JP3340145B2 - スト−クスメ−タ - Google Patents

スト−クスメ−タ

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JP3340145B2
JP3340145B2 JP35591191A JP35591191A JP3340145B2 JP 3340145 B2 JP3340145 B2 JP 3340145B2 JP 35591191 A JP35591191 A JP 35591191A JP 35591191 A JP35591191 A JP 35591191A JP 3340145 B2 JP3340145 B2 JP 3340145B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はストークスメータ、特に
ストークスパラメータの符号判別機構の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶等の各種物質の特性を調べるため、
該物質への偏光の透過時の偏光状態変化を測定するスト
ークスメータが周知である。そして、この透過光の偏光
状態変化を測定し、解析計算を行なうことによって被測
定試料の各種特性値を求めることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶ディス
プレイ(LCD)素子等に見られるように、異方性の軸
方位と複屈折量との予測が困難な試料では、既知の入射
偏光に対する出射光の偏光状態を解析して、素子の性能
評価を行なう必要がある一方で、電圧印加時の応答特性
等から応答時間やしきい値電圧等、動的なパラメータも
重要となるので、リアルタイムでの測定が望まれる。こ
こで、光弾性変調器(PEM)を用いた測定系は、高速
データサンプリングが可能であるという点で、このよう
な異方性測定装置に適している。
【0004】しかしながら、反射偏光測定用のエリプソ
メータの構成では、ストークスパラメータS2の符号を
判別できないという欠点がある。また、回転検光子法に
よるエリプソメータを、透過配置で用いても、同様なゾ
ーン判別の困難が伴う。ゾーン判別のために位相子を光
路に出し入れする方法もあるが、このような方法では素
子が追加されるので、ゾーン判別用位相子の軸方位やリ
ターディションの波長依存性等、新たなパラメータが加
わって解析が複雑となるという課題があった。更に、数
十Hzから数キロHzに渡る広い周波数応答特性の測定
が、応答時間等の動的評価に不可欠となる渡品評価の場
合等には、回転検光子法では、変調周波数が通常数十H
zであり、ビ−トを生じる為に解析が困難となる。本発
明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は被測定試料の異方性の測定を容易に行なうこと
のできるストークスメータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかるストークスメータは、特定方位への直
線偏光を出射可能な出光手段と、試料を透過した偏光の
位相遅れを制御する光弾性変調素子と、−3度から3度
の範囲の微小角だけ回転可能に形成され偏光状態を検出
する検光子と、検光子を通過した光を検出する受光器
と、を含む受光手段と、前記光弾性変調素子と検光子を
特定の回転角の組み合わせに設定して測定を行った後、
前記測定で設定された回転角から前記検光子を−3度か
ら3度の範囲の微小角だけ回転させ、前記微小角がプラ
スの場合における測定データ(A (ω),A (2ω))
及び前記微小角がマイナスの場合における測定データ
(A (ω),A (2ω))を取り込むように制御する制
御手段と、前記制御手段により取り込んだ微小角回転後
の前記測定データ(A (ω),A (2ω))及び(A
(ω),A (2ω))と、微小角回転前の測定データ(A
(ω),A (2ω))を以下の判別式にあてはめストー
クスパラメータS 成分の符号を判別する判別手段を備
えたこと特徴とする。 <判別式> |A (ω)|>|A (ω)|>|A (ω)| 又は |A (2ω)|>|A (2ω)|>|A (2ω)| である場合には、S >0 |A (ω)|<|A (ω)|<|A (ω)| 又は |A (2ω)|<|A (2ω)|<|A (2ω)| である場合には、S <0
【0006】
【作用】本発明にかかるストークスメータは、光弾性変
調素子を備えるので測定の高速性が確保され、しかも検
光子を微小角回転し、その際の信号値の絶対値の増減か
らストークスパラメータのS2成分の符号を判別するこ
とができる。
【0007】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図1には本発明の一実施例にかかるストーク
スメータの概略構成図が示されている。本実施例にかか
るストークスメータは、出光手段10と、受光手段12
とを含み、両測定手段の間に被測定試料14を配置す
る。
【0008】前記出光系10は、モノクロメータ16
と、偏光子18とよりなり、前記モノクロメータ16に
より一定の波長に調整された光が偏光子18により所定
の偏光方位の偏光となり、前記被測定試料14に向けて
出射される。そして、試料14を透過した光は受光系1
2に入射される。ここで、試料14の通過により一般的
には楕円偏光となった光が受光系12の光弾性変調素子
(PEM)22に入射され、所定の変調角速度ωで位相
変調される。PEM22により偏光変調された光は検光
子24に入射され、更にその検光子24から出射された
光はフォトマルチプライヤ等の光検出器(PM)26に
入射され、偏光状態が電気信号に変換される。
【0009】本実施例にかかるストークスメータの制御
はパーソナルコンピュータ28により行なわれており、
該コンピュータ28はA/D,D/A変換器34を介し
てPEMコントローラ36に指令を与え、PEM22の
変調振幅δ0を調整する。PEMコントローラ36によ
る変調位相情報は参照情報としてアンプユニット38に
送られ、PM26の検出情報の中から変調周波数(ω/
2π)成分及び一次高調波(2ω/2π)成分がロック
イン検波され、変換器34を介してコンピュータ28に
入力される。
【0010】また、これら二つの信号成分はDC(直
流)成分を一定に保つ帰還ループの機能により実効的に
DC成分で除されている。尚、コンピュータ28への指
示はキーボード41を介して行なわれ、また処理データ
はCRT42,プリンター44に出力される。一方、モ
ノクロドライバー46はXe(キセノン)電源47を介
して光源48に点灯電力を与えると共に、モノクロメー
タ16を制御し、出射される光の波長等を調整する。ま
た、コンピュータ28は変換器34を介してローテータ
50を制御し、検光子24の所望の回転制御を行なう。
【0011】次に本実施例にかかるストークスメータに
よる演算作用について図2(複屈折のポアンカレ球表
示)ないし図3(二色性のポアンカレ球表示)に示す光
学特性図を参照しつつ説明する。まず、ストークスベク
トルSは、次の数1に示すように45方位のPEM
(M45,δ)及び0度方位の検光子(P)によって
検出される。
【0012】
【数1】 但し、δはPEM22の変調の角周波数(角速度)を
ω、振幅をδ0として δ=δ0・sinωt で定義される。従って、出力光の強度は、 I=S0+S1*Cos(δ)−S3*Sin(δ) となる。規格化されたストークスベクトル、すなわちS
0=1とし、Iをフーリエ分解すれば、直流、50KHz,
100KHz成分はそれぞれ次のように与えられる。 I(DC)=1+J0(δ0)*S1 I(ω)=−2J1(δ0)*S3 I(2ω)=2J2(δ0)*S1
【0013】規格化された50KHz,100KHz信号か
ら、S1,S3を求め、S2は完全偏光を仮定して次式よ
り求める。 S2=±(1−S1 2−S3 21/2 ここで、検光子が0度(又は90度)方位の情報だけで
はパラメータS2の符号については原理的に判別できな
い。そこで、ローテータ50により検光子24を±2〜
3度程度回転させ、信号の絶対値の増減からストークス
パラメータS2の符号を判別する。
【0014】すなわち、まず検光子24の方位角ゼロで
データを取込む(A0(ω),A0(2ω))。次に、検光子
24の方位角プラス微小角(2〜3度程度)でデータを
取込む(A+(ω),A+(2ω))。また、検光子24の方
位角マイナス微小角(−2〜3度程度)でデータを取込
む(A-(ω),A-(2ω))。この場合、 |A+(ω)|>|A0(ω)|>|A-(ω)| 又は |A+(2ω)|>|A0(2ω)|>|A-(2ω)| である場合には、S2>0である。また逆に |A+(ω)|<|A0(ω)|<|A-(ω)| 又は |A+(2ω)|<|A0(2ω)|<|A-(2ω)| である場合には、S2<0である。
【0015】そして、図1のコンピュータ28が、制御
手段及び判別手段として機能し、制御手段(コンピュー
タ28)は光弾性変調素子22と検光子24を特定の回
転角の組み合わせに設定して測定を行った後、前記測定
で設定された回転角から検光子24を−3度から3度の
範囲の微小角だけ回転させ、前記微小角がプラスの場合
における測定データ(A (ω),A (2ω))及び前記
微小角がマイナスの場合における測定データ(A
(ω),A (2ω))を取り込むように制御する。ま
た、判別手段(コンピュータ28)は前記制御手段によ
り取り込んだ微小角回転後の前記測定データ(A
(ω),A (2ω))及び(A (ω),A (2ω))
と、微小角回転前の測定データ(A (ω),A (2
ω))を、コンピュータ28にあらかじめ設定されてい
る以下の判別式にあてはめストークスパラメータS
分の符号を判別する。 <判別式> |A (ω)|>|A (ω)|>|A (ω)| 又は |A (2ω)|>|A (2ω)|>|A (2ω)| である場合には、S >0 |A (ω)|<|A (ω)|<|A (ω)| 又は |A (2ω)|<|A (2ω)|<|A (2ω)| である場合には、S <0 上のように、本実施例にかかるストークスメータによ
れば、被測定試料のストークパラメータSの符号判別
を容易に行なうことができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるスト
ークスメータによれば、光弾性変調手段を有し、しかも
検光子を−3度から3度の範囲の微小角回転可能とする
ことで、被測定試料のストークスパラメータSの符号
判定を容易に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかるストークスメータの
概略構成の説明図である。
【図2】複屈折時のポアンカレ球表示による光学特性図
である。
【図3】二色性のポアンカレ球表示による光学特性図で
ある。
【符号の説明】
10 出光手段 12 受光手段 22 光弾性変調素子 24 検光子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 4/00 - 4/04 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特定方位への直線偏光を出射可能な出光
    手段と、 試料を透過した偏光の位相遅れを制御する光弾性変調素
    子と、−3度から3度の範囲の微小角だけ回転可能に形
    成され偏光状態を検出する検光子と、検光子を通過した
    光を検出する受光器と、を含む受光手段と、前記光弾性変調素子と検光子を特定の回転角の組み合わ
    せに設定して測定を行った後、前記測定で設定された回
    転角から前記検光子を−3度から3度の範囲の微小角だ
    け回転させ、前記微小角がプラスの場合における測定デ
    ータ(A (ω),A (2ω))及び前記微小角がマイナ
    スの場合における測定データ(A (ω),A (2ω))
    を取り込むように制御する制御手段と、 前記制御手段により取り込んだ微小角回転後の前記測定
    データ(A (ω),A (2ω))及び(A (ω),A
    (2ω))と、微小角回転前の測定データ(A (ω),A
    (2ω))を以下の判別式にあてはめストークスパラメ
    ータS 成分の符号を判別する判別手段を備えたこと特
    徴とするストークスメータ。 <判別式> |A (ω)|>|A (ω)|>|A (ω)| 又は |A (2ω)|>|A (2ω)|>|A (2ω)| である場合には、S >0 |A (ω)|<|A (ω)|<|A (ω)| 又は |A (2ω)|<|A (2ω)|<|A (2ω)| である場合には、S <0
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JP3023443B2 (ja) * 1996-11-25 2000-03-21 佐藤 進 液晶セルパラメータ検出方法
US6300954B1 (en) 1997-09-12 2001-10-09 Meiryo Tekunika Kabushiki Kaisha Methods and apparatus for detecting liquid crystal display parameters using stokes parameters
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