JPH09218308A - 偏光分離素子とそれを用いた固体撮像装置及び発光素子アレイプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピントずれによるボケが発生することなく高
解像度の画像が容易に得られる偏光分離素子とそれを用
いた固体撮像装置及び発光素子アレイプリンタを提供す
る。 【解決手段】 偏光分離素子１９は、第１の複屈折素子
１１と、この第１の複屈折素子１１と等しい分離幅を有
する第２の複屈折素子１３をその分離方向が第１の複屈
折素子１１と逆になるように配置し、上記２つの複屈折
素子１１，１３の間に、第１の複屈折素子１１からの出
力偏光をその偏光方向が９０°回転するような偏光回転
素子１２を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光分離素子とそ
れを用いた固体撮像装置及び発光素子アレイプリンタに
係り、固体撮像装置においては、特に高画質化が要求さ
れるビデオカメラ装置に用いて好適なものであり、発光
素子アレイプリンタにおいては、高解像度化に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の先行技術として
は、例えば、特開平６−８２８４６号公報に開示される
ようなものがあった。固体撮像素子等を用いた画像入力
装置において、高画質化が要望されている。さらに、高
画質化の中でも特に、高解像度化が望まれており、それ
に対応するために、高画素数の固体撮像素子の開発が進
められているが、歩留まりなどの点で、コスト高になる
問題があった。

【０００３】また、固体撮像素子の画素数を増やすこと
なく高解像度化する方式が、上記文献に記述されてい
る。この固体撮像装置は、被写体の像を撮像面に結像さ
せる撮像レンズと、この撮像レンズにより結像された像
を光電変換する固体撮像素子とを有する固体撮像装置に
おいて、撮像レンズと固体撮像素子との間の光路中に、
偏光素子と電圧制御偏光素子と複屈折素子とを設けると
ともに、電圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を
印加して、電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を
所定のタイミングで制御する制御回路と、制御回路の制
御状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設けて
いる。

【０００４】電圧制御偏光素子は、例えばＴＮ液晶素子
などであり、電圧が印加されているときはここを通過す
る光の偏光面を回転させないが、電圧が印加されていな
いときはここを通過する光の偏光面を９０°回転させる
ので、電圧制御偏光装置に所定のタイミングで電圧を印
加すると、複屈折素子を介して固体撮像素子に到達する
光線は、複屈折素子の分離幅だけ位置がずれることにな
り、機械的な駆動機構を設けることなく、光路の分離が
可能となる。

【０００５】図６は従来の固体撮像装置の概略構成図で
ある。この図に示すように、被写体からの光１はレンズ
２、偏光素子３、電圧制御偏光素子４、複屈折素子５を
経て、固体撮像素子６へ至る。また、固体撮像素子６か
らの出力信号は、信号処理装置７で必要な処理が施され
た後、ビデオ信号Ｓｖとして出力される。電圧制御偏光
素子４は制御回路８によって、例えば、フレームごとに
電圧制御を受けて偏光面が９０°回転する。制御回路８
は、同期信号発生器９の出力に基づいてその出力電圧を
制御している。

【０００６】図７はその従来の固体撮像装置の動作説明
図である。まず、電圧制御偏光素子４に電圧を印加しな
い場合について、図７（ａ）を用いて説明する。偏光素
子３に至るまでの光１は、自然光なので偏光していな
い。偏光素子３を例えば、紙面に平行な向きの偏光を透
過するように配置する。この場合、電圧制御偏光素子４
に電圧を印加しないので、透過光は、紙面に垂直な方向
の偏光となり、複屈折素子５に入射する。

【０００７】この複屈折素子５は例えば水晶、方解石な
どによる平行平板であり、結晶軸に対し、角度φとなる
ように入射側に予定された面法線を設定してある。自然
光が入射されると、常光線と異常光線とに分離されて出
力される。図８は複屈折素子に自然光を入射した場合の
光の分離を模式的に示した図である。このとき、複屈折
素子５に入射される常光線は分離方向に垂直な方向に偏
光した（この場合、紙面に垂直な偏光であり、黒ドット
で示す）光であって、そのまま透過する。複屈折素子５
に入射される異常光線は、分離方向に平行な方向に偏光
した（この場合、紙面に平行の偏光であり、両矢印で示
す）光であって、所定の分離幅だけずれて出力される。

【０００８】したがって、電圧制御偏光素子４に電圧を
印加しない場合、複屈折素子５に入射される偏光は常光
線であり、図７（ａ）に示すように、変位することなく
透過する。次に、電圧制御偏光素子４に電圧を印加した
場合について、図７（ｂ）を用いて説明する。この場
合、電圧制御偏光素子４を透過した光は、偏光面の回転
を受けない。したがって、紙面に平行な方向の偏光のま
ま、複屈折素子５に入射する。

【０００９】この場合、複屈折素子５に入射される偏光
は異常光線であり、所定の分離幅だけずれて出力され
る。したがって、電圧制御偏光素子４に電圧を印加した
場合、複屈折素子５に入射される偏光は異常光線であ
り、所定の距離だけ変位して透過する。したがって、固
体撮像素子６に到達する光線は電圧制御偏光素子４に電
圧を印加する場合と、印加しない場合とでは、複屈折素
子５の分離幅分だけ位置がずれることになる。そこで上
記分離幅を固体撮像素子６の光電変換用フォトダイオー
ドＰＤのピッチＰの１／２の幅（１／２）Ｐになるよう
に設定すると、等価的にサンプリング間隔が１／２倍
（サンプリング点が２倍）になったことになり、高解像
度の画像を得ることができる。

【００１０】光学的にずれた画像を合成して復元する方
法は、例えば、同期信号発生器から与えられる同期信号
に応じて、例えば、フレーム毎に電圧制御偏光素子に電
圧をＯＮ・ＯＦＦし、フレーム毎に光学像がずれるよう
に制御する。そして、後段の信号処理装置において１／
２分のオフセット補正を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置には次のような問題があった。すなわち、
複屈折素子によって分離した常光線と異常光線は、変位
した光と変位しない光となっているため、撮像レンズに
よって固体撮像素子の光電変換用フォトダイオードＰＤ
面に結像させる場合、変位した光像と変位しない光像の
間に、ピントのずれが発生し、ボケが生じてしまうとい
う問題があった。これは高解像度の画像を得ようとする
撮像装置において重大な問題であった。

【００１２】本発明は、上記の問題に鑑み、ピントずれ
によるボケが発生することなく高解像度の画像が容易に
得られる偏光分離素子とそれを用いた固体撮像装置及び
発光素子アレイプリンタを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （１）偏光分離素子において、複屈折性を有し、その光
軸に対して所定の角度となるように、入射側に予定され
た面法線を設定して、平行平板とした第１の複屈折素子
と、この第１の複屈折素子と同一の材質で、結晶軸角
度、厚さを同一とし、前記第１の複屈折素子における、
常光線に対する異常光線の分離幅と同一距離で、かつ方
向が逆となるように設定、配置した第２の複屈折素子
と、前記第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に設
置され、前記第１の複屈折素子から出力される変位して
いない常光線成分と、分離され変位して前記第１の複屈
折素子から出力される異常光線成分とを、それぞれの偏
光面を９０°の奇数倍回転させ、前記第１の複屈折素子
から出力される変位していない常光線成分を第２の複屈
折素子における異常光線として、前記第１の複屈折素子
から出力される異常光線成分を第２の複屈折素子におけ
る常光線成分として第２の複屈折素子に入射させる偏光
回転素子とを設けるようにしたものである。

【００１４】したがって、入射する自然光のうち、「ｘ
−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」は、第１の複屈折素子に
おいて距離Ｓだけ変位し、「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ
偏光」は、第２の複屈折素子において逆方向に距離Ｓだ
け変位する。どちらの偏光も同一距離の変位を行ってい
るため、両光線とも光路差、伝播時間差はなく、レンズ
によって両光線を結像させても形成される光像の間にピ
ントのずれは発生しない。

【００１５】（２）上記（１）記載の偏光分離素子にお
いて、前記偏光回転素子が、透過光波長における半波長
板条件を満たす素子である。したがって、上記（１）記
載の効果を奏するとともに、半波長板によって、簡単に
位相差によって偏光を回転させることができる。 （３）上記（１）記載の偏光分離素子において、前記偏
光回転素子が、偏光を９０°の奇数倍回転させるような
旋光性素子である。

【００１６】したがって、上記（１）記載の効果を奏す
るとともに、偏光回転素子により、簡単な構成で、偏光
を９０°の奇数倍回転させることができる。また、旋光
性を有する素子としては、ＴＮ液晶素子や液晶分子の捩
じれ配向を固定化した液晶性のフィルムなどを用いても
良い。また、旋光性を有する光学結晶（水晶など）を用
いてもよい。

【００１７】（４）上記（３）記載の偏光分離素子にお
いて、前記偏光回転素子が、平行配向処理を施した基板
をその配向処理方向が９０°捩じれるように配置させ、
ネマティック液晶を封入したＴＮ液晶素子である。この
ように、偏光回転素子として、ＴＮ液晶素子を用いるよ
うにしたので、液晶分子の捩れ配向によって偏光を回転
させることができる。したがって、上記（３）記載の効
果を奏するとともに、モーガン条件を満足するように素
子条件を決めることにより、広い波長域において旋光性
を持たせることができる。

【００１８】（５）被写体の像を撮像面に結像させる撮
像レンズと、前記撮像レンズにより結像された像を光電
変換する固体撮像素子とを有する固体撮像装置におい
て、前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の光路中
に、偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項１から４まで
のいずれか１つの偏光分離素子とを設けるとともに、前
記電圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加し
て、前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所
定のタイミングで制御する制御回路と、前記制御回路の
制御状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設け
るようにしたものである。

【００１９】したがって、固体撮像素子に到達する光線
は電圧制御偏光素子に電圧を印加する場合と、印加しな
い場合とでは、偏光分離素子の分離幅分（２Ｓ）だけ位
置がずれることになる。そこで、偏光分離素子の上記分
離幅２Ｓを固体撮像素子の光電変換用フォトダイオード
ＰＤのピッチＰの１／２の幅（１／２）Ｐになるよう
に、すなわち、各複屈折素子の分離幅Ｓを固体撮像素子
の光電変換用フォトダイオードＰＤのピッチＰの幅（１
／４）Ｐに設定すると、等価的にサンプリング間隔が１
／２倍（サンプリング点が２倍）になったことになり、
高解像度の画像を得ることができる。

【００２０】（６）印字データを発生させる印字データ
に従って点灯・消灯を行う発光素子アレイと、この発光
素子アレイからの光を感光媒体に結像するロッドレンズ
アレイと、前記発光素子アレイからの光を結像させ静電
潜像を形成する感光媒体とを有する電子写真方式の発光
素子アレイプリンタにおいて、前記発光素子アレイと前
記感光媒体との間の光路中に、偏光素子と電圧制御偏光
素子と請求項１から４までのいずれか１つの偏光分離素
子とを設けるとともに、前記電圧制御偏光素子へ所定の
タイミングで電圧を印加して、前記電圧制御偏光素子を
通過する光の偏光状態を所定のタイミングで制御する制
御回路を設けるようにしたものである。

【００２１】したがって、本発明の偏光分離素子を発光
素子アレイプリンタの露光光学系に用いた場合、露光解
像度は発光素子密度の２倍となり、高解像度の画像が得
られるとともに、ロッドレンズアレイによる結像の際に
も、ピントずれがなく、良好な結像が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
第１実施例の偏光分離素子の構成図であり、図１（ａ）
はその構造図、図１（ｂ）はその光の透過を模式的に示
した図である。これらの図に示すように、本発明の偏光
分離素子１９は、光の入射側から、第１の複屈折素子１
１は、入射光の波長で透明であることが望ましく、例え
ば、方解石、ルチル結晶などがあるが、ここでは方解石
を用いる。偏光回転素子１２は入射光波長において偏光
を９０°回転させる素子であり、例えば半波長板を用い
る。

【００２３】第２の複屈折素子１３は、第１の複屈折素
子１１と同一の素子を用い、後述する第１の複屈折素子
１１で設定した分離幅と同一の分離幅とする。第２の複
屈折素子１３は、その光軸方向を第１の複屈折素子１１
と逆方向に設置し、光線の分離方向が逆になるように設
置する。次に、この偏光分離素子の動作について説明す
る。

【００２４】図１（ｂ）に示すように、偏光は両矢印で
示し、ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光と、ｙ−ｚ平面に
偏光面をもつ偏光を表す。偏光していない自然光は互い
に直交する偏光で表すことができるので、ｘ−ｚ平面に
偏光面をもつ偏光と、ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光を
示す矢印を重ねて示す。ここでは偏光していない自然光
を入射させる。

【００２５】第１の複屈折素子１１は複屈折性を有する
平行平板であり、結晶軸に対して角度φとなるように入
射側に予定された面法線を設定してある。ここで、結晶
軸方向はｘ−ｚ平面にある。光をｚ軸方向に入射させた
とき、異常光線成分である「ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ
偏光」は、距離Ｓだけ変位しながらｚ軸方向に進行し、
常光線成分である「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」
は、変位を受けずに透過する。

【００２６】第１の複屈折素子１１の厚さをＤとしたと
き、変位量ｓは次の式で表すことができる。 ｓ＝〔Ｄ（ｂ² −ａ² ）／２ｃ² 〕ｓｉｎ２φ …（１） ａ＝１／ｎ_e ｂ＝１／ｎ_O ｃ² ＝ａ² ｓｉｎ² φ＋ｂ² ｃｏｓ² φ ただし、複屈折素子の結晶軸方向の屈折率をｎ_e 、結晶
軸と直交方向の屈折率をｎ_O としている。

【００２７】分離された光は、偏光回転素子１２に入射
する。偏光回転素子１２は直線偏光を９０°回転させる
素子である。本発明の第１実施例では、半波長板を用い
る。半波長板は入射面（ここではｘ−ｙ平面）において
結晶軸１４を有する複屈折性の平行平板であり、結晶軸
方向に対して４５°方向の偏光を９０°回転させる。し
たがって本発明の第１実施例では、半波長板の結晶軸を
ｘ−ｙ平面上かつｘ軸とｙ軸から４５°方向になるよう
に半波長板を配置する。

【００２８】半波長板を通過した光は、その偏光方向が
９０°回転して、第２の複屈折素子１３へと入射する。
したがって、上記、第１の複屈折素子１１において、距
離Ｓだけ変位しながら透過した「ｘ−ｚ平面に偏光面を
もつ偏光」は、「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」とな
り、上記第１の複屈折素子１１において、変位を受けず
に透過した「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」は「ｘ−
ｚ平面に偏光面をもつ偏光」へと入れ替わって、第２の
複屈折素子１３へと入射する。

【００２９】第２の複屈折素子１３は、第１の複屈折素
子１１と同一の素子を用い、第１の複屈折素子１１で設
定した分離幅と同一の分離幅Ｓとする。第２の複屈折素
子１３は、その光軸方向を第１の複屈折素子１１と逆方
向に設置し、光線の分離方向が逆になるように設置す
る。すなわち、同一の結晶材料であれば、結晶軸角度を
−φ、厚さＤを同一にすればよい。

【００３０】結晶軸方向はｘ−ｚ平面にある。光をｚ軸
方向に入射させたとき、異常光線成分である「ｘ−ｚ平
面に偏光面をもつ偏光」は、第１の複屈折素子１１の場
合とは逆方向に距離Ｓだけ変位しながらｚ軸方向に進行
し、常光線成分である「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏
光」は、変位を受けずに透過する。以上をまとめると、
本発明の第１実施例において、入射する自然光のうち、
「ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」は、第１の複屈折素
子１１において距離Ｓだけ変位し、「ｙ−ｚ平面に偏光
面をもつ偏光」は、第２の複屈折素子１３において逆方
向に距離Ｓだけ変位する。すなわち、どちらの偏光も、
等しく距離Ｓずつ、互いに逆方向に変位することにな
る。したがって、分離幅は２Ｓとなる。

【００３１】上記したように、第１実施例によれば、入
射する自然光のうち、「ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ偏
光」は、第１の複屈折素子１１において距離Ｓだけ変位
し、「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」は、第２の複屈
折素子１３において逆方向に距離Ｓだけ変位する。どち
らの偏光も同一距離の変位を行っているため、両光線と
も光路差、伝播時間差はなく、レンズによって両光線を
結像させても形成される光像の間にピントのずれは発生
しない。

【００３２】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図２は本発明の第２実施例の偏光分離素子の構成図
であり、図２（ａ）はその構造図、図２（ｂ）はその光
の透過を模式的に示した図である。この第２実施例で
は、第１実施例における偏光回転素子１２として、旋光
素子１５を用いる。この旋光素子１５は、直線偏光を所
定の角度だけ回転させる素子である。ここでは９０°回
転させる必要があるためＴＮ液晶素子を用いる。

【００３３】このＴＮ液晶素子は、表面に、図示しない
配向膜を形成し、ラビングなどの平行配向処理を施した
２枚のガラス基板（１６、１７）を互いのラビング方向
が９０°捩じれるように対向し、所定の間隔をもって配
置し、ネマティック液晶（例えばメルク社製ＺＬＩ−５
０８１などが好適である）を封入し、周囲を封止したも
のである。電圧を印加する必要がないので電極は必要な
い。偏光回転素子としてはラビング方向が、前述のｘ軸
方向あるいはｙ軸方向となるように配置することが効果
的である。

【００３４】次に、その偏光分離素子の動作について説
明する。第２実施例では、偏光回転素子における偏光回
転の原理が第１実施例における偏光回転の原理と異なっ
ている。すなわち、偏光回転素子として用いたＴＮ液晶
素子における液晶分子の捩じれ配向によって、偏光を９
０°回転させるものとなっている。

【００３５】偏光回転素子における偏光回転の原理が異
なるだけで、光線の分離等は第１実施例と同様なので詳
細な説明については省略する。上記したように、第２実
施例によって分離された両光線とも、光路差、伝播時間
差はなく、レンズによって両光線を結像させても、形成
される光像の間にピントのずれは発生しないという効果
は、第１実施例の場合と同様である。

【００３６】第１実施例における半波長板では位相差に
よって偏光を回転させるのに対し、ＴＮ液晶素子を用い
る第２実施例では、液晶分子１８の捩じれ配向によって
偏光を回転させるようになっている点で相違している。
したがって、第１実施例では、厳密には、所定の波長に
限って偏光が９０°回転できるのに対し、第２実施例の
ＴＮ液晶素子を用いた場合は、モーガン条件を満足する
ように素子条件を決めることにより、広い波長域におい
て、旋光性を有するというメリットもある。

【００３７】また、旋光性を有する素子としては、液晶
分子の捩じれ配向を固定化した液晶性のフィルムなどを
用いても良い。また、旋光性を有する光学結晶（水晶な
ど）を用いてもよい。したがって、第１実施例、２実施
例において、所定の変位量Ｓを得る場合、従来のような
複屈折素子のみによる分離素子では、一方の「ｘ−ｚ平
面に偏光面をもつ偏光」のみがＳだけ変化するため、分
離された光の間で光路差、時間差が発生し、レンズ系で
結像させた場合にピントずれが発生していた。

【００３８】一方、本発明の偏光分離素子では、所定の
変位量Ｓを得る場合、「ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ偏
光」と、「ｙ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」の両方の偏
光が等しく距離（１／２）Ｓずつ変位して所定の変位量
Ｓを得るので、分離された光の間で光路差、時間差が補
償され、レンズ系で結像させた場合にピントずれが発生
しない。

【００３９】なお、第１、第２の実施例を説明する図
１、図２において、第１の複屈折素子１１における光線
の分離方向を上方向に、第２の複屈折素子１３における
光線の分離方向を下方向に設定しているが、逆に、第１
の複屈折素子１１における光線の分離方向を下方向、第
２の複屈折素子１３における光線の分離方向を上方向に
してもよい。この場合も、第１、第２の複屈折素子にお
ける光線の分離方向は互いに逆方向であり、分離幅が等
しくなっているので、第１、第２の実施例と同様の偏光
分離特性が得られる素子となる。ただしこの場合、入射
光の偏光面に対する変位方向も互いに逆になる。すなわ
ち、「ｘ−ｚ方向に偏光面を持つ偏光」は下方向に変位
し、「ｙ−ｚ方向に偏光面を持つ偏光」は上方向に変位
する。

【００４０】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。本発明の第３実施例として、偏光分離素子を用いて
撮像装置を構成した実施例について説明する。これは従
来例として説明した撮像装置に本発明の偏光分離素子を
用いたものである。図３は本発明の第３実施例を示す偏
光分離素子を用いた撮像装置の構成図である。

【００４１】被写体からの光１はレンズ２、偏光素子
３、電圧制御偏光素子４、本発明の偏光分離素子１９を
経て固体撮像素子６へ至る。また、固体撮像素子６から
の出力信号は、信号処理装置７で必要な処理が施された
後、ビデオ信号Ｓｖとして出力される。電圧制御偏光素
子４は制御回路８によって、例えばフレームごとに電圧
制御を受けて偏光面が９０°回転する。制御回路８は、
同期信号発生器９の出力に基づいてその出力電圧を制御
している。

【００４２】次に、その撮像装置の動作について説明す
る。図４は本発明の偏光分離素子を用いた撮像装置の動
作を説明する図である。まず、図４（ａ）を用いて、電
圧制御偏光素子に電圧を印加しない場合について説明す
る。偏光素子３に至るまでの光１は、自然光なので偏光
していない。偏光素子３を例えば、紙面に平行な向きの
偏光を透過するように配置する。この場合、電圧制御偏
光素子４に電圧を印加しないので、透過光は、紙面に垂
直な方向の偏光となり、偏光分離素子１９に入射する。

【００４３】この場合、偏光は、第１の複屈折素子１１
に対して常光線であり、第２の複屈折素子１３に対して
異常光線となる。したがって、図の下方に所定の分離幅
Ｓだけ変位しながら透過する。次に、図４（ｂ）を用い
て、電圧制御偏光素子に電圧を印加した場合について説
明する。

【００４４】この場合、電圧制御偏光素子４を透過した
光は偏光面の回転を受けない。したがって紙面に平行な
方向の偏光のまま、偏光分離素子１９に入射する。この
場合、偏光は第１の複屈折素子１１に対して異常光線で
あり、第２の複屈折素子１３に対して常光線となる。し
たがって、図の上方に所定の分離幅Ｓだけずれて出力さ
れる。

【００４５】上記したように、第３実施例によれば、固
体撮像素子６に到達する光線は、電圧制御偏光素子４に
電圧を印加する場合と、印加しない場合とでは、偏光分
離素子１９の分離幅分（２Ｓ）だけ位置がずれることに
なる。そこで偏光分離素子１９の分離幅２Ｓを固体撮像
素子６の光電変換用フォトダイオードＰＤのピッチＰの
１／２の幅（１／２）Ｐになるように、すなわち各複屈
折素子（１１、１３）の分離幅Ｓを固体撮像素子の光電
変換用フォトダイオードＰＤのピッチＰの幅（１／４）
Ｐに設定すると、等価的にサンプリング間隔が１／２倍
（サンプリング点が２倍）になったことになり、高解像
度の画像を得ることができる。

【００４６】光学的にずれた画像を合成して復元する方
法は、例えば、同期信号発生器９から与えられる同期信
号に応じて、例えば、フレーム毎に電圧制御偏光素子４
に電圧をＯＮ・ＯＦＦし、フレーム毎に光学像がずれる
ように制御する。そして、後段の信号処理装置７におい
て１／２分のオフセット補正を行う。さらに、像の切り
替えタイミングをフレーム毎としたが、フィールド毎に
像を切り替えるようにしてもよい。また、本発明の実施
例では像の空間的な分離方向は特に指定しない。例え
ば、水平方向で分離すれば、水平解像度を向上すること
ができ、垂直方向で分離すれば、垂直解像度を向上する
ことができる。さらに、多段にすることにより、水平・
垂直方向の解像度を向上することができる。この場合
も、後段の信号処理装置７に若干の改良を施せばよい。

【００４７】したがって、本発明の偏光分離素子を用い
て撮像装置を構成した場合、高解像度の画像が得られ、
さらに、従来の例にあったようなピントずれがなくな
る。図５は本発明の第４実施例を示す偏光分離素子を用
いた発光素子アレイプリンタの構成図である。この実施
例では、本発明の偏光分離素子を発光素子アレイプリン
タの露光光学系に用い、露光解像度を発光素子密度の２
倍にするという実施例について説明する。

【００４８】図５に示すように、発光素子アレイ２１の
各発光素子２２から出た光２３はロッドレンズアレイ２
４、偏光素子３、電圧制御偏光素子４、偏光分離素子１
９を経て、感光媒体２５（感光体ドラム）に結像する。
なお、２６は印字データ発生器である。また、電圧制御
偏光素子４は制御回路８によって、例えば、１／２ライ
ン周期ごとに電圧制御を受けて偏光面が９０°回転す
る。ここで、電圧によって偏光回転動作が行える素子と
して、強誘電性液晶素子などが好適である。この場合、
電圧の極性によって、偏光方向の回転を制御できる。制
御回路８は、同期信号発生器９の出力に基づいてその出
力電圧を制御している。

【００４９】次に、その発光素子アレイプリンタの動作
について説明する。まず、電圧制御偏光素子４に一方の
場合の電圧を印加し、偏光を回転させる場合について説
明する。偏光素子３に至るまでの発光素子からの光２３
は、自然光なので偏光していない。偏光素子３を例え
ば、紙面に平行な向きの偏光を透過するように配置す
る。この場合、電圧制御偏光素子４を透過した光は、紙
面に垂直な方向の偏光となり、偏光分離素子１９に入射
する。

【００５０】この場合、偏光は第１の複屈折素子１１に
対して常光線であり、第２の複屈折素子１３に対して異
常光線となる。したがって、主走査方向左に所定の分離
幅Ｓだけ変位しながら透過する。次に、電圧制御偏光素
子４にもう一方の場合の電圧を印加し、偏光を回転させ
ない場合について説明する。したがって、紙面に平行な
方向の偏光のまま、本発明の偏光分離素子１９に入射す
る。

【００５１】この場合、偏光は第１の複屈折素子１１に
対して異常光線であり、第２の複屈折素子１３に対して
常光線となる。したがって、主走査方向右に所定の分離
幅Ｓだけずれて出力される。したがって、感光体ドラム
２５に到達する光線は電圧制御偏光素子４に印加する電
界の極性に応じて、偏光分離素子の分離幅分２Ｓだけ露
光位置がずれることになる。そこで偏光分離素子１９の
上記分離幅２Ｓを発光素子アレイにおける発光素子のピ
ッチＮの１／２の幅（１／２）Ｎになるように、すなわ
ち偏光分離素子１９の各複屈折素子（１１，１３）の分
離幅Ｓを、（１／４）Ｎに設定すると、等価的に露光間
隔が１／２倍（露光点が２倍）になったことになり、高
解像度の画像を得ることができる。

【００５２】光学的にずれた光像は感光体ドラム２５上
で合成され、一ライン分を露光した後、感光体ドラム２
５を副走査方向に所定の距離分回転させ、次ラインの印
字へと続く。上記したように、第４実施例によれば、露
光解像度は発光素子密度の２倍となり、高解像度の画像
が得られるとともに、ロッドレンズアレイによる結像の
際にも、ピントずれがなく、良好な結像が得られる。

【００５３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００５４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （１）請求項１記載の発明によれば、入射する自然光の
うち、「ｘ−ｚ平面に偏光面をもつ偏光」は第１の複屈
折素子において距離Ｓだけ変位し、「ｙ−ｚ平面に偏光
面をもつ偏光」は第２の複屈折素子において逆方向に距
離Ｓだけ変位する。どちらの偏光も同一距離の変位を行
っているため、両光線とも光路差、伝播時間差はなく、
レンズによって両光線を結像させても形成される光像の
間にピントのずれは発生しない。

【００５５】（２）請求項２記載の発明によれば、上記
請求項１記載の発明の効果を奏するとともに、半波長板
によって、簡単に位相差によって偏光を回転させること
ができる。 （３）請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載
の発明の効果を奏するとともに、偏光回転素子により、
簡単な構成で、偏光を９０°の奇数倍回転させることが
できる。

【００５６】また、旋光性を有する素子としては、ＴＮ
液晶素子や液晶分子の捩じれ配向を固定化した液晶性の
フィルムなどを用いても良い。また、旋光性を有する光
学結晶（水晶など）を用いてもよい。 （４）請求項４記載の発明によれば、上記請求項３記載
の発明の効果を奏するとともに、偏光回転素子として、
ＴＮ液晶素子を用いるようにしたので、液晶分子の捩じ
れ配向によって偏光を回転させることができる。したが
って、モーガン条件を満足するように素子条件を決める
ことにより、広い波長域において旋光性を持たせること
ができる。

【００５７】（５）請求項５記載の発明によれば、固体
撮像素子に到達する光線は電圧制御偏光素子に電圧を印
加する場合と、印加しない場合とでは、偏光分離素子の
分離幅分（２Ｓ）だけ位置がずれることになる。そこ
で、偏光分離素子の上記分離幅２Ｓを固体撮像素子の光
電変換用フォトダイオードＰＤのピッチＰの１／２の幅
（１／２）Ｐになるように、すなわち各複屈折素子の分
離幅Ｓを固体撮像素子の光電変換用フォトダイオードＰ
ＤのピッチＰの幅（１／４）Ｐに設定すると、等価的に
サンプリング間隔が１／２倍（サンプリング点が２倍）
になったことになり、高解像度の画像を得ることができ
る。

【００５８】（６）請求項６記載の発明によれば、本発
明の偏光分離素子を発光素子アレイプリンタの露光光学
系に用いた場合、露光解像度は発光素子密度の２倍とな
り、高解像度の画像が得られるとともに、ロッドレンズ
アレイによる結像の際にも、ピントずれがなく、良好な
結像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の偏光分離素子の構成図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例の偏光分離素子の構成図で
ある。

【図３】本発明の第３実施例を示す偏光分離素子を用い
た撮像装置の構成図である。

【図４】本発明の偏光分離素子を用いた撮像装置の動作
を説明する図である。

【図５】本発明の第４実施例を示す偏光分離素子を用い
た発光素子アレイプリンタの構成図である。

【図６】従来の固体撮像装置の概略構成図である。

【図７】従来の固体撮像装置の動作説明図である。

【図８】従来の固体撮像装置の複屈折素子の光の透過の
説明図である。

【符号の説明】

１，２３ 光 ２ レンズ ３ 偏光素子 ４ 電圧制御偏光素子 ６ 固体撮像素子 ７ 信号処理装置 ８ 制御回路 ９ 同期信号発生器 １１ 第１の複屈折素子 １２ 偏光回転素子 １３ 第２の複屈折素子 １４ 結晶軸 １５ 旋光素子 １６，１７ ガラス基板 １８ 液晶分子 １９ 偏光分離素子 ２１ 発光素子アレイ ２２ 発光素子 ２４ ロッドレンズアレイ ２５ 感光媒体（感光体ドラム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/335 (72)発明者 ▲高▼橋 渉 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）複屈折性を有し、その光軸に対して
   所定の角度となるように、入射側に予定された面法線を
   設定して、平行平板とした第１の複屈折素子と、（ｂ）
   該第１の複屈折素子と同一の材質で、結晶軸角度、厚さ
   を同一とし、前記第１の複屈折素子における常光線に対
   する異常光線の分離幅と同一距離で、かつ方向が逆とな
   るように設定、配置した第２の複屈折素子と、（ｃ）前
   記第１の複屈折素子と第２の複屈折素子の間に設置さ
   れ、前記第１の複屈折素子から出力される変位していな
   い常光線成分と分離され変位して前記第１の複屈折素子
   から出力される異常光線成分とを、それぞれの偏光面を
   ９０°の奇数倍回転させ、前記第１の複屈折素子から出
   力される変位していない常光線成分を第２の複屈折素子
   における異常光線として、前記第１の複屈折素子から出
   力される異常光線成分を第２の複屈折素子における常光
   線成分として第２の複屈折素子に入射させる偏光回転素
   子とを具備することを特徴とする偏光分離素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光分離素子において、
   前記偏光回転素子が透過光波長における半波長板条件を
   満たす素子であることを特徴とする偏光分離素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の偏光分離素子において、
   前記偏光回転素子が偏光を９０°の奇数倍回転させるよ
   うな旋光性素子であることを特徴とする偏光分離素子。
4. 【請求項４】 請求項３記載の偏光分離素子において、
   前記偏光回転素子が平行配向処理を施した基板をその配
   向処理方向が９０°捩じれるように配置させ、ネマティ
   ック液晶を封入したＴＮ液晶素子であることを特徴とす
   る偏光分離素子。
5. 【請求項５】 被写体の像を撮像面に結像させる撮像レ
   ンズと、前記撮像レンズにより結像された像を光電変換
   する固体撮像素子とを有する固体撮像装置において、 前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の光路中に、
   偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項１から４までのい
   ずれか１つの偏光分離素子とを設けるとともに、前記電
   圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加して、
   前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所定の
   タイミングで制御する制御回路と、前記制御回路の制御
   状態に応じて画像合成を行う信号処理装置とを設けたこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 印字データを発生させる印字データに従
   って点灯・消灯を行う発光素子アレイと、該発光素子ア
   レイからの光を感光媒体に結像するロッドレンズアレイ
   と、前記発光素子アレイからの光を結像させ、静電潜像
   を形成する感光媒体とを有する電子写真方式の発光素子
   アレイプリンタにおいて、 前記発光素子アレイと前記感光媒体との間の光路中に、
   偏光素子と電圧制御偏光素子と請求項１から４までのい
   ずれか１つの偏光分離素子とを設けるとともに、前記電
   圧制御偏光素子へ所定のタイミングで電圧を印加して、
   前記電圧制御偏光素子を通過する光の偏光状態を所定の
   タイミングで制御する制御回路を設けたことを特徴とす
   る発光素子アレイプリンタ。