偏光板の原理と偏光の性質について

　
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。
　

No.4 ベストアンサー 回答者： noname#11476 回答日時： 2002/06/13 13:03

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。

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

No.3 回答者： oshiete_goo 回答日時： 2002/06/13 00:47

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

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

No.2 回答者： guiter 回答日時： 2002/06/12 16:49

＞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。

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

No.1 回答者： sinjiro 回答日時： 2002/06/12 12:23

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。

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