１Ａにおいて、ｉ＝３である場合、少なくとも空洞Ｃ２，Ｃ４に光Ｌ２Ａを照射すればよく、空洞Ｃ３以外の空洞の全てである空洞Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５に光Ｌ２Ａを照射してもよい。
　本変形例では、紫外線硬化樹脂として、ラジカル重合型であり、且つ、吸収帯が水銀ランプのｉ線（波長が３６５ｎｍ）に対応する紫外線硬化樹脂を採用している。この紫外線硬化樹脂を硬化させるためのドーズ量は、５００ｍＪ／ｃｍ２以上１５００ｍＪ／ｃｍ２以下である。なお、本変形例で用いる光硬化樹脂は、上述した２光子吸収法の場合と同様に、紫外線硬化樹脂に限定されるものではない。また、本変形例では、２光子吸収法において説明した紫外線硬化樹脂と同様の紫外線硬化樹脂を用いることができる。ただし、本変形例において用いる紫外線硬化樹脂には、光重合開始材に加えて反応抑制剤が添加されている。
　また、本変形例では、光Ｌ１Ａ及び光Ｌ２Ａの各々を出射するためのレーザとして、それぞれ、連続発振タイプである半導体レーザを採用している。一方の半導体レーザは、波長が４７３ｎｍ（エネルギーが２．６２ｅＶ）であり、パワーが３ｍＷ以上１０ｍＷ以下の光Ｌ１Ａを出射する。他方のレーザは、波長が３７５ｎｍである光Ｌ２Ａを出射する。ただし、光Ｌ１Ａ及び光Ｌ２Ａの各々を出射するための光源は、コヒーレントな光を出射するレーザに限定されるものではなく、インコヒーレントな光を出射するＬＥＤであってもよい。また、本変形例においては、光重合反応が起こる領域の直径がおよそ１μｍになるように光学系を定めている。
　　光Ｌ１Ａを照射された光重合開始材は、ラジカルを生成する。このラジカルがモノマーに働くことによって光重合反応が促進される。一方、光Ｌ２Ａを照射された反応抑制剤は、光重合反応を抑制するラジカルを生成する。このラジカルがモノマー及びオリゴマーに働くことによって光重合反応が阻害される（光重合反応により形成された炭素－炭素間結合が分解される）。そのため、光回折素子１１ｉｃを光造形したい空洞Ｃｉにおいて底壁１１ｉａの有効領域と液材Ｒｉとの界面近傍に光Ｌ１Ａを照射しつつ、空洞Ｃｉ以外の空洞に光Ｌ２Ａを照射することによって、光回折素子１１ｉｃ以外の領域における紫外線硬化樹脂の意図しない硬化を防ぐことができる。
　〔第２の実施形態〕
　本発明の第２の実施形態に係る光演算装置の製造方法Ｍ２について、図５を参照して説明する。図５は、製造方法Ｍ２の各工程を示す模式図である。なお、本実施形態でも、光演算装置１１を製造する場合を例にして製造方法Ｍ２について説明する。
　図５に示すように、製造方法Ｍ２は、容器形成工程Ｓ２１と、液材充填工程Ｓ２２と、光造形工程Ｓ２３と、現像工程Ｓ２４と、封止工程Ｓ２５とを含んでいる。現像工程Ｓ２４及び封止工程Ｓ２５の各々は、それぞれ、製造方法Ｍ１に含まれている現像工程Ｓ１４及び封止工程Ｓ１５と同じ工程である。したがって、本実施形態では、これらの工程についての説明を省略し、容器形成工程Ｓ２１、液材充填工程Ｓ２２、及び光造形工程Ｓ２３について説明する。なお、製造方法Ｍ２においては、ｉが１≦ｉ≦ｎを満たす間は、空洞Ｃｉごとに、容器形成工程Ｓ２１、液材充填工程Ｓ２２、及び光造形工程Ｓ２３をこの順番で繰り返す。図５の（ａ）～（ｃ）の各々は、それぞれ、ｉ＝１である場合の容器形成工程Ｓ２１、液材充填工程Ｓ２２、及び光造形工程Ｓ２３について説明する模式図であり、図５の（ｄ）～（ｆ）の各々は、それぞれ、ｉ＝２である場合の容器形成工程Ｓ２１、液材充填工程Ｓ２２、及び光造形工程Ｓ２３について説明する模式図である。
　＜容器形成工程＞
　容器形成工程Ｓ２１は、透光性を有する材料からなるｉ番目（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数であり、ｎは、２以上の整数）の底壁１１ｉａと、ｉ番目の側壁１１ｉｂとを少なくとも用いてｉ番目の空洞Ｃｉを含む容器を形成する工程である。本実施形態では、ｎ＝２である光演算装置１１を用いて説明する。ただし、ｎは、２に限定されるものではなく、適宜定めることができる。なお、底壁１１ｉａ及び側壁１１ｉｂの各々は、それぞれ、底壁ＷＢｉ及びＷＳｉの一例である。
　本実施形態では、ｉ＝１の場合、図５の（ａ）に示すように、底壁１１１ａ、側壁１１１ｂ、及び底壁１１２ａを重ねたうえで、隣接する部材同士を紫外線硬化樹脂により固定する。
　また、本実施形態では、ｉ＝２の場合、図５の（ｄ）に示すように、底壁１１２ａの上に側壁１１２ｂ及び底壁１１３ａを重ねたうえで、隣接する部材同士を紫外線硬化樹脂により固定する。
　なお、光演算装置１１ではなく光演算装置２１を製造する場合、ガラスブロックＧＢ１ｉにエッチングを施すことにより空洞Ｃｉ及び流路２１ｉｄを設けることによって内部に空洞Ｃｉが設けられた容器を形成することができる。
　＜液材充填工程＞
　液材充填工程Ｓ２２は、製造方法Ｍ１の液材充填工程Ｓ１２と同様に、空洞Ｃｉに光硬化樹脂（本実施形態においては紫外線硬化樹脂）を含む液材Ｒｉを充填する工程である。なお、本実施形態においては、空洞Ｃｉを含む容器を形成するごとに、当該空洞Ｃｉに液材Ｒｉを充填するために液材充填工程Ｓ２２を繰り返し実施する（図５の（ｂ）及び（ｅ）参照）。
　図５の（ｂ）では、空洞Ｃ１に液材Ｒ１を充填したうえで、蓋１１１ｅを用いて流路１１１ｄを封止した状態の光回折ユニットの中間体を図示している。この光回折ユニットの中間体は、本発明の一態様である。この光回折ユニットを入手したユーザは、任意の段数の光回折ユニットが重なってなる光演算装置１１を製造することができる。
　＜光造形工程＞
　製造方法Ｍ１Ａの光造形工程Ｓ１３の場合と同様に、本実施形態の光造形工程Ｓ２３においては、上述した意図しない硬化を防ぐために、光Ｌ１Ａと光Ｌ２Ａとを併用する。光Ｌ１Ａは、照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させる光の一例であり、第１の光の一例でもある。光Ｌ２Ａは、照射することにより紫外線硬化樹脂の硬化を阻害する光の一例であり、第２の光の一例でもある。
　光造形工程Ｓ２３は、光造形工程Ｓ１３Ａと同様に、底壁１１ｉａの有効領域と液材Ｒｉとの界面近傍に光Ｌ１Ａを照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることにより底壁１１ｉａの一方の主面に光回折素子１１ｉｃを光造形する工程である（図５の（ｃ）及び（ｆ）参照）。図５の（ｃ）及び（ｆ）の各々は、それぞれ、ｉ＝１及びｉ＝２の場合を図示している。
　ここで、光造形工程Ｓ２３においては、光造形工程Ｓ１３Ａと同様に、光Ｌ１Ａとは別に、空洞Ｃｉ以外の空洞に光Ｌ２Ａを照射する。具体的には、図５の（ｆ）に示すように、ｉ＝２である場合、空洞Ｃ１に光Ｌ２Ａを照射する。ただし、図５の（ｃ）に示すように、ｉ＝１である場合、空洞Ｃ１以外の空洞が容器内には含まれていないため、光Ｌ１Ａのみを底壁１１ｉａの有効領域と液材Ｒｉとの界面近傍に照射する。
　本実施形態において採用している紫外線硬化樹脂、光Ｌ１Ａ、及び光Ｌ２Ａは、図４に示した製造方法Ｍ１Ａにおいて採用している紫外線硬化樹脂、光Ｌ１Ａ、及び光Ｌ２Ａと同じである。
　なお、本実施形態の光造形工程Ｓ２３においては、光造形工程Ｓ１３Ａと同様に、光Ｌ１Ａ及び光Ｌ２Ａを用いて光回折素子１１ｉｃを光造形している。ただし、本実施形態の光造形工程Ｓ２３においても、図３に示した光造形工程Ｓ１３の場合と同様に、２光子吸収法を用いて光回折素子１１ｉｃを光造形することもできる。
　〔製造方法の変形例〕
　図３に示した製造方法Ｍ１、図４に示した製造方法Ｍ１Ａ、及び、図５に示した製造方法Ｍ２の各々は、何れも、図６に示す粗化工程Ｓ３６、成膜工程Ｓ３７、及び載置工程Ｓ３８を更に含んでいてもよい。図６の（ａ）～（ｃ）は、粗化工程Ｓ３６、成膜工程Ｓ３７、及び載置工程Ｓ３８の各々を示す模式図である。粗化工程Ｓ３６、成膜工程Ｓ３７、及び載置工程Ｓ３８は、封止工程Ｓ１５，Ｓ１５Ａ，Ｓ２５の何れかの後に実施する工程である。
　粗化工程Ｓ３６は、拡散層１１５を形成するための工程である。本変形例においては、石英ガラス製の板状部材の一方の主面を粗化することによって拡散層１１５を形成する（図６の（ａ）参照）。本実施形態では、サンドブラストを用いて一方の主面を粗化し、拡散層１１５を得る。図６においては、板状部材の一方の主面に設けられた拡散層１１５を、太い実線で示している。なお、石英ガラス製の板状部材の一方の主面を粗化する方法は、サンドブラストに限定されず、サンドブラスト以外の機械的方法であってもよいし、腐食液を塗布する化学的方法であってもよい。
　成膜工程Ｓ３７は、板状部材に形成された拡散層１１５の表面に、光変換層１１４を成膜する工程である。光変換層１１４を成膜する方法は限定されないが、例えば、スパッタリングを用いることができる。なお、光変換層１１４を構成する材料については後述する。
　載置工程Ｓ３８は、粗化工程Ｓ３６及び成膜工程Ｓ３７において製造しておいた光変換層１１４及び拡散層１１５が形成された板状部材を、光演算装置１１の底壁１１３ａの一方の主面の有効領域に載置するとともに固定する工程である。底壁１１３ａの一方の主面は、図１に示す直交座標系におけるｚ軸正方向側の主面であり、図６の（ｃ）においては上側の主面である。本変形例においては、底壁１１３ａの後段に光変換層１１４が設けられ、光変換層１１４の後段に拡散層１１５が設けられる向きで、板状部材を載置する。なお、底壁１１３ａに板状部材を固定する手段は限定されないが、例えば、紫外線硬化樹脂などを用いることができる。
　粗化工程Ｓ３６、成膜工程Ｓ３７、及び載置工程Ｓ３８を実施することによって、光演算装置１１の底壁１１３ａの一方の主面には、光変換層１１４と、拡散層１１５とが設けられる。このように、本発明の一態様に係る光演算装置１１は、光変換層１１４と、拡散層１１５と、を更に備えていてもよい。
　なお、粗化工程Ｓ３６、成膜工程Ｓ３７、及び載置工程Ｓ３８は、光変換層形成工程及び拡散層形成工程の一態様である。底壁１１３ａの後段に光変換層１１４のみを設けたい場合には、粗化工程Ｓ３６を省略すればよい。すなわち、成膜工程Ｓ３７において、表面が粗化されていない板状部材の表面に光変換層１１４を成膜すればよい。
　＜光変換層及び拡散層＞
　光演算装置１１に入射される光は赤外光（特に近赤外光）である。最初に、入射光として赤外光を用いる理由について説明する。
　光演算装置１１に入射した入射光は、最後段の光回折素子１１２ｃから所定の距離にある像面（image plane）で結像する。この像面までの距離は、最後段の光回折素子１１２ｃから、入射光の波長の倍数で決められた数値になる。また、各光回折素子１１ｉｃに入射する光は平行光にすることが必要で、光の発散角による光の広がりを勘案すると、波長の倍数だけ離した像面までの距離は短いほどよい。しかし、像面までの距離が短いと、位置合わせを含めた製造が難しくなる。以上の条件を考慮すると、光演算装置１１に入射される光の波長は長いほどよい。例えば、可視光よりも赤外光が好ましい。これが、光演算装置１１に入射される光として赤外光を用いる理由である。
　光変換層１１４と拡散層１１５は、赤外光の入射方向に略直交する方向に設けられた層状の部材である。なお、本変形例において、光変換層１１４及び拡散層１１５を平面視した場合の形状は、正方形状である。光変換層１１４及び拡散層１１５の形状は、特に限定されないが、本変形例では、光回折素子１１ｉｃの形状に合わせている。
　光変換層１１４は、赤外光を可視光に変換する（光アップコンバージョンという）層であり、光演算装置１１の最後段に配置されている。最後段とは、光演算装置１１に入射した光が出ていく段であり、本実施形態では光回折素子１１２ｃの後段である。光変換層１１４は、光回折素子１１２ｃから出射された赤外光を可視光に変換する。
　光変換層１１４は、例えば、酸化亜鉛及び酸化チタンの金属酸化物に微量のエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ホルミウム（Ｈｏ）、又はツリウム（Ｔｍ）等を加えた蛍光体を含む。また、光変換層１１４は、例えば、金属錯体（ポルフィリン）と多環芳香族炭化水素とを含む光変換材料を含む。これらの蛍光体又は光変換材料は、近赤外光が照射されると可視光を発する。
　光演算装置１１が光変換層１１４を備える理由は以下のとおりである。赤外光を撮像する高精度カメラは、例えばＩｎＧａＡｓセンサを用いた撮像素子が必要となり、高価である。そこで、光演算装置１１を透過させる光は赤外光を用いて、光演算装置１１を透過した赤外光を可視光に変換して可視光カメラで撮像する方法が考えられる。可視光であれば、可視光用の安価なＣＭＯＳセンサ等を用いて撮像することができるからである。光変換層１１４は、光演算装置１１から出てきた光を可視光用のカメラで検出可能とするための光変換要素である。
　拡散層１１５は、光変換層１１４で発生した可視光を拡散（均一化）させる機能を有する。光変換層１１４に入射する赤外光は、各マイクロセルを透過した光であり、その強度が不均一である。そのため、撮像素子による検出効率が低下する場合がある。そこで、拡散層１１５を通すことにより、光を拡散させ、光変換効率を高めることにより、可視光用の撮像素子による検出効率を高めることができる。拡散層１１５は、光を拡散させる機能を有するものであればその構成は限定されない。なお、深く粗化すると、深さ方向（赤外光の進行方向）に光が拡散して像がぼけるため、粗化は石英板の表面のみであることが好ましい。つまり、拡散機能を有する層は薄いほうが好ましい。
　側壁１１２ｂ及び底壁１１３ａは、光演算装置１１の最後段の光回折素子１１２ｃから拡散層１１５までの距離Ｌを規定する。距離Ｌは、厳密には光回折素子１１２ｃのマイクロセルの最も高い位置から拡散層１１５までの距離であるが、マイクロセルの高さは最大でも１２００ｎｍ（１．２μｍ）程度であるため、マイクロセルの高さを無視してもよい。例えば、光変換層１１４の厚さがｘである場合、側壁１１２ｂの高さと底壁１１３ａの高さとの和（赤外光の進行方向の長さ）は、（Ｌ－ｘ）とする。具体的には、入射赤外光が１５５０ｎｍの近赤外光の場合、距離Ｌは一例として６０μｍとすることができる。この場合、側壁１１２ｂの高さと底壁１１３ａの高さとの和が、６０μｍから光変換層１１４の厚さｘを引いた値になるように、側壁１１２ｂ及び底壁１１３ａの高さを定めておけばよい。
　上述の光演算装置１１では、光変換層１１４が光の入射側にあり、拡散層１１５が光の出射側にある。しかし、光変換層１１４と拡散層１１５の順序はこれに限られず、逆の配列としてもよい（図示せず）。この場合、光回折素子１１２ｃから出た赤外光はまず拡散層１１５に入射して拡散され、拡散された赤外光が光変換層１１４に入射して可視光に変換される。
　〔まとめ〕
　本発明の第１の態様に係る光演算装置の製造方法は、ｎ個（ｎは、２以上の自然数）の側壁ＷＳ１～ＷＳｎ、及び、透光性を有する材料からなるｎ個の底壁ＷＢ１～ＷＢｎを備えた容器を用いて光演算装置を製造する製造方法であって、ｉ番目（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）の底壁ＷＢｉとｉ番目の側壁ＷＳｉとを少なくとも用いてｉ番目の空洞Ｃｉを含む容器を形成する容器形成工程と、空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填する液材充填工程と、底壁ＷＢｉと液材Ｒｉとの界面近傍に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させることにより底壁ＷＢｉの一方の主面に光回折素子を形成する光造形工程と、を含む。
　上記の構成によれば、予め複数の光回折ユニットを製造しておき、それら複数の光回折ユニットを重ねたのちに光回折素子の相対的な位置関係が所期の関係になるように調整する製造方法と比較して、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提供することができる。
　また、本発明の第２の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第１の態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、前記容器形成工程、前記液材充填工程、及び、前記光造形工程を空隙Ｓ空洞Ｃｉごとに繰り返す、構成が採用されている。
　上記構成によれば、ｉ番目の空隙Ｓｉの内部に光回折素子が形成されている状況において、まず、ｉ＋１番目の空隙Ｓｉ＋１を形成し、空隙Ｓｉ＋１の内部に光回折素子を形成することによって、光回折素子の相対的な位置関係が所期の関係になるように空隙Ｓｉ＋１の内部に光回折素子を形成することができ、上述した調整が不要になるためである。
　本発明の第３の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第１の態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、前記容器は、ｎ＋１個目の底壁であるの底壁ＷＢｎ＋１を更に備えており、前記容器形成工程は、ｉ番目の底壁ＷＢｉと、ｉ＋１番目の底壁ＷＢｉ＋１と、ｉ番目の側壁ＷＳｉとを用いて、ｉ番目の空洞Ｃｉの各々が重なって設けられた容器を形成し、前記液材充填工程は、各空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填し、前記光造形工程は、前記空洞Ｃｉの各々について、底壁ＷＢｉと液材Ｒｉとの界面近傍に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させることにより底壁ＷＢｉの一方の主面に光回折素子を造形する、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、上述した第１の態様に係る光演算装置の製造方法と同様の効果を奏する。
　また、本発明の第４の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第２の態様又は第３の態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、前記光造形工程においては、２光子法を用いて前記光を前記界面近傍に照射する、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、１つの反応光を液材Ｒｉに照射することによって光硬化樹脂を硬化させる場合と比較して、より微細な構造を有する光回折素子を形成することができる。
　また、本発明の第５の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第２の態様又は第３の態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、照射することにより前記光硬化樹脂を硬化させる前記光を第１の光とし、照射することにより前記光硬化樹脂の硬化を阻害する光を第２の光として、前記光造形工程においては、前記第１の光を前記界面近傍に照射するとともに、少なくとも空洞Ｃｉに隣接する空洞に前記第２の光を照射する、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、複数の空洞Ｃｉを重ねた状態で光造形工程を実施する場合に、空洞Ｃｉ以外の空洞に充填されている液材Ｒｉに含まれる光硬化樹脂が硬化することを抑制することができる。
　また、本発明の第６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５の態様の何れか一態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、前記光回折素子は、厚さ又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルを含む、構成が採用されている。
　光演算装置が含む光回折素子の例としては、厚さ又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルを含む光回折素子が挙げられる。
　また、本発明の第７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６の態様の何れか一態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、最後段の底壁の後段に赤外光を可視光に変換する光変換層を設ける光変換層形成工程を更に含んでいる、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、入射光に赤外光を用いた場合に、光演算装置から出射された光を可視光に変換することができ、可視光用の撮像素子を用いて出射光を検出することができる光演算装置を提供することができる。
　また、本発明の第８の態様に係る光演算装置の製造方法は、上述した第７の態様に係る光演算装置の製造方法の構成に加えて、最後段の底壁の後段に赤外光又は可視光を拡散させる拡散層を設ける拡散層形成工程を更に含んでいる、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光変換層での光変換効率を高めることができる。
　本発明の第９の態様に係る光回折ユニット中間体は、内部に空洞が設けられた容器であって、透光性を有する材料からなる一対の底壁と、当該一対の底壁とともに前記空洞を構成する側壁とを備えた容器と、前記空洞に充填された光硬化樹脂を含む液材と、を備えている。
　ユーザは、上記のように構成された光回折ユニット中間体を複数用いて、上述した第１の態様～第６の態様の何れか一態様に係る光演算装置の製造方法を実施することによって、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製造することができる。
　また、本発明の第１０に係る光回折ユニット中間体は、上述した第９の態様に係る光回折ユニット中間体の構成に加えて、前記容器には、前記空洞と当該容器の外部とを連通する流路が設けられており、前記流路を封止する蓋を更に備えている、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、空洞内に充填された光硬化樹脂を含む液材を空洞外に廃棄することが容易である。また、上記の構成によれば、光硬化樹脂を含む液材を他の液材（例えば現像液やオイルなど）に置換することが容易である。そのため、光回折素子の現像や、洗浄や、オイルの充填などを容易に実施することができる。なお、オイルの屈折率を適宜選択することによって、光回折素子と空洞との界面、及び、空洞と底壁との界面において生じる屈折率差を調整することができる。
　また、本発明の第１１の態様に係る光回折ユニット中間体は、上述した第９の態様又は第１０の態様に係る光回折ユニット中間体の構成に加えて、前記側壁は、透光性を有する材料からなる、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、側壁が透光性を有する材料からなるため、側壁の外側から側壁の内側に構成された空洞に光を照射することができる。したがって、第１１の態様に係る光回折ユニット中間体は、上述した第５の態様に係る光演算装置の製造方法を実施するときに好適に用いることができる。なお、透光性を有する材料の一例としては、ガラスが挙げられる。ガラスは、金属や樹脂などの材料と比較してせん膨張係数が小さい。したがって、透光性を有する材料としてガラスを採用した場合、隣接する光回折素子同士の間隔を一定に保ちやすい。
　本発明の第１２の態様に係る光演算装置は、ｎ個（ｎは、２以上の自然数）の側壁ＷＳ１～ＷＳｎと、透光性を有する材料からなるｎ＋１個の底壁ＷＢ１～ＷＢｎ＋１であって、各側壁ＷＳｉ（ｉは、１以上ｎ以下の自然数）を底壁ＷＢｉと底壁ＷＢｉ＋１とで挟み込むことによってｉ番目の空洞Ｃｉを形成する底壁ＷＢ１～ＷＢｎ＋１と、底壁ＷＢｉの一方の主面に形成された光回折素子ＯＤｉであって、厚さ又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルを含む光回折素子ＯＤｉと、を備えている。
　ユーザは、上記のように構成された光演算装置を用いて、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製造することができる。
　また、本発明の第１３の態様に係る光演算装置は、上述した第１２の態様に係る光演算装置の構成に加えて、側壁ＷＳｉは、透光性を有する材料からなる、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、側壁が透光性を有する材料からなるため、側壁の外側から側壁の内側に構成された空洞に光を照射することができる。したがって、第１３の態様に係る光回折ユニット中間体は、上述した第５の態様に係る光演算装置の製造方法を実施するときに好適に用いることができる。なお、透光性を有する材料の一例としては、ガラスが挙げられる。ガラスは、金属や樹脂などの材料と比較してせん膨張係数が小さい。したがって、透光性を有する材料としてガラスを採用した場合、隣接する光回折素子同士の間隔を一定に保ちやすい。
　〔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。
　１１，２１　光演算装置
　１１１，１１２，２１１，２１２　光回折ユニット
　１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，２１１ａ，２１２ａ，２１３ａ　底壁（底壁ＷＢｉ）
　１１１ｂ，１１２ｂ，２１１ｂ，２１２ｂ　側壁（側壁ＷＳｉ）
　１１１ｃ，１１２ｃ，２１１ｃ，２１２ｃ　光回折素子
　Ｃ１，Ｃ２　空洞（空洞Ｃｉ）

Claims (13)

  1. 　ｎ個（ｎは、２以上の自然数）の側壁ＷＳ１～ＷＳｎ、及び、透光性を有する材料からなるｎ個の底壁ＷＢ１～ＷＢｎを備えた容器を用いて光演算装置を製造する製造方法であって、
    　ｉ番目（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）の底壁ＷＢｉとｉ番目の側壁ＷＳｉとを少なくとも用いてｉ番目の空洞Ｃｉを含む容器を形成する容器形成工程と、
    　空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填する液材充填工程と、
    　底壁ＷＢｉと液材Ｒｉとの界面近傍に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させることにより底壁ＷＢｉの一方の主面に光回折素子を形成する光造形工程と、を含む、
    ことを特徴とする光演算装置の製造方法。
  2. 　前記容器形成工程、前記液材充填工程、及び、前記光造形工程を空洞Ｃｉごとに繰り返す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光演算装置の製造方法。
  3. 　前記容器は、ｎ＋１個目の底壁であるの底壁ＷＢｎ＋１を更に備えており、
    　前記容器形成工程は、ｉ番目の底壁ＷＢｉと、ｉ＋１番目の底壁ＷＢｉ＋１と、ｉ番目の側壁ＷＳｉとを用いて、ｉ番目の空洞Ｃｉの各々が重なって設けられた容器を形成し、
    　前記液材充填工程は、各空洞Ｃｉに光硬化樹脂を含む液材Ｒｉを充填し、
    　前記光造形工程は、前記空洞Ｃｉの各々について、底壁ＷＢｉと液材Ｒｉとの界面近傍に光を照射して前記光硬化樹脂を硬化させることにより底壁ＷＢｉの一方の主面に光回折素子を造形する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光演算装置の製造方法。
  4. 　前記光造形工程においては、２光子法を用いて前記光を前記界面近傍に照射する、
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光演算装置の製造方法。
  5. 　照射することにより前記光硬化樹脂を硬化させる前記光を第１の光とし、照射することにより前記光硬化樹脂の硬化を阻害する光を第２の光として、
    　前記光造形工程においては、前記第１の光を前記界面近傍に照射するとともに、少なくとも空洞Ｃｉに隣接する空洞に前記第２の光を照射する、
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光演算装置の製造方法。
  6. 　前記光回折素子は、厚さ又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルを含む、
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の光演算装置の製造方法。
  7. 　最後段の底壁の後段に赤外光を可視光に変換する光変換層を設ける光変換層形成工程を更に含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の光演算装置の製造方法。
  8. 　最後段の底壁の後段に赤外光又は可視光を拡散させる拡散層を設ける拡散層形成工程を更に含んでいる、
    ことを特徴とする請求項７に記載の光演算装置の製造方法。
  9. 　内部に空洞が設けられた容器であって、透光性を有する材料からなる一対の底壁と、当該一対の底壁とともに前記空洞を構成する側壁とを備えた容器と、
    　前記空洞に充填された光硬化樹脂を含む液材と、を備えている、
    ことを特徴とする光回折ユニット中間体。
  10. 　前記容器には、前記空洞と当該容器の外部とを連通する流路が設けられており、
    　前記流路を封止する蓋を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光回折ユニット中間体。
  11. 　前記側壁は、透光性を有する材料からなる、
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の光回折ユニット中間体。
  12. 　ｎ個（ｎは、２以上の自然数）の側壁ＷＳ１～ＷＳｎと、
    　透光性を有する材料からなるｎ＋１個の底壁ＷＢ１～ＷＢｎ＋１であって、各側壁ＷＳｉ（ｉは、１以上ｎ以下の自然数）を底壁ＷＢｉと底壁ＷＢｉ＋１とで挟み込むことによってｉ番目の空洞Ｃｉを形成する底壁ＷＢ１～ＷＢｎ＋１と、
    　底壁ＷＢｉの一方の主面に形成された光回折素子ＯＤｉであって、厚さ又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルを含む光回折素子ＯＤｉと、を備えている、
    ことを特徴とする光演算装置。
  13. 　側壁ＷＳｉは、透光性を有する材料からなる、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光演算装置。
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