JP2000230863A - 偏光測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置のコストを高めることなく且つ測定時間
を長くすることなく、偏光状態を精度良く測定する。 【解決手段】 測定レンジの広い前処理器を用いること
なく、通常は粗い計測間隔で光強度を計測する一方で、
計測値が前処理器の測定レンジ外に存在する場合のみ密
な計測間隔で、この測定レンジ外に計測値が存在する計
測範囲を除外した計測適正範囲を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光測定方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】偏光測定装置は光の偏光状態を測定する
ものであり、当該偏光測定装置で採用される測定法の一
つとして回転検光子法が知られている。この回転検光子
法は、例えば、「光通信技術の最新資料集III“偏光状
態の表示法と測定法”１６６頁〜１６７頁、オプトロニ
クス社発行」に記載されている。

【０００３】この回転検光子法とは、回転する検光素子
を透過して検出器に入射される透過光の光強度を検光素
子の所定の回転角度毎に計測し、この計測値を基に偏光
状態を表すストークスパラメータを求めるものである。

【０００４】このストークスパラメータは、偏光測定装
置を構成するＣＰＵ（マイクロコンピュータ；中央演算
処理装置）で演算により求められる。このため、検出器
の出力（アナログ出力）をＣＰＵに入力可能とすべく、
検出器とＣＰＵとの間にはＡ／Ｄ変換器（前処理器）が
介在される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、Ａ／Ｄ変換器
のダイナミックレンジ（有効計測範囲；測定レンジ）は
有限であるため、図８に示すように、計測値がダイナミ
ックレンジを越えるか或いは下回る（図示×印の範囲参
照）と、その値を演算に使用できないことになり、演算
に用いる計測値の数が減少し、偏光状態の測定精度が低
下するという問題がある。このような問題は、Ａ／Ｄ変
換器のダイナミックレンジの圧迫を受けやすい消光比が
大きい場合に特に顕著となる。

【０００６】そこで、このような問題を解消すべく、広
いダイナミックレンジのＡ／Ｄ変換器を用いたり、予め
計測回数を多めに設定することが考えられるが、広いダ
イナミックレンジのＡ／Ｄ変換器を用いる場合には、装
置が高価になるという問題がある。また、予め計測回数
を多めに設定する場合には、計測の応答速度が同じまま
だと測定時間が長くなり、一方、計測の応答速度を速く
するには装置が高価になるといった問題がある。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、装置のコストを高めることなく
且つ測定時間を長くすることなく、偏光状態を精度良く
測定できる偏光測定方法及び装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による偏光測定方
法は、回転する検光素子を透過して検出器に入射する被
測定光の光強度を計測し、この計測値を基に被測定光の
偏光状態を測定する偏光測定方法において、適当な計測
間隔で計測した計測値が、計測系の測定レンジ内に収ま
る場合には、この計測値を基に被測定光の偏光状態を求
め、この計測値の一部が計測系の測定レンジ外に存在す
る場合には、測定レンジ外に計測値が存在する計測範囲
を除外した計測適正範囲を、上記計測間隔より間隔を詰
めた計測間隔で計測し、この計測値を基に被測定光の偏
光状態を求めることを特徴としている。

【０００９】また、本発明による偏光測定装置は、回転
可能な検光素子と、この検光素子を回転駆動する駆動源
と、検光素子を透過して入射する被測定光の光強度を計
測する検出器と、この検出器から出力される計測値を入
力し当該計測値が測定レンジ内に存在する場合に所定の
処理をして出力する前処理器と、適当な計測間隔で計測
した計測値が前処理器の測定レンジ内に収まる場合に
は、前処理器からの入力を基に被測定光の偏光状態を求
め、計測値の一部が前処理器の測定レンジ外に存在する
場合には、この測定レンジ外に計測値が存在する計測範
囲を除外した計測適正範囲を、上記計測間隔より間隔を
詰めた計測間隔で計測するように駆動源を駆動制御し、
この時の前処理器からの入力を基に被測定光の偏光状態
を求める処理手段と、を具備した。

【００１０】このような本発明による偏光測定方法及び
装置によれば、測定レンジの広い前処理器を用いること
なく、通常は粗い計測間隔で光強度が計測される一方
で、計測値が前処理器の測定レンジ外に存在する場合の
み密な計測間隔で、この測定レンジ外に計測値が存在す
る計測範囲を除外した計測適正範囲が計測されるように
なる。このため、装置のコストを高めることなく且つ測
定時間を長くすることなく、偏光状態が精度良く測定さ
れる。

【００１１】ここで、上記偏光測定方法においては、計
測値が計測系の測定レンジ外に存在する場合には、測定
レンジ外に存在する計測値が当該測定レンジ内に収まる
ように計測値をシフトさせるゲイン切り替えを行い、こ
の切り替えたゲインでの計測値が測定レンジ内に収まる
場合には、当該ゲインでの計測値を基に被測定光の偏光
状態を求め、ゲイン切り替えにより、測定レンジ外に存
在する計測値が当該測定レンジ内に収まるように最大に
シフトさせても、当該ゲインでの計測値の一部が測定レ
ンジ外に存在する場合には、この測定レンジ外に計測値
が存在する計測範囲を除外した計測適正範囲を、上記計
測間隔より間隔を詰めた計測間隔で計測し、この計測値
を基に被測定光の偏光状態を求めるのが好ましい。

【００１２】また、上記偏光測定装置においては、検出
器と前処理器との間に、測定レンジ外に存在する計測値
を当該測定レンジ内に収まるように、検出器から出力さ
れる計測値をゲイン切り替えによりシフトさせるゲイン
可変増幅器を備え、処理手段は、切り替えたゲインでの
計測値が測定レンジ内に収まる場合には、当該ゲインで
の計測値を基に被測定光の偏光状態を求め、ゲイン切り
替えにより、測定レンジ外に存在する計測値が当該測定
レンジ内に収まるように最大にシフトさせても、当該ゲ
インでの計測値の一部が測定レンジ外に存在する場合に
は、この測定レンジ外に計測値が存在する計測範囲を除
外した計測適正範囲を、上記計測間隔より間隔を詰めた
計測間隔で計測するように駆動源を駆動制御し、この時
の前処理器からの入力を基に被測定光の偏光状態を求め
る構成を採用するのが好ましい。

【００１３】このような偏光測定方法及び装置によれ
ば、計測値が計測系の測定レンジ外に存在する場合に
は、ゲイン切り替えにより、当該計測値が測定レンジ内
に収まるようにシフトされるため、測定レンジ内に収ま
らない計測値が極力少なくされ、偏光状態が一層精度良
く測定される。

【００１４】ここで、前処理器としては、具体的には、
例えばアナログ入力をデジタル変換して出力するＡ／Ｄ
変換器が用いられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る偏光測定方法
及び偏光測定装置の好適な実施形態について添付図面を
参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要
素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００１６】図１は、本発明の実施形態に係る偏光測定
装置を示す概略構成図である。本実施形態の偏光測定装
置は、被測定光を通過させる入射口１と、この入射口１
を通過した被測定光の光路中に配置されると共に回転可
能な検光素子２と、この検光素子２を回転させるステッ
ピングモータ（駆動源）８と、検光素子２を透過した被
測定光を受けこの被測定光の光強度に応じた電流を出力
する光電変換素子（検出器）３と、この光電変換素子３
の電流出力を電圧に変換する電流電圧変換回路４と、こ
の電流電圧変換回路４の出力電圧を増幅するゲイン可変
増幅器５と、このゲイン可変増幅器５のアナログ出力を
デジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（前処理器）６と、
このＡ／Ｄ変換器６からのデジタルデータを読み込み、
このデータに基づいて、ゲイン可変増幅器５のゲインを
指定すると共にステッピングモータ８の駆動を制御し、
さらに被測定光の偏光状態を演算して求めるＣＰＵ（処
理手段）７と、このＣＰＵ７で求めた偏光状態を表示・
外部に出力する出力回路９と、を備える。

【００１７】入射口１は、対象とする被測定光が例えば
ファイバーからの場合には、このファイバーからの被測
定光を後段の検光素子２及び光電変換素子３に適正に導
く光学系とされ、この光学系としては、例えばファイバ
ー用コネクタにコリメータレンズを装着したものが採用
される。また、対象とする被測定光が例えば空間光であ
り且つ概略平行光の場合には、入射口１は、不必要な背
景光等を視野より除く筒状の開口とされる。本実施形態
では、何れの場合でも適用できるように、筒状開口の前
段にアダプタとして、ファイバー用コネクタにコリメー
タレンズを装着したものが取り付けられるように構成さ
れる。

【００１８】検光素子２は、ステッピングモータ８の駆
動により任意の角度に回転される。この検光素子２を透
過した被測定光は、その時の検光素子２の角度に応じた
偏光成分のみ後段に到達する。この検光素子２としては
各種知られているが、本実施形態では、一般にポーラロ
イドと呼ばれる偏光板が採用される。この偏光板は、薄
型の光透過型であると共に光軸方向が変化しないため、
装置の小型化が図られる。また、当該偏光板は、検光素
子として使える波長範囲が比較的広いという利点もあ
る。

【００１９】ステッピングモータ８は、ＣＰＵ７により
パルス数が指定されてこのパルス数に応じた角度回転
し、これにより、検光素子２が所望の角度で回転され
る。また、本実施形態では、図示を省略しているが、Ｃ
ＰＵ７とステッピングモータ８との間には、ＣＰＵ７の
負担を軽くするための専用のコントロールＩＣと、ステ
ッピングモータ８を駆動するのに必要な電圧電流を発生
させるためのドライブＩＣが接続される。そして、この
ステッピングモータ８の分解能とギヤ比により、検光素
子２の最小回転角分解能が定められる。

【００２０】光電変換素子３は、回転する検光素子２の
角度に対応した偏光成分の光強度に応じた電流を出力す
る。この光電変換素子３としては、対象となる波長域に
感度を有するものが採用され、可視光範囲では、例えば
Ｓｉフォトダイオードが選択され、赤外光範囲では、、
例えばＧｅフォトダイオードが選択される。因みに、下
記に必要なゲイン設定が光電変換素子内で可能な光電子
倍増管（Photo-Multiplier-Tube；以下単にＰＭＴと記
す）・アバランシェフォトダイオード等を採用すると、
ＰＭＴ自体が大きく且つゲイン調整用の電源が別に必要
になる等の理由により装置が大型化してしまうと共に、
設定したゲインに対する安定性に問題があるので、好ま
しくない。

【００２１】ゲイン可変増幅器５は、電流電圧変換回路
４にて電流から変換されて出力される電圧を、ＣＰＵ７
により指定されたゲインに従い増幅する。

【００２２】Ａ／Ｄ変換器６は、ゲイン可変増幅器５の
出力をＣＰＵ７で読み込み可能とすべくアナログ値から
デジタル値に変換する。このＡ／Ｄ変換器６のダイナミ
ックレンジ（測定レンジ）は、従来技術と同様なレンジ
幅である。

【００２３】ＣＰＵ７は、所謂マイクロコンピュータで
あり、本実施形態では、このマイクロコンピュータを機
能させるのに必要なメモリ回路、クロック回路等を含む
ものとする。このＣＰＵ７による被測定光の偏光状態の
求め方に関する機能については後述する。

【００２４】出力回路９は、本実施形態では、７セグＬ
ＥＤにより数値を表示する構成になされ、同時に偏光状
態をＲＳ２３２Ｃにより外部コンピュータ等に出力する
構成になされている。

【００２５】ここで、本実施形態においては、検光素子
２の消光比性能を４０ｄＢ、ゲイン可変増幅器５のゲイ
ン切り替え倍率を１、１０、１００（以下１倍をｇａｉ
ｎ１、１０倍をｇａｉｎ１０、１００倍をｇａｉｎ１０
０と記す）、Ａ／Ｄ変換器６の分解能を４０９６ｄｉｇ
（１２ビット）、 ステッピングモータ８による検光素
子２の最小回転角分解能を１°とする。

【００２６】また、以降の説明で、計測とは、検光素子
２のある角度での偏光の光強度の値を光電変換素子３〜
Ａ／Ｄ変換器６を用いてＣＰＵ７に取り込むことと定義
し、測定とは、計測されたデータを演算処理して消光比
・方向角を算出したり、計測条件を変える判定をする一
連の処理のことと定義する。

【００２７】以下、本実施形態での測定手順を図２及び
図３に示すフロー図を用いて説明する。図２は、通常測
定の処理手順を示すフロー図、図３は、特別測定の処理
手順を示すフロー図である。

【００２８】先ず、図２に示すステップ１において、Ａ
／Ｄ変換器６の有効計測範囲について上限Ｉｍａｘ、下
限Ｉｍｉｎを、Ａ／Ｄ変換器６の分解能のやや内側に設
定する。本実施形態では、Ｉｍａｘを４０９０に、Ｉｍ
ｉｎを１０に各々設定している。

【００２９】次いで、ステップ２において、計測間隔角
度Ｘ_Aを測定精度を満たすように検光素子２の最小回転
角分解能（１°）の任意の整数倍に設定する。本実施形
態では、Ｘ_Aを最小回転角分解能（１°）の１０倍に設
定して１０°としている。

【００３０】次いで、ステップ３において、ゲイン可変
増幅器５のゲインをｇａｉｎ１に設定し、この状態で、
ステップ４において、検光素子２が１回転するまで、す
なわち計測回数Ｎ＝３６０°／Ｘ_A回の計測を行う。す
なわち、ステッピングモータ８を駆動して検光素子２を
回転させ、その時の計測値を光電変換素子３〜Ａ／Ｄ変
換器６を介して取り込む（サンプリングする）。本実施
形態では、３６０°／１０回＝３６回の計測を行い、そ
のｉ番目の計測角度をＸｉ、その時の計測値をＩ（Ｘ
ｉ，ｇａｉｎ１）とする。

【００３１】次いで、ステップ５において、Ｉ（Ｘｉ，
ｇａｉｎ１）とＩｍａｘとの比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇ
ａｉｎ１）の何れかがＩｍａｘを上回ったら（図４参
照）、図３に示す特別測定のステップ１５以降の処理を
行う。一方、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１）≦Ｉｍａｘの場合
には、ステップ６において、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１）と
Ｉｍｉｎとの比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１）≧Ｉ
ｍｉｎの場合には、ステップ１３に進む。

【００３２】一方、ステップ６において、Ｉ（Ｘｉ，ｇ
ａｉｎ１）の何れかがＩｍｉｎを下回ったら、ステップ
７において、ゲイン可変増幅器５のゲインをｇａｉｎ１
０に設定し、ステップ８において、その角度ＸｉでのＩ
（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）を計測し、ステップ９におい
て、その時のＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）とＩｍｉｎとの
比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）≧Ｉｍｉｎの場
合には、ステップ１３に進む。

【００３３】一方、ステップ９において、Ｉ（Ｘｉ，ｇ
ａｉｎ１０）の何れかがＩｍｉｎを下回ったら、ステッ
プ１０において、ゲイン可変増幅器５のゲインをｇａｉ
ｎ１００に設定し、ステップ１１において、その角度Ｘ
ｉでのＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）を計測し、ステップ
１２において、その時のＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）と
Ｉｍｉｎとの比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）
の何れかがＩｍｉｎを下回ったら、図３に示す特別測定
のステップ１５以降の処理を行う。一方、ステップ１２
において、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）≧Ｉｍｉｎの場
合には、ステップ１３に進む。

【００３４】ステップ１３では、全ての各計測角度Ｘｉ
で有効な計測データＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎＸＸ）が得られ
た、すなわち全ての計測データがＡ／Ｄ変換器６のダイ
ナミックレンジ内に収まったとして、有効であったゲイ
ンにより以降の演算に使用するデータＩ（Ｘｉ）を、以
下のように算出する。 ｇａｉｎ１の場合 ；Ｉ（Ｘｉ）＝Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉ
ｎＸＸ）×１００ ｇａｉｎ１０の場合 ；Ｉ（Ｘｉ）＝Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉ
ｎＸＸ）×１０ ｇａｉｎ１００の場合；Ｉ（Ｘｉ）＝Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉ
ｎＸＸ）×１

【００３５】これを下記の式（１）〜式（３）に代入し
てストークスパラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂を各々算出す
る。ここで、ストークスパラメータＳ₀は光の強度を表
し、ストークスパラメータＳ₁、Ｓ₂は水平優越分、＋４
５°優越分という光の偏りを各々表す。

【数１】

【数２】

【数３】 さらに、上記式（１）〜式（３）で算出したストークス
パラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂を下記の式（４）に代入して
消光比を、式（５）に代入して方向角θを各々算出す
る。

【数４】

【数５】 そして、この値を出力回路９を介して出力して表示し
（ステップ１４）、当該処理を終了する。

【００３６】一方、ステップ５でＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ
１）の何れかがＩｍａｘを上回った場合、或いはステッ
プ１２でＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）の何れかがＩｍｉ
ｎを下回った場合、すなわち有効な計測のダイナミック
レンジ外の計測があった場合には、図３に示す特別測定
のステップ１５以降の処理を行う。

【００３７】ここで、通常測定での計測データにより、
ｇａｉｎ１でＩｍａｘを上回る或いはｇａｉｎ１００で
Ｉｍｉｎを下回る計測値となる角度は判別可能である。
この時、検光素子２の消光比性能４０ｄＢは、有効な計
測のダイナミックレンジ４６ｄＢ（ｇａｉｎ１での上限
４０９０〜ｇａｉｎ１００での下限１０）を下回る。こ
こで、ダイナミックレンジＤＲは下記の式（６）により
算出される。

【数６】 そして、上述のように、検光素子２の消光比性能４０ｄ
Ｂが有効な計測のダイナミックレンジ４６ｄＢを下回る
ことにより、図４に示すように、計測値がダイナミック
レンジの上限及び下限を両方同時に越えることはない。
また、対象となる測定は１８０°を周期とする計測値と
なるため、通常、ある角度で有効でない計測値が得られ
た場合、それより１８０°移動した角度でも有効でない
計測値となる。また、この１８０°移動した角度の場
合、前の周期の３６０°〜後の周期の０°に連続してい
る場合以外の計測値で不連続に有効でない計測値が得ら
れた場合は、測定系のノイズのよるものと判定する。な
お、図４及び後述の図７中の縦方向の多数の線は測定を
行う角度を示している。

【００３８】以下、図３のステップ１５の計測不適角度
範囲Ｘout1〜Ｘout2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2を決定する手
順を説明する。先ず、ｇａｉｎ１でＩｍａｘを上回る、
或いはｇａｉｎ１００でＩｍｉｎを下回る計測値となる
角度をＸoutiとする。Ｘoutiが連続して出現する範囲を
第１の仮の計測不適角度範囲Ｘout1〜Ｘout2、Ｘ’out1
〜Ｘ’out2とする。但し、０°と３６０°は連続した角
度として扱う。

【００３９】第１の仮の計測不適角度範囲Ｘout1〜Ｘou
t2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2の前後に不連続にＸoutiが出現
する場合には、第１の仮の計測不適角度範囲Ｘout1〜Ｘ
out2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2を、この不連続に連続するＸ
outiの最も離れた角度まで広げて第２の仮の計測不適角
度範囲Ｘout1〜Ｘout2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2とする（図
５参照）。

【００４０】次いで、第２の仮の計測不適角度範囲Ｘou
t1〜Ｘout2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2の角度範囲を比較し、
大きい方を採用してこれを計測不適角度範囲Ｘout1〜Ｘ
out2とし、これに１８０°を加えたものを計測不適角度
範囲Ｘ’out1〜Ｘ’out2とする（図６参照）。但し、値
が３６０°を越える場合は３６０°を減ずるものとす
る。この得られた角度範囲Ｘout1〜Ｘout2、Ｘ’out1〜
Ｘ’out2を最終的な計測不適角度範囲とする。

【００４１】次いで、ステップ１６において、角度Ｘ_B
を以下の式（７）より算出する。

【数７】 この角度Ｘ_Bは検光素子２の最小回転角分解能の整数倍
となるものとする。

【００４２】次いで、ステップ１７において、角度Ｘ_B
が検光素子２の最小回転角分解能（本実施形態では１
°）を下回るか否かを判定し、下回る場合には測定不能
のため、その旨を出力回路９を介して出力し（ステップ
２９）、処理を終了する。なお、このように測定不能と
なるのは、殆どの角度範囲が計測不適な場合である。

【００４３】一方、ステップ１７で、角度Ｘ_B≧（検光
素子２の最小回転角分解能）の場合には、ステップ１８
において、上記角度Ｘ_Bを、計測不適角度範囲Ｘout1〜
Ｘout2、Ｘ’out1〜Ｘ’out2以外の角度に割り振り（図
７参照）、その各々を新たなる計測角度Ｘｉとする。

【００４４】ステップ１９では、この新たなる計測角度
Ｘｉで、ゲイン可変増幅器５のゲインをｇａｉｎ１に設
定し、ステップ２０において、計測を行い、その計測値
をＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１）とする。

【００４５】ステップ２１では、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ
１）とＩｍｉｎとの比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ
１）≧Ｉｍｉｎの場合には、当該ゲインが適切だとして
ステップ２７に進む。

【００４６】一方、ステップ２１において、Ｉ（Ｘｉ，
ｇａｉｎ１）の何れかがＩｍｉｎを下回ったら、ステッ
プ２２において、ゲイン可変増幅器５のゲインをｇａｉ
ｎ１０に設定し、ステップ２３において、その角度Ｘｉ
でのＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）を計測し、ステップ２４
において、その時のＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）とＩｍｉ
ｎとの比較を行い、Ｉ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１０）≧Ｉｍｉ
ｎの場合には、当該ゲインが適切だとしてステップ２７
に進む。

【００４７】一方、ステップ２４において、Ｉ（Ｘｉ，
ｇａｉｎ１０）の何れかがＩｍｉｎを下回ったら、ステ
ップ２５において、ゲイン可変増幅器５のゲインをｇａ
ｉｎ１００に設定し、ステップ２６において、その角度
ＸｉでのＩ（Ｘｉ，ｇａｉｎ１００）を計測し、ステッ
プ２７に進む。

【００４８】ステップ２７では、ステップ１３の時と同
様にして演算に使用するデータＩ（Ｘｉ）を算出する。
ここで、計測データＩ（Ｘｉ）は、以下の式（８）で表
される。

【数８】 ここで、ｚｉ＝２Ｉ（Ｘｉ）、ｘｉ＝ｃｏｓ２Ｘｉ、ｙ
ｉ＝ｓｉｎ２Ｘｉとして、式（８）を書き換えると以下
の式（９）となる。

【数９】 ストークスパラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂は、複数点の計測
値（等間隔でなくても良い）より最小２乗法により以下
の式（１０）〜式（１２）のように各々推定できる。

【数１０】

【数１１】

【数１２】 但し、ｘのようにアンダーバーで示したものはｘｉの平
均値、すなわち以下の式（１３）のことであり、また、
ｓ_x ²、ｃ_xyは、以下の式（１４）、式（１５）で各々表
される。なお、これらの関係はｘ、ｙ、ｚについて全て
適用される。

【数１３】

【数１４】

【数１５】 このようにして算出したストークスパラメータＳ₀、
Ｓ₁、Ｓ₂を前述した式（４）に代入して消光比を、式
（５）に代入して方向角θを各々算出する。

【００４９】そして、この値を出力回路９を介して出力
して表示し（ステップ２８）、当該処理を終了する。

【００５０】このように、本実施形態においては、従来
技術と同様なダイナミックレンジのＡ／Ｄ変換器６を用
い、通常測定での計測、すなわち計測間隔角度Ｘ_Aによ
る計測（図４参照）は粗く、計測値がダイナミックレン
ジ外に存在する場合のみ、特別測定での計測、すなわち
計測適正範囲（ダイナミックレンジ内に計測値が収まる
範囲）での計測間隔角度Ｘ_Bによる計測（図７参照）を
計測回数を減らすことなく密に行うため、装置のコスト
を高めることなく且つ測定時間を長くすることなく、偏
光状態を精度良く測定できるようになっている。このた
め、特に消光比の高い偏光状態の測定に有効である。因
みに、通常時の計測回数を予め多めに設定した場合に
は、計測値が全部ダイナミックレンジ内に収まる場合で
も、常に測定時間が長くなるため問題である。

【００５１】また、本実施形態においては、計測値がダ
イナミックレンジ外に存在する場合には、ゲイン切り替
えにより、当該計測値がダイナミックレンジ内に収まる
ように当該計測値をシフトするようにしているため、ダ
イナミックレンジ内に収まらない計測値が極力少なくな
っており、偏光状態を一層精度良く測定できるようにな
っている。

【００５２】ここで、本発明者は、消光比３０ｄＢ、方
向角θ＝３０°の偏光を測定するものとし、計測データ
がダイナミックレンジ内に収まる場合、一部ダイナミッ
クレンジを下回る場合、一部ダイナミックレンジを越え
る場合のデータに分けて用意し、本実施形態の処理手
順、公知の楕円の長軸・短軸及び方向角を測定してスト
ークスパラメータを算出する処理手順、公知のディジタ
ルフーリエ解析（「光通信技術の最新資料集III“偏光
状態の表示法と測定法”１６６頁〜１６８頁、オプトロ
ニクス社発行」に記載の回転検光子法のディジタルフー
リエ解析）による処理手順で各々シュミレーションを行
った。勿論、本実施形態の処理手順以外の処理手順で
は、計測データがダイナミックレンジ外にある場合に特
別な処理はしていない。

【００５３】計測データがダイナミックレンジ内に収ま
る場合には、上記３者全ての処理手順で消光比、方向角
を算出できる。一方、一部ダイナミックレンジを下回っ
たり、一部ダイナミックレンジを越える場合には、公知
の楕円の長軸・短軸及び方向角を測定してストークスパ
ラメータを算出する処理手順、公知のディジタルフーリ
エ解析による処理手順では消光比、方向角を算出でき
ず、本実施形態の処理手順のみ概ね正しい値を算出でき
るのを、本発明者は確認した。

【００５４】以上、本発明をその実施形態に基づき具体
的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施形態においては、計測値
がダイナミックレンジの上限Ｉｍａｘを上回るか、若し
くは下限Ｉｍｉｎを下回る場合の特別測定について説明
しているが、勿論上限Ｉｍａｘを上回ると共に下限Ｉｍ
ｉｎを下回る場合についても同様に適用できる。

【００５５】また、上記実施形態においては、偏光状態
の外部出力を消光比、方向角θとしているが、別の表現
方法であるストークスパラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂として
も良く、またストークスパラメータを基に算出できる他
の表現として例えば振幅比、位相差等としても良い。

【００５６】

【発明の効果】本発明による偏光測定方法及び装置は、
測定レンジの広い前処理器を用いることなく、通常は粗
い計測間隔で光強度を計測する一方で、計測値が前処理
器の測定レンジ外に存在する場合のみ密な計測間隔で、
この測定レンジ外に計測値が存在する計測範囲を除外し
た計測適正範囲を計測するものであるから、装置のコス
トを高めることなく且つ測定時間を長くすることなく、
偏光状態を精度良く測定するのが可能となる。その結
果、ユーザーのニーズに対応した優れた偏光測定方法及
び装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る偏光測定装置を示す概
略構成図である。

【図２】通常測定の処理手順を示すフロー図である。

【図３】特別測定の処理手順を示すフロー図である。

【図４】通常測定で一部の透過光強度がダイナミックレ
ンジの上限を上回る場合の偏光状態図である。

【図５】特別測定の処理手順を示す説明図である。

【図６】図５に続く特別測定の処理手順を示す説明図で
ある。

【図７】図６に続く特別測定の処理手順を示す説明図で
ある。

【図８】従来技術に係る問題点を説明するためのもので
あり、一部の透過光強度がダイナミックレンジの範囲外
にある場合の偏光状態図である。

【符号の説明】

１…入射口、２…検光素子、３…光電変換素子（検出
器）、４…電流電圧変換回路、５…ゲイン可変増幅器、
６…Ａ／Ｄ変換器（前処理器）、７…ＣＰＵ（処理手
段）、８…ステッピングモータ（駆動源）、９…出力回
路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する検光素子を透過して検出器に入
   射する被測定光の光強度を計測し、この計測値を基に前
   記被測定光の偏光状態を測定する偏光測定方法におい
   て、 適当な計測間隔で計測した計測値が、計測系の測定レン
   ジ内に収まる場合には、この計測値を基に被測定光の偏
   光状態を求め、 この計測値の一部が計測系の測定レンジ外に存在する場
   合には、測定レンジ外に計測値が存在する計測範囲を除
   外した計測適正範囲を、前記計測間隔より間隔を詰めた
   計測間隔で計測し、この計測値を基に被測定光の偏光状
   態を求めることを特徴とする偏光測定方法。
2. 【請求項２】 回転可能な検光素子と、 この検光素子を回転駆動する駆動源と、 前記検光素子を透過して入射する被測定光の光強度を計
   測する検出器と、 この検出器から出力される計測値を入力し当該計測値が
   測定レンジ内に存在する場合に所定の処理をして出力す
   る前処理器と、 適当な計測間隔で計測した計測値が前記前処理器の測定
   レンジ内に収まる場合には、前記前処理器からの入力を
   基に被測定光の偏光状態を求め、前記計測値の一部が前
   記前処理器の測定レンジ外に存在する場合には、この測
   定レンジ外に計測値が存在する計測範囲を除外した計測
   適正範囲を、前記計測間隔より間隔を詰めた計測間隔で
   計測するように前記駆動源を駆動制御し、この時の前記
   前処理器からの入力を基に被測定光の偏光状態を求める
   処理手段と、 を具備した偏光測定装置。
3. 【請求項３】 前記計測値が前記計測系の測定レンジ外
   に存在する場合には、測定レンジ外に存在する計測値が
   当該測定レンジ内に収まるように計測値をシフトさせる
   ゲイン切り替えを行い、 この切り替えたゲインでの計測値が前記測定レンジ内に
   収まる場合には、当該ゲインでの計測値を基に被測定光
   の偏光状態を求め、 ゲイン切り替えにより、測定レンジ外に存在する計測値
   が当該測定レンジ内に収まるように最大にシフトさせて
   も、当該ゲインでの計測値の一部が測定レンジ外に存在
   する場合には、この測定レンジ外に計測値が存在する計
   測範囲を除外した計測適正範囲を、前記計測間隔より間
   隔を詰めた計測間隔で計測し、この計測値を基に被測定
   光の偏光状態を求めることを特徴とする請求項１記載の
   偏光測定方法。
4. 【請求項４】 前記検出器と前記前処理器との間に、前
   記測定レンジ外に存在する計測値を当該測定レンジ内に
   収まるように、前記検出器から出力される計測値をゲイ
   ン切り替えによりシフトさせるゲイン可変増幅器を備
   え、 前記処理手段は、前記切り替えたゲインでの計測値が前
   記測定レンジ内に収まる場合には、当該ゲインでの計測
   値を基に被測定光の偏光状態を求め、 ゲイン切り替えにより、測定レンジ外に存在する計測値
   が当該測定レンジ内に収まるように最大にシフトさせて
   も、当該ゲインでの計測値の一部が測定レンジ外に存在
   する場合には、この測定レンジ外に計測値が存在する計
   測範囲を除外した計測適正範囲を、前記計測間隔より間
   隔を詰めた計測間隔で計測するように前記駆動源を駆動
   制御し、この時の前記前処理器からの入力を基に被測定
   光の偏光状態を求めることを特徴とする請求項２記載の
   偏光測定装置。
5. 【請求項５】 前記前処理器は、アナログ入力をデジタ
   ル変換して出力するＡ／Ｄ変換器であることを特徴とす
   る請求項２または４記載の偏光測定装置。