WO2023012892A1 - 偏光子、偏光子適用機器、及び偏光子の製造方法 - Google Patents

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WO2023012892A1
WO2023012892A1 PCT/JP2021/028748 JP2021028748W WO2023012892A1 WO 2023012892 A1 WO2023012892 A1 WO 2023012892A1 JP 2021028748 W JP2021028748 W JP 2021028748W WO 2023012892 A1 WO2023012892 A1 WO 2023012892A1
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WO
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polarizer
carbon fibers
manufacturing
raw material
plastic
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PCT/JP2021/028748
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広紀 小林
元気 山下
亘 辻田
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三菱電機株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00634—Production of filters
    • B29D11/00644—Production of filters polarizing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a polarizer, a polarizer application device, and a method for manufacturing a polarizer.
  • Electromagnetic waves in the terahertz (THz) frequency band are expected to be used for object detection or imaging, and for 6G (6th Generation) communications. Since terahertz waves are often used after being polarized into linearly polarized waves or circularly polarized waves, a polarizer for terahertz waves is required to use terahertz waves.
  • Patent Document 1 proposes a polarizer for terahertz using a wire grid including a plurality of metallic wires (for example, tungsten wires) arranged at regular intervals.
  • JP 2018-36517 A (for example, paragraph 0031, FIG. 1)
  • the above-described conventional polarizer has a problem that the polarization performance is likely to deteriorate due to breakage of the metal wire or misalignment of the metal wire.
  • An object of the present disclosure is to provide a polarizer capable of stably maintaining polarization performance, a polarizer application device having the polarizer, and a method for manufacturing a polarizer.
  • a polarizer of the present disclosure is a polarizer that polarizes electromagnetic waves, and includes a plurality of carbon fibers and a holding portion that holds the plurality of carbon fibers while being spaced apart from each other. , wherein the plurality of carbon fibers have a portion extending in the same direction.
  • a method for manufacturing a polarizer of the present disclosure is a method for manufacturing a polarizer that polarizes electromagnetic waves, in which a plurality of carbon fibers are spaced apart from each other and arranged to have portions extending in the same direction. and fixing the plurality of carbon fibers.
  • the method for manufacturing a polarizer of the present disclosure is a method for manufacturing a polarizer that polarizes electromagnetic waves, and includes a plurality of carbon fibers and plastics arranged on a mold so as to have portions extending in the same direction. placing a raw material; applying pressure to the plurality of carbon fibers placed on the mold and the plastic raw material to mold the plastic raw material; and Curing to form a molding containing the plurality of carbon fibers and a plastic portion filling the periphery of the plurality of carbon fibers; and Removing the molding from the mold. It is characterized by
  • the polarization performance of the polarizer can be stably maintained.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a main part of a polarizer according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the entire polarizer according to Embodiment 1.
  • FIG. 3A to 3C are schematic cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the polarizer of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing the polarizer of FIG. 1;
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing the structure of a polarizer according to Embodiment 2; 6 is a schematic cross-sectional view of the polarizer of FIG. 5 taken along line VI-VI.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the polarizer of FIG.
  • FIG. 5 taken along line VII-VII; 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the polarizer of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the polarization characteristics of the polarizer of FIG. 5 and the carbon fiber density;
  • FIG. (A) and (B) are schematic diagrams showing the configuration of an encoder as a polarizer-applied device according to Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 13 is a perspective view showing the detailed structure of the polarizer of the encoder shown in FIGS. 12(A) and 12(B);
  • a polarizer, a polarizer-applied device, and a method for manufacturing a polarizer according to embodiments will be described below with reference to the drawings.
  • the following embodiments are merely examples, and the embodiments can be combined as appropriate and each embodiment can be modified as appropriate.
  • the coordinate axes of the XYZ orthogonal coordinate system are shown in the figure to make it easier to understand the relationship between the figures.
  • the X-axis is the coordinate axis of the X-direction in which each carbon fiber extends (that is, the orientation direction of the carbon fibers).
  • the Y-axis is a coordinate axis in the Y-direction (that is, arrangement direction) in which a plurality of carbon fibers are arranged.
  • the Z-axis is a coordinate axis in the Z direction, which is the direction in which electromagnetic waves are incident.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of main parts of a polarizer 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the entire polarizer 1.
  • FIG. A polarizer 1 polarizes the electromagnetic wave.
  • the polarizer 1 has a structure particularly suitable for polarizing terahertz waves traveling in the Z direction.
  • a terahertz wave is, for example, an electromagnetic wave with a frequency of 0.1 THz to 10 THz (that is, a wavelength of 30 ⁇ m to 3000 ⁇ m).
  • the polarizer 1 has a plurality of carbon fibers 11 and a holding member 12 that is a holding portion that holds the plurality of carbon fibers 11 in a spaced-apart manner. are doing.
  • the holding member 12 can also be used as a jig for holding a plurality of carbon fibers 11 .
  • the multiple carbon fibers 11 are conductors having portions extending in the same direction (the X direction in FIG. 1).
  • FIG. 1 shows an example in which a plurality of carbon fibers 11 extend in the same X direction (that is, parallel to each other).
  • the number of carbon fibers may be any number. Further, the details of the material, size, density, etc. of the carbon fiber used will be described in the second embodiment below.
  • the holding member 12 holds near the ends of the carbon fibers 11 .
  • the holding member 12 includes a first member 13 having a plurality of grooves 13a for positioning the vicinity of the ends of the carbon fibers 11, and a second member for pressing and fixing the plurality of carbon fibers 11 in the plurality of grooves 13a. 14.
  • the second member 14 is fixed to the first member 13 by, for example, screws or adhesive.
  • FIG. 1 shows a pair of holding members 12 facing each other, and as shown in FIG. may
  • the arrangement pitch of the plurality of grooves 13a (that is, the interval P between the lowest bottoms of adjacent grooves 13a) is a constant value.
  • a constant value is determined according to the wavelength of the terahertz wave to be handled.
  • the interval P is desirably 1/4 or less of the wavelength of the terahertz wave to be used.
  • the plurality of carbon fibers 11 are arranged according to the intervals P of the plurality of grooves 13a.
  • adjacent carbon fibers 11 are arranged at equal intervals. However, the intervals between adjacent carbon fibers 11 may be random.
  • the wavelength of the polarized terahealth wave can be selected with high accuracy.
  • the productivity of the polarizer can be improved.
  • FIG. 1 shows a V-shaped groove as the groove 13a
  • the shape of the groove 13a is not limited to the illustrated shape.
  • FIG. 1 also shows a structure in which the carbon fibers 11 are sandwiched between the first member 13 and the second member 14 in order to fix the carbon fibers 11. is not limited to In FIG. 1, both ends of the carbon fibers 11 are fixed by the grooves 13a, but it is also possible to float in the air without fixing one end.
  • the carbon fiber 11 is a member whose main component is carbon.
  • An example of the carbon fibers 11 is PAN-based (polyacrylonitrile) carbon fibers, which are acrylic fibers.
  • Another example of the carbon fibers 11 is pitch-based carbon fibers, which are fibers made by carbonizing pitch (a by-product of petroleum, coal, coal tar, etc.) as a raw material at a high temperature. If the carbon fibers are discontinuous chopped or milled fibers, it is difficult to align the plurality of carbon fibers 11 as shown in FIG. However, when the carbon fibers are continuous fibers, the plurality of carbon fibers 11 can be aligned and fixed by the holding member 12 .
  • the carbon fiber 11 has a tensile strength of 3000 MPa to 7000 MPa, and the tensile strength of the carbon fiber 11 is higher than that of the metal material. Therefore, as shown in FIG. 2, even when the grating of the polarizer 1 is formed, the plurality of carbon fibers 11 are difficult to cut, so the productivity of the polarizer 1 is increased. better than if
  • FIG. 3A to 3C are schematic cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the polarizer 1.
  • FIG. FIG. 4 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing the polarizer 1. As shown in FIG. Manufacturing of the polarizer 1 is automatically performed by a manufacturing apparatus, for example.
  • a plurality of carbon fibers 11 are placed on two lower molds 101a and 101b (that is, the first member 13 in FIG. 1) arranged side by side. are spaced apart from each other (step S11).
  • the plurality of carbon fibers 11 are wire-shaped, and arranged such that the plurality of carbon fibers 11 have portions extending in the same direction (the X direction in FIG. 3A). be done.
  • the lower die 101a is provided with grooves 113a (ie, the grooves 13 in FIG. 1).
  • the lower die 101b is provided with grooves 113b having the same pitch and the same shape as the grooves 113a (that is, the grooves 13 in FIG. 1).
  • step S12 the upper dies 102a and 102b are placed over the lower dies 101a and 101b (step S12), and the lower dies 101a and 102a are fixed (step S13).
  • Fixing can be done by a method such as screws or an adhesive, and the method does not matter.
  • the lower mold 101b and the upper mold 102b are simultaneously moved in the extending direction of the carbon fibers 11 (minus X direction in FIG. 3) (step S14).
  • the lower mold 101b and the upper mold 102b are fixed (step S15). Fixing can be done by a method such as screws or an adhesive, and the method does not matter.
  • the polarizer 1 can be manufactured through the above steps.
  • the polarizer 1 according to Embodiment 1 has a plurality of carbon fibers 11 held by the holding member 12, the strength can be increased and the polarizer 1 is hard to break. Therefore, the polarizer 1 can maintain stable polarization characteristics.
  • Embodiment 2 In Embodiment 1, a structure in which a plurality of carbon fibers 11 are held by a holding member 12 has been described. In Embodiment 2, a structure in which a plurality of carbon fibers are embedded inside a plastic portion will be described. .
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of the polarizer 2 according to Embodiment 2.
  • FIG. A polarizer 2 polarizes the electromagnetic wave.
  • the polarizer 2 has a structure particularly suitable for polarizing terahertz waves traveling in the Z direction.
  • the polarizer 2 has a plurality of carbon fibers 21 and a plastic portion 22 that is a holding portion that holds the plurality of carbon fibers 21 while being spaced apart from each other. are doing.
  • the multiple carbon fibers 21 are conductors having portions extending in the same direction (the X direction in FIG. 5).
  • the plurality of carbon fibers 21 as conductors are covered with the plastic portion 22 as an insulator.
  • FIG. 5 shows an example in which a plurality of carbon fibers 21 have portions extending in the same X direction.
  • 20 carbon fibers are shown as the plurality of carbon fibers 21 in FIG. 5, the number of the plurality of carbon fibers may be any number.
  • a plurality of carbon fibers 21 are embedded in the plastic portion 22 . That is, in Embodiment 2, the holding portion has the plastic portion 22 in which the plurality of carbon fibers 21 are embedded.
  • the plastic part 22 contains, for example, a thermosetting epoxy resin.
  • the carbon fiber 21 is PAN-based carbon fiber.
  • Another example of carbon fiber 21 is pitch-based carbon fiber.
  • the carbon fibers may be chopped fibers or milled fibers, but continuous fibers are more preferable because the orientation direction of the fibers can be easily controlled.
  • the fiber length should be selected according to the wavelength of the terahertz wave. However, in order to support all frequencies of terahertz waves, it is desirable that the length of the carbon fiber is 10 times or more with respect to the diameter ⁇ of the carbon fiber in order to obtain good polarization characteristics.
  • the plurality of carbon fibers 21 are embedded inside the plastic portion 22, and an object or person does not touch the carbon fibers 21. Therefore, the carbon fibers 21 cannot be cut. is less likely to occur, and misalignment between the carbon fibers 21 is less likely to occur.
  • the diameter ⁇ of each of the plurality of carbon fibers 21 is preferably within the range of 5 ⁇ m to 15 ⁇ m. With this diameter, the distance between the adjacent carbon fibers 21 in the polarizer 2 and the distance between the portions of the plastic portion 22 adjacent to each other across the carbon fibers are both 1/4 wavelength with respect to the wavelength of the terahertz wave. You can:
  • the continuous PAN-based carbon fiber and the continuous pitch-based carbon fiber, which are put into practical use as structural carbon fibers have diameters within this range, and are therefore suitable for mass production.
  • the volume content of the carbon fibers 21 with respect to the polarizer 2 is desirably within the range of 1% to 75%.
  • the volume content rate is the ratio of the volume of the plurality of carbon fibers 21 to the total value of the volume of the plurality of carbon fibers 21 and the volume of the plastic portion 22 .
  • This volume content may be set according to the wavelength of the terahertz wave. Since this volume content is in the range of 55% to 75% when the prepreg is molded by applying pressure, productivity can be improved by using the prepreg.
  • the volume content of carbon fiber here refers to JIS (Japanese Industrial Standards) K7075-1991 "Testing methods for carbon fiber content and void content of carbon fiber reinforced plastics". is the volume fraction Vf determined by the combustion method specified in .
  • the plastic part 22 be made of a material with high insulating properties. If a conductive plastic or a plastic to which a conductive filler is added is used as the plastic portion 22, the polarizing characteristics are deteriorated. From the viewpoint of polarization characteristics, the plastic part 22 is desirably made of plastic having a low dielectric constant and low dielectric loss tangent.
  • the plastic portion 22 may be made of either thermosetting resin or thermoplastic resin. From the standpoint of moldability, it is more desirable that the plastic part 22 be made of a thermosetting epoxy resin that is easily prepregized, has excellent moldability in a semi-cured state, and has a low dielectric constant.
  • the plastic part 22 contains an epoxy resin, the dielectric constant is 3.2 to 4.0, and the loss tangent tan ⁇ is 0.002 to 0.05. Since the tangent tan ⁇ is low, it is more desirable from the viewpoint of polarization characteristics.
  • Materials of the plastic part 22 include epoxy resin, vinyl ester, unsaturated polyester, furan, polyurethane, polyimide, polyamide, polyether ether ketone, polyether sulfone, polypropylene, polyester, polycarbonate, acrylonitrile styrene, acrylonitrile butadiene styrene, It may also be a modified polyphenylene ether and gives good performance.
  • the resin may be mixed with additives or fillers, which are materials that do not impair insulation, in order to obtain desired performance in terms of strength, rigidity, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion.
  • additives or fillers which are materials that do not impair insulation, in order to obtain desired performance in terms of strength, rigidity, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion.
  • the permittivity and dielectric loss tangent are dielectric characteristics for electromagnetic waves in the terahertz band. Since these dielectric constant and dielectric loss tangent measuring devices are not in circulation, the cavity resonance described in JIS R1641 "Measurement method for dielectric of fine ceramic plates at microwave frequency" The dielectric constant and dielectric loss tangent measured at 10 GHz or more according to the method may be used instead.
  • the dielectric constant refers to the ratio to the vacuum dielectric constant.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the polarizer 2 of FIG. 5 taken along line VI-VI. That is, FIG. 6 shows a cross section parallel to the YZ plane.
  • FIG. 6 shows a state in which a plurality of carbon fibers 21 are embedded in the plastic portion 22. As shown in FIG. The plurality of carbon fibers 21 are not aligned at regular intervals, and the intervals between adjacent carbon fibers 21 are not constant but random. Also, the plurality of carbon fibers 21 has a component extending in the X direction in FIG. That is, the orientation direction of the plurality of carbon fibers 21 has a component in the X direction.
  • the allowable range of orientation that is, the allowable range of the extending direction of the carbon fibers 21 is within the range of -7° to +7°, where ⁇ 0° is the direction in which the polarization characteristics are the best. .
  • the carbon fibers 21 are oriented within the range of -7° to +7°, good polarization characteristics can be obtained.
  • the polarizer 2 can be manufactured by a molding method using prepreg, so that it is excellent in productivity.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the polarizer 2 of FIG. 5 taken along line VII-VII. That is, FIG. 7 shows a cross section parallel to the XZ plane.
  • FIG. 6 shows a state in which a plurality of carbon fibers 21 are embedded in the plastic portion 22. As shown in FIG. The plurality of carbon fibers 21 are not aligned at regular intervals, and the intervals between adjacent carbon fibers 21 are not constant but random. Also, the plurality of carbon fibers 21 has a component extending in the X direction in FIG. That is, the light distribution directions of the plurality of carbon fibers have a component in the X direction. In FIG. 7, the orientation direction of the carbon fibers 21 is within the range of -7° to +7°.
  • the cross section of the carbon fibers 21 may appear rectangular or elliptical.
  • the carbon fibers 21 may be inclined with respect to the X direction or may be exposed on the surface. In other words, if the carbon fibers 21 are oriented within the range of -7° to +7°, good polarization characteristics can be obtained.
  • FIG. 8(A) to (C) are schematic cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the polarizer 2 according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing the polarizer 2. As shown in FIG. Manufacturing of the polarizer 2 is automatically performed by a manufacturing apparatus, for example.
  • a plurality of carbon fibers 21 and a plastic raw material 22a are arranged on a mold 201 (step S21).
  • the plurality of carbon fibers 21 are wire-shaped, and arranged so that the plurality of carbon fibers 21 have portions extending in the same direction (the X direction in FIG. 8A). be done.
  • the molding die 201 is processed in advance so as to have a molding surface of a desired shape, so that the plastic raw material 22a can be molded into a desired shape.
  • the placement of the plurality of carbon fibers 21 and the plastic raw material 22a on the mold 201 may be performed at the same time. There may be.
  • the prepreg 23 in which the carbon fibers 21 are pre-impregnated with the plastic raw material 22a may be arranged at the same time.
  • the use of prepreg is more desirable because the volume content of the carbon fibers 21 can be controlled.
  • the carbon fibers 21 are covered with the plastic material 22a during manufacturing, the carbon fibers 21 are less likely to be cut during manufacturing, resulting in excellent productivity.
  • the plurality of carbon fibers 21 and the plastic raw material 22a placed on the mold 201 are covered with a vacuum bag 202, and the internal pressure of the vacuum bag 202 is lowered by a vacuum pump. , apply pressure to the carbon fibers 21 and the plastic raw material 22a at atmospheric pressure. Further, the temperature and pressure of the air outside the vacuum bag 202 are increased to heat and pressurize it (step S22).
  • This method is called the autoclave method. However, a press may be used to apply pressure.
  • the plurality of carbon fibers 21 and the molded plastic raw material 22a are cured to form a molding including the plurality of carbon fibers 21 and the plastic portion 22.
  • Methods of curing the plastic raw material (or prepreg) include a method of heating, a method of adding a catalyst to generate heat, and a method of adding an ultraviolet curable material and curing by irradiating ultraviolet rays.
  • step S24 demolding is performed to remove the vacuum bag 202 and the mold 201 from the plurality of carbon fibers 21 and the plastic portion 22, which are molded products.
  • the polarizer 2 can be manufactured by the above steps.
  • FIG. 10 is a diagram showing that linearly polarized light is generated by the polarizer 2 according to Embodiment 2.
  • FIG. The omnidirectionally vibrating terahertz waves (that is, non-polarized waves) are separated by the polarizer 2, and only the longitudinally vibrating terahertz waves are transmitted to become linearly polarized waves. Most of the waves that do not pass through are reflected, and the rest are absorbed by the material and lost.
  • FIG. 11 is a diagram showing experimental results and trends showing the relationship between the polarization characteristics of the polarizer 2 according to Embodiment 2 and the carbon fiber density.
  • the density of the carbon fiber 21 of the polarizer 2 was changed, the polarizer 2 was irradiated with a 0.3 Hz terahertz wave, and the reflected wave was detected.
  • the intensity of the terahertz wave on two orthogonal axes of the reflected wave is Ax and Ay, respectively, and the intensity difference (Ax-Ay), which is the difference between them, is plotted on the vertical axis in units of [dB]. , which is used as an index of the polarization characteristics of the polarizer 2 .
  • the density of the carbon fibers 21 increases, the polarization characteristics improve.
  • the upper limit of the density of the carbon fibers 21 is 2.26 g/cm 3 of ideal graphite. Although the lower limit is not particularly limited, one having a density of 1.76 g/cm 3 or more can be stably produced. Pitch-based carbon fibers with a density of 2.22 g/cm 3 or less can be stably produced. Applicants have found that the increase in polarizing properties with increasing carbon fiber density tends to become steeper at 2.10 g/cm 3 .
  • the density of the carbon fiber be 1.76 g/cm 3 or more and 2.26 g/cm 3 or less. Moreover, it is more desirable that the density of the carbon fiber be in the range of 2.10 g/cm 3 to 2.22 g/cm 3 . Also, the most desirable carbon fiber density is 2.22 g/cm 3 .
  • the density of carbon fiber referred to here is defined by JIS R7603: 1999 "Carbon fiber-Determination of density (Carbon fiber-Determination of density)" liquid displacement method, floating and sinking method, density gradient piping method, and pycnometer method. It is a density that can be measured by either method.
  • the polarizer 2 according to Embodiment 2 has a plurality of carbon fibers 21 fixed by the plastic portion 22, so the strength can be increased and the polarizer 2 is hard to break. Therefore, the polarizer 2 can maintain stable polarization characteristics.
  • the encoder 3 includes a polarizer 30 , a transmitter 31 for transmitting terahertz waves 34 that are electromagnetic waves, a receiver 32 that is a sensor that receives terahertz waves reflected by the polarizer 30 (or transmitted through the polarizer 30 ), and a calculator 33 .
  • the arithmetic unit 33 is a circuit including an arithmetic circuit or an information processing processor. The functions of the calculation unit 33 may be implemented by a computer.
  • the polarizer 30 has one or more of the polarizers 1 or 2 described in Embodiment 1 or 2, and here, the polarizer 2 described in Embodiment 2 (hereinafter also referred to as polarizer 2a or 2b). ) will be described.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the detailed structure of the polarizer 30.
  • the polarizer 30 has a section (that is, the polarizer 2b portion) in which the carbon fiber direction extends parallel to the moving direction 35 and a section in which the carbon fiber direction extends in a direction 35a orthogonal to the moving direction 35.
  • the existing sections that is, the polarizer 2a portion
  • the existing sections have a structure in which they are alternately arranged in the moving direction 35 .
  • the polarizer 30 has a structure that reflects the terahertz wave 34 of a specific phase according to the position in the moving direction 35 .
  • the calculation unit 33 can output a signal that encodes the movement of the polarizer 30 based on the detection signal of the reception unit 32 .
  • the receiving section 32 may be arranged at a position where the linearly polarized wave that has passed through the polarizer 30 is detected.
  • polarizer-applied devices include position detection devices and shape measurement devices.
  • a polarizer-applied device using the polarizer 1 or 2 can stably use polarized waves of terahertz waves. Further, in the polarizer-applied equipment using the polarizer 1 or 2, the productivity of the device can be improved.

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Abstract

偏光子は、電磁波を偏光する偏光子であって、複数本の炭素繊維（１１）と、複数本の炭素繊維を互いに間隔を開けて配置された状態で保持する保持部（１２）とを有し、複数本の炭素繊維（１１）が同一方向に延在する部分を有する。

Description

偏光子、偏光子適用機器、及び偏光子の製造方法
　本開示は、偏光子、偏光子適用機器、及び偏光子の製造方法に関する。
　テラヘルツ（ＴＨｚ）の周波数帯の電磁波（以下「テラヘルツ波」ともいう。）は、物体検知又はイメージングへの応用、６Ｇ（６ｔｈ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）通信への利用などの点で期待されている。テラヘルツ波は直線偏光波又は円偏光波に偏光して使用されることが多いため、テラヘルツ波の利用にはテラヘルツ波用の偏光子が必要である。例えば、特許文献１は、一定間隔で配列された複数本の金属性ワイヤ（例えば、タングステンワイヤ）を含むワイヤグリッドを用いたテラヘルツ用の偏光子を提案している。
特開２０１８－３６５１７号公報（例えば、段落００３１、図１）
　しかしながら、上記従来の偏光子では、金属製ワイヤが切れる又は金属製ワイヤの位置ずれによって、偏光性能の低下が起こりやすいという課題がある。
　本開示は、偏光性能を安定して維持することができる偏光子、これを有する偏光子適用機器、及び偏光子の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の偏光子は、電磁波を偏光する偏光子であって、複数本の炭素繊維と、前記複数本の炭素繊維を互いに間隔を開けて配置された状態で保持する保持部と、を有し、前記複数本の炭素繊維が同一方向に延在する部分を有することを特徴とする。
　また、本開示の偏光子の製造方法は、電磁波を偏光する偏光子を製造する方法であって、複数本の炭素繊維を互いに間隔を開けて、同一方向に延在する部分を有するように配置する工程と、前記複数の炭素繊維を固定する工程と、を有することを特徴とする。
　また、本開示の偏光子の製造方法は、電磁波を偏光する偏光子を製造する方法であって、成形型上に、同一方向に延在する部分を有するように並ぶ複数本の炭素繊維とプラスチック原料とを配置する工程と、前記成形型上に配置された前記複数本の炭素繊維と前記プラスチック原料とに圧力を付与して、前記プラスチック原料を成形する工程と、成形された前記プラスチック原料を硬化させて、前記複数本の炭素繊維と前記複数本の炭素繊維の周囲を埋めるプラスチック部とを含む成形物を形成する工程と、前記成形物を前記成形型から脱型する工程と、を有することを特徴とする。
　本開示によれば、偏光子の偏光性能を安定して維持することができる。
実施の形態１に係る偏光子の要部の構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係る偏光子の全体を概略的に示す斜視図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、図１の偏光子の製造方法の例を示す概略断面図である。 図１の偏光子の製造方法の例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る偏光子の構造を概略的に示す斜視図である。 図５の偏光子をＶＩ－ＶＩ線で切る概略断面図である。 図５の偏光子をＶＩＩ－ＶＩＩ線で切る概略断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、図４の偏光子の製造方法の例を示す概略断面図である。 図５の偏光子の製造方法の例を示すフローチャートである。 図５の偏光子の偏光軸、繊維配向方向、及び振動方向の関係を示す図である。 図５の偏光子の偏光特性と炭素繊維密度の関係を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態３に係る偏光子適用機器としてのエンコーダの構成を示す概略図である。 図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるエンコーダの偏光子の詳細な構造を示す斜視図である。
　以下に、実施の形態に係る偏光子、偏光子適用機器、及び偏光子の製造方法を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態を適宜組み合わせること及び各実施の形態を適宜変更することが可能である。
　図相互の関係を理解しやすくするために、図には、ＸＹＺ直交座標系の座標軸が示されている。Ｘ軸は、各炭素繊維が延在する方向であるＸ方向（すなわち、炭素繊維の配向方向）の座標軸である。Ｙ軸は、複数本の炭素繊維が並ぶ方向であるＹ方向（すなわち、配列方向）の座標軸である。Ｚ軸は、電磁波が入射する方向であるＺ方向の座標軸である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る偏光子１の要部の構造を概略的に示す斜視図である。図２は、偏光子１の全体を概略的に示す斜視図である。偏光子１は、電磁波を偏光する。偏光子１は、特に、Ｚ方向に進むテラヘルツ波の偏光に適した構造を持つ。テラヘルツ波は、例えば、周波数が０．１ＴＨｚ～１０ＴＨｚ（すなわち、波長が３０μｍ～３０００μｍ）の電磁波である。
　図１に示されるように、偏光子１は、複数本の炭素繊維１１と、複数本の炭素繊維１１を互いに間隔を開けて配置された状態で保持する保持部である保持部材１２とを有している。保持部材１２は、複数本の炭素繊維１１を保持する治具としても使用可能である。複数本の炭素繊維１１は、同じ方向（図１では、Ｘ方向）に延在する部分を有する導体である。図１には、複数本の炭素繊維１１が同じＸ方向（つまり、互いに平行に）に延在する例が示されている。図１には、複数本の炭素繊維１１として、３本の炭素繊維が示されているが、炭素繊維の本数は、何本であってもよい。また、使用される炭素繊維の材質、サイズ、密度、などの詳細は、後述の実施の形態２で説明される。
　保持部材１２は、炭素繊維１１の端部付近を保持する。保持部材１２は、炭素繊維１１の端部付近をそれぞれ位置決めする複数の溝１３ａを有する第１の部材１３と、複数の溝１３ａ内の複数本の炭素繊維１１を押さえつけて固定する第２の部材１４とを有している。第２の部材１４は、例えば、ネジ又は接着剤などによって第１の部材１３に固定される。図１には、互いに向き合う１対の保持部材１２が示されているが、保持部材１２は、図２に示されるように、平行に並ぶ複数本の炭素繊維１１を囲う枠状の部材であってもよい。
　図１の例では、複数の溝１３ａの配列ピッチ（すなわち、隣り合う溝１３ａの最も低い底部の間隔Ｐ）は、一定値である。一定値は、扱うテラヘルツ波の波長に応じて決定される。間隔Ｐは、利用するテラヘルツ波の波長の１／４以下にすることが望ましい。複数本の炭素繊維１１は、複数の溝１３ａの間隔Ｐに従って配置される。図１では、隣り合う炭素繊維１１は、等間隔に配置されている。ただし、隣り合う炭素繊維１１の間隔をランダムにしてもよい。複数本の炭素繊維１１を等間隔に配置した場合、偏光されるテラヘルス波の波長を高精度に選択することができる。一方、複数本の炭素繊維１１をランダムな間隔で配置した場合（つまり、間隔の大きな誤差を許容する構造を採用した場合）、偏光子の生産性を向上させることができる。
　図１には、溝１３ａとして、Ｖ字状の溝が示されているが、溝１３ａの形状は図示の形状に限定されない。また、図１には、炭素繊維１１を固定するために、第１の部材１３と第２の部材１４とによって炭素繊維１１を挟み付ける構造が示されているが、固定構造は、図示の例に限定されない。図１では、溝１３ａによって炭素繊維１１の両方の端部を固定しているが、一方の端部を固定せずに、宙に浮いた状態にすることも可能である。
　炭素繊維１１は、主成分を炭素とする部材である。炭素繊維１１の一例は、アクリル繊維であるＰＡＮ系（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）炭素繊維である。炭素繊維１１の他の例は、ピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）を原料に高温で炭化して作った繊維であるピッチ系炭素繊維である。炭素繊維が、不連続なチョップド繊維又はミルド繊維である場合は、図１に示されるように複数本の炭素繊維１１を整列させることは困難である。しかし、炭素繊維が連続繊維である場合は、複数本の炭素繊維１１を整列させた状態で、保持部材１２によって固定することができる。さらに、炭素繊維１１は、引張強度３０００ＭＰａ～７０００ＭＰａを有しており、炭素繊維１１の引張強度は、金属材料の引張強度よりも高い。このため、図２に示されるように、偏光子１のグレーチングを構成した場合であっても、複数本の炭素繊維１１は切れにいので、偏光子１の生産性は金属材料でグレーチングを構成した場合よりも優れている。
　次に、偏光子１の製造方法について説明する。図３（Ａ）から（Ｃ）は、偏光子１の製造方法の例を示す概略断面図である。図４は、偏光子１の製造方法の例を示すフローチャートである。偏光子１の製造は、例えば、製造装置によって自動的に実行される。
　先ず、図３（Ａ）に示されるように、並んで配置された２つの成形型である下型１０１ａ、１０１ｂ（すなわち、図１における第１の部材１３）上に、複数本の炭素繊維１１を互いに間隔を開けて配置する（ステップＳ１１）。図３（Ａ）では、複数本の炭素繊維１１は、ワイヤ状であり、複数本の炭素繊維１１が同一方向（図３（Ａ）ではＸ方向）に延在する部分を有するように、配置される。複数本の炭素繊維１１の間隔を制御するために、下型１０１ａには溝１１３ａ（すなわち、図１における溝１３）が設けられている。下型１０１ｂは、溝１１３ａを同じピッチで同じ形状の溝１１３ｂ（すなわち、図１における溝１３）が設けられている。
　次に、上型１０２ａ、１０２ｂを下型１０１ａ、１０１ｂにそれぞれかぶせ（ステップＳ１２）、下型１０１ａと上型１０２ａを固定する（ステップＳ１３）。固定は、ネジまたは接着剤などの方法であれば可能であり、方法は問わない。
　次に、下型１０１ｂと上型１０２ｂを同時に、炭素繊維１１の延在方向（図３では、マイナスＸ方向）に移動させる（ステップＳ１４）。次に、下型１０１ｂと上型１０２ｂを固定する（ステップＳ１５）。固定は、ネジまたは接着剤などの方法であれば可能であり、方法は問わない。以上の工程により、偏光子１を製造することができる。
　実施の形態１に係る偏光子１は、保持部材１２で保持された複数本の炭素繊維１１を有しているので、強度を高くすることができ、破損しにくい。このため、偏光子１は、安定した偏光特性を維持することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、複数本の炭素繊維１１を保持部材１２で保持した構造を説明したが、実施の形態２では、複数本の炭素繊維がプラスチック部の内部に埋没している構造を説明する。
　図５は、実施の形態２に係る偏光子２の構造を概略的に示す斜視図である。偏光子２は、電磁波を偏光する。偏光子２は、特に、Ｚ方向に進むテラヘルツ波の偏光に適した構造を持つ。
　図５に示されるように、偏光子２は、複数本の炭素繊維２１と、複数本の炭素繊維２１を互いに間隔を開けて配置された状態で保持する保持部であるプラスチック部２２とを有している。複数本の炭素繊維２１は、同じ方向（図５では、Ｘ方向）に延在する部分を有する導体である。言い換えれば、実施の形態２では、導体としての複数の炭素繊維２１が絶縁体としてのプラスチック部２２で覆われている。図５には、複数本の炭素繊維２１が同じＸ方向に延在する部分を有する例が示されている。図５には、複数本の炭素繊維２１として、２０本の炭素繊維が示されているが、複数の炭素繊維の本数は何本であってもよい。
　プラスチック部２２は、複数本の炭素繊維２１を埋没させている。つまり、実施の形態２では、保持部は、複数本の炭素繊維２１を埋没させるプラスチック部２２を有している。プラスチック部２２は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂を含む。
　炭素繊維２１の一例は、ＰＡＮ系炭素繊維である。炭素繊維２１の他の例は、ピッチ系炭素繊維である。実施の形態２では、炭素繊維は、チョップド繊維又はミルド繊維であってもよいが、連続繊維の方が、繊維の配向方向を制御しやすいので、より望ましい。炭素繊維が、チョップド繊維又はミルド繊維である場合は、テラヘルツ波の波長に応じて繊維長さを選択すればよい。ただし、テラヘルツ波の全周波数に対応するためには、炭素繊維の直径φに対する炭素繊維の長さが、１０倍以上であることが、良好な偏光特性を得るために望ましい。実施の形態２に係る偏光子２によれば、複数本の炭素繊維２１がプラスチック部２２の内部に埋め込まれており、物又は人が炭素繊維２１に触れることがないので、炭素繊維２１の切断が発生しにくく、また、炭素繊維２１相互間の位置ずれが生じにくい。
　また、複数本の炭素繊維２１の各々の直径φは、５μｍから１５μｍの範囲内であることが望ましい。この直径であれば、偏光子２における隣り合う炭素繊維２１の間の間隔、及び、プラスチック部２２の炭素繊維を挟んで隣り合う部分の間隔を、ともにテラヘルツ波の波長に対し、１／４波長以下にすることができる。また、構造用炭素繊維として実用化されている連続繊維のＰＡＮ系炭素繊維と、連続繊維のピッチ系炭素繊維とは、この範囲の直径を有しているため、大量生産に適している。偏光子２に対する炭素繊維２１の体積含有率は、１％～７５％の範囲内であることが望ましい。実施の形態２では、体積含有率は、複数の炭素繊維２１の体積とプラスチック部２２の体積の合計値に対する、複数の炭素繊維２１の体積の割合である。この体積含有率は、テラヘルツ波の波長に応じて設定すればよい。この体積含有率は、プリプレグに圧力を付与して成形した場合、５５％から７５％の範囲であるから、プリプレグを用いることで生産性を向上させることができる。ここでいう炭素繊維の体積含有率は、ＪＩＳ（日本工業規格）　Ｋ７０７５－１９９１「炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率及び空洞率試験方法（Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｖｏｉｄ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）」に定められた燃焼法による体積含有率Ｖｆのことである。
　プラスチック部２２は、絶縁性が高い材質であることが望ましい。プラスチック部２２として導電性プラスチック又は導電性フィラーが添加されたプラスチックを用いた場合は、偏光特性が悪化する。プラスチック部２２は、偏光特性の観点で、誘電率、誘電正接が低いプラスチックであることが望ましい。プラスチック部２２は、熱硬化樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれで形成されてもよい。プラスチック部２２は、成形性の観点では、プリプレグ化しやすく、半硬化状態で型への賦型性が優れ、誘電率が低い熱硬化性エポキシ樹脂であることが、より望ましい。
　具体的には、プラスチック部２２がエポキシ樹脂を含むことにより比誘電率が３．２から４．０、損失正接ｔａｎδが０．００２から０．０５の間であり、比誘電率が低く、損失正接ｔａｎδが低いので、偏光特性の観点でより望ましい。プラスチック部２２の材料は、エポキシ樹脂の他に、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、フラン、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネイト、アクリロニトリルスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、変性ポリフェニレンエーテルであってもよく、良好な性能が得られる。また、樹脂には、強度、剛性、熱伝導率、熱膨張率の観点で、所望の性能が得られるようにするために、絶縁性を損ねない材質である添加剤又はフィラーを混ぜてもよい。なお、誘電率、誘電正接は、テラヘルツ帯の電磁波に対する誘電特性のことである。これら誘電率、誘電正接の測定装置は流通していないことから、ＪＩＳ　Ｒ１６４１「ファインセラミックス基板のマイクロ波誘電特性の測定方法（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｏｆ　ｆｉｎｅ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｐｌａｔｅｓ　ａｔ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」に記載の空洞共振法により１０ＧＨｚ以上で測定した誘電率、誘電正接で代用してもよい。ここで、比誘電率は、真空の誘電率との比を指す。
　図６は、図５の偏光子２をＶＩ－ＶＩ線で切る概略断面図である。つまり、図６はＹ－Ｚ平面に平行な断面を示す。図６には、複数本の炭素繊維２１がプラスチック部２２に埋没している状態が示されている。複数本の炭素繊維２１は、等間隔に整列されたものではなく、隣り合う炭素繊維２１の間隔は、一定ではなく、無作為である。また、複数本の炭素繊維２１は、図６において、Ｘ方向に延在する成分を持つ。つまり、複数の炭素繊維２１の配向方向はＸ方向の成分を持つ。このように、複数本の炭素繊維２１が等間隔に整列していない場合であっても、良好な偏光特性を有することが確認されている。また、複数の炭素繊維２１の全てをプラスチック部２２に埋没させてもよいし、一部の炭素繊維２１がプラスチック部２２の表面に露出していてもよい。また、許容される配向の範囲、すなわち、炭素繊維２１の延在方向の許容範囲は、偏光特性が最も優れる方向を、±０°とした場合、－７°から＋７°までの範囲内である。つまり、炭素繊維２１が、－７°から＋７°までの範囲内の方向を向いていれば、良好な偏光特性が得られる。また、偏光子２は、プリプレグを用いた成形方法で製造可能なので生産性に優れる。
　図７は、図５の偏光子２をＶＩＩ－ＶＩＩ線で切る概略断面図である。つまり、図７はＸ－Ｚ平面に平行な断面を示す。図６には、複数本の炭素繊維２１がプラスチック部２２に埋没している状態が示されている。複数本の炭素繊維２１は、等間隔に整列したものではなく、隣り合う炭素繊維２１の間隔は、一定ではなく、無作為である。また、複数本の炭素繊維２１は、図７において、Ｘ方向に延在する成分を持つ。つまり、複数の炭素繊維の配光方向はＸ方向の成分を持つ。図７では、炭素繊維２１の配向方向を－７°から＋７°までの範囲内としている。このため、炭素繊維２１の断面が、長方形に見えるものと、楕円状に見えてるものとがある。また、炭素繊維２１が、Ｘ方向に対して傾斜しているものと、表面に露出しているものとがある。つまり、炭素繊維２１が、－７°から＋７°までの範囲内の方向を向いていれば、良好な偏光特性が得られる。
　図８（Ａ）から（Ｃ）は、実施の形態２に係る偏光子２の製造方法の例を示す概略断面図である。図９は、偏光子２の製造方法の例を示すフローチャートである。偏光子２の製造は、例えば、製造装置によって自動的に実行される。
　先ず、図８（Ａ）に示されるように、成形型２０１上に、複数本の炭素繊維２１とプラスチック原料２２ａとを配置する（ステップＳ２１）。図８（Ａ）では、複数本の炭素繊維２１は、ワイヤ状であり、複数本の炭素繊維２１が同一方向（図８（Ａ）ではＸ方向）に延在する部分を有するように、配置される。成形型２０１は、予め目的の形状の成形面を持つように加工しておくことで、プラスチック原料２２ａを所望の形状に成形することができる。
　複数本の炭素繊維２１とプラスチック原料２２ａの成形型２０１上への配置は、同時に行ってもよいが、複数本の炭素繊維２１の配置、プラスチック原料２２ａの配置の順、又は、逆の順であってもよい。また、炭素繊維２１にプラスチック原料２２ａが予め含侵されたプリプレグ２３として同時に配置してもよい。プリプレグを用いた場合には、炭素繊維２１の体積含有率を制御できるので、より望ましい。また、プリプレグを用いた場合には、製造中に炭素繊維２１がプラスチック原料２２ａに覆われているので、製造中に炭素繊維２１が切断されにくいため、生産性に優れる。
　次に、図８（Ｂ）に示されるように、成形型２０１上に配置された複数本の炭素繊維２１とプラスチック原料２２ａを真空袋２０２で覆い、真空ポンプで真空袋２０２の内圧を下げて、大気圧で炭素繊維２１とプラスチック原料２２ａに圧力を付与する。さらに、真空袋２０２の外側の空気の温度と圧力を上げて、加熱および加圧する（ステップＳ２２）。この方法は、オートクレーブ法という。ただし、圧力を付与するためにプレス機を用いてもよい。
　次に、図８（Ｃ）に示されるように、複数本の炭素繊維２１と成形されたプラスチック原料２２ａとを硬化させて、複数本の炭素繊維２１とプラスチック部２２とを含む成形物を形成する（ステップＳ２３）。プラスチック原料（又はプリプレグ）を硬化させる方法としては、加熱する方法、触媒を添加して発熱させる方法、又は紫外線硬化性の材料を添加して紫外線の照射によって硬化させる方法などがある。
　次に、図８（Ｃ）に示されるように、成形物である複数の炭素繊維２１とプラスチック部２２から真空袋２０２と成形型２０１を外す脱型を行う（ステップＳ２４）。以上の工程により、偏光子２を製造することができる。
　図１０は、実施の形態２に係る偏光子２によって直線偏光が生成されることを示す図である。全方向に振動するテラヘルツ波（すなわち、非偏光波）は、偏光子２によって分離され、縦方向に振動するテラヘルツ波のみが透過して、直線偏光波になる。透過しなかった波は、その大半が反射し、それ以外は材料に吸収されて損失する。
　図１１は、実施の形態２に係る偏光子２の偏光特性と炭素繊維密度の関係を示す実験結果と傾向を示す図である。偏光子２の炭素繊維２１の密度を変えて、偏光子２に０．３Ｈｚのテラヘルツ波を照射し、反射波を検出した。図１１のグラフでは、反射波の直交する２軸のテラヘルツ波の強度を、それぞれＡｘ、Ａｙとして、その差である強度差（Ａｘ－Ａｙ）を［ｄＢ］の単位で縦軸に取っており、これを偏光子２の偏光特性の指標としている。炭素繊維２１の密度の上昇に伴って、偏光特性が向上する。
　炭素繊維２１の密度は、理想黒鉛の２．２６ｇ／ｃｍ３が実現可能な上限である。下限は、特に限定されないが、１．７６ｇ／ｃｍ３以上のものが安定して生産できる。また、２．２２ｇ／ｃｍ３以下の密度のピッチ系炭素繊維は、安定して生産可能である。出願人は、炭素繊維密度の増加にともなう偏光特性の上昇は、２．１０ｇ／ｃｍ３で急峻になる傾向を見出した。
　以上の事実から、炭素繊維の密度は、１．７６ｇ／ｃｍ３以上２．２６ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。また、炭素繊維の密度は、２．１０ｇ／ｃｍ３から２．２２ｇ／ｃｍ３の範囲内であることがより望ましい。また、炭素繊維の密度は、２．２２ｇ／ｃｍ３において最も望ましい。ここでいう炭素繊維の密度は、ＪＩＳ　Ｒ７６０３：１９９９「炭素繊維－密度の試験方法（Ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ－Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｎｓｉｔｙ）」によって定められた液置換法、浮沈法、密度こう配管法、及び比重瓶法のいずれかの方法で測定できる密度である。
　実施の形態２に係る偏光子２は、プラスチック部２２で固定された複数本の炭素繊維２１を有しているので、強度を高くすることができ、破損しにくい。このため、偏光子２は、安定した偏光特性を維持することができる。
　また、偏光子２の炭素繊維２１は、プラスチック部２２に埋没しており、物又は人が導電部である炭素繊維２１に触れることができないので、故障が発生しにくい。
　図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態３に係る偏光子適用機器としてのエンコーダ３の構成を示す図である。エンコーダ３は、偏光子３０と、電磁波であるテラヘルツ波３４の発信部３１と、偏光子３０で反射（又は偏光子３０を透過）したテラヘルツを受信するセンサである受信部３２と、演算部３３とを有する。演算部３３は、演算回路、又は情報処理プロセッサを含む回路である。演算部３３の機能は、コンピュータによって実現されてもよい。偏光子３０は、実施の形態１又は２に記載の偏光子１又は２を１個以上有し、ここでは実施の形態２に記載の偏光子２（以下、偏光子２ａ又は２ｂとも表記する。）を複数個用いて構成した偏光子３０について説明する。
　図１３は、偏光子３０の詳細な構造を示す斜視図である。偏光子３０は、炭素繊維の方向が移動方向３５に対して平行に延在している区間（すなわち、偏光子２ｂ部分）と炭素繊維の方向が移動方向３５に対して直交する方向３５ａに延在している区間（すなわち、偏光子２ａ部分）が移動方向３５に交互に並べられた構造を有している。これにより、偏光子３０は、移動方向３５の位置に応じて特定の位相のテラヘルツ波３４を反射する構造を持つ。図１２（Ａ）の位置と図１２（Ｂ）の位置との間で移動方向３５又はその逆方向に偏光子３０が移動すると、受信部３２で受信される特定の位相のテラヘルツ波の反射成分の強度が変化する。演算部３３は、受信部３２の検出信号に基づいて偏光子３０の移動を符号化した信号として出力することができる。
　また、受信部３２は、偏光子３０を透過した直線偏光波を検出する位置に配置されてもよい。
　移動する偏光子３０は、移動中に物が接触したとしても、偏光子３０を構成する炭素繊維の強度が高いので、故障が発生しにくい。
　なお、偏光子適用機器としては、エンコーダの他に、位置検出装置、形状測定装置などがある。偏光子１又は２を用いた偏光子適用機器では、テラヘルツ波の偏光波を安定的に利用することができる。また、偏光子１又は２を用いた偏光子適用機器では、装置の生産性を向上させることができる。
　１、２　偏光子、　３　エンコーダ（偏光子適用機器）、　１１、２１　炭素繊維、　１２　保持部材、　１３　第１の部材、　１３ａ　溝、　１４　第２の部材、　２２　プラスチック部、　２２ａ　プラスチック原料、　２３　プリプレグ、　３０　偏光子、　３１　発信部、　３２　受信部、　３３　演算部、　３４　テラヘルツ波（電磁波）、　１０１ａ、１０１ｂ　下型、　１０２ａ、１０２ｂ　上型。

Claims (15)

  1. 　電磁波を偏光する偏光子であって、
    　複数本の炭素繊維と、
    　前記複数本の炭素繊維を互いに間隔を開けて配置された状態で保持する保持部と、
    　を有し、
    　前記複数本の炭素繊維が同一方向に延在する部分を有する
    　ことを特徴とする偏光子。
  2. 　前記保持部は、前記複数本の炭素繊維の端部付近を保持する保持部材を含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
  3. 　前記保持部材は、
    　前記複数本の炭素繊維の端部付近をそれぞれ位置決めする複数の溝を有する第１の部材と、
    　前記複数本の炭素繊維を前記複数の溝内で固定する第２の部材と
    　を含むことを特徴とする請求項２に記載の偏光子。
  4. 　前記保持部は、前記複数本の炭素繊維を埋没させるプラスチック部を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
  5. 　前記プラスチック部は、熱硬化性エポキシ樹脂を含む
    　ことを特徴とする請求項４に記載の偏光子。
  6. 　前記複数本の炭素繊維の前記偏光子に対する体積含有率は、１％から７５％の範囲内である
    　ことを特徴とする請求項４又は５に記載の偏光子。
  7. 　前記複数本の炭素繊維の各々の直径は、５μｍから１５μｍの範囲内である
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光子。
  8. 　前記複数本の炭素繊維の各々の密度は、１．７６ｇ／ｃｍ３以上、２．２６ｇ／ｃｍ３以下の範囲内である
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の偏光子。
  9. 　前記複数本の炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維である
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の偏光子。
  10. 　前記複数本の炭素繊維は、偏光軸に平行な方向に延在している
    　ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の偏光子。
  11. 　前記電磁波は、テラヘルツ波である
    　ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の偏光子。
  12. 　電磁波を偏光する偏光子を製造する方法であって、
    　複数本の炭素繊維を互いに間隔を開けて、同一方向に延在する部分を有するように配置する工程と、
    　前記複数の炭素繊維を固定する工程と、
    　を有することを特徴とする偏光子の製造方法。
  13. 　電磁波を偏光する偏光子を製造する方法であって、
    　成形型上に、同一方向に延在する部分を有するように並ぶ複数本の炭素繊維とプラスチック原料とを配置する工程と、
    　前記成形型上に配置された前記複数本の炭素繊維と前記プラスチック原料とに圧力を付与して、前記プラスチック原料を成形する工程と、
    　成形された前記プラスチック原料を硬化させて、前記複数本の炭素繊維と前記複数本の炭素繊維の周囲を埋めるプラスチック部とを含む成形物を形成する工程と、
    　前記成形物を前記成形型から脱型する工程と、
    　を有することを特徴とする偏光子の製造方法。
  14. 　前記複数本の炭素繊維と前記プラスチック原料とを配置する前記工程は、前記成形型上に前記複数本の炭素繊維に前記プラスチック原料を含侵させたプリプレグを配置する工程である
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の偏光子の製造方法。
  15. 　請求項１から１１のいずれか１項に記載の偏光子と、
    　前記偏光子に電磁波を照射する発信部と、
    　前記偏光子を透過又は前記偏光子で反射した電磁波を受信する受信部と、
    　を有することを特徴とする偏光子適用機器。
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