JP2017207431A - Polarization sensor, polarization information acquisition device and imaging device - Google Patents

Polarization sensor, polarization information acquisition device and imaging device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire polarization information without requiring a movement of rotation of a phase plate and the like.SOLUTION: A polarization sensor 101 has: a phase adjustment unit 102 that gives a polarization component of a fast axis direction of incident light 105 and a polarization component of a slow axis direction thereof a phase difference; a light detection unit 103 that transmits polarized light having a polarization direction in one direction of the polarized light emitted from the phase adjustment unit; and a photoelectric conversion unit 104 that photoelectrically converts the polarized light transmitting the light detection unit, in which a thickness in a light advancement direction of the phase adjustment unit is equal to or less than 10 μm. Let λ be a wavelength of the incident light, and m be a natural number, an optical path length d in the fast axis direction of the phase adjustment unit satisfies a specific condition (1).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、偏光情報を取得可能な偏光センサに関する。   The present invention relates to a polarization sensor capable of acquiring polarization information.

物体からの光のうち偏光の情報を取得する偏光センサは、該物体の評価や検査等を行うために用いられる。特許文献1には、画素上に誘電体多層膜を積層した偏光イメージング装置が開示されている。誘電体多層膜の最下層に微細周期構造を設けてその上に誘電体多層膜を積層することで、微細周期構造の周期方向に応じた偏光を透過する偏光子として機能させる。これにより、入射する光の偏光状態や光強度等の偏光情報を2次元的に取得することができる。   A polarization sensor that acquires polarization information of light from an object is used for evaluating or inspecting the object. Patent Document 1 discloses a polarization imaging apparatus in which a dielectric multilayer film is laminated on a pixel. A fine periodic structure is provided in the lowermost layer of the dielectric multilayer film, and the dielectric multilayer film is laminated thereon, thereby functioning as a polarizer that transmits polarized light according to the periodic direction of the fine periodic structure. Thereby, polarization information such as the polarization state and light intensity of incident light can be acquired two-dimensionally.

また、特許文献2には、入射する光の偏光状態を任意の偏光状態に変える偏光変換デバイスが開示されている。具体的には、位相板であるλ/2板とλ/4板とを直列に配置して、それぞれを所望の偏光状態が再現できるように回転させる。   Patent Document 2 discloses a polarization conversion device that changes the polarization state of incident light to an arbitrary polarization state. Specifically, a λ / 2 plate and a λ / 4 plate, which are phase plates, are arranged in series, and each is rotated so that a desired polarization state can be reproduced.

特許第4974543号公報Japanese Patent No. 4974543 特開2005−221620号公報JP 2005-221620 A

しかしながら、特許文献1にて開示された偏光イメージング装置では、偏光子が直線偏光しか透過しないため、入射光を直交する偏光に分けたときの位相差量の検出ができない。また、特許文献2にて開示された偏光変換デバイスでは、位相板を回転させる必要があるため、所望の偏光状態を再現するのに時間を要する。   However, in the polarization imaging apparatus disclosed in Patent Document 1, since the polarizer transmits only linearly polarized light, the amount of phase difference when incident light is divided into orthogonal polarization cannot be detected. Further, in the polarization conversion device disclosed in Patent Document 2, since it is necessary to rotate the phase plate, it takes time to reproduce a desired polarization state.

本発明は、位相板の回転等の駆動を必要とすることなく偏光の光強度や位相の情報を取得することを可能とし、さらに直線偏光の検出精度を高めることも可能な偏光センサおよびこれを用いた撮像装置を提供する。   The present invention provides a polarization sensor capable of acquiring information on the light intensity and phase of polarized light without requiring driving such as rotation of a phase plate, and further improving the detection accuracy of linearly polarized light. An imaging device used is provided.

本発明の一側面としての偏光センサは、入射光の偏光情報を取得する。該偏光センサは、入射光のうち進相軸方向の偏光成分と遅相軸方向の偏光成分とに位相差を与える位相調整部と、該位相調整部から出射した偏光のうち一方向に偏光方向を有する偏光を透過する検光部と、該検光部を透過した偏光を光電変換する光電変換部とを有する。位相調整部の光進行方向における厚さは10μm以下であり、かつλを前記入射光の波長とし、mを自然数とするとき、位相調整部の進相軸方向における光路長dが、下記の式(1)に示す条件を満足することを特徴とする。   The polarization sensor as one aspect of the present invention acquires polarization information of incident light. The polarization sensor includes a phase adjustment unit that gives a phase difference between a polarization component in a fast axis direction and a polarization component in a slow axis direction of incident light, and a polarization direction in one direction of polarized light emitted from the phase adjustment unit. And a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the polarized light that has passed through the light detection unit. When the thickness of the phase adjusting unit in the light traveling direction is 10 μm or less, λ is the wavelength of the incident light, and m is a natural number, the optical path length d in the fast axis direction of the phase adjusting unit is The condition shown in (1) is satisfied.

なお、上記偏光センサを含む偏光情報取得装置および該偏光情報取得装置を含む撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。   The polarization information acquisition device including the polarization sensor and the imaging device including the polarization information acquisition device also constitute another aspect of the present invention.

本発明によれば、位相板の回転等の移動を必要とすることなく、偏光の光強度や位相等の偏光情報を一括して取得することができ、しかも高い検出精度で直線偏光を検出可能な偏光センサおよびこれを用いた装置を実現することができる。   According to the present invention, polarization information such as the light intensity and phase of polarized light can be acquired in a lump without requiring movement such as rotation of the phase plate, and linearly polarized light can be detected with high detection accuracy. A polarization sensor and a device using the same can be realized.

本発明の実施例である偏光センサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the polarization sensor which is an Example of this invention. 位相調整部に入射する直線偏光を示す図。The figure which shows the linearly polarized light which injects into a phase adjustment part. 位相調整部で位相差が与えられる前の光の伝搬を示す図。The figure which shows the propagation of the light before a phase difference is given in a phase adjustment part. 位相調整部から出射する左円偏光を示す図。The figure which shows the left circularly polarized light radiate | emitted from a phase adjustment part. 位相調整部で位相差が与えられた後の光の伝搬を示す図。The figure which shows the propagation of the light after a phase difference is given in the phase adjustment part. 直線偏光の振動を示す図。The figure which shows the vibration of a linearly polarized light. 直線偏光の伝搬を示す図。The figure which shows the propagation of linearly polarized light. 実施例における位相調整部の1組の位相調整領域を示す図。The figure which shows 1 set of phase adjustment area | regions of the phase adjustment part in an Example. 実施例1におけるλ/4板の振幅透過率を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the amplitude transmittance of the λ / 4 plate in Example 1. 従来のλ/4板での偏光状態を示す図。The figure which shows the polarization state in the conventional (lambda) / 4 board. 実施例1におけるλ/4板での偏光状態を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a polarization state on a λ / 4 plate in Example 1. 実施例2におけるλ/2板の振幅透過率を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the amplitude transmittance of a λ / 2 plate in Example 2. 従来のλ/2板での偏光状態を示す図。The figure which shows the polarization state in the conventional (lambda) / 2 board. 実施例2におけるλ/2板での偏光状態を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a polarization state on a λ / 2 plate in Example 2. 図8に示した位相調整部を従来の位相板として構成したときの偏光検出を示す図。FIG. 9 is a diagram showing polarization detection when the phase adjustment unit shown in FIG. 8 is configured as a conventional phase plate. 図8に示した位相調整部を実施例の位相板として構成したときの偏光検出を示す図。The figure which shows the polarization detection when the phase adjustment part shown in FIG. 8 is comprised as a phase plate of an Example. 実施例1における図9に示した波長域とは異なる波長域でのλ/4板の振幅透過率を示す図。The figure which shows the amplitude transmittance | permeability of (lambda) / 4 board in the wavelength range different from the wavelength range shown in FIG. 実施例1,2における構造異方性を有する微細周期構造とその屈折率を示す図。The figure which shows the fine periodic structure which has the structure anisotropy in Example 1, 2, and its refractive index. 本発明の実施例3であるデジタルカメラの構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a digital camera that is Embodiment 3 of the present invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、後述する具体的な実施例の説明に先立って、該実施例の前提となる事項について説明する。実施例において、使用波長(入射光の波長:入射波長ともいう)λは、主として可視光または近赤外光の波長である。図1には、実施例の偏光センサ(以下、単にセンサという)の構成を模式的に示している。センサ101は、入射光105の入射側から順に、位相調整部102、検光部103、光電変換部104および不図示の基板を有する。入射光105は様々な偏光方向の偏光が混在する光であり、センサ101は偏光方向ごとの光強度等の偏光情報を取得することができるように構成されている。120はマイクロコンピュータ(CPUやMPU等)またはパーソナルコンピュータにより構成された演算部であり、センサ101(光電変換部104)からの出力を用いて偏光情報を演算する。センサ101と演算部120とにより偏光情報取得装置が構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, prior to the description of a specific embodiment to be described later, the premise items of the embodiment will be described. In the embodiment, the wavelength used (λ of incident light: also referred to as incident wavelength) λ is mainly the wavelength of visible light or near infrared light. FIG. 1 schematically shows a configuration of a polarization sensor (hereinafter simply referred to as a sensor) according to an embodiment. The sensor 101 includes a phase adjustment unit 102, a light detection unit 103, a photoelectric conversion unit 104, and a substrate (not shown) in order from the incident side of the incident light 105. The incident light 105 is light in which polarized light in various polarization directions is mixed, and the sensor 101 is configured to acquire polarization information such as light intensity for each polarization direction. Reference numeral 120 denotes a calculation unit configured by a microcomputer (CPU, MPU, etc.) or a personal computer, and calculates polarization information using an output from the sensor 101 (photoelectric conversion unit 104). The sensor 101 and the calculation unit 120 constitute a polarization information acquisition device.

位相調整部102は、入射した直線偏光を互いに直交する2つの偏光に分け、その偏光同士の位相差を変える(偏光同士に位相差を与える)位相調整機能を有する。例えば、位相調整部102を位相板としてのλ/4板として構成する場合には、位相調整部102に入射した直線偏光はこれを透過することで円偏光に変換される。図2には、図3に示すように位相差0でx軸方向とy軸方向に振動しながら位相調整部102に入射する光201,202と、これらの光201,202の合成により得られる直線偏光203とを示す。直線偏光203の振動方向は、x軸に対して45°の方向である。図4には、位相調整部102にて図5に示すようにπ/2(90°)の位相差が与えられてx軸方向とy軸方向に振動しながら位相調整部102から出射する光401,402と、これらの光401,402の合成により得られる円偏光(左円偏光)403とを示す。   The phase adjustment unit 102 has a phase adjustment function that divides incident linearly polarized light into two orthogonally polarized lights and changes the phase difference between the polarized lights (gives a phase difference between the polarized lights). For example, when the phase adjustment unit 102 is configured as a λ / 4 plate as a phase plate, linearly polarized light incident on the phase adjustment unit 102 is converted into circularly polarized light by passing through it. In FIG. 2, as shown in FIG. 3, light 201 and 202 that enter the phase adjustment unit 102 while oscillating in the x-axis direction and the y-axis direction with a phase difference of 0 are obtained by combining these lights 201 and 202. Linearly polarized light 203 is shown. The vibration direction of the linearly polarized light 203 is 45 ° with respect to the x-axis. In FIG. 4, the phase adjustment unit 102 gives a phase difference of π / 2 (90 °) as shown in FIG. 5, and is emitted from the phase adjustment unit 102 while vibrating in the x-axis direction and the y-axis direction. 401 and 402, and circularly polarized light (left circularly polarized light) 403 obtained by combining these lights 401 and 402 are shown.

検光部103は、入射した光のうち一方向に振動する直線偏光のみを透過させる偏光板により構成されている。透過する偏光とは異なる方向に振動する偏光は反射もしくは吸収される。検光部103から出射した直線偏光は、光電変換部104によって電気信号に変換される。   The light analysis unit 103 is configured by a polarizing plate that transmits only linearly polarized light that vibrates in one direction among incident light. Polarized light that vibrates in a direction different from the transmitted polarized light is reflected or absorbed. The linearly polarized light emitted from the light detection unit 103 is converted into an electric signal by the photoelectric conversion unit 104.

センサ101は、その単位領域内で1次元または2次元に配置された複数の画素に分割されており、画素ごとに出力された電気信号から入射光105の偏光情報を算出(取得)することができる。   The sensor 101 is divided into a plurality of pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally within the unit region, and can calculate (acquire) polarization information of the incident light 105 from an electric signal output for each pixel. it can.

ここで、位相調整部102の1つの画素(ここではλ/4板として構成されたものとする)に入射した光が図3に示す直線偏光203であり、該画素から出射した光が図5に示す左円偏光403である場合について説明する。検光部103がy軸方向に振動する直線偏光のみを透過する場合には、直線偏光203と左円偏光403は両方とも同じ大きさでy軸方向に振動する光となる。直線偏光203と左円偏光403はπ/2だけ位相がずれているが、一般的な光電変換素子104では位相情報が取得できずないために入射する光の強度のみが記録され、入射光105を円偏光と直線偏光とに分離することができない。   Here, the light incident on one pixel of the phase adjustment unit 102 (here, assumed to be configured as a λ / 4 plate) is the linearly polarized light 203 shown in FIG. 3, and the light emitted from the pixel is shown in FIG. The case of the left circularly polarized light 403 shown in FIG. When the light analyzer 103 transmits only linearly polarized light that vibrates in the y-axis direction, both the linearly polarized light 203 and the left circularly polarized light 403 are light having the same size and vibrating in the y-axis direction. The linearly polarized light 203 and the left circularly polarized light 403 are out of phase by π / 2. However, since the general photoelectric conversion element 104 cannot acquire phase information, only the intensity of incident light is recorded. Cannot be separated into circularly polarized light and linearly polarized light.

そこで実施例では、位相調整部102の光進行方向(光透過方向)での厚みを10μm以下とする。位相調整部102の厚みが10μm以下であると、位相調整部102に入射した光は位相調整部102内で干渉するため、出射する偏光はその干渉の影響を受けた光となる。また、実施例では、位相調整部102の進相軸方向における光路長dが以下の式(1)で示す条件を満足する。   Therefore, in the embodiment, the thickness of the phase adjusting unit 102 in the light traveling direction (light transmission direction) is set to 10 μm or less. If the thickness of the phase adjustment unit 102 is 10 μm or less, the light incident on the phase adjustment unit 102 interferes in the phase adjustment unit 102, and thus the emitted polarized light becomes light affected by the interference. In the embodiment, the optical path length d in the fast axis direction of the phase adjusting unit 102 satisfies the condition expressed by the following formula (1).

ただし、λは使用波長であり、mは自然数である。この条件を満足すると、位相調整部102の進相軸に沿って振動する使用波長λの光の位相調整部102での透過率は、該位相調整部102での干渉によって極大値もしくは極小値を持つ。また、位相調整部102がλ/4板もしくはλ/2板として構成された場合には、位相調整部102の遅相軸に沿って振動する光もその透過率に極大値もしくは極小値を持つ。これを利用すると、位相調整部102を透過する光のうち進相軸方向と遅相軸方向にそれぞれ振動する光に振幅強度差を与えることができる。 However, (lambda) is a use wavelength and m is a natural number. When this condition is satisfied, the transmittance of the light of the wavelength λ used that vibrates along the fast axis of the phase adjustment unit 102 in the phase adjustment unit 102 has a maximum value or a minimum value due to interference in the phase adjustment unit 102. Have. Further, when the phase adjusting unit 102 is configured as a λ / 4 plate or a λ / 2 plate, the light oscillating along the slow axis of the phase adjusting unit 102 also has a maximum value or a minimum value in the transmittance. . By utilizing this, it is possible to give an amplitude intensity difference to the light that passes through the phase adjusting unit 102 and vibrates in the fast axis direction and the slow axis direction.

以下、具体的な数値例を挙げて実施例(シミュレーション結果)を説明する。ここでは、使用波長λを550nmとする。   Examples (simulation results) will be described below with specific numerical examples. Here, the use wavelength λ is 550 nm.

まず、位相調整部102の1つの画素の進相軸方向における屈折率を1.08とし、遅相軸方向での屈折率を1.34とし、物理厚さを515nmとした場合について説明する。ここでは、位相調整部102に対して光は空気から入射するものとし、かつ位相調整部102を構成する基板の屈折率を1.53とした。このとき、屈折率差と厚さとにより、位相調整部102は使用波長550nmの光に対してλ/4板として機能する。また、進相軸方向における光路長dは556nmとなり、mが4のときに式(1)の条件を満足する。   First, the case where the refractive index in the fast axis direction of one pixel of the phase adjusting unit 102 is 1.08, the refractive index in the slow axis direction is 1.34, and the physical thickness is 515 nm will be described. Here, light is incident on the phase adjustment unit 102 from the air, and the refractive index of the substrate constituting the phase adjustment unit 102 is 1.53. At this time, the phase adjustment unit 102 functions as a λ / 4 plate for light having a working wavelength of 550 nm, depending on the refractive index difference and the thickness. The optical path length d in the fast axis direction is 556 nm, and when m is 4, the condition of the formula (1) is satisfied.

このときの進相軸方向および遅相軸方向における波長に対する振幅透過率を図9に示す。実線は進相軸方向における振幅透過率を、破線は遅相軸方向における振幅透過率をそれぞれ示す。式(1)の条件を満足するため、進相軸方向における振幅透過率は波長550nmで極小値を持つ。一方、位相調整部102はλ/4板として機能するため、遅相軸方向における振幅透過率も極大値を持つ。透過率の差は、波長550nmで90%と80%との差である10%となった。このようなλ/4板として機能する位相調整部102での偏光の状態を模式的に示したのが図10および図11である。   FIG. 9 shows the amplitude transmittance with respect to the wavelength in the fast axis direction and the slow axis direction at this time. A solid line indicates the amplitude transmittance in the fast axis direction, and a broken line indicates the amplitude transmittance in the slow axis direction. In order to satisfy the condition of Formula (1), the amplitude transmittance in the fast axis direction has a minimum value at a wavelength of 550 nm. On the other hand, since the phase adjustment unit 102 functions as a λ / 4 plate, the amplitude transmittance in the slow axis direction also has a maximum value. The difference in transmittance was 10%, which is the difference between 90% and 80% at a wavelength of 550 nm. FIGS. 10 and 11 schematically show the state of polarization in the phase adjustment unit 102 functioning as such a λ / 4 plate.

図10には、従来のλ/4板での偏光状態を、図11は本実施例におけるλ/4板での偏光状態を示す。これらの図において、1000,1100はλ/4板に入射する光の偏光状態を示し、1010,1110はλ/4板から出射する光の偏光状態を示す。また、1001,1101は入射する光のうちx軸方向に振動する光を、1002,1102は入射する光のうちy軸方向に振動する光を示している。1003,1103はλ/4板に入射する直線偏光を示す。また、1004,1104は出射する光のうちx軸方向に振動する光を、1005,1105は出射する光のうちy軸方向に振動する光を示す。1006,1106はλ/4板から出射する円偏光(左円偏光)を示す。   FIG. 10 shows the polarization state on the conventional λ / 4 plate, and FIG. 11 shows the polarization state on the λ / 4 plate in this embodiment. In these figures, 1000 and 1100 indicate the polarization state of light incident on the λ / 4 plate, and 1010 and 1110 indicate the polarization state of light emitted from the λ / 4 plate. Reference numerals 1001 and 1101 denote light oscillating in the x-axis direction among incident light, and reference numerals 1002 and 1102 denote light oscillating in the y-axis direction among incident light. Reference numerals 1003 and 1103 denote linearly polarized light incident on the λ / 4 plate. Reference numerals 1004 and 1104 denote light that oscillates in the x-axis direction among the emitted light, and reference numerals 1005 and 1105 denote light that oscillates in the y-axis direction among the emitted light. Reference numerals 1006 and 1106 denote circularly polarized light (left circularly polarized light) emitted from the λ / 4 plate.

λ/4板は、直線偏光が入射したときはこれを円偏光に変換する。y軸を遅相軸とした場合、入射する直線偏光1003,1103は左回りの円偏光である左円偏光1006,1106に変換される。従来のλ/4板では、出射する円偏光1006は、x軸方向とy軸方向における振幅透過率に差が少ないために左円偏光となる。一方、本実施例における位相調整部102では、x軸方向とy軸方向における振幅透過率に図9に示したように大きな差を与えることができるため、円偏光1106は振幅強度に差を持つ楕円偏光となる。   The λ / 4 plate converts linearly polarized light into circularly polarized light when incident. When the y-axis is the slow axis, the incident linearly polarized light 1003 and 1103 is converted to left circularly polarized light 1006 and 1106 which is counterclockwise circularly polarized light. In the conventional λ / 4 plate, the outgoing circularly polarized light 1006 becomes left circularly polarized light because there is little difference in amplitude transmittance between the x-axis direction and the y-axis direction. On the other hand, the phase adjustment unit 102 in this embodiment can give a large difference between the amplitude transmittances in the x-axis direction and the y-axis direction as shown in FIG. 9, and thus the circularly polarized light 1106 has a difference in amplitude intensity. It becomes elliptically polarized light.

円偏光1006を直線偏光のみを透過する偏光板からなる検光部103に入射させると、どの方向の直線偏光が透過してもその強度に差が生じない。こり現象は無偏光光が入射した場合と同じであるため、直線偏光から入射光の偏光状態を検出するのが難しい。一方、楕円偏光1106を検光部103に入射させると、x軸方向を偏光方向とする直線偏光とy軸方向を偏光方向とする直線偏光とに強度差が生じる。このため、検光部103から出射したこれら直線偏光の強度差から入射光が直線偏光1103であることを容易に検出することができる。   When the circularly polarized light 1006 is made incident on the light detection unit 103 made of a polarizing plate that transmits only linearly polarized light, there is no difference in intensity regardless of which direction of linearly polarized light is transmitted. Since the scraping phenomenon is the same as when unpolarized light is incident, it is difficult to detect the polarization state of incident light from linearly polarized light. On the other hand, when the elliptically polarized light 1106 is incident on the light detection unit 103, an intensity difference is generated between linearly polarized light whose polarization direction is the x-axis direction and linearly polarized light whose polarization direction is the y-axis direction. For this reason, it is possible to easily detect that the incident light is the linearly polarized light 1103 from the intensity difference between the linearly polarized light emitted from the light detecting unit 103.

次に、位相調整部102の1つの画素の進相軸方向における屈折率を1.34とし、遅相軸方向における屈折率を1.85とし、物理厚さを515nmとした場合について説明する。以下の説明でも、該画素に対して光は空気から入射するものとし、かつ位相調整部102を構成する基板の屈折率を1.53とした。このとき、屈折率差と厚さとにより、位相調整部102のその画素は使用波長550nmの光に対してλ/2板として機能する。また、進相軸方向における光路長dは690nmとなり、mが5のときに式(1)の条件を満足する。 Next, a case where the refractive index in the fast axis direction of one pixel of the phase adjustment unit 102 is 1.34, the refractive index in the slow axis direction is 1.85, and the physical thickness is 515 nm will be described. Also in the following description, it is assumed that light enters the pixel from the air, and the refractive index of the substrate constituting the phase adjustment unit 102 is 1.53. At this time, the pixel of the phase adjustment unit 102 functions as a λ / 2 plate with respect to light having a working wavelength of 550 nm, depending on the refractive index difference and the thickness. The optical path length d in the fast axis direction is 690 nm, and when m is 5, the condition of the formula (1) is satisfied.

このときの進相軸方向および遅相軸方向における波長に対する振幅透過率を図12に示す。実線は進相軸方向における振幅透過率を、破線は遅相軸方向における振幅透過率をそれぞれ示す。式(1)の条件を満足するため、進相軸方向における振幅透過率は波長550nmで極大値を持つ。一方、位相調整部102はλ/2板として機能するため、遅相軸方向における振幅透過率も極小値を持つ。透過率の差は、波長550nmで92%と62%との差である30%となった。このようなλ/2板として機能する位相調整部102での偏光の状態を模式的に示したのが図13および図14である。   FIG. 12 shows the amplitude transmittance with respect to the wavelength in the fast axis direction and the slow axis direction at this time. A solid line indicates the amplitude transmittance in the fast axis direction, and a broken line indicates the amplitude transmittance in the slow axis direction. In order to satisfy the condition of formula (1), the amplitude transmittance in the fast axis direction has a maximum value at a wavelength of 550 nm. On the other hand, since the phase adjusting unit 102 functions as a λ / 2 plate, the amplitude transmittance in the slow axis direction also has a minimum value. The difference in transmittance was 30%, which is the difference between 92% and 62% at a wavelength of 550 nm. FIG. 13 and FIG. 14 schematically show the state of polarization in the phase adjustment unit 102 functioning as such a λ / 2 plate.

図13には、従来のλ/2板での偏光状態を、図14は実施例2におけるλ/2板での偏光状態を示す。これらの図において、1300,1400はλ/2板に入射する光の偏光状態を示し、1310,1410はλ/2板から出射する光の偏光状態を示す。また、1301,1401は入射する光のうちx軸方向に振動する光を、1302,1402は入射する光のうちy軸方向に振動する光を示している。1303,1403はλ/2板に入射する直線偏光を示す。また、1304,1404は出射する光のうちx軸方向に振動する光を、1305,1405は出射する光のうちy軸方向に振動する光を示す。1306,1406はλ/4板から出射する直線偏光を示す。   FIG. 13 shows the polarization state on the conventional λ / 2 plate, and FIG. 14 shows the polarization state on the λ / 2 plate in the second embodiment. In these drawings, 1300 and 1400 indicate polarization states of light incident on the λ / 2 plate, and 1310 and 1410 indicate polarization states of light emitted from the λ / 2 plate. Reference numerals 1301 and 1401 denote light oscillating in the x-axis direction among incident light, and reference numerals 1302 and 1402 denote light oscillating in the y-axis direction among incident light. Reference numerals 1303 and 1403 denote linearly polarized light incident on the λ / 2 plate. Reference numerals 1304 and 1404 denote light that oscillates in the x-axis direction, and 1305 and 1405 denote light that oscillates in the y-axis direction. Reference numerals 1306 and 1406 denote linearly polarized light emitted from the λ / 4 plate.

λ/2板は、直線偏光が入射したときはこれと異なる偏光方向の直線偏光に変換する。y軸を遅相軸とした場合、入射する右回りの直線偏光1303,1403は、左回りの直線偏光1306,1406に変換される。従来のλ/2板では、出射する直線偏光1306は、x軸方向とy軸方向における振幅透過率に差が少ないためにx軸に対して45度方向に振動する光となる。一方、本実施例における位相調整部102では、x軸方向とy軸方向における振幅透過率に図12に示したように大きな差を与えることができるため、出射する直線偏光1406はx軸に対して34度方向に振動する。   The λ / 2 plate converts linearly polarized light having a different polarization direction when linearly polarized light is incident. When the y-axis is the slow axis, the incident clockwise linearly polarized light 1303 and 1403 is converted into counterclockwise linearly polarized light 1306 and 1406. In the conventional λ / 2 plate, the emitted linearly polarized light 1306 becomes light that vibrates in the 45-degree direction with respect to the x-axis because there is little difference in amplitude transmittance between the x-axis direction and the y-axis direction. On the other hand, the phase adjustment unit 102 in this embodiment can give a large difference in the amplitude transmittance in the x-axis direction and the y-axis direction as shown in FIG. Vibrate in the direction of 34 degrees.

このように、振幅透過率を調整すると、一般的な位相板による位相調整に加え、振幅強度の調整が可能となる。これにより、単純な位相調整による偏光回転のみならず、強度変調も加味して入射偏光105を同定することが可能となり、検出精度を向上させることができる。   Thus, when the amplitude transmittance is adjusted, the amplitude intensity can be adjusted in addition to the phase adjustment by a general phase plate. This makes it possible to identify the incident polarized light 105 by taking into account not only the polarization rotation by simple phase adjustment but also the intensity modulation, and the detection accuracy can be improved.

本実施例では、効率的に偏光を検出するために、位相調整部102は、位相調整量(つまりは位相差)および位相調整方向(つまりは遅相軸方向)のうち少なくとも一方がそれぞれ異なる複数の領域を含むように構成されている。   In this embodiment, in order to efficiently detect polarized light, the phase adjustment unit 102 has a plurality of phase adjustment amounts (that is, phase differences) and phase adjustment directions (that is, slow axis directions) that are different from each other. It is comprised so that the area | region may be included.

例えば、位相調整部102の1つの画素を、y軸方向に遅相軸を持つλ/2板として構成する場合について説明する。入射光を図2に示した直線偏光203としたときに出射する偏光の状態を図6および図7に示す。601はx軸方向に振動する光を、602はy軸方向に振動する光を示す。603は直線偏光を示す。位相調整部102の画素を出射する光のうちy軸方向に振動する光の位相がπ(180°)だけずれる。このため、入射光のうちy軸方向に振動する光202に対して出射光のうちy軸方向に振動する光602は位相がπだけずれている。このため、x軸方向に振動する光601とy軸方向に振動する光602との合成により直線偏光603が生成される。   For example, a case where one pixel of the phase adjustment unit 102 is configured as a λ / 2 plate having a slow axis in the y-axis direction will be described. FIGS. 6 and 7 show the state of polarized light emitted when the incident light is the linearly polarized light 203 shown in FIG. Reference numeral 601 denotes light that vibrates in the x-axis direction, and reference numeral 602 denotes light that vibrates in the y-axis direction. Reference numeral 603 denotes linearly polarized light. Of the light emitted from the pixels of the phase adjustment unit 102, the phase of the light oscillating in the y-axis direction is shifted by π (180 °). For this reason, the phase of the light 602 oscillating in the y-axis direction of the outgoing light is shifted by π from the light 202 oscillating in the y-axis direction of the incident light. Therefore, the linearly polarized light 603 is generated by combining the light 601 that vibrates in the x-axis direction and the light 602 that vibrates in the y-axis direction.

このように、位相調整部102での位相調整量が異なると、入射した偏光の種類(直線偏光や円偏光等)に対して出射する偏光の種類が異なってくる。検光部103がx軸に対して45度方向に振動する光のみを透過する偏光板により構成されている場合には、位相調整部102に入射する直線偏光203と位相調整部102から出射して検光部103を透過する直線偏光603との透過強度に大きな差が生じる。この透過強度差によって、入射する光の偏光状態を検出することが可能となる。   Thus, when the phase adjustment amount in the phase adjustment unit 102 is different, the type of polarized light that is emitted differs from the type of incident polarized light (linearly polarized light, circularly polarized light, etc.). When the light analyzing unit 103 is composed of a polarizing plate that transmits only light that vibrates in the direction of 45 degrees with respect to the x axis, the linearly polarized light 203 incident on the phase adjusting unit 102 and the phase adjusting unit 102 emit light. Thus, there is a large difference in transmission intensity with the linearly polarized light 603 that passes through the light detection unit 103. This polarization intensity difference makes it possible to detect the polarization state of incident light.

図8には、図9および図12を用いて説明した特性をそれぞれ有する位相調整部102の画素(位相調整領域)を複数組み合わせた位相調整部800の構成例を示す。この例では、位相調整部800には、位相調整量および位相調整方向のうち少なくとも一方が異なる複数(ここでは4つ)の領域801〜804が設けられている。805〜808はこれら領域801〜804での遅相軸の方向を示している。また、一点鎖線で示された遅相軸805,806を有する領域801,802はλ/4板として機能し、点線で示された遅相軸807,808を有する領域803,804はλ/2板として機能する。領域801はa軸に対して135度方向に遅相軸を持つλ/4板領域であり、領域802はa軸に対して45度方向に遅相軸を持つλ/4板領域である。一方、領域803はa軸に対して45度方向に遅相軸を持つλ/2板領域であり、領域804はa軸に対して135度方向に遅相軸を持つλ/2板領域である。   FIG. 8 shows a configuration example of a phase adjustment unit 800 in which a plurality of pixels (phase adjustment regions) of the phase adjustment unit 102 having the characteristics described with reference to FIGS. 9 and 12 are combined. In this example, the phase adjustment unit 800 is provided with a plurality (four in this case) of regions 801 to 804 in which at least one of the phase adjustment amount and the phase adjustment direction is different. Reference numerals 805 to 808 denote the direction of the slow axis in these regions 801 to 804. Further, the regions 801 and 802 having the slow axes 805 and 806 indicated by the one-dot chain line function as λ / 4 plates, and the regions 803 and 804 having the slow axes 807 and 808 indicated by the dotted lines are λ / 2. Functions as a board. A region 801 is a λ / 4 plate region having a slow axis in the direction of 135 degrees with respect to the a axis, and a region 802 is a λ / 4 plate region having a slow axis in the direction of 45 degrees with respect to the a axis. On the other hand, the region 803 is a λ / 2 plate region having a slow axis in the direction of 45 degrees with respect to the a axis, and the region 804 is a λ / 2 plate region having a slow axis in the direction of 135 degrees with respect to the a axis. is there.

これらの領域801〜804に同じ偏光が入射しても、出射する光の偏光状態が異なる。例えばb軸方向に振動する光が入射した場合には、領域801から出射する光は左円偏光となり、領域802から出射する光は右円偏光となる。また、領域803,804から出射する光はa軸方向に振動する直線偏光となる。このように、同じ光が入射してもその入射した領域ごとに出射する光の偏光状態を異なせる位相調整部800を用いることで、検光部103が一様な偏光を透過する偏光板で構成される場合には、それぞれの領域からの強度が異なる偏光を検出することができる。   Even if the same polarized light enters these regions 801 to 804, the polarization state of the emitted light is different. For example, when light oscillating in the b-axis direction is incident, the light emitted from the region 801 is left circularly polarized light, and the light emitted from the region 802 is right circularly polarized light. Further, the light emitted from the regions 803 and 804 is linearly polarized light that vibrates in the a-axis direction. Thus, even when the same light is incident, by using the phase adjusting unit 800 that changes the polarization state of the emitted light for each incident region, the light detecting unit 103 is a polarizing plate that transmits uniform polarized light. When configured, polarized light having different intensities from the respective regions can be detected.

偏光検出の例を、図15および図16に示す。図15は、従来の異方性量が少ない位相板として機能する位相調整部を用いた場合の偏光検出の例を示している。これに対して、図16は、本実施例の位相調整部800を用いた場合の偏光検出の例を示している。これらの図には、位相調整部に入射する偏光(入射偏光)の種類(縦偏光、横偏光、左円偏光、右円偏光、45度偏光、135度偏光)とこれに対する図8に示した領域801〜804から出射する偏光(出射偏光)の種類を示す。また、検光部にてb軸方向の偏光を100%透過したときの領域801〜804からの出射偏光の振幅強度を示す。入射偏光の振幅は、入射偏光の種類の下側に示している。領域801〜804からの出射偏光は、図8に示した領域801〜804の位置に対応付けて示している。また、これらの図に示す数値は振幅であるため、光電変換部104で取得する強度の平方根となる。   Examples of polarization detection are shown in FIGS. 15 and 16. FIG. 15 shows an example of polarization detection when a conventional phase adjustment unit that functions as a phase plate with a small amount of anisotropy is used. On the other hand, FIG. 16 shows an example of polarization detection when the phase adjustment unit 800 of the present embodiment is used. In these figures, the types of polarized light (incident polarized light) incident on the phase adjustment unit (longitudinal polarized light, lateral polarized light, left circularly polarized light, right circularly polarized light, 45 degree polarized light, and 135 degree polarized light) are shown in FIG. The type of polarized light (outgoing polarized light) emitted from the regions 801 to 804 is shown. In addition, the amplitude intensity of the polarized light emitted from the regions 801 to 804 when 100% of the polarized light in the b-axis direction is transmitted by the analyzer is shown. The amplitude of the incident polarization is shown below the type of incident polarization. The outgoing polarized light from the regions 801 to 804 is shown in association with the positions of the regions 801 to 804 shown in FIG. In addition, since the numerical values shown in these figures are amplitudes, they are the square root of the intensity acquired by the photoelectric conversion unit 104.

演算部120は、領域801〜804のそれぞれに対応するセンサ101(光電変換部104)の複数の画素からの出力を用いて、領域801〜804からの出射偏光の振幅強度の相関値を算出し、該相関値から入射偏光の偏光情報を算出することができる。同じ入射偏光が領域801〜804に入射した場合は、出射偏光の偏光状態が領域801〜804で異なる。検光部103は偏光板により構成され、基本的にはある一方向を偏光方向とする直線偏光の振幅強度を抽出するのみである。また、光電変換部104が従来のフォトダイオード等により構成される場合には、光電変換を行う露光時間は光の周波数に対して非常に長い。このような光電変換部104では、入射した光は露光時間内で積分処理されるため、入射した光における偏光間の位相量(位相差)の情報までは取得することができない。   The computing unit 120 calculates the correlation value of the amplitude intensity of the output polarized light from the regions 801 to 804 using outputs from the plurality of pixels of the sensor 101 (photoelectric conversion unit 104) corresponding to each of the regions 801 to 804. The polarization information of the incident polarized light can be calculated from the correlation value. When the same incident polarized light enters the regions 801 to 804, the polarization state of the outgoing polarized light differs in the regions 801 to 804. The light analyzing unit 103 is composed of a polarizing plate, and basically only extracts the amplitude intensity of linearly polarized light having a certain direction as a polarization direction. When the photoelectric conversion unit 104 is configured by a conventional photodiode or the like, the exposure time for performing photoelectric conversion is very long with respect to the frequency of light. In such a photoelectric conversion unit 104, the incident light is integrated within the exposure time, and thus it is not possible to acquire information on the phase amount (phase difference) between polarized light in the incident light.

そこで、演算部120は、領域801〜804からの出射偏光の振幅強度の相関値から入射偏光の偏光情報を算出する。具体的には、演算部120は、検光部103を透過した偏光の振幅強度の相関値から上記入射偏光の振動方向と光強度とを算出する。また、位相調整量がそれぞれ異なる領域801〜804からの出射偏光の振幅強度の相関をとることで、入射偏光の位相量も算出する。このように、本実施例では、入射偏光の位相量の情報(位相情報)も取得することができる。本実施例にいう偏光情報は、これら振動方向、光強度および位相情報を含む。   Therefore, the calculation unit 120 calculates the polarization information of the incident polarized light from the correlation value of the amplitude intensity of the output polarized light from the regions 801 to 804. Specifically, the computing unit 120 calculates the vibration direction and the light intensity of the incident polarized light from the correlation value of the amplitude intensity of the polarized light transmitted through the light analyzing unit 103. Further, the phase amount of the incident polarized light is also calculated by correlating the amplitude intensity of the outgoing polarized light from the regions 801 to 804 having different phase adjustment amounts. Thus, in this embodiment, information on the phase amount of incident polarized light (phase information) can also be acquired. The polarization information referred to in this embodiment includes the vibration direction, light intensity, and phase information.

図15および図16に示す例では、入射偏光が縦偏光、横偏光、右円偏光および左円偏光である場合は、領域801〜804からの出射偏光の振幅強度の相関性が異なる。例えば入射偏光が縦偏光である場合は、領域801,802からの出射偏光の振幅強度は互いに同一となり、領域803,804からの出射偏光の振幅強度はそれより小さい強度で互いに同一となる。このような領域801〜804からの出射偏光の振幅強度の相関性から入射偏光の偏光状態を検出することができる。   In the example shown in FIGS. 15 and 16, when the incident polarized light is longitudinally polarized light, laterally polarized light, right circularly polarized light, and left circularly polarized light, the correlation of the amplitude intensity of the polarized light emitted from the regions 801 to 804 is different. For example, when the incident polarized light is longitudinally polarized light, the amplitude intensity of the outgoing polarized light from the areas 801 and 802 is the same, and the amplitude intensity of the outgoing polarized light from the areas 803 and 804 is the same with a smaller intensity. The polarization state of the incident polarized light can be detected from the correlation of the amplitude intensity of the emitted polarized light from the regions 801 to 804.

ただし、図15に示した従来の位相板として機能する位相調整部での屈折率差が小さいため、出射偏光の振幅への影響がほとんどない。このため、例えば、a軸方向に対して45度方向に振動する45度偏光と135度方向に振動する134度偏光が入射しても、領域801〜804で何ら変調されない。このため、b軸方向の偏光を検光しても振幅強度差が生じずに同じ強度となる。一方、図16に示す本実施例の位相調整部800では、図9および図12のような振幅強度差が生ずる。このため、振動方向に応じた振幅強度差が生ずる。入射偏光としての45度偏光と135偏光に対して、図15では領域801〜804からの出射偏光の検光部103での出力に全く変化が生じていないが、図16では領域801〜804出射偏光の検光部103での出力に変化が生じている。このため、従来の位相調整部を用いても不可能であった45度偏光と135度偏光との分離が可能となる。このように、本実施例の位相調整部800を用いることで、直線偏光の検出精度を向上させることができる。   However, since the difference in refractive index in the phase adjusting unit functioning as the conventional phase plate shown in FIG. 15 is small, there is almost no influence on the amplitude of the outgoing polarized light. Therefore, for example, even if 45-degree polarized light that oscillates in the 45-degree direction and 134-degree polarized light that oscillates in the 135-degree direction with respect to the a-axis direction are incident, no modulation is performed in the regions 801 to 804. For this reason, even if the polarized light in the b-axis direction is analyzed, the same intensity is obtained without causing an amplitude intensity difference. On the other hand, in the phase adjustment unit 800 of this embodiment shown in FIG. 16, the amplitude intensity difference as shown in FIGS. 9 and 12 occurs. For this reason, an amplitude intensity difference corresponding to the vibration direction is generated. In contrast to the 45-degree polarized light and 135-polarized light as the incident polarized light, there is no change in the output of the output polarized light from the regions 801 to 804 in the light detection unit 103 in FIG. 15, but in FIG. There is a change in the output of the polarized light detector 103. For this reason, it is possible to separate 45-degree polarized light and 135-degree polarized light, which was impossible even by using a conventional phase adjusting unit. Thus, the detection accuracy of linearly polarized light can be improved by using the phase adjustment unit 800 of the present embodiment.

また、位相調整部102に隣接し、位相調整部102に入射する又はこれから出射する光が透過する基材の屈折率は、該位相調整部102の進相軸方向における屈折率と遅相軸方向における屈折率との中間の屈折率であることが望ましい。実施例2はその条件を満足している。この条件を満足することで、図12に示すように振幅透過率の差を大きくすることができる。この条件を満足しない図9に示した場合に比べて振幅透過率の差が大きくすることができるため、より偏光の検出精度を向上させることができる。   Further, the refractive index of the base material adjacent to the phase adjustment unit 102 and through which the light entering or exiting from the phase adjustment unit 102 is transmitted is the refractive index in the fast axis direction of the phase adjustment unit 102 and the slow axis direction. It is desirable that the refractive index be in the middle of the refractive index at. Example 2 satisfies the condition. By satisfying this condition, the difference in amplitude transmittance can be increased as shown in FIG. Since the difference in amplitude transmittance can be increased as compared with the case shown in FIG. 9 that does not satisfy this condition, the detection accuracy of polarized light can be further improved.

また、図8に示した複数の領域801〜804の集合を1組の位相調整領域(800)というとき、図1に示すセンサ101の位相調整部102として、該1組の位相調整領域800が2次元方向に周期的に配列されたものを用いることが望ましい。それぞれ異なる位相調整を行う領域801〜804を含む1組の位相調整領域が2次元方向に周期的に配列されることにより、センサ101は面内での偏光分布を検出することができる。   Further, when the set of the plurality of regions 801 to 804 shown in FIG. 8 is referred to as a set of phase adjustment regions (800), the set of phase adjustment regions 800 is used as the phase adjustment unit 102 of the sensor 101 shown in FIG. It is desirable to use one periodically arranged in a two-dimensional direction. The sensor 101 can detect an in-plane polarization distribution by periodically arranging a pair of phase adjustment regions including regions 801 to 804 for performing different phase adjustments in a two-dimensional direction.

また、演算部120は、センサ101で取得した偏光情報(振幅強度)に対して偏光方向に応じて電子的な強度補正を行うことが望ましい。図16に示した例では、入射偏光が縦偏光である場合に検光部103で検出される最大振幅が6.0であるのに対して、入射偏光が右円偏光である場合の最大振幅は12.0である。一方、入射偏光の振幅は両者とも10である。検出した振幅強度は、領域801〜804の位相調整方向によって変化する。このため、入射偏光の種類によっては検出される振幅強度が大きく変化する。そこで、検出された振幅強度に対する電子的な強度補正を行うことで、入射偏光が縦偏光である場合に、入射偏光が円偏光である場合に換算した振幅強度を得ることができる。電子的な強度補正は、位相調整部102に用いられている位相板の反射率特性および遅相軸の方向に応じて計算することができる。   Further, it is desirable that the calculation unit 120 performs electronic intensity correction on the polarization information (amplitude intensity) acquired by the sensor 101 according to the polarization direction. In the example shown in FIG. 16, the maximum amplitude detected by the light detection unit 103 when the incident polarized light is longitudinally polarized light is 6.0, whereas the maximum amplitude when the incident polarized light is right circularly polarized light. Is 12.0. On the other hand, the amplitude of incident polarized light is 10 for both. The detected amplitude intensity varies depending on the phase adjustment direction of the regions 801 to 804. For this reason, the detected amplitude intensity varies greatly depending on the type of incident polarized light. Therefore, by performing electronic intensity correction on the detected amplitude intensity, it is possible to obtain the converted amplitude intensity when the incident polarized light is circularly polarized light when the incident polarized light is longitudinally polarized light. The electronic intensity correction can be calculated according to the reflectance characteristics of the phase plate used in the phase adjustment unit 102 and the direction of the slow axis.

また、位相調整部800のうち1つの領域の進相軸または遅相軸方向における屈折率と該1つの領域に隣接する他の領域の進相軸または遅相軸方向における屈折率との差は、0.1以下であることが望ましい。例えば領域801のTM波に対する屈折率nTMと領域803のTE波に対する屈折率nTEとの差は0.01である。この条件を満足すると、位相調整部102を偏光が透過するときに、領域801〜804間の屈折率差が小さいため、領域801の遅相軸方向に振動する偏光成分と領域803の進相軸方向に振動する偏光成分との透過率の差が少ない。このため、電子的な強度補正を行う際に、領域801〜804間で出力を比較しやすくなる。 Further, the difference between the refractive index in the fast axis or slow axis direction of one region of the phase adjustment unit 800 and the refractive index in the fast axis or slow axis direction of another region adjacent to the one region is , 0.1 or less is desirable. For example, the difference between the refractive index n TM for the TM wave in the region 801 and the refractive index n TE for the TE wave in the region 803 is 0.01. When this condition is satisfied, the polarization component that vibrates in the slow axis direction of the region 801 and the fast axis of the region 803 when the polarized light is transmitted through the phase adjusting unit 102 are small. There is little difference in transmittance from the polarization component that vibrates in the direction. This makes it easier to compare the output between the regions 801 to 804 when performing electronic intensity correction.

また、演算部120は、センサ101からの出力を用いて偏光情報を演算する際に、波長ごとに偏光の強度と偏光間の位相量の算出方法を変更することが好ましい。図9および図12に示したように位相調整部102の振幅透過率特性が波長によって変化する。例えば図9に示した波長域とは異なる波長域での振幅透過率を図17に示す。遅相軸方向と進相軸方向における振幅透過率の関係が逆転し、それぞれの絶対値も変化する。このように、位相板の特性は波長によって変化するため、それぞれの波長での振幅透過率に合わせて偏光の強度と偏光間の位相量の算出方法を変更することで、精度良く入射偏光の偏光状態を検出することができる。   Moreover, when calculating the polarization information using the output from the sensor 101, the calculation unit 120 preferably changes the calculation method of the polarization intensity and the phase amount between the polarizations for each wavelength. As shown in FIGS. 9 and 12, the amplitude transmittance characteristic of the phase adjustment unit 102 changes depending on the wavelength. For example, FIG. 17 shows amplitude transmittance in a wavelength region different from the wavelength region shown in FIG. The relationship between the amplitude transmittance in the slow axis direction and the fast axis direction is reversed, and the absolute value of each changes. As described above, since the characteristics of the phase plate change depending on the wavelength, the polarization of incident polarized light can be accurately changed by changing the calculation method of the intensity of polarized light and the phase amount between polarized lights according to the amplitude transmittance at each wavelength. The state can be detected.

さらに、位相調整部102は、可視光の波長よりも細かい微細周期構造からなることが望ましい。入射する可視光の波長よりも細かい構造では、その光はその構造を認識できずに均質な媒質に入射したかのように振る舞うことが知られている。このような現象は構造異方性と呼ばれ、光は構造の間隔、材料の充填率や屈折率に応じて振る舞う。構造異方性の例を図18(A)に示す。屈折率がn1,n2で幅の比がa:bの2つの媒質が繰り返し配列された矩形格子[充填率f=a/(a+b)]において、格子と平行な方向の屈折率をn//とし、格子と直交する方向の屈折率をnとすると、n//とnはそれぞれ式(2),(3)で表される。 Furthermore, it is desirable that the phase adjustment unit 102 has a fine periodic structure finer than the wavelength of visible light. In a structure finer than the wavelength of incident visible light, it is known that the light behaves as if it was incident on a homogeneous medium without recognizing the structure. Such a phenomenon is called structural anisotropy, and light behaves in accordance with the structure interval, material filling rate, and refractive index. An example of structural anisotropy is shown in FIG. In a rectangular lattice [filling rate f = a / (a + b)] in which two media having a refractive index of n1, n2 and a width ratio of a: b are repeatedly arranged, the refractive index in the direction parallel to the lattice is n // Assuming that the refractive index in the direction orthogonal to the grating is n , n // and n are expressed by equations (2) and (3), respectively.

このように方向によって構造を変化させることで、見かけ上の屈折率を変化させることができる。   Thus, the apparent refractive index can be changed by changing the structure depending on the direction.

幅aの構造にTiO(n=2.335)を用い、幅bの構造bに空気を用いたときの充填率に対する有効屈折率n//,nを図18(B)に示す。実線がn//を、破線がnを示す。充填率f=0.17とすると、n//=1.34、n=1.08となる。一方、充填率f=0.52とすると、n//=1.85、n=1.34となる。このように、波長よりも細かい構造を利用することで、非常に大きな異方性を得ることができる。 TiO 2 with (n 1 = 2.335) in the structure of the width a, showing the effective refractive index n // for filling rate when using the air to the structure b of width b, and n in FIG 18 (B) . The solid line indicates n // and the broken line indicates n . When filling factor f = 0.17, n // = 1.34 , the n = 1.08. On the other hand, when the filling rate f = 0.52, n // = 1.85 and n = 1.34. Thus, by using a structure finer than the wavelength, very large anisotropy can be obtained.

このような異方性を得る他の手段として、高い異方性を持つ結晶材料を利用する方法がある。例えば、方解石や二酸化チタンの結晶を用いることができる。ただし、このような結晶は図8に示した位相調整部800のように面内において様々な方向性を持たせて切り出すことが難しい。このため、図18に示したような微細周期構造による構造異方性を用いることが望ましい。   As another means for obtaining such anisotropy, there is a method using a crystalline material having high anisotropy. For example, calcite or titanium dioxide crystals can be used. However, it is difficult to cut out such a crystal with various orientations in the plane like the phase adjusting unit 800 shown in FIG. For this reason, it is desirable to use the structural anisotropy by the fine periodic structure as shown in FIG.

微細周期構造を有する素子を製造するには、種々の方法が知られている。例えば、二光束干渉を利用したマスクパターンの形成や転写、ナノインプリントを利用した射出成形が挙げられる。本実施例で説明した微細周期構造を有する素子は、これらの製造方法に限定されず、様々な方法で製造することができる。   Various methods are known for manufacturing an element having a fine periodic structure. For example, formation and transfer of a mask pattern using two-beam interference and injection molding using nanoimprinting can be mentioned. The element having the fine periodic structure described in this embodiment is not limited to these manufacturing methods, and can be manufactured by various methods.

また、位相調整部102(800)の進相軸および遅相軸方向における透過率をそれぞれA,Bとするととき、該遅相軸方向に対する検光部103の偏光軸の角度αは、以下の式(4)に示す条件を満足することが望ましい。   When the transmittances in the fast axis and slow axis directions of the phase adjustment unit 102 (800) are A and B, respectively, the angle α of the polarization axis of the light detection unit 103 with respect to the slow axis direction is as follows: It is desirable to satisfy the condition shown in Formula (4).

本実施例では、前述したように位相調整部102(800)の進相軸方向および遅相軸方向における透過率の差を利用して偏光の検出を行う。これは、位相板による偏光回転に加えて、振幅強度比に基づく偏光回転が加わる構成としているためである。このため、従来の位相板を利用したことを想定した配置よりも、式(4)の条件を満足する配置にすることでより検光部103での検光率が向上する。これにより、偏光の検出精度をさらに向上させることができる。 In the present embodiment, as described above, the polarization is detected using the difference in transmittance between the fast axis direction and the slow axis direction of the phase adjustment unit 102 (800). This is because the polarization rotation based on the amplitude intensity ratio is added in addition to the polarization rotation by the phase plate. For this reason, the light detection rate in the light detection part 103 improves more by making it the arrangement | positioning which satisfy | fills the conditions of Formula (4) rather than the arrangement | positioning which assumed using the conventional phase plate. Thereby, the detection accuracy of polarized light can be further improved.

図19には、実施例1または実施例2で説明した偏光情報取得装置(センサ101および演算部120)を含む本発明の実施例3としての撮像装置であるデジタルカメラを示している。   FIG. 19 shows a digital camera that is an image pickup apparatus according to a third embodiment of the present invention including the polarization information acquisition apparatus (the sensor 101 and the calculation unit 120) described in the first or second embodiment.

1900はカメラ本体であり、1901は撮像光学系である。1902はカメラ本体1900に内蔵された実施例1で説明したセンサ101に相当する撮像素子であり、撮像光学系1901によって形成された被写体像を受光する。演算部120は、撮像素子1902と一体に設けられていてもよいし、カメラ本体1900に内蔵された不図示の演算処理ユニットの一部として設けられてもよい。1903は撮像素子1902によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリであり、1904はカメラ本体1900の背面に設けられた表示デバイスである。   Reference numeral 1900 denotes a camera body, and 1901 denotes an imaging optical system. Reference numeral 1902 denotes an image sensor corresponding to the sensor 101 described in the first embodiment built in the camera body 1900, and receives an object image formed by the image pickup optical system 1901. The arithmetic unit 120 may be provided integrally with the image sensor 1902 or may be provided as part of an arithmetic processing unit (not shown) built in the camera body 1900. Reference numeral 1903 denotes a memory that records information corresponding to a subject image photoelectrically converted by the image sensor 1902, and 1904 denotes a display device provided on the back of the camera body 1900.

実施例1で説明したセンサ101を用いることにより、撮像光学系1901によって形成された被写体像の偏光状態を高精度に検出することができる。   By using the sensor 101 described in the first embodiment, the polarization state of the subject image formed by the imaging optical system 1901 can be detected with high accuracy.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

101 偏光センサ
102 位相調整部
103 検光部
104 光電変換部
101 Polarization sensor 102 Phase adjustment unit 103 Light detection unit 104 Photoelectric conversion unit

Claims (11)

入射光の偏光情報を取得する偏光センサであって、
前記入射光のうち進相軸方向の偏光成分と遅相軸方向の偏光成分とに位相差を与える位相調整部と、
該位相調整部から出射した偏光のうち一方向に偏光方向を有する偏光を透過する検光部と、
該検光部を透過した偏光を光電変換する光電変換部とを有し、
前記位相調整部の光進行方向における厚さは10μm以下であり、
かつλを前記入射光の波長とし、mを自然数とするとき、前記位相調整部の進相軸方向における光路長dが、

なる条件を満足することを特徴とする偏光センサ。
A polarization sensor that acquires polarization information of incident light,
A phase adjustment unit that gives a phase difference between the polarization component in the fast axis direction and the polarization component in the slow axis direction of the incident light;
An analyzer that transmits polarized light having a polarization direction in one direction out of the polarized light emitted from the phase adjustment unit;
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the polarized light transmitted through the light detection unit;
The thickness of the phase adjusting unit in the light traveling direction is 10 μm or less,
And λ is the wavelength of the incident light, and m is a natural number, the optical path length d in the fast axis direction of the phase adjusting unit is

A polarization sensor characterized by satisfying the following conditions.
前記位相調整部は、前記位相差および前記遅相軸方向のうち少なくとも一方が互いに異なる複数の領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の偏光センサ。   The polarization sensor according to claim 1, wherein the phase adjustment unit includes a plurality of regions in which at least one of the phase difference and the slow axis direction is different from each other. 前記位相調整部における前記複数の領域のうち、1つの領域の前記進相軸または遅相軸方向における屈折率と、該1つの領域に隣接する他の領域の前記進相軸または遅相軸方向における屈折率との差が0.1以下であることを特徴とする請求項2に記載の偏光センサ。   Among the plurality of regions in the phase adjustment unit, the refractive index in the fast axis or slow axis direction of one region and the fast axis or slow axis direction of another region adjacent to the one region The polarization sensor according to claim 2, wherein a difference between the refractive index and the refractive index is 0.1 or less. 前記位相調整部は、前記複数の領域を1組とするとき、該1組が周期的に配列されていることを特徴とする請求項2または3に記載の偏光センサ。   4. The polarization sensor according to claim 2, wherein the phase adjusting unit is configured such that when the plurality of regions are set as one set, the set is periodically arranged. 5. 前記位相調整部は、前記入射光としての可視光の波長よりも細かい周期構造を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の偏光センサ。   5. The polarization sensor according to claim 1, wherein the phase adjustment unit has a periodic structure finer than a wavelength of visible light as the incident light. 前記位相調整部に隣接し、該位相調整部に入射する又は該位相調整部から出射した光が透過する基材を有し、
該基材の屈折率は、前記位相調整部の前記進相軸方向における屈折率と前記遅相軸方向における屈折率との中間の屈折率であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の偏光センサ。
Adjacent to the phase adjustment unit, and having a base material through which light incident on the phase adjustment unit or emitted from the phase adjustment unit is transmitted,
The refractive index of the base material is an intermediate refractive index between the refractive index in the fast axis direction and the refractive index in the slow axis direction of the phase adjusting unit. The polarization sensor according to claim 1.
前記位相調整部の前記進相軸方向および前記遅相軸方向における透過率をそれぞれA,Bとするとき、
前記位相調整部の前記遅相軸方向に対する前記検光部の偏光軸の角度αが、

なる条件を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の偏光センサ。
When the transmittances in the fast axis direction and the slow axis direction of the phase adjusting unit are respectively A and B,
The angle α of the polarization axis of the analyzer with respect to the slow axis direction of the phase adjuster is

The polarization sensor according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
複数の画素を有する請求項1から7のいずれか一項に記載の偏光センサと、
前記複数の画素からの出力を用いて前記入射光における偏光の強度の相関値を算出し、該相関値から前記偏光の強度と互いに直交する方向に振動する偏光間の位相差とを算出する演算部を有することを特徴とする偏光情報取得装置。
The polarization sensor according to claim 1, comprising a plurality of pixels,
An operation for calculating a correlation value of polarization intensity in the incident light using outputs from the plurality of pixels, and calculating a phase difference between polarizations oscillating in a direction orthogonal to the polarization intensity from the correlation value. A polarization information acquisition apparatus characterized by comprising a unit.
前記演算部は、前記偏光の強度と前記偏光間の位相差の算出方法を前記入射光の波長ごとに変更することを特徴とする請求項8に記載の偏光情報取得装置。   The polarization information acquisition apparatus according to claim 8, wherein the calculation unit changes a method of calculating the intensity of the polarized light and a phase difference between the polarized lights for each wavelength of the incident light. 前記演算部は、前記偏光の偏光方向に応じて前記偏光の強度に対して電子的な強度補正を行うことを特徴とする請求項8または9に記載の偏光情報取得装置。   The polarization information acquisition apparatus according to claim 8 or 9, wherein the arithmetic unit performs electronic intensity correction on the intensity of the polarized light according to a polarization direction of the polarized light. 請求項8から10のいずれか一項に記載の偏光情報取得装置を含み、
前記偏光センサを用いて被写体像を撮像することを特徴とする撮像装置。
The polarization information acquisition device according to any one of claims 8 to 10,
An image pickup apparatus that picks up a subject image using the polarization sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020202876A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging element and imaging device

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