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電磁波(光も含め)は、電場と磁場の垂直の交互振動から成り立っています。

偏光板は、電場振動(または磁場振動)の特定の振動面の光を通過させ、他を遮断する性質を持つものだと聞いています。

ところで、一般の光は、電場(または磁場)振動面は、進入方向に対する法面において、360度の全周にランダムに、均等に分布している光から成り立っていると考えられます。

1)すると、特定振動面の光だけを偏光板が通過させると、偏光板を通る光は、全体の光の流れのなかのごくごく一部となり、大部分の光は通過しないで、偏光板を通すと、光は真っ暗かそれに近い暗さになると考えられます。しかし、実際には、真っ暗にはなりません。

2)そこで、この理由を考えると、特定振動面を中心に、通過光が振動面角度が回るにつれ、減衰して通過すると考えると、この矛盾は解消できます。しかし、この場合、二枚の偏光板を直交させると、光がまったく通過せず、視野が真っ暗になる理由が説明できません。

また、偏光を二つの成分に分けることができるというのは、電場の振動とは、偏光面での電場の強度(振幅)の振動で、偏光面以外の角度面でも、電場が存在するが故に、こういう成分分解が可能なのだと思いますが、その場合でも、偏光した光の強度が極めて小さいことに変わりありません。

偏光板の偏光は、「どういう原理」で行われているのか、また上の1と2の問題・疑問について、答えてくださる方がおられれば幸いです。

他にも疑問があるのですが、回答次第では、疑問が解消するかも知れません。
宜しくお願い致します。
 

A 回答 (4件)

偏光板の仕組みをしれば少し理解が進むかもしれませんね。


最も簡単で、市販されている偏光板はプラスチックに色素を入れた物です。
この色素は高分子で棒状になっています。

このような形の分子では、分子の長手方向の電場に対しては、良く共鳴して振動するため、そこで強い吸収があります。
が、短手方向の電場に対しては、あまり共鳴せずそのため光の吸収は起きません。
上記分子を透明なポリマーで方向をそろえて固定してあるのがよく見かける偏光板です。


光の偏光方向(電場の方向)が分子の長手方向(つまり吸収する方向)の場合には、ほとんど吸収されて透過しません。
逆に短手方向の場合には、かなり透過します(理想的には全部透過)。

では途中の角度の時は?
このときには、電場を長手方向と短手方向に分解して、長手方向の電場成分は吸収されて短手方向の成分はそのまま透過するとすればよいのです。
長手方向の電場 = E * cos(θ), 短手方向の電場 = E * sin(θ) , ここでθは長手方向を0とする電場の角度,Eは元の光の電場。

2枚の偏光板を90度で配置した場合は、一枚目の偏光板を通り抜けた光は、一枚目の短手方向の電場成分のみになっていますので、これを2枚目の偏光板の方向の長手、短手を基準に分解すると、2枚目の偏光板の短手方向には電場成分はありませんので、当然すべて吸収してしまうことになります。

では。
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この回答へのお礼

お答えありがとうございます。

なるほど良くわかりました。どのように偏光板が構成されているのか、御説明ねがえたおかげで、了解できました。

なお、わたしの表現が下手なのか、日本語の読めない方が多いのか、質問の意図を理解していただけなかったようです。

>>1)すると、特定振動面の光だけを偏光板が通過させると、偏光板を通る光は、全体の光の流れのなかのごくごく一部となり、大部分の光は通過しないで、偏光板を通すと、光は真っ暗かそれに近い暗さになると考えられます。しかし、実際には、真っ暗にはなりません。

と述べているのは、それ故、偏光板は、特定の振動面の光だけを通しているのではない、と考えられるいうことです。

>>2)そこで、この理由を考えると、特定振動面を中心に、通過光が振動面角度が回るにつれ、減衰して通過すると考えると、この矛盾は解消できます。しかし、この場合、二枚の偏光板を直交させると、光がまったく通過せず、視野が真っ暗になる理由が説明できません。

そこで、別の振動面の光も通しているとすると、振動面からのずれに応じて減衰が起こっているのが自然だとかんがえられます。

「減衰」と述べていますが、これは、振動面に対する射影要素が、角度によって変化することで、振動面に平行な成分と垂直な成分に分けてかんがえ、平行成分の減衰を述べていたつもりです。あるいは、意図的に曖昧に述べたのだともいえます。

なぜ曖昧かといいますと、二つの偏光板を垂直に重ねると、光を透過しなくなりますから、垂直成分はどこかで消えないといけないのですが、どうやって、100%消えるのか、わからなかったためだともいえます。

100%消えない場合(回答からいえば、吸収されない場合)、偏光板を直交させて重ねても、光が通ることになります。

経験的に、そうではないことがわかっていますので、これも妥当でないと述べたつもりです。

>>また、偏光を二つの成分に分けることができるというのは、電場の振動とは、偏光面での電場の強度(振幅)の振動で、偏光面以外の角度面でも、電場が存在するが故に、こういう成分分解が可能なのだと思いますが、その場合でも、偏光した光の強度が極めて小さいことに変わりありません。

これは、二枚の直交させた偏光板のあいだに、45度あるいは、その他の角度で偏光面が傾いている別の偏光板を挟むと、光が透過するという報告からの考えです。

偏光板を通した偏光が、45度等中間角度の回転を持つ、別の偏光板を通過できるのは、偏光の成分分解が可能で、45度等の中間角度の射影成分が通過しているとかんがえられるのですが、その光の量は、きわめて小さなものになるのはないかという疑問です。

わたしは、偏光板の偏光機構がわからないので、この質問を出させていただきました。

それが、電場の特定方向成分の「吸収」という機構であるなら、偏光面を通過する偏光(電場)の強度は、回転角度ごとの水平成分エネルギーの「積分」だということになります。

偏光の機構が「吸収」で、吸収されない成分の、-π/2 から+π/2 までのあいだの積分合計が、通過偏光だとすれば、暗くないのは当然だとなります。

その場合でも、吸収が100%でない場合は、二枚の偏光板を直交させて重ねても、光が通過することになります。

また、通過偏光が、積分によって、大きな強度の電場になっている場合、中間で、45度で成分分解しても、その大きさは 1/√2(エネルギーは1/2)になるだけで、「きわめて小さなものには」ならない、ということが理解できます。

偏光板の機構が、吸収だとは想定できませんでした。多分、100%の吸収は無理だと思ったためだとおもいます。しかし、吸収分子を、きわめて正確に、方向を揃えて整列させることができれば、これも可能だということになります。

「長手方向」というのは、機械技術の分野で、縦方向のかわりに使う言葉だとおもっていましたが、こういう分野でも使うのですね。再度、ありがとうございました。

(2002/0613/1432)

お礼日時:2002/06/13 15:59

つい最近, 類似の質問に回答したので, 一部ご参考になるかも知れません.



参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=288352
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この回答へのお礼

お答えありがとうございます。

学識ある方にご回答いただき、光栄でございます。仰られていますこと、参考にさせていただきたくおもいます。

ただ、わたしの質問で、なにを尋ねさせていただいたのかを、よく読んでくださいましたでしょうか。一応、偏光については調べさせていただいた上で、わからないことについて、質問させていただいたのでございます。

(2002/0613/1221)

お礼日時:2002/06/13 15:56

>偏光板を通る光は、全体の光の流れのなかのごくごく一部となり、


このあたりに少し誤解があるようです。

偏光板は「特定の振動面の光を通過させる」というように
説明されますが、これが誤解の原因かもしれません。
より正確には「特定の振動面と同じ方向の成分を通過させる」
ということです。

つまり、偏光板の振動面に対し45度傾いた直線偏光の光を通過させると、
もとの電場強度の 1/√2 倍の強度の電場が通りぬけることになります。
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この回答へのお礼

お答えありがとうございます。

専門家の方にご回答いただき、光栄でございます。仰られていますこと、参考にさせていただきたくおもいます。

ただ、わたしの質問で、なにを尋ねさせていただいたのかを、よく読んでくださいましたでしょうか。一応、偏光については調べさせていただいた上で、わからないことについて、質問させていただいたのでございます。

(2002/0613/1214)

お礼日時:2002/06/13 15:54

はじめまして



質問の意味もわからないくらいトーシロです。
偏光板って 3D映画(ディズニーランドとかの飛び出す映画)のめがねに使われたりしますよね。
あれ 2つめがねを使って同じ側のレンズ(偏光板)を重ねて 1方を回転させると90度のところで真っ暗になります。

あと 科学技術館に虫眼鏡みたな 直径30cmくらいの偏光板が 2枚あり これでも同じ事ができますよ。

全然 答えになってないですよね。ゴメンナサイ。
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この回答へのお礼

お答えありがとうございます。

質問とは、あまり関わりのないアドバイスですが、参考にさせていただきたくおもいます。また、御好意からの回答、ありがとうございました。

(2002/0613/1202)

お礼日時:2002/06/13 15:52

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Q3枚の偏光板のこと

先日偏光板を使った実験をして、2枚の偏光板の透過容易軸を直交させると光を通さないということがわかっりました。
この原理はここの昔の質問を見て理解できたのですが、なぜこの2枚の偏光板の間にもう1枚の偏光板を斜め(45度)に入れると見えるようになるのか原理がわかりません。

一応ここの掲示板で探しては見たのですが、回答となるようなことが見つかりませんでした。(見落としたのかもしれませんが...)
詳しく教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

>補足です
No.1および2の説明について, 誤解があるようなので, 補足します.
まずここでは, 偏向板の組み合わせによる光の透過の特性の「原理」を問題にしているので,偏向板の理想化された特性を承認して議論しないと話がおかしくなる危険があります.

[前提]1枚の偏向板は特定の振動方向(透過容易軸)を1つだけ持ち,当たった光のうち,その固有の振動方向(その方向の直線偏光)の成分のみを通し, その振動方向を変えない.(方解石などのいわゆる複屈折(速度の異方性とそれに伴う偏光面の回転等)の話はここでは考えなくてよい.)


注意1)実際の偏向板では必ず透過の際に理想的でないことによる損失がありますが,原理的な(理想)透過率の話をする時は,損失を無視できるとして話をします.
注意2)偏向板を透過する際,透過光は入射光に比べて任意の位相のずれが加わっていても(ここでの議論には影響せず)構わない.つまり,透過光と偏光板を通らない光との干渉といった話の場合だと,偏光板の厚さや平均の屈折率といった絶対的な位相のずれを問題にする必要があリますが,ここでは透過光のみを問題にしているので,透過光全体に上の理由以外の原因が仮にあって位相のずれが生じたとしても結論には影響しない.
注意3)これは実は最も誤解されやすいところなのかも知れませんが,偏向板の許す振動方向(透過容易軸)と角θだけ傾いた振動成分の光は正射影を考えればわかるように透過光の振幅は0ではなくcosθ倍だけ通ります.エネルギーではcos^2θ倍で,それと直交する方向でみると振幅sinθ倍,エネルギーでsin^2θ倍で,もちろんエネルギー保存はcos^2θ+sin^2θ=1 で成立します(理想的偏光板のとき).

このような前提を承認いただいた上で, 補足をしますと,
@任意の(直線)偏光は異なる方向の直線偏光や互いに逆回りの2つの円偏光を基底として分解でき, それらの適当な重ね合わせで表現できる.
ベクトルのイメージでとらえれば良いのですが, 光の(電場)ベクトルを適当な別の基底を持ってきて表現可能という話です.

先の話で Y軸方向の直線偏光をベクトル(0,2)のように書きましたが, より正確には時間依存性も含めて(ω:角振動数, t:時刻, 初期位相は簡単のため0とする)

(0,2)*cosωt=(-1,1)*cosωt + (1,1)*cosωt <== E_y[Y軸方向]=E_-[y=-x方向] + E_+[y=x方向] の形

と書くべきだったかも知れません.
>特定の方向の振動成分を選び,しかもそれを打ち消す他の成分をカットすることになって,
という記述は, 上のE_- と E_+ が3枚目の(X軸方向のみを通す)偏光板に入射したとき, E_- と E_+ が「X軸方向に関しては任意の時刻tで完全に打ち消しあう」という話です. ここで,注意2)に触れた位相のずれがあっても E_- と E_+ に等しく生じるので, 干渉の条件は影響を受けません. (注)E_- と E_+ が"位相が180度違っている"と言うと危険です. 両者を加えると, X成分は打ち消しあって0ですが,Y成分は2倍になります.但しY方向の振動成分は3枚目を通れないので,ここでは特に問題にしなくてよかったわけです.
ところが2枚目の45度傾けた偏光板を入れると,上のE_+ のみ通ってE_- は遮断されるので...となります.

もちろん,基底の取り方は任意ですが,今の議論に都合のよいものは上述の y=-x方向 と y=x方向 の2つの直線偏光への分解です.

>補足です
No.1および2の説明について, 誤解があるようなので, 補足します.
まずここでは, 偏向板の組み合わせによる光の透過の特性の「原理」を問題にしているので,偏向板の理想化された特性を承認して議論しないと話がおかしくなる危険があります.

[前提]1枚の偏向板は特定の振動方向(透過容易軸)を1つだけ持ち,当たった光のうち,その固有の振動方向(その方向の直線偏光)の成分のみを通し, その振動方向を変えない.(方解石などのいわゆる複屈折(速度の異方性とそれに伴う偏光面の回転等)の話はここで...続きを読む

Q偏光版の仕組み

偏光版で特定の偏光面を持った光を通す仕組みがわかりません
調べた本によると「特定の偏光面だけを通す」とあるだけでした
私が思うに、「電場の面と磁場の面が直行しているはずなのに”特定の偏光面”ってなんだ?」
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よろしくお願いします

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蛇足です。
 偏光板は、myeyesonlyさんの仰るように、プラスチックの分子を一方方向に揃えて、方向によって誘電率が違うようにしたものです。従って、直線偏光を通しやすい方向xと、通しにくい方向yがある。xとyは直交してます。
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蛇足です。
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 siegmundさんに従って電場の振動方向だけに着目すると、普通の光の電場の振動方向は互いに直交する成分、しかも複数の位相成分が混合している中途半端な状態にあります。(あるいは、どっちという方向がないと言っても同じ事なんですが。)これは数学的には、z方向に光が進むもの...続きを読む

Q偏光板の構造について

偏光板・偏光シートの構造を教えて下さい。
光学の本を見ても、平行な線の縞だけで、良くわかりません。
製品の仕様や、詳しいページのアドレスがあったら教えて下さい。

Aベストアンサー

基本的な構造は簡単なものです。

有機分子の中には、光を吸収する方向と吸収しない方向をもったものがあります。
これを2色性と呼んでいます。
これは、分子の構造上光の電場の振動を受けたときに、その電場の方向が共鳴する方向にあるかどうかで決まります。

この有機分子をPVA(プラスチックの一つです)などのポリマーの中にいれ、フィルムを引き延ばすと、中に入っている分子はその方向に引っ張られ、特定の方向に配列されることになり、特定の偏光方向の光を吸収する偏光板ができあがります。

なお、ここで有機分子を入れずにそのまま引っ張ると、波長板ができあがります。(円偏光させたりする)
これは誰でも簡単に出来て、偏光板2枚を用意して、直交させると透過する光は暗くなりますが、この間にセロハンテープを色んな方向に張り付けた板(重ね張りするとよい)を挿入すると、セロハンテープの波長板としての機能を体験できます。

では。

Q偏光板を通る光の振動方向について

以下の図をご覧ください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Wire-grid-polarizer.svg
偏光板を通る光の振動方向は、この図で言うと縦方向になっているかと思いますが、
この振動方向は、電場の振動でしょうか、磁場の振動でしょうか、それともどちらでも
ないのでしょうか。
電磁波は電場の振動と磁場の振動が垂直になっていると習いましたが、この場合は
どちらなのでしょうか。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

空間を電磁波は電場の振動と磁場の振動が垂直になって次々に伝播して行く等言うのは、古典的な電磁学の説明で大間違いです。
理論的に光に磁場の振動等と言うものは存在しません。
AMラジオが磁性体アンテナを使うのは磁場振動を受信するだけです。
偏向板は絶縁体であり電流は流れないので磁場は存在せず分子配列に従って電場(電子雲)が光を伝播しますから光の偏向が起きます。
写真撮影で偏向レンズ使ったことがある人は当然知っていますが、偏向を有効にするには角度を変えて反射を抑える方向を探します。

Q偏光板の回転角と透過光強度

半導体レーザーと検出器の間に1枚の偏光板を置き、偏光板の回転角φを変えて透過光強度を測りました。

検出器は電圧計に接続し、回転角φの時の電圧をV(φ)としました。
すると、
φとV(φ)/V(0°)のグラフがコサインの曲線に、
V(φ)/V(0°)と(cosφ)^2の値がほぼ等しくなりました。

これはどうしてでしょうか。どなたか教えてください。

Aベストアンサー

直線偏光の偏光板を通過すると、偏光板の透過軸に沿った成分が通過します。
レーザーからの光の偏光面と偏光板のなす角度をφとすると、
透過軸成分はEcos(φ)になります。

検出器の出力は普通光のエネルギーつまり電界の2乗に比例しますから
検出信号Vは
V=k(Ecos(φ))^2
となりますよね。

Q偏光フィルムにはどんな種類がありますか?

偏光フィルムについてなんですが、偏光フィルム2枚を90度回転させると、フィルムが透明になったり、不透明になったりします。
以前東急ハンズで偏光フィルムを買ってきた時、サイズは色々あったのですが、フィルム自体は黒っぽい色で1種類しか売っておらず、もう少し色みが明るいフィルムが欲しいと思いました。
なるべくフィルムの色みが暗くなく、明るいもので、2枚を回転させると不透明で物が見えないものを探しているのですが、そういったものはあるのでしょうか?
またどんな種類があって、どこで買えますか?教えてください。

Aベストアンサー

偏光板には種類があると言えばあるのですが、
お探しのタイプの偏光板は、ほぼ1種類と思って差し支えないと思われます。

ちょっと専門的な話になりますが、直線偏光タイプの偏光板が、お探しのもので、そのほかの種類としては円偏光タイプ、楕円偏光タイプなどがあります。
下記サイトは、液晶ディスプレイ用偏光板の一流メーカーの例です。
http://www.sanritz-corp.co.jp/products/polarizer/
http://www.nitto.co.jp/product/industry/electronics/communicator/cellphon/lcds/polar/

偏光板の作り方ですが、イメージだけわかるように簡単に説明します。
まず、樹脂に染料みたいなのを混ぜた材料を作り、それをシート状に加工します。
しかる後に、一方向に、ぐいぐい引っ張ります。
悪さをした子供の左右のほっぺを、ぐいっとつかんで、懲らしめるが如くです。(日テレ系「サルヂエ」の「サル伸ばし」という例えでもよいかも?)

すると、染料の粗密が出来、それをミクロで見れば、引っ張った方向に対して垂直なストライプ(格子)模様のような構造ができあがります。

これで「偏光板」は出来上がりで、あとは所定の角度と大きさに切り取るだけです。

偏光板に、太陽光のような一様な偏光分布の光が入射すると、光の振動方向成分のうち、上記の「ストライプ」に対して平行に振動する成分だけが通過するようになります。

原理的に言って、偏光板の最大の透過率は50%です。
いくらがんばっても、これ以上にはできません。

実際に製造販売されている偏光板、偏光フィルムなどは、すでに、透過率が40%程度以上あると思いますが、消費者向けに廉価で売っているものはどうなってるかは不明です。
(高い偏光度に特化した、業界や研究施設向け製品もあり、その場合は透過率30%を切るものもあるらしいですが。)

ストライプをスカスカにして偏光性能を下げると、透過率は上がりますが・・・・・無意味ですね。

例えば、透過率が40%の偏光板を、49%のものに買い換えたところで、透過率は2割弱しか変わりません。

その上、人間の眼というのは、物理的に明るさが2倍になった時に、心理的に2倍感じるようにはなっていません。
おおむね、物理的な明るさの3乗根で感じるようになっています。
わかりやすい例ですと、部屋の天井灯が蛍光灯4本で、OFF→2本だけ点灯→4本全部点灯 という3段階スイッチになっている場合、2本と4本の明るさの比は、2倍も明るくなっているようには感じられません。
PC用ディスプレイの階調の設定で「γ(ガンマ)」という値がありますが、その値がおおむね3(=階調に対して明るさが三次関数的に増加させる)になっている理由の一つが、これです。

説明が長くなりましたが、結論としては、探しても探しても、求めているものは見つからないかもしれないということです。
とは言え、消費者向けの偏光フィルムが、現状、どういう仕様になっているか、とか、お店はどこか、とかは知らないもので・・・。

ネットで1つだけ見つけましたので、一応リンクを書いときます。
http://www.tech-jam.com/items/KN3115820.phtml#product_spec
文中、「透過率90%」と書いてますが、これは、本来「45%」と書くべきものです。




<おまけ(トリビア)>
海釣りをする人などが使う偏光サングラスは、海に反射した太陽光が偏光になっていることに着目し、その眩しい反射光がカットできる原理を利用しています。(一般に、反射した光は偏光になります)

偏光板には種類があると言えばあるのですが、
お探しのタイプの偏光板は、ほぼ1種類と思って差し支えないと思われます。

ちょっと専門的な話になりますが、直線偏光タイプの偏光板が、お探しのもので、そのほかの種類としては円偏光タイプ、楕円偏光タイプなどがあります。
下記サイトは、液晶ディスプレイ用偏光板の一流メーカーの例です。
http://www.sanritz-corp.co.jp/products/polarizer/
http://www.nitto.co.jp/product/industry/electronics/communicator/cellphon/lcds/polar/

偏光板の作り...続きを読む

Q光の偏光状態って?

偏光状態っていう意味が分からないので教えてください。
一応いろいろなホームページとかで調べたのですが、
・ 光は進行方向に垂直な面に対し、様々な方向に振動している
・ 偏光というのは、ある特定方向への振動成分のことをいう
というので合ってるでしょうか?
で、分からないのは、直線偏光、垂直偏光、円偏光って何か?っていうことです。しかもこれらってどちらの状態かを同時に測定することはできないんですよね?
どうして測定できないんでしょう?

Aベストアンサー

まず、偏光とはなんぞやというのはNo.1の方が解答してくれてますね。
「光の偏光方向は?」と聞くと「電場」の振動方向を指します。

さて、光の偏光には、
「直線偏光」と「円偏光」(楕円偏光も含めて)の2つの偏光状態があると考えるとわかりやすいです。

直線偏光:光が進んでも偏光方向は変わらずに一定方向

円偏光(楕円偏光):偏光方向がくるくる回転している状態。
光は進んでいますのでもちろんある位置の一点を眺めるとくるくる回っているし、時間を止めて眺めると螺旋状になって見えるわけです。
この場合は右回りと左回りの2通りがあり得えて、右回り円偏光、左回り円偏光と呼びます。
楕円偏光は要するにこの円偏光で一回転するまでの強度が強いところと弱いところがあって楕円になっているということです。

「垂直偏光」という言葉は偏光状態を表すためには使われません。
これはおそらく何かの対象物に対して「水平」か「垂直」かを言いたいために使われたのでしょう。
何も該当する対象物か示されていない場合は、暗黙の了解として地面を基準とします。

偏光の方向を示す言葉として、TE(Transverse Electric field)、TM(Transverse Macnetic field)という言葉も使われます。
TEは電場が横方向なので「水平偏光」、TMは磁場が横方向なので「垂直偏光」となります。

特に物体に斜めに入射した光の偏光方向とその物体との関係を表すためにs偏光、p偏光ということばもあります。
s偏光:入射面に対して垂直な偏光方向
p偏光:入射面に対して水平な偏光方向

>しかもこれらってどちらの状態かを同時に測定することはできないんですよね
これは意味不明ですね。検光子、リターダーなどを用いればどんな偏光状態でも測定可能です。
特にこの偏光状態を調べる測定方法のことを「エリプソメトリー」と言います。これは薄膜の膜厚測定などいろいろな用途に使われています。

です。

まず、偏光とはなんぞやというのはNo.1の方が解答してくれてますね。
「光の偏光方向は?」と聞くと「電場」の振動方向を指します。

さて、光の偏光には、
「直線偏光」と「円偏光」(楕円偏光も含めて)の2つの偏光状態があると考えるとわかりやすいです。

直線偏光:光が進んでも偏光方向は変わらずに一定方向

円偏光(楕円偏光):偏光方向がくるくる回転している状態。
光は進んでいますのでもちろんある位置の一点を眺めるとくるくる回っているし、時間を止めて眺めると螺旋状になって見えるわ...続きを読む

Q1/2波長板ってどういうものですか?

1/2波長板について教えて下さい。

1/4波長板は、入射された光の偏光方向に垂直な2方向に分解して、片方の位相をπ/2回転させるもので、直線偏光が円偏光に円偏光が直線偏光になることは分かるのですが、
1/2波長板に関しても同じように考えると、常に90°偏光方向が変わるだけのように思えます。
しかし、検索して調べてみると
http://www.luceo.co.jp/retaxa.html
直線偏光が1/2波長板にその振動方向が1/2波長板の光軸方向に対して角度θで入射すると、振動方向が2θ回転させられた直線偏光として射出されます。
と書かれています。例えば光軸に対して0°の角度で入射したとすると、偏光角度の回転は起こらないことになってしまうのですが、これは一体どういうことなのでしょうか?

Aベストアンサー

光軸という言葉で混乱が生じているようですが、普通、光軸といえば質問者が補足に書いているような

>光学軸方向とはレンズで言えば焦点と焦点を結ぶ直線のことを指し、

を指します。(ただし、光学軸と書くとまた意味が変わってしまうのでご注意を。)
私はそれ以外の意味で使っているのは見たことがないのですが、分野によってはどうやら使うこともあるみたいですね。

以下、混乱を避けるために「1/2波長板の光軸方向」でさしている「光軸」は「光学主軸」と呼ぶことにします。

1/2波長板や1/4波長板というものは復屈折性のもので作ります。復屈折というのは文字どおり屈折率が二つある現象で、したがって、媒質を通過する光の速さが二種類あります。

復屈折を一般的に扱うと非常に複雑なので、ここでは光の進行方向をy軸方向とし、光学主軸はx軸とz軸の方向を向いているものとします。こういう状況では、復屈折性の媒質の中では例外を除き二つの速さの違う直線偏光として進みます。二つの直線偏光の偏光方向は、必ず光学主軸の方向であるx軸、またはz軸方向となります。光の速さは、x軸方向に振動する光のほうが速いとしておきます。軸の取り方はx軸を横軸に、z軸を縦軸にとり、y軸は紙面に垂直で手前から奥に向かう向きとします。
z
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●------ x
x軸方向に比べz軸方向に振動する光は遅いので、z軸方向の光はx軸方向の光に比べて検板を遅れて出てくることになります。この遅れ分が対象とする波長の半分になるものが1/2波長板、4分の一になるものが1/4波長板です。

1/2波長板に話を限定します。波が1/2波長分だけ遅れるとちょうど位相が反転します。つまり、z成分にマイナス符号がつくことになります。

1/2波長板に直線偏光が入射されるとします。入射光の偏光方向はx軸とθの角をなしているとし、入射光の振幅を1とします。この光がx軸方向とz軸方向の成分に分解されますが、その成分を(x成分、z成分)の形で書くことにすると、入射直後(直前でもいいですが)のそれぞれの成分は(cosθ、sinθ)ですが、通過した後はz成分が反転するので(cosθ、-sinθ)=(cos(-θ)、sin(-θ))となります。これは二つの直線偏光を合成した結果がx軸と-θの角をなすことになります。入射光の偏光方向はx軸と+θ方向を向いていたわけですから、+θから-θへ、2θだけ偏光面が回転したことになります。θ=π/4(=45度)となるような配置にしておけば2θでπ/2(=90度)回転することになります。


さて、上のほうに「例外を除き」と書きましたがこの例外が2通りあります。ひとつは二つの直線偏光に分かれるものの、この二つの直線偏光の速さが同じであるために復屈折にならない場合で、もうひとつは、二つの直線偏光にならず一つの直線偏光で進むために復屈折にならない場合です。

前者は結晶の方向によって決まる特殊な方向に光が進む場合だけでおこるもので、この特殊な方向を光学軸といいます。一般には光学軸は2本あり、光学主軸とは一致しません。しかし、いくつかの結晶系ではこの2本の光学軸が同じ方向を向き1本になってしまうものがあります。このような結晶は1軸性結晶と呼ばれ、1軸性結晶では光学軸の方向は3本の光学主軸のうちのひとつと一致します。したがって、1軸性結晶のみが対象であれば光学主軸の方向の意味で光学軸方向を使うのは間違いではありませんが、一般の場合に光学軸方向と書くのはよろしくありません。

後者は入射光の偏光方向がたまたま結晶の光学主軸のひとつと一致した場合で、上の座標系を使えばθ=0度とθ=90度の場合です。θ=0度では(cosθ、sinθ)=(1,0)となるのでx成分のみとなり、θ=90度では(cosθ、sinθ)=(0,1)となるのでz成分のみとなり、z成分を反転させても偏光状態は変らず、入射光はそのまま検板を通過することになります。

光軸という言葉で混乱が生じているようですが、普通、光軸といえば質問者が補足に書いているような

>光学軸方向とはレンズで言えば焦点と焦点を結ぶ直線のことを指し、

を指します。(ただし、光学軸と書くとまた意味が変わってしまうのでご注意を。)
私はそれ以外の意味で使っているのは見たことがないのですが、分野によってはどうやら使うこともあるみたいですね。

以下、混乱を避けるために「1/2波長板の光軸方向」でさしている「光軸」は「光学主軸」と呼ぶことにします。

1/2波長板や1/4波長...続きを読む

Q円偏光フィルタの原理

偏光フィルタが水面からの反射を消す原理は検索すると
出ていて理解しているつもりなのですが、
円偏光フィルタはどういう原理なのでしょうか?
なぜ偏光フィルタではだめなのかも含めて教えていただけますか?

どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

リニア偏光フィルターも円偏光フィルターも偏光幕で、光の波を振いに掛ける原理は同じ。
違いは、選別した光の波を1/4波長位相差板を通して、光の進行をネジ状に回転させるか否かです。
http://www.starman.biz/kazuosasaki_blog/science/universe/pg256.html

写真を撮る事自体は、リニア偏光でも何ら問題ありません。
では、何故、光の進行を回転させる必要が有るのか?
それは、リニア偏光では、位相差検出AF方式のカメラでは、AF精度に狂いが生じる恐れがあるからです。
ですから、MFカメラやコントラスト検出AFカメラでは、リニア偏光フィルターを用いても構いませんが、現状、偏光フィルターと言えば、円偏光(C-PL)フィルターを指し、リニア偏光フィルターは殆ど販売されていません。
写真を撮る上での効果自体は、どちらも同じです。


【参考に】位相差AFとは?

自分の目の前に「指を1本立てて」遠くを眺めると、指が「2本」に見えます。
コレは、左右の目に「視差」があるからです。
そこから、指に視線を移すと、指は「1本」に、且つ鮮明に見えます。つまり指に「ピント」が合ったと言う事です♪
コレが、「位相差AFセンサー」のピント合わせの仕組みです。

が、レンズは単眼です。
では、どうして視差を作るのでしょうか?
その仕組みは、レンズから入ってきた光(像)のうち、f2.8付近或いはf5.6付近を通る光束の中から、180度相い対角する光束のみを選択的に通す「分光レンズ」を用い、人の目に相当する「視差」、つまり、「位相差」を作ります。(縦線検出センサーでは対角する左右の光束、横線検出は対角する上下の光束)
f2.8検出センサーはf5.6センサーの「位相差」が2倍になるので、理論上は検出精度も2倍になります。
キヤノンHP
http://web.canon.jp/Camera-muse/tech/report/2011/09/

位相差AF検出方式のメリットは、ピントのズレ方向と量から、直ちに、前ピンか後ピンかとピントを合わすに必要なレンズ駆動量が演算(カメラで演算した数値をレンズ側のROMで駆動量に置き換える)出来るので、素早いピント合わせが可能になる事です。

リニア偏光フィルターも円偏光フィルターも偏光幕で、光の波を振いに掛ける原理は同じ。
違いは、選別した光の波を1/4波長位相差板を通して、光の進行をネジ状に回転させるか否かです。
http://www.starman.biz/kazuosasaki_blog/science/universe/pg256.html

写真を撮る事自体は、リニア偏光でも何ら問題ありません。
では、何故、光の進行を回転させる必要が有るのか?
それは、リニア偏光では、位相差検出AF方式のカメラでは、AF精度に狂いが生じる恐れがあるからです。
ですから、MFカメラやコントラスト検出...続きを読む

Q偏光板(偏光の特性)について

偏光板を2枚平行に重ね、光を照射すると直交時に比べ最大光量が得られるのはなぜ?また、偏光板を直交させるとあまり光量が得られないのはなぜですか?
詳しく教えてください!

Aベストアンサー

既に
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=26254
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=24118
でかなり詳細に議論されています.


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