JPH09145920A - 光学軸の方位が局所的に異なる位相板 - Google Patents
光学軸の方位が局所的に異なる位相板Info
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- JPH09145920A JPH09145920A JP7329678A JP32967895A JPH09145920A JP H09145920 A JPH09145920 A JP H09145920A JP 7329678 A JP7329678 A JP 7329678A JP 32967895 A JP32967895 A JP 32967895A JP H09145920 A JPH09145920 A JP H09145920A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】偏光状態の乱れが楕円率の違いにまで及ぶ光学
系の偏光の乱れを補償する。 【解決手段】互いに屈折率の異なる第１の物質１と第２
の物質２とを、構造性複屈折体となるように、入射光束
の方向と直交する面内において交互に配置し、且つ両物
質１，２の境界面の法線方向における少なくともいずれ
か一方の物質の幅を、境界面に沿って変化して形成し
た、光学軸の方位が局所的に異なる位相板を用いること
を特徴とする。
系の偏光の乱れを補償する。 【解決手段】互いに屈折率の異なる第１の物質１と第２
の物質２とを、構造性複屈折体となるように、入射光束
の方向と直交する面内において交互に配置し、且つ両物
質１，２の境界面の法線方向における少なくともいずれ
か一方の物質の幅を、境界面に沿って変化して形成し
た、光学軸の方位が局所的に異なる位相板を用いること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学軸の方位が局
所的に異なる位相板（１／２波長板、１／４波長板な
ど）と、この位相板を利用した偏光補償方法に関する。
所的に異なる位相板（１／２波長板、１／４波長板な
ど）と、この位相板を利用した偏光補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気ベクトルの振動方向が入射面（入射
光線ベクトルと面法線で規定される面）内にあるｐ偏光
と、その振動方向が入射面と垂直にあるｓ偏光では、一
般に反射・屈折の特性が異なる。この事実により光学系
を通過する光は、光線ごとにその偏光状態が異なる。こ
の偏光状態の違いは一般的にはごくわずかであるため、
通常の光学系では問題にするには足らない。しかし観測
対象のわずかな偏光状態の変化（空間的・時間的）を観
察・測定する偏光顕微鏡や太陽偏光計（solar polarime
ter）などの装置では、反射・屈折の偏光依存性に起因
して生じる装置固有の偏光状態の乱れは深刻な問題とな
る。
光線ベクトルと面法線で規定される面）内にあるｐ偏光
と、その振動方向が入射面と垂直にあるｓ偏光では、一
般に反射・屈折の特性が異なる。この事実により光学系
を通過する光は、光線ごとにその偏光状態が異なる。こ
の偏光状態の違いは一般的にはごくわずかであるため、
通常の光学系では問題にするには足らない。しかし観測
対象のわずかな偏光状態の変化（空間的・時間的）を観
察・測定する偏光顕微鏡や太陽偏光計（solar polarime
ter）などの装置では、反射・屈折の偏光依存性に起因
して生じる装置固有の偏光状態の乱れは深刻な問題とな
る。
【０００３】図９には実際の光学系において起こる偏光
状態の乱れを示してある。図９（ａ）は顕微鏡対物レン
ズの例で、（ｂ）はコンフォーカル顕微鏡のレーザビー
ム走査系の例である。両方とも光学系に入射する光は水
平方向に振動する直線偏光である。何らかの補助光学系
を付加することにより、空間的に乱れた偏光状態を一様
な偏光状態（図９の例では、水平に振動する直線偏光）
に戻すことが偏光補償の考えである。
状態の乱れを示してある。図９（ａ）は顕微鏡対物レン
ズの例で、（ｂ）はコンフォーカル顕微鏡のレーザビー
ム走査系の例である。両方とも光学系に入射する光は水
平方向に振動する直線偏光である。何らかの補助光学系
を付加することにより、空間的に乱れた偏光状態を一様
な偏光状態（図９の例では、水平に振動する直線偏光）
に戻すことが偏光補償の考えである。
【０００４】偏光状態の乱れを補償する試みは、偏光顕
微鏡を対象として古くから行われている。S.Inoue等
は、１／２波長板とヌルレンズとの組み合わせによって
偏光状態の乱れを補償し、直交ニコルの状態での背景光
を大幅に減少させることに成功している［S Inoue: Stu
dies on Depolarization of Light at Microscope Surf
aces, 1: The origin of stray light by rotation at
lens surfaces, Exp.Cell.Res.3,199-208(1951)］、［S
Inoue and W L Hyde: Studies on Depolarization of
Light at Microscope Surfaces, 2: The Simultaneous
Realization of High Resolution and High Sensitivit
y with the Polarization Microscope, J.Biochem.Cyt
o.3,831-838(1957)］。
微鏡を対象として古くから行われている。S.Inoue等
は、１／２波長板とヌルレンズとの組み合わせによって
偏光状態の乱れを補償し、直交ニコルの状態での背景光
を大幅に減少させることに成功している［S Inoue: Stu
dies on Depolarization of Light at Microscope Surf
aces, 1: The origin of stray light by rotation at
lens surfaces, Exp.Cell.Res.3,199-208(1951)］、［S
Inoue and W L Hyde: Studies on Depolarization of
Light at Microscope Surfaces, 2: The Simultaneous
Realization of High Resolution and High Sensitivit
y with the Polarization Microscope, J.Biochem.Cyt
o.3,831-838(1957)］。
【０００５】偏光顕微鏡の場合には、光学要素としては
反射防止膜が施されたレンズのみであるため、偏光状態
の乱れは単に入射する直線偏光の振動方向の回転だけに
現れる。このときには、１／２波長板とヌルレンズとの
組み合わせによって偏光状態の乱れを首尾よく補償する
ことができる。
反射防止膜が施されたレンズのみであるため、偏光状態
の乱れは単に入射する直線偏光の振動方向の回転だけに
現れる。このときには、１／２波長板とヌルレンズとの
組み合わせによって偏光状態の乱れを首尾よく補償する
ことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直線偏
光の回転角が大きな対物レンズでは、ヌルレンズの曲率
半径が必然的に小さくなることにより、ヌルレンズの加
工・調整が困難となる場合がある。さらに、金属膜や位
相板などの複素数の反射・透過係数をもつ素子を含む光
学系では、偏光状態の違いが楕円率にまで及ぶので、１
／２波長板とヌルレンズの組み合わせでは本質的に偏光
状態の乱れを除去することはできない。したがって本発
明は、偏光状態の乱れが楕円率の違いにまで及ぶ光学系
の偏光の乱れを補償することを課題とするものである。
光の回転角が大きな対物レンズでは、ヌルレンズの曲率
半径が必然的に小さくなることにより、ヌルレンズの加
工・調整が困難となる場合がある。さらに、金属膜や位
相板などの複素数の反射・透過係数をもつ素子を含む光
学系では、偏光状態の違いが楕円率にまで及ぶので、１
／２波長板とヌルレンズの組み合わせでは本質的に偏光
状態の乱れを除去することはできない。したがって本発
明は、偏光状態の乱れが楕円率の違いにまで及ぶ光学系
の偏光の乱れを補償することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、すなわち、互いに屈
折率の異なる第１の物質と第２の物質とを、構造性複屈
折体となるように、入射光束の方向と直交する面内にお
いて交互に配置し、且つ両物質の境界面の法線方向にお
ける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に沿
って変化して形成した、光学軸の方位が局所的に異なる
位相板である。
成するためになされたものであり、すなわち、互いに屈
折率の異なる第１の物質と第２の物質とを、構造性複屈
折体となるように、入射光束の方向と直交する面内にお
いて交互に配置し、且つ両物質の境界面の法線方向にお
ける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に沿
って変化して形成した、光学軸の方位が局所的に異なる
位相板である。
【０００８】その際、入射光束の方向に沿った両物質の
厚さを、一様に形成することもできるし、面内において
変化して形成することもできる。両物質の厚さを一様に
形成したときには、面内の少なくともいずれかの領域に
おいて、入射光束に対して１／４波長板又は１／２波長
板として機能するように、両物質の厚さと幅とを形成す
ることができる。また両物質の厚さを面内において変化
して形成したときには、面内の全領域において、入射光
束に対して１／４波長板又は１／２波長板として機能す
るように、両物質の厚さと幅とを形成することができ
る。
厚さを、一様に形成することもできるし、面内において
変化して形成することもできる。両物質の厚さを一様に
形成したときには、面内の少なくともいずれかの領域に
おいて、入射光束に対して１／４波長板又は１／２波長
板として機能するように、両物質の厚さと幅とを形成す
ることができる。また両物質の厚さを面内において変化
して形成したときには、面内の全領域において、入射光
束に対して１／４波長板又は１／２波長板として機能す
るように、両物質の厚さと幅とを形成することができ
る。
【０００９】上記位相板の製造方法としては、基板上に
第１の物質を堆積する工程と、該第１の物質上に両物質
の境界を描画する工程と、第２の物質を配置すべき場所
にある第１の物質を除去する工程と、第２の物質を堆積
する工程と、基板上に堆積した両物質を研磨する工程と
を有する製造方法とすることができる。
第１の物質を堆積する工程と、該第１の物質上に両物質
の境界を描画する工程と、第２の物質を配置すべき場所
にある第１の物質を除去する工程と、第２の物質を堆積
する工程と、基板上に堆積した両物質を研磨する工程と
を有する製造方法とすることができる。
【００１０】本発明はまた、互いに屈折率の異なる第１
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、該面内の少なくともいずれかの領域において入射光
束に対して１／４波長板として機能するように、両物質
の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方の
物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位
相板と、互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質
とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方向と
直交する面内において交互に配置し、該面内の少なくと
もいずれかの領域において入射光束に対して１／２波長
板として機能するように、両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを、入射光束の
方向に直列に配置した複合位相板である。
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、該面内の少なくともいずれかの領域において入射光
束に対して１／４波長板として機能するように、両物質
の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方の
物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位
相板と、互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質
とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方向と
直交する面内において交互に配置し、該面内の少なくと
もいずれかの領域において入射光束に対して１／２波長
板として機能するように、両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを、入射光束の
方向に直列に配置した複合位相板である。
【００１１】その際、第３の物質は第１の物質と同一の
物質であっても異なる物質であってもよく、同様に第４
の物質は第２の物質と同一の物質であっても異なる物質
であってもよい。また第１の位相板又は第２の位相板の
入射光束の方向に沿った厚さは、一様に形成することも
できるし、面内において変化して形成することもでき
る。第１の位相板と第２の位相板とは、それぞれ同一の
基板の表面と裏面とに形成することもできるし、共に同
一の基板の表面と裏面とのいずれか一方の面に形成する
こともできる。
物質であっても異なる物質であってもよく、同様に第４
の物質は第２の物質と同一の物質であっても異なる物質
であってもよい。また第１の位相板又は第２の位相板の
入射光束の方向に沿った厚さは、一様に形成することも
できるし、面内において変化して形成することもでき
る。第１の位相板と第２の位相板とは、それぞれ同一の
基板の表面と裏面とに形成することもできるし、共に同
一の基板の表面と裏面とのいずれか一方の面に形成する
こともできる。
【００１２】本発明はまた、互いに屈折率の異なる第１
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、該面内の少なくともいずれかの領域において入射光
束に対して１／４波長板として機能するように、両物質
の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方の
物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位
相板と、互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質
とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方向と
直交する面内において交互に配置し、該面内の少なくと
もいずれかの領域において入射光束に対して１／２波長
板として機能するように、両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを用意し、面内
において主軸の方位と楕円率とが局所的に異なる光束
を、第１の位相板、及び第２の位相板の順に入射し、第
１の位相板の両物質の境界面の法線方向を、入射光束の
局所的な主軸の方位、又は該主軸の方位と直交する方位
に設定することによって、当該第１の位相板を透過した
光束の楕円率を０とし、第２の位相板の両物質の境界面
の法線方向を、第１の位相板を透過した直線偏光の方位
の半分の方位に設定することによって、当該第２の位相
板を透過した光束を、面内において一様な直線偏光に変
換する、偏光補償方法である。
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、該面内の少なくともいずれかの領域において入射光
束に対して１／４波長板として機能するように、両物質
の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方の
物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位
相板と、互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質
とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方向と
直交する面内において交互に配置し、該面内の少なくと
もいずれかの領域において入射光束に対して１／２波長
板として機能するように、両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを用意し、面内
において主軸の方位と楕円率とが局所的に異なる光束
を、第１の位相板、及び第２の位相板の順に入射し、第
１の位相板の両物質の境界面の法線方向を、入射光束の
局所的な主軸の方位、又は該主軸の方位と直交する方位
に設定することによって、当該第１の位相板を透過した
光束の楕円率を０とし、第２の位相板の両物質の境界面
の法線方向を、第１の位相板を透過した直線偏光の方位
の半分の方位に設定することによって、当該第２の位相
板を透過した光束を、面内において一様な直線偏光に変
換する、偏光補償方法である。
【００１３】その際、上記第２の位相板の位相変調量
（遅延量）を１／４波長とし、第２の位相板の両物質の
境界面の法線方向を、第１の位相板を透過した直線偏光
の方位と４５°の角度をなす方位に設定することによっ
て、当該第２の位相板を透過した光束を、面内において
一様な円偏光に変換することもできる。
（遅延量）を１／４波長とし、第２の位相板の両物質の
境界面の法線方向を、第１の位相板を透過した直線偏光
の方位と４５°の角度をなす方位に設定することによっ
て、当該第２の位相板を透過した光束を、面内において
一様な円偏光に変換することもできる。
【００１４】本発明はまた、互いに屈折率の異なる第１
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、且つ両物質の境界面の法線方向における少なくとも
いずれか一方の物質の幅を、境界面に沿って変化して形
成した、光学軸の方位が局所的に異なる位相板を用意
し、面内において主軸の方位と楕円率とが局所的に異な
る光束を、位相板に入射し、該入射光束の局所的な主軸
の方位と楕円率とに適合するように、位相板の両物質の
境界面を形成することにより、当該位相板を透過した光
束を、面内において一様な直線偏光又は円偏光に変換す
る、偏光補償方法である。その際、入射光束の方向に沿
った両物質の厚さを、面内において変化して形成するこ
とができる。
の物質と第２の物質とを、構造性複屈折体となるよう
に、入射光束の方向と直交する面内において交互に配置
し、且つ両物質の境界面の法線方向における少なくとも
いずれか一方の物質の幅を、境界面に沿って変化して形
成した、光学軸の方位が局所的に異なる位相板を用意
し、面内において主軸の方位と楕円率とが局所的に異な
る光束を、位相板に入射し、該入射光束の局所的な主軸
の方位と楕円率とに適合するように、位相板の両物質の
境界面を形成することにより、当該位相板を透過した光
束を、面内において一様な直線偏光又は円偏光に変換す
る、偏光補償方法である。その際、入射光束の方向に沿
った両物質の厚さを、面内において変化して形成するこ
とができる。
【００１５】以下に本発明の原理について説明する。波
長と比較して充分小さな、光学的異方性をもつ構造体が
規則正しく並んだ物質は複屈折性を示す。このような構
造体は筋肉を始めとして生体内に多く見られるが、この
ような構造異方性に起因する複屈折は構造性複屈折（fo
rm birefringence）と呼ばれる。
長と比較して充分小さな、光学的異方性をもつ構造体が
規則正しく並んだ物質は複屈折性を示す。このような構
造体は筋肉を始めとして生体内に多く見られるが、この
ような構造異方性に起因する複屈折は構造性複屈折（fo
rm birefringence）と呼ばれる。
【００１６】図１には、屈折率ｎ1、幅ｔ1の板状の第１
の物質１と、屈折率ｎ2、幅ｔ2の板状の第２の物質が、
交互に規則正しく並んだ構造体（構造性複屈折体）を示
す。既に知られているように、この構造体は、光学軸を
２つの物質１，２の境界面Ｃnの法線方向に持つ一軸性
結晶となる。電気ベクトルが境界面Ｃnに平行に振動す
る光に対する有効屈折率をｎo、境界面Ｃnに垂直に振動
する光に対する有効屈折率をｎeとすれば、ｎo、ｎeは
次のように表される［M Born and E Wolf: Principles
of Optis(Third Ed.,Pergamon Press)pp705-708］。
の物質１と、屈折率ｎ2、幅ｔ2の板状の第２の物質が、
交互に規則正しく並んだ構造体（構造性複屈折体）を示
す。既に知られているように、この構造体は、光学軸を
２つの物質１，２の境界面Ｃnの法線方向に持つ一軸性
結晶となる。電気ベクトルが境界面Ｃnに平行に振動す
る光に対する有効屈折率をｎo、境界面Ｃnに垂直に振動
する光に対する有効屈折率をｎeとすれば、ｎo、ｎeは
次のように表される［M Born and E Wolf: Principles
of Optis(Third Ed.,Pergamon Press)pp705-708］。
【００１７】ここにおいて、光束の方向に沿った構造性
複屈折体の厚みｔ（図１）として、例えば下記（３）式
で与えられるｔQWPのように形成すれば、構造性複屈折
体による１／４波長板が得られ、下記（４）式で与えら
れるｔHWPのように形成すれば、構造性複屈折体による
１／２波長板を実現することができる。但し両式中、λ
は光束の波長である。
複屈折体の厚みｔ（図１）として、例えば下記（３）式
で与えられるｔQWPのように形成すれば、構造性複屈折
体による１／４波長板が得られ、下記（４）式で与えら
れるｔHWPのように形成すれば、構造性複屈折体による
１／２波長板を実現することができる。但し両式中、λ
は光束の波長である。
【００１８】雲母や水晶などの複屈折性結晶と比較し
て、構造性複屈折体の特徴は以下の点にある： （１）比率ｆ1、ｆ2を適当に選択することにより、有効
屈折率ｎo、ｎeを任意に選ぶことができる。 （２）２つの物質の境界面Ｃnを光束の波長λに比べて
充分に緩やかな曲率で変化させることにより、境界面Ｃ
nの法線方向、すなわち光学軸の方向に空間分布を持た
せることができる。
て、構造性複屈折体の特徴は以下の点にある： （１）比率ｆ1、ｆ2を適当に選択することにより、有効
屈折率ｎo、ｎeを任意に選ぶことができる。 （２）２つの物質の境界面Ｃnを光束の波長λに比べて
充分に緩やかな曲率で変化させることにより、境界面Ｃ
nの法線方向、すなわち光学軸の方向に空間分布を持た
せることができる。
【００１９】（２）の特徴を利用することにより、光学
軸が空間的に変化する位相板を実現することができ、す
なわち、空間的な偏光状態の乱れが楕円率にまで及ぶ光
学系の偏光補償が実現できる。より具体的には、楕円偏
光の主軸と楕円率とに応じて光学軸の方位が面内分布を
もつ構造性複屈折体による１／４波長板と、同じく楕円
偏光の主軸と楕円率とに応じて光学軸の方位が面内分布
をもつ構造性複屈折体による１／２波長板とをタンデム
に結合することにより、偏光補償を行うことができる。
軸が空間的に変化する位相板を実現することができ、す
なわち、空間的な偏光状態の乱れが楕円率にまで及ぶ光
学系の偏光補償が実現できる。より具体的には、楕円偏
光の主軸と楕円率とに応じて光学軸の方位が面内分布を
もつ構造性複屈折体による１／４波長板と、同じく楕円
偏光の主軸と楕円率とに応じて光学軸の方位が面内分布
をもつ構造性複屈折体による１／２波長板とをタンデム
に結合することにより、偏光補償を行うことができる。
【００２０】なお上記（１）、（２）式より、両物質の
幅の比ｔ1／ｔ2を変更することにより、構造性複屈折体
の有効屈折率ｎo、ｎeが変わり、この結果（３）、
（４）式より明らかなごとく、構造性複屈折体の位相変
調量（遅延量）が変わる。また（３）、（４）式より明
らかなように、構造性複屈折体の厚みｔを変更すること
によっても、構造性複屈折体の位相変調量が変わる。す
なわち位相変調量を変更するためには、両物質の幅の比
ｔ1／ｔ2と厚みｔとのうちの、少なくともいずれか一方
を変更すれば良い。
幅の比ｔ1／ｔ2を変更することにより、構造性複屈折体
の有効屈折率ｎo、ｎeが変わり、この結果（３）、
（４）式より明らかなごとく、構造性複屈折体の位相変
調量（遅延量）が変わる。また（３）、（４）式より明
らかなように、構造性複屈折体の厚みｔを変更すること
によっても、構造性複屈折体の位相変調量が変わる。す
なわち位相変調量を変更するためには、両物質の幅の比
ｔ1／ｔ2と厚みｔとのうちの、少なくともいずれか一方
を変更すれば良い。
【００２１】他方、光学軸の方位は両物質の境界面Ｃn
の法線方向にあるから、光学軸の方位を任意に変更する
ためには、両物質の幅の比ｔ1／ｔ2を局所的に変更する
必要がある。この結果位相変調量も必然的に変化する
が、位相変調量については、構造性複屈折体の厚みｔを
変更することによって任意に変更することができる。し
たがって結局、本発明による位相板によれば、光学軸の
方位と位相変調量との双方を局所的に任意に変更できる
こととなる。
の法線方向にあるから、光学軸の方位を任意に変更する
ためには、両物質の幅の比ｔ1／ｔ2を局所的に変更する
必要がある。この結果位相変調量も必然的に変化する
が、位相変調量については、構造性複屈折体の厚みｔを
変更することによって任意に変更することができる。し
たがって結局、本発明による位相板によれば、光学軸の
方位と位相変調量との双方を局所的に任意に変更できる
こととなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
図２及び図３は、光学系５によって発生した任意の偏光
を、構造性複屈折体による１／４波長板６と１／２波長
板７とを用いて、ｘ軸方向に振動する直線偏光に変換す
る補償光学系を示す。光軸と直交するｘ−ｙ面内におい
て、光学系５を出た楕円偏光の主軸方位Ψの面内分布が
Ψ（ｘ，ｙ）であり、楕円率Χの面内分布がΧ（ｘ，
ｙ）であるとする（図３（ａ））。この光束は先ず１／
４波長板６を透過するが、１／４波長板６の光学軸は、
Ψ（ｘ，ｙ）方向と一致するように、ｘ−ｙ面内におい
て分布して配置されている。この結果、１／４波長板６
を透過した光束は、ｘ−ｙ面内においてΨ（ｘ，ｙ）＋
Χ（ｘ，ｙ）方向に振動する直線偏光となる（図３
（ｂ））。次いでこの光束は更に１／２波長板７を透過
するが、１／２波長板７の光学軸は、（Ψ（ｘ，ｙ）＋
Χ（ｘ，ｙ））／２方向と一致するように、ｘ−ｙ面内
において分布して配置されている。この結果最終的に、
１／２波長板７を透過した光束として、ｘ−ｙ面内のい
ずこにおいても、ｘ軸方向に振動する直線偏光が得られ
る（図３（ｃ））。
図２及び図３は、光学系５によって発生した任意の偏光
を、構造性複屈折体による１／４波長板６と１／２波長
板７とを用いて、ｘ軸方向に振動する直線偏光に変換す
る補償光学系を示す。光軸と直交するｘ−ｙ面内におい
て、光学系５を出た楕円偏光の主軸方位Ψの面内分布が
Ψ（ｘ，ｙ）であり、楕円率Χの面内分布がΧ（ｘ，
ｙ）であるとする（図３（ａ））。この光束は先ず１／
４波長板６を透過するが、１／４波長板６の光学軸は、
Ψ（ｘ，ｙ）方向と一致するように、ｘ−ｙ面内におい
て分布して配置されている。この結果、１／４波長板６
を透過した光束は、ｘ−ｙ面内においてΨ（ｘ，ｙ）＋
Χ（ｘ，ｙ）方向に振動する直線偏光となる（図３
（ｂ））。次いでこの光束は更に１／２波長板７を透過
するが、１／２波長板７の光学軸は、（Ψ（ｘ，ｙ）＋
Χ（ｘ，ｙ））／２方向と一致するように、ｘ−ｙ面内
において分布して配置されている。この結果最終的に、
１／２波長板７を透過した光束として、ｘ−ｙ面内のい
ずこにおいても、ｘ軸方向に振動する直線偏光が得られ
る（図３（ｃ））。
【００２３】光学系５を出た楕円偏光の主軸の方位Ψと
楕円率Χは、光軸と直交する面内において面内分布をも
つが、構造性複屈折体を用いた１／４波長板６や１／２
波長板７では、主軸方位Ψと楕円率Χとの面内分布に応
じて、両物質１，２の境界面Ｃnを空間的に変化させる
ことができる。したがって楕円率Ｘにまで及ぶ偏光の乱
れをもつ光学系５に対しても、偏光補償を行うことがで
きる。
楕円率Χは、光軸と直交する面内において面内分布をも
つが、構造性複屈折体を用いた１／４波長板６や１／２
波長板７では、主軸方位Ψと楕円率Χとの面内分布に応
じて、両物質１，２の境界面Ｃnを空間的に変化させる
ことができる。したがって楕円率Ｘにまで及ぶ偏光の乱
れをもつ光学系５に対しても、偏光補償を行うことがで
きる。
【００２４】次に、１／４波長板６による楕円偏光の直
線偏光への変換と、１／２波長板７による直線偏光の振
動方向の回転とを、数式を用いて説明する。光学系５を
出た主軸方位Ψ、楕円率Χの楕円偏光は、主軸方位Ψの
方向にｘ′軸を選んだｘ′−ｙ′座標系を基準としたジ
ョーンズベクトル表示により、次式のＵ0として表わさ
れる。
線偏光への変換と、１／２波長板７による直線偏光の振
動方向の回転とを、数式を用いて説明する。光学系５を
出た主軸方位Ψ、楕円率Χの楕円偏光は、主軸方位Ψの
方向にｘ′軸を選んだｘ′−ｙ′座標系を基準としたジ
ョーンズベクトル表示により、次式のＵ0として表わさ
れる。
【００２５】一方光学軸を主軸方位Ψの方向に一致させ
た１／４波長板６は、ｘ′−ｙ′座標系を基準としたジ
ョーンズ行列表示により、次式のＴQWPとして表わされ
る。
た１／４波長板６は、ｘ′−ｙ′座標系を基準としたジ
ョーンズ行列表示により、次式のＴQWPとして表わされ
る。
【００２６】従って、１／４波長板６通過後の偏光状態
は、（５）式と（６）式を用いて、ｘ′−ｙ′座標系を
基準として次式のＵ1となる。
は、（５）式と（６）式を用いて、ｘ′−ｙ′座標系を
基準として次式のＵ1となる。
【００２７】ｘ軸とｘ′軸とのなす角度がΨであること
に注意して、この偏光状態Ｕ1をｘ−ｙ座標系を基準と
して書き改めると、次式のＵ1′となる。
に注意して、この偏光状態Ｕ1をｘ−ｙ座標系を基準と
して書き改めると、次式のＵ1′となる。
【００２８】ｘ軸から角度（Ψ＋Χ）／２の方向に光学
軸をもつ１／２波長板７は、ｘ−ｙ座標系を基準とした
ジョーンズ行列表示により、次式のＴHWPとして表わさ
れる。
軸をもつ１／２波長板７は、ｘ−ｙ座標系を基準とした
ジョーンズ行列表示により、次式のＴHWPとして表わさ
れる。
【００２９】したがって１／２波長板７通過後の光の偏
光状態は、（８）式と（９）式より次式のＵ2となる。 ｘ−ｙ座標系を基準とした上式のＵ2は、ｘ方向に振動
する直線偏光を表わすので、上記構成による補償光学系
が正しく働くことが数式的に示された。
光状態は、（８）式と（９）式より次式のＵ2となる。 ｘ−ｙ座標系を基準とした上式のＵ2は、ｘ方向に振動
する直線偏光を表わすので、上記構成による補償光学系
が正しく働くことが数式的に示された。
【００３０】次に、構造性複屈折を用いた１／４波長
板、１／２波長板の設計法について述べる。位相板（１
／４波長板６、１／２波長板７）の“境界曲線群”（両
物質１，２の境界面が作る曲線群）Ｃnの面内位置を
（ｘ，ｙ）で表わすこととする。また位相板上の点
（ｘ，ｙ）に入射する楕円偏光の主軸の方位をΨ（ｘ，
ｙ）、楕円率をＸ（ｘ，ｙ）とする。位相板の光学軸
は、各境界線Ｃn（ｎ＝１，２，３，‥‥）の法線方向
にある。
板、１／２波長板の設計法について述べる。位相板（１
／４波長板６、１／２波長板７）の“境界曲線群”（両
物質１，２の境界面が作る曲線群）Ｃnの面内位置を
（ｘ，ｙ）で表わすこととする。また位相板上の点
（ｘ，ｙ）に入射する楕円偏光の主軸の方位をΨ（ｘ，
ｙ）、楕円率をＸ（ｘ，ｙ）とする。位相板の光学軸
は、各境界線Ｃn（ｎ＝１，２，３，‥‥）の法線方向
にある。
【００３１】先ず１／４波長板６のときには、光学軸を
Ψ方向に一致させるから、境界線ＣnはΨ方向と直交す
る（図４参照）。したがって、 −ｄｘ／ｄｙ＝ｔａｎΨ 故に、各境界線Ｃnは、 となる。但し、［ｘn（０），ｙn（０）］は、各境界曲
線群Ｃnの出発点の座標である。
Ψ方向に一致させるから、境界線ＣnはΨ方向と直交す
る（図４参照）。したがって、 −ｄｘ／ｄｙ＝ｔａｎΨ 故に、各境界線Ｃnは、 となる。但し、［ｘn（０），ｙn（０）］は、各境界曲
線群Ｃnの出発点の座標である。
【００３２】同様に１／２波長板７のときには、光学軸
は（Ψ＋Χ）／２方向に一致させるから、境界線Ｃnは
（Ψ＋Χ）／２方向と直交する（図５参照）。したがっ
て、 −ｄｘ／ｄｙ＝ｔａｎ［（Ψ＋Ｘ）／２］ 故に、各境界線Ｃnは、 となる。
は（Ψ＋Χ）／２方向に一致させるから、境界線Ｃnは
（Ψ＋Χ）／２方向と直交する（図５参照）。したがっ
て、 −ｄｘ／ｄｙ＝ｔａｎ［（Ψ＋Ｘ）／２］ 故に、各境界線Ｃnは、 となる。
【００３３】上記（１１）式と（１２）式によって、１
／４波長板と１／２波長板の境界線Ｃnの形状が得られ
るが、計算の仕方の一つの具体例を以下に示す（図６参
照）。先ずｎ番目の境界曲線の出発点［ｘn（０），ｙn
（０）］をｘ軸上に取り、交互に配置された第１の物質
１と第２の物質２との厚さを、ｘ軸上においてそれぞれ
ｔ1及びｔ2とする。すなわち、ｎが奇数のときには、ｎ
＝２ｍ＋１として、 ｘn（０）＝ｍ（ｔ1＋ｔ2）＋ｔ1， ｙn（０）＝０ （１３） ｎが偶数のときには、ｎ＝２ｍとして、 ｘn（０）＝ｍ（ｔ1＋ｔ2）， ｙn（０）＝０ （１４） とする。
／４波長板と１／２波長板の境界線Ｃnの形状が得られ
るが、計算の仕方の一つの具体例を以下に示す（図６参
照）。先ずｎ番目の境界曲線の出発点［ｘn（０），ｙn
（０）］をｘ軸上に取り、交互に配置された第１の物質
１と第２の物質２との厚さを、ｘ軸上においてそれぞれ
ｔ1及びｔ2とする。すなわち、ｎが奇数のときには、ｎ
＝２ｍ＋１として、 ｘn（０）＝ｍ（ｔ1＋ｔ2）＋ｔ1， ｙn（０）＝０ （１３） ｎが偶数のときには、ｎ＝２ｍとして、 ｘn（０）＝ｍ（ｔ1＋ｔ2）， ｙn（０）＝０ （１４） とする。
【００３４】次に境界曲線群Ｃnの数値計算において
は、積分を和の形に表わして行う。（１１）、（１２）
式を和の形に書き換えると、それぞれ次式（１５）、
（１６）のようになる。
は、積分を和の形に表わして行う。（１１）、（１２）
式を和の形に書き換えると、それぞれ次式（１５）、
（１６）のようになる。
【００３５】Δｙを充分に小さく選べば、（１３）、
（１４）式で与えられる［ｘn（０），ｙn（０）］を初
期値として、（１５）、（１６）式を計算することによ
り境界曲線群Ｃnを求めることができる。
（１４）式で与えられる［ｘn（０），ｙn（０）］を初
期値として、（１５）、（１６）式を計算することによ
り境界曲線群Ｃnを求めることができる。
【００３６】ここで、境界曲線群Ｃnを求めるに当たっ
て注意すべき点がある。それは初期値で与えられた曲線
群の間隔比ｔ1／ｔ2が、計算の最終点まで必ずしも保存
されていないという点である。すなわち図６において、
曲線上のすべての点で、式 が必ずしも成立しないということである。このことは、
位相板６，７の有効屈折率ｎo、ｎeが面内位置によって
変化し、位相変調量が１／４波長、あるいは１／２波長
からずれることを意味する。
て注意すべき点がある。それは初期値で与えられた曲線
群の間隔比ｔ1／ｔ2が、計算の最終点まで必ずしも保存
されていないという点である。すなわち図６において、
曲線上のすべての点で、式 が必ずしも成立しないということである。このことは、
位相板６，７の有効屈折率ｎo、ｎeが面内位置によって
変化し、位相変調量が１／４波長、あるいは１／２波長
からずれることを意味する。
【００３７】この問題に対する対処の方法は３通り考え
られる。第１の方法は、完全な偏光補償を行いたい点
Ｏ′（通常は偏光状態の乱れが最も大きい点）を通るよ
うに任意の直線を引き、この直線上に、 となるように点Ａ′、Ｂ′（及び更に隣接する点）を改
めて選び直し、それら点を出発点として曲線Ｃn-1、Ｃ
n+1（及びＣn-2、Ｃn+2など）を再度引き直す方法であ
る。
られる。第１の方法は、完全な偏光補償を行いたい点
Ｏ′（通常は偏光状態の乱れが最も大きい点）を通るよ
うに任意の直線を引き、この直線上に、 となるように点Ａ′、Ｂ′（及び更に隣接する点）を改
めて選び直し、それら点を出発点として曲線Ｃn-1、Ｃ
n+1（及びＣn-2、Ｃn+2など）を再度引き直す方法であ
る。
【００３８】こうすると今度は、点Ｏ′から離れた場
所、例えばｘ軸上では、 が成立しなくなる。しかし点Ｏ′から離れた場所では、
１／４波長板６に入射する楕円偏光の乱れは少ないので
あるから（図９参照）、主軸の方位Ψと楕円率Ｘとは共
にほぼ０となっており、その結果、１／４波長板６の光
学軸はほぼｘ軸方向に配置されている。したがって１／
４波長板６の位相変調量が１／４波長から多少ずれたと
ころで、問題は生じない。同様に点Ｏ′から離れた場所
では、１／２波長板７の光学軸もほぼｘ軸方向に配置さ
れるから、１／２波長板７の位相変調量が１／２波長か
ら多少ずれたところで、影響はほほとんど無視できる。
所、例えばｘ軸上では、 が成立しなくなる。しかし点Ｏ′から離れた場所では、
１／４波長板６に入射する楕円偏光の乱れは少ないので
あるから（図９参照）、主軸の方位Ψと楕円率Ｘとは共
にほぼ０となっており、その結果、１／４波長板６の光
学軸はほぼｘ軸方向に配置されている。したがって１／
４波長板６の位相変調量が１／４波長から多少ずれたと
ころで、問題は生じない。同様に点Ｏ′から離れた場所
では、１／２波長板７の光学軸もほぼｘ軸方向に配置さ
れるから、１／２波長板７の位相変調量が１／２波長か
ら多少ずれたところで、影響はほほとんど無視できる。
【００３９】第２の方法は、ズレの影響を位相板の厚み
で補正する方法である。完全な偏光補償を行いたい位置
における境界曲線群Ｃnの間隔がｔ1′、ｔ2′であると
すると、この近傍における有効屈折率ｎo′、ｎe′は次
のようになる。
で補正する方法である。完全な偏光補償を行いたい位置
における境界曲線群Ｃnの間隔がｔ1′、ｔ2′であると
すると、この近傍における有効屈折率ｎo′、ｎe′は次
のようになる。
【００４０】これらの有効屈折率ｎo′、ｎe′を用いて
位相板の厚みｔを、１／４波長板に対しては下記（２
０）式で与えられるｔQWPのように形成し、１／２波長
板に対しては下記（２１）式で与えられるｔHWPのよう
に形成すれば、完全な偏光補償を行いたい位置で、完全
な偏光補償が行われる。
位相板の厚みｔを、１／４波長板に対しては下記（２
０）式で与えられるｔQWPのように形成し、１／２波長
板に対しては下記（２１）式で与えられるｔHWPのよう
に形成すれば、完全な偏光補償を行いたい位置で、完全
な偏光補償が行われる。
【００４１】位相板をこのような厚みに設定すると、ｘ
軸上近傍では１／４波長板６、１／２波長板７の位相変
調量が、１／４波長、１／２波長からズレる。しかしな
がら前にも述べたように、ｘ軸上近傍では、光学系５へ
の入射光の偏光状態（ｘ軸方向に振動する直線偏光）
が、光学系５からの光束においても維持されているか
ら、１／４波長板６、１／２波長板７の光学軸はｘ軸方
向に配置されている。したがって位相変調量のズレの影
響はほとんど無視することができる。
軸上近傍では１／４波長板６、１／２波長板７の位相変
調量が、１／４波長、１／２波長からズレる。しかしな
がら前にも述べたように、ｘ軸上近傍では、光学系５へ
の入射光の偏光状態（ｘ軸方向に振動する直線偏光）
が、光学系５からの光束においても維持されているか
ら、１／４波長板６、１／２波長板７の光学軸はｘ軸方
向に配置されている。したがって位相変調量のズレの影
響はほとんど無視することができる。
【００４２】第３の方法は、第２の方法を積極的に活用
して位相板に厚み分布をもたせることにより、ｔ1／ｔ2
の面内でのバラツキを完全に補正する方法である。（２
０）式、（２１）式に従って場所毎で位相板の厚みを変
えることにより、全面に亘って完全な偏光補償を行うこ
とができる。
して位相板に厚み分布をもたせることにより、ｔ1／ｔ2
の面内でのバラツキを完全に補正する方法である。（２
０）式、（２１）式に従って場所毎で位相板の厚みを変
えることにより、全面に亘って完全な偏光補償を行うこ
とができる。
【００４３】次に、１／４波長板６や１／２波長板７
は、それぞれ別体として形成することもできるが、同一
の基板上に両者を形成することもできる。このような複
合位相板の具体的構造は二通り考えられる。第１番目の
構造は図７（ａ）に示すように基板３の両面を使う両面
構造で、基板３の一方の面に１／４波長板、他方の面に
１／２波長板を形成する構造である。第２番目の構造は
図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、基板３の片面に１
／４波長板と１／２波長板とを積層する片面構造であ
る。なお図７では基板３を平行平板状に描いているが、
基板３をレンズ状に形成することもできる。
は、それぞれ別体として形成することもできるが、同一
の基板上に両者を形成することもできる。このような複
合位相板の具体的構造は二通り考えられる。第１番目の
構造は図７（ａ）に示すように基板３の両面を使う両面
構造で、基板３の一方の面に１／４波長板、他方の面に
１／２波長板を形成する構造である。第２番目の構造は
図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、基板３の片面に１
／４波長板と１／２波長板とを積層する片面構造であ
る。なお図７では基板３を平行平板状に描いているが、
基板３をレンズ状に形成することもできる。
【００４４】位相板を片面に形成する製造法の概略は図
８に示す通りである。まずスパッタリング装置等の膜堆
積装置により、基板３全面に所望の厚さで第１の物質１
を堆積させる（図８（ａ））。（１６）式で求めたデー
タを元にＥＢ描画装置等を用いて境界曲線群Ｃnの描画
を行い、現像処理後ＲＩＥ等のエッチング装置を用いて
第１の物質１のエッチングを行う（図８（ｂ））。再び
スパッタリング装置等を用いて、今度は第２の物質２の
堆積を行う（図８（ｃ））。最後に研磨等により所望の
膜厚分布に仕上げることにより、最初の１／２波長板７
が完成する（図８（ｄ））。出来上がった１／２波長板
７の上に同じ工程を繰り返すことにより１／４波長板６
を完成させる。
８に示す通りである。まずスパッタリング装置等の膜堆
積装置により、基板３全面に所望の厚さで第１の物質１
を堆積させる（図８（ａ））。（１６）式で求めたデー
タを元にＥＢ描画装置等を用いて境界曲線群Ｃnの描画
を行い、現像処理後ＲＩＥ等のエッチング装置を用いて
第１の物質１のエッチングを行う（図８（ｂ））。再び
スパッタリング装置等を用いて、今度は第２の物質２の
堆積を行う（図８（ｃ））。最後に研磨等により所望の
膜厚分布に仕上げることにより、最初の１／２波長板７
が完成する（図８（ｄ））。出来上がった１／２波長板
７の上に同じ工程を繰り返すことにより１／４波長板６
を完成させる。
【００４５】上記複合位相板は、基板３上に先ず１／２
波長板７を形成し、１／２波長板７の上に１／４波長板
６を形成しているから、光束は基板３と反対側から入射
させることとなる（図７（ｂ）参照）。これに対して基
板３上に先ず１／４波長板６を形成し、１／４波長板６
の上に１／２波長板７を形成することもでき、このとき
には、光束は基板３の側から入射させることとなる（図
７（ｃ）参照）。
波長板７を形成し、１／２波長板７の上に１／４波長板
６を形成しているから、光束は基板３と反対側から入射
させることとなる（図７（ｂ）参照）。これに対して基
板３上に先ず１／４波長板６を形成し、１／４波長板６
の上に１／２波長板７を形成することもでき、このとき
には、光束は基板３の側から入射させることとなる（図
７（ｃ）参照）。
【００４６】基板３の両面に位相板を形成する場合に
は、図８に示す工程で片方の面に１／４波長板６を形成
し、もう一方の面に同じ工程で１／２波長板７を形成す
ればよい。光束は当然に１／４波長板６を形成した面よ
り入射させる（図７（ａ）参照）。また第２の物質２と
して空気を利用することもでき、この場合に膜厚ｔ分布
を一様とするときには、上記工程（ｂ）で止めればよ
い。また、膜厚ｔ分布が均一でない場合には、工程
（ｄ）を終了後、選択エッチングにより第２の物質２を
除去すればよい。
は、図８に示す工程で片方の面に１／４波長板６を形成
し、もう一方の面に同じ工程で１／２波長板７を形成す
ればよい。光束は当然に１／４波長板６を形成した面よ
り入射させる（図７（ａ）参照）。また第２の物質２と
して空気を利用することもでき、この場合に膜厚ｔ分布
を一様とするときには、上記工程（ｂ）で止めればよ
い。また、膜厚ｔ分布が均一でない場合には、工程
（ｄ）を終了後、選択エッチングにより第２の物質２を
除去すればよい。
【００４７】なお偏光の自由度は、主軸の方位と楕円率
との２であるが、位相板の自由度も、光学軸の方位と位
相変調量（遅延量）との２である。しかし位相変調量を
１／４波長ないしは１／２波長に固定したときには、そ
のような波長板の自由度は、光学軸の方位だけとなる。
したがって位相変調量を固定した波長板を用いて、入射
光の偏光状態を任意に変換するには、そのような波長板
が２枚必要となる。これを局所的に見れば、位相変調量
が面内で一様に固定され、光学軸の方位のみを局所的に
任意に設定することができる波長板を用いて、入射光の
偏光状態を局所的に任意に変換するには、そのような波
長板が２枚必要となる。上記実施例ではこのような例を
示した。
との２であるが、位相板の自由度も、光学軸の方位と位
相変調量（遅延量）との２である。しかし位相変調量を
１／４波長ないしは１／２波長に固定したときには、そ
のような波長板の自由度は、光学軸の方位だけとなる。
したがって位相変調量を固定した波長板を用いて、入射
光の偏光状態を任意に変換するには、そのような波長板
が２枚必要となる。これを局所的に見れば、位相変調量
が面内で一様に固定され、光学軸の方位のみを局所的に
任意に設定することができる波長板を用いて、入射光の
偏光状態を局所的に任意に変換するには、そのような波
長板が２枚必要となる。上記実施例ではこのような例を
示した。
【００４８】しかるに既に述べた様に、境界線群Ｃnを
任意に曲げることにより、光学軸の方位を任意に設定す
ることができ、これとは独立に、位相板の厚さｔに面内
分布を持たせることにより、位相変調量も任意に設定す
ることができる。このように光学軸の方位と位相変調量
との双方を任意に設定した位相板を用いるときには、そ
のような位相板を１枚だけ用いることにより、入射光の
偏光状態を任意に変換することができる。これを局所的
に見れば、局所的な光学軸の方位と位相変調量との双方
を任意に設定した位相板を１枚だけ用いることにより、
入射光の偏光状態を局所的に任意に変換することができ
る。したがって例えば、局所的に任意の偏光状態にある
入射光を、面内において一様な直線偏光又は円偏光に変
換することができる。
任意に曲げることにより、光学軸の方位を任意に設定す
ることができ、これとは独立に、位相板の厚さｔに面内
分布を持たせることにより、位相変調量も任意に設定す
ることができる。このように光学軸の方位と位相変調量
との双方を任意に設定した位相板を用いるときには、そ
のような位相板を１枚だけ用いることにより、入射光の
偏光状態を任意に変換することができる。これを局所的
に見れば、局所的な光学軸の方位と位相変調量との双方
を任意に設定した位相板を１枚だけ用いることにより、
入射光の偏光状態を局所的に任意に変換することができ
る。したがって例えば、局所的に任意の偏光状態にある
入射光を、面内において一様な直線偏光又は円偏光に変
換することができる。
【００４９】いま入射光束が円偏光であり、位相板の光
学軸がｘ軸と４５°の方向にあるときを考えると、位相
変調量ＲがＲ＝０であれば、透過光束は円偏光であり、
位相変調量ＲがＲ＝λ／４であれば、透過光束は例えば
水平方向直線偏光となる。したがって位相変調量Ｒを０
≦Ｒ≦λ／４の範囲で変更することにより、任意の楕円
率の偏光を得ることができる。また位相変調量ＲがＲ＝
λ／２であれば、透過光束は逆回転の円偏光となる。し
たがって位相変調量Ｒを０≦Ｒ≦λ／２の範囲で変更す
ることにより、回転方向も含めて任意の楕円率の偏光を
得ることができる。
学軸がｘ軸と４５°の方向にあるときを考えると、位相
変調量ＲがＲ＝０であれば、透過光束は円偏光であり、
位相変調量ＲがＲ＝λ／４であれば、透過光束は例えば
水平方向直線偏光となる。したがって位相変調量Ｒを０
≦Ｒ≦λ／４の範囲で変更することにより、任意の楕円
率の偏光を得ることができる。また位相変調量ＲがＲ＝
λ／２であれば、透過光束は逆回転の円偏光となる。し
たがって位相変調量Ｒを０≦Ｒ≦λ／２の範囲で変更す
ることにより、回転方向も含めて任意の楕円率の偏光を
得ることができる。
【００５０】以上では位相板の光学軸がｘ軸と４５°の
方向にあるとしていたから、この光学軸の方向を任意に
設定することにより、結局、透過光束として主軸の方位
と楕円率との双方について任意の楕円偏光が得られる。
しかる後、光束の向きを逆転して透過光束の側から光束
を入射すれば、任意の楕円偏光を面内で一様な円偏光に
変換することができる。すなわち、光学軸の方位を局所
的に任意に設定し、且つ少なくとも０≦Ｒ≦λ／４の範
囲で、あるいは回転方向も問題とするときには少なくと
も０≦Ｒ≦λ／２の範囲で、局所的な位相変調量を任意
に設定した位相板を用いれば、そのような位相板１枚だ
けによって、円偏光への偏光補償を行うことができるこ
とが示された。
方向にあるとしていたから、この光学軸の方向を任意に
設定することにより、結局、透過光束として主軸の方位
と楕円率との双方について任意の楕円偏光が得られる。
しかる後、光束の向きを逆転して透過光束の側から光束
を入射すれば、任意の楕円偏光を面内で一様な円偏光に
変換することができる。すなわち、光学軸の方位を局所
的に任意に設定し、且つ少なくとも０≦Ｒ≦λ／４の範
囲で、あるいは回転方向も問題とするときには少なくと
も０≦Ｒ≦λ／２の範囲で、局所的な位相変調量を任意
に設定した位相板を用いれば、そのような位相板１枚だ
けによって、円偏光への偏光補償を行うことができるこ
とが示された。
【００５１】次に入射光束が水平方向直線偏光であり、
位相板の光学軸がｘ軸と４５°の方向にあるときも、上
記と同様に考えることができる。但し入射光束が円偏光
で、位相変調量ＲがＲ＝λ／４のときには、水平方向直
線偏光が得られたのであるから、入射光束が水平方向直
線偏光のときには、上記考察における位相変調量Ｒから
λ／４を差し引けばよい。したがって光学軸の方位を局
所的に任意に設定し、且つ少なくとも０≦Ｒ≦λ／４の
範囲で、あるいは回転方向も問題とするときには少なく
とも−λ／４≦Ｒ≦λ／４の範囲で、局所的な位相変調
量を任意に設定した位相板を用いれば、そのような位相
板１枚だけによって、直線偏光への偏光補償を行うこと
ができる。
位相板の光学軸がｘ軸と４５°の方向にあるときも、上
記と同様に考えることができる。但し入射光束が円偏光
で、位相変調量ＲがＲ＝λ／４のときには、水平方向直
線偏光が得られたのであるから、入射光束が水平方向直
線偏光のときには、上記考察における位相変調量Ｒから
λ／４を差し引けばよい。したがって光学軸の方位を局
所的に任意に設定し、且つ少なくとも０≦Ｒ≦λ／４の
範囲で、あるいは回転方向も問題とするときには少なく
とも−λ／４≦Ｒ≦λ／４の範囲で、局所的な位相変調
量を任意に設定した位相板を用いれば、そのような位相
板１枚だけによって、直線偏光への偏光補償を行うこと
ができる。
【００５２】なお既述のごとく、直線偏光への偏光補償
を行うときには、補償する必要のない場所での光学軸は
直線偏光の方向を向くことになり、このとき位相変調量
は問題とならなくなるから、厚さが均一な位相板１枚だ
けによって偏光補償をすることができる。これに対して
円偏光への偏光補償では、補償する必要のない場所での
光学軸の方向は問題とならなくなり、位相変調量が０で
ありさえすればよい。したがって位相変調量が０となる
ように境界線Ｃnを適宜曲げることにより、厚さが均一
な位相板１枚だけによって偏光補償をすることも不可能
ではない。
を行うときには、補償する必要のない場所での光学軸は
直線偏光の方向を向くことになり、このとき位相変調量
は問題とならなくなるから、厚さが均一な位相板１枚だ
けによって偏光補償をすることができる。これに対して
円偏光への偏光補償では、補償する必要のない場所での
光学軸の方向は問題とならなくなり、位相変調量が０で
ありさえすればよい。したがって位相変調量が０となる
ように境界線Ｃnを適宜曲げることにより、厚さが均一
な位相板１枚だけによって偏光補償をすることも不可能
ではない。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、例えば
構造性複屈折より作られる１／４波長板と１／２波長板
をタンデムに結合して用いることにより、偏光の乱れが
楕円率にまで及ぶような場合でも偏光補償ができるよう
になり、微妙に変化する偏光状態を測定する偏光顕微鏡
や太陽偏光計の偏光観察・測定装置の測定制度を飛躍的
に向上させることができる。
構造性複屈折より作られる１／４波長板と１／２波長板
をタンデムに結合して用いることにより、偏光の乱れが
楕円率にまで及ぶような場合でも偏光補償ができるよう
になり、微妙に変化する偏光状態を測定する偏光顕微鏡
や太陽偏光計の偏光観察・測定装置の測定制度を飛躍的
に向上させることができる。
【図１】本発明の原理を示す拡大斜視図
【図２】本発明の一実施例による偏光補償光学系を示す
側面図
側面図
【図３】偏光補償の原理を示す（ａ）図２中ａ−ａ線矢
視図（瞳面上）、（ｂ）図２中ｂ−ｂ線矢視図、及び
（ｃ）図２中ｃ−ｃ線矢視図
視図（瞳面上）、（ｂ）図２中ｂ−ｂ線矢視図、及び
（ｃ）図２中ｃ−ｃ線矢視図
【図４】本発明の一実施例による１／４波長板の光学軸
と境界面曲線との関係を示す説明図
と境界面曲線との関係を示す説明図
【図５】本発明の一実施例による１／２波長板の光学軸
と境界面曲線との関係を示す説明図
と境界面曲線との関係を示す説明図
【図６】位相板の境界面曲線の計算方法を示す説明図
【図７】複合位相板の構造を示す断面図
【図８】位相板の製造方法を示す説明図
【図９】水平方向に振動する直線偏光が、（ａ）の顕微
鏡対物レンズ、（ｂ）コンフォーカル顕微鏡レーザビー
ム走査系、を透過した後の偏光の乱れを示す図
鏡対物レンズ、（ｂ）コンフォーカル顕微鏡レーザビー
ム走査系、を透過した後の偏光の乱れを示す図
１…第１の物質 ２…第２の物質 ３…基板 ５…光学系 ６…１／４波長板 ７…１／２波長板
Claims (14)
- 【請求項１】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２の
物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方
向と直交する面内において交互に配置し、且つ前記両物
質の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方
の物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した、光学
軸の方位が局所的に異なる位相板。 - 【請求項２】前記入射光束の方向に沿った前記両物質の
厚さを一様に形成した、請求項１記載の光学軸の方位が
局所的に異なる位相板。 - 【請求項３】前記面内の少なくともいずれかの領域にお
いて、前記入射光束に対して１／４波長板又は１／２波
長板として機能するように、両物質の前記厚さと両物質
の前記それぞれの幅とを形成した、請求項２記載の光学
軸の方位が局所的に異なる位相板。 - 【請求項４】前記入射光束の方向に沿った前記両物質の
厚さを前記面内において変化して形成した、請求項１記
載の光学軸の方位が局所的に異なる位相板。 - 【請求項５】前記面内の全領域において、前記入射光束
に対して１／４波長板又は１／２波長板として機能する
ように、両物質の前記厚さと両物質の前記それぞれの幅
とを形成した、請求項４記載の光学軸の方位が局所的に
異なる位相板。 - 【請求項６】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２の
物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方
向と直交する面内において交互に配置し、且つ前記両物
質の境界面の法線方向における少なくともいずれか一方
の物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した、光学
軸の方位が局所的に異なる位相板の製造方法であって、 基板上に前記第１の物質を堆積する工程と、 該第１の物質上に前記両物質の境界を描画する工程と、 前記第２の物質を配置すべき場所にある前記第１の物質
を除去する工程と、 前記第２の物質を堆積する工程と、 基板上に堆積した前記両物質を研磨する工程とを有す
る、光学軸の方位が局所的に異なる位相板の製造方法。 - 【請求項７】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２の
物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の方
向と直交する面内において交互に配置し、該面内の少な
くともいずれかの領域において前記入射光束に対して１
／４波長板として機能するように、前記両物質の境界面
の法線方向における少なくともいずれか一方の物質の幅
を、境界面に沿って変化して形成した第１の位相板と、 互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質とを、構
造性複屈折体となるように、入射光束の方向と直交する
面内において交互に配置し、該面内の少なくともいずれ
かの領域において前記入射光束に対して１／２波長板と
して機能するように、前記両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを、前記入射光
束の方向に直列に配置した複合位相板。 - 【請求項８】前記第１の位相板と第２の位相板とのうち
の少なくともいずれか一方の、前記入射光束の方向に沿
った厚さを、一様に形成した、請求項７記載の複合位相
板。 - 【請求項９】前記第１の位相板と第２の位相板とを、そ
れぞれ同一の基板の表面と裏面とに形成した、請求項７
又は８記載の複合位相板。 - 【請求項１０】前記第１の位相板と第２の位相板とを、
共に同一の基板の表面と裏面とのいずれか一方の面に形
成した、請求項７又は８記載の複合位相板。 - 【請求項１１】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２
の物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の
方向と直交する面内において交互に配置し、該面内の少
なくともいずれかの領域において前記入射光束に対して
１／４波長板として機能するように、前記両物質の境界
面の法線方向における少なくともいずれか一方の物質の
幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位相板
と、 互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質とを、構
造性複屈折体となるように、入射光束の方向と直交する
面内において交互に配置し、該面内の少なくともいずれ
かの領域において前記入射光束に対して１／２波長板と
して機能するように、前記両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを用意し、 前記面内において主軸の方位と楕円率とが局所的に異な
る光束を、前記第１の位相板、及び第２の位相板の順に
入射し、 第１の位相板の両物質の境界面の前記法線方向を、前記
入射光束の局所的な主軸の方位、又は該主軸の方位と直
交する方位に設定することによって、当該第１の位相板
を透過した光束の楕円率を０とし、 第２の位相板の両物質の境界面の前記法線方向を、前記
第１の位相板を透過した直線偏光の方位の半分の方位に
設定することによって、当該第２の位相板を透過した光
束を、前記面内において一様な直線偏光に変換する、偏
光補償方法。 - 【請求項１２】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２
の物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の
方向と直交する面内において交互に配置し、該面内の少
なくともいずれかの領域において前記入射光束に対して
１／４波長板として機能するように、前記両物質の境界
面の法線方向における少なくともいずれか一方の物質の
幅を、境界面に沿って変化して形成した第１の位相板
と、 互いに屈折率の異なる第３の物質と第４の物質とを、構
造性複屈折体となるように、入射光束の方向と直交する
面内において交互に配置し、該面内の少なくともいずれ
かの領域において前記入射光束に対して１／４波長板と
して機能するように、前記両物質の境界面の法線方向に
おける少なくともいずれか一方の物質の幅を、境界面に
沿って変化して形成した第２の位相板とを用意し、 前記面内において主軸の方位と楕円率とが局所的に異な
る光束を、前記第１の位相板、及び第２の位相板の順に
入射し、 第１の位相板の両物質の境界面の前記法線方向を、前記
入射光束の局所的な主軸の方位、又は該主軸の方位と直
交する方位に設定することによって、当該第１の位相板
を透過した光束の楕円率を０とし、 第２の位相板の両物質の境界面の前記法線方向を、前記
第１の位相板を透過した直線偏光の方位と４５°の角度
をなす方位に設定することによって、当該第２の位相板
を透過した光束を、前記面内において一様な円偏光に変
換する、偏光補償方法。 - 【請求項１３】互いに屈折率の異なる第１の物質と第２
の物質とを、構造性複屈折体となるように、入射光束の
方向と直交する面内において交互に配置し、且つ前記両
物質の境界面の法線方向における少なくともいずれか一
方の物質の幅を、境界面に沿って変化して形成した、光
学軸の方位が局所的に異なる位相板を用意し、 前記面内において主軸の方位と楕円率とが局所的に異な
る光束を、前記位相板に入射し、 該入射光束の局所的な主軸の方位と楕円率とに適合する
ように、前記位相板の両物質の境界面を形成することに
より、当該位相板を透過した光束を、前記面内において
一様な直線偏光又は円偏光に変換する、偏光補償方法。 - 【請求項１４】前記入射光束の方向に沿った前記両物質
の厚さを前記面内において変化して形成した、請求項１
３記載の偏光補償方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32967895A JP3451816B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 光学軸の方位が局所的に異なる位相板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32967895A JP3451816B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 光学軸の方位が局所的に異なる位相板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145920A true JPH09145920A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3451816B2 JP3451816B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=18224050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32967895A Expired - Fee Related JP3451816B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 光学軸の方位が局所的に異なる位相板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451816B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026791A1 (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-08 | Nikon Corporation | 偏光補償光学系 |
| EP1882968A1 (en) * | 2005-05-18 | 2008-01-30 | Olympus Corporation | Polarization microscope |
-
1995
- 1995-11-22 JP JP32967895A patent/JP3451816B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1882968A1 (en) * | 2005-05-18 | 2008-01-30 | Olympus Corporation | Polarization microscope |
| EP1882968A4 (en) * | 2005-05-18 | 2010-09-01 | Olympus Corp | POLARIZATION MICROSCOPE |
| WO2007026791A1 (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-08 | Nikon Corporation | 偏光補償光学系 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3451816B2 (ja) | 2003-09-29 |
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