JPH04240804A - 偏光素子 - Google Patents
偏光素子Info
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- JPH04240804A JPH04240804A JP760491A JP760491A JPH04240804A JP H04240804 A JPH04240804 A JP H04240804A JP 760491 A JP760491 A JP 760491A JP 760491 A JP760491 A JP 760491A JP H04240804 A JPH04240804 A JP H04240804A
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- materials
- polarizing element
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- Pending
Links
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 9
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ランダムな光の偏光特
性を１方向の直線偏光に変える光学素子に関する。
性を１方向の直線偏光に変える光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】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。
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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。更
に、得られる単結晶体の大きさに限度があるため、それ
が又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。更に
、強い光に対しては、光吸収にともなう発熱作用により
、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。
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。更
に、得られる単結晶体の大きさに限度があるため、それ
が又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。更に
、強い光に対しては、光吸収にともなう発熱作用により
、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。
【０００４】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。
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光素子は、２
種類の材料の交互の繰り返しによる一方向周期構造を持
ち、その周期単位における、一方の材料の厚さをｔ１、
もう一方の厚さをｔ２、入射光の波長をλとしたときに
ｔ１＋ｔ２《λの関係が満たされており、かつ両方の材
料が複屈折性を有することを特徴とする。また、前記複
屈折性材料の一方の材料をＡ、もう一方の材料をＢとし
たときに、Ａの主屈折率がｎ０１、ｎｅ１、Ｂの主屈折
率がｎ０２、ｎｅ２であり、かつ、Ａの光学軸が前記周
期構造の繰り返し方向に対して４５°に傾いており、Ｂ
の光学軸に対して垂直であることを特徴とする。
種類の材料の交互の繰り返しによる一方向周期構造を持
ち、その周期単位における、一方の材料の厚さをｔ１、
もう一方の厚さをｔ２、入射光の波長をλとしたときに
ｔ１＋ｔ２《λの関係が満たされており、かつ両方の材
料が複屈折性を有することを特徴とする。また、前記複
屈折性材料の一方の材料をＡ、もう一方の材料をＢとし
たときに、Ａの主屈折率がｎ０１、ｎｅ１、Ｂの主屈折
率がｎ０２、ｎｅ２であり、かつ、Ａの光学軸が前記周
期構造の繰り返し方向に対して４５°に傾いており、Ｂ
の光学軸に対して垂直であることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の作用を図に沿って説明する。第１図は
、本発明の偏光素子の構造例の概念図である。この偏光
素子は複屈折材料層１０１と１０２の交互の繰り返しか
らなる周期構造からなっている。この繰り返しの１単位
の厚さをｐ、ｐにおける複屈折材料層１０１の占める割
合をｑとすると、複屈折材料層１０１の厚さはｐ・ｑ複
屈折材料層１０２の厚さはｐ・（１−ｑ）であたえられ
る。ここでｐ《λである。また、複屈折材料層１０１の
常光成分に対する屈折率はｎ０１、異常光成分に対する
屈折率はｎｅ１であり、複屈折材料層１０２の常光成分
に対する屈折率はｎ０２、異常光成分に対する屈折率は
ｎｅ２である。ここに、ｎ０１＝ｎｅ２、ｎｅ１≠ｎ０
２と設定する。 また、複屈折材料層１０１の光学軸１０３が周期繰り返
し方向１０５に対して４５°になるように配向されてい
て、複屈折材料層１０２の光学軸１０４が複屈折材料層
１０１の光学軸１０３に対して９０°になるように配向
されている。さてこの偏光素子の上面１０６に垂直に光
波が入射したときの入射光の偏光成分の振舞いについて
考えてみよう。これを第２図を用いて説明する。第２図
に示す平面は、第１図の上面１０６である。入射光の偏
光成分のふるまいについては、複屈折材料層２０２の異
常光成分２０５と常光成分２０６について考えればよい
。ｐ《λであるため、各偏光成分は複屈折材料層２０１
と複屈折材料層２０２の平均的な屈折率を感ずることと
なる。まず異常光成分２０５にとって、複屈折材料層２
０１と複屈折材料層２０２の屈折率はｎ０１＝ｎｅ２た
め偏光成分をそのまま維持して透過して行く。それに対
して常光成分２０６は複屈折材料層２０２に対してｎ０
２、複屈折材料層２０１に対してｎｅ１を感ずるため、
周期繰り返し方向２０９に垂直な成分２０７、平行な成
分２０８で屈折率が異なる。この現象は構造複屈折とし
て知られているものである。Ｄａｌｅ Ｃ．Ｆｌａｎ
ｄｅｒｓの構造複屈折に関する論文（Ａｐｐｌ．Ｐｈｉ
ｓ．Ｌｅｔｔ．４２（６），１５Ｍａｒｃｈ１９８３）
に従えば周期繰り返し方向に垂直な成分２０７の感ずる
屈折率ｎ⊥は、
、本発明の偏光素子の構造例の概念図である。この偏光
素子は複屈折材料層１０１と１０２の交互の繰り返しか
らなる周期構造からなっている。この繰り返しの１単位
の厚さをｐ、ｐにおける複屈折材料層１０１の占める割
合をｑとすると、複屈折材料層１０１の厚さはｐ・ｑ複
屈折材料層１０２の厚さはｐ・（１−ｑ）であたえられ
る。ここでｐ《λである。また、複屈折材料層１０１の
常光成分に対する屈折率はｎ０１、異常光成分に対する
屈折率はｎｅ１であり、複屈折材料層１０２の常光成分
に対する屈折率はｎ０２、異常光成分に対する屈折率は
ｎｅ２である。ここに、ｎ０１＝ｎｅ２、ｎｅ１≠ｎ０
２と設定する。 また、複屈折材料層１０１の光学軸１０３が周期繰り返
し方向１０５に対して４５°になるように配向されてい
て、複屈折材料層１０２の光学軸１０４が複屈折材料層
１０１の光学軸１０３に対して９０°になるように配向
されている。さてこの偏光素子の上面１０６に垂直に光
波が入射したときの入射光の偏光成分の振舞いについて
考えてみよう。これを第２図を用いて説明する。第２図
に示す平面は、第１図の上面１０６である。入射光の偏
光成分のふるまいについては、複屈折材料層２０２の異
常光成分２０５と常光成分２０６について考えればよい
。ｐ《λであるため、各偏光成分は複屈折材料層２０１
と複屈折材料層２０２の平均的な屈折率を感ずることと
なる。まず異常光成分２０５にとって、複屈折材料層２
０１と複屈折材料層２０２の屈折率はｎ０１＝ｎｅ２た
め偏光成分をそのまま維持して透過して行く。それに対
して常光成分２０６は複屈折材料層２０２に対してｎ０
２、複屈折材料層２０１に対してｎｅ１を感ずるため、
周期繰り返し方向２０９に垂直な成分２０７、平行な成
分２０８で屈折率が異なる。この現象は構造複屈折とし
て知られているものである。Ｄａｌｅ Ｃ．Ｆｌａｎ
ｄｅｒｓの構造複屈折に関する論文（Ａｐｐｌ．Ｐｈｉ
ｓ．Ｌｅｔｔ．４２（６），１５Ｍａｒｃｈ１９８３）
に従えば周期繰り返し方向に垂直な成分２０７の感ずる
屈折率ｎ⊥は、
【数１】
となる。従って異常光成分２０５は偏光素子中を偏光状
態を変化させながら伝播していくこととなる。ここで、
態を変化させながら伝播していくこととなる。ここで、
【数２】
となるように設計すれば、異常光成分は常光成分となり
偏光素子を出射する。従って、エネルギー損失を伴う事
なく単一の直線偏光（常光成分）を得ることが出来る。 前記の構造は一つの例である。しかし、ｎ０１＝ｎｅ２
の制限の必要はない。複屈折材料層１０１と１０２の複
屈折率と、配向方向をうまく選択して、周期繰り返し方
向に対して４５°の偏光が各層の屈折率の差を感じ、そ
れに垂直成分（周期繰り返し方向−４５°の偏光）が各
層の屈折率の差を感じない様にすればよい。
偏光素子を出射する。従って、エネルギー損失を伴う事
なく単一の直線偏光（常光成分）を得ることが出来る。 前記の構造は一つの例である。しかし、ｎ０１＝ｎｅ２
の制限の必要はない。複屈折材料層１０１と１０２の複
屈折率と、配向方向をうまく選択して、周期繰り返し方
向に対して４５°の偏光が各層の屈折率の差を感じ、そ
れに垂直成分（周期繰り返し方向−４５°の偏光）が各
層の屈折率の差を感じない様にすればよい。
【０００７】
【実施例】第３図にその構造概念図を示す偏光素子を作
成した。（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。各構
成要素の諸元は以下の通りである。
成した。（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。各構
成要素の諸元は以下の通りである。
【０００８】基板ガラス３００の上に、常温では固体で
あり液晶３０２を塗布する。このネマチック液晶は、異
常光に対する屈折率は１．６、常光に対する屈折率は１
．３である。この液晶を加熱しながら、周期繰り返し方
向３０８に対して４５°の電場をつけて、液晶分子を配
向する。配向方向は３０７である。そして、常温に冷却
し、固化し、Ｘ線リソグラフィーと異方性エッチングを
用いて周期構造を作製した。ピッチ３０４は２７５ｎｍ
、高さ３０５は２．５μｍである。同様な方法で、もう
一つの液晶３０１を封入する。但し、電場配向方向３０
６は、先の電場方向に対して９０°である。即ち、周期
繰り返し方向３０８に対して−４５°である。これをカ
バーガラス３０３でカバーした。このネマチック液晶の
、異常光に対する屈折率は１．９、常光に対する屈折率
は１．６である。これをカバーガラス３０３でカバーし
た。これに波長５５０ｎｍのレーザー光を入射させたと
ころ、出射光の９３％がネマチック液晶３０１に対する
常光線であった。入射光に対する出射光の強度は９３％
であった。
あり液晶３０２を塗布する。このネマチック液晶は、異
常光に対する屈折率は１．６、常光に対する屈折率は１
．３である。この液晶を加熱しながら、周期繰り返し方
向３０８に対して４５°の電場をつけて、液晶分子を配
向する。配向方向は３０７である。そして、常温に冷却
し、固化し、Ｘ線リソグラフィーと異方性エッチングを
用いて周期構造を作製した。ピッチ３０４は２７５ｎｍ
、高さ３０５は２．５μｍである。同様な方法で、もう
一つの液晶３０１を封入する。但し、電場配向方向３０
６は、先の電場方向に対して９０°である。即ち、周期
繰り返し方向３０８に対して−４５°である。これをカ
バーガラス３０３でカバーした。このネマチック液晶の
、異常光に対する屈折率は１．９、常光に対する屈折率
は１．６である。これをカバーガラス３０３でカバーし
た。これに波長５５０ｎｍのレーザー光を入射させたと
ころ、出射光の９３％がネマチック液晶３０１に対する
常光線であった。入射光に対する出射光の強度は９３％
であった。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光素子
は、複屈折材料を用い、その繰り返し単位のピッチが光
波の波長より充分に小さいという条件を満たすように周
期構造を作り込むというきわめて簡素な構成により、ラ
ンダムな偏光成分を有する入射光を、ほとんど損失なく
一方向の偏光成分のみを有する出射光に変換することが
可能である。本発明の光学素子は上記の特性を生かして
、偏光を必要とする各種表示体、特に液晶表示体、光ア
イソレーター、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等、広範囲の応用が可能
である。
は、複屈折材料を用い、その繰り返し単位のピッチが光
波の波長より充分に小さいという条件を満たすように周
期構造を作り込むというきわめて簡素な構成により、ラ
ンダムな偏光成分を有する入射光を、ほとんど損失なく
一方向の偏光成分のみを有する出射光に変換することが
可能である。本発明の光学素子は上記の特性を生かして
、偏光を必要とする各種表示体、特に液晶表示体、光ア
イソレーター、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等、広範囲の応用が可能
である。
【図１】本発明の偏光素子の構造概念図。
【図２】本発明の偏光素子の作用の説明図。
【図３】本発明の実施例の説明図。
１０１ 複屈折材料層
１０２ 複屈折材料層
１０３ 光学軸
１０４ 光学軸
１０５ 周期繰り返し方向
１０６ 上面
２０１ 複屈折材料層
２０２ 複屈折材料層
２０３ 光学軸
２０４ 光学軸
２０５ 複屈折材料層２０２の異常光成分２
０６ 複屈折材料層２０２の常光成分２０７
周期繰り返し方向に垂直な成分２０８
周期繰り返し方向に平行な成分２０９
周期繰り返し方向 ３００ 基板 ３０１ ネマチック液晶 ３０２ ネマチック液晶 ３０３ カバーガラス ３０４ ピッチ ３０５ 高さ ３０６ 液晶層３０１の配向方向３０７
液晶層３０２の配向方向３０８ 周
期繰り返し方向
０６ 複屈折材料層２０２の常光成分２０７
周期繰り返し方向に垂直な成分２０８
周期繰り返し方向に平行な成分２０９
周期繰り返し方向 ３００ 基板 ３０１ ネマチック液晶 ３０２ ネマチック液晶 ３０３ カバーガラス ３０４ ピッチ ３０５ 高さ ３０６ 液晶層３０１の配向方向３０７
液晶層３０２の配向方向３０８ 周
期繰り返し方向
Claims (2)
- 【請求項１】２種類の材料の交互の繰り返しによる一方
向周期構造を持ち、その周期単位における、一方の材料
の厚さをｔ１、もう一方の厚さをｔ２、入射光の波長を
λとしたときにｔ１＋ｔ２《λの関係が満たされており
、かつ両方の材料が複屈折性を有することを特徴とする
偏光素子。 - 【請求項２】前記複屈折性材料の一方の材料をＡ、もう
一方の材料をＢとしたときに、Ａの主屈折率がｎ０１、
ｎｅ１、Ｂの主屈折率がｎ０２、ｎｅ２であり、かつ、
Ａの光学軸が前記周期構造の繰り返し方向に対して４５
°に傾いており、Ｂの光学軸に対して垂直であることを
特徴とする請求項１記載の偏光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP760491A JPH04240804A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP760491A JPH04240804A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 偏光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240804A true JPH04240804A (ja) | 1992-08-28 |
Family
ID=11670408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP760491A Pending JPH04240804A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 偏光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04240804A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751388A (en) * | 1995-04-07 | 1998-05-12 | Honeywell Inc. | High efficiency polarized display |
| US6043933A (en) * | 1997-11-21 | 2000-03-28 | Hewlett-Packard Company | Split optical element and a low cost fabrication approach |
| JP2013257371A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Photonic Lattice Inc | 偏光変換機能を有するフォトニック結晶素子 |
-
1991
- 1991-01-25 JP JP760491A patent/JPH04240804A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751388A (en) * | 1995-04-07 | 1998-05-12 | Honeywell Inc. | High efficiency polarized display |
| US5999239A (en) * | 1995-04-07 | 1999-12-07 | Honeywell Inc. | Method for making a polarization-sensitive optical element |
| US6043933A (en) * | 1997-11-21 | 2000-03-28 | Hewlett-Packard Company | Split optical element and a low cost fabrication approach |
| JP2013257371A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Photonic Lattice Inc | 偏光変換機能を有するフォトニック結晶素子 |
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