【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数枚の複屈折結晶板と偏光解消板（水晶位相板）を貼り合せて構成する光学ローパスフィルターにおいて偏光解消板の位相差を設計波長において９０°すなわち０次１／４波長板とする構成の光学ローパスフィルター及び偏光解消板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学ローパスフィルターに使用される水晶より成る偏光解消板はＸまたはＹカットの適当な厚み （例えば偏光解消板の厚みが０．５ｍｍ，１．０ｍｍ） であるものが使用されていることが一般的であった。しかしながら、これらの従来のカットアングルで１／４波長板を作成しようとすると波長板の厚みが十数μｍとなってしまい、この厚みでは薄すぎて研磨することが極めて困難でありその為に結果として所望する特性の１／４波長板を得ることは不可能であった。
【０００３】
そこで偏光解消板の位相差を９０°より大幅に大きくして偏光解消板の厚みを研磨可能な厚みとすることが試みられている。また、偏光解消板の厚みを大きくすればするほど波長毎での光学ローパスフィルターの特性劣化を低減することが出来ることが一般に知られている。
【０００４】
図３は一般的な偏光解消板を用いた光学ローパスフィルターの構成を示す図である。図３において、第１の複屈折結晶板に入射した光線は複屈折結晶板の光学軸と、光学軸に垂直な方向に振動する光線に分離されてから偏光解消板に入射される。偏光解消板に入射された光線は、偏光解消板の光学軸と光学軸に垂直な方向に振動した光線間で位相差を生じる。
この時、偏光解消板を通過した光線が円偏光の場合第２の複屈折結晶板に入射した２つの光線はそれぞれ第２の複屈折結晶板で分離されて４つの光線として前述の構成の光学ローパスフィルターから出射する。
【０００５】
図３で示された光学ローパスフィルターの構成は、波長４００〜７００ｎｍで光学ローパスフィルターを出射した光線が４つに分離されることを目的とするものである。
【０００６】
従来の水晶から成る偏光解消板においては例えばＸまたはＹカットの適当な厚み（ 例えば偏光解消板の厚みが０．５ｍｍ， １．０ｍｍ ）をもつ偏光解消板の位相差の波長依存性は図４のようになる。この図４は直交偏光子の間に偏光解消板（水晶位相板）を挿入した場合の透過率特性を表している。図３の光学ローパスフィルタに使用される偏光解消板の光学特性は図３より直交偏光子あるいは平行偏光子の光学系配置を考察すればよいことは自明である。
【０００７】
図４より図３で示される従来の一般的な光学ローパスフィルターにおいては、４つに光線を分離させることが出来る波長は直交偏光子の光学系配置で透過率が５０％となるところだけであることが判る。直交偏光子の光学系配置で透過率が０％と１００％のところでは４つに光線が分離せず２つの光線となっている。このように４つの光線への分離が必要な光学ローパスフィルターにおいて２つの光線となる波長においては、疑似信号であるモアレを低減する効果が著しく低下してしまう結果となる。
【０００８】
すなわち図３のように４つに光線を分ける為には直交偏光子の状態の光学系に偏光解消板を挿入したときの透過率を５０％とする必要がある。
【０００９】
直交偏光子の光学系に偏光解消板を挿入したときの透過率Ｔは以下の数式（１）で表すことができる。以下数式（１）
Ｔ（％）＝（２ｋ＋（−１＋ｋ２）ｓｉｎ２α）２ｓｉｎ（Γ／２）２×１００
ただし、上記の数式（１）において
ｋ：固有偏光の楕円率
α：偏光子の透過軸と偏光解消板の光学軸投影線がなす角度
Γ：偏光解消板の位相差
【００１０】
数式（１）より図３のような光学ローパスフィルターに使用される偏光解消板には、旋光能の影響が小さいカットアングルを使用した偏光解消板が必要であることが判る。 （旋光能の影響が大きいほど固有偏光の楕円率は１へ近づく。）
また、固有偏光の楕円率ｋが極めて小さく、すなわち０であるとき数式（１）の値Ｔが理想値である５０％となる条件はαが４５°でかつΓが９０°である。
【００１１】
図５に光学軸と主面法線のなす角度であるカットアングルと１／４波長板となる偏光解消板の厚みの関係図、及び図６に同じく光学軸と主面法線のなす角度であるカットアングルと固有偏光楕円率の関係を示す。ただし、ここでの設計波長は５１０ｎｍである。
【００１２】
図５及び図６から旋光能の影響を表す固有偏光の楕円率ｋと前記のカットアングルの関係、及び１／４波長板となる厚みを研磨可能な厚み０．１ｍｍ程度とした場合、理想的なカットアングルは２０°±４°となる。カットアングルを１６°以下とすると偏光解消板の厚さが大きくなり、その結果偏光解消板の材料費がかかり高コストとなる。 また、旋光能の影響が大きいためαを４５°かつΓを９０°とした場合、偏光解消板を出射する光が円偏光とは成らないという問題が発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一方最近の傾向では光学ローパスフィルターが搭載されるデジタルスチールカメラ等の小型化や低背化、加えて軽量化や低価格化の要求がある。
【００１４】
また、前記のＸまたはＹカットの適当な厚みをもった水晶より成る偏光解消板の位相差は波長が変化する毎に位相差が大きく変化するという性質を持っており、この性質が光学ローパスフィルターの特性を劣化する要因となっており、同時にこのことは波長により光学ローパスフィルターが多重像歪みであり疑似信号のモアレを薄くする効果を低減してしまうことになる。
【００１５】
本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従がってその目的は、偏光解消板 （水晶位相板）の位相差を設計波長において９０°、すなわち１／４波長板とすることで波長が変化することによる光学ローパスフィルターの効果低減を最小限とした光学ローパスフィルター及び偏光解消板（水晶位相板）を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は複屈折結晶板を複数枚貼り合せて構成する光学ローパスフィルターにおいて、前記の光学ローパスフィルターに用いる偏光解消板に０次１／４波長板を用いることを特徴とする。
【００１７】
また、複屈折結晶板と偏光解消板を貼り合せて構成する光学ローパスフィルターにおいて、設計波長及び垂直入射での複屈折結晶板による分離幅ｄＸ（ ｘ＝１，２、・・・）と偏光解消板による分離幅ｄの関係で１／５× ｄＸ がｄよりも大きいか等しい（ ｘ＝１，２、・・・）ことを特徴とする。
【００１８】
また、前述の複屈折結晶板と偏光解消板との光学軸投影線が成す角度を４５±２°とすることを特徴とする。
【００１９】
また、複屈折結晶板を複数枚貼り合せて構成する光学ローパスフィルターにおいて、前述の光学ローパスフィルターに用いる偏光解消板が水晶から成ることを特徴とする。
【００２０】
また、前述の偏光解消板の光学軸とこの偏光解消板の主面法線の成す角度を２０±４°とすることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００２２】
図１が本発明の光学ローパスフィルター３及び偏光解消板（水晶位相板）２の構成を示す図である。すなわち光学ローパスフィルター３に用いる材質が水晶から成る偏光解消板２に０次１／４波長板を用いて、同時に複屈折結晶板１と偏光解消板２との光学軸投影線４が成す角度を４５±２°とし、かつ光学軸と主面法線６との成す角度を２０±４°と成る偏光解消板を用いる。
【００２３】
図１の本発明の光学ローパスフィルター３の出射光の概略の分離パターンは図７の様に成る。また、図３に示す従来の偏光解消板８を用いた光学ローパスフィルター９の出射光の概略の分離パターンは図８の様に成る。
【００２４】
本発明の光学ローパスフィルター３及び偏光解消板（水晶位相板）２の構成では、設計波長での複屈折結晶板１による分離幅ｄＸ（ ｘ＝１，２、・・・）と偏光解消板２による分離幅ｄの関係を１／５× ｄＸがｄよりも大きいか等しくなるようにする（ ｘ＝１，２、・・・）。すなわち本発明の偏光解消板（水晶位相板）２を用いた本発明の光学ローパスフィルター３の出射光の分離幅ｄは極めて僅少な値となり光学ローパスフィルター３として使用した場合の疑似信号であるモアレを低減する効果の低減を最小限とすることが出来る。
【００２５】
図２に本発明の偏光解消板（水晶位相板）２の特性図を示す。ここで設計波長は５１０ｎｍである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の光学ローパスフィルター及び偏光解消板（水晶位相板）によれば、光学ローパスフィルターに使用する偏光解消板の位相差の波長依存性を小さく、かつ偏光解消板の厚みを研磨可能な程度の薄さである０．１ｍｍ程度とすることが出来る。
【００２７】
また、本発明の偏光解消板（水晶位相板）を使用した光学ローパスフィルターを全体として小型化することが出来る。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学ローパスフィルター及び偏光解消板（水晶位相板）の構成を示す図である。
【図２】本発明の偏光解消板（水晶位相板）の特性図である。
【図３】一般的な偏光解消板を用いた光学ローパスフィルターの構成を示す図である。
【図４】直交偏光子の間に偏光解消板（水晶位相板）を挿入した場合の透過率特性図である。
【図５】従来における設計波長５１０ｎｍでの光学軸と主面法線のなす角度であるカットアングルと１／４波長板となる偏光解消板の厚みの関係を示す図である。
【図６】従来における設計波長５１０ｎｍでの光学軸と主面法線のなす角度であるカットアングルと固有偏光楕円率の関係を示す図である。
【図７】従来の光学ローパスフィルターの構成での出射光の概略の点像分離パターンを示す図である。
【図８】本発明の光学ローパスフィルターの構成での出射光の概略の点像分離パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 複屈折結晶板
２ 偏光解消板（水晶位相板）
３ 光学ローパスフィルター
４ 光学軸投影線
５ 光学軸
６ 主面法線 Ｎ
７ 複屈折結晶板による分離幅 ｄＸ（ ｘ＝１，２、・・・）
８ 従来の偏光解消板（水晶位相板）
９ 従来の光学ローパスフィルター
１１ 偏光解消板による分離幅ｄ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an optical low-pass filter in which a plurality of birefringent crystal plates and a depolarizing plate (quartz phase plate) are bonded to each other. The present invention relates to an optical low-pass filter and a depolarizing plate having the following configurations.
[0002]
[Prior art]
The depolarizing plate made of quartz used for the conventional optical low-pass filter has an appropriate X or Y cut thickness (for example, the depolarizing plate has a thickness of 0.5 mm or 1.0 mm). Was common. However, when a quarter-wave plate is to be manufactured with these conventional cut angles, the thickness of the wave plate becomes tens of μm, and this thickness is too thin to be polished, and as a result, It was impossible to obtain a quarter-wave plate having the desired characteristics.
[0003]
Therefore, attempts have been made to make the phase difference of the depolarizing plate significantly larger than 90 ° so that the thickness of the depolarizing plate can be polished. Also, it is generally known that the larger the thickness of the depolarizing plate, the more the characteristic deterioration of the optical low-pass filter for each wavelength can be reduced.
[0004]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical low-pass filter using a general depolarizing plate. In FIG. 3, a light beam incident on the first birefringent crystal plate is separated into an optical axis of the birefringent crystal plate and a light beam oscillating in a direction perpendicular to the optical axis, and then is incident on the depolarizing plate. The light beam incident on the depolarizing plate causes a phase difference between the optical axis of the depolarizing plate and the light beam vibrating in a direction perpendicular to the optical axis.
At this time, if the light beam that has passed through the depolarizing plate is circularly polarized, the two light beams that have entered the second birefringent crystal plate are separated by the second birefringent crystal plate to form four light beams, each having the above-described configuration. The light exits from the low-pass filter.
[0005]
The configuration of the optical low-pass filter shown in FIG. 3 is intended to separate a light beam having a wavelength of 400 to 700 nm emitted from the optical low-pass filter into four rays.
[0006]
In a conventional depolarizing plate made of quartz, for example, the wavelength dependence of the phase difference of the depolarizing plate having an appropriate thickness of X or Y cut (for example, the thickness of the depolarizing plate is 0.5 mm or 1.0 mm) is shown in FIG. become that way. FIG. 4 shows transmittance characteristics when a depolarizing plate (quartz phase plate) is inserted between orthogonal polarizers. It is obvious from FIG. 3 that the optical characteristics of the depolarizing plate used in the optical low-pass filter in FIG. 3 can be obtained by considering the optical system arrangement of the orthogonal polarizer or the parallel polarizer.
[0007]
In the conventional general optical low-pass filter shown in FIG. 4 to FIG. 3, the wavelength at which the light beam can be separated into four light beams is only where the transmittance becomes 50% by the arrangement of the optical system of the orthogonal polarizer. You can see that. When the transmittance is 0% and 100% in the optical system arrangement of the orthogonal polarizer, the light beam is not separated into four light beams but becomes two light beams. As described above, at an optical low-pass filter that needs to be separated into four light beams, at a wavelength that becomes two light beams, the effect of reducing moire, which is a pseudo signal, is significantly reduced.
[0008]
That is, in order to divide the light beam into four light beams as shown in FIG. 3, it is necessary to make the transmittance when the depolarizing plate is inserted into the optical system in the state of the orthogonal polarizer 50%.
[0009]
The transmittance T when the depolarizing plate is inserted into the optical system of the orthogonal polarizer can be expressed by the following equation (1). Equation (1) below
T (%) = (2k + (− 1 + k 2 ) sin2α) 2 sin (Γ / 2) 2 × 100
Here, in the above formula (1), k: the ellipticity of the intrinsic polarization α: the angle between the transmission axis of the polarizer and the optical axis projection line of the depolarizer Γ: the phase difference of the depolarizer
Equation (1) shows that a depolarizing plate used in an optical low-pass filter as shown in FIG. 3 requires a depolarizing plate using a cut angle that is less affected by optical rotatory power. (The greater the influence of the optical rotation power, the closer the ellipticity of the intrinsic polarization approaches 1.)
When the ellipticity k of the intrinsic polarization is extremely small, that is, when it is 0, the condition that the value T of Expression (1) becomes 50%, which is an ideal value, is that α is 45 ° and Γ is 90 °.
[0011]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cut angle, which is the angle between the optical axis and the normal to the principal surface, and the thickness of the depolarizing plate serving as a quarter-wave plate, and FIG. The relationship between a certain cut angle and the specific polarization ellipticity is shown. However, the design wavelength here is 510 nm.
[0012]
From FIGS. 5 and 6, the relationship between the ellipticity k of the intrinsic polarization representing the effect of the optical rotatory power and the above-mentioned cut angle, and the case where the thickness of the quarter-wave plate is about 0.1 mm, which can be polished, is ideal. An appropriate cut angle is 20 ° ± 4 °. When the cut angle is set to 16 ° or less, the thickness of the depolarizing plate increases, and as a result, the material cost of the depolarizing plate increases, and the cost increases. When α is set to 45 ° and Γ is set to 90 ° because of the influence of the optical rotation power, there is a problem that light emitted from the depolarizing plate is not circularly polarized.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, on the other hand, there is a recent trend to reduce the size and height of a digital still camera or the like equipped with an optical low-pass filter, as well as to reduce the weight and cost.
[0014]
Further, the phase difference of the depolarizing plate made of quartz having an appropriate thickness of the X or Y cut has a property that the phase difference greatly changes every time the wavelength changes, and this property is an optical low-pass filter. At the same time, this also causes the optical low-pass filter to have multiple image distortions depending on the wavelength, thereby reducing the effect of reducing the moire of the pseudo signal.
[0015]
The present invention has been made under the above-mentioned technical background. Accordingly, the object of the present invention is to reduce the phase difference of the depolarizing plate (quartz phase plate) by 90 ° at the design wavelength, that is, 1 /. An object of the present invention is to provide an optical low-pass filter and a depolarizing plate (quartz phase plate) that minimize the effect of the optical low-pass filter due to a change in wavelength by using a four-wavelength plate.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical low-pass filter formed by laminating a plurality of birefringent crystal plates, wherein a zero-order quarter-wave plate is used as a depolarizing plate used in the optical low-pass filter. It is characterized by.
[0017]
Further, in an optical low-pass filter formed by laminating a birefringent crystal plate and a depolarizing plate, the separation width d X (x = 1, 2,...) By the birefringent crystal plate at the design wavelength and normal incidence and the polarization It is characterized in that １ ／ × d X is larger than or equal to d (x = 1, 2,...) In relation to the separation width d by the resolution plate.
[0018]
Further, the angle formed by the optical axis projection line between the birefringent crystal plate and the depolarizing plate is 45 ± 2 °.
[0019]
Further, in an optical low-pass filter formed by bonding a plurality of birefringent crystal plates, the depolarizing plate used for the above-mentioned optical low-pass filter is made of quartz.
[0020]
Further, the angle between the optical axis of the depolarizing plate and the normal to the principal surface of the depolarizing plate is set to 20 ± 4 °.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Note that the same reference numerals in each drawing indicate the same objects.
[0022]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical low-pass filter 3 and a depolarizing plate (quartz phase plate) 2 of the present invention. That is, a zero-order ４ wavelength plate is used as the depolarizing plate 2 made of quartz for the material used for the optical low-pass filter 3, and the angle formed by the optical axis projection line 4 between the birefringent crystal plate 1 and the depolarizing plate 2 at the same time. A depolarizing plate having an angle of 45 ± 2 ° and an angle between the optical axis and the normal 6 of the principal surface of 20 ± 4 ° is used.
[0023]
The schematic separation pattern of the light emitted from the optical low-pass filter 3 of the present invention shown in FIG. 1 is as shown in FIG. FIG. 8 shows a schematic separation pattern of light emitted from an optical low-pass filter 9 using the conventional depolarizing plate 8 shown in FIG.
[0024]
In the configuration of the optical low-pass filter 3 and the depolarizing plate (quartz phase plate) 2 of the present invention, the separation width d X (x = 1, 2,...) By the birefringent crystal plate 1 at the design wavelength and the depolarizing plate 2 so that 1/5 × d X is greater than or equal to d (x = 1, 2,...). That is, the separation width d of the emitted light from the optical low-pass filter 3 of the present invention using the depolarizing plate (quartz phase plate) 2 of the present invention is an extremely small value, and the moire which is a pseudo signal when the optical low-pass filter 3 is used. Can be minimized.
[0025]
FIG. 2 shows a characteristic diagram of the depolarizing plate (quartz phase plate) 2 of the present invention. Here, the design wavelength is 510 nm.
[0026]
【The invention's effect】
According to the optical low-pass filter and the depolarizing plate (quartz phase plate) of the present invention, the wavelength dependence of the phase difference of the depolarizing plate used in the optical low-pass filter is small, and the thickness of the depolarizing plate can be polished. It can be as thin as about 0.1 mm.
[0027]
Further, the size of the optical low-pass filter using the depolarizing plate (quartz phase plate) of the present invention can be reduced as a whole.
[0028]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical low-pass filter and a depolarizing plate (quartz phase plate) of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of the depolarizing plate (quartz phase plate) of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an optical low-pass filter using a general depolarizing plate.
FIG. 4 is a transmittance characteristic diagram when a depolarizing plate (quartz phase plate) is inserted between orthogonal polarizers.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a cut angle, which is an angle between an optical axis at a design wavelength of 510 nm and a normal to a principal surface, and the thickness of a depolarizing plate serving as a quarter-wave plate.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a cut angle, which is an angle between an optical axis at a design wavelength of 510 nm and a normal to a principal surface, and an intrinsic polarization ellipticity in the related art.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic point image separation pattern of emitted light in a configuration of a conventional optical low-pass filter.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic point image separation pattern of emitted light in the configuration of the optical low-pass filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Birefringent crystal plate 2. Depolarizing plate (quartz phase plate)
3 Optical low-pass filter 4 Optical axis projection line 5 Optical axis 6 Main surface normal N
7 separation width by double refraction crystal plate d X (x = 1,2, ··· )
8 Conventional depolarizing plate (quartz phase plate)
9 Conventional optical low-pass filter 11 Separation width d by depolarizing plate
