JPH06147984A - 偏光計測方法 - Google Patents
偏光計測方法Info
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- JPH06147984A JPH06147984A JP30010592A JP30010592A JPH06147984A JP H06147984 A JPH06147984 A JP H06147984A JP 30010592 A JP30010592 A JP 30010592A JP 30010592 A JP30010592 A JP 30010592A JP H06147984 A JPH06147984 A JP H06147984A
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- sample
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 時間的にも空間的にも１つの観測面の光強度
を測定することにより偏光状態の時空間分布を測定する
方法を提供する。 【構成】 レーザ１０を出射した光は、レンズＬ１，ピ
ンホールＰＨ、レンズＬ２を通ってビームスピリッタＢ
Ｓ１で分割される。分割された光の一方は、反射ミラー
Ｍ０、偏光子Ｐ０を介してλ／４板ＱＷＰ０で円偏光に
変換され試料１１に入射する。分割された光の他方は偏
光ビームスプリッタＰＢＳによりさらに２つの光に分割
されλ／４板ＱＷＰ１及びＱＷＰ２により、それぞれ互
いに直交する参照光となる。λ／４板ＱＷＰ１を通過し
た光はミラーＭ１によって反射され、λ／４板ＱＷＰ２
を通過した光はミラーＭ２によって反射される。試料１
１を通過した被測定光と参照光はビデオカメラ１２上で
重ねられて干渉縞が観測される。この時、鏡Ｍ１とＭ２
は干渉縞が分離できるようにビデオカメラ１２の解像度
に応じて傾けられる。
を測定することにより偏光状態の時空間分布を測定する
方法を提供する。 【構成】 レーザ１０を出射した光は、レンズＬ１，ピ
ンホールＰＨ、レンズＬ２を通ってビームスピリッタＢ
Ｓ１で分割される。分割された光の一方は、反射ミラー
Ｍ０、偏光子Ｐ０を介してλ／４板ＱＷＰ０で円偏光に
変換され試料１１に入射する。分割された光の他方は偏
光ビームスプリッタＰＢＳによりさらに２つの光に分割
されλ／４板ＱＷＰ１及びＱＷＰ２により、それぞれ互
いに直交する参照光となる。λ／４板ＱＷＰ１を通過し
た光はミラーＭ１によって反射され、λ／４板ＱＷＰ２
を通過した光はミラーＭ２によって反射される。試料１
１を通過した被測定光と参照光はビデオカメラ１２上で
重ねられて干渉縞が観測される。この時、鏡Ｍ１とＭ２
は干渉縞が分離できるようにビデオカメラ１２の解像度
に応じて傾けられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、互いに直交する２つの
直線偏光成分を持つ参照光と被測定光の干渉縞より被測
定光の直交する２つの直線偏光成分の振幅及び位相の時
空間分布を測定する方法及びその光弾性解析法などへの
応用に関するものである。
直線偏光成分を持つ参照光と被測定光の干渉縞より被測
定光の直交する２つの直線偏光成分の振幅及び位相の時
空間分布を測定する方法及びその光弾性解析法などへの
応用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の偏光計測法の原理を図１を参照し
ながら説明する。レーザ１から出射した光は、偏光子２
を介して試料３に入射する。試料３を通過した光は回転
検光子４を介して光検出器５に到達し、検光子４の回転
角度と光検出器５の出力とにより偏光状態を表す振幅比
と位相差を求めることできる（回転検光子法）。被測定
光を３つ以上の偏光成分に分割した光の強度からも偏光
状態を求めることができる（振幅分割法）。
ながら説明する。レーザ１から出射した光は、偏光子２
を介して試料３に入射する。試料３を通過した光は回転
検光子４を介して光検出器５に到達し、検光子４の回転
角度と光検出器５の出力とにより偏光状態を表す振幅比
と位相差を求めることできる（回転検光子法）。被測定
光を３つ以上の偏光成分に分割した光の強度からも偏光
状態を求めることができる（振幅分割法）。
【０００３】光弾性応力解析では、光弾性サンプルに円
偏光及び直線偏光を入射し、出射光の偏光状態より主応
力差及び主応力方位が求まる。さらに、例えば干渉計に
よりサンプルの厚さを測定する。これら３種類のデータ
の演算により試料の主応力を算出している。
偏光及び直線偏光を入射し、出射光の偏光状態より主応
力差及び主応力方位が求まる。さらに、例えば干渉計に
よりサンプルの厚さを測定する。これら３種類のデータ
の演算により試料の主応力を算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では被測定
光の２つの直線偏光成分の振幅の比と位相差を測定して
いた。
光の２つの直線偏光成分の振幅の比と位相差を測定して
いた。
【０００５】本発明の目的は、被測定光の２つの直線偏
光成分の各々の振幅と位相を独立に時空間で測定する方
法を提供することにある。
光成分の各々の振幅と位相を独立に時空間で測定する方
法を提供することにある。
【０００６】さらに、本発明の目的は、時間的にも空間
的にも１つの観測面の光強度を測定することにより、偏
光状態の時空間分布をリアルタイムで測定する方法を提
供することにある。
的にも１つの観測面の光強度を測定することにより、偏
光状態の時空間分布をリアルタイムで測定する方法を提
供することにある。
【０００７】さらに、従来の方法では、試料の主応力を
算出するために上記３種類のデータを必要としていた。
算出するために上記３種類のデータを必要としていた。
【０００８】本発明の目的は、従来１種類のデータでは
計測できなかった２つの主応力を偏光状態の測定だけで
計測する方法を提供することにある。
計測できなかった２つの主応力を偏光状態の測定だけで
計測する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的は本発明によ
れば、互いに直交する２つの直線偏光成分を持つ参照光
と被測定光の干渉縞を測定することによって達成され
る。
れば、互いに直交する２つの直線偏光成分を持つ参照光
と被測定光の干渉縞を測定することによって達成され
る。
【００１０】
【作用】図２に示すように、被測定楕円偏光に、偏光方
向が互いに直交した２つの直線偏光を有する参照光を重
畳させて干渉させる。ただし、それぞれの参照光の波面
を被測定光の波面と若干傾けておく。ｘ−ｙ座標を直交
参照光の偏光方向に一致させ、ｘ，ｙ方向の単位ベクト
ルをｅx ，ｅy とする。以下、簡単のため光の周波数ν
に関するｅｘｐ［ｊ（２πνｔ）］を省いて記述する。
参照光の直交２偏光成分と被測定楕円偏光成分によって
生ずる干渉縞の空間周波数を参照光に含めて表現するこ
ととし、波面の傾きによって生ずるそれぞれの２次元空
間周波数を［ｕ1 ，ｖ1 ］，［ｕ2 、ｖ2 ］とする。し
たがって、参照光は、
向が互いに直交した２つの直線偏光を有する参照光を重
畳させて干渉させる。ただし、それぞれの参照光の波面
を被測定光の波面と若干傾けておく。ｘ−ｙ座標を直交
参照光の偏光方向に一致させ、ｘ，ｙ方向の単位ベクト
ルをｅx ，ｅy とする。以下、簡単のため光の周波数ν
に関するｅｘｐ［ｊ（２πνｔ）］を省いて記述する。
参照光の直交２偏光成分と被測定楕円偏光成分によって
生ずる干渉縞の空間周波数を参照光に含めて表現するこ
ととし、波面の傾きによって生ずるそれぞれの２次元空
間周波数を［ｕ1 ，ｖ1 ］，［ｕ2 、ｖ2 ］とする。し
たがって、参照光は、
【００１１】
【数２】
【００１２】と表現できる。ただし、ａx ，ａy 及びφ
x ，φy はそれぞれ、振幅定数と位相定数である。一
方、被測定楕円偏光は振幅も位相も時空間座標に依存す
ると考えて、
x ，φy はそれぞれ、振幅定数と位相定数である。一
方、被測定楕円偏光は振幅も位相も時空間座標に依存す
ると考えて、
【００１３】
【数３】
【００１４】と表す。両参照光が直交していることから ｅx ・ｅx ＝ｅy ・ｅy ＝１ ｅx ・ｅy ＝０ したがって、干渉縞の強度は、
【００１５】
【数４】
【００１６】となる。
【００１７】よって、互いに直交する２つの直線偏光成
分を持つ参照光と被測定光の干渉縞により、被測定光の
直交する２つの直線偏光成分の振幅及び位相の時空間分
布を測定する偏光計測方法において、参照光と被測定光
とのなす角度を干渉縞の撮像手段の解像度に応じて干渉
縞を分離できるように設定することにより、高速に変化
する偏光状態の空間分布をリアルタイムで観測できる。
分を持つ参照光と被測定光の干渉縞により、被測定光の
直交する２つの直線偏光成分の振幅及び位相の時空間分
布を測定する偏光計測方法において、参照光と被測定光
とのなす角度を干渉縞の撮像手段の解像度に応じて干渉
縞を分離できるように設定することにより、高速に変化
する偏光状態の空間分布をリアルタイムで観測できる。
【００１８】また、撮像手段がビデオカメラで、参照光
と被測定光とのなす角度αを、
と被測定光とのなす角度αを、
【００１９】
【数５】
【００２０】ここで、ｎ：一走査線あたりの画素数 λ：波長 Ｌ：走査線方向の視野の長さ Ｋ：２〜８の定数 に設定することによって、ビデオカメラ上に干渉縞を位
置分解能が良好な状態で写しだすことができる。
置分解能が良好な状態で写しだすことができる。
【００２１】次にこれを数値化する方法を述べる。
［３］式を空間軸に対してフーリエ変換すると、次式の
スペクトルが求まる。
［３］式を空間軸に対してフーリエ変換すると、次式の
スペクトルが求まる。
【００２２】
【数６】
【００２３】ただし、
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
【数９】
【００２７】である。Ｆx y は空間軸に関するフーリエ
変換を表す。
変換を表す。
【００２８】図３は［６］式のスペクトル成分を模式的
に表現したものである。この図から明らかなように、空
間周波数を適切に選定すれば、各成分を空間周波数領域
で分離することができる。ここで、２つの成分Ｄx （ｆ
x −ｕ1 ，ｆy −ｖ1 ；ｔ）及びＤx （ｆx −ｕ2 ，ｆ
y −ｖ2 ；ｔ）に注目し、これらをフィルタリングによ
り独立に取り出すと共に、空間周波数零の原点にシフト
させ、かつ、コンピューターでフーリエ逆変換を行う。
この計算操作により、被測定楕円偏光の（ｘ，ｙ）座標
における複素振幅Ｅx （ｘ，ｙ；ｔ）及びＥy （ｘ，
ｙ；ｔ）が求まる。
に表現したものである。この図から明らかなように、空
間周波数を適切に選定すれば、各成分を空間周波数領域
で分離することができる。ここで、２つの成分Ｄx （ｆ
x −ｕ1 ，ｆy −ｖ1 ；ｔ）及びＤx （ｆx −ｕ2 ，ｆ
y −ｖ2 ；ｔ）に注目し、これらをフィルタリングによ
り独立に取り出すと共に、空間周波数零の原点にシフト
させ、かつ、コンピューターでフーリエ逆変換を行う。
この計算操作により、被測定楕円偏光の（ｘ，ｙ）座標
における複素振幅Ｅx （ｘ，ｙ；ｔ）及びＥy （ｘ，
ｙ；ｔ）が求まる。
【００２９】
【数１０】
【００３０】
【数１１】
【００３１】また、Ｅx 及びＥy の複素共役Ｅx * 及び
Ｅy * も式［７］，［８］を用いて、コンピューターで
直ちに計算される。従って、被測定楕円偏光に関するＥ
x ，Ｅy ，Ｅx * ，及びＥx * を用いて、偏光状態を表
す楕円率εと方位角χを次式によって求めることができ
る。
Ｅy * も式［７］，［８］を用いて、コンピューターで
直ちに計算される。従って、被測定楕円偏光に関するＥ
x ，Ｅy ，Ｅx * ，及びＥx * を用いて、偏光状態を表
す楕円率εと方位角χを次式によって求めることができ
る。
【００３２】
【数１２】
【００３３】
【数１３】
【００３４】ただし、 Ｓ１＝｜Ｅx ｜2 −｜Ｅy ｜2 Ｓ２＝Ｅx Ｅy * ＋Ｅx * Ｅy Ｓ３＝ｉ（Ｅx * Ｅy −Ｅx Ｅy * ） ［９］ したがって、干渉縞を空間軸に対して２次元フーリエ変
換し、その空間周波数スペクトルを正の部分または負の
部分に分離し、いずれか一方を２次元フーリエ逆変換す
ることにより、従来時間的または空間的に３面以上のデ
ータを必要とした偏光状態の空間分布の計測を、１面の
データのみで計測できる。
換し、その空間周波数スペクトルを正の部分または負の
部分に分離し、いずれか一方を２次元フーリエ逆変換す
ることにより、従来時間的または空間的に３面以上のデ
ータを必要とした偏光状態の空間分布の計測を、１面の
データのみで計測できる。
【００３５】さらに本発明によれば、異なる振動周波数
で周波数変調した直交する２つの直線偏光成分を持つ参
照光と被測定光のヘテロダイン検出によっても、偏光状
態の空間分布を観測できる。
で周波数変調した直交する２つの直線偏光成分を持つ参
照光と被測定光のヘテロダイン検出によっても、偏光状
態の空間分布を観測できる。
【００３６】異なる振動周波数で周波数変調した互いに
直交する直線偏光成分を持つ２つの参照光は、光軸方向
に異なる振動数で振動している鏡に反射させることによ
って周波数変調させることができる。
直交する直線偏光成分を持つ２つの参照光は、光軸方向
に異なる振動数で振動している鏡に反射させることによ
って周波数変調させることができる。
【００３７】例えば、鏡をノコギリ波形状に振動させた
とき、参照光は、
とき、参照光は、
【００３８】
【数１４】
【００３９】と表現できる。ただし、ａx ，ａy 及びφ
x ，φy はそれぞれ、振幅定数と位相定数である。一
方、被測定楕円偏光は、
x ，φy はそれぞれ、振幅定数と位相定数である。一
方、被測定楕円偏光は、
【００４０】
【数１５】
【００４１】であるから、干渉縞の強度は
【００４２】
【数１６】
【００４３】となる。
【００４４】次にこれを数値化するには、［５］式を時
間軸でフーリエ変換し、スペクトルの正又は負の部分を
フーリエ逆変換刷ればよい。
間軸でフーリエ変換し、スペクトルの正又は負の部分を
フーリエ逆変換刷ればよい。
【００４５】又、［５］式で２παｔ／λ＝０ 及び
π／２において、ｉ（ｘ，ｙ；ｔ）のサンプリングを行
うと、
π／２において、ｉ（ｘ，ｙ；ｔ）のサンプリングを行
うと、
【００４６】
【数１７】
【００４７】の第２項は ２παｔ／λ＝０の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，
ｙ；ｔ）］ ２παｔ／λ＝π／２の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）＋π／２］ ＝２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｓｉｎ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）］ となり、ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）、ψx （ｘ，ｙ；ｔ）が求
まる。
ｙ；ｔ）］ ２παｔ／λ＝π／２の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）＋π／２］ ＝２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｓｉｎ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）］ となり、ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）、ψx （ｘ，ｙ；ｔ）が求
まる。
【００４８】同様にｂy （ｘ，ｙ；ｔ）、ψy （ｘ，
ｙ；ｔ）も求まる。
ｙ；ｔ）も求まる。
【００４９】周波数変調は正弦波でも良い。
【００５０】次に、本偏光計測の応用例として、時間的
に変化する応力状態にある光弾性サンプルの主応力を求
める方法を述べる。
に変化する応力状態にある光弾性サンプルの主応力を求
める方法を述べる。
【００５１】測定系を図４に示す。光弾性サンプル９の
無負荷状態での厚さｄは一様でかつ十分薄く、厚み方向
に加わる応力が無視できるとし、光軸に垂直な面内でサ
ンプル上にｘ−ｙ座標をとる。主応力方向をｐ，ｑとす
ると以下の関係が成り立つ。
無負荷状態での厚さｄは一様でかつ十分薄く、厚み方向
に加わる応力が無視できるとし、光軸に垂直な面内でサ
ンプル上にｘ−ｙ座標をとる。主応力方向をｐ，ｑとす
ると以下の関係が成り立つ。
【００５２】
【数１８】
【００５３】
【数１９】
【００５４】ここで、 Δｎp （ｘ，ｙ；ｔ）：応力により誘起されたｐ方向の
屈折率の変化 Δｎq （ｘ，ｙ；ｔ）：応力により誘起されたｑ方向の
屈折率の変化 Ｃ1 ，Ｃ2 ：光弾性定数 σp （ｘ，ｙ；ｔ），σq （ｘ，ｙ；ｔ）：主応力 Δｄ（ｘ，ｙ；ｔ）：応力による厚みの変化 Ｅ：ヤング率 μ：ポアソン比 図４を参照しながら、光軸にそって距離ｄ＋Δｄ（ｘ，
ｙ）だけ離れた２点Ｚ1及びＺ2 の間の光路長について
考えると以下の関係が成り立つ。
屈折率の変化 Δｎq （ｘ，ｙ；ｔ）：応力により誘起されたｑ方向の
屈折率の変化 Ｃ1 ，Ｃ2 ：光弾性定数 σp （ｘ，ｙ；ｔ），σq （ｘ，ｙ；ｔ）：主応力 Δｄ（ｘ，ｙ；ｔ）：応力による厚みの変化 Ｅ：ヤング率 μ：ポアソン比 図４を参照しながら、光軸にそって距離ｄ＋Δｄ（ｘ，
ｙ）だけ離れた２点Ｚ1及びＺ2 の間の光路長について
考えると以下の関係が成り立つ。
【００５５】
【数２０】
【００５６】
【数２１】
【００５７】
【数２２】
【００５８】ここで、 Ｌ0 ：無負荷時のＺ1 −Ｚ2 間の光路長 ｎs ：光弾性サンプルの屈折率 ｎ0 ：空気の屈折率 Ｌｐ（ｘ，ｙ）：負荷時のｐ偏光に対するＺ1 −Ｚ2 間
の光路長 Ｌｑ（ｘ，ｙ）：負荷時のｑ偏光に対するＺ1 −Ｚ2 間
の光路長 これらの式より、
の光路長 Ｌｑ（ｘ，ｙ）：負荷時のｑ偏光に対するＺ1 −Ｚ2 間
の光路長 これらの式より、
【００５９】
【数２３】
【００６０】ただし、 Ｃ1 ´＝Ｃ1 −（ｎs −ｎ0 ）μ／Ｅ Ｃ2 ´＝Ｃ2 −（ｎs −ｎ0 ）μ／Ｅ ここで Δψp （ｘ，ｙ；ｔ）：ｐ偏光成分の位相変化 Δψq （ｘ，ｙ；ｔ）：ｑ偏光成分の位相変化 したがって、Δψp 及びΔψq が測定できれば式［１
５］により、試料に円偏光を入射し、出射光の偏光状態
の空間分布を測定することによって、従来３種類の実験
データから求めていた２つの主応力を１つのデータから
算出できる。
５］により、試料に円偏光を入射し、出射光の偏光状態
の空間分布を測定することによって、従来３種類の実験
データから求めていた２つの主応力を１つのデータから
算出できる。
【００６１】さらに、焦点の位置を試料の内部で変える
ことにより、試料の主応力の３次元的な空間分布を測定
する事ができる。
ことにより、試料の主応力の３次元的な空間分布を測定
する事ができる。
【００６２】さらに、本発明によれば被測定光を試料を
通過した部分と通過しない部分とができるようにし、被
測定光の試料を通過した部分と通過しない部分との差を
取ることにより干渉計のドリフトを打ち消すことができ
る。
通過した部分と通過しない部分とができるようにし、被
測定光の試料を通過した部分と通過しない部分との差を
取ることにより干渉計のドリフトを打ち消すことができ
る。
【００６３】さらに、本発明によれば光源からの光をビ
ームスピリッターで２つに分け、偏光子に通すことによ
って、直交する２つの直線偏光成分を持つ参照光を得る
ようにすることによって、光学系を低価格で提供でき
る。
ームスピリッターで２つに分け、偏光子に通すことによ
って、直交する２つの直線偏光成分を持つ参照光を得る
ようにすることによって、光学系を低価格で提供でき
る。
【００６４】さらに、本発明によれば被測定光を試料に
反射させた後に参照光と重ねることによって試料の表面
の高速に変化する偏光状態の空間分布をリアルタイムで
観測できる。
反射させた後に参照光と重ねることによって試料の表面
の高速に変化する偏光状態の空間分布をリアルタイムで
観測できる。
【００６５】さらに、本発明によれば光源からの光をビ
ームスピリッターで２つに分け一方の光を試料に反射さ
せ、もう一方の光を偏光ビームスピリッター及びλ／４
板を通したのちに前記の試料からの反射光と重ね合わせ
ることによって試料の表面の高速に変化する偏光状態の
空間分布をリアルタイムで観測できる。
ームスピリッターで２つに分け一方の光を試料に反射さ
せ、もう一方の光を偏光ビームスピリッター及びλ／４
板を通したのちに前記の試料からの反射光と重ね合わせ
ることによって試料の表面の高速に変化する偏光状態の
空間分布をリアルタイムで観測できる。
【００６６】
【実施例】以下、図５を参照しながら本発明の実施例を
詳述する。本実施例は光の偏光状態及び光弾性サンプル
の応力分布計測システムである。レーザ１０を出射した
光は、レンズＬ１，ピンホールＰＨ、レンズＬ２を通っ
てビームスピリッタＢＳ１で分割される。分割された光
の一方は、反射ミラーＭ０、偏光子Ｐ０を介してλ／４
板ＱＷＰ０で円偏光に変換され試料３に入射する。分割
された光の他方は偏光ビームスプリッタＰＢＳによりさ
らに２つの光に分割されλ／４板ＱＷＰ１及びＱＷＰ２
により、それぞれ互いに直交する参照光となる。λ／４
板ＱＷＰ１を通過した光はミラーＭ１によって反射さ
れ、λ／４板ＱＷＰ２を通過した光はミラーＭ２によっ
て反射される。試料１１を通過した被測定光と参照光は
ビデオカメラ１２上で重ねられて干渉縞が観測される。
この時、鏡Ｍ１とＭ２は干渉縞が分離できるようにビデ
オカメラ１２の解像度に応じて傾けられる。この時の鏡
の角度は、
詳述する。本実施例は光の偏光状態及び光弾性サンプル
の応力分布計測システムである。レーザ１０を出射した
光は、レンズＬ１，ピンホールＰＨ、レンズＬ２を通っ
てビームスピリッタＢＳ１で分割される。分割された光
の一方は、反射ミラーＭ０、偏光子Ｐ０を介してλ／４
板ＱＷＰ０で円偏光に変換され試料３に入射する。分割
された光の他方は偏光ビームスプリッタＰＢＳによりさ
らに２つの光に分割されλ／４板ＱＷＰ１及びＱＷＰ２
により、それぞれ互いに直交する参照光となる。λ／４
板ＱＷＰ１を通過した光はミラーＭ１によって反射さ
れ、λ／４板ＱＷＰ２を通過した光はミラーＭ２によっ
て反射される。試料１１を通過した被測定光と参照光は
ビデオカメラ１２上で重ねられて干渉縞が観測される。
この時、鏡Ｍ１とＭ２は干渉縞が分離できるようにビデ
オカメラ１２の解像度に応じて傾けられる。この時の鏡
の角度は、
【００６７】
【数２４】
【００６８】ここで、ｎ：一走査線あたりの画素数 λ：波長 Ｌ：走査線方向の視野の長さ Ｋ：２〜８の定数 で与えらる。このＫの値は３〜６の範囲であってもよ
く、特にＫ＝４として４画素で１本の干渉縞を観測する
ようにすると、最も良好な画像が得られる。
く、特にＫ＝４として４画素で１本の干渉縞を観測する
ようにすると、最も良好な画像が得られる。
【００６９】例えば、一走査線当たりの画素数が５００
本で視野の長さが５ｍｍのビデオカメラにおいて、波長
６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを光源に使用したとき、
鏡の角度は０．００７９［ｒａｄ］となる。
本で視野の長さが５ｍｍのビデオカメラにおいて、波長
６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを光源に使用したとき、
鏡の角度は０．００７９［ｒａｄ］となる。
【００７０】観測された干渉縞を図１１及び図１２に示
す。図１１は被測定光を試料１１に通過させないこと
で、円偏光を測定したときの干渉縞であり、図１２は被
測定光を試料１１に通過させて楕円偏光を測定したとき
である。ビデオカメラ１２で検出された信号はコンピュ
ータ１３によって、干渉縞を空間軸に対して２次元フー
リエ変換し、その空間周波数スペクトルを正の部分また
は負の部分に分離し、いずれか一方を２次元フーリエ逆
変換することにより偏光状態を表す楕円率εと方位角χ
が求まる。
す。図１１は被測定光を試料１１に通過させないこと
で、円偏光を測定したときの干渉縞であり、図１２は被
測定光を試料１１に通過させて楕円偏光を測定したとき
である。ビデオカメラ１２で検出された信号はコンピュ
ータ１３によって、干渉縞を空間軸に対して２次元フー
リエ変換し、その空間周波数スペクトルを正の部分また
は負の部分に分離し、いずれか一方を２次元フーリエ逆
変換することにより偏光状態を表す楕円率εと方位角χ
が求まる。
【００７１】偏光状態の２次元空間分布を楕円の向きと
形によって表した画像表示例を図１３に示す。
形によって表した画像表示例を図１３に示す。
【００７２】楕円率εと方位角χの２次元空間分布を等
高線で表した画像表示例を図１４に示す。
高線で表した画像表示例を図１４に示す。
【００７３】主応力の２次元空間分布を図１５及び図１
６に示す。図１５は主応力σｐ 、図１６は主応力σｑ
を表す。これらの主応力は、試料１１の焦点面の位置
を厚み方向に変えることにより３次元的な空間分布を測
定できるようにしてもよい。
６に示す。図１５は主応力σｐ 、図１６は主応力σｑ
を表す。これらの主応力は、試料１１の焦点面の位置
を厚み方向に変えることにより３次元的な空間分布を測
定できるようにしてもよい。
【００７４】図６は本発明の第２の実施例を示す。本実
施例では、図５の実施例の２枚のλ／４板ＱＷＰ１及び
ＱＷＰ２の代わりに２枚の偏光子Ｐ１及びＰ２が使用さ
れている。これにより互いに直交する参照光が形成さ
れ、高価なλ／４板の使用を避けることができるのでシ
ステムの低価格化が可能となる。
施例では、図５の実施例の２枚のλ／４板ＱＷＰ１及び
ＱＷＰ２の代わりに２枚の偏光子Ｐ１及びＰ２が使用さ
れている。これにより互いに直交する参照光が形成さ
れ、高価なλ／４板の使用を避けることができるのでシ
ステムの低価格化が可能となる。
【００７５】図７は本発明の第３の実施例を示す。図５
実施例の鏡Ｍ１、Ｍ２を傾ける代わりに、鏡Ｍ１、Ｍ２
を光軸方向に互いに異なる振動数で振動させて参照光を
周波数変調する。これにより偏光状態の空間分布が観測
される。
実施例の鏡Ｍ１、Ｍ２を傾ける代わりに、鏡Ｍ１、Ｍ２
を光軸方向に互いに異なる振動数で振動させて参照光を
周波数変調する。これにより偏光状態の空間分布が観測
される。
【００７６】ここで、鏡Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの変位が
αｔ、βｔ（α≠β）で与えられるとすると、参照光は
［４］式となり、さらに、２παｔ／λ＝０ 及び π
／２において、ｉ（ｘ，ｙ；ｔ）のサンプリングを行う
と、［５］式の第２項は、 ２παｔ／λ＝０の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，
ｙ；ｔ）］ ２παｔ／λ＝π／２の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）＋π／２］ ＝２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｓｉｎ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）］ となり、ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）、ψx （ｘ，ｙ；ｔ）が求
まるので、コンピュータ（１３）を用いて計算する必要
がない。実際に鏡Ｍ１、Ｍ２にαｔ、βｔ（α≠β）で
与えられる変位を起こすには、ノコギリ波状に振動させ
ることによって行う。
αｔ、βｔ（α≠β）で与えられるとすると、参照光は
［４］式となり、さらに、２παｔ／λ＝０ 及び π
／２において、ｉ（ｘ，ｙ；ｔ）のサンプリングを行う
と、［５］式の第２項は、 ２παｔ／λ＝０の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，
ｙ；ｔ）］ ２παｔ／λ＝π／２の時、 ２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｃｏｓ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）＋π／２］ ＝２ａx ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）ｓｉｎ［−φx ＋ψx （ｘ，ｙ；ｔ）］ となり、ｂx （ｘ，ｙ；ｔ）、ψx （ｘ，ｙ；ｔ）が求
まるので、コンピュータ（１３）を用いて計算する必要
がない。実際に鏡Ｍ１、Ｍ２にαｔ、βｔ（α≠β）で
与えられる変位を起こすには、ノコギリ波状に振動させ
ることによって行う。
【００７７】図８は、本発明の第４の実施例を示す。本
実施例ではビームスピリッタＢＳ１で分割された測定光
を鏡Ｍ３で反射させ波面の向きを反転させて参照光と向
きを揃えるようにしている。これによりより精度のよい
測定が可能となる。
実施例ではビームスピリッタＢＳ１で分割された測定光
を鏡Ｍ３で反射させ波面の向きを反転させて参照光と向
きを揃えるようにしている。これによりより精度のよい
測定が可能となる。
【００７８】図９は被測定光を試料に反射させた後に参
照光と重ねることによって試料の表面の偏光状態を測定
する偏光測定装置で、レーザ１からの光をビームスピリ
ッターＢＳ１で２つに分け一方の光を試料３に反射さ
せ、もう一方の光を偏光ビームスピリッターＰＢＳ及び
λ／４板ＱＷＰ１とＱＷＰ２を通した後に前記の試料３
からの反射光と重ね合わせるようにしたものである。
照光と重ねることによって試料の表面の偏光状態を測定
する偏光測定装置で、レーザ１からの光をビームスピリ
ッターＢＳ１で２つに分け一方の光を試料３に反射さ
せ、もう一方の光を偏光ビームスピリッターＰＢＳ及び
λ／４板ＱＷＰ１とＱＷＰ２を通した後に前記の試料３
からの反射光と重ね合わせるようにしたものである。
【００７９】図１０は試料３及びカメラ１１の配置を変
えることにより図９の装置のビームスピリッターＢＳ２
とＢＳ３を不要にしたものである。
えることにより図９の装置のビームスピリッターＢＳ２
とＢＳ３を不要にしたものである。
【００８０】
【発明の効果】本発明によると、高速に変化する偏光状
態の空間分布をリアルタイムで観測できる。
態の空間分布をリアルタイムで観測できる。
【００８１】さらに、時間的または空間的に３面以上の
データを必要とした偏光状態の空間分布の計測を、１面
のデータのみで計測できる。従って高速に変化する偏光
状態の計測を行うことができる。
データを必要とした偏光状態の空間分布の計測を、１面
のデータのみで計測できる。従って高速に変化する偏光
状態の計測を行うことができる。
【００８２】光弾性解析法において、従来３種類の実験
データから求めていた２つの主応力を１つのデータから
算出できる。
データから求めていた２つの主応力を１つのデータから
算出できる。
【図１】従来の偏光計測の原理図である。
【図２】本発明の原理図である。
【図３】干渉縞のフーリエスペクトルの説明図である。
【図４】光弾性サンプルの説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施例の説明図である。
【図８】本発明の第４の実施例の説明図である。
【図９】本発明の第５の実施例の説明図である。
【図１０】本発明の第６の実施例の説明図である。
【図１１】本発明により観測される干渉縞の説明図であ
る。
る。
【図１２】本発明により観測される干渉縞の説明図であ
る。
る。
【図１３】ある時刻における偏光状態の空間分布の画像
表示例の説明図である。
表示例の説明図である。
【図１４】ある時刻における楕円率（実線）及び方位角
（点線）の空間分布の画像表示例の説明図である。
（点線）の空間分布の画像表示例の説明図である。
【図１５】ある時刻における主応力分布（ｐ方向）の画
像表示例の説明図である。
像表示例の説明図である。
【図１６】ある時刻における主応力分布（ｑ方向）の画
像表示例の説明図である。
像表示例の説明図である。
１ レーザ ２ 偏光子 ３ 試料 ４ 回転検光子 ５ 光検出器 ６ エリアセンサ ７ 被測定光 ８ 直交参照光 ９ 光弾性サンプル １０ Ｈｅ−Ｎｅレーザ １１ 試料 １２ エリアセンサ １３ コンピュータ
Claims (13)
- 【請求項１】 互いに直交する２つの直線偏光成分を持
つ参照光と被測定光の干渉縞により、被測定光の直交す
る２つの直線偏光成分の振幅及び位相の時空間分布を測
定する偏光計測方法。 - 【請求項２】 参照光と被測定光とのなす角度が干渉縞
の撮像手段の解像度に応じて干渉縞を分離できるように
設定された請求項１に記載の偏光測定方法。 - 【請求項３】 撮像手段がビデオカメラで、参照光と被
測定光とのなす角度αが、 【数１】 ここで、ｎ：カメラの一走査線あたりの画素数 λ：参照光および被測定光の波長 Ｌ：カメラの走査線方向の視野の長さ Ｋ：２〜８の定数 で与えられる請求項２に記載の偏光計測方法。 - 【請求項４】 異なる振動周波数で周波数変調した直交
する２つの直線偏光成分を持つ参照光と被測定光とのテ
ロダイン検出を行う請求項１に記載の偏光計測方法。 - 【請求項５】 参照光の位相を０及びπ／２変化させて
測定した干渉縞により偏光状態を数値化する請求項１に
記載の偏光計測方法。 - 【請求項６】 ビームスピリッタで分割された光波を、
互いに異なる振動数で振動している２つの反射鏡で反射
させ、異なる周波数変調を受けた直交する２つの直線偏
光成分を持つ参照光を発生させる請求項４に記載の偏光
計測方法。 - 【請求項７】 光源からの光をビームスピリッターで２
つに分け、偏光子に通すことによって、直交する２つの
直線偏光成分を持つ参照光を得るようにした請求項１か
ら６のいずれか一項に記載の偏光計測方法。 - 【請求項８】 干渉縞を空間軸に対して２次元フーリエ
変換し、その空間周波数スペクトルを正の部分または負
の部分に分離し、いずれか一方を２次元フーリエ逆変換
することにより、偏光状態の空間分布を数値化する請求
項２から３のいずれか一項に記載の偏光計測方法。 - 【請求項９】 試料に円偏光を入射し、出射光の偏光状
態の空間分布を測定することによって、試料の２つの主
応力の空間分布を測定する請求項１から８のいずれか一
項に記載の偏光計測方法。 - 【請求項１０】 焦点の位置を試料の内部で変えること
により、試料の主応力の３次元的な空間分布を測定する
請求項９に記載の偏光測定装置。 - 【請求項１１】 被測定光を試料を通過した部分と通過
しない部分とができるようにし、被測定光の試料を通過
した部分と通過しない部分との差を取ることにより干渉
計のドリフトを打ち消すようにした請求項１から１０の
いずれか一項に記載の偏光計測方法。 - 【請求項１２】 被測定光を試料に反射させた後に参照
光と重ねることによって試料の表面の偏光状態を測定す
る請求項１から８のいずれか一項に記載の偏光計測方
法。 - 【請求項１３】 光源からの光をビームスピリッターで
２つに分け一方の光を試料に反射させ、もう一方の光を
偏光ビームスピリッター及びλ／４板を通したのちに前
記の試料からの反射光と重ね合わせる請求項１から８の
いずれか一項にに記載の偏光計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300105A JPH07119654B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 偏光計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300105A JPH07119654B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 偏光計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147984A true JPH06147984A (ja) | 1994-05-27 |
| JPH07119654B2 JPH07119654B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=17880780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4300105A Expired - Lifetime JPH07119654B2 (ja) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | 偏光計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07119654B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002277387A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-25 | Citizen Watch Co Ltd | 旋光度測定装置及び旋光度測定方法 |
| WO2008010482A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Keio University | Procédé de mesure d'élasticité optique et son dispositif |
| CN111964782A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-20 | 桂林电子科技大学 | 一种空间调制偏振成像对偏振片特定偏振角度检测的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55142217A (en) * | 1979-04-21 | 1980-11-06 | Ibm | Device for analyzing polarization state of radiation |
| JPS63229337A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-26 | Unitika Res Rabo:Kk | 光学異方性の測定方法およびその装置 |
| JPS63234121A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Toshihiko Yoshino | 偏光解析方法及び装置 |
-
1992
- 1992-11-10 JP JP4300105A patent/JPH07119654B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55142217A (en) * | 1979-04-21 | 1980-11-06 | Ibm | Device for analyzing polarization state of radiation |
| JPS63229337A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-26 | Unitika Res Rabo:Kk | 光学異方性の測定方法およびその装置 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002277387A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-25 | Citizen Watch Co Ltd | 旋光度測定装置及び旋光度測定方法 |
| WO2002077617A1 (fr) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif et procede de mesure d'angle de rotation |
| US7038788B2 (en) | 2001-03-22 | 2006-05-02 | Citizen Watch Co., Ltd. | Angle-of-rotation measuring device and angle-of-rotation measuring method |
| WO2008010482A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Keio University | Procédé de mesure d'élasticité optique et son dispositif |
| JPWO2008010482A1 (ja) * | 2006-07-19 | 2009-12-17 | 学校法人慶應義塾 | 光弾性測定方法およびその装置 |
| CN111964782A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-20 | 桂林电子科技大学 | 一种空间调制偏振成像对偏振片特定偏振角度检测的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07119654B2 (ja) | 1995-12-20 |
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