(57)【要約】【課題】低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成する。【解決手段】光学積層体１０は、コア層１５と、コア層１５の一方の側に設けられた第１積層体２０と、コア層１５の他方の側に設けられた第２積層体３０と、を備える。第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層２１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層２２と、を有する。第２積層体３０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層３１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層３２と、を有する。【選択図】図２
2020112727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層と、
前記コア層の一方の側に設けられた第１積層体と、
前記コア層の他方の側に設けられた第２積層体と、を備え、
前記第１積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層と、を有し、
前記第２積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層と、を有する、光学積層体。
【請求項２】
前記第１積層体が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、前記第２積層体が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄く、
前記第１積層体が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、前記第２積層体が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄い、請求項１に記載の光学積層体。
【請求項３】
前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域との、全ての波長域に含まれる重複波長域が存在する、請求項１または２に記載の光学積層体。
【請求項４】
前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長とは、前記重複波長域に存在する、請求項３に記載の光学積層体。
【請求項５】
前記コア層の一方の側に設けられた第３積層体をさらに備え、
前記第３積層体の厚さは、前記第１積層体の厚さより薄い、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項６】
前記第３積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第５液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第６液晶層と、のうち少なくとも一方を有する、請求項５に記載の光学積層体。
【請求項７】
前記第３積層体の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項５または６に記載の光学積層体。
【請求項８】
前記第１積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第７液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第８液晶層と、のうち少なくとも一方をさらに有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項９】
前記第２積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第９液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１０液晶層と、のうち少なくとも一方をさらに有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学積層体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学積層体と、
前記光学積層体へ光を出射するレーザー光出射装置と、を備える、スキャナ装置。
【請求項１１】
前記コア層の厚さは、前記レーザー光出射装置が出射する最も長い波長λＬ及び当該コア層の屈折率ｎｃとして、λＬ／２ｎｃ以上である、請求項１０に記載のスキャナ装置。
【請求項１２】
前記レーザー光出射装置から出射されるレーザー光の波長は、前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域との、全ての波長域に含まれる、請求項１０または１１に記載のスキャナ装置。
【請求項１３】
コア層と、前記コア層の一方の側に設けられた第１積層体と、前記コア層の他方の側に設けられた第２積層体と、を有する光学積層体と、
前記光学積層体へ光を出射するレーザー光出射装置と、を備え、
前記レーザー光出射装置から出射されるレーザー光の旋回方向は一方向のみであり、
前記第１積層体は、前記一方向に旋回する螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層を有し、
前記第２積層体は、前記一方向に旋回する螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層を有する、スキャナ装置。
【請求項１４】
コア層の一方の側にコレステリック構造を形成可能な化合物及び第１方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第１塗工膜を形成する工程と、
前記第１塗工膜を硬化させて第１液晶層を形成する工程と、
前記第１液晶層上にコレステリック構造を形成可能な化合物及び前記第１方向とは異なる第２方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第２塗工膜を形成する工程と、
前記第２塗工膜を硬化させて第２液晶層を形成する工程と、
コア層の他方の側にコレステリック構造を形成可能な化合物及び第４方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第４塗工膜を形成する工程と、
前記第４塗工膜を硬化させて第４液晶層を形成する工程と、
前記第４液晶層上にコレステリック構造を形成可能な化合物及び前記第４方向とは異なる第３方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第３塗工膜を形成する工程と、
前記第３塗工膜を硬化させて第３液晶層を形成する工程と、備える、光学積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学積層体、光学積層体を有するスキャナ装置、及び光学積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディスプレイ、イメージセンサー、レーザーレーダー、プリンター、光スイッチ等にスキャナ装置が用いられている。このようなスキャナ装置は、光を伝搬させるための導波路を有している。このような導波路としては、従来では全反射を利用した導波路が用いられていたが、昨今では光の群速度を遅くするスローライト導波路が注目されている。スローライト導波路としては、非特許文献１に記載されているように、多数のブラッグ反射膜を積層して形成されるブラッグ反射鏡導波路が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】顧暁冬、“スローライトブラッグ反射鏡導波路を用いたビーム掃引デバイス”〔online〕、平成２５年３月、先端技術大賞、〔平成３０年１１月１６日検索〕、インターネット（URL:http://www.fbi-award.jp/sentan/jusyou/2013/1.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなブラッグ反射鏡導波路は、非特許文献１に示されているように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等によって作成される薄膜を、数十枚重ねることで形成されている。このような方法でブラッグ反射鏡導波路を形成することは、薄膜の形成を数十回繰り返すことになるため、コストがかかってしまう。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学積層体は、
コア層と、
前記コア層の一方の側に設けられた第１積層体と、
前記コア層の他方の側に設けられた第２積層体と、を備え、
前記第１積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層と、を有し、
前記第２積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層と、を有する。
【０００７】
本発明の光学積層体において、
前記第１積層体が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、前記第２積層体が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄く、
前記第１積層体が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、前記第２積層体が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄くてもよい。
【０００８】
本発明の光学積層体において、前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域との、全ての波長域に含まれる重複波長域が存在してもよい。
【０００９】
本発明の光学積層体において、前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率となる波長とは、前記重複波長域に存在してもよい。
【００１０】
本発明の光学積層体において、
前記コア層の一方の側に設けられた第３積層体をさらに備え、
前記第３積層体の厚さは、前記第１積層体の厚さより薄くてもよい。
【００１１】
本発明の光学積層体において、前記第３積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第５液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第６液晶層と、のうち少なくとも一方を有してもよい。
【００１２】
本発明の光学積層体において、前記第３積層体の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
【００１３】
本発明の光学積層体において、前記第１積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第７液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第８液晶層と、のうち少なくとも一方をさらに有してもよい。
【００１４】
本発明の光学積層体において、前記第２積層体は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第９液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１０液晶層と、のうち少なくとも一方をさらに有してもよい。
【００１５】
本発明の第１のスキャナ装置は、
上述したいずれかの光学積層体と、
前記光学積層体へ光を出射するレーザー光出射装置と、を備える。
【００１６】
本発明の第１のスキャナ装置において、前記コア層の厚さは、前記レーザー光出射装置が出射する最も長い波長λＬ及び当該コア層の屈折率ｎｃとして、λＬ／２ｎｃ以上であってもよい。
【００１７】
本発明の第１のスキャナ装置において、前記レーザー光出射装置から出射されるレーザー光の波長は、前記第１液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、前記第２液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、前記第３液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、前記第４液晶層の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域との、全ての波長域に含まれてもよい。
【００１８】
本発明の第２のスキャナ装置は、
コア層と、前記コア層の一方の側に設けられた第１積層体と、前記コア層の他方の側に設けられた第２積層体と、を有する光学積層体と、
前記光学積層体へ光を出射するレーザー光出射装置と、を備え、
前記レーザー光出射装置から出射されるレーザー光の旋回方向は一方向のみであり、
前記第１積層体は、前記一方向に旋回する螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層を有し、
前記第２積層体は、前記一方向に旋回する螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層を有する。
【００１９】
本発明の光学積層体の製造方法は、
コア層の一方の側にコレステリック構造を形成可能な化合物及び第１方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第１塗工膜を形成する工程と、
前記第１塗工膜を硬化させて第１液晶層を形成する工程と、
前記第１液晶層上にコレステリック構造を形成可能な化合物及び前記第１方向とは異なる第２方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第２塗工膜を形成する工程と、
前記第２塗工膜を硬化させて第２液晶層を形成する工程と、
コア層の他方の側にコレステリック構造を形成可能な化合物及び第４方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第４塗工膜を形成する工程と、
前記第４塗工膜を硬化させて第４液晶層を形成する工程と、
前記第４液晶層上にコレステリック構造を形成可能な化合物及び前記第４方向とは異なる第３方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第３塗工膜を形成する工程と、
前記第３塗工膜を硬化させて第３液晶層を形成する工程と、備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、スキャナ装置を示す側面図である。
【図２】図２は、光学積層体の第１の例を示す断面図である。
【図３】図３は、光学積層体の第２の例を示す断面図である。
【図４】図４は、光学積層体の第３の例を示す断面図である。
【図５】図５は、光学積層体の第４の例を示す断面図である。
【図６】図６は、スキャナ装置の作用を説明するため図である。
【図７】図７は、光学積層体の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００２３】
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００２４】
図１には、本発明のスキャナ装置１が示されている。スキャナ装置１は、ブラッグ反射鏡導波路である光学積層体１０と、光学積層体１０にレーザー光を出射するレーザー光出射装置５と、を有している。光学積層体１０には、レーザー光を入射させるのに適した入射部１３を有している。レーザー光出射装置５から出射したレーザー光は、光学積層体１０の入射部１３に鋭角の入射角度で入射する。光学積層体１０に入射するレーザー光の具体的な入射角度は、低群速度光の反射角度に合わせて入射して光学結合損失を低減するため、例えば３０°以上７０°以下であることが好ましい。光学積層体１０に入射したレーザー光は、波長ごとに異なる出射角度で、光学積層体１０の一方の側から出射する。
【００２５】
レーザー光出射装置５は、出射する光の波長を変化させることができる。例えば、レーザー光出射装置５は、波長が９１０ｎｍ以上９８０ｎｍ以下の単一波長の光を出射することができる。このようなレーザー光出射装置５としては、例えばＴＯＰＴＩＣＡ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ＡＧ社製  型番ＣＴＬ９５０を用いることができる。以下、レーザー光出射装置５から出射させる光のうち、最も長い波長をλＬ、最も短い波長をλＳと表す。
【００２６】
次に、光学積層体１０について、図２乃至図５を参照しながら説明する。図２乃至図５には、光学積層体１０のそれぞれ別の例の構成が示されている。
【００２７】
光学積層体１０は、入射したレーザー光をその内部で反射させることで伝搬させ、波長ごとに異なる出射角度で出射させる。光学積層体１０は、全体として板状の形状を有している。光学積層体１０は、入射したレーザー光をその内部において反射させて伝搬させることができるよう、十分な厚さを有している。
【００２８】
光学積層体１０は、コア層１５と、コア層１５の一方の側に設けられた第１積層体２０と、コア層１５の他方の側に設けられた第２積層体３０と、を有している。すなわち、第１積層体２０と第２積層体３０との間にコア層１５が配置されている。さらに、光学積層体１０は、コア層１５の一方の側に設けられた第３積層体４０を有している。図示されている例では、第３積層体４０は、コア層１５の一方の側の周縁の端部に設けられている。
【００２９】
コア層１５は、光学積層体１０に入射したレーザー光が伝搬する光路となる層である。本実施の形態において、コア層１５は、薄膜状であり、例えばＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどからなる。また、コア層１５を伝搬することが可能な光の波長は、コア層１５の厚さに比例している。具体的には、コア層１５を伝搬することが可能な光の波長λは、コア層１５の厚さＤ及びコア層１５の屈折率ｎｃを用いて、次の式（ｉ）のように表される。
λ＝２ｎｃＤ  ・・・（ｉ）
したがって、レーザー光出射装置５から出射したレーザー光をコア層１５において伝搬させるために、コア層１５の厚さＤは、λＬ／２ｎｃ以上となっていることが好ましい。
【００３０】
第１積層体２０は、コア層１５の一方の側に設けられている。第１積層体２０は、コア層１５の一方の側から入射したレーザー光の一部を反射し、コア層１５の一方の側から入射したレーザー光の他の一部を透過させて当該第１積層体２０の一方の側から出射する。第１積層体２０は、レーザー光の一部を反射し、レーザー光の他の一部を透過させることができるよう、適切な厚さを有している。具体的な例として、第１積層体２０は、５μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有しており、５０％以上９５％以下の反射率を有している。
【００３１】
なお、第１積層体２０の反射率及び第２積層体３０の反射率とは、第１積層体２０及び第２積層体３０に入射することが想定されている光の波長での反射率の平均を意味している。ここでは、第１積層体２０の反射率及び第２積層体３０の反射率とは、例えばレーザー光出射装置５から出射されるレーザー光の波長であるλＳ以上λＬ以下の波長での反射率の平均である。
【００３２】
第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１以上の液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１以上の液晶層と、を有している。図２に示す光学積層体１０の第１の例及び図３に示す光学積層体１０の第２の例では、第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１つの第１液晶層２１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１つの第２液晶層２２と、を有している。しかしながら、図４に示す光学積層体１０の第３の例及び図５に示す光学積層体１０の第４の例のように、第１積層体２０は、第１液晶層２１及び第２液晶層２２だけでなく、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第７液晶層２３と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第８液晶層２４と、をさらに有していてもよい。また、図示された例に限らず、第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む３以上の液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む３以上の液晶層と、を有していてもよい。さらに、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層と左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層との数が異なっていてもよい。
【００３３】
第２積層体３０は、コア層１５の他方の側に設けられている。第２積層体３０は、コア層１５の他方の側から入射したレーザー光のほとんどを反射する。第２積層体３０の反射率は、高い方が好ましい。第２積層体３０は、光の反射率が高くなるよう、十分な厚さを有している。具体的な例として、第２積層体３０は、５μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有しており、５０％以上９５％以下の反射率を有している。
【００３４】
第２積層体３０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１以上の液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１以上の液晶層と、を有している。図２に示す光学積層体１０の第１の例、図３に示す光学積層体１０の第２の例及び図４に示す光学積層体１０の第３の例では、第２積層体３０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１つの第３液晶層３１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む１つの第４液晶層３２と、を有している。しかしながら、図５に示す光学積層体１０の第４の例のように、第２積層体３０は、第３液晶層３１及び第４液晶層３２だけでなく、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第９液晶層３３と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１０液晶層３４と、をさらに有していてもよい。また、図示された例に限らず、第３積層体４０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む３以上の液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む３以上の液晶層と、を有していてもよい。さらに、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層と左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層との数が異なっていてもよい。
【００３５】
第１積層体２０及び第２積層体３０が有する各液晶層に含まれるコレステリック液晶において、各コレステリック液晶分子の螺旋構造の長さはλＬ／４ｎＬＣであることが好ましい。ここで、ｎＬＣは、各液晶層の屈折率である。この場合、各コレステリック液晶分子で、レーザー光出射装置５から出射したレーザー光の波長域の光を効率よく反射することができる。
【００３６】
第１液晶層２１及び第３液晶層３１のように、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層は、右旋回の光を反射することができる。同様に、第２液晶層２２及び第４液晶層３２のように、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層は、左旋回の光を反射することができる。したがって、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層と左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層とを有する第１積層体２０及び第２積層体３０は、左右両方に旋回する光を反射することができる。各液晶層における反射は、コレステリック液晶分子によるブラッグ反射である。すなわち、各液晶層は、ブラッグ反射膜を複数含んでいる。
【００３７】
上述したように、第１積層体２０は入射したレーザー光の一部を反射し、他の一部を透過させる。一方、第２積層体３０は、入射したレーザー光のほとんどを反射する。したがって、第１積層体２０の反射率は、第２積層体３０の反射率より低くなっている。第１積層体２０の反射率が第２積層体３０の反射率より低くなるよう、第１積層体２０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さは、第２積層体３０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さより薄くなっており、第１積層体２０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さは、第２積層体３０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さより薄くなっている。
【００３８】
なお、例えば図５に示す光学積層体１０の第４の例のように、第１積層体２０及び第２積層体３０が複数の右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層や複数の左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層を有する場合、第１積層体２０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計が、第２積層体３０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄くなっており、第１積層体２０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計が、第２積層体３０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計より薄くなっている。
【００３９】
図２に示された光学積層体１０の第１の例及び図３に示された光学積層体１０の第２の例では、第１液晶層２１の厚さＴ１は、第３液晶層３１の厚さＴ３より薄くなっており、第２液晶層２２の厚さＴ２は、第４液晶層３２の厚さＴ４より薄くなっている。また、図４に示された光学積層体１０の第３の例では、第１液晶層２１の厚さＴ１と第７液晶層２３の厚さＴ７との合計Ｔ１＋Ｔ７は、第３液晶層３１の厚さＴ３より薄くなっており、第２液晶層２２の厚さＴ２と第８液晶層２４の厚さＴ８との合計Ｔ２＋Ｔ８は、第４液晶層３２の厚さＴ４より薄くなっている。さらに、図５に示された光学積層体１０の第４の例では、第１液晶層２１の厚さＴ１と第７液晶層２３の厚さＴ７との合計Ｔ１＋Ｔ７は、第３液晶層３１の厚さＴ３と第９液晶層３３の厚さＴ９との合計Ｔ３＋Ｔ９より薄くなっており、第２液晶層２２の厚さＴ２と第８液晶層２４の厚さＴ８との合計Ｔ２＋Ｔ８は、第４液晶層３２の厚さＴ４と第１０液晶層３４の厚さＴ１０との合計Ｔ４＋Ｔ１０より薄くなっている。
【００４０】
具体的には、第１積層体２０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、第２積層体３０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計の５０％以上９０％以下、好ましくは６０％以上８０％以下となっている。同様に、第１積層体２０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、第２積層体３０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計の５０％以上９０％以下、好ましくは６０％以上８０％以下となっている。
【００４１】
具体的な例として、第１積層体２０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は５μｍ以上１５μｍ以下であり、第２積層体３０が有する左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さの合計は、１０μｍ以上２０μｍ以下である。
【００４２】
第１積層体２０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さ及び第２積層体３０が有する右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層の厚さが上述のようになっていることで、第１積層体２０において入射したレーザー光の一部を反射させながらレーザー光の他の一部を透過させることができ、第２積層体３０において入射したレーザー光のほとんどを反射させることができる。
【００４３】
上述したように、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層は、右旋回の光を反射することができ、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層は、左旋回の光を反射することができる。これらの液晶層での反射率は、入射する光の波長ごとに異なる。光学積層体１０に入射したレーザー光を各液晶層において、反射させるために、各液晶層は同一の波長域の光を高い反射率で反射可能であることが好ましい。すなわち、各液晶層において、反射率が高くなっている波長域が、互いに重複していることが好ましい。ここで、反射率が高くなっている波長域とは、各液晶層において、反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる波長域のことを意味する。言い換えると、反射率が高くなっている波長域とは、反射率の波長分布における最大反射率の半値全幅に含まれる波長域のことを意味する。以上のことから、第１液晶層２１の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、第２液晶層２２の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、第３液晶層３１の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、第４液晶層３２の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域とが、互いに重複していることが好ましい。すなわち、第１波長域、第２波長域、第３波長域及び第４波長域の全ての波長域に含まれる重複波長域が存在することが好ましい。
【００４４】
また、各液晶層において最大反射率となる波長が、重複波長域に存在すると、各液晶層に入射したレーザー光を高い反射率で反射することができるため、より好ましい。すなわち、第１液晶層２１の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、第２液晶層２２の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、第３液晶層３１の反射率の波長分布における最大反射率となる波長と、第４液晶層３２の反射率の波長分布における最大反射率となる波長とは、重複波長域に存在することが好ましい。
【００４５】
そして、レーザー光出射装置５から出射される光を光学積層体１０で反射するため、レーザー光出射装置５から出射されるレーザー光の波長は、このような重複波長域に含まれることが好ましい。言い換えると、レーザー光出射装置５から出射されるレーザー光のうち最も長いは量λＬ及び最も短い波長λＳは、第１液晶層２１の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第１波長域と、第２液晶層２２の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第２波長域と、第３液晶層３１の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第３波長域と、第４液晶層３２の反射率の波長分布における最大反射率の半分以上の反射率となる第４波長域との、全ての波長域に含まれることが好ましい。
【００４６】
第３積層体４０は、コア層１５の一方の側に設けられている。第３積層体４０の一方の側は、レーザー光を入射させるのに適した入射部１３となっている。すなわち、第３積層体４０は、一方の側から入射したレーザー光を透過させる。一方の側から入射したレーザー光を透過させやすくするため、第３積層体４０の厚さは、第１積層体２０の厚さより薄くなっている。第３積層体４０を透過したレーザー光は、コア層１５に入射する。
【００４７】
一方の側から入射したレーザー光を透過させるために、第３積層体４０は、適切な厚さを有している。第３積層体４０の厚さが厚すぎると、レーザー光が光学積層体１０にほとんど入射しなくなり、第３積層体４０の厚さが薄すぎると、第３積層体４０の一方の側でレーザー光が全反射してしまい、やはり光学積層体１０に入射しなくなる。第３積層体４０を適切な厚さにすることで、レーザー光出射装置５から出射したレーザー光を効率よく光学積層体１０に入射させることができる。第３積層体４０の適切な厚さは、第３積層体４０の屈折率によって変化する。
【００４８】
第３積層体４０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層と、のうちの少なくとも一方を有している。図３に示す光学積層体１０の第２の例では、第３積層体４０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第５液晶層４１を有している。一方、図２に示す光学積層体１０の第１の例、図４に示す光学積層体１０の第３の例、図５に示す光学積層体１０の第４の例では、第３積層体４０は、第５液晶層４１だけでなく、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第６液晶層４２をさらに有している。また、図示された例に限らず、第３積層体４０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む２以上の液晶層と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む２以上の液晶層と、を有していてもよい。
【００４９】
第３積層体４０がコレステリック液晶を含む液晶層を有することで、第３積層体４０に低群速度モードの光が励振され、第１積層体２０、第２積層体３０およびコア層１５と低損失にて光学的に結合することができる。また、第３積層体４０の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第３積層体４０がこのような厚さであると、レーザー光出射装置５から出射したレーザー光を効率よく光学積層体１０に入射させることができる。
【００５０】
図２に示される光学積層体１０の第１の例、図３に示す光学積層体１０の第２の例及び図４に示す光学積層体１０の第３の例のように、第１積層体２０の第１液晶層２１と第３積層体４０の第５液晶層４１とは、連続して形成されていてもよい。さらに、図４に示す光学積層体１０の第３の例のように、第１積層体２０の第２液晶層２２と第３積層体４０の第６液晶層４２とも、連続して形成されていてもよい。あるいは、図５に示す光学積層体１０の第４の例のように、第１積層体２０の第１液晶層２１と第３積層体４０の第５液晶層４１とは、不連続であってもよい。
【００５１】
なお、図示された例に限らず、第１積層体２０、第２積層体３０及び第３積層体４０における各液晶層は、任意の順番で積層されていてよい。
【００５２】
次に、図６を参照しながら、スキャナ装置１及び光学積層体１０の作用について説明する。
【００５３】
レーザー光出射装置５から出射されたレーザー光Ｌは、光学積層体１０の入射部１３に入射する。入射部１３は、第３積層体４０の一方の側の面である。第３積層体４０は、第１積層体２０より薄くなっている。このため、レーザー光Ｌは、ほとんど反射されることなく、第３積層体４０から光学積層体１０の内部に入射し、第３積層体４０を透過することができる。第３積層体４０を透過したレーザー光Ｌは、コア層１５を透過し、第２積層体３０に入射する。光学積層体１０の内部においてレーザー光はブラッグ反射されるので、光学積層体１０に入射したレーザー光Ｌは、波長ごとに異なる角度で入射する。図６に示されている例では、実線で示された光Ｌ１の波長と破線で示された光Ｌ２の波長とは、互いに異なっている。
【００５４】
第２積層体３０に入射したレーザー光Ｌのうちの右旋回の光は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層３１で反射され、左旋回の光は、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層３２で反射される。第２積層体３０が有する第３液晶層３１及び第４液晶層３２は十分な厚さを有しているため、ほとんどのレーザー光Ｌを反射することができる。第２積層体３０で反射された光は、コア層１５を透過し、第１積層体２０に入射する。
【００５５】
第１積層体２０に入射したレーザー光Ｌのうちの右旋回の光の一部は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層２１で反射され、左旋回の光の一部は、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層２２で反射される。一方、レーザー光Ｌのうちの第１液晶層２１及び第２液晶層２２で反射されなかったレーザー光Ｌは、第１積層体２０の一方の側から出射する。第１積層体２０が有する第１液晶層２１及び第２液晶層２２は、適切な厚さを有しているため、レーザー光Ｌの一部を反射し、他の一部を透過させることができる。第１積層体２０で反射された光は、コア層１５を透過し、再び第２積層体３０に入射する。
【００５６】
このように、光学積層体１０に入射したレーザー光は、第１積層体２０及び第２積層体３０で反射されて伝搬しながら、第１積層体２０の一方の側から出射する。
【００５７】
第１積層体２０及び第２積層体３０に含まれる各液晶層においては、透過する光の波長によってブラッグ条件に合致した反射角度でブラッグ反射される。したがって、第１積層体２０の一方の側から出射したレーザー光は、波長ごとに異なる角度で出射する。図６に示されている例では、実線で示された光Ｌ１の出射角度と破線で示された光Ｌ２の出射角度とは、互いに異なっている。
【００５８】
レーザー光出射装置５から出射するレーザー光Ｌの波長を時間と共に変化させることで、光学積層体１０から出射する光の角度を時間と共に変化させることができる。このようにして、光学積層体１０から出射する光によって一定の角度範囲を掃引することができる。
【００５９】
次に、光学積層体１０の製造方法の一例について説明する。以下の説明では、主として図２に示した光学積層体１０の第１の例の製造方法について説明するが、光学積層体１０の他の例についても、各液晶層を作成する工程を適宜に追加または削除することで、同様の製造方法で製造することができる。
【００６０】
まず、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等からなるコア層１５を用意する。次に、コア層１５の一方の側に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第１方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第１塗工膜を形成する。ここで、第１方向は、右方向または左方向のいずれか一方である。ここでは、第１方向は右方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第１塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、右旋回性を有する第１塗膜が形成される。さらに、第１塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第１塗膜を硬化させ、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層２１が形成される。
【００６１】
次に、第１液晶層２１上に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第２方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第２塗工膜を形成する。ここで、第２方向は、右方向または左方向のいずれか一方であり、第１方向とは異なる方向である。ここでは、第２方向は左方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第２塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、左旋回性を有する第２塗膜が形成される。さらに、第２塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第２塗膜を硬化させ、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層２２が形成される。このようにして、コア層１５の一方の側に、第１積層体２０が設けられる。
【００６２】
また、コア層１５の他方の側に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第４方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第１塗工膜を形成する。ここで、第４方向は、右方向または左方向のいずれか一方である。ここでは、第４方向は左方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第４塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、左旋回性を有する第４塗膜が形成される。さらに、第４塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第４塗膜を硬化させ、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層３２が形成される。
【００６３】
次に、第４液晶層３２上に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第３方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第３塗工膜を形成する。ここで、第３方向は、右方向または左方向のいずれか一方であり、第４方向とは異なる方向である。ここでは、第３方向は右方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第３塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、右旋回性を有する第３塗膜が形成される。さらに、第３塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第３塗膜を硬化させ、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層３１が形成される。このようにして、コア層１５の他方の側に、第２積層体３０が設けられる。
【００６４】
さらに、コア層１５の一方の側に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第５方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第５塗工膜を形成する。ここで、第５方向は、右方向または左方向のいずれか一方である。第５方向は、第１方向と同じ方向であることが好ましく、ここでは、第５方向は右方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第５塗工膜は、第１塗工膜より薄く形成される。第５塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、右旋回性を有する第５塗膜が形成される。さらに、第５塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第５塗膜を硬化させ、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第５液晶層４１が形成される。
【００６５】
次に、第５液晶層４１上に、分子内に重合性官能基を有し、コレステリック構造を形成可能な棒状の化合物及び第６方向の旋回性を与えるカイラル剤を含有する第６塗工膜を形成する。ここで、第６方向は、右方向または左方向のいずれか一方であり、第５方向とは異なる方向である。第６方向は、第２方向と同じ方向であることが好ましく、ここでは、第６方向は左方向とする。また、カイラル剤は、形成するコレステリック構造の１旋回の長さがλＬ／４ｎＬＣとなるように調節されている。第６塗工膜を乾燥させることで、棒状の化合物がカイラル剤によってコレステリック構造を形成し、左旋回性を有する第６塗膜が形成される。さらに、第６塗膜に紫外線等を照射することで、棒状の化合物を重合反応させる。これにより、第６塗膜を硬化させ、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第６液晶層４２が形成される。このようにして、コア層１５の一方の側に、第３積層体４０が設けられる。
【００６６】
なお、例えば第１積層体２０が有する第１液晶層２１は、第２積層体３０が有する第４液晶層３２と同時に形成され、第１積層体２０が有する第２液晶層２２は、第２積層体３０が有する第３液晶層３１と同時に形成されてもよい。同様に、第１積層体２０が有する第１液晶層２１は、第３積層体４０が有する第５液晶層４１と同時に形成され、第１積層体２０が有する第２液晶層２２は、第３積層体４０が有する第６液晶層４２と同時に形成されてもよい。とりわけ、第１液晶層２１を形成する第１塗工膜は、第５液晶層４１を形成する第５塗工膜と、同時に形成されることが好ましく、第２液晶層２２を形成する第２塗工膜は、第６液晶層４２を形成する第６塗工膜と、同時に形成されることが好ましい。この場合、少ない工数で、すなわちより容易に、光学積層体１０を作成することができる。
【００６７】
以上に説明したように、第１乃至第４液晶層のようなコレステリック液晶を含む液晶層によって第１積層体２０及び第２積層体３０を作成することで、ブラッグ反射鏡導波路である光学積層体１０を容易に作成することができる。すなわち、従来の光学積層体のように薄膜を数十枚重ねる工程なしに、すなわち薄膜を作製する工程を数十回繰り返すことなく、ブラッグ反射鏡導波路である光学積層体１０を作成することができる。言い換えると、低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態の光学積層体１０は、コア層１５と、コア層１５の一方の側に設けられた第１積層体２０と、コア層１５の他方の側に設けられた第２積層体３０と、を備え、第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層２１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第２液晶層２２と、を有し、第２積層体３０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層３１と、左旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第４液晶層３２と、を有する。このような光学積層体１０によれば、各液晶層で光を反射させることができる。したがって、光学積層体１０に入射したレーザー光をその内部で反射させることで伝搬させ、波長ごとに異なる出射角度で出射させることができる。このような光学積層体１０は、ブラッグ反射鏡導波路として利用することができる。そして、このような光学積層体１０は、容易に作成することができる。したがって、低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。
【００７０】
例えば、図７に示すように、第１積層体２０及び第２積層体３０は、一方向に旋回する螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層のみを有していてもよい。この場合、レーザー光出射装置５は、当該液晶層のコレステリック液晶が旋回する一方向にのみ旋回するレーザー光を出射する。すなわち、例えば、第１積層体２０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第１液晶層２１のみを有しており、第２積層体３０は、右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む第３液晶層３１のみを有しており、レーザー光出射装置５から出射されるレーザー光の旋回方向は、右方向のみであってもよい。右旋回の螺旋構造を有するコレステリック液晶を含む液晶層は、右旋回の光を反射することができるため、右旋回するレーザー光を光学積層体１０の内部で伝搬させ、波長ごとに異なる出射角度で出射させることができる。すなわち、レーザー光出射装置５から出射されるレーザー光の旋回方向が右方向のみである場合、このような光学積層体１０も、ブラッグ反射鏡導波路として利用することができる。そして、このような光学積層体１０も、上述した方法と同様の工程により、容易に作成することができる。したがって、低コストでブラッグ反射鏡導波路を形成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１    スキャナ装置
５    レーザー光出射装置
１０    光学積層体
１３    入射部
１５    コア層
２０    第１積層体
２１    第１液晶層
２２    第２液晶層
２３    第７液晶層
２４    第８液晶層
３０    第２積層体
３１    第３液晶層
３２    第４液晶層
３３    第９液晶層
３４    第１０液晶層
４０    第３積層体
４１    第５液晶層
４２    第６液晶層
【図１】
2020112727.tif 000003
【図２】
2020112727.tif 000004
【図３】
2020112727.tif 000005
【図４】
2020112727.tif 000006
【図５】
2020112727.tif 000007
【図６】
2020112727.tif 000008
【図７】
2020112727.tif 000009