JP2900896B2 - 偏光素子および照明装置 - Google Patents
偏光素子および照明装置Info
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- JP2900896B2 JP2900896B2 JP8278377A JP27837796A JP2900896B2 JP 2900896 B2 JP2900896 B2 JP 2900896B2 JP 8278377 A JP8278377 A JP 8278377A JP 27837796 A JP27837796 A JP 27837796A JP 2900896 B2 JP2900896 B2 JP 2900896B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は各種表示体、光スイ
ッチ、光アイソレーレータ、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。
ッチ、光アイソレーレータ、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。
【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。
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。
【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。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。
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。
【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】上記課題を解決するため
に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、前記偏光変換手段の出射
面側に配置された偏光板と、前記偏光分離手段から出射
された前記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。また、本発明の
照明装置は、入射光を偏光面の揃った光に変換して照射
する照明装置であって、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、前記偏光変換手段の出射面側に配置
された偏光板と、前記偏光分離手段から出射された前記
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照射
されることを特徴とする。
に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、前記偏光変換手段の出射
面側に配置された偏光板と、前記偏光分離手段から出射
された前記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。また、本発明の
照明装置は、入射光を偏光面の揃った光に変換して照射
する照明装置であって、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、前記偏光変換手段の出射面側に配置
された偏光板と、前記偏光分離手段から出射された前記
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照射
されることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、いくつかの実施形態（実施
例）に基づき本発明を詳細に説明する。但し、本発明は
以下の実施形態に限定されるものではない。
例）に基づき本発明を詳細に説明する。但し、本発明は
以下の実施形態に限定されるものではない。
【０００７】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、通常の光瀕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。
学的異方性媒体に、通常の光瀕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。
【０００８】図１は本発明の偏光素子の一実施形態を示
す構成断面図であり、この図１に基付いて下記実施例の
作用を説明する。
す構成断面図であり、この図１に基付いて下記実施例の
作用を説明する。
【０００９】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104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（図１では
異常光）、他方（図１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（図１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。
折層102により入射光線は常光線103と異常光線104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（図１では
異常光）、他方（図１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（図１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。
【００１０】（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。
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。
【００１１】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。
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。
【００１２】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105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、異常光練
の焦点位置に（常光線の焦点位置でも良い）に入／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。
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105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、異常光練
の焦点位置に（常光線の焦点位置でも良い）に入／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。
【００１３】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、本発明の偏光素子
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。
最大５０％程度であったのに対して、本発明の偏光素子
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。
【００１４】（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。本発明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。本発明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。
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。本発明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。本発明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。
【００１５】（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、実施例２と同様に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。
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、実施例２と同様に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。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の偏光素子お
よび照明装置によれば、入射した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。
よび照明装置によれば、入射した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。
【００１７】本発明の偏光素子および照明装置は上記の
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、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。
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、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。
図１は実施例１の偏光素子の構成断面図。図２は実施例
２の偏光素子の構成断面図。図３は実施例３の偏光素子
の構成概略図。
２の偏光素子の構成断面図。図３は実施例３の偏光素子
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位相差層を透過した後の光束の偏光方
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
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
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−265206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−90584（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−36707（ＪＰ，Ｕ) 特許2718057（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/30 G02B 19/00 G02B 27/28
Claims (2)
- 【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、 前記偏光変換手段の出射面側に配置された偏光板と、 前記偏光分離手段から出射された前記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。 - 【請求項２】 入射光を偏光面の揃った光に変換して照
射する照明装置であって、 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、 前記偏光変換手段の出射面側に配置された偏光板と、 前記偏光分離手段から出射された前記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照射
されることを特徴とする照明装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8278377A JP2900896B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 偏光素子および照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8278377A JP2900896B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 偏光素子および照明装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63094118A Division JP2718057B2 (ja) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | 偏光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145926A JPH09145926A (ja) | 1997-06-06 |
| JP2900896B2 true JP2900896B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=17596496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8278377A Expired - Lifetime JP2900896B2 (ja) | 1996-10-21 | 1996-10-21 | 偏光素子および照明装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2900896B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5940149A (en) * | 1997-12-11 | 1999-08-17 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Planar polarizer for LCD projectors |
| US8422132B2 (en) | 2008-12-02 | 2013-04-16 | Shanghai Lexvu Opto Microelectronics Technology Co., Ltd. | Integrated planar polarizing device |
| JP2015095546A (ja) * | 2013-11-12 | 2015-05-18 | 株式会社リコー | 撮像素子パッケージ及び撮像装置 |
-
1996
- 1996-10-21 JP JP8278377A patent/JP2900896B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09145926A (ja) | 1997-06-06 |
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