(57)【要約】【課題】測定対象の旋光度を短い測定時間で計測することが可能な計測装置、及び計測装置に用いられる偏光変調器を提供すること。【解決手段】所定の帯域成分を含む光の所定の偏光成分を透過させる第１の偏光子１８と、第１の偏光子１８を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調器２０と、偏光変調器２０を介して測定対象３０を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第２の偏光子３２と、第２の偏光子を透過した光を検出して電気信号に変換する検出部３４とを含み、偏光変調器２０は、主軸方位が互いに異なる第１の液晶素子２２及び第２の液晶素子２４と、第１、第２の液晶素子２２、２４への印加電圧を制御する電圧制御部２３、２５とを含み、第１の液晶素子２２と第２の液晶素子２４は、それぞれ複数の液晶セル２７、２８から構成されることを特徴とする。【選択図】図２
2010072533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の帯域成分を含む光の所定の偏光成分を透過させる第１の偏光子と、前記第１の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調器と、前記偏光変調器を介して測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第２の偏光子と、前記第２の偏光子を透過した光を検出して電気信号に変換する検出部とを含み、前記測定対象の旋光度を計測する計測装置に用いられる前記偏光変調器であって、
主軸方位が互いに異なる第１の液晶素子及び第２の液晶素子と、
前記第１の液晶素子及び前記第２の液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含み、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、それぞれ複数の液晶セルから構成されることを特徴とする偏光変調器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、ラビング方向が互いに異なることにより、主軸方位が互いに異なることを特徴とする偏光変調器。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記液晶セルは、平行配向液晶セルであることを特徴とする偏光変調器。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記液晶セルは、ツイスト配向液晶セルであることを特徴とする偏光変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記第１の液晶素子は、前記第１の偏光子の主軸方位に対して４５°の奇数倍傾いた主軸方位を有し、
前記第２の液晶素子は、前記第１の偏光子の主軸方位に対して４５°の偶数倍傾いた主軸方位を有することを特徴とする偏光変調器。
【請求項６】
測定対象の旋光度を計測する計測装置であって、
所定の帯域成分を含む光の所定の偏光成分を透過させる第１の偏光子と、
前記第１の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調部と、
前記偏光変調部を介して前記測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第２の偏光子と、
前記第２の偏光子を透過した光を検出して電気信号に変換する検出部とを含み、
前記偏光変調部は、
主軸方位が互いに異なる第１の液晶素子及び第２の液晶素子と、
前記第１の液晶素子及び前記第２の液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含み、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、それぞれ複数の液晶セルから構成されることを特徴とする計測装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記検出部で検出した光強度に基づいて、前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行う演算処理部を更に含むことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の旋光度を計測する計測装置に用いられる偏光変調器、及び測定対象の旋光度を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、糖類、アミノ酸など旋光性を有する物質の旋光度や濃度を測定するための旋光度計測装置が知られている。代表的な旋光度計測装置として、回転偏光子法やファラデー変調法による装置が知られている。しかしこれらの手法には、機械駆動を必要とするために装置が大型化するといった問題や、高電圧を必要とするといった問題があった。これらの問題点を解決する旋光度測定装置として、主軸方向をずらした２個の液晶素子を用いて試料に入射する直線偏光を変調させる偏光変調器を用いた装置がある。かかる技術として、例えば特開２００７−９３２８９号公報に開示される従来技術がある。
【特許文献１】特開２００７−９３２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の旋光度計測装置では、試料に入射させる光の波長によっては、所定の複屈折位相差を得るために、応答速度の遅いセルギャップの大きな液晶素子を用いる必要があり、測定時間が長くなるといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象の旋光度を短い測定時間で計測することが可能な計測装置、及び計測装置に用いられる偏光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、所定の帯域成分を含む光の所定の偏光成分を透過させる第１の偏光子と、前記第１の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調器と、前記偏光変調器を介して測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第２の偏光子と、前記第２の偏光子を透過した光を検出して電気信号に変換する検出部とを含み、前記測定対象の旋光度を計測する計測装置に用いられる前記偏光変調器であって、
主軸方位が互いに異なる第１の液晶素子及び第２の液晶素子と、
前記第１の液晶素子及び前記第２の液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含み、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、それぞれ複数の液晶セルから構成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、第１の液晶素子と第２の液晶素子を、それぞれ複数の液晶セルから構成することにより、応答速度の速いセルギャップの小さな液晶セルを用いて第１、第２の液晶素子を構成することができ、測定対象の旋光度を短い測定時間で計測することができる。
【０００７】
（２）また本発明に係る偏光変調器では、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、ラビング方向が互いに異なることにより、主軸方位が互いに異なることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、ラビング方向とは、液晶を配向させるラビング処理の方向（配向方向）をいい、ラビング処理は、ラビング布によって配向膜をこする処理でもよいし、配向膜に高エネルギーの光を照射する処理でもよい。
【０００９】
本発明によれば、第１及び第２の液晶素子のラビング方向を互いに異ならせることで、第１及び第２の液晶素子のいずれか一方を所定角度傾けて設置するという主軸方位の調整作業が不要となるため、第１及び第２の液晶素子を平行に重ね合わせて一体化することができる。そして第１及び第２の液晶素子を一体化して偏光変調器を構成することで、装置を小型化することができる。
【００１０】
（３）また本発明に係る偏光変調器では、
前記液晶セルは、平行配向液晶セルであることを特徴とする。
【００１１】
（４）また本発明に係る偏光変調器では、
前記液晶セルは、ツイスト配向液晶セルであることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ツイスト配向液晶セルを用いることにより、第１、第２の液晶素子の設置時の主軸方位に誤差がある場合であっても、精度良く測定対象の旋光度を計測することができる。
【００１３】
（５）また本発明に係る偏光変調器では、
前記第１の液晶素子は、前記第１の偏光子の主軸方位に対して４５°の奇数倍傾いた主軸方位を有し、
前記第２の液晶素子は、前記第１の偏光子の主軸方位に対して４５°の偶数倍傾いた主軸方位を有することを特徴とする。
【００１４】
（６）また、本発明は、測定対象の旋光度を計測する計測装置であって、
所定の帯域成分を含む光の所定の偏光成分を透過させる第１の偏光子と、
前記第１の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調部と、
前記偏光変調部を介して前記測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第２の偏光子と、
前記第２の偏光子を透過した光を検出して電気信号に変換する検出部とを含み、
前記偏光変調部は、
主軸方位が互いに異なる第１の液晶素子及び第２の液晶素子と、
前記第１の液晶素子及び前記第２の液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含み、
前記第１の液晶素子と前記第２の液晶素子は、それぞれ複数の液晶セルから構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第１の液晶素子と第２の液晶素子を、それぞれ複数の液晶セルから構成することにより、応答速度の速いセルギャップの小さな液晶セルを用いて第１、第２の液晶素子を構成することができ、測定対象の旋光度を短い測定時間で計測することができる。
【００１６】
（７）また本発明に係る計測装置では、
前記検出部で検出した光強度に基づいて、前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行う演算処理部を更に含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
１．計測装置の構成
図１は、本実施形態の計測装置の構成を説明するためのブロック図である。計測装置１は、測定対象である試料３０の旋光度を計測する装置である。計測装置１は、光学系１０と、制御装置４０とを含む。制御装置４０は演算処理部５０を含み、演算処理部５０では、光学系１０に含まれる光学素子及び試料３０を透過した光の光強度に基づき試料３０の旋光度を算出する演算処理を行う。以下、計測装置１の装置構成について説明する。
【００１９】
１−１．光学系１０
光学系１０は、光源１２と検出部３４を含む。また光学系１０は、光源１２と検出部３４とを結ぶ光路Ｌ上に設けられた、コリメートレンズ１３、干渉フィルタ１６、検光子１８（第１の偏光子）、第１、第２の液晶素子２２、２４とを含む偏光変調部２０（偏光変調器）、及び検光子３２（第２の偏光子）を含む。これらの光学素子は、光源１２から出射された光を、コリメートレンズ１３、干渉フィルタ１６、検光子１８（第１の偏光子）、第１の液晶素子２２、第２の液晶素子２４を介して試料３０に入射させ、試料３０を透過した光を、検光子３２を介して検出部３４に入射させるように配列されている。以下、それぞれについて説明する。
【００２０】
光源１２は、タングステンハロゲンランプなどの白色光源からなり、広域の波長成分を含む白色光を出射する。
【００２１】
コリメートレンズ１３は、光ファイバによって導かれた光源１２からの白色光を平行光に変換し、この平行光を干渉フィルタ１６に入射させる。
【００２２】
干渉フィルタ１６は、平行光の所定の波長成分を透過させる。本実施形態の干渉フィルタ１６は、中心波長８８０ｎｍの光を透過させる。
【００２３】
偏光子１８は、干渉フィルタ１６を透過した光を直線偏光とする入射側の偏光子である。すなわち偏光子１８はその透過軸の方向（主軸方位）に偏光面を有する直線偏光を透過させる。本実施形態の偏光子１８は、その主軸方位が水平０°となるように設置されている。
【００２４】
偏光変調部２０は、偏光子１８を透過した直線偏光を任意の偏光に変調する。偏光変調部２０は、第１の液晶素子２２及び第２の液晶素子２４から構成される液晶素子２１と、第１及び第２の液晶素子２２、２４への印加電圧をそれぞれ制御し、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２を変化させる第１及び第２の電圧制御部２３、２５と、液晶素子２１の温度を制御する温度制御部２６とを含む。
【００２５】
光進方向手前に設置される第１の液晶素子２２は、偏光子１８の主軸方位（水平０°）に対して光進方向に向かって反時計回りに４５°回転した方向に主軸を有する。また光進方向に向かって奥側に設置される第２の液晶素子２４は、偏光子１８の主軸方向（水平０°）に平行な主軸を有する。従って第１及び第２の液晶素子２２、２４は、その主軸方位が互いに４５°ずれていることになる。なお、第１、第２の液晶素子２２、２４は、それぞれ複数の液晶セルから構成されている。従って第１の液晶素子２２の複屈折位相差をδ１とすると、第１の液晶素子２２を構成するｎ個の液晶セルそれぞれの複屈折位相差はδ１／ｎとなり、第２の液晶素子２４の複屈折位相差をδ２とすると、第２の液晶素子２４を構成するｎ個の液晶セルそれぞれの複屈折位相差はδ２／ｎとなる。なお各液晶セルの液晶として、ネマチック液晶を用いるようにしてもよいし、コレステリック液晶や強誘電性液晶を用いるようにしてもよい。
【００２６】
このように、主軸方位がそれぞれ４５°及び０°であり、且つ複屈折位相差δ１、δ２が可変である２つの液晶素子２２、２４を用いて位相変調することにより、偏光子１８を透過した所定の直線偏光を、任意の直線偏光または楕円偏光又は円偏光に変えることができる。
【００２７】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、本実施形態の第１及び第２の液晶素子２２、２４から構成される液晶素子２１を模式的に示す図である。図２（Ａ）は、液晶素子２１の上面図である。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、液晶素子２１は、第１の液晶素子２２と第２の液晶素子から構成される。また第１の液晶素子２２は、２つの液晶セル２７により構成され、第２の液晶素子２４は、２つの液晶セル２８により構成される。
【００２９】
各液晶セル２７、２８は、２枚の透明基板ＴＳと、透明基板ＴＳの内面に設けられた透明電極ＥＬと、２枚の透明基板ＴＳ間に封入されたネマチック液晶ＬＣにより構成される。また、液晶セル２７の透明基板ＴＳとネマチック液晶ＬＣの界面には配向膜ＡＬ１が設けられ、液晶セル２８の透明基板ＴＳとネマチック液晶ＬＣの界面には配向膜ＡＬ２が設けられている。そして２つの液晶セル２７は、透明基板ＴＳにおいて重ね合わされて第１の液晶素子２２を構成し、２つの液晶セル２８は、透明基板ＴＳにおいて重ね合わされて第２の液晶素子２４を構成する。また第１、第２の液晶素子２２、２４は、透明基板ＴＳにおいて重ね合わされて液晶素子２１を構成する。ここで、各液晶セル２７、２８が重ね合わされる部分の透明基板ＴＳを１枚にして、図２（Ｂ）に示すように、液晶素子２１に含まれる透明基板ＴＳを５枚とする構成としてもよい。このとき、両端の透明基板ＴＳを除く透明基板ＴＳには、その両面に透明電極ＥＬと配向膜ＡＬが設けられることになる。
【００３０】
図３は、セルギャップの異なる２つの液晶セルについて、印加電圧と応答時間との関係を示す図である。図３において、黒塗り点は、波長５８９．３ｎｍの光で複屈折位相差が３６０°以上出るように製作されたセルギャップの小さな（５μｍ）液晶セルＡについての各印加電圧に対する応答時間を示し、白抜き点は、波長８８０．０ｎｍの光（本実施形態において試料に入射させる光）で複屈折位相差が３６０°以上出るように製作されたセルギャップの大きな（７μｍ）液晶セルＢについての各印加電圧に対する応答時間を示す。
【００３１】
図３に示すように、いずれの印加電圧においても、セルギャップの大きな液晶セルＢの方がセルギャップの小さな液晶セルＡに比べて応答時間が長い（応答速度が遅い）。すなわち、波長８８０．０ｎｍの光で複屈折位相差を３６０°以上変化させる為に、第１、第２の液晶素子２２、２４をセルギャップの大きな液晶セルＢを１つずつ用いて構成すると測定時間が長くなってしまう。
【００３２】
そこで本実施形態では、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、第１、第２の液晶素子２２、２４をそれぞれ、セルギャップが小さく応答速度の速い液晶セルＡ（液晶セル２７、２８）を複数（２つ）用いて構成するようにしている。このようにすると、第１、第２の液晶素子２２、２４それぞれのセルギャップを大きくすることができる（５×２＝１０μｍ）とともに、第１、第２の液晶素子２２、２４の応答速度を速くすることができる。すなわち波長８８０．０ｎｍの光で第１、第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差を３６０°以上変化させることができ、且つ測定時間を短くすることが可能な偏光変調部を構成することができる。
【００３３】
図４（Ａ）は、第１の液晶素子２２を構成する液晶セル２７の正面図であり、図４（Ｂ）は、第２の液晶素子２４を構成する液晶セル２８の正面図である。
【００３４】
図４（Ａ）に示すように、液晶セル２７は、ラビング方向ＲＤ（配向方向）が基準方向ＨＤに対して４５°となっており、これにより複屈折の主軸方位も４５°となっている。また図４（Ｂ）に示すように、液晶セル２８は、ラビング方向ＲＤ（配向方向）が基準方向ＨＤに対して０°となっており、これにより複屈折の主軸方向も０°となっている。すなわち液晶セル２７の２つの配向膜ＡＬ１（図２（Ａ）参照）に施されたラビング処理の方向は基準方向ＨＤに対して４５°となっており、液晶セル２８の２つの配向膜ＡＬ２（図２（Ａ）参照）に施されたラビング処理の方向は基準方向ＨＤに対して０°となっている。なお液晶セル２８は、ラビング方向ＲＤが基準方向ＨＤに対して９０°となるようにしてもよい。なお基準方向ＨＤは、偏光子１８の主軸方位（水平０°）と同一の方向である。
【００３５】
このように第１及び第２の液晶素子２２、２４を構成する液晶セル２７、２８のラビング方向をそれぞれ４５°、０°（又は９０°）とすることで、第１及び第２の液晶素子２２、２４のいずれか一方を他方に対して４５°傾けて設置することなく、第１及び第２の液晶素子２２、２４の主軸方向を互いに４５°ずらすことができる。従って第１及び第２の液晶素子２２、２４を平行に重ね合わせて一体化することができる。そして、第１及び第２の液晶素子２２、２４を一体化して構成した液晶素子２１により偏光変調部２０を構成することで装置を小型化することができる。
【００３６】
図５は、本実施形態の偏光変調部２０（偏光変調器）を模式的に示す図である。
【００３７】
偏光変調部２０は、液晶素子２１の温度を制御する温度制御部２６を含む。温度制御部２６は、銅ケースＣＣ、温度センサＴＳ、ペルチェ素子ＰＤ、ヒートシンクＨＳ及び冷却ファンＣＦとを含み、第１及び第２の液晶素子２２、２４を一体化して構成した液晶素子２１の温度を一定に制御する。液晶素子２１は、熱伝導に優れる銅を用いた銅ケースＣＣ内に収められている。また、銅ケースＣＣに接する位置には、銅ケースＣＣの温度を検出するサーミスタ等の温度センサＴＳと、銅ケースＣＣを冷却（吸熱）又は加熱するためのペルチェ素子ＰＤ（熱電素子）が設けられ、ペルチェ素子ＰＤに接する位置にはペルチェ素子ＰＤの熱を放熱するためのヒートシンクＨＳ（放熱板）が設けられ、ヒートシンクＨＳの下部にはヒートシンクＨＳの熱拡散能力を補うための冷却ファンＣＦが取り付けられている。銅ケースＣＣには、液晶素子２１への入射光が通過する開口ＯＭと、液晶素子２１からの出射光が通過する開口ＯＭ（図示せず）とが設けられ、ペルチェ素子ＰＤ及びヒートシンクＨＳには、それぞれ液晶素子２１への入射光が通過する開口ＯＭを有している。
【００３８】
図５に示すように、銅ケースＣＣ、温度センサＴＳ、ペルチェ素子ＰＤ、ヒートシンクＨＳ及び冷却ファンＣＦから構成される温度制御部２６を用いて、液晶素子２１の温度を一定に制御することにより、環境温度の変化によって同じ印加電圧に対する第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差に誤差（変動）が生じることを防止することができる。また温度制御部２６を用いて、第１及び第２の液晶素子２２、２４を一体化して構成した液晶素子２１の温度を制御するようにすることで、液晶素子２１と温度制御部２６とを一体化して構成することができ、一体化されていない２個の液晶素子それぞれについて温度制御部を設ける（各液晶素子の温度を個別に制御する）場合に比べて装置を小型化することができる。なお液晶素子２１の温度は、結露を防止するために環境温度より高い温度で一定となるように制御することが好ましい。
【００３９】
再び図１を参照すると、検光子３２は、試料３０を通過した光を直線偏光とする出射側の偏光子である。すなわち検光子３２はその透過軸の方向（主軸方位）に偏光面を有する直線偏光を透過させる。本実施形態の偏光子３２は、その主軸方位が水平４５°となるように設置されている。
【００４０】
検出部３４は、例えば光電センサ（フォトディテクタ）からなり、検光子３２からの出射光の光強度を検出し、電圧に変換して光強度情報として出力する。
【００４１】
１−２．制御装置４０
制御装置４０は、演算処置部５０、制御信号生成部６０、記憶部７０とを含む。
【００４２】
演算処理部５０は、検出部３４から出力された光強度情報に基づいて試料３０の旋光度を算出する演算処理を行う。
【００４３】
制御信号生成部６０は、制御信号を生成して、第１の電圧制御部２３（第１の液晶素子２２を構成する各液晶セル２７の液晶ドライバ）及び第２の電圧制御部２５（第２の液晶素子２４を構成する各液晶セル２８の液晶ドライバ）を制御し、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２を変化させる。
【００４４】
また制御信号生成部６０は、温度制御部２６の動作を制御する。例えば図５に示す温度センサＴＳからの出力に基づき制御信号を生成して、図５に示すペルチェ素子ＰＤ及び冷却ファンＣＦの動作を制御する。
【００４５】
記憶部５０は、種々のデータを一時記憶する機能を有し、例えば検出部３４から出力された光強度情報を、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２と対応付けて記憶する。
【００４６】
２．旋光度測定原理
次に、本実施形態の計測装置が採用する、旋光度測定原理を説明する。
【００４７】
２−１．検出部３４が検出する光の光強度の理論式
偏光子１８に入射する単色光のストークスパラメータをＳｉｎとし、試料３０を透過して検光子３２から出射する光のストークスパラメータをＳ’とすると、当該Ｓ’は次式で表すことができる。
【００４８】
【数１】
2010072533.tif 000003
【００４９】
なお、Ｉ０は偏光子１８に入射する単色光の光強度である。またＰ０°は、主軸方位が０°である偏光子１８のミュラー行列である。またＲδ１，４５°は、主軸方位が４５°であり複屈折位相差がδ１である第１の液晶素子２２のミュラー行列である。またＲδ２，０°は、主軸方位が０°であり複屈折位相差がδ２である第２の液晶素子２４のミュラー行列である。またＴφは旋光度がφである試料３０のミュラー行列である。またＡ４５°は、主軸方位が４５°である検光子３２のミュラー行列である。
【００５０】
ここで検出部３４が検出する光の光強度をＩ（δ１，δ２，φ）とすると、当該Ｉ（δ１，δ２，φ）は、検光子３２から出射する光のストークスパラメータのＳ０’であるから、式（１）より、
【００５１】
【数２】
2010072533.tif 000004
【００５２】
となる。
【００５３】
２−２．試料３０の旋光度の算出原理
試料３０の旋光度は、試料３０への入射光の偏光状態を変化させながら試料３０と検光子３２を通過した光の光強度を測定し、以下のように求める。
【００５４】
例えば、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２をδ１＝δ、δ２＝δ＋π／２と設定し、δを０°から３６０°まで連続的に変化させる。このとき、検出部３４が検出する光強度をＩ（δ，δ＋π／２，φ）とすると、当該Ｉ（δ，δ＋π／２，φ）は、式（２）より、
【００５５】
【数３】
2010072533.tif 000005
【００５６】
となる。ここでａ（＝Ｉ０／４ｓｉｎ２φ）及びｂ（＝Ｉ０／８ｃｏｓ２φ）は、それぞれフーリエ関数ｃｏｓδ及びｓｉｎ２δの係数を示す。式（３）からδを連続的に０°〜３６０°の範囲で変調させると、光強度Ｉ（δ，δ＋π／２，φ）が周期的に変化することがわかる。従って検出部３４が検出する光強度Ｉ（δ，δ＋π／２，φ）の周期的変化をフーリエ解析し、係数ａ、ｂを求めることにより試料３０の旋光度φは、
【００５７】
【数４】
2010072533.tif 000006
【００５８】
により算出することができる。
【００５９】
また第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２を、それぞれ０、π／２、π、３π／２と４回変調させ、このとき検出部３４が検出する４つの光強度の値から、試料３０の旋光度φは、
【００６０】
【数５】
2010072533.tif 000007
【００６１】
により算出することができる。ここでＩ１は、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２を０に設定したときの検出部３４が検出する光強度である。またＩ２は、複屈折位相差δ１、δ２をπ／２に設定したときの検出部３４が検出する光強度である。またＩ３は、複屈折位相差δ１、δ２をπに設定したときの検出部３４が検出する光強度である。またＩ４は、複屈折位相差δ１、δ２を３π／２に設定したときの検出部３４が検出する光強度である。この手法（位相変調法）によれば、第１及び第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差δ１、δ２を４回変調するだけでよいため、旋光度φを高速に算出することが可能となる。
【００６２】
３．変形例
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【００６３】
例えば、本実施形態では、第１、第２の液晶素子２２、２４を構成する複数の液晶セルとして、配向方向が平行な平行配向液晶セルを用いる場合について説明したが、第１、第２の液晶素子２２、２４を構成する複数の液晶セルとして、配向方向がねじれたツイスト配向液晶セルを用いるようにしてもよい。
【００６４】
第１、第２の液晶素子２２、２４の主軸方位をそれぞれ４５°、０°に設定して第１、第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差を変化させることで任意の偏光状態をつくり出せることができるが、第１、第２の液晶素子２２、２４を平行配向液晶セルにより構成すると、第１、第２の液晶素子２２、２４の設置時の角度（主軸方位）がずれた場合に旋光度の測定に必要な偏光状態をつくりだせなくなる場合がある。
【００６５】
図６は、第２の液晶素子２４から出射する光の偏光状態を示すポアンカレ球である。第１、第２の液晶素子２２、２４の複屈折位相差を０°から７２０°まで変化させた場合の出射光の偏光状態は、図６に示すポアンカレ球上の軌道Ｄで示される。
【００６６】
ここで、第１、第２の液晶素子２２、２４の主軸方位（４５°、０°）がそれぞれ−５°、＋５°ずれると、第１、第２の液晶素子２２、２４をそれぞれ複数の平行配向液晶セルから構成した場合（第１、第２の液晶素子２２、２４のツイスト角がそれぞれ０°の場合）には、図６に示すポアンカレ球上の領域Ａの偏光状態を作り出せなくなる。
【００６７】
そこで、第１、第２の液晶素子２２、２４をそれぞれツイスト配向液晶セルから構成し、第１、第２の液晶素子２２、２４のツイスト角をそれぞれ１０°とすると、図７に示すように領域Ａは小さくなり、さらに第１、第２の液晶素子２２、２４のツイスト角をそれぞれ２０°とすると領域Ａは消滅する。すなわち第１、第２の液晶素子２２、２４のツイスト角を大きくするほど、領域Ａを小さくすることができる。
【００６８】
このように、第１、第２の液晶素子２２、２４をそれぞれツイスト配向液晶セルにより構成するようにすると、第１、第２の液晶素子２２、２４の主軸方位に誤差がある場合であっても、旋光度の測定に必要な偏光状態をつくりだせることができる。
【００６９】
図８は、ツイスト配向液晶セルを用いて構成した第１、第２の液晶素子２２、２４を模式的に示す図（上面図）である。なお図８では、透明電極について図示を省略している。
【００７０】
図８に示す例では、第１の液晶素子２２を、ツイスト角が１０°である２つのツイスト配向液晶セル２７により構成し、同様に第２の液晶素子２４を、ツイスト角が１０°である２つのツイスト配向液晶セル２８により構成している。すなわち、第１の液晶素子２２を構成する２つの液晶セル２７の配向膜ＡＬのラビング方向（配向方向）を、光進方向手前側から順に、４５°、５５°、５５°、６５°とし、第２の液晶素子２４を構成する２つの液晶セル２８の配向膜ＡＬのラビング方向（配向方向）を、光進方向手前側から順に、０°、１０°、１０°、２０°としている。すなわち図８に示す第１、第２の液晶素子２２、２４のツイスト角はそれぞれ２０°であり、主軸方位はそれぞれ６５°、２０°である。
【００７１】
なお、第１、第２の液晶素子をそれぞれｎ個のツイスト配向液晶セルから構成する場合の、ｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のツイスト配向液晶セルのミュラー行列Ｒｉは、
【００７２】
【数６】
2010072533.tif 000008
【００７３】
となる。ここでδは、ｉ番目の液晶セルの複屈折位相差であり、第１又は第２の液晶素子の複屈折位相差をδＲとすると、δ＝δＲ／ｎにより求めることができる。またθは、ｉ番目の液晶セルの主軸方位であり、第１又は第２の液晶素子の主軸方位をθＲ、ツイスト角をαとすると、次式により求めることができる。
【００７４】
【数７】
2010072533.tif 000009
【００７５】
なお、第１、第２の液晶素子２２、２４を、それぞれツイスト配向液晶セルから構成する場合には、図９に示すストークスポラリメータを用いて、第１、第２の液晶素子２２、２４に印加する各電圧値に対する第１、第２の液晶素子２２、２４（液晶素子２１）からの出射光の偏光状態（ストークスパラメータ）を予め計測しておき、この計測結果に基づき、図１に示す計測装置１によって試料の旋光度を計測することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
清涼飲料水、果実等の濃度計測だけでなく、タンパク質、アミノ酸、核酸等の分子構造の解析、薬品の品質管理などに利用することができる。また血糖値を測定する血糖値センサとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態の計測装置の構成を説明するためのブロック図。
【図２】本実施形態の第１及び第２の液晶素子から構成される液晶素子を模式的に示す図。
【図３】セルギャップの異なる２つの液晶セルについて、印加電圧と応答速度との関係を示す図。
【図４】本実施形態の第１及び第２の液晶素子を構成する液晶セルの正面図。
【図５】本実施形態の偏光変調部を模式的に示す図。
【図６】変形例について説明するための図。
【図７】変形例について説明するための図。
【図８】変形例について説明するための図。
【図９】変形例について説明するための図。
【符号の説明】
【００７８】
１  測定装置、１０  光学系、１２  光源、１３  コリメートレンズ、１６  干渉フィルタ、１８  偏光子、２０  偏光変調部（偏光変調器）、２１  液晶素子、２２  第１の液晶素子、２３  第１の電圧制御部、２４  第２の液晶素子、２５  第２の電圧制御部、２６  温度制御部、２７  液晶セル、２８  液晶セル、３０  試料、３２  検光子、３４  検出部、４０  制御装置、５０  演算処理部、６０  制御信号生成部、７０  記憶部
【図１】
2010072533.tif 000010
【図３】
2010072533.tif 000011
【図５】
2010072533.tif 000012
【図８】
2010072533.tif 000013
【図９】
2010072533.tif 000014
【図２】
2010072533.tif 000015
【図４】
2010072533.tif 000016
【図６】
2010072533.tif 000017
【図７】
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