JPH0531931B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は偏光干渉計に係り、特にフーリエ分光
などの数学的処理に好適な差動形偏光干渉計に関
する。

〔発明の背景〕

従来の偏光干渉計は特公昭54−36515号公報記
載の如く、ウオラストンプリズムの代りにバビネ
ソレイユ補正板を用い、光軸上の一点で検出して
いる。このため、干渉図形信号の湾曲は避けられ
るが、光路差の走査に補正板の機械的直線運動が
必要となる。一方、最近の偏光干渉計は特開昭59
−105508号公報に記載の如く、可動部分の無い波
面傾斜形の偏光干渉計が提案されているが、光量
の光路差軸上の変動については配慮されていな
い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、空間的な光量の変動分を除去
し得る差動形偏光干渉計を提供することにある。

〔発明の概要〕

偏光干渉計に於ては、２個の偏光子の偏光面を
平行に配置するか直交させて配置するかにより、
干渉図形の主極大の極性が湾曲した光量レベルか
ら上に凸又は下に凸となる。本発明は、両者の場
合の光量レベルが共に、中央部が上に凸である事
から、両者の差信号では干渉信号は倍となり、光
量レベルは打消し合つて零になる点に鑑みてなさ
れたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。被測定光源１０から出た光線１１は、偏光軸
１６を有する偏光板１５に入射する。偏光板１５
により偏光面が偏光軸１６に平行となつた光線
は、ウオラストンプリズム２０に入射する。ウオ
ラストンプリズム２０は結晶軸２１，２２が互に
直交する２個の複屈折性（例えば水晶など）のプ
リズム２５，２６を接合して作られており、各プ
リズム中の屈折率は入射光線の偏光方向により異
なるから、ウオラストンプリズム２０を通過する
光線の中心光軸の位置により、ウオラストンプリ
ズム中の光学的距離が異なつて来る。この事は換
言すると、プリズム２５と２６との接合面での屈
折率の比が、偏光軸が結晶軸２１に平行な光線
と、結晶軸２２に平行な光線では１以上と１以下
となるから、一方の光線は例えば左方向に微か屈
折し、他方の光線は右方向に屈折する。従つて、
偏光板１５の偏光軸１６を結晶軸２１（又は２
２）に対し45゜傾けておけば、ウオラストンプリ
ズム２０中には、各結晶軸２１，２２に平行な２
光線成分（振幅は45゜偏光光線の各１／√２）が
生じ、プリズム２５，２６の接合面付近から互に
傾斜した、２個の波面を形成する事になる。

この２個の傾斜波面が、結晶軸に対し45゜の偏
光軸３６を有する第２の偏光板（検光子とも云
う）３５を通過すると、夫々の波面に対し共通の
偏光成分を与える事となり、干渉現象を起す。こ
の時現われる干渉縞はいわゆる等厚干渉縞であつ
て、波面が分離したウオラストンプリズム２０の
接合面附近に観測されるから、結像レンズ４０に
依つて、１次元撮像素子５０の受光面に水平方向
５１に並んだ干渉縞５２として結像される。１次
元撮像素子としてはMOS型又はCCD（電荷結合素
子）型のフオトダイオードアレイ（PDA）が適
当であるが、イメージデイセクタチユーブなどで
あつても何等かわらない。

第３図に波面傾斜形偏光干渉計を用いて得られ
た干渉信号の強度を示す。横軸は空間的距離すな
わち、干渉計の光路差に対応する値であつて、光
電検出手段により時間的な走査軸となる。

同図ａは偏光板１５と偏光板３５の偏光軸が平
行の時の出力であり、空間的に広がつた像の光量
が周辺部で低下する結果、湾曲したベースライン
１０１を有する干渉信号となり、このままでは正
しい干渉図形とは云えず、フーリエ変換等のデー
タ処理ができない。

一方同図ｂは２個の偏光板の偏光軸を直交させ
た場合の干渉信号であつて、ａ同様の湾曲したベ
ースライン１０２を有しているが、主極大のピー
ク１１５はａのピーク１０５とは極性が逆であ
る。従つて、この２個の干渉信号１０５，１１５
の差を検出すれば、同図ｃのベースライン１０３
の様に直線状に補正され、正確な干渉図形１１０
を得ることができる。

第１図における偏光板４５は偏光軸１６に対し
直交した偏光軸４６を有し、偏光板スライダ３０
を矢印３１の方向に移動すれば、第２の偏光板の
偏光軸を90゜回転させる事ができる。

最初、偏光板３５が光路中に挿入された状態で
クロツク発生源５５からの駆動信号５６で、フオ
トダイオードアレイ５０を電子的に走査させ、順
次読出されたビデオ信号５９を増幅器６０で増幅
及びサンプルホールドし、Ａ−Ｄ変換器７０でデ
イジタル値７９として、デイジタルメモリ８５に
順次記憶させる。この時記憶されたデータは第３
図ａの信号１０５に相当する。

次に、偏光板スライダ３０の移動３１により、
偏光軸を３６から４６に切替え、最初と同様に干
渉縞５２に対するビデオ信号５９を増幅器６０、
Ａ−Ｄ変換器７０を経て、デイジタル値７９′と
して減算器９０に入力し、同時にクロツク発生源
５５に同期して、記憶データ８９が読み出され減
算器９０のもう一つの入力となる。従つて、減算
器の出力９５には、第３図ｃに相当する差信号が
現われ、正確な干渉図形１１０となる。

又、これ等８５，９０は１個の記憶演算装置８
０で全てを行う事が出来る。

第２図は、第２の偏光板を回転させる他の実施
例を示したもので、同図ａは２個の偏光板３５′，
４５′を固定した回転板６５を、中心光軸から離
れた回転ピン６２を中心に適当角旋回６１して光
路に入る偏光板を切替える。この時２個の偏光板
の偏光軸が、旋回６１によつて丁度90゜異なる様
に設定されねばならない。

同図ｂは、光路中に置かれた１個の偏光板４
５″を回転輪６６の中央に固定し、この回転輪６
６を接触等で駆動輪６７の回転６８で90゜回転さ
せる。回転輪６６を保持する２個のプーリ４８を
備えている。更に、公知技術で以つて、２個の停
止位置検出手段が利用される事は云うまでもな
い。

第２図の実施例は各種のモータや、回転ソレノ
イドを用いて比較的簡便に所期の目的を達成する
事ができる。

第４図は、本発明の他の一実施例であつて、偏
光軸の回転のための機械的可動部分を含まないも
のである。第１図の偏光板スライダ３０又はこれ
に相当する第２図の様な可動部材が無い代りに、
第４図の結像レンズ４０の後に２個の偏光板３
５，４５が上下に並置され、その背後に２個のフ
オト・ダイオートアレイ検知器５０，５７が上下
に並置されている。ここで上下方向と云うのは、
第１図、第４図の如くウオラストンプリズムの接
合面が上下方向に伸び、等厚干渉縞５２が水平方
向５１に出来る場合の垂直方向の事である。

クロツク源５５からの同一の駆動信号５６を得
て、検知器５０，５７は同時に走査され、２個の
ビデオ信号はそれぞれ増幅器６０，８６で増幅及
びサンプルホールドされ、干渉信号１０１，１０
２となつて演算増幅器８８の差動入力に印加され
る。演算増幅器８８では、２信号１０１，１０２
の差をアナログ演算して干渉図形信号１０３（第
３図のグラフに対応）を出力する。この時両干渉
信号の零光路差の位相が一致する様に、同じ素子
位置（ビツト番号とも云う）となる様に検知器の
固定位置を調整する必要があり、或いは、駆動信
号５６の一方に、検知器の空間ずれを補償する時
間的遅延回路５８を設ける必要がある。

勿も、光電検出手段が２次元的撮像カメラであ
る場合はこの必要は無い。

次に第４図の方式で、第１図同様等厚干渉縞が
得られる理由を説明する。

ウオラストンプリズム２０を出た互に偏光軸の
直交する２個の光束は、傾斜した２個の波面を生
み出し、結像レンズ４０に入射する。ウオラスト
ンプリズム２０の内部には干渉縞は観測されない
が、干渉を生ずる条件が満たされた際に観測され
る干渉縞を生み出す２個の傾斜波面は存在してい
るのである。

結像レンズ４０の働きは、ウオラストンプリズ
ム２０内の干渉縞像を、検知器５０，５７の感光
面に実像を結像させるものであり、干渉縞像を生
み出す原因となる２波面を収斂する２個の球面波
に変換するものである。従つて実際に干渉縞像が
観測されていなくても、干渉していない２個の球
面波として検知器に向つて収斂し、検知器の直前
に置かれた偏光板３５又は４５に依つて、両波面
内の共通偏光成分に干渉が生じ、受光面と第１図
の干渉縞５２と同じものが結像する事になる。

結像レンズ４０が偏光板の間に存在する時、レ
ンズ４０による収差が問題となるが、この収差は
必ず存在するが少なく共、直交する偏光に対して
全く同様に寄与する。偏光に依つて変るのは光学
的異方性部材例えば複屈性結晶等を用いた時のみ
であり、一般の写真用レンズにはその様な特性は
持つていない。従つて空間を伝播する間に、途中
のレンズで干渉光路差が漂動する事は無く、実像
となつた時の像の歪として現われるのであり、こ
れは第２偏光板（３５又は４５）の位置に関係せ
ず存在するものである。

第５図は光電検出手段としてイメージデイセク
タチユーブ１５０を用いたもので、受光面１５５
の前面に偏光軸が互に直交する２枚の偏光膜３
５，４５をはり付けたものである。光電検出手段
はこの他に２次元半導体撮像素子や、チヤネルト
ロン等も使用できる。

第６図は、第４図の検出手段を完全２重制にし
たもので、２個のフオトダイオードアレイ検知器
５０，５７、増幅器６０，８６、Ａ−Ｄ変換器７
０，７５、記憶演算処理装置８０とからなり、デ
イジタル的に差演算を行うもので、両検知器によ
る零光路差位置はデイジタル的に検出補正できる
ので、アナログ的な位置調整やクロツク信号遅延
回路は不要となる。

又、検知器の素子毎の感度のバラツキの補正な
ども、両検知器感度を予め記憶して置けば容易に
達成可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば光路差走査に可動部分のない、
波面傾斜形の偏光干渉計に特有の、空間位置にお
ける光量の減小を補正し、正しい干渉図形が得ら
れるので、フーリエ分光装置までの性能を向上さ
せることができる。

更に差動方式の為、共通モードの検知器感度特
性、雑音特性などは互に打消し合つて信号のみ２
倍に増大するのでＳ／Ｎ比が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
第１図に使用する偏光板回転手段の他の説明図、
第３図は本発明によつて得られる干渉信号の説明
図、第４図は本発明の他の実施例の構成図、第５
図は光電検出手段の他の実施例図、第６図は第４
図の検出手段の他の例を示す構成図である。 １０…被測定光源、１５，３５…偏光板、２０
…ウオラストンプリズム、２５，２６…プリズ
ム、４０…結像レンズ、５０…一次元撮像素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ウオラストンプリズムおよび干渉縞検出器を
   備えた偏光干渉計において、上記ウオラストンプ
   リズムの光入射側には、上記ウオラストンプリズ
   ムの結晶軸に対して傾角が45度の偏光軸を有する
   偏光板を備えた第１の偏光装置を配置し、上記ウ
   オラストンプリズムの光出射側と上記干渉縞検出
   器の間には、上記第１の偏光装置の偏光板の偏光
   軸に対し並行な偏光軸を持つた偏光子およびこの
   偏光子とは偏光軸が90度回転した状態の偏光子か
   らなる偏光子対を備えた第２の偏光装置を配置
   し、上記偏光子対の内の一方から得られた光に基
   づく干渉信号と上記偏光子対の内の他方から得ら
   れた光に基づく干渉信号の差を演算して干渉図形
   信号を出力する記憶演算装置を設けたことを特徴
   とする差動形偏光干渉計。