(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出光された光に所定の直線偏光を与える偏光子と、
光に所定変調周波数ωで変調を与える光弾性変調子と、
被測定試料を載置し、前記偏光変調の与えられた入射光に対しその光軸回りで回転位置を変更し得るサンプルステージと、
前記サンプルステージ上の被測定試料を介した光強度を測定する検出器と、
を備えた偏光測定装置において、
前記検出器の出力から、変調周波数ω成分及び／または２倍高調波である２ω成分を抽出するロックインアンプと、
前記ロックインアンプの出力するω成分及び／または２ω成分から、進相軸または遅相軸と、前記偏光子の偏光軸との角度差を演算する演算手段と、
前記演算手段の出力する角度差に応じて前記サンプルステージを回転させ、前記進相軸または遅相軸と、偏光子の偏光軸とを一致させて軸出しを行なうステージ駆動手段と、を備え、
前記演算手段は、２ω成分のゼロ値の検出を行なうことで直接軸出しを行なうことを特徴とする偏光測定装置。
【請求項２】
光源から出光された光に所定の直線偏光を与える偏光子と、
光に所定変調周波数ωで変調を与える光弾性変調子と、
被測定試料を載置し、前記偏光変調の与えられた入射光に対しその光軸回りで回転位置を変更し得るサンプルステージと、
前記サンプルステージ上の被測定試料を介した光強度を測定する検出器と、
を備えた偏光測定装置において、
前記検出器の出力から、変調周波数ω成分及び／または２倍高調波である２ω成分を抽出するロックインアンプと、
前記ロックインアンプの出力するω成分及び／または２ω成分から、進相軸または遅相軸と、前記偏光子の偏光軸との角度差を演算する演算手段と、
前記演算手段の出力する角度差に応じて前記サンプルステージを回転させ、前記進相軸または遅相軸と、偏光子の偏光軸とを一致させて軸出しを行なうステージ駆動手段と、を備え、
前記演算手段は、ω成分及び２ω成分の両者がゼロ値となる位相角を検出し、そこから４５度移動させることにより軸出しを行なうことを特徴とする偏光測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、演算手段は、ω成分ないし２ω成分の波形を、カーブフィッティング法により波形成形し、その成形波形に前記請求項１ないし２記載の手法を適用し、軸出しを行なうことを特徴とする偏光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は偏光測定装置、特にその軸出し機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物質の光学的特性の一つとして屈折が挙げられ、この屈折率は物質の結晶構造などにより決定される。そして、結晶体は二以上の屈折率を有することがあり、このような物質を異方性物質と呼ぶ。
【０００３】
異方性物質に直線偏光が進入すると、一の入射光に対して二の屈折光が生じ、一方は常光、他方は異常光と呼ばれ、物質から出射された光は両屈折光が合成された楕円偏光になる。この楕円偏光の回転方向は、常光、異常光の位相の進む方向で決定され、位相速度の遅い光の振動方向を遅相軸、位相速度の速い光の振動方向を進相軸と呼ぶ。
この常光、異常光の位相差、すなわち複屈折位相差（リターデーション）は異方性物質の光学的性質の極めて重要な一因子であり、ガラスや未延伸フィルムの評価にはかかせないものとなりつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、前記リターデーションの正確な測定には、屈折光の進相軸ないし遅相軸と、進入光の直線偏光軸とを一致させる、いわゆる軸出し作業が要求される。
しかしながら、この軸出し作業は従来、経験と試行錯誤により行なわれるもので、作業者に多大の負荷を与えると共に、測定に長時間を要するものとなっていた。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的はリターデーション測定にあたっての軸出しを自動で行なうことのできる偏光測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる偏光測定装置は、ロックインアンプと、演算手段と、ステージ駆動手段とを備える。
そして、ロックインアンプは、検出器の出力から、変調周波数ω成分及び／または２倍高調波である２ω成分を抽出する。
また、演算手段は、前記ロックインアンプの出力するω成分及び／または２ω成分から、進相軸または遅相軸と、前記入射偏光軸との角度差を演算する。
また、ステージ駆動手段は、前記演算手段の出力する角度差に応じて、前記サンプルステージを回転させ、前記進相軸または遅相軸と、入射偏光軸とを一致させて軸出しを行なう。
【０００６】
そして、演算手段は、２ω成分のゼロ値の検出により直接軸出しを行なう。
もしくは、演算手段は、ω成分及び２ω成分の両者がゼロ値となる位相角を検出し、４５度移動させることにより軸出しを行なう。
また、演算手段は、ω成分ないし２ω成分の波形を、例えば公知のカーブフィッティング法により波形成形し、その成形波形に前記手法を適用し、軸出しを行なうことが好適である。
【０００７】
【作用】
本発明にかかる偏光測定装置は、前述したようにロックインアンプから出力されるω成分及び／または２ω成分から、進相軸または遅相軸と、入射偏光面との位相差に基づきステージを駆動させるので、精度よく自動的に軸出しを行なうことができる。
ここで、ω成分の極小値を検出することで自動軸出しを行なえば、元ω成分のＳ／Ｎ比が高い場合には、簡易な手法で軸出しを行なうことができる。
【０００８】
そして、請求項１記載の手法によれば、２ω成分のゼロ値検出を行なうことで直接軸出しを行なうことで、軸ズレ量が小さい場合には、精度よく、且つ簡便に軸出しを行なうことができる。
また、請求項２記載の手法によれば、ω成分及び２ω成分の各ゼロ値（θ１）を検出し、４５度移動することにより軸出しを行なうことで、軸ズレ量が比較的大きく、しかもＳ／Ｎ比が大きい場合にも、精度よく、且つ簡便に軸出しを行なうことができる。
また、請求項３記載の手法によれば、ω成分ないし２ω成分の波形を、例えば公知のカーブフィッティング法により波形成形し、その成形波形に前記手法を適用し、軸出しを行なうことで、元波形のＳ／Ｎ比が悪い場合にも、前記請求項２ないし４記載の手法を好適に適用することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。
図１には本発明の一実施例にかかる偏光測定装置の概略構成が示されている。同図に示す偏光測定装置は、出光系１０と、サンプル保持系１２と、受光系１４と、制御系１６とを備える。
前記出光系１０は、光源１８を備えたモノクロメータ２０と、偏光子２１と、光弾性変調子（ＰＥＭ）２２とを含む。そして、光源１８からの光はモノクロメータ２０により所定波長の光のみが抽出され、偏光子２１により所定の直線偏光に変え、さらにＰＥＭ２２を介して所定変調周波数ωで変調を与える。
【００１０】
また、サンプル保持系１２は、透過型ステージ２６よりなり、その保持した被測定試料の入射光軸回りでの回転位置を変更し得るように構成されている。
受光系１４は、検光子２８及びフォトマル（検出器）３０よりなり、前記サンプル保持系１２よりの被測定試料透過光を、検光子２８を介してフォトマル３０が受光し光電変換する。
制御系１６は、前記フォトマル３０の出力から、変調周波数ω及び２倍高調波である２ω成分を抽出するロックインアンプ３１と、該ロックインアンプ３１の出力に基づき、進相軸と入射変更面との位相差を演算する演算手段（ＣＰＵ）３２と、該ＣＵＰ３２の指示に基づき前記透過型サンプルステージ２６の回転を行なうステージ駆動手段３４とを含む。
【００１１】
なお、前記ＣＰＵ３２は、ＰＥＭコントローラ３８、モノクロドライバ４０をそれぞれ制御し、またＣＵＰ３２を介して得られる測定データはコンピュータ４２により所望のデータ処理が行なわれる。コンピュータ３２にはＣＲＴ４４、プリンタ４６、キーボード４８が接続され、キーボード４８を介して所望の機器設定が行なわれ、またＣＲＴ４４、プリンタ４６には各種制御状態、得られたデータなどが表示・出力される。
【００１２】
以上のように構成された偏光測定装置は、被測定試料がサンプルステージ２６上に載置・固定されると、該被測定試料の有する例えば進相軸と、被測定試料に照射される入射光の偏光軸とを一致させるための軸出しを行なう。
すなわち、まずＣＰＵ３２は、進相軸方向不明の被測定試料に所定の偏光を入射し、その透過光出力をフォトマル３０から得る。
【００１３】
このフォトマル３０の出力はＣＰＵ３２により順次モニターされており、該ＣＰＵ３２は前記ステージ駆動手段３４に指示を与え、ステージ２６すなわち被測定試料の入射光軸回りでの回転を行なう。そして、フォトマル３０の出力をロックインアンプ３１によりω成分、２ω成分に分離する。このω成分、２ω成分はａ（ω）＝−ｃｏｓ（２θ）ｓｉｎ（Δ）
ａ（２ω）＝ｓｉｎ（４θ）ｓｉｎ２（Δ／２）
で示される。
ここで、
θ：進相軸の方位角
Δ：位相差角
従って、試料回転角（θ）と、ω成分、２ω成分の関係は図２のように示される。
【００１４】
図２において、Ｙ１は入射光の偏光軸であり、偏光軸Ｙ１と被測定試料の進相軸とを一致させればよい。そして、偏光軸Ｙ１と進相軸とが一致した状態ではω成分が極小値、２ω成分がゼロを示す。
この軸出し手法のうち、特に簡便なものとして以下の手法が考えられる。
▲１▼ω成分の極小値ω１の検出することで直接軸出しを行なう。
▲２▼２ω成分のゼロ値（２ω）１の検出を行なうことで直接軸出しを行なう。
▲３▼ω成分及び２ω成分の両者がゼロ値となる位相角（ω２，（２ω）２）を検出し、４５度戻すことにより軸出しを行なう。
▲４▼ω成分ないし２ω成分の波形を、例えば公知のカーブフィッティング法により波形成形し、その成形波形に対し前記▲１▼〜▲３▼の手法を適用する。
本発明においては、いずれの手法も適用可能である。
▲１▼の手法は最も簡単な手法ではあるが、極小値附近では回転角θに対して出力変化の度合いが小さいため、特に元ω成分波形のＳ／Ｎ比が高い場合以外には適用しにくい。
▲２▼の手法は、ゼロ点検出であるため回転角θに対して出力変化の度合いが大きく▲１▼の手法に比較して精度は高いが、回転角θが４５度単位でゼロ点となるため、試料の軸ズレ量が小さい場合には極めて簡便な手法となるが、軸ズレ量が大きい場合には適用しにくい。
▲３▼の手法は、ω成分、２ω成分の各ゼロ値を検出するため、精度が高く、しかも両成分ともゼロ値となるのは９０度単位であるため、軸ズレ量が比較的大きい場合にも適用できるという利点がある。
▲４▼の装置は、元波形のＳ／Ｎ比が低い場合に特に好適である。カーブフィッティング後の修正波形は実質的に歪みがないため、前記▲１▼ないし▲３▼の方法を適用しても充分な軸出しを行なうことができる。また、例えばθ変更角を１度毎、５度毎、１０度毎など必要に応じた各種間隔でデータを採取し、カーブ推定を行なうことができるので、処理時間の短縮を行なうことができる。
【００１５】
以上のようにして軸出しを行なった後、リターデーションΓ等の算出を行なう。
なお、リターデーションΓは、位相差角Δと以下の関係を有する。
Δ＝（Γ／λ）＊３６０
＝Δ０＋ｎ＊３６０
ここで、ｎ：次数（自然数）、Δ０：還元された位相差角（０≦Δ０＜３６０）である。
また、Δのゾーン判別には、試料を１００度程度回転してａ（２ω）の振幅ａ０（２ω）を求める。
そして、ａ０（２ω）≦０．５のときは、Δは第一または第四象限、
また、ａ０（２ω）＞０．５のときは、Δは第二または第三象限である。
【００１６】
以上のようにして得られた偏光変調分光透過測定装置は、１ｎｍ以下の微小リターデーションも検出可能なので、ガラスや未延伸フィルムなどの分光複屈折測定に有力な手段となり得る。
また、ガラス等に微小な歪みを加えた場合の光弾性係数の微小変化の追跡、或いは位相差、異方性の小さい透明フィルム、配向膜の配向状態等、異方性の小さいサンプルや波長分散測定を必要とする液小分野等での応用も期待される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明にかかる偏光測定装置は、前述したようにロックインアンプから出力されるω成分及び／または２ω成分から、進相軸または遅相軸と、入射偏光面との位相差に基づきステージを駆動させるので、精度よく自動的に軸出しを行なうことができる。
ここで、ω成分の極小値を検出することで自動軸出しを行なえば、元ω成分のＳ／Ｎ比が高い場合には、簡易な装置で軸出しを行なうことができる。
そして、請求項１記載の装置によれば、２ω成分のゼロ値検出を行なうことで直接軸出しを行なうことで、軸ズレ量が小さい場合には、精度よく、且つ簡便に軸出しを行なうことができる。
また、請求項２記載の装置によれば、ω成分及び２ω成分の各ゼロ値（θ１）を検出し、４５度戻すことにより軸出しを行なうことで、軸ズレ量が比較的大きく、しかもＳ／Ｎ比が大きい場合にも、精度よく、且つ簡便に軸出しを行なうことができる。
また、請求項３記載の装置によれば、ω成分ないし２ω成分の波形を、例えば公知のカーブフィッティング法により波形成形し、その成形波形により前記手法を適用し、軸出しを行なうことで、元波形のＳ／Ｎ比が悪い場合にも、前記請求項１ないし２記載の手法を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる偏光測定装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の演算手段の作用の説明図である。
【符号の説明】
２１  偏光子
２２  光弾性変調子
２６  サンプルステージ
３０  検出器
３１  ロックインアンプ
３２  演算手段（ＣＰＵ）
３４  ステージ駆動手段
【図１】
0003554374.tif 000002
【図２】
0003554374.tif 000003