JPS60243604A - 偏光解消板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、あらゆる偏光特性を有する光に対して、そ
の偏光特性を無偏光化するための偏光解消板に関する。

〔従来技術〕

従来、偏光特性を有する光を無偏光化するために用いる
偏光解消板としては、水晶等の複屈折を有する材料を用
いた第１図に示す如き形状のものが知られている。図に
おいて、ｄは偏光解消板の肉厚、αは透過面間のなす角
度である。

次に、従来のかかる偏光解消板の原理を数式を用いて説
明する。一般に楕円率に＝ｏの波長板、すなわち普通の
波長板の特性を表わすマトリックスをＭとすれば、 ・・・・・・・・・・（１） と表わされる。但し、φはリターデーションで、２π（
ｎａ　ｎｏ）ｄ φ−・・・・・・・・・・・・ｆ２１ λ と表わされる。ここで、 ｎ８　：材質の異常光線に対する屈折率ｎｏ　：材質の
常光線に対する屈折率 ｄ　：波長板の肉厚 λ　：光の波長 θ　：入射光の座標軸の結晶軸に対する方位角θ′：観
察系の座標軸の結晶軸に対する方位角である。

そして、入射光軸が結晶軸に対してθの方位で、この２
軸の振幅をＡ１及びＡ２、位相をＡ１及びＡ２とし、ま
た波長板を通過した後の光のθ′の方位での座標軸のＸ
方向及びＸ方向の振幅をＡ、Ｍ及びＡ、とし、且つこの
時の位相をΔ×及びΔｙとすれば、 と表される。（１１及び（３）式により、Ａ、２及びＡ
ｙ２をめると、 一５ｉｎ２θ’　５ｉｎ２θｃｏｓφ）−Ａ、Ａ２　（
ｃｏｓ２θ’　５ｉｎ２θ５ｉｎ（Δ１−Δ２）−ｓｉ
ｎ２θ’　（ｃｏｓ（ΔＩ−Δｚ）ｓｉｎψ−５ｉｎ（
Δ１−Δ２）ＣＯ９２θｃｏｓφ）　）−、−（４−、
）−５ｌｎ２θ’　５ｉｎ２θｃｏｓφ）十へ、Ａ２　
（ｃｏｓ２θ　’　５ｉｎ２θ５ｉｎ（Δ１−Δ２）〜
５ｉｎ２θ’　（ｃｏｓ（ΔＩ−Δ２）ｓｉｎφ−５ｉ
ｎ（△１−Δ２）’ＣＯ５２θｃｏｓφ）　）　、、・
−（４−２）となる。

以上は、波長板の肉厚が均一である場合の結果であるが
、次に肉厚が不均一な波長板を考え、波長板の肉厚をｆ
（ｘ、ｙ）とすると、（２）式より、２π（ｎａ　ｎｏ
） φ−ｆ　（ｘ、　ｙ）　・・・・・・・・・・（５）λ と表わされ、このときの６Ｘ２及びＡ、ｙ２をＥＸ及び
Ｅ。

とし、また入射ビームを一辺がａの正方形であるとする
と、 と表わされる。

ここで、第１図の如く、波長板の両面のなす角、すなわ
ちくさび角がαで、中心肉厚がｄの波長板の場合、 ｆ（ｘ、ｙ）　−ｄ　十ｙｔａｎα・・・・・・・・・
・・・・・・・・・ｆ７＋と表わされるから、（４−１
）、（４−ｚ）、（５１，ｆ６１及び（７）弐によりＥ
Ｘ及びＩｉ、をめると、 ・・・・・・・・・・・・（Ｌｌ） ・・・・・・・・・・・・（Ｌ２） 但し、 π（ｎＩｌｎｏ）ａｔａｎα ５ｉｎ−−ｃｏｓ２θ５ｉｎ（Δ１−Δ２）・λ （Ｌｌ）、（Ｌ２）式において、ａｔａｎαがλに対し
て十分大きな場合には、（９）弐によりＰ＝＝＝、０と
みなしてよいから、この場合は、 ・・・・・・・・・・・（１（１，） ・・・・・・・・・・・（１０−ｚ） となる。

（１（Ｌ、）、　（１０−２）で、Ｅ、　−Ｅｙとなる
θ′の条件をめると、 となる。したがって、観察系の２軸が波長板の２軸に対
して４５°傾けた場合のみ、あらゆる入射光の条件に対
して、その２軸の強度成分を等しくすることができる。

しかしながら、（１０−＋）、（１ｏ−ｚ）式から明ら
かなように、一般的にはＥＸ＝　Ｅ、とはならす、無偏
光とはなり得ない。

ここで、偏光状態を分りやすく表わすための指標として
、偏光度Ｘを次のように定義する。

Ｅｘ（ｍａｘ）　＋Ｅｙ（ｍｉｎ） （１２）式で、ＥＸ　（ｍａｘ）はθ′を変化させた時
のＥＸの最大値、Ｅ、（ｍｉｎ）は同しくθ′を変化さ
せた時のＥｙの最小値である。（ＬＬ、）、−（１０−
２）　、　（１２）式から、・・・・・・・・・・（１
３） が得られる。この（１３）式により、この偏光解消板を
透過した透過光の偏光度は、入射条件のθ、Ａ１゜Ａ２
．　Ａ１及びＡ２の値により、０から１まで変化するこ
とがわかる。

したがって、第１図に示した従来の偏光解消板を用いた
場合、特定の入射条件のとき以外は、無偏光にすること
はできず、条件によっては、直線偏光のまま透過する場
合もあり得る。すなわち、あらゆる入射光を無偏光化出
来ないという欠点がある。また、この偏光解消板を偏光
特性を避けたい測定器の前後に用いる場合には、その測
定器に対して偏光解消板の方位を正確に調整しなければ
ならないという煩雑さがある。

また、従来、無偏光化する方法としては、他にオパール
ガラス等の拡散板を使う方法や、積分球を使う方法など
があるが、いずれも光が拡散されるため、光量が大幅に
減少するという欠点がある。

また、第１図に示した従来の偏光解消板を、モータ等で
高速回転させて平滑化する方法も知られているが、この
方法を実施するためには装置が複雑になり、また使用条
件が限られ、一部の測定器にしか使用できないという欠
点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、従来の偏光解消板あるいは無偏光化手段の上
記問題点を解消すべくなされたもので、如何なる波長分
布並びに如何なる偏光条件を有する入射光に対しても、
光量を減することなく、その入射光を無偏光状態に変換
することのできる偏光解消板を提供することを目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明は、複屈折を有する材質からなる複数のくさび状
の透明板を、これらの結晶軸を順次４５゜すつすらして
配置することにより、如何なる波長並びに偏光状態の入
射光をも無偏光状態に変換するものである。

〔発明の原理〕

次に、本発明に係る偏光解消板の基本構成に基づいて本
発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明の偏光解消板の基本構成を示すもので
、２枚の透明板１，２からなり、各透明板はいずれも複
屈折を存する透明な材質で構成されている。そして、２
枚の透明板の透過面は全て平面であり、且つ各透明板の
結晶軸が互いに４５°の方位になるように配置されてい
る。

このように構成されている偏光解消板において、入射側
の透明板１の中心肉厚をｄｌ、２つの透過面間のなす角
度をα、とし、出射側の透明板２の中心肉厚をｄ２．２
つの透過面間のなす角度をα２として、前述のように、
ＥＸ、　Ｈ，をめると、＋ｐ’　・・・・・・・・・・
・・・・・（１４−１）−Ｐ’　・・・・・・・・・・
・・・・・（１４−２）但し、 π（ｎａ　ｎｏ）ａｔａｎα１ π（ｎｅ　ｎｏ）ａｔａｎα皿 λ π（ｎｅ　ｎｏ）ａｔａｎα２ ２　π（ｎｅ　ｎｏ）ｄｚ （ｃｏｓ２θ’−５ｉｎ２θ’　５ｉｎ４θ’　）ｃｏ
ｓ　’λ ＣＯＳ　□□− λ ＋５ｉｎ４θ’　ｃｏｓ２θｃｏｓ　−’λ π（ｎａ　ｎｏ）ａ（ｔａｎα１−ｔａｎα２）λ　２ −ｓｉｎ４θ’　ｓｉｎ　ｃｏｓ（ΔＩ−Δ２）λ ＋ｃｏｓ２θｃ　ｏ　ｓ　−ｓ　ｉ　ｎ　（Δ１−Δ２
）λ ２π（ｎｅ−ｎｏ）　（ａｔ　−ａｚ）＋５ｉｎ４θ　
’　ｃｏｓ２θｃｏｓ　’λ ｊａｎα２）、ａ（ｔａｎα、−ｔａｎα２）がいずれ
も、波長λに対して十分大きな場合には、ｐ’＝ｏとな
るから、（ＩＬＩ）、（ＩＣ２）式により、・・・・・
・・・・・・・（１６，、ｌ）・・・・・・・・・・・
・（１６−２）と表わされる。そして、この時の偏光度
は（，１６−、）。

（１６−２）式により、 となる。上記（１７）式から明らかなように、この場合
における偏光度は、（１３）式でめられる従来の偏光解
消板における偏光度と異なり、入射光の位相Δ１．Δ２
の影響が全くないので、θ−π／４としてＡ１及びＡ２
を設定すれば全ての偏光状態を表わすことができる。し
たがってθ−π／４と考えてよく、この時の偏光度Ｘは
入射条件に関係なく、Ｘ＝Ｏ・・・・・・・・・・・・
・・・・（１８）となる。

したがって、この場合には理想的な偏光解消板となる。

すなわち、入射条件としての波長及び偏光状態が如何な
る場合においても、この偏光解消板によって、はぼ完全
な無偏光の透過光を、光量を減することなく得ることが
できる。

なお、第２図における２枚の透明板のくさびの方位の相
対的な関係は任意でよく、また透明板の結晶軸方位とく
さびの方位との相対的な関係も任意でよい。また、式の
展開の都合上、先に示したように、入射ビームは正方形
（−辺がａ）としたが、入射ビームは円形の場合でも、
はぼ同一の結果が得られる。また、同様に式の展開の都
合上、楕円率に＝Ｑとしたが、ｋ≠０の場合においても
同様の効果が得られる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第４図は、本
発明の偏光解消板の第１の実施例を示す断面図で、３．
３は第３図に示す如き、結晶光学軸以外の１つの結晶軸
と直角な面３（ａ）を有し、中心肉厚がｄｏでくさび角
α。の水晶板であり、結晶光学軸の方位とくさび角の方
位とを一致させて形成されている。４は水晶とほぼ同じ
屈折率を有する、例えばＢＫ７のような通常の光学ガラ
スで作られているくさび状の透明板である。そして、２
枚の水晶板３．３を、結晶光学軸を４５°ずらした状態
で、傾斜面を対向させ、その間にくさび状透明板４を介
在させて、これらの３枚を接合状態で配置し、外部に露
出した水晶板３，３の２つの面３　＋ａ＋、３ｉａｌが
平行になるように構成されている。

このように構成された偏光解消板において、第４図の左
側の水晶板のくさび方向に対する断面方向をβとすると
、この断面でのくさび角町及びα２は、 ｔａｎ　（Ｘ　Ｉ＝　Ｃｏｓβｔａｎα０　瞭、、・（
１９−、）ｔａｎａ２　＝Ｃ０３（β＋４５°）　ｔａ
ｎａ０−（１／汀）　（ｃｏｓβ−５ｉｎβ）ｔａｎａ
。

・・・・・・・・・（１９−２＞ となる。したがって、 ｔａｎａ、　＋　ｔａｎα２＝　（（１＋１／／’７）
ｃｏｓβ（１／／Ｔ）ｓｉｎβｌ’ｔａｎα０・・・甲
申（２０−＋）ｔａｎａ、　−ｔａｎα２＝（（１−１
／汀＞ｃｏｓβ＋（１／／Ｔ）ｓｉｎβ）ｔａｎａ。

・・・・・・・・・（２０−２） 上記（２１１，）、　（２０−２）式でβを変化させた
場合の、それぞれの最大値は、 （ｔａｎａ、＋ｔａｎα、）ｍａｘ　＝　（（１＋１／
ｆＴ）ｃｏｓ　π／８十（１＃Ｔ）ｓｉｎ’ｇ／８　）
　ｔａｎａ。

＝１．８４８ｔａｎαｏ　・・・・・（２１−＋）（ｔ
ａｎα＋−ｔａｎａ、）ｍａｘ　＝　（（１／／Ｔ）ｃ
ｏｓπ／８＋　（１１／／Ｔ）ｓｉｎπ／８　）　ｔａ
ｎａ。

＝０．７６５ｔａｎαｏ　”＝・・・・１２１−ｚ）と
なり、同様に最小値は、 （ｔａｎα＋　＋ｔａｎα２）ｍｉｎ　−−（（１＋１
／／”）ｃｏｓπ／８十（１／／Ｔ）ｓｉｎπ／８　１
　ｔａｎｔｘ。

−−１，８４８ｔａｎαｏ　−・・・・（２２−＋）（
ｔａｎα＋−ｔａｎａ２）ｍｉｎ　＝　−、（（１／／
７）ｃｏｓｙｒ／８＋　（１−１／／Ｔ）ｓｉｎπ／８
　１　ｔａｎａ。

−〇、７６５ｔａｒ１α０・・・・・・・・・（２２−
２）となる。

（２１−１）、（２１−２）、（２２−１）、（２２−
２）式から明らかなように、（ｔａｎａ、　十ｔａｎα
２）は、　１．８４８ｔａｎα。

から　１．８４８ｔａｎα。まで変化し、（ｔａｎａ、
　−ｔａｎａ２）は、−０，７６５ｔａｎα。から０．
７６５ｔａｎ　（Ｘ　ｏまで変化する。したがって、こ
れらの変化量をλに対して十分大きくなるように、くさ
び角α。を設定すれば、前記（１６−＋）、（１６−ｚ
）式が成り立つこととなり、全ての入射光に対して無偏
光の透過光が得られる偏光解消板となる。

この実施例による偏光解消板は、光路が曲がらないので
、利用しやすいという利点がある。

第５図は、第２実施例を示す断面図である。この実施例
の偏光解消板は、同図に示す如く、第３図に示す水晶板
３を２枚、結晶光学軸を４５６すらした状態で、結晶光
学軸以外の１つ結晶軸と直角な而３（ａ）同志を接合し
て形成されている。この実施例の偏光解消板は、第４図
に示した第１実施例のものの如く、くさび状透明板を介
在させたものではないから、安価にできるという利点が
ある。

第６図は、第３実施例を示す断面図である。図水晶板、
５は該水晶板３．３を接着固定するための保持枠、６は
該保持枠５を収容するための外枠、７は前記保持枠５を
外枠６に固定するための押え環である。２枚の水晶板３
，３は離間して保持され、その相対的な配置は、第１実
施例と全く同一である。この実施例による偏光解消板は
、広帯域の光に使用できるという利点がある。

第７図は、第４実施例を示す断面図である。第７図にお
いて、８は結晶光学軸以外の１つの結晶軸と直角な面８
（ａ）を有するくさび角α１のくさび水晶板で、結晶光
学軸の方位とくさび角の方位との関係は任意に形成され
ている。９はくさび水晶板８と異なるくさび角α２の（
さび水晶板で、各水晶板８，９の面ＩＨａｌ、９ｆａｌ
を外側にし、傾斜面を対向して接合させている。このよ
うに構成した偏光解消板の条件としては、くさび角の差
（α１−α２）が、λに対して十分大きいことが必要で
ある。この実施例は、入射光に対して直角な基準面があ
多ため、使い易いという利点がある。

名σ　ＯＦＦＩ　ｌ中　名茗　【　中台ｋＪｋｉ　ｔ−
二−−神じ＆Ｅ刀１６　士　フ　丘１において、３及び
４は、第４図に示した第１実施例のものと全く同じ水晶
板とくさび状透明板であり、第１実施例に示した偏光解
消板を２組接合配置したものである。そして、４枚のく
さび水晶板はその結晶光学軸を順次４５°ずつずらして
配置されている。この実施例は、第１実施例で示した２
枚構成のものに比べて、配置の際の方位に対する許容量
をきわめて大きくとれるという利点がある。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づき詳細に説明したように、本発明は、
偏光解消板を、複屈折を有する材質からなる複数のくさ
び状透明板を、それらの結晶軸を順次４５°ずつずらし
て配置して構成したので、どのような波長分布及び偏光
条件を有する入射光に対しても、光量を減することなく
、無偏光状態に容易に変換することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の偏光解消板の形状を示す図、第２図は
、本発明に係る偏光解消板の基本構成を示す図、第３図
は、本発明に用いるくさび水晶板の形状を示す図、第４
図乃至第８図は、それぞれ本発明の実施例を示す断面図
である。 図において、１．２は複屈折を有するくさび透明板、３
は（さび水晶板、４はくさび状透明板、５は保持枠、８
．９はくさび水晶板を示す。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社代理人弁理士
　最　上　健　治 荊１因　第２図 鵞３図　第４図 第５図　第６図 第７図　箱８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複屈折を有する材質からなる複数のくさび状透明板を、
   それらの結晶軸を順次４５°ずつずらして配置して構成
   したことを特徴とする偏光解消板。