(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  第１及び第２の複屈折結晶板２、４と共にＯＬＰＦ１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。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項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偏光解消板。
【請求項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偏光解消板。
【請求項３】
請求項１、又は２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。
【発明の詳細な説明】
【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い、その光学ヘッドを構成する固体撮像素子（Charge Coupled Device：以下「ＣＣＤ」という）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「ＯＬＰＦ」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い場合は、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９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９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（１／４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きるようになる。
図１０は、図９に示したＯＬＰＦの機能を説明する説明図である。
この図１０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５１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９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９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光学ローパスフィルタ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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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いる。
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１１に示す。図１１（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１１（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１１（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２０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１１（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１１（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１１（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１１（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。この結果から特許文献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かった。
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５１０ｎｍを中心に±３０ｎｍの範囲でしか１／４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ＯＬＰＦ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から大型で高価な演算回路が必要となり、装置の大型化、高額化を招くという欠点もあった。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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光学ローパスフィルタ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光学ローパスフィルタ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、請求項１、又は２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】
【０００５】
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光学ローパスフィルタ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、上記請求項１及び請求項２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】
【０００６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る偏光解消板を用いた光学ローパスフィルタの概略斜視図である。
この図１に示す光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）１は、固体撮像素子（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（１／４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いる。
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の実施の形態に係る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β1を２０°に設定すると共に、偏光解消板３の板面水平線（Ａ−Ａ’）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θ1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かった。
図４は、第１の実施の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θ1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）になることが分かった。
したがって、第１の実施の形態に係る偏光解消板３を用いてＯＬＰＦ１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の実施の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が、設計波長である５１０ｎｍを中心に±３０ｎｍの範囲しかなく、偏光解消板３を１／４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かった。
【０００７】
以下、本発明の第２の実施の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ついて説明する。
図５は、第２の実施の形態にか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の実施の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の実施の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β1を２７．０°に設定すると共に、第１の波長板２１の板面水平線（Ｂ−Ｂ’）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θ1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Ｚ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β2を１３．０°に設定すると共に、第２の波長板２２の板面水平線（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θ2を８１．０°に設定するようにした。
そして、板面水平線（Ｂ−Ｂ’）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の厚みは、第１の波長板２１が０．１４６５ｍｍ、第２の波長板２２が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かった。
【０００８】
図７は、第２の実施の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から分かるように、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１／４波長板を実現することができるようになる。
ここで、第２の実施の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ョン結果を、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ョ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からも、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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる偏光解消板を用いた光学ローパスフィルタの概略斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光学ローパスフィルタの機能を説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態に係る偏光解消板の構造を説明する説明図である。
【図４】第１の実施の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る。
【図５】第２の実施の形態に係る偏光解消板の構造を説明する説明図である。
【図６】図５に示した偏光解消板の各部の寸法を示した図である。
【図７】第２の実施の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る。
【図８】第２の実施の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である。
【図９】従来の光学ローパスフィルタの概略斜視図である。
【図１０】従来の光学ローパスフィルタの機能を説明するための図である。
【図１１】従来の光学ローパスフィルタに用いられる偏光解消板の楕円偏光率特性を示した図である。
【符号の説明】
【００１０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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