JP2023531755A - 偏光フィルタ整合対を作製する方法、および偏光フィルタ対を使用して複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置 - Google Patents

偏光フィルタ整合対を作製する方法、および偏光フィルタ対を使用して複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023531755A
JP2023531755A JP2022580371A JP2022580371A JP2023531755A JP 2023531755 A JP2023531755 A JP 2023531755A JP 2022580371 A JP2022580371 A JP 2022580371A JP 2022580371 A JP2022580371 A JP 2022580371A JP 2023531755 A JP2023531755 A JP 2023531755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polarizing filter
quarter
light
axis
wave optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022580371A
Other languages
English (en)
Inventor
ニューカーマンズ，グリート
フルニエ，ジョルジュ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
His Majesty King In Right Of Canada Represented By Minister Of National Defence AS
Universiteit Gent
Original Assignee
His Majesty King In Right Of Canada Represented By Minister Of National Defence AS
Universiteit Gent
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by His Majesty King In Right Of Canada Represented By Minister Of National Defence AS, Universiteit Gent filed Critical His Majesty King In Right Of Canada Represented By Minister Of National Defence AS
Publication of JP2023531755A publication Critical patent/JP2023531755A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/23—Bi-refringence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/288—Filters employing polarising elements, e.g. Lyot or Solc filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N2021/216—Polarisation-affecting properties using circular polarised light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N2021/217—Measuring depolarisation or comparing polarised and depolarised parts of light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本発明は、偏光フィルタ整合対を作製する方法に関する。この方法は、光ビーム内に第１の直線偏光子および第２の直線偏光子を取り付けるステップと、光ビームの最大消光を得るために第２の直線偏光子を回転させるステップと、光ビーム内に第１の１／４波長光学リターダを挿入するステップと、光ビームの最大消光を得るために、第１の１／４波長光学リターダを回転させるステップと、その後、第１の１／４波長光学リターダを４５度の角度にわたって回転させるステップと、第２の１／４波長光学リターダを挿入するステップと、第１の直線偏光子と第１の１／４波長光学リターダ、ならびに第２の直線偏光子と第２の１／４波長光学リターダを固定する前に光ビームの最大消光を得るために第２の１／４波長光学リターダを第２の角度にわたって回転させるステップとを含む。本発明はさらに、流体中に懸濁した（例えば、液体中に懸濁した）複屈折粒子を含むサンプルを、偏光フィルタ整合対を使用して分析する方法および装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、偏光フィルタ整合対を作製する方法に関する。そのような方法によって得られる偏光フィルタ整合対は、複屈折粒子を含むサンプルによって生じる偏光解消光の検出を最適化することを可能にする。このような方法によって得られる偏光フィルタ整合対は、好ましくは、１０－５未満の消光比を有する。本発明はまた、偏光フィルタ整合対を使用して流体中に懸濁した（例えば、液体中に懸濁した）複屈折粒子を含むサンプルを分析する方法にも関する。特に、本発明は、偏光フィルタ整合対を使用して流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定する方法に関する。さらに、本発明は、偏光フィルタ整合対を使用して流体中に懸濁した（例えば、液体中に懸濁した）複屈折粒子を含むサンプルを分析する装置に関する。特に、本発明は、偏光フィルタ整合対を使用して流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定する装置に関する。
現在、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出によって誘発される気候変動の緩和が大きな課題となっている。海洋は、これらの排出量の重要な部分を占めている。これまで、深海に二酸化炭素を貯留する能力はほとんど知られておらず、過小評価されていた。海洋における炭素貯蔵は、溶解ポンプと生物炭素ポンプの２つのメカニズムによって支配されている。生物炭素ポンプとは、無機炭素（二酸化炭素など）が光合成によって有機物質に固定され、通常は深海への輸送によって大気から隔離される一連のプロセスを指す。生物炭素ポンプは、２つのポンプ：植物プランクトンが光合成によってＣＯ２を粒子状有機炭素（ＰＯＣ）に固定することによって駆動され、その一部を深海に輸送する有機炭素ポンプと、生物の石灰化とその深海への輸送による炭酸カルシウムＣａＣＯ３（ＰＩＣ）の形成に関連する炭酸ポンプで構成されている。
生物炭素ポンプの理解の中心は、ＰＩＣとＰＯＣの濃度を正確かつ精密に測定することである。ＰＩＣの濃度および下降流（特に、海洋におけるＰＩＣの空間的および時間的変動）を測定するための不十分なサンプリングおよび分析技術のため、これまでＰＩＣ循環の理解は限られていた。
ＰＩＣの濃度を測定する以前の試みは、懸濁液に酸を注入してｐＨの変化を測定する方法、または既知の量の海水をろ過し、その後のＰＩＣの実験室での決定または顕微鏡分析による方法に基づいている。このような方法には多くの欠点がある。それらは船の支援を必要とし、労働集約的であり、煩わしく、自律的なインサイチューでの操作を認めない。
ＵＳ７０３０９８１は、互いに直交する偏光軸を有する第１の直線偏光子および第２の直線偏光子を含む、ＣａＣＯ３粒子の濃度を測定する方法および装置を記載している。そのような装置の偏光子の位置合わせの極端な感度は、そのような装置の重大な欠点である。例えば、振動および深さによる水圧の変化によって誘発される微細な機械的ねじれは、ＣａＣＯ３濃度の測定を不可能にする信号の多くのランダムな変動を引き起こす可能性がある。
本発明の目的は、消光比が１０－５未満、５×１０－６未満、またはさらに１×１０－６未満である偏光フィルタ整合対を作製する方法を提供することである。
本発明の目的は、複屈折粒子を含むサンプルを分析するために、偏光フィルタ整合対を使用する方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定するために、偏光フィルタ整合対を使用する方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、炭酸カルシウム粒子の濃度またはポリマー粒子の濃度（例えば、流体中（例えば、水中）に懸濁した炭酸カルシウム粒子の濃度またはポリマー粒子の濃度）を決定する方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子の小さな濃度でさえも検出することを可能にする、および／または液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度の小さな変化を検出することを可能にする方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、海洋環境におけるＰＩＣ濃度を決定する方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、機械的ねじれおよび／または振動が誘発され、（水の）圧力が変化した場合でも、流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定できる方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、例えば海水などの水中のポリマー粒子の濃度を決定する方法および装置を提供することである。
本発明の目的は、円偏光子を使用して流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置であって、波長に敏感ではない方法および装置を提供することである。
本発明の別の目的は、流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置であって、検出器によって記録される信号は、複屈折サンプルによって（例えば、流体中に懸濁した複屈折サンプルによって）偏光解消された光からのみ得られる方法および装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、複屈折粒子を含むサンプルを定量的または定性的に分析する非侵入型方法を提供することである。
さらに、本発明の目的は、自律的に機能する複屈折粒子を含むサンプルをインサイチューで分析する方法および装置を提供すること、特に、流体中（例えば、水中）に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置を提供することである。
また、本発明の目的は、複屈折粒子を含むサンプルによって生じる偏光解消光の検出を最適化する方法および装置を提供することである。
本発明の第１の態様によれば、第１および第２の偏光フィルタを含む偏光フィルタ整合対を作製する方法が提供される。第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダ（第１の位相板）を含み、第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の１／４波長光学リターダ（第２の位相板）を含む。この方法は、複屈折粒子を含むサンプルによって引き起こされる偏光解消光（例えば、流体中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルによって引き起こされる偏光解消光）を検出するのに適した偏光フィルタ整合対を作製することを可能にする。この方法は、
伝播軸に沿って光源から光ビームを提供するステップ（好ましくは、平行光ビームを提供するステップ）と、
（好ましくは光ビームの伝搬軸に対して垂直または略垂直に向けられた）第１、第２、第３、および第４の回転ステージを提供するステップ（好ましくは、光ビームの伝播軸に対して垂直または略垂直に向けられた第１、第２、第３、および第４の高精度回転ステージを提供するステップ）と、
第１の位置と呼ばれる特定の位置に第１の透過軸を有する第１の回転ステージに、第１の透過軸を有する第１の直線偏光子を取り付けるステップと、
第４の回転ステージに第２の透過軸を有する第２の直線偏光子を取り付けるステップと、
光ビームの最大消光を得るために、第２の直線偏光子を回転させるステップ（第２の直線偏光子の第２の透過軸が第１の直線偏光子の第１の透過軸に垂直である場合、最大消光が得られる）と、
第２の回転ステージに第１の光軸を有する第１の４分の１波長光学リターダを挿入する（それにより、第１の１／４波長光学リターダの第１の光軸は、好ましくは、光ビームの伝搬軸に対して垂直または略垂直に向けられる）ステップと、
光ビームの最大消光を得るために、第１の１／４波長光学リターダを回転させるステップと、
第１の１／４波長光学リターダの第１の光軸を第１の角度にわたって第１の方向に回転させるステップであって、第１の角度は、好ましくは約４５度の角度であり、より好ましくは４５度±０．１０度の角度であり、例えば４５度±０．０５度の角度である、ステップと、
第２の光軸を有する第２の１／４波長光学リターダを第３の回転ステージに挿入する（それにより、第２の１／４波長光学リターダの第２の光軸は、好ましくは、光ビームの伝搬軸に対して垂直または略垂直に向けられる）ステップと、
光ビームの最大消光を得るために、第２の１／４波長光学リターダの第２の光軸を第２の角度にわたって第２の方向に回転させるステップであって、第２の方向は、光源から見て第１の１／４波長光学リターダの第１の光軸の回転の第１の方向とは反対である、ステップ（光源から見ると、第１の角度と第２の角度の符号が逆であることは明らかである。最大消光に達すると、第２の１／４波長光学リターダの正しい向きに到達する。この位置では、第２の角度は４５度（±０．０５度）であるが、この方法では第２の角度を測定する必要はない。）と、
第１の偏光フィルタを形成するために、第１の直線偏光子と第１の１／４波長光学リターダを共に固定し、第２の偏光フィルタを形成するために、第２の直線偏光子と第２の１／４波長光学リターダを共に固定するステップ（第１の直線偏光子と第１の１／４波長光学リターダを共に固定することにより、第１の直線偏光子と第１の１／４波長光学リターダの相対位置（特に、第１の透過軸と第１の光軸の相対位置）が固定される。同様に、第２の直線偏光子と第２の１／４波長光学リターダを固定することにより、第２の直線偏光子と第２の波長板の相対位置（特に、第２の透過軸と第２の光軸の相対位置）が固定される。第１の直線偏光子と第１の１／４波長光学リターダ、ならびに同様に第２の直線偏光子と第２の１／４波長光学リターダは、当技術分野で既知の任意の技術によって固定することができる。それらを固定するための好ましい技術は、接着を含む。）とを含む。
第１、第２、第３、および第４の回転ステージは、互いに連続して配置され、第１の回転ステージは光源に最も近く、第４の回転ステージは光源から最も離れている。
直線偏光子は、平面偏光の特定の方向のみを選択的に通過させるデバイスである。１つの方向で、垂直に偏光された光のみが通過できるようになり、９０度回転すると、水平に偏光された光のみが通過できるようになる。好ましくは、本発明に従って使用される直線偏光子は、１０－５未満、５×１０－６未満、３×１０－６未満、または１×１０－６未満の消光比を有する。直線偏光子の消光比は、偏光子の最大透過率に対する偏光子の最小透過率の比率である。最小透過率は、偏光子の透過軸が入射偏光ビームの偏光面に対して垂直であるときに発生し、最大透過率は、偏光子の透過軸が入射偏光ビームの偏光面に平行な場合に発生する。
光学リターダは、直交する２つの入射偏光状態の射出ビーム間に特定の位相差を生成するように設計された偏光デバイスである。１／４波長光学リターダは、直線偏光を円偏光に、またはその逆に変換する。光学リターダの厚さは、設計された波長λ（または波長範囲Δλ）の４分の１の位相差を生じさせるように調整されることが好ましい。好ましくは、本発明に従って使用される１／４波長光学リターダは高品質である。好ましくは、本発明に従って使用される１／４波長光学リターダは、λ／４±λ／３５０のリターダンスを与える。
本発明に係る偏光フィルタ整合対を作製するために、第１および第２の１／４波長光学リターダのリターダンス間の差が、λを設計波長として、好ましくはλ／１０００を超えないように、より好ましくはλ／１００００未満となるように、一対の１／４波長光学リターダが選択される。
直線偏光子には透過軸があり、１／４波長光学リターダには光軸がある。直線偏光子の透過軸および／または１／４波長光学リターダの光軸は、光源からの光ビームの伝搬軸に対して垂直または略垂直な平面に向けられることが好ましい。
好ましくは、直線偏光子は、直線偏光子の平面に埋め込まれた／向けられた直線偏光子の透過軸を有する平面を画定する平面構造を有する。
好ましくは、偏光フィルタの１／４波長光学リターダは、１／４波長光学リターダの平面に埋め込まれた／向けられた１／４波長光学リターダの光軸を有する平面を画定する平面構造を有する。
第１の偏光フィルタは、第１の透過軸を有する第１の直線偏光子と、第１の光軸を有する第１の１／４波長光学リターダとを含み、第２の偏光フィルタは、第２の透過軸を有する第２の直線偏光子と、第２の光軸を有する第２の１／４波長光学リターダとを含む。
好ましくは、第１の透過軸、第１の光軸、第２の透過軸、および第２の光軸のそれぞれは、光源からの光ビームの伝播軸に対して垂直または略垂直な面に向けられる。
好ましくは、第１の透過軸は、第１の直線偏光子の平面に埋め込まれ、第１の光軸は、第１の１／４波長光学リターダの平面に埋め込まれ、第２の透過軸は、第２の直線偏光子の平面に埋め込まれ、第２の光軸は、第２の１／４波長光学リターダの平面に埋め込まれている。
第１の光軸と第１の透過軸は、第１の角度（第１の夾角）を画定し、第２の光軸と第２の透過軸は、第２の角度（第２の夾角）を画定する。好ましくは、第１の角度および第２の角度は、４５度（好ましくは４５度±０．０５度）であり、第１の角度および第２の角度は、光源から見て符号が逆である。第１の角度は、例えば＋４５度（好ましくは＋４５度±０．０５度）であり、第２の角度は－４５度（好ましくは＋４５度±０．０５度）である。別の実施形態では、第１の角度は－４５度（好ましくは－４５度±０．０５度）であり、第２の角度は＋４５度（好ましくは＋４５度±０．０５度）である。
好ましくは、偏光フィルタ整合対の第１の偏光フィルタは、入射光を第１の旋光性の円偏光に偏光し、偏光フィルタ整合対の第２の偏光フィルタは、入射光を第２の旋光性の円偏光に偏光し、第１の旋光性と第２の旋光性は、光源から見て反対である。
第１の例では、第１の偏光フィルタは、入射光を左円偏光に偏光するように構成可能であり、第２の偏光フィルタは、入射光を右円偏光に偏光するように構成可能である。別の一例では、第１の偏光フィルタは、入射光を右円偏光に偏光するように構成可能であり、第２の偏光フィルタは、入射光を左円偏光に偏光するように構成可能である。
光源として、当技術分野で知られている任意のタイプの光源を考慮することができる。光源は、非偏光または偏光光源を含むことができる。偏光光源が使用される場合、光源の偏光方向と第１の直線偏光子とが整列されるのが好ましいことは明らかである。光源は、好ましくはパルス光源を含む。好ましい光源は、流体自体による、および／またはサンプル中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内の（パルス）光源、例えば、水または海水などの流体中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内のパルス光源を含む。光源からの光ビームは、好ましくは、５３０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内または５９０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内に中心波長を有する。光ビームは、５０ｎｍ以下、またはより好ましくは２０ｎｍ以下の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する発光波長帯であるが、非常に狭い波長選択を必要としない。
好ましくは、光源は、５３０ｎｍ～６５０ｎｍ（例えば、５９０ｎｍ～６５０ｎｍ）の中心波長、および５０ｍｍの半値全幅（例えば、２０ｍｍの半値全幅）を有する。光源の特に好ましい一例は、６５０ｎｍの中心波長および２０ｎｍの半値全幅を有する。
好ましい光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源（例えば、パルスＬＥＤ光源（例えば、２０ｎｍの半値全幅および６５０ｎｍの中心波長を有するパルスＬＥＤ光源））を含む。
検出器として、光源からの光を測定するのに適した任意のタイプの検出器、好ましくは光源からのパルス光を測定するのに適した任意のタイプの検出器を考慮することができる。
好ましい検出器は、増幅された切り替え可能なゲインのシリコンフォトダイオード検出器などのシリコン光検出器を含む。
本発明に係る偏光フィルタ整合対を作製する方法は、１０－５未満の消光比を有する偏光フィルタ整合対を得ることを可能にする。本発明の特定の実施形態では、消光比が５×１０－６未満、３×１０－６未満、またはさらに１×１０－６未満である偏光フィルタ整合対が得られる。偏光フィルタ整合対の消光比は、偏光フィルタ整合対を透過する光の強度と、第１の偏光子に入射する非偏光（または偏光）光の強度の比として定義される。
円偏光フィルタの消光比は、一般的に波長に敏感であり、したがって、発光ダイオードなどの波長帯域（例えば、２０ｎｍの波長帯域）を有する光源には使用できないが、本発明に係る偏光フィルタ整合対を作製する方法は、偏光フィルタの幾何学的配置のために波長に影響を受けない偏光フィルタ整合対を得ることを可能にする。偏光フィルタ整合対は、好ましくは、少なくとも光源の光ビームの半値全幅（ＦＷＨＭ）によって画定される発光波長帯域の波長範囲において、低い消光比に達する。
したがって、本発明に係る偏光フィルタ整合対を作製する方法によって得られる偏光フィルタ整合対は、光源として発光ダイオードを使用することができる。さらに、そのような偏光フィルタ整合対を使用してサンプルを分析する方法および／またはそのような偏光フィルタ整合対を含む装置は、光源として発光ダイオードを使用することができる。
上記のように、第１の１／４波長光学リターダは、第１の角度（より具体的には、４５度の角度）にわたって第１の方向に回転される。好ましくは、第１の角度の精度は、±０．１度であり、より好ましくは±０．０５度である。第２の４分の１波長光学リターダは、第１の方向と反対の第２の方向に第２の角度にわたって回転され、光ビームの最大消光を得る。最大消光に達すると、第２の１／４波長光学リターダの正しい向きに達する。この方法では、第２の角度を測定する必要はないが、第２の角度は４５度であると想定される。第２の角度の精度は、好ましくは±０．１度であり、より好ましくは±０．０５度である。
偏光フィルタ整合対を作製する方法には、自己補正機能があるという利点がある。第１の角度のわずかな偏差は、第２の１／４波長光学リターダの回転によって修正され、最大消光が得られる。
好ましくは、第１の１／４波長光学リターダと第２の１／４波長光学リターダとの間のリターダンスの差は、設計対象の波長（または波長範囲）に対して１０－３未満である。より好ましくは、第１の１／４波長光学リターダと第２の１／４波長光学リターダとの間のリターダンスの差は、設計対象の波長（または波長範囲）に対して１０－４未満である。
本発明の第２の態様によれば、流体（例えば、水または海水などの液体）に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルを分析する方法が提供される。この方法は、流体（例えば、水または海水などの液体）に懸濁している複屈折粒子の濃度を決定するのに特に適している。この方法は、
光源からの光ビームを提供するステップと、
第１の偏光フィルタおよび第２の偏光フィルタを含む偏光フィルタ整合対を提供ステップであって、第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダ（第１の位相板）を含み、光源から見て第１の旋光性を有する円偏光に入射光を偏光するように構成可能であり、第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の１／４波長光学リターダ（第２の位相板）を含み、第２の旋光性を有する円偏光に光を偏光するように構成可能であり、第１の旋光性および第２の旋光性は、光源からみて反対であり、偏光フィルタ整合対は、少なくとも１０－５の消光比を有する（より好ましくは、偏光フィルタ整合対は、５×１０－６未満、３×１０－６未満、または１×１０－６未満の消光比を有する）、ステップと、
第１の偏光フィルタと第２の偏光フィルタとの間に、流体に懸濁した（好ましくは、液体に懸濁した）複屈折粒子を含むサンプルを導入するステップと、
光ビームを第１の偏光フィルタに通過させ、それによって第１の光ビームを生成するステップと、
サンプルを前記第１の光ビームと接触させ、それによって第２の光ビームを生成するステップと、
第２の光ビームを第２の偏光フィルタに通過させ、それによって第３の光ビームを生成するステップと、
検出器によって第３の光ビームを測定するステップとを含む。
偏光フィルタ整合対の消光比は、偏光フィルタ整合対を透過する光の強度と、第１の偏光子に入射する非偏光（または偏光）光の強度の比として定義される。
好ましくは、偏光フィルタ整合対は、偏光フィルタ整合対を作製する上記方法によって得ることができる。第１の直線偏光子、第２の直線偏光子、第１の１／４波長光学リターダ、および第２の１／４波長光学リターダとして、上記のような第１の直線偏光子、第２の直線偏光子、第１の１／４波長光学リターダ、および第２の１／４波長光学リターダが、好ましくは、上記のような偏光フィルタ整合対を作製する方法によって得られる構成において、使用されるのが好ましい。
光源として、当技術分野で知られている任意のタイプの光源を考慮することができる。光源は、非偏光または偏光光源を含むことができる。偏光光源が使用される場合、光源の偏光方向と第１の直線偏光子とが整列されるのが好ましいことは明らかである。光源は、好ましくはパルス光源を含む。好ましい光源は、流体自体による、および／またはサンプル中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内の（パルス）光源、例えば、水または海水などの流体中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内のパルス光源を含む。光源からの光ビームは、好ましくは、５３０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内または５９０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内に中心波長を有する。光ビームは、５０ｎｍ以下、またはより好ましくは２０ｎｍ以下の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する発光波長帯であるが、非常に狭い波長選択を必要としない。
好ましくは、光源は、５３０ｎｍ～６５０ｎｍ（例えば、５９０ｎｍ～６５０ｎｍ）の中心波長、および５０ｎｍの半値全幅（例えば、２０ｍｍの半値全幅）を有する。光源の特に好ましい一例は、６５０ｎｍの中心波長および２０ｎｍの半値全幅を有する。
好ましい光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源（例えば、パルスＬＥＤ光源（例えば、２０ｎｍの半値全幅および６５０ｎｍの中心波長を有するパルスＬＥＤ光源））を含む。
検出器として、光源からの光を測定するのに適した任意のタイプの検出器、好ましくは光源からのパルス光を測定するのに適した任意のタイプの検出器を考慮することができる。
好ましい検出器は、増幅された切り替え可能なゲインのシリコンフォトダイオード検出器などのシリコン光検出器を含む。
第３の光ビームは、サンプルによって引き起こされた偏光解消光に対応し、より具体的には、流体（例えば、液体）中に懸濁した複屈折粒子によって引き起こされた偏光解消光に対応する。したがって、検出器が第３のビームを検出する場合、これは、分析されたサンプルが複屈折サンプル（例えば、流体（例えば、水または海水などの液体）中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプル）であることを意味する。本発明の特定の実施形態では、検出器によって検出される第３のビームは、流体（例えば、海水の水などの液体）中に懸濁した複屈折粒子の濃度を決定することを可能にする。
偏光フィルタ整合対の構成のため、および／または偏光フィルタ整合対の低い消光比のため、複屈折サンプル（例えば、液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプル）を分析する方法は、流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度が低い場合（例えば、５０マイクロモル／Ｌ未満、１０マイクロモル／Ｌ未満、１マイクロモル／Ｌ未満、０．１マイクロモル／Ｌ、０．０１マイクロモル／Ｌ未満、例えば０．００５マイクロモル／Ｌ）でも、複屈折粒子の濃度を決定できる。
複屈折粒子は、例えば、炭酸カルシウム、石英、セレスタイト、重晶石、カオリナイト、緑泥石、イライト、バーミキュライト、正長石、斜長石、モンモリロナイト、プラスチック（マイクロプラスチックとも呼ばれる）、またはそれらの組み合わせを含む。
粒子は、好ましくは、１μｍ～５ｍｍの範囲のサイズ、例えば、２μｍ～３ｍｍまたは２μｍ～１ｍｍの範囲（例えば、１０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、または５００μｍ）のサイズを有する。
この方法は、水中（例えば、海水中）の炭酸カルシウムの濃度を分析するのに適している。
さらに、この方法は、水中のポリマー粒子の存在または濃度を分析するのに適している。
本発明の第３の態様によれば、複屈折粒子を含むサンプルを分析する装置が提供される。この装置は、伝搬軸に沿って光ビームを放射する光源と、第１の偏光フィルタと第２の偏光フィルタとを含む偏光フィルタ整合対と、検出器とを備える。光源、偏光フィルタ整合対、および検出器は、光源によって放射された光ビームが、その後第１の偏光フィルタを通過することができ、分析されるサンプルに衝突することができ、検出器によって検出される前に第２の偏光フィルタを通過することができるように配置される。第１の偏光フィルタは、光源の近くに配置することが好ましく、第２の偏光フィルタは、検出器の近くに配置することが好ましい。第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダを含み、光源から見て第１の旋光性の円偏光に入射光を偏光するように構成可能である。第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の１／４波長光学リターダを含み、第２の旋光性の円偏光に入射光を偏光するように構成可能であり、第１の旋光性および第２の旋光性は、光源から見て反対である。偏光フィルタ整合対は、好ましくは、１０－５未満の消光比を有する。より好ましくは、偏光フィルタ整合対は、５×１０－６未満、３×１０－６未満、またはさらには１×１０－６未満の消光比を有する。
好ましくは、偏光フィルタ整合対は、偏光フィルタ整合対を作製する上記の方法によって得ることができる。第１の直線偏光子、第２の直線偏光子、第１の１／４波長光学リターダ、および第２の１／４波長光学リターダとして、上記のような第１の直線偏光子、第２の直線偏光子、第１の１／４波長光学リターダ、および第２の１／４波長光学リターダが、好ましくは、上記のような偏光フィルタ整合対を作製する方法によって得られる構成において、使用されるのが好ましい。
光源として、当技術分野で知られている任意のタイプの光源を考慮することができる。光源は、非偏光または偏光光源を含むことができる。偏光光源が使用される場合、光源の偏光方向と第１の直線偏光子とが整列されるのが好ましいことは明らかである。光源は、好ましくはパルス光源を含む。好ましい光源は、サンプル中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内の（パルス）光源、例えば、水または海水などの流体中に存在する粒子および他の物質による吸収が最小である波長範囲内のパルス光源を含む。光源からの光ビームは、好ましくは、５３０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内または５９０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲内に中心波長を有する。光ビームは、５０ｎｍ以下、またはより好ましくは２０ｎｍ以下の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する発光波長帯であるが、非常に狭い波長選択を必要としない。
好ましくは、光源は、５３０ｎｍ～６５０ｎｍ（例えば、５９０ｎｍ～６５０ｎｍ）の中心波長、および５０ｍｍの半値全幅（例えば、２０ｍｍの半値全幅）を有する。光源の特に好ましい一例は、６５０ｎｍの中心波長および２０ｎｍの半値全幅を有する。
好ましい光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源（例えば、パルスＬＥＤ光源（例えば、２０ｎｍの半値全幅および６５０ｎｍの中心波長を有するパルスＬＥＤ光源））を含む。
検出器として、光源からの光を測定するのに適した任意のタイプの検出器、好ましくは光源からのパルス光を測定するのに適した任意のタイプの検出器を考慮することができる。
好ましい検出器は、増幅された切り替え可能なゲインのシリコンフォトダイオード検出器などのシリコン光検出器を含む。
本発明に係る装置は、複屈折粒子を含むサンプルによって偏光解消された光を測定することを可能にする。したがって、この装置は、複屈折粒子を含むサンプルを定性的または定量的に分析するのに適している。
特に、本発明に係る装置は、偏光解消率（すなわち、流体（例えば水）中に懸濁した複屈折粒子によって偏光解消され、次いで第２の偏光フィルタを通過して検出器に衝突する、第１の偏光フィルタによって透過された円偏光の割合）を測定することを可能にする。
好ましい実施形態では、本発明に係る装置は、透過率計を備える。透過率計は、流体（例えば、大気または水）を通過する光の透過率を測定するための機器として定義される。分析されるサンプルは、典型的には少なくとも５ｃｍ（例えば、７ｃｍ、１０ｃｍ、または１５ｃｍ）の長さ（経路長）を有する。分析されるサンプルの体積は、経路長ｘπｘ（ビーム直径／２）２に対応し、通常、少なくとも３ｍＬ（例えば、少なくとも１２ｍＬ）である。ビーム径は、例えば８．５ｍｍである。
原則として、本発明に係る装置（例えば、本発明に係る透過率計）は、あらゆるタイプの複屈折サンプルを分析することを可能にする。本発明に係る装置は、複屈折粒子（例えば、気体または液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子）を含むサンプルを分析するのに特に適している。特に好ましい複屈折サンプルは、液体中に懸濁した複屈折粒子（例えば、海水などの水中に懸濁した複屈折粒子）を有するサンプルを含む。
流体中（例えば、液体中）に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルに対して、本発明に係る装置は、流体中（例えば、水または海水などの液体中）の複屈折粒子の濃度を決定することを可能にする。
本発明に係る装置は、海水中のＰＩＣ濃度を決定するのに適している。ＰＩＣは、生体粒子を含み、極度の複屈折特性を有する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の方解石とアラゴナイトの両方の多形体を含む。本発明に係る装置は、貧栄養海域および深海を含む地球規模の海洋環境におけるＰＩＣ濃度を決定することを可能にする。
さらに、本発明に係る装置は、液体中（例えば、水中）のポリマー粒子の存在または濃度を分析するのに適している。
偏光フィルタ整合対の構成のため、および／または偏光フィルタ整合対の低い消光比のため、複屈折サンプル（例えば、液体などの流体中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプル）を分析する装置は、流体中に懸濁した複屈折粒子の濃度が低い場合（例えば、１００マイクロモル／Ｌ未満、５０マイクロモル／Ｌ未満、１０マイクロモル／Ｌ未満、１マイクロモル／Ｌ未満、０．１マイクロモル／Ｌ、０．０１マイクロモル／Ｌ未満、例えば０．００５マイクロモル／Ｌ）でも、複屈折粒子の濃度を決定できる。
本発明に係る装置の第１の偏光フィルタおよび／または第２の偏光フィルタは、回転可能および／または取り外し可能であることが好ましい。好ましくは、第１の偏光フィルタおよび／または第２の偏光フィルタは、取り外し可能である。
好ましい実施形態では、第２の偏光フィルタ（すなわち、装置の検出器の前のフィルタ）は取り外し可能であるため、装置は、偏光および非偏光透過を同じ装置で測定できるという追加の利点を有する。そのような一実施形態では、ゲイン切り替え器を使用して、偏光透過または非偏光透過のいずれが記録されるかに応じて検出器のゲインを変更することができる。あるいはまた、取り外された偏光子の代わりに中性濃度フィルタを挿入して、非偏光信号を偏光信号と同じ振幅範囲に下げることができる。
任意選択で、本発明に係る装置は、
ビームスプリッタ（例えば、偏光ビームスプリッタ）、および／または、
１つまたは複数のバッフル（例えば、複屈折サンプルまたは複屈折サンプルを含むゾーンを入射光から（例えば、直射日光および／または天空光から、および／または拡散した水中光の背景光から）保護するためのもの。好ましい実施形態では、装置は、複屈折サンプルを含むゾーンおよび前記ゾーンを囲む窓を入射光から保護する１つまたは複数のバッフルを備える。）、および／または、
１つまたは複数の圧力窓（好ましくは、圧力応力下でできるだけ偏光解消しない材料を含む１つまたは複数の圧力窓。好ましい圧力窓は、アモルファスＳｉＯ２またはコーティングされたＳｃｈｏｔｔ Ｇｌａｓｓ ＳＦ５７圧力窓を含む。）、および／または、
１つまたは複数のスペクトルフィルタ（光ビーム（例えば、光源のコリメートされたビーム）を通過させながら背景入射光を遮断するためのもの）、および／または、
１つまたは複数のレンズ（例えば、１つまたは複数のコリメートレンズ）、および／または、
１つまたは複数の精密ピンホールなどの１つまたは複数の追加のコンポーネントを備える。
使用中（特に、日光にさらされた水域での使用中）、本発明に係る装置は、好ましくは、光源からの光ビームの伝播軸が鉛直に向けられ、光源が上方に光を放射するように向けられる。検出器は、好ましくは、上方に放射する光ビームを検出するように向けられる。
本発明に係る装置は、当技術分野で知られている装置と比較して多くの利点を有する。
第１の利点は、機械的なねじれに対する感度が低いことである。本発明に係る装置の偏光フィルタの機械的ねじれに対する感度は、例えば、ＵＳ７０３０９８１に記載されているような直線偏光子の機械的ねじれに対する感度よりも１桁以上低く、好ましくは少なくとも２桁低い。
本発明に係る装置の第２の利点は、複屈折サンプルからの（例えば、複屈折粒子からの）円偏光解消信号が、直線偏光解消信号の２倍の大きさであることである。
商業的製造業者によって引用された円偏光子の最大消光比は、２．０×１０－３であり、これはほとんどの海洋環境で複屈折粒子による光偏光解消の検出を可能にしないが、本発明に係る装置は、１．０×１０－５、５．０×１０－６、３×１０－６、または１．０×１０６の消光比を有する。その結果、本発明に係る装置の検出限界は、当技術分野で知られている装置と比較して、少なくとも２桁増加する。
円偏光フィルタの消光比は、一般的に波長に敏感であり、したがって光源として発光ダイオードを使用することはできないが、本発明に係る装置は、偏光フィルタの幾何学的配置のために波長に敏感ではない。したがって、本発明に係る装置は、光源として発光ダイオードを使用することができる。
本発明に係る装置は、センサとして（例えば、複屈折材料の存在、量、または濃度（例えば、流体中（例えば、水または海水中）の複屈折粒子の存在、量、または濃度）を検出するためのセンサとして）使用することができる。本発明に係る装置の好ましい用途は、炭酸カルシウムセンサとしてである。本発明に係る装置の別の好ましい用途は、プラスチック（例えば、水などの流体中のマイクロプラスチック）の存在を検出および／または濃度を決定するためのセンサとしてである。
本発明に係る装置は、透過率計として機能する。透過率計は、光の透過率ならびに偏光解消を測定するために使用できる。
本発明は、添付の図面を参照して、以下でより詳細に説明される。
偏光フィルタ整合対を作製するためのセットアップの概略図である。 本発明に係る複屈折サンプルを分析するための装置の構成の概略図である。 本発明に係る２つの異なる偏光フィルタ整合対に対する第２の角度の関数における消光比を示す。
本発明は、特定の実施形態に関して特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。図面は、単なる概略であり、限定的ではない。図面内の一部の要素のサイズは誇張されている場合があり、説明目的で縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対的な寸法は、本発明の実施に対する実際の縮約に対応していない。
範囲の終点を参照する場合、範囲の終点の値が含まれる。
本発明を説明するとき、使用される用語は、別段の指示がない限り、以下の定義に従って解釈される。
２つ以上の項目をリストする場合の「および／または」という用語は、リストされた項目のいずれか１つを単独で使用できること、またはリストされた項目の２つ以上を任意に組み合わせて使用できることを意味する。
本明細書および特許請求の範囲内における第１、第２などの用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的、空間的、序列、またはその他の方法で順序を説明するためのものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示された以外の順序で動作できることを理解すべきである。
「複屈折」という用語は、光ビームを速度が等しくない２つのビームに分割する材料の光学特性（結晶の２つの異なる屈折率に対応）を指し、これらのビームはその後再結合して、もはや直線偏光ではない光ビームを形成する。
「粒子」という用語は、材料の任意のタイプの小さな断片を指し、そのような断片の形状には関係ない。粒子という用語は、単一の粒子または複数の粒子を指す。
「分析する」または「分析」という用語は、定性的および／または定量的な測定または分析を指し、例えば、複屈折材料の有無の測定、および／または複屈折材料の量または濃度の測定などを指す。特に、分析するという用語は、複屈折粒子の有無を測定すること、および／または複屈折粒子の濃度を決定することを指す。
本発明の好ましい実施形態では、「分析する」または「分析」という用語は、流体中に懸濁した粒子の濃度を決定すること、例えば、液体中に懸濁した粒子の濃度を決定することを指す。
「流体」という用語は、気体または液体などの媒体を指す。好ましい液体は、海水などの水を含む。
低い消光比（高い除去比）を有する偏光フィルタ整合対の作製を通じて、複屈折サンプルによって引き起こされる偏光解消光の最適な検出を得るために、セットアップ１００を最適化する方法が図１に示されている。
最初に、光ビーム１０４が光源１０２から生成される。光ビーム１０４は、光ビーム１０４の伝播軸と呼ばれる軸１０１に沿って向けられる。光ビーム１０４を生成するための好ましい光源１０２は、ＬＥＤ光源を含む。光ビーム１０４は、好ましくは、狭いスペクトル帯域（例えば、半値全幅が２０ｎｍ以下のスペクトル帯域）を中心とする。光ビーム１０４は、例えば、中心波長６４５ｎｍで半値全幅２０ｎｍ以下のスペクトル帯域を有する。
光ビーム１０４は、例えば、２つのレンズ１３６、１２０およびピンホール１２２を使用して得られる、平行または略平行な光ビームであることが好ましい。
セットアップ１００は、４つの高精度回転ステージ、それぞれ第１、第２、第３、および第４の高精度回転ステージ１１０、１１２、１１４、および１１６を備える。高精度回転ステージ１１０、１１２、１１４、および１１６は、光ビーム１０４の伝播軸１０４に対して垂直または略垂直に向けられる。セットアップ１００は、検出器１１８をさらに備える。検出器１１８は、例えば、シリコンフォトダイオード検出器を含む。好ましくは、集束レンズ（コリメートレンズ）１４０および／または精密ピンホール１４２が、第４の高精度回転ステージ１１６と検出器１１８との間に設けられる。
第１の高精度回転ステージ１１０および第４の高精度回転ステージ１１６には、それぞれ第１の直線偏光子１２４および第２の直線偏光子１２６が取り付けられている。第１の直線偏光子１２４の透過軸の角度が注目される。その後、最大消光（最小透過）が得られるまで、第４の回転ステージ１１６を回転させる。その時点で、第１の直線偏光子１２４の透過軸および第２の直線偏光子１２６の透過軸は、互いに対して９０度の角度にある。
その後、第１の１／４波長光学リターダ（第１の位相板）１２８が第２の高精度回転ステージ１１２に挿入される。第２の高精度回転ステージ１１２は、最大消光（最小透過）を得るために回転される。その時点で、第１の４分の１波長光学リターダ１２８の光軸は、第１の直線偏光子１２４の偏光軸と正確に平行である。その後、第１の１／４波長光学リターダ１２８の光軸は、光源１０２から見て４５度にわたって回転される。この回転の精度は、高精度回転ステージの機械的精度に依存し、容易に数ミリラジアン未満にすることができる。
第１の１／４波長光学リターダ１２８が４５度に設定されると、第２の１／４波長光学リターダ（第２の位相板）１３０が、第２の直線偏光子１２６の直前の、第３の高精度回転ステージ１１４に取り付けられる。第２の１／４波長光学リターダ１３０は、再び最大消光（最小透過）が得られるまで、第１の１／４波長光学リターダ１２８と反対方向に回転される。この時点で、光源１０２から見て、第２の１／４波長光学リターダ１３０の光軸は、直線偏光子１２６の透過軸と－４５度の角度にある。
その時点で、最大の相互除去比を有する円偏光フィルタ整合対１３２および１３４を含むセットアップが得られる。次いで、回転ステージに保持された各々のフィルタ対１３２、１３４のための直線偏光子および１／４波長光学リターダが、共に固定される（例えば、共に接着される）。好ましくは、直線偏光子の軸および側面は、（例えば、透過率計に）最終的に取り付けられたときに各フィルタアセンブリを再調整できるようにマークされる。
図１Ａは、第１の直線偏光子１２４および第１の１／４波長光学リターダ１２８の予備セットアップを示す。図１Ｂは、組み立ておよび固定（例えば、接着）後の第１の偏光子１２４および第１の１／４波長光学リターダ１２８の最終的なセットアップを示す。
透過率計の受光角度は、少なくとも約２度であるため、偏光フィルタ１３２および１３４の角度依存性は低いことが好ましいはずである。これは、真のゼロ次波長板（すなわち、アモルファス基板に結合された偏光材料（ポリマー材料または単軸結晶のいずれか）の単層を含む波長板）を使用することによって達成できる。このような真のゼロ次波長板は、達成可能な最小のリターダンス変動角を有する。
セットアップ１００は、第１の偏光フィルタ１３２の前に配置された目盛り付きアイリス１３８をさらに備えることができる。さらに、セットアップ１００は、光源１０２と精密ピンホール１２２との間にレンズ１３６（結像レンズ）、および／または第４の高精度回転ステージ１１６と検出器１１８との間に配置されたレンズ１４０（集束レンズ）、および／または第４の高精度回転ステージ１１６と検出器１１８との間（好ましくは、レンズ１４０と検出器１１８との間）に配置された精密ピンホール１４２を備えることができる。
上記のような偏光フィルタ１３２、１３４の組立プロセスは、自己補正するという利点を有する。
提案されたプロセスで達成できる最良の除去比（消光比）は、交差した直線偏光子の最大除去比と、作製プロセスで使用される回転ステージの角度精度によって決定される。好ましくは、セットアップの１つまたは複数のコンポーネントに反射防止コーティングを施して、潜在的な相互作用を最小限に抑える。最も好ましくは、セットアップのすべてのコンポーネントに反射防止コーティングが施される。
図２は、本発明に係る装置２００の概略図を示す。装置２００は、複屈折サンプル２０１（例えば、水中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプル）による円偏光の偏光解消を測定するのに適している。装置２００は、透過率計として特に適している。装置（透過率計）は、偏光解消率（つまり、装置のサンプルセクション内の流体（例えば、水）中に懸濁した複屈折粒子によって偏光解消され、したがって第２の偏光フィルタを通過して検出器に衝突する、第１の偏光フィルタによって透過された円偏光の割合）を測定する。装置は、例えば、１５ｃｍの経路長に対して０．００５ミリモルのＣａＣＯ３ｍ－３に略等しい、３×１０－６ｍ－１よりも低い偏光解消率の検出限界を有する。
装置２００は、放射セクション、サンプルセクション、および受光セクションを備える。放射セクションは、光源２０２と、第１の旋光性の第１の偏光フィルタ（第１の円偏光子）２０４とを備える。サンプルセクションは、サンプルホルダー（例えば、サンプル（例えば、複屈折粒子を含む水）を受容および／または保持するためのカラム）を備える。受光セクションは、光源から見て第１の旋光性と反対の第２の旋光性を有する第２の偏光フィルタ（第２の円偏光子）２０６を備え、検出器２０８を備える。
第１および第２の偏光フィルタ２０４、２０６のそれぞれは、直線偏光子および１／４波長光学リターダを備える。第１の偏光フィルタ２０４は、第１の透過軸を有する第１の直線偏光子と、第１の光軸を有する第１の１／４波長光学リターダとを備える。第２の偏光フィルタ２０６は、第２の透過軸を有する第２の直線偏光子と、第２の光軸を有する第２の１／４波長光学リターダとを備える。第１の直線偏光子、第１の１／４波長光学リターダ、第２の直線偏光子、および第２の１／４波長光学リターダは、それらの平面が光ビームの伝搬軸に垂直になるように向けられることが好ましい。第１の透過軸および第２の透過軸は、互いに垂直に向けられることが好ましい。第１の光軸と第１の透過軸によって画定される角度（夾角）、および第２の光軸と第２の透過軸によって画定される角度（夾角）は、好ましくは等しいかまたは略等しく、最も好ましくは４５度に等しい。第１の光軸と第１の透過軸との間の角度と、第２の光軸と第２の透過軸との間の角度とは、光源から見て符号が逆であることが好ましい。第１の光軸と第１の透過軸との間の角度は、例えば、＋４５度であり、第２の光軸と第２の透過軸との間の角度は、－４５度である。
光源２０２から放射される光ビーム２０３は、その後、第１の偏光フィルタ２０４を通過し、サンプル２０１に衝突し、検出器２０８によって検出される前に第２の偏光フィルタ２０６を通過する。
光源２０２は、例えば、伝搬軸２０５に沿って光パルスビーム２０３を生成するＬＥＤ光源を備える。光ビーム２０２は、好ましくは狭いスペクトル帯域、好ましくは中心波長６４５ｎｍを有する半値全幅が２０ｎｍ以下のスペクトル帯域を中心とする。光ビーム２０３は、好ましくはピンホール２０９を通過する。
好ましくは、光ビーム２０３は、コリメートレンズ２１０によって平行または略平行なビームにコリメートされる。
ビームの平行度は、コリメートレンズ２１０の焦点距離に対するピンホール２０９の直径の比率によって設定される。
その後、光の一部がビームスプリッタ２１２によって取り出されることが好ましい場合がある。ビームスプリッタ２１２によってそらされた部分２１３は、光源２０２の強度のモニタとして使用される基準検出器２１４を照明することができる。
当技術分野で知られている透過率計とは対照的に、本発明に係る透過率計は、好ましくは、直線偏光を第１の偏光フィルタ２０４の方向と反対の方向にそらす偏光ビームスプリッタ２１２を有する。これにより、最大の利用可能な光が第１の偏光フィルタ２０４を通って水カラムに送られることが保証される。ＬＥＤは偏光されていないので、ビームスプリッタ２１２によってそらされた光は、第１の偏光フィルタ２０４を透過した光の正確な監視を可能にする。
装置２００は、好ましくは、１つまたは複数の圧力窓２１６、２２０を備える。圧力窓の材料は、応力に起因する偏光解消が最小量になるように慎重に選択することが好ましい。コーティングされたＳＦ５７ガラスの応力除去アモルファスＳｉＯ２（アモルファス石英）は、この目的に適した材料である。
水面を透過する太陽および空の光から来る偏光されていない背景光は、好ましくは、検出器２０８が動作できるレベルまで低減される。したがって、装置２００は、光源が上方向に光を放射し、検出器が下方向に面する鉛直構成で使用されることが好ましい。この向きでは、検出器２０８に入る背景光は、検出器の視野内にあり、窓および支持構造によって拡散反射される放射窓および支持構造を照明する太陽および空の光から来る。この理由から、視野内にある放射セクションの金属コンポーネントは黒色である（例えば、黒色陽極酸化されている）ことが好ましい。
これらの予防策を講じたとしても、検出器から見える放射セクションの領域を直射日光および天空光からさらに遮蔽することが好ましい。これは、感知領域を覆い隠す光バッフル２１８の慎重な使用および位置決めによって達成することができる。これらのバッフル２１８は、好ましくは、水セクションを通る水の自由な横方向の流れを妨げないように、十分に小さく薄く保たれる。ここで重要なのは、上方から来る放射が水面を透過する限界の光円錐が存在することである。その円錐は、放射面を照らすことができる水中の空の画像の限界を画定する。この限界角度は、５０度である。水の波は円錐をゆがめ、照明を６０度の角度まで広げる。最小数のバッフルを配置することにより、好ましくは、この下降する光のどの部分も放射部の可視表面に到達しないことが保証される。太陽および空からの直接の遮蔽は、放射セクションおよび受光セクションの周りに配置された少数のバッフルで実現できる。しかしながら、水中の粒子によって後方散乱された上昇光から来る水カラムには、偏光されていない別の光源がある可能性がある。この光源からの遮蔽には、機器の開放水カラムの全長に沿って間隔をあけて配置されたより大きなバッフルのセットが必要である。この場合でも、測定カラムを通る自由な横方向の流れを達成することが可能であることに留意されたい。
好ましくは、第１の偏光フィルタ２０４は、圧力窓２１６の前の最後の要素である。このようにして、第１の偏光フィルタ２０４から生じる円偏光の偏光解消が水サンプル以外の場所で起こらないことが保証される。
受光セクションは、好ましくは圧力窓２２０（例えば、放射セクションで使用される第１の偏光フィルタ２０４とは反対の旋光性の第２の偏光フィルタ２０６が直後に続く、応力除去アモルファス石英窓）を含む。これらの円形フィルタの直線偏光サブコンポーネントの軸は、光源の波長範囲全体で除去比が維持されるように、互いに垂直になるように注意深く向ける必要がある。
好ましくは、装置は、第２の偏光フィルタ２０６の直後に配置された狭いスペクトル帯域幅の光学フィルタ２２２を備える。スペクトル帯域幅光学フィルタ２２２を導入することにより、検出器２０８を通過する背景光が減少する。
好ましくは、フィルタ２２２の帯域外光学密度は、２００ｎｍ～１２００ｎｍまたはそれ以上の波長範囲にわたって１０－４（ＯＤ－４）以上であり、背景光除去の最大量を保証する。好ましくは、受光セクションは、レンズ（コリメートレンズ）２２４および／または精密ピンホール２２６をさらに備える。レンズ２２４は、好ましくは、第２の偏光フィルタ２０６の後、かつ狭帯域スペクトルフィルタ２２２の後に配置される。
水カラム偏光解消信号収集角度は、ピンホール２２６の直径とレンズ２２０の焦点距離との比率によって設定される。
図３は、それぞれが本発明の作製方法に従って構築された、２つの異なる偏光フィルタ整合対を使用して得られる消光比を示す。得られた消光は、第２の角度（すなわち、第２の１／４波長光学リターダの光軸と第２の直線偏光子の透過軸の角度）の関数で（特に、４５度（±０．０５度）からの第２の角度の偏差の関数で）プロットされる。
図３は、意図した消光比が、本発明に係る偏光フィルタ整合対で達成されることを示している。第１の偏光フィルタ整合対は、１．８４×１０－６の消光比に達し、他の偏光フィルタ整合対は、２．５５×１０－６の消光比に達した。第２の１／４波長光学リターダの正しい向きに達すると、最小消光比が達成される。この位置では、第２の角度は、４５度（±０．０５度）である。前述のように、偏光フィルタ整合対を作製する方法では、第２の角度を測定する必要はない。図３から、様々なコンポーネントを固定する前に、第２の１／４波長光学リターダの第２の光軸を回転させることによって、消光比の最小値が達成されることは明らかである。
１００ セットアップ
１０１ 光ビームの伝播軸
１０２ 光源
１０４ 光ビーム
１１０ 第１の高精度回転ステージ
１１２ 第２の高精度回転ステージ
１１４ 第３の高精度回転ステージ
１１６ 第４の高精度回転ステージ
１１８ 検出器
１２０ 集束レンズ
１２２ 精密ピンホール
１２４ 第１の直線偏光子
１２６ 第２の直線偏光子
１２８ 第１の１／４波長光学リターダ
１３０ 第２の１／４波長光学リターダ
１３２ 第１の偏光フィルタ
１３４ 第２の偏光フィルタ
１３６ 結像レンズ
１３８ 目盛り付きアイリス
１４０ 集束レンズ
１４２ 精密ピンホール
２００ 装置
２０１ サンプル
２０２ 光源
２０３ 光ビーム
２０４ 第１の偏光フィルタ
２０５ 光ビームの伝搬軸
２０６ 第２の偏光フィルタ
２０８ 検出器
２０９ 精密ピンホール
２１０ コリメートレンズ
２１２ 偏光ビームスプリッタ
２１４ 基準信号検出器
２１６ 圧力窓
２１８ バッフル
２２０ 圧力窓
２２２ 狭帯域スペクトルフィルタ
２２４ コリメートレンズ
２２６ 精密ピンホール

Claims (15)

  1. 第１および第２の偏光フィルタを含む偏光フィルタ整合対を作製する方法であって、前記第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダを含み、前記第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の４分の１波長光学リターダを含み、前記方法は、
    伝搬軸に沿って光源から光ビームを提供するステップと、
    前記光ビームの前記伝搬軸に対して垂直に向けられた第１、第２、第３、および第４の回転ステージを提供するステップと、
    第１の位置の前記第１の回転ステージに第１の透過軸を有する第１の直線偏光子を取り付けるステップと、
    前記第４の回転ステージに第２の透過軸を有する第２の直線偏光子を取り付けるステップと、
    前記光ビームの最大消光を得るために、前記第２の直線偏光子を回転させるステップと、
    第１の光軸を有する第１の１／４波長光学リターダを前記第２の回転ステージに挿入するステップと、
    前記光ビームの最大消光を得るために、前記第１の１／４波長光学リターダを回転させるステップと、
    前記第１の１／４波長光学リターダの前記第１の光軸を第１の角度にわたって第１の方向に回転させるステップであって、前記第１の角度は４５度、好ましくは４５度±０．１０度である、ステップと、
    第２の光軸を有する第２の１／４波長光学リターダを前記第３の回転ステージに挿入するステップと、
    前記光ビームの最大消光を得るために、前記第２の１／４波長光学リターダの前記第２の光軸を第２の角度にわたって第２の方向に回転させるステップであって、前記第２の方向は、前記光源から見て前記第１の１／４波長光学リターダの前記第１の光軸の前記回転の前記第１の方向とは反対である、ステップと、
    前記第１の偏光フィルタを形成するために、前記第１の直線偏光子と前記第１の１／４波長光学リターダを共に固定し、前記第２の偏光フィルタを形成するために、前記第２の直線偏光子と前記第２の１／４波長光学リターダを共に固定するステップとを含む、方法。
  2. 前記第１の偏光フィルタは第１の旋光性を有し、前記第２の偏光フィルタは第２の旋光性を有し、前記第１の旋光性と前記第２の旋光性は前記光源から見て反対である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記偏光フィルタ整合対は、１０－５よりも低い消光比を有する、請求項１または２に記載の方法。
  4. 流体中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルを分析する方法であって、
    光源から光ビームを提供するステップと、
    第１の偏光フィルタおよび第２の偏光フィルタを含む偏光フィルタ整合対を提供ステップであって、前記第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダを含み、光源から見て第１の旋光性を有する円偏光に入射光を偏光するように構成可能であり、前記第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の１／４波長光学リターダを含み、第２の旋光性を有する円偏光に光を偏光するように構成可能であり、前記第１の旋光性および前記第２の旋光性は、前記光源からみて反対であり、前記偏光フィルタ整合対は、少なくとも１０－５の消光比を有する、ステップと、
    前記第１の偏光フィルタと前記第２の偏光フィルタとの間に、流体に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルを導入するステップと、
    前記光ビームを前記第１の偏光フィルタに通過させ、それによって第１の光ビームを生成するステップと、
    前記サンプルを前記第１の光ビームと接触させ、それによって第２の光ビームを生成するステップと、
    前記第２の光ビームを前記第２の偏光フィルタに通過させ、それによって第３の光ビームを生成するステップと、
    検出器によって前記第３の光ビームを測定するステップとを含む、方法。
  5. 前記分析は、前記流体中に懸濁した前記複屈折粒子の濃度を決定するステップを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記偏光フィルタ整合対は、請求項１または２に規定された方法によって得られる、請求項４または５に記載の方法。
  7. 前記複屈折粒子は、炭酸カルシウム、石英、セレスタイト、重晶石、カオリナイト、緑泥石、イライト、バーミキュライト、正長石、斜長石、モンモリロナイト、プラスチック、またはそれらの組み合わせを含む、請求項４～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記流体は、水または海水を含む、請求項４～７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 流体中に懸濁した複屈折粒子を含むサンプルを分析する装置であって、
    伝播軸に沿って光ビームを放射する光源と、
    第１の偏光フィルタおよび第２の偏光フィルタを含む偏光フィルタ整合対と、
    検出器とを備え、
    前記光源、前記偏光フィルタ整合対、および前記検出器は、前記光源から放射された前記光ビームが、その後前記第１の偏光フィルタを通過することができ、分析される前記サンプルに衝突することができ、前記検出器によって検出される前に前記第２の偏光フィルタを通過することができるように配置され、
    前記第１の偏光フィルタは、第１の直線偏光子および第１の１／４波長光学リターダを含み、光源から見て第１の旋光性の円偏光に入射光を偏光するように構成可能であり、前記第２の偏光フィルタは、第２の直線偏光子および第２の１／４波長光学リターダを含み、第２の旋光性の円偏光に入射光を偏光するように構成可能であり、前記第１の旋光性および前記第２の旋光性は、前記光源からみて反対であり、前記偏光フィルタ整合対は、１０－５未満の消光比を有する、装置。
  10. 前記偏光フィルタ整合対は、請求項１または２に規定された方法によって得られる、請求項９に記載の装置。
  11. 前記装置は透過率計である、請求項９または１０に記載の装置。
  12. 前記第１の直線偏光子は第１の透過軸を有し、前記第１の１／４波長光学リターダは第１の光軸を有し、前記第２の偏光フィルタは第２の透過軸を有し、前記第２の１／４波長光学リタータは第２の光軸を有し、前記第１の透過軸、前記第２の透過軸、前記第１の光軸、および前記第２の光軸はそれぞれ、前記光ビームの前記伝搬軸に垂直な平面内に向けられる、請求項９～１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記第１の透過軸と前記第２の透過軸は、互いに垂直である、請求項９～１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記第１の光軸および前記第１の透過軸は第１の角度を画定し、前記第２の光軸および前記第２の透過軸は第２の角度を画定し、前記第１の角度および前記第２の角度は４５度±０．１０度であり、前記第１の角度および前記第２の角度は、前記光源から見て符号が逆である、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. 以下のコンポーネント：
    ビームスプリッタ、および／または、
    １つまたは複数のバッフル、および／または、
    １つまたは複数の圧力窓、および／または、
    １つまたは複数のスペクトルフィルタ、および／または、
    １つまたは複数のレンズ、および／または、
    １つまたは複数の精密ピンホールのうちの１つまたは複数をさらに備える、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の装置。
JP2022580371A 2020-06-30 2021-06-29 偏光フィルタ整合対を作製する方法、および偏光フィルタ対を使用して複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置 Pending JP2023531755A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20183105 2020-06-30
EP20183105.4 2020-06-30
PCT/EP2021/067853 WO2022002939A1 (en) 2020-06-30 2021-06-29 A method to produce a matched pair of polarizing filters and a method and apparatus to determine the concentration of birefringent particles using a pair of polarizing filters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023531755A true JP2023531755A (ja) 2023-07-25

Family

ID=71409155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022580371A Pending JP2023531755A (ja) 2020-06-30 2021-06-29 偏光フィルタ整合対を作製する方法、および偏光フィルタ対を使用して複屈折粒子の濃度を決定する方法および装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230332995A1 (ja)
EP (1) EP4172594A1 (ja)
JP (1) JP2023531755A (ja)
CN (1) CN116917705A (ja)
AU (1) AU2021298837A1 (ja)
CA (1) CA3183212A1 (ja)
WO (1) WO2022002939A1 (ja)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001238147A1 (en) 2000-02-10 2001-08-20 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for measuring birefringent particles
BRPI0417255B1 (pt) * 2003-12-03 2018-02-14 Fpinnovations Aparelho para determinar retardos de fase relativos e orientações dos eixos ópticos de diferentes camadas em um espécime de fibra celulósica birrefringente de diversas camadas, e, método para determinar o retardo de fase relativo relacionado à espessura de parede e ângulo de fibrila de uma fibra de madeira intacta
WO2017099755A1 (en) * 2015-12-09 2017-06-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Spectrally-encoded high-extinction polarization microscope and methods of use

Also Published As

Publication number Publication date
CA3183212A1 (en) 2022-01-06
EP4172594A1 (en) 2023-05-03
US20230332995A1 (en) 2023-10-19
CN116917705A (zh) 2023-10-20
WO2022002939A1 (en) 2022-01-06
AU2021298837A1 (en) 2023-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7961318B2 (en) Circular birefringence refractometer: method and apparatus for measuring optical activity
US3612689A (en) Suspended particle concentration determination using polarized light
US4053229A (en) 2°/90° Laboratory scattering photometer
TWI384213B (zh) 光學異向性參數測量方法及測量裝置
CN108020504A (zh) 基于量子弱测量的光学测量仪以及样品折射率、旋光谱和手性分子对映体含量测量分析方法
CA2509909A1 (en) Method and sensor for detecting a chemical substance using an optically anisotropic material
JP3360822B2 (ja) 同時多数角度／多数波長の楕円偏光器および方法
JP3365474B2 (ja) 偏光性イメージング装置
KR950014849A (ko) 콜로이드 매체의 박막에 의해 산란된 광도 측정용 검출기
US20230332995A1 (en) A method to produce a matched pair of polarizing filters and a method and apparatus to determine the concentration of birefringent particles using a pair of polarizing filters
US7532325B2 (en) Method and apparatus for the separation of fluoroscence and elastic scattering produced by broadband illumination using polarization discrimination techniques
RU2007101151A (ru) Способ проведения анализов крови и анализатор крови
JP4538344B2 (ja) 軸方位測定装置および方法
US20030179375A1 (en) System for measuring of both circular and linear birefringence
JP2006125919A (ja) 分光分析装置及び分光分析方法
US4003663A (en) Device for calibrating instrument that measures circular dichroism or circularly polarized luminescence
US3630621A (en) Measurement of visibility through a fluid using polarized light
JP2009058464A (ja) 光軸計測方法および光軸計測装置
JP2004045225A (ja) 音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置
SU1695145A1 (ru) Эллипсометр
RU2442142C2 (ru) Способ измерения показателя преломления и устройство для его осуществления
US7952712B2 (en) Method for detecting equatorial plane
JPH05158084A (ja) 線形及び非線形光学感受率測定装置
RU2109256C1 (ru) Способ определения коэффициента линейной поляризации света при отражении и устройство для его осуществления
WO1999042796A1 (en) Birefringence measurement system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240619