(57)【要約】【課題】よりコストを抑えつつ、より高い信頼性を有する偏光分離素子を提供することを目的とする。【解決手段】偏光分離素子１０は、例えばＯＬＰＦとして用いられることを前提に製作されたものである。入射光Ｌに含まれる常光と異常光に対するそれぞれの屈折率ｎｏ、ｎｅの違いにより、それらを分離幅Ｓだけ分離させて透過させる。その厚みｔは、偏光分離素子１０に求められている仕様に応じて決定され、結晶軸角度φはその決定された仕様に応じて決定されている。【選択図】      図１
2004170448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に含まれる常光と異常光を分離させるために複屈折材料を用いて製作される偏光分離素子において、
前記入射光を入射させる方向上の厚みが、前記偏光分離素子に求められる仕様に合わせて形成され、
前記入射光と前記複屈折材料の結晶軸との間の角度が、前記厚み、及び前記常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されていることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】
前記求められる仕様は、前記入射光を入射させる方向上の実際の厚み、及び該方向上の光学的厚みのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
【請求項３】
入射光に含まれる常光と異常光を分離させるために複屈折材料を用いて製作される偏光分離素子において、
前記入射光と前記複屈折材料の結晶軸との間の角度が、前記常光と異常光を分離させる効率が最大、及びその近傍でない値に決定され、
前記入射光を入射させる方向上の厚みが、前記角度で前記常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されていることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項４】
入射光に含まれる常光と異常光を分離させるための偏光分離素子の製作に用いられる方法であって、
前記入射光を入射させる方向上の厚みを、前記偏光分離素子に求められる仕様に合わせて決定し、
前記入射光と前記偏光分離素子の製作に用いられる複屈折材料の結晶軸との間の角度を、前記厚み、及び前記常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定し、
前記決定した厚み、及び角度を満たす状態に前記複屈折材料を加工して前記偏光分離素子を製作することを特徴とする偏光分離素子の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光に含まれる常光と異常光を分離させるために複屈折材料を用いて製作される偏光分離素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、情報のデジタル化はめざましい速さで進んでいる。それにより、例えば音楽や映画などの分野では、デジタル化した情報はＣＤやＤＶＤなどの記録媒体に記録して販売されたり、インターネットなどの通信ネットワークを介して配信されたりしている。画像の記録分野では、ＤＶＣ（デジタルビデオカメラ）やＤＳＣ（デジタルスチールカメラ）などといったデジタルで画像情報を記録する装置が一般的に扱われるようになっている。
そのような装置に使用される、光信号を電気信号に変換するための光学デバイスには、光学的な仕様を満たしつつ、よりコストを抑えることが求められる。その光学デバイスとしては、現在、光量に応じた電荷を蓄積する部分（以降「セル」と呼ぶ）が規則的に並んで配列されているＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が広く用いられている。
ＣＣＤでは、撮影した画像（ここでは光信号）の空間周波数がセルの配列ピッチに一致するとモアレ現象が発生することが知られている。そのようなモアレ現象等を低減するために、光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）が用いられる。ＯＬＰＦは、光信号がセルの配列ピッチに一致しないように、それに入射した光を複屈折させて分離させるようになっている。光の複屈折は、水晶等の複屈折性の材料（複屈折材料）を特定の結晶軸方向で切断した基板を用いることで行わせている。その基板が偏光分離素子である。
複屈折させることにより、入射光に含まれる常光と異常光は分離される。偏光分離素子がそれらを分離させるピッチ（分離幅）Ｓと偏光分離素子の厚みｔ（ｍｍ）の関係は、一般的には次の（１）式により表される。
Ｓ＝（（ｂ２−ａ２）／２ｃ２）・ｓｉｎ（２φ）・ｔ・・・（１）
ここで、ａ＝１／ｎｅ（異常光屈折率）、ｂ＝１／ｎｏ（常光屈折率）、φは入射光と結晶軸（光学軸、例えば水晶の場合はｚ軸）の間の角度である結晶軸角度（°）である。
（１）式から明らかなように、水晶ではφ＝約４５°で最大の分離効率、つまり厚みｔに対して最大の分離幅Ｓが得られる。このため、通常のＯＬＰＦの偏光分離素子は、φ＝４５°で製作されている。その角度で製作した場合、分離幅Ｓを２４μｍとするには厚みｔを約０．４１ｍｍに設定する必要がある。
【特許文献１】特開２０００−５６２６８公報
【特許文献２】特開平１０−１８６２８４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＬＰＦは、ＣＣＤ等の光学デバイスの前方、即ち光の入射側に配置される。撮影によって入射する光は、そのデバイスに焦点を合わせなければならない。このため、分離幅と光路長の２つの仕様を満足させるために従来は、板厚の薄い偏光分離素子（例えば水晶）に対し、複屈折材料でない硝子材などを貼り合わせて必要とする光路長を確保していた。
しかし、そのような貼り合わせを行うと、加工工程数は増加し、ＯＬＰＦ自体の信頼性が低下することになる。当然のことながら、加工工程数の増加はコストの上昇を招く。このようなことから、従来の偏光分離素子を用いたＯＬＰＦには、製造コストが高く、その信頼性が低いという問題点があった。
本発明は、よりコストを抑えつつ、より高い信頼性を有する偏光分離素子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１、及び第２の態様の変更分離素子は、共に、入射光に含まれる常光と異常光を分離させるために複屈折材料を用いて製作されることを前提とし、以下のように製作されている。
第１の態様の偏光分離素子は、入射光を入射させる方向上の厚みが、光分離素子に求められる仕様に合わせて形成され、入射光と複屈折材料の結晶軸との間の角度が厚み、及び常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されている。
なお、上記求められる仕様は、入射光を入射させる方向上の実際の厚み、及び該方向上の光学的厚みのうちの少なくとも一方を含むことが望ましい。
第２の態様の偏光分離素子は、入射光と複屈折材料の結晶軸との間の角度が、常光と異常光を分離させる効率が最大、及びその近傍でない値に決定され、入射光を入射させる方向上の厚みが、角度で常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されている。
本発明の偏光分離素子の製作方法は、入射光に含まれる常光と異常光を分離させるための偏光分離素子の製作に用いられる方法であって、入射光を入射させる方向上の厚みを、偏光分離素子に求められる仕様に合わせて決定し、入射光と偏光分離素子の製作に用いられる複屈折材料の結晶軸との間の角度を、厚み、及び常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定し、決定した厚み、及び角度を満たす状態に複屈折材料を加工して偏光分離素子を製作する。
本発明では、求められる仕様に応じて、入射光を入射させる方向上の厚みが形成され、その厚み、及び常光と異常光を分離させるべき幅に応じて、入射光と複屈折材料の結晶軸との間の角度（結晶軸角度）が決定されている。それにより、結晶軸角度は、常光と異常光を分離させる効率が最大、及びその近傍でない値に決定され、入射光を入射させる方向上の厚みは、角度で常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されている形で偏光分離素子は製作されている。
結晶軸角度を任意の適切な角度とし、その厚みを調整する形で偏光分離素子を製作しても、常光と異常光を分離させるべき幅に分離させつつ、求められる仕様（例えば実際の厚み、或いは光学的厚み）をそれのみで満足させることが可能である。別の材料を貼り合わせる等の必要性は回避させることが可能となり、それを回避させることに伴い、加工工程数は減少し、他の材料等にかかるコストは抑えられることとなる。この結果、偏光分離素子（ここではそれを１つ以上、用いたＯＬＰＦを含む）のコストを抑えつつ、その信頼性をより向上させられることとなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
図１は、本実施の形態による偏光分離素子を示す図である。
その偏光分離素子１０は、例えばＯＬＰＦとして用いられることを前提に製作されたものである。入射光Ｌに含まれる常光と異常光に対するそれぞれの屈折率ｎｏ、ｎｅの違いにより、それらを分離幅Ｓだけ分離させて透過させるようになっている。その厚みｔは、偏光分離素子１０に求められている仕様に応じて決定され、結晶軸角度φはその決定された仕様に応じて決定されている。
【０００６】
図２は、本実施の形態による偏光分離素子の製作方法を説明する図である。以降、図２を参照して、その制作方法について詳細に説明する。
本実施の形態による偏光分離素子の製作方法を説明する前に、従来の偏光分離素子の製作方法について図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
従来の偏光分離素子３１は、図２（ａ）に示すように、分離効率が最大となる結晶軸角度φ＝４５°で製作されている。つまり、所望の分離幅Ｓを実現させるうえで、入射光Ｌの入射方向上の厚みｔが最小になるように製作されている。その結果、図２（ｂ）に示すように、必要な光路長を確保するために硝子材３２を偏光分離素子３１に貼り合わせていた。
これに対し、本実施の形態による偏光分離素子１０は、上述したように、その厚みｔはそれに求められる仕様に応じて決定し、結晶軸角度φはその仕様に応じて決定している。従来とは異なり、結晶軸角度φは固定とせず、適切なものを適宜、決定（選択）するようになっている。このため、通常、その角度φは４５°とは異なっている。
【０００７】
今、仕様に基づいた結晶軸角度φが９°であるとすると、図２（ｃ）に示すように、当然のことながら、従来の偏光分離素子３１と同じ厚みｔの偏光分離素子２１では所望の分離幅Ｓは得られない。このため、図２（ｄ）に示すように、その角度φ＝９°で所望の分離幅Ｓが得られるように厚みｔ１を調整する。
図２（ｄ）では、偏光分離素子１０を破線で２つの部分２１、２２に分けている。部分２１は、図２（ｃ）に示す偏光分離素子２１分に相当し（このため、符号を同じにしている）、部分２２は、その偏光分離素子２１に対し加えられる分に相当する。
図２（ｄ）に示す偏光分離素子１０の厚みｔ１に対して求められる仕様が通常、存在する。このため、実際には、その仕様を満たす厚みをｔ１としたときに所望の分離幅Ｓが得られるように結晶軸角度φを決定する。そのようにして、硝子材３２を偏光分離素子１０に貼り合わせる必要性をなくしている。
偏光分離素子に対する硝子材の貼り合わせを回避させると、偏光分離素子１０の信頼性は貼り合わせを行う場合と比較して大きく向上する。貼り合わせを行う工程は不必要となり、貼り合わせる硝子材３２を用意しなくとも済むようになることから、加工工程数の減少によるコストダウンに加え、複屈折材料以外の材料（硝子材や接着剤、など）の調達や加工に要するコストも抑えられることとなる。これらのことから、信頼性の向上やコストダウンを実現させることができる。複屈折材料である水晶は、周知のように、Ｚ軸方向に成長しやすいという性質がある。このため、結晶軸角度φが小さくなると、成長時間が短くてすむ小さな原石からより大型の偏光分離素子をより多く取り出せるようになる。このようなことから、製造コストだけでなく、複屈折材料の調達にかかるコストをより抑えることもできる。
【０００８】
硝子材３２の屈折率ｎは、その材料によって多少上下するが、約１．５１である。これに対し、水晶のそれは約１．５４と高くなっている。
例えば硝子材３２が貼り合わされた従来の偏光分離素子３１が分離幅Ｓ＝２４μｍ、全体の厚み（偏光分離素子３１と硝子材３２の各厚みを合計したものに相当）＝１．７２ｍｍ（硝子材３２分＝１．３１ｍｍ）であったとき、硝子材３２分の光学的厚みは屈折率ｎにその実際の厚みｄを掛けて得られることから１．９７８１（＝１．５１×１．３１）ｍｍとなる。同様に偏光分離素子３１分のそれは０．６３１４（＝１．５４×０．４１）ｍｍとなる。従って、全体での光学的厚みはそれらを加算して２．６０９５ｍｍとなる。
分離幅Ｓ＝２４μｍ、及び光学的厚み＝２．６０９５ｍｍは、例えば結晶軸角度φ＝９．４°とすることで満足させることができる。このときの実際の厚みｔは１．７０（＝２．６０９５／１．５４）となる。光学的厚みではなく、実際の厚みｔに対して要求された厚みがある場合には、（１）式から角度φを求めれば良いことになる。
【０００９】
なお、本実施の形態による偏光分離素子は、１枚の基板からなる偏光分離素子に本発明を適用したものであるが、本発明が適用できるのはそのような偏光分離素子に限定されるわけではない。例えばＯＬＰＦを構成する１つ以上の偏光分離素子に対し、それに用いる材料（貼り合わせを行う回数）を低減させる等の目的で適用させても良い。そのようにしても、ＯＬＰＦにおける信頼性の向上やコストダウンを実現させることができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、求められる仕様に応じて、入射光を入射させる方向上の厚みが形成され、その厚み、及び常光と異常光を分離させるべき幅に応じて、入射光と複屈折材料の結晶軸との間の角度（結晶軸角度）が決定されている。それにより、結晶軸角度は、常光と異常光を分離させる効率が最大、及びその近傍でない値に決定され、入射光を入射させる方向上の厚みは、角度で常光と異常光を分離させるべき幅に応じて決定されている形で偏光分離素子は製作されている。
結晶軸角度を任意の適切な角度とし、その厚みを調整する形で偏光分離素子を製作しても、常光と異常光を分離させるべき幅に分離させつつ、求められる仕様（例えば実際の厚み、或いは工学的厚み）をそれのみで満足させることができる。別の材料を貼り合わせる等の必要性は回避させることができ、それを回避させることに伴い、加工工程数は減少し、他の材料等にかかるコストは抑えられることとなる。このため、偏光分離素子（ここではそれを１つ以上、用いたＯＬＰＦを含む）のコストを抑えつつ、その信頼性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による偏光分離素子を示す図である。
【図２】本実施の形態による偏光分離素子の製作方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０    偏光分離素子
【図１】
2004170448.tif 000003
【図２】
2004170448.tif 000004