JPH1138261A - 光通信端末局用光学装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易であり、製造コストの低減を図る
ことができ、しかもコンパクト化に有利な光通信端末局
用光学装置を提供する。 【解決手段】 第１の入力端１１からの多重光を平行光
束に変換する第１のＣＧＨ素子２１と、該ＣＧＨ素子を
経た光を波長に応じて偏向させる波長選択フィルタ２３
と、該波長選択フィルタにより分離された第１の波長成
分の光を第１の出力端１２に向ける第２のＣＧＨ素子２
２と、波長選択フィルタにより分離された第２の波長成
分を分岐させる分岐手段２４と、分岐された一方の分岐
路２７を経る第２の波長成分の光を第２の出力端１８へ
向ける第３のＣＧＨ素子２５と、第２の入力端１７から
の第２の波長成分の光を他方の分岐路２８を経て第１の
入力端１１へ向けるべく、分岐手段２４へ向けて案内す
る第４のＣＧＨ素子２６とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長成分を異にす
る光信号媒体を重ね合わせた光多重通信の端末局に設け
られる光学装置およびその製造方法に関し、特に、光学
素子として、光回折現象を利用した計算機ホログラムを
組み込んだ光通信端末局用光学装置およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信容量の大きな光通信を可能と
するために、光ファイバを各家庭にまで敷設する、いわ
ゆるファイバー・ツー・ザ・ホーム（Fiber to the Hom
e）と称する計画が進められている。これによれば、例
えば１．３μｍおよび１．５５μｍのそれぞれの波長帯
域の光が相互に重ね合わされた多重光として、各家庭の
通信端末局に送られる。

【０００３】通信端末局には、多重光をそれぞれの波長
の光に分離する波長分波素子と、該分波素子により分離
された一方の波長の光での双方向通信を可能とするため
に、一方の波長の光路を分割する光カプラとを備える光
学装置が設けられている。この光学装置により、多重光
は、それぞれの波長帯域の波長成分に分離された後、各
端末装置に送られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の光学装
置は、波長分波素子および光カプラのいずれも、光ファ
イバを基礎にした、いわゆる光ファイバ素子から構成さ
れている。そのため、光ファイバ素子の相互の融着接続
等に手間取ることから、前記光学装置の製造は容易では
ない。また、コンパクト化は容易ではない。

【０００５】そのため、製造が容易であり、製造コスト
の低減を図ることができ、しかもコンパクト化に有利な
光通信端末局用光学装置およびその製造方法が望まれて
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、それぞれの波長を相互に異にする多重光
を用いる波長多重伝送の端末局用光学装置の光学素子と
して、基本的には、光回折現象を利用した計算機ホログ
ラムを用いることを特徴とする。計算機ホログラムは、
光学レンズに見られるようなコリメートあるいは集光機
能およびプリズムに見られるような偏向機能、さらには
回折現象を利用することによる強い波長依存性を持たせ
ることができる。特に、波長依存性を利用して、計算機
ホログラムに多重光をそれぞれの波長成分の光に光路を
分割する光路分割作用および波長分離作用をも担わせる
ことができる。

【０００７】〈構成１〉本発明に係る光通信端末局用光
学装置は、互いに異なる波長の光が信号媒体として重ね
合わされた多重光を受ける第１の入力端と、該入力端に
受けた多重光から分離される第１の波長成分の光を出力
する第１の出力端と、多重光から分離される第２の波長
成分の光に関し、第１の入力端へ向けての双方向通信を
可能とする第２の一対の入力端および出力端とを備え
る。

【０００８】前記光学装置は、第１の入力端からの多重
光を平行光束に変換する第１の計算機ホログラムと、該
計算機ホログラムを経た多重光をそれらの波長に応じて
偏向させる波長選択フィルタと、該波長選択フィルタに
より分離された第１の波長成分の光を第１の出力端に向
ける第２の計算機ホログラムと、波長選択フィルタによ
り分離された第２の波長成分を分岐させる分岐手段と、
該分岐手段により分岐された一方の分岐路を経る第２の
波長成分の光を第２の出力端へ向ける第３の計算機ホロ
グラムと、第２の入力端からの第２の波長成分の光を他
方の分岐路、分岐手段および第１の計算機ホログラムを
経て第１の入力端へ向けるべく、分岐手段へ向けて案内
する第４の計算機ホログラムとを含むことを特徴とす
る。

【０００９】〈作用１〉本発明に係る前記光学装置で
は、基本的には、少なくとも波長選択フィルタを除く光
学素子が計算機ホログラムで構成されている。第１の入
力端から入射した多重光は、第１の計算機ホログラムに
より平行光束に変換され、この平行光束は波長選択フィ
ルタにより、第１および第２の波長成分に分離される。
第１の波長成分の光は第２の計算機ホログラムを経て、
第１の出力端に案内される。波長選択フィルタにより分
離された第２の波長成分の光は、分岐手段により、分岐
される。その一方の分岐路の光は、第３の計算機ホログ
ラムにより、第２の出力端に案内される。また、双方向
通信のために第２の入力端から入力される第２の波長成
分の光は、第４の計算機ホログラムから、前記他方の分
岐路に案内され、分岐手段および第１の計算機ホログラ
ムを経て、第１の入力端へ向けて案内される。

【００１０】前記した各計算機ホログラムは、回折現象
を利用した光学素子であり、コリメート機能、集光機
能、偏向機能、光路分割作用および波長分離作用を重複
してあるいは選択的に適宜担わせることができることか
ら、コンパクトであり、しかも光ファイバとの融着接着
作業が不要となることから、これによる製造コストの増
大を招くことはなく、従来の光ファイバ光学装置に比較
して安価に製造することができる。

【００１１】計算機ホログラムに、波長分離作用を担わ
せることができることから、偏向手段として、波長分離
作用を有する透過型あるいは反射型の計算機ホログラム
を利用することができる。しかしながら、計算機ホログ
ラムによる波長分離作用では、多重光からの相互に分離
されたそれぞれの波長成分は、共に透過光または反射光
として取り出される。他方、例えば誘電体膜を利用した
ＷＤＭミラーのような誘電体フィルタ手段を波長選択フ
ィルタとして用いることにより、一方の波長成分を反射
光として取り出し、他方の波長成分を透過光として取り
出せることから、分離効率の低下を招くことなく光路の
短縮化を図ることができ、コンパクト化の上で、波長選
択フィルタとして、ＷＤＭミラーのような誘電体フィル
タを用いることが望ましい。

【００１２】〈構成２〉また、本発明は、第１の入力端
からの多重光を平行光束に変換する第１の計算機ホログ
ラムと、該計算機ホログラムを経た多重光をそれらの波
長に応じて偏向させる波長選択フィルタと、該波長選択
フィルタにより分離された第１の波長成分の光を第１の
出力端に向ける第２の計算機ホログラムと、波長選択フ
ィルタにより分離された第２の波長成分を分岐させる分
岐手段と、該分岐手段により分岐された一方の分岐路を
経る第２の波長成分の光を第２の出力端へ向ける第３の
計算機ホログラムと、第２の入力端からの第２の波長成
分の光を他方の分岐路、分岐手段および第１の計算機ホ
ログラムを経て第１の入力端へ向けるべく、分岐手段へ
向けて案内する第４の計算機ホログラムとを含む光通信
端末局用光学装置の製造方法に関する。

【００１３】本発明に係る前記製造方法は、透光性を有
する第１の基板に接合される透光性を有する第２の基板
の一方の面に、多数の第１および第２の計算機ホログラ
ムを互いに対をなすように集積化して形成すると共に、
第２の基板の他方の面に、波長選択フィルタを集積化し
て形成すること、透光性を有する第３の基板の、第２の
基板に対向する一方の面に、分岐手段を集積化して形成
すると共に、第３の基板の他方の面に、第３および第４
の計算機ホログラムを互いに対をなすように集積化して
形成すること、前記した第１ないし第３の基板を一体化
して積層体を形成すること、当該積層体をそれらの厚さ
方向に沿って縦割りに分割することにより、多数の光学
装置に分離することを含む。

【００１４】〈作用２〉本発明に係る製造方法では、多
数の計算機ホログラムを含む光学素子を集積化すること
により、複数組の光学装置を含む積層体が形成される。
この多数の光学装置を含む積層体は、それぞれの光学装
置に分割される。従って、本発明に係る光学装置を極め
て効率的に製造することが可能となる。

【００１５】〈構成３〉また、本発明に係る光通信端末
局用光学装置は、双方向通信のための互いに異なる波長
成分の光のうち、一方の波長成分の光を受けかつ他方の
波長成分の光を出力するための共通端と、前記一方の波
長成分の光を受光器に送り出すための出力端と、光源か
ら前記他方の波長成分の光を受ける入力端とを備え、さ
らに、前記共通端からの光路を光の波長に応じた第１お
よび第２の分岐路に分ける偏向手段と、前記共通端に入
力する前記一方の波長成分の光を前記受光器に案内すべ
く該受光器に集光させる第１の計算機ホログラムと、前
記入力端からの前記第２の波長成分の光を前記偏向手段
を経て前記共通端へ向けるべく、前記光源からの前記第
２の波長成分の光を前記偏向手段へ向けて案内する第２
の計算機ホログラムとを備えることを特徴とする。

【００１６】双方向通信のための共通端を備える前記光
学装置は、付加的構成として、以下の構成を採用するこ
とができる。偏向手段として、計算機ホログラムを用い
ることができる。この計算機ホログラムの少なくとも高
次回折光の光路を含む回折光路により、第１および第２
の分岐路を構成することができる。

【００１７】偏向手段の計算機ホログラムとして、透過
型計算機ホログラムおよびこの透過型計算機ホログラム
に反射手段を組み込んで構成される反射型計算機ホログ
ラムを用いることができる。また、この計算機ホログラ
ムは、偏向方向を相互に異にする一対の計算機ホログラ
ム部分を光路内に並列的に配置することにより、形成す
ることができる。

【００１８】また、計算機ホログラムのプリズム機能に
よる偏向角度の波長依存性を利用して、波長に応じた第
１および第２の分岐路を形成することができる。さら
に、前記したような計算機ホログラムにより偏向手段を
構成することに代えて、この偏向手段を誘電体フィルタ
のような波長選択フィルタで構成することができる。

【００１９】〈作用３〉本発明に係る構成３に示した前
記光学装置では、基本的には、主要光学素子が計算機ホ
ログラムで構成されている。共通入力端に入力する一方
の波長成分の光は、第１の分岐路を経て、第１の計算機
ホログラムにより受光器に案内され、光源からの他方の
波長成分の光は第２計算機ホログラムにより、第２の分
岐路を経て、第１の出力端に案内される。

【００２０】前記した各計算機ホログラムは、回折現象
を利用した光学素子であり、コリメート機能、集光機
能、偏向機能、光路分割作用および波長分離作用を重複
してあるいは選択的に適宜担わせることができることか
ら、コンパクトであり、しかも光ファイバとの融着接着
作業が不要となることから、これによる製造コストの増
大を招くことはなく、従来の光ファイバ光学装置に比較
して安価に製造することができる。

【００２１】計算機ホログラムの製造には、ＣＡＤが用
いられており、所望の回折光学特性を示すホログラム内
での光の位相差関数が求められる。この位相差関数は、
光路差関数ρ（ｘ，ｙ）と呼ばれている。光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）は、次式 ρ（ｘ，ｙ）＝ΣＣ_Nｘ^mｙⁿ …（１） で示される多項式に変換される。この多項式（Ｃ_Nｘ^mｙ
ⁿ ）は、光路差係数と呼ばれている。ｎおよびｍはそれ
ぞれ正の整数であり、Ｃ_Nは位相係数と呼ばれている。
Ｎとｍ、ｎとの間には、次式 Ｎ＝｛（ｍ＋ｎ）² ＋ｍ＋３ｎ｝／２ …（２） が成り立つ。

【００２２】この位相係数Ｃ_N を２次元テイラー展開に
より求めたテイラー展開近似式の各項係数として求め、
ＣＡＤプログラムに代入することにより、フォトリソグ
ラフィによって所望形状を得るのに必要なフォトリソグ
ラフィ用マスクのパターンを生成させることができる。
このようなＣＡＤプログラムの一例として、アメリカ合
衆国カリフォルニア州に在るNIPT社のＣｇｈＣＡＤがあ
る。

【００２３】このＣＡＤプログラムでは、データ処理の
容量の関係から、ｍとｎとの和が１０以下であり、かつ
Ｎが６５以下である条件が付されている。従って、所望
の光学特性を示す光路差関数ρ（ｘ，ｙ）を求め、この
光路差関数ρ（ｘ，ｙ）の各位相係数Ｃ_N （Ｃ₀ 〜
Ｃ₆₅）を求めた後、そのデータをＣＡＤプログラムに入
力することにより、所望の回折光学特性を示す計算機ホ
ログラムのためのマスク条件を求めることができる。こ
のマスク条件に沿って、マスクを製作し、これらのマス
クを用いたフォトリソグラフィ法により、所望の回折光
学特性を示す計算機ホログラムが得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る光学装置を概略的に
示す断面図である。本発明に係る光学装置１０は、第１
の入力端１１および第１の出力端１２が一方の面１３ａ
に設けられた例えば第１のガラス基板１３と、該ガラス
基板の他方の面１３ｂに、一方の面１４ａを接合される
第２のガラス基板１４と、該ガラス基板の他方の面１４
ｂに、一方の面１５ａを接合される第３のガラス基板１
５とからなる全体にブロック状の積層構造体１６を備え
る。

【００２５】各ガラス基板１３、１４および１５は、そ
れぞれ厚さ寸法Ｔ₁ 、Ｔ₂ およびＴ₃ を有し、それぞれ
屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ およびｎ₃ を有する。積層構造体１６
のほぼ中央部を各ガラス基板１３、１４および１５の厚
さ方向へ通る軸をｚ軸とすると、第１の入力端１１およ
び第２の出力端１２は、このｚ軸からｘ軸方向に沿って
相互に反対方向へそれぞれ間隔Ｓ₁ およびＳ₂ をおく光
ファイバにより構成されている。

【００２６】第１の入力端となる光ファイバ１１には、
それぞれが信号媒体となる例えば１．３μｍおよび１．
５５μｍの波長を有する光を相互に重ね合わせた多重光
が入力する。また、第１の出力端となる光ファイバ１２
には、その一方の波長成分が案内される。

【００２７】一端に第１の入力端１１および第１の出力
端１２が設けられた積層構造体１６の他端となるガラス
基板１５の他方の面１５ｂには、双方向通信を可能とす
るための一対の第２の入力端１７および出力端１８が設
けられている。第２の入力端１７は、ガラス基板１５の
他方の面１５ｂの一半に設けられており、発信器となる
半導体レーザ１９からの光を受ける。また、第２の出力
端１８は、他方の面１５ｂの他半に設けられており、フ
ォトディテクタ２０へ向けて他方の波長成分の光を放出
する。

【００２８】フォトディテクタ２０は、第２の出力端１
８からｚ軸方向に沿って間隔Ｔ₄ をおきかつｚ軸からｘ
軸方向に沿って間隔ｘ₃ をおいて配置されている。ま
た、半導体レーザ１９は、第２の入力端１７からｚ軸方
向に沿って間隔Ｔ₅をおきかつｚ軸からｘ軸方向に沿っ
て間隔ｘ₂ をおいて配置されている。

【００２９】第１のガラス基板１３と第２のガラス基板
１４との間には、第１および第２の計算機ホログラム
（Computer Generated Hologram 、以下、単にＣＧＨ素
子と称する。）２１および２２が配置されている。ま
た、第２のガラス基板１４と第３のガラス基板１５との
間には、偏向手段としての波長選択フィルタ２３および
分岐手段としてのＣＧＨ素子２４が配置されている。ま
た、第２の出力端１８および第２の入力端１７には、第
３および第４のＣＧＨ素子２５および２６がそれぞれ配
置されている。

【００３０】第１および第２のＣＧＨ素子２１および２
２は、ガラス基板１４の前記一方の面１４ａの一半およ
び他半にそれぞれ並列的に形成されている。また、偏向
手段である波長選択フィルタ２３は、ガラス基板１４の
前記他方の面１４ｂのほぼ全面に形成されている。分岐
手段であるＣＧＨ素子２４は、ガラス基板１５の前記一
方の面１５ａのほぼ中央部に形成されている。また、第
３および第４のＣＧＨ素子２５および２６は、前記した
とおり、第２の出力端１８および第２の入力端１７とな
るガラス基板１５の他方の面１５ｂの一半および他半に
それぞれ並列的に形成されている。

【００３１】第１のＣＧＨ素子２１は、第１の入力端１
１からの多重光からなる発散球面波光を平行光束とする
コリメート機能を有し、かつ平行光束を波長選択フィル
タ２３へ向ける偏向機能を有する。

【００３２】第１のＣＧＨ素子２１により案内された多
重光を受ける波長選択フィルタ２３は、図示の例では、
従来よく知られた誘電体の多層膜からなる誘電体フィル
タである。誘電体フィルタからなる波長選択フィルタ２
３は、ＷＤＭミラーと称されており、第１の入力端１１
から入射して第１のＣＧＨ素子２１に案内された多重光
のうち、波長１．５５μｍを有する第１の成分波長の光
に対し、反射面として作用する。他方、波長選択フィル
タ２３は、多重光のうちの波長１．３μｍを有する第２
の波長成分を透過させる。

【００３３】波長選択フィルタ２３により反射された第
１の波長成分である波長１．５５μｍの平行光束は、第
２のＣＧＨ素子２２により、第１の出力端である出力フ
ァイバ１２に集光される。この第１の出力端１２から取
り出された第１の波長成分の光は、例えばテレビのよう
な一方向通信の端末装置に送られる。

【００３４】他方、偏向手段たる波長選択フィルタ２３
を透過した第２の波長成分である波長１．３μｍの平行
光束は、分岐手段であるＣＧＨ素子２４により、ほぼそ
の４０％の光が、−１次回折光として、第３のＣＧＨ素
子２５へ向けて偏向される。他方、波長選択フィルタ２
３を透過した第２の波長成分のほぼその４０％の光は、
１次回折光として、第４のＣＧＨ素子２６へ向けて偏向
される。

【００３５】第１の分岐路２７を経て第３のＣＧＨ素子
２５に向けられた第２の波長成分の平行光束は、ＣＧＨ
素子２５の集光機能により、フォトディテクタ２０に向
けられ、該フォトディテクタに接続される図示しない例
えば電話器の受信回路により、第２の波長成分の光に含
まれる情報が取り出される。

【００３６】第２の分岐路２８を経て第４のＣＧＨ素子
２６に向けられる第２の波長成分の平行光束は、第４の
ＣＧＨ素子２６の集光作用により、半導体レーザ１９に
集光する。このため、この第４のＣＧＨ素子２６の焦点
に配置された例えば電話機の発信回路の半導体レーザ１
９から、第４のＣＧＨ素子２６へ向けて第２の波長成分
の光が発散されると、この第２の波長成分の光は、分岐
手段であるＣＧＨ素子２４、偏向手段である波長選択フ
ィルタ２３および第１のＣＧＨ素子２１を経て、第１の
入力端１１に案内される。従って、多重光の発信源（図
示せず）と、この多重光をその第１の入力端１１に受け
る光学装置１０との間の双方向通信が、該光学装置の第
２の入力端１７および第２の出力端１８を用いることに
より、可能となる。

【００３７】次に、本発明に係る各ＣＧＨ素子２１〜２
６の光学特性の詳細に触れる前に、一般的なＣＧＨ素子
のための前記した光路差関数ρ（ｘ，ｙ）の位相係数Ｃ
_N （Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅）について、述べる。

【００３８】各位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅は、２次元光路差関
数ρ（ｘ，ｙ）をｘ軸およびｙ軸に関して２次元テイラ
ー展開し、その１０次の項までの近似式から、求めるこ
とができる。この関係が、図２に示された式（３）で表
されている。式（３）の右辺の第２項のΔは、テイラー
展開の余剰項であり、無視し得る程に十分に小さな値で
ある。

【００３９】図３ないし図９は、式（３）を展開して求
めた各位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅、すなわち光路差係数Ｃ₀ 〜
Ｃ₆₅を、光路差関数の一般式ρ（ｘ，ｙ）の関係式とし
て、整理して示す説明図である。所望の光学特性を示す
光路差関数ρ（ｘ，ｙ）を求め、この光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）から、図３〜図９に示す光路差係数すなわち
位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅を求め、これらの値を前記したＣＡ
Ｄプログラムに入力することにより、所望の回折光学特
性を示す計算機ホログラムのためのマスク条件を求める
ことができる。

【００４０】次に、第１の入力端１１である点光源から
の発散球面波を平行光束に変換する第１のＣＧＨ素子２
１の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）について説明する。図１０
は、第１のＣＧＨ素子２１に係る回折光学素子の光学特
性を示す説明図である。図１０に示される回折光学素子
（２１）は、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に位置する点光源から
の発散球面を、原点を通るベクトル成分が（α、β、
γ）で表される平行光束に変換する計算機ホログラムで
ある。

【００４１】入射光側媒質の屈折率はｎ₁ で示され、出
射光側媒質の屈折率はｎ₂ で示されている。説明の簡素
化のために、回折光学素子（２１）は、ｚ軸上にあり、
その厚さ寸法は、無視できる程に充分に小さな値とす
る。この仮定は、位相係数Ｃ_N の算出の上で、一般性を
損なうものではない。

【００４２】図１０に示す回折光学素子（２１）の光路
差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式で与えられる。 ρ（ｘ，ｙ）＝n₁・｛(X-x)²+(Y-y)²+Z²) ｝^1/2-n₁L-n₂・｛（αx+βy ）/(α ² +β²+γ²)^1/2 ｝ …（５） ここで、Ｌは光源から原点までの距離であり、次式 Ｌ＝（Ｘ² ＋Ｙ² ＋Ｚ² ）^1/2 …（６） で示される。

【００４３】式（４）の第１項および第２項は、点光源
からの球面波における回折光学素子（２１）内での２次
元光路差を表す。また、式（４）の第３項は、偏向され
た平行光束（α、β、γ）の光路差を表す。

【００４４】発散球面波を平行光束に変換するコリメー
ト機能を有する回折光学素子の図１０に示す一般的な光
学特性および該特性を表す一般的な光路差関数の式
（５）および式（６）を参照して、図１に示された第１
のＣＧＨ素子２１の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）を求める
と、該光路差関数として、次式

【００４５】 ρ（ｘ，ｙ）＝n₁・(x²+y²+T₁ ²)^1/2-n₁L-n₂・(S₁+S₂)x/｛(S₁+S₂)²+4T₂ ²)｝^{1/ 2} ｝ …（７） が求められる。ここで、Ｓ₁ およびＳ₂ は、図１に沿っ
て説明したとおり、それぞれｚ軸から第１の入力端１１
および第２の出力端１２までの距離であり、点光源から
第１のＣＧＨ素子２１の中心までの距離Ｌは次式で与え
られる。 Ｌ＝Ｔ₁ …（８） で示される。

【００４６】式（７）で示される光路差関数ρ（ｘ，
ｙ）についてのテイラー展開による各光路差係数すなわ
ち位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅は、図３〜図９の式（４−０）〜
式（４−６５）に式（７）を代入することにより、得ら
れる。図１１〜図１４には、それらの演算結果が各項Ｃ
_N ごとに、式（９−０）〜式（９−６５）の形式で示さ
れている。

【００４７】この式（９−０）〜式（９−６５）に示さ
れるＣ₀ 〜Ｃ₆₅の各値を光路差係数として、ＣＡＤプロ
グラムの式（１）で示される光路差係数Ｃ_N に入力し、
当該プログラムを実行することにより、式（７）で表さ
れる第１のＣＧＨ素子２１の形成のために必要なマスク
パターンのデータが得られる。

【００４８】屈折率ｎは、光の波長の関数であることか
ら、ガラス基板１３の屈折率であるｎ₁ およびガラス基
板１４の屈折率であるｎ₂ は、光の波長（１．３μｍお
よび１．５５μｍ）によって変化する。そこで、式
（７）の屈折率として、１．３μｍの波長についての屈
折率ｎ₁ およびｎ₂ をそれぞれ採用することができる
が、図１に示した具体例では、１．５５μｍの波長につ
いての屈折率ｎ₁ およびｎ₂ が採用された。

【００４９】次に、平行光束を物点である第１の出力端
１２に集光する第２のＣＧＨ素子２２の光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）について説明する。

【００５０】図１５は、第２のＣＧＨ素子２２に係る回
折光学素子の光学特性を示す説明図である。図１５に示
される回折光学素子（２２）は、原点を通るベクトル成
分が（α、β、γ）で示される任意の偏向角度を有する
平行光束を球面波に変換し、像点位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に
集光させる計算機ホログラム（２２）である。図１５の
例では、回折光学素子への入射光側媒質の屈折率はｎ₂
で示され、像点が位置する出射光側媒質の屈折率はｎ₁
で示されている。

【００５１】図１０に示したと同様に、説明の簡素化の
ために、回折光学素子（２２）は、ｚ軸上にあり、その
厚さ寸法は、無視できる程に充分に小さな値とする。

【００５２】図１５に示す回折光学素子（２２）の光路
差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式で与えられる。 ρ（ｘ，ｙ）＝n₁・｛(X-x)²+(Y-y)²+Z²) ｝^1/2-n₁L+n₂・｛（αx+βy ）/(α ² +β²+γ²)^1/2 ｝ …（１０） ここで、Ｌは原点から像点までの距離であり、次式 Ｌ＝（Ｘ² ＋Ｙ² ＋Ｚ² ）^1/2 …（１１） で示される。

【００５３】平行光束を像点に集光させる集光機能を有
する回折光学素子の図１５に示す一般的な光学特性およ
び該特性を表す一般的な光路差関数の式（１０）および
式（１１）を参照して、図１に示された第２のＣＧＨ素
子２２の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）を求めると、該光路差
関数として、次式

【００５４】 ρ（ｘ，ｙ）＝n₁・(x²+y²+T₁ ²)^1/2-n₁L+n₂・(S₁+S₂)x/｛(S₁+S₂)²+4T₂ ²)｝^{1/ 2} ｝ …（１２ ） が求められる。ここで、Ｓ₁ およびＳ₂ は、図１に沿っ
て説明したとおり、それぞれｚ軸から第１の入力端１１
および第２の出力端１２までの距離であり、像点から第
２のＣＧＨ素子２２の中心までの距離Ｌは次式で与えら
れる。 Ｌ＝Ｔ₁ …（１３ ）

【００５５】式（１２）で示される光路差関数ρ（ｘ，
ｙ）についてのテイラー展開による各光路差係数すなわ
ち位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅は、図３〜図９の式（４−０）〜
式（４−６５）に式（１２）を代入することにより、得
られる。図１６〜図１９には、それらの演算結果が各項
Ｃ_N ごとに、式（１４−０）〜式（１４−６５）の形式
で示されている。

【００５６】この式（１４−０）〜式（１４−６５）に
示されるＣ₀ 〜Ｃ₆₅の各値を光路差係数として、ＣＡＤ
プログラムの式（１）で示される光路差係数Ｃ_N に入力
し、当該プログラムを実行することにより、式（１２）
で表される第２のＣＧＨ素子２２の形成のために必要な
マスクパターンのデータが得られる。図１の具体例で
は、式（１３）の屈折率として、第１のＣＧＨ素子２１
におけると同様に、１．５５μｍの波長についての屈折
率ｎ₁ およびｎ₂ が採用された。

【００５７】第１のＣＧＨ素子２１および第２のＣＧＨ
素子２２は、前記したとおり、第１の波長成分である
１．５５μｍ波に設定されている。そのため、第２の波
長成分である１．３μｍ波を取り扱う分岐手段、第３お
よび第４のＣＧＨ素子２４〜２６では、波長のずれに応
じて、焦点距離および回折角を補正する必要が生じる。
そこで、各ＣＧＨ素子２４〜２６の光学特性に触れる前
に、ＣＧＨ素子の偏向角および焦点距離のそれぞれにつ
いての波長依存性を考察する。

【００５８】先ず、図２０に沿って、計算機ホログラム
すなわちＣＧＨ素子の回折現象における偏向角の波長依
存性を説明する。入射平行光束を任意の角度に偏向する
ＣＧＨ素子素子は、周期的な位相分布を有するグレーテ
ィングと見なせることから、ＣＧＨ素子の光学特性は、
従来よく知られたグレーティング方程式で説明すること
ができる。

【００５９】図２０に示すように、ＣＧＨ素子の光軸に
対する入射角度をθ₁ 、出射角度をθ₂ とすると、グレ
ーティング周期ｒと、波長λとの関係は、次式 ｒ＝λ／（ｎ₂ sinθ₂ −ｎ₁ sinθ₁ ） …（１５） で示される。

【００６０】グレーティング周期ｒは、レンズ作用を持
つＣＧＨ素子の同心円パターンの１周期ピッチに相当す
る。式（１５）を整理して、波長λについての出射角θ
₂ を求めると、次式 sinθ₂ ＝λ／（ｒｎ₂ ）+（ｎ₁ ／ｎ₂ ）・sinθ₁ …（１６） が得られる。

【００６１】式（１５）および式（１６）では、屈折率
ｎ₁ およびｎ₂ は、波長λに拘わらず一定と見なされ、
波長変化に対する屈折率の変化が考慮されていないが、
厳密にはそれぞれの屈折率ｎ₁ およびｎ₂ は波長の関数
となる。そこで、入射光束の波長λおよびこの波長から
僅かのずれを持つ波長λ′について、それぞれの式（１
５）に対応する関係が、 ｒ＝λ／（ｎ₂₍λ₎sinθ₂ −ｎ₁₍λ₎sinθ₁ ） …（１７ ） ｒ＝λ′／（ｎ₂₍λ_')sinθ₂−ｎ₁₍λ_')sinθ₁） …（１８ ） で示される。ここで、ｎ₁₍λ₎、ｎ₂₍λ₎、ｎ₁₍λ′₎ 、
ｎ₂₍λ′₎ は、波長λおよびλ′に対する屈折率ｎ₁ お
よびｎ₂ をそれぞれ意味する。

【００６２】同一のグレーティング周期ｒすなわちＣＧ
Ｈ素子についての波長依存性を導くために、式（１７）
および式（１８）からグレーティング周期ｒを消去し
て、整理すると、次式 sinθ₂′＝｛（１／ｎ₂₍λ_')）・（λ′／λ）・（ｎ₂₍λ₎sinθ₂−ｎ₁₍λ₎si nθ₁ ）｝＋（ｎ₁₍λ_') ／ｎ₂₍λ_') ）sinθ₁ …（１９ ） が導かれる。

【００６３】式（１９）は、入射光の波長λおよびλ′
についての出射光の角度θ₂ およびθ₂′の関係を示
し、入射光の波長のずれにより、出射角度にずれが生じ
ることを表している。従って、例えば、波長が１．５５
μｍの光に関して設定されたＣＧＨ素子について、波長
１．３μｍの光に関する角度θ₂′の偏向角の補正は、
次式 θ₂′＝sin^-1［｛（１／ｎ₂₍λ_')）・（λ′／λ）・（ｎ₂₍λ₎sinθ₂−ｎ₁₍ λ₎sinθ₁ ）｝＋（ｎ₁₍λ_') ／ｎ₂₍λ_') ）sinθ₁ ］ …（ ２０） で与えられる。

【００６４】次に、図２１に沿って、計算機ホログラム
すなわちＣＧＨ素子の回折現象における焦点距離の波長
依存性を説明する。図２１に示すように、焦点距離ｆに
平行光束を集光するＣＧＨ素子は、各グレーティング半
径ｒから焦点までの光路長が焦点距離ｆに波長の整数倍
を加算した条件を満足するように、ＣＧＨ素子のグレー
ティングを半径方向に形成することにより、得られる。
従って、焦点距離ｆと、ｊ番目の周期のグレーティング
半径ｒ_j との関係は、次式 ｒ_j ²＋ｆ² ＝（ｆ＋ｊλ）² …（２１） で示される。

【００６５】式（２１）から次式 ｒ_j ²＝２ｊλｆ＋（ｊλ）² …（２２） が導き出される。ここで、焦点距離ｆは、ｍｍ単位であ
り、他方、波長λはμｍ単位であることから、式（２
２）の右辺の第２項は右辺の第１項に比較して無視でき
るに十分に小さな値となる。従って、式（２２）の近似
式として、次式 ｒ_j ²＝２ｊλｆ …（２３） が求められる。式（２３）で、ｊ＝１とすると、次式 ｆ＝ｒ₁ ²／２λ …（２４） が得られる。式（２４）は、従来よく知られたフレネル
レンズの焦点距離ｆと波長λとの関係式である。

【００６６】式（２４）を微分することにより、次式が
得られる。 ｆ′＝ｆ（λ／λ′） …（２５） 式（２５）は焦点距離の波長依存性を表す。ここでλ′
は変化後の波長であり、ｆ′は変化後の波長に対する焦
点距離である。式（２５）は、ＣＧＨ素子についての当
初の設計波長よりも長い波長に対し、ＣＧＨ素子は、等
価的に短い焦点距離のレンズとして作用することを意味
する。

【００６７】一例として、図２２に示す結像機能を有す
るＣＧＨ素子について考察するに、波長λについて、光
学レンズの結像関係式から次式 （ｎ₁ ／ａ）＋（ｎ₂ ／ｂ）＝（１／ｆ） …（２６） が導き出される。ここでａは、物点までの距離であり、
ｂは像点までの距離であり、ｆはＣＧＨ素子の真空中で
の焦点距離である。

【００６８】入射光の波長λおよびλ′についての出射
光の偏向角度θ₂ およびθ₂ ′の関係は、前記式（２
０）に示すとおりである。

【００６９】式（２６）から波長λ′での像点位置ｂ′
は、次式 （ｎ₁ ／ａ）＋（ｎ₂ ／ｂ′）＝（１／ｆ′）＝λ′／（ｆλ）…（２７） で与えられる。

【００７０】従って、図２２に示すＣＧＨ素子によれ
ば、波長λの波長成分の光に対し波長Δλのずれが生じ
ると、偏向角度θ₂ は式（２０）で示されるθ₂′のず
れを生じ、また、像点距離ｂは、式（２７）を満足する
像点距離ｂ′に変化することを意味する。

【００７１】再び図１に示された分岐手段であるＣＧＨ
素子２４の光学特性を考察するに、該ＣＧＨ素子２４に
関連して、任意の平行光束を任意の偏向角度を持つ平行
光束に偏向する回折光学素子（２４）の光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）について説明する。

【００７２】図２３は、分岐手段たる透過型のＣＧＨ素
子２４の基本的な光学特性を示す。図２３に示される回
折光学素子（２４）は、任意の偏向角度を持つ平行光束
を任意の偏向角度を持つ平行光束に偏向するプリズム機
能を有する。説明の簡素化のために、前記したところと
同様に、ＣＧＨ素子２４は、原点を通りかつＸ軸および
Ｙ軸を含む平面内にある。ＣＧＨ素子２４への入射平行
光束は、原点を通る光のベクトル成分（α₁ 、β₁ 、γ
₁ ）に平行であり、出射平行光束は、原点を通るベクト
ル成分（α₂ 、β₂ 、γ₂ ）に平行である。

【００７３】入射平行光束が存在する入射光側媒質は、
屈折率ｎ₂ を有し、出射平行光束が存在する出射光側媒
質は屈折率ｎ₃ を有する。このとき、光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）の一般式は次式、

【００７４】 ρ（ｘ，ｙ）＝n₂・（α₁x+ β₁y）/(α₁ ²+ β₁ ²+ γ₁ ²)^1/2）−n₃・（α₂x+ β₂y）/(α₂ ²+ β₂ ²+ γ₂ ²)^1/2 …（２８） で表される。

【００７５】ところで、一般的に、計算機ホログラムの
製造に要するマスクの枚数Ｍとすると、形成される計算
機ホログラムの位相レベルすなわち位相段数は、２^M で
示される。また、位相レベルに応じて、必要とされる１
次回折光の回折効率が変化する。１枚のマスクで１周期
の位相が形成される２位相レベルの計算機ホログラムで
は、従来よく知られているように、入射光の４０％ずつ
の光量が、１次回折光および−１次回折光にそれぞれ分
配され、残りの２０％の光量がその他の高次回折光に分
配される。従って、この現象を利用することにより、す
なわち２位相レベルの計算機ホログラムを用いることに
より、入射光の４０％ずつの光量を１次回折光および−
１次回折光として、分岐させることができる。

【００７６】分岐手段を構成するＣＧＨ素子２４は、前
記した計算機ホログラムの分岐作用を利用したものであ
り、図２４および図２５に１次回折光および−１次回折
光のそれぞれの振る舞いが示されている。

【００７７】図２４に沿って、１次回折光の振る舞いを
説明する。ＣＧＨ素子２４は、第１のＣＧＨ素子２１を
経た１．３μｍの光を受けるが、この第１のＣＧＨ素子
２１は、前記したとおり、１．５５μｍの光に対しコリ
メート機能を発揮するように、設定されている。そのた
め、分岐手段であるＣＧＨ素子２４に関し、１．３μｍ
の光についての焦点距離および偏向角度は、先に図２０
〜図２２に沿って説明したとおり、僅かなずれを生じ
る。

【００７８】そのため、分岐手段であるＣＧＨ素子２４
に入射する波長１．３μｍの光は、等価的に距離Ｄ₁ 離
れた点からの発散球面波と考えられ、またその入射角Θ
₁ は、波長１．５５μｍの光での入射角Θ₀ とは異な
る。

【００７９】この両者Θ₀ およびΘ₁ の関係式として、
前記式（２０）の関係から、次式 Θ₁ ＝sin^-1｛（１／ｎ₂₍λ_=1.3μ_m)）・（１．３／１．５５）・（ｎ₂₍λ_=1.55 μ_m)）sinΘ₀ ｝ …（２９） が導き出される。ここで、Θ₀ は、次式 Θ₀ ＝tan^-1｛（S₁+S₂）／（２T₁）｝ …（３０） で示される。

【００８０】また、１次回折光がｚ軸から前記間隔ｘ₂
のずれを以て配置された半導体レーザ１９に集光するた
めには、ＣＧＨ素子２４の出射偏向角度Θ₂ は、次式 Θ₂ ＝tan^-1｛（ｘ₁+ｘ₂）／T₃｝ …（３１） を満足する必要がある。これらの条件を考慮して、前記
式（２８）から第３のＣＧＨ素子２４についての光路関
数ρ（ｘ，ｙ）を求めると、該光路差関数として、次式

【００８１】 ρ（ｘ，ｙ）＝n₂(ｘ₁-S₁)ｘ/｛(ｘ₁-S₁)²+ T₂ ²｝^1/2＋n₃(ｘ₁+ｘ₂)ｘ/｛(ｘ₁ +ｘ₁)²+ T₃ ²｝^1/2 …（３２） が求められる。

【００８２】従って、式（３２）で示される光路差関数
ρ（ｘ，ｙ）についてのテイラー展開による各光路差係
数すなわち位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅は、図３〜図９の式（４
−０）〜式（４−６５）に式（３２）を代入することに
より、得られる。図２６には、その演算結果が位相係数
すなわち光路差係数Ｃ₀ 〜Ｃ₂ として示されている。式
（３２）は、ｘ、ｙの１次関数であることから、Ｃ３
以降の係数は零となることから、図２６に示された式
（３３−０）〜式（３３−２）を光路差係数として、Ｃ
ＡＤプログラムの式（１）で示される光路差係数Ｃ_N に
入力し、当該プログラムを実行することにより、第３の
ＣＧＨ素子２４の形成のために必要なマスクパターンの
データが得られる。

【００８３】このＣＧＨ素子２４の設定により、図２５
に示した−１次回折光に関する偏向角度Θ₃ は、１義的
に決まり、−１次回折光の中心位置のｚ軸からのずれｘ
₃ は、光学ＣＡＤプログラムの実行等により、容易に求
めることができる。

【００８４】続いて、図２７に沿って、第３のＣＧＨ素
子２５の光学特性について考察する。第３のＣＧＨ素子
２５は、分岐手段であるＣＧＨ素子２４により分岐され
た−１次回折光をフォトディテクタ２０へ向けて集光さ
せる機能を有する。この第３のＣＧＨ素子２５に入射す
る−１次回折光は、前記したとおり、１．５５μｍの波
長をコリメートするように設定された第１のＣＧＨ素子
２１を経ていることから、分岐手段たるＣＧＨ素子２４
におけると同様に、１．３μｍの光に対して、焦点距離
および偏向角を補正する必要がある。

【００８５】そのため、図２７に示すように、分岐手段
であるＣＧＨ素子２４に入射する波長１．３μｍの光
は、等価的に距離Ｄ₁ 離れた点からの発散球面波と考え
られ、またその入射角Θ₁ と、波長１．５５μｍの光で
の入射角Θ₀ との関係は、前記式（２９）および前記式
（３１）に示したと同様である。

【００８６】また、分岐手段であるＣＧＨ素子２４から
見た虚像までの距離Ｄ₁ に関して、前記式（２７）を参
照するに、 （ｎ₁ ／T₁）-（ｎ₂ ／D₁）＝（n₁／T₁）・（1.3／１．５５） …（３４） が求められ、この式（３４）を整理すると距離Ｄ₁ は、
次式 Ｄ₁ ＝ （ｎ₂T₁）／｛n₁（１−1.3／１．５５）｝ …（３５） で表される。

【００８７】また−１次回折光が第３のＣＧＨ素子２５
に達する迄の距離Ｄ₃ と、第３のＣＧＨ素子２５への入
射角Θ₃ との間には、次式 Ｄ₃ ＝｛（ｘ₃-ｘ₁ ）² ＋T₃ ²｝^1/2 …（３６） および次式 Θ₃ ＝tan^-1｛T₃／（ｘ₁+ｘ₂）｝ …（３７） の関係が成り立つ。

【００８８】これらのことから、第３のＣＧＨ素子２５
は、物点（Ｘ₄₁，Ｙ₄₁，Ｚ₄₁）と像点（Ｘ₄₂，Ｙ₄₂，Ｚ
₄₂）とを結ぶＣＧＨ素子と考えられる。

【００８９】図２８は、点光源（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）お
よび集光点（Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｚ₂ ）を有する回折光学素子
である。この集光レンズ作用を有する回折光学素子の光
路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式で与えられる。

【００９０】 ρ（ｘ，ｙ）＝n₁・｛(X₁-x)²+(Y₁-y)²+Z₁ ²)｝^1/2-n₁L₁+n₂・｛(X₂-x)²+(Y₂-y )²+Z₂ ²)｝^1/2-n₂L₂ …（３８） ここで、原点から点光源までの距離Ｌ₁ および原点から
像点までの距離Ｌ₂ は、それぞれ次式で示される。 Ｌ₁ ＝（Ｘ₁ ²＋Ｙ₁ ²＋Ｚ₁ ²）^1/2 …（３９） Ｌ₂ ＝（Ｘ₂ ²＋Ｙ₂ ²＋Ｚ₂ ²）^1/2 …（４０）

【００９１】これらの式（３８）〜式（４０）から、物
点（Ｘ₄₁，Ｙ₄₁，Ｚ₄₁）と像点（Ｘ₄₂，Ｙ₄₂，Ｚ₄₂）と
を結ぶ第４のＣＧＨ素子２５の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）
として、次式 ρ（ｘ，ｙ）＝n・｛(X₄₁-x)²+(Y₄₁-y)²+Z₄₁ ²｝^1/2-nL₄₁+n₄・｛(X₄₂-x)²+( Y₄₂-y)²+Z₄₂ ²)｝^1/2-n₄L₄₂ …（４１） が求められる。ここで、現実的な仮定として、屈折率n₂
および屈折率n₃は、同一の屈折率ｎが採用されており、
またフォトディテクタ２０が屈折率n₄ を示す空間に存
在していると仮定されている。

【００９２】また、式（４１）で、 Ｘ₄₁＝−（Ｄ₁ ＋Ｄ₃ ）sinΘ₃ …（４２） Ｙ₄₁＝0 …（４３） Ｚ₄₁＝−（Ｄ₁ ＋Ｄ₃ ）cosΘ₃ …（４４） さらには、 Ｘ₄₂＝ｘ₄ −ｘ₃ …（４５） Ｙ₄₂＝0 …（４６） Ｚ₄₂＝Ｔ₄ …（４７） を示す。

【００９３】また、原点から物点までの距離Ｌ₄₁および
原点から像点までの距離Ｌ₄₂は、それぞれ次式 Ｌ₄₁＝（X₄₁ ²+Y₄₁ ²+Z₄₁ ²)^1/2＝Ｄ₁＋Ｄ₃ …（４８） Ｌ₄₂＝（X₄₂ ²+Y₄₂ ²+Z₄₂ ²)^1/2＝｛(ｘ₄−ｘ₃)²+Ｔ₄ ²)｝^1/2 …（４９） で表される。

【００９４】ここでは、フォトディテクタ２０の位置決
めに関する自由度を考慮して、第３のＣＧＨ素子２５の
中心位置とフォトディテクタ２０の位置とは、独立した
パラメータとして取り扱われている。

【００９５】この第３のＣＧＨ素子２５について、式
（４１）で示される光路差関数ρ（ｘ，ｙ）についての
テイラー展開による各光路差係数すなわち位相係数Ｃ₀
〜Ｃ₆₅は、図３〜図９の式（４−０）〜式（４−６５）
に式（４１）を代入することにより、得られる。

【００９６】図２９〜図３４には、その演算結果が位相
係数すなわち光路差係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅として示されてい
る。従って、図２９〜図３４に示された式（５０−０）
〜式（５０−６５）を光路差係数として、ＣＡＤプログ
ラムの式（１）で示される光路差係数Ｃ_N に入力し、当
該プログラムを実行することにより、第３のＣＧＨ素子
２５の形成のために必要なマスクパターンのデータが得
られる。

【００９７】最後のＣＧＨ素子である第４のＣＧＨ素子
２６について、図３５に沿って、説明する。第４のＣＧ
Ｈ素子２６は、分岐手段であるＣＧＨ素子２４により分
岐された１次回折光を半導体レーザ１９へ向けて集光さ
せる機能を有する。実際上は、可逆的に、半導体レーザ
１９からの波長１．３μｍを有する発散球面波を分岐手
段２４へ向けてコリメートすることにより、半導体レー
ザ１９からの光を第１の入力端１１へ向けて送り出す。

【００９８】この第４のＣＧＨ素子２６に入射する１次
回折光は、前記したとおり、１．５５μｍの波長をコリ
メートするように設定された第１のＣＧＨ素子２１を経
ることから、第３のＣＧＨ素子２５におけると同様に、
１．３μｍの光に対して、焦点距離および偏向角を補正
する必要がある。

【００９９】そのため、図２８に示すように、第３のＣ
ＧＨ素子２５に入射する波長１．３μｍの光は、等価的
に距離Ｄ₁ 離れた点からの発散球面波と考えられ、また
その入射角Θ₁ と、波長１．５５μｍの光での入射角Θ
₀ との関係は、前記式（２９）および前記式（３１）に
示したと同様である。

【０１００】また、分岐手段２４から見た虚像までの距
離Ｄ₁ に関して、前記式（２７）を参照するに、前記し
たと同一の式（３４）および式（３５）の関係が求めら
れる。

【０１０１】他方、１次回折光が第４のＣＧＨ素子２６
に達する迄の距離Ｄ₂ と、第４のＣＧＨ素子２６への入
射角Θ₂ との間には、次式 Ｄ₂ ＝｛（ｘ₂-ｘ₁ ）² ＋T₃ ²｝^1/2 …（５１） および次式 Θ₂ ＝tan^-1｛T₃／（ｘ₂−ｘ₁）｝ …（５２） の関係が成り立つ。

【０１０２】これらのことから、第４のＣＧＨ素子２６
は、物点（Ｘ₅₁，Ｙ₅₁，Ｚ₅₁）と像点（Ｘ₅₂，Ｙ₅₂，Ｚ
₅₂）とを結ぶＣＧＨ素子と考えられる。従って、第３の
ＣＧＨ素子２５におけると同様に、前記式（３８）〜前
記式（４０）から、物点（Ｘ₅₁，Ｙ₅₁，Ｚ₅₁）と像点
（Ｘ₅₂，Ｙ₅₂，Ｚ₅₂）とを結ぶ第４のＣＧＨ素子２６の
光路差関数ρ（ｘ，ｙ）として、次式 ρ（ｘ，ｙ）＝n・｛(X₅₁-x)²+(Y₅₁-y)²+Z₅₁ ²)｝^1/2-nL₅₁+n₄・｛(X₅₂-x)²+ (Y₅₂-y)²+Z₅₂ ²)｝^1/2-n₄L₅₂ …（５３） が求められる。

【０１０３】ここで、現実的な仮定として、第３のＣＧ
Ｈ素子２５におけると同様に、屈折率n₂および屈折率n₃
は、同一の屈折率ｎが採用されており、また半導体レー
ザ１９が屈折率n₄ を示す空間に存在していると仮定さ
れている。

【０１０４】また、式（５３）で、 Ｘ₅₁＝（Ｄ₁ ＋Ｄ₂ ）sinΘ₂ …（５４） Ｙ₅₁＝０ …（５５） Ｚ₅₁＝−（Ｄ₁ ＋Ｄ₂ ）cosΘ₂ …（５６） さらには、 Ｘ₅₂＝０ …（５７） Ｙ₅₂＝０ …（５８） Ｚ₅₂＝Ｔ₅ …（５９） を示す。

【０１０５】また、原点から物点までの距離Ｌ₅₁および
原点から像点までの距離Ｌ₅₂は、それぞれ次式 Ｌ₅₁＝（X₅₁ ²+Y₅₁ ²+Z₅₁ ²)^1/2＝Ｄ₁＋Ｄ₂ …（６０） Ｌ₅₂＝（X₅₂ ²+Y₅₂ ²+Z₅₂ ²)^1/2＝Ｔ₅ …（６１） で表される。

【０１０６】ここでは、製造上の要件と一致するよう
に、半導体レーザ１９の位置と、第４のＣＧＨ素子２６
の中心位置とが一致するものとして取り扱われている。

【０１０７】この第４のＣＧＨ素子２６について、式
（５３）で示される光路差関数ρ（ｘ，ｙ）についての
テイラー展開による各光路差係数すなわち位相係数Ｃ₀
〜Ｃ₆₅は、図３〜図９の式（４−０）〜式（４−６５）
に式（５３）を代入することにより、得られる。

【０１０８】図３６〜図４１には、その演算結果が位相
係数すなわち光路差係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅として示されてい
る。従って、図３６〜図４１に示された式（６２−０）
〜式（６２−６５）を光路差係数として、ＣＡＤプログ
ラムの式（１）で示される光路差係数Ｃ_N に入力し、当
該プログラムを実行することにより、第４のＣＧＨ素子
２６の形成のために必要なマスクパターンのデータが得
られる。

【０１０９】従って、各ＣＧＨ素子２１〜２６の前記し
たマスクパターンのデータに基づいて、それぞれのマス
クを製作し、これらのマスクを用いたフォトリソグラフ
ィ法およびエッチング技術により、ガラス基板１４、ガ
ラス基板１５に前記したＣＧＨ素子２１〜２６および波
長選択フィルタ２３を形成し、これらの光学素子２１、
２２、２３、２４、２５および２６が形成されたガラス
基板１４および１５とガラス基板１３とを層状に接合す
ることにより、本発明に係る光学装置１０のための積層
構造体１６が形成される。

【０１１０】この積層構造体１６で構成される本発明の
光学装置１０の寸法は、数百μｍ程度に過ぎず、極めて
小型に形成することができる。従って、図４２に示され
ているように、大型の各ガラス基板１３、１４および１
５を用い、大型基板１４の一方の面の多数の区画ごとに
第１のＣＧＨ素子２１および第２のＣＧＨ素子２２が対
をなすように、集積化して形成し、またこのガラス基板
１４の他方の面に、前記区画に対応して、偏向手段であ
る多数の波長選択フィルタ２３を集積化して形成する。

【０１１１】さらに、大型基板１５の一方の面に、前記
区画に対応して、分岐手段である多数のＣＧＨ素子２４
を集積化して形成する。また、大型ガラス基板１５の他
方の面に、前記区画に対応して、多数の第３のＣＧＨ素
子２５および第４のＣＧＨ素子２６を、それらが対をな
すように、集積化して形成する。

【０１１２】これら、これらの光学素子２１、２２、２
３、２４、２５および２６が形成された大型の各ガラス
基板１４および１５と大型のガラス基板１３とを層状に
接合し、多数の光学装置１０が集積的に形成された積層
体１６′を形成する。その後、この集積体１６′を各ガ
ラス基板１３、１４および１５の板厚方向に沿って、縦
割りに分割することにより、多数の光学装置１０を一括
的に形成することができることから、効率的に多数の光
学装置１０を形成することができる。

【０１１３】波長選択フィルタ２３を後述するような波
長依存性を示すＣＧＨ素子により形成することができ
る。しかしながら、ＣＧＨ素子からなる波長選択フィル
タでは、誘電体膜からなる波長選択フィルタ２３に比較
して、光学装置１０のコンパクト化の上で、不利となる
ことから、図１に沿って説明したとおり、例えば誘電体
膜フィルタからなる波長選択フィルタ２３を用いること
が望ましい。

【０１１４】また、各ガラス基板１３〜１５に代えて、
光学的な損失が小さな材料であれば、シリコン基板ある
いはプラスチック基板のような種々の基板材料を用いる
ことができる。

【０１１５】以下の例では、双方向通信のための互いに
異なる波長成分の光のうち、一方の波長成分の光を受け
かつ他方の波長成分の光を出力するための共通端と、前
記一方の波長成分の光を受光器に送り出すための出力端
と、光源から前記他方の波長成分の光を受ける入力端と
を備える光通信端末局用光学装置について説明する。

【０１１６】〈具体例２〉図４３は、本発明に係る他の
具体例の光学装置１００を示す。図４３に示す光学装置
１００は、共通端１１０が一方の面１１１ａに設けられ
た具体例１に示したと同様な材料からなる第１のガラス
基板１１１と、該ガラス基板の他方の面１１１ｂに、一
方の面１１２ａを接合される第２のガラス基板１１２
と、該ガラス基板の他方の面１１２ｂに、一方の面１１
３ａを接合される第３のガラス基板１１３と、該ガラス
基板の他方の面１１３ｂに、一方の面１１４ａが接合さ
れる第４のガラス基板１１４とからなるブロック状の積
層構造体１１５を備える。

【０１１７】ガラス基板１１１、１１２、１１３および
１１４は、それぞれ厚さ寸法Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ およびＴ
₄ を有し、それぞれ屈折率ｎ₁ 、ｎ₂ 、ｎ₃ 、ｎ₄ を有
する。屈折率ｎ₅ で示される空間には、第４のガラス基
板１１４の他方の面１１４ｂから間隔Ｔ₅ をおいて、光
源１１６および受光器１１７がそれぞれ配置されてい
る。

【０１１８】第４のガラス基板１１４の他方の面１１４
ｂの受光器１１７に対応する部分は、該受光器への出力
端となり、この出力端には第１のＣＧＨ素子１１８が形
成されている。受光器１１７として、例えば、前記フォ
トディテクタのような光電気変換素子が用いられる。ま
た、ガラス基板１１４の他方の面１１４ｂの光源１１６
に対応する部分は、光源１１６のための入力端となり、
この入力端には第２のＣＧＨ素子１１９が形成されてい
る。光源１１６には、前記した半導体レーザのような発
光素子が用いられる。

【０１１９】第１のガラス基板１１１に設けられた共通
端１１０には、例えば１．５μｍの波長の光が入射す
る。また、共通端１１０は、後述するように、光源１１
６からの例えば１．３μｍの波長の光が出射する。

【０１２０】共通端１１０と、第１のＣＧＨ素子１１８
および第２のＣＧＨ素子１１９との間には、具体例２で
は、偏向手段を構成する第３のＣＧＨ素子１２０、第４
のＣＧＨ素子１２１、および一対の第５のＣＧＨ素子１
２２（１２２ａおよび１２２ｂ）が設けられている。

【０１２１】第４のＣＧＨ素子１２１は、第２のガラス
基板１１２の他方の面１１２ｂに設けられており、この
ＣＧＨ素子１２１は、共通端１１０から入射する発散球
面波の光を平行光束に変換するコリメート機能を有し、
入射光を偏向手段１２０に案内する。

【０１２２】偏向手段である第３のＣＧＨ素子１２０
は、図示の例では、第３のガラス基板１１３の一方の面
１１３ａに設けられている。第４のＣＧＨ素子１２１か
ら平行光束を受ける偏向手段１２０は、リニアグレーテ
ィングすなわち線形格子として作用し、入射光路からの
光を第１および第２の分岐路１２３ａおよび１２３ｂに
分ける。第１の分岐路１２３ａは、例えば１次回折光路
であり、第２の分岐路１２３ｂは−１次回折光路で構成
することができる。

【０１２３】第１の分岐路１２３ａには、一方の第５の
ＣＧＨ素子１２２ａが配置されており、また第２の分岐
路１２３ｂには、他方の第５のＣＧＨ素子１２２ｂが配
置されている。一対の第５のＣＧＨ素子１２２ａおよび
１２２ｂは、プリズム機能を有し、それぞれ第３のガラ
ス基板１１３の他方の面１１３ｂに形成されている。

【０１２４】一方の第５のＣＧＨ素子１２２ａは、共通
端１１０から入射し、第４のＣＧＨ素子１２１を経て、
偏向手段１２０により第１の分岐路１２３ａに案内され
る例えば１．５μｍの波長を有する一方の波長成分の光
を第１のＣＧＨ素子１１８に案内する。従って、共通端
１１０に入力する一方の波長成分の光は、第１のＣＧＨ
素子１１８に案内され、このＣＧＨ素子１１８の集光機
能により、受光器１１７に導かれる。

【０１２５】また、光源１１６からの発散球面波の光、
例えば１．３μｍの波長を有する他方の波長成分の光
は、集光機能を有し、コリメートレンズとして作用する
第２のＣＧＨ素子１１９により、第５のＣＧＨ素子１２
２ｂに案内され、該ＣＧＨ素子のプリズム機能により偏
向手段１２０の第２の分岐路１２３ｂに案内される。従
って、光源１１６からの他方の波長成分の光は、第５の
ＣＧＨ素子１２２ｂ、偏向手段１２０、および第４のＣ
ＧＨ素子１２１を経て、共通端１１０から出射される。

【０１２６】各ＣＧＨ素子１１８、１１９、１２１、１
２０および１２２（１２２ａ、１２２ｂ）は、具体例１
におけると同様に得ることができる。これらのＣＧＨ素
子の設計については、例えば一方の波長成分に適合する
ように各ＣＧＨ素子を考察し、その後、他方の波長成分
に関するＣＧＨ素子に、波長差についての修正を施すこ
とができる。ここでは、各ＣＧＨ素子を例えば１．３μ
ｍの波長成分に関する特性で考察し、その後、１．５μ
ｍの波長成分に関するＣＧＨ素子に波長差についての修
正を施す。

【０１２７】第４のＣＧＨ素子１２１は、コリメート機
能を有する。従って、具体例１の第１のＣＧＨ素子にお
けると同様に、発散球面波を平行光束に変換する前記式
（５）および式（６）に沿って得られた光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）に基づき、エッチングに必要なエッチングマ
スクを得ることができ、このエッチングマスクを用いた
レンズ材料のエッチング処理により、第４のＣＧＨ素子
１２１が得られる。

【０１２８】偏向手段である第３のＣＧＨ素子１２０と
各第５のＣＧＨ素子１２２ａおよび１２２ｂとは、透過
型のプリズム機能を有する。従って、具体例１のＣＧＨ
素子２４におけると同様に、平行光束を平行光束に変換
する前記式（２８）に沿って得られる光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）に基づき、エッチングマスクを得ることがで
き、このエッチングマスクを用いたエッチング処理によ
り、これらＣＧＨ素子１２０、１２２ａおよび１２２ｂ
を得ることができる。

【０１２９】また、偏向手段である第３のＣＧＨ素子１
２０は、リニアグレーティングであり、このＣＧＨ素子
１２０は、具体例１の分岐手段２４におけると同様に、
２位相レベルのＣＧＨ素子を用いることができる。

【０１３０】ＣＧＨ素子は、前記したとおり、ＣＡＤプ
ログラムの実行により得られたマスクパターンを用いた
ガラス材料へのエッチング処理により形成することがで
きるが、回折光学素子であるＣＧＨ素子のエッチング深
さと、その回折効率とに興味ある関係がマサチューセッ
ツ工科大、リンカーン研究所から１９９１年に発行され
たテクニカルレポート、第９１４号、「バイナリオプチ
クステクノロジ：セオリティカルリミット・オン・ディ
フラクションエフィシャンシー・オブ・マルチレベルデ
ィフラクティブオプチカルエレメント」に報告されてい
る。

【０１３１】このテクニカルレポートによれば、ＣＧＨ
素子を形成するために使用したエッチングマスク枚数に
応じた位相レベルに応じて、各位相レベルでのエッチン
グ深さと、回折効率との関係を求めることができる。

【０１３２】図４４には、１枚のエッチングマスクすな
わち２位相レベルでの回折効率ηとエッチング深さφ
（波長単位）との関係が、それぞれを縦軸および横軸と
するグラフで示されている。このグラフに示される各特
性曲線の形態は、位相レベル数に応じて変化する。

【０１３３】図４４のグラフに示された特性曲線によれ
ば、エッチング深さを例えば１．３μｍ波長に等しい
１．３μｍとすることにより、実質的に入射光のほぼ４
０％の強度の１次回折光および−１次回折光がそれぞれ
得られることが分かる。また、エッチング深さを波長の
ほぼ６０％とすることにより、ほぼ３０％の０次回折光
すなわち直線的な透過光と、ほぼ３０％の１次回折光お
よび−１次回折光とに分離することができる。

【０１３４】この回折効率すなわち分割強度割合と、エ
ッチング深さとの対応関係は、マスク数すなわち位相レ
ベル数に応じて変化することから、使用するＣＧＨ素子
の位相レベル数に応じて、適正なエッチング深さを選択
することにより、適正な強度比で光路を分割することが
できる。

【０１３５】従って、具体例１で説明したとおり、マス
ク枚数の選択によるＣＧＨ素子の位相レベルの選択に加
えて、ＣＧＨ素子のエッチング深さの選択によっても、
光路を適正な強度比で、例えば第１の分岐路１２３ａお
よび第２の分岐路１２３ｂに分割することができる。ま
た、ＣＧＨ素子からなる偏向手段１２０は、高次回折光
の利用により、ＷＤＭミラーに比較して、その回折方向
を比較的広い範囲から選択することが可能となり、回折
角度を大きくとることにより、第３のガラス基板１１３
の厚さ寸法Ｔ3 の低減が可能となる。

【０１３６】第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧ
Ｈ素子１１９は、等価的に第１の分岐路１２３ａおよび
第２の分岐路１２３ｂを経る平行光束を像点に集光させ
るＣＧＨ素子と見なせる。従って、具体例１におけるＣ
ＧＨ素子２２と同様に、前記式（１０）および式（１
１）に沿った光路差関数ρ（ｘ，ｙ）に基づいて、第１
のＣＧＨ素子１１８および１１９を得ることができる。

【０１３７】ところで、前記したとおり、ＣＧＨ素子で
は、その焦点距離および偏向角度が光の波長に依存す
る。従って、前記したとおり、１．３μｍの波長に沿っ
て第４のＣＧＨ素子１２１、１２０、１２２ａおよび１
１８が設計されると、これらのＣＧＨ素子を経る１．５
μｍの波長の光では、波長差による修正が必要となる。

【０１３８】第４のＣＧＨ素子１２１に関して、１．３
μｍの波長成分の光については、適正なコリメート機能
を発揮するが、共通端１１０から入射する１．５μｍの
波長成分の光は、平行光束にならず、ある距離Ｄ2 を隔
てた像点に集光する。また、偏向手段１２０について
も、１．３μｍの波長のそれと異なる。

【０１３９】第４のＣＧＨ素子１２１の１．５μｍの波
長成分の光についての像点までの距離距離Ｄ2 は、前記
式（２７）から導かれる次式で求めることができる。 Ｄ₂ ＝５．２（ｎ₂Ｔ₁／ｎ₁ ） …（６３） また、第４のＣＧＨ素子１２１の１．５μｍの波長成分
の光についての偏向角度は前記式（２０）により、補正
することができる。この偏向角度の補正は、市販されて
いる光学ＣＡＤプログラムでの光線追跡によっても行う
ことができる。

【０１４０】この集光性の光を第５のＣＧＨ素子１２２
ａにより平行光束に変換すべく、第５のＣＧＨ素子１２
２ａを補正することができる。第５のＣＧＨ素子１２２
ａに関する等価的な点光源までの距離Ｄ4 は、式（６
３）から導き出される次式により求められる。 (Ｄ₄／ｎ₄)＝(Ｄ₂／ｎ₂)−｛(Ｔ₁／ｎ₁)+(Ｔ₂／ｎ₂)+(Ｔ₃／ｎ₃)｝…（６４） この関係に基づいて、第５のＣＧＨ素子１２２ａの１．
５μｍの光についてのコリメート機能が求められる。ま
た、第１のＣＧＨ素子１１８について、１．５μｍの光
に対するコリメート光を集光させるように修正される。

【０１４１】第５のＣＧＨ素子１２２ａにコリメート機
能を付与することなく、第１のＣＧＨ素子１１８に、図
２８および前記式（３８）で示されるような結像作用を
担わせることができる。このＣＧＨ素子１１８の結像作
用により、第５のＣＧＨ素子１２２ａのコリメート機能
を補償することができる。このとき、第１のＣＧＨ素子
１１８から物点までの距離Ｄ₆ は、次式から導き出され
る。 (D₆／n₅)＝(D₂／n₂)−｛(T₁／n₁)+(T₂／n₂)+(T₃／n₃)+(T₄／n₃)｝…（６５） 式（６５）の補正を考慮した前記式（３８）の光路差関
数ρ（ｘ，ｙ）から、結像作用を有する第１のＣＧＨ素
子１１８が得られる。

【０１４２】このような波長に関する補正は、具体例１
におけると同様に、１．５μｍの波長について、まず各
ＣＧＨ素子を設計し、その後、１．３μｍの波長に対す
る補正を考慮することができる。

【０１４３】具体例２に示した本発明に係る光学装置１
００では、共通端１１０から入射する一方の波長成分で
ある１．５μｍの波長を有する光は、第４のＣＧＨ素子
１２１を経ることにより、平行光束として偏向手段１２
０に案内され、この偏向手段により規定される第１の分
岐路１２３ａを経て、第５のＣＧＨ素子１２２ａに案内
される。この第１の分岐路１２３ａを経る一方の波長成
分の光は、第５のＣＧＨ素子１２２ａの偏向により、第
１のＣＧＨ素子１１８に案内され、該ＣＧＨ素子の集光
作用により、受光器１１７に導かれる。

【０１４４】また、光源１１６から発せられる他方の波
長成分である１．３μｍの波長を有する光は、第２のＣ
ＧＨ素子１１９のコリメート機能により平行光束に変換
され、この平行光束は第５のＣＧＨ素子１２２ｂのプリ
ズム機能により、偏向手段１２０の第２の分岐路１２３
ｂを経て、該偏向手段に案内される。偏向手段１２０に
案内された他方の波長成分の光は、第４のＣＧＨ素子１
２１の集光機能により、共通端１１０に案内される。

【０１４５】従って、光学装置１００によれば、各ＣＧ
Ｈ素子の採用により、コンパクト化を図ることができ、
また大量生産が容易であることから、安価に光学装置を
提供することができる。

【０１４６】〈具体例３〉図４５は、本発明に係る具体
例３の光学装置２００を示す。図４５に示されているよ
うに、具体例２に示した第５のＣＧＨ素子１２２（１２
２ａおよび１２２ｂ）を不要とすることができる。この
とき、第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧＨ素子
１１９に、それぞれ前記したコリメート機能または結像
機能に加えて、プリズム機能が付加される。

【０１４７】光学装置２００によれば、第５のＣＧＨ素
子１２２（１２２ａおよび１２２ｂ）を不要とすること
ができることに関連して、第４のガラス基板１１４をも
不要とすることができ、これにより、一層のコンパクト
化およびコストの削減が可能となる。

【０１４８】〈具体例４〉図４６は、本発明に係る具体
例４の光学装置２１０を示す。具体例４では、図４６に
示されているように、さらに、具体例２および３に示し
たコリメート機能を有する第４のＣＧＨ素子１２１を不
要とすることができる。この第４のＣＧＨ素子１２１の
削除により、偏向手段１２０から各ＣＧＨ素子１１８お
よび１１９への第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐
路１２３ｂが共に発散光路となる。従って、第１のＣＧ
Ｈ素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９には、それ
ぞれ結像機能が付与される。

【０１４９】光学装置２１０によれば、さらに、第４の
ＣＧＨ素子１２１および第３のガラス基板１１３をも不
要とすることができ、従って、一層のコンパクト化およ
びコストの削減の上で、有利である。

【０１５０】具体例２〜具体例４では、偏向手段１２０
として透過型ＣＧＨ素子が用いられたが、次に示す具体
例５ないし具体例８におけるように、偏向手段１２０に
反射型ＣＧＨ素子を用いることができる。この反射型Ｃ
ＧＨ素子は、透過型ＣＧＨ素子に例えばアルミニゥムあ
るいは金のような金属を蒸着することにより形成される
反射手段を組み合わせることにより、得ることができ
る。

【０１５１】〈具体例５〉図４７に示す光学装置２２０
では、第１のガラス基板１１１の一方の面１１１ａに、
共通端１１０と、光源１１６および受光器１１７が設け
られている。また、第１のガラス基板１１１の他方の面
１１１ｂに接合される第２のガラス基板１１２の一方の
面１１２ａに、第４のＣＧＨ素子１２１と、第１のＣＧ
Ｈ素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９とが形成さ
れている。また、偏向手段１２０が第２のガラス基板１
１２の他方の面１１２ｂに形成されており、この偏向手
段である第３のＣＧＨ素子１２０に反射型ＣＧＨ素子が
用いられている。

【０１５２】これにより、第４のＣＧＨ素子１２１から
の平行光束は、反射型の第３のＣＧＨ素子１２０によ
り、それぞれ第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧ
Ｈ素子１１９へ向けて反射され、第１の分岐路１２３ａ
および第２の分岐路１２３ｂを経て、第１のＣＧＨ素子
１１８および第２のＣＧＨ素子１１９により、受光器１
１７および光源１１６に集光される。

【０１５３】この反射型ＣＧＨ素子および透過型ＣＧＨ
素子の形成のために前記したエッチングマスクを用いた
エッチングにおける各位相深さすなわちエッチング深さ
と、波長λとの関係がそれぞれ次式で表される。 Ｔ_Transmission＝λ／（２｜ｎ₁ −ｎ₂ ｜） …（６６） Ｔ_Reflection＝λ／（４ｎ₁ ） …（６７）

【０１５４】式（６６）は、２位相の透過型ＣＧＨ素子
におけるエッチング深さと波長との関係を示し、式（６
７）は同様に２位相の反射型ＣＧＨ素子におけるエッチ
ング深さと波長との関係を示す。透過型のＣＧＨ素子に
ついての式（６６）では、透過する２つの媒質の屈折率
の差（ｎ₁ −ｎ₂ ）が関係する。他方、反射型のＣＧＨ
素子についての式（６７）では、一方の媒質の屈折率ｎ
₁ のみが関係する。

【０１５５】このことは、反射型ＣＧＨ素子の方が、透
過型ＣＧＨ素子に比較して、より浅いエッチング深さで
同等の回折効果が得られることを示す。従って、図４７
に示すように、反射型ＣＧＨ素子により構成された偏向
手段１２０を用いることにより、透過型ＣＧＨ素子によ
り構成された偏向手段１２０を用いることに比較して、
同一エッチング深さではより大きな回折角度を得ること
ができ、また、より浅いエッチング深さで同等な回折角
度を得ることができ、さらにアスペクト比を小さくする
ことができる等、種々の点で有利である。

【０１５６】また、反射型の偏向手段１２０を用いるこ
とにより、第１のガラス基板１３および第２のガラス基
板１４の２枚の基板で積層構造体１１５を形成すること
ができ、構成の一層の簡素化を図ることが可能となる。

【０１５７】〈具体例６〉図４８に示された具体例６の
光学装置２３０では、第２の分岐路１２３ｂに反射型の
第５のＣＧＨ素子１２２ｂが配置されており、この反射
型ＣＧＨ素子１２２ｂの反射を利用して、受光器１１７
が設けられた側（第１のガラス基板１１１の一方の面１
１１ａ）と反対側である第２のガラス基板１１２の他方
の面１１２ｂに光源１１６を配置することが可能とな
る。

【０１５８】〈具体例７〉また、図４９に示すように、
反射型の第３のＣＧＨ素子１２０を用いた具体例７にお
いても、コリメート機能を有する第４のＣＧＨ素子１２
１を不要とすることができる。この具体例７の光学装置
２４０では、具体例４におけると同様に、第１のＣＧＨ
素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９に、プリズム
機能に加えて、結像機能が付加される。

【０１５９】〈具体例８〉さらに、図５０に示すよう
に、第３のＣＧＨ素子１２０に加えて、第１のＣＧＨ素
子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９に、反射型ＣＧ
Ｈ素子を用いることができる。具体例８に示す光学装置
２５０では、第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐路
１２３ｂに、ミラー１２４ａおよび１２４ｂがそれぞれ
適用されている。この光学装置２５０によれば、複数の
ガラス基板を用いることなく、単一のガラス基板１１１
への各光学素子の組み付けが可能となる。

【０１６０】ＣＧＨ素子からなる偏向手段１２０による
第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐路１２３ｂとし
て、具体例９ないし具体例１１に示すように、０次回折
光路と１次回折光路との組み合わせまたは１次回折光路
と２次回折光路との組み合わせを採用することができ
る。

【０１６１】〈具体例９〉図５１に示す光学装置２６０
では、第４のＣＧＨ素子１２１からの平行光束を受ける
ＣＧＨ素子で構成された偏向手段１２０は、入射光の１
次回折光路と、入射光の直進経路である０次回折光路と
で、それぞれ第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐路
１２３ｂを規定する。従って、具体例９の光学装置２６
０では、共通端１１０から第４のＣＧＨ素子１２１を経
て偏向手段１２０に案内される一方の波長成分の光は、
１次回折光路により規定される第１の分岐路１２３ａお
よび第１のＣＧＨ素子１１８を経て、受光器１１７に案
内される。また、光源１１６からの他方の波長成分の光
は、第２のＣＧＨ素子１１９を経て第２の分岐路１２３
ｂに案内され、さらに偏向手段１２０および第４のＣＧ
Ｈ素子１２１を経て、共通端１１０に出力される。

【０１６２】ＣＧＨ素子からなる偏向手段１２０では、
前記したとおり、ＣＧＨ素子のエッチングマスクを用い
たレンズ材料でのエッチング処理において、そのエッチ
ング深さを変えることにより、０次回折光路および１次
回折光路の各光強度比を変えることができ、このエッチ
ング深さの調整により、適正な強度比を得ることができ
る。

【０１６３】また、０次回折光路は、入射光路に直線状
に整列して構成されることから、第３のＣＧＨ素子１２
０および第２のＣＧＨ素子１１９を共軸的に形成するこ
とができる。そのため、この第２のＣＧＨ素子１１９を
入射光路と角度的な高次回折光路で利用する場合に比較
して、製造技術上、ＣＧＨ素子１１９のレンズ開口数の
増大を図ることが可能となり、光源１１６との結合効率
の向上に有利となる。

【０１６４】〈具体例１０〉図５２の具体例１０に示す
とおり、具体例９に示した第４のＣＧＨ素子１２１を不
要とすることができる。第４のＣＧＨ素子１２１を不要
とした光学装置２７０では、具体例４に沿って説明した
と同様に、第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧＨ
素子１１９には、それぞれ結像機能が付与される。

【０１６５】〈具体例１１〉また、図５３の具体例１１
に示されているように、具体例９に示した第３のＣＧＨ
素子１２０に反射型のＣＧＨ素子を採用することができ
る。具体例１１の光学装置２８０では、第４のＣＧＨ素
子１２１、第２のＣＧＨ素子１１９および第１のＣＧＨ
素子１１８が第１のガラス基板１１１の他方の面１１１
ｂに形成されている。

【０１６６】図５３の具体例１１に代えて、各ＣＧＨ素
子１２１、１１９および１１８を第２のガラス基板１１
２の一方の面１１２ａに形成することができる。しかし
ながら、具体例１１に示すとおり、第１のガラス基板１
１１の共通端１１０、光源１１６および受光器１１７が
設けられる第１のガラス基板１１１の一方の面１１１ａ
と反対側の他方の面１１１ｂに、各ＣＧＨ素子１２１、
１１９および１１８を形成することにより、製造上、相
互に対応する両面１１１ａおよび１１１ｂ上の光学素子
のアライメント整合を比較的容易に得ることができる。

【０１６７】また、具体例１１の光学装置２８０では、
第１の分岐路１２３ａとして第３のＣＧＨ素子１２０の
２次回折光路が利用され、第２の分岐路１２３ｂとして
第３のＣＧＨ素子１２０の１次回折光路が利用されてい
る。この第３のＣＧＨ素子１２０には、例えば８位相の
ＣＧＨ素子を用い、そのエッチング深さを波長の１．５
倍とすることにより、入射光強度の約４０％の強度の各
分岐光をそれぞれ得ることができる。

【０１６８】さらに、具体例１１では、第３のＣＧＨ素
子１２０の０次回折光路がそのＣＧＨ素子１２０への入
射光路として利用されているが、例えば高次回折光路を
入射光路とし、０次回折光路を一方の分岐路（第１の分
岐路１２３ａまたは第２の分岐路１２３ｂ）として利用
することができる。

【０１６９】次に説明する具体例１２ないし具体例２０
は、偏向手段１２０として、偏向方向を相互に異にして
光路に並列的に形成される２つのＣＧＨ素子部分が利用
された例を示す。

【０１７０】〈具体例１２〉図５４に示す光学装置２９
０では、第１の入力端１１０から第４のＣＧＨ素子１２
１を経て平行光束に変換された一方の波長成分の入力光
は、第３のガラス基板１１３の一方の面１１３ａに形成
された２つの透過型ＣＧＨ素子部分１２０ａおよび１２
０ｂの組み合わせからなる偏向手段１２０（１２０ａお
よび１２０ｂ）により、第１の分岐路１２３ａと、第２
の分岐路１２３ｂとに分岐される。

【０１７１】この偏向手段１２０は、ＣＧＨ素子部分
（１２０ａおよび１２０ｂ）がそれぞれのプリズム機能
による偏向角を相互に異にするように、第４のＣＧＨ素
子１２１からの平行光束路内に並列的に形成されてお
り、これにより、偏向手段１２０が構成されている。

【０１７２】一方のＣＧＨ素子部分１２０ａは、第１の
分岐路１２３ａを規定し、他方のＣＧＨ素子部分１２０
ｂは、第２の分岐路１２３ｂを規定する。従って、第１
の分岐路１２３ａに案内された一方の波長成分の光は、
第５のＣＧＨ素子１２２ａを経て、第１のＣＧＨ素子１
１８に至り、該ＣＧＨ素子の集光機能により、受光器１
１７に案内される。また、光源１１６からの他方の波長
成分の光は、第２のＣＧＨ素子１１９のコリメート機能
により、第５のＣＧＨ素子１２２ｂに至り、該ＣＧＨ素
子から第２の分岐路１２３ｂを経て、さらに、ＣＧＨ素
子部分１２０ｂおよび第４のＣＧＨ素子１２１を経て、
共通端１１０に案内される。

【０１７３】〈具体例１３〉図５５の具体例１３に示さ
れているように、具体例１２に示した第５のＣＧＨ素子
１２２（１２２ａおよび１２２ｂ）を不要とすることが
できる。この光学装置３００では、第１のＣＧＨ素子１
１８および第２のＣＧＨ素子１１９に、それぞれ前記し
たコリメート機能または結像機能に加えて、プリズム機
能が付加される。

【０１７４】光学装置２００によれば、第５のＣＧＨ素
子１２２（１２２ａおよび１２２ｂ）を不要とすること
ができることに関連して、第４のガラス基板１１４をも
不要とすることができることから、具体例１２に比較し
て、一層のコンパクト化およびコストの削減が可能とな
る。

【０１７５】〈具体例１４〉さらに、図５６の具体例１
４に示すように、具体例１３に示した第４のＣＧＨ素子
１２１を不要とすることができる。第４のＣＧＨ素子１
２１を不要とした光学装置３１０では、第３のＣＧＨ素
子部分１２０ａおよび第３のＣＧＨ素子部分１２０ｂに
コリメート機能が付加されている。各素子部分１２０ａ
および１２０ｂによりコリメートされる光は、等価的
に、それぞれ第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧ
Ｈ素子１１９によって光源１１６および受光器１１７に
集光される。

【０１７６】この光学装置３１０では、第４のＣＧＨ素
子１２１に加えて、さらに第３のガラス基板１１３をも
不要とすることができ、従って、一層のコンパクト化お
よびコストの削減の上で、有利である。

【０１７７】〈具体例１５〉具体例１４では、第３のＣ
ＧＨ素子部分１２０ａおよび第３のＣＧＨ素子部分１２
０ｂにコリメート機能を付与したが、図５７の具体例１
５に示されているように、各ＣＧＨ素子部分１２０ａお
よび１２０ｂを線状格子であるリニアグレーティングと
することができる。

【０１７８】この具体例１４の光学装置３２０では、リ
ニアグレーティングからなる第３のＣＧＨ素子部分１２
０ａおよび１２０ｂは、コリメート機能を有しないこと
から、このコリメート機能の補償のために、第１のＣＧ
Ｈ素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９には、それ
ぞれ結像機能が付与されている。

【０１７９】〈具体例１６〉図５８に示す具体例１６で
は、コリメート機能を有する第４のＣＧＨ素子１２１か
らの光路に対応して、光源１１６および受光器１１７へ
の集光機能をそれぞれ有する第１のＣＧＨ素子１１８お
よび第２のＣＧＨ素子１１９が、並列的に配置されてい
る。第１のＣＧＨ素子１１８は、第４のＣＧＨ素子１２
１からの平行光束の一方の波長成分の光を受光器１１７
に集光させるべく配置されている。また、第２のＣＧＨ
素子１１９は、光源１１６からの他方の波長成分の光を
第４のＣＧＨ素子１２１に平行光束として案内すべく配
置されている。

【０１８０】従って、具体例１６の光学装置３３０で
は、第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧＨ素子１
１９は、具体例１２ないし１５に示した偏向手段の各Ｃ
ＧＨ素子部分１２０ａおよび１２０ｂの機能をも担って
いる。

【０１８１】また、具体例１６では、第２のＣＧＨ素子
１１９を第４のＣＧＨ素子１２１と同軸的に形成するこ
とができる。従って、具体例１５における第２のＣＧＨ
素子１１９に比較して、具体例９について説明したとお
り、製造技術上、ＣＧＨ素子１１９のレンズ開口数の増
大を図ることが可能となる。

【０１８２】また、各ＣＧＨ素子１１８および１１９の
面積比に応じて光源１１６および受光器１１７への光強
度分配が決まる。従って、光強度の分配設定により、一
般的に強度の調整が容易でない光源１１６の、一般的に
感度の調整が可能な受光器１１７に対しての相対的な結
合効率の調整が可能となり、光源１１６の相対的な結合
効率の向上の点で、有利となる。

【０１８３】〈具体例１７〉さらに、図５９の具体例１
７に示すとおり、共通端１１０からの発散光を具体例１
６で説明したような、偏向手段の各ＣＧＨ素子部分１２
０ａおよび１２０ｂの機能をも担う第１のＣＧＨ素子１
１８および第２のＣＧＨ素子１１９に案内することがで
きる。

【０１８４】具体例１７の光学装置３４０によれば、偏
向手段の機能を担って一方の波長成分を受光器１１７に
案内する第１のＣＧＨ素子１１８と、偏向手段の機能を
担って他方の波長成分を光源１１６から共通端１１０に
案内する第２のＣＧＨ素子１１９とを単一基板１１１に
組み込むことにより、双方向通信のための光学装置３４
０を実現することができることから、構成の簡素化を図
ることができる。さらに、各ＣＧＨ素子１１８および１
１９は、一方の波長成分および他方の波長成分に適合す
るように予め単一条件で設計することができ、一方の波
長成分あるいは他方の波長成分に応じた修正作業が不要
となり、設計作業の簡素化が図られる。

【０１８５】具体例１８ないし具体例２０に、偏向手段
１２０として、偏向方向を相互に異にして光路に並列的
に形成される２つのＣＧＨ素子部分を反射型として利用
した例を示す。

【０１８６】〈具体例１８〉図６０に示す具体例１８の
光学装置３５０では、第１のガラス基板１１１の一方の
面１１１ａに、共通端１１０と、光源１１６および受光
器１１７が設けられている。また、第１のガラス基板１
１１の他方の面１１１ｂに接合される第２のガラス基板
１１２の一方の面１１２ａに、第４のＣＧＨ素子１２１
と、第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧＨ素子１
１９とが形成されている。偏向手段１２０を構成する反
射型ＣＧＨ素子部分１２０ａおよび１２０ｂが第２のガ
ラス基板１１２の他方の面１１２ｂに並列的に形成され
ている。

【０１８７】光学装置３５０では、第４のＣＧＨ素子１
２１からの平行光束は、反射型の第３のＣＧＨ素子部分
１２０ａおよび１２０ｂにより、それぞれ第１のＣＧＨ
素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９へ向けて反射
され、第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐路１２３
ｂを経て、第１のＣＧＨ素子１１８および第２のＣＧＨ
素子１１９により、受光器１１７および光源１１６に集
光される。

【０１８８】〈具体例１９〉図６１に示されているよう
に、反射型の第３のＣＧＨ素子１２０（１２０ａおよび
１２０ｂ）を用いた具体例１８においても、コリメート
機能を有する第４のＣＧＨ素子１２１を不要とすること
ができる。ＣＧＨ素子１２１を不要とした具体例１９の
光学装置３６０では、第１のＣＧＨ素子１１８および第
２のＣＧＨ素子１１９に、プリズム機能に加えて、結像
機能が付加される。

【０１８９】〈具体例２０〉さらに、図６２の具体例２
０に示すように、具体例１７に示された第１のＣＧＨ素
子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９、すなわち、偏
向手段１２０を構成する各ＣＧＨ素子部分１２０ａおよ
び１２０ｂの機能をも担う第１のＣＧＨ素子１１８およ
び第２のＣＧＨ素子１１９を反射型とすることができ
る。

【０１９０】具体例２０の光学装置３７０によれば、偏
向手段の機能を担って一方の波長成分を受光器１１７に
案内する第１のＣＧＨ素子１１８と、偏向手段の機能を
担って他方の波長成分を光源１１６から共通端１１０に
案内する第２のＣＧＨ素子１１９とを単一基板１１１に
組み込むことにより、双方向通信のための光学装置３４
０を実現することができることから、構成の簡素化を図
ることができる。さらに、各ＣＧＨ素子１１８および１
１９は、一方の波長成分および他方の波長成分に適合す
るように予め単一条件で設計することができ、一方の波
長成分あるいは他方の波長成分に応じた修正作業が不要
となり、設計作業の簡素化が図られる。

【０１９１】具体例２１ないし具体例２３では、ＣＧＨ
素子の波長依存性を利用した偏向手段１２０を用いた例
について説明する。

【０１９２】〈具体例２１〉図６３に示す光学装置３８
０では、第４のＣＧＨ素子１２１の平行光束を受ける偏
向手段１２０がプリズム機能を有する透過型ＣＧＨ素子
からなる。この透過型ＣＧＨ素子１２０は、リニアグレ
ーティングであり、光に対する偏向角は、波長の小さい
光に比較して、波長の大きい光に対してより大きな偏向
角を示す。

【０１９３】この偏向角度の差に基づき、偏向手段１２
０は、一方の波長である１．５μｍの波長を有する光た
めの大きな偏向角度の第１の分岐路１２３ａおよび他方
の波長である１．３μｍの波長を有する光のための小さ
な偏向角度の第２の分岐路１２３ｂを規定する。

【０１９４】従って、共通端１１０からの一方の波長成
分の光が入射すると、第４のＣＧＨ素子１２１により平
行光束に変換されて偏向手段１２０に案内され、さらに
第１の分岐路１２３ａを経て、第１のＣＧＨ素子１１８
に案内され、該ＣＧＨ素子の結像機能または集光機能に
より受光器１１７に案内される。

【０１９５】また、光源１１６からの他方の波長成分の
光は、第２のＣＧＨ素子１１９のコリメート機能または
集光機能により第２の分岐路１２３ｂを経て偏向手段１
２０に案内され、さらに第４のＣＧＨ素子１２１を経て
共通端１１０に案内される。

【０１９６】このＣＧＨ素子１２０の波長依存性すなわ
ち波長選択性を利用して２つの分岐路１２３ａおよび１
２３ｂを規定することにより、ＷＤＭミラーで生じるよ
うな分波時の光量損失を招くことなく分岐路を構成する
ことができる。

【０１９７】〈具体例２２〉図６４の光学装置３９０に
示されているように、具体例２１として示された光学装
置３８０のコリメート機能を有する第４のＣＧＨ素子１
２１を不要とすることができる。この第４のＣＧＨ素子
１２１の削除により、偏向手段１２０から各ＣＧＨ素子
１１８および１１９への第１の分岐路１２３ａおよび第
２の分岐路１２３ｂが共に発散光路となる。従って、具
体例４で説明したとおり、第１のＣＧＨ素子１１８およ
び第２のＣＧＨ素子１１９には、それぞれ結像機能が付
与される。

【０１９８】光学装置３９０によれば、光学装置３８０
に比較して、第４のＣＧＨ素子１２１および第３のガラ
ス基板１１３をも不要とすることができ、コンパクト化
およびコストの削減の上で、有利である。

【０１９９】〈具体例２３〉図６５に示す具体例２３の
光学装置４００では、波長選択性を利用した偏向手段１
２０に反射型のＣＧＨ素子が用いられている。第１のガ
ラス基板１１１の一方の面１１１ａに、共通端１１０
と、光源１１６および受光器１１７が設けられている。
また、第１のガラス基板１１１の他方の面１１１ｂに接
合される第２のガラス基板１１２の一方の面１１２ａ
に、第４のＣＧＨ素子１２１と、第１のＣＧＨ素子１１
８および第２のＣＧＨ素子１１９とが形成されている。

【０２００】また、波長選択性を利用した偏向手段１２
０が第２のガラス基板１１２の他方の面１１２ｂに形成
されており、この偏向手段である第３のＣＧＨ素子１２
０に反射型ＣＧＨ素子が用いられている。

【０２０１】これにより、第４のＣＧＨ素子１２１から
の平行光束の一方の波長成分は、反射型の第３のＣＧＨ
素子１２０により、第１のＣＧＨ素子１１８へ向けて反
射され、第１の分岐路１２３ａを経て受光器１１７に案
内される。また、光源１１６からの他方の波長成分の光
は、第２のＣＧＨ素子１１９を経て第２の分岐路１２３
ｂに案内され、偏向手段１２０の反射作用により、第４
のＣＧＨ素子１２１に案内され、該ＣＧＨ素子を経て共
通端１１０に案内される。

【０２０２】光学装置４００の各ＣＧＨ素子１１８、１
１９および１２１を第２のガラス基板１１２の一方の面
１１２ａに形成することができる。しかしながら、具体
例１１で説明したとおり、共通端１１０、光源１１６お
よび受光器１１７が設けられる第１のガラス基板１１１
の一方の面１１１ａと反対側の面１１１ｂに各ＣＧＨ素
子１１８、１１９および１２１を形成した図６５に示す
具体例２３は、相互に対応する両面１１１ａおよび１１
１ｂ上の光学素子のアライメント整合を比較的容易に得
られることから、製造上、有利である。

【０２０３】具体例２４ないし具体例２７では、偏向手
段１２０に波長選択フィルタを用いた例について説明す
る。

【０２０４】〈具体例２４〉図６６の具体例２４を示す
光学装置４１０では、第１のガラス基板１１１の一方の
面１１１ａに共通端１１０および受光器１１７が設けら
れている。第１のガラス基板１１１の他方の面１１１ｂ
に接合される第２のガラス基板１１２の一方の面１１２
ａには、第１のＣＧＨ素子１１８および第４のＣＧＨ素
子１２１が設けられている。第２のガラス基板１１２と
第３のガラス基板１１３との間には、多層誘電体膜から
なるＷＤＭミラーのような波長選択フィルタ１２０が設
けられている。

【０２０５】光学装置４１０では、共通端１１０からの
入射光が第４のＣＧＨ素子１２１を経ることにより、斜
め方向から波長選択フィルタ１２０に入射する。そのた
め、この波長選択フィルタ１２０は、入射する一方の波
長成分の平行光束を第１のＣＧＨ素子１１８へ向けて反
射する。偏向手段１２０により反射された一方の波長成
分の光は、第１の分岐路１２３ａを経て、第１のＣＧＨ
素子１１８に案内され、さらに該ＣＧＨ素子の集光機能
により、受光器１１７に案内される。

【０２０６】波長選択フィルタ１２０は、他方の波長成
分の光を透過させる。この透過光路は第２の分岐路１２
３ｂを規定する。第２の分岐路１２３ｂが伸びる第３の
ガラス基板１１３の面１１３ｂには、第２のＣＧＨ素子
１１９が設けられている。従って、光源１１６からの他
方の波長成分の光は、第２のＣＧＨ素子１１９により第
２の分岐路１２３ｂに案内され、該分岐路から波長選択
フィルタ１２０を経て第４のＣＧＨ素子１２１に案内さ
れ、さらに該ＣＧＨ素子の集光機能により共通端１１０
に案内される。

【０２０７】〈具体例２５〉図６７の具体例２５に示す
光学装置４２０では、波長選択フィルタ１２０の反射に
より規定される第１の分岐路１２３ａに、ミラーのよう
な反射手段４０１が第１のガラス基板１１１と第２のガ
ラス基板１１２との間で設けられている。この反射手段
４０１により、第１の分岐路１２３ａを第２のＣＧＨ素
子１１９が設けられた第３のガラス基板１１３の面１１
３ｂに向けることができる。

【０２０８】この反射手段４０１の反射作用により、第
３のガラス基板１１３の第２のＣＧＨ素子１１９が設け
られたと同じ面１１３ｂすなわち積層構造体１１５の同
一側に、第１の分岐路１２３ａに整合する第１のＣＧＨ
素子１１８を設けることができる。

【０２０９】〈具体例２６〉また、図６８の具体例２６
に示されているように、第２のガラス基板１１２に一方
の面１１３ａで接合する第３のガラス基板１１３の他方
の面１１３ｂに波長選択フィルタ１２０からの第２の分
岐路１２３ｂを反射するためのミラー４０２を設けるこ
とができる。

【０２１０】光学装置４３０によれば、ミラー４０２に
より、第２の分岐路１２３ｂを第１の分岐路１２３ａと
同一方向へ向けることができることから、第１のＣＧＨ
素子１１８が設けられた第１のガラス基板１１１の他方
の面１１１ｂに、第２のＣＧＨ素子１１９を設けること
ができる。その結果、共通端１１０、光源１１６および
受光器１１７を積層構造体１１５の同一面すなわち同一
側に配置することが可能となる。

【０２１１】〈具体例２７〉また図６６に示した具体例
２４では、第１の分岐路１２３ａおよび第２の分岐路１
２３ｂの明確な分離のために、共通端１１０からの入射
光が、第４のＣＧＨ素子１２１の偏向機能により、波長
選択フィルタ１２０に斜め方向から案内されたが、図６
９の具体例２７に示すように、共通端１１０を第１のガ
ラス基板１１１に対し角度的に配置することにより、具
体例２４に示した第４のＣＧＨ素子１２１を用いること
なく、共通端１１０からの入射光を波長選択フィルタ１
２０に斜め方向から案内することができる。

【０２１２】この具体例２７の光学装置４４０では、第
４のＣＧＨ素子１２１の削除により、偏向手段１２０か
ら各ＣＧＨ素子１１８および１１９への第１の分岐路１
２３ａおよび第２の分岐路１２３ｂが共に発散光路とな
ることから、具体例４で説明したとおり、第１のＣＧＨ
素子１１８および第２のＣＧＨ素子１１９には、それぞ
れ結像機能が付与される。

【０２１３】本発明に係る光学装置では、それぞれの具
体例に示した偏向手段および分岐手段の組み合わせ以外
にも、種々の光路の変更に応じて、それらを適宜組み合
わせて利用することができる。また、積層構造体内の光
路を必要に応じて適宜変更することができる。

【０２１４】

【発明の効果】本発明に係る前記した光学装置によれ
ば、回折現象を利用した計算機ホログラムにコリメート
機能、集光機能、偏向機能、光路分割作用および波長分
離作用を重複してあるいは選択的に適宜担わせることが
できることから、コンパクトであり、しかも、計算機ホ
ログラムでは光ファイバとの融着接着作業が不要となる
ことから、融着作業これによる製造コストの増大を招く
ことはなく、従来の光ファイバ光学装置に比較して安価
に製造することができる。

【０２１５】また、本発明に係る前記製造方法によれ
ば、多数の計算機ホログラムを含む光学素子を集積化す
ることにより、複数組の光学装置を含む積層体を形成
し、この多数の光学装置を含む積層体をそれぞれの光学
装置に分割することにより、本発明に係る前記光学装置
を極めて効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置を概略的に示す縦断面図
である。

【図２】本発明に係るテイラー展開式の説明図である。

【図３】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その１）である。

【図４】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その２）である。

【図５】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その３）である。

【図６】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その４）である。

【図７】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その５）である。

【図８】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その６）である。

【図９】本発明に係るテイラー展開による光路差係数の
説明図（その７）である。

【図１０】第１のＣＧＨ素子の光学特性を示す説明図で
ある。

【図１１】第１のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の１）である。

【図１２】第１のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の２）である。

【図１３】第１のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の３）である。

【図１４】第１のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の４）である。

【図１５】第２のＣＧＨ素子の光学特性を示す説明図で
ある。

【図１６】第２のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の１）である。

【図１７】第２のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の２）である。

【図１８】第２のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の３）である。

【図１９】第２のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の４）である。

【図２０】ＣＧＨ素子の偏向角度の波長依存性の説明す
るための図面である。

【図２１】ＣＧＨ素子の焦点距離の波長依存性の説明す
るための図面である。

【図２２】ＣＧＨ素子の結像レンズの偏向角および焦点
距離の波長依存性を説明するための図面である。

【図２３】分岐手段（ＣＧＨ素子）の光学特性を示す説
明図である。

【図２４】分岐手段（ＣＧＨ素子）の１次回折光の説明
図である。

【図２５】分岐手段（ＣＧＨ素子）の−１次回折光の説
明図である。

【図２６】分岐手段（ＣＧＨ素子）の光路差係数の説明
図である。

【図２７】第３のＣＧＨ素子の−１次回折光に関する説
明図である。

【図２８】ＣＧＨ素子の点光源と集光点間の結像作用の
説明図である。

【図２９】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の１）である。

【図３０】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の２）である。

【図３１】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の３）である。

【図３２】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の４）である。

【図３３】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の５）である。

【図３４】第３のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の６）である。

【図３５】第４のＣＧＨ素子の１次回折光に関する説明
図である。

【図３６】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の１）である。

【図３７】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の２）である。

【図３８】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の３）である。

【図３９】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の４）である。

【図４０】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の５）である。

【図４１】第４のＣＧＨ素子の光路差係数の説明図（そ
の６）である。

【図４２】本発明係る光学装置１０の製造方法を示す製
造工程での分解斜視図である。

【図４３】本発明に係る他の光学装置１００の具体例２
を概略的に示す縦断面図である。

【図４４】ＣＧＨ素子の回折効率とエッチング深さとの
関係を示すグラフである。

【図４５】本発明に係るさらに他の光学装置２００の具
体例３を概略的に示す縦断面図である。

【図４６】本発明に係るさらに他の光学装置２１０の具
体例４を概略的に示す縦断面図である。

【図４７】本発明に係るさらに他の光学装置２２０の具
体例５を概略的に示す縦断面図である。

【図４８】本発明に係るさらに他の光学装置２３０の具
体例６を概略的に示す縦断面図である。

【図４９】本発明に係るさらに他の光学装置２４０の具
体例７を概略的に示す縦断面図である。

【図５０】本発明に係るさらに他の光学装置２５０の具
体例８を概略的に示す縦断面図である。

【図５１】本発明に係るさらに他の光学装置２６０の具
体例９を概略的に示す縦断面図である。

【図５２】本発明に係るさらに他の光学装置２７０の具
体例１０を概略的に示す縦断面図である。

【図５３】本発明に係るさらに他の光学装置２８０の具
体例１１を概略的に示す縦断面図である。

【図５４】本発明に係るさらに他の光学装置２９０の具
体例１２を概略的に示す縦断面図である。

【図５５】本発明に係るさらに他の光学装置３００の具
体例１３を概略的に示す縦断面図である。

【図５６】本発明に係るさらに他の光学装置３１０の具
体例１４を概略的に示す縦断面図である。

【図５７】本発明に係るさらに他の光学装置３２０の具
体例１５を概略的に示す縦断面図である。

【図５８】本発明に係るさらに他の光学装置３３０の具
体例１６を概略的に示す縦断面図である。

【図５９】本発明に係るさらに他の光学装置３４０の具
体例１７を概略的に示す縦断面図である。

【図６０】本発明に係るさらに他の光学装置３５０の具
体例１８を概略的に示す縦断面図である。

【図６１】本発明に係るさらに他の光学装置３６０の具
体例１９を概略的に示す縦断面図である。

【図６２】本発明に係るさらに他の光学装置３７０の具
体例２０を概略的に示す縦断面図である。

【図６３】本発明に係るさらに他の光学装置３８０の具
体例２１を概略的に示す縦断面図である。

【図６４】本発明に係るさらに他の光学装置３９０の具
体例２２を概略的に示す縦断面図である。

【図６５】本発明に係るさらに他の光学装置４００の具
体例２３を概略的に示す縦断面図である。

【図６６】本発明に係るさらに他の光学装置４１０の具
体例２４を概略的に示す縦断面図である。

【図６７】本発明に係るさらに他の光学装置４２０の具
体例２５を概略的に示す縦断面図である。

【図６８】本発明に係るさらに他の光学装置４３０の具
体例２６を概略的に示す縦断面図である。

【図６９】本発明に係るさらに他の光学装置４４０の具
体例２７を概略的に示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０、１００、２００、２１０、２２０、２３０、２４
０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３０
０、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６
０、３７０、３８０、３９０、４００、４１０、４２
０、４３０および４４０ 光学装置 １１ 第１の入力端 １２ 第１の出力端 １３、１１１ 第１のガラス基板 １４、１１２ 第２のガラス基板 １５ １１３ 第３のガラス基板 １６、１１５、１１６ 積層構造体 １７ 第２の入力端 １８ 第２の出力端 １９ （光源）半導体レーザ ２０ （受光器）フォトディテクタ ２１、１１８ 第１のＣＧＨ素子 ２２、１１９ 第２のＣＧＨ素子 ２３（２３ａ、２３ｂ）、１２０（１２０ａ、１２０
ｂ） 偏向手段 ２４（２５、２６） 分岐手段 ２５、１２１ 第３のＣＧＨ素子 ２６ 第４のＣＧＨ素子 ２７、１２３ａ 第１の分岐路 ２８、１２３ｂ 第２の分岐路 １１４ 第４のガラス基板

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なる波長の光が信号媒体として
   重ね合わされた多重光を受ける第１の入力端と、該入力
   端に受けた多重光から分離される第１の波長成分の光を
   出力する第１の出力端と、前記多重光から分離される第
   ２の波長成分の光に関し、前記第１の入力端へ向けての
   双方向通信を可能とする第２の一対の入力端および出力
   端とを備える光通信端末局用光学装置であって、前記第
   １の入力端からの多重光を平行光束に変換する第１の計
   算機ホログラムと、該計算機ホログラムを経た多重光を
   それらの波長に応じて偏向させる波長選択フィルタと、
   該波長選択フィルタにより分離された第１の波長成分の
   光を前記第１の出力端に向ける第２の計算機ホログラム
   と、前記波長選択フィルタにより分離された第２の波長
   成分を分岐させる分岐手段と、該分岐手段により分岐さ
   れた一方の分岐路を経る第２の波長成分の光を前記第２
   の出力端へ向ける第３の計算機ホログラムと、前記第２
   の入力端からの第２の波長成分の光を他方の分岐路、前
   記分岐手段および第１の計算機ホログラムを経て前記第
   １の入力端へ向けるべく、前記分岐手段へ向けて案内す
   る第４の計算機ホログラムとを含む光通信端末局用光学
   装置。
2. 【請求項２】 前記第１の計算機ホログラムは、前記第
   １の入力端からの光を前記波長選択フィルタへ向けるべ
   く、平行光束を得るコリメート機能および該平行光束を
   偏向させる偏向機能を有することを特徴とする請求項１
   記載の光通信端末局用光学装置。
3. 【請求項３】 前記第２の計算機ホログラムは、前記波
   長選択フィルタで分離された第１の波長成分の光を前記
   第１の出力端へ向ける集光機能および偏向機能を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信端末局用光学装
   置。
4. 【請求項４】 前記波長選択フィルタは、第１の波長成
   分の光を反射しかつ第２の波長成分の光を透過させる誘
   電体フィルタからなる請求項１記載の光通信端末局用光
   学装置。
5. 【請求項５】 前記分岐手段は、第２の波長成分の光を
   １次回折光およびー１次回折光に分岐させる請求項１記
   載の光通信端末局用光学装置。
6. 【請求項６】 前記第３の計算機ホログラムは、前記分
   岐手段からの第２の波長成分の光を前記第２の出力端へ
   向けるべく、偏向機能および集光機能を有することを特
   徴とする請求項１記載の光通信端末局用光学装置。
7. 【請求項７】 前記第４の計算機ホログラムは、前記第
   ２の入力端からの第２の波長成分の光を前記第３の計算
   機ホログラムへ向けるべく、コリメート機能を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の光通信端末局用光学装
   置。
8. 【請求項８】 さらに、それぞれが透光性を有しかつ相
   互に積層される第１の基板、第２の基板および第３の基
   板を備え、前記第１および第２の計算機ホログラムは、
   前記第１の入力端および第１の出力端が設けられる前記
   第１の基板の一方の面と反対側の他方の面に接合される
   前記第２の基板の一方の面に並列的に配列され、前記波
   長選択フィルタは前記第２の基板の他方の面に設けら
   れ、前記分岐手段は前記第３の基板の前記第２の基板に
   接合される一方の面に設けられ、前記第３および第４の
   計算機ホログラムは前記第３の基板の他方の面に並列的
   に配列されていることを特徴とする請求項１記載の光通
   信端末局用光学装置。
9. 【請求項９】 第１の入力端からの多重光を平行光束に
   変換する第１の計算機ホログラムと、該計算機ホログラ
   ムを経た多重光をそれらの波長に応じて偏向させる波長
   選択フィルタと、該波長選択フィルタにより分離された
   第１の波長成分の光を第１の出力端に向ける第２の計算
   機ホログラムと、前記波長選択フィルタにより分離され
   た第２の波長成分を分岐させる分岐手段と、該分岐手段
   により分岐された一方の分岐路を経る第２の波長成分の
   光を第２の出力端へ向ける第３の計算機ホログラムと、
   第２の入力端からの第２の波長成分の光を他方の分岐
   路、前記分岐手段および第１の計算機ホログラムを経て
   前記第１の入力端へ向けるべく、前記分岐手段へ向けて
   案内する第４の計算機ホログラムとを含む光通信端末局
   用光学装置の製造方法であって、 透光性を有する第１の基板に接合される透光性を有する
   第２の基板の接合面である一方の面に、多数の前記第１
   および第２の計算機ホログラムを互いに対をなすように
   集積化して形成すると共に、前記第２の基板の他方の面
   に、前記波長選択フィルタを集積化して形成すること、
   透光性を有する第３の基板の、前記第２の基板に対向す
   る一方の面に、前記分岐手段を集積化して形成すると共
   に、前記第３の基板の他方の面に、前記第３および第４
   の計算機ホログラムを互いに対をなすように集積化して
   形成すること、前記第１ないし第３の基板を一体化して
   積層体を形成すること、当該積層体をそれらの厚さ方向
   に沿って縦割りに分割することにより、多数の前記光学
   装置に分離することを含む光通信端末局用光学装置の製
   造方法。
10. 【請求項１０】 双方向通信のための互いに異なる波長
    成分の光のうち、一方の波長成分の光を受けかつ他方の
    波長成分の光を出力するための共通端と、前記一方の波
    長成分の光を受光器に送り出すための出力端と、光源か
    ら前記他方の波長成分の光を受ける入力端とを備える光
    通信端末局用光学装置であって、さらに、前記共通端か
    らの光路を光の波長に応じた第１および第２の分岐路に
    分ける偏向手段と、前記共通端に入力する前記一方の波
    長成分の光を前記受光器に案内すべく該受光器に集光さ
    せる第１の計算機ホログラムと、前記入力端からの前記
    他方の波長成分の光を前記偏向手段を経て前記共通端へ
    向けるべく、前記光源からの前記他方の波長成分の光を
    前記偏向手段へ向けて案内する第２の計算機ホログラム
    とを備える光通信端末局用光学装置。
11. 【請求項１１】 前記偏向手段は第３の計算機ホログラ
    ムからなる請求項１０記載の光通信端末局用光学装置。
12. 【請求項１２】 前記第３の計算機ホログラムの高次回
    折光路が前記分岐路の少なくとも一方として利用される
    請求項１１記載の光通信端末局用光学装置。
13. 【請求項１３】 前記第３の計算機ホログラムは透過型
    計算機ホログラムである請求項１２記載の光通信端末局
    用光学装置。
14. 【請求項１４】 前記第３の計算機ホログラムは反射型
    計算機ホログラムである請求項１２記載の光通信端末局
    用光学装置。
15. 【請求項１５】 前記第３の計算機ホログラムは、１次
    回折光および−１次回折光の光路が前記第１および第２
    の分岐路として利用される請求項１２記載の光通信端末
    局用光学装置。
16. 【請求項１６】 前記第３の計算機ホログラムは、０次
    回折光または２次回折光の光路と１次回折光の光路とが
    前記第１および第２の分岐路として利用される請求項１
    ２記載の光通信端末局用光学装置。
17. 【請求項１７】 前記第３の計算機ホログラムは、偏向
    方向を相互に異にする一対の計算機ホログラム部分が光
    路内に並列的に配置されてなる請求項１１記載の光通信
    端末局用光学装置。
18. 【請求項１８】 前記第３の計算機ホログラムは、その
    プリズム機能による偏向角度の波長依存性を利用して前
    記第１および第２の分岐路を形成する請求項第１の入力
    端１１記載の光通信端末局用光学装置。
19. 【請求項１９】 前記第１の計算機ホログラムは、前記
    偏向手段からの光を前記受光器へ向けるべく、集光機能
    を有し、また前記第２の計算機ホログラムは、前記光源
    からの光を前記偏向手段に向けるべく、コリメート機能
    または結像機能を有することを特徴とする請求項１０記
    載の光通信端末局用光学装置。
20. 【請求項２０】 前記共通端と前記偏向手段との間に
    は、前記共通端からの光を前記偏向手段へ向けるべく、
    平行光束を得るコリメート機能を有する第４の計算機ホ
    ログラムが設けられている請求項１０記載の光端末局用
    光学装置。
21. 【請求項２１】 前記第１および第２の計算機ホログラ
    ムは、前記共通端と前記光源および前記受光器との間の
    光路に並列的に配置され、前記偏向手段の機能を果たす
    請求項１０記載の光通信端末局用光学装置。
22. 【請求項２２】 前記偏向手段は、第１の波長成分の光
    を反射しかつ第２の波長成分の光を透過させる波長選択
    フィルタからなる請求項１０記載の光通信端末局用光学
    装置。
23. 【請求項２３】 前記波長選択フィルタは誘電体フィル
    タで構成されている請求項２２記載の光端末局用光学装
    置。