WO2007074945A1 - 光学モジュール及びイメージング装置 - Google Patents

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WO2007074945A1
WO2007074945A1 PCT/JP2006/326398 JP2006326398W WO2007074945A1 WO 2007074945 A1 WO2007074945 A1 WO 2007074945A1 JP 2006326398 W JP2006326398 W JP 2006326398W WO 2007074945 A1 WO2007074945 A1 WO 2007074945A1
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optical element
quarter
wave plate
plate portion
optical
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PCT/JP2006/326398
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shojiro Kawakami
Tetsuya Ogata
Original Assignee
Photonic Lattice, Inc.
Ricoh Company, Ltd.
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/288Filters employing polarising elements, e.g. Lyot or Solc filters
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another

Definitions

  • the present invention relates to an optical module, an imaging apparatus, and the like. More specifically, the present invention relates to an optical module, an imaging apparatus, and the like for effectively extracting only light at a predetermined position and observing a target observation object more clearly.
  • Imaging devices such as cameras can obtain a clear image to some extent by focusing on the observation object.
  • the object other than the object is simply out of focus, and a blurred image can be obtained. Therefore, there is a demand to cut the light originating from things other than the observation object and obtain a clearer image of the observation object.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-106627 Disclosure of Invention
  • An object of the present invention is to provide an optical module that can be used to extract light that satisfies a specific condition.
  • An object of the present invention is to provide an imaging apparatus having the above optical module. Means for solving the problem
  • the present invention basically includes two optical elements having at least two types of parts that modulate the phase of transmitted light, such as a quarter-wave plate part and a -1/4 wavelength plate part. prepare. The light passing through them is focused on the fact that the phase of the light can be modulated by the transmission path, and that the modulated phase can be returned. If the output of the two optical elements is introduced into the polarizer, it can be controlled that only light that satisfies a certain condition can be transmitted through the two optical elements and further output from the polarizer. Is based.
  • the first aspect of the present invention relates to an optical module for controlling the phase of input light according to a predetermined condition.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the optical module of the present invention.
  • Fig. 1 (A) shows a schematic view of the optical module of the present invention
  • Fig. 1 (B) shows a top view of the optical module of the present invention.
  • Fig. Shows the figure.
  • the optical module of the present invention basically has the following configuration.
  • the first optical element (4) and the second optical element (8) are parallel to each other, and the quarter-wave plate portion (1) and the second optical element (4) of the first optical element (4)
  • the optical element (8) of the first quarter-wave plate portion (6) overlaps with a gap (9), and the first optical element (4) of the quarter-wave plate portion (2)
  • the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) is an optical module (10) that overlaps with the gap (9) therebetween.
  • the quarter-wave plate part and the -1 / 4-wave plate part quantitatively change the phase of the transmitted light, so that the light incident on the optical module can be detected from which of the two optical elements (4, 8).
  • the phase is modulated depending on whether the light is transmitted through the portion.
  • optical phase modulation can be performed according to the specified conditions.
  • the second aspect of the present invention relates to an imaging apparatus capable of effectively extracting light that satisfies a predetermined condition.
  • This imaging apparatus basically includes a lens (21); an optical module (10) through which light from the lens (21) is transmitted; and a polarization plane of light incident on the optical module (10).
  • the optical module (10) comprises a quarter-wave plate portion (1) and a quarter-wave plate portion (2).
  • the quarter-wave plate portion (2) of (4) and the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) are optical modules that overlap with the gap (9) therebetween. Imaging device.
  • the first polarizer (22) adjusts the polarization plane of light
  • the optical module adjusts the phase of light that satisfies a predetermined condition
  • the second polarizer (23) is modulated by the optical module. Only light having a certain polarization plane is transmitted. Therefore, according to the imaging apparatus of the present invention, light satisfying a predetermined condition can be extracted and detected effectively. The invention's effect
  • an optical module that can extract light satisfying a specific condition by controlling a wavelength plate portion through which light is transmitted. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an imaging device that can extract only light that satisfies such a specific condition (for example, a condition that the measurement object is at a specific position).
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the optical module of the present invention.
  • Figure 1 (A) shows a schematic diagram of the present optical module
  • Figure B) shows a top view of the optical module of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical module of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the operation of light that is not in the gap between the first optical element and the second optical element and that is between the second optical element and the second lens. is there.
  • Figure 4 is a diagram for explaining the operation of light with the focal point between the first optical element and the second optical element.
  • Fig. 5 is a diagram for explaining the operation of light between the first lens and the first optical element, not in the gap between the first optical element and the second optical element. .
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of an optical module according to an embodiment.
  • Figure 6 (A) shows A schematic diagram of an optical module according to an embodiment is shown, and
  • FIG. 6 (B) shows a top view thereof.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an optical device equipped with an optical module according to an embodiment.
  • Fig. 8 is a diagram showing an example of an optical device for explaining the mathematical analysis.
  • Figure 9 is a diagram for explaining the parameters of the analysis system.
  • Figure 10 is a diagram for classifying the spatial position of the focal point.
  • Figure 11 is a graph showing the coupling efficiency when there is one slit.
  • the vertical axis is the value obtained by dividing the z-axis position by (D / 2)
  • the horizontal axis is the value obtained by dividing the X-axis value by Dtan 0.
  • Figure 11 (A) is a graph (contour map) showing the coupling efficiency from -10 to 10 on the vertical and horizontal axes.
  • Fig. 11 (B) is a graph (partially enlarged view of Fig. 11 (A)) showing the coupling efficiency from -2 to 2 on the vertical and horizontal axes.
  • Figure 12 is a graph showing the coupling efficiency when three slits are provided with a 2Dtan 0 period.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram of the imaging apparatus of the present invention.
  • the first aspect of the present invention relates to an optical module for controlling the phase of input light according to a predetermined condition.
  • Figure 1 shows the optical module of the present invention.
  • FIG. FIG. 1A shows a schematic view of the optical module of the present invention
  • FIG. 1B shows a top view of the optical module 10 of the present invention.
  • the optical module 10 of the present invention basically has the following configuration.
  • a plate-shaped first optical element (4) in which a quarter-wave plate portion (1) and a -1 ⁇ 4-wave plate portion (2) are alternately formed via a joint portion (3);
  • a plate-like second optical element (8) in which a quarter-wave plate portion (5) and a -1 ⁇ 4-wave plate portion (6) are alternately formed via a joint portion (7);
  • the first optical element (4) and the second optical element (8) are parallel to each other, and the quarter-wave plate portion (1) and the second optical element (4) of the first optical element (4) are provided.
  • the optical element (8) overlaps with the quarter-wave plate part (6) with a gap (9), and the first optical element (4) with the quarter-wave plate part (2)
  • the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) is an optical module (10) that overlaps with the gap (9) therebetween.
  • the quarter-wave plate part and the -1 / 4-wave plate part quantitatively change the phase of the transmitted light, so that the light incident on the optical module is one of the two optical elements (4, 8).
  • the phase is modulated depending on whether the light is transmitted through the portion.
  • optical phase modulation can be performed according to the prescribed conditions.
  • the light transmitted through the optical module (10) of the present invention is used as a polarizer.
  • the optical module (10) of the present invention has a focus at a predetermined position as will be described later. It can be used to output only certain light, and to extract light when it does not output only such light. That is, the optical module (10) of the present invention is used, for example, as an optical filter for extracting light at a predetermined position.
  • An “optical element” is an element that adjusts the phase and path of light.
  • materials for the first optical element (4) and the second optical element (8) in the present invention known optical crystal materials can be appropriately used.
  • the shapes of the first optical element (4) and the second optical element (8) in the present invention for example, ones each having a square shape (or a rectangular shape) can be mentioned. The shapes are preferably the same.
  • the size of the first optical element (4) and the second optical element (8) can be adjusted appropriately according to the required performance and the number of wave plate parts.
  • the area of the optical element (4, 8) is limn 2 to 10cra 2 , and preferably 3 mra 2 to 5 cm 2. preferably from 5 mm 2 ⁇ 2cm 2.
  • the specific optical element (4, 8) thickness is 1 ⁇ ! ⁇ Lmm, preferably 10 // m ⁇ 0. lmm.
  • IX 10- 2 cn! ⁇ L cm force S Agerare may be filed with 5 X l (T 2 cm ⁇ 5 X 10- 1 cra.
  • Quadrater wave plate part and “-1 ⁇ 4 wave plate part” mean parts that function as a quarter wave plate and a 1 ⁇ 4 wave plate, respectively. 1/4 wave plate and-1/4
  • the function of the wave plate is well known.
  • the quarter-wave plate has a function of causing a quarter-wave phase difference (the slower component is delayed compared to the faster component on the exit surface of the wave plate) to the incident light. It is a wave plate.
  • a -1/4 wave plate is a wave plate that has the function of producing a phase difference of-1/4 wavelength in incident light.
  • One “quarter wave plate portion” and “ ⁇ 1/4 wave plate portion” may be provided one by one, or a plurality of alternates in the vertical and horizontal directions (for example, 2 to 1 X 10 3 ) It may be provided.
  • the “quarter wave plate portion” and the “ ⁇ 1/4 wave plate portion” may be provided alternately in a strip shape (square shape, preferably rectangular shape).
  • the optical module (10) of the present invention is formed by alternately forming the quarter-wave plate portion (1) and the -1 / wave plate portion (2) through the joint portion (3). is there.
  • the quarter-wave plate part (1) and the quarter-wave plate part (2) are one or more quarter-wave plates and-quarter-wave plates that are arranged alternately. Alternatively, it may be a combination of one or more quarter-wave plates and a minus quarter-wave plate. Furthermore, it may be a crystal having a quarter-wave plate portion (1) and a -quarter-wave plate portion (2), such as a photonic crystal.
  • a preferred embodiment of the optical module of the present invention is an optical module in which the first optical element (4) and the second optical element (8) are composed of photonic crystals. In the case of a photonic crystal, the 1/4 wavelength plate part (1) and the-1/4 wavelength plate part (2) can be obtained as a unit including the joint part (3), so handling is extremely easy. It becomes.
  • a preferred embodiment of the optical module of the present invention is as shown in FIG.
  • the quarter-wave plate portion (1) and the -quarter-wave plate portion (2) of the first optical element (4) are in the form of stripes each having the same width, and the first optical element One or a plurality of each are provided in (4); the quarter-wave plate portion (5) and the -1 ⁇ 4-wave plate portion (6) of the second optical element (8) have the same width.
  • the optical module (10) is preferably provided with a plurality of quarter-wave plate portions (5) and minus quarter-wave plate portions (6).
  • a typical number is 2 to 1 X 10 3 , preferably 5 to 1 X 10 2 .
  • the area that can be controlled by the optical module of the present invention is expanded. More specifically, the area that can be controlled by the optical module of the present invention is expanded in the direction in which a plurality of wave plates are arranged.
  • a preferred embodiment of the optical module of the present invention, the first optical element (4) and the length of the second gap between the optical element (8) (9a) is, 1 X 10- 2 cn! ⁇ L cm.
  • a polarizer is basically an element that transmits light in the specified transmission axis direction.
  • a known polarizer including a polarized beam splitter
  • the optical module of the present invention can appropriately employ known elements used in known optical instruments. [Operation and usage example of optical module]
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical module of the present invention.
  • an optical device including this optical module (specifically, an imaging device to be described later) has a lens (21) that receives light from the observation object and a lens (21).
  • a first polarizer (22) that receives light; an optical module (10) that receives light from the first polarizer (22); and a second polarizer that receives light from the optical module (10).
  • It comprises a polarizer (23) and a photodetector (24) that receives light from the second polarizer (23).
  • symbol 25 indicates an arbitrary lens.
  • E shows an example of the polarization plane of the polarizer.
  • the positional relationship between the lens (21) and the first polarizer (22) may be the reverse of that shown in Fig. 2.
  • the first optical element (4) and the second optical element (8) of the optical module (10) are each provided with one quarter-wave plate portion and one minus quarter-wave plate portion. Have.
  • the first optical element (4) and the second optical element (8) of the optical module (10) may have multiple locations, as shown in Fig. 1, for example. This also applies to the following figures.
  • An example of a photo detector is an image sensor such as CCD.
  • the light transmitted through the first lens (21) and the first polarizer (22) is transmitted through the first optical element (4) and the second optical element (8), respectively.
  • a part of the light transmitted through the second optical element (8) is polarized and separated by the second polarizer (23).
  • the light transmitted through the second polarizer (23) becomes the second lens (25).
  • the light is collected by and detected by the photodetector (24).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of light behind the second optical element, not in the gap between the first optical element and the second optical element.
  • the polarization plane of the light passing through the first polarizer (22) is adjusted.
  • the plane of polarization is, for example, shifted by ⁇ / 2 from the plane of polarization that can pass through the polarizer (23).
  • Figure 4 is a diagram for explaining the behavior of light with the focal point between the first and second optical elements.
  • the polarization plane of the light passing through the first polarizer (21) is adjusted.
  • the plane of polarization is, for example, shifted by ⁇ / 2 from the plane of polarization that can pass through the second polarizer (23).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of light when the focal point is not in the gap between the first optical element and the second optical element but before the first optical element.
  • the plane of polarization of the light incident on the first lens (21) is adjusted by the first polarizer (22).
  • the plane of polarization is, for example, shifted by ⁇ / 2 from the plane of polarization transmitted by the second polarizer (23).
  • the focal point is a predetermined position (for example, the joint (3) of the first optical element (4) and the second optical element (8)).
  • the light that passes through the junction (7) passes through the second polarizer (23), but the other light does not pass through the second polarizer (23).
  • the optical module of the present invention can be preferably used in an optical device that extracts only light that satisfies a predetermined condition. More specifically, if the focal point of the light originating from the observation object is positioned between the two junctions (3, 7), light other than the observation object can be blocked. , Observable objects can be observed effectively.
  • the focal point of the light incident on the lens (21) can be controlled, for example, by adjusting the distance from the optical module (10) while keeping the optical axis of the lens (21) unchanged.
  • the quarter-wave plate part (1) of the first optical element (4) and the -quarter-wave plate part (6) of the second optical element (8) overlap with a gap (9).
  • the quarter-wave plate portion (2) of the first optical element (4) and the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) are separated from the gap (9). I explained the overlap.
  • the quarter-wave plate portion (1) of the first optical element (4) and the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) overlap with a gap (9).
  • the -1/4 wavelength plate portion (2) of the first optical element (4) and the -1/4 wavelength plate portion (6) of the second optical element (8) define the gap (9). It does not matter if they overlap at a distance.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an optical module according to an embodiment.
  • Figure 6 (A) shows a schematic diagram of an optical module according to an embodiment
  • Figure 6 (B) A plane view is shown.
  • the optical module according to this embodiment has a quarter-wave plate portion (1) and a -1 ⁇ 4-wave plate portion (2) alternately through the joint portion (3).
  • the formed plate-like first optical element (4); the 1/4 wavelength plate portion (5) and the -1/4 wavelength plate portion (6) are alternately formed via the joint portion (7).
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an optical device equipped with an optical module according to an embodiment.
  • the quarter-wave plate portion (1) of the first optical element (4) and the quarter-wave plate portion (5) of the second optical element (8) are separated by a gap (9).
  • the -1/4 wavelength plate part (2) of the first optical element (4) and the -1/4 wavelength plate part (6) of the second optical element (8) form an air gap (9).
  • the optical device includes: a lens (21); an optical module (10) through which light from the lens (21) passes; and a polarization plane of light incident on the optical module (10).
  • the optical module (10) has a 1/4 wavelength plate portion (1) and a-1/4 wavelength plate portion (2) joined portion ( 3) Plate-shaped first optical elements (4) alternately formed via; 1/4 wavelength plate portion (5) and -1/4 wavelength plate portion (6) are joined portions (7) Plates formed alternately through And the first optical element (4) and the second optical element (8) are parallel to each other, and the first optical element (4)
  • the quarter-wave plate part (1) of the second optical element (8) and the quarter-wave plate part (5) of the second optical element (8) overlap with a gap (9), and the first optical element (4
  • the -1/4 wavelength plate portion (2) of the second optical element (8) and the -1/4 wavelength plate portion (6) of the second optical element (8) are optical modules that overlap with each other with the gap (9) therebetween.
  • This optical device functions as an imaging device, for example, because it can extract and detect light that satisfies a predetermined condition as described below.
  • the polarization planes of the first polarizer (22) and the second polarizer (23) should be aligned so that they are perpendicular to the paper. Then, only light that satisfies the specified condition can be extracted using the same principle as described above. That is, in this case, the light whose focal point is between the first optical element and the second optical element is transmitted through the first optical element and the second optical element, so that the phase of the polarization plane is based on the light. Returned. Also, the phase of the plane of polarization of the light condensed before the first optical element and the light condensed behind the second optical element are shifted by ⁇ ⁇ 2. Therefore, by aligning the polarization transmission axis of the second polarizer with the polarization transmission axis of the first polarizer, light that satisfies the predetermined condition can be extracted in the same manner as the optical device described above. .
  • a half-wave plate part (or -1/2 wave plate part) and a flat part (part that does not cause phase modulation)
  • a flat part may be used instead of the wave plate portion (2, 6).
  • the half-wave plate part is replaced with a flat part instead of the -1/4 wavelength plate part (2, 6).
  • the planes of polarization of the first polarizer (22) and the second polarizer (23) should be aligned so that they are perpendicular to the page. In this way, only light that satisfies the specified conditions can be extracted based on the same principle as described above. In this case, the light whose focal point is between the first and second optical elements is transmitted back through the first and second optical elements, so that the phase of the plane of polarization is restored. In addition, the phase of the plane of polarization of the light collected before the first optical element and the light collected behind the second optical element are shifted by ⁇ 2. Therefore, by aligning the polarization transmission axis of the second polarizer with the polarization transmission axis of the first polarizer, light that satisfies the predetermined condition can be extracted in the same manner as the optical device described above. .
  • the operation of the first optical element (4) and the second optical element (8) having one quarter-wave plate part and one minus quarter-wave plate part has been described above. If the first optical element (4) and the second optical element (8) have a plurality of quarter-wave plate portions and minus quarter-wave plate portions, respectively, the observable region is 2 It will spread in dimension. In addition, if a movable device that can move the first lens (21) closer to or away from each optical element is used, the focal position of the light incident on the lens (21) can be adjusted as appropriate, allowing observation. The distance of the object can be adjusted as appropriate. Also, by using a movable device that can move the position of the optical module (10) or photodetector (24) horizontally with respect to the optical axis, the object that can be observed can be expanded two-dimensionally. It will be possible.
  • the half-wave plate part is replaced with the flat part instead of the -1/4 wavelength plate part (2, 6).
  • the polarization planes of the first polarizer (22) and the second polarizer (23) should be aligned, for example, so as to be perpendicular to the page.
  • the light whose focal point is between the first optical element and the second optical element is transmitted through the first optical element and the second optical element, so that the phase of the plane of polarization is shifted by ⁇ 2.
  • the phase of the polarization plane of the light condensed before the first optical element and the light condensed behind the second optical element are restored.
  • each part of the first optical element and the second optical element is a wave plate part.
  • polarization is performed. It may be an optical rotator element that rotates the azimuth angle of the surface.
  • the quarter-wave plate part of each optical module described so far may be the +45 degree optical rotator part
  • the -1/4 wavelength plate part may be the -45 degree optical rotator part.
  • Each optical rotation element may be formed by forming an alignment film such as a polyimide film on a transparent substrate and appropriately controlling the alignment direction of the alignment film.
  • each optical rotation element part may be formed by applying a predetermined magnetic field to a predetermined part by using a Faraday element that rotates light transmitted by applying a magnetic field.
  • the quarter-wave plate part of the optical module in Fig. 1 is +45
  • the rotatory rotator element should be used, and the -1/4 wave plate part should be the -45 deg rotator element.
  • the light whose focal point is between the first optical element and the second optical element is transmitted through the first optical element and the second optical element, so that the azimuth angle of the plane of polarization is shifted by 90 degrees.
  • the azimuth angle of the plane of polarization of the light condensed before the first optical element and the light condensed behind the second optical element are restored.
  • the polarization transmission axis of the second polarizer so as to be orthogonal to the polarization transmission axis of the first polarizer, light that satisfies the predetermined condition can be extracted in the same manner as the optical device described above. It becomes.
  • the quarter-wave plate part should be the +45 degree optical rotator part and the -1/4 wavelength plate part should be the -45 degree optical rotator part.
  • the light whose focal point is between the first optical element and the second optical element is returned to the original azimuth angle of the polarization plane by passing through the first optical element and the second optical element.
  • the azimuth angle of the plane of polarization of light condensed before the first optical element and light condensed behind the second optical element is shifted by 90 degrees.
  • Figure 8 shows an example of an optical device for explaining the mathematical analysis. That is, the center of the two optical elements (4, 8) is the origin, and the quarter-wave plate part (1) and the quarter-wave plate part (2) are alternately connected via the joint part (3).
  • the direction of formation (parallel to the paper and parallel to the optical element) is the X axis
  • the direction perpendicular to the paper is the Y axis
  • the traveling direction of the light is Z axis.
  • each optical element (4, 8) has one quarter-wave plate (1) and one quarter-wave plate (2).
  • Figure 9 is a diagram for explaining the parameters of the analysis system. As shown in Fig. 9, the distance (9a) between the two optical elements is D, and the range of light emitted from the slit is 2 ⁇ .
  • Figure 10 is a diagram for classifying the spatial position of the focal point.
  • / D) ⁇ 1/2 ⁇ 1-2
  • Figure 11 is a graph showing the coupling efficiency when there is one slit.
  • the vertical axis is the value obtained by dividing the ⁇ -axis position by (D / 2)
  • the horizontal axis is the value obtained by dividing the X-axis value by Dtan 0.
  • Figure 11 (A) is a graph (contour map) showing the coupling efficiency with -10 to 10 on the vertical and horizontal axes.
  • FIG. 11 (B) is a graph (partially enlarged view of FIG. 11 (A)) showing the coupling efficiency with the vertical axis and the horizontal axis ranging from ⁇ 2 to 2. From Fig.
  • the optical module of the present invention has a strong selectivity in the Z-axis direction.
  • the region where the coupling efficiency is large is limited.
  • FIG. 12 is a graph showing the coupling efficiency when three slits are provided with a 2Dtan ⁇ period.
  • the vertical axis is the z-axis position divided by (D / 2)
  • the horizontal axis is the X-axis value divided by Dtan 0.
  • the first optical element (4) and the second optical element (8) each have two quarter-wave plate parts and -1/4 wave-plate parts, and there are three coupling parts. Equivalent to what can be done. Comparing Fig. 12 and Fig. 11 (B), as shown in Fig. 12, the optical device with three slits has a higher coupling efficiency than the optical device with one slit. It can be seen that does not expand in the Z-axis direction and increases in the X-axis direction at every slip ⁇ period. Thus, by increasing the number of slits (and hence the number of joints), it can be said that images in the XY plane can be obtained within a certain range of Z values.
  • the quarter-wave plate part (1) and the -1 ⁇ 4-wave plate part (2) are one or more quarter-wave plates and-quarter-wave plates, respectively. Even if they are arranged alternately good. In such a case, for example, one or a plurality of quarter-wave plates and -quarter-wave plates of the same shape may be prepared and arranged alternately.
  • the optical element of the present invention may be one in which one or a plurality of quarter-wave plates and a minus quarter-wave plate are fused.
  • one or more quarter-wave plates and one-quarter-wave plate of the same shape may be prepared, and heat may be applied to fuse them so that they alternate.
  • multiple wave plates may be fused with an adhesive.
  • the optical element of the present invention may be a crystal having a quarter wave plate portion (1) and a quarter wave plate portion (2), such as a photonic crystal.
  • a photonic crystal can be manufactured according to known photonic crystal manufacturing methods. Examples of photonic crystal production methods include those disclosed in International Publication No. W02004-008196 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-1 1/4704.
  • photonic crystal production methods include those disclosed in International Publication No. W02004-008196 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-1 1/4704.
  • two or more kinds of substances are periodically formed on a two-dimensionally periodic substrate disclosed in JP-A-10-335758. For example, a method of manufacturing an optical element by sequentially stacking layers and using sputter etching alone or simultaneously with film formation for at least a part of the stack.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram of the imaging apparatus of the present invention.
  • the imaging device of the present invention has the following configuration, for example.
  • an optical detector 24.
  • the imaging apparatus of the present invention can appropriately employ the optical module (10) in all the embodiments described so far.
  • An imaging device usually has an outer frame, but the outer frame is omitted in Fig. 13.
  • the optical module (10) described so far can be appropriately used as the optical module.
  • the optical module used in the imaging apparatus of the present invention basically has a 1/4 wavelength plate portion (1) and a 1/4 wavelength plate portion (2) joined.
  • the quarter-wave plate portion (1) of the first optical element (4) and the quarter-wave plate portion (6) of the second optical element (8) are separated by a gap (9).
  • the imaging apparatus of the present invention may appropriately employ known elements used for optical equipment and the like.
  • the polarization plane of the light incident on the lens (21) is adjusted by the first polarizer (22).
  • the light whose polarization plane has been adjusted enters the optical module [10].
  • the polarization plane of the light transmitted through the optical module (10) depends on which position of the two optical elements (4, 8) that make up the optical module (10) is transmitted. Controlled.
  • the second polarizer (23) has the property of transmitting or not transmitting light having the controlled polarization plane. Therefore, depending on which position of the optical module (10) is transmitted (combination of which wave plate part is transmitted), whether light is output from the second polarizer (23) or not. It is divided into. Therefore, only light that satisfies the specified condition can be extracted.
  • the light output from the second polarizer (23) that satisfies the predetermined condition is detected by the photodetector (24). As a result, light that satisfies the predetermined condition is detected, and an observation object that satisfies the predetermined condition (for example, at a predetermined spatial position) can be observed.
  • each element of the imaging apparatus of the present invention will be described.
  • An imaging device is a device for observing an observation object.
  • imaging devices include cameras, video cameras, telescopes, astronomical telescopes, optical pickup devices, and optical information readers.
  • the lens (21) collects the light reflected from the observation object.
  • the lens (21) is a focus lens used in cameras. As with the camera focus lens, the lens (21) should be movable and focus adjustable. Ie, image
  • a preferred embodiment of the focusing device is provided with a movable mechanism of the lens (21) and can adjust the focus.
  • the focal point of the lens (21) is preferably set so as to be positioned in the gap (9) between the two optical elements (4, 8) included in the optical module (10).
  • the lens (21) is preferably such that the focal point of the lens (21) at the fixed position is located in the center of the gap (9) between the two optical elements (4, 8).
  • Such a lens (21) may be appropriately adjusted depending on the positional relationship between the lens (21) and the optical module (10).
  • the first polarizer (22) is an optical element for adjusting the plane of polarization.
  • the second polarizer (23) is an optical element that functions to transmit only light having a predetermined plane of polarization.
  • known polarizers can be appropriately used.
  • the first polarizer and the second polarizer can be installed so that the plane of polarized light to be transmitted is shifted by ⁇ 2.
  • the light detector (24) is not particularly limited as long as it can detect light, and a known light detector used for a camera telescope can be appropriately used.
  • the photo detector can be a photodiode, a CCD, or the photo detector of the camera.
  • the imaging device is a telescope or an astronomical telescope, an observation unit for observation with the naked eye can be used.
  • the photodetector (24) is preferably composed of a plurality of detectors. Examples of such photodetectors include imaging sensors such as photodiodes or CCDs.
  • the number of photodiodes or CCDs is, for example, the sum of the number of quarter-wave plate parts and -1 / 4-wave plate parts of the first optical element (4) is S (S is greater than 2). Sometimes it is preferable that it is S-1 or more and S + 1 or less. In particular, when S is 5 or more, S-2 or more and S or less are preferable, and S-1 is particularly preferable. In other words, if there is a detector (for example, a photodiode or CCD) that can observe light as much as the part corresponding to the junction between the quarter-wave plate part and the quarter-wave plate part, This is because light that satisfies a predetermined condition in the wave plate can be detected.
  • a detector for example, a photodiode or CCD
  • the photodetector (24) has a period between the quarter-wave plate portion and the -1 ⁇ 4 wavelength plate portion of the first optical element (4) (hence the quarter-wave plate portion or -1 ⁇ 4). It is preferable that the width of the wave plate part) and the period of the CCD or the like in the X-axis direction match.
  • the cycle in the y-axis direction such as C C D may be the same as the cycle in the X-axis direction, or it may be short or long.
  • the multiple detectors are, for example, light that has passed through various parts of the first optical element and the second optical element, and that has been output from the second polarizer that satisfies the prescribed condition. For example, it may be arranged in a row so that it can be detected.
  • An embodiment of the imaging apparatus of the present invention includes a moving mechanism for moving the photodetector, and the photodetector can be moved. That is, for example, when multiple detectors are arranged in a line, there are those in which multiple photodetectors can move in the major axis direction or uniaxial direction. It is. Thus, if the photodetector can be moved, the spatial image of the observation object can be acquired effectively even with a small number of detectors. Industrial applicability
  • the optical module and the imaging apparatus of the present invention can extract light at a predetermined position, for example, it can be used as a new photographic apparatus or its optical component. That is, the present invention can be suitably used in the field of optical equipment.

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Abstract

 所定の条件を満たす光のみを抽出できる光学モジュールやイメージング装置を提供する。 上記課題は,1/4波長板部分(1)と−1/4波長板部分(2)とが接合部分(3)を介して交互に形成された板状の第1の光学素子(4)と;1/4波長板部分(5)と,−1/4波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成された板状の第2の光学素子(8)とを具備し,前記第1の光学素子(4)と前記第2の光学素子(8)とは平行であり,前記第1の光学素子(4)の1/4波長板部分(1)と第2の光学素子(8)の−1/4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なる光学モジュール(10),及びその光学モジュール(10)を具備するイメージング装置により解決される。

Description

明 細 書 光学モジュール及びィメージング装置 技術分野
本発明は, 光学モジュールやイメージング装置などに関する。 より詳 しぐ説明すると,本発明は,所定の位置にある光のみを効果的に抽出し, 目的とする観測対象物をより鮮明に観測するための光学モジュール及び イメージング装置などに関する。
背景技術
カメラなどのィメ一ジング装置では, 観測物に焦点を合わせることで, ある程度鮮明な像を得ることができる。 しかし, 通常のカメラでは, 観 測物に焦点を合わせた場合, 観測物以外は単に焦点が合わないものとな るので, ぼやけた画像が得られることとなる。 したがって, 観測物以外 のものに由来する光をカッ トして, 観測物の像をより鮮明に得たいとい う要求がある。
一方, 特定の惑星の写真など, わずかな光のみを発する観測物の像を できる限り鮮明に得ることが望まれる。 しカゝし, 周囲の強力な光が, 弱 い光の観測物の像を得るための妨げとなる。 よって, 所定の条件を満た す光のみを抽出することができれば, 所定の条件を満たさない光をカツ トし, 所定の条件を満たす弱い光を発する観測物の像を鮮明に得ること ができると考えられる。 なお, 特開 2005- 106627の図 16には, 対象物のあらゆる方向の傾きに 関する情報を感度よく検出するために回折格子を 2 枚重ねたものが開示 されている。 しかし, 特定の条件を満たす光を抽出するための光学素子 を 2 枚重ねるものではなく, 特定の条件を満たす光を効率的に抽出する ことはできない。
特許文献 1 : 特開 2005- 106627号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
本発明は, 特定の条件を満たす光を抽出するために用いることができ る光学モジュールを提供することを目的とする。
本発明は, 上記の光学モジュールを有するイメージング装置などを提 供することを目的とする。 課題を解決するための手段
本発明は, 基本的には, 1/4 波長板部分と- 1 /4 波長板部分など透過す る光の位相を変調する特定が異なる少なく とも 2 種類の部位を有する光 学素子を 2 つ用意する。 そして, それらを透過する光は, 透過する経路 により, 光の位相が変調されるものと, 一端変調された位相が戻るもの ができることに着目したものである。 2つの光学素子の出力が偏光子へ導 入されるようにしておく と, ある条件を満たす光のみが, 2つの光学素子 を透過し, さらに偏光子から出力されるように制御できるという知見に 基づくものである。
本発明の第 1 の側面は, 入力された光の位相を, 所定の条件に応じて 制御するための光学モジュールに関する。 図 1 は, 本発明の光学モジュ ールの概略図である。図 1 (A)は本発明の光学モジュールの概略図を示し, 図 1 (B)は本発明の光学モジュールの上面図を示す。 なお, Fig.は, 図を 示す。 図 1 (A)に示されるように, 本発明の光学モジュールは, 基本的に は, 以下の構成を有する。 すなわち, 1/4波長板部分(1)と- 1/4波長板部 分(2)とが接合部分(3)を介して交互に形成された板状の第 1 の光学素子 (4)と ; 1/4 波長板部分(5)と- 1/4 波長板部分(6)とが接合部分(7)を介し て交互に形成された板状の第 2の光学素子(8)と ; を具備し, 前記第 1の 光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学 素子(4)の 1/4波長板部分(1 )と第 2 の光学素子(8)の- 1/4波長板部分(6) とは空隙 (9)を隔てて重なり, 前記第 1の光学素子(4)の- 1/4波長板部分 (2)と第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とは前記空隙(9)を隔てて 重なる光学モジュール(10)である。
そして, 1/4 波長板部分や- 1/4 波長板部分は, 透過する光の位相を所 定量変化させるので, 光学モジュールに入射した光が上記二つの光学素 子(4, 8) のどの部分を透過するかに応じて位相が変調されることとなる。 これにより, 所定の条件に応じて, 光の位相変調を行うことができるこ ととなる。 そして, そのような位相変調を利用して, 所定の条件を満た す光のみを所定の偏光面を有するように制御すれば, 本発明の光学モジ ユールを透過した光を偏光子に導入することで, 所定の条件を満たす光 のみを抽出することができることとなる。
本発明の第 2 の側面は, 所定の条件を満たす光を効果的に抽出できる イメージング装置に関する。 このイメージング装置は, 基本的には, レ ンズ(21) と ; 前記レンズ(21)からの光が透過す.る光学モジュール(10) と;前記光学モジュール(10)へ入射する光の偏光面を調整するための第 1 の偏光子(22)と;前記光学モジュール(10)から出射する光を偏光分離す るための第 2 の偏光子(23)と ;前記第 2 の偏光子(23)から出射する光を 検出するための光検出器(24)と ; を具備し, 前記光学モジュール(10)は, 1/4 波長板部分(1)と一 1/4 波長板部分(2)とが接合部分(3)を介して交互 に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ; 1/4波長板部分(5)と一 1/4波 長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成された板状の第 2 の光 学素子(8)と ; を具備し, 前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子 (8)とは平行であり, 前記第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2 の光学素子(8)の一 1/4 波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なり, 前記 第 1 の光学素子(4)の— 1/4波長板部分(2)と第 2の光学素子(8)の 1/4波 長板部分( 5 )とは前記空隙( 9 )を隔てて重なる光学モジュールなどである ィメージング装置である。
すなわち, 第 1 の偏光子(22)で光の偏光面を調整し, 前記光学モジュ ールで所定の条件を満たす光の位相を調整し, 第 2 の偏光子(23)が光学 モジュールによって変調されたある偏光面を有する光のみを透過させる。 よって, 本発明のイメージング装置によれば, 所定の条件を満たす光を 効果的に抽出し検出することができることとなる。 発明の効果
本発明によれば, 光が透過する波長板部分を制御することで, 特定の 条件を満たす光を抽出できる光学モジュールを提供できる。 さらに, 本 発明によれば, そのような特定の条件 (たとえば, 測定物が特定の位置 にあるという条件) を満たす光のみを抽出できるようなィメージング装 置を提供できる。 図面の簡単な説明
図 1 は, 本発明の光学モジュールの概略図である。 図 1 (A)は本癸明の光 学モジュールの概略図を示し, 図 B)は本発明の光学モジュールの上面 図を示す。
図 2は, 本発明の光学モジュールの動作を説明するための図である。 図 3 は, 焦点が第 1 の光学素子と第 2の光学素子との間の空隙になく, 第 2 の光学素子と第 2 のレンズとの間にある光の動作を説明するための 図である。
図 4は, 焦点が第 1 の光学素子と第 2の光学素子との間にある光の動作 を説明するための図である。
図 5 は, 焦点が第 1 の光学素子と第 2の光学素子との間の空隙になく, 第 1 のレンズと第 1 の光学素子の間にある光の動作を説明するための図 である。
図 6は, ある実施態様に係る光学モジュールの概略図を示す。 図 6 (A)は ある実施態様に係る光学モジュールの概略図を示し, 図 6 (B)はその上面 図を示す。
図 7 は, ある実施態様に係る光学モジュールを搭載した光学装置の例を 説明するための図である。
図 8は, 数学的解析を説明するための光学装置の例を示す図である。 図 9は, 解析系のパラメータを説明するための図である。
図 10は, 焦点の空間的な位置を分類するための図である。
図 11は, スリ ッ トがひとつの場合の, 結合効率を示すグラフである。 図 11において, 縦軸は z軸の位置を(D/2)で割った値であり, 横軸は X軸の 値を Dtan 0で割った値である。 図 1 1 (A)は, 縦軸及び横軸が- 10〜 10まで の結合効率を示すグラフ (等高線図) である。 図 11 (B) 縦軸及び横軸が -2〜2までの結合効率を示すグラフ (図 1 1 (A)の部分拡大図) である。 図 12 は, 3つのスリ ッ トを 2Dtan 0周期で設けた場合の結合効率を示す グラフである。
図 13は, 本発明のイメージング装置の概念図である。
符号の説明
1 1/4波長板部分
2 — 1/4波長板部分
3 接合部分
4 第 1の光学素子
5 1/4波長板部分
6 一 1/4波長板部分 8 第 2の光学素子
9 第 1の光学素子と第 2の光学素子の間の空隙
a 空隙の長さ
10 光学モジュール
1 第 1 のレンズ
2 第 1 の偏光子
3 第 2の偏光子
4 光検出器
5 第 2のレンズ
6 光
7 光
28 光
29 光
31 光
32 光
33 焦点 発明を実施するための最良の形態
[光学モジュール]
本発明の第 1 の側面は, 入力された光の位相を, 所定の条件に応じて 制御するための光学モジュールに関する。 図 1 は, 本発明の光学モジュ ールの概略図である。図 1 (A)は本発明の光学モジュールの概略図を示し, 図 1 (B)は本発明の光学モジュール 10 の上面図を示す。 図 1 (A)に示され るように, 本発明の光学モジュール 10は, 基本的には, 以下の構成を有 する。 すなわち, 1/4 波長板部分(1)と- 1/4 波長板部分(2)とが接合部分 (3)を介して交互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ; 1/4波長板部 分(5)と - 1/4 波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成された 板状の第 2 の光学素子(8)と ; を具備し, 前記第 1 の光学素子(4)と前記 第 2 の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長 板部分(1 )と第 2 の光学素子(8)の - 1 /4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔て て重なり, 前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2 の光学素 子(8)の 1/4波長板部分(5)とは前記空隙(9)を隔てて重なる光学モジユー ノレ(10)である。
そして, 1/4 波長板部分や- 1/4 波長板部分は, 透過する光の位相を所 定量変化させるので, 光学モジュールに入射した光が上記二つの光学素 子(4, 8)のどの部分を透過するかに応じて位相が変調されることとなる。 これにより, 所定の条件に応じて, 光の位相変調を行うことが.できるこ ととなる。 そして, そのような位相変調を利用して, 所定の条件を満た す光のみを所定の偏光面を有するように制御すれば, 本発明の光学モジ ユール(10)を透過した光を偏光子に導入することで, 所定の条件を満た す光のみを抽出することができることとなる。 以下, 本発明の光学モジ ユールの各構成要素について説明する。
本発明の光学モジュール(10)は, 後述するように所定の位置に焦点が あるような光のみを出力する力 , そのような光のみを出力しないといつ た光抽出を行うためなどに用いることができる。 すなわち, 本発明の光 学モジュール(10)は, たとえば, 所定位置にある光を抽出する光フィル タなどとして利用されるものである。
"光学素子" は, 光の位相や光路などを調整するための素子である。 本発明における第 1 の光学素子(4)と第 2 の光学素子(8)の素材は, 公知 の光学結晶ゃフォ トニック結晶における素材を適宜利用できる。 本発明 における第 1 の光学素子(4)と第 2 の光学素子(8)の形状として, たとえ ば, それぞれが正方形状 (又は長方形状) であるものがあげられる。 な お, それらの形状は, 同じであることが好ましい。 第 1の光学素子(4)と 第 2の光学素子(8)の大きさは, 要求される性能や, 波長板部分の数など に応じて適宜調整すればょレ、。具体的な光学素子(4, 8)の面積として, lmmz 〜 100cm2があげられ, 好ましくは 3 瞧 2〜 10 cm2であり, 小型の光学機器 に搭載するために 0. 5 cm2〜 5 cm2好ましい。 たとえば, 本発明の光学モ ジュールを内視鏡などに用いる場合は,光学素子(4, 8)の面積として, limn2 〜 10cra2があげられ, 好ましくは 3 mra2〜 5cm2であり, より好ましくは 5 mm2〜 2cm2である。また, 具体的な光学素子(4, 8)の厚さと して, 1 μ π!〜 lmm があげられ, 好ましくは 10 // m〜0. lmmである。 また空隙の長さ(9a)とし て, たとえば, I X 10— 2cn!〜 l cm力 Sあげられ, 5 X l(T2cm〜 5 X 10-1craであつ てもよい。
" 1/4波長板部分" 及び " - 1/4波長板部分" とは, それぞれ 1/4波長 板及ぴ- 1/4 波長板と して機能する部分を意味する。 1 /4 波長板及び- 1/4 波長板の機能は, それぞれ公知である。 すなわち, 1/4波長板とは, 入射 光線に 1/4 波長の位相差 (波長板の射出面において速いほうの成分に比 ベて遅いほうの成分が遅延する) を生じさせる機能を持った波長板であ る。 一方, -1/4波長板とは, 入射光線に - 1/4波長の位相差を生じさせる 機能を持った波長板である。 " 1/4波長板部分"及び "-1/4波長板部分" は, 1つずつ設けられてもよいし, たて及び横に交互に複数個 (たとえば 2個〜 1 X 103個) 設けられても良い。 また, " 1/4波長板部分"及び " -1/4 波長板部分" は, それぞれス トライプ状 (四角形状, 好ましくは長方形 状) のものが, 交互に並んで設けられても良い。
上記のとおり, 本発明の光学モジュール(10)は, 1/4波長板部分(1)と - 1/ 波長板部分(2)とが接合部分(3)を介して交互に形成されるもので ある。 1/4波長板部分(1)と - 1/4波長板部分(2)とは, それぞれ 1又は複 数の 1/4波長板と - 1/4波長板を交互に並べたものであっても良いし, 1 又は複数の 1/4波長板と - 1/4波長板とを融合させたものであっても良い。 さらには, フォ トニック結晶など, 1/4 波長板部分(1)と - 1/4 波長板部 分(2)とを有する結晶であってもよい。 なお, 本発明の光学モジュールの 好ましい態様は, 前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)とが フォ トニック結晶により構成される光学モジュールである。 フォ トニッ ク結晶であれば, 1/4波長板部分(1)と - 1/4波長板部分(2)とが接合部分 (3)を含めて一体として得ることができるので, 取り扱いが極めて容易と なる。
本発明の光学モジュールの好ましい態様は,図 1 (A)に示されるように, 前記第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と - 1/4波長板部分(2)とは, それぞれ同一幅を有するス トライプ状であり, 前記第 1 の光学素子(4)に それぞれ 1個又は複数個設けられ;前記第 2の光学素子(8)の 1/4波長板 部分(5)と- 1/4波長板部分(6)とは, それぞれ同一幅を有するス トライプ 状であり, 前記第 2の光学素子(8)にそれぞれ 1個又は複数個設けられる 光学モジュールである。
上記の態.様に係る光学モジュール(10)は, 好ましくは, 1/4波長板部分 (5)と- 1/4波長板部分(6)が複数個設けられるものであり, それぞれの具 体的な個数として, 2個〜 1 X 103個があげられ, 好ましくは 5個〜 1 X 102 個である。 このよ うに, 1/4 波長板部分(5)と- 1/4 波長板部分(6)を複数 個ずつ有することにより, 本発明の光学モジュールが制御できる領域が 広がること となる。 具体的には, 本発明の光学モジュールが制御できる 領域が, 複数の波長板が並べられる方向に広がることとなる。
本発明の光学モジュールの好ましい態様は, 前記第 1の光学素子(4)と 前記第 2の光学素子(8)との空隙の長さ(9a)が, 1 X 10— 2cn!〜 l cmのもので ある。
なお, 偏光子は, 基本的には所定の透過軸方向の光を透過させるため の素子である。 偏光子と して, 公知の偏光子 (偏光ビームスプリ ツター などを含む) を適宜用いることができる。 また, 本発明の光学モジユー ルは, 公知の光学機器に用いられる公知の要素を適宜採用することがで きる。 [光学モジュールの動作及び利用例]
次に, 本発明の光学モジュールの動作及び利用例を説明する。図 2は, 本発明の光学モジュールの動作を説明するための図である。 この光学モ ジュールを含む光学装置 (具体的には後述するイメージング装置など) は, 図 2 に示されるように, 観測対象物からの光が入射するレンズ(21) と, レンズ(21 )からの光が入力する第 1 の偏光子(22)と, 第 1 の偏光子 (22)からの光が入射する光学モジュール(10)と, 光学モジュール(10)か らの光が入射する第 2 の偏光子(23)と, 第 2の偏光子(23)からの光が入 力する光検出器(24)とを具備する。 なお, 図中符号 25は任意のレンズを 示す。 また, 図中 Eは, 偏光子の偏光面の例を示す。 なお, レンズ(21 ) と, 第 1 の偏光子(22)との位置関係は, 図 2 に示されるものと逆であつ てもよい。 図 2において, 光学モジュール(10)の第 1の光学素子(4)及び 第 2の光学素子(8)は,それぞれ 1箇所ずつの 1/4波長板部分と- 1/4波長 板部分とを有している。 しかしながら, 光学モジュール(10)の第 1 の光 学素子(4)及び第 2 の光学素子(8)は, たとえば図 1 に示されるように, 複数箇所ずつ有していてもよい。 この点は, 以下の図においても同様で ある。 なお, 光検出器と して, C C Dなどのイメージセンサーがあげら れる。
この例では,第 1のレンズ(21)および第 1の偏光子(22)を透過した光は 第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)をそれぞれ透過する。 そし て, 第 2の光学素子(8)を透過した光の一部は, 第 2の偏光子(23)により 偏光分離される。 第 2 の偏光子(23)を透過した光は, 第 2 のレンズ(25) により集光され, 光検出器(24)により検出される。
図 3は,焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素子との間の空隙になく, 第 2の光学素子より後方にある光の動作を説明するための図である。図 3 において, 第 1 の偏光子(22)を通過した光は, その偏光面が調整されて いる。 その偏光面は, たとえば, 偏光子(23)を透過できる偏光面と π /2 ずれている。
光(26)が第 1のレンズ(21)に入射し,第 1の光学素子(4)を透過する際, 1/4 波長板部分(1)を透過するので, 位相がずれる。 一方, 光(26)は, 第 2の光学素子(8)を透過する際, -1/4波長板部分(6)を透過するので, 1/4 波長板部分(1)によってずれた位相が元に戻される。 よって, 光(26)は, 第 2 の偏光子(23)を透過できないこととなる。 これは, 光(27)の場合も 同様である。 すなわち, 図 3 に示されるように, 焦点が, 第 1 の光学素 子(4)と第 2の光学素子(8)との間の空隙になく, 第 2の光学素子(8)より 後方にある場合は, 第 2の光学素子(8)から出力される光が, 第 2の偏光 子(23)を透過できないこととなる。 よって, そのような場合は, 光検出 器(24)によって検出されない。
図 4は, 焦点が第 1 の光学素子と第 2の光学素子との間にある光の動 作を説明するための図である。 図 4 において, 第 1 の偏光子(21)を通過 した光は, その偏光面が調整されている。 その偏光面は, たとえば, 第 2 の偏光子(23)を透過できる偏光面と π /2ずれている。
光(28)が第 1のレンズ(21)に入射し,第 1の光学素子(1)を透過する際, 1/4波長板部分(1)を透過するので, 所定量位相がずれる。 さらに, 光(28) は,第 2の光学素子(8)を透過する際, 1/4波長板部分(5)を透過するので, 1/4波長板部分(1)によってずれた位相と同じだけ位相がずれる。 よって, 光(28)は, 第 2 の偏光子(23)を透過できることとなる。 これは, 光(29) の場合も同様である。 すなわち, 焦点が第 1 の光学素子(4)と第 2の光学 素子(8)との間にある光は,第 2の偏光子(23)から出力されることとなる。 そして, 第 2 の偏光子(23)から出力された光は, 第 2 のレンズ(25)を介 して光検出器によって検出される。
図 5は,焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素子との間の空隙になく, 第 1の光学素子より前にある場合の光の動作を説明するための図である。 図 5 において, 第 1 のレンズ(21)に入射する光は, 第 1 の偏光子(22)に よりその偏光面が調整される。 その偏光面は, たとえば, 第 2 の偏光子 (23)が透過する偏光面と π /2ずれている。
光(31)が第 1のレンズ(21)に入射し,第 1の光学素子(4)を透過する際, -1/4波長板部分(2)を透過するので, 所定量位相がずれる。 一方, 光(31) は,第 2の光学素子(8)を透過する際, 1/4波長板部分(5)を透過するので, - 1/4 波長板部分(2)によってずれた位相が元とに戻される。 よって, 光 (31)は, 第 2 の偏光子(23)を透過できないこととなる。 これは, 光(32) の場合も同様である。 すなわち, 焦点(33)が第 1 の光学素子(4)より前に ある光は, 第 2 の偏光子(23)から出力されないこととなる。 よって, そ のような場合は, 光検出器(24)によって検出されない。
以上より, 図 2 に示される光学装置を用いれば, その焦点が所定の位 置 (たとえば, 第.1 の光学素子(4)の接合部分(3)と第 2の光学素子(8)の 接合部分(7)との間) となる光は, 第 2の偏光子(23)を透過するが, それ 以外の光は第 2 の偏光子(23)を透過しないこととなる。 これは, 所定の 位置に由来する光のみを抽出できることを意味する。 よって, 本発明の 光学モジュールは, 所定の条件を満たす光のみを抽出する光学装置など に好ましく用いられ得ることがわかる。 より具体的には, 観測対象物由 来の光の焦点が, 2つの接合部分(3, 7) との間に位置するようにすれば, 観測対象物以外の光を遮断することができるので, 効果的に観測対象物 を観測できる。 なお, レンズ(21)に入射する光の焦点は, たとえば, レ ンズ (21 ) をその光軸がずれないようにしつつ, 光学モジュール(10)と の距離を調整することで, 制御できる。
[変形例とその動作]
これまで第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2の光学素子(8) の - 1/4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なり, 前記第 1 の光学素子 (4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とは 前記空隙(9)を隔てて重なるものについて説明した。 しかしながら, 前記 第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2の光学素子(8)の 1/4波長 板部分(5)とが空隙(9)を隔てて重なり,前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波 長板部分(2)と第 2 の光学素子(8)の- 1/4波長板部分(6)とが前記空隙(9) を隔てて重なるものであっても構わない。
図 6は, ある実施態様に係る光学モジュールの概略図である。 図 6 (A) はある実施態様に係る光学モジュールの概略図を示し, 図 6 (B)はその上 面図を示す。 図 6 に示されるように, この実施態様に係る光学モジユー ルは, 1/4波長板部分(1)と- 1/4波長板部分(2)とが接合部分(3)を介して 交互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ; 1/4波長板部分(5)と -1/4 波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成された板状の第 2 の 光学素子(8)と ; を具備し, 前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素 子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1 )と第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とが空隙(9)を隔てて重なり, 前記 第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2 の光学素子(8)の- 1/4波 長板部分(6)とが前記空隙(9)を隔てて重なる光学モジュールである。 図 7 は, ある実施態様に係る光学モジュールを搭載した光学装置の例 を説明するための図である。 この光学装置は, 第 1 の光学素子(4)の 1/4 波長板部分(1)と第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とが空隙(9)を 隔てて重なり, 第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2 の光学素 子(8)の- 1/4波長板部分(6)とが空隙(9)を隔てて重なる。 すなわち, この 光学装置は, レンズ(21)と ;前記レンズ(21)からの光が透過する光学モ ジュール(10)と;前記光学モジュール(10)へ入射する光の偏光面を調整 するための第 1の偏光子(22)と;前記光学モジュール(10)から出射する光 を偏光分離するための第 2 の偏光子(23)と ;前記第 2 の偏光子(23)から 出射する光を検出するための光検出器(24)と ; を具備し, 前記光学モジ ユール(10)は, 1/4波長板部分(1)と - 1/4波長板部分(2)とが接合部分(3) を介して交互に形成された板状の第 1 の光学素子(4)と ; 1/4波長板部分 (5)と -1/4 波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成された板 状の第 2の光学素子(8)と ; を具備し,前記第 1の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部 分(1 )と第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とは空隙(9)を隔てて重 なり,前記第 1の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2の光学素子(8) の- 1 /4 波長板部分(6)とは前記空隙(9)を隔てて重なる光学モジュールで ある。 この光学装置は, 後述のように所定の条件を満たす光を抽出して 検出できるので, たとえば, イメージング装置として機能する。
この光学装置では, たとえば, 第 1 の偏光子(22)と第 2 の偏光子(23) の偏光面を, 紙面に垂直になるようにそろえればよい。 そうすれば, こ れまで説明したと同様の原理により所定の条件を満たす光のみを抽出で きる。 すなわち, この場合, 焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素子と の間にある光は, 第 1の光学素子及び第 2の光学素子を透過する事で偏 光面の位相が元に戻される。また,第 1の光学素子より前に集光する光, 及び第 2の光学素子より後方に集光する光は偏光面の位相が π Ζ 2ずれ る。 従って, 第 2の偏光子の偏光透過軸を第 1の偏光子の偏光透過軸と 揃えて配置することにより, 先に説明した光学装置と同様にして所定の 条件を満たす光を抽出できることとなる。
また, 1/4波長板部分と- 1/4波長板部分の替わりに, 1/2波長板部分(又 は- 1/2波長板部分) と, 平坦な部分 (位相変調を起こさない部分) とを 用いるものは, 本発明の光モジュールの上記とは別の実施態様である。 この実施態様にかかる光学モジュールでは, たとえば, 図 1または図 7 における 1/4波長板部分(1, 5)の替わりに 1/2波長板部分として, -1/4 波長板部分(2, 6)の替わりに平坦な部分とすればよい。 たとえば, 図 1に おける 1/4波長板部分(1, 5)の替わりに 1/2波長板部分と し, -1/4波長 板部分(2, 6)の替わりに平坦な部分とした場合は, 第 1の偏光子(22)と第 2の偏光子(23)の偏光面を, たとえば紙面に垂直になるようにそろえれば よい。 そうすれば, これまで説明したと同様の原理により所定の条件を 満たす光のみを抽出できる。 の場合焦点が第 1の光学素子と第 2の光学 素子との間にある光は, 第 1の光学素子及び第 2の光学素子を透過する 事で偏光面の位相が元に戻される。 また, 第 1 の光学素子より前に集光 する光, 及び第 2の光学素子より後方に集光する光は偏光面の位相が π ノ 2ずれる。 従って, 第 2の偏光子の偏光透過軸を第 1 の偏光子の偏光 透過軸と揃えて配置することにより, 先に説明した光学装置と同様にし て所定の条件を満たす光を抽出できることとなる。
以上, 第 1の光学素子(4)及び第 2の光学素子(8)について, 1/4波長板 部分と- 1/4波長板部分とをそれぞれ 1つずつ有するものの動作について 説明した。そして, 第 1の光学素子(4)及び第 2の光学素子(8)について, 1/4波長板部分と- 1/4波長板部分とをそれぞれ複数有するものであれば, 観測できる領域が 2次元的に広がることとなる。また, 第 1 のレンズ(21) を, 各光学素子と近づけるか, または遠ざけることができるような可動 装置を用いれば, レンズ(21)に入射する光の焦点位置を適宜調整できる ので, 観測できる対象の距離を適宜調整できることとなる。 また, 光学 モジュール(10), 又は光検出器(24)の位置をたとえば, 光軸に対して水 平移動できる可動装置を用いることで, 観測できる対象を 2 次元的に広 げることができることとなる。
また図 7における 1/4波長板部分(1, 5)の替わりに 1/2波長板部分と し, -1/4波長板部分(2, 6)の替わりに平坦な部分と した場合は, 第 1の偏 光子(22)と第 2 の偏光子(23)の偏光面を, たとえば紙面に垂直になるよ うにそろえればよい。 この場合, 焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素 子との間にある光は, 第 1の光学素子及び第 2の光学素子を透過する事 で偏光面の位相が π Ζ 2ずれる。 一方, 第 1の光学素子より前に集光す る光、 及び第 2の光学素子より後方に集光する光は偏光面の位相が元に 戻される。 従って、 第 2の偏光子の偏光透過軸を第 1の偏光子の偏光透 過軸と直交するように配置することにより, 先に説明した光学装置と同 様にして所定の条件を満たす光を柚出できることとなる。
また, 上記説明においては、 第 1の光学素子及び第 2の光学素子の各 部分を波長板部分と したが, 本発明の光学モジュールの別の実施態様で は, 波長板部分の替わりに, 偏光面の方位角を回転する旋光素子部分と しても良い。 たとえば, これまで説明した各光学モジュールにおける 1/4 波長板部分を +45度旋光素子部分と し, -1/4波長板部分を- 45度旋光素子 部分とすればよい。 なお, 各旋光素子部分は, 透明基板上にポリイミ ド 膜などの配向膜を形成し, 配向膜の配向方向を適宜制御することによつ て形成すればよい。 また, 磁場を印加することにより透過する光を旋光 させるファラデー素子を用いて, 所定の部分に所定の磁場を印加するこ とにより, 各旋光素子部分としてもよい。
たとえば,図 1における光学モジュールにおける, 1/4波長板部分を +45 度旋光素子部分とし, -1/4 波長板部分を - 45 度旋光素子部分とすればよ い。 この場合焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素子との間にある光は、 第 1の光学素子及び第 2の光学素子を透過する事で偏光面の方位角が 9 0度ずれる。 また、 第 1の光学素子より前に集光する光、 及び第 2の光 学素子より後方に集光する光は偏光面の方位角が元に戻される。 従って、 第 2の偏光子の偏光透過軸を第 1 の偏光子の偏光透過軸に直交して配置 することにより, 先に説明した光学装置と同様にして所定の条件を満た す光を抽出できることとなる。
また, 図 7における光学モジュールにおける, 1/4波長板部分を +45度 旋光素子部分とし, -1/4波長板部分を- 45度旋光素子部分とすればよい。 この場合焦点が第 1の光学素子と第 2の光学素子との間にある光は、 第 1 の光学素子及び第 2の光学素子を透過する事で偏光面の方位角が元に 戻される。 また、 第 1の光学素子より前に集光する光、 及び第 2の光学 素子より後方に集光する光は偏光面の方位角が 9 0度ずれる。 従って、 第 2の偏光子の偏光透過軸を第 1の偏光子の偏光透過軸に揃えて配置す ることにより, 先に説明した光学装置と同様にして所定の条件を満たす 光を抽出できることとなる。
[数学的解析]
次に, 図 1に示されるように, 第 1の光学素子(4)及び第 2の光学素子 (8)がそれぞれ, 複数の波長板部分を有する場合に, 光学モジュール(10) に入射する光がどのような影響を受けるかについて数学的に解析する。 その上で, 複数の波長板部分を有することにより, 効果的に平面内の画 像パタンを得ることができること, について説明する。以下の解析では, 2枚の平行なスリ ッ ト (長方形状) を透過する光の強度 (結合効率) を解 祈している。 また, 以下では, 第 1 の偏光子(22)を透過し, 1/4波長板部 分と - 1/4波長板部分との接合部分を透過する光を, スリ ッ トを透過した 光として近似している。
図 8 は, 数学的解析を説明するための光学装置の例を示す図である。 すなわち, 2つの光学素子(4, 8)の中心を原点と し, 1/4波長板部分(1)と 一 1/4波長板部分 (2) とが接合部分 (3) を介して交互に形成される方向 (紙面に平行で, 光学素子に平行な方向) を X 軸とし, 紙面に垂直な方 向を Y軸とし, レンズ(21)の中心を通過し, 接合部分(3)を通過する光の 進行方向を Z軸とする。
まず, スリ ッ トがひとつの系を用いて, 各光学素子(4, 8)における 1/4 波長板部分(1)と一 1/4波長板部分 (2) とがそれぞれ 1つずつの系につい て検討する。 図 9 は, 解析系のパラメータを説明するための図である。 図 9に示されるように, 2つの光学素子の間隔(9a)を Dとし, ス.リ ッ トか ら出射する光の範囲を 2 Θ とした。 図 10は, 焦点の空間的な位置を分類 するための図である。
焦点が図 10の Aの領域となる場合, 光の結合効率 (すなわち強度と相 関がある光の取 り 出 し効率 と 関連する値) を と して, η = l-2 | x | / [ (Dtan Q ) { 1- (2Z/D) 2} ]で表される。 一方, 焦点が図 10の Bの 領域と なる場合, 光の結合効率 77 は, 7? = 1/2 [ 1- 2 | x | / {Dtan Θ (l+2 | z| /D) }=1/2 {1 -2 |x|/ (Dtan 0 +2tan Q | z| ) }で表される。 さらに, 焦点が図 10の Cの領域となる場合,光の結合効率 ηは, η = 2|x |/ [ {Dtan Θ U2Z/D)2 - 1} }で表される。
図 11 は, スリ ッ トがひとつの場合の, 結合効率を示すグラフである。 図 11 において, 縦軸は ζ 軸の位置を(D/2)で割った値であり, 横軸は X 軸の値を Dtan 0で割った値である。 図 11 (A)は, 縦軸及び横軸が- 10〜 10 までの結合効率を示すグラフ (等高線図) である。 図 11 (B) 縦軸及び横 軸が- 2〜2までの結合効率を示すグラフ(図 11 (A)の部分拡大図)である。 図 11から, 撮影系の光源などの光が観測対象物によって反射された光 力 S, レンズ(21)によって結像し,図 10の各領域において焦点を結ぶとき, 図 10の Aの領域のように 2つの光学素子の結合部分の間に位置する領域 については結合効率が高いことがわかる。 更に, 結合効率は, 2つの光学 素子(4,8)の結合部分を結ぶ軸上で最大となることがわかる。 一方, その 領域以外の部分に焦点を結ぶ光は, 結合効率が低くなりほぼ消去される ことがわかる。 このように, 本発明の光学モジュールは, Z軸方向に強い 選択性を有することがわかる。 一方, X軸方向には, 結合効率が大きくな る領域が限られていることがわかる。 すなわち, ある一定の結合効率を 有するのは, Dtan 0 (横軸メモリで- 1〜1)程度の領域程度である。一方, Y軸方向については, 上記のような選択性はない。 よって, X方向に, ス リ ッ トを多数設けることで (すなわち X方向に複数の 1/4波長板部分と -1/4波長板部分を設けることで) , 面情報を得ることができるものと考 えられる。 図 12 は, 3 つのスリ ッ トを 2Dtan Θ周期で設けた場合の結合効率を示 すグラフである。 図 12 において, 縦軸は z軸の位置を(D/2)で割った値 であり, 横軸は X軸の値を Dtan 0で割った値である。 これは, 第 1の光 学素子(4)及び第 2 の光学素子(8)がそれぞれ, 2 つの 1/4波長板部分と -1/4波長板部分をもち, それらの結合部分が 3箇所できるものに相当す る。 図 12と図 1 1 (B)とを比較すると, 図 12に示されるように 3つのスリ ッ トを有する光学装置は, スリ ッ トが 1 つの光学装置に比べて, 結合効 率が高い領域は Z軸方向については拡がらず X軸方向にスリ ッ 卜の周期 毎に増えることがわかる。 よって, ス リ ッ トの数 (従って, 接合部分の 数) を増やすことによって, 一定の Z値の範囲内で XY面内の画像を得る ことができるといえる。
一方, X軸方向において, スリ ッ トの周期 (従って接合部分の周期) 程 度の分解能を有する検出器によっても, 所要の像分解度が得られないと きは, たとえば, 各ス リ ッ トの周期毎に数列のピクセル列を設けて検出 することにより,解像度の高い像を得ることができると考えられる。又, 各列ごとに得られる平均光量が等しくない場合は, それを平均化するた めに, 光源の位置を適宜走査すればよいと考えられる。
[光学モジュールの製造方法]
次に, 本発明の光学モジュールの製造方法について説明する。 先に説 明したとおり, 1/4 波長板部分(1 )と - 1/4波長板部分(2)とは, それぞ れ 1又は複数の 1/4波長板と - 1/4波長板を交互に並べたものであっても 良い。 そのような場合, たとえば, 同一形状の 1/4波長板と - 1/4波長板 をそれぞれ 1又は複数個用意し, それらを交互に並べればよい。
また,本発明の光学素子は, 1 又は複数の 1 /4波長板と - 1/4波長板と を融合させたものであっても良い。 この場合, たとえば, 同一形状の 1 /4 波長板と - 1 /4波長板をそれぞれ 1又は複数個用意し,それらが交互にな るようにして熱を加えて融合させればよい。 光学モジュールの性能が劣 化する可能性はあるが, 複数の波長板を接着剤で融合してもよい。
また,本発明の光学素子は, フォ トニック結晶など, 1/4波長板部分(1) と 一 1 /4 波長板部分(2)とを有する結晶であってもよい。 このようなフォ トニック結晶は, 公知のフォ トニック結晶の製造方法に従って製造でき る。 フ ォ ト ニ ッ ク 結晶の製造方法の例 と して, 国際公開公報 W02004-008196号, 又は特開 2005-1 1/4704号公報に開示された方法があ げられる。 一方, より具体的な, フォ トニック結晶の製造方法と して, 特開平 10-335758号公報に開示される 2次元的に周期的な凹凸をもつ基 板の上に 2 種類以上の物質を周期的に順次積層し、 その積層の中の少な く とも一部分にスパッタエッチングを単独で、 または成膜と同時に用い ることにより光学素子を製造する方法があげられる。
[イメージング装置]
次に,本発明の第 2の側面に係るイメージング装置について説明する。 図 13 は, 本発明のイメージング装置の概念図である。 図 13 に示される ように, 本発明のイメージング装置は, たとえば以下の構成を有する。 すなわち, レンズ(21)と ; 前記レンズ(21)からの光が透過する光学モジ ユール(10)と;前記光学モジュール(10)へ入射する光の偏光面を調整す るための第 1の偏光子(22)と;前記光学モジュール(10)から出射する光を 偏光分離するための第 2 の偏光子(23)と ;前記第 2 の偏光子(23)から出 射する光を検出するための光検出器(24)とを具備するイメージング装置 である。 なお, 本発明のイメージング装置は, これまで説明した全ての 態様における光学モジュール(10)を適宜採用することができる。 また, イメージング装置は, 通常外枠などを有するが, 図 13ではその外枠など を省略している。
本発明のイメージング装置は, 光学モジュールとして, これまで説明 した光学モジュール(10)を適宜用いることができる。 すなわち, 本発明 のイメージング装置に用いられる光学モジュールは, 図 1 に示されるよ うに, 基本的には, 1/4 波長板部分(1)と一 1/4 波長板部分(2)とが接合部 分(3)を介して交互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ; 1/4波長板 部分(5)と一 1/4波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互に形成され た板状の第 2の光学素子(8)とを具備し, 前記第 1 の光学素子(4)と前記 第 2 の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長 板部分(1)と第 2の光学素子(8)の一 1/4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔て て重なり,前記第 1 の光学素子(4)の一 1/4波長板部分(2)と第 2の光学素 子(8)の 1/4波長板部分(5)とは前記空隙(9)を隔てて重なる光学モジユー ルである。 その他, 本発明のイメージング装置は, 光学機器などに用い られる公知の要素を適宜採用してもよい。 本発明のイメージング装置は, たとえば, レンズ(21)に入射した光の 偏光面が, 第 1 の偏光子(22)により調整される。 そして, 偏光面が調整 された光が, 光学モジュール(10)に入射する。 すると, 先に説明したと おり, 光学モジュール(10)を構成する 2つの光学.素子(4, 8)のどの位置を 透過したかにより, 光学モジュール(10)を透過した光の偏光面が, 制御 される。 そして, 第 2 の偏光子(23)は, その制御ざれた偏光面を有する 光を透過させる力 又は透過させないような特性を有する。 よって, 光 学モジュール(10)のどの位置を透過するか (どの波長板部分を透過する かの組み合わせ) によって, 光が第 2 の偏光子(23)から出力される場合 と, 出力されない場合とに分けられる。 よって, 所定の条件を満たす光 のみを抽出することができる。そして, そのように所定の条件を満たし, 第 2の偏光子(23)から出力される光は,光検出器(24)により.検出される。 これにより, 所定の条件を満たす光が検出されるので, 所定の条件を満 たす (たとえば, 所定の空間位置にある) 観測物を観測できることとな る。 以下, 本発明のイメージング装置の各要素について説明する。
イメージング装置は, 観測物を観測するための装置である。 イメージ ング装置と して, カメラ, ビデオカメラ, 望遠鏡, 天体望遠鏡, 光ピッ クアップ装置, 又は光情報読取装置があげられる。
レンズ(21)は, 観測物から反射した光を捕集するためのものである。 レンズ(21)と して, カメラなどに用いられるフォーカスレンズがあげら れる。 なお, カメラのフォーカスレンズと同様, レンズ(21)は可動式で あり焦点調整をすることができるものが好ましい。 すなわち, イメージ ング装置の好ましい態様は, レンズ(21)の可動機構を具備し, 焦点を調 整できるものである。
なお, レンズ(21)の焦点は, 光学モジュール(10)に含まれる 2 つの光 学素子(4, 8)の間の空隙(9)に位置するように設定されることが好ましい したがって, レンズ(21)として, 集光した焦点が, 光学素子(4, 8)の間の 空隙(9)に位置しうるような光学的特性を有するものを用いることが好 ましレ、。 特に, レンズ(21)として, レンズ(21 )の定位置における焦点が, 2 つの光学素子(4, 8)の間の空隙(9)の中心部分に位置するものが好まし い。 このよ うなレンズ(21)は, レンズ(21 )と, 光学モジュール(10)との 位置関係などにより適宜調整すればよい。
第 1 の偏光子(22)は, 偏光面を調整するための光学素子である。一方, 第 2 の偏光子(23)は, 所定の偏光面を有する光のみを透過させるように 機能する光学素子である。 第 1 の偏光子(22)及び第 2 の偏光子(23)と し て, 公知の偏光子を適宜用いることができる。 なお, 第 1 の偏光子及び 第 2の偏光子は, たとえば, 透過する偏光面が π 2ずれるように設置さ れるものがあげられる。
光検出器(24)は, 光を検出できるものであれば特に限定されず, カメ ラゃ望遠鏡に用いられる公知の光検出器を適宜用いることができる。 た とえば, ィメ一ジング装置がカメラゃビデオである場合は,光検出器とし て, フォ トダイオード, C C D , カメラの光検出部などがあげられる。 一方, イメージング装置が, 望遠鏡や天体望遠鏡などの場合は, 肉眼に より観測するための観測部があげられる。 光検出器(24)は, 好ましくは, 複数の検出器により構成される。 この ような光検出器と して, フォ トダイォード又は C C Dなどのィメージン グセンサーがあげられる。 フォ トダイオード又は C C Dの数は, たとえ ば,第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分と- 1/4波長板部分の数の合計を S ( Sは 2より大きい) と したとき, S-1以上 S +1以下であることが好ま しい。 特に, Sが 5以上の場合, S-2以上 S以下が好ましく, 特に好まし いのは S- 1 である。 すなわち, 1/4波長板部分と- 1/4波長板部分の接合 部に対応した部分に相当するだけ光を観測できる検出器 (たとえば, フ オ トダイオード又は C C Dなど) があれば, 複数の波長板における所定 の条件を満たす光を検出できるからである。
光検出器(24)は, 特に, 第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分と- 1/4波 長板部分の周期(従って, 1/4波長板部分又は- 1/4波長板部分の幅)と, C C Dなどの X軸方向の周期とがー致しているものが好ましい。 なお, C C Dなどの y軸方向の周期は, X軸方向の周期と同じであっても, 短 くてもよいし, 長くてもよい。
なお, 複数の検出器は, たとえば, 第 1 の光学素子および第.2 の光学 素子の様々な部分を透過した光であって, 所定の条件を満たし第 2 の偏 光子から出力されたものを検出できるように, たとえば一列に設けられ てもよい。 なお, 本発明のイメージング装置のある実施態様は, 光検出 器を移動させるための移動機構を具備し, 光検出器が移動できるもので ある。 すなわち, たとえば, 複数の検出器が一列に並んでいる場合, そ の長軸方向又は単軸方向に, 複数の光検出器が移動できるものがあげら れる。 このように, 光検出器が移動できれば, 少ない検出器であっても, 効果的に, 観測物の空間的ィメ一ジを取得できることとなる。 産業上の利用可能性
本発明の光学モジュール及びイメージング装置は, たとえば, 所定の 位置にある光を抽出できるので, 新たな写真装置やその光学部品などと して利用されうる。 すなわち, 本発明は, 光学機器などの分野で好適に 利用されうる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 1/4波長板部分(1)と - 1 /4波長板部分(2)とが接合部分(3)を介して交 互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ;
1/4波長板部分(5)と - 1/4波長板部分(6)とが接合部分(7)を介して交互 に形成された板状の第 2の光学素子(8)と ;
を具備し,
前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1 /4波長板部分(1)と第 2 の光学素子(8)の -1 /4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なり,
前記第 1 の光学素子(4)の- 1 /4波長板部分(2)と第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とは前記空隙(9)を隔てて重なる
光学モジュール。
2 . 前記第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1 )と一 1/4波長板部分(2) とは, それぞれ同一幅を有するス トライプ状であり, 前記第 1 の光学素 子(4)にそれぞれ 1個又は複数個設けられ;
前記第 2 の光学素子(8)の 1 /4波長板部分(5)と一 1/4波長板部分(6)と は, それぞれ同一幅を有するス トライプ状であり, 前記第 2 の光学素子 (8)にそれぞれ 1個又は複数個設けられる
請求の範囲 1に記載の光学モジュール。
3 . 前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)との空隙の長さ (9a)が, l X l(T2 Cn!〜 l cmである請求の範囲 1に記載の光学モジュール。
4 . 前記第 1 の光学素子(4)と前記第 2 の光学素子(8)とがフォ トニッ ク結晶により構成される請求の範囲 1に記載の光学'モジュール。
5 . 「前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2の光学素子(8) の- 1/4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なり, 前記第 1 の光学素子 (4)の - 1/4波長板部分(2)と第 2の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)とは 前記空隙(9)を隔てて重なる」 替わりに,
前記第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2の光学素子(8)の 1/4 波長板部分(5)とは空隙(9)を隔てて重なり,
前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2 の光学素子(8)の -1/4波長板部分(6)とは前記空隙(9)を隔てて重なる
請求の範囲 1に記載の光学モジュール。
6 . 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)及び前記第 2の光学素 子(8)の 1/4波長板部分(5)の替わりに 1/2波長板部分を具備し,前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4 波長板部分(2)及び前記第 2 の光学素子(8)の- 1/4 波長板部分(6)の替わりに透過する光の位相変調を起こさない部分を具 備するか, 又は
前記第 1の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)及び前記第 2の光学素子 (8)の- 1/4波長板部分(6)の替わりに 1/2波長板部分を具備し, 前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)及び前記第 2の光学素子(8)の 1/4波 長板部分(5)の替わりに透過する光の位相変調を起こさない部分を具備 する,
請求の範囲 1に記載の光学モジュール。
7 . 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)及び前記第 2 の光学 素子(8)の 1/4波長板部分(5)の替わりに +45度施光素子部分を具備し,前 記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)及び前記第 2 の光学素子(8) の- 1/4波長板部分(6)の替わりに- 45度施光素子部分を具備するか, 又は 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)及び前記第 2 の光学素子 (8)の- 1/4 波長板部分(6)の替わりに +45 度施光素子部分を具備し, 前記 第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)及び前記第 2 の光学素子(8)の 1/4波長板部分(5)の替わりに- 45度施光素子部分を具備する,
請求の範囲 1に記載の光学モジュール。
8 . レンズ(21 )と ;
前記レンズ(21)からの光が透過する光学モジュール(10)と;
前記光学モジュール(10)へ入射する光の偏光面を調整するための第 1 の偏光子(22)と;
前記光学モジュール(10)から出射する光を偏光分離するための第 2 の 偏光子(23)と ;
前記第 2 の偏光子(23)から出射する光を検出するための光検出器(24) と ;
を具備し,
前記光学モジュール(10)は,
1/4 波長板部分(1)と一 1/4 波長板部分(2)とが接合部分(3)を介 して交互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ;
1/ 波長板部分(5)と一 1/4 波長板部分(6)とが接合部分(7)を介 して交互に形成された板状の第 2の光学素子(8)と ;
を具備し,
前記第 1の光学素子(4)と前記第 2の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1 )と第 2 の光学素子
(8)の一 1 /4波長板部分(6)とは空隙(9)を隔てて重なり,
前記第 1 の光学素子(4)の一 1 /4波長板部分(2)と第 2の光学素子 . (8)の 1 /4波長板部分(5)とは前記空隙(9)を隔てて重なる光学モジ ユールか, 又は
1 /4波長板部分(1)と - 1 /4波長板部分(2)とが接合部分(3)を介し て交互に形成された板状の第 1の光学素子(4)と ;
1 /4波長板部分(5)と - 1/4波長板部分(6)とが接合部分(7)を介し て交互に形成された板状の第 2の光学素子(8)と ;
を具備し,
前記第 1の光学素子(4)と前記第 2の光学素子(8)とは平行であり, 前記第 1 の光学素子(4)の 1/4波長板部分(1)と第 2 の光学素子 (8)の 1 /4波長板部分(5)とは空隙(9)を隔てて重なり,
前記第 1 の光学素子(4)の- 1/4波長板部分(2)と第 2 の光学素子 (8)の- 1/4波長板部分(6)とは前記空隙(9)を隔てて重なる
光学モジュールである,
イメージング装置。
. 前記光学モジュール(10)は, 1/4 波長板部分(1 )と一 1/4 波長板部 ( 2) とが接合部分 (3) を介して交互に形成される方向へ移動するた めの可動機構を具備する, 請求の範囲 8に記載のィメージング装置 <
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2008013047A1 (ja) 2006-07-26 2009-12-17 コニカミノルタホールディングス株式会社 光学素子、光学素子の製造方法及び光ピックアップ装置
CN103003730A (zh) * 2010-07-20 2013-03-27 日本瑞翁株式会社 用于立体图像装置的相位差膜叠层体
JP5617561B2 (ja) 2010-11-25 2014-11-05 株式会社リコー 撮像装置
JP6055208B2 (ja) * 2012-06-11 2016-12-27 株式会社フォトニックラティス 偏光変換機能を有するフォトニック結晶素子
US11716209B2 (en) * 2020-04-14 2023-08-01 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Systems and methods for azimuthal multiplexing three-dimensional diffractive optics

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001025842A1 (en) * 1999-10-01 2001-04-12 Rockwell Science Center, Llc Staggered waveplate lcd privacy screen
JP3464680B2 (ja) * 1999-03-30 2003-11-10 ブラジラータ・エス・アー・エンバラゲンス・メタリカス 多角形断面を有する缶を製造する方法および多角形断面を有する缶
JP2005114704A (ja) * 2003-09-17 2005-04-28 Photonic Lattice Inc 偏光解析装置
JP2006323926A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Ricoh Co Ltd 記録再生装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3461680B2 (ja) * 1997-03-13 2003-10-27 シャープ株式会社 光学素子の製造方法および画像表示装置
JP3325825B2 (ja) 1997-03-29 2002-09-17 彰二郎 川上 3次元周期構造体及びその作製方法並びに膜の製造方法
US7492408B2 (en) * 2002-05-17 2009-02-17 Olympus Corporation Electronic imaging apparatus with anti-dust function
JPWO2004008196A1 (ja) 2002-07-13 2005-11-10 有限会社オートクローニング・テクノロジー 偏光解析装置
JP4085041B2 (ja) 2003-09-30 2008-04-30 株式会社リコー 傾きセンサ,傾き測定装置,光ピックアップ装置及び光ディスク装置
WO2005029050A1 (ja) 2003-09-17 2005-03-31 Photonic Lattice Inc. 偏光解析装置および偏光解析方法
JP4599116B2 (ja) * 2004-08-26 2010-12-15 富士フイルム株式会社 オートフォーカスシステム
JP4817639B2 (ja) * 2004-10-14 2011-11-16 キヤノン株式会社 照明光学系及びそれを用いた画像表示装置
US7230768B2 (en) * 2005-04-27 2007-06-12 Christie Digital Systems Inc. Ultra-bright light engine for projection displays
JP2007080480A (ja) * 2005-08-15 2007-03-29 Sony Corp 光分別方法、光分別構造体とこれを用いた光ピックアップ装置及び光記録再生装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3464680B2 (ja) * 1999-03-30 2003-11-10 ブラジラータ・エス・アー・エンバラゲンス・メタリカス 多角形断面を有する缶を製造する方法および多角形断面を有する缶
WO2001025842A1 (en) * 1999-10-01 2001-04-12 Rockwell Science Center, Llc Staggered waveplate lcd privacy screen
JP2005114704A (ja) * 2003-09-17 2005-04-28 Photonic Lattice Inc 偏光解析装置
JP2006323926A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Ricoh Co Ltd 記録再生装置

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