专利名称：光学模块及成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学模块及成像装置等。更具体而言，本发明涉及的 光学模块及成像装置等能够仅将位于规定位置的光有效地提取出 来，从而能更加清晰地观测被观测物。
背景技术：
在使用照相机等成像装置时，通过聚焦到被观测物，可得到一定 程度清晰的像。然而普通的相机在聚焦后，被观测物以外的景物不 处于聚焦位置，所以这部分往往会成为模糊的图像。因此人们希望 能够滤掉来自被观测物以外的景物的光，以使被观测物的像更加清 晰。
另一方面，关于特定星体的照片等，人们还希望能使只发微光的 被观测物的像尽可能清晰。然而周围的强光却会妨碍对只发微光的 被观测物进行取像。因此，人们考虑如果能只提取出满足规定条件 的光，则可滤掉不满足规定条件的光、清晰地得到发出满足规定条 件的微光的被观测物的像。
在日本发明专利"特开2005-106627"的图16中公开了将两片衍 射光栅重叠以便高灵敏度地检测关于对象物所有方向的具体情况信 息的技术。然而，两片用于提取满足特定条件光的光学元件不是重 叠的，因此无法有效提取满足特定条件的光。
专利文件1:特开2005-106627号公报
发明内容
〔发明所要解决的技术课题〕
本发明的目的在于提供一种光学模块，能够用于提取出满足特定
条件的光。
本发明的目的在于提供具有上述光学模块的成像装置等。 〔用于解决技术课题的技术方案〕
本发明的基本结构为具有两个光学元件，每个光学元件具有 1/4波片部分和-1/4波片部分等对透射的光的相位进行调制的特定条 件不同的至少两种部位。其目的在于，通过光透射的路径，使透过 该光学元件的光的相位能被调制，并能使一度被调制过的相位再恢 复原来的相位。该目的的实现基于以下的想法控制使当两光学元 件的输出被导入到起偏器后，仅有满足某条件的光透射过光学元件， 进而从起偏器被输出。
本发明的第 一 组成部分涉及根据规定条件控制输入的光的相位 的光学模块。图1是本发明的光学模块的示意图，其中图1(A)表 示本发明的光学模块的示意图，图1 (B)表示本发明的光学模块的 俯视图。如图1 (A)所示，本发明的光学模块(10)的基本结构如 下。即，具有由1/4波片部分(1 )和-1/4波片部分(2)经由接合部 分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、以及由1/4波片部分 (5)和-l/4波片部分(6)经由接合部分(7)交错形成的板状的第 2光学元件(8)，所述第1光学元件(4)与所述第2光学元件(8) 平行，所述第1光学元件(4)的1/4波片部分(1 )与所述第2光学 元件(8)的-1/4波片部分(6)中间相隔着间隔(9)而重叠设置， 所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2)与所述第2光学元件 (8)的1/4波片部分(5)中间相隔着所述间隔(9)而重叠设置。
而且，由于1/4波片部分和-1/4波片部分使透射的光的相位发生 一定程度的变化，所以射入光学模块的光的相位因光透射过的是上 述光学元件(4)还是光学元件(8)而得到不同的调制。由此，可 根据规定条件而对光的相位进行调制。而且，如果利用这种相位调 制进行控制，使得仅有满足规定条件的光具有规定的偏振面，则通 过将透射过本发明的光学模块的光导入起偏器，可仅提取出满足规 定条件的光。
本发明的第二组成部分涉及能有效提取出满足规定条件的光的
成像装置。该光学装置的基本结构如下具有透镜(21)、来自所 述透镜(21)的光所透射的光学模块(10)、用于对射入光学模块 (10)的光的偏振面进行调整的第1起偏器(22)、用于对从所述 光学模块(10)出射的光进行偏振分离的第2起偏器(23)、对从 第2起偏器(23)出射的光进行检测的光检测器(24)，所述光学 模块(10)具有由1/4波片部分(1 )和-1/4波片部分(2)经由接 合部分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、以及由1/4波片 部分(5)和-1/4波片部分(6)经由接合部分(7)交错形成的板状 的第2光学元件(8),所述第1光学元件(4)与所述第2光学元 件(8)平行，所述第1光学元件(4)的1/4波片部分(1)与所述 第2光学元件(8)的-1/4波片部分(6)中间相隔着间隔9而重叠 设置，所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2)与所述第2光 学元件(8)的1/4波片部分(5)中间相隔着所述间隔(9)而重叠 设置。
即，以第1起偏器(22)调整光的偏光面，以所述光学模块调整 满足规定条件的光的相位，第2起偏器(23)仅使由光学模块调制 过的具有一定偏光面的光通过。由此采用本发明的成像装置，可有 效提取出满足规定条件的光并进行检测。 〔发明效果〕
利用本发明，可提供一种光学模块，通过控制光所透过的波片部 分，可提取出满足规定条件的光。进而，利用本发明，可提供一种 成像装置，可仅提取出满足上述这种规定条件(例如被测量物位于 特定位置这样的条件下)的光。
图1是本发明的光学模块的示意图，其中图1(A)表示本发明 的光学模块的示意图，图1 (B)表示本发明的光学模块的俯视图。 图2是用于说明本发明的光学模块的工作状态的图。
图3是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点不在第1 光学元件和第2光学元件之间的间隔中，而在第2光学元件和第2 透4竟之间。
图4是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点位于第1 光学元件和第2光学元件之间。
图5是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点不在第1 光学元件和第2光学元件之间的间隔中，而在第1透镜和第1光学 元件之间。
图6是表示某实施方式的光学模块的示意图，其中图6 (A)表 示该实施方式的光学模块的示意图，图6 (B)表示该实施方式的光 学模块的俯视图。
图7是用于说明光学装置的例子的图，该光学装置上安装有某实 施方式的光学模块。
图8是表示光学装置的例子的图，该光学装置用于说明数值解析。
图9是用于说明解析系统中变量的图。 图10是用于对光的汇聚点的空间位置进行分类的图。 图11是当设置有一条狭缝时表示传递效率的图表，在该图11 中，纵轴坐标表示z轴位置除以(D/2)所得到的值，横轴表示x轴 的值除以Dtan0所得到的值，其中图11 (A)为表示纵轴及横轴坐 标-10~ 10的传递效率的图表(等高线图)；图11 (B)为表示纵轴 及横轴坐标-2~2的传递效率的图表(图11 (A)的局部放大图)。 图12为表示以2Dtane的周期设置三道狭缝时的传递效率的图表。
图13为本发明的成像装置的示意图。 〔附图标记i^L明〕
1. 1/4波片部分，2. -1/4波片部分，3.接合部分，4.第1 光学元件，5. 1/4波片部分，6. -1/4波片部分，7.接合部分，8.第 2光学元件，9.第1光学元件和第2光学元件之间的间隔，9a，间
隔的长度，10.光学模块，21.第l透镜，22.第l起偏器，23.第 2起偏器，24.光片全测器，25.第2透镜，26~29、 31、 32.光，33.光 的汇聚点
具体实施方式
〔光学模块〕
本发明的第1部分涉及根据规定条件控制入射光的相位的光学 模块。图1是本发明的光学模块10的示意图，其中图1 ( A)表示 本发明的光学模块10的示意图，图1 (B)表示本发明的光学模块 IO的俯视图。如图1 (A)所示，本发明的光学模块10的基本结构 如下。即，具有由1/4波片部分1和-1/4波片部分2经由接合部分3 交错形成的板状的第l光学元件4、以及由1/4波片部分5和-1/4波 片部分6经由接合部分7交错形成的板状的第2光学元件8，所述第 1光学元件4与所述第2光学元件8平行，所述第1光学元件4的 1/4波片部分1与所述第2光学元件8的-1/4波片部分6中间相隔着 间隔9而重叠设置，所述第1光学元件4的-1/4波片部分2与所述 第2光学元件8的1/4波片部分5中间相隔着所述间隔9而重叠设置。
而且，由于1/4波片部分和-1/4波片部分4吏透射的光的相位发生 一定程度的变化，所以射入光学模块的光的相位因上述光学元件4、 光学元件8的透射部位不同而得到不同的调制。由此，可根据规定 条件而对光的相位进行调制。而且，如果利用这种相位调制方法进 行控制，使得仅有满足规定条件的光具有规定的偏振面，则通过将 透射过本发明的光学模块IO的光导入起偏器，即可仅提取出满足规 定条件的光。以下对本发明的光学模块的各构成要素进行说明。
如后文所述那样，本发明的光学模块10可用于提取光，作为其 提取方式，或者仅使汇聚点位于规定位置的光输出，或者仅使这种 光不输出。即，本发明的光学模块IO例如可用作提取出汇聚点位于 规定位置的光的滤光器等。
"光学元件"为用于调整光的相位、光路等元件。作为本发明的第
1光学元件4和第2光学元件8的选材，适宜采用公知的光学晶体或 光子晶体等材料。作为本发明的第1光学元件4和第2光学元件8 的形状，例如可选择正方形(或长方形)，但两者的形状优选相同。 第1光学元件4和第2光学元件8的大小可根据所要求的性能、波 片部分的数目等条件进行适当调整。作为光学元件4、 8的具体面积， 可选择lmm2~ lOOcm2，优选为3mm2 ~ 10cm2,为了安装于小型的光 学仪器上则更优选为0.5cm2 ~5cm2。例如，在内窥镜等中采用本发 明的光学模块时，作为光学元件4、 8的面积，可选择lmm2~ 10cm2, 优选为3mm2~ 5cm2，更优选为5mm2~2cm2。另夕卜，作为光学元件 4、 8的具体厚度，可选择l(im lmm，优选为10jxm~0.1mm。另夕卜， 作为间隔的长度9a,例如可选择lxl(T2cm ~ lcm，也可以是 5xl(T2cm~ 5xl0"cm。
"1/4波片部分"及"-1/4波片部分"分别表示作为1/4波片及-1/4波 片起作用的部分。1/4波片部分及-1/4波片部分的功能均为公知技术。 即，1/4波片为具有能够使入射光线产生1/4波长的相位差(使光从 波片的出射面射出时，其在波片中传播速率较低的部分相对于在波 片中传播速率较高的部分产生延迟)的功能的波片。另一方面，-1/4 波片为具有能够使入射光线产生-1/4波长的相位差的功能的波片。 在光学模块中设置"1/4波片部分，，及"-l/4波片部分，，时，既可以两者 各设置一个，也可以纵横交错地设置多个(例如两个~ 1><103个)。 另外，在光学模块中，"1/4波片部分"及"-1/4波片部分"可为条带形 (四边形，优选为长方形)，并交互排列设置。
如上所述，本发明的光学模块10是由1/4波片部分1和-1/4波 片部分2经由接合部分3交错形成。其中，1/4波片部分1和-1/4波 片部分2既可以由l对或多对1/4波片和-1/4波片交错排列形成，又 可以由1对或多对1/4波片和-1/4波片熔合而成。此外，1/4波片部 分1和-1/4波片部分2也可以是光子晶体等，此时，光子晶体为包 括1/4波片部分1和-1/4波片部分2的晶体。本发明的光学模块的优 选实施方式为所述第1光学元件4和所述第2光学元件8由光子晶 体制成的光学模块。如果光学模块为光子晶体，则由于它是包含1/4 波片部分l、 -1/4波片部分2和接合部分3的整体，所以其处理极为 容易。
如图1 (A)所示，本发明的光学模块的优选实施方式为所述 第l光学元件4的1/4波片部分1和-1/4波片部分2为分别具有相同 宽度的条带形，并在所述第1光学元件4上分别设置有1个或多个， 所述第2光学元件8的1/4波片部分5和-1/4波片部分6为分别具有 相同宽度的条带形，并在所述第2光学元件8上分别设置有1个或 多个。
上述实施方式的光学模块IO优选设置有多个1/4波片部分5和 -1/4波片部分6，作为其各自具体的数目，可选择2~ "103个，优 选5-lxl(^个。如此，通过各i殳有多个1/4波片部分5和-1/4波片 部分6,本发明的光学模块的控制区域可得到扩展。具体而言，本发 明的光学模块的控制区域能够沿多个波片的排列方向扩展。
本发明的光学模块的优选实施方式为所述第1光学元件4和第 2光学元件8之间间隔的长度9a为lxl(T2cm~ lcm。
起偏器基本为供规定的沿光轴方向的光透射的元件。适宜采用公 知的起偏器(包括偏振光分光器等)。另外，本发明的光学模块适 宜采用公知的光学仪器中所使用的公知要素。 〔光学模块的工作情况及其使用例〕
接下来对本发明的光学模块的工作情况及其使用例进行说明。图 2是用于说明本发明的光学模块的工作状态图。如图2所示，包含该 光学模块的光学装置(具体而言是后述的成像装置等)具有来自 观测对象的光所射入的透镜21、来自透镜21的光所射入的第l起偏 器22、来自第1起偏器22的光所射入的光学模块10、来自光学模 块IO的光所射入的第2起偏器23、来自第2起偏器23的光所射的 光检测器24。其中，图中的标号25表示任意的透镜，E表示起偏器 的例示偏振面。另外，透镜21与第1起偏器22之间的位置关系也 可以与图2所示的相反。在图2中，光学模块10的第1光学元件4
及第2光学元件8上各具有1组1/4波片部分和-1/4波片部分。但也 可以像例如图1所示那样，光学模块10的第1光学元件4及第2光 学元件8上各具有多组1/4波片部分和-1/4波片部分。就这一点而言， 以下的图中也是如此。作为光检测器，可选择CCD等图像传感器。
在该例中，透射过第1透镜21及第1起偏器22的光分别透射过 第1光学元件4和第2光学元件8。而且，透射过第2光学元件8 的光的一部分被第2起偏器23偏振分离。透射过第2起偏器23的 光被第2透镜25聚光，由光检测器24检测出。
图3是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点不在第1 光学元件和第2光学元件之间的间隔中，而是位于第2光学元件后 方。在图3中，透射过第1起偏器22的光的偏振面被调整。该偏振 面例如与透射过第2起偏器23的光的偏振面相差兀/2。
光26射入第1透镜21，透射过第1光学元件4时，由于透射过 1/4波片部分1,所以相位发生变化。另一方面，光26透射过第2 光学元件8时，由于透射过-1/4波片部分6,所以被1/4波片部分1 改变了的相位又复原。因此，光26无法透射过第2起偏器23。这一 点，对光27也一样。即，如图3所示，当光的汇聚点不在第l光学 元件4和第2光学元件8之间的间隔中，而是位于第2光学元件8 后方时，从第2光学元件8射出的光无法透射过第2起偏器23。由 此，在这种情况下无法被光检测器24检测到。
图4是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点位于第1 光学元件4和第2光学元件8之间。在图4中，透射过第l起偏器 2 2的光的偏振面被调整。该偏振面例如与透射过第2起偏器2 3的光 的偏振面相差兀/2。
光28射入第1透镜21,透射过第1光学元件4时，由于透射过 1/4波片部分1，所以相位发生一定变化。另一方面，光28透射过第 2光学元件8时，由于透射过1/4波片部分5，所以又一次改变了与 被1/4波片部分1改变的相位相等程度的相位。因此，光28可透射 过第2起偏器23。这一点，对光29也一样。即，当光的汇聚点位于 第1光学元件4和第2光学元件8之间时，光从第2起偏器23输出。 于是，从第2起偏器23输出的光经过第2透镜25,被光检测器24 检测到。
图5是用于说明光的传播状态图，其中，光的汇聚点不在第1 光学元件和第2光学元件之间的间隔中，而是位于第1光学元件之 前。在图5中，射入第1透镜21的光的偏振面被第1起偏器22调 整。该偏振面例如与透射过第2起偏器23的光的偏振面相差兀/2。
光31射入第1透镜21,透射过第1光学元件4时，由于透射过 -1/4波片部分2,所以相位发生一定变化。另一方面，光31透射过 第2光学元件8时，由于透射过1/4波片部分5,所以被-l/4波片部 分2改变了的相位又复原。因此，光31无法透射过第2起偏器23。 这一点，对光32也一样。即，当光的汇聚点33位于第1光学元件4 前方时，光无法从第2起偏器23输出。由此，在这种情况下无法被 光检测器24检测到。
综上所述，如果釆用如图2所示的光学装置，则只有汇聚点位于 特定位置(例如第1光学元件4的接合部分3和第2光学元件8的 接合部分7之间)的光才能透射过第2起偏器23，除此以外的光均 无法透射过第2起偏器23。这就意味着能够仅提取出来自于规定位 置的光。由此可知，本发明的光学模块可有效用于仅提取出满足规 定条件的光。更具体而言，如果使来自于观测对象的光的汇聚点位 于接合部分3和接合部分7之间的位置，则能够滤掉观测对象以外 的光，因此能够有效地对观测对象进行观测。至于对射入透镜21的 光的汇聚点的控制，例如可通过在保证透镜21光轴不发生偏离的情 况下，调整透镜21与光学模块10之间的距离来对光的汇聚点进行 调整。
〔变型例及其工作状况〕
以上说明了第1光学元件4的1/4波片部分1和第2光学元件8 的-1/4波片部分6中间隔着间隔9而重叠设置，所述第1光学元件4 的-l/4波片部分2和第2光学元件8的1/4波片部分5中间隔着所述
间隔9而重叠设置的情况。但也可以是所述第1光学元件4的1/4 波片部分l和第2光学元件8的1/4波片部分5中间隔着间隔9而重 叠设置，所述第1光学元件4的-1/4波片部分2和第2光学元件8 的-1/4波片部分6中间隔着所述间隔9而重叠设置。
图6是表示另一个实施方式的光学模块的示意图，其中图6(A) 表示该实施方式的光学模块的示意图，图6 (B)表示该实施方式的 光学模块的俯视图。如图6所示，本实施方式的光学模块具有由 1/4波片部分1和-l/4波片部分2经由接合部分3交错形成的板状的 第1光学元件4、以及由1/4波片部分5和-1/4波片部分6经由接合 部分7交错形成的板状的第2光学元件8，所述第1光学元件4与所 述第2光学元件8平行，所述第1光学元件4的1/4波片部分1与所 述第2光学元件8的1/4波片部分5中间相隔着间隔9而重叠设置， 所述第1光学元件4的-1/4波片部分2与所述第2光学元件8的-1/4 波片部分6中间相隔着所述间隔9而重叠设置。
图7是用于举例说明该光学装置的图，该光学装置上安装有该实 施方式的光学模块。在该光学装置中，第1光学元件4的1/4波片部 分1与第2光学元件8的1/4波片部分5中间相隔着间隔9而重叠设 置，第1光学元件4的-1/4波片部分2与第2光学元件8的-1/4波片 部分6中间相隔着间隔9而重叠设置。即，该光学装置具有透镜 21、来自透镜21的光所透射的光学模块10、用于对射入光学模块 10的光的偏振面进行调整的第l起偏器22、用于对从所述光学模块 10出射的光进行偏振分离的第2起偏器23、对从第2起偏器23出 射的光进行检测的光检测器24，所述光学模块10具有由1/4波片 部分1和-1/4波片部分2经由接合部分3交错形成的板状的第1光 学元件4、以及由1/4波片部分5和-1/4波片部分6经由接合部分7 交错形成的板状的第2光学元件8，所述第1光学元件4与所述第2 光学元件8平行，所述第1光学元件4的1/4波片部分1与所述第2 光学元件8的1/4波片部分5中间相隔着间隔9而重叠设置，所述第 1光学元件4的-1/4波片部分2与所述第2光学元件8的-1/4波片部
分6中间相隔着所述间隔9而重叠设置。由于该光学装置能够如后
述那样提取出满足规定条件的光并对其进行检测，所以，其可作为 例如成像装置而发挥作用。
在该光学装置中，在图7中，只要例如使第1起偏器22和第2 起偏器23的偏振面均与图所在纸面垂直即可。如此，即可根据与以 上所说明的情况同样的原理，仅提取出满足规定条件的光。即，在 该情况下，汇聚点位于第1光学元件和第2光学元件之间的光透射 过第1光学元件和第2光学元件，因此光的偏振面的相位复原。另 外，在第1光学元件前方聚焦的光和在第2光学元件后方聚焦的光 的偏振面的相位会变化兀/2。因此，通过将第2起偏器的透光轴配置 得与第1起偏器的透光轴相一致，即可与之前说明的光学装置同样 提取出满足规定条件的光。
另外，在本发明的光学模块的与上述不同的实施方式中，采用 1/2波片部分(或者-l/2波片部分)和平光片部分(不调制相位的部 分)来代替1/4波片部分和-1/4波片部分，该实施方式的光学模块中， 例如只需采用1/2波片部分来代替1/4波片部分1、 5,采用平光片部 分来代替-1/4波片部分2、 6即可。例如，在采用1/2波片部分来代 替图1中的1/4波片部分1、 5,采用平光片部分来代替-1/4波片部 分2、 6时，只要使第1起偏器22和第2起偏器23的偏振面例如均 与图1所在的纸面垂直即可。如此，即可^4居与以上所it明的情况 同样的原理，仅提取出满足规定条件的光。在该情况下，汇聚点位 于第1光学元件和第2光学元件之间的光透射过第1光学元件和第2 光学元件，因此光的偏振面的相位复原。另外，在第1光学元件前 方聚焦的光和在第2光学元件后方聚焦的光的偏振面的相位会变化 7t/2。因此，通过将第2起偏器的透光轴配置得与第1起偏器的透光 轴相一致，可与之前说明的光学装置同样提取出满足规定条件的光。
以上说明的是第1光学元件4及第2光学元件8上各具有1组 1/4波片部分和-1/4波片部分这种结构的动作情况。如果第1光学元 件4及第2光学元件8上各具有多组1/4波片部分和-1/4波片部分，
则可观测的区域则会拓宽成平面。另外，如果采用可使第1透镜21
接近或远离各光学元件的可动装置，能够适当调整射入透镜21的光
的汇聚点位置，因此观测对象的可观测距离能够得到适当调整。另
外，例如通过采用可将光学模块10或光检测器24的位置相对于光 轴水平移动的可动装置，能够使可观测的对象(允许被观测的区域) 可拓宽成平面。
另外，当采用1/2波片部分来代替图7中的1/4波片部分1、 5， 采用平光片部分来代替-l/4波片部分2、 6时，只要使第l起偏器22 和第2起偏器23的偏振面例如均与图7所在的纸面垂直即可。在该 情况下，汇聚点位于第1光学元件和第2光学元件之间的光透射过 第1光学元件和第2光学元件，因此光的偏振面的相位会变化兀/2。 另一方面，在第1光学元件前方聚焦的光和在第2光学元件后方聚 焦的光的偏振面的相位复原。因此，通过将第2起偏器的透光轴配 置得与第1起偏器的透光轴正交，可与之前说明的光学装置同样提 取出满足^见定条件的光。
另外，在以上说明中，第1光学元件及第2光学元件的各部分为 波片部分，但在本发明的光学模块的其他实施方式中，也可以采用 使偏振面的方位角度旋转的旋光元件部分来代替波片部分。例如， 用+45度旋光元件部分来代替以上说明的各光学模块中的1/4波片 部分，用-45度旋光元件部分来代替以上说明的各光学模块中的-1/4 波片部分。其中，各旋光元件部分只要通过在透明基板上形成聚酰 亚胺等具有取向性涂层，对该取向性涂层的取向方向进行适当控制 即可制成。另外，也可以采用通过加载》兹场以-使透射的光发生旋光 的法拉第元件，对规定部分加载规定磁场，以此作为各旋光元件部 分。
例如，只需用+45度旋光元件部分来代替图1中的光学模块中 的1/4波片部分，用-45度旋光元件部分来代替其中的-1/4波片部分。 在该情况下，汇聚点位于第1光学元件和第2光学元件之间的光透 射过第1光学元件和第2光学元件，因此光的偏振面的方位角度会
变化90度。另外，在第1光学元件前方聚焦的光和在第2光学元件 后方聚焦的光的偏振面的方位角度复原。因此，通过将第2起偏器 的透光轴配置得与第1起偏器的透光轴正交，可与之前说明的光学 装置同样提取出满足规定条件的光。
另外，也可以用+45度旋光元件部分来代替图7中的光学模块 中的1/4波片部分，用-45度旋光元件部分来代替其中的-1/4波片部 分。在该情况下，汇聚点位于第1光学元件和第2光学元件之间的 光透射过第1光学元件和第2光学元件，因此光的偏振面的方位角 度复原。另外，在第1光学元件前方聚焦的光和在第2光学元件后 方聚焦的光的偏振面的方位角度会变化90度。因此，通过将第2起 偏器的透光轴配置得与第1起偏器的透光轴方向相一致，可与之前 说明的光学装置同样提取出满足规定条件的光。 〔数值解析〕
接下来，对在如图1所示那样的第1光学元件4及第2光学元件 8分别具有多个波片部分的情况时，射入光学模块10的光受到什么 样的影响进行数值解析。而且，由于具有多个波片部分，因此可有 效得到(二维)平面内的图像图形，对这一点也将进行说明。以下 的解析中，对透射过两条平行狭缝(长方形)的光的强度(传递效 率)进行解析。另外，以下说明中，以透射过第1起偏器22，透射 过l/4波片部分和-l/4波片部分之间接合部分的光作为近似于透射过 狭缝的光。
图8是表示光学装置的例子的图，该光学装置用于说明数值解 析。即，以第1光学元件4、第2光学元件8 (这两者)的中心为原 点，以1/4波片部分1和-1/4波片部分2经由4妄合部分3交错形成的 方向(与图所在纸面平行并与光学元件平行的方向)为X轴，以与 图所在纸面垂直的方向为Y轴，以经过透4竟21的中心并经过4妄合部 分3的光的传播方向为Z轴。
首先，采用设置有一条狭缝的系统，对第1光学元件4、第2光 学元件8上分别只有一组1/4波片部分1和-1/4波片部分2(以及1/4
波片部分5和-1/4波片部分6)的系统进行研究。图9是用于说明解 析系统中变量的图。如图9所示，两个光学元件的间隔9a为D,从 狭缝出射的光的范围为2e。图IO是用于对透射光的汇聚点的空间位 置进行分类的图。
当光的汇聚点位于图IO中的A区域时，将光的传递效率(即与 光强度相关的光的提取效率的值)Tl以n = l-2|x|/ 〔 (Dtane) U-(2Z/D)2}〕来表达。另一方面，当光的汇聚点位于图10中的B 区域时，光的传递效率ti以ti= 1/2 〔 l-2|x|/ (Dtane ( 1 + 2|z|/D) }〕 =1/2 U-2|x|/ (Dtane + 2tane|z|) }来表达。此外，当光的汇聚点位 于图10中的c区域时，光的传递效率ti以Ti = 2|x|/〔Dtane{ ( 2Z/d ) -1}〕来表达。
图11是当设置有一条狭缝时表示传递效率的图表，在该图11 中，纵轴坐标表示z轴位置除以(D/2)所得到的值，横轴表示x轴 的值除以Dtane所得到的值，其中图11 (A)为表示纵轴及横轴坐 标在-10~ 10的范围内的传递效率的图表(等高线图)；图11 (B) 表示为纵轴及横轴坐标在-2 ~ 2范围内的传递效率的图表(图11 ( A ) 的局部放大图)。
从图11中可以看出，当摄影系统的光源等的光被观测对象物反 射而来的光由透镜21成像，在图10的各区域聚焦时，像图10中A 区域那样，位于两个光学元件的接合部分之间的区域传递效率较高。 而且可以看出，对第1光学元件4和第2光学元件8的结合部分进 行连接的轴上的传递效率最大。另一方面可以看出，在该区域以外 的部分聚焦的光的传递效率逐渐降低，直至消失。由此可知，本发 明的光学模块在Z轴方向上具有较强的选择性。另一方面可以看出， 在X轴方向上结合效率较大的区域是有限的。即，在约Dtane (横 轴刻度为-1~1)的区域范围内具有某一定的传递效率。另一方面， 在Y轴方向上不具有上述选择性。由此可以认为，通过在X方向上 设置多个狭缝(即在X方向上设置多组1/4波片部分和-1/4波片部 分)可以得到二维图像信息。
图12为表示以2Dtane的周期设置三条狭缝时的传递效率的图。 在图12中，纵轴坐标表示z轴位置除以(D/2)所得到的值，横轴 表示x轴的值除以Dtane所得到的值。其中第1光学元件4和第2 光学元件8各具有两组1/4波片部分和-1/4波片部分，其结合部分相 当于可形成三条狭缝。对图12和图11 (B)进行比较可知，与具有 一条狭缝的光学装置相比，如图12所示的具有三条狭缝的光学装置 的传递效率较高的区域在Z轴方向上没有拓宽，而在X轴方向上在 上述狭缝的设置周期位置处增加。由此可认为，通过增加狭缝数目 (即增加接合部分的数目)，可在一定的Z值范围内得到XY面内 的图像。
另一方面，在x轴方向上，在依靠具有与(设置)狭缝的周期(即 结合部分的周期)相匹配的分辨率的检测器也无法得到所期望的图 像清晰度的情况下，例如可以考虑按各狭缝的周期来设置多列像素 列进行检测，由此可得到清晰度较高的像。另外，每列所获得的平 均光量不相等时，为将其平均化，可以考虑对光源位置进行适当扫 描。
〔光学模块的制造方法〕
接下来对本发明的光学模块的制造方法进行说明。如之前所说明 的那样，1/4波片部分1和-1/4波片部分2可以由一组或多组1/4 波片和-1/4波片相互交错排列而成。这种情况下，例如可以分别准 备一组或多组同样形状的1/4波片和-1/4波片，将其交错排列。
另外，本发明的光学元件也可以由一组或多组1/4波片和-1/4波 片熔合而成。这种情况下，例如可以分别准备一组或多组同样形状 的1/4阻片和-1/4波片，将其交错排列后加热使其熔合。另外也可以 用粘接剂将多个波片熔合，只不过这样有可能导致光学模块的性能 劣化。
另外，本发明的光学元件也可以是如光子晶体等具有1/4波片部 分1和-1/4波片部分2功能的晶体元件。这种光子晶体可通过公知 的光子晶体制造方法进行制造。作为光子晶体制造方法的例子，可 以列举出国际7>开/>才艮WO2004-008196号或日本发明专利7>报特开 2005-11/4704号中所公开的方法。另一方面，更具体而言，作为光 子晶体制造方法，可以列举出以下方法日本发明专利公报特开平 10-335758号中所公开的在二维的具有周期性凹凸的基板上周期性 地依次堆积两种以上的物质，并在其堆积层中的至少一层上单独或 与成膜时同时使用溅射蚀刻来制造光学元件。 〔成像装置〕
接下来对本发明第2组成部分的成像装置进行说明。图13为本 发明的成像装置的示意图。如图13所示，本发明的成像装置例如具 有以下结构即，透镜21、来自所述透镜21的光所透射的光学模块 10、用于对射入所述光学模块10的光的偏振面进行调整的第l起偏 器22、用于对从所述光学模块10出射的光进行偏振分离的第2起偏 器23、对从第2起偏器23出射的光进行检测的光检测器24。本发 明的成像装置可有效采用先前说明的所有实施方式的光学模块10。 另外，成像装置通常具有外框等，在图13中省略了其外框等。
本发明的成像装置中，作为光学模块可有效采用以上说明的光学 模块10。即，本发明的成像装置中所采用的光学模块如图1所示那 样，其基本结构具有由1/4波片部分1和-1/4波片部分2经由接合 部分3交错形成的板状的第1光学元件4、以及由1/4波片部分5和 -1/4波片部分6经由接合部分7交错形成的板状的第2光学元件8, 所述第1光学元件4与所述第2光学元件8平行，所述第1光学元 件4的1/4波片部分1与所述第2光学元件8的-1/4波片部分6中间 相隔着间隔9而重叠设置，所述第1光学元件4的-1/4波片部分2 与所述第2光学元件8的1/4波片部分5中间相隔着所述间隔9而重 叠设置。除此以外，本发明的成像装置可适当采用光学仪器等中所 采用的公知要素。
本发明的成像装置中，例如，射入透镜21的光的偏振面由第1 起偏器22调整。然后，偏振面被调整后的光射入光学模块10。然后 如之前说明的那样，根据光透射构成光学模块10的第1光学元件4
和第2光学元件8的具体位置，来控制透射光学模块IO之后的光的 偏振面。第2起偏器23具有允许或不允许具有受控制之后的偏振面 的光透射的特性。由此，根据光透射光学模块10的具体位置(光透 射那个波片部分的组合)，来划分光是否从第2起偏器23输出。由 此能够仅提取出满足规定条件的光。于是，满足这种规定条件而从 第2起偏器23输出的光被光检测器24检测到。由此，由于能够检 测出满足规定条件的光，所以能够观测到满足规定条件(例如位于 规定空间位置)的被观测物。以下对本发明的成像装置的各要素进 行-沈明。
成像装置是用于观测被观测物的装置。作为成像装置，可以选择 照相机、摄像机、望远镜、天文望远镜、光提取装置或光信息读取 装置。
透镜21用于釆集从被观测物反射的光。作为透镜21,可选用照 相机等中所采用的镜头。与照相机的镜头一样，透镜21优选为能够 调整焦点位置的可动式镜头。即，成像装置的优选方式为透镜21具 备能够调整焦点位置的可动机构。
透镜21的焦点优选被设定在光学模块IO所包含的第1光学元件 4和第2光学元件8之间的间隔9中。因此，透镜21优选采用具有 能使其聚光的焦点位于第1光学元件4和第2光学元件8之间的间 隔9处这一光学特性的元件。尤其是，透镜21优选固定焦点位于第 1光学元件4和第2光学元件8之间的间隔9中心部分的位置的元件。 这种透镜21可根据透镜21与光学模块IO之间的位置关系进行适当 调整。
第1起偏器22为用于调整偏振面的光学元件。另一方面，第2 起偏器23是仅允许具有规定偏振面的光透射的光学元件。作为第1 起偏器22和第2起偏器23可有效采用公知的起偏器。第l起偏器 和第2起偏器例如可选用设置成使透射的光的偏振面变化兀/2的元 件。
光检测器24只要能够检测到光即可，对其并无特别限定，可有
效采用照相机、望远镜中所使用的公知的光检测器。例如，当成像 装置为照相机或摄像机时，作为其光检测器，可选用光电二极管、 CCD、照相机的光检测部等。另一方面，当成像装置为望远镜、天 文望远镜等时，可选择用于肉眼观测的观测部。
光检测器24优选由多个检测器构成。作为这种光检测器，可选 用光电二极管或CCD等图像传感器。就光电二极管或CCD的数目 而言，例如，设第1光学元件4的1/4波片部分和-1/4波片部分的凄t 目合计为S (S大于2),则光电二极管或CCD的数目优选为S-l 以上(以上为大于或等于，下同)且S+l以下(以下为小于或等于， 下同)。尤其是当S为5以上的数字时，光电二极管或CCD的数目 优选为S-2以上且S以下，尤其优选为S-l。即，这是由于，如果有 对应于1/4波片部分和-1/4波片部分的接合部个数的能够观测光的检 测器(例如光电二极管或CCD等)，则能够检测出具有多个波片(部 分)时满足规定条件的光。
光检测器24尤其优选为第1光学元件4的1/4波片部分和-1/4 波片部分的设置周期(即1/4波片部分或-1/4波片部分的宽度)与 CCD等的x轴方向的设置周期相一致的情况。CCD等的y轴方向的 周期既可以与x轴方向的周期相同，也可以短或长。
多个传感器例如也可以设置为一列，以1更能够4全测出例如透射过 第1光学元件和第2光学元件的各部分、且满足规定条件而从第2 起偏器输出的光。本发明的成像装置的另一个实施方式具有用于使 光检测器移动的移动机构，使得光检测器能够移动。即，例如在多 个检测器排成一列的情况下，可选择其中的多个光检测器能够沿检 测器的长轴轴向或沿短轴轴向移动。如此，如果光检测器能够移动， 则即使检测器较少也能够有效地获取被观测物的空间图像。 〔工业上的利用可能性〕
本发明的光学模块及成像装置例如可提取出位于规定位置的光， 所以可被用作新型照相装置或其光学零件等。即，本发明在光学仪 器等领域能够被有效利用。
权利要求
1.一种光学模块，其特征在于，具有由1/4波片部分(1)和-1/4波片部分(2)经由接合部分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、以及由1/4波片部分(5)和-1/4波片部分(6)经由接合部分(7)交错形成的板状的第2光学元件(8)，所述第1光学元件(4)与所述第2光学元件(8)平行，所述第1光学元件(4)的1/4波片部分(1)与所述第2光学元件(8)的-1/4波片部分(6)中间相隔着间隔(9)而重叠设置，所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2)与所述第2光学元件(8)的1/4波片部分(5)中间相隔着所述间隔(9)而重叠设置。
2. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第1光学 元件(4)的1/4波片部分(1 )和-1/4波片部分(2)分别为具有相 同宽度的条带形，并在所述第1光学元件(4)上分别设置有1个或 多个1/4波片部分(1 )和-1/4波片部分(2),所述第2光学元件(8) 的1/4波片部分(5)和-l/4波片部分(6)为分别具有相同宽度的条 带形，并在所述笫2光学元件(8)上分别设置有1个或多个1/4波 片部分(5)和-l/4波片部分(6)。
3. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第1光学 元件(4)和第2光学元件(8)之间间隔的长度(9a)为lxl(T2cm~ lcm。
4. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第1光学 元件(4)和所述第2光学元件(8)由光子晶体构成。
5. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述第l光学 元件(4)的1/4波片部分(1 )与所述第2光学元件(8)的1/4波 片部分(5)中间相隔着间隔(9)而重叠设置，所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2)与所述第2光学元件(8)的-1/4波片部 分(6)中间相隔着所述间隔(9)而重叠设置，以此来代替"所述第 1光学元件(4)的1/4波片部分(1 )与所述第2光学元件(8)的 -1/4波片部分(6)中间相隔着间隔(9)而重叠设置，所述第1光 学元件(4)的-1/4波片部分(2)与所述第2光学元件(8)的1/4 波片部分(5)中间相隔着所述间隔(9)而重叠设置"。
6. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，具有1/2波片 部分，用以代替所述第1光学元件(4)的1/4波片部分(1 )以及所 述第2光学元件(8)的1/4波片部分(5)，并且具有不对透射的光 产生相位调制作用的部分，用以代替所述第1光学元件(4)的-1/4 波片部分(2)以及所述第2光学元件(8)的-l/4波片部分(6); 或者，具有1/2波片部分，用以代替所述第1光学元件(4)的1/4 波片部分(1)以及所述第2光学元件(8)的-l/4波片部分(6)， 并且具有不对透射的光产生相位调制作用的部分，用以代替所述第1 光学元件(4)的-l/4波片部分(2)以及所述第2光学元件(8)的 1/4波片部分(5 )。
7. 如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，具有+45度旋 光元件部分，用以代替所述第1光学元件(4 )的1/4波片部分(1 ) 以及所述第2光学元件(8 )的1/4波片部分(5 ),并且具有-45度 旋光元件部分，用以代替所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2) 以及所述第2光学元件(8)的-1/4波片部分(6);或者，具有+ 45度旋光元件部分，用以代替所述第1光学元件(4)的1/4波片部 分(1)以及所述第2光学元件(8)的-l/4波片部分(6),并且具 有-45度旋光元件部分，用以代替所述第1光学元件(4)的-1/4波 片部分(2)以及所述第2光学元件(8)的1/4波片部分(5)。
8. —种成像装置，其特征在于，具有透镜(21)、来自所述 透镜(21)的光所透射的光学模块(10)、用于对射入所述光学模 块(10)的光的偏振面进行调整的第1起偏器(22)、用于对从所 述光学模块(10)出射的光进行偏振分离的第2起偏器(23)、对 从所述第2起偏器(23)出射的光进行检测的光检测器(24)，所述光学模块(10)具有由1/4波片部分(1 )和-1/4波片部 分(2)经由接合部分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、 以及由1/4波片部分(5)和-1/4波片部分(6)经由接合部分(7) 交错形成的板状的第2光学元件(8),所述第1光学元件(4)与 所述第2光学元件(8)平行，所述第1光学元件(4)的1/4波片部 分(1)与所述第2光学元件(8)的-l/4波片部分(6)中间相隔着 间隔(9)而重叠设置，所述第1光学元件(4)的-1/4波片部分(2) 与所述第2光学元件(8)的1/4波片部分(5)中间相隔着所述间隔(9) 而重叠设置；或者，该光学模块(10)具有由l/4波片部分 (1)和-l/4波片部分(2)经由接合部分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、以及由1/4波片部分(5)和-1/4波片部分(6) 经由接合部分(7)交错形成的板状的第2光学元件(8),所述第1 光学元件(4)与所述第2光学元件(8)平行，所述第1光学元件 (4)的1/4波片部分(1 )与所述第2光学元件(8)的1/4波片部 分(5)中间相隔着间隔(9)而重叠设置，所述第1光学元件(4) 的-l/4波片部分(2)与所述第2光学元件(8)的-l/4波片部分(6) 中间相隔着所述间隔(9)而重叠设置。
9.如权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述光学模块(10) 具有可动^L构，该可动^L构可4吏光学才莫块(10)向1/4波片部 分(1)和-l/4波片部分(2)经由接合部分(3)交错形成的方向移 动。
全文摘要
本发明提供一种光学模块以及成像装置，能够仅提取出满足特定条件的光。上述技术问题通过以下光学模块(10)以及具有该光学模块(10)的成像装置解决该光学模块(10)具有由1/4波片部分(1)和-1/4波片部分(2)经由接合部分(3)交错形成的板状的第1光学元件(4)、以及由1/4波片部分(5)和-1/4波片部分(6)经由接合部分(7)交错形成的板状的第2光学元件(8)，所述第1光学元件(4)与所述第2光学元件(8)平行，所述第1光学元件(4)的1/4波片部分(1)与所述第2光学元件(8)的-1/4波片部分(6)中间相隔着空隙(9)而重叠设置。
文档编号G02B5/00GK101351731SQ20068004975
公开日2009年1月21日 申请日期2006年12月27日 优先权日2005年12月29日
发明者小形哲也, 川上彰二郎 申请人:株式会社光学格子;株式会社理光