JP2505083Y2 - 偏光解消板 - Google Patents
偏光解消板Info
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- JP2505083Y2 JP2505083Y2 JP5399492U JP5399492U JP2505083Y2 JP 2505083 Y2 JP2505083 Y2 JP 2505083Y2 JP 5399492 U JP5399492 U JP 5399492U JP 5399492 U JP5399492 U JP 5399492U JP 2505083 Y2 JP2505083 Y2 JP 2505083Y2
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- Japan
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- light
- plate
- crystal
- polarization
- incident
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は透過型もしくは反射型回
折格子を分光素子に用いる分光光度計やスペクトル・ア
ナライザー等の測定装置の偏光特性の解消のために用い
られる光学素子に関する。
折格子を分光素子に用いる分光光度計やスペクトル・ア
ナライザー等の測定装置の偏光特性の解消のために用い
られる光学素子に関する。
【０００２】
【従来技術】反射型回折格子を用いた分光測定装置の原
理を図４に従って説明する。
理を図４に従って説明する。
【０００３】光源Ｓから出た光は回折格子Ｇにある入射
角をもって入射する。回折格子によって光は入射面と同
一面内で回折されスリットＳｌを通って光電検出器Ｄに
入射する。この回折角は波長によって異なるため回折格
子を回転させることによって検出器に入射させる光の波
長を変えることができる。このようにしてある光源の光
の波長分布を調べたり、試料の分光透過率や分光反射率
を調べることができる。 しかし、このシステムはこの
ままでは偏光依存性が大きく、測定再現性や測定精度に
信頼性が持てない。まず、回折格子に関しては電気ベク
トルが格子溝と平行方向に振動する入射光（Ｐ偏光）と
垂直方向に振動する入射光（Ｓ偏光）とでは回折効率が
異なる。このため一定の強度の入射光であってもＰ偏光
であるかＳ偏光であるか、あるいはその間の振動方向で
あるかによってそれぞれ違う強度の光として検出されて
しまう。
角をもって入射する。回折格子によって光は入射面と同
一面内で回折されスリットＳｌを通って光電検出器Ｄに
入射する。この回折角は波長によって異なるため回折格
子を回転させることによって検出器に入射させる光の波
長を変えることができる。このようにしてある光源の光
の波長分布を調べたり、試料の分光透過率や分光反射率
を調べることができる。 しかし、このシステムはこの
ままでは偏光依存性が大きく、測定再現性や測定精度に
信頼性が持てない。まず、回折格子に関しては電気ベク
トルが格子溝と平行方向に振動する入射光（Ｐ偏光）と
垂直方向に振動する入射光（Ｓ偏光）とでは回折効率が
異なる。このため一定の強度の入射光であってもＰ偏光
であるかＳ偏光であるか、あるいはその間の振動方向で
あるかによってそれぞれ違う強度の光として検出されて
しまう。
【０００４】さらに光電検出器にもＰ偏光とＳ偏光の変
換効率が異なるといった偏光特性がある。回折格子で回
折された光は波長に応じてＰ偏光とＳ偏光の強度比が異
なるため同じ強度の光でも波長によって異なる強度の光
として検出されてしまう。
換効率が異なるといった偏光特性がある。回折格子で回
折された光は波長に応じてＰ偏光とＳ偏光の強度比が異
なるため同じ強度の光でも波長によって異なる強度の光
として検出されてしまう。
【０００５】光電検出器の偏光特性はある光源からの光
の強度を予めベースラインとして取り込んでおき、それ
を元にした相対強度を測定する分光光度計ではあまり大
きな影響を及ぼさないが、光の絶対的な分光強度分布を
測定するスペクトル・アナライザーでは大きな影響を及
ぼす。
の強度を予めベースラインとして取り込んでおき、それ
を元にした相対強度を測定する分光光度計ではあまり大
きな影響を及ぼさないが、光の絶対的な分光強度分布を
測定するスペクトル・アナライザーでは大きな影響を及
ぼす。
【０００６】以上述べたような回折格子に起因する偏光
特性を消すためには、まず光源Ｓから出た光の偏光を解
消し次に検出器に入射する光の偏光を解消すればよい。
このためにはＰ偏光成分やＳ偏光成分のような直交する
２つの偏光成分の間の強度を等しく割り振る偏光解消子
が必要になる。このような偏光解消目的に使われる素子
には散乱板、リオ型偏光解消子、積分球、バビネ型解消
板、コルニュー型解消板、ロション型解消板等いろいろ
あるが、透過率が高く、コンパクトで安価な素子として
最もよく使われるのがロション型解消板である。
特性を消すためには、まず光源Ｓから出た光の偏光を解
消し次に検出器に入射する光の偏光を解消すればよい。
このためにはＰ偏光成分やＳ偏光成分のような直交する
２つの偏光成分の間の強度を等しく割り振る偏光解消子
が必要になる。このような偏光解消目的に使われる素子
には散乱板、リオ型偏光解消子、積分球、バビネ型解消
板、コルニュー型解消板、ロション型解消板等いろいろ
あるが、透過率が高く、コンパクトで安価な素子として
最もよく使われるのがロション型解消板である。
【０００７】（参考文献：Ｒ．Wetzel Optik 76 N
o.4 (1987) 178） このタイプの解消板の原理を図５に従って説明する。図
５-(a)は解消板の側面図であり、図５-(b)は解消板の正
面図である。この解消板はウェッジのついた２枚の旋光
性を有する異方性結晶を張り合わせて作られ第１の結晶
板の光学軸はｙ軸と平行な方向にとり、第２の結晶板の
光学軸はｚ軸と平行な方向にとるように構成する。この
解消板に図５のようにｙ軸（第１結晶板の光学軸の方
向）に対して４５°の方向に振動する直線偏光が入射す
ると第１の結晶板では２つの偏光成分間に位相差が生
じ、第２の結晶板では両方の偏光成分の偏光面が回転す
る。結晶板のウェッジのため２つの結晶の厚みがｘ座標
ごとにことなるので、ｘ軸方向に広がった入射光には入
射点ごとに違った位相差と違った旋光角が与えられる。
入射光のｘ方向の広がりが大きければ出射光を全開口で
平均すると無偏光と同じ等方的な光になる。
o.4 (1987) 178） このタイプの解消板の原理を図５に従って説明する。図
５-(a)は解消板の側面図であり、図５-(b)は解消板の正
面図である。この解消板はウェッジのついた２枚の旋光
性を有する異方性結晶を張り合わせて作られ第１の結晶
板の光学軸はｙ軸と平行な方向にとり、第２の結晶板の
光学軸はｚ軸と平行な方向にとるように構成する。この
解消板に図５のようにｙ軸（第１結晶板の光学軸の方
向）に対して４５°の方向に振動する直線偏光が入射す
ると第１の結晶板では２つの偏光成分間に位相差が生
じ、第２の結晶板では両方の偏光成分の偏光面が回転す
る。結晶板のウェッジのため２つの結晶の厚みがｘ座標
ごとにことなるので、ｘ軸方向に広がった入射光には入
射点ごとに違った位相差と違った旋光角が与えられる。
入射光のｘ方向の広がりが大きければ出射光を全開口で
平均すると無偏光と同じ等方的な光になる。
【０００８】この解消板ではｘ方向に振動する入射光成
分は結晶を直進するがｙ方向に振動する入射光成分は結
晶を通過するときに異常光線から常光線へ切りかわるた
め、境界面で屈折し、図５-(a)のように出射光は少し傾
いて出てくる。このために像は必ずｘ−ｚ面内で２つに
分離する。
分は結晶を直進するがｙ方向に振動する入射光成分は結
晶を通過するときに異常光線から常光線へ切りかわるた
め、境界面で屈折し、図５-(a)のように出射光は少し傾
いて出てくる。このために像は必ずｘ−ｚ面内で２つに
分離する。
【０００９】また、入射光がｘ方向に振動する直線偏光
のみ、あるいはｙ方向に振動する直線偏光のみのときに
は第１の結晶板では位相差が与えられないため解消効果
は劣化する。
のみ、あるいはｙ方向に振動する直線偏光のみのときに
は第１の結晶板では位相差が与えられないため解消効果
は劣化する。
【００１０】
【考案が解決しようとする問題点】従来の解消板を図４
の分光光学系に適用した場合について図６に従って説明
する。
の分光光学系に適用した場合について図６に従って説明
する。
【００１１】光源から回折格子の中心へ向かってｚ軸を
とった直交座標系をｘｙｚ座標、回折格子の中心からス
リットの中心へ向かってｚ′軸をとった直交座標系を
ｘ′ｙ′ｚ′座標とする。
とった直交座標系をｘｙｚ座標、回折格子の中心からス
リットの中心へ向かってｚ′軸をとった直交座標系を
ｘ′ｙ′ｚ′座標とする。
【００１２】偏光特性が最も問題になるのは入射光の偏
光方向がｘ方向にむいているＰ偏光やｙ方向にむいてい
るＳ偏光のときであるが、この入射光の偏光を解消する
には図６に示したように光源と回折格子の間に解消板Ｄ
p をｘ−ｙ面内で４５°回転させてそう入しなければな
らない。すると解消板によって光はｘ−ｙ面内で４５°
の向きに２光束に分離することになる。このため分離光
は同じ波長の光でも回折格子によりスリット上ではｙ′
方向にばらけて分布することになる。ところが、回折格
子はｙ′方向に波長ごとに分光させる素子であるから、
スリットには取り出したい波長の光の他に他波長の分離
光が入ってくることになる。この結果、分光装置の波長
分解能は著しく劣化する。この分離光がスリット上の
ｘ′方向（ｘ′−ｚ′面内）にばらけるなら分解能を落
とすことがないのだが、このためには解消板のウェッジ
の最大傾斜方向をｘ−ｚ面内に向けなければならない。
このとき従来の解消板では回転角を４５°から９０°に
変更しなければならないが、それでは解消効果が著しく
劣化してしまう。これと同様のジレンマは検出器の偏光
特性を解消する目的で解消子を回折格子とスリットの間
にそう入する場合にも起こる。
光方向がｘ方向にむいているＰ偏光やｙ方向にむいてい
るＳ偏光のときであるが、この入射光の偏光を解消する
には図６に示したように光源と回折格子の間に解消板Ｄ
p をｘ−ｙ面内で４５°回転させてそう入しなければな
らない。すると解消板によって光はｘ−ｙ面内で４５°
の向きに２光束に分離することになる。このため分離光
は同じ波長の光でも回折格子によりスリット上ではｙ′
方向にばらけて分布することになる。ところが、回折格
子はｙ′方向に波長ごとに分光させる素子であるから、
スリットには取り出したい波長の光の他に他波長の分離
光が入ってくることになる。この結果、分光装置の波長
分解能は著しく劣化する。この分離光がスリット上の
ｘ′方向（ｘ′−ｚ′面内）にばらけるなら分解能を落
とすことがないのだが、このためには解消板のウェッジ
の最大傾斜方向をｘ−ｚ面内に向けなければならない。
このとき従来の解消板では回転角を４５°から９０°に
変更しなければならないが、それでは解消効果が著しく
劣化してしまう。これと同様のジレンマは検出器の偏光
特性を解消する目的で解消子を回折格子とスリットの間
にそう入する場合にも起こる。
【００１３】本考案は上記のような従来型偏光解消板の
欠点に鑑みてなされ、分光装置の分解能を落とさずにし
かも、十分な解消効果が得られるような偏光解消板を提
供することを目的とする。
欠点に鑑みてなされ、分光装置の分解能を落とさずにし
かも、十分な解消効果が得られるような偏光解消板を提
供することを目的とする。
【００１４】
【問題を解決するための手段】本考案の偏光解消板の構
成を図１に従って説明する。図１-(a)は本考案の偏光解
消板の側面図であり、図１-(b)は正面図である。
成を図１に従って説明する。図１-(a)は本考案の偏光解
消板の側面図であり、図１-(b)は正面図である。
【００１５】これも旋光性を有する２枚の異方性結晶か
ら構成されるが、第１結晶の光学軸方向が従来の解消板
とは異なる。すなわち従来の解消板の第１結晶の光学軸
がｙ軸方向と平行だったのに対し本考案ではｘ−ｙ面内
で４５°傾けた方向に光学軸をとる。第２結晶の光学軸
については従来と同じｚ軸方向にとる。
ら構成されるが、第１結晶の光学軸方向が従来の解消板
とは異なる。すなわち従来の解消板の第１結晶の光学軸
がｙ軸方向と平行だったのに対し本考案ではｘ−ｙ面内
で４５°傾けた方向に光学軸をとる。第２結晶の光学軸
については従来と同じｚ軸方向にとる。
【００１６】
【作用】第１結晶の光学軸の方向をｘ−ｙ面内で４５°
傾けているので、最も解消効果が出るのは入射光の偏光
方向がｘ方向かｙ方向に向いているときである。このと
きも出射光はｘ−ｚ面内で２方向に分離する。そして、
分光測定装置等の光学系に解消板をｘ−ｙ面内で４５°
回転させて挿入する必要がないために、回折格子への入
射光は同じ波長の光でもｙ′方向に分布することがな
い。
傾けているので、最も解消効果が出るのは入射光の偏光
方向がｘ方向かｙ方向に向いているときである。このと
きも出射光はｘ−ｚ面内で２方向に分離する。そして、
分光測定装置等の光学系に解消板をｘ−ｙ面内で４５°
回転させて挿入する必要がないために、回折格子への入
射光は同じ波長の光でもｙ′方向に分布することがな
い。
【００１７】
【実施例】図１は本考案の偏光解消板の一実施例を示す
構成図であり、図１-(a)は側面図であり、図１-(b)は正
面図である。第１の結晶と第２の結晶はウェッジ角ｕで
張り合わされており、ｄ0 の厚みで構成されている。そ
して入射光の進行方向をｘｙｚ直交座標系のｚ軸方向に
とり、ウェッジの最大傾斜方向をｘ−ｚ面内にとったと
き、第１の結晶は、ｘ−ｙ面内でかつｘ軸と４５°の方
向に光学軸を持っており、第２の結晶は、ｚ軸方向に光
学軸を持っている。
構成図であり、図１-(a)は側面図であり、図１-(b)は正
面図である。第１の結晶と第２の結晶はウェッジ角ｕで
張り合わされており、ｄ0 の厚みで構成されている。そ
して入射光の進行方向をｘｙｚ直交座標系のｚ軸方向に
とり、ウェッジの最大傾斜方向をｘ−ｚ面内にとったと
き、第１の結晶は、ｘ−ｙ面内でかつｘ軸と４５°の方
向に光学軸を持っており、第２の結晶は、ｚ軸方向に光
学軸を持っている。
【００１８】入射光の偏光方向がｘ方向かｙ方向に向い
ているときは、出射光はｘ−ｚ面内で２方向に分離し、
前述したように出射光を全開口で平均すると無偏光と同
じ等方的な光になる。
ているときは、出射光はｘ−ｚ面内で２方向に分離し、
前述したように出射光を全開口で平均すると無偏光と同
じ等方的な光になる。
【００１９】図１に示す解消板を図４の光学系に適用し
た例を図２に示す。入射光がＰ偏光かＳ偏光のとき解消
板のウェッジの最大傾斜方向をｘ−ｚ面内にくるように
配置すればよいので出射光はｘ−ｚ面内で２光束に分離
する。さらに回折格子で回折されて光はスリットに入射
するが同一波長の分離光はスリット上のｘ′方向に分布
する。他の波長の回折光はｘ′ｙ′ｚ′座標系でｙ′方
向に波長ごとに並ぶのでスリット上に他の波長の回折光
が入射することはない。従って解消板による２光束への
分離が分光装置の波長分解能に著しい劣化をもたらすこ
とはない。
た例を図２に示す。入射光がＰ偏光かＳ偏光のとき解消
板のウェッジの最大傾斜方向をｘ−ｚ面内にくるように
配置すればよいので出射光はｘ−ｚ面内で２光束に分離
する。さらに回折格子で回折されて光はスリットに入射
するが同一波長の分離光はスリット上のｘ′方向に分布
する。他の波長の回折光はｘ′ｙ′ｚ′座標系でｙ′方
向に波長ごとに並ぶのでスリット上に他の波長の回折光
が入射することはない。従って解消板による２光束への
分離が分光装置の波長分解能に著しい劣化をもたらすこ
とはない。
【００２０】次にこの偏光解消板にｘ方向に振動する直
線偏光が入射した場合の出射光の偏光度を計算する。
線偏光が入射した場合の出射光の偏光度を計算する。
【００２１】解消板の厚みをｄ0 、ウェッジ角をｕとす
ると第１結晶の厚さｄ1 と第２結晶の厚さｄ2 はｘに依
存し ｄ1 (x) ＝tan u x ＋ｄ0 ／２ (1-a) ｄ2 (x) ＝−tan u x ＋ｄ0 ／２ (1-b) で与えられる。
ると第１結晶の厚さｄ1 と第２結晶の厚さｄ2 はｘに依
存し ｄ1 (x) ＝tan u x ＋ｄ0 ／２ (1-a) ｄ2 (x) ＝−tan u x ＋ｄ0 ／２ (1-b) で与えられる。
【００２２】第１結晶で与えられる位相差をδ(x) 、第
２結晶で与えられる旋光角をθ(x)とすると δ(x) ＝２π／λΔｎ（λ）tan u x ＋π／λΔｎ（λ）ｄ0 ＝ａ1 ｘ＋ｂ1 (2-a) ２θ(x) ＝−２α（λ）tan u x ＋α（λ）ｄ0 ＝ａ2 ｘ＋ｂ2 (2-b) となる。ただし、ここでλは入射光の波長を表わしΔｎ
（λ）は常光線と異常光線の主屈折率の差を表わし、α
（λ）は結晶の厚さ１mmあたりの旋光角を表わす。 方
位４５°の位相板のミュラー行列Ｒ（π／４，δ）と旋
光板のミュラー行列Ｔ（θ）は
２結晶で与えられる旋光角をθ(x)とすると δ(x) ＝２π／λΔｎ（λ）tan u x ＋π／λΔｎ（λ）ｄ0 ＝ａ1 ｘ＋ｂ1 (2-a) ２θ(x) ＝−２α（λ）tan u x ＋α（λ）ｄ0 ＝ａ2 ｘ＋ｂ2 (2-b) となる。ただし、ここでλは入射光の波長を表わしΔｎ
（λ）は常光線と異常光線の主屈折率の差を表わし、α
（λ）は結晶の厚さ１mmあたりの旋光角を表わす。 方
位４５°の位相板のミュラー行列Ｒ（π／４，δ）と旋
光板のミュラー行列Ｔ（θ）は
【数１】 で表わされるので解消板のミュラー行列Ｄ（δ，θ）は
次のように表わされる。
次のように表わされる。
【数２】 ここで＜＞は入射光ビームの断面積についての平均を表
わす。
わす。
【００２３】入射光はｘ方向に振動する直線偏光なの
で、ストークスパラメーターベクトルＳinは
で、ストークスパラメーターベクトルＳinは
【数３】 と表わされる。このとき出射光のストークスパラメータ
ーベクトルＳout はベクトルＳout ＝Ｄ（δ，θ）×ベ
クトルＳinで与えられるので
ーベクトルＳout はベクトルＳout ＝Ｄ（δ，θ）×ベ
クトルＳinで与えられるので
【数４】 となる。
【００２４】入射光ビームの断面がｘ方向の長さがｌの
矩形である場合について考えると
矩形である場合について考えると
【数５】 となる。
【００２５】但し、ここでａp ＝ａ2 ＋ａ1 、ｂp ＝ｂ
2 ＋ｂ1 、ａm ＝ａ2 −ａ1 、ｂm＝ｂ2 −ｂ1 とおい
た。(7)(8)を用いると出射光の偏光度Ｐは次のようにな
る。
2 ＋ｂ1 、ａm ＝ａ2 −ａ1 、ｂm＝ｂ2 −ｂ1 とおい
た。(7)(8)を用いると出射光の偏光度Ｐは次のようにな
る。
【数６】 旋光性をもつ異方性結晶として人工水晶を用いウェッジ
角を１５°にとったときの本考案の偏光解消板の実施例
について入射ビームの断面のｘ方向の長さｌを変化させ
たときの出射光の偏光度の変化を図３に示す。
角を１５°にとったときの本考案の偏光解消板の実施例
について入射ビームの断面のｘ方向の長さｌを変化させ
たときの出射光の偏光度の変化を図３に示す。
【００２６】入射波長は0.78μm 、 1.3μm 、1.55μm
の３波長について計算した。グラフから明らかなように
波長が短いほどまたｌが長いほど偏光解消の度合いは大
きくなる。
の３波長について計算した。グラフから明らかなように
波長が短いほどまたｌが長いほど偏光解消の度合いは大
きくなる。
【００２７】入射光の偏光依存性を解消するためには解
消板を光源の直後におけばよいし、検出器の偏光依存性
を解消するためには検出器の前に解消板をおけばよい。
消板を光源の直後におけばよいし、検出器の偏光依存性
を解消するためには検出器の前に解消板をおけばよい。
【００２８】
【考案の効果】本考案の偏光解消板を用いれば回折格子
を用いた分光測定装置の偏光特性を分解能を落とさずに
解消することができ、本質的に入射光の光量をそこなう
ことはない。しかもコンパクトで量産むきである。
を用いた分光測定装置の偏光特性を分解能を落とさずに
解消することができ、本質的に入射光の光量をそこなう
ことはない。しかもコンパクトで量産むきである。
【図１】本考案の偏光解消板の構成図で (a)は側面図を
表わし (b)は正面図を表わす。
表わし (b)は正面図を表わす。
【図２】本考案の偏光解消板を第１図に示した光学系に
適用した例について説明した図。
適用した例について説明した図。
【図３】本考案の偏光解消板の実施例について口径と出
射光の偏光度の関係を示したグラフ。
射光の偏光度の関係を示したグラフ。
【図４】反射型回折格子を分光素子に用いた分光測定装
置の光学系の原理図。
置の光学系の原理図。
【図５】従来の偏光解消板の構成図で (a)は側面図を表
わし、 (b)は正面図を表わす。
わし、 (b)は正面図を表わす。
【図６】従来の偏光解消板を第１図に示した光学系に適
用した例について説明した図。
用した例について説明した図。
Claims (1)
- 【請求項１】 ２つのウェッジつき異方性結晶を張り合
わせた偏光解消板であって入射光の進行方向をｘｙｚ直
交座標系のｚ軸方向にとり、ウェッジの最大傾斜方向を
ｘ−ｚ面内にとったとき第１の結晶の光学軸をｘ−ｙ面
内でかつｘ軸と４５°をなす方向にとり、第２の結晶の
光学軸をｚ軸方向にとることを特徴とする偏光解消板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5399492U JP2505083Y2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 偏光解消板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5399492U JP2505083Y2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 偏光解消板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0615004U JPH0615004U (ja) | 1994-02-25 |
| JP2505083Y2 true JP2505083Y2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=12958170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5399492U Expired - Lifetime JP2505083Y2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 偏光解消板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2505083Y2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10126002A (ja) * | 1996-10-23 | 1998-05-15 | Matsushita Electron Corp | 光伝送モジュール |
| JP2007240228A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Fujifilm Corp | 光断層画像化装置 |
| JP5186129B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2013-04-17 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 溝パターンの深さの測定方法および測定装置 |
| JP2010025766A (ja) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光ファイバ電流センサ、電流測定方法、及び事故区間検出装置 |
-
1992
- 1992-07-31 JP JP5399492U patent/JP2505083Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0615004U (ja) | 1994-02-25 |
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