JPH09218308A - Polarized light separating element, and solid image pikcup device and light emitting element array printer using the same - Google Patents
Polarized light separating element, and solid image pikcup device and light emitting element array printer using the sameInfo
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Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光分離素子とそ
れを用いた固体撮像装置及び発光素子アレイプリンタに
係り、固体撮像装置においては、特に高画質化が要求さ
れるビデオカメラ装置に用いて好適なものであり、発光
素子アレイプリンタにおいては、高解像度化に好適なも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization separation element, a solid-state image pickup device and a light-emitting element array printer using the same, and in the solid-state image pickup device, a video camera device which is particularly required to have high image quality is used. It is suitable, and is suitable for high resolution in the light emitting element array printer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、このような分野の先行技術として
は、例えば、特開平6−82846号公報に開示される
ようなものがあった。固体撮像素子等を用いた画像入力
装置において、高画質化が要望されている。さらに、高
画質化の中でも特に、高解像度化が望まれており、それ
に対応するために、高画素数の固体撮像素子の開発が進
められているが、歩留まりなどの点で、コスト高になる
問題があった。2. Description of the Related Art Conventionally, as a prior art in such a field, there has been one disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-82846. There is a demand for high image quality in an image input device using a solid-state image sensor or the like. Further, among the high image quality, in particular, higher resolution is desired, and in order to meet such demand, solid-state image pickup devices with a high pixel count are being developed, but the cost is high in terms of yield and the like. There was a problem.
【0003】また、固体撮像素子の画素数を増やすこと
なく高解像度化する方式が、上記文献に記述されてい
る。この固体撮像装置は、被写体の像を撮像面に結像さ
せる撮像レンズと、この撮像レンズにより結像された像
を光電変換する固体撮像素子とを有する固体撮像装置に
おいて、撮像レンズと固体撮像素子との間の光路中に、
偏光素子と電圧制御偏光素子と複屈折素子とを設けると
ともに、電圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を
印加して、電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を
所定のタイミングで制御する制御回路と、制御回路の制
御状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設けて
いる。Further, a method of increasing the resolution without increasing the number of pixels of the solid-state image pickup device is described in the above-mentioned document. The solid-state imaging device includes an imaging lens that forms an image of a subject on an imaging surface, and a solid-state imaging device that photoelectrically converts the image formed by the imaging lens. In the optical path between
A control for providing a polarization element, a voltage control polarization element, and a birefringence element, and applying a voltage to the voltage control polarization element at a predetermined timing to control the polarization state of light passing through the voltage control polarization element at a predetermined timing. A circuit and a signal processing device for performing image synthesis according to the control state of the control circuit are provided.
【0004】電圧制御偏光素子は、例えばTN液晶素子
などであり、電圧が印加されているときはここを通過す
る光の偏光面を回転させないが、電圧が印加されていな
いときはここを通過する光の偏光面を90°回転させる
ので、電圧制御偏光装置に所定のタイミングで電圧を印
加すると、複屈折素子を介して固体撮像素子に到達する
光線は、複屈折素子の分離幅だけ位置がずれることにな
り、機械的な駆動機構を設けることなく、光路の分離が
可能となる。The voltage control polarization element is, for example, a TN liquid crystal element or the like, which does not rotate the polarization plane of light passing therethrough when a voltage is applied, but passes through here when no voltage is applied. Since the plane of polarization of light is rotated by 90 °, when a voltage is applied to the voltage control polarization device at a predetermined timing, the light beam reaching the solid-state imaging device via the birefringence element is displaced by the separation width of the birefringence element. Therefore, the optical paths can be separated without providing a mechanical drive mechanism.
【0005】図6は従来の固体撮像装置の概略構成図で
ある。この図に示すように、被写体からの光1はレンズ
2、偏光素子3、電圧制御偏光素子4、複屈折素子5を
経て、固体撮像素子6へ至る。また、固体撮像素子6か
らの出力信号は、信号処理装置7で必要な処理が施され
た後、ビデオ信号Svとして出力される。電圧制御偏光
素子4は制御回路8によって、例えば、フレームごとに
電圧制御を受けて偏光面が90°回転する。制御回路8
は、同期信号発生器9の出力に基づいてその出力電圧を
制御している。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional solid-state image pickup device. As shown in this figure, light 1 from a subject passes through a lens 2, a polarizing element 3, a voltage control polarizing element 4, and a birefringent element 5 and reaches a solid-state image sensor 6. The output signal from the solid-state image pickup device 6 is output as a video signal Sv after being subjected to necessary processing by the signal processing device 7. The voltage-controlled polarization element 4 is subjected to voltage control for each frame by the control circuit 8, and the polarization plane is rotated by 90 °. Control circuit 8
Controls its output voltage based on the output of the synchronization signal generator 9.
【0006】図7はその従来の固体撮像装置の動作説明
図である。まず、電圧制御偏光素子4に電圧を印加しな
い場合について、図7(a)を用いて説明する。偏光素
子3に至るまでの光1は、自然光なので偏光していな
い。偏光素子3を例えば、紙面に平行な向きの偏光を透
過するように配置する。この場合、電圧制御偏光素子4
に電圧を印加しないので、透過光は、紙面に垂直な方向
の偏光となり、複屈折素子5に入射する。FIG. 7 is an operation explanatory view of the conventional solid-state image pickup device. First, the case where no voltage is applied to the voltage control polarization element 4 will be described with reference to FIG. The light 1 reaching the polarizing element 3 is natural light and is not polarized. The polarizing element 3 is arranged, for example, so as to transmit polarized light in a direction parallel to the paper surface. In this case, the voltage control polarization element 4
Since no voltage is applied to the transmitted light, the transmitted light becomes polarized light in the direction perpendicular to the paper surface and enters the birefringent element 5.
【0007】この複屈折素子5は例えば水晶、方解石な
どによる平行平板であり、結晶軸に対し、角度φとなる
ように入射側に予定された面法線を設定してある。自然
光が入射されると、常光線と異常光線とに分離されて出
力される。図8は複屈折素子に自然光を入射した場合の
光の分離を模式的に示した図である。このとき、複屈折
素子5に入射される常光線は分離方向に垂直な方向に偏
光した(この場合、紙面に垂直な偏光であり、黒ドット
で示す)光であって、そのまま透過する。複屈折素子5
に入射される異常光線は、分離方向に平行な方向に偏光
した(この場合、紙面に平行の偏光であり、両矢印で示
す)光であって、所定の分離幅だけずれて出力される。The birefringent element 5 is, for example, a parallel plate made of quartz, calcite, etc., and a predetermined surface normal is set on the incident side so as to form an angle φ with the crystal axis. When natural light is incident, it is separated into ordinary rays and extraordinary rays and output. FIG. 8 is a diagram schematically showing the separation of light when natural light is incident on the birefringent element. At this time, the ordinary ray incident on the birefringent element 5 is the light polarized in the direction perpendicular to the separation direction (in this case, the polarized light is perpendicular to the paper surface and shown by black dots), and is transmitted as it is. Birefringent element 5
The extraordinary ray incident on is a light polarized in a direction parallel to the separation direction (in this case, it is a polarization parallel to the paper surface and is shown by a double-headed arrow) and is output with a predetermined separation width.
【0008】したがって、電圧制御偏光素子4に電圧を
印加しない場合、複屈折素子5に入射される偏光は常光
線であり、図7(a)に示すように、変位することなく
透過する。次に、電圧制御偏光素子4に電圧を印加した
場合について、図7(b)を用いて説明する。この場
合、電圧制御偏光素子4を透過した光は、偏光面の回転
を受けない。したがって、紙面に平行な方向の偏光のま
ま、複屈折素子5に入射する。Therefore, when no voltage is applied to the voltage control polarization element 4, the polarized light incident on the birefringence element 5 is an ordinary ray, and as shown in FIG. 7A, it is transmitted without displacement. Next, the case where a voltage is applied to the voltage control polarization element 4 will be described with reference to FIG. In this case, the light transmitted through the voltage control polarization element 4 does not undergo rotation of the polarization plane. Therefore, it enters the birefringent element 5 as it is as the polarized light in the direction parallel to the paper surface.
【0009】この場合、複屈折素子5に入射される偏光
は異常光線であり、所定の分離幅だけずれて出力され
る。したがって、電圧制御偏光素子4に電圧を印加した
場合、複屈折素子5に入射される偏光は異常光線であ
り、所定の距離だけ変位して透過する。したがって、固
体撮像素子6に到達する光線は電圧制御偏光素子4に電
圧を印加する場合と、印加しない場合とでは、複屈折素
子5の分離幅分だけ位置がずれることになる。そこで上
記分離幅を固体撮像素子6の光電変換用フォトダイオー
ドPDのピッチPの1/2の幅(1/2)Pになるよう
に設定すると、等価的にサンプリング間隔が1/2倍
(サンプリング点が2倍)になったことになり、高解像
度の画像を得ることができる。In this case, the polarized light incident on the birefringent element 5 is an extraordinary ray, which is output after being shifted by a predetermined separation width. Therefore, when a voltage is applied to the voltage control polarization element 4, the polarized light entering the birefringence element 5 is an extraordinary ray, which is displaced by a predetermined distance and transmitted. Therefore, the light beam reaching the solid-state imaging device 6 is displaced by the separation width of the birefringent element 5 when the voltage is applied to the voltage control polarization element 4 and when the voltage is not applied. Therefore, if the separation width is set to a width (1/2) P that is 1/2 of the pitch P of the photoelectric conversion photodiodes PD of the solid-state image sensor 6, the sampling interval is equivalently 1/2 times (sampling). This means that the number of points is doubled, and a high-resolution image can be obtained.
【0010】光学的にずれた画像を合成して復元する方
法は、例えば、同期信号発生器から与えられる同期信号
に応じて、例えば、フレーム毎に電圧制御偏光素子に電
圧をON・OFFし、フレーム毎に光学像がずれるよう
に制御する。そして、後段の信号処理装置において1/
2分のオフセット補正を行う。A method of synthesizing and restoring images that have been optically deviated is, for example, to turn on / off the voltage to the voltage control polarization element for each frame according to the synchronization signal given from the synchronization signal generator, Control is performed so that the optical image shifts for each frame. Then, in the subsequent signal processing device, 1 /
Perform offset correction for 2 minutes.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置には次のような問題があった。すなわち、
複屈折素子によって分離した常光線と異常光線は、変位
した光と変位しない光となっているため、撮像レンズに
よって固体撮像素子の光電変換用フォトダイオードPD
面に結像させる場合、変位した光像と変位しない光像の
間に、ピントのずれが発生し、ボケが生じてしまうとい
う問題があった。これは高解像度の画像を得ようとする
撮像装置において重大な問題であった。However, the above-mentioned conventional device has the following problems. That is,
Since the ordinary ray and the extraordinary ray separated by the birefringent element are the displaced light and the undisplaced light, the photoelectric conversion photodiode PD of the solid-state imaging element is used by the imaging lens.
When an image is formed on a surface, there is a problem that defocus occurs between the displaced optical image and the non-displaced optical image, causing blurring. This has been a serious problem in image pickup devices that are trying to obtain high resolution images.
【0012】本発明は、上記の問題に鑑み、ピントずれ
によるボケが発生することなく高解像度の画像が容易に
得られる偏光分離素子とそれを用いた固体撮像装置及び
発光素子アレイプリンタを提供することを目的とする。In view of the above problems, the present invention provides a polarization beam splitting element which can easily obtain a high resolution image without causing blurring due to defocusing, a solid-state imaging device using the same, and a light emitting element array printer. The purpose is to
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 (1)偏光分離素子において、複屈折性を有し、その光
軸に対して所定の角度となるように、入射側に予定され
た面法線を設定して、平行平板とした第1の複屈折素子
と、この第1の複屈折素子と同一の材質で、結晶軸角
度、厚さを同一とし、前記第1の複屈折素子における、
常光線に対する異常光線の分離幅と同一距離で、かつ方
向が逆となるように設定、配置した第2の複屈折素子
と、前記第1の複屈折素子と第2の複屈折素子の間に設
置され、前記第1の複屈折素子から出力される変位して
いない常光線成分と、分離され変位して前記第1の複屈
折素子から出力される異常光線成分とを、それぞれの偏
光面を90°の奇数倍回転させ、前記第1の複屈折素子
から出力される変位していない常光線成分を第2の複屈
折素子における異常光線として、前記第1の複屈折素子
から出力される異常光線成分を第2の複屈折素子におけ
る常光線成分として第2の複屈折素子に入射させる偏光
回転素子とを設けるようにしたものである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides: (1) a polarization separation element having birefringence and having a predetermined angle with respect to its optical axis, By setting a predetermined surface normal on the incident side, the first birefringent element formed as a parallel plate and the same material as the first birefringent element, having the same crystal axis angle and the same thickness, In the first birefringent element,
Between the second birefringent element set and arranged at the same distance as the separation width of the extraordinary ray with respect to the ordinary ray and arranged in the opposite direction, and between the first birefringent element and the second birefringent element. An ordinary ray component that is installed and is not displaced and that is output from the first birefringent element, and an extraordinary ray component that is separated and displaced and is output from the first birefringent element Abnormality output from the first birefringent element as an extraordinary ray in the second birefringent element by rotating the ordinary ray component output from the first birefringent element by an odd multiple of 90 ° A polarization rotation element that causes the light ray component to enter the second birefringent element as an ordinary ray component in the second birefringent element is provided.
【0014】したがって、入射する自然光のうち、「x
−z平面に偏光面をもつ偏光」は、第1の複屈折素子に
おいて距離Sだけ変位し、「y−z平面に偏光面をもつ
偏光」は、第2の複屈折素子において逆方向に距離Sだ
け変位する。どちらの偏光も同一距離の変位を行ってい
るため、両光線とも光路差、伝播時間差はなく、レンズ
によって両光線を結像させても形成される光像の間にピ
ントのずれは発生しない。Therefore, of the incident natural light, "x
“Polarized light having a plane of polarization in the z plane” is displaced by a distance S in the first birefringent element, and “polarized light having a plane of polarization in the yz plane” is distanced in the opposite direction in the second birefringent element. Displace by S. Since both polarizations are displaced by the same distance, there is no optical path difference or propagation time difference between both light rays, and even if both light rays are imaged by a lens, no focus shift occurs between the formed optical images.
【0015】(2)上記(1)記載の偏光分離素子にお
いて、前記偏光回転素子が、透過光波長における半波長
板条件を満たす素子である。したがって、上記(1)記
載の効果を奏するとともに、半波長板によって、簡単に
位相差によって偏光を回転させることができる。 (3)上記(1)記載の偏光分離素子において、前記偏
光回転素子が、偏光を90°の奇数倍回転させるような
旋光性素子である。(2) In the polarization beam splitting element described in (1) above, the polarization rotating element satisfies the half-wave plate condition at the transmitted light wavelength. Therefore, in addition to the effect described in (1) above, the polarized light can be easily rotated by the phase difference by the half-wave plate. (3) In the polarization beam splitting element described in (1) above, the polarization rotating element is an optical rotatory element that rotates polarized light by an odd multiple of 90 °.
【0016】したがって、上記(1)記載の効果を奏す
るとともに、偏光回転素子により、簡単な構成で、偏光
を90°の奇数倍回転させることができる。また、旋光
性を有する素子としては、TN液晶素子や液晶分子の捩
じれ配向を固定化した液晶性のフィルムなどを用いても
良い。また、旋光性を有する光学結晶(水晶など)を用
いてもよい。Therefore, in addition to the effect described in the above item (1), the polarization rotating element can rotate the polarized light by an odd multiple of 90 ° with a simple structure. Further, as the element having the optical rotatory power, a TN liquid crystal element or a liquid crystal film in which the twisted orientation of liquid crystal molecules is fixed may be used. Moreover, you may use the optical crystal (crystal etc.) which has optical activity.
【0017】(4)上記(3)記載の偏光分離素子にお
いて、前記偏光回転素子が、平行配向処理を施した基板
をその配向処理方向が90°捩じれるように配置させ、
ネマティック液晶を封入したTN液晶素子である。この
ように、偏光回転素子として、TN液晶素子を用いるよ
うにしたので、液晶分子の捩れ配向によって偏光を回転
させることができる。したがって、上記(3)記載の効
果を奏するとともに、モーガン条件を満足するように素
子条件を決めることにより、広い波長域において旋光性
を持たせることができる。(4) In the polarization beam splitting element described in the above (3), the polarization rotating element is arranged so that the substrate subjected to the parallel alignment treatment is twisted by 90 ° in the alignment treatment direction.
It is a TN liquid crystal element in which a nematic liquid crystal is enclosed. As described above, since the TN liquid crystal element is used as the polarization rotating element, the polarized light can be rotated by the twisted alignment of the liquid crystal molecules. Therefore, in addition to the effect described in the above (3), optical rotatory power can be given in a wide wavelength range by determining the element condition so as to satisfy the Morgan condition.
【0018】(5)被写体の像を撮像面に結像させる撮
像レンズと、前記撮像レンズにより結像された像を光電
変換する固体撮像素子とを有する固体撮像装置におい
て、前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の光路中
に、偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項1から4まで
のいずれか1つの偏光分離素子とを設けるとともに、前
記電圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加し
て、前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所
定のタイミングで制御する制御回路と、前記制御回路の
制御状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設け
るようにしたものである。(5) In a solid-state image pickup device having an image pickup lens for forming an image of a subject on an image pickup surface and a solid-state image pickup device for photoelectrically converting the image formed by the image pickup lens, the image pickup lens and the solid-state image pickup device are provided. A polarization element, a voltage control polarization element, and a polarization separation element according to any one of claims 1 to 4 are provided in an optical path between the imaging element and a voltage is applied to the voltage control polarization element at a predetermined timing. Then, a control circuit for controlling the polarization state of the light passing through the voltage control polarization element at a predetermined timing, and a signal processing device for performing image combination according to the control state of the control circuit are provided. is there.
【0019】したがって、固体撮像素子に到達する光線
は電圧制御偏光素子に電圧を印加する場合と、印加しな
い場合とでは、偏光分離素子の分離幅分(2S)だけ位
置がずれることになる。そこで、偏光分離素子の上記分
離幅2Sを固体撮像素子の光電変換用フォトダイオード
PDのピッチPの1/2の幅(1/2)Pになるよう
に、すなわち、各複屈折素子の分離幅Sを固体撮像素子
の光電変換用フォトダイオードPDのピッチPの幅(1
/4)Pに設定すると、等価的にサンプリング間隔が1
/2倍(サンプリング点が2倍)になったことになり、
高解像度の画像を得ることができる。Therefore, the light beam reaching the solid-state image pickup device is displaced by the separation width (2S) of the polarization separation element between when the voltage is applied to the voltage control polarization element and when the voltage is not applied. Therefore, the separation width 2S of the polarization separation element is set to be half the width (1/2) P of the pitch P of the photoelectric conversion photodiode PD of the solid-state image pickup element, that is, the separation width of each birefringent element. S is the width of the pitch P of the photodiodes PD for photoelectric conversion of the solid-state image sensor (1
/ 4) When set to P, the sampling interval is equivalently 1
/ 2 times (sampling points are doubled),
A high resolution image can be obtained.
【0020】(6)印字データを発生させる印字データ
に従って点灯・消灯を行う発光素子アレイと、この発光
素子アレイからの光を感光媒体に結像するロッドレンズ
アレイと、前記発光素子アレイからの光を結像させ静電
潜像を形成する感光媒体とを有する電子写真方式の発光
素子アレイプリンタにおいて、前記発光素子アレイと前
記感光媒体との間の光路中に、偏光素子と電圧制御偏光
素子と請求項1から4までのいずれか1つの偏光分離素
子とを設けるとともに、前記電圧制御偏光素子へ所定の
タイミングで電圧を印加して、前記電圧制御偏光素子を
通過する光の偏光状態を所定のタイミングで制御する制
御回路を設けるようにしたものである。(6) Light emitting element array for turning on / off according to print data for generating print data, rod lens array for focusing light from the light emitting element array on a photosensitive medium, and light from the light emitting element array In the electrophotographic light-emitting element array printer having a photosensitive medium for forming an electrostatic latent image by forming a polarizing element and a voltage-controlled polarizing element in an optical path between the light-emitting element array and the photosensitive medium. The polarization separating element according to any one of claims 1 to 4 is provided, and a voltage is applied to the voltage control polarizing element at a predetermined timing to set a polarization state of light passing through the voltage control polarizing element to a predetermined value. A control circuit for controlling the timing is provided.
【0021】したがって、本発明の偏光分離素子を発光
素子アレイプリンタの露光光学系に用いた場合、露光解
像度は発光素子密度の2倍となり、高解像度の画像が得
られるとともに、ロッドレンズアレイによる結像の際に
も、ピントずれがなく、良好な結像が得られる。Therefore, when the polarization separation element of the present invention is used in the exposure optical system of a light emitting element array printer, the exposure resolution is twice the light emitting element density, a high-resolution image is obtained, and the rod lens array is used. Even in the case of an image, there is no focus shift, and good image formation can be obtained.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の
第1実施例の偏光分離素子の構成図であり、図1(a)
はその構造図、図1(b)はその光の透過を模式的に示
した図である。これらの図に示すように、本発明の偏光
分離素子19は、光の入射側から、第1の複屈折素子1
1は、入射光の波長で透明であることが望ましく、例え
ば、方解石、ルチル結晶などがあるが、ここでは方解石
を用いる。偏光回転素子12は入射光波長において偏光
を90°回転させる素子であり、例えば半波長板を用い
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a polarization beam splitting element of a first embodiment of the present invention.
Is a structural diagram thereof, and FIG. 1B is a diagram schematically showing transmission of the light. As shown in these figures, the polarization splitting element 19 of the present invention includes a first birefringent element 1 from the light incident side.
1 is preferably transparent at the wavelength of incident light, and for example, calcite, rutile crystal, etc. are used, but here calcite is used. The polarization rotation element 12 is an element that rotates polarized light by 90 ° at the wavelength of incident light, and uses, for example, a half-wave plate.
【0023】第2の複屈折素子13は、第1の複屈折素
子11と同一の素子を用い、後述する第1の複屈折素子
11で設定した分離幅と同一の分離幅とする。第2の複
屈折素子13は、その光軸方向を第1の複屈折素子11
と逆方向に設置し、光線の分離方向が逆になるように設
置する。次に、この偏光分離素子の動作について説明す
る。The second birefringent element 13 uses the same element as the first birefringent element 11 and has the same separation width as the separation width set in the first birefringent element 11 described later. The second birefringent element 13 has its optical axis direction set in the first birefringent element 11
Install in the opposite direction, and so that the separation direction of the light rays is opposite. Next, the operation of this polarization separation element will be described.
【0024】図1(b)に示すように、偏光は両矢印で
示し、x−z平面に偏光面をもつ偏光と、y−z平面に
偏光面をもつ偏光を表す。偏光していない自然光は互い
に直交する偏光で表すことができるので、x−z平面に
偏光面をもつ偏光と、y−z平面に偏光面をもつ偏光を
示す矢印を重ねて示す。ここでは偏光していない自然光
を入射させる。As shown in FIG. 1 (b), polarized light is indicated by a double-headed arrow and represents polarized light having a plane of polarization in the xz plane and polarized light having a plane of polarization in the yz plane. Since unpolarized natural light can be represented by polarized lights that are orthogonal to each other, an arrow showing a polarized light having a polarization plane in the xz plane and an arrow showing a polarized light having a polarization plane in the yz plane are overlapped. Here, unpolarized natural light is incident.
【0025】第1の複屈折素子11は複屈折性を有する
平行平板であり、結晶軸に対して角度φとなるように入
射側に予定された面法線を設定してある。ここで、結晶
軸方向はx−z平面にある。光をz軸方向に入射させた
とき、異常光線成分である「x−z平面に偏光面をもつ
偏光」は、距離Sだけ変位しながらz軸方向に進行し、
常光線成分である「y−z平面に偏光面をもつ偏光」
は、変位を受けずに透過する。The first birefringent element 11 is a parallel plate having birefringence and has a predetermined surface normal on the incident side so as to form an angle φ with the crystal axis. Here, the crystal axis direction is in the xz plane. When light is incident in the z-axis direction, "polarized light having a polarization plane in the xz plane", which is an extraordinary ray component, advances in the z-axis direction while being displaced by a distance S,
"Polarized light with a plane of polarization in the yz plane" which is an ordinary ray component
Penetrates without any displacement.
【0026】第1の複屈折素子11の厚さをDとしたと
き、変位量sは次の式で表すことができる。 s=〔D(b2 −a2 )/2c2 〕sin2φ …(1) a=1/ne b=1/nO c2 =a2 sin2 φ+b2 cos2 φ ただし、複屈折素子の結晶軸方向の屈折率をne 、結晶
軸と直交方向の屈折率をnO としている。When the thickness of the first birefringent element 11 is D, the displacement amount s can be expressed by the following equation. s = [D (b 2 −a 2 ) / 2c 2 ] sin2φ (1) a = 1 / n e b = 1 / n O c 2 = a 2 sin 2 φ + b 2 cos 2 φ the refractive index n e of the crystal axis direction and the refractive index of the crystal axis direction perpendicular to the n O.
【0027】分離された光は、偏光回転素子12に入射
する。偏光回転素子12は直線偏光を90°回転させる
素子である。本発明の第1実施例では、半波長板を用い
る。半波長板は入射面(ここではx−y平面)において
結晶軸14を有する複屈折性の平行平板であり、結晶軸
方向に対して45°方向の偏光を90°回転させる。し
たがって本発明の第1実施例では、半波長板の結晶軸を
x−y平面上かつx軸とy軸から45°方向になるよう
に半波長板を配置する。The separated light enters the polarization rotation element 12. The polarization rotation element 12 is an element that rotates linearly polarized light by 90 °. In the first embodiment of the present invention, a half wave plate is used. The half-wave plate is a birefringent parallel plate having a crystal axis 14 in the incident plane (here, the xy plane), and rotates polarized light in the 45 ° direction by 90 ° with respect to the crystal axis direction. Therefore, in the first embodiment of the present invention, the half-wave plate is arranged so that the crystal axis of the half-wave plate is on the xy plane and at a direction of 45 ° from the x-axis and the y-axis.
【0028】半波長板を通過した光は、その偏光方向が
90°回転して、第2の複屈折素子13へと入射する。
したがって、上記、第1の複屈折素子11において、距
離Sだけ変位しながら透過した「x−z平面に偏光面を
もつ偏光」は、「y−z平面に偏光面をもつ偏光」とな
り、上記第1の複屈折素子11において、変位を受けず
に透過した「y−z平面に偏光面をもつ偏光」は「x−
z平面に偏光面をもつ偏光」へと入れ替わって、第2の
複屈折素子13へと入射する。The light passing through the half-wave plate has its polarization direction rotated by 90 ° and is incident on the second birefringent element 13.
Therefore, in the first birefringent element 11, the “polarized light having the polarization plane in the xz plane” transmitted while being displaced by the distance S becomes “polarized light having the polarization plane in the yz plane”, and In the first birefringent element 11, “polarized light having a polarization plane in the yz plane” transmitted without being displaced is “x-
The polarized light has a polarization plane in the z-plane and is incident on the second birefringent element 13.
【0029】第2の複屈折素子13は、第1の複屈折素
子11と同一の素子を用い、第1の複屈折素子11で設
定した分離幅と同一の分離幅Sとする。第2の複屈折素
子13は、その光軸方向を第1の複屈折素子11と逆方
向に設置し、光線の分離方向が逆になるように設置す
る。すなわち、同一の結晶材料であれば、結晶軸角度を
−φ、厚さDを同一にすればよい。The second birefringent element 13 uses the same element as the first birefringent element 11, and has the same separation width S as the separation width set by the first birefringent element 11. The second birefringent element 13 is installed so that its optical axis direction is opposite to that of the first birefringent element 11, and the light separating directions are opposite. That is, if the same crystal material is used, the crystal axis angle may be −φ and the thickness D may be the same.
【0030】結晶軸方向はx−z平面にある。光をz軸
方向に入射させたとき、異常光線成分である「x−z平
面に偏光面をもつ偏光」は、第1の複屈折素子11の場
合とは逆方向に距離Sだけ変位しながらz軸方向に進行
し、常光線成分である「y−z平面に偏光面をもつ偏
光」は、変位を受けずに透過する。以上をまとめると、
本発明の第1実施例において、入射する自然光のうち、
「x−z平面に偏光面をもつ偏光」は、第1の複屈折素
子11において距離Sだけ変位し、「y−z平面に偏光
面をもつ偏光」は、第2の複屈折素子13において逆方
向に距離Sだけ変位する。すなわち、どちらの偏光も、
等しく距離Sずつ、互いに逆方向に変位することにな
る。したがって、分離幅は2Sとなる。The crystal axis direction is in the xz plane. When light is incident in the z-axis direction, the “polarized light having a polarization plane in the xz plane”, which is an extraordinary ray component, is displaced by the distance S in the direction opposite to the case of the first birefringent element 11. The “polarized light having a plane of polarization in the yz plane”, which is an ordinary ray component and proceeds in the z-axis direction, is transmitted without being displaced. To summarize the above,
In the first embodiment of the present invention, of the incident natural light,
The “polarized light having the polarization plane in the xz plane” is displaced by the distance S in the first birefringent element 11, and the “polarized light having the polarization plane in the yz plane” is generated in the second birefringent element 13. It is displaced by the distance S in the opposite direction. That is, both polarizations
They are displaced in the opposite directions by the same distance S. Therefore, the separation width is 2S.
【0031】上記したように、第1実施例によれば、入
射する自然光のうち、「x−z平面に偏光面をもつ偏
光」は、第1の複屈折素子11において距離Sだけ変位
し、「y−z平面に偏光面をもつ偏光」は、第2の複屈
折素子13において逆方向に距離Sだけ変位する。どち
らの偏光も同一距離の変位を行っているため、両光線と
も光路差、伝播時間差はなく、レンズによって両光線を
結像させても形成される光像の間にピントのずれは発生
しない。As described above, according to the first embodiment, "polarized light having a polarization plane in the xz plane" among incident natural light is displaced by the distance S in the first birefringent element 11, The “polarized light having a polarization plane in the yz plane” is displaced by the distance S in the opposite direction in the second birefringent element 13. Since both polarizations are displaced by the same distance, there is no optical path difference or propagation time difference between both light rays, and even if both light rays are imaged by a lens, no focus shift occurs between the formed optical images.
【0032】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図2は本発明の第2実施例の偏光分離素子の構成図
であり、図2(a)はその構造図、図2(b)はその光
の透過を模式的に示した図である。この第2実施例で
は、第1実施例における偏光回転素子12として、旋光
素子15を用いる。この旋光素子15は、直線偏光を所
定の角度だけ回転させる素子である。ここでは90°回
転させる必要があるためTN液晶素子を用いる。Next, a second embodiment of the present invention will be described. 2A and 2B are configuration diagrams of a polarization beam splitting element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a structural diagram thereof, and FIG. 2B is a diagram schematically showing transmission of light thereof. In the second embodiment, an optical rotation element 15 is used as the polarization rotation element 12 in the first embodiment. The optical rotation element 15 is an element that rotates linearly polarized light by a predetermined angle. Here, since it is necessary to rotate 90 °, a TN liquid crystal element is used.
【0033】このTN液晶素子は、表面に、図示しない
配向膜を形成し、ラビングなどの平行配向処理を施した
2枚のガラス基板(16、17)を互いのラビング方向
が90°捩じれるように対向し、所定の間隔をもって配
置し、ネマティック液晶(例えばメルク社製ZLI−5
081などが好適である)を封入し、周囲を封止したも
のである。電圧を印加する必要がないので電極は必要な
い。偏光回転素子としてはラビング方向が、前述のx軸
方向あるいはy軸方向となるように配置することが効果
的である。In this TN liquid crystal element, an alignment film (not shown) is formed on the surface, and two glass substrates (16, 17) that have been subjected to parallel alignment treatment such as rubbing are twisted so that the rubbing directions thereof are twisted by 90 °. The nematic liquid crystal (for example, ZLI-5 manufactured by Merck & Co., Inc.).
No. 081 is suitable) and the periphery is sealed. No electrodes are needed because no voltage needs to be applied. It is effective to arrange the polarization rotating element so that the rubbing direction is the above-mentioned x-axis direction or y-axis direction.
【0034】次に、その偏光分離素子の動作について説
明する。第2実施例では、偏光回転素子における偏光回
転の原理が第1実施例における偏光回転の原理と異なっ
ている。すなわち、偏光回転素子として用いたTN液晶
素子における液晶分子の捩じれ配向によって、偏光を9
0°回転させるものとなっている。Next, the operation of the polarization separation element will be described. In the second embodiment, the principle of polarization rotation in the polarization rotating element is different from that in the first embodiment. That is, the polarized light is polarized by the twisted orientation of the liquid crystal molecules in the TN liquid crystal element used as the polarization rotation element.
It is supposed to rotate 0 °.
【0035】偏光回転素子における偏光回転の原理が異
なるだけで、光線の分離等は第1実施例と同様なので詳
細な説明については省略する。上記したように、第2実
施例によって分離された両光線とも、光路差、伝播時間
差はなく、レンズによって両光線を結像させても、形成
される光像の間にピントのずれは発生しないという効果
は、第1実施例の場合と同様である。Only the principle of polarization rotation in the polarization rotator is different, and the separation of the light rays is the same as in the first embodiment, so a detailed description will be omitted. As described above, there is no optical path difference or propagation time difference between the two light rays separated by the second embodiment, and even if both light rays are imaged by a lens, no focus shift occurs between the formed optical images. The effect is similar to that of the first embodiment.
【0036】第1実施例における半波長板では位相差に
よって偏光を回転させるのに対し、TN液晶素子を用い
る第2実施例では、液晶分子18の捩じれ配向によって
偏光を回転させるようになっている点で相違している。
したがって、第1実施例では、厳密には、所定の波長に
限って偏光が90°回転できるのに対し、第2実施例の
TN液晶素子を用いた場合は、モーガン条件を満足する
ように素子条件を決めることにより、広い波長域におい
て、旋光性を有するというメリットもある。In the half-wave plate in the first embodiment, the polarized light is rotated by the phase difference, whereas in the second embodiment using the TN liquid crystal element, the polarized light is rotated by the twisted orientation of the liquid crystal molecules 18. They differ in points.
Therefore, strictly speaking, in the first embodiment, the polarized light can be rotated by 90 ° only within a predetermined wavelength, whereas when the TN liquid crystal device of the second embodiment is used, the device should satisfy the Morgan condition. By determining the conditions, there is also an advantage that the compound has optical activity in a wide wavelength range.
【0037】また、旋光性を有する素子としては、液晶
分子の捩じれ配向を固定化した液晶性のフィルムなどを
用いても良い。また、旋光性を有する光学結晶(水晶な
ど)を用いてもよい。したがって、第1実施例、2実施
例において、所定の変位量Sを得る場合、従来のような
複屈折素子のみによる分離素子では、一方の「x−z平
面に偏光面をもつ偏光」のみがSだけ変化するため、分
離された光の間で光路差、時間差が発生し、レンズ系で
結像させた場合にピントずれが発生していた。Further, as the element having optical rotatory power, a liquid crystal film in which the twisted orientation of liquid crystal molecules is fixed may be used. Moreover, you may use the optical crystal (crystal etc.) which has optical activity. Therefore, in the first and second embodiments, when a predetermined displacement amount S is obtained, only one "polarized light having a polarization plane in the xz plane" is obtained in the conventional separation element including only the birefringent element. Since only S changes, an optical path difference and a time difference occur between the separated lights, and a focus shift occurs when an image is formed by the lens system.
【0038】一方、本発明の偏光分離素子では、所定の
変位量Sを得る場合、「x−z平面に偏光面をもつ偏
光」と、「y−z平面に偏光面をもつ偏光」の両方の偏
光が等しく距離(1/2)Sずつ変位して所定の変位量
Sを得るので、分離された光の間で光路差、時間差が補
償され、レンズ系で結像させた場合にピントずれが発生
しない。On the other hand, in the polarization beam splitting element of the present invention, in order to obtain a predetermined displacement amount S, both "polarization having a polarization plane in the xz plane" and "polarization having a polarization plane in the yz plane" are used. Since the polarizations of the two are equally displaced by a distance (1/2) S to obtain a predetermined displacement amount S, the optical path difference and the time difference between the separated lights are compensated, and the focus shift occurs when the image is formed by the lens system. Does not occur.
【0039】なお、第1、第2の実施例を説明する図
1、図2において、第1の複屈折素子11における光線
の分離方向を上方向に、第2の複屈折素子13における
光線の分離方向を下方向に設定しているが、逆に、第1
の複屈折素子11における光線の分離方向を下方向、第
2の複屈折素子13における光線の分離方向を上方向に
してもよい。この場合も、第1、第2の複屈折素子にお
ける光線の分離方向は互いに逆方向であり、分離幅が等
しくなっているので、第1、第2の実施例と同様の偏光
分離特性が得られる素子となる。ただしこの場合、入射
光の偏光面に対する変位方向も互いに逆になる。すなわ
ち、「x−z方向に偏光面を持つ偏光」は下方向に変位
し、「y−z方向に偏光面を持つ偏光」は上方向に変位
する。In FIGS. 1 and 2 for explaining the first and second embodiments, the ray splitting direction in the first birefringent element 11 is upward and the ray bundle in the second birefringent element 13 is upward. The separation direction is set downward, but conversely, the first
The ray separating direction in the birefringent element 11 may be downward and the ray separating direction in the second birefringent element 13 may be upward. In this case as well, the light splitting directions in the first and second birefringent elements are opposite to each other and the splitting widths are equal, so that the same polarization splitting characteristics as in the first and second embodiments are obtained. It becomes an element that can be used. However, in this case, the displacement directions of the incident light with respect to the polarization plane are also opposite to each other. That is, “polarized light having a polarization plane in the xz direction” is displaced downward, and “polarized light having a polarization plane in the yz direction” is displaced upward.
【0040】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。本発明の第3実施例として、偏光分離素子を用いて
撮像装置を構成した実施例について説明する。これは従
来例として説明した撮像装置に本発明の偏光分離素子を
用いたものである。図3は本発明の第3実施例を示す偏
光分離素子を用いた撮像装置の構成図である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. As a third embodiment of the present invention, an embodiment in which an image pickup device is configured by using a polarization separation element will be described. This uses the polarization separation element of the present invention in the image pickup apparatus described as a conventional example. FIG. 3 is a block diagram of an image pickup apparatus using a polarization beam splitting element showing a third embodiment of the present invention.
【0041】被写体からの光1はレンズ2、偏光素子
3、電圧制御偏光素子4、本発明の偏光分離素子19を
経て固体撮像素子6へ至る。また、固体撮像素子6から
の出力信号は、信号処理装置7で必要な処理が施された
後、ビデオ信号Svとして出力される。電圧制御偏光素
子4は制御回路8によって、例えばフレームごとに電圧
制御を受けて偏光面が90°回転する。制御回路8は、
同期信号発生器9の出力に基づいてその出力電圧を制御
している。Light 1 from a subject reaches a solid-state image pickup device 6 through a lens 2, a polarizing element 3, a voltage control polarizing element 4 and a polarization separating element 19 of the present invention. The output signal from the solid-state image pickup device 6 is output as a video signal Sv after being subjected to necessary processing by the signal processing device 7. The voltage-controlled polarization element 4 is subjected to voltage control, for example, for each frame by the control circuit 8 to rotate the polarization plane by 90 °. The control circuit 8
The output voltage is controlled based on the output of the synchronizing signal generator 9.
【0042】次に、その撮像装置の動作について説明す
る。図4は本発明の偏光分離素子を用いた撮像装置の動
作を説明する図である。まず、図4(a)を用いて、電
圧制御偏光素子に電圧を印加しない場合について説明す
る。偏光素子3に至るまでの光1は、自然光なので偏光
していない。偏光素子3を例えば、紙面に平行な向きの
偏光を透過するように配置する。この場合、電圧制御偏
光素子4に電圧を印加しないので、透過光は、紙面に垂
直な方向の偏光となり、偏光分離素子19に入射する。Next, the operation of the image pickup apparatus will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the image pickup apparatus using the polarization beam splitting element of the present invention. First, the case where no voltage is applied to the voltage control polarization element will be described with reference to FIG. The light 1 reaching the polarizing element 3 is natural light and is not polarized. The polarizing element 3 is arranged, for example, so as to transmit polarized light in a direction parallel to the paper surface. In this case, since no voltage is applied to the voltage control polarization element 4, the transmitted light becomes polarized light in the direction perpendicular to the paper surface and enters the polarization separation element 19.
【0043】この場合、偏光は、第1の複屈折素子11
に対して常光線であり、第2の複屈折素子13に対して
異常光線となる。したがって、図の下方に所定の分離幅
Sだけ変位しながら透過する。次に、図4(b)を用い
て、電圧制御偏光素子に電圧を印加した場合について説
明する。In this case, the polarized light is the first birefringent element 11
Is an ordinary ray and becomes an extraordinary ray with respect to the second birefringent element 13. Therefore, the light is transmitted while being displaced by a predetermined separation width S in the lower part of the figure. Next, the case where a voltage is applied to the voltage control polarization element will be described with reference to FIG.
【0044】この場合、電圧制御偏光素子4を透過した
光は偏光面の回転を受けない。したがって紙面に平行な
方向の偏光のまま、偏光分離素子19に入射する。この
場合、偏光は第1の複屈折素子11に対して異常光線で
あり、第2の複屈折素子13に対して常光線となる。し
たがって、図の上方に所定の分離幅Sだけずれて出力さ
れる。In this case, the light transmitted through the voltage control polarization element 4 is not rotated by the polarization plane. Therefore, the polarized light in the direction parallel to the plane of the paper is incident on the polarization separation element 19 as it is. In this case, the polarized light is an extraordinary ray with respect to the first birefringent element 11 and an ordinary ray with respect to the second birefringent element 13. Therefore, the output is shifted upward by a predetermined separation width S in the figure.
【0045】上記したように、第3実施例によれば、固
体撮像素子6に到達する光線は、電圧制御偏光素子4に
電圧を印加する場合と、印加しない場合とでは、偏光分
離素子19の分離幅分(2S)だけ位置がずれることに
なる。そこで偏光分離素子19の分離幅2Sを固体撮像
素子6の光電変換用フォトダイオードPDのピッチPの
1/2の幅(1/2)Pになるように、すなわち各複屈
折素子(11、13)の分離幅Sを固体撮像素子の光電
変換用フォトダイオードPDのピッチPの幅(1/4)
Pに設定すると、等価的にサンプリング間隔が1/2倍
(サンプリング点が2倍)になったことになり、高解像
度の画像を得ることができる。As described above, according to the third embodiment, the light beam reaching the solid-state image pickup device 6 is reflected by the polarization separation element 19 when the voltage is applied to the voltage control polarization element 4 and when it is not applied. The position is displaced by the separation width (2S). Therefore, the separation width 2S of the polarization separation element 19 is set to be 1/2 the width (1/2) P of the pitch P of the photoelectric conversion photodiodes PD of the solid-state imaging element 6, that is, each birefringence element (11, 13). ) Is the width (1/4) of the pitch P of the photoelectric conversion photodiodes PD of the solid-state image sensor.
When set to P, the sampling interval is equivalently halved (sampling points are twice), and a high-resolution image can be obtained.
【0046】光学的にずれた画像を合成して復元する方
法は、例えば、同期信号発生器9から与えられる同期信
号に応じて、例えば、フレーム毎に電圧制御偏光素子4
に電圧をON・OFFし、フレーム毎に光学像がずれる
ように制御する。そして、後段の信号処理装置7におい
て1/2分のオフセット補正を行う。さらに、像の切り
替えタイミングをフレーム毎としたが、フィールド毎に
像を切り替えるようにしてもよい。また、本発明の実施
例では像の空間的な分離方向は特に指定しない。例え
ば、水平方向で分離すれば、水平解像度を向上すること
ができ、垂直方向で分離すれば、垂直解像度を向上する
ことができる。さらに、多段にすることにより、水平・
垂直方向の解像度を向上することができる。この場合
も、後段の信号処理装置7に若干の改良を施せばよい。The method of synthesizing and restoring the optically displaced image is, for example, according to the synchronization signal given from the synchronization signal generator 9, for example, the voltage control polarization element 4 for each frame.
Then, the voltage is turned on and off, and the optical image is controlled to shift for each frame. Then, the signal processing device 7 in the subsequent stage performs 1 / 2-minute offset correction. Further, although the image switching timing is set for each frame, the image may be switched for each field. In the embodiment of the present invention, the spatial separation direction of the image is not specified. For example, separation in the horizontal direction can improve the horizontal resolution, and separation in the vertical direction can improve the vertical resolution. Furthermore, by using multiple stages,
The vertical resolution can be improved. Also in this case, the signal processing device 7 in the subsequent stage may be slightly improved.
【0047】したがって、本発明の偏光分離素子を用い
て撮像装置を構成した場合、高解像度の画像が得られ、
さらに、従来の例にあったようなピントずれがなくな
る。図5は本発明の第4実施例を示す偏光分離素子を用
いた発光素子アレイプリンタの構成図である。この実施
例では、本発明の偏光分離素子を発光素子アレイプリン
タの露光光学系に用い、露光解像度を発光素子密度の2
倍にするという実施例について説明する。Therefore, when an image pickup device is constructed using the polarization beam splitting element of the present invention, a high resolution image is obtained,
Further, the focus shift as in the conventional example is eliminated. FIG. 5 is a configuration diagram of a light emitting element array printer using a polarization separation element according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the polarization separation element of the present invention is used in the exposure optical system of a light emitting element array printer, and the exposure resolution is set to the light emitting element density of 2.
An example of doubling will be described.
【0048】図5に示すように、発光素子アレイ21の
各発光素子22から出た光23はロッドレンズアレイ2
4、偏光素子3、電圧制御偏光素子4、偏光分離素子1
9を経て、感光媒体25(感光体ドラム)に結像する。
なお、26は印字データ発生器である。また、電圧制御
偏光素子4は制御回路8によって、例えば、1/2ライ
ン周期ごとに電圧制御を受けて偏光面が90°回転す
る。ここで、電圧によって偏光回転動作が行える素子と
して、強誘電性液晶素子などが好適である。この場合、
電圧の極性によって、偏光方向の回転を制御できる。制
御回路8は、同期信号発生器9の出力に基づいてその出
力電圧を制御している。As shown in FIG. 5, the light 23 emitted from each light emitting element 22 of the light emitting element array 21 is the rod lens array 2.
4, polarization element 3, voltage control polarization element 4, polarization separation element 1
An image is formed on the photosensitive medium 25 (photosensitive drum) via
Reference numeral 26 is a print data generator. In addition, the voltage-controlled polarization element 4 is subjected to voltage control by the control circuit 8 at every 1/2 line cycle, for example, and the polarization plane is rotated by 90 °. Here, a ferroelectric liquid crystal element or the like is suitable as an element that can perform polarization rotation operation by voltage. in this case,
The rotation of the polarization direction can be controlled by the polarity of the voltage. The control circuit 8 controls its output voltage based on the output of the synchronization signal generator 9.
【0049】次に、その発光素子アレイプリンタの動作
について説明する。まず、電圧制御偏光素子4に一方の
場合の電圧を印加し、偏光を回転させる場合について説
明する。偏光素子3に至るまでの発光素子からの光23
は、自然光なので偏光していない。偏光素子3を例え
ば、紙面に平行な向きの偏光を透過するように配置す
る。この場合、電圧制御偏光素子4を透過した光は、紙
面に垂直な方向の偏光となり、偏光分離素子19に入射
する。Next, the operation of the light emitting element array printer will be described. First, the case where the voltage in one case is applied to the voltage control polarization element 4 to rotate the polarized light will be described. Light 23 from the light emitting element up to the polarizing element 3
Is unpolarized because it is natural light. The polarizing element 3 is arranged, for example, so as to transmit polarized light in a direction parallel to the paper surface. In this case, the light transmitted through the voltage control polarization element 4 becomes polarized light in the direction perpendicular to the paper surface and enters the polarization separation element 19.
【0050】この場合、偏光は第1の複屈折素子11に
対して常光線であり、第2の複屈折素子13に対して異
常光線となる。したがって、主走査方向左に所定の分離
幅Sだけ変位しながら透過する。次に、電圧制御偏光素
子4にもう一方の場合の電圧を印加し、偏光を回転させ
ない場合について説明する。したがって、紙面に平行な
方向の偏光のまま、本発明の偏光分離素子19に入射す
る。In this case, the polarized light is an ordinary ray for the first birefringent element 11 and an extraordinary ray for the second birefringent element 13. Therefore, the light is transmitted while being displaced to the left in the main scanning direction by the predetermined separation width S. Next, the case where the voltage in the other case is applied to the voltage control polarization element 4 and the polarized light is not rotated will be described. Therefore, the polarized light in the direction parallel to the paper surface is incident on the polarization beam splitting element 19 of the present invention.
【0051】この場合、偏光は第1の複屈折素子11に
対して異常光線であり、第2の複屈折素子13に対して
常光線となる。したがって、主走査方向右に所定の分離
幅Sだけずれて出力される。したがって、感光体ドラム
25に到達する光線は電圧制御偏光素子4に印加する電
界の極性に応じて、偏光分離素子の分離幅分2Sだけ露
光位置がずれることになる。そこで偏光分離素子19の
上記分離幅2Sを発光素子アレイにおける発光素子のピ
ッチNの1/2の幅(1/2)Nになるように、すなわ
ち偏光分離素子19の各複屈折素子(11,13)の分
離幅Sを、(1/4)Nに設定すると、等価的に露光間
隔が1/2倍(露光点が2倍)になったことになり、高
解像度の画像を得ることができる。In this case, the polarized light is an extraordinary ray for the first birefringent element 11 and an ordinary ray for the second birefringent element 13. Therefore, the output is shifted to the right in the main scanning direction by the predetermined separation width S. Therefore, the exposure position of the light beam reaching the photoconductor drum 25 is shifted by 2S corresponding to the separation width of the polarization separation element depending on the polarity of the electric field applied to the voltage control polarization element 4. Therefore, the separation width 2S of the polarization splitting element 19 is set to a width (1/2) N that is 1/2 of the pitch N of the light emitting elements in the light emitting element array, that is, each birefringent element (11, When the separation width S of 13) is set to (1/4) N, the exposure interval is equivalently halved (the exposure point is doubled), and a high-resolution image can be obtained. it can.
【0052】光学的にずれた光像は感光体ドラム25上
で合成され、一ライン分を露光した後、感光体ドラム2
5を副走査方向に所定の距離分回転させ、次ラインの印
字へと続く。上記したように、第4実施例によれば、露
光解像度は発光素子密度の2倍となり、高解像度の画像
が得られるとともに、ロッドレンズアレイによる結像の
際にも、ピントずれがなく、良好な結像が得られる。The optically shifted optical images are combined on the photosensitive drum 25, and after exposing one line, the photosensitive drum 2 is exposed.
5 is rotated in the sub-scanning direction by a predetermined distance, and printing of the next line is continued. As described above, according to the fourth embodiment, the exposure resolution is twice the light emitting element density, a high-resolution image is obtained, and there is no focus shift when forming an image with the rod lens array, which is good. An excellent image can be obtained.
【0053】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、入射する自然光の
うち、「x−z平面に偏光面をもつ偏光」は第1の複屈
折素子において距離Sだけ変位し、「y−z平面に偏光
面をもつ偏光」は第2の複屈折素子において逆方向に距
離Sだけ変位する。どちらの偏光も同一距離の変位を行
っているため、両光線とも光路差、伝播時間差はなく、
レンズによって両光線を結像させても形成される光像の
間にピントのずれは発生しない。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) According to the invention described in claim 1, of the incident natural light, “polarized light having a polarization plane in the xz plane” is displaced by the distance S in the first birefringent element, and the “yz plane”. The polarized light having the plane of polarization "is displaced in the opposite direction by the distance S in the second birefringent element. Since both polarizations are displaced by the same distance, there is no optical path difference or propagation time difference between both rays,
Even if both light rays are imaged by the lens, no focus shift occurs between the formed optical images.
【0055】(2)請求項2記載の発明によれば、上記
請求項1記載の発明の効果を奏するとともに、半波長板
によって、簡単に位相差によって偏光を回転させること
ができる。 (3)請求項3記載の発明によれば、上記請求項1記載
の発明の効果を奏するとともに、偏光回転素子により、
簡単な構成で、偏光を90°の奇数倍回転させることが
できる。(2) According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the half-wave plate can easily rotate the polarized light by the phase difference. (3) According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1, the polarization rotating element
With a simple structure, polarized light can be rotated by an odd multiple of 90 °.
【0056】また、旋光性を有する素子としては、TN
液晶素子や液晶分子の捩じれ配向を固定化した液晶性の
フィルムなどを用いても良い。また、旋光性を有する光
学結晶(水晶など)を用いてもよい。 (4)請求項4記載の発明によれば、上記請求項3記載
の発明の効果を奏するとともに、偏光回転素子として、
TN液晶素子を用いるようにしたので、液晶分子の捩じ
れ配向によって偏光を回転させることができる。したが
って、モーガン条件を満足するように素子条件を決める
ことにより、広い波長域において旋光性を持たせること
ができる。As an element having optical rotatory power, TN
A liquid crystal film or a liquid crystal film in which the twisted orientation of liquid crystal molecules is fixed may be used. Moreover, you may use the optical crystal (crystal etc.) which has optical activity. (4) According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in claim 3, as a polarization rotation element,
Since the TN liquid crystal element is used, the polarized light can be rotated by the twisted alignment of the liquid crystal molecules. Therefore, by determining the element condition so as to satisfy the Morgan condition, it is possible to provide the optical activity in a wide wavelength range.
【0057】(5)請求項5記載の発明によれば、固体
撮像素子に到達する光線は電圧制御偏光素子に電圧を印
加する場合と、印加しない場合とでは、偏光分離素子の
分離幅分(2S)だけ位置がずれることになる。そこ
で、偏光分離素子の上記分離幅2Sを固体撮像素子の光
電変換用フォトダイオードPDのピッチPの1/2の幅
(1/2)Pになるように、すなわち各複屈折素子の分
離幅Sを固体撮像素子の光電変換用フォトダイオードP
DのピッチPの幅(1/4)Pに設定すると、等価的に
サンプリング間隔が1/2倍(サンプリング点が2倍)
になったことになり、高解像度の画像を得ることができ
る。(5) According to the fifth aspect of the present invention, the light beam reaching the solid-state image pickup device is divided by the separation width of the polarization separation element when the voltage is applied to the voltage control polarization element and when the voltage is not applied. The position will be displaced by 2S). Therefore, the separation width 2S of the polarization separation element is set to be 1/2 the width (1/2) P of the pitch P of the photoelectric conversion photodiode PD of the solid-state image pickup element, that is, the separation width S of each birefringence element. Is a photodiode P for photoelectric conversion of a solid-state image sensor.
When the width of the pitch P of D is set to (1/4) P, the sampling interval is equivalently halved (sampling point is doubled).
Therefore, it is possible to obtain a high resolution image.
【0058】(6)請求項6記載の発明によれば、本発
明の偏光分離素子を発光素子アレイプリンタの露光光学
系に用いた場合、露光解像度は発光素子密度の2倍とな
り、高解像度の画像が得られるとともに、ロッドレンズ
アレイによる結像の際にも、ピントずれがなく、良好な
結像が得られる。(6) According to the sixth aspect of the present invention, when the polarization separation element of the present invention is used in the exposure optical system of the light emitting element array printer, the exposure resolution is twice the light emitting element density, resulting in high resolution. An image is obtained, and even when an image is formed by the rod lens array, there is no focus shift, and a good image is obtained.
【図1】本発明の第1実施例の偏光分離素子の構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of a polarization beam splitting element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施例の偏光分離素子の構成図で
ある。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarization beam splitting element according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3実施例を示す偏光分離素子を用い
た撮像装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an image pickup apparatus using a polarization beam splitting element showing a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の偏光分離素子を用いた撮像装置の動作
を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the image pickup apparatus using the polarization beam splitting element of the present invention.
【図5】本発明の第4実施例を示す偏光分離素子を用い
た発光素子アレイプリンタの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a light emitting element array printer using a polarization beam splitting element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】従来の固体撮像装置の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a conventional solid-state imaging device.
【図7】従来の固体撮像装置の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of a conventional solid-state imaging device.
【図8】従来の固体撮像装置の複屈折素子の光の透過の
説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of light transmission of a birefringent element of a conventional solid-state imaging device.
1,23 光 2 レンズ 3 偏光素子 4 電圧制御偏光素子 6 固体撮像素子 7 信号処理装置 8 制御回路 9 同期信号発生器 11 第1の複屈折素子 12 偏光回転素子 13 第2の複屈折素子 14 結晶軸 15 旋光素子 16,17 ガラス基板 18 液晶分子 19 偏光分離素子 21 発光素子アレイ 22 発光素子 24 ロッドレンズアレイ 25 感光媒体(感光体ドラム) 1, 23 light 2 lens 3 polarizing element 4 voltage control polarizing element 6 solid-state image sensor 7 signal processing device 8 control circuit 9 synchronization signal generator 11 first birefringent element 12 polarization rotator 13 second birefringent element 14 crystal Axis 15 Optical rotation element 16,17 Glass substrate 18 Liquid crystal molecule 19 Polarization separation element 21 Light emitting element array 22 Light emitting element 24 Rod lens array 25 Photosensitive medium (photosensitive drum)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 5/335 (72)発明者 ▲高▼橋 渉 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H04N 5/335 (72) Inventor ▲ Takahashi Wataru Toranomon 1-chome 12-12 Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd.
Claims (6)
所定の角度となるように、入射側に予定された面法線を
設定して、平行平板とした第1の複屈折素子と、(b)
該第1の複屈折素子と同一の材質で、結晶軸角度、厚さ
を同一とし、前記第1の複屈折素子における常光線に対
する異常光線の分離幅と同一距離で、かつ方向が逆とな
るように設定、配置した第2の複屈折素子と、(c)前
記第1の複屈折素子と第2の複屈折素子の間に設置さ
れ、前記第1の複屈折素子から出力される変位していな
い常光線成分と分離され変位して前記第1の複屈折素子
から出力される異常光線成分とを、それぞれの偏光面を
90°の奇数倍回転させ、前記第1の複屈折素子から出
力される変位していない常光線成分を第2の複屈折素子
における異常光線として、前記第1の複屈折素子から出
力される異常光線成分を第2の複屈折素子における常光
線成分として第2の複屈折素子に入射させる偏光回転素
子とを具備することを特徴とする偏光分離素子。(A) A first parallel plate having birefringence and having a predetermined plane normal on the incident side so as to form a predetermined angle with respect to its optical axis. A birefringent element, (b)
The same material as that of the first birefringent element, the same crystal axis angle and the same thickness, the same distance as the separation width of the extraordinary ray from the ordinary ray in the first birefringent element, and the direction is opposite. The second birefringent element set and arranged as described above, and (c) is disposed between the first birefringent element and the second birefringent element, and is displaced from the first birefringent element. The extraordinary ray component which is separated from the ordinary ray component and is displaced and output from the first birefringent element is output from the first birefringent element by rotating each polarization plane by an odd multiple of 90 °. The non-displaced ordinary ray component is the extraordinary ray component in the second birefringent element, and the extraordinary ray component output from the first birefringent element is the ordinary ray component in the second birefringent element. And a polarization rotation element for making the light incident on the birefringent element. Polarization separating element characterized.
前記偏光回転素子が透過光波長における半波長板条件を
満たす素子であることを特徴とする偏光分離素子。2. The polarization separation element according to claim 1, wherein
A polarization separation element, wherein the polarization rotation element is an element that satisfies a half-wave plate condition at a transmitted light wavelength.
前記偏光回転素子が偏光を90°の奇数倍回転させるよ
うな旋光性素子であることを特徴とする偏光分離素子。3. The polarization separation element according to claim 1, wherein
A polarization separation element, wherein the polarization rotation element is an optical rotation element that rotates polarization by an odd multiple of 90 °.
前記偏光回転素子が平行配向処理を施した基板をその配
向処理方向が90°捩じれるように配置させ、ネマティ
ック液晶を封入したTN液晶素子であることを特徴とす
る偏光分離素子。4. The polarized light separating element according to claim 3,
A polarization separation element, wherein the polarization rotation element is a TN liquid crystal element in which a substrate subjected to a parallel orientation treatment is arranged so that the orientation treatment direction is twisted by 90 °, and nematic liquid crystal is sealed.
ンズと、前記撮像レンズにより結像された像を光電変換
する固体撮像素子とを有する固体撮像装置において、 前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の光路中に、
偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項1から4までのい
ずれか1つの偏光分離素子とを設けるとともに、前記電
圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加して、
前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所定の
タイミングで制御する制御回路と、前記制御回路の制御
状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設けたこ
とを特徴とする固体撮像装置。5. A solid-state image pickup device comprising: an image pickup lens for forming an image of a subject on an image pickup surface; and a solid-state image pickup device for photoelectrically converting the image formed by the image pickup lens. In the optical path between the element,
A polarization element, a voltage control polarization element, and a polarization separation element according to any one of claims 1 to 4 are provided, and a voltage is applied to the voltage control polarization element at a predetermined timing,
A solid-state imaging device, comprising: a control circuit for controlling the polarization state of light passing through the voltage-controlled polarization element at a predetermined timing; and a signal processing device for performing image synthesis according to the control state of the control circuit. apparatus.
って点灯・消灯を行う発光素子アレイと、該発光素子ア
レイからの光を感光媒体に結像するロッドレンズアレイ
と、前記発光素子アレイからの光を結像させ、静電潜像
を形成する感光媒体とを有する電子写真方式の発光素子
アレイプリンタにおいて、 前記発光素子アレイと前記感光媒体との間の光路中に、
偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項1から4までのい
ずれか1つの偏光分離素子とを設けるとともに、前記電
圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加して、
前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所定の
タイミングで制御する制御回路を設けたことを特徴とす
る発光素子アレイプリンタ。6. A light emitting element array for turning on and off according to print data for generating print data, a rod lens array for focusing light from the light emitting element array on a photosensitive medium, and light from the light emitting element array. In an electrophotographic light emitting element array printer having a photosensitive medium which forms an electrostatic latent image by forming an image, in an optical path between the light emitting element array and the photosensitive medium,
A polarization element, a voltage control polarization element, and a polarization separation element according to any one of claims 1 to 4 are provided, and a voltage is applied to the voltage control polarization element at a predetermined timing,
A light emitting element array printer comprising a control circuit for controlling a polarization state of light passing through the voltage control polarization element at a predetermined timing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2709096A JPH09218308A (en) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | Polarized light separating element, and solid image pikcup device and light emitting element array printer using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2709096A JPH09218308A (en) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | Polarized light separating element, and solid image pikcup device and light emitting element array printer using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09218308A true JPH09218308A (en) | 1997-08-19 |
Family
ID=12211387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2709096A Withdrawn JPH09218308A (en) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | Polarized light separating element, and solid image pikcup device and light emitting element array printer using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09218308A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7440009B2 (en) | 2004-02-13 | 2008-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High definition imaging method and imaging apparatus having electro-optical polarization element between two birefrigent elements forming alternately on sensor single and overlapping images |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP2709096A patent/JPH09218308A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7440009B2 (en) | 2004-02-13 | 2008-10-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High definition imaging method and imaging apparatus having electro-optical polarization element between two birefrigent elements forming alternately on sensor single and overlapping images |
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---|---|---|---|
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