JPH05172643A - 偏光度測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光の状態が一様ではない面状の被測定光の
偏光状態を容易に測定する。 【構成】 アナライザ11の光透過孔111 〜114 のそれぞ
れに偏光角度が異なる偏光子および位相子を取り付け、
光透過孔111 〜114 を透過する被測定光10を撮像素子14
を用いて撮像する。そして撮像出力に基づき、コヒーレ
ンス行列をコヒーレンス行列演算部19によって演算さ
せ、演算されたコヒーレンス行列に基づき、偏光状態を
示すパラメータをパラメータ演算部20により演算させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光状態が一様ではな
い面状の被測定光の偏光状態を測定する偏光度測定器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定光の偏光状態を測定するため従来
において用いられている装置は、偏光子と位相子との偏
光角度を回転させることが可能なアナライザに被測定光
を透過させ、アナライザを透過する被測定光の強度を、
設定された角度に偏光子および位相子を位置させる毎に
測定し、測定された被測定光の強度に基づいて偏光状態
を示すコヒーレンス行列の演算を行っている。そして演
算されたコヒーレンス行列を基として、このコヒーレン
ス行列により示される楕円（その特別の形状である円お
よび線分を含む）を、被測定光の偏光状態を示す画像と
して表示する構成となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記装置は、光軸上の
被測定光に対してのみ、その偏光状態を測定する構成と
なっていることから、偏光状態が一様ではない面状の被
測定光の偏光状態を測定しようとする場合には、測定側
の光軸を被測定光の面内において連続的に移動させつ
つ、僅かな移動のたび毎に偏光状態を測定しなければな
らない。そのため偏光が一様ではない面状の被測定光の
偏光状態を詳細に測定しようとする場合には多大な労力
を要することとなり、同時に習熟した技術をも要求され
ることから、実用上では、上記装置は、偏光が一様であ
る被測定光の測定に用いられるにすぎず、偏光が一様で
はない面状の被測定光の偏光状態の測定には、その適用
が困難であるという問題を抱えていた。本発明は上記課
題を解決するため創案されたものであり、その目的は、
偏光が一様ではない面状の被測定光の偏光状態を容易に
測定することのできる偏光度測定器を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の偏光度測定器は、被測定光の光路に設けられ、
コヒーレンス行列の算出に必要とする複数の角度のそれ
ぞれの角度毎の偏光子とこの偏光子に重ね合わされる位
相子とが取り付けられたアナライザと、このアナライザ
を透過した被測定光の強度分布を撮像する撮像素子と、
アナライザに取り付けられた偏光子の複数の角度のそれ
ぞれの角度毎に撮像素子より送出される撮像出力に基づ
き、撮像された被測定光の任意の個所のコヒーレンス行
列を算出するコヒーレンス行列算出部と、このコヒーレ
ンス行列演算部によって演算されたコヒーレンス行列に
基づき、偏光状態を示すパラメータの演算を行うパラメ
ータ演算部とを備えた構成を採用する。

【０００５】

【作用】アナライザに取り付けられた偏光子の複数の角
度のそれぞれの角度毎に撮像素子より送出される撮像出
力は、被測定光の全ての任意の位置（撮像素子の解像度
によって限定される）のコヒーレンス行列の演算の基と
なるデータ郡であることから、コヒーレンス行列演算部
を用いることによって、被測定光の任意の位置のコヒー
レンス行列を演算する。つまり多くの位置のコヒーレン
ス行列を演算した場合には、面における被測定光の偏光
状態を示すコヒーレンス行列となる。そして演算された
コヒーレンス行列から偏光状態を示すパラメータを、パ
ラメータ演算部を用いることによって算出する。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しつつ説明する。

【０００７】図１は、本発明の一実施例の光学系の構成
の概略、およびブロックにより電気的構成を示す説明図
である。

【０００８】図において、45度の角度毎の４つの光透過
孔111 〜114 が形成されたアナライザ11は、ステッピン
グモータ154 によって回転する回転軸151 の先端部に取
り付けられており、回転軸151 のステッピングモータ15
4 寄りには、スリット155 が形成された円板15が固定さ
れている。

【０００９】また回転軸151 の下方に光透過孔114 が位
置したとき、この光透過孔114 の中心を通る光軸101 に
沿っては、前方側から、撮像レンズ13、波長フィルタ12
が設けられており、同光軸101 上であってアナライザ11
の後方には撮像素子14が設けられている。

【００１０】撮像素子14の出力である撮像出力は、Ａ／
Ｄ変換器16を介して暗電流補正部17に導かれており、暗
電流補正部17の出力は画像メモリ18に与えられている。
そして画像メモリ18の出力はコヒーレンス行列演算部19
に送出され、コヒーレンス行列演算部19からの出力はパ
ラメータ演算部20に導入されている。

【００１１】円板15を挟んだ両側であって、回転軸151
の下方には、スリット155 を検出するためのフォトイン
タラプタを構成する発光素子153 と受光素子152 とが設
けられていて、発光素子153 には角度制御部22の出力が
与えられ、受光素子152 の出力は角度制御部22に導かれ
ている。またステッピングモータ154 には角度制御部22
からの出力が導かれており、表示部21にはパラメータ演
算部20の出力が与えられている。

【００１２】以上の構成において、撮像素子14にはＣＣ
Ｄ撮像素子が用いられている。また暗電流補正部17、コ
ヒーレンス行列演算部19、およびパラメータ演算部20
は、マイクロコンピュータによって実行されるソフトウ
エアを主要部とする構成となっている。

【００１３】図２は、アナライザ11の詳細な構成を示す
説明図である。

【００１４】アナライザ11は、光透過孔111 〜114 が形
成された円板状の遮光板116 に、その外形が遮光板116
と同一の外径を有し、かつ矢印Ａによりその偏光の方向
が示される円形の偏光子を貼り付けた構成となってお
り、光透過孔114 には、矢印Ｂによってその位相の方向
が示される正方形の位相子35が設けられている。

【００１５】つまり光透過孔111 〜113 を透過する被測
定光は、それぞれの光透過孔111 〜113 に位置する偏光
子31〜33のみを透過し、光透過孔114 を透過する被測定
光は、偏光子34と位相子35との双方を透過する構成とな
っている。

【００１６】そのため、光透過孔111 〜114 が被測定光
の光路に位置したときの偏光子31〜34の偏光の角度およ
び位相子35の位相の角度は、水平方向を０度とし、反時
計方向に回転したときに角度が増加するものとすると、
図３に示すように、偏光子31では90度、偏光子32では45
度、偏光子33では０度、偏光子34では−45度となってお
り、位相子35のそれは90度となっている。

【００１７】以上の構成からなる本発明の一実施例の動
作について以下に説明する。

【００１８】角度制御部22は、ステッピングモータ154
の制御を行うことによって、アナライザ11およびアナラ
イザ11に同軸に取り付けられた円板15を回転させ、円板
15に形成されたスリット155 が、発光素子153 と受光素
子152 とからなるフォトイタラプタによって検出された
ときには、遮光部115 が測定位置に位置しているとし
て、ステッピングモータ154 の回転を停止させる。

【００１９】このとき撮像素子14より送出される撮像出
力は、撮像素子14の暗電流を示す撮像出力となることか
ら、この撮像出力を、Ａ／Ｄ変換器16を介して暗電流補
正部17に導くことにより、撮像素子14が発生するノイズ
である暗電流値を暗電流補正部17に記憶させる。

【００２０】この暗電流値の記憶動作が終了したときに
は、角度制御部22によってアナライザ11を反時計方向に
45度回転させ、光透過孔114 の中心を光軸101 に位置さ
せる。このとき、面状の被測定光10は、撮像レンズ13を
透過することによって平行光線となり、波長フィルタ12
を透過する。そして波長フィルタ12によって不必要な波
長成分が取り除かれ、光透過孔114 を透過して撮像素子
14に導かれる。

【００２１】つまり撮像素子14は、偏光子34と位相子35
とを透過した被測定光の撮像を行うこととなり、撮像結
果を撮像出力としてＡ／Ｄ変換器16に送出する。そして
Ａ／Ｄ変換器16によりＡ／Ｄ変換された撮像出力は、暗
電流の誤差を取り除くために暗電流補正部17において補
正され、画像メモリ18に導かれて記憶される。

【００２２】上記動作が終了したときには、角度制御部
22は、反時計方向にアナライザ11を再び45度回転させ、
光透過孔113 を光軸101 に位置させる。この状態におい
て上記と同様の動作が繰り返され、光透過孔113(偏光子
33) を透過した被測定光10の強度を示す撮像出力が画像
メモリ18に記憶される (暗電流の補正が行われた後の撮
像出力が記憶される）。そして後には、アナライザ11の
再度の45度の回転と撮像出力の画像メモリ18への記憶が
２回繰り返される。

【００２３】以上の動作によって、画像メモリ18には、
光透過孔111 〜114 （偏光子31〜33、偏光子34と位相子
35) のそれぞれを透過した被測定光10の各強度を示す４
種の撮像出力が記憶されることになる。

【００２４】そして後、アナライザ11をさらに45度回転
させることによって遮光部117 を光軸101 に位置させ、
再度暗電流を暗電流補正部17に記憶させる。続いてアナ
ライザ11を、それまでの回転方向と逆方向の時計方向に
45度づつ回転させ、その45度の回転のたび毎に、新たに
記憶された暗電流に基づいて補正された撮像出力を画像
メモリ18に記憶させる。

【００２５】上記動作の結果として、画像メモリ18に
は、各光透過孔111 〜114 のそれぞれ毎に２画面の、計
８画面の撮像出力が記憶されることとなる。

【００２６】コヒーレンス行列演算部19は、各光透過孔
111 〜114 の各々毎の２画面分の撮像出力を、各撮像ド
ット毎に加算し、光透過孔111 〜114 のそれぞれ毎に１
つの画面を示す撮像出力を演算する。つまり２回の撮像
データである撮像出力の平均値を演算する。

【００２７】図４は、上記演算により算出された４画面
分の撮像データを示しており、撮像データ41は光透過孔
111 に対応し、撮像データ42は光透過孔112 に対応、撮
像データ43は光透過孔113 に、撮像データ44は光透過孔
114 のそれぞれに対応している。

【００２８】つまり撮像データ41は、偏光子の角度が90
度、位相子の角度が0 度であるときの被測定光10の偏光
状態の分布を示すデータ、撮像データ42は、偏光子の角
度が45度、位相子の角度が0 度のときのそれ、43は偏光
子と位相子との角度が共に0度、44は、偏光子の角度が
−45度、位相子35の角度が90度の場合の各データとなっ
ている。

【００２９】一方、偏光子の角度をθ、位相子の角度を
φとし、これらの偏光子および位相子を透過した後の被
測定光10の光の強度をＩ（θ、φ）として示すとする
と、強度は数１として与えられることから、コヒーレン
ス行列演算部19は、４画面に共通の撮像位置45の光強度
を示す４つのデータに基づき、数２で示されるコヒーレ
ンス行列の演算を行う (但し、数３が成立するものとす
る) 。

【００３０】

【数１】

【００３１】

【数２】

【００３２】

【数３】Ｊ_xy＝Ｊ_yx ^*

【００３３】上記方法により演算されたコヒーレンス行
列はパラメータ演算部に送出されることから、パラメー
タ演算部20は、演算されたコヒーレンス行列に基づき、
その演算方法が既知である算出式に従って、偏光状態を
示す各種のパラメータを演算する。

【００３４】そして表示部21における表示として、パラ
メータ表示が要求されているときには、算出されたパラ
メータ値を表示部21に送出することにより、その表示を
行わせる。また表示として、偏光状態を示す楕円の表示
が要求されているときには、演算されたパラメータに対
応する楕円を算出し、その楕円を示すデータを表示部21
に送出することによって、表示部21に偏光状態を示す楕
円を表示させる。

【００３５】以上の動作は、撮像位置45に対応する動作
であって、コヒーレンス行列演算部19は、その後、その
他の撮像位置の撮像データに対して同様の動作を繰り返
すことにより、面の全ての撮像位置におけるコヒーレン
ス行列の演算を行う。またパラメータ演算部20は、与え
られたコヒーレンス行列の各々に対応して偏光状態を示
すパラメータを演算する。そのため被測定光10の面にお
ける偏光状態の分布がパラメータとして演算されること
になる。

【００３６】そしてこれらのパラメータを表示したと
き、またはこれらのパラメータに対応する楕円を表示し
たときには、被測定光10の面における偏光状態が表示さ
れることになる。

【００３７】なお本発明は上記実施例に限定されず、ア
ナライザ11の各光透過孔111 〜114に設けられた偏光子3
1〜34については、各偏光子31〜34を、その偏光の方向
が矢印Ａにより示される共通の偏光子により構成した場
合について説明したが、その他の構成として、例えば図
５に示すように、72度の角度毎の光透過孔111a〜114aを
遮光板11a に形成し、それぞれの光透過孔111a〜114a
に、各々に単独の偏光子(その偏光の方向を矢印331a〜3
41aにより示す) を設けた構成( 位相子を35a によって
示し、その位相の方向を矢印351aにより示す) 等とする
ことが可能である(ただしこの場合には、アナライザ11a
は72度毎の回転を行う) 。

【００３８】また撮像レンズ13とアナライザ11との位置
関係については、アナライザ11を透過する被測定光10が
平行光線となるようにするため、アナライザ11の前方に
撮像レンズ13を設けた場合について説明したが、アナラ
イザ11を透過するときの被測定光が平行となるようにす
るため、被測定光の光源の状態に応じて、例えば図６
(a) に示すように、撮像レンズ13を省略した構成、ある
いはアナライザ11の後方に撮像レンズ13a を設けた構
成、あるいはアナライザ11の両側に撮像レンズ13b、13c
を設けた構成等とすることが可能である。

【００３９】また本発明の適用範囲については、図７に
示すように、偏光状態が完全偏光である既知の光源61か
らの光を被測定対象62に透過させ、透過された光を、本
発明の偏光度解析器63を用いて解析することにより、被
測定対象の光学的性質の解析を行う装置とすることが可
能である。

【００４０】また図８に示すように、表示部21に、複数
の測定位置の偏光状態を示す楕円（その特別の場合であ
る円、および線分を含む）66を同時表示させることによ
り、被測定光67の偏光状態の分布を表示させる構成とす
ることが可能である（ブロック65は、図１に示す実施例
のうち、表示部21を除いたその他の部分を示してい
る）。

【００４１】また図９に示すように、直線偏光のレーザ
光源等のような、偏光状態が既知である光源68からの光
を散乱体69に照射し、散乱した光の偏光状態の分布を、
本発明の偏光度解析器70を用いて表示することにより、
散乱体69の散乱の解析を行う装置とすることが可能であ
る。

【００４２】また図10に示すように、偏光状態が既知の
光源71からの光をビームエクスパンダ72に透過させた
後、液晶73に透過させ、本発明の偏光度解析器74を用い
て透過させた光の偏光状態の分布を表示することによ
り、液晶73の動作の解析を行う装置とすることが可能で
ある (信号原75からの信号が液晶73に与えられた場合の
偏光状態の分布の表示を図11(b) に示し、信号原75から
の信号が液晶73に与えられない場合の偏光状態の分布の
表示を図11(a) に示す) 。

【００４３】またビームエクスパンダ76を透過した既知
光源75からの光を、光弾性効果を示す被測定対象77に透
過させ、被測定対象77に力F を加えた状態において、透
過した光の偏光状態分布を、本発明の偏光度解析器78を
用いて表示させると、偏光状態の分布が、偏光の方向を
も含む表示となることから、被測定対象77の光弾性効果
の詳細な解析器とすることが可能である (その表示を図
13に示す) 。

【００４４】

【発明の効果】本発明の偏光度測定器は、アナライザに
取り付けられた偏光子の複数の角度のそれぞれの角度毎
に撮像素子より送出され、被測定光の全ての任意の位置
のコヒーレンス行列の演算の基となるデータ郡である撮
像出力に基づいて、複数の撮像位置に対応するコヒーレ
ンス行列をコヒーレンス行列演算部において演算させて
おり、演算されたコヒーレンス行列に基づき、パラメー
タ演算部によって偏光状態を示すパラメータを演算させ
ているため、演算されたパラメータは、面における被測
定光の偏光状態を示すパラメータとなるため、偏光の状
態が一様ではない面状の被測定光の偏光状態を容易に測
定することが可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光学系の構成の概略、およ
びブロックにより電気的構成を示す説明図である。

【図２】アナライザの詳細な構成を示す説明図である。

【図３】光軸に位置するときの偏光子の偏光方向および
位相子の位相方向を示す説明図である。

【図４】画像メモリに記憶された撮像出力を示す説明図
である。

【図５】アナライザの第２の実施例を示す説明図であ
る。

【図６】撮像レンズとアナライザと撮像素子との位置関
係を示す説明図である。

【図７】偏光状態が既知である光源を用いて被測定対象
の解析を行う装置とした場合の構成を示す説明図であ
る。

【図８】本実施例を面偏光度解析器として用いた場合の
表示を示す説明図である。

【図９】偏光状態が既知である光源を用いて散乱の解析
を行う装置とした場合の構成を示す説明図である。

【図１０】偏光状態が既知である光源を用いて液晶の解
析を行う装置とした場合の構成を示す説明図である。

【図１１】図１０に示す装置とした場合の表示画面の概
略を示す説明図である。

【図１２】偏光状態が既知である光源を用いて光弾性効
果の解析を行う装置とした場合の構成を示す説明図であ
る。

【図１３】図１２に示す装置とした場合の表示画面の概
略を示す説明図である。

【符号の説明】

10 被測定光 11 アナライザ 14 撮像素子 19 コヒーレンス行列演算部 20 パラメータ演算部 31〜34 偏光子 35 位相子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光の光路に設けられ、コヒーレン
   ス行列の算出に必要とする複数の角度のそれぞれの角度
   毎の偏光子とこの偏光子に重ね合わされる位相子とが取
   り付けられたアナライザと、 このアナライザを透過した前記被測定光の強度分布を撮
   像する撮像素子と、 前記アナライザに取り付けられた前記偏光子の複数の角
   度のそれぞれの角度毎に前記撮像素子より送出される撮
   像出力に基づき、撮像された被測定光の任意の個所のコ
   ヒーレンス行列を算出するコヒーレンス行列算出部と、 このコヒーレンス行列演算部によって演算されたコヒー
   レンス行列に基づき、偏光状態を示すパラメータの演算
   を行うパラメータ演算部とを備えたことを特徴とする偏
   光度測定器。