WO2006030817A1 - 偏光解消板及び電子光学機器 - Google Patents

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WO2006030817A1
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optical axis
depolarizing
optical
angle
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Inventor
Hiroshi Matsumoto
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co., Ltd.
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46—Systems using spatial filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements

Definitions

  • the present invention relates to a depolarizing plate that constitutes an optical low-pass filter together with a plurality of birefringent crystal plates, and an electro-optical device including the same.
  • OLPF optical Low Pass Filter
  • pseudo-color signals cannot be cut, for example, flickering of stripes due to moire generated when shooting striped patterns such as plaid clothes or fishnets, or the surface of the sea where sunlight reflects When the image is taken, so-called optical glare that occurs due to a specific polarization deviation reflected from the sea surface may occur, leading to a reduction in imaging quality.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining the configuration of a conventional OLPF.
  • the OLPF50 shown in Fig. 11 is a birefringent crystal plate 51 that separates incident light into horizontal ordinary rays and extraordinary rays, a depolarization plate (1Z4 wavelength plate) 52 that converts linearly polarized light into circularly polarized light, and incident light in the vertical direction.
  • the birefringent crystal plate 53 is separated and separated into ordinary and extraordinary rays.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the function of the OLPF shown in FIG.
  • incident light 61 incident on the birefringent crystal plate 51 is separated into an ordinary ray 62 and an extraordinary ray 63 by passing through the birefringent crystal plate 51 and incident on the depolarization plate 52. Is done.
  • the ordinary ray 62 and the extraordinary ray 63 are linearly polarized, and when the ordinary ray 62 and the extraordinary ray 63 pass through the depolarization plate 52, the linearly polarized light is eliminated and the circularly polarized rays 64, 65 and become.
  • the circularly polarized light 64 and 65 enter the birefringent crystal plate 53 and pass through the birefringent crystal plate 53, so that the circularly polarized light 64 becomes an ordinary ray 66 and an extraordinary ray 67, and a circularly polarized light 65 becomes an ordinary ray 68 and an extraordinary ray. Separated into 69 respectively.
  • the emitted light emitted from the OLPF 50 shown in FIG. 11 can be separated into four light beams 66 to 69, so that the pseudo color signal that induces moire and the like is removed by the OLPF 50, and the incident light 4 Since it can be separated into two outgoing lights, it is possible to input a high-quality optical signal to a CCD or imaging tube.
  • the OLPF configured as shown in FIG. 11 is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • Patent Document 2 discloses a technique for optimizing the intrinsic elliptical polarization rate of an OLPF depolarizing plate that passes a wavelength of, for example, 510 nm.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-248198
  • Patent Document 2 JP 2004-29653 A
  • the cutting direction (usually Y-cut or X-cut) of the crystal forming the depolarizing plate is set to the Z direction, and the cutting angle is set to 20 degrees, and the plate surface horizontal line of the depolarizing plate And the optical axis projection line of the optical axis (hereinafter referred to as “optical axis direction”) is set to 45 ⁇ 2 °, and the intrinsic elliptical polarization rate of the depolarizing plate can be optimized at a wavelength of 510 nm. It has been.
  • the inventor of the present application constructed a depolarization plate under the conditions disclosed in Patent Document 2 and measured the elliptical polarization rate.
  • FIG. Fig. 13 (a) is a diagram showing the elliptic polarization characteristics of the depolarizing plate disclosed in Patent Document 2, and Fig. 13 (a) shows the crystal cutting direction of the depolarizing plate in the Z direction.
  • Fig. 13 (b) shows the characteristics of elliptical polarization when the cutting angle is 20 ° and the optical axis orientation is 43 °.
  • Fig. 13 (c) shows the elliptic polarization characteristics when the optical axis orientation is 20 ° and 45 °.
  • the elliptical polarization rate indicates the light quantity ratio between the incident light and the outgoing light of the depolarizing plate. The closer the value is to 1, the more the linearly polarized light is canceled and the circularly polarized light becomes.
  • the conventional depolarizing plate disclosed in Patent Document 2 has a design wavelength in the range of ⁇ 30 nm centered on 51 Onm, and functions as a 1Z4 wave plate (elliptic polarization rate of 0.8 or more). do not do. For this reason, when an OL PF using a depolarizing plate with high wavelength dependency as in Patent Document 2 is placed between the RGB color filter and the CCD, the OLPF function is wavelength dependent with respect to the RGB signal. Therefore, an appropriate signal is not supplied to each image element that detects RGB signals, and high color reproducibility cannot be obtained. In order to solve this problem, it is also possible to perform color correction when computing the signal obtained from the CCD. In this case, however, a complicated algorithm is required, and a large and expensive computation is required. Circuits were required, leading to the drawbacks of large equipment and high costs.
  • the depolarizing plate 52 configured as in Patent Document 2 has, for example, an assembly of OLPF because the phase difference between the outgoing light of the ordinary light and the outgoing light of the extraordinary light depends on the incident direction and the incident angle. As a result, it was necessary to make the accuracy extremely high. As a result, the yield was poor.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the incident angle dependence characteristics and the incident direction dependence characteristics of the conventional depolarizing plate disclosed in Patent Document 2, and FIG. 14 (a) shows the conventional depolarization characteristics.
  • the incident angle dependence of the plate is shown.
  • Figure 14 (b) shows the relationship between the main surface of the depolarizer and the incident direction.
  • the incident angle shown in FIG. 14 (a) is indicated by the angle formed with the normal to the surface of the depolarizing plate.
  • the depolarizing plate of Patent Document 2 has a larger phase difference as the incident angle increases, and the incident angle Z phase difference characteristic for each incident direction is also greatly different. It can be seen that the incident angle dependency characteristic and the incident direction dependency characteristic are poor.
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a depolarizing plate that can obtain an optimum intrinsic elliptical polarization rate. It is another object of the present invention to provide a depolarizing plate capable of expanding the wavelength band in which an appropriate elliptic polarization can be obtained. It is another object of the present invention to provide a depolarizing plate having good incident angle dependency characteristics and incident direction dependency characteristics.
  • the invention described in claim 1 is a depolarizing plate that constitutes an OLPF together with a plurality of birefringent crystal plates, and the angle formed between the plate surface normal and the optical axis is 20 °.
  • the angle between the horizontal surface of the plate and the optical projection line of the optical axis is set to 47.5 °.
  • the invention according to claim 2 is a depolarization plate constituting an OLPF together with a plurality of birefringent crystal plates, wherein the angle formed by the plate surface normal and the optical axis is 27 °, and the plate surface horizontal line and the optical axis The angle formed by the optical projection line of the first wave plate set to 16.1 °, the angle formed by the plate normal and the optical axis is 13 °, and the angle formed by the plate horizontal line and the optical projection line of the optical axis And a second wave plate whose angle is set to 81 °.
  • the invention according to claim 3 is a depolarization plate that constitutes an OLPF together with a plurality of birefringent crystal plates, wherein the angle formed by the plate surface normal and the optical axis is 20 °, and the plate surface horizontal line and the optical axis
  • the first and second wave plates have an angle formed by the optical projection line of 47.5 °, and are bonded so that the optical axes of the first and second wave plates face each other. It is characterized by being configured.
  • the invention according to claim 4 is the depolarization according to any one of claims 1 to 3.
  • a board is provided.
  • the angle formed by the plate surface normal of the depolarizing plate and the optical axis is 20 °, and the angle formed by the plate surface horizontal line and the optical projection line of the optical axis is 47.5 °.
  • the elliptical polarization rate of the depolarizer can be set to an optimum value at a predetermined wavelength.
  • the angle formed between the plate surface normal and the optical axis is set to 27 °, and the angle formed between the plate surface horizontal line and the optical projection line of the optical axis is set to 16.1 °.
  • the angle formed by the plate surface normal and the optical axis is set to 20 °, and the angle formed between the plate surface horizontal line and the optical projection line of the optical axis is set to 47.5 °.
  • a second wave plate, and the optical axes of these first and second wave plates are laminated so that they face each other.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an OLPF using a depolarizing plate according to a first embodiment of the present invention.
  • the OLPF 1 shown in FIG. 1 is arranged on the front side of the CCD 10 and is configured to divide incident light into four parts and output the light to the CCD 10, for example.
  • Such an OLPF1 has a first birefringent crystal plate 2 that separates incident light into horizontal ordinary rays and extraordinary rays, a depolarization plate (1Z4 wavelength plate) 3 that converts linearly polarized light into circularly polarized light, and an incident light.
  • a second birefringent crystal plate 4 that separates light into normal and extraordinary rays in the vertical direction is bonded together.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the functions of the OLPF shown in FIG.
  • the incident light 11 incident on the first birefringent crystal plate 2 is separated into an ordinary ray 12 and an extraordinary ray 13 by passing through the first birefringent crystal plate 11 to be depolarized.
  • the ordinary ray 12 and the extraordinary ray 13 incident on the depolarization plate 3 change their phases by 90 ° when passing through the depolarization plate 3, and the linear polarization of the ordinary ray 12 and the extraordinary ray 13 is eliminated.
  • This circularly polarized light 14 and 15 is incident on the second birefringent crystal plate 4 and passes through the second birefringent crystal plate 4, so that the circularly polarized light 14 becomes ordinary light 16 and extraordinary ray 17, and the circularly polarized light 15 becomes Separated into ordinary ray 18 and extraordinary ray 19 respectively.
  • the light beam finally emitted from OLPF1 shown in Fig. 2 is separated into four light beams.
  • the OLPF 1 according to the first embodiment has the cutting direction of the crystal forming the depolarizing plate 3 in the Z direction, and the cutting angle is the normal to the plate surface of the depolarizing plate 3.
  • the optical axis (Z-axis) 5 is set to 20 °
  • the horizontal plane ( ⁇ - ⁇ ') of the depolarizing plate 3 and the optical projection line 6 of the optical axis 5 are
  • the optical axis direction 0 is set to 47.5 °.
  • the OLPF 1 is configured using the depolarization plate 3 according to the first embodiment, the pseudo color signal that induces moire and the like is further removed from the OLPF of Patent Document 2, and the incident light is reduced to 4. It becomes possible to separate into two outgoing lights.
  • the elliptical polarization rate exceeding the specified value is the same as the conventional OLPF disclosed in Patent Document 2.
  • Obtained wavelength band power Depolarization plate 3 that has a design wavelength of 510 nm and a range of only ⁇ 30 nm can function as a 1Z4 wavelength plate. It is said.
  • the applicant of the present application has been able to expand the wavelength band in which an appropriate elliptical polarization rate can be obtained by configuring the OLPF depolarization plate as follows.
  • a depolarizing plate capable of expanding the wavelength band where an appropriate elliptical polarization rate can be obtained will be described.
  • Fig. 5 is a diagram showing the structure of the depolarizing plate that works according to the second embodiment.
  • Fig. 5 (a) is a front view of the depolarizing plate as viewed from the incident side
  • Fig. 5 (b) is the polarized light.
  • FIG. 5 (c) is an exploded perspective view of the polarization canceling plate.
  • FIG. 6 is a diagram showing dimensions of each part of the depolarizing plate according to the second embodiment. In this case, the depolarizing plate is Z-cut.
  • the depolarizing plate 20 includes a first wave plate 21 and a second wave plate 22 as shown in FIG. 5 (b).
  • the first wave plate 21 has a cutting direction of the crystal forming the wave plate in the Z direction, its cutting angle, that is, the first wave plate.
  • the angle formed by the plate normal of 21 and the optical axis 31 is set to 27.0 °, and the horizontal line ( ⁇ - ⁇ ') of the first wave plate 21 and the optical projection line 33 of the optical axis 31 are set.
  • the optical axis direction 0 which is the angle formed by is set to 16.1 °.
  • the second wave plate 21 has a cutting direction of the quartz crystal forming the wave plate in the ⁇ direction and its cutting angle, that is, the second angle.
  • the angle formed by the plate surface normal line of the wave plate 21 and the optical axis 32 is set to 13.0 ° and the plate surface of the second wave plate 22
  • the optical axis direction ⁇ which is the angle formed between the horizontal line (C C ') and the optical projection line 34 of the optical axis 32, is set to 8
  • the first wave plate 21 and the second wave plate 22 are overlapped so that the plate surface horizontal line ( ⁇ — ⁇ ′) and the plate surface horizontal line (C—C ′) are parallel to each other.
  • the polarization plane orientations of the first and second wave plates 21 and 22 at this time are both 0 ° and the wavelength used is 550 nm. Also, the thickness of the first and second wave plates 21 and 22 and the first wave plate 21 force SO. 1465 mm, the second wave plate 22 force 0.33048 mm, and the thickness of the polarization canceling plate 20 becomes 0.44514mm.
  • FIG. 7 is a diagram showing the elliptic polarization characteristics of the depolarizing plate according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the depolarizing plate 20 is connected to the first wave plate 21. By constituting with the second wave plate 22, it becomes possible to realize a 1Z4 wave plate having an elliptical polarization ratio of 0.8 or more in a wide band of 400 nm to 700 nm and a phase difference of approximately 90 °.
  • FIG. 8 shows a simulation result of the elliptic polarization characteristic with respect to the wavelength when the optical axis direction of the first wave plate of the depolarizing plate according to the second embodiment is changed.
  • Fig. 8 (a) shows the simulation results when the optical axis direction of the first wave plate is set to 16.1 °
  • Fig. 8 (b) shows the optical axis direction of the first wave plate set to 17 °
  • FIG. 8 (c) shows the simulation results when the optical axis direction of the first wave plate is set to 15 °, respectively.
  • the optical axis direction of the first wave plate 21 is preferably set to 16 °. Also, comparing Fig. 8 (a) and Fig. 8 (c), when the optical axis direction is set to 15 ° as shown in Fig. 8 (c), the elliptical polarization rate is higher than that in Fig. 8 (a). It can be seen that it has declined significantly. Therefore, it can be seen that it is preferable to configure the first and second wave plates 21 and 22 of the depolarization plate 20 as shown in FIGS.
  • Fig. 9 shows the structure of the depolarizer according to the third embodiment.
  • Fig. 9 (a) is a front view of the depolarizer from the incident side
  • Fig. 9 (b) is the diagram of the depolarizer.
  • a side view and FIG. 9 (c) are exploded perspective views of the depolarizer.
  • the depolarizing plate 3 includes a first wave plate 11 and a first wave plate 11 as shown in FIG.
  • the second wave plate 12 is bonded together.
  • the first wave plate 11 is a 1Z8 wave plate.
  • the cutting direction of the crystal forming the wave plate is the Z direction (optical axis direction), and the cutting angle is the wave plate 11
  • 8 formed by the principal plane normal to the optical axis (Z-axis) 13 is set to 110 °.
  • the optical axis direction ⁇ force 7.5 which is the angle formed by the first wave plate 11 plate surface horizontal line A—A ′ (optical projection line of the optical axis of the birefringent crystal plate) and the optical projection line 15 of the optical axis 13 7.5 Set to °.
  • the second wave plate 12 is a 1Z8 wave plate, and the cutting direction of the crystal forming the wave plate is the Z direction, and the cutting angle is the main wave plate 12 as shown in FIG.
  • the angle between the surface normal and the optical axis 14 is set to
  • the optical axis direction 0 force is 5 °, which is the angle formed by the line B—B ′ (the optical projection line of the optical axis of the birefringent crystal plate) and the optical projection line 16 of the optical axis 14.
  • the depolarizing plate 3 of the present embodiment has the optical axis 13 of the first wave plate 11 and the second wave plate 12 when the two wave plates 11 and 12 configured as described above are bonded together.
  • the optical axis 14 and the direction of facing each other were pasted together.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the incident angle dependence characteristics of the depolarizing plate according to the third embodiment.
  • FIG. 10 (a) shows the incident direction of the depolarizing plate according to the present embodiment. Incident angle dependence characteristics are shown for 0 °, 22.5 °, 45.0 °, 67.5 °, 90.0 °, 112.5 °, 135.0 °, and 157.5 °. Yes.
  • Figure 10 (b) shows the relationship between the main surface of the depolarizer and the incident direction. Although not shown in the figure, the incident angle shown in FIG. 10 (a) is indicated by the angle formed with the surface normal of the depolarizer.
  • the depolarizing plate 3 of the present embodiment has no phase difference in the incident angle range of ⁇ 5 ° with respect to the incident light from any incident direction. Therefore, it can be seen that the depolarization plate 3 of this embodiment has improved incident angle dependency characteristics and incident direction dependency characteristics as compared with the conventional depolarization plate shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an OLPF using a depolarizing plate that works according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the functions of OLPF according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory view illustrating the structure of a depolarizing plate according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing elliptic polarization characteristics of the depolarizer according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the structure of a depolarizing plate according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing dimensions of each part of the depolarizing plate shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing elliptic polarization characteristics of a depolarizing plate according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of elliptic polarization characteristics with respect to wavelength when the optical axis direction of the first wavelength plate of the depolarizing plate according to the second embodiment is changed.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the structure of a depolarizing plate according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing input angle dependence characteristics of a depolarizer according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of a conventional OLPF.
  • FIG. 12 A diagram for explaining the functions of a conventional OLPF.
  • FIG. 13 is a diagram showing the elliptic polarization characteristics of a depolarizing plate used in a conventional OLPF.
  • FIG. 14 is a graph showing the input angle dependence characteristics of a conventional OLPF.
  • Optical low pass filter 2 First birefringent crystal plate, 3, 20 Depolarization plate, 4 Second birefringent crystal plate, 5, 31, 32 Optical axis, 6, 33, 34 Optical axis projection line , 21 1st wave plate, 22 2nd wave plate

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Abstract

　最適な固有楕円偏光率が得られる偏光解消板を提供する。第１及び第２の複屈折結晶板２、４と共に光学ローパスフィルタ１を構成する偏光解消板３であって、板面法線と光学軸の成す角度β１を２０°、板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成す角度θ１を４７．５°に設定することで、５１０ｎｍの波長において、偏光解消板３の楕円偏光率を略最適値（＝１）に設定するようにした。

Description

明 細 書
偏光解消板及び電子光学機器
技術分野
[0001] 本発明は複数枚の複屈折結晶板と共に光学ローパスフィルタを構成する偏光解消 板、及びそれを備えた電子光学機器に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子光学機器の普及に伴 ヽ、その 光学ヘッドを構成する固体撮像素子（Charge Coupled Device：以下「CCD」 t 、う）な どにおいては、この前方に光学ローパスフィルタ（Optical Low Pass Filter:以下「OL PF」という）が配置されている。このような OLPFは、被写体が有する空間周波数のう ち、 CCDの画素に対して高い周波数成分を除去する働きがあり、影像品質を改善す るために設けられている。例えば、 OLPFを用いると CCDや撮像管で生じる疑似色 信号をカットすることができるようになる。このような疑似色信号をカットできな 、場合 は、例えば、チェック柄の服や網タイツ等の縞模様を撮影した際に発生するモアレに よる縞のちらつきが生じたり、太陽光が反射する海面を撮影した際に、海面から反射 してきた特定の偏光の偏りによって発生する所謂光ギラツキが生じたりして、撮像品 質の低下を招くことになる。
図 11は、従来の OLPFの構成を説明するための概略斜視図である。
この図 11に示す OLPF50は入射光を水平方向の常光線と異常光線に分離する複 屈折結晶板 51、直線偏光を円偏光に変換する偏光解消板（1Z4波長板) 52、入射 光を垂直方向の常光線と異常光線に分離する複屈折結晶板 53を貼り合せて構成さ れる。そして、このように構成される OLPF50を CCDや撮像管の前に配置することで 、前述したモアレによる縞のちらつきや太陽光の海面での反射によるギラツキを改善 することがでさるよう〖こなる。
[0003] 図 12は、図 11に示した OLPFの機能を説明する説明図である。
この図 12において、複屈折結晶板 51に入射された入射光 61は、複屈折結晶板 5 1を通過することにより、常光線 62と異常光線 63に分離されて偏光解消板 52に入射 される。このとき、常光線 62と異常光線 63は直線偏光とされ、このような常光線 62と 異常光線 63が偏光解消板 52を通過した際には、直線偏光が解消されて円偏光 64 、 65となる。この円偏光 64、 65は複屈折結晶板 53に入射され、複屈折結晶板 53を 通過することにより、円偏光 64は常光線 66と異常光線 67に、円偏光 65は常光線 68 と異常光線 69に夫々分離される。
この結果、図 11に示す OLPF50から出射される出射光線は 4つの光線 66〜69に 分離することができるので、 OLPF50によってモアレ等を誘発する擬似色信号が除 去し、且つ、入射光を 4つの出射光に分離することができるので、 CCDや撮像管へ 良質な光信号を入力することが可能となる。なお、図 11に示したような構成の OLPF は、例えば特許文献 1に開示されている。
また特許文献 2には、例えば 510nmの波長を通過させる OLPFの偏光解消板の 固有楕円偏光率を最適にする技術が開示されている。
特許文献 1 :特開 2003— 248198公報
特許文献 2：特開 2004— 29653公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
ところで、従来の特許文献 2では、偏光解消板を形成する水晶の切断方向（通常は Yカットまたは Xカット）を Z方向、その切断角度を 20度に設定すると共に、偏光解消 板の板面水平線と光学軸の光学軸投影線が成す角度 (以下、「光学軸方位」という） を 45 ± 2° に設定することで、波長 510nmにおいて、偏光解消板の固有楕円偏光 率を最適にできると記載されて 、る。
そこで、本願発明者は、上記特許文献 2に開示されている条件により偏光解消板を 構成してその楕円偏光率の実測を行った。
その結果を図 13に示す。図 13 (a)は、特許文献 2に開示されている偏光解消板の 楕円偏光率の特性を示した図であり、図 13 (a)には、偏光解消板の水晶の切断方向 を Z方向、その切断角度を 20度、光学軸方位を 43° にしたときの楕円偏光率の特性 を示した図、図 13 (b)は偏光解消板の水晶の切断方向を Z方向、その切断角度を 2 0度、光学軸方位を 45° にしたときの楕円偏光率の特性を示した図、図 13 (c)は偏 光解消板の水晶の切断方向を Z方向、その切断角度を 20度、光学軸方位を 47° に したときの楕円偏光率の特性を示した図である。なお、楕円偏光率とは、偏光解消板 の入射光と出射光の光量比を示したものであり、その値が 1に近いほど、直線偏光が 解消されて円偏光になる。
図 13 (a)に示すように偏光解消板の光学軸を 43° にした場合の楕円偏光率は 0. 73、図 13 (b)に示すように偏光解消板の光学軸を 45° にした場合の楕円偏光率は 0. 84、図 13 (c)に示すように偏光解消板の光学軸を 47° にした場合の楕円偏光率 は 0. 97であった。この結果力 特許文献 2に開示されている偏光解消板では、その 楕円偏光率を最適値（ = 1. 0)にできないことがわ力つた。
また、上記特許文献 2に開示されている従来の偏光解消板は、その設計波長が 51 Onmを中心に ± 30nmの範囲でし力 1Z4波長板 (楕円偏光率が 0. 8以上）として機 能しない。このため、特許文献 2のような波長依存性が高い偏光解消板を用いた OL PFを RGBのカラーフィルタと CCDとの間に配置した場合は、 OLPFの機能が RGB 信号に対して波長依存性を有することになるから、 RGB信号を検知する各画素子に 適切な信号が供給されず、高い色再現性が得られない。また、このような問題解決と して、 CCDより得られた信号を演算処理する際に色補正することも考えられるが、こ の場合、複雑なアルゴリズムを必要とするなど力 大型で高価な演算回路が必要とな り、装置の大型化、高額ィ匕を招くという欠点もあった。
また、上記特許文献 2では、偏光解消板を形成する水晶の切断方向（通常は Yカツ トまたは Xカット）を Z方向（光学軸方向）と、偏光解消板の主面法線との成す角度が 2 0° ±4° となるように設定することで、偏光解消板の固有楕円偏光率を最適にする ことが提案されている。
し力しながら、特許文献 2のように構成された偏光解消板 52は、常光の出射光と異 常光の出射光との位相差が、入射方向及び入射角に依存するため、例えば OLPF の組立精度を極めて高くする必要が生じるため、結果として歩留まりが悪いという欠 点があった。
図 14は上記特許文献 2に開示されている従来の偏光解消板の入射角依存特性、 及び入射方向依存特性を説明するための図であり、図 14 (a)には従来の偏光解消 板の入射角依存特性が示されている。また図 14 (b)には偏光解消板の主面と入射 方向との関係が示されている。また図示していないが、図 14 (a)に示す入射角度は 偏光解消板の板面法線と成す角度によって示されるものである。
この図 14に示すように、特許文献 2の偏光解消板は、入射角が大きくなるにしたが つて位相差が大きくなつており、更に各入射方向に対する入射角 Z位相差特性も大 きく異なったものであり、入射角依存特性及び入射方向依存特性が悪いことが見て 取れる。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みて成されたものであり、最適な固有楕円 偏光率が得られる偏光解消板を提供することを目的とする。また適正な楕円偏光率 が得られる波長帯域を拡大することができる偏光解消板を提供することを目的とする 。さらに本発明は入射角依存特性及び入射方向依存特性の良い偏光解消板を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
上記目的を達成するため、請求項 1に記載の発明は、複数枚の複屈折結晶板と共 に OLPFを構成する偏光解消板であって、板面法線と光学軸の成す角度を 20° 、 板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 47. 5° に設定したことを特徴 とする。
請求項 2に記載の発明は、複数枚の複屈折結晶板と共に OLPFを構成する偏光解 消板であって、板面法線と光学軸の成す角度を 27° 、板面水平線と前記光学軸の 光学投影線の成す角度を 16. 1° に設定した第 1の波長板と、板面法線と光学軸の 成す角度を 13° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 81° に設 定した第 2の波長板と、を備えていることを特徴とする。
請求項 3に記載の発明は、複数枚の複屈折結晶板と共に OLPFを構成する偏光解 消板であって、板面法線と光学軸の成す角度を 20° 、板面水平線と前記光学軸の 光学投影線の成す角度を 47. 5° に夫々設定した第 1及び第 2の波長板を有し、該 第 1及び第 2の波長板の光学軸が対向する向きとなるように貼り合せて構成したことを 特徴とする。
請求項 4に記載の発明は、請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の偏光解消 板を備えたことを特徴とする。
発明の効果
[0007] 請求項 1記載の発明によれば、偏光解消板の板面法線と光学軸の成す角度を 20 ° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 47. 5° に設定することで 、所定の波長において、偏光解消板の楕円偏光率を最適値に設定することができる ようになる。
請求項 2記載の発明によれば、板面法線と光学軸の成す角度を 27° 、板面水平 線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 16. 1° に設定した第 1の波長板と、板 面法線と光学軸の成す角度を 13° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成 す角度を 81° に設定した第 2の波長板と、を用いて偏光解消板を構成することで、 適正な楕円偏光率が得られる波長帯域を拡大することができる。従って、本発明の 偏光解消板を用いて構成した OLPFをカラー固体撮像素子の前面側に配置して色 補正などを行うようにすれば装置の小型化を図ることができるようになる。
請求項 3記載の発明によれば、板面法線と光学軸の成す角度を 20° 、板面水平 線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 47. 5° に夫々設定した第 1及び第 2の 波長板を有し、これら第 1及び第 2の波長板の光学軸が対向する向きとなるように貼り 合せて構成したことで、入射角依存特性の良!ヽ偏光解消板を実現することができた。 請求項 4記載の発明によれば、上記請求項 1乃至請求項 3の効果が得られる電子 光学機器を実現することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る偏光解消板を用いた OLPFの概略斜視図 である。
この図 1に示す OLPF1は、 CCD 10の前面側に配置され、例えば入射光を 4分割 して CCD10に出射するように構成されている。このような OLPF1は、入射光を水平 方向の常光線と異常光線に分離する第 1の複屈折結晶板 2と、直線偏光を円偏光に 変換する偏光解消板（1Z4波長板) 3と、入射光を垂直方向の常光線と異常光線に 分離する第 2の複屈折結晶板 4とが貼り合わされて ヽる。 図 2は、図 1に示した OLPFの機能を説明する説明図である。
この図 2において、第 1の複屈折結晶板 2に入射された入射光 11は、第 1の複屈折 結晶板 11を通過することにより常光線 12と異常光線 13に分離されて偏光解消板 3 に入射される。偏光解消板 3に入射された常光線 12及び異常光線 13は、偏光解消 板 3を通過する際に夫々位相が 90° 変化し、常光線 12及び異常光線 13の直線偏 光が解消されてそれぞれ円偏光 14、 15となる。この円偏光 14、 15は第 2の複屈折 結晶板 4に入射され、第 2の複屈折結晶板 4を通過することにより、円偏光 14は常光 線 16と異常光線 17に、円偏光 15は常光線 18と異常光線 19に夫々分離される。こ の結果、最終的には図 2に示す OLPF1から出射される出射光線は 4つの出射光線 に分離される。
そのうえで、第 1の実施形態に係る OLPF1は、図 3に示すように、偏光解消板 3を 形成している水晶の切断方向を Z方向、その切断角度は、偏光解消板 3の板面法線 と光学軸 (Z軸） 5の成す角度 β を 20° に設定すると共に、偏光解消板 3の板面水 平線 (Α— Α' )と光学軸 5の光学投影線 6が成す角度である光学軸方位 0 を 47. 5 ° に設定するようにしている。このように偏光解消板 3を構成すると、例えば 510nm の波長において最適な固有楕円偏光率が得られることが分力つた。
図 4は、第 1の実施形態に係る偏光解消板の楕円偏光率の特性を示した図である。 この図 4に示すように、偏光解消板 3の水晶を 20度の Zカット、光学軸方位を 47. 5 ° に設定したときの楕円偏光率特性を示した図であり、この図 4に示す測定結果から 、偏光解消板 3の光学軸方位 Θ を 47. 5° に設定すると、例えば 510nmの波長に おいて楕円偏光率を略最適値（ = 1. 0)になることが分力つた。
したがって、第 1の実施形態に係る偏光解消板 3を用 ヽて OLPF 1を構成すれば、 特許文献 2の OLPFより、さらにモアレ等を誘発する擬似色信号を除去し、且つ、入 射光を 4つの出射光に分離することができるようになる。
ところで、上記図 1に示した第 1の実施形態に係る偏光解消板 3においても、特許 文献 2に開示されている従来の OLPFと同様、規定以上の楕円偏光率 (例えば 0. 8 以上）が得られる波長帯域力 設計波長である 510nmを中心に ± 30nmの範囲しか なぐ偏光解消板 3を 1Z4波長板として機能させることができる波長帯域が狭いまま とされる。
そこで、本願出願人は、鋭意検討を行った結果、 OLPFの偏光解消板を次のように 構成すると、適正な楕円偏光率が得られる波長帯域を拡大できることがわ力つた。 以下、本発明の第 2の実施形態として適正な楕円偏光率が得られる波長帯域を拡 大することができる偏光解消板にっ 、て説明する。
図 5は、第 2の実施形態に力かる偏光解消板の構造を示した図であり、図 5 (a)は偏 光解消板を入射側から見た正面図、図 5 (b)は偏光解消板の側面図、図 5 (c)は、偏 光解消板の分解斜視図である。また図 6は第 2の実施形態に係る偏光解消板の各部 の寸法を示した図である。なお、この場合の偏光解消板は Zカットとする。
第 2の実施形態に係る偏光解消板 20は、図 5 (b)に示すように、第 1の波長板 21と 第 2の波長板 22からなる。この場合、図 5 (c)及び図 6に示すように、第 1の波長板 21 は、波長板を形成している水晶の切断方向を Z方向、その切断角度、即ち第 1の波 長板 21の板面法線と光学軸 31の成す角度 |8 を 27. 0° に設定すると共に、第 1の 波長板 21の板面水平線 (Β-Β' )と光学軸 31の光学投影線 33が成す角度である光 学軸方位 0 を 16. 1° に設定するようにした。
また第 2の波長板 21は、同じく図 5 (c)及び図 6に示されているように、波長板を形 成している水晶の切断方向が Ζ方向、その切断角度、即ち第 2の波長板 21の板面法 線と光学軸 32の成す角度 |8 を 13. 0° に設定すると共に、第 2の波長板 22の板面
2
水平線 (C C' )と光学軸 32の光学投影線 34が成す角度である光学軸方位 Θ を 8
2
1. 0° に設定するようにした。
そして、板面水平線 (Β— Β' )と板面水平線 (C— C' )とが平行になるように第 1の波 長板 21と第 2の波長板 22とを重ねたものである。
なお、図 6に示すように、このときの第 1及び第 2の波長板 21、 22の偏光面方位は 共に 0° 、使用波長は共に 550nmとする。また、第 1及び第 2の波長板 21、 22の厚 み ίま、第 1の波長板 21力 SO. 1465mm,第 2の波長板 22力0. 3048mmであり、偏 光解消板 20の厚みは 0. 4514mmとなる。
そして、このように偏光解消板 20を構成すると、偏光解消板 20において適正な楕 円偏光率が得られる波長帯域を拡大できることがわ力 た。 [0011] 図 7は、第 2の実施形態に係る偏光解消板の楕円偏光率特性を示した図であり、図 7から分力るように、偏光解消板 20を第 1の波長板 21と第 2の波長板 22とにより構成 することで、 400nm〜700nmの広帯域で楕円偏光率が 0. 8以上となり、位相差が ほぼ 90° の 1Z4波長板を実現することができるようになる。
ここで、第 2の実施形態に係る偏光解消板の第 1波長板の光学軸方向を変更した 場合の波長に対する楕円偏光率特性のシミュレーション結果を図 8に示す。
図 8 (a)は第 1の波長板の光学軸方向を 16. 1° に設定した場合のシミュレーション 結果を、図 8 (b)は第 1の波長板の光学軸方向を 17° に設定した場合のシミュレーシ ヨン結果を、図 8 (c)は第 1の波長板の光学軸方向を 15° に設定した場合のシミュレ ーシヨン結果をそれぞれ示した図である。
これら図 8 (a)〜図 8 (c)のシミュレーション結果から、第 1の波長板 21の光学軸方 位を約 1° 変えただけでも波長に対する楕円偏光率特性が大きく変化することがわ かる。また、図 8 (a)と図 8 (b)を比較すると、図 8 (b)に示すように光学軸方位を 17° に設定した場合も広帯域に渡って楕円偏光率が 0. 8以上になるが、図 8 (a)に示す ように光学軸方位を 16. 1° に設定したほうが、楕円偏光率が最適値（ = 1. 0)となる 帯域が広いため、図 8 (a)に示すように第 1の波長板 21の光学軸方向を 16° に設定 したほうが好ましい。また図 8 (a)と図 8 (c)とを比較すると、図 8 (c)に示すように光学 軸方位を 15° に設定した場合は、図 8 (a)に比べて楕円偏光率が大きく低下してい ることが分かる。従って、このようなシミュレーション結果力もも、図 5及び図 6に示した ように偏光解消板 20の第 1及び第 2の波長板 21、 22を構成することが好ましいことが 分かる。
[0012] 次に、本発明の第 3の実施形態に係る偏光解消板について説明する。
なお、第 3の第 3の実施形態に係る偏光解消板を用いた OLPFの概略及び機能は 上記図 1及び図 2により説明した OLPFと同一であるためここでは説明を省略する。 図 9は第 3の実施形態に係る偏光解消板の構造を示した図であり、図 9 (a)は偏光 解消板を入射側から見た正面図、図 9 (b)は偏光解消板の側面図、図 9 (c)は偏光 解消板の分解斜視図である。
第 3の実施形態に係る偏光解消板 3は、図 9 (b)に示すように、第 1の波長板 11と、 第 2の波長板 12とを貼り合わせて構成したものである。
第 1の波長板 11は 1Z8波長板とされ、図 9 (c)に示すように、波長板を形成してい る水晶の切断方向が Z方向（光学軸方向）、その切断角度は波長板 11の主面法線と 光学軸 (Z軸） 13の成す角度 |8 が 110° となるように設定されている。また第 1の波 長板 11板面水平線 A— A' (複屈折結晶板の光学軸の光学投影線)と光学軸 13の 光学投影線 15が成す角度である光学軸方位 Θ 力 7. 5° に設定されている。 また第 2の波長板 12は 1Z8波長板とされ、同じく図 9 (c)に示すように、波長板を形 成している水晶の切断方向が Z方向、その切断角度は波長板 12の主面法線と光学 軸 14の成す角度 |8 力 0° に設定されている。また第 2の波長板 12の板面水平
2
線 B— B' (複屈折結晶板の光学軸の光学投影線)と光学軸 14の光学投影線 16が成 す角度である光学軸方位 0 力 5° に設定されている。
2
そして、本実施形態の偏光解消板 3は、上記のように構成した 2枚の波長板 11、 12 を貼り合わせる際に、第 1の波長板 11の光学軸 13と第 2の波長板 12の光学軸 14と が対向する向きに貼り合せるようにした。このように偏光解消板 3を構成した場合は、 2枚の波長板の位相差特性同士が相殺し合うので、結果的に偏光解消板 3の入射角 依存特性、及び入射方向依存特性を良好にできる。
[0013] 図 10は、第 3の実施形態に係る偏光解消板の入射角依存特性を説明するための 図であり、図 10 (a)には本実施形態に係る偏光解消板の入射方向が 0. 0° 、 22. 5 ° 、 45. 0° 、 67. 5° 、 90. 0° 、 112. 5° 、 135. 0° 、 157. 5° の場合における 入射角依存特性が示されている。また図 10 (b)には偏光解消板の主面と入射方向と の関係が示されている。また図示していないが、図 10 (a)に示す入射角度は偏光解 消板の板面法線と成す角度によって示されるものである。
図 10に示すように、本実施形態の偏光解消板 3は、いずれの入射方向からの入射 光についても入射角が ± 5° の範囲内では位相差が生じていない。したがって、本 実施形態の偏光解消板 3のほうが、図 14に示した従来の偏光解消板に比べて入射 角依存特性、及び入射方向依存特性が改善されていることが分かる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の第 1の実施形態に力かる偏光解消板を用いた OLPFの概略斜視図。 [図 2]第 1の実施形態に係る OLPFの機能を説明するための図。
[図 3]第 1の実施形態に係る偏光解消板の構造を説明する説明図。
[図 4]第 1の実施形態に係る偏光解消板の楕円偏光率特性を示した図。
[図 5]第 2の実施形態に係る偏光解消板の構造を説明する説明図。
[図 6]図 5に示した偏光解消板の各部の寸法を示した図。
[図 7]第 2の実施形態に係る偏光解消板の楕円偏光率特性を示した図。
[図 8]第 2の実施形態に係る偏光解消板の第 1波長板の光学軸方向を変更した場合 の波長に対する楕円偏光率特性のシミュレーション結果を示した図。
[図 9]第 3の実施形態に係る偏光解消板の構造の説明図。
[図 10]第 3の実施形態に係る偏光解消板の入力角依存特性を示した図。
[図 11]従来の OLPFの概略斜視図。
[図 12]従来の OLPFの機能を説明するための図。
[図 13]従来の OLPFに用いられる偏光解消板の楕円偏光率特性を示した図。
[図 14]従来の OLPFの入力角依存特性を示した図。
符号の説明
1 光学ローパスフィルタ（OLPF)、 2 第 1の複屈折結晶板、 3、 20 偏光解消板、 4 第 2の複屈折結晶板、 5、 31、 32 光学軸、 6、 33、 34 光学軸投影線、 21 第 1の 波長板、 22 第 2の波長板

Claims

請求の範囲
[1] 複数枚の複屈折結晶板と共に光学ローパスフィルタを構成する偏光解消板であつ て、板面法線と光学軸の成す角度を 20° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線 の成す角度を 47. 5° に設定したことを特徴とする偏光解消板。
[2] 複数枚の複屈折結晶板と共に光学ローパスフィルタを構成する偏光解消板であつ て、板面法線と光学軸の成す角度を 27° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線 の成す角度を 16. 1° に設定した第 1の波長板と、板面法線と光学軸の成す角度を 13° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線の成す角度を 81° に設定した第 2の 波長板と、を備えていることを特徴とする偏光解消板。
[3] 複数枚の複屈折結晶板と共に光学ローパスフィルタを構成する偏光解消板であつ て、板面法線と光学軸の成す角度を 20° 、板面水平線と前記光学軸の光学投影線 の成す角度を 47. 5° に夫々設定した第 1及び第 2の波長板を有し、該第 1及び第 2 の波長板の光学軸が対向する向きとなるように貼り合せて構成したことを特徴とする 偏光解消板。
[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれか一項に記載の偏光解消板を備えたことを特徴と する電子光学機器。
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