JPH076841B2 - 偏光角検出方法および偏光角検出装置 - Google Patents
偏光角検出方法および偏光角検出装置Info
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- JPH076841B2 JPH076841B2 JP11929885A JP11929885A JPH076841B2 JP H076841 B2 JPH076841 B2 JP H076841B2 JP 11929885 A JP11929885 A JP 11929885A JP 11929885 A JP11929885 A JP 11929885A JP H076841 B2 JPH076841 B2 JP H076841B2
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- incident
- light
- light beam
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光の屈折率が既知でない物質や、屈折率が既
知であっても測定光と被測定物とのなす角度が検出し難
い樹脂フィルムの様にフレキシブルな物質の偏光角を検
出する方法およびそのための検出装置に関する。
知であっても測定光と被測定物とのなす角度が検出し難
い樹脂フィルムの様にフレキシブルな物質の偏光角を検
出する方法およびそのための検出装置に関する。
（従来技術） 近年、フイルムの製造技術の進歩に伴って数ミクロンオ
ーダの極薄フイルムの製造が可能になってきているが、
このような極薄フイルムの製造時の膜厚の管理のため
に、膜厚を高精度で検出することが必要となっている。
ーダの極薄フイルムの製造が可能になってきているが、
このような極薄フイルムの製造時の膜厚の管理のため
に、膜厚を高精度で検出することが必要となっている。
比較的膜厚の厚いフイルムの膜厚の検出には、厚みを測
定すべき被測定物を形成する物質が有する特性吸収帯域
の波長を有する赤外線（以下、測定光という。）と、特
性吸収帯とは適当に離れた波長を有する参照用の赤外線
（以下、単に参照光という。）とを夫々被測定物に垂直
方向から入射させ、被測定物を透過した測定光の透過強
度と参照光の透過強度とから、測定光の被測定物による
吸光度を求め、この吸光度に基づいて、当該被測定物の
厚みを算定することが行われているが、このような厚み
検出方式では、上記のようなフイルムの極薄化に対処し
うるような検出精度を確保し難い。
定すべき被測定物を形成する物質が有する特性吸収帯域
の波長を有する赤外線（以下、測定光という。）と、特
性吸収帯とは適当に離れた波長を有する参照用の赤外線
（以下、単に参照光という。）とを夫々被測定物に垂直
方向から入射させ、被測定物を透過した測定光の透過強
度と参照光の透過強度とから、測定光の被測定物による
吸光度を求め、この吸光度に基づいて、当該被測定物の
厚みを算定することが行われているが、このような厚み
検出方式では、上記のようなフイルムの極薄化に対処し
うるような検出精度を確保し難い。
これには、フイルム等の被測定物内における多重反射光
による干渉が大きく影響する。
による干渉が大きく影響する。
即ち、厚みが厚い場合には、フイルム内で光束の位相が
ランダム化し、干渉が減少するとともに、測定光に対す
る吸光度が充分に大きく、多重反射に基づく干渉の影響
は実質的に無視できるが、厚みが薄くなると、干渉の影
響が無視しえなくなってS/N比が低下し、検出精度が低
下するからである。
ランダム化し、干渉が減少するとともに、測定光に対す
る吸光度が充分に大きく、多重反射に基づく干渉の影響
は実質的に無視できるが、厚みが薄くなると、干渉の影
響が無視しえなくなってS/N比が低下し、検出精度が低
下するからである。
本出願人は、Ｐ偏光を入射角を変更しながら被測定物に
入射し、その反射光の最少値となる角度を検出し、その
角度での透過光を用いて極薄フィルムの厚みを測定する
装置を特願昭58−183636号特許出願で開示した。
入射し、その反射光の最少値となる角度を検出し、その
角度での透過光を用いて極薄フィルムの厚みを測定する
装置を特願昭58−183636号特許出願で開示した。
しかしこの装置はＰ偏光の反射光の強弱変化のみで偏光
角を検出しているため、被測定物の表面状態により、ま
た光学軸のいずれの影響も受け、反射光強度の変化が生
ずるので偏光角の精度良い検出には不充分であった。
角を検出しているため、被測定物の表面状態により、ま
た光学軸のいずれの影響も受け、反射光強度の変化が生
ずるので偏光角の精度良い検出には不充分であった。
偏光角は、その角度でＰ偏光光線が入射されたときに反
射光が零、換言すれば、入射光の全てが当該物質中に透
過される角度として定義され、一般に、物体の屈折率を
ｎ、偏光角をθｂとすると、屈折率ｎと偏光角θｂとの
間には、 θｂ＝tan‐1n ……（１） の関係が存在することが知られており、従来より、物体
の偏光角θｂは上記（１）式を利用して、物体の屈折率
ｎから算出していた。
射光が零、換言すれば、入射光の全てが当該物質中に透
過される角度として定義され、一般に、物体の屈折率を
ｎ、偏光角をθｂとすると、屈折率ｎと偏光角θｂとの
間には、 θｂ＝tan‐1n ……（１） の関係が存在することが知られており、従来より、物体
の偏光角θｂは上記（１）式を利用して、物体の屈折率
ｎから算出していた。
しかしながら、上記（１）式を利用して被測定対象物の
屈折率ｎから偏光角θｂを算出するためには、被測定対
象物の屈折率ｎが既知でなければならない。屈折率ｎが
未知の場合には、屈折率ｎを測定しなければならない
が、可撓性を有するフイルムのようなもので、生産工程
中に走行するものや走行に伴うゆらぎが存在するもので
は、その偏光角θｂまたは屈折率ｎを非接触でリアルタ
イムに検出することは実際上困難であった。
屈折率ｎから偏光角θｂを算出するためには、被測定対
象物の屈折率ｎが既知でなければならない。屈折率ｎが
未知の場合には、屈折率ｎを測定しなければならない
が、可撓性を有するフイルムのようなもので、生産工程
中に走行するものや走行に伴うゆらぎが存在するもので
は、その偏光角θｂまたは屈折率ｎを非接触でリアルタ
イムに検出することは実際上困難であった。
一方、既に述べた偏光角の定義に伴い、屈折率ｎが未知
の場合に、偏光角の定義に従ってＰ偏光光線の入射角度
を変化させて行き、反射光強度が最小となる角度を検出
すれば、その角度を偏光角として非接触でリアルタイム
で検出することができるものと考えられる。
の場合に、偏光角の定義に従ってＰ偏光光線の入射角度
を変化させて行き、反射光強度が最小となる角度を検出
すれば、その角度を偏光角として非接触でリアルタイム
で検出することができるものと考えられる。
そこで、本願の発明者等は、偏光角の定義による偏光角
の検出に関し、次のような考察を行った。
の検出に関し、次のような考察を行った。
一般に、第２図に示すように、透明な物体Ｍに入射角θ
ｉで入射光Iiを入射すると、一部は物体Ｍの表面で反射
する反射光Irとなり、一部は物体Ｍを透過する透過光Io
となる。また、この透過光Ioの一部は上記物体Ｍ内で反
射を繰り返し、反射光Ｉ′ｒおよび透過光Ｉ′ｏとして
上記物体Ｍから出射される。
ｉで入射光Iiを入射すると、一部は物体Ｍの表面で反射
する反射光Irとなり、一部は物体Ｍを透過する透過光Io
となる。また、この透過光Ioの一部は上記物体Ｍ内で反
射を繰り返し、反射光Ｉ′ｒおよび透過光Ｉ′ｏとして
上記物体Ｍから出射される。
いま、自然光、Ｐ偏光およびＳ偏光について夫々入射角
θｉを変えると、これら自然光、Ｐ偏光およびＳ偏光の
反射率は、第３図において夫々曲線R,RpおよびRsで示す
ように変化する。この第３図の曲線Rpからも分るよう
に、光学上、Ｐ偏光をその物質の偏光角θｂで入射させ
ると、反射率が零となり、反射が起らないことが知られ
ている（逆に言えば、これが偏光角の定義を与える。） そこで、偏光角θｂを測定するには、被測定対象物であ
る物体ＭにＰ偏光を入射し、その反射光Irが零となるよ
うにＰ偏光の入射角θｉを調整すれば、この入射角θｉ
から偏光角θｂを知ることができる。
θｉを変えると、これら自然光、Ｐ偏光およびＳ偏光の
反射率は、第３図において夫々曲線R,RpおよびRsで示す
ように変化する。この第３図の曲線Rpからも分るよう
に、光学上、Ｐ偏光をその物質の偏光角θｂで入射させ
ると、反射率が零となり、反射が起らないことが知られ
ている（逆に言えば、これが偏光角の定義を与える。） そこで、偏光角θｂを測定するには、被測定対象物であ
る物体ＭにＰ偏光を入射し、その反射光Irが零となるよ
うにＰ偏光の入射角θｉを調整すれば、この入射角θｉ
から偏光角θｂを知ることができる。
理論的には、上記のようにして偏光角θｂを測定するこ
とができるが、物体Ｍの表面が平坦でない場合や、表面
によごれや内部ににごり等が存在する場合は、Ｐ偏光の
物体Ｍからの反射光Irが零となる入射角θｉを正確に検
出することは困難である。これは物体Ｍ表面の湾曲や凹
凸あるいはよごれ等が偏光角θｂの検出時の誤差要素と
して作用し、物体Ｍに入射するＰ偏光の入射位置によっ
て入射角θｉが変化したり反射率が変化し、真の偏光角
θｂを検出することができないからである。
とができるが、物体Ｍの表面が平坦でない場合や、表面
によごれや内部ににごり等が存在する場合は、Ｐ偏光の
物体Ｍからの反射光Irが零となる入射角θｉを正確に検
出することは困難である。これは物体Ｍ表面の湾曲や凹
凸あるいはよごれ等が偏光角θｂの検出時の誤差要素と
して作用し、物体Ｍに入射するＰ偏光の入射位置によっ
て入射角θｉが変化したり反射率が変化し、真の偏光角
θｂを検出することができないからである。
ところで、上記のような物体Ｍの雑音となる因子に対し
ては、第３図において曲線ＲおよびRsで夫々示す自然光
およびＳ偏光の反射率も同様に変化する。
ては、第３図において曲線ＲおよびRsで夫々示す自然光
およびＳ偏光の反射率も同様に変化する。
従って、Ｐ偏光と自然光もしくはＰ偏光とＳ偏光の反射
率の比を取れば、上記雑音を相殺することができるもの
と考えられる。入射角θｉに対するＰ偏光と自然光の反
射率の比Rp/RおよびＰ偏光とＳ偏光の反射率の比Rp/Rs
を求めた結果を第４図において夫々曲線Rp/RおよびRp/R
sで示す。
率の比を取れば、上記雑音を相殺することができるもの
と考えられる。入射角θｉに対するＰ偏光と自然光の反
射率の比Rp/RおよびＰ偏光とＳ偏光の反射率の比Rp/Rs
を求めた結果を第４図において夫々曲線Rp/RおよびRp/R
sで示す。
上記第４図から、θｉ＝θｂとなると、比Rp/RおよびRp
/Rsも零となり、この比Rp/RもしくはRp/Rsが零となる入
射角度θｉを検出すれば、この入射角度θｉが即ち偏光
角θｂを与える。この場合、物体Ｍの表面状態によりＰ
偏光の反射率Rpが変化するのとほゞ同じ比率で自然光の
反射率ＲおよびＳ偏光の反射率Rsが変化するので、比Rp
/RもしくはRp/Rsが零となる入射角度θｉを充分高いS/N
比で検出できることは明らかである。
/Rsも零となり、この比Rp/RもしくはRp/Rsが零となる入
射角度θｉを検出すれば、この入射角度θｉが即ち偏光
角θｂを与える。この場合、物体Ｍの表面状態によりＰ
偏光の反射率Rpが変化するのとほゞ同じ比率で自然光の
反射率ＲおよびＳ偏光の反射率Rsが変化するので、比Rp
/RもしくはRp/Rsが零となる入射角度θｉを充分高いS/N
比で検出できることは明らかである。
また、第３図からも明らかなように、０＜θｉ＜θｂの
領域では、入射角θｉが増加すると反射率Rpが零に向か
って減少しているのに対し、反射率ＲおよびRsは増加し
ているので、比Rp/RおよびRp/Rsは、第４図からも分か
るように、入射角θｉが増加するにつれて比Rp/Rおよび
Rp/Rsは急激に減少する。一方、θｂ＜θｉの領域で
は、入射角θｉの増加に伴って反射率Rpが急激に増加し
ているが、反射率R,Rsも反射率Rpとほぼ同様の傾向で急
激に増加するので、比Rp/RおよびRp/Rsも反射率Rpと同
様に急激に増加している。従って、入射角θｉが偏光角
θｂの近傍に近付くと比Rp/RおよびRp/Rsも急激に零に
近付くことが分かる。これにより、偏光角θｂの検出が
シャープに行える。
領域では、入射角θｉが増加すると反射率Rpが零に向か
って減少しているのに対し、反射率ＲおよびRsは増加し
ているので、比Rp/RおよびRp/Rsは、第４図からも分か
るように、入射角θｉが増加するにつれて比Rp/Rおよび
Rp/Rsは急激に減少する。一方、θｂ＜θｉの領域で
は、入射角θｉの増加に伴って反射率Rpが急激に増加し
ているが、反射率R,Rsも反射率Rpとほぼ同様の傾向で急
激に増加するので、比Rp/RおよびRp/Rsも反射率Rpと同
様に急激に増加している。従って、入射角θｉが偏光角
θｂの近傍に近付くと比Rp/RおよびRp/Rsも急激に零に
近付くことが分かる。これにより、偏光角θｂの検出が
シャープに行える。
（発明の目的） 本発明は上記考察に基づいてなされたものであって、被
測定対象物の屈折率を検出することなく、また、被測定
対象物の表面性状や汚れ等の測定誤差要因に実質的に影
響されることなく、非接触で高精度に被測定対象物の偏
光角を検出することのできる偏光角検出方法および偏光
角検出装置を提供することを目的としてる。
測定対象物の屈折率を検出することなく、また、被測定
対象物の表面性状や汚れ等の測定誤差要因に実質的に影
響されることなく、非接触で高精度に被測定対象物の偏
光角を検出することのできる偏光角検出方法および偏光
角検出装置を提供することを目的としてる。
（発明の構成） 本願の第１の発明は、偏光角を測定しようとする被測定
対象物にＰ偏光光線と無偏光もしくはＰ偏光光線とＳ偏
光光線とを交互に切り換えて同じ入射角で入射するよう
にし、その入射角度を変化させつゝ２つの光線の反射光
強度を検出して、両強度の比率を算出し、この反射光強
度の比率が最小となる入射角度を偏光角として検出する
ことを特徴としている。
対象物にＰ偏光光線と無偏光もしくはＰ偏光光線とＳ偏
光光線とを交互に切り換えて同じ入射角で入射するよう
にし、その入射角度を変化させつゝ２つの光線の反射光
強度を検出して、両強度の比率を算出し、この反射光強
度の比率が最小となる入射角度を偏光角として検出する
ことを特徴としている。
また、本願の第２の発明は、光源と、この光源から出た
光のＰ偏光光線を出射する偏光子と、偏光角を測定しよ
うとする被測定対象物に上記Ｐ偏光光線と無偏光とをも
しくは上記Ｐ偏光光線と上記光源から出た光のＳ偏光光
線とを交互に切り換えて入射させる切換手段と、この切
換手段で切り換えられて上記被測定対象物に入射する光
の入射角度を連続的に変化させる入射角度調整手段と、
被測定対象物に入射した上記Ｐ偏光光線と無偏光もしく
は上記Ｐ偏光光線と上記Ｓ偏光光線の反射光の強度を検
出する反射光検出手段と、上記Ｐ偏光光線と無偏光とを
もしくは上記Ｐ偏光光線と上記Ｓ偏光光線とを切り換え
るタイミングを検出するタイミング生成手段と、このタ
イミング生成手段から出力されるタイミング信号に応じ
て上記Ｐ偏光光線の反射強度と無偏光の反射強度とを記
憶もしくは上記Ｐ偏光光線の反射強度と上記Ｓ偏光光線
の反射強度とを記憶し、両者の比率を演算する比率演算
手段と、この比率演算手段から上記入射角度に対応して
出力される比率の最小値を検出する最小値検出手段とを
備えたことを特徴としている。
光のＰ偏光光線を出射する偏光子と、偏光角を測定しよ
うとする被測定対象物に上記Ｐ偏光光線と無偏光とをも
しくは上記Ｐ偏光光線と上記光源から出た光のＳ偏光光
線とを交互に切り換えて入射させる切換手段と、この切
換手段で切り換えられて上記被測定対象物に入射する光
の入射角度を連続的に変化させる入射角度調整手段と、
被測定対象物に入射した上記Ｐ偏光光線と無偏光もしく
は上記Ｐ偏光光線と上記Ｓ偏光光線の反射光の強度を検
出する反射光検出手段と、上記Ｐ偏光光線と無偏光とを
もしくは上記Ｐ偏光光線と上記Ｓ偏光光線とを切り換え
るタイミングを検出するタイミング生成手段と、このタ
イミング生成手段から出力されるタイミング信号に応じ
て上記Ｐ偏光光線の反射強度と無偏光の反射強度とを記
憶もしくは上記Ｐ偏光光線の反射強度と上記Ｓ偏光光線
の反射強度とを記憶し、両者の比率を演算する比率演算
手段と、この比率演算手段から上記入射角度に対応して
出力される比率の最小値を検出する最小値検出手段とを
備えたことを特徴としている。
（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図に示すように、本偏光角検出装置は、測定部Ａと
演算部Ｂとを備え、検出された偏光角は表示記録部Ｃに
よって表示され、記録される。
演算部Ｂとを備え、検出された偏光角は表示記録部Ｃに
よって表示され、記録される。
測定部Ａは、図示しないサンプルホルダに保持された被
測定対象物１にＰ偏光と無偏光もしくはＰ偏光とＳ偏光
を交互に切り換えて入射し、上記サンプルホルダの角度
を矢印A1およびA2で示すように変化させて被測定物１に
入射するＰ偏光と無偏光もしくはＰ偏光とＳ偏光の入射
角度を変化させつゝ、上記被測定対象物１からの反射光
強度を検出するためのものである。
測定対象物１にＰ偏光と無偏光もしくはＰ偏光とＳ偏光
を交互に切り換えて入射し、上記サンプルホルダの角度
を矢印A1およびA2で示すように変化させて被測定物１に
入射するＰ偏光と無偏光もしくはＰ偏光とＳ偏光の入射
角度を変化させつゝ、上記被測定対象物１からの反射光
強度を検出するためのものである。
上記被測定対象物１に入射する光はＰ偏光と無偏光との
組合せもしくはＰ偏光とＳ偏光との組合せのいずれでも
よいが、以下では、上記被測定対象物１に入射する光は
Ｐ偏光と無偏光との組合せであるとする。
組合せもしくはＰ偏光とＳ偏光との組合せのいずれでも
よいが、以下では、上記被測定対象物１に入射する光は
Ｐ偏光と無偏光との組合せであるとする。
上記測定部Ａは光源２を備え、この光源２から出射され
た光はレンズ３に入射して平行光線に変換され、ハーフ
ミラーもしくはセクターミラー等のビームスプリッタ４
に投射される。ビームスプリッタ４に投射された光は２
つの光路に分割され、一方はレンズ５に、他方は反射鏡
６からレンズ７に夫々入射する。レンズ５に入射した光
は、このレンズ５によりスポット状に集光された状態で
回転円板（チョッパ）８に投射される。また、レンズ７
に入射した光は、同様に、このレンズ７によりスポット
状に集光された状態で上記回転円板８に投射される。
た光はレンズ３に入射して平行光線に変換され、ハーフ
ミラーもしくはセクターミラー等のビームスプリッタ４
に投射される。ビームスプリッタ４に投射された光は２
つの光路に分割され、一方はレンズ５に、他方は反射鏡
６からレンズ７に夫々入射する。レンズ５に入射した光
は、このレンズ５によりスポット状に集光された状態で
回転円板（チョッパ）８に投射される。また、レンズ７
に入射した光は、同様に、このレンズ７によりスポット
状に集光された状態で上記回転円板８に投射される。
上記回転円板８は遮光性材料よりなり、レンズ５により
スポット状に集光された光もしくはレンズ７によりスポ
ット状に集光された光が投射される位置にはスリット8a
が形成されている。上記回転円板８は電動モータ９によ
り回転駆動されるようになっている。従って、レンズ５
により集光された光が上記スリット8aを透過しているタ
イミングでは、レンズ７により集光された光は上記回転
円板８により遮断され、逆に、レンズ７により集光され
た光が上記スリット8aを透過しているタイミングでは、
レンズ５により集光された光は上記回転円板８により遮
断される。すなわち、レンズ５により集光された光とレ
ンズ７により集光された光は回転円板８により交互に切
り換えられ、この回転円板８の背後に配置されたレンズ
10および11に入射される。なお、上記切換のタイミング
は、回転円板８の外周縁に設けられた切り込み（図示せ
ず。）と、回転円板８の外周縁に配置されたフォトイン
タプラタ等のタイミング検出器12と、このタイミング検
出器12から出力する信号によりタイミング信号を生成す
るタイミング生成回路13とにより検出される。
スポット状に集光された光もしくはレンズ７によりスポ
ット状に集光された光が投射される位置にはスリット8a
が形成されている。上記回転円板８は電動モータ９によ
り回転駆動されるようになっている。従って、レンズ５
により集光された光が上記スリット8aを透過しているタ
イミングでは、レンズ７により集光された光は上記回転
円板８により遮断され、逆に、レンズ７により集光され
た光が上記スリット8aを透過しているタイミングでは、
レンズ５により集光された光は上記回転円板８により遮
断される。すなわち、レンズ５により集光された光とレ
ンズ７により集光された光は回転円板８により交互に切
り換えられ、この回転円板８の背後に配置されたレンズ
10および11に入射される。なお、上記切換のタイミング
は、回転円板８の外周縁に設けられた切り込み（図示せ
ず。）と、回転円板８の外周縁に配置されたフォトイン
タプラタ等のタイミング検出器12と、このタイミング検
出器12から出力する信号によりタイミング信号を生成す
るタイミング生成回路13とにより検出される。
回転円板８のスリット8aを通過してレンズ10に入射した
光は平行光線に変換されて偏光子14に入射され、この偏
光子14からＰ偏光がビームスプリッタ15に出射する。一
方、回転円板８のスリット8aを通過してレンズ11に入射
した光は平行光線に変換されて反射鏡16からビームスプ
リッタ15に入射する。この反射鏡16からビームスプリッ
タ15に入射する光は無偏光である。
光は平行光線に変換されて偏光子14に入射され、この偏
光子14からＰ偏光がビームスプリッタ15に出射する。一
方、回転円板８のスリット8aを通過してレンズ11に入射
した光は平行光線に変換されて反射鏡16からビームスプ
リッタ15に入射する。この反射鏡16からビームスプリッ
タ15に入射する光は無偏光である。
上記Ｐ偏光と無偏光とは、回転円板８の回転により交互
に切り換えられ、ビームスプリッタ15からレンズ17に入
射してスポット状に集光される。レンズ17を出たＰ偏光
と無偏光とは、絞り18およびレンズ19を通して被測定対
象物１に入射し、その一部は被測定対象物１にて反射さ
れる。以下、被測定対象物１に入射するＰ偏光および無
偏光を夫々IipおよびIiと記す。
に切り換えられ、ビームスプリッタ15からレンズ17に入
射してスポット状に集光される。レンズ17を出たＰ偏光
と無偏光とは、絞り18およびレンズ19を通して被測定対
象物１に入射し、その一部は被測定対象物１にて反射さ
れる。以下、被測定対象物１に入射するＰ偏光および無
偏光を夫々IipおよびIiと記す。
上記被測定対象物１から反射したＰ偏光と無偏光とは、
レンズ20および帯域フイルタ21を通して光電変換素子22
に入射される。上記帯域フィルタ21は、反射光のうち無
偏光の光干渉が実用上無視できる程度の適当な透過波長
帯域のものであれば良い。光電変換素子22は、回転円板
８により交互に切り替えられて入射するＰ偏光および無
偏光の受光強度に比例したＰ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏
光信号Ｉ′ｒを夫々出力する。上記光電変換素子22とし
ては、フォトダイオード、フォトトランジスタ等を使用
することができる。また、赤外線により偏光角θｂを検
出する場合、焦電型赤外線センサを有利に用いることが
できるが、これに限られるものではない。
レンズ20および帯域フイルタ21を通して光電変換素子22
に入射される。上記帯域フィルタ21は、反射光のうち無
偏光の光干渉が実用上無視できる程度の適当な透過波長
帯域のものであれば良い。光電変換素子22は、回転円板
８により交互に切り替えられて入射するＰ偏光および無
偏光の受光強度に比例したＰ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏
光信号Ｉ′ｒを夫々出力する。上記光電変換素子22とし
ては、フォトダイオード、フォトトランジスタ等を使用
することができる。また、赤外線により偏光角θｂを検
出する場合、焦電型赤外線センサを有利に用いることが
できるが、これに限られるものではない。
上記Ｐ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒは、次に
説明する演算部Ｂの比率演算回路23に入力する。
説明する演算部Ｂの比率演算回路23に入力する。
なお、上記Ｐ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒ
は、光電変換素子22として使用する素子の種類、使用回
路等により暗電流成分vaを含んでいることがある。この
場合は、上記検出信号は暗電流キャンセル回路（図示せ
ず。）を通して比率演算回路23に入力し、上記暗電流成
分vaをキャンセルした後、比率演算回路23に入力され
る。
は、光電変換素子22として使用する素子の種類、使用回
路等により暗電流成分vaを含んでいることがある。この
場合は、上記検出信号は暗電流キャンセル回路（図示せ
ず。）を通して比率演算回路23に入力し、上記暗電流成
分vaをキャンセルした後、比率演算回路23に入力され
る。
次に、演算部Ｂの構成を説明する。
演算部Ｂは比率演算回路23および最小値検出回路24によ
り構成される。
り構成される。
比率演算回路23は、光電変換素子22から入力したＰ偏光
信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒを増幅後、これらＰ
偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒを、タイミング
生成回路13から入力するタイミング信号のタイミングで
夫々個別にサンプルホールドし、個別にサンプルホール
ドされたＰ偏光信号Ｉ′rpと無偏光信号Ｉ′ｒとの比
Ｉ′rp/I′ｒを演算する。
信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒを増幅後、これらＰ
偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒを、タイミング
生成回路13から入力するタイミング信号のタイミングで
夫々個別にサンプルホールドし、個別にサンプルホール
ドされたＰ偏光信号Ｉ′rpと無偏光信号Ｉ′ｒとの比
Ｉ′rp/I′ｒを演算する。
一方、最小値検出回路24は、被測定対象物１を矢印A1,A
2で示すように回動させてＰ偏光および無偏光の入射角
θｉを変化させたとき、比率演算回路23から入力する上
記比Ｉ′rp/I′ｒの最小値を検出する。
2で示すように回動させてＰ偏光および無偏光の入射角
θｉを変化させたとき、比率演算回路23から入力する上
記比Ｉ′rp/I′ｒの最小値を検出する。
表示部Ｃは第１表示装置25および第２表示装置26からな
る。
る。
上記第１表示装置25は、被測定対象物１を一つの方向に
回動させる１回目の走査により最小値検出回路24が検出
した比Ｉ′rp/I′ｒの最小値およびその入射角θｉを表
示する。また、第２表示装置26は、被測定対象物１を１
回目の走査からもとの位置に戻す返しの走査において演
算された上記比Ｉ′rp/I′ｒおよび対応する入射角θｉ
をすべて表示する。
回動させる１回目の走査により最小値検出回路24が検出
した比Ｉ′rp/I′ｒの最小値およびその入射角θｉを表
示する。また、第２表示装置26は、被測定対象物１を１
回目の走査からもとの位置に戻す返しの走査において演
算された上記比Ｉ′rp/I′ｒおよび対応する入射角θｉ
をすべて表示する。
上記のようにして検出されたＰ偏光信号Ｉ′rpと無偏光
信号Ｉ′ｒとの比Ｉ′rp/I′ｒの演算結果が最小値であ
れば、Rp/Rも最小値となる。
信号Ｉ′ｒとの比Ｉ′rp/I′ｒの演算結果が最小値であ
れば、Rp/Rも最小値となる。
即ち、被測定対象物１により反射されるＰ偏光および無
偏光のうち、光電変換素子22に到達する割合を夫々αお
よびβとすれば、 Ｉ′rp＝αRp Iip ……（２） Ｉ′ｒ＝βR Ii ……（３） であり、Ｐ偏光と無偏光とは同一条件で被測定対象物１
に入射する場合はα＝βとみなすことができる。
偏光のうち、光電変換素子22に到達する割合を夫々αお
よびβとすれば、 Ｉ′rp＝αRp Iip ……（２） Ｉ′ｒ＝βR Ii ……（３） であり、Ｐ偏光と無偏光とは同一条件で被測定対象物１
に入射する場合はα＝βとみなすことができる。
従って、（２）式および（３）式から、 Rp/R∝Ｉ′rp/I′ｒ ……（４） となる。この（４）式より、光電変換素子22から出力す
るＰ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒとの比率
Ｉ′rp/I′ｒの演算結果が最小であればRp/Rも最小値と
なる。これにより、比率演算回路23から出力する比Ｉ′
rp/I′ｒの演算結果が最小となる入射角θｉから偏光角
θｂを検出することができる。
るＰ偏光信号Ｉ′rpおよび無偏光信号Ｉ′ｒとの比率
Ｉ′rp/I′ｒの演算結果が最小であればRp/Rも最小値と
なる。これにより、比率演算回路23から出力する比Ｉ′
rp/I′ｒの演算結果が最小となる入射角θｉから偏光角
θｂを検出することができる。
第１図の偏光角検出装置によりガラス（BK7）の偏光角
θｂを測定したところ、±0.1度以下の精度で偏光角θ
ｂを検出することができた。この測定には、測定波長領
域は750〜1100nmで光電変換素子としてはシリコンフォ
トダイオードを使用した。
θｂを測定したところ、±0.1度以下の精度で偏光角θ
ｂを検出することができた。この測定には、測定波長領
域は750〜1100nmで光電変換素子としてはシリコンフォ
トダイオードを使用した。
上記実施例では、Ｐ偏光と無偏光とを使用したが、Ｐ偏
光とＳ偏光とを使用することもできる。
光とＳ偏光とを使用することもできる。
Ｐ偏光とＳ偏光とを使用する場合は、第１図のレンズ11
の後にＳ偏光用の偏光子（図示せず。）を配置すればよ
い。また、第１図の偏光子14を回転させることにより、
Ｐ偏光とＳ偏光とを作ることができる。このようにすれ
ば、回転円板８やビームスプリッタ4,15等を省略するこ
とができ、偏光角検出装置の光学系が簡単化される。
の後にＳ偏光用の偏光子（図示せず。）を配置すればよ
い。また、第１図の偏光子14を回転させることにより、
Ｐ偏光とＳ偏光とを作ることができる。このようにすれ
ば、回転円板８やビームスプリッタ4,15等を省略するこ
とができ、偏光角検出装置の光学系が簡単化される。
第１図の偏光角検出装置は、樹脂フイルム等の膜厚，層
厚を赤外域における特性吸収を利用して検出する赤外線
厚み計や分光分析に適用することもできる。
厚を赤外域における特性吸収を利用して検出する赤外線
厚み計や分光分析に適用することもできる。
また、比率演算回路23および最小値検出回路24をマイク
ロコンピュータに置き換え、加えて、パルスモータ等に
より被測定対象物１のサンプルホルダの角度もしくは被
測定対象物１に入射する光の角度を制御することによっ
て偏光角の自動設定もできる。被測定対象物１を透過し
た赤外線の透過量は分光器および光電検出器を備えた受
光部31で検出され、この透過量に基づいて、演算部32に
より被測定対象物１の厚みが検出される。
ロコンピュータに置き換え、加えて、パルスモータ等に
より被測定対象物１のサンプルホルダの角度もしくは被
測定対象物１に入射する光の角度を制御することによっ
て偏光角の自動設定もできる。被測定対象物１を透過し
た赤外線の透過量は分光器および光電検出器を備えた受
光部31で検出され、この透過量に基づいて、演算部32に
より被測定対象物１の厚みが検出される。
上記受光部31および演算部32については、本出願人の出
願に係る特願昭59−80976号（発明の名称「赤外線厚み
計」）等に詳説されている。
願に係る特願昭59−80976号（発明の名称「赤外線厚み
計」）等に詳説されている。
（発明の効果） 本発明によれば、同じ比率で変化する雑音成分が相殺さ
れて偏光角の検出には影響されなくなるので、被検出対
象物に汚れやにごり等が存在しても、偏光角検出時のS/
N比を高くすることができ、偏光角検出精度を高めるこ
とができる。
れて偏光角の検出には影響されなくなるので、被検出対
象物に汚れやにごり等が存在しても、偏光角検出時のS/
N比を高くすることができ、偏光角検出精度を高めるこ
とができる。
また、本発明によれば、被測定対象物に光を投射するだ
けで、フレキシブルな被測定対象物等の偏光角も非接触
で検出することができ、検出したこの偏光角から逆に、
被測定対象物の屈折率を検出することもできる。
けで、フレキシブルな被測定対象物等の偏光角も非接触
で検出することができ、検出したこの偏光角から逆に、
被測定対象物の屈折率を検出することもできる。
さらに、本発明によれば、被測定対象物に入射する光の
入射角を変化させる入射角度調整手段または被測定対象
物の設定角度調整手段と組合せることにより、容易に偏
光角の自動設定を実現できる。また本出願人が特願昭58
−183636に開示した追従制御手段と組合せることによ
り、偏光角または、屈折率を非接触でリアルタイムに検
出できる。
入射角を変化させる入射角度調整手段または被測定対象
物の設定角度調整手段と組合せることにより、容易に偏
光角の自動設定を実現できる。また本出願人が特願昭58
−183636に開示した追従制御手段と組合せることによ
り、偏光角または、屈折率を非接触でリアルタイムに検
出できる。
第１図は本発明に係る偏光角検出装置の一実施例の原理
的構成を示す説明図、第２図は物体に入射する入射光の
反射光および透過光の説明図、第３図は入射角と反射率
との関係を示す説明図、第４図は入射角に対するＰ偏光
と無偏光およびＰ偏光とＳ偏光との比率の変化の説明図
である。 １……被測定対象物、８……回転円板、 8a……スリット、９……電動モータ、 12……タイミング検出器、 13……タイミング生成回路、 14……偏光子、22……光電変換素子、 23……比率演算回路、24……最小値検出回路。
的構成を示す説明図、第２図は物体に入射する入射光の
反射光および透過光の説明図、第３図は入射角と反射率
との関係を示す説明図、第４図は入射角に対するＰ偏光
と無偏光およびＰ偏光とＳ偏光との比率の変化の説明図
である。 １……被測定対象物、８……回転円板、 8a……スリット、９……電動モータ、 12……タイミング検出器、 13……タイミング生成回路、 14……偏光子、22……光電変換素子、 23……比率演算回路、24……最小値検出回路。
Claims (2)
- 【請求項１】偏光角を測定しようとする被測定対象物に
Ｐ偏光光線と無偏光もしくはＰ偏光光線とＳ偏光光線と
を交互に切り換えて同じ入射角で入射するようにし、そ
の入射角度を変化させつゝ２つの光線の反射光強度を検
出して、両強度の比率を算出し、この反射光強度の比率
が最小となる入射角度を偏光角として検出することを特
徴とする偏光角検出方法。 - 【請求項２】光源と、この光源から出た光のＰ偏光光線
を出射する偏光子と、偏光角を測定しようとする被測定
対象物に上記Ｐ偏光光線と無偏光とをもしくは上記Ｐ偏
光光線と上記光源から出た光のＳ偏光光線とを交互に切
り換えて入射させる切換手段と、この切換手段で切り換
えられて上記被測定対象物に入射する光の入射角度を連
続的に変化させる入射角度調整手段と、被測定対象物に
入射した上記Ｐ偏光光線と無偏光もしくは上記Ｐ偏光光
線と上記Ｓ偏光光線の反射光の強度を検出する反射光検
出手段と、上記Ｐ偏光光線と無偏光とをもしくは上記Ｐ
偏光光線と上記Ｓ偏光光線とを切り換えるタイミングを
検出するタイミング生成手段と、このタイミング生成手
段から出力されるタイミング信号に応じて上記Ｐ偏光光
線の反射強度と無偏光の反射強度とを記憶もしくは上記
Ｐ偏光光線の反射強度と上記Ｓ偏光光線の反射強度とを
記憶し、両者の比率を演算する比率演算手段と、この比
率演算手段から上記入射角度に対応して出力される比率
の最小値を検出する最小値検出手段とを備えたことを特
徴とする偏光角検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11929885A JPH076841B2 (ja) | 1985-06-01 | 1985-06-01 | 偏光角検出方法および偏光角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11929885A JPH076841B2 (ja) | 1985-06-01 | 1985-06-01 | 偏光角検出方法および偏光角検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61277026A JPS61277026A (ja) | 1986-12-08 |
| JPH076841B2 true JPH076841B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=14757951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11929885A Expired - Lifetime JPH076841B2 (ja) | 1985-06-01 | 1985-06-01 | 偏光角検出方法および偏光角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076841B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003194710A (ja) * | 2001-12-21 | 2003-07-09 | Shiseido Co Ltd | 光散乱体の屈折率の測定方法およびその装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63204123A (ja) * | 1987-02-19 | 1988-08-23 | Hiroshi Kezuka | 準偏光角による厚膜，薄膜の光学定数および膜厚の測定方法 |
| JPH0357700U (ja) * | 1989-10-11 | 1991-06-04 | ||
| JP2669732B2 (ja) * | 1990-07-27 | 1997-10-29 | 昭和電工株式会社 | 旋光度検出方法、その検出装置および旋光度検出用セル |
-
1985
- 1985-06-01 JP JP11929885A patent/JPH076841B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 光学的測定ハンドブックＰＰ．４７６−４７８ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003194710A (ja) * | 2001-12-21 | 2003-07-09 | Shiseido Co Ltd | 光散乱体の屈折率の測定方法およびその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61277026A (ja) | 1986-12-08 |
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