JP2718057B2 - 偏光素子 - Google Patents
偏光素子Info
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- JP2718057B2 JP2718057B2 JP63094118A JP9411888A JP2718057B2 JP 2718057 B2 JP2718057 B2 JP 2718057B2 JP 63094118 A JP63094118 A JP 63094118A JP 9411888 A JP9411888 A JP 9411888A JP 2718057 B2 JP2718057 B2 JP 2718057B2
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- polarizing element
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- plane
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種表示体、光スイッチ、光アイソレータ、
光学フィルター、各種光測定機等に有用な偏光素子、特
に偏光分離合成素子に関するものである。
光学フィルター、各種光測定機等に有用な偏光素子、特
に偏光分離合成素子に関するものである。
従来、通常の光源が発する自然光から直線偏光を得る
場合には、ウオラストン形、ローション形などの複屈折
性プリズム、あるいは光吸収の二色性を利用した一方向
延伸配向フィルム等が利用されてきた。
場合には、ウオラストン形、ローション形などの複屈折
性プリズム、あるいは光吸収の二色性を利用した一方向
延伸配向フィルム等が利用されてきた。
しかし、複屈折性プリズムは大きな単結晶体を精密加
工して作る必要があることから非常に高価であるばかり
か、特定の用途に要求される望ましい形状または配置に
容易に形成できない。さらに、得られる単結晶体の大き
さに限度があるため、それがまた利用の範囲を著しく限
定しているなどの問題を有していた。一方、延伸配向フ
ィルムは有機重合体物質により形成されているため、量
産性に優れ安価である反面、光吸収の二色性を利用して
いるため、フィルム自体が入射光の一部を吸収すること
になり光透過率が低い。さらに、強い光に対しては光吸
収に伴う発熱作用により、フィルム自身が自己破壊を生
じる場合があるなどの欠点を有していた。
工して作る必要があることから非常に高価であるばかり
か、特定の用途に要求される望ましい形状または配置に
容易に形成できない。さらに、得られる単結晶体の大き
さに限度があるため、それがまた利用の範囲を著しく限
定しているなどの問題を有していた。一方、延伸配向フ
ィルムは有機重合体物質により形成されているため、量
産性に優れ安価である反面、光吸収の二色性を利用して
いるため、フィルム自体が入射光の一部を吸収すること
になり光透過率が低い。さらに、強い光に対しては光吸
収に伴う発熱作用により、フィルム自身が自己破壊を生
じる場合があるなどの欠点を有していた。
そこで、本発明は以上のような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、本質的に光吸収がなくコ
ンパクトかつ安価な偏光素子を提供することにある。
で、その目的とするところは、本質的に光吸収がなくコ
ンパクトかつ安価な偏光素子を提供することにある。
本発明の偏光素子は、入射光を偏光面の揃った光に変
換して出射する偏光素子であって、前記入射光を、偏光
面が互いに直交する２種類の偏光成分の光に分離して、
互いに異なる方向へ出射する偏光分離手段と、偏光面を
旋回させる位相差層が、同一平面内の複数箇所に選択的
に形成された偏光変換手段と、前記偏光分離手段と前記
偏光変換手段との間に配置された集光手段とを有し、前
記集光手段は、各々、互いに異なる方向から入射した前
記２種類の偏光成分の光のうち、一方の光を前記位相層
の形成されている部分に導き、他方の光を前記位相差層
の形成されていない部分に導く複数のレンズ体を備え、
前記一方の光は前記位相差層を経て出射され、前記他方
の光は前記位相差層が形成されていない部分を経て出射
されることを特徴とする。
換して出射する偏光素子であって、前記入射光を、偏光
面が互いに直交する２種類の偏光成分の光に分離して、
互いに異なる方向へ出射する偏光分離手段と、偏光面を
旋回させる位相差層が、同一平面内の複数箇所に選択的
に形成された偏光変換手段と、前記偏光分離手段と前記
偏光変換手段との間に配置された集光手段とを有し、前
記集光手段は、各々、互いに異なる方向から入射した前
記２種類の偏光成分の光のうち、一方の光を前記位相層
の形成されている部分に導き、他方の光を前記位相差層
の形成されていない部分に導く複数のレンズ体を備え、
前記一方の光は前記位相差層を経て出射され、前記他方
の光は前記位相差層が形成されていない部分を経て出射
されることを特徴とする。
方解石や一軸配向性高分子重合体などの光学的異方性
媒体に、通常の光源が発する自然光を入射すると、媒質
中の光学的異方軸に相応した振動面を有する２つの光束
（常光及び異常光）に分離される。この現象は媒質の屈
折能が２つの光線軸間で異なるために生じる。
媒体に、通常の光源が発する自然光を入射すると、媒質
中の光学的異方軸に相応した振動面を有する２つの光束
（常光及び異常光）に分離される。この現象は媒質の屈
折能が２つの光線軸間で異なるために生じる。
第１図は本発明の偏光素子の一実施例を示す構成断面
図であり、この第１図に基付いて下記実施例の作用を説
明する。まず、光学的異方性材料で構成された複屈折層
（102）により入射光線は常光線（103）と異常光線（10
4）に分離され、両光線が空間的に重なり合わないよう
に、一旦異なる位置にレンズ（105）を用いて集光され
る。この場合、常光線の偏光方向は紙面と平行、異常光
線の偏光方向は紙面に対し垂直方向とする。次に、常光
線または異常光線のどちらか一方の偏光面を回転させて
（第１図では異常光）、他方（第１図では常光）の偏光
面と合わせてやれば、入射光線は吸収される事なく、す
べて特定の偏光方向（第１図では常光線と同じ紙面に平
行な振動方向となる）を有する光束（108）に変換する
ことが可能となる。
図であり、この第１図に基付いて下記実施例の作用を説
明する。まず、光学的異方性材料で構成された複屈折層
（102）により入射光線は常光線（103）と異常光線（10
4）に分離され、両光線が空間的に重なり合わないよう
に、一旦異なる位置にレンズ（105）を用いて集光され
る。この場合、常光線の偏光方向は紙面と平行、異常光
線の偏光方向は紙面に対し垂直方向とする。次に、常光
線または異常光線のどちらか一方の偏光面を回転させて
（第１図では異常光）、他方（第１図では常光）の偏光
面と合わせてやれば、入射光線は吸収される事なく、す
べて特定の偏光方向（第１図では常光線と同じ紙面に平
行な振動方向となる）を有する光束（108）に変換する
ことが可能となる。
〔実施例〕 以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。但
し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］ 光学的異方性材料から成る複屈折層（102）に入射し
た光は互いに直交する偏光面を有する一対の直線偏光成
分（常光線（103）、異常光線（104））に分離される。
複屈折層による２つの偏光成分の分離角は、複屈折層を
形成する材料の複屈折能と複屈折層の形状（層の下部に
設けられたテーパーの角度）により決定される。そのた
め材料の選択とテーパーの角度の決定が重要となる。一
例を挙げると常光及び異常光に対する屈折率が各々1.
5、2.0である複屈折性材料で複屈折層を形成し、その場
合のテーパーの角度を10゜とすると、複屈折層による常
光線及び異常光線の分離角は約5.2゜となる。本実施例
ではこの値を採用した。
た光は互いに直交する偏光面を有する一対の直線偏光成
分（常光線（103）、異常光線（104））に分離される。
複屈折層による２つの偏光成分の分離角は、複屈折層を
形成する材料の複屈折能と複屈折層の形状（層の下部に
設けられたテーパーの角度）により決定される。そのた
め材料の選択とテーパーの角度の決定が重要となる。一
例を挙げると常光及び異常光に対する屈折率が各々1.
5、2.0である複屈折性材料で複屈折層を形成し、その場
合のテーパーの角度を10゜とすると、複屈折層による常
光線及び異常光線の分離角は約5.2゜となる。本実施例
ではこの値を採用した。
複屈折層を形成する材料は方解石、石英などの無機単
結晶、あるいは一軸配向性の有機重合体など透明で複屈
折性を示す材料であれば使用可能であるが、加工性を考
えた場合、後者の方が優れている。有機重合体物質はフ
ィルム、シート、コーティング膜、繊維など種々の形に
形成または成形できる。このような重合体物質の一例を
挙げると、例えばポリイミド化合物の一種であるポリ
〔2,2′−ビス（トリフルオロメチル）−4,4′−ビフェ
ニレン〕−２″,2″−ジメトキシ−4,4″−ビフェニレ
ンジカルボキシアミドが使用可能である。
結晶、あるいは一軸配向性の有機重合体など透明で複屈
折性を示す材料であれば使用可能であるが、加工性を考
えた場合、後者の方が優れている。有機重合体物質はフ
ィルム、シート、コーティング膜、繊維など種々の形に
形成または成形できる。このような重合体物質の一例を
挙げると、例えばポリイミド化合物の一種であるポリ
〔2,2′−ビス（トリフルオロメチル）−4,4′−ビフェ
ニレン〕−２″,2″−ジメトキシ−4,4″−ビフェニレ
ンジカルボキシアミドが使用可能である。
複屈折層はシート状の重合体物質を一方向延伸配向し
た後、加圧成形して得た。複屈折層により分離された互
いに偏光面が直交する常光及び異常光は、レンズ体（10
5）により各々集光され、各々異なる位置に焦点を形成
する。このレンズ体は通常の光学的等方性材料を用いて
形成すればよい。その成形方法は種々あるが、加圧成形
法、射出成形法が代表例である。次に、異常光線の焦点
位置に（常光線の焦点位置でも良い）にλ/2の位相差層
（106）を形成し、異常光線が位相差層を通過すること
により光線の偏光面が90゜旋回するように構成した。つ
まり、偏光素子の出射端に於いてはすべての光線の偏光
方向は一方向に揃ったことになる。
た後、加圧成形して得た。複屈折層により分離された互
いに偏光面が直交する常光及び異常光は、レンズ体（10
5）により各々集光され、各々異なる位置に焦点を形成
する。このレンズ体は通常の光学的等方性材料を用いて
形成すればよい。その成形方法は種々あるが、加圧成形
法、射出成形法が代表例である。次に、異常光線の焦点
位置に（常光線の焦点位置でも良い）にλ/2の位相差層
（106）を形成し、異常光線が位相差層を通過すること
により光線の偏光面が90゜旋回するように構成した。つ
まり、偏光素子の出射端に於いてはすべての光線の偏光
方向は一方向に揃ったことになる。
従来の偏光板を用いた方法では光透過率が最大50％程
度であったのに対して、本実施例の偏光素子を用いた方
法ではほとんど100％近い光透過率が得られる。焦点を
通過した光は集光時と同じ角度を持って広がるが、以上
の構成をある程度微小なサイズ（本実施例では集光レン
ズ径が100μｍ）で実現すれば、光線の発散性はそれほ
ど問題とはならず、光の吸収を伴わずに入射光のほとん
ど全てを、偏光面の揃った出射光とすることが可能であ
る。
度であったのに対して、本実施例の偏光素子を用いた方
法ではほとんど100％近い光透過率が得られる。焦点を
通過した光は集光時と同じ角度を持って広がるが、以上
の構成をある程度微小なサイズ（本実施例では集光レン
ズ径が100μｍ）で実現すれば、光線の発散性はそれほ
ど問題とはならず、光の吸収を伴わずに入射光のほとん
ど全てを、偏光面の揃った出射光とすることが可能であ
る。
［実施例２］ 第２図は実施例１の偏光素子の応用例を示したもの
で、偏光素子と偏光板を組み合わせて構成した偏光素子
を示す構成断面図である。本実施例の偏光素子を単独で
使用しても、かなり偏光面の揃った光束を得ることがで
きるが、第２図に示すようにλ/2の位相差層（106）の
後方に、透過光の偏光方向に揃えて偏光板（201）を配
置すれば、極めて偏光方向の揃った出射光を得ることが
できる。本実施例の偏光素子を光学測定機器などに組み
込む場合には上記のような構成とすることが望ましい。
で、偏光素子と偏光板を組み合わせて構成した偏光素子
を示す構成断面図である。本実施例の偏光素子を単独で
使用しても、かなり偏光面の揃った光束を得ることがで
きるが、第２図に示すようにλ/2の位相差層（106）の
後方に、透過光の偏光方向に揃えて偏光板（201）を配
置すれば、極めて偏光方向の揃った出射光を得ることが
できる。本実施例の偏光素子を光学測定機器などに組み
込む場合には上記のような構成とすることが望ましい。
［実施例３］ 第３図は実施例２の偏光素子を入射光束に垂直な面内
に複数構成した場合の概略構成を示したものである。こ
の場合、円形レンズを平面上に並べてレンズアレイとし
たものを用いてもよいが、集光効率の高さ及び製造の容
易さから、レンチキュラーレンズを平面状に並べてレン
ズアレイとしたものが使いやすい。偏光素子を２次元の
平面状に多数個並べる事により、大面積の各種表示体
（例えば液晶表示体）あるいは各種照明装置などに応用
することが可能となる。
に複数構成した場合の概略構成を示したものである。こ
の場合、円形レンズを平面上に並べてレンズアレイとし
たものを用いてもよいが、集光効率の高さ及び製造の容
易さから、レンチキュラーレンズを平面状に並べてレン
ズアレイとしたものが使いやすい。偏光素子を２次元の
平面状に多数個並べる事により、大面積の各種表示体
（例えば液晶表示体）あるいは各種照明装置などに応用
することが可能となる。
以上説明したように、本発明の偏光素子によれば、わ
ずかなスペースで、入射光のほとんど全てを偏光面が揃
った出射光に、高効率で変換することが可能である。同
様の目的で使用される従来の偏光板とは異なり、本発明
の偏光素子は本質的に光吸収が無いため、強い光線を入
射させた場合にも、発熱による自己破壊を招く事なく安
定的に機能する。
ずかなスペースで、入射光のほとんど全てを偏光面が揃
った出射光に、高効率で変換することが可能である。同
様の目的で使用される従来の偏光板とは異なり、本発明
の偏光素子は本質的に光吸収が無いため、強い光線を入
射させた場合にも、発熱による自己破壊を招く事なく安
定的に機能する。
本発明の偏光素子は上記の特性を活かして、偏光を必
要とする各種表示体、特に液晶表示体、光アイソレー
タ、光スイッチ、光学フィルタや、それらを構成要素と
する各種光学測定機器等、広範囲の応用が可能である。
要とする各種表示体、特に液晶表示体、光アイソレー
タ、光スイッチ、光学フィルタや、それらを構成要素と
する各種光学測定機器等、広範囲の応用が可能である。
第１図は本発明の偏光素子の原理構造を説明するための
構成断面図。 第２図は本発明の偏光素子に従来の偏光板を組み合わせ
て構成した偏光素子の構成断面図。 第３図は本発明の偏光素子を平面状に多数組み合わせて
構成した偏光素子の構成概略図。 101……入射光束 102……複屈折層 103……常光線 104……異常光線 105……レンズ層 106……λ/2位相差層 107……透明開口部 108……出射光束 109……常光線の偏光方向（紙面に対して平行） 110……異常光線の偏光方向（紙面に対して垂直） 111……λ/2位相差層を透過後の光束の偏光方向（紙面
に対して平行） 201……偏光板 202……偏光板の偏光方向（紙面に対して平行） 301……複屈折層部 302……レンズアレイ層部 303……λ/2位相差層部 304……偏光子層部
構成断面図。 第２図は本発明の偏光素子に従来の偏光板を組み合わせ
て構成した偏光素子の構成断面図。 第３図は本発明の偏光素子を平面状に多数組み合わせて
構成した偏光素子の構成概略図。 101……入射光束 102……複屈折層 103……常光線 104……異常光線 105……レンズ層 106……λ/2位相差層 107……透明開口部 108……出射光束 109……常光線の偏光方向（紙面に対して平行） 110……異常光線の偏光方向（紙面に対して垂直） 111……λ/2位相差層を透過後の光束の偏光方向（紙面
に対して平行） 201……偏光板 202……偏光板の偏光方向（紙面に対して平行） 301……複屈折層部 302……レンズアレイ層部 303……λ/2位相差層部 304……偏光子層部
Claims (1)
- 【請求項１】入射光を偏光面の揃った光に変換して出射
する偏光素子であって、 前記入射光を、偏光面が互いに直交する２種類の偏光成
分の光に分離して、互いに異なる方向へ出射する偏光分
離手段と、 偏光面を旋回させる位相差層が、同一平面内の複数箇所
に選択的に形成された偏光変換手段と、 前記偏光分離手段と前記偏光変換手段との間に配置され
た集光手段とを有し、 前記集光手段は、各々、互いに異なる方向から入射した
前記２種類の偏光成分の光のうち、一方の光を前記位相
差層の形成されている部分に導き、他方の光を前記位相
差層の形成されていない部分に導く複数のレンズ体を備
え、 前記一方の光は前記位相差層を経て出射され、前記他方
の光は前記位相差層が形成されていない部分を経て出射
されることを特徴とする偏光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63094118A JP2718057B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63094118A JP2718057B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 偏光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8278377A Division JP2900896B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 偏光素子および照明装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01265206A JPH01265206A (ja) | 1989-10-23 |
| JP2718057B2 true JP2718057B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=14101514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63094118A Expired - Lifetime JP2718057B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 偏光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718057B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06138413A (ja) * | 1992-10-29 | 1994-05-20 | Canon Inc | プレート型偏光分離装置及び該偏光分離装置を用いた偏光照明装置 |
| US6147802A (en) * | 1994-12-28 | 2000-11-14 | Seiko Epson Corporation | Polarization luminaire and projection display |
| US5751388A (en) | 1995-04-07 | 1998-05-12 | Honeywell Inc. | High efficiency polarized display |
| US6497485B1 (en) | 2000-01-20 | 2002-12-24 | Seiko Epson Corporation | Image projection system having uniform brightness |
| US6036318A (en) * | 1996-05-29 | 2000-03-14 | Seiko Epson Corporation | Projection display |
| JP2000171633A (ja) * | 1998-12-08 | 2000-06-23 | Ricoh Co Ltd | 偏光変換素子及び該偏光変換素子を用いた表示装置 |
| US6870676B2 (en) * | 2003-01-27 | 2005-03-22 | Daniel Lee Stark | Layered micro optics polarization converter |
| US7369312B2 (en) * | 2003-01-27 | 2008-05-06 | Daniel Lee Stark | Thin layered micro optics polarization converter |
| JP5950939B2 (ja) | 2010-12-29 | 2016-07-13 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 屈折型偏波変換器及び偏光色合成器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH072244B2 (ja) * | 1986-09-03 | 1995-01-18 | 株式会社日立製作所 | 多段圧延機 |
| JPS63150922U (ja) * | 1987-03-23 | 1988-10-04 |
-
1988
- 1988-04-15 JP JP63094118A patent/JP2718057B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01265206A (ja) | 1989-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
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