JP2007093289A - 偏光状態測定装置、円二色性測定装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度及び測定時間が向上した小型で安価な偏光状態測定装置、及び円二色性測定装置を提供する。
【解決手段】偏光状態測定装置（１０）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（２２）と、第１の偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段（２４）と、偏光変調手段を介して測定対象（Ｓ）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（４８）と、第２の偏光子を透過した光の光強度を検出する検出手段（５０）と、検出手段で検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測する計測手段（５２）と、を有し、偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子（２６、２８）と、液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段（３０、３２）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学活性物質の旋光度及び円二色性を測定する偏光状態測定装置、円二色性測定装置、及びその方法に関する。

従来、糖類、アミノ酸など、旋光性を有する光学活性物質の旋光度や濃度を測定するための旋光度測定装置が知られている。

代表的な旋光度測定装置として、回転検光子法による装置やファラデーセル又はポッケルスセルを用いた装置が知られている。しかし、回転検光子法による装置には、検光子を機械的に回転するため測定時間がかかる、検光子の回転機構のためにスペースを必要とするので装置の小型化が困難である、等の問題があった。ファラデーセルを用いた装置には、ファラデーセルに非常に高い電圧を印加しなければならない、ファラデーセルに鉛が用いられているため環境面で好ましくない、等の問題があった。また、ポッケルスセルを用いた装置には、ポッケルスセルが高価なためコストが高くなる、という問題があった。

これらの問題点を解決する旋光度測定装置として、液晶素子と１／４波長板とを用いて試料へ入射する直線偏光の偏光面を回転する装置がある（特許文献１参照）。この装置では、旋光度を精度良く検出するために、１／４波長板の複屈折位相差が正確に９０°であることが必要とされる。また、１／４波長板は、それぞれ特定の波長に合わせて設計されており、それ以外の波長では正確に機能しない。従って、この装置では、１／４波長板を交換しない限り、波長を変えて旋光度を測定することができず、それにより旋光度の波長依存性（旋光分散）を得ることもできない。

ところで、光学活性物質には、左右の円偏光に対して吸収の度合いが異なる円二色性という性質がある。旋光性と円二色性には密接な関係があり、それらの波長依存性である旋光分散と円二色性分散は、共に光学活性物質の立体構造の解析などに利用される。従って、旋光度と円二色性の両方を測定可能な装置が望まれている。
特開２００４−６９４５２号公報

本願発明の目的は、上記の問題点を解決する偏光状態測定装置、及び、円二色性測定装置を提供することである。

本願発明による偏光状態測定装置は、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、第１の偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段と、偏光変調手段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、第２の偏光子を透過した光の光強度を検出する検出手段と、検出手段で検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測する計測手段と、を有し、偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子と、液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段と、を有する。

偏光状態が、測定対象の旋光性または円二色性を含むことが好ましい。

第１の液晶素子が、第１の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍傾いた進相軸を有し、第２の液晶素子が、第１の偏光子の透過軸に対して４５°の偶数倍傾いた進相軸を有することが好ましい。

第１の液晶素子の複屈折位相差が０°から３６０°の範囲で可変であり、第２の液晶素子の複屈折位相差が第１の液晶素子の複屈折位相差と９０°異なることが好ましい。

第１の液晶素子の複屈折位相差をδ、第２の液晶素子の複屈折位相差をδ＋９０°とすると、計測手段が、検出手段で検出した光強度のフーリエ級数における基底関数cosδ及びsin2δの係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測することが好ましい。

第１及び第２の液晶素子がネマチック液晶セルを含むことが好ましい。

偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子の温度を制御する温度制御手段を更に有することが好ましい。

本願発明による偏光状態測定方法は、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ステップと、透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、偏光変調をし測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させるステップと、透過した光の光強度を検出するステップと、検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測するステップと、を有し、偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する。

本願発明による円二色性測定装置は、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偏光子と、偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段と、偏光変調手段を介して測定対象を透過した光の光強度を検出する検出手段と、検出手段で検出した光強度に基づいて測定対象の円二色性を計測する計測手段と、を有し、偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子と、液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段と、を有する。

本願発明による円二色性測定方法は、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ステップと、透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、偏光変調をし、測定対象を透過した光の光強度を検出するステップと、検出した光強度に基づいて測定対象の円二色性を計測するステップと、を有し、偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する。

本願発明によれば、測定精度及び測定速度が向上し、小型で安価、且つ環境にも配慮された偏光状態測定装置、及び、円二色性測定装置を提供することができる。

図１は、本願発明による偏光状態測定装置１０の実施形態を示す概略構成図である。

図１に示すように、この装置１０は、白色光を出射する光源１２と、光源１２からの白色光から所定の波長を有する単色光を選択する波長選択手段１４と、波長選択手段１４により選択された単色光を直線偏光にする偏光子２２と、偏光子２２からの直線偏光を所望の偏光に変調する偏光変調手段２４と、偏光変調手段２４に変調され且つ試料Ｓを透過した光の所定の偏光成分を透過させる検光子４８と、検光子４８を透過した光の強度を検出する検出手段５０と、検出手段５０が検出した光強度に基づいて、試料Ｓの旋光度を計測する計測手段５２と、を備える。

より詳細には、以下の通りである。

光源１２は、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。

波長選択手段１４は、光源１２から出射された白色光の各波長成分を波長に応じて異なる方向に反射させる反射型回折格子１６と、反射型回折格子１６に対して所定の位置に配置され、反射型回折格子１６により所定の方向に反射された光の波長成分を通過させるスリット１８と、を有する。より詳細には、反射型回折格子１６は、入射した自然光の各波長成分である単色光を、回折により、波長に応じて異なる方向に出射させる。スリット１８は、反射型回折格子１６からスリット１８の開口に向かって出射された単色光を通過させる。

波長選択手段１４は、反射形回折格子１６を回転させる駆動手段２０をさらに有する。反射型回折格子１６の回転により、スリット１８を通過する単色光の波長を変えることができる。このような構成により、広域の波長成分を含む白色光から所定波長の単色光を選択することができる。

偏光子２２は、例えばポラロイド板からなり、その透過軸ａ（図１）の方向に偏光面を有する直線偏光を透過させる。以下、光の進行方向をｚ方向と称し、偏光子２２の透過軸ａの方向をｘ方向と称する。

偏光子２２は、透過軸ａの方向（ｘ方向）を水平方向とするとき、ミュラー・マトリックスを用いて、

と表される。一方、入射する単色光は、ストークス・ベクトルを用いて、

と表されるので、偏光子２２から出射する光は、

と表されるｘ方向の直線偏光である。

この直線偏光の偏光状態は、ストークス・パラメータ（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）を直交座標とする図２のポアンカレ球においてＳ₁軸上の点Ｐ₁で表される。

再び図１を参照すると、偏光変調手段２４は、平行ネマチック液晶セルからなる第１及び第２の液晶素子２６、２８と、第１及び第２液晶素子２６、２８への印加電圧をそれぞれ制御し、液晶素子２６、２８の複屈折位相差δ₁、δ₂を変化させる第１及び第２の電圧制御手段３０、３２と、を含む。

より詳細には、光進行方向の手前側にある第１液晶素子２６は、偏光子２２の透過軸ａ（ｘ方向）に対して、光進行方向に向かって反時計回りに４５°回転した方向に主軸（進相軸）ｂを有する。従って、第１液晶素子２６の複屈折位相差をδ₁とすると、第１液晶素子２６は、ミュラー・マトリックスを用いて、

と表される。従って、第１液晶素子２６から出射する光は、

と表される。

図２のポアンカレ球において、第１液晶素子２６からの出射光の偏光状態は点Ｐ₂で表される。従って、第１液晶素子２６による偏光状態の変化は、点Ｐ₁を、Ｓ₂軸を中心として矢印Ａの方向に角度δ₁回転移動することに相当する。

複屈折位相差δ₁は第１液晶素子２６への印加電圧を制御することにより可変である。従って、点Ｐ₂は、ポアンカレ球の球面とＳ₁Ｓ₃面の交点である円Ｂ上の任意の点とすることができる。より詳細には、第１液晶素子２６からの出射光は、０°＜δ₁＜９０°のとき図１のｘ方向に長軸を有する左楕円偏光となり、δ₁＝９０°のとき左円偏光となり、９０°＜δ₁＜１８０°のときｙ方向（鉛直方向）に長軸を有する左楕円偏光となり、δ₁＝１８０°のときｙ方向の直線偏光となる。また、１８０°＜δ₁＜２７０°のときｙ方向に長軸を有する右楕円偏光となり、δ₁＝２７０°のとき右円偏光となり、２７０°＜δ₁＜３６０°のときｘ方に長軸を有する右楕円偏光となり、δ₁＝０°又は３６０°のときｘ方向の直線偏光となる。

光進行方向の２番目にある第２液晶素子２８は、偏光子２２の透過軸ａ（ｘ方向）に平行な主軸（進相軸）ｃを有する。従って、第２液晶素子２８の複屈折位相差をδ₂とすると、第２液晶素子２８は、ミュラー・マトリックスを用いて、

と表される。従って、第２液晶素子２８から出射する光は、

と表される。

図２のポアンカレ球において、第２液晶素子２８からの出射光の偏光状態は点Ｐ₃で表される。従って、第２液晶素子２８による偏光状態の変化は、円Ｂ上の点Ｐ₂を、Ｓ₁軸を中心として矢印Ｃの方向に角度δ₂回転移動することに相当する。

複屈折位相差δ₂は第２液晶素子２８への印加電圧を制御することにより可変である。従って、点Ｐ₂は円Ｂ上の任意の点とすることができるので、点Ｐ₃は、ポアンカレ球の球面上の任意の点とすることができる。すなわち、第２液晶素子２８からの出射光は、任意の偏光状態の偏光とすることができる。

このように、偏光子２２の透過軸ａに対する進相軸の傾きがそれぞれ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２６、２８を用いて位相変調することにより、偏光子２２から出射された所定の直線偏光を、任意の直線偏光又は楕円偏光又は円偏光に変えることができる。

再び図１を参照すると、試料Ｓが、偏光変調手段２４と検光子４８の間に配置された測定セル４６に収容されている。試料Ｓの旋光度をθとすると、試料Ｓは、ミュラー・マトリックスを用いて、

と表される。従って、偏光変調手段２４から試料Ｓに入射した光は、試料Ｓの旋光性により偏光面が回転し、

と表される楕円偏光として出射する。

検光子４８は、偏光子２２の透過軸ａ（ｘ方向）に対して垂直な透過軸ｄを有し、透過軸ｄの方向（ｙ方向）に偏光面を有する直線偏光を透過させる。検光子４８は、例えば、偏光子２２と同様にポラロイド板からなる。

検光子４８は、ミュラー・マトリックスを用いて、

と表される。従って、試料Ｓを透過して検光子４８から出射する光は、

と表される直線偏光となる。

検出手段５０は、例えば光電センサからなり、検光子４８からの出射光の光強度を検出し、電圧に変換して出力する。検出手段５０が検出する光強度は、検光子４８からの出射光のストークス・パラメータのＳ₀であるから、式（１１）より、

となる。

計測手段５２は、検出手段５０からの出力に基づいて、試料Ｓの旋光度を計測する。

例えば、試料Ｓの旋光度は、試料Ｓへの入射光の偏光状態を変化させながら試料Ｓを透過した光の光強度を測定し、以下のように求める。

例えば、第１及び第２液晶素子２６、２８の複屈折位相差δ₁、δ₂をδ₁＝δ、δ₂＝δ+９０°とし、δを０°から３６０°まで連続的に変化させる。このとき、偏光変調手段２４の第２液晶素子２８から出射する光は、式（７）より、

と表される。

図３は、偏光変調手段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。図示のように、点Ｐ₃で表される出射光の偏光状態はδに応じて変化し、その変化はＳ₁軸と球面の交点である赤道上の２点（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，０，０）、（−１，０，０）及び北極点（０，０，１）を通る北半球の８の字状の軌道Ｄで示される。従って、偏光変調手段２４からの出射光は、水平方向の直線偏光から、左円偏光、鉛直方向の直線偏光、左円偏光を経て、再び水平方向の直線偏光へと偏光面を回転させながら連続的に変化する左回りの偏光となる。

偏光状態がこのように変化する光を試料Ｓに入射させたとき、検出手段５０により検出される光強度は、式（１２）より、

となる。ここで、ａ₀（＝１／４）、ａ₁（＝−１／４cos2θ）及びｂ₂（＝１／８sin2θ）は、それぞれフーリエ関数cos0、cosδ及びsin2δの係数を示す。式（１４）から、δを連続的に０°〜３６０°の範囲で変調させると光強度Ｉ_θ（δ）が周期的に変化することがわかる。従って、検出手段５０により測定された光強度Ｉ_θ（δ）の周期的変化をフーリエ解析し、係数ａ₁、ｂ₂を求めることにより、試料Ｓの旋光度θは、

により計算することができる。

再び図１を参照すると、偏光変調手段２４は、各液晶素子２６、２８の温度を制御する温度制御手段３４、３６をさらに含む。図４に示すように、各温度制御手段３４、３６は、内側すなわち液晶素子側に設けた、ペルチェ素子などのサーモモジュールからなる温度調整素子３８、４０と、外側に設けた、銅板からなる熱伝達板４２、４４と、を含む。温度調整素子３８、４０及び熱伝達板４２、４４は、それぞれ、液晶素子２６、２８への入射光又は液晶素子２６、２８からの出射光が通過する開口３８ａ、４０ａ、４２ａ、４４ａを有する。

温度制御手段３４、３６を用いて液晶素子２６、２８の温度を均一かつ一定に保つことにより、試料Ｓへの入射光を精度良く所望の偏光状態にすることができ、旋光度を精度良く検出することができる。

図５は、液晶素子への印加電圧と液晶素子の複屈折位相差の関係を温度毎に示す。より詳細には、液晶素子の温度をそれぞれ２６℃、３０℃、３５℃、４０℃に保った状態で、８００ｍＶから３８００ｍＶの電圧を印加したときの液晶素子の複屈折位相差を示す。図示のように、印加電圧と液晶素子の複屈折位相差の関係は温度に依存する。従って、液晶素子の温度が一定でなければ、同じ印加電圧に対する複屈折位相差に誤差（設定値と実際値の差）が生じる。

図６は、液晶素子の複屈折位相差の誤差による旋光度の誤差を示す。曲線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、それぞれ、液晶素子の複屈折位相差の誤差が０°、２°、４°、６°、８°及び１０°であるときの旋光度の誤差を解析により求めたものである。曲線ｆで示すように、液晶素子の複屈折位相差の誤差が１０°のとき、測定される旋光度の誤差は最大０．６°以上になる。従って、旋光度を精度良く測定するには、温度制御手段３４、３６により液晶素子２６、２８の温度を一定に保つことが必要なのである。

上記偏光状態測定装置１０の構成によれば、波長選択手段１４を備えることにより、試料Ｓに応じて測定波長を変えて旋光度を測定することができる。また、旋光度を様々な測定波長で測定することにより、容易に旋光分散を得ることができる。

偏光子２２の透過軸ａに対する主軸ｂ、ｃの傾きがそれぞれ４５°及び０°である２つの液晶素子２６、２８を含む偏光変調手段２４を備えることにより、偏光子２２からの所定の直線偏光を所望の偏光に変えて試料Ｓに入射させ、様々な方法で旋光度を検出することができる。

検光子回転機構の代わりに、２つ液晶素子２６、２８を含む偏光変調手段２４を用いることにより、装置を小型化することができる。また、液晶素子２２、２４の複屈折位相差をミリ秒（ｍｓｅｃ）オーダーの高速で変化させることができるので、試料Ｓへの入射光の偏光状態を高速で変化させ、測定に要する時間を短縮することができる。さらに、液晶素子２２、２４への印加電圧は概ね０〜５Ｖの範囲であるため、従来のファラデーセルを用いた場合に比べ、装置を低電圧で駆動することができる。また、ポッケルスセルを用いた場合に比べ、装置を安価に製造することができる。

液晶素子の温度を均一かつ一定に保つ温度制御手段を備えることにより、旋光度を精度良く検出することができる。

偏光状態測定装置１０は、試料Ｓへの入射光を任意の偏光状態にすることができるので、旋光度だけでなく円二色性を測定することが可能であってもよい。また、円二色性測定装置とすることもできる。

偏光状態測定装置１０又は円二色性測定装置で円二色性を測定する際、偏光変調手段２４は、試料Ｓへの入射光を右円偏光とするために、例えば、第１液晶素子２６の複屈折位相差δ₁を９０°とし、第２液晶素子２８の複屈折位相差δ₂を０°とする。

同様に、偏光変調手段２４は、試料Ｓへの入射光を左円偏光とするために、例えば、第１液晶素子２６の複屈折位相差δ₁を９０°とし、第２液晶素子２８の複屈折位相差δ₂を１８０°とする。

計測手段５２は、右円偏光における吸光係数α_R及び左円偏光における吸光係数α_Lを、それぞれ、

により計算する。ここで、Ｉ_SR及びＩ_SLは、それぞれ、検出手段５０で測定した、試料Ｓを透過した右円偏光及び左円偏光の光強度である。Ｉ_NR及びＩ_NLは、それぞれ、試料Ｓを置かずに検出手段５０で測定した右円偏光及び左円偏光の光強度である。このＩ_NR及びＩ_NLは、予め測定され、記憶されていることが好ましい。

円二色性は左右円偏光の吸光係数の差であるから、計測手段５２は、右円偏光及び左円偏光の吸光係数α_R及びα_Lから、試料Ｓの円二色性Δαを、

により計算する。

上記偏光状態測定装置１０又は円二色性測定装置によれば、波長選択手段１４を備えることにより、様々な測定波長で円二色性を測定し、容易に円二色性分散を得ることができる。

尚、円二色性を測定する際、検光子４８は不要である。検光子４８を取り外し可能に装置に設置し、円二色性を測定するときに検光子４８を取り外すように構成してもよいし、検光子４８を配置したまま旋光度と円二色性の両方の測定を行うように構成してもよい。

実施例１
図７は、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態を用いて、１／２波長板の回転に対する旋光角度を測定した結果を示す。

測定は、図１の構成において波長選択手段を省略し、波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを光源として行った。より詳細には、試料である１／２波長板を、偏光子２２の透過軸に対する１／２波長板の光学軸の傾きが−４５°〜４５°となる範囲で５°ずつ回転し、その旋光度を測定した。

測定された旋光度は、１／２波長板の回転角度の２倍、すなわち偏光子２２の透過軸に対する１／２波長板の光学軸の角度の２倍であった。従って、本願発明による偏光状態測定装置により、１／２波長板の回転に対する旋光角度が精度良く測定されたことがわかる。

実施例２
図８は、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態を用いて、標準水晶板の旋光度を測定した結果を示す。

測定は、図１の構成において、ハロゲンランプを光源とし、波長選択手段として干渉フィルターを用いて得た波長５８９．３ｎｍの光と、波長選択手段を省略し、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを光源として得た波長６３２．８ｎｍの光を用いて行った。試料Ｓには、比旋光度８°及び３４°の標準水晶板を使用した。

図８において、実線は波長５８９．３ｎｍでの測定結果を示し、破線は波長６３２．８ｎｍでの測定結果を示す。波長５８９．３ｎｍでは、縦軸に示す測定された旋光度は、横軸に示す比旋光度に概ね等しい。従って、本願発明による偏光状態測定装置により試料Ｓの旋光度が精度良く測定できることがわかる。波長６３２．８ｎｍでは、波長５８９．３ｎｍの場合に比べて旋光度が小さく測定されているが、これは旋光分散の影響によるものと考えられる。

要するに、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態は、以下の特徴を有する。

１． 偏光状態測定装置（１０）が、
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（２２）と、
第１の偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段（２４）と、
偏光変調手段を介して測定対象（Ｓ）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（４８）と、
第２の偏光子を透過した光の光強度を検出する検出手段（５０）と、
検出手段で検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測する計測手段（５２）と、
を有し、
偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子（２６、２８）と、液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段（３０、３２）と、を有する。

２． 偏光状態が、測定対象の旋光性または円二色性を含む。

３． 第１の液晶素子（２６）が、第１の偏光子（２２）の透過軸に対して４５°の奇数倍傾いた進相軸（ｂ）を有し、
第２の液晶素子（２８）が、第１の偏光子（２２）の透過軸に対して４５°の偶数倍傾いた進相軸（ｃ）を有する。

４． 第１の液晶素子の複屈折位相差（δ₁）が０°から３６０°の範囲で可変であり、第２の液晶素子の複屈折位相差（δ₂）が第１の液晶素子の複屈折位相差と９０°異なる。

５． 第１の液晶素子の複屈折位相差をδ、第２の液晶素子の複屈折位相差をδ＋９０°とすると、計測手段が、検出手段で検出した光強度のフーリエ級数における基底関数cosδ及びsin2δの係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測する。

６． 第１及び第２の液晶素子がネマチック液晶セルを含む。

７． 偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子の温度を制御する温度制御手段（３４、３６）を更に有する。

本願発明による旋光度の測定方法の実施形態は、以下の特徴を有する。

８． 偏光状態測定方法が、
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ステップと、
透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、
偏光変調をし測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させるステップと、
透過した光の光強度を検出するステップと、
検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測するステップと、
を有し、
偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する。

本願発明による円二色性測定装置の実施形態は、以下の特徴を有する。

９． 円二色性測定装置が、
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偏光子（２２）と、
偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段（２４）と、
偏光変調手段を介して測定対象を透過した光の光強度を検出する検出手段（５０）と、
検出手段で検出した光強度に基づいて測定対象の円二色性を計測する計測手段（５２）と、
を有し、
偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子（２６、２８）と、液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段（３０、３２）と、を有する。

本願発明による旋光度及び円二色性の測定方法の実施形態は、以下の特徴を有する。

１０．円二色性測定方法が、
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ステップと、
透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、
偏光変調をし、測定対象を透過した光の光強度を検出するステップと、
検出した光強度に基づいて測定対象の円二色性を計測するステップと、
を有し、
偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する。

また、上記の測定装置及び測定方法は以下の効果を奏する。

（１） 装置を小型化することができる。

（２） 装置の製造コストを低減することができる。

（３） 装置を低電圧で駆動することができる。

（４） 測定時間を短縮できる。

（５） 精度良く測定することができる。

（６） 旋光分散、円二色性分散を容易に得ることができる。

尚、この発明は上記実施形態に限定されるものでなく、他の様々な形態で実施されることができる。

例えば、旋光度の計算方法に関して、サンプリング数を減らすために、液晶素子の位相変調量δを０°、１３５°、１８０°及び２２５°としたときの光強度Ｉ_θ（０）、Ｉ_θ（１３５）、Ｉ_θ（１８０）及びＩ_θ（２２５）をそれぞれ検出してもよい。この場合、旋光度θは、

から計算することができる。

糖類、アミノ酸の濃度計測だけでなく、タンパク質の構造解析や、有機材料、光学結晶の物性分析などに利用することができる。

また、血液中のグルコース濃度、すなわち血糖値を非浸襲で測定するグルコースセンサーとして利用することができる。腕時計程の小型センサーとすることも可能である。

図１は、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態を示す概略構成図である。 図２は、光の偏光状態の変化を表すポアンカレ球である。 図３は、偏光変調手段から出射する光の偏光状態の一例を示すポアンカレ球である。 図４は、図１の温度制御手段の構成を示す斜視図である。 図５は、液晶素子への印加電圧と液晶素子の複屈折位相差の関係を示す。 図６は、液晶素子の複屈折位相差の誤差による旋光度の測定誤差を示す。 図７は、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態を用いて測定した１／２波長板の回転に対する旋光角度を示す。 図８は、本願発明による偏光状態測定装置の実施形態を用いて測定した標準水晶板の旋光度を示す。

符号の説明

１０ 偏光状態測定装置
１２ 光源
１４ 波長選択手段
１６ 反射型回折格子
１８ スリット
２０ 駆動手段
２２ 偏光子
２４ 偏光変調手段
２６ 第１液晶素子
２８ 第２液晶素子
３０、３２ 電圧制御手段
３４、３６ 温度制御手段
４６ 測定セル
４８ 検光子
５０ 検出手段
５２ 計測手段

Claims (10)

1. 光透過性を有する測定対象の偏光状態を計測する偏光状態測定装置において、
   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所望の偏光に変調する偏光変調手段と、
   前記偏光変調手段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の光強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて前記測定対象の偏光状態を計測する計測手段と、
   を有し、
   前記偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子と、前記液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段と、を有する、
   ことを特徴とする偏光状態測定装置。
2. 前記偏光状態が、測定対象の旋光性または円二色性を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の偏光状態測定装置。
3. 前記第１の液晶素子が、前記第１の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍傾いた進相軸を有し、
   前記第２の液晶素子が、前記第１の偏光子の透過軸に対して４５°の偶数倍傾いた進相軸を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の偏光状態測定装置。
4. 前記第１の液晶素子の複屈折位相差が０°から３６０°の範囲で可変であり、前記第２の液晶素子の複屈折位相差が第１の液晶素子の複屈折位相差と９０°異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の偏光状態測定装置。
5. 前記第１の液晶素子の複屈折位相差をδ、前記第２の液晶素子の複屈折位相差をδ＋９０°とすると、前記計測手段が、前記検出手段で検出した光強度のフーリエ級数における基底関数cosδ及びsin2δの係数に基づいて測定対象の偏光状態を計測する
   ことを特徴とする請求項１または４に記載の偏光状態測定装置。
6. 前記第１及び第２の液晶素子がネマチック液晶セルを含むことを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載の偏光状態測定装置。
7. 前記偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子の温度を制御する温度制御手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の偏光状態測定装置。
8. 光透過性を有する測定対象の偏光状態を測定する偏光状態測定方法において、
   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ステップと、
   透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、
   偏光変調をし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ステップと、
   透過した光の光強度を検出するステップと、
   検出した光強度をフーリエ級数で表したときのフーリエ係数に基づいて前記測定対象の偏光状態を計測するステップと、
   を有し、
   前記偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、前記液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する、
   ことを特徴とする偏光状態測定方法。
9. 光透過性を有する測定対象の円二色性を計測する円二色性測定装置において、
   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偏光子と、
   前記偏光子を透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調手段と、
   前記偏光変調手段を介して前記測定対象を透過した光の光強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出した光強度に基づいて前記測定対象の円二色性を計測する計測手段と、
   を有し、
   前記偏光変調手段が、第１及び第２の液晶素子と、前記液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御手段と、を有する
   ことを特徴とする円二色性測定装置。
10. 光透過性を有する測定対象の円二色性を計測する円二色性測定方法において
    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ステップと、
    透過した光を所望の偏光に変調する偏光変調ステップと、
    偏光変調をし、前記測定対象を透過した光の光強度を検出するステップと
    検出した光強度に基づいて前記測定対象の円二色性を計測するステップと、
    を有し、
    前記偏光変調ステップが、第１及び第２の液晶素子により透過光を変調するステップと、前記液晶素子への印加電圧を制御するステップと、を有する、
    ことを特徴とする円二色性測定方法。

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