JP2733040B2 - Ultra-high sensitivity optical rotation measurement device - Google Patents

Ultra-high sensitivity optical rotation measurement device

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JP2733040B2
JP2733040B2 JP7171004A JP17100495A JP2733040B2 JP 2733040 B2 JP2733040 B2 JP 2733040B2 JP 7171004 A JP7171004 A JP 7171004A JP 17100495 A JP17100495 A JP 17100495A JP 2733040 B2 JP2733040 B2 JP 2733040B2
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polarization
signal
signal light
optical path
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隆久 三井
浩二 中島
義英 内藤
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Suzuken KK
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、懸濁液中の旋光性
物質、特に血液中の糖やコレステロ−ル等の濃度を無侵
襲で計測するための超高感度旋光度測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-high sensitivity optical rotation measuring device for non-invasively measuring the concentration of a rotatory substance in a suspension, in particular, sugar or cholesterol in blood.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ある被測定体を直線偏光が通過し
たときに生じる偏光面の回転角度、即ち旋光度を測定す
る手段として、検光子を通過した信号光をフォトダイオ
−ドで受光し、そのフォトダイオ−ドから出力された光
電変換信号に基づいて、上記被測定体の偏光特性に対応
した旋光度を測定している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as means for measuring the rotation angle of a plane of polarization, that is, the optical rotation generated when linearly polarized light passes through an object to be measured, signal light passing through an analyzer is received by a photodiode. The optical rotation corresponding to the polarization characteristic of the object to be measured is measured based on the photoelectric conversion signal output from the photodiode.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】生体内の血糖値やコレ
ステロ−ル値などを体外から無侵襲で計測する方法にお
いて、糖やコレステロ−ル等の有する旋光性を利用しよ
うとすると、血液が生体組織と共存している状態で旋光
角を測定しなければならないため、濃度の低い状態での
測定に相当することとなり、更に、生体を通過させる光
が散乱されて懸濁液と同じ状態であるための感度の低下
も著しく、血糖値やコレステロ−ル値などを計測する測
定器としては超高感度を要求されることとなる。このよ
うな超高感度を実現するためには、原理的に感度を高く
することができる手段の採用と、高い増幅度を有し、且
つ機械的、電気的、環境的な原因による全ての雑音を除
去できるようにすることが必須の要件となる。本発明の
課題は、各種の雑音成分を除去して超高感度を実現でき
る超高感度旋光度測定装置を提供することである。
In a method for non-invasively measuring the blood glucose level and cholesterol level in a living body from outside the body, if the optical rotation of sugar or cholesterol is to be used, the blood may not be absorbed in the living body. Since the angle of rotation must be measured in the state of coexistence with the tissue, it corresponds to the measurement in the state of low concentration, and furthermore, the light passing through the living body is scattered and is in the same state as the suspension. Therefore, the sensitivity for measuring the blood glucose level and cholesterol level is required to be extremely high. In order to realize such an ultra-high sensitivity, it is necessary to adopt a means capable of increasing the sensitivity in principle, and to have a high degree of amplification and all noises caused by mechanical, electrical and environmental factors. Must be able to be removed. An object of the present invention is to provide an ultra-high-sensitivity optical rotation measurement device capable of realizing ultra-high sensitivity by removing various noise components.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第1の超高感度旋光度測定装置は、光源から発光され
た時間的干渉性を有する光を信号光と参照光とに分割
し、その信号光を変調手段により所定の周波数で変調し
たうえ、その変調信号光と参照光との偏光面をそれぞれ
所定の方向に偏光した状態で、その偏光信号光を被測定
体を通過させるとともに、その被測定体を通過した偏光
信号光と前記参照光との合波光を光電変換手段で光電変
換する光路に、前記信号光と参照光との光路長の差を電
気的に可変する光路長可変手段及び機械駆動式光路長可
変手段と、前記偏光信号光の偏光面を回転させる偏光面
回転手段とを配設し、前記光電変換手段で光電変換され
た光ヘテロダインビ−ト電気信号の強度を最大にするた
めに前記機械駆動式光路長可変手段を調整し、且つ位相
を一定にするために前記光路長可変手段を制御するとと
もに、前記被測定体の偏光特性に応じた偏光面の回転角
度の1乗に比例した旋光角度信号を得るために前記偏光
信号光と前記参照光の偏光面が一定の角度を成すように
前記偏光面回転手段を制御するように構成される。
A first ultrahigh-sensitivity optical rotation measurement apparatus for solving the above-mentioned problems divides light having temporal coherence emitted from a light source into signal light and reference light. After modulating the signal light at a predetermined frequency by the modulating means, and passing the polarization signal light through the DUT while the polarization planes of the modulated signal light and the reference light are polarized in predetermined directions, respectively. An optical path length for electrically changing a difference in optical path length between the signal light and the reference light in an optical path for photoelectrically converting the combined light of the polarized signal light and the reference light having passed through the measured object by photoelectric conversion means. Variable means and mechanically driven optical path length varying means, and polarization plane rotation means for rotating the polarization plane of the polarization signal light, and the intensity of the optical heterodyne beat electrical signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion means. To maximize the mechanical drive An optical rotation angle signal proportional to the first power of a rotation angle of a polarization plane corresponding to the polarization characteristic of the object to be measured, while controlling the optical path length variable means to adjust the path length variable means and to keep the phase constant; In order to obtain the polarization signal light, the polarization plane rotation means is controlled so that the polarization planes of the polarization signal light and the reference light form a certain angle.

【0005】また、上記課題を解決するための第2の超
高感度旋光度測定装置は、光源から発光された時間的干
渉性を有する光を信号光と参照光とに分割し、その信号
光と参照光とをそれぞれ第1、第2の変調手段により異
なった周波数で変調したうえ、変調信号光と変調参照光
との偏光面をそれぞれ所定の方向に偏光した状態で、そ
の偏光信号光を被測定体を通過させるとともに、その被
測定体を通過した偏光信号光と前記偏光参照光との合波
光を光電変換手段で光電変換する光路に、前記信号光と
参照光との光路長の差を電気的に可変する光路長可変手
段と、前記偏光信号光の偏光面を回転させる偏光面回転
手段とを配設し、前記光路長可変手段を所定周波数の信
号で駆動するとともに、前記被測定体の偏光特性に応じ
た偏光面の回転角度の1乗に比例した旋光角度信号を得
るために前記偏光信号光と前記偏光参照光の偏光面が一
定の角度を成すように前記偏光面回転手段を制御するよ
うに構成される。
A second ultra-high sensitivity optical rotation measurement device for solving the above-mentioned problem divides light having temporal coherence emitted from a light source into a signal light and a reference light, and outputs the signal light and the reference light. And the reference light are respectively modulated by the first and second modulating means at different frequencies, and the polarization signal light is modulated in a state where the polarization planes of the modulation signal light and the modulation reference light are respectively polarized in predetermined directions. The difference between the optical path length of the signal light and the reference light is transmitted to the optical path through which the combined light of the polarized signal light and the polarized reference light passes through the measured object. An optical path length varying means for electrically varying the polarization signal light, and a polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of the polarization signal light, driving the optical path length varying means with a signal of a predetermined frequency, and Rotation angle of the polarization plane according to the polarization characteristics of the body The polarization plane of the polarized signal light and the polarization reference beam is configured to control the polarization plane rotating means so as to form a certain angle in order to obtain the optical rotation angle signal proportional to the first power of.

【0006】また、上記課題を解決するための第3の超
高感度旋光度測定装置は、光源から発光された時間的干
渉性を有する光を信号光と参照光とに分割し、その信号
光と参照光とをそれぞれ第1、第2の変調手段により異
なった周波数で変調したうえ、変調信号光と変調参照光
との偏光面をそれぞれ所定の方向に偏光した状態で、そ
の偏光信号光を被測定体を通過させるとともに、その被
測定体を通過した偏光信号光と前記偏光参照光との合波
光を光電変換手段で光電変換する光路に、前記信号光と
参照光との光路長の差を電気的に可変する光路長可変手
段と、前記偏光信号光の偏光面を回転させる偏光面回転
手段とを配設し、前記光電変換手段で光電変換された前
記偏光信号光と偏光参照光の光ヘテロダインビ−ト電気
信号の位相を一定にするために前記光路長可変手段を制
御するとともに、前記被測定体の偏光特性に応じた偏光
面の回転角度の1乗に比例した旋光角度信号を得るため
に前記偏光信号光と前記偏光参照光の偏光面が一定の角
度を成すように前記偏光面回転手段を制御するように構
成される。
A third ultrasensitive optical rotation measurement device for solving the above-mentioned problem divides light having temporal coherence emitted from a light source into a signal light and a reference light and outputs the signal light. And the reference light are respectively modulated by the first and second modulating means at different frequencies, and the polarization signal light is modulated in a state where the polarization planes of the modulation signal light and the modulation reference light are respectively polarized in predetermined directions. The difference between the optical path length of the signal light and the reference light is transmitted to the optical path through which the combined light of the polarized signal light and the polarized reference light passes through the measured object. An optical path length variable means for electrically varying the polarization signal light, and a polarization plane rotation means for rotating the polarization plane of the polarization signal light, and the polarization signal light and the polarization reference light photoelectrically converted by the photoelectric conversion means. Constant phase of optical heterodyne beat electrical signal The polarization signal light and the polarization reference light in order to obtain the optical rotation angle signal proportional to the first power of the rotation angle of the polarization plane according to the polarization characteristic of the device under test, while controlling the optical path length varying means. The polarization plane rotating means is configured to control the polarization plane rotation means so that the plane of polarization forms a certain angle.

【0007】上記第1、第2、及び第3の超高感度旋光
度測定装置は、本出願人が平成7年2月2日付けで出願
した特願平7−16063号の「超高感度旋光度測定装
置」に記載したように、被測定体の偏光特性に応じた旋
光角度が微小なものとなっても、旋光角度の1乗に比例
した角度信号を出力することができる光ヘテロダイン方
式を用いた上で、次のような雑音低減制御が行われる。
The above-mentioned first, second and third ultra-highly sensitive optical rotation measuring devices are disclosed in Japanese Patent Application No. 7-16063 filed on Feb. 2, 1995 by the present applicant. As described in "Optical Rotation Measurement Apparatus," an optical heterodyne system capable of outputting an angle signal proportional to the first power of the optical rotation angle even if the optical rotation angle corresponding to the polarization characteristic of the measured object becomes minute. Then, the following noise reduction control is performed.

【0008】第1の超高感度旋光度測定装置は、光電変
換手段で光電変換された光ヘテロダインビ−ト電気信号
の強度を最大にするために機械駆動式光路長可変手段を
調整するとともに、位相を一定にするために光路長可変
手段を制御し、偏光信号光と参照光の偏光面が一定の角
度を成すように偏光面回転手段を制御する。
The first ultra-high sensitivity optical rotation measurement device adjusts a mechanically driven optical path length varying means to maximize the intensity of an optical heterodyne beat electric signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion means, The optical path length varying means is controlled to make the phase constant, and the polarization plane rotating means is controlled so that the polarization planes of the polarization signal light and the reference light form a constant angle.

【0009】また、第2の超高感度旋光度測定装置は、
光路長可変手段を所定周波数の信号で駆動するととも
に、偏光信号光と偏光参照光の偏光面が一定の角度を成
すように偏光面回転手段を制御する。
A second ultra-high sensitivity optical rotation measurement device is
The optical path length varying means is driven by a signal of a predetermined frequency, and the polarization plane rotating means is controlled so that the polarization planes of the polarization signal light and the polarization reference light form a fixed angle.

【0010】更に、第3の超高感度旋光度測定装置は、
光電変換手段で光電変換された偏光信号光と偏光参照光
の光ヘテロダインビ−ト電気信号の位相を一定にするた
めに光路長可変手段を制御するとともに、偏光信号光と
偏光参照光の偏光面が一定の角度を成すように偏光面回
転手段を制御する。
Further, a third ultra-high sensitivity optical rotation measurement device is
The optical path length varying means is controlled to make the phase of the optical heterodyne beat electric signal of the polarization signal light and the polarization reference light photoelectrically converted by the photoelectric conversion means constant, and the polarization plane of the polarization signal light and the polarization reference light is controlled. Control the polarization plane rotating means so that.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図1は、第1実施例の超高感
度旋光度測定装置の全体的な構成を示したブロック図で
ある。以下、この第1実施例の超高感度旋光度測定装置
の構成を作用とともに説明する。図1に示すように、光
源1が設けられており、この光源1は、時間的干渉性の
低い垂直偏光のス−パ−・ルミネッセント・ダイオ−ド
・(SLD)であり、光源1からの光P0は、フォトア
イソレ−タP・Iを通過する過程で、ほぼ垂直偏光とな
ってビ−ムスプリッタ2に入射される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the ultra-high sensitivity optical rotation measurement device of the first embodiment. Hereinafter, the configuration of the ultrasensitive optical rotation measurement device of the first embodiment will be described together with its operation. As shown in FIG. 1, a light source 1 is provided. The light source 1 is a vertically polarized super luminescent diode (SLD) having low temporal coherence. The light P0 is incident on the beam splitter 2 as substantially vertically polarized light in the process of passing through the photoisolator PI.

【0012】ビ−ムスプリッタ2から出射された光P
は、透過される光P1と、直角方向に反射される光P2
とに分割される。尚、上記光P1は参照光となる一方、
光P2は信号光となる。参照光P1は1/2波長板3を
通過する過程で、偏光面を90度回転され、偏光子4の
通過により干渉の対象となるべき偏光を持つ光のみが参
照光P1Aとして合波器5に入射される。
Light P emitted from the beam splitter 2
Is the light P1 transmitted and the light P2 reflected at right angles.
And divided into While the light P1 serves as a reference light,
The light P2 becomes signal light. In the process of passing through the half-wave plate 3, the reference light P1 is rotated by 90 degrees in the plane of polarization, and only light having the polarization to be interfered by passing through the polarizer 4 is used as the reference light P1A as the multiplexer 5 Is incident on.

【0013】一方、ビ−ムスプリッタ2で分割された信
号光P2は、周波数シフタとして機能する音響光学変調
器(AOM)6に入射される。音響光学変調器6に入射
された信号光P2は、音響光学変調器6において、信号
発振器7からの出力信号により80.000MHzの周
波数で変調される。従って音響光学変調器6を通過した
光は、80.000MHz周波数がシフトした信号光P
2Aとなる。尚、前記参照光P1は変調されていない
が、音響光学変調器6と同じ機能の音響光学変調器6A
(図1で2点鎖線で示している)で80.455MHz
周波数で変調しても良い。
On the other hand, the signal light P2 split by the beam splitter 2 is incident on an acousto-optic modulator (AOM) 6 functioning as a frequency shifter. The signal light P2 incident on the acousto-optic modulator 6 is modulated by the acousto-optic modulator 6 at a frequency of 80.000 MHz by an output signal from the signal oscillator 7. Therefore, the light that has passed through the acousto-optic modulator 6 is the signal light P whose frequency is shifted by 80.000 MHz.
2A. Although the reference light P1 is not modulated, the acousto-optic modulator 6A having the same function as the acousto-optic modulator 6 has
80.455 MHz (indicated by a two-dot chain line in FIG. 1)
It may be modulated by frequency.

【0014】上記信号光P2Aは、反射体8で直角に反
射されたあと、垂直偏光子9を通る過程で、垂直方向の
偏光になり、そのあと、偏光面回転装置として機能する
ファラデ−ロ−テ−タ(F.R.)10に入射される。
このファラデ−ロ−テ−タ10は、ファラデ−ロ−テ−
タ10を通過した信号光P2Bの偏光方向を磁気的に変
化させるものである。そのため、ファラデ−ロ−テ−タ
10は、後述のPID回路25からの信号25Aとロッ
クインアンプ23のレファレンス信号とが加算された負
帰還信号に従って回転駆動され、信号光P2Aの偏光方
向が磁気的に変化されて信号光P2Bとなる。
After the signal light P2A is reflected at right angles by the reflector 8, it passes through the vertical polarizer 9 and becomes vertically polarized light. Thereafter, the signal light P2A functions as a polarization plane rotating device. The light is incident on a data (FR) 10.
This Faraday rotator 10 is a Faraday rotator.
This is to magnetically change the polarization direction of the signal light P2B passing through the data 10. Therefore, the Faraday rotator 10 is driven to rotate in accordance with a negative feedback signal obtained by adding a signal 25A from a PID circuit 25 to be described later and a reference signal of the lock-in amplifier 23, and the polarization direction of the signal light P2A is magnetic. And the signal light becomes the signal light P2B.

【0015】ファラデ−ロ−テ−タ10の駆動により偏
光面が回転された信号光P2Bは、血糖あるいはコレス
テロ−ルなどを含む多重散乱体から成る被測定体Sを通
過する。信号光P2Bが被測定体Sを通過すると、被測
定体Sの有する偏光性により信号光に微小な偏光面の回
転を生じ、信号光P2Cとなる。
The signal light P2B whose polarization plane has been rotated by the driving of the Faraday rotator 10 passes through the measured object S composed of multiple scatterers containing blood sugar or cholesterol. When the signal light P2B passes through the measured object S, the polarization of the measured object S causes a slight rotation of the polarization plane of the signal light to become the signal light P2C.

【0016】上記被測定体Sを通過した信号光P2C
は、被測定体Sの有する微小な偏光性に基づく微小な偏
光面の回転が生じた状態で、圧電素子駆動の反射鏡PZ
Tの反射面で直角方向に反射されて光路長変化を受けた
あと、水平方向の成分を通過させる偏光子11に入射さ
れる。そして、偏光子11を通過することにより、不要
な垂直成分が除去された偏向信号光P2Dとなり、合波
器5に入射される。圧電素子駆動の反射鏡PZTは、加
えられた電圧に応じて圧電素子が伸縮するため、反射鏡
の位置を変位させることができることから、参照光と信
号光との光路差を可変することができる。尚、機械駆動
式ミラ−(機械駆動式光路長可変手段)MMは、ヘテロ
ダインビ−トの強度が最大になるように制御される。ま
た、上記反射鏡PZTは、圧電素子駆動の他に磁歪素子
駆動のものを用いても良い。
The signal light P2C that has passed through the object S to be measured
Is a state in which a minute rotation of the polarization plane based on the minute polarization property of the measured object S occurs, and the reflection mirror PZ driven by the piezoelectric element is used.
After being reflected at right angles by the reflection surface of T and undergoing an optical path length change, the light is incident on a polarizer 11 that passes a horizontal component. Then, by passing through the polarizer 11, it becomes the deflection signal light P <b> 2 </ b> D from which unnecessary vertical components have been removed, and enters the multiplexer 5. Since the piezoelectric element driven reflecting mirror PZT expands and contracts the piezoelectric element in accordance with the applied voltage, the position of the reflecting mirror can be displaced, so that the optical path difference between the reference light and the signal light can be varied. . The mechanically driven mirror (mechanically driven optical path length varying means) MM is controlled so that the intensity of the heterodyne beam is maximized. The reflecting mirror PZT may be driven by a magnetostrictive element instead of driven by a piezoelectric element.

【0017】前記参照光P1A、及び信号光P2Dが合
波器5に入射されると、合波器5は両光を合波し、その
合波光P3はフォトダイオ−ド12で受光される。この
合波光P3は、水平方向に偏光された参照光P1Aと、
垂直偏光であり、且つ周波数80.000MHzで変調
された光P2Aが、ファラデ−ロ−テ−タ10で偏光面
が回転され、更に被測定体Sの有する偏光性に基づく微
小な偏光面の回転が生じて水平偏光成分が発生した信号
光P2Cが水平偏光子11の通過により垂直成分が除去
された水平偏光P2D成分とが合波されたものである。
上記フォトダイオ−ド12は合波光P3を受光して光電
変換し、合波光P3に対応した電気信号を出力する。フ
ォトダイオ−ド12の端子には、80.000MHzで
共振するLC共振回路13が接続されており、フォトダ
イオ−ド12から出力された電気信号のうち、80.0
00MHz成分のみを共振出力するようになっている。
When the reference light P1A and the signal light P2D enter the multiplexer 5, the multiplexer 5 combines the two lights, and the combined light P3 is received by the photodiode 12. The multiplexed light P3 is composed of a reference light P1A polarized in the horizontal direction,
The polarization plane of the light P2A, which is vertically polarized light and modulated at a frequency of 80.000 MHz, is rotated by the Faraday rotator 10, and the rotation of the minute polarization plane based on the polarization property of the measured object S is further increased. Is generated, the signal light P2C in which the horizontal polarization component has been generated is multiplexed with the horizontal polarization P2D component from which the vertical component has been removed by passing through the horizontal polarizer 11.
The photodiode 12 receives the combined light P3, performs photoelectric conversion, and outputs an electric signal corresponding to the combined light P3. An LC resonance circuit 13 that resonates at 80.000 MHz is connected to the terminal of the photodiode 12, and 80.0% of the electric signals output from the photodiode 12 are connected.
Only the 00 MHz component is resonantly output.

【0018】上記LC共振回路13から出力された電気
信号は、ダブル・バランスド・ミキサ−(DBM)14
に入力される。このダブル・バランスド・ミキサ−14
は、LC共振回路13から出力された被測定体Sによる
微小な偏光面の回転とファラデ−ロ−テ−タ10による
偏光面の回転との信号を含む80.000MHz電気信
号と、80.455MHz信号発振器15からの信号と
を入力し、455KHzのビ−ト信号を出力する。この
ビ−ト信号はバンドパスフィルタ(BPF)16によ
り、精密に455KHz±1.2KHzの範囲のビ−ト
信号16Aのみが通過するため、この段階で雑音成分が
ほぼ除去される。そして、バンドパスフィルタ16を通
過した455KHzのビ−ト信号16Aは、ダブル・バ
ランスド・ミキサ−17に入力される。
The electric signal output from the LC resonance circuit 13 is converted into a double balanced mixer (DBM) 14
Is input to This double balanced mixer-14
Are 80.000 MHz electric signals including a signal of rotation of a minute polarization plane by the measured object S and a rotation of polarization plane by the Faraday rotator 10 output from the LC resonance circuit 13, and 80.455 MHz. A signal from the signal oscillator 15 is input, and a 455 KHz beat signal is output. Since only the beat signal 16A in the precise range of 455 kHz ± 1.2 kHz passes through this beat signal by the band pass filter (BPF) 16, the noise component is almost removed at this stage. The 455 kHz beat signal 16A passed through the band pass filter 16 is input to the double balanced mixer 17.

【0019】一方、前述したように、信号発振器7の8
0.000MHz信号は音響光学変調器6に入力される
とともに、ダブル・バランスド・ミキサ−18にも入力
される。また、このダブル・バランスド・ミキサ−18
には、前述の信号発振器15からの80.455MHz
信号も入力される。従って、このダブル・バランスド・
ミキサ−18は、両信号発振器の出力信号の周波数の差
を持つ信号18Aを発生する。
On the other hand, as described above, the signal oscillator 7
The 0.000 MHz signal is input to the acousto-optic modulator 6 and also to the double balanced mixer 18. In addition, this double balanced mixer-18
80.455 MHz from the aforementioned signal oscillator 15
A signal is also input. Therefore, this double balanced
The mixer 18 generates a signal 18A having a frequency difference between the output signals of the two signal oscillators.

【0020】上記信号18Aは、バンドパスフィルタ1
9により、455KHz±1.2KHzの範囲の信号成
分のみが通過される。そしてバンドパスフィルタ19を
通過した信号19Aは、位相器20で位相シフトされた
あと、信号20Aとしてダブル・バランスド・ミキサ−
21に入力される。
The signal 18A is supplied to the band-pass filter 1
9, only signal components in the range of 455 KHz ± 1.2 KHz are passed. The signal 19A that has passed through the band-pass filter 19 is phase-shifted by the phase shifter 20, and then converted to a double-balanced mixer 20A.
21.

【0021】一方、前記ダブル・バランスド・ミキサ−
14から出力された455KHzのビ−ト信号は、前述
のバンドパスフィルタ16を通過するとともに、バンド
パスフィルタ22により、455KHz±5.0KHz
の範囲の信号成分22Aのみが通過し、ダブル・バラン
スド・ミキサ−21に入力される。
On the other hand, the double balanced mixer
The 455 KHz beat signal output from 14 passes through the above-described band-pass filter 16, and is 455 KHz ± 5.0 KHz by the band-pass filter 22.
Only the signal component 22A in the range of? Passes through and is input to the double balanced mixer 21.

【0022】ダブル・バランスド・ミキサ−21は、上
記信号20Aと22A両信号の周波数の差を有する信号
21Aをロックインアンプ23に入力する。ロックイン
アンプ23は、信号21Aの位相を検出して、信号23
Aを出力する。、PID制御回路24は、その信号23
AのPID処理をしたあと、光ヘテロダインビ−ト電気
信号の位相を一定にするための負帰還信号として信号2
4Aを、前述の圧電素子駆動の反射鏡PZTに入力す
る。
The double balanced mixer 21 inputs a signal 21A having a frequency difference between the signals 20A and 22A to the lock-in amplifier 23. The lock-in amplifier 23 detects the phase of the signal 21A and outputs the signal 23A.
A is output. , PID control circuit 24 outputs the signal 23
After the PID processing of A, the signal 2 is used as a negative feedback signal for keeping the phase of the optical heterodyne beat electric signal constant.
4A is input to the above-described piezoelectric element driven reflecting mirror PZT.

【0023】前述のように、バンドパスフィルタ16を
通過した455KHzのビ−ト信号16Aは、ダブル・
バランスド・ミキサ−17に入力される。また、このダ
ブル・バランスド・ミキサ−17は、上記455KHz
のビ−ト信号16Aと、バンドパスフィルタ19からの
信号19Aとを合成する。ダブル・バランスド・ミキサ
−17の出力信号17AはPID制御回路25において
PID処理されたあと、信号17Aがゼロになるように
前述のファラデ−ロ−テ−タ10に対して、PID回路
25からの信号25Aとロックインアンプ23のレファ
レンス信号とが加算された負帰還信号10Aが出力され
る。そして、この制御の際に得られる信号25Aを、被
測定体Sの旋光度の1乗に比例した出力信号として用い
る。
As described above, the 455 KHz beat signal 16A that has passed through the band-pass filter 16 is
The signal is input to the balanced mixer 17. Further, the double balanced mixer 17 has the above-mentioned 455 KHz
And the signal 19A from the band-pass filter 19 are synthesized. After the output signal 17A of the double balanced mixer 17 is subjected to PID processing in the PID control circuit 25, the output signal 17A is supplied from the PID circuit 25 to the Faraday rotator 10 so that the signal 17A becomes zero. And the reference signal of the lock-in amplifier 23 is added to output the negative feedback signal 10A. Then, the signal 25A obtained in this control is used as an output signal proportional to the first power of the optical rotation of the measured object S.

【0024】次に、第2実施例について説明する。図2
は、第2実施例の超高感度旋光度測定装置の全体的な構
成を示したブロック図である。以下、この第2実施例の
超高感度旋光度測定装置の構成を作用とともに説明す
る。尚、図1で示した部品と同じような部品について
は、図1と同じ符号を付けている。図2に示すように、
時間的干渉性の高い単一モ−ドの水平偏光レ−ザ光Pを
発するレ−ザダイオ−ドの光源1から発せられた光P
は、フォトアイソレ−タP.Iを介してビ−ムスプリッ
タ2に入射される。
Next, a second embodiment will be described. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing an overall configuration of an ultra-high sensitivity optical rotation measurement device according to a second embodiment. Hereinafter, the configuration of the ultra-high sensitivity optical rotation measurement device of the second embodiment will be described together with its operation. Components similar to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in FIG.
Light P emitted from a laser diode light source 1 that emits a single-mode horizontally polarized laser light P with high temporal coherence
Is a photo isolator P. The light enters the beam splitter 2 via I.

【0025】ビ−ムスプリッタ2に入射された光Pは、
透過される光P1と、直角方向に反射される光P2とに
分割される。尚、上記光P1は参照光となる一方、光P
2は信号光となる。参照光P1は第1の音響光学変調器
(AOM)6Aに入射される。第1の音響光学変調器6
Aに入射された参照光P1は、音響光学変調器6Aにお
いて、信号発振器15の出力信号により80.455M
Hzの周波数で変調される。従って第1の音響光学変調
器6Aを通過した光は、80.455MHzの周波数で
変調された参照光となる。
The light P incident on the beam splitter 2 is
It is split into transmitted light P1 and light P2 reflected in a right angle direction. The light P1 serves as a reference light while the light P1
2 becomes signal light. The reference light P1 is incident on a first acousto-optic modulator (AOM) 6A. First acousto-optic modulator 6
The reference light P1 incident on A is 80.455M in the acousto-optic modulator 6A according to the output signal of the signal oscillator 15.
It is modulated at a frequency of Hz. Therefore, the light that has passed through the first acousto-optic modulator 6A becomes reference light modulated at a frequency of 80.455 MHz.

【0026】一方、信号光P2は、第2の音響光学変調
器(AOM)6Bに入射される。第2の音響光学変調器
6Bに入射された信号光P2は、音響光学変調器6Bに
おいて、信号発振器7の出力信号により80.000M
Hzの周波数で変調される。従って第2の音響光学変調
器6Bを通過した光は、80.000MHzの周波数で
変調された信号光となる。
On the other hand, the signal light P2 is incident on a second acousto-optic modulator (AOM) 6B. The signal light P2 incident on the second acousto-optic modulator 6B is 80.000M in the acousto-optic modulator 6B according to the output signal of the signal oscillator 7.
It is modulated at a frequency of Hz. Accordingly, the light that has passed through the second acousto-optic modulator 6B becomes signal light modulated at a frequency of 80.000 MHz.

【0027】第1の音響光学変調器6Aを通過した参照
光P1は、1/2波長板3を通過する過程で、偏光面が
90度回転され、垂直偏光となり偏光子4に入射され
る。そして偏光子4を通過させることにより、偏光方向
が必要な方向のみに絞り込まれた参照光P1Aになり、
反射板31で一部が反射される一方、大半の参照光P1
Aは反射板31を通過し、圧電素子駆動の反射鏡PZT
の反射面で直角方向に反射されたあと、偏光子11Aを
通過することにより、更に垂直方向の偏光面を持つ光の
みに限定されて合波器5に入射される。上記反射板31
で反射した参照光P1Aは、フォトダイオ−ド33に入
射され、光電変換されたあと、その出力信号を図示して
いない増幅回路で増幅し、光源1を構成するレ−ザダイ
オ−ドの駆動回路に負帰還させることによって、レ−ザ
ダイオ−ドの発光の振幅ノイズを打ち消し、被測定体S
の旋光度を超高感度に測定できるようにしている。
The reference light P 1 having passed through the first acousto-optic modulator 6 A has its polarization plane rotated by 90 degrees in the process of passing through the half-wave plate 3, becomes vertical polarization, and enters the polarizer 4. Then, by passing through the polarizer 4, the reference light P1A is narrowed down to only the direction in which the polarization direction is necessary.
While a part is reflected by the reflection plate 31, most of the reference light P1
A passes through the reflection plate 31 and a reflection mirror PZT driven by a piezoelectric element.
After being reflected in the right-angle direction by the reflection surface, the light passes through the polarizer 11A and is limited to only light having a polarization surface in the vertical direction, and is incident on the multiplexer 5. Reflector 31
The reference light P1A reflected by the light source is incident on the photodiode 33, and after being photoelectrically converted, an output signal thereof is amplified by an amplifier circuit (not shown) to drive a laser diode constituting the light source 1. , The amplitude noise of the emission of the laser diode is canceled, and the measured object S
Optical rotation can be measured with ultra-high sensitivity.

【0028】前記第2の音響光学変調器6Bを通過した
80.000MHzの周波数で変調された信号光P2A
は、反射体8で直角に反射されたあと、偏光子9Aを通
る過程で水平方向偏光のみに限定されたのち、偏光面回
転装置として機能するファラデ−ロ−テ−タ(F.
R.)10に入射される。ファラデ−ロ−テ−タ10
は、後述するように、PID回路25からの信号と、1
100Hz発振器32からの信号とが加算された信号に
より駆動される。
The signal light P2A modulated at a frequency of 80.000 MHz passing through the second acousto-optic modulator 6B
Is reflected by the reflector 8 at right angles, is limited to only horizontally polarized light in the process of passing through the polarizer 9A, and is then subjected to a Faraday rotator (F.
R. ) 10. Faraday rotator 10
The signal from the PID circuit 25 and 1
It is driven by a signal obtained by adding the signal from the 100 Hz oscillator 32.

【0029】ファラデ−ロ−テ−タ10の駆動により偏
光面が回転された信号光P2Cは、被測定体Sを通過す
る。信号光P2Cが被測定体Sを通過すると、被測定体
Sの有する偏光性により信号光P2Cに微小な偏光面の
回転を生じる。被測定体Sを通過した信号光P2Dは、
被測定体Sの有する偏光性に基づく微小な偏光面の回転
により微小な垂直偏光成分が生じた状態で、偏光子11
Bに入射される。そして、偏光子11Bを通過して大部
分の水平偏光成分が除去された垂直偏光信号光P2Eが
合波器5に入射される。
The signal light P2C whose polarization plane has been rotated by driving the Faraday rotator 10 passes through the measured object S. When the signal light P2C passes through the measurement target S, the polarization of the measurement target S causes the signal light P2C to slightly rotate the plane of polarization. The signal light P2D that has passed through the measured object S is
In a state where a minute vertical polarization component is generated by the rotation of the minute polarization plane based on the polarization property of the measured object S, the polarizer 11
B is incident. Then, the vertically polarized signal light P2E from which most of the horizontally polarized components have been removed through the polarizer 11B is incident on the multiplexer 5.

【0030】前記参照光P1A、及び信号光P2Eが合
波器5に入射されると、合波器5は両光を合波し、その
合波光P3はフォトダイオ−ド12で受光される。フォ
トダイオ−ド12で光電変換された電気信号は、バンド
パスフィルタ16を通過する過程で455KHz±1.
2KHzの範囲の光ヘテロダインビ−ト電気信号となっ
て全波整流器RECで全波整流され、ロックインアンプ
23に入力される。このロックインアンプ23は、11
00Hz発振器32からの信号を参照信号として入力
し、全波整流器RECから出力された信号の中の110
0Hz成分のみを検波し、出力する。
When the reference light P1A and the signal light P2E enter the multiplexer 5, the multiplexer 5 combines the two lights, and the combined light P3 is received by the photodiode 12. The electric signal photoelectrically converted by the photodiode 12 is 455 KHz ± 1.
It becomes an optical heterodyne beat electric signal in the range of 2 KHz, is full-wave rectified by the full-wave rectifier REC, and is input to the lock-in amplifier 23. This lock-in amplifier 23
The signal from the 00 Hz oscillator 32 is input as a reference signal, and 110 out of the signals output from the full-wave rectifier REC.
Only the 0 Hz component is detected and output.

【0031】ロックインアンプ23から出力された信号
は、前述の被測定体Sの偏光性に基づく微小な偏光面の
回転角度の1乗に比例した信号になっている。ロックイ
ンアンプ23から出力された信号は、PID制御回路2
5に入力され、被測定体Sの偏光面の回転角度に対応し
た、より精密な信号になる。この信号は偏光面の回転角
度に比例した精密な出力信号として用いられる。
The signal output from the lock-in amplifier 23 is a signal proportional to the first power of the rotation angle of the minute polarization plane based on the polarization of the object S to be measured. The signal output from the lock-in amplifier 23 is
5 and becomes a more precise signal corresponding to the rotation angle of the polarization plane of the measured object S. This signal is used as a precise output signal proportional to the rotation angle of the plane of polarization.

【0032】そして、この出力信号は、前述の1100
Hz発振器32からの発振信号と加算された状態で、前
述のファラデ−ロ−テ−タ10に負帰還される。そし
て、この負帰還信号により、ファラデ−ロ−テ−タ10
は前述の被測定体Sの偏光性に基づく微小な偏光面の回
転を打ち消すような逆の方向の回転をする。PID制御
回路25の出力信号は、この超高感度旋光度測定装置の
出力信号となる。
This output signal is output from the above 1100
In a state where the signal is added to the oscillation signal from the Hz oscillator 32, the signal is negatively fed back to the Faraday rotator 10 described above. The Faraday rotator 10 is operated by the negative feedback signal.
Rotates in the opposite direction to cancel the rotation of the minute polarization plane based on the polarization property of the object S to be measured. The output signal of the PID control circuit 25 is the output signal of this ultra-high sensitivity optical rotation measurement device.

【0033】次に、第3実施例について説明する。図3
は、第3実施例の超高感度旋光度測定装置の全体的な構
成を示したブロック図である。以下、この第3実施例の
超高感度旋光度測定装置の構成を作用とともに説明す
る。尚、図1、図2で示した部品と同じような部品につ
いては、図1及び図2と同じ符号を付けている。図3に
示すように、時間的干渉性の高い単一モ−ドの水平偏光
レ−ザ光Pを発するレ−ザダイオ−ドの光源1から発せ
られた光Pは、フォトアイソレ−タP.Iを介してビ−
ムスプリッタ2に入射される。
Next, a third embodiment will be described. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the ultra-high-sensitivity optical rotation measurement device of the third embodiment. Hereinafter, the configuration of the ultra-high sensitivity optical rotation measurement device of the third embodiment will be described together with its operation. Parts similar to those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. As shown in FIG. 3, light P emitted from a laser diode light source 1 that emits a single-mode horizontally polarized laser light P having high temporal coherence is separated by a photo-isolator P.I. Bee through I
The beam enters the splitter 2.

【0034】ビ−ムスプリッタ2に入射された光Pは、
透過される光P1と、直角方向に反射される光P2とに
分割される。尚、上記光P1は参照光となる一方、光P
2は信号光となる。参照光P1は第1の音響光学変調器
(AOM)6Aに入射される。第1の音響光学変調器6
Aに入射された参照光P1は、音響光学変調器6Aにお
いて、信号発振器15の出力信号により80.455M
Hzの周波数で変調される。従って第1の音響光学変調
器6Aを通過した光は、80.455MHzの周波数で
変調された参照光となる。
The light P incident on the beam splitter 2 is
It is split into transmitted light P1 and light P2 reflected in a right angle direction. The light P1 serves as a reference light while the light P1
2 becomes signal light. The reference light P1 is incident on a first acousto-optic modulator (AOM) 6A. First acousto-optic modulator 6
The reference light P1 incident on A is 80.455M in the acousto-optic modulator 6A according to the output signal of the signal oscillator 15.
It is modulated at a frequency of Hz. Therefore, the light that has passed through the first acousto-optic modulator 6A becomes reference light modulated at a frequency of 80.455 MHz.

【0035】一方、信号光P2は、第2の音響光学変調
器(AOM)6Bに入射される。第2の音響光学変調器
6Bに入射された信号光P2は、音響光学変調器6Bに
おいて、信号発振器7の出力信号により80.000M
Hzの周波数で変調される。従って第2の音響光学変調
器6Bを通過した光は、80.000MHzの周波数で
変調された信号光となる。
On the other hand, the signal light P2 is incident on a second acousto-optic modulator (AOM) 6B. The signal light P2 incident on the second acousto-optic modulator 6B is 80.000M in the acousto-optic modulator 6B according to the output signal of the signal oscillator 7.
It is modulated at a frequency of Hz. Accordingly, the light that has passed through the second acousto-optic modulator 6B becomes signal light modulated at a frequency of 80.000 MHz.

【0036】第1の音響光学変調器6Aを通過した参照
光P1は、1/2波長板3を通過する過程で、偏光面が
90度回転されて垂直偏光となり、偏光子4に入射され
る。そして偏光子4を通過させることにより、垂直偏光
以外の成分が除去された参照光P1Aになり、反射板3
1で一部が反射される一方、大半の参照光P1Aは反射
板31を通過し、圧電素子駆動の反射鏡PZTの反射面
で直角方向に反射されたあと、偏光子11Aを通過する
ことにより、更に純度の高い垂直偏光の参照光P1Bと
して合波器5に入射される。上記反射板31で反射した
参照光P1Aは、フォトダイオ−ド33に入射され、光
電変換されたあと、その出力信号を図示していない増幅
回路で増幅し、光源1を構成するレ−ザダイオ−ドの駆
動回路に負帰還させることによって、レ−ザダイオ−ド
の発光の振幅ノイズを打ち消し、被測定体Sの旋光度を
超高感度に測定できるようにしている。
The reference light P1 that has passed through the first acousto-optic modulator 6A has its polarization plane rotated 90 degrees to become vertically polarized light in the process of passing through the half-wave plate 3, and is incident on the polarizer 4. . Then, the light passes through the polarizer 4 to become the reference light P1A from which components other than the vertically polarized light have been removed.
1, while most of the reference light P1A passes through the reflecting plate 31, is reflected at right angles by the reflecting surface of the reflecting mirror PZT driven by the piezoelectric element, and then passes through the polarizer 11A. Is input to the multiplexer 5 as vertically polarized reference light P1B having higher purity. The reference light P1A reflected by the reflection plate 31 is incident on a photodiode 33, and after being photoelectrically converted, an output signal thereof is amplified by an amplifier circuit (not shown) to form a laser diode constituting the light source 1. The negative feedback to the drive circuit of the diode cancels out the amplitude noise of the laser diode light emission, so that the optical rotation of the object S can be measured with ultra-high sensitivity.

【0037】前記第2の音響光学変調器6Bを通過した
80.000MHzの周波数で変調された信号光P2A
は、反射体8で直角に反射されたあと、偏光子9Aを通
る過程で水平偏光以外の光が除去されて純度の高い水平
偏光となって、偏光面回転装置として機能するファラデ
−ロ−テ−タ(F.R.)10に入射される。ファラデ
−ロ−テ−タ10の駆動により偏光面が回転された信号
光P2Bは、被測定体Sを通過する。信号光P2Bが被
測定体Sを通過すると、被測定体Sの有する偏光性によ
り信号光P2Bに微小な偏光面の回転を生じる。そし
て、前記ファラデ−ロ−テ−タ10と被測定体Sとの通
過によって生じた偏光面の回転に基づいて発生した垂直
偏光成分のみが偏光子11Bを通過し、信号光P2Cと
なって、合波器5に入射される。
The signal light P2A modulated at a frequency of 80.000 MHz passing through the second acousto-optic modulator 6B
Is reflected at a right angle by the reflector 8 and then, in the process of passing through the polarizer 9A, light other than horizontal polarized light is removed to become high-purity horizontal polarized light, which is a Faraday rotator functioning as a polarization plane rotating device. (FR) 10. The signal light P2B whose polarization plane has been rotated by the driving of the Faraday rotator 10 passes through the measured object S. When the signal light P2B passes through the measurement target S, the polarization of the measurement target S causes the signal light P2B to slightly rotate the polarization plane. Then, only the vertical polarization component generated based on the rotation of the polarization plane generated by the passage of the Faraday rotator 10 and the measured object S passes through the polarizer 11B, and becomes the signal light P2C. The light enters the multiplexer 5.

【0038】前記参照光P1B、及び信号光P2Cが合
波器5に入射されると、合波器5は両光を合波し、その
合波光P3がフォトダイオ−ド12で受光される。フォ
トダイオ−ド12で光電変換された電気信号は、バンド
パスフィルタ16を通過する過程で455KHz±1.
2KHzの範囲の光ヘテロダインビ−ト電気信号とな
る。
When the reference light P1B and the signal light P2C enter the multiplexer 5, the multiplexer 5 multiplexes the two lights, and the combined light P3 is received by the photodiode 12. The electric signal photoelectrically converted by the photodiode 12 is 455 KHz ± 1.
An optical heterodyne beat electric signal in the range of 2 kHz is obtained.

【0039】このビ−ト電気信号はバンドパスフィルタ
(BPF)16により、精密に455KHz±1.2K
Hzの範囲のビ−ト信号16Aのみが通過されるため、
この段階で雑音成分がほぼ除去される。そして、バンド
パスフィルタ16を通過した455KHzのビ−ト信号
16Aは、ダブル・バランスド・ミキサ−17に入力さ
れる。一方、前述の信号発振器7の80.000MHz
信号はダブル・バランスド・ミキサ−18にも入力され
る。またこのダブル・バランスド・ミキサ−18には、
前述の信号発振器15からの80.455MHz信号も
入力される。従って、このダブル・バランスド・ミキサ
−18は、両信号発振器の出力信号の周波数の差を持つ
信号18Aを発生する。
This beat electric signal is precisely 455 KHz ± 1.2 K by a band pass filter (BPF) 16.
Since only the beat signal 16A in the Hz range is passed,
At this stage, the noise component is almost removed. The 455 kHz beat signal 16A passed through the band pass filter 16 is input to the double balanced mixer 17. On the other hand, 80.000 MHz of the aforementioned signal oscillator 7
The signal is also input to the double balanced mixer 18. Also, this double balanced mixer 18 has
The 80.455 MHz signal from the signal oscillator 15 is also input. Therefore, the double balanced mixer 18 generates a signal 18A having a frequency difference between the output signals of the two signal oscillators.

【0040】上記信号18Aは、バンドパスフィルタ1
9により、455KHz±1.2KHzの範囲の信号成
分のみが通過される。そしてバンドパスフィルタ19を
通過した信号19Aは、位相器20で位相シフトされた
あと、信号20Aとしてダブル・バランスド・ミキサ−
21に入力される。
The signal 18A is transmitted to the bandpass filter 1
9, only signal components in the range of 455 KHz ± 1.2 KHz are passed. The signal 19A that has passed through the band-pass filter 19 is phase-shifted by the phase shifter 20, and then converted to a double-balanced mixer 20A.
21.

【0041】一方、フォトダイオ−ド12で光電変換さ
れた電気信号は、前述のバンドパスフィルタ16を通過
するとともに、バンドパスフィルタ22により、455
KHz±5.0KHzの範囲の信号成分22Aのみとな
り、ダブル・バランスド・ミキサ−21に入力される。
On the other hand, the electric signal photoelectrically converted by the photodiode 12 passes through the above-mentioned band-pass filter 16 and is further converted to 455 by the band-pass filter 22.
Only the signal component 22A in the range of KHz ± 5.0 KHz is input to the double balanced mixer-21.

【0042】ダブル・バランスド・ミキサ−21は、上
記信号20Aと22A両信号の周波数の差を有する信号
21Aをロックインアンプ23に入力する。ロックイン
アンプ23は、信号21Aの位相を検出し、PID制御
回路24において、その信号23AのPID処理をした
あと、光ヘテロダインビ−ト電気信号の位相を一定にす
るための負帰還信号として、信号24Aを、前述の圧電
素子駆動の反射鏡PZTに入力する。
The double balanced mixer 21 inputs a signal 21A having a frequency difference between the signals 20A and 22A to the lock-in amplifier 23. The lock-in amplifier 23 detects the phase of the signal 21A, performs PID processing of the signal 23A in the PID control circuit 24, and as a negative feedback signal for keeping the phase of the optical heterodyne beat electric signal constant. The signal 24A is input to the above-described piezoelectric element driven reflecting mirror PZT.

【0043】前述のように、バンドパスフィルタ16を
通過した455KHzのビ−ト信号16Aは、ダブル・
バランスド・ミキサ−17に入力される。また、このダ
ブル・バランスド・ミキサ−17は、上記455KHz
のビ−ト信号16Aと、バンドパスフィルタ19からの
信号19Aとを合成する。ダブル・バランスド・ミキサ
−17の出力信号17AはPID制御回路25において
PID処理されたあと、信号17Aがゼロになるよう
に、PID回路25からの信号25Aとロックインアン
プ23のレファレンス信号とが加算された負帰還信号1
0Aとして、前述のファラデ−ロ−テ−タ10に入力さ
れる。この負帰還制御の際に得られる信号25Aを、被
測定体Sの旋光度の1乗に比例した出力信号として用い
る。
As described above, the 455 KHz beat signal 16A that has passed through the band-pass filter 16 is
The signal is input to the balanced mixer 17. Further, the double balanced mixer 17 has the above-mentioned 455 KHz
And the signal 19A from the band-pass filter 19 are synthesized. After the output signal 17A of the double balanced mixer 17 is subjected to PID processing in the PID control circuit 25, the signal 25A from the PID circuit 25 and the reference signal of the lock-in amplifier 23 are converted so that the signal 17A becomes zero. Negative feedback signal 1 added
0A is input to the Faraday rotator 10 described above. The signal 25A obtained in the negative feedback control is used as an output signal proportional to the first power of the optical rotation of the measured object S.

【0044】以上の実施例では、一般的な多重散乱体と
しての被測定体Sを示したが、指、あるいは耳たぶなど
を被測定体として、これに偏光信号光を透過させること
により、被測定体の偏光性に基づく微小な偏光面の回転
角度を測定し、人体を含む生体における血糖値、あるい
はコレステロ−ル値などを無侵襲に測定することができ
る。また、透明な物体は勿論、濁った物体の偏光性に基
づく微小な偏光面の回転角度を精密に測定することがで
きる。
In the above embodiment, the measurement target S is shown as a general multiple scatterer, but a finger or an ear lobe is used as a measurement target, and polarized signal light is transmitted through the measurement target S to measure the measurement target. By measuring the rotation angle of a minute polarization plane based on the polarization of the body, it is possible to non-invasively measure a blood glucose level or a cholesterol level in a living body including a human body. Further, it is possible to precisely measure the rotation angle of a minute polarization plane based on the polarization of a turbid object as well as a transparent object.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、雑音が十
分に除去された状態で、被測定体の偏光性に基づく微小
な偏光面の回転角度の1乗に比例した信号を出力するこ
とができる。従って、極めて小さな回転角度であって
も、雑音が十分に除去されているため、高い増幅率での
増幅が可能であり、高精度に旋光度を測定することがで
きる。そのため、これを基本技術として、人体を含む生
体における血糖値、あるいはコレステロ−ル値などを、
高精度で、無侵襲に測定するための展望を開くものであ
る。また、本発明は、多重散乱体の偏光性に基づく微小
な偏光面の回転角度を超高感度に測定することができる
ため、医学分野はもとより、バイオテクノロジイ分野、
工学の分野等における応用が可能である。
As described above, according to the present invention, a signal proportional to the first power of the rotation angle of a minute polarization plane based on the polarization of the measured object is output in a state where noise is sufficiently removed. be able to. Therefore, even if the rotation angle is extremely small, since noise is sufficiently removed, amplification with a high amplification factor is possible, and the optical rotation can be measured with high accuracy. Therefore, using this as a basic technology, blood glucose level or cholesterol level in living body including human body,
It opens up the prospect for highly accurate, non-invasive measurement. In addition, the present invention can measure the rotation angle of a minute polarization plane based on the polarization of the multiple scatterers with ultra-high sensitivity, so not only in the medical field, but also in the biotechnology field,
Applications in the field of engineering, etc. are possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の全体的な構成を示したブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の全体的な構成を示したブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例の全体的な構成を示したブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an overall configuration of a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 6,6A.6B 音響光学変調器 7 80.000MHz発振器 8 反射体 10 ファラデ−ロ−テ−タ(偏光面回転
手段) 12,33 フォトダイオ−ド(光電変換手段) 15 80.455MHz発振器 16,19,22 バンドパスフィルタ 17,18,21 ダブル・バランスド・ミキサ− 20 位相器 23 ロックインアンプ 24,25 PID制御回路 PZT 圧電素子駆動の反射鏡 S 被測定体
1 light source 6, 6A. 6B Acousto-optic modulator 7 80.000 MHz oscillator 8 Reflector 10 Faraday rotator (polarization plane rotating means) 12,33 Photo diode (photoelectric conversion means) 15 80.455 MHz oscillator 16,19,22 band Pass filter 17, 18, 21 Double balanced mixer 20 Phase shifter 23 Lock-in amplifier 24, 25 PID control circuit PZT Piezoelectric element driven reflecting mirror S DUT

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−34337(JP,A) 特開 昭63−44136(JP,A) 特開 平8−210971(JP,A) 特開 平4−231848(JP,A) 特開 平7−114051(JP,A)Continuation of the front page (56) References JP-A-4-34337 (JP, A) JP-A-63-44136 (JP, A) JP-A-8-210971 (JP, A) JP-A-4-231848 (JP , A) JP-A-7-114051 (JP, A)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源から発光された時間的干渉性を有す
る光を信号光と参照光とに分割し、その信号光を変調手
段により所定の周波数で変調したうえ、その変調信号光
と参照光との偏光面をそれぞれ所定の方向に偏光した状
態で、その偏光信号光を被測定体を通過させるととも
に、その被測定体を通過した偏光信号光と前記参照光と
の合波光を光電変換手段で光電変換する光路に、前記信
号光と参照光との光路長の差を電気的に可変する光路長
可変手段及び機械駆動式光路長可変手段と、前記偏光信
号光の偏光面を回転させる偏光面回転手段とを配設し、
前記光電変換手段で光電変換された光ヘテロダインビ−
ト電気信号の強度を最大にするために前記機械駆動式光
路長可変手段を調整し、且つ位相を一定にするために前
記光路長可変手段を制御するとともに、前記被測定体の
偏光特性に応じた偏光面の回転角度の1乗に比例した旋
光角度信号を得るために前記偏光信号光と前記参照光の
偏光面が一定の角度を成すように前記偏光面回転手段を
制御することを特徴とする超高感度旋光度測定装置。
1. A light having temporal coherence emitted from a light source is divided into a signal light and a reference light, and the signal light is modulated at a predetermined frequency by a modulating means. In a state where the polarization planes are polarized in predetermined directions, the polarization signal light is passed through the object to be measured, and the combined light of the polarization signal light having passed through the object to be measured and the reference light is photoelectrically converted. Optical path length varying means for electrically varying the optical path length difference between the signal light and the reference light, and mechanically driven optical path length varying means, and polarization for rotating the polarization plane of the polarization signal light. Surface rotation means, and
Optical heterodyne beam photoelectrically converted by the photoelectric conversion means
G) adjusting the mechanically driven optical path length varying means to maximize the intensity of the electric signal, and controlling the optical path length varying means to keep the phase constant, and according to the polarization characteristics of the object to be measured. Controlling the polarization plane rotation means so that the polarization planes of the polarization signal light and the reference light form a constant angle in order to obtain an optical rotation angle signal proportional to the first power of the rotation angle of the polarization plane. Ultra-high sensitivity optical rotation measurement device.
【請求項2】 参照光の光路に、信号光の変調周波数と
異なる周波数で参照光を変調する変調手段を設けたこと
を特徴とする請求項1記載の超高感度旋光度測定装置。
2. The ultra-high sensitivity optical rotation measuring device according to claim 1, wherein a modulation means for modulating the reference light at a frequency different from the modulation frequency of the signal light is provided in an optical path of the reference light.
【請求項3】 光源から発光された時間的干渉性を有す
る光を信号光と参照光とに分割し、その信号光と参照光
とをそれぞれ第1、第2の変調手段により異なった周波
数で変調したうえ、変調信号光と変調参照光との偏光面
をそれぞれ所定の方向に偏光した状態で、その偏光信号
光を被測定体を通過させるとともに、その被測定体を通
過した偏光信号光と前記偏光参照光との合波光を光電変
換手段で光電変換する光路に、前記信号光と参照光との
光路長の差を電気的に可変する光路長可変手段と、前記
偏光信号光の偏光面を回転させる偏光面回転手段とを配
設し、前記光路長可変手段を所定周波数の信号で駆動す
るとともに、前記被測定体の偏光特性に応じた偏光面の
回転角度の1乗に比例した旋光角度信号を得るために前
記偏光信号光と前記偏光参照光の偏光面が一定の角度を
成すように前記偏光面回転手段を制御することを特徴と
する超高感度旋光度測定装置。
3. Light having temporal coherence emitted from a light source is divided into signal light and reference light, and the signal light and reference light are respectively separated at different frequencies by first and second modulating means. After being modulated, the polarization signal light and the modulation reference light are polarized in predetermined directions, respectively, and the polarized signal light is passed through the measured object, and the polarized signal light passing through the measured object is An optical path for photoelectrically converting the multiplexed light with the polarization reference light by a photoelectric conversion unit, an optical path length variable unit for electrically varying a difference in optical path length between the signal light and the reference light, and a polarization plane of the polarization signal light; And a polarization plane rotating means for rotating the optical path length varying means, the optical path length varying means being driven by a signal of a predetermined frequency, and an optical rotation in proportion to the first power of a rotation angle of a polarization plane corresponding to the polarization characteristic of the measured object. The polarization signal light and the polarization signal light to obtain an angle signal An ultra-high-sensitivity optical rotation measurement apparatus, wherein the polarization plane rotation unit is controlled so that the polarization plane of the polarization reference light forms a predetermined angle.
【請求項4】 光源から発光された時間的干渉性を有す
る光を信号光と参照光とに分割し、その信号光と参照光
とをそれぞれ第1、第2の変調手段により異なった周波
数で変調したうえ、変調信号光と変調参照光との偏光面
をそれぞれ所定の方向に偏光した状態で、その偏光信号
光を被測定体を通過させるとともに、その被測定体を通
過した偏光信号光と前記偏光参照光との合波光を光電変
換手段で光電変換する光路に、前記信号光と参照光との
光路長の差を電気的に可変する光路長可変手段と、前記
偏光信号光の偏光面を回転させる偏光面回転手段とを配
設し、前記光電変換手段で光電変換された前記偏光信号
光と偏光参照光の光ヘテロダインビ−ト電気信号の位相
を一定にするために前記光路長可変手段を制御するとと
もに、前記被測定体の偏光特性に応じた偏光面の回転角
度の1乗に比例した旋光角度信号を得るために前記偏光
信号光と前記偏光参照光の偏光面が一定の角度を成すよ
うに前記偏光面回転手段を制御することを特徴とする超
高感度旋光度測定装置。
4. Light having temporal coherence emitted from a light source is divided into signal light and reference light, and the signal light and reference light are respectively separated by first and second modulating means at different frequencies. After being modulated, the polarization signal light and the modulation reference light are polarized in predetermined directions, respectively, and the polarized signal light is passed through the measured object, and the polarized signal light passing through the measured object is An optical path for photoelectrically converting the multiplexed light with the polarization reference light by a photoelectric conversion unit, an optical path length variable unit for electrically varying a difference in optical path length between the signal light and the reference light, and a polarization plane of the polarization signal light; And a polarization plane rotating means for rotating the optical path length. The optical path length is variable so as to keep the phase of the optical heterodyne beat electric signal of the polarization signal light and the polarization reference light photoelectrically converted by the photoelectric conversion means constant. Means for controlling In order to obtain an optical rotation angle signal proportional to the first power of the rotation angle of the polarization plane corresponding to the polarization characteristic of the polarization plane, the polarization plane rotation means so that the polarization plane of the polarization signal light and the polarization reference light form a certain angle. An ultra-high sensitivity optical rotation measurement device characterized by controlling.
【請求項5】 光源は半導体発光素子を用いるととも
に、光路長可変手段は圧電素子駆動あるいは磁歪素子駆
動の反射鏡を用い、更に偏光面回転手段はファラデ−ロ
−テ−タを用いたことを特徴とする請求項1,2,3又
は4記載の超高感度旋光度測定装置。
5. A light source using a semiconductor light emitting element, an optical path length varying means using a reflecting mirror driven by a piezoelectric element or a magnetostrictive element, and a polarization plane rotating means using a Faraday rotator. The ultra-high-sensitivity optical rotation measurement device according to claim 1, 2, 3, or 4.
【請求項6】 光源から発光された光を検出して光電変
換したうえ、その電気信号を光源に負帰還させることに
より、光源から発光された光の振幅ノイズを消去するよ
うにしたことを特徴とする請求項1,2,3,4又は5
記載の超高感度旋光度測定装置。
6. The method according to claim 1, wherein the light emitted from the light source is detected and photoelectrically converted, and the electric signal is negatively fed back to the light source to eliminate the amplitude noise of the light emitted from the light source. Claim 1, 2, 3, 4 or 5
The ultra-high sensitivity optical rotation measurement device described in the above.
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CN105300891B (en) * 2015-11-17 2017-12-26 上海理工大学 Laser frequency-modulation double light path polarimeter and measuring method based on centroid algorithm
CN115060659B (en) * 2022-08-18 2022-10-25 天津大学 Optical rotation angle measuring method based on proportional method and fast digital phase-locked demodulation algorithm

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