JP7027035B2 - 光通信装置及び偏光板のセット - Google Patents
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Description
1つの実施形態においては、上記信号送信部が出射する偏光が円偏光である。
1つの実施形態においては、上記第1の反射型偏光子が直線偏光分離型の反射型偏光子であり、上記第1の偏光板は、上記第1の反射型偏光子を透過する直線偏光を円偏光に変換するλ/4板をさらに備える。
1つの実施形態においては、上記第1の反射型偏光子が円偏光分離型の反射型偏光子である。
1つの実施形態においては、上記信号送信部が出射する偏光が直線偏光である。
1つの実施形態においては、上記第1の反射型偏光子が直線偏光分離型の反射型偏光子である。
1つの実施形態においては、上記第1の偏光板が反射板をさらに備える。
1つの実施形態においては、上記反射板の反射率が40%以上である。
1つの実施形態においては、上記第2の偏光板は、上記信号送信部から出射され上記信号受信部に入射する偏光を選択的に透過させる。
1つの実施形態においては、上記第2の偏光板が円偏光分離型の反射型偏光子を備える。
1つの実施形態においては、上記第2の偏光板が、直線偏光分離型の反射型偏光子とλ/4板とを備える。
本発明の別の局面によれば、偏光板のセットが提供される。この偏光板のセットは、上記光通信装置に用いられる上記第1の偏光板および上記第2の偏光板を含む。
本明細書における用語および記号の定義は下記の通りである。
(1)屈折率(nx、ny、nz)
「nx」は面内の屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、「ny」は面内で遅相軸と直交する方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、「nz」は厚み方向の屈折率である。
(2)面内位相差(Re)
「Re(λ)」は、23℃における波長λnmの光で測定した面内位相差である。Re(λ)は、層(フィルム)の厚みをd(nm)としたとき、式:Re=(nx-ny)×dによって求められる。例えば、「Re(550)」は、23℃における波長550nmの光で測定した面内位相差である。
図1は、本発明の1つの実施形態に係る光通信装置の概略図である。本実施形態の光通信装置100は、信号送信部10と信号受信部20とを有する。信号送信部10は、発光素子11と、発光素子11が出射する光を入射して偏光を出射する第1の偏光板30(以下、偏光板30と称する場合がある)とを有する。偏光板30は第1の反射型偏光子を有する。偏光板30は、好ましくは、反射板をさらに備える。反射板の反射率は、好ましくは40%以上である。偏光板30は、好ましくは、第1の反射型偏光子の発光素子11側に光拡散層を有する。信号受信部20は、信号送信部10からの光を入射させる第2の偏光板40(以下、偏光板40と称する場合がある)と、偏光板40を透過する光を受光する受光素子21と、を有する。偏光板30は第1の反射型偏光子を有することにより、発光素子11が出射する光の利用効率を高めることができ、その結果、光通信装置100の通信安定性が向上し得る。
上記のとおり、信号送信部10は発光素子11と偏光板30とを有する。偏光板30は第1の反射型偏光子を有する。第1の反射型偏光子は、直線偏光分離型の反射型偏光子であってもよく、円偏光分離型の反射型偏光子であってもよい。発光素子11が出射する光は、偏光板30を介して信号送信部10の外部に向けて出射される。これにより、信号送信部10からは、偏光が出射される。
発光素子は、伝送する信号に対応して変調された光を出射し得る任意の適切な素子で構成される。発光素子は、代表的にはLEDである。発光素子が出射する光は、代表的には可視光または赤外光である。発光素子は、駆動回路(図示せず)から供給される電気信号により、伝送する信号に対応して変調された光を出射する。発光素子は、代表的には、伝送する信号に対応して光の点滅を繰り返す。
上記のとおり、偏光板30は第1の反射型偏光子を有する。偏光板30は、好ましくは、第1の反射型偏光子31の発光素子11側に光拡散層を有する。第1の反射型偏光子が直線偏光分離型の反射型偏光子である場合、偏光板30は、好ましくは、第1の反射型偏光子31の発光素子11とは反対側に第1のλ/4板を有する。第1のλ/4板は、代表的には遅相軸を有する。第1の反射型偏光子31の反射軸と第1のλ/4板の遅相軸とのなす角度は、好ましくは38°~52°であり、より好ましくは42°~48°であり、最も好ましくは約45°である。これにより、第1のλ/4板からは円偏光が出射される。信号送信部10が円偏光を出射することにより、信号送信部10の第1の反射型偏光子の透過軸と、信号受信部の偏光子(または反射型偏光子)の透過軸との軸ずれが生じた場合であっても、信号送信部から出射され信号受信部の受光素子が受光する光量の減少を抑制し得、SN比を高め得る。偏光板30の各構成は、互いに離間して配置されてもよいし、任意の適切な接着層(例えば、接着剤層、粘着剤層:図示せず)を介して貼り合わせられてもよい。
第1の反射型偏光子は、特定の偏光状態(偏光方向)の偏光を透過し、それ以外の偏光状態の光を反射する機能を有する。第1の反射型偏光子は、直線偏光分離型であってもよく、円偏光分離型であってもよい。第1の反射型偏光子が直線偏光分離型である場合、第1の反射型偏光子から直線偏光が出射され、第1の反射型偏光子が円偏光分離型である場合、第1の反射型偏光子から円偏光が出射される。
図4は、直線偏光分離型の反射型偏光子の一例の概略斜視図である。反射型偏光子は、複屈折性を有する層Aと複屈折性を実質的に有さない層Bとが交互に積層された多層積層体である。例えば、このような多層積層体の層の総数は、50~1000であり得る。図示例では、A層のx軸方向の屈折率nxがy軸方向の屈折率nyより大きく、B層のx軸方向の屈折率nxとy軸方向の屈折率nyとは実質的に同一である。したがって、A層とB層との屈折率差は、x軸方向において大きく、y軸方向においては実質的にゼロである。その結果、x軸方向が反射軸となり、y軸方向が透過軸となる。A層とB層とのx軸方向における屈折率差は、好ましくは0.2~0.3である。なお、x軸方向は、後述する製造方法における反射型偏光子の延伸方向に対応する。
円偏光分離型の反射型偏光子は、例えば、コレステリック液晶フィルムから構成される。上記コレステリック液晶フィルムは、コレステリック液晶ポリマーの配向層を含み、左回りまたは右回りのいずれか一方の円偏光を反射して他の光は透過する特性を有する。コレステリック液晶ポリマーの配向層は、光学活性基含有モノマー由来の構成単位を有するコレステリック液晶ポリマーにより形成することができる。コレステリック液晶フィルムの厚みは、好ましくは1μm~30μmであり、より好ましくは2μm~15μmである。なお、コレステリック液晶フィルムには上記液晶ポリマー以外のポリマーや安定剤、可塑剤などの無機化合物、有機化合物、金属やその化合物などの1種以上の添加剤を必要に応じて配合することができる。
第1のλ/4板の厚みは、好ましくは1μm~200μmであり、より好ましくは1μm~100μmである。第1のλ/4板32は、好ましくは屈折率特性がnx>ny≧nzの関係を示す。なお、ここで「ny=nz」はnyとnzが完全に等しい場合だけではなく、実質的に等しい場合を包含する。したがって、本発明の効果を損なわない範囲で、ny<nzとなる場合があり得る。
光拡散層は、代表的には光拡散素子で構成される。光拡散素子は、マトリクスと当該マトリクス中に分散した光拡散性微粒子とを含む。
反射板は、代表的には、発光素子の反射型偏光子とは反対側に設けられる。これにより、発光素子から後方(反射偏光子とは反対側)に出射された光は、反射板によって前方に反射され得る。さらに、反射型偏光子によって後方(発光素子側)に反射された偏光は、偏光状態を変換されるとともに前方に反射され得る。その結果、発光素子の出射光の利用効率を高めることができる。
信号受信部20は、受光素子21と偏光板40とを有する。受光素子21は、発光素子11が出射する光を、偏光板30および偏光板40を介して受光する。
受光素子は、信号送信部から出射される光を検出し得る任意の適切な素子で構成される。受光素子は、代表的にはフォトダイオードである。受光素子は、発光素子が出射する光の波長に感度を有し、代表的には可視光または赤外光に対して感度を有する。受光素子は、受光した光に対応した電気信号を生成して演算回路(図示せず)に供給する。これにより、信号受信部は、信号送信部の制御回路において生成された電気信号に対応する信号を受信し得る。
上記のとおり、偏光板40は、代表的には吸収型偏光子41を有する。偏光板40は、吸収型偏光子41の片側に配置された保護層と、吸収型偏光子41のもう一方の側に配置された保護層とを有し得る。偏光板40は、好ましくは、吸収型偏光子41に代えて、第2の反射型偏光子42を有する。偏光板40は、好ましくは、吸収型偏光子41(第2の反射型偏光子42)の受光素子21とは反対側に第2のλ/4板を有する。第2のλ/4板は、代表的には遅相軸を有する。吸収型偏光子41の吸収軸(第2の反射型偏光子42の反射軸)と第2のλ/4板の遅相軸とのなす角度は、好ましくは38°~52°であり、より好ましくは42°~48°であり、最も好ましくは約45°である。これにより、第2のλ/4板に入射する円偏光が直線偏光に変換され、上記直線偏光の大部分が吸収型偏光子41(第2の反射型偏光子42)を透過し得る。吸収型偏光子41(第2の反射型偏光子42)と第2のλ/4板は、互いに離間して配置されてもよいし、任意の適切な接着層(例えば、接着剤層、粘着剤層:図示せず)を介して貼り合わせられてもよい。
上記吸収型偏光子としては、目的に応じて任意の適切な吸収型偏光子が採用され得る。例えば、吸収型偏光子を形成する樹脂フィルムは、単層の樹脂フィルムであってもよく、二層以上の積層体であってもよい。
上記のとおり、吸収型偏光子41の吸収軸と第2のλ/4板43の遅相軸とのなす角度は、好ましくは38°~52°であり、より好ましくは42°~48°であり、最も好ましくは約45°である。偏光板40が吸収型偏光子41に代えて第2の反射型偏光子42を有する場合、第2の反射型偏光子42の反射軸と第2のλ/4板43の遅相軸とのなす角度は、好ましくは38°~52°であり、より好ましくは42°~48°であり、最も好ましくは約45°である。第2のλ/4板43の構成、機能等は、第1のλ/4板32に関してB-2-2項で説明したとおりである。
第2の反射型偏光子42の構成、機能等は、第1の反射型偏光子31に関してB-2-1項で説明したとおりである。
本発明の偏光板は、光通信装置の信号送信部と信号受信部とに配置される偏光板として用いられ得る。この場合、信号送信部の偏光板と信号受信部の偏光板とを含む偏光板のセットが提供され得る。
(1)光拡散層
光拡散層として、光拡散シートを用いた。
(2)直線偏光分離型の反射型偏光子
反射型偏光子として、直線偏光分離型の反射型偏光子(3M社製、製品名「DBEF」)を用いた。説明の便宜上、以下では、第1の偏光板の反射型偏光子を「反射型偏光子A」と称し、第2の偏光板の反射型偏光子を「反射型偏光子B」と称する場合がある。
(3)吸収型偏光子
厚さ80μmのポリビニルアルコールフィルムを、速度比の異なるロール間において、30℃、0.3%濃度のヨウ素溶液中で1分間染色しながら、3倍まで延伸した。その後、60℃、4%濃度のホウ酸、10%濃度のヨウ化カリウムを含む水溶液中に0.5分間浸漬しながら総合延伸倍率が6倍となるまで延伸した。次いで、30℃、1.5%濃度のヨウ化カリウムを含む水溶液中に10秒間浸漬することで洗浄した後、50℃で4分間乾燥を行い、吸収型偏光子を得た。当該吸収型偏光子の両面に、けん化処理した厚さ80μmのトリアセチルセルロースフィルムをポリビニルアルコール系接着剤により貼り合せて保護層付き吸収型偏光子を作製した。
(4)λ/4板
λ/4板として、シクロオレフィン系樹脂フィルム(日本ゼオン(株)製、「ゼオノア ZF-14フィルム」)を、テンター延伸機を用いて延伸角度45°で斜め延伸することにより得られたλ/4板を用いた。説明の便宜上、以下では、第1の偏光板のλ/4板を「λ/4板A」と称し、第2の偏光板のλ/4板を「λ/4板B」と称する場合がある。
(5)反射板
反射板として、反射率が80%の反射板A、反射率が60%の反射板B、反射率が40%の反射板C、または反射率が20%の反射板Dを用いた。
1.第1の偏光板
反射型偏光子Aの反射軸とλ/4板Aの遅相軸とのなす角度が45°となるようにして、光拡散シートと、反射型偏光子Aと、λ/4板Aとを粘着剤を介してこの順に積層することにより、第1の偏光板を得た。
2.第2の偏光板
第2の偏光板として、反射型偏光子Bを用いた。
3.光通信装置の作製
光通信装置の信号送信部の偏光板と信号受信部の偏光板とを除去し、発光素子の背面側に反射板Bを取り付け、光拡散シートが発光素子側となるように信号送信部に第1の偏光板を取り付け、反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが平行となるように信号受信部に第2の偏光板を取り付けることにより、本実施例の光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが直交するように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
1.第2の偏光板の作製
反射型偏光子Bの反射軸とλ/4板Bの遅相軸とのなす角度が45°となるようにして、反射型偏光子Bとλ/4板Bとを粘着剤を介して積層することにより、第2の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
反射型偏光子Bが受光素子側となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
反射板として反射板Aを用いたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
反射板として反射板Cを用いたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
反射板として反射板Dを用いたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが直交するように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
1.第2の偏光板の作製
吸収型偏光子の吸収軸とλ/4板Bの遅相軸とのなす角度が45°となるようにして、保護層付き吸収型偏光子とλ/4板Bとを粘着剤を介して積層することにより、第2の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
保護層付き吸収型偏光子が受光素子側となるように、かつ、反射型偏光子Aの透過軸と吸収型偏光子の透過軸とが平行となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例4と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と吸収型偏光子の透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例10と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と吸収型偏光子の透過軸とが直交するように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例10と同様にして光通信装置を作製した。
1.第1の偏光板の作製
光拡散シートと反射型偏光子Aとを粘着剤を介して積層することにより、第1の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
上記第1の偏光板を用いたこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例13と同様にして光通信装置を作製した。
1.第2の偏光板の作製
反射型偏光子Bの反射軸とλ/4板Bの遅相軸とのなす角度が45°となるようにして、反射型偏光子Bとλ/4板Bとを粘着剤を介して積層することにより、第2の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
上記第2の偏光板を用いたこと以外は実施例13と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例15と同様にして光通信装置を作製した。
反射型偏光子Aの透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが直交するように信号受信部に上記第2の偏光板を取り付けたこと以外は実施例15と同様にして光通信装置を作製した。
第1の偏光板および第2の偏光板を用いず、信号送信部に光拡散シートのみを取り付けたこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
第1の偏光板を用い、第2の偏光板を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
第1の偏光板を用い、第2の偏光板を用いなかったこと以外は実施例13と同様にして光通信装置を作製した。
1.第1の偏光板
光拡散シートと保護層付き吸収型偏光子とを粘着剤を介して積層することにより、第1の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
上記第1の偏光板を用い、第2の偏光板を用いなかったこと以外は実施例1と同様にして光通信装置を作製した。
第2の偏光板として反射型偏光子Bを用い、吸収型偏光子の透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが平行となるように信号受信部に第2の偏光板を取り付けたこと以外は比較例4と同様にして光通信装置を作製した。
吸収型偏光子の透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に第2の偏光板を取り付けたこと以外は比較例5と同様にして光通信装置を作製した。
吸収型偏光子の透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが直交するように信号受信部に第2の偏光板を取り付けたこと以外は比較例5と同様にして光通信装置を作製した。
1.第2の偏光板の作製
反射型偏光子Bの反射軸とλ/4板Bの遅相軸とのなす角度が45°となるようにして、反射型偏光子Bとλ/4板Bとを粘着剤を介して積層することにより、第2の偏光板を得た。
2.光通信装置の作製
上記第2の偏光板を用いたこと以外は比較例5と同様にして光通信装置を作製した。
吸収型偏光子の透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とのなす角度が45°となるように信号受信部に反射型偏光子Bを取り付けたこと以外は比較例8と同様にして光通信装置を作製した。
吸収型偏光子の透過軸と反射型偏光子Bの透過軸とが直交するように信号受信部に反射型偏光子Bを取り付けたこと以外は比較例8と同様にして光通信装置を作製した。
(1)光通信装置の通信安定性の評価
各実施例および各比較例の光通信装置の信号送信部と信号受信部とを、発光素子と受光素子との間の距離が2mとなるように対向配置した。信号受信部の光入射面(第2の偏光板)に対して20cm離れた位置から45°の入射角で光を照射するようにスポット光源(林時計工業株式会社製、製品名「LA-HDF108AS」)を配置した。上記の配置において、信号送信部から信号受信部へ信号を伝送しながら、上記スポット光源を用いて信号受信部に353200cd/m2の光を照射した。以下の基準で各実施例および各比較例の光通信装置の通信安定性を評価した。結果を表1に示す。
スポット光源からの光照射によって信号送信部から信号受信部への信号伝送が途切れなかった・・・通信安定性は高い(○)
スポット光源からの光照射によって信号送信部から信号受信部への信号伝送が途切れた・・・通信安定性は低い(×)
(2)第1および第2の偏光板を透過する光の輝度
各実施例および各比較例の光通信装置で用いた第1および第2の偏光板を互いに1cmの間隔を空けて対向配置した。第1の偏光板の第2の偏光板とは反対側にLED光源を配置し、LED光源の輝度Lを、対向配置した上記第1および第2の偏光板を介して輝度計(コニカミノルタ株式会社製、製品名「LS-110」)を用いて測定した。結果を表1に示す。
11 発光素子
20 信号受信部
21 受光素子
30 第1の偏光板
31 第1の反射型偏光子
32 第1のλ/4板
40 第2の偏光板
41 吸収型偏光子
42 第2の反射型偏光子
43 第2のλ/4板
100 光通信装置
Claims (12)
- 信号送信部と信号受信部とを備え、
前記信号送信部は、発光素子と、前記発光素子が出射する光を入射して偏光を出射する第1の偏光板とを備え、
前記信号受信部は、前記信号送信部からの光を入射させる第2の偏光板と、前記第2の偏光板を透過する光を受光する受光素子と、を備え、
前記第1の偏光板は第1の反射型偏光子を備え、前記第1の反射型偏光子の前記発光素子側に光拡散層を有する、光通信装置。 - 前記信号送信部が出射する偏光が円偏光である、請求項1に記載の光通信装置。
- 前記第1の反射型偏光子が直線偏光分離型の反射型偏光子であり、
前記第1の偏光板は、前記第1の反射型偏光子を透過する直線偏光を円偏光に変換するλ/4板をさらに備える、請求項2に記載の光通信装置。 - 前記第1の反射型偏光子が円偏光分離型の反射型偏光子である、請求項2に記載の光通信装置。
- 前記信号送信部が出射する偏光が直線偏光である、請求項1に記載の光通信装置。
- 前記第1の反射型偏光子が直線偏光分離型の反射型偏光子である、請求項5に記載の光通信装置。
- 前記第1の偏光板が反射板をさらに備える、請求項1~6の何れか1項に記載の光通信装置。
- 前記反射板の反射率が40%以上である、請求項7に記載の光通信装置。
- 前記第2の偏光板は、前記信号送信部から出射され前記信号受信部に入射する偏光を選択的に透過させる、請求項1~8の何れか1項に記載の光通信装置。
- 前記第2の偏光板が円偏光分離型の反射型偏光子を備える、請求項9に記載の光通信装置。
- 前記第2の偏光板が、直線偏光分離型の反射型偏光子とλ/4板とを備える、請求項9に記載の光通信装置。
- 請求項1~11の何れか1項に記載の光通信装置に用いられる前記第1の偏光板および前記第2の偏光板を含む、偏光板のセット。
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