(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
右円偏光及び左円偏光を出射する円偏光光源システムであって、
直線偏光を出射する光源と
前記光源からの前記直線偏光を入射し、前記直線偏光の波長をλとしたとき、当該直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値δ０が１／４λ＜δ０となるように周期的に該位相差に変調を加えて、当該位相差変調後の光を出射する光位相変調手段と、
前記光位相変調器により位相差変調が行われた光に含まれる水平偏光成分の光と円偏光成分の光のうち、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して円偏光を出射させる制御手段と、
を備えることを特徴とする円偏光光源システム。
【請求項２】
前記光位相変調手段から出射された光の光路上に設けられたゲートを更に備え、
前記制御手段は、前記ゲートを開閉することにより前記光位相変調手段からの光の通過と遮断とを切り替えることで、前記水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して円偏光を出射させる
ことを特徴とする請求項１記載の円偏光光源システム。
【請求項３】
前記光源はパルス光源であって、
前記制御手段は、前記水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応させて、前記パルス光源から前記直線偏光を出射させる
ことを特徴とする請求項１記載の円偏光光源システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記光位相変調手段から出射される光を円偏光検出器で検出し、当該円偏光検出器の検出結果に基づいて前記水平偏光成分の出力がゼロとなるタイミングを判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の円偏光光源システム。
【請求項５】
試料に対して右円偏光及び左円偏光を出射する請求項１〜４のいずれか一項に記載の円偏光光源システムと、
前記円偏光光源システムから出射されて前記試料により透過された透過光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、
前記光検出手段により検出された電気信号のうち右円偏光によるものを格納する右円偏光画像格納手段と、
前記光検出手段により検出された電気信号のうち左円偏光によるものを格納する左円偏光画像格納手段と、
前記右円偏光画像格納手段に格納された右円偏光による電気信号と、前記左円偏光画像格納手段に格納された左円偏光による電気信号との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする円二色性測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏光光源システム及びこの円偏光光源システムを含む円二色性測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
円二色性（ＣＤ：Circular Dichroism）は、分子の光学活性（キラリティ）によって起こる現象であり、左右の円偏光に対する吸光度の違いとして定義される。この円二色性のスペクトル情報は、分子の高次構造を反映していることから、特に生理活性物質の高次構造の解析等によく適用される。
【０００３】
円二色性を計測するためには、右の円偏光と左の円偏光との吸光度の差を計測する必要がある。二種類の円偏光は、直線偏光を１／４λの波長板に通過させることで容易に作成することができ、具体的には、Ｘ軸方向の直線偏光について、光学軸がＸ軸方向に対して４５°の傾きを有する１／４λの波長板を透過させることで左円偏光とし、光学軸がＸ軸方向に対して−４５°の傾きを有する１／４λの波長板を透過させることで右円偏光とすることができる。
【０００４】
円二色性の計測においては、いわゆる変調法による計測が一般的である。変調法では、円偏光を生成する円偏光変調器として、光弾性変調器やポッケルセルなどの光位相変調器が用いられる。しかしながら円偏光変調器の変調には、歪み成分が存在することが知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。また、この変調における歪み成分は、試料の直線偏光二色性、直線偏光複屈折、円偏光複屈折等とカップリングをすることにより、円二色性計測の際のアーチファクトになることが知られている。そして、このアーチファクトの影響のために、固体、膜、液晶等の巨視的な異方性を有する試料の円二色性の計測においては、変調法は適さないとされていた（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
これに対して、固体、膜、液晶等の円二色性計測を行う方法が種々検討されている。例えば、特許文献１では、無偏光状態の光を試料に照射し、試料を透過した光を円偏光変調器及び検光子（偏光板）に入射させる方法が示されている。また、特許文献２では、試料を裏返した際の測定も行うことで、符号が互いに異なるアーチファクト成分を取得し、これを足し合わせることでアーチファクト成分をキャンセルする方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３４１９２８号公報
【特許文献２】特許第４０１０７６０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】神藤、分光研究、第３４巻、第３号、１５３ページ（１９８５年）
【非特許文献２】神藤、分光研究、第３４巻、第４号、２１５ページ（１９８５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の方法では、円偏光変調器由来のアーチファクトの影響を十分に除去できておらず、試料の円二色性の測定を精度よく行うことが困難であった。
【０００９】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、歪みに由来する成分を除去し、より純粋な円偏光を出射することが可能な円偏光光源システム及びこの円偏光光源システムを含む円二色性測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る円偏光光源システムは、右円偏光及び左円偏光を出射する円偏光光源システムであって、直線偏光を出射する光源と前記光源からの前記直線偏光を入射し、前記直線偏光の波長をλとしたとき、当該直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値δ０が１／４λ＜δ０となるように周期的に該位相差に変調を加えて、当該位相差変調後の光を出射する光位相変調手段と、前記光位相変調器により位相差変調が行われた光に含まれる水平偏光成分の光と円偏光成分の光のうち、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して円偏光を出射させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の円偏光光源システムによれば、光位相変調手段において、当該直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値δ０が１／４λ＜δ０となるように周期的に該位相差に変調を加えて出射することで、従来の円偏光変調器によれば歪みがあることで発生しなかった水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングが生じる。したがって、制御手段によって、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して円偏光成分の光を光位相変調手段から出射させることで、歪みに由来する成分が除去されたより純粋な円偏光を出射することが可能となる。
【００１２】
ここで上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には光位相変調手段から出射された光の光路上に設けられたゲートを更に備え、前記制御手段は、前記ゲートを開閉することにより前記光位相変調手段からの光の通過と遮断とを切り替えることで、前記水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して円偏光を出射させる態様が挙げられる。
【００１３】
上記のように、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応させて光路上に設けられたゲートを開けて光を通過させることで、円偏光光源システムから、より純粋な円偏光を出射させることが可能となる。
【００１４】
また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、光源はパルス光源であって、前記制御手段は、前記水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応させて、前記パルス光源から前記直線偏光を出射させる態様とすることもできる。
【００１５】
上記のように、光源をパルス光源とし、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応させて、光位相変調手段に直線偏光を入射する構成とすることで、円偏光光源システムから、より純粋な円偏光を出射させることが可能となる。
【００１６】
また、制御手段は、前記光位相変調手段から出射される光を円偏光検出器で検出し、当該円偏光検出器の検出結果に基づいて前記水平偏光成分の出力がゼロとなるタイミングを判定する態様とすることもできる。
【００１７】
上記の構成を備える場合、光位相変調手段からの出射される光が円偏光成分のみであるかどうかを円偏光検出器で検出しながら、円偏光光源システムから円偏光を出射させるタイミングを決定することができるため、例えば、水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングを予め測定する必要がなくなり、より適切に純粋な円偏光を出射することが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、円偏光光源システムを含む円二色性測定システムとしても記述することができる。
【００１９】
すなわち、本発明に係る円二色性測定システムは、直線偏光を変調させることにより試料に対して右円偏光及び左円偏光を出射する上記の円偏光光源システムと、円偏光光源システムから出射されて試料により透過された透過光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、光検出手段により検出された電気信号のうち右円偏光によるものを格納する右円偏光画像格納手段と、光検出手段により検出された電気信号のうち左円偏光によるものを格納する左円偏光画像格納手段と、右円偏光画像格納手段に格納された右円偏光による電気信号と、左円偏光画像格納手段に格納された左円偏光による電気信号との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
上記の円二色性測定システムによれば、円偏光光源システムの光位相変調手段において当該直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値δ０が１／４λ＜δ０となるように周期的に該位相差に変調を加えて出射することで得られる水平偏光成分の光の出力がゼロとなるタイミングに対応して出射されたより純粋な円偏光を用いて円二色性の測定が行われるため、より精度の高い円二色性の測定を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、歪みに由来する成分を除去し、より純粋な円偏光を出射することが可能な円偏光光源システム及びこの円偏光光源システムを含む円二色性測定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る円偏光光源システムの構成を説明する概略構成図である。
【図２】従来の円偏光変調器から出射される光の時間変動を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る円偏光光源システムの円偏光変調器から出射される光の時間変動を説明する図である。
【図４】第２実施形態に係る円二色性測定システムの構成を説明する概略構成図である。
【図５】第３実施形態に係る円偏光光源システムの構成を説明する概略構成図である。
【図６】第４実施形態に係る円偏光光源システムの構成を説明する概略構成図である。
【図７】円偏光光源システムに含まれる円偏光検出器の構成を説明する概略構成図である。
【図８】右円偏光を出射する場合の各装置の信号をまとめたタイミングチャートである。
【図９】左円偏光を出射する場合の各装置の信号をまとめたタイミングチャートである。
【図１０】第５実施形態に係る円偏光光源システムの構成を説明する概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る円偏光変調器を含む円偏光光源システム１の構成を説明する概略構成図である。図１に示すように、円偏光光源システム１は、光源１０、単色フィルタ２０、偏光板３０、円偏光変調器４０、ゲート６０及びゲート駆動装置８１を含んで構成される。図１の円偏光光源システム１では、例えば、円二色性イメージを撮像する装置の一部として用いられる。この場合、ゲート６０から右円偏光及び左円偏光が出射され、後段に配置される試料等に照射されることで、当該試料に係る右円偏光画像及び左円偏光画像が撮像され、これらに基づいて円二色性イメージが形成される。以下の実施形態では、当該円偏光光源システム１が円二色性イメージの撮像装置に用いられることを想定して、各部の構成を説明する。
【００２５】
光源１０は、試料に対して照射するための光を出射する。この光源１０から出射される光は非偏光であり、例えば、波長２８０ｎｍの光を出射する重水素ランプ等が光源１０として用いられる。
【００２６】
光源１０から出射された光は単色フィルタ２０を通過して、偏光板３０に入射する。単色フィルタ２０は、円二色性イメージの形成には不要な波長成分やノイズ成分等の除去のために設けられている。本実施形態の円偏光光源システム１では、波長２８０ｎｍの光を通過させる単色フィルタ２０が用いられる。偏光板３０では、光源１０から出射された光のうち直線偏光が取り出される。偏光板３０としては、例えば、グランテーラープリズムが用いられる。偏光板３０は、ここでは、Ｘ軸に対して０°方向の直線偏光を取り出すものとする。
【００２７】
偏光板３０により取り出された直線偏光は、円偏光変調器４０によって右円偏光又は左円偏光に変換して出射される。円偏光変調器４０は、光位相変調器４１（光位相変調手段）と変調信号発振器４２（制御手段）とを含んで構成されている。光位相変調器は、Ｘ軸に対して４５°方向に光学軸を持っている。変調信号発振器４２は、右円偏光への変換を指示する信号と左円偏光への変換を指示する信号とを変調信号とし、これらを周期的に交互に発振する。変調信号発振器４２は、例えば５０ｋＨｚ周期の変調信号を発振する。そして、変調信号発振器４２により発振される変調信号に基づいて、光位相変調器４１に入射した直線偏光に対して、互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差が周期的に変化するように変調されることで、右円偏光又は左円偏光に交互に変換されて出射される。光位相変調器４１の具体的な素子としては、例えば光弾性変調器やポッケルセル等が用いられる。
【００２８】
また、変調信号発振器４２による変調信号は、変調信号発振器４２から、ゲート駆動装置８１（制御手段）に対して送られる。そしてゲート駆動装置８１は変調信号発振器４２からの変調信号に基づいてゲート６０に対して開閉信号を発信する。そして、ゲート６０は、ゲート駆動装置８１からの開閉信号に基づいて、光位相変調器４１により位相差が変調された光の通過及び遮断を切り替える。
【００２９】
ここで、光位相変調器４１では、光源１０からの直線偏光の波長をλとしたときに、当該直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値（最大遅延量）をδ０としたときに、１／４λ＜δ０となるように、周期的に位相差に対して変調が加えられる。この点について、一般的な円偏光変調器の構成を説明した上で、本実施形態の円偏光変調器４０における最大遅延量について説明する。
【００３０】
特許文献１及び非特許文献１によれば、光学素子を表現するミュラー行列を用いると、Ｘ軸に対して４５°方向に光学軸を持つ円偏光変調器は、以下の数式（１）で示される行列で表現される。ここで、δは円偏光変調器のｘ及びｙ軸間の位相差で、αは円偏光変調器の歪み成分である。δは数式（２）のように表現され、ｔは時間、ωは円偏光変調器の変調の角速度、δ０が円偏光変調器の最大遅延量で、円二色性を計測する場合には１／４λとなっている。
【００３１】
【数１】
0005905318.tif 000002
【００３２】
【数２】
0005905318.tif 000003
【００３３】
上記の円偏光変調器にＸ軸方向の直線偏光を入射した場合、結果として得られる透過光のストークスベクトルは、非特許文献１に記載されているように数式（３）で計算される。
【００３４】
【数３】
0005905318.tif 000004
【００３５】
数式（３）によれば、円偏光変調器からの出射光には、第３項［−ｓｉｎ（δ＋α）］で表される円偏光成分と、第４項［ｃｏｓ（δ＋α）］で表される水平偏光成分とが存在する。
【００３６】
ここで、αが０の場合、すなわち円偏光変調器に歪みが存在せず理想的な動作をした場合における上式の円偏光成分と水平偏光成分との時間変化を図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）によれば、ωｔ＝０．５πと１．５πにおいて水平偏光成分が０となる。したがって、このタイミングにおいて円偏光変調器から出射される光は、円偏光成分のみとなっているはずである。なお、円偏光成分はωｔ＝０．５πの場合は−１で、すなわち左円偏光となり、ωｔ＝１．５πの場合は１で、すなわち右円偏光となる。
【００３７】
しかしながら、実際の円偏光変調器は歪み成分αを持っているため、円偏光成分と水平偏光成分とが図２（Ａ）のようには変動しない。歪み成分αが含まれる場合の各成分の時間変化を図２（Ｂ）に示す。ストークスベクトルの各要素は図２（Ｂ）で表される曲線となり、この結果、水平偏光成分が０かつ円偏光成分が−１の状態、すなわち純粋な左円偏光となるタイミングは存在するものの、水平線偏光成分が０かつ円偏光成分が１の状態、すなわち純粋な右円偏光となるタイミングは存在しない。したがって円偏光変調器に歪みがあると、純粋な左右円偏光の変調ができないという問題がある。
【００３８】
一方、本実施形態のように、光位相変調器４１の最大遅延量δ０を１／２λとした場合に円偏光変調器４０から出射される光におけるストークスベクトルの第３項と第４項、すなわち円偏光成分と水平偏光成分の時間変化を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）では、円偏光成分及び水平偏光成分のいずれも図２で示す変化とは異なる曲線を示している。そして、図３（Ａ）中のＬで示されるタイミング、すなわち円偏光成分が−１で水平偏光成分が０となるタイミングでは左円偏光が、Ｒで示される円偏光成分が１で水平偏光成分が０となるタイミングでは右円偏光が、それぞれ円偏光変調器４０より出射されている。このため、ゲート駆動装置８１は、図３（Ａ）に示すＬもしくはＲのタイミングでゲート６０を開くように、駆動信号のタイミングを調整する。このような結果、図３（Ａ）で示すＬのタイミングに対応してゲート６０を開とし、その他の時間帯ではゲート６０を閉とした場合、結果として、円偏光光源システム１から左円偏光が出射される。この左円偏光では円偏光成分に対して水平偏光成分の割合が低くなるので、純粋に近い左円偏光が出射される。同様に、図３（Ａ）で示すＲのタイミングに対応してゲート６０を開とし、その他の時間帯ではゲート６０を閉とした場合、結果として、円偏光光源システム１から純粋に近い右円偏光が出射されることとなる。
【００３９】
なお、円偏光光源システム１において、図３（Ａ）においてＬ及びＲで示す状態、すなわち、水平偏光成分が０となり、円偏光成分が−１または１となる状態がどのタイミングで発生するか（ゲート駆動装置８１がどのタイミングでゲート６０を開閉させるか）については、円偏光変調器４０における歪みα及び最大遅延量δ０の値によって変化するため、別途円偏光変調器４０を用いて測定を行った上でＬ及びＲの状態となるタイミングを求め、これに基づいてゲート６０の開閉のタイミングを求めておく必要がある。
【００４０】
また、ゲート６０を開とする時間帯は、図３（Ａ）で示すＲ及びＬの状況となるタイミングを中心に所定の時間幅に設定される。時間幅を設けることにより、Ｒ及びＬの状況となるタイミング以外の領域の光も出射されることになり、したがって時間幅を広くすると円偏光成分に水平偏光成分が混入する。この混入の割合は、図３（Ｂ）に示すように、最大遅延量δ０および歪みαによって異なるため、個々の光学系において適切な値を設定する必要がある。例えば、円偏光変調器４０が最大遅延量δ０＝１/２λ、歪みα＝０．５を持つ場合、水平偏光成分の割合を５％以下とするには、ゲート６０の開時間を０．２μ秒以下に設定する。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る円偏光光源システム１によれば、光位相変調器４１において直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値δ０が１／４λ＜δ０となるように、位相差に変調を加えて、位相差変調が行われた光を出射する構成とすることで、位相差変調が行われた光に含まれる水平偏光成分の光の出力がゼロとなり、純粋な左円偏光と右円偏光が得られるタイミング、すなわち図３（Ａ）のＬ及びＲのタイミングが発生する。この水平偏光成分の光の出力がゼロとなり、純粋な左円偏光と右円偏光が得られるタイミングは、従来の円偏光変調器を用いた場合には歪みがあるためになかったものである。したがって、変調信号発振器４２からの発信信号に基づいて、ゲート６０を開閉し、ＲまたはＬのタイミングに対応させて光を通過させる構成にすることで、円偏光光源システム１からより純粋な左円偏光または右円偏光を出射することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る円二色性測定システム１Ａの構成を説明する概略構成図である。第２実施形態に係る円二色性測定システム１Ａは、第１実施形態に係る円偏光光源システム１を適用した円二色性測定システム１Ａである。
【００４３】
図４に示すように、円二色性測定システム１Ａは、光源１０、単色フィルタ２０、偏光板３０、円偏光変調器４０、ゲート６０、ゲート駆動装置８１、光検出器１００、信号切替装置１１０、右円偏光画像格納部１１１、左円偏光画像格納部１１２、画像演算部１２０、出力部１３０を含んで構成される。このうち、光源１０、単色フィルタ２０、偏光板３０、円偏光変調器４０、ゲート６０及びゲート駆動装置８１は、第１実施形態における円偏光光源システム１と同じ構成である。すなわち、円偏光変調器４０を構成する光位相変調器４１において、直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値（最大遅延量）δ０が１／４λ＜δ０の関係を満たす点も第１実施形態と同様である。なお、ゲート駆動装置８１からの信号が信号切替装置１１０に対して送信される点について、第１実施形態と相違する。
【００４４】
試料５０は、円偏光変調器４０とゲート６０との間に配置される。すなわち、ゲート６０を通過する光は、光源１０から出射されて円偏光変調器４０により変調された後に試料５０を透過した透過光である。また、光検出器１００は、ゲート６０を透過した透過光を電気信号に変換する機能を有する。そして、光検出器１００により変換された電気信号は、信号切替装置１１０により、右円偏光画像格納部１１１と左円偏光画像格納部１１２とに分けて格納される。
【００４５】
上記の円二色性測定システム１Ａでは光源１からの無偏光の光が出射されると、単色フィルタ２０により所定の波長の光が選択され、偏光板３０により、Ｘ軸方向（０°）の直線偏光のみ取り出される。この直線偏光は、Ｘ軸に対して４５°方向に光学軸を有する円偏光変調器４０を通った後に、試料５０に到達する。試料５０を透過した光は、ゲート６０を通過した後に、光検出器１００に入射し、光検出器１００により電気信号に変換される。
【００４６】
ここで、円偏光変調器４０の変調信号発振器４２からの変調信号がゲート駆動装置８１に送信されることにより、円偏光変調器４０から出射される円偏光に水平偏光成分の光が含まれない時間帯に対応させて光を通過させるようにゲート６０の開閉を調整する。すなわち、図３（Ａ）で示すＬ及びＲのタイミングにおいてゲート６０を開とし、その他の時間帯ではゲート６０を閉とすることで、水平偏光成分の割合が非常に低い純粋な円偏光がゲート６０を通過し、光検出器１００に入射する。
【００４７】
また、ゲート駆動装置８１によるゲート開閉に係る情報は、信号切替装置１１０へ送信される。これにより、光検出器１００から送信される信号が右円偏光に係る信号か左円偏光に係る信号かを信号切替装置１１０において判断し、信号の種類に応じて、右円偏光画像格納部１１１又は左円偏光画像格納部１１２のいずれかに情報を格納する。
【００４８】
さらに、画像演算部１２０において、右円偏光画像格納部１１１及び左円偏光画像格納部１１２にそれぞれ格納された信号の差分を求める機能を有する。画像演算部１２０による演算結果は、出力部１３０から円二色性イメージとして出力される。円二色性イメージは出力部１３０から例えばモニタに表示する方法や、プリンタに出力する方法等によって、外部へ出力される。これにより、円二色性イメージを得ることができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る円二色性測定システム１Ａによれば、光位相変調器４１において最大遅延量δ０を１／４λ＜δ０とすることで、従来の円偏光変調器によれば歪みがあることで発生しなかった水平偏光成分の出力がゼロとなるタイミング、すなわち図３（Ａ）のＬ及びＲのタイミングが発生する。したがって、変調信号発振器４２からの発信信号に基づいて、ゲート６０を開閉し、ＲまたはＬのタイミングに対応させて光を通過させて光検出器１００においてこれを検出する構成とすることで、純粋な円偏光を用いた円二色性イメージを得ることができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、図５を用いて、第３実施形態に係る円偏光光源システム２について説明する。円偏光光源システム２が第１実施形態に係る円偏光光源システム１と相違する点は、第１実施形態のシステムではゲート６０及びゲート駆動装置８１を用いて光の通過及び遮断により純粋な円偏光を取り出していたのに代えて、円偏光変調器４０に入射する光の制御を行うことにより純粋な円偏光の取り出しを行っている点である。
【００５１】
第３実施形態に係る円偏光光源システム２では、図５に示すように、光源がパルス光源１２であって、光源駆動タイミング調整器８２（制御手段）により当該パルス光源１２の調整を行っている。光位相変調器４１及び変調信号発振器４２から構成される円偏光変調器４０の構成は第１実施形態と同様であり、光位相変調器４１において直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値（最大遅延量）をδ０としたときに、１／４λ＜δ０の関係を満たす。また、変調信号発振器４２からの変調信号は、光源駆動タイミング調整器８２へ送られる。
【００５２】
光源駆動タイミング調整器８２では、変調信号発振器４２からの変調信号に基づいて、パルス光源１２を駆動するための電圧をパルス光源１２に対して出力する。電圧を出力するタイミングは、図３（Ａ）で示すＬ及びＲのタイミングに対応してパルス光を出射するように設定される。上記のように設定し、例えば、図３ａに示すＬのタイミングでパルス光源１２からパルス光を出射させた場合、パルス光源１２からの無偏光の光は、単色フィルタ２０で所定の波長の光に単色化され、偏光板３０によってＸ軸方向の直線偏光に変換された後に、円偏光変調器４０に入射され、左円偏光となり出射される。また、図３（Ａ）に示すＲのタイミングでパルス光源１２からパルス光を出射させた場合、パルス光源１２からの無偏光の光は、単色フィルタ２０で所定の波長の光に単色化され、偏光板３０によってＸ軸方向の直線偏光に変換された後に、円偏光変調器４０に入射され、右円偏光となり出射される。
【００５３】
円偏光光源システム１において、図３（Ａ）においてＬ及びＲで示す状態、すなわち、水平偏光成分が０となり、円偏光成分が−１または１となる状態がどのタイミングで発生するか（光源駆動タイミング調整器８２がどのタイミングでパルス光源１２からパルス光を出射させるか）については、円偏光変調器４０における歪みα及び最大遅延量δ０の値によって変化するため、別途円偏光変調器４０を用いて測定を行った上でＬ及びＲの状態となるタイミングを求め、これに基づいてパルス光源１２の駆動のタイミングを求めておく必要がある。
【００５４】
以上の原理により、本実施形態に係る円偏光光源システム２によれば、光位相変調器４１において、直線偏光とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値最大遅延量δ０を１／４λ＜δ０とすることで、従来の円偏光変調器によれば歪みがあることで発生しなかった水平偏光成分の出力がゼロとなるタイミング、すなわち図３（Ａ）のＬ及びＲのタイミングが発生する。そして、変調信号発振器４２からの発信信号に基づいて、パルス光源１２からパルス光を出射させるタイミングを調整し、Ｌ及びＲのタイミングに対応させて光を出射させる構成とすることで、円偏光光源システム２から純粋な右円偏光または左円偏光を出射することができる。
【００５５】
（第４実施形態）
次に、図６を用いて、第４実施形態に係る円偏光光源システム３について説明する。円偏光光源システム３が第１実施形態に係る円偏光光源システム１と相違する点は、第１実施形態のシステムにおいては、水平成分が含まれない純粋な円偏光が出射されるタイミングを予め測定しておく必要があったが、円偏光光源システム３では、円偏光検出装置７２を別途設けて偏光状態を検出しながらその結果に基づいてゲート６０の開閉を行っている点である。以下、相違点を中心に説明する。
【００５６】
光源１０、単色フィルタ２０、偏光板３０、円偏光変調器４０の構成は、第１実施形態に係るシステムと同様である。そして、円偏光変調器４０の後段にビームスプリッタ７１が設けられて、円偏光変調器４０からの光の一部が円偏光検出装置７２に対して入射される。
【００５７】
円偏光検出装置７２は、円偏光変調器４０からの光に水平偏光成分が含まれているか否かの判定を行う機能を有する。図３（Ａ）に示されるように、光位相変調器４１の最大遅延量δ０を１／４λより大きな値とすれば、変調周期の間に、純粋な右円偏光もしくは左円偏光が得られるタイミング、すなわち図３（Ａ）で示すＬとＲが存在する。円偏光検出装置７２は、入射された光が純粋な左右どちらかの円偏光の場合に、ゲート駆動装置８３に対してタイミング信号を出力する。そして、ゲート駆動装置８３は、円偏光検出装置７２からのタイミング信号に基づいてゲート６０を開閉する。
【００５８】
上記の円偏光検出装置７２の具体的な装置構成を図７に示す。円偏光検出装置７２は、ビームスプリッタ７２０、Ｙ軸偏光子７２１、Ｘ軸偏光子７２２、Ｙ軸光検出器７２３、Ｘ軸光検出器７２４、演算部７２５、零点検出部７２６、及び判定部７２７を含んで構成される。
【００５９】
ビームスプリッタ７２０は、円偏光検出装置７２に入射した光を二等分する。そして、分割された一方の光は、Ｙ軸偏光子７２１に入射する。Ｙ軸偏光子７２１において抽出されたＹ軸方向の直線偏光は、Ｙ軸光検出器７２３に入射する。一方、二等分された光の他方の光は、Ｘ軸偏光子７２２に入射する。Ｘ軸偏光子７２２において抽出されたＸ軸方向の直線偏光は、Ｘ軸光検出器７２４に入射する。その後、Ｙ軸光検出器７２３及びＸ軸光検出器７２４により検出された光の差分が演算部７２５において計算され、差分の零点が零点検出部７２６により検出された後、その結果が判定部７２７に送られて、判定部７２７において変調信号発振器４２からの変調信号に基づいて左右円偏光の判別が行われる。
【００６０】
ここで、Ｙ軸偏光子７２１を通過した光のストークスベクトルは以下の数式（４）のように示される。ここで、Ｙ軸偏光子７２１を通過しＹ軸検出器７２３により検出される光の強度は、数式（４）の第１項となることが知られている。
【００６１】
【数４】
0005905318.tif 000005
【００６２】
また、Ｘ軸偏光子７２２を通過した光のストークスベクトルは以下の数式（５）のように示される。ここで、Ｘ軸偏光子７２２を通過しＸ軸検出器７２４により検出される光の強度は、数式（５）の第１項となることが知られている。
【００６３】
【数５】
0005905318.tif 000006
【００６４】
そして、演算部４２５において、Ｙ軸検出器７２３により検出された光強度と、Ｘ軸検出器７２４により検出された光強度と、の差分を求めると、数式（６）となる。
【００６５】
【数６】
0005905318.tif 000007
【００６６】
ここで、図３（Ａ）で示すＬとＲ、すなわち、水平偏光成分がゼロであって円偏光成分が−１または１となる純粋な円偏光が得られるタイミングでは、ｃｏｓ（δ＋α）が零となっている。したがって、数式（６）の値がゼロとなる点を純粋な円偏光が得られるタイミングとすることができる。ただし、実測の場において、計測にはある程度の時間幅が必要である。したがって、数式（６）の値がゼロとなるタイミングを含む所定の時間幅を設けて、当該時間幅の中で円偏光の計測を行うことになる。この範囲は零点検出部７２６において検出、決定される。零点検出部７２６は、ウィンドウコンパレータ回路で構成され、Ｙ軸検出器７２３により検出された光強度とＸ軸検出器７２４により検出された光強度との差分の絶対値が前もって設定された値より小さいか否かを判断し、小さい場合に限り当該状態を示す信号を出力することで、純粋な円偏光が出力されるタイミングが含まれた円偏光の計測に好適な時間帯の範囲にあることを示す。
【００６７】
また、右円偏光と左円偏光の判別は、判別部７２７により、変調信号の符号を参照して行われる。最終的に左右のいずれかの円偏光の場合を出射していると判断される場合に、タイミング信号を出力し、逆側の円偏光を出射している場合にはタイミング信号を発出しない。これにより、所定の側の円偏光のみにおいてゲートを開とする指示がなされる。
【００６８】
ここで、各装置の信号をまとめたタイミングチャートである図８，９を用いて、各装置の動作について説明する。図８は、左円偏光を出力する場合（円二色性測定システムにおいて左円偏光の画像を取得する場合）のタイミングチャートであり、図９は、右円偏光を出力する場合（円二色性測定システムにおいて右円偏光の画像を取得する場合）のタイミングチャートである。
【００６９】
まず、図８のチャートにおいては、変調信号がＨとなっていて且つ、図３（Ａ）のＬで示すタイミングの前後の時間帯においてタイミング信号を出力するように設定されている。この結果、左円偏光が出射されていて且つ水平偏光成分が０に近い時間帯にゲート６０が開く。これにより、純粋な左円偏光を出射することが可能となる。
【００７０】
一方、図９のチャートにおいては、変調信号がＬとなっていて且つ、図３（Ａ）のＲで示すタイミングの前後の時間帯においてタイミング信号を出力するように設定されている。この結果、右円偏光が出射されていて且つ水平偏光成分が０に近い時間帯にゲート６０が開く。これにより、純粋な右円偏光を出射することが可能となる。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る円偏光光源システム３によれば、円偏光検出装置７２の検出結果に基づいて、ゲート６０の開閉時間を設定される。これにより、円偏光成分が出力されていて且つ水平偏光成分が０に近い所定の時間帯にゲート６０が開かれる。したがって、ゲートを開くタイミングをあらかじめ計測する必要なく、純粋な左右の円偏光を出射させることが可能となる。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、図１０を用いて、第５実施形態に係る円偏光光源システム４について説明する。円偏光光源システム４は第４実施形態に係る円偏光光源システム３と比較して以下の点が相違する。すなわち、円偏光検出装置７２を用いる点は同じであるが、光源１０をパルス光源１２に代えるとともに、パルス光源駆動装置８４によるパルス光源１２の点灯の制御を、円偏光検出装置７２を用いて行う点が相違する。そして、円偏光検出装置７２による円偏光か否かの判定については、光位相変調器４１の前段に設けられたプローブ光源１１を用いて行われる。
【００７３】
プローブ光源１１からの光は、円偏光変調器４０の光位相変調器４１に入射される。そして、円偏光変調器４０からの変調されたプローブ光は円偏光検出装置７２に入射される。円偏光検出装置７２は、第４実施形態と同様の動作を行う。すなわち、入射された光が純粋な左右どちらかを判別し、左右いずれかの円偏光である場合に、パルス光源駆動装置８４に対してタイミング信号を出力する。そして、パルス光源駆動装置８４では、このタイミング信号に基づいてパルス光源１２を点灯させる。この結果、パルス光源１２からの無偏光の光は、単色フィルタ２０で希望の波長に単色化され、偏光板３０によってＸ軸方向の直線偏光に変換され、円偏光変調器４０に入射されて左右どちらかの円偏光となる。
【００７４】
これまでの実施形態と同様に、光位相変調器４１において、光源からの直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差の最大値（最大遅延量）をδ０としたときに、１／４λ＜δ０の関係を満たすように、位相差に変調を加えて、位相差変調が行われた光を出射する構成とすることで、変調周期の間に、純粋に左右のいずれかの円偏光が得られるタイミング、すなわち図３（Ａ）に示すＲとＬが存在する。したがって、円偏光検出装置７２を図８，９に示すタイミングチャートにしたがって動作させることで、水平偏光成分の割合が低い純粋な右円偏光または左円偏光を出力させることができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係る円偏光光源システム４によれば、円偏光検出器７２の検出結果に基づいて、パルス光源１２から出力させるパルス光の出射タイミングを設定し、これに基づいて、円偏光成分が出力されていて且つ水平偏光成分が０に近い所定の時間帯にパルス光がパルス光源１２から出射される。したがって、事前に、パルス光の出射タイミングを測定することなく、純粋な左右の円偏光を出射させることが可能となる。また、パルス光源１２の出力タイミングの調整によって、水平偏光成分の光の出射を抑制しているため、高速な光学ゲートが不要であるという利点もある。
【００７６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、
種々の変更を行うことができる。
【００７７】
例えば、第１実施形態で記載したゲート６０は、光位相変調器４１の後段に設けられるが、光源１０から出射される光の光路上であればよく、例えば光位相変調器の前段であってもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、単色フィルタ２０を試料１００の後段に設けた構成としたが、単色フィルタ２０は光源１０から出射される光の光路上であればどの場所に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１〜４…円偏光光源システム、１Ａ…円二色性測定システム、１０…光源、１２…パルス光源、２０…単色フィルタ、３０…偏光板、４０…円偏光変調器、４１…光位相変調器、４２…変調信号発振器、５０…試料、６０…ゲート、７１…ビームスプリッタ、７２…円偏光検出装置、８１，８３…ゲート駆動装置、８２…光源駆動タイミング調整器、１００…光検出器、１１０…信号切替装置、１２０…画像演算部、１３０…出力部。
【図１】
0005905318.tif 000008
【図２】
0005905318.tif 000009
【図３】
0005905318.tif 000010
【図４】
0005905318.tif 000011
【図５】
0005905318.tif 000012
【図６】
0005905318.tif 000013
【図７】
0005905318.tif 000014
【図８】
0005905318.tif 000015
【図９】
0005905318.tif 000016
【図１０】
0005905318.tif 000017