JPH09105813A - Grating polarizer - Google Patents

Grating polarizer

Info

Publication number
JPH09105813A
JPH09105813A JP28786995A JP28786995A JPH09105813A JP H09105813 A JPH09105813 A JP H09105813A JP 28786995 A JP28786995 A JP 28786995A JP 28786995 A JP28786995 A JP 28786995A JP H09105813 A JPH09105813 A JP H09105813A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grating
polarized light
birefringent
light
polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28786995A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Sato
敦 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP28786995A priority Critical patent/JPH09105813A/en
Publication of JPH09105813A publication Critical patent/JPH09105813A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Polarising Elements (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarizer which can extract linear polarized light from natural light without decreasing the light intensity. SOLUTION: This grating polarizer 1 is constituted by laminating a polarization grating 2 which functions as a diffraction grating for unidirectional polarized light and functions not as a diffraction grating, but as a transparent medium for polarized light crossing the light at right angles, and a birefringent sheet type material 3. In this case, the thickness of the birefringent sheet type material 3 is so set that when the natural light is made incident from the side of the polarization grating 2, polarized light (s) diffracted by the polarization grating 2 and polarized light (p) which is transmitted without being diffracted by the polarization grating are transmitted through the birefringent sheet type material 3 to become polarized light beams in the same direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自然光から直線偏
光を取り出すために有用な偏光子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polarizer useful for extracting linearly polarized light from natural light.

【0002】[0002]

【従来の技術】ランダムな偏光をもつ自然光から直線偏
光を取り出し、その直線偏光を利用する光学装置、例え
ば、液晶表示素子、偏光顕微鏡、偏光干渉計等において
は、偏光子が使用されている。
2. Description of the Related Art Polarizers are used in optical devices such as liquid crystal display devices, polarization microscopes, and polarization interferometers that take out linearly polarized light from natural light having random polarization and utilize the linearly polarized light.

【0003】この場合、偏光子としては、従来より、薄
い樹脂フィルム等にヨウ素等の配向膜を形成した偏光膜
(即ち、薄い樹脂フィルム等の表面にヨウ素等を配向さ
せつつ吸着させたもの)が広く使用されている。
In this case, as the polarizer, conventionally, a polarizing film formed by forming an alignment film of iodine or the like on a thin resin film or the like (that is, a film of thin resin film or the like on which the iodine or the like is oriented and adsorbed) is used. Is widely used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヨウ素
等の配向膜を使用した偏光膜を用いて、ランダムな偏光
光からなる自然光から直線偏光を取り出す場合、偏光膜
が、自然光のうち偏光膜の配向方向に従った偏光光以外
の光を吸収するので、偏光膜に入射した自然光の光強度
の半分以上を損失することとなる。そこで、直線偏光を
利用する光学装置においては、所望の光強度で直線偏光
を得るために光源の光強度を強めたり、あるいは、高感
度のセンサーを設けることが必要とされ、そのために装
置のコストが高くなったり、サイズを小型化できないと
いう問題が生じていた。また、偏光膜で吸収された光エ
ネルギーが熱エネルギーに変化するために偏光膜が加熱
されるので、偏光膜の精度が不安定となり、また耐久性
が低下するという問題もあった。
However, when linearly polarized light is extracted from natural light composed of randomly polarized light using a polarizing film using an alignment film of iodine or the like, the polarizing film is oriented to the orientation of the polarizing film among natural light. Since light other than polarized light according to the direction is absorbed, more than half of the light intensity of natural light incident on the polarizing film is lost. Therefore, in an optical device that uses linearly polarized light, it is necessary to increase the light intensity of the light source in order to obtain linearly polarized light with a desired light intensity, or to provide a high-sensitivity sensor. There has been a problem that the cost is high and the size cannot be reduced. In addition, since the light energy absorbed by the polarizing film is changed to thermal energy, the polarizing film is heated, so that the accuracy of the polarizing film becomes unstable and the durability is deteriorated.

【0005】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、自然光から光強度を損失さ
せることなく直線偏光を取り出せるようにする偏光子を
提供することを目的とする。
The present invention is intended to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a polarizer capable of extracting linearly polarized light from natural light without loss of light intensity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために、一方向の偏光に対しては回折格子と
して機能し、それと直交する方向の偏光に対しては回折
格子として機能せずに透明媒質として機能する偏光グレ
ーティングと、複屈折性シート状材料とを積層したグレ
ーティング偏光子であって、偏光グレーティング側から
自然光を入射させた場合に、偏光グレーティングで回折
された偏光光と偏光グレーティングで回折されることな
く透過した偏光光とが、複屈折性シート状材料を透過す
ることにより同一方向の偏光となるようにしたことを特
徴とするグレーティング偏光子を提供する。
In order to achieve the above object, the present inventor functions as a diffraction grating for polarized light in one direction and as a diffraction grating for polarized light in a direction orthogonal thereto. A polarizing polarizer in which a polarizing grating that does not function but functions as a transparent medium and a birefringent sheet-like material are laminated, and the polarized light is diffracted by the polarizing grating when natural light enters from the polarizing grating side. And a polarized light which is transmitted without being diffracted by the polarizing grating and is made into polarized light in the same direction by being transmitted through the birefringent sheet material.

【0007】特に、好ましい態様として、複屈折性シー
ト状材料が一軸結晶からなり、その光軸がその複屈折性
シート状材料のシート面に垂直であるグレーティング偏
光子を提供する。
In a particularly preferred embodiment, there is provided a grating polarizer in which the birefringent sheet-like material is composed of a uniaxial crystal, and its optical axis is perpendicular to the sheet surface of the birefringent sheet-like material.

【0008】さらに、上述の本発明のグレーティング偏
光子において、複屈折性シート状材料の出射側に偏光膜
を積層した態様であって、該複屈折性シート状材料を透
過してきた出射光の偏光方向と該偏光膜の偏光方向とが
一致するようにしたものを提供する。
Further, in the above-mentioned grating polarizer of the present invention, a polarizing film is laminated on the exit side of the birefringent sheet material, and the polarization of outgoing light transmitted through the birefringent sheet material is obtained. Provided is one in which the direction and the polarization direction of the polarizing film match.

【0009】本発明の偏光子において、偏光グレーティ
ング側から自然光を入射させると、偏光グレーティング
を透過した光は、偏光グレーティングで回折された偏光
光と、偏光グレーティングで回折されることなく偏光グ
レーティングを透過し、偏光グレーティングで回折され
た偏光光と直交する方向の偏光光とに分離される。これ
らの偏光光は、それらが複屈折性シート状材料へ入射す
るときの偏光方向、複屈折性シート状材料への入射角
度、偏光グレーティングを構成する複屈折性材料の屈折
率、複屈折性シート状材料の屈折率、複屈折性シート状
材料の厚さ等に応じて偏光方向が変化し、複屈折性シー
ト状材料を射出するときは双方の偏光方向は一致する。
したがって、本発明によれば、入射した自然光の強度を
損失させることなく、一方向の偏光光を得ることができ
る。
In the polarizer of the present invention, when natural light is made incident from the polarization grating side, the light transmitted through the polarization grating is transmitted through the polarization grating diffracted by the polarization grating and the polarization grating without being diffracted by the polarization grating. Then, it is separated into polarized light diffracted by the polarizing grating and polarized light in a direction orthogonal to the polarized light. These polarized lights have a polarization direction when they enter the birefringent sheet material, an incident angle to the birefringent sheet material, a refractive index of the birefringent material forming the polarization grating, a birefringent sheet. The polarization direction changes depending on the refractive index of the sheet material, the thickness of the birefringent sheet material, and the like, and when the birefringent sheet material is emitted, both polarization directions match.
Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain polarized light in one direction without losing the intensity of incident natural light.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一または同
等の構成要素を表している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent components.

【0011】図1は、本発明のグレーティング偏光子1
の一態様の格子断面構造の模式図である。同図のように
このグレーティング偏光子1は、偏光グレーティング2
と複屈折性シート状材料3との積層構造を有している。
FIG. 1 shows a grating polarizer 1 of the present invention.
It is a schematic diagram of the lattice cross-section structure of 1 aspect. As shown in the figure, this grating polarizer 1 is composed of a polarizing grating 2
And a birefringent sheet material 3 are laminated.

【0012】本発明において、偏光グレーティング2と
は、一方向の偏光に対しては回折格子として機能し、そ
れと直交する方向の偏光に対しては回折格子として機能
せずに透明媒質として機能する回折格子である。このよ
うな偏光グレーティング2としては、例えば、同図に示
したように、複屈折性材料であるニオブ酸リチウム層4
と、そのイオン交換部5と、イオン交換部5上に形成さ
れた位相補償用誘電体6からなるものを使用することが
できる。
In the present invention, the polarization grating 2 is a diffraction grating that functions as a diffraction grating for polarized light in one direction, but does not function as a diffraction grating for polarized light in a direction orthogonal thereto and functions as a transparent medium. It is a grid. As such a polarization grating 2, for example, as shown in the same drawing, a lithium niobate layer 4 which is a birefringent material.
It is possible to use the one composed of the ion exchange section 5 and the phase compensation dielectric 6 formed on the ion exchange section 5.

【0013】この図示した偏光グレーティング2は、一
般に、回折効果を有する偏光ホログラフィック素子とし
て知られているものであり、次のようにして作製される
(Tech.Digest of MICROOPTICS Conference,91,242-245
(1991))。まず、複屈折性結晶であるニオブ酸リチウム
層4の表面に、金属薄膜パターンをフォトリソグラフィ
ー法で形成し、次いで、これを加熱溶融した安息香酸中
に浸漬することによりニオブ酸リチウム層4の表面層を
イオン交換し、格子状にイオン交換部5を形成する。こ
のイオン交換部5は位相格子として作用し、異常光の屈
折率を約0.1増加させ、常光の屈折率を約0.03減
少させる。次に、イオン交換部5上に位相補償用格子と
して位相補償用誘電体6を形成する。ここで、イオン交
換部5の深さと位相補償用誘電体6の膜厚を適宜設定す
ることにより、偏光ホログラフィック素子を、図2に示
したように、常光に対しては位相差0(同図(a))
の,異常光に対しては位相差π(同図(b))の格子と
することができる(図2中、ドットで塗りつぶした部分
はイオン交換部5による屈折率差を表し、斜線部分は位
相補償用誘電体6による屈折率差を表している。)。し
たがって、このように設定した場合には、この偏光ホロ
グラフィック素子は、常光に対しては透明媒質となって
常光を透過させ、一方、異常光に対しては回折格子とな
る。
The illustrated polarization grating 2 is generally known as a polarization holographic element having a diffraction effect, and is manufactured as follows (Tech. Digest of MICROOPTICS Conference, 91, 242-245).
(1991)). First, a metal thin film pattern is formed on the surface of the lithium niobate layer 4 which is a birefringent crystal by a photolithography method, and then the surface of the lithium niobate layer 4 is immersed by immersing it in benzoic acid which is heated and melted. The layers are ion-exchanged to form the ion-exchange section 5 in a lattice shape. The ion exchange section 5 acts as a phase grating to increase the refractive index of extraordinary light by about 0.1 and decrease the refractive index of ordinary light by about 0.03. Next, the phase compensating dielectric 6 is formed on the ion exchange section 5 as a phase compensating grating. Here, by appropriately setting the depth of the ion exchange part 5 and the film thickness of the phase compensating dielectric 6, the polarization holographic element is set to have a phase difference of 0 (the same as that of ordinary light) as shown in FIG. (Figure (a))
For extraordinary light, a grating with a phase difference of π ((b) in the figure) can be used (in FIG. 2, the part filled with dots represents the refractive index difference due to the ion exchange part 5, and the shaded part is The refractive index difference due to the phase compensating dielectric 6 is shown.). Therefore, when set in this way, the polarization holographic element becomes a transparent medium for ordinary light and transmits ordinary light, while it becomes a diffraction grating for extraordinary light.

【0014】本発明において、偏光グレーティング2
は、上述の偏光ホログラフィック素子に限らない。例え
ば、複屈折性シート状材料の表面に表面レリーフ型のグ
レーティングを積層し、そのグレーティングの溝部分
を、ある一つの偏光方向に対する屈折率が、その偏光方
向に対する複屈折性シート状材料の屈折率と同じである
材料で埋めたたもの等を使用することができる。この場
合、表面レリーフ型のグレーティングは、一般に知られ
ている機械刻線の手法、ホログラフィックにレーザー光
の干渉を利用した手法、フォトリソグラフィーの手法等
により形成することができる。
In the present invention, the polarization grating 2
Is not limited to the above-mentioned polarization holographic element. For example, a surface-relief type grating is laminated on the surface of a birefringent sheet material, and the groove portion of the grating has a refractive index for a certain polarization direction and a refractive index of the birefringent sheet material for that polarization direction. It is possible to use a material filled with the same material as the above. In this case, the surface relief type grating can be formed by a generally known method of mechanical engraving, a method of utilizing laser light interference for holography, a method of photolithography and the like.

【0015】一方、複屈折性シート状材料3としては、
複屈折性材料からなる限り特に制限はない。例えば、ニ
オブ酸リチウム結晶、酸化リチウム、サファイヤ、KD
P、ADP等のような一軸結晶からなるシート状材料を
好ましく使用することができる。この他、硝石等の二軸
性結晶からなるものも使用することができる。ただし、
偏光グレーティング2と複屈折性シート状材料3との界
面反射損失を防止する点からは、複屈折性シート状材料
3は、偏光グレーティング2を構成する複屈折性材料
(即ち、図1の偏光のグレーティング2のニオブ酸リチ
ウム層4)と同一屈折率の材料から形成することが好ま
しい。この場合、同一材料から一体的に両者を構成して
もよい。これによりグレーティング偏光子1の製造工程
を簡略化することができる。
On the other hand, as the birefringent sheet material 3,
There is no particular limitation as long as it is made of a birefringent material. For example, lithium niobate crystal, lithium oxide, sapphire, KD
Sheet-like materials made of uniaxial crystals such as P and ADP can be preferably used. In addition to these, it is also possible to use those made of biaxial crystals such as glass nitrate. However,
From the viewpoint of preventing the interfacial reflection loss between the polarization grating 2 and the birefringent sheet-like material 3, the birefringent sheet-like material 3 is the birefringent material (that is, the polarized light of FIG. It is preferably formed from a material having the same refractive index as the lithium niobate layer 4) of the grating 2. In this case, both may be integrally formed from the same material. Thereby, the manufacturing process of the grating polarizer 1 can be simplified.

【0016】また、複屈折性シート状材料3の厚さは、
偏光グレーティング2を回折あるいは透過してくる2つ
の直交する偏光光が、それぞれ複屈折性シート状材料3
へ入射するときの偏光方向、複屈折性シート状材料への
入射角度、偏光グレーティング2を構成する複屈折性材
料の屈折率、複屈折性シート状材料3の屈折率等に応じ
て適宜設定し、当初直交していた2つの偏光光の偏光方
向が、複屈折性シート状材料3を射出するときは一致す
るようにする。
The thickness of the birefringent sheet material 3 is
Two orthogonal polarized lights that are diffracted or transmitted through the polarization grating 2 are respectively reflected by the birefringent sheet material 3
To the birefringent sheet material, the angle of incidence on the birefringent sheet material, the refractive index of the birefringent material forming the polarization grating 2, the birefringent sheet material 3 and the like. The polarization directions of the two polarized lights that were originally orthogonal to each other should be the same when the birefringent sheet material 3 is emitted.

【0017】複屈折性シート状材料3の光軸の向きにつ
いては、特に制限はないが、設計を容易にする点から、
複屈折性シート状材料のシート面に垂直とすることが好
ましい。
The direction of the optical axis of the birefringent sheet material 3 is not particularly limited, but from the viewpoint of easy design,
It is preferable to be perpendicular to the sheet surface of the birefringent sheet material.

【0018】次に、図1のグレーティング偏光子におい
て、複屈折性シート状材料3として、ニオブ酸リチウム
結晶からなるシート状材料を使用し、かつその光軸がそ
のシート状材料のシート面に垂直になるようにした場合
を例として、このグレーティング偏光子の作用と設計方
法を図3を参照しつつ説明する。ここで、便宜上、紙面
方向の偏光をP偏光、紙面に垂直な方向の偏光をS偏光
とする。また、偏光グレーティング2は、S偏光に対し
てのみ回折格子として機能するとする。また、図3にお
いては、説明の便宜上、偏光グレーティング2と複屈折
性シート状材料(ニオブ酸リチウム結晶)3とを離して
記載している。
Next, in the grating polarizer shown in FIG. 1, a sheet material made of lithium niobate crystal is used as the birefringent sheet material 3, and its optical axis is perpendicular to the sheet surface of the sheet material. The operation and design method of this grating polarizer will be described with reference to FIG. Here, for the sake of convenience, the polarized light in the paper surface direction is P polarized light, and the polarized light in the direction perpendicular to the paper surface is S polarized light. The polarization grating 2 functions as a diffraction grating only for S-polarized light. Further, in FIG. 3, for convenience of explanation, the polarization grating 2 and the birefringent sheet-like material (lithium niobate crystal) 3 are illustrated separately.

【0019】グレーティング偏光子1の偏光グレーティ
ング2に、図3に示したように自然光Lが入射すると、
偏光グレーティング2はP偏光の光pに対しては屈折率
pの均質な透明シートとして作用する。このため、こ
の光pは回折することなく透過する。一方、S偏光の光
sに対しては、偏光グレーティング2は位相格子として
作用し、光sを回折させる。したがって、P偏光の光p
は、偏光グレーティング2に入射したときのままの状態
で複屈折性シート状材料3に入射し、S偏光の光sは、
偏光グレーティング2の空間周波数にしたがった回折角
で曲がって複屈折性シート状材料3に入射する。この場
合、空間周波数μと回折角度θとは、公知のグレーティ
ングの公式により ns sin(θ)=μλ (式中、ns は、偏光グレーティング2を構成する複屈
折性材料(ニオブ酸リチウム層4)のS偏光に対する屈
折率、λは光の波長を表す。)の関係にある。
When natural light L enters the polarizing grating 2 of the grating polarizer 1 as shown in FIG.
The polarization grating 2 acts as a homogeneous transparent sheet having a refractive index n p for the p-polarized light p. Therefore, this light p is transmitted without being diffracted. On the other hand, with respect to the S-polarized light s, the polarization grating 2 acts as a phase grating to diffract the light s. Therefore, the p-polarized light p
Is incident on the birefringent sheet material 3 as it is when it is incident on the polarization grating 2, and the S-polarized light s is
The light enters the birefringent sheet material 3 after being bent at a diffraction angle according to the spatial frequency of the polarization grating 2. In this case, the spatial frequency μ and the diffraction angle θ are n s sin (θ) = μ λ according to a known grating formula (where, n s is a birefringent material (lithium niobate layer 4) is the refractive index for S-polarized light, and λ is the wavelength of light.

【0020】一方、ニオブ酸リチウム結晶からなる複屈
折性シート状材料3は、一軸性結晶構造を有し、光軸は
このシート状材料のシート面に垂直になっているから、
シート面に垂直に入射してきた光の進行方向と光軸の向
きとは一致していることになる。よって、偏光グレーテ
ィング2を透過してきたP偏光の光pは、偏光が変化す
ることなくP偏光を保持したまま透過する。これに対し
て、偏光グレーティング2で回折されたS偏光の光s
は、入射角θ(=回折角)を有するため、複屈折性シー
ト状材料3の複屈折性のために偏光する。この状態を、
図4によりさらに詳細に説明する。
On the other hand, the birefringent sheet material 3 made of lithium niobate crystal has a uniaxial crystal structure, and the optical axis is perpendicular to the sheet surface of this sheet material.
This means that the traveling direction of light that is incident perpendicularly to the sheet surface and the direction of the optical axis are the same. Therefore, the p-polarized light p transmitted through the polarization grating 2 is transmitted while maintaining the p-polarized light without changing the polarization. On the other hand, S-polarized light s diffracted by the polarization grating 2
Has an incident angle θ (= diffraction angle), and thus is polarized due to the birefringence of the birefringent sheet material 3. This state,
This will be described in more detail with reference to FIG.

【0021】図4に示したように、S偏光の光sの進行
方向に垂直な面A内で、S偏光の偏光方向Bを挟むよう
にして、ξ軸とη軸とを考え、その方向での屈折率をそ
れぞれnξ、nηとする。この場合、S偏光の光sが複
屈折性シート状材料3を通過する際のξ成分は、nξ
/cos(θ)の光路長を通り、η成分はnηd/co
s(θ)の光路長を通ることとなる。ここで、dは複屈
折性シート状材料3の厚みである。
As shown in FIG. 4, the ξ-axis and the η-axis are considered by sandwiching the polarization direction B of the S-polarized light in a plane A perpendicular to the traveling direction of the S-polarized light s. The refractive indices are n ξ and n η , respectively. In this case, the ξ component when the S-polarized light s passes through the birefringent sheet-like material 3 is n ξ d
/ Cos (θ) and the η component is n η d / co
It will pass through the optical path length of s (θ). Here, d is the thickness of the birefringent sheet material 3.

【0022】ξ成分とη成分との光路差Δが、 Δ=nξ/cos(θ)−nηd/cos(θ)=λ/2 となるように複屈折性シート状材料3の厚みdを決める
と、複屈折性シート状材料3は、S偏光の光sに対して
は1/2波長板となり、その偏光方向を90°回転させ
る。したがって、複屈折性シート状材料3の入射時にS
偏光であった光sは、このシート状材料3の透過後には
P偏光となる。
The thickness of the birefringent sheet material 3 is such that the optical path difference Δ between the ξ component and the η component is Δ = n ξ / cos (θ) −n η d / cos (θ) = λ / 2. When d is determined, the birefringent sheet material 3 becomes a half-wave plate for the S-polarized light s, and the polarization direction thereof is rotated by 90 °. Therefore, when the birefringent sheet material 3 is incident, S
The polarized light s becomes P-polarized light after passing through the sheet-shaped material 3.

【0023】したがって、このグレーティング偏光子1
においては、入射時にP偏光であった光pは回折もせ
ず、偏光方向が変化することもなく、そのままグレーテ
ィング偏光子1を透過するが、入射時にS偏光であった
光sは偏光グレーティング2で回折され、さらに複屈折
性シート状材料3で偏光方向が90°回転してP偏光と
なる。よって、複屈折性シート状材料3からはP偏光の
みが射出されることとなる。この場合、グレーティング
偏光子1において、従来の偏光膜のように一方の偏光方
向の光が吸収されるということはない。したがって、こ
のグレーティング偏光子1は、光強度の損失が極めて少
ない偏光子となる。
Therefore, this grating polarizer 1
, The p-polarized light p at the time of incidence does not diffract and the polarization direction does not change and passes through the grating polarizer 1 as it is, but the s-polarized light s at the time of incidence is transmitted by the polarization grating 2. The light is diffracted, and the birefringent sheet material 3 further rotates the polarization direction by 90 ° to become P-polarized light. Therefore, only the P-polarized light is emitted from the birefringent sheet material 3. In this case, the grating polarizer 1 does not absorb light in one polarization direction unlike the conventional polarizing film. Therefore, this grating polarizer 1 becomes a polarizer with a very small loss of light intensity.

【0024】以上のグレーティング偏光子1の作用の説
明は、P偏光とS偏光との関係を逆にした場合にも全く
同様に成り立つ。
The above description of the operation of the grating polarizer 1 is completely the same when the relationship between the P-polarized light and the S-polarized light is reversed.

【0025】本発明のグレーティング偏光子1には、必
要に応じて、複屈折性シート状材料3の出射側に公知の
偏光膜を設けても良い。この場合、偏光膜の偏光方向
は、複屈折性シート状材料3を透過してくる光の偏光方
向と一致させる。これにより、複屈折性シート状材料3
から射出された光の偏光方向が完全に単一とはならない
場合でも、グレーティング偏光子1からは単一の偏光方
向の光が射出されるようにできる。
In the grating polarizer 1 of the present invention, a known polarizing film may be provided on the exit side of the birefringent sheet material 3 if necessary. In this case, the polarization direction of the polarizing film is made to coincide with the polarization direction of the light transmitted through the birefringent sheet material 3. Thereby, the birefringent sheet material 3
Even if the polarization direction of the light emitted from is not completely single, the grating polarizer 1 can emit light of a single polarization direction.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments.

【0027】図1に示した構造のグレーティング偏光子
を次のようにして作製した。
A grating polarizer having the structure shown in FIG. 1 was produced as follows.

【0028】まず、Tech.Digest of Second Optoelectr
onics Conference,166-169(1988)に記載の方法にしたが
って、偏光グレーティング2を作製した。即ち、ニオブ
酸リチウム結晶の表面にグレーティングパターンの金属
薄膜パターンをフォトリソグラフィーの手法で形成し、
これを加熱溶融した安息香酸中に浸漬してイオン交換を
行い、ニオブ酸リチウム結晶の表面にイオン交換部から
なる位相格子を形成した。次に、イオン交換部の上に位
相補償用の誘電体格子を形成した。こうして、異常光線
に対しては位相差π、常光線に対しては位相差0の偏光
グレーティング(空間周波数μ=400本/mm)を得
た。
First, Tech. Digest of Second Optoelectr
Polarizing grating 2 was produced according to the method described in onics Conference, 166-169 (1988). That is, a metal thin film pattern of the grating pattern is formed on the surface of the lithium niobate crystal by a photolithography method,
This was immersed in benzoic acid melted by heating to carry out ion exchange, and a phase grating composed of an ion exchange part was formed on the surface of the lithium niobate crystal. Next, a dielectric grating for phase compensation was formed on the ion exchange section. In this way, a polarization grating (spatial frequency μ = 400 lines / mm) having a phase difference π for extraordinary rays and a phase difference 0 for ordinary rays was obtained.

【0029】前述の図3及び図4の説明と統一的に説明
するため、得られた偏光グレーティング2に対して、常
光線がP偏光であり、異常光線がS偏光であるとする。
また、ニオブ酸リチウムの室温における常光線の屈折率
は、2.29であり、異常光線の屈折率は約2.2であ
ることが知られている。
For the sake of explanation unified with the description of FIGS. 3 and 4, it is assumed that for the obtained polarization grating 2, the ordinary ray is P-polarized and the extraordinary ray is S-polarized.
Further, it is known that the refractive index of ordinary rays of lithium niobate at room temperature is 2.29 and the refractive index of extraordinary rays is about 2.2.

【0030】得られた偏光グレーティング2に図3のよ
うに自然光Lが入射すると、P偏光の光pに対する位相
差は0であるから、この偏光グレーティング2はP偏光
の光pに対しては屈折率2.29の均質な透明媒質とな
り、光pは回折することなくそのまま透過する。一方、
S偏光の光sに対しては位相差πとなるので位相格子と
なり、光sを回折させる。この場合、光sの回折角θ
は、偏光グレーティング2の空間周波数μ=400本/
mmとしたので、例えば、波長λ=550nmの波長の
光に対しては、回折角θ=5.51290°となる。
When natural light L is incident on the obtained polarization grating 2 as shown in FIG. 3, the phase difference with respect to the P-polarized light p is 0. Therefore, the polarization grating 2 refracts against the P-polarized light p. It becomes a homogeneous transparent medium with a ratio of 2.29, and the light p is transmitted as it is without being diffracted. on the other hand,
Since the phase difference π is given to the S polarized light s, it becomes a phase grating and diffracts the light s. In this case, the diffraction angle θ of the light s
Is the spatial frequency of the polarization grating 2 = 400 /
Since the distance is set to mm, for example, the diffraction angle θ = 5.51290 ° for light having a wavelength λ = 550 nm.

【0031】このような特性を有する偏光グレーティン
グ2に対して、複屈折性シート状材料3としてニオブ酸
リチウムシートを貼り合わせた。この場合、ニオブ酸リ
チウムシートの光軸は、このシート面に垂直になるよう
にした。また、ニオブ酸リチウムシート3の厚みdは、
このニオブ酸リチウムシート3に入射してくる光sに対
して1/2波長板となるようにd=311μmとした。
A lithium niobate sheet as a birefringent sheet material 3 was attached to the polarizing grating 2 having such characteristics. In this case, the optical axis of the lithium niobate sheet was set to be perpendicular to the sheet surface. The thickness d of the lithium niobate sheet 3 is
For the light s entering the lithium niobate sheet 3, d = 311 μm so as to form a half-wave plate.

【0032】即ち、このニオブ酸リチウムシート3は光
学軸方向では屈折率2.29の均質な物質であり、入射
角5.51290°で入射した光に対しては、屈折率
2.28912と屈折率2.29との2つの屈折率を有
することとなる。したがって、偏光グレーティング2を
そのまま透過してきたP偏光の光pに対しては屈折率
2.29の均質な媒質となり、光pはその偏光が変化す
ることなくP偏光を保持したまま透過する。これに対し
て、S偏光の光sは入射角5.51290°で入射して
くるから、前述の図4の説明において、屈折率nξ
2.29、屈折率nη=2.28912とおくことがで
きる。よって、この実施例では、ξ成分とη成分との光
路差Δが、波長λ=550において Δ=nξ/cos(θ)−nηd/cos(θ)=λ/2 となるように複屈折性シート状材料3の厚みdを311
μmとした。
That is, the lithium niobate sheet 3 is a homogeneous substance having a refractive index of 2.29 in the optical axis direction, and has a refractive index of 2.28912 for light incident at an incident angle of 5.51290 °. It has two refractive indices of 2.29. Therefore, the P-polarized light p that has been transmitted through the polarization grating 2 as it is becomes a homogeneous medium having a refractive index of 2.29, and the light p is transmitted while maintaining the P-polarized light without changing its polarization. On the other hand, since the S-polarized light s enters at an incident angle of 5.51290 °, the refractive index n ξ =
2.29 and the refractive index n η = 2.28912 can be set. Therefore, in this embodiment, the optical path difference Δ between the ξ component and the η component is Δ = n ξ / cos (θ) −n η d / cos (θ) = λ / 2 at the wavelength λ = 550. The thickness d of the birefringent sheet material 3 is 311
μm.

【0033】こうして得られた実施例のグレーティング
偏光子1は、偏光グレーティング2側から入射させた自
然光を、P偏光に選択性高く変換して出射した。またこ
の場合、光強度の損失割合は極めて僅かであった。
The thus-obtained grating polarizer 1 of the embodiment converted the natural light incident from the polarization grating 2 side into P-polarized light with high selectivity and emitted it. Further, in this case, the loss ratio of the light intensity was extremely small.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、自然光から光強度を損
失させることなく直線偏光を取り出すことが可能とな
る。したがって、直線偏光を利用した光学装置におい
て、光源の強度を不用に高めたり、センサーの感度を高
めたりすることが不要となり、装置の製造コストの低下
や装置の小型化を図ることが可能となる。
According to the present invention, linearly polarized light can be extracted from natural light without loss of light intensity. Therefore, in an optical device that uses linearly polarized light, it is not necessary to unnecessarily increase the intensity of the light source or increase the sensitivity of the sensor, and it is possible to reduce the manufacturing cost of the device and downsize the device. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のグレーティング偏光子の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a grating polarizer of the present invention.

【図2】偏光グレーティングにおける位相分布の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a phase distribution in a polarization grating.

【図3】本発明のグレーティング偏光子の作用の説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory view of the action of the grating polarizer of the present invention.

【図4】複屈折性シート状材料の作用の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of the action of a birefringent sheet material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 グレーティング偏光子 2 偏光グレーティング 3 複屈折性シート状材料 4 ニオブ酸リチウム層 5 イオン交換部 6 位相補償用誘電体 1 Grating Polarizer 2 Polarizing Grating 3 Birefringent Sheet-like Material 4 Lithium Niobate Layer 5 Ion Exchange Section 6 Phase Compensation Dielectric

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方向の偏光に対しては回折格子として
機能し、それと直交する方向の偏光に対しては回折格子
として機能せずに透明媒質として機能する偏光グレーテ
ィングと、複屈折性シート状材料とを積層したグレーテ
ィング偏光子であって、偏光グレーティング側から自然
光を入射させた場合に、偏光グレーティングで回折され
た偏光光と偏光グレーティングで回折されることなく透
過した偏光光とが、複屈折性シート状材料を透過するこ
とにより同一方向の偏光となるようにしたことを特徴と
するグレーティング偏光子。
1. A polarization grating that functions as a diffraction grating for polarized light in one direction, and does not function as a diffraction grating for polarized light in a direction orthogonal thereto, and functions as a transparent medium, and a birefringent sheet-like shape. When a natural light enters from the polarizing grating side, the polarized light diffracted by the polarizing grating and the polarized light transmitted without being diffracted by the polarizing grating are birefringent. A grating polarizer, which is configured to be polarized in the same direction by transmitting a material sheet material.
【請求項2】 複屈折性シート状材料の光軸が、該複屈
折性シート状材料のシート面に垂直である請求項1記載
のグレーティング偏光子。
2. The grating polarizer according to claim 1, wherein the optical axis of the birefringent sheet material is perpendicular to the sheet surface of the birefringent sheet material.
【請求項3】 複屈折性シート状材料が一軸結晶からな
る請求項1又は2記載のグレーティング偏光子。
3. The grating polarizer according to claim 1, wherein the birefringent sheet-shaped material is a uniaxial crystal.
【請求項4】 偏光グレーティングを構成する複屈折性
材料と複屈折性シート状材料とが同一屈折率材料から形
成されている請求項1〜3のいずれかに記載のグレーテ
ィング偏光子。
4. The grating polarizer according to claim 1, wherein the birefringent material and the birefringent sheet material forming the polarization grating are made of the same refractive index material.
【請求項5】 偏光グレーティングを構成する複屈折性
材料と複屈折性シート状材料とが同一材料から一体的に
形成されている請求項4記載のグレーティング偏光子。
5. The grating polarizer according to claim 4, wherein the birefringent material and the birefringent sheet-shaped material forming the polarization grating are integrally formed of the same material.
【請求項6】 複屈折性シート状材料の出射側に偏光膜
を、該複屈折性シート状材料の出射光の偏光方向と該偏
光膜の偏光方向とが一致するように積層した請求項1〜
5のいずれかに記載のグレーティング偏光子。
6. The birefringent sheet material is laminated on the exit side with a polarizing film so that the polarization direction of the outgoing light of the birefringent sheet material and the polarization direction of the polarizing film coincide with each other. ~
5. The grating polarizer according to any one of 5 above.
JP28786995A 1995-10-09 1995-10-09 Grating polarizer Pending JPH09105813A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28786995A JPH09105813A (en) 1995-10-09 1995-10-09 Grating polarizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28786995A JPH09105813A (en) 1995-10-09 1995-10-09 Grating polarizer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09105813A true JPH09105813A (en) 1997-04-22

Family

ID=17722807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28786995A Pending JPH09105813A (en) 1995-10-09 1995-10-09 Grating polarizer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09105813A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002040254A (en) * 2000-07-31 2002-02-06 Toppan Printing Co Ltd Polarizing element
JP2003043251A (en) * 2001-07-30 2003-02-13 Kyocera Corp Polarizing element, liquid crystal display device and portable terminal or display appliance
JP2003066232A (en) * 2001-08-24 2003-03-05 Asahi Glass Co Ltd Multilayer diffraction polarizer and composite liquid crystal element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002040254A (en) * 2000-07-31 2002-02-06 Toppan Printing Co Ltd Polarizing element
JP2003043251A (en) * 2001-07-30 2003-02-13 Kyocera Corp Polarizing element, liquid crystal display device and portable terminal or display appliance
JP2003066232A (en) * 2001-08-24 2003-03-05 Asahi Glass Co Ltd Multilayer diffraction polarizer and composite liquid crystal element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5029988A (en) Birefringence diffraction grating type polarizer
JP2703930B2 (en) Birefringent diffraction grating polarizer
EP1420275B1 (en) Isolator and optical attenuator
US4492436A (en) Polarization independent beam splitter
US5914811A (en) Birefringent grating polarizing beam splitter
JP2003315552A (en) Integrated optical element
US8358466B2 (en) Optical delay line interferometers with silicon dual mirror for DPSK
JP4792679B2 (en) Isolator and variable voltage attenuator
EP0474237B1 (en) Prism optical device and polarizer using it
JPS63314502A (en) Double refractive diffraction grating type polarizing plate
JPH09105813A (en) Grating polarizer
JP2790669B2 (en) Polarizer
CN101203911A (en) Reflective holographic data storage carrier
EP0845111B1 (en) Thin film polarizing device
JP2541548B2 (en) Diffraction grating type optical polarizer
JP3228773B2 (en) Optical isolator
JP5152366B2 (en) Isolator and variable voltage attenuator
JP2718112B2 (en) Birefringent diffraction grating polarizer and method of manufacturing the same
JPH02109086A (en) Hologram printing equipment
JP2848137B2 (en) Birefringent diffraction grating polarizer
JP4534318B2 (en) Polarizing element
JPH0391715A (en) Optical isolator
JPH0830767B2 (en) Hologram element
JP2008197182A (en) Light flux splitting element and light flux splitting method
JP2789941B2 (en) How to use birefringent diffraction grating polarizer

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040830

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040907

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041105

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041228

A521 Written amendment

Effective date: 20050225

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050405