JPH11101740A - 偏光解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偏光光学素子の方位角を稼働することなく計測
対象からの光線の偏光状態を解析できる偏光解析装置を
提供すること。 【解決手段】計測対象からの計測光線を平板１１１にブ
リュスター角で入射させ、前記平板１１１にて反射した
光線の強度と前記平板１１１を透過した光線の異なる方
位角による強度とからなる少なくとも三つの偏光成分の
強度を計測することで、前記計測光線の偏光状態を解析
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の偏光状態を解
析する偏光解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の偏光解析装置の原理を示
す図である。従来の偏光解析装置は図示しない計測対象
からの光線５０１ａを偏光光学素子５０２に入射する。
偏光光学素子５０２は、任意の特定方向を基準とした方
位角Ｐの偏向光５０１ｂを選択的に透過するものであ
る。偏光光学素子５０２では偏向光５０１ｂのみを透過
し、偏向光５０１ｂは受光器５０３に入射されその強度
が計測される。偏光光学素子１０２は、一般に用いられ
る図示しない回転光学台または同等の支持具により支持
されており、前記方位角Ｐを任意に設定することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の偏向解
析装置を用いた偏向解析方法は、偏光光学素子５０２に
て方位角Ｐを順次変えながら受光器５０３により偏向光
５０１ｂの強度を計測し、その計測した結果に偏光を表
現する数式の偏光パラメータを合わせることで偏光を解
析する。

【０００４】したがって、偏光状態の計測においては偏
光光学素子５０２の方位角Ｐを手動または自動にて稼働
変更する必要があるため、その稼働部に起因する計測誤
差、再現性の低下、計測器の故障、計測時間の長時間化
及び計測器の大型化を避けられないという問題がある。
本発明の目的は、偏光光学素子の方位角を稼働変更する
ことなく計測対象からの光線の偏光状態を解析できる偏
光解析装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の偏光解析装置は以下の如く構
成されている。本発明の偏光解析装置は、計測対象から
の計測光線を平板にブリュスター角で入射させ、前記平
板にて反射した光線の強度と前記平板を透過した光線の
異なる方位角による強度とからなる少なくとも三つの偏
光成分の強度を計測することで、前記計測光線の偏光状
態を解析するよう構成されている。

【０００６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）図１の（ａ）は、本発明の第１の
実施の形態に係る偏光解析装置の構成要素の配置の概要
を示す図であり、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ
矢視図である。図示しない計測対象からの計測光線１０
０は前記計測対象の波長に対して透明な平板１１１の表
面へブリュースター角θにて入射する。そのときの反射
光１２１は、受光器１０１によりその強度が計測され
る。

【０００７】一方、平板１１１を透過した光は、平板１
１２へ平板１１１と同様にブリュースター角θにて入射
する。そのときの反射光１２２は、受光器１０２により
その強度が計測される。以下、同様に透過光を次の平板
１１３へブリュースター角θにて入射させ、そのときの
反射光の強度を計測する。図１の（ａ）及び（ｂ）では
平板を３枚目までしか示していないが、これ以降任意の
段数で同様に反射、透過、受光機構を設けても良い。３
段以上であれば、段数が多いほど計測結果の解析精度が
向上する。

【０００８】可視光の計測を例に取ると、平板１１１〜
１１３には光学測定に用いることのできる石英ガラスな
どの透明ガラス板を用い、その板厚は特に限定がなく、
裏面からの反射が受光器に入っても良いが、表、裏の両
面が平行であることが必要である。平板１１１〜１１３
は、入射角、方位角を調整できる光学部品の図示しない
ホルダーに取り付けられる。そのホルダーは、透過光を
遮蔽しないよう、透明ガラス板の周囲を保持する機構を
有するものが望ましい。

【０００９】また、受光器１０１〜１０３は、入射光の
強度に比例した出力を得ることができるものであれば、
光強度変換方式のものでも光子数計数方式のものでもよ
い。なお、計測信号光が弱い場合には後者の方式が望ま
しい。また、図１では受光器として個別のものが複数個
示されているが、個別のものに限らず一つの受光器にて
位置、時間を分離することで計測を行なってもよい。ま
た、計測光線１００は、平行光であればその光束には制
限はない。平板間の距離も特に制約はなく、また背景光
の散乱を考慮すれば当該偏光解析装置を暗箱に入れなく
てもよい。

【００１０】図１の（ｂ）に示すように、平板１１１に
よる反射光１２１と平板１１２による反射光１２２とは
方位角α1 をなし、平板１１１による反射光１２１と平
板１１３による反射光１２３とは方位角α2 をなす。平
板１１２は、その反射面による反射光１２２が平板１１
１による反射光１２１と方位角α1 をなすよう調整す
る。平板１１３も同様に、その反射面による反射光１２
３が平板１１１による反射光１２１と方位角α2 をなす
よう調整する。受光器１０１，１０２，１０３は、それ
ぞれ反射光１２１，１２２，１２３を受光できる位置に
設置する。

【００１１】また、それ以降に同様な平板、受光器を設
ける場合にも、方位角が前段とは異なるよう平板の反射
面を調整するとともに、その反射面による反射光を受光
できる位置に受光器を設置する。平板の反射面の方位角
としては特に指定する必要はないが、計測精度を向上さ
せるためには１８０度を段数（平板数）にて等分した角
度、もしくは各々に１８０度を加えた角度が望ましい。

【００１２】本第１の実施の形態に示すように、平板１
１１の平面にブリュスター角で入射した後反射する光の
強度は、反射する平面に平行な成分が、計測対象からの
計測光線に含まれる電場の振幅の１００％未満の特定既
知成分である。そして、受光器１０１では装置特有の検
出効率でその反射光強度を計測する。そのため、計測し
た光の強度から計測対象の特定偏光成分の強度が得られ
る。一方、平板１１１を透過する光においては、計測対
象からの計測光線に含まれる電場の振幅から、反射する
平面に平行な成分の振幅が特定既知割合減少した光線に
なる。したがって、透過した光線の偏光状態から、計測
対象からの計測光線の偏光状態が得られる。

【００１３】次に平板１１２を介した受光器１０２で
は、平板１１１とは異なる方位角α1の偏光成分の強度
を平板１１１における反射と同様な原理にて計測でき
る。さらに、平板１１３を介した受光器１０３では、平
板１１１、１１２とは異なる方位角α2 の偏光成分の強
度を平板１１１における反射と同様な原理にて計測でき
る。

【００１４】以上の受光器１０１〜１０３もしくはそれ
以上の段数を合計ｎ（ｎ＝３，４，…）段重ねた場合に
は、受光器１０１〜受光器１０ｎの計測強度より、機器
特有の反射率、透過率、計測効率を考慮することによ
り、計測対象からの光線の特定偏光成分の強度が得られ
る。そして、この強度と各平板の方位角から、図示しな
い解析手段により計測対象からの計測光線の偏光状態を
解析し特定できる。

【００１５】（第２の実施の形態）図２の（ａ）は、本
発明の第２の実施の形態に係る偏光解析装置の構成要素
の配置の概要を示す図であり、図２の（ｂ）は図２の
（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。図示しない計測対象から
の計測光線１００は、上記第１の実施の形態と同様に平
板２１１にブリュースター角にて入射し、その反射光の
強度が受光器２０１により計測される。一方、平板２１
１を透過した光は偏光プリズム２３１により二つの偏光
成分に分離され、それぞれ受光器２０２、受光器２０３
によりその強度が計測される。

【００１６】平板２１１及び受光器２０１の機能は、上
記第１の実施の形態に示した平板１１１及び受光器１０
１と同様であるので、説明を省略する。透過光の分析に
使用する偏光プリズム２３１は光学計測に用いられるも
のであり、ｐ偏光とｓ偏光を分離する機能を有する。図
２の（ｂ）では、偏光プリズム２３１による反射光２２
２が透過光２２３に対して直交する方向へ反射するよう
に示したが、直交する方向以外に透過方向が変わる方式
でも同様の効果が得られる。

【００１７】上記第１の実施の形態と同様に、平板によ
り反射した光の強度は計測光線の特定偏光成分強度の特
定既知割合である。本第２の実施の形態では上記第１の
実施の形態と異なり、平板を透過した光線は偏光プリズ
ムあるいは偏光ビームスプリッタまたは方解石等の偏光
子によりその光学素子の方位角により決まる偏光の成分
が完全に二つに分離し、それぞれの光線を強度計測器で
ある受光器により計測する。

【００１８】（第３の実施の形態）図３の（ａ）は、本
発明の第３の実施の形態に係る偏光解析装置の構成要素
の配置の概要を示す図であり、図３の（ｂ）は図３の
（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。本第３の実施の形態は上
記第２の実施の形態にて示した偏光分離方法を基に説明
するが、上記第１の実施の形態に示した偏光分離方法を
用いてもよい。

【００１９】平板３１１で反射された反射光３２１は分
光器３４１により波長が分離され、受光器３０１により
強度が計測される。受光器３０２、３０３についても同
様に、分光器３４２、３４３を備え付けることにより波
長を分離し、光強度を計測する。

【００２０】偏光分離のための平板３１１及び偏光プリ
ズム３３１の機能については上記第１、第２の実施の形
態に示した平板及び偏光プリズムと同様であるため、説
明を省略する。また、分光器はプリズム、回折格子など
を用いた任意の分光器でよく、受光器はスリットにより
波長を選別する光強度計測器または位置敏感型強度計測
器を用いることができる。

【００２１】上記第１，第２の実施の形態に示したよう
に、偏光分離をする方法は反射光学系に準ずるものであ
り、波長依存性が無いかまたは無視できる。また、ブリ
ュースター角も平板の材料固有のものであるため、波長
依存性が無いかまたは無視できる。そこで、本第３の実
施の形態のように計測光を分光器により分光することに
より、任意の波長の偏光を計測できる。

【００２２】（第４の実施の形態）図４の（ａ）は、本
発明の第４の実施の形態に係る偏光解析装置の構成要素
の配置の概要を示す図であり、図４の（ｂ）は図４の
（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。第４の実施の形態は上記
第１，第２の実施の形態と同様な構成により偏光を解析
する装置であり、平板４１１により反射された反射光４
２１が光ファイバー４４１により受光器４０１へ導かれ
る。また、偏光プリズム４３１により二つに分離された
反射光４２２と透過光４２３も同様に、それぞれ光ファ
イバー４４２，４４３を介して受光器４０２，４０３へ
導かれる。

【００２３】平板、偏光プリズム、受光器の機能につい
ては上記第１，第２の実施の形態と同様であるので説明
を省略する。平板４１１により反射された反射光４２
１、偏光プリズム４３１により反射された反射光４２２
及び偏光プリズム４３１を透過した透過光４２３は、そ
れぞれ図示しない適当なレンズなどにより光ファイバー
４４１、４４２、４４３に入射され、該光ファイバーを
介して受光器４０１，４０２，４０３へ導かれる。光フ
ァイバー４４１，４４２，４４３は、計測する波長の光
に適合したものであり、偏光を保存する必要はない。ま
た、本第４の実施の形態では受光器を示したが、上記第
３の実施の形態に示したように分光器を介して受光器を
備えることも可能である。

【００２４】また、表面や光学素子により分離された光
線を光ファイバー等の手段により別の場所に配置した分
光器や受光器（強度計測器）に導くことにより、計測器
能力を損なうことなく、計測器をコンパクトに構成する
ことが可能になり、計測器のサイズに起因する計測器の
設置場所の制限を無くすことが可能になる。

【００２５】なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施で
きる。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された構成及び
作用効果をまとめると次の通りである。 ［１］実施の形態に示された偏光解析装置は、計測対象
からの計測光線を平板にブリュスター角で入射させ、前
記平板にて反射した光線の強度と前記平板を透過した光
線の異なる方位角による強度とからなる少なくとも三つ
の偏光成分の強度を計測することで、前記計測光線の偏
光状態を解析するよう構成されている。

【００２６】したがって上記偏光解析装置によれば、偏
光状態の計測において偏光光学素子の方位角を手動また
は自動にて稼働変更する稼働部が必要でないため、その
稼働部に起因する計測誤差、再現性の低下、計測器の故
障、計測時間の長時間化を防止でき、計測器を小型化で
きる。 ［２］実施の形態に示された偏光解析装置は上記［１］
に記載の装置であり、かつ上記平板を透過した光を偏光
プリズムにより分離することにより、透過光を効率よく
計測できる。 ［３］実施の形態に示された偏光解析装置は上記［１］
または［２］に記載の装置であり、かつ強度計測器に代
えて、分光器及び受光器（強度計測器または位置敏感型
強度計測器）を用いることにより、任意の波長を選択し
て偏光を解析することができる。 ［４］実施の形態に示された偏光解析装置は上記［１］
乃至［３］のいずれかに記載の装置であり、かつ光線を
光ファイバー等の手段により別の場所に配置した分光器
や強度計測器へ導くことにより、計測器とその周辺をコ
ンパクトに構成することが可能になる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、偏光光学素子の方位角
を稼働変更することなく計測対象からの光線の偏光状態
を解析できる偏光解析装置を提供できる。したがって、
偏光状態の計測において偏光光学素子の方位角を手動ま
たは自動にて稼働変更する稼働部が必要でないため、そ
の稼働部に起因する計測誤差、再現性の低下、計測器の
故障、計測時間の長時間化を防止でき、計測器を小型化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏光解析装置
の構成要素の配置の概要を示す図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る偏光解析装置
の構成要素の配置の概要を示す図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る偏光解析装置
の構成要素の配置の概要を示す図。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る偏光解析装置
の構成要素の配置の概要を示す図。

【図５】従来例に係る偏光解析装置の原理を示す図。

【符号の説明】

１００…計測光線 １０１〜１０３…受光器 １１１〜１１３…平板 １２１〜１２３…反射光 ２０１〜２０３…受光器 ２１１…平板 ２２１，２２２…反射光 ２２３…透過光 ２３１…偏光プリズム ３０１〜３０３…受光器 ３１１…平板 ３２１，３２２…反射光 ３２３…透過光 ３３１…偏光プリズム ３４１〜３４３…分光器 ４０１〜４０３…受光器 ４１１…平板 ４２１，４２２…反射光 ４３１…偏光プリズム ４４１〜４４３…光ファイバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測対象からの計測光線を平板にブリュス
   ター角で入射させ、前記平板にて反射した光線の強度と
   前記平板を透過した光線の異なる方位角による強度とか
   らなる少なくとも三つの偏光成分の強度を計測すること
   で、前記計測光線の偏光状態を解析する偏光解析装置。