(57)【要約】【課題】位相板の回転等の移動を必要とせずに偏光情報を取得する。【解決手段】偏光センサ１０１は、入射光１０５のうち進相軸方向の偏光成分と遅相軸方向の偏光成分とに位相差を与える位相調整部１０２と、該位相調整部から出射した偏光のうち一方向に偏光方向を有する偏光を透過する検光部１０３と、該検光部を透過した偏光を光電変換する光電変換部１０４とを有する。位相調整部の光進行方向における厚さは１０μｍ以下である。λを入射光の波長とし、ｍを自然数とするとき、位相調整部の進相軸方向における光路長ｄが、特定の条件（１）を満足する。【選択図】図１
2017207431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の偏光情報を取得する偏光センサであって、 
前記入射光のうち進相軸方向の偏光成分と遅相軸方向の偏光成分とに位相差を与える位相調整部と、
該位相調整部から出射した偏光のうち一方向に偏光方向を有する偏光を透過する検光部と、
該検光部を透過した偏光を光電変換する光電変換部とを有し、 
前記位相調整部の光進行方向における厚さは１０μｍ以下であり、
かつλを前記入射光の波長とし、ｍを自然数とするとき、前記位相調整部の進相軸方向における光路長ｄが、
【数１】
2017207431.tif 000007
なる条件を満足することを特徴とする偏光センサ。
【請求項２】
前記位相調整部は、前記位相差および前記遅相軸方向のうち少なくとも一方が互いに異なる複数の領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光センサ。
【請求項３】
前記位相調整部における前記複数の領域のうち、１つの領域の前記進相軸または遅相軸方向における屈折率と、該１つの領域に隣接する他の領域の前記進相軸または遅相軸方向における屈折率との差が０．１以下であることを特徴とする請求項２に記載の偏光センサ。
【請求項４】
前記位相調整部は、前記複数の領域を１組とするとき、該１組が周期的に配列されていることを特徴とする請求項２または３に記載の偏光センサ。
【請求項５】
前記位相調整部は、前記入射光としての可視光の波長よりも細かい周期構造を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光センサ。
【請求項６】
前記位相調整部に隣接し、該位相調整部に入射する又は該位相調整部から出射した光が透過する基材を有し、
該基材の屈折率は、前記位相調整部の前記進相軸方向における屈折率と前記遅相軸方向における屈折率との中間の屈折率であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の偏光センサ。
【請求項７】
前記位相調整部の前記進相軸方向および前記遅相軸方向における透過率をそれぞれＡ，Ｂとするとき、
前記位相調整部の前記遅相軸方向に対する前記検光部の偏光軸の角度αが、
【数２】
2017207431.tif 000008
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光センサ。
【請求項８】
複数の画素を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の偏光センサと、
前記複数の画素からの出力を用いて前記入射光における偏光の強度の相関値を算出し、該相関値から前記偏光の強度と互いに直交する方向に振動する偏光間の位相差とを算出する演算部を有することを特徴とする偏光情報取得装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記偏光の強度と前記偏光間の位相差の算出方法を前記入射光の波長ごとに変更することを特徴とする請求項８に記載の偏光情報取得装置。
【請求項１０】
前記演算部は、前記偏光の偏光方向に応じて前記偏光の強度に対して電子的な強度補正を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の偏光情報取得装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の偏光情報取得装置を含み、
前記偏光センサを用いて被写体像を撮像することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光情報を取得可能な偏光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体からの光のうち偏光の情報を取得する偏光センサは、該物体の評価や検査等を行うために用いられる。特許文献１には、画素上に誘電体多層膜を積層した偏光イメージング装置が開示されている。誘電体多層膜の最下層に微細周期構造を設けてその上に誘電体多層膜を積層することで、微細周期構造の周期方向に応じた偏光を透過する偏光子として機能させる。これにより、入射する光の偏光状態や光強度等の偏光情報を２次元的に取得することができる。
【０００３】
また、特許文献２には、入射する光の偏光状態を任意の偏光状態に変える偏光変換デバイスが開示されている。具体的には、位相板であるλ／２板とλ／４板とを直列に配置して、それぞれを所望の偏光状態が再現できるように回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９７４５４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて開示された偏光イメージング装置では、偏光子が直線偏光しか透過しないため、入射光を直交する偏光に分けたときの位相差量の検出ができない。また、特許文献２にて開示された偏光変換デバイスでは、位相板を回転させる必要があるため、所望の偏光状態を再現するのに時間を要する。
【０００６】
本発明は、位相板の回転等の駆動を必要とすることなく偏光の光強度や位相の情報を取得することを可能とし、さらに直線偏光の検出精度を高めることも可能な偏光センサおよびこれを用いた撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての偏光センサは、入射光の偏光情報を取得する。該偏光センサは、入射光のうち進相軸方向の偏光成分と遅相軸方向の偏光成分とに位相差を与える位相調整部と、該位相調整部から出射した偏光のうち一方向に偏光方向を有する偏光を透過する検光部と、該検光部を透過した偏光を光電変換する光電変換部とを有する。位相調整部の光進行方向における厚さは１０μｍ以下であり、かつλを前記入射光の波長とし、ｍを自然数とするとき、位相調整部の進相軸方向における光路長ｄが、下記の式（１）に示す条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
なお、上記偏光センサを含む偏光情報取得装置および該偏光情報取得装置を含む撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相板の回転等の移動を必要とすることなく、偏光の光強度や位相等の偏光情報を一括して取得することができ、しかも高い検出精度で直線偏光を検出可能な偏光センサおよびこれを用いた装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例である偏光センサの構成を示す図。
【図２】位相調整部に入射する直線偏光を示す図。
【図３】位相調整部で位相差が与えられる前の光の伝搬を示す図。
【図４】位相調整部から出射する左円偏光を示す図。
【図５】位相調整部で位相差が与えられた後の光の伝搬を示す図。
【図６】直線偏光の振動を示す図。
【図７】直線偏光の伝搬を示す図。
【図８】実施例における位相調整部の１組の位相調整領域を示す図。
【図９】実施例１におけるλ／４板の振幅透過率を示す図。
【図１０】従来のλ／４板での偏光状態を示す図。
【図１１】実施例１におけるλ／４板での偏光状態を示す図。
【図１２】実施例２におけるλ／２板の振幅透過率を示す図。
【図１３】従来のλ／２板での偏光状態を示す図。
【図１４】実施例２におけるλ／２板での偏光状態を示す図。
【図１５】図８に示した位相調整部を従来の位相板として構成したときの偏光検出を示す図。
【図１６】図８に示した位相調整部を実施例の位相板として構成したときの偏光検出を示す図。
【図１７】実施例１における図９に示した波長域とは異なる波長域でのλ／４板の振幅透過率を示す図。
【図１８】実施例１，２における構造異方性を有する微細周期構造とその屈折率を示す図。
【図１９】本発明の実施例３であるデジタルカメラの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、後述する具体的な実施例の説明に先立って、該実施例の前提となる事項について説明する。実施例において、使用波長（入射光の波長：入射波長ともいう）λは、主として可視光または近赤外光の波長である。図１には、実施例の偏光センサ（以下、単にセンサという）の構成を模式的に示している。センサ１０１は、入射光１０５の入射側から順に、位相調整部１０２、検光部１０３、光電変換部１０４および不図示の基板を有する。入射光１０５は様々な偏光方向の偏光が混在する光であり、センサ１０１は偏光方向ごとの光強度等の偏光情報を取得することができるように構成されている。１２０はマイクロコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵ等）またはパーソナルコンピュータにより構成された演算部であり、センサ１０１（光電変換部１０４）からの出力を用いて偏光情報を演算する。センサ１０１と演算部１２０とにより偏光情報取得装置が構成される。
【００１２】
位相調整部１０２は、入射した直線偏光を互いに直交する２つの偏光に分け、その偏光同士の位相差を変える（偏光同士に位相差を与える）位相調整機能を有する。例えば、位相調整部１０２を位相板としてのλ／４板として構成する場合には、位相調整部１０２に入射した直線偏光はこれを透過することで円偏光に変換される。図２には、図３に示すように位相差０でｘ軸方向とｙ軸方向に振動しながら位相調整部１０２に入射する光２０１，２０２と、これらの光２０１，２０２の合成により得られる直線偏光２０３とを示す。直線偏光２０３の振動方向は、ｘ軸に対して４５°の方向である。図４には、位相調整部１０２にて図５に示すようにπ／２（９０°）の位相差が与えられてｘ軸方向とｙ軸方向に振動しながら位相調整部１０２から出射する光４０１，４０２と、これらの光４０１，４０２の合成により得られる円偏光（左円偏光）４０３とを示す。
【００１３】
検光部１０３は、入射した光のうち一方向に振動する直線偏光のみを透過させる偏光板により構成されている。透過する偏光とは異なる方向に振動する偏光は反射もしくは吸収される。検光部１０３から出射した直線偏光は、光電変換部１０４によって電気信号に変換される。
【００１４】
センサ１０１は、その単位領域内で１次元または２次元に配置された複数の画素に分割されており、画素ごとに出力された電気信号から入射光１０５の偏光情報を算出（取得）することができる。
【００１５】
ここで、位相調整部１０２の１つの画素（ここではλ／４板として構成されたものとする）に入射した光が図３に示す直線偏光２０３であり、該画素から出射した光が図５に示す左円偏光４０３である場合について説明する。検光部１０３がｙ軸方向に振動する直線偏光のみを透過する場合には、直線偏光２０３と左円偏光４０３は両方とも同じ大きさでｙ軸方向に振動する光となる。直線偏光２０３と左円偏光４０３はπ／２だけ位相がずれているが、一般的な光電変換素子１０４では位相情報が取得できずないために入射する光の強度のみが記録され、入射光１０５を円偏光と直線偏光とに分離することができない。
【００１６】
そこで実施例では、位相調整部１０２の光進行方向（光透過方向）での厚みを１０μｍ以下とする。位相調整部１０２の厚みが１０μｍ以下であると、位相調整部１０２に入射した光は位相調整部１０２内で干渉するため、出射する偏光はその干渉の影響を受けた光となる。また、実施例では、位相調整部１０２の進相軸方向における光路長ｄが以下の式（１）で示す条件を満足する。
【００１７】
【数１】
2017207431.tif 000003
【００１８】
ただし、λは使用波長であり、ｍは自然数である。この条件を満足すると、位相調整部１０２の進相軸に沿って振動する使用波長λの光の位相調整部１０２での透過率は、該位相調整部１０２での干渉によって極大値もしくは極小値を持つ。また、位相調整部１０２がλ／４板もしくはλ／２板として構成された場合には、位相調整部１０２の遅相軸に沿って振動する光もその透過率に極大値もしくは極小値を持つ。これを利用すると、位相調整部１０２を透過する光のうち進相軸方向と遅相軸方向にそれぞれ振動する光に振幅強度差を与えることができる。
【００１９】
以下、具体的な数値例を挙げて実施例（シミュレーション結果）を説明する。ここでは、使用波長λを５５０ｎｍとする。
【実施例１】
【００２０】
まず、位相調整部１０２の１つの画素の進相軸方向における屈折率を１．０８とし、遅相軸方向での屈折率を１．３４とし、物理厚さを５１５ｎｍとした場合について説明する。ここでは、位相調整部１０２に対して光は空気から入射するものとし、かつ位相調整部１０２を構成する基板の屈折率を１．５３とした。このとき、屈折率差と厚さとにより、位相調整部１０２は使用波長５５０ｎｍの光に対してλ／４板として機能する。また、進相軸方向における光路長ｄは５５６ｎｍとなり、ｍが４のときに式（１）の条件を満足する。
【００２１】
このときの進相軸方向および遅相軸方向における波長に対する振幅透過率を図９に示す。実線は進相軸方向における振幅透過率を、破線は遅相軸方向における振幅透過率をそれぞれ示す。式（１）の条件を満足するため、進相軸方向における振幅透過率は波長５５０ｎｍで極小値を持つ。一方、位相調整部１０２はλ／４板として機能するため、遅相軸方向における振幅透過率も極大値を持つ。透過率の差は、波長５５０ｎｍで９０％と８０％との差である１０％となった。このようなλ／４板として機能する位相調整部１０２での偏光の状態を模式的に示したのが図１０および図１１である。
【００２２】
図１０には、従来のλ／４板での偏光状態を、図１１は本実施例におけるλ／４板での偏光状態を示す。これらの図において、１０００，１１００はλ／４板に入射する光の偏光状態を示し、１０１０，１１１０はλ／４板から出射する光の偏光状態を示す。また、１００１，１１０１は入射する光のうちｘ軸方向に振動する光を、１００２，１１０２は入射する光のうちｙ軸方向に振動する光を示している。１００３，１１０３はλ／４板に入射する直線偏光を示す。また、１００４，１１０４は出射する光のうちｘ軸方向に振動する光を、１００５，１１０５は出射する光のうちｙ軸方向に振動する光を示す。１００６，１１０６はλ／４板から出射する円偏光（左円偏光）を示す。
【００２３】
λ／４板は、直線偏光が入射したときはこれを円偏光に変換する。ｙ軸を遅相軸とした場合、入射する直線偏光１００３，１１０３は左回りの円偏光である左円偏光１００６，１１０６に変換される。従来のλ／４板では、出射する円偏光１００６は、ｘ軸方向とｙ軸方向における振幅透過率に差が少ないために左円偏光となる。一方、本実施例における位相調整部１０２では、ｘ軸方向とｙ軸方向における振幅透過率に図９に示したように大きな差を与えることができるため、円偏光１１０６は振幅強度に差を持つ楕円偏光となる。
【００２４】
円偏光１００６を直線偏光のみを透過する偏光板からなる検光部１０３に入射させると、どの方向の直線偏光が透過してもその強度に差が生じない。こり現象は無偏光光が入射した場合と同じであるため、直線偏光から入射光の偏光状態を検出するのが難しい。一方、楕円偏光１１０６を検光部１０３に入射させると、ｘ軸方向を偏光方向とする直線偏光とｙ軸方向を偏光方向とする直線偏光とに強度差が生じる。このため、検光部１０３から出射したこれら直線偏光の強度差から入射光が直線偏光１１０３であることを容易に検出することができる。
【実施例２】
【００２５】
次に、位相調整部１０２の１つの画素の進相軸方向における屈折率を１．３４とし、遅相軸方向における屈折率を１．８５とし、物理厚さを５１５ｎｍとした場合について説明する。以下の説明でも、該画素に対して光は空気から入射するものとし、かつ位相調整部１０２を構成する基板の屈折率を１．５３とした。このとき、屈折率差と厚さとにより、位相調整部１０２のその画素は使用波長５５０ｎｍの光に対してλ／２板として機能する。また、進相軸方向における光路長ｄは６９０ｎｍとなり、ｍが５のときに式（１）の条件を満足する。
【００２６】
このときの進相軸方向および遅相軸方向における波長に対する振幅透過率を図１２に示す。実線は進相軸方向における振幅透過率を、破線は遅相軸方向における振幅透過率をそれぞれ示す。式（１）の条件を満足するため、進相軸方向における振幅透過率は波長５５０ｎｍで極大値を持つ。一方、位相調整部１０２はλ／２板として機能するため、遅相軸方向における振幅透過率も極小値を持つ。透過率の差は、波長５５０ｎｍで９２％と６２％との差である３０％となった。このようなλ／２板として機能する位相調整部１０２での偏光の状態を模式的に示したのが図１３および図１４である。
【００２７】
図１３には、従来のλ／２板での偏光状態を、図１４は実施例２におけるλ／２板での偏光状態を示す。これらの図において、１３００，１４００はλ／２板に入射する光の偏光状態を示し、１３１０，１４１０はλ／２板から出射する光の偏光状態を示す。また、１３０１，１４０１は入射する光のうちｘ軸方向に振動する光を、１３０２，１４０２は入射する光のうちｙ軸方向に振動する光を示している。１３０３，１４０３はλ／２板に入射する直線偏光を示す。また、１３０４，１４０４は出射する光のうちｘ軸方向に振動する光を、１３０５，１４０５は出射する光のうちｙ軸方向に振動する光を示す。１３０６，１４０６はλ／４板から出射する直線偏光を示す。
【００２８】
λ／２板は、直線偏光が入射したときはこれと異なる偏光方向の直線偏光に変換する。ｙ軸を遅相軸とした場合、入射する右回りの直線偏光１３０３，１４０３は、左回りの直線偏光１３０６，１４０６に変換される。従来のλ／２板では、出射する直線偏光１３０６は、ｘ軸方向とｙ軸方向における振幅透過率に差が少ないためにｘ軸に対して４５度方向に振動する光となる。一方、本実施例における位相調整部１０２では、ｘ軸方向とｙ軸方向における振幅透過率に図１２に示したように大きな差を与えることができるため、出射する直線偏光１４０６はｘ軸に対して３４度方向に振動する。
【００２９】
このように、振幅透過率を調整すると、一般的な位相板による位相調整に加え、振幅強度の調整が可能となる。これにより、単純な位相調整による偏光回転のみならず、強度変調も加味して入射偏光１０５を同定することが可能となり、検出精度を向上させることができる。
【００３０】
本実施例では、効率的に偏光を検出するために、位相調整部１０２は、位相調整量（つまりは位相差）および位相調整方向（つまりは遅相軸方向）のうち少なくとも一方がそれぞれ異なる複数の領域を含むように構成されている。
【００３１】
例えば、位相調整部１０２の１つの画素を、ｙ軸方向に遅相軸を持つλ／２板として構成する場合について説明する。入射光を図２に示した直線偏光２０３としたときに出射する偏光の状態を図６および図７に示す。６０１はｘ軸方向に振動する光を、６０２はｙ軸方向に振動する光を示す。６０３は直線偏光を示す。位相調整部１０２の画素を出射する光のうちｙ軸方向に振動する光の位相がπ（１８０°）だけずれる。このため、入射光のうちｙ軸方向に振動する光２０２に対して出射光のうちｙ軸方向に振動する光６０２は位相がπだけずれている。このため、ｘ軸方向に振動する光６０１とｙ軸方向に振動する光６０２との合成により直線偏光６０３が生成される。
【００３２】
このように、位相調整部１０２での位相調整量が異なると、入射した偏光の種類（直線偏光や円偏光等）に対して出射する偏光の種類が異なってくる。検光部１０３がｘ軸に対して４５度方向に振動する光のみを透過する偏光板により構成されている場合には、位相調整部１０２に入射する直線偏光２０３と位相調整部１０２から出射して検光部１０３を透過する直線偏光６０３との透過強度に大きな差が生じる。この透過強度差によって、入射する光の偏光状態を検出することが可能となる。
【００３３】
図８には、図９および図１２を用いて説明した特性をそれぞれ有する位相調整部１０２の画素（位相調整領域）を複数組み合わせた位相調整部８００の構成例を示す。この例では、位相調整部８００には、位相調整量および位相調整方向のうち少なくとも一方が異なる複数（ここでは４つ）の領域８０１〜８０４が設けられている。８０５〜８０８はこれら領域８０１〜８０４での遅相軸の方向を示している。また、一点鎖線で示された遅相軸８０５，８０６を有する領域８０１，８０２はλ／４板として機能し、点線で示された遅相軸８０７，８０８を有する領域８０３，８０４はλ／２板として機能する。領域８０１はａ軸に対して１３５度方向に遅相軸を持つλ／４板領域であり、領域８０２はａ軸に対して４５度方向に遅相軸を持つλ／４板領域である。一方、領域８０３はａ軸に対して４５度方向に遅相軸を持つλ／２板領域であり、領域８０４はａ軸に対して１３５度方向に遅相軸を持つλ／２板領域である。
【００３４】
これらの領域８０１〜８０４に同じ偏光が入射しても、出射する光の偏光状態が異なる。例えばｂ軸方向に振動する光が入射した場合には、領域８０１から出射する光は左円偏光となり、領域８０２から出射する光は右円偏光となる。また、領域８０３，８０４から出射する光はａ軸方向に振動する直線偏光となる。このように、同じ光が入射してもその入射した領域ごとに出射する光の偏光状態を異なせる位相調整部８００を用いることで、検光部１０３が一様な偏光を透過する偏光板で構成される場合には、それぞれの領域からの強度が異なる偏光を検出することができる。
【００３５】
偏光検出の例を、図１５および図１６に示す。図１５は、従来の異方性量が少ない位相板として機能する位相調整部を用いた場合の偏光検出の例を示している。これに対して、図１６は、本実施例の位相調整部８００を用いた場合の偏光検出の例を示している。これらの図には、位相調整部に入射する偏光（入射偏光）の種類（縦偏光、横偏光、左円偏光、右円偏光、４５度偏光、１３５度偏光）とこれに対する図８に示した領域８０１〜８０４から出射する偏光（出射偏光）の種類を示す。また、検光部にてｂ軸方向の偏光を１００％透過したときの領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度を示す。入射偏光の振幅は、入射偏光の種類の下側に示している。領域８０１〜８０４からの出射偏光は、図８に示した領域８０１〜８０４の位置に対応付けて示している。また、これらの図に示す数値は振幅であるため、光電変換部１０４で取得する強度の平方根となる。
【００３６】
演算部１２０は、領域８０１〜８０４のそれぞれに対応するセンサ１０１（光電変換部１０４）の複数の画素からの出力を用いて、領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度の相関値を算出し、該相関値から入射偏光の偏光情報を算出することができる。同じ入射偏光が領域８０１〜８０４に入射した場合は、出射偏光の偏光状態が領域８０１〜８０４で異なる。検光部１０３は偏光板により構成され、基本的にはある一方向を偏光方向とする直線偏光の振幅強度を抽出するのみである。また、光電変換部１０４が従来のフォトダイオード等により構成される場合には、光電変換を行う露光時間は光の周波数に対して非常に長い。このような光電変換部１０４では、入射した光は露光時間内で積分処理されるため、入射した光における偏光間の位相量（位相差）の情報までは取得することができない。
【００３７】
そこで、演算部１２０は、領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度の相関値から入射偏光の偏光情報を算出する。具体的には、演算部１２０は、検光部１０３を透過した偏光の振幅強度の相関値から上記入射偏光の振動方向と光強度とを算出する。また、位相調整量がそれぞれ異なる領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度の相関をとることで、入射偏光の位相量も算出する。このように、本実施例では、入射偏光の位相量の情報（位相情報）も取得することができる。本実施例にいう偏光情報は、これら振動方向、光強度および位相情報を含む。
【００３８】
図１５および図１６に示す例では、入射偏光が縦偏光、横偏光、右円偏光および左円偏光である場合は、領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度の相関性が異なる。例えば入射偏光が縦偏光である場合は、領域８０１，８０２からの出射偏光の振幅強度は互いに同一となり、領域８０３，８０４からの出射偏光の振幅強度はそれより小さい強度で互いに同一となる。このような領域８０１〜８０４からの出射偏光の振幅強度の相関性から入射偏光の偏光状態を検出することができる。
【００３９】
ただし、図１５に示した従来の位相板として機能する位相調整部での屈折率差が小さいため、出射偏光の振幅への影響がほとんどない。このため、例えば、ａ軸方向に対して４５度方向に振動する４５度偏光と１３５度方向に振動する１３４度偏光が入射しても、領域８０１〜８０４で何ら変調されない。このため、ｂ軸方向の偏光を検光しても振幅強度差が生じずに同じ強度となる。一方、図１６に示す本実施例の位相調整部８００では、図９および図１２のような振幅強度差が生ずる。このため、振動方向に応じた振幅強度差が生ずる。入射偏光としての４５度偏光と１３５偏光に対して、図１５では領域８０１〜８０４からの出射偏光の検光部１０３での出力に全く変化が生じていないが、図１６では領域８０１〜８０４出射偏光の検光部１０３での出力に変化が生じている。このため、従来の位相調整部を用いても不可能であった４５度偏光と１３５度偏光との分離が可能となる。このように、本実施例の位相調整部８００を用いることで、直線偏光の検出精度を向上させることができる。
【００４０】
また、位相調整部１０２に隣接し、位相調整部１０２に入射する又はこれから出射する光が透過する基材の屈折率は、該位相調整部１０２の進相軸方向における屈折率と遅相軸方向における屈折率との中間の屈折率であることが望ましい。実施例２はその条件を満足している。この条件を満足することで、図１２に示すように振幅透過率の差を大きくすることができる。この条件を満足しない図９に示した場合に比べて振幅透過率の差が大きくすることができるため、より偏光の検出精度を向上させることができる。
【００４１】
また、図８に示した複数の領域８０１〜８０４の集合を１組の位相調整領域（８００）というとき、図１に示すセンサ１０１の位相調整部１０２として、該１組の位相調整領域８００が２次元方向に周期的に配列されたものを用いることが望ましい。それぞれ異なる位相調整を行う領域８０１〜８０４を含む１組の位相調整領域が２次元方向に周期的に配列されることにより、センサ１０１は面内での偏光分布を検出することができる。
【００４２】
また、演算部１２０は、センサ１０１で取得した偏光情報（振幅強度）に対して偏光方向に応じて電子的な強度補正を行うことが望ましい。図１６に示した例では、入射偏光が縦偏光である場合に検光部１０３で検出される最大振幅が６．０であるのに対して、入射偏光が右円偏光である場合の最大振幅は１２．０である。一方、入射偏光の振幅は両者とも１０である。検出した振幅強度は、領域８０１〜８０４の位相調整方向によって変化する。このため、入射偏光の種類によっては検出される振幅強度が大きく変化する。そこで、検出された振幅強度に対する電子的な強度補正を行うことで、入射偏光が縦偏光である場合に、入射偏光が円偏光である場合に換算した振幅強度を得ることができる。電子的な強度補正は、位相調整部１０２に用いられている位相板の反射率特性および遅相軸の方向に応じて計算することができる。
【００４３】
また、位相調整部８００のうち１つの領域の進相軸または遅相軸方向における屈折率と該１つの領域に隣接する他の領域の進相軸または遅相軸方向における屈折率との差は、０．１以下であることが望ましい。例えば領域８０１のＴＭ波に対する屈折率ｎＴＭと領域８０３のＴＥ波に対する屈折率ｎＴＥとの差は０．０１である。この条件を満足すると、位相調整部１０２を偏光が透過するときに、領域８０１〜８０４間の屈折率差が小さいため、領域８０１の遅相軸方向に振動する偏光成分と領域８０３の進相軸方向に振動する偏光成分との透過率の差が少ない。このため、電子的な強度補正を行う際に、領域８０１〜８０４間で出力を比較しやすくなる。
【００４４】
また、演算部１２０は、センサ１０１からの出力を用いて偏光情報を演算する際に、波長ごとに偏光の強度と偏光間の位相量の算出方法を変更することが好ましい。図９および図１２に示したように位相調整部１０２の振幅透過率特性が波長によって変化する。例えば図９に示した波長域とは異なる波長域での振幅透過率を図１７に示す。遅相軸方向と進相軸方向における振幅透過率の関係が逆転し、それぞれの絶対値も変化する。このように、位相板の特性は波長によって変化するため、それぞれの波長での振幅透過率に合わせて偏光の強度と偏光間の位相量の算出方法を変更することで、精度良く入射偏光の偏光状態を検出することができる。
【００４５】
さらに、位相調整部１０２は、可視光の波長よりも細かい微細周期構造からなることが望ましい。入射する可視光の波長よりも細かい構造では、その光はその構造を認識できずに均質な媒質に入射したかのように振る舞うことが知られている。このような現象は構造異方性と呼ばれ、光は構造の間隔、材料の充填率や屈折率に応じて振る舞う。構造異方性の例を図１８（Ａ）に示す。屈折率がｎ１，ｎ２で幅の比がａ：ｂの２つの媒質が繰り返し配列された矩形格子［充填率ｆ＝ａ／（ａ＋ｂ）］において、格子と平行な方向の屈折率をｎ//とし、格子と直交する方向の屈折率をｎ⊥とすると、ｎ//とｎ⊥はそれぞれ式（２），（３）で表される。
【００４６】
【数２】
2017207431.tif 000004
【００４７】
【数３】
2017207431.tif 000005
【００４８】
このように方向によって構造を変化させることで、見かけ上の屈折率を変化させることができる。
【００４９】
幅ａの構造にＴｉＯ２（ｎ１＝２．３３５）を用い、幅ｂの構造ｂに空気を用いたときの充填率に対する有効屈折率ｎ//，ｎ⊥を図１８（Ｂ）に示す。実線がｎ//を、破線がｎ⊥を示す。充填率ｆ＝０．１７とすると、ｎ//＝１．３４、ｎ⊥＝１．０８となる。一方、充填率ｆ＝０．５２とすると、ｎ//＝１．８５、ｎ⊥＝１．３４となる。このように、波長よりも細かい構造を利用することで、非常に大きな異方性を得ることができる。
【００５０】
このような異方性を得る他の手段として、高い異方性を持つ結晶材料を利用する方法がある。例えば、方解石や二酸化チタンの結晶を用いることができる。ただし、このような結晶は図８に示した位相調整部８００のように面内において様々な方向性を持たせて切り出すことが難しい。このため、図１８に示したような微細周期構造による構造異方性を用いることが望ましい。
【００５１】
微細周期構造を有する素子を製造するには、種々の方法が知られている。例えば、二光束干渉を利用したマスクパターンの形成や転写、ナノインプリントを利用した射出成形が挙げられる。本実施例で説明した微細周期構造を有する素子は、これらの製造方法に限定されず、様々な方法で製造することができる。
【００５２】
また、位相調整部１０２（８００）の進相軸および遅相軸方向における透過率をそれぞれＡ，Ｂとするととき、該遅相軸方向に対する検光部１０３の偏光軸の角度αは、以下の式（４）に示す条件を満足することが望ましい。
【００５３】
【数４】
2017207431.tif 000006
【００５４】
本実施例では、前述したように位相調整部１０２（８００）の進相軸方向および遅相軸方向における透過率の差を利用して偏光の検出を行う。これは、位相板による偏光回転に加えて、振幅強度比に基づく偏光回転が加わる構成としているためである。このため、従来の位相板を利用したことを想定した配置よりも、式（４）の条件を満足する配置にすることでより検光部１０３での検光率が向上する。これにより、偏光の検出精度をさらに向上させることができる。
【実施例３】
【００５５】
図１９には、実施例１または実施例２で説明した偏光情報取得装置（センサ１０１および演算部１２０）を含む本発明の実施例３としての撮像装置であるデジタルカメラを示している。
【００５６】
１９００はカメラ本体であり、１９０１は撮像光学系である。１９０２はカメラ本体１９００に内蔵された実施例１で説明したセンサ１０１に相当する撮像素子であり、撮像光学系１９０１によって形成された被写体像を受光する。演算部１２０は、撮像素子１９０２と一体に設けられていてもよいし、カメラ本体１９００に内蔵された不図示の演算処理ユニットの一部として設けられてもよい。１９０３は撮像素子１９０２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリであり、１９０４はカメラ本体１９００の背面に設けられた表示デバイスである。
【００５７】
実施例１で説明したセンサ１０１を用いることにより、撮像光学系１９０１によって形成された被写体像の偏光状態を高精度に検出することができる。
【００５８】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  偏光センサ
１０２  位相調整部
１０３  検光部
１０４  光電変換部
【図１】
2017207431.tif 000009
【図２】
2017207431.tif 000010
【図３】
2017207431.tif 000011
【図４】
2017207431.tif 000012
【図５】
2017207431.tif 000013
【図６】
2017207431.tif 000014
【図７】
2017207431.tif 000015
【図８】
2017207431.tif 000016
【図９】
2017207431.tif 000017
【図１０】
2017207431.tif 000018
【図１１】
2017207431.tif 000019
【図１２】
2017207431.tif 000020
【図１３】
2017207431.tif 000021
【図１４】
2017207431.tif 000022
【図１５】
2017207431.tif 000023
【図１６】
2017207431.tif 000024
【図１７】
2017207431.tif 000025
【図１８】
2017207431.tif 000026
【図１９】
2017207431.tif 000027