JPH0438445A - 高感度自動複屈折測定装置 - Google Patents
高感度自動複屈折測定装置Info
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- JPH0438445A JPH0438445A JP14587090A JP14587090A JPH0438445A JP H0438445 A JPH0438445 A JP H0438445A JP 14587090 A JP14587090 A JP 14587090A JP 14587090 A JP14587090 A JP 14587090A JP H0438445 A JPH0438445 A JP H0438445A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、試料の複屈折を測定する高感度自動複屈折測
定装置に関する。
定装置に関する。
複屈折とは、光が結晶のような異方性媒質に入射すると
２つの屈折光が現れる現象である。最近のオプトエレク
トロニクスの発展により、薄型で歪みが少ない光学部品
の需要が多く、これらの光学部品に対して光弾性法によ
り応用解析を行う場合、測定感度の向上とともに主軸方
向を決定することができる測定装置が望まれていた。
２つの屈折光が現れる現象である。最近のオプトエレク
トロニクスの発展により、薄型で歪みが少ない光学部品
の需要が多く、これらの光学部品に対して光弾性法によ
り応用解析を行う場合、測定感度の向上とともに主軸方
向を決定することができる測定装置が望まれていた。
第４図は、従来の複屈折測定装置を示す。その光学系は
、光源（図示省略）Ｌからの光を直線偏光に変換し、試
料１に照射するための偏光子２と、試料１の透過光の偏
光を検出する検光子３と、光を電気信号に変換する光検
知器４より概略構成されている。
、光源（図示省略）Ｌからの光を直線偏光に変換し、試
料１に照射するための偏光子２と、試料１の透過光の偏
光を検出する検光子３と、光を電気信号に変換する光検
知器４より概略構成されている。
この複屈折測定装置はまた、試料１を光軸と直交する面
において回転させる機構を備え、この機構は、試料１を
微小角回転可能なステップモータ５を有し、試料１の回
転位置は、ステップモータ５に対するパルス数やロータ
リエンコーダ６により検出される。尚、ロータリエンコ
ーダ６がインクリメンタル型である場合には、試料１の
絶対位置を検出するための原点センサが必要となる。
において回転させる機構を備え、この機構は、試料１を
微小角回転可能なステップモータ５を有し、試料１の回
転位置は、ステップモータ５に対するパルス数やロータ
リエンコーダ６により検出される。尚、ロータリエンコ
ーダ６がインクリメンタル型である場合には、試料１の
絶対位置を検出するための原点センサが必要となる。
上記構成において、回転機構により試料１を光軸と直交
する面において３６０度回転させるとともに、光検知器
４により変換された電気信号を増幅器７により増幅した
後、レベルメータ８により読み取られた値が消光値８ａ
から最大位８ｂになる測定点を試料１の進相軸ｆとして
求める。なお、試料１のＳは遅相軸である。
する面において３６０度回転させるとともに、光検知器
４により変換された電気信号を増幅器７により増幅した
後、レベルメータ８により読み取られた値が消光値８ａ
から最大位８ｂになる測定点を試料１の進相軸ｆとして
求める。なお、試料１のＳは遅相軸である。
しかしながら、上記従来の複屈折測定装置では、試料１
を光軸と直交する面において３６０度回転させるので、
機構が複雑になるという問題点があり、また、試料１に
は遠心力や慣性モーメント等の不要な力が印加されるの
で、試料１の進相軸ｆを正確に測定することができない
とう問題点があった。
を光軸と直交する面において３６０度回転させるので、
機構が複雑になるという問題点があり、また、試料１に
は遠心力や慣性モーメント等の不要な力が印加されるの
で、試料１の進相軸ｆを正確に測定することができない
とう問題点があった。
尚、試料１を回転する代わりに、光学系を回転させると
不要な力が試料１に印加されないが、この場合にも光学
系の機構が複雑になる。
不要な力が試料１に印加されないが、この場合にも光学
系の機構が複雑になる。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、簡単な構成で試料の
複屈折を正確に測定することができる複屈折測定装置を
提供することを目的とする。
複屈折を正確に測定することができる複屈折測定装置を
提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、光源からの光を直
線偏光とする偏光子と、前記偏光子からの直線偏光を光
軸間りに回転させ試料に照射する第１のファラデー素子
と、前記試料を透過した光軸を前記第１のファラデー素
子と逆の方向に回転させる第２のファラデー素子と、前
記第２のファラデー素子により回転させられた直線偏光
を検出する検光子を備えたものである。
線偏光とする偏光子と、前記偏光子からの直線偏光を光
軸間りに回転させ試料に照射する第１のファラデー素子
と、前記試料を透過した光軸を前記第１のファラデー素
子と逆の方向に回転させる第２のファラデー素子と、前
記第２のファラデー素子により回転させられた直線偏光
を検出する検光子を備えたものである。
さらに、前記偏光子と第１ファラデー素子との間に、所
定の発振周波数の発振器が発生する電場により内部結晶
に複屈折を誘起させ上記複屈折の位相差を結晶の印加電
圧で変調するポッケルス素子が介在して構成する。
定の発振周波数の発振器が発生する電場により内部結晶
に複屈折を誘起させ上記複屈折の位相差を結晶の印加電
圧で変調するポッケルス素子が介在して構成する。
本発明は上記構成により、試料の複屈折の軸方向を判別
するために、測定光の振動面を第１．第２のファラデー
素子により回転し信号解析を行う。
するために、測定光の振動面を第１．第２のファラデー
素子により回転し信号解析を行う。
したがって、試料を回転させたり、光学系を回転させた
りする必要がなくなる。
りする必要がなくなる。
〔実施例］
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。実施例
の説明に先立って、外力を受けた試料の光学的状態を述
べる。
の説明に先立って、外力を受けた試料の光学的状態を述
べる。
第２図は、外力ｐ （ｐ＋〜Ｐ４）が印加された試料１
５の光学的状態を示し、試料１５に印加される外力ｐは
、応力や電界などの大きさと向きを有するベクトルであ
る。そして、外力Ｐが印加された試料１５に発生する複
屈折現象（ｎ＋ 、ｎｚ ）は、外力ｐの大きさが複屈
折の大きさΔｎ （ｎ。
５の光学的状態を示し、試料１５に印加される外力ｐは
、応力や電界などの大きさと向きを有するベクトルであ
る。そして、外力Ｐが印加された試料１５に発生する複
屈折現象（ｎ＋ 、ｎｚ ）は、外力ｐの大きさが複屈
折の大きさΔｎ （ｎ。
ｎｚ）に対応し、外力ｐの方向が複屈折軸の方向に対応
している。
している。
ここで、複屈折の大きさΔｎは、複屈折軸を透過する際
に発生する光の位相差Δθ、に比例し、Δｎ−λ・Δθ
、／２πｄ・・・・・・（１）の関係式が成立するので
、位相差ΔθＳを測定することにより試料１５の複屈折
Δｎを測定することができる。尚、上式において、λは
入射光の波長、ｄは試料１５の厚さである。
に発生する光の位相差Δθ、に比例し、Δｎ−λ・Δθ
、／２πｄ・・・・・・（１）の関係式が成立するので
、位相差ΔθＳを測定することにより試料１５の複屈折
Δｎを測定することができる。尚、上式において、λは
入射光の波長、ｄは試料１５の厚さである。
従って、本発明の実施例の測定は、複屈折Δｎの測定と
して位相差Δθ、を用いて説明を行うことにする。
して位相差Δθ、を用いて説明を行うことにする。
第１図は、本発明の高感度自動複屈折測定装置に係わる
一実施例の構成図である。
一実施例の構成図である。
第１図において、波長λが１．５２３μｍである光を出
射するＨｅ−Ｎｅレーザ１１の出射光を直線偏光とする
偏光子１２と、偏光子１２により直線偏光された光の感
度を向上するためのポッケルス素子１３が配置されてい
る。ポッケルス素子１３は、発振周波数ｆの発振器２０
がパワーアンプ２１を介して発生する電場により内部結
晶に複屈折を誘起させ、複屈折の位相差Δθ、を結晶の
印加電圧で変調する。
射するＨｅ−Ｎｅレーザ１１の出射光を直線偏光とする
偏光子１２と、偏光子１２により直線偏光された光の感
度を向上するためのポッケルス素子１３が配置されてい
る。ポッケルス素子１３は、発振周波数ｆの発振器２０
がパワーアンプ２１を介して発生する電場により内部結
晶に複屈折を誘起させ、複屈折の位相差Δθ、を結晶の
印加電圧で変調する。
ポッケルス素子１３に続く光路には順次、ポッケルス素
子１３により変調された光の位相状態を保持したまま、
試料１５の複屈折の主軸方向φ。
子１３により変調された光の位相状態を保持したまま、
試料１５の複屈折の主軸方向φ。
の情報を有する変調信号光線の振動面を光学的に角度φ
、だけ回転させるファラデー素子１４と、複屈折が測定
される試料１５と、試料１５の複屈折により変化した光
の位相状態を保持したまま、測定信号光線の振動面を再
度光学的に角度−φ。
、だけ回転させるファラデー素子１４と、複屈折が測定
される試料１５と、試料１５の複屈折により変化した光
の位相状態を保持したまま、測定信号光線の振動面を再
度光学的に角度−φ。
だけ回転させるファラデー素子１６が配置されている。
ここでファラデー素子１４．１６は、同一方向に配置さ
れた２つの巻芯に巻回する巻線の巻回方向を逆向きとし
たコイル１４ａ、１６ａに電流源２２の電流を印加する
ことにより磁場を発生させ、この磁場がＹＩＧ （イツ
トリウム−鉄−ガーネット）のような結晶に印加される
ことにより直線偏光を光軸の回りで回転、すなわち旋光
させる素子である。
れた２つの巻芯に巻回する巻線の巻回方向を逆向きとし
たコイル１４ａ、１６ａに電流源２２の電流を印加する
ことにより磁場を発生させ、この磁場がＹＩＧ （イツ
トリウム−鉄−ガーネット）のような結晶に印加される
ことにより直線偏光を光軸の回りで回転、すなわち旋光
させる素子である。
ファラデー素子１６に続く光路には順次、偏光子１２に
より直線偏光された光を検出するための検光子１７と、
検光子１７により検出された光を電気信号に変換するフ
ォト・マルチプライヤのような光検出器１８が配置され
、光検出器１８により変換された電気信号がロックイン
アンプ１９により増幅されて試料１５の複屈折が測定さ
れる。
より直線偏光された光を検出するための検光子１７と、
検光子１７により検出された光を電気信号に変換するフ
ォト・マルチプライヤのような光検出器１８が配置され
、光検出器１８により変換された電気信号がロックイン
アンプ１９により増幅されて試料１５の複屈折が測定さ
れる。
次に、上記実施例の動作を説明する。
第１図において、試料１５の前段、後段にそれぞれ配置
された偏光子１２、検光子１７は、試料１５により発生
した複屈折の位相差Δθ、と主軸方向φ３を測定するた
めの光学系であり、偏光子１２と検光子１７の透過光軸
を直交させたときの入射光強度Ｉ。に対する透過光強度
Ｉの比は、Ｉ ／ Ｉｏ −ｃｏｓ ” ２φ５−ｓｉ
ｎ（Δθｓ／２）・・・・・・（２） で与えられる。尚、この種の光学系は通常、位相差Δθ
８の測定下限値が約１０−” （ｒａｄ ：ｌであるの
で、光学素子の検査や薄膜中の複屈折などを測定するこ
とが非常に困難である。
された偏光子１２、検光子１７は、試料１５により発生
した複屈折の位相差Δθ、と主軸方向φ３を測定するた
めの光学系であり、偏光子１２と検光子１７の透過光軸
を直交させたときの入射光強度Ｉ。に対する透過光強度
Ｉの比は、Ｉ ／ Ｉｏ −ｃｏｓ ” ２φ５−ｓｉ
ｎ（Δθｓ／２）・・・・・・（２） で与えられる。尚、この種の光学系は通常、位相差Δθ
８の測定下限値が約１０−” （ｒａｄ ：ｌであるの
で、光学素子の検査や薄膜中の複屈折などを測定するこ
とが非常に困難である。
そこで、試料１５の複屈折の位相差Δθ、の測定感度向
上が必要になり、本実施例では、偏光子１２により直線
偏光された光を位相変調する素子としてポッケルス素子
１３が用いられている。
上が必要になり、本実施例では、偏光子１２により直線
偏光された光を位相変調する素子としてポッケルス素子
１３が用いられている。
ポッケルス素子１３とは電場によって結晶に複屈折を誘
起させ、位相差を結晶へかける印加電圧で変調する素子
である。入射光に予め動的な位相差Δθ、（＝Δθ。ｓ
ｉｎωＬ）を与え、この場合のポッケルス素子１３の入
射光強度Ｉ。に対する透過光強度の基本波成分Ｉ、ωの
比１１ω／ ｒ 。
起させ、位相差を結晶へかける印加電圧で変調する素子
である。入射光に予め動的な位相差Δθ、（＝Δθ。ｓ
ｉｎωＬ）を与え、この場合のポッケルス素子１３の入
射光強度Ｉ。に対する透過光強度の基本波成分Ｉ、ωの
比１１ω／ ｒ 。
は、
１ 、 ω／ ｌｏ ＝ｃｏｓ ２φｓ’ｓｊｎ
Δθ。
Δθ。
・Ｊ、 （Δθ、）・・・・・・（３）となる。ここ
で、Ｊ、（Δθ、）は、１次のヘンセル関数である。と
ころが、λ／４板は軸方位φ。
で、Ｊ、（Δθ、）は、１次のヘンセル関数である。と
ころが、λ／４板は軸方位φ。
が既知であり、Δθ、＝π／２の試料であるので、この
λ／４板をφ、−〇として試料の位置に挿入することに
より、 Ｏ となる。しかるに、Δθ。は光弾性変調子の変調幅であ
って、Δθ。＝１３７．８°であるので、Ｊｌ （Δ
θ。） ＝０．５１８ となる。従って、■１ωのレベルを正規化できる。
λ／４板をφ、−〇として試料の位置に挿入することに
より、 Ｏ となる。しかるに、Δθ。は光弾性変調子の変調幅であ
って、Δθ。＝１３７．８°であるので、Ｊｌ （Δ
θ。） ＝０．５１８ となる。従って、■１ωのレベルを正規化できる。
尚、ポッケルス素子１３を配置することにより、位相差
ΔθＳの測定下限値が約１０−３（ｒａｄ ）となり、
測定感度を１桁向上することができる。
ΔθＳの測定下限値が約１０−３（ｒａｄ ）となり、
測定感度を１桁向上することができる。
次に、試料１５の複屈折の主軸方向φ、を光学的に測定
するためのファラデー素子１４．１６の動作を説明する
。
するためのファラデー素子１４．１６の動作を説明する
。
ファラデー素子１４．１６はそれぞれ、前述したように
入射光を、位相状態を保持したまま角度φＦ、−φＦだ
け回転させる旋光素子であるので、従来例のように試料
を回転させる代りに、試料を静止させて光学系を回転さ
せる動作ができる。
入射光を、位相状態を保持したまま角度φＦ、−φＦだ
け回転させる旋光素子であるので、従来例のように試料
を回転させる代りに、試料を静止させて光学系を回転さ
せる動作ができる。
ここで、ファラデー素子１４．１６の各入射光強度Ｉ。
に対する透過光強度の基本波成分１１ωの比Ｆは、
ＦＢＩω＋／Ｉ。
＝ｃｏｓ ２ （φＦ ＋φｓ）・ｓｉｎ Δθ
。
。
・ Ｊｌ （Δθ、）・・・・・・（４）である。尚
、この式において未知数（φ８、Δθ、）にょう比Ｆを
直接束めることができないが、回転角φ、を制御して２
ケ所の回転位置φＦ＋＋ φＦ２における比Ｆ＋、Ｆ
ｚを予め測定することによりＦ ｒ ＝ｃｏｓ ２ （
φ２．＋φ、）・ｓｉｎΔθ、Ｊｌ （ΔθＤ） Ｆｚ ＝ｃｏｓ ２ （φＦ２＋φ、）・ｓｉｎΔθｓ
Ｊ＋（Δθ、） となり、未知数（φ８．Δθ、）を求めることができる
。
、この式において未知数（φ８、Δθ、）にょう比Ｆを
直接束めることができないが、回転角φ、を制御して２
ケ所の回転位置φＦ＋＋ φＦ２における比Ｆ＋、Ｆ
ｚを予め測定することによりＦ ｒ ＝ｃｏｓ ２ （
φ２．＋φ、）・ｓｉｎΔθ、Ｊｌ （ΔθＤ） Ｆｚ ＝ｃｏｓ ２ （φＦ２＋φ、）・ｓｉｎΔθｓ
Ｊ＋（Δθ、） となり、未知数（φ８．Δθ、）を求めることができる
。
第３図（ａ）（ｂ）はそれぞれ、このときの旋光角φＦ
Ｉ＋ φＦ２において試料１５を透過した光の状態を
示す。ここで、測定感度を最も向上させるために、１φ
Ｆ１−φｒｚｌ＝４５°を選択すると、となり、したが
って、式（１）により試料１５の複屈折Δｎと主軸方向
φ、を測定することができる。
Ｉ＋ φＦ２において試料１５を透過した光の状態を
示す。ここで、測定感度を最も向上させるために、１φ
Ｆ１−φｒｚｌ＝４５°を選択すると、となり、したが
って、式（１）により試料１５の複屈折Δｎと主軸方向
φ、を測定することができる。
以上説明したように本発明は、試料の複屈折の軸方向に
よって与えられる光の振動面が第１．第２のファラデー
素子により回転するので、試料を回転させたり、光学系
を回転する必要がなくなり、したがって、簡単な構成で
試料の複屈折を正確に測定することができる外に、ポッ
ケルス素子の仕様により高感度に測定することができる
。
よって与えられる光の振動面が第１．第２のファラデー
素子により回転するので、試料を回転させたり、光学系
を回転する必要がなくなり、したがって、簡単な構成で
試料の複屈折を正確に測定することができる外に、ポッ
ケルス素子の仕様により高感度に測定することができる
。
第１図は、本発明に係る複屈折測定装置の一実施例を示
す構成図、第２図は、外力が印加された試料の光学的状
態を示す説明図、第３図は、第１図のファラデー素子の
動作を示す説明図、第４図は、従来の複屈折測定装置を
示す構成図である。 １ｌ−Ｈｅ−Ｎｅレーザ、 １２・・・偏光子、 １３・・・ポッケルス素子、 １４．１６・・・ファラデー素子、 １５・・・試料、 １７・・・検光子。 第２図 第３図 （ａン施光角φＦ、のとき Ｃｂ）飾光角φ２□のとき 第４図
す構成図、第２図は、外力が印加された試料の光学的状
態を示す説明図、第３図は、第１図のファラデー素子の
動作を示す説明図、第４図は、従来の複屈折測定装置を
示す構成図である。 １ｌ−Ｈｅ−Ｎｅレーザ、 １２・・・偏光子、 １３・・・ポッケルス素子、 １４．１６・・・ファラデー素子、 １５・・・試料、 １７・・・検光子。 第２図 第３図 （ａン施光角φＦ、のとき Ｃｂ）飾光角φ２□のとき 第４図
Claims (2)
- （１）光源からの光を直線偏光とする偏光子と、前記偏
光子からの直線偏光を光軸回りに回転させ試料に照射さ
せる第１のファラデー素子と、前記試料を透過した光軸
を前記第１のファラデー素子と逆の方向に回転させる第
２のファラデー素子と、 前記第２のファラデー素子により回転させられた直線偏
光を検出する検光子を有することを特徴とする高感度自
動複屈折測定装置。 - （２）前記偏光子と前記第１ファラデー素子との間に、
所定の発振周波数の発振器が発生する電場により内部結
晶に複屈折を誘起させ上記複屈折の位相差を結晶の印加
電圧で変調するポッケルス素子が介在して構成すること
を特徴とする第１請求項記載の高感度自動複屈折測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14587090A JP2698935B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 高感度自動複屈折測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14587090A JP2698935B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 高感度自動複屈折測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0438445A true JPH0438445A (ja) | 1992-02-07 |
| JP2698935B2 JP2698935B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15394961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14587090A Expired - Lifetime JP2698935B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 高感度自動複屈折測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2698935B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2010100766A1 (ja) * | 2009-03-04 | 2012-09-06 | 株式会社グローバルファイバオプティックス | 旋光測定装置および旋光測定方法 |
| JP2014194352A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 一軸結晶からなる単結晶基板の面方位測定方法、及びこれに用いる面方位測定装置 |
-
1990
- 1990-06-04 JP JP14587090A patent/JP2698935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2010100766A1 (ja) * | 2009-03-04 | 2012-09-06 | 株式会社グローバルファイバオプティックス | 旋光測定装置および旋光測定方法 |
| JP2014194352A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 一軸結晶からなる単結晶基板の面方位測定方法、及びこれに用いる面方位測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2698935B2 (ja) | 1998-01-19 |
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