JPS62502563A - 干渉偏光屈折計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉偏光屈折計 技術分野 本発明は、光学、特に干渉屈折計に関し、その上特に干渉偏光屈折計に関する。

従来の技術 偏光放射源、並びに、その放射路に次々に連続的に位置する、光ビームを直角に 偏光さ・せられた２つの光ビームに空間的に分割する（ｓｐａｔｉａｌ　ｓｐｌ ｉｔｔｉｎｇ）ための手段、直角に偏光させられた該光ビームを空間的にそろえ る（ｓｐａｔｉａｌ　ｍａｔｃｈｉｎｇ）ための手段、光ビームの路長差を測定 するユニット、そして更に、空間的に分割するための該手段と直角に偏光させら れた該光ビームを空間的にそろえるための該手段との間の適当な位置に置かれた 試料保持具を含んでなる干渉偏光屈折計は、当該技術において公知である。光ビ ームを空間的に分割するための手段と光ビームを空間的にそろえるための手段は 、単一の平行平面結晶板の形に作られる（ザムコフ（Ｖ、Ａ、Ｚａｍｋｏν）、 ラドケビチ（Ｖ、Ａ、Ｒａｄｋｅｖｉｃｈ）　：　ｒ内部異方性測定用偏光干渉 計」、光学と分光測定（Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）　 、第３１巻、第５号、１９７１年刊、８１１〜８１６頁を参照されたい）。

前述の従来技術の屈折計の特色は、温度及び機械的外乱に対する感度が高いこと に起因して読取りの安定性が低いことである。

屈折計の感度が前記外乱に対して高いのは、次に述べる事情のためである。最初 の光ビームが直角に偏光させられた２つの光ビームに分割されている時に、後者 は結晶板中を常光線（ｏｒｄｉｎａｒｙ）及び異常光線（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎ ａｒｙ）として伝搬し、そして、常光線及び異常光線に特有の異なる屈折率のた め一定の路長差をとり、その差の値は結晶板の温度及び位置による。結晶板中を 反復して通過する間（光ビームがそろえられる時）に、常光線として伝搬される のは分割してし）る間に常光線として伝搬した光ビームであり、異常光線として 伝搬されるのは同様に分割している間に異常光線として伝搬した光。

ビームである。従って、分割しそしてそろえる間にとられた全路長差は、分割す る（そろえる）間に得られたもののほぼ２倍はど大きく、且つまた結晶板の温度 及び位置による。

従来技術のもう１つの干渉偏光屈折計は、偏光放射源、並びに、その放射路に次 々に連続的に位置する、光ビームを直角に偏光させられた２つの光ビームに空間 的に分割するための手段、二分の一波長板（２つの四分の一波長板から構成され る）、直角に偏光させられた咳光ビームを空間的Ｇこそろえるための手段、楕円 偏光成分の路長差を測定するためのユニット、そして更に、空間的分割するため の該手段と空間的にそろえるための該手段との間の適当な位置に置かれた測定皿 （ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｉｓｈ）を含んでなる（バシリエバ（１，Ｓ、Ｖａｓ ｉｌｉｅｖａ）ら：「液体屈折分析器の感度を高めるための適当な方法」。

分析計器製造法、液状媒質を分析する方法及び計器集、第１巻、第１部、１９７ ５年トビリシにて刊行、を参照されたい）。

前述の従来技術の屈折針において空間的に分割するための手段及び直角に偏光さ せられた光ビームを空間的にそろえるための手段として用いられるのは、厚さが 等しく、光軸が同一方向である２枚の平行平面結晶板である。第１及び第２の結 晶板を通過する際に、光ビームはそれぞれの結晶板の温度及び位置に応じて該光 ビームに比例して路長差を獲得する。

しかしながら、先に述べた干渉偏光屈折計と対比して、この場合における温度に 依存する路長の変動は、結晶板の間の適当な位置に置かれた二分の一波長板のた め部分的に補償され、おのおのの光ビームの偏光方位を９０°だけ変化させる。

これが起こるので、第１の機中を常光線及び異常光線として伝搬する光ビームは 第２の機中をそれぞれ異常光線及び常光線として伝搬し、第１及び第２の機中で 獲得された路長差は符号が異なる。これに反して、結晶板がお互いに一定間隔を おいて位置していてそれらの温度と位置とが別に変化するため、完全な補償は実 行できないことが判明した。温度の感度が存続するもう一つの原因は、結晶板を 動かないように締結することが結晶板中に応力を引き起こし、応力の値が温度条 件及び締結条件に依存することにある。前記従来技術の屈折計は光ビームを分割 しそしてそろえるために２枚の結晶板を有するので、これらの条件は異なってい る。結晶板の相対的な位置の変化が路長差のかなりの変化を助成し、それによっ てそれらを動かないように締結することを義務的なものとしているので、前述の 従来技術の屈折計が結晶板中の応力を減少させるための可能性を制限されている 、ということは注目すべきである。

発明の開示 本発明の目的は、光ビームの全路長差が空間的に分割するための手段及び直角に 偏光させられた光ビームを空間的にそろえるための手段の温度及び位置に依存す るのを設計上かなり減少させ、それに応じて計器の読みの安定性を改善し、その 結果として感度と測定精度とを高めた干渉偏光屈折計を提供することである。

前述の目的は、偏光放射源、並びに、その放射路に次々に連続的に位置する、光 ビームを直角に偏光させられた２つの光ビームに空間的に分割するための手段、 直角に偏光させられた該光ビームを空間的にそろえるための手段、楕円偏光させ られた光成分の路長差を測定するためのユニット、そして更に、分割するための 該手段とそろえるための該手段との間の適当な位置に置かれた測定皿を含んでな る干渉偏光屈折計であって、本発明に従って、光ビームを直角に偏光させられた ２つの光ビームに空間的に分割するための該手段と二分の一波長板との間に平ら な反射面を有する反射器があり、且つ、該二分の一波長板と直角に偏光させられ た光ビームを空間的にそろえるための該手段との間に第１の反射器の反射面と垂 直な平らな反射面を有する第２の反射器があって、両方の反射器は一方が他方に 対して動かないように取付けられており、そして、分割するための該手段及び直 角に偏光させられた光ビームをそろえるための該手段が両方の反射器の反射面と 垂直な主断面を有する単一の平行平面結晶板に形に作られている干渉偏光屈折計 を提供することによって達成される。

本発明のもう１つの態様においては、この目的は、本発明に従って、光ビームを 直角に偏光させられた２つの光ビームに空間的に分割するための手段と二分の一 波長板との間にコーナー反射器があり、且つ、二分の一波長板と直角に偏光させ られた光ビームを空間的にそろえるための手段との間に第１のコーナー反射器の 主断面と平行な主断面を有する第２のコーナー反射器があり、それらのコーナー 反射器は一方が他方に対して動かないように取付けられており、そして、空間的 に分割するための該手段及び直角に偏光させられた光ビームを空間的にそろえる ための該手段がそれらのコーナー反射器の主断面と平行もしくは垂直な主断面を 有する単一の平行平面結晶板の形に作られている、同様な干渉偏光屈折計を提供 することによって達成される。

本発明に従って作られた干渉偏光屈折計における光ビームの路長の全体の差は、 両方の態様において空間的に分割するための手段及び直角に偏光させられた光ビ ームを空間的にそろえるための手段として使用される平行平面板の温度及び位置 にほんのわずかしか依存せず（第１の態様において）、また実際上それらから独 立しており（第２の態様において）、干渉偏光屈折計の読みの安定性を向上させ （ドリフトと出力信号の変動レベルとが減少する）、その結果として感度と測定 精度とが高まる。

もう１つの利点は、高価な結晶物質の倹約及び簡易化された製造方法のため計器 の費用が低下することである。

図面の簡単な説明 次に、添付の図面に関連して採用された本発明の特定の態様によって本発明を記 述する。

第１図は、本発明に従って平らな表面の反射器を有する干渉偏光屈折計の態様の 概要図である。

第２図は、本発明に従ってコーナー反射器を有する同様のものの態様である。

発明を実施する最良の様式 第１図に示した干渉偏光屈折計は、偏光放射源１、並びに、その放射路に次々に 連続的に位置する、平行平面結晶板２（例えば方解石）の形に作られた光ビーム を直角に偏光させられた２つの光ビームに空間的に分割するための手段、測定皿 ３、平らな反射面を有する、実際には表面に吹付けられた平らな鏡である反射器 ４、二分の一波長板５（例えば結晶石英）、これまた表面に吹付けられた平らな 鏡である第２の反射器６、実際には平行平面結晶板２である直角に偏光させられ た光ビームを空間的にそろえるための手段、及び楕円偏光させられた光成分の路 長差を測定するためのユニット７を含んでなる。

反射器４及び６は一方が他方に対して動かないように取付けられ、反射器６の反 射面は反射器４の反射面と垂直であり、平行平面板２の主断面は反射器４及び６ の平らな反射面と垂直である。

ここに述べた態様においては、標準媒質及び分析される媒質のための２つの平行 平面セルを有する測定皿が結晶板２と反射器４との間に位置する。しかしながら 、必要があれば、例えば設計上の考慮から、皿３は反射器４と二分の一波長板５ との間、二分の一波長＋５．５と反射器６との間、反射器６と結晶板２との間、 そしてまた二分の一波長板５が２枚の四分の一波長板から構成されている場合に は２枚の四分の一波長板の間に、配置することができよう。楕円偏光させられた 光成分の路長差を測定するためのユニット７としては、四分の一波長補償板（例 えばセナルモン補償板）、偏光子、及び光検出器を含んでなる装置を使用するこ とができよう。非常に敏感な測定を実施する際には、ユニット７は電気光学変調 器又は磁気光学変調器を追加して含むことができよう。

第１図に示した干渉偏光屈折計の態様は、次のとおりに作用する。

結晶板２が放射′ｔｉ、１からやって来る光ビーム８を直交平面で直線偏光させ られた２つの光ビーム９及び１０に分割し、該ビームの１つは皿３の測定セルを 通過し、他方は同じ皿の比較セルを通過する。ビーム９及び１０は、その後、反 射器４の鏡により反射され、ビーム９及び１０のおのおのの偏光方位を９０°だ け変える二分の一波長板５を通過して反射器６の鏡により更に反射され、そして 結晶＋５．２により１つのビーム１１に整合させられる。直角に偏光させられた ビーム９及び１０の整合の結果として、楕円偏光ビーム１１が形成される。楕円 偏光の成分は、分析されている媒質の屈折率の差に比例した路長差の特徴を示す 。路長差は、路長差測定ユニット７の助けによって測定される。

第１図より分るように、光ビーム８を結晶板２において直角に偏光させられた２ つの光ビームに分割することは、光ビーム９を常光線（Ｏ光線）として伝搬させ 、光ビーム１ｏを異常光線（ｅ光線）として伝しさせる一方、光ビーム９及び１ ０をそろえることは、光ビーム１ｏが常光線として伝搬し、ビーム９が異常光線 として伝搬することに帰着する。それゆえに、分割する間に光ビームが獲得した 路長差は、そろえる間に前記ビームが獲得した路長差によって補償される。光ビ ーム９及び１０を分割しそしてそろえるのに単−且つ同一の板２を使用するので 、この補償は理想に近い。

鏡の間に位置する二分の一波長板５はそれぞれの光ビームの偏光方位を９０°ま で変えるので、鏡４により反射された光ビームの振幅及び位相の変化は、反射器 ６の鏡により反射された光ビームの振幅及び位相の変化によって補償される、と いうことも注目すべきである。

結晶板２の位置の変化に対する感度がより低いのは、結晶板２の位置を主断面の 平面で変えることが全路長差の変化を引き起こさないという事実のためである。

なぜならば、この場合分割されそしてそろえられた光ビーム９及び１ｏに関する 結晶板２の位置は全く同じように変化し、結果として対応する路長差の変化は絶 対値が等しく、符号が反対であるがらである。これは、結晶板２の締結の不動性 についての厳格な必要条件を緩めるのを可能にし、温度変化の影響を縮小させる 。

第２図に示す干渉偏光屈折計の態様は、平面反射器４をコーナー反射器１２（９ ０°の角度を形成している反射面を有する２つの表面吹付けされた鏡の統一体の 形に作られている）と取替え、反射器６を主断面がコーナー反射器１２の主断面 と平行なもう１つのコーナー反射器１３と取替えたという点で第１図に示したも のと異なる。コーナー反射器１２及び１３は、一方が他方に対して動がないよう に締結され、結晶＋５．２の主断面は、コーナー反射器１２　、１３のそれと平 行である。

しかしながら必要があれば、例えば設計上の考慮から、結晶板２は、その主断面 をコーナー反射器１２及び１３の主断面と垂直にして取付けることができよう。

この場合の測定皿は、二分の一波長板５とコーナー反射器１３との間に取付けら れる。しかしながら、万一必要が生じたならば、測定皿３は、コーナー反射器１ ２及び１３の鏡の間、結晶板２とコーナー反射器１２又は１３のいずれがとる間 、コーナー反射器１２と二分の一波長板５との間、そしてまた、二分の一波長板 ５が２枚の四分の一波長板から構成されている場合には四分の一波長板の間に、 配置することができよう。

第２図に示した干渉偏光屈折計の作用は、光ビーム９及び１０が、４回反射され る（コーナー反射器１２により２回、そしてコーナー反射器１３により２回）と いう点、並びに第２圀に示したコーナー反射器１２及び１３の位置のために、光 ビーム８に平行して結晶板２に入射する（空間的にそろえる際に）という点にお いてのみ、第１図に示した屈折計の作用と異なる。

この特色は、第２図に示した計器の態様に対して、結晶板２と反射器１２及び１ ３との相互の位置が全体として←どのように変化しても全路長差が変化せずにそ のままであるというところにある付加的な利点を提供する。

前述の利点は、結晶板２を実質上自由に動けるように取付けるのを許し、温度応 力の影響を実際上すっかり排除する。

コーナー反射器１２の鏡によって反射された光波の振幅及び位相の変化は、コー ナー反射器１２及び１３の間の適当な位置に置かれた二分の一波長板５がおのお のの光ビームの偏光方位を９０°まで変えるので、コーナー反射器１３の鏡によ って反射された光波の振幅及び位相の変化により補償される、ということもまた 指摘されるべきである。

産業上の応用性 本発明に従って作られた干渉偏光屈折針は、屈折率の差に基礎を置く光学的方法 による種々の媒質の定性分析及び定量分析に使用することができよう。

国際調食報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．偏光放射源（１）、並びに、その放射路に次々に連続的に位置する、光ビー ムを直角に偏光させられた２つの光ビーム（９，１０）に空間的に分割する（ｓ ｐａｔｉａｌ　ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）ための手段、二分の一波長板（５）、直角 に偏光させられた光ビーム（９，１０）を空間的にそろえる（ｓｐａｔｉａｌ　 ｍａｔｃｈｉｎｇ）ための手段、楕円偏光させられた光成分の路長差を測定する ためのユニット（７）、そして更に、分割するための該手段をそろえるための該 手段との間の適当な位置に置かれた測定皿（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｉｓｈ）（ ３）を含んでなる干渉偏光屈折計であって、光ビームを直角に偏光させられた２ つの光ビーム（９，１０）に空間的に分割するための該手段と該二分の一波長板 （５）との間に平らな反射面を有する反射器（４）があり、且つ、該二分の一波 長板（５）と直角に偏光させられた光ビーム（９，１０）を空間的にそろえるた めの該手段との間に第１の反射器（４）の反射面と垂直な平らな反射面を有する 第２の反射器（６）があって、両方の反射器（４，６）は一方が他方に対して動 かないように取付けられており、また、分割するための該手段及び直角に偏光さ せられた光ビームをそろえるための該手段が両反射器（４，６）の反射面と垂直 な主断面を有する単一の平行平面結晶板（２）の形に作られていること、を特徴 とする干渉偏光屈折計。 ２．偏光放射源（１）、並びに、その放射路に次々に連続的に位置する、光ビー ムを直角に偏光させられた２つの光ビーム（９，１０）に空間的に分割するため の手段、二分の一波長板（５）、直角に偏光させられた光ビーム（９，１０）を 空間的にそろえるための手段、楕円偏光させられた光成分の路長差を測定するた めのユニット（７）、そして更に、分割するための該手段とそろえるための該手 段との間の適当な位置に置かれた測定皿（３）を含んでなる干渉偏光屈折計であ って、光ビームを直角に偏光させられた２つの光ビーム（９，１０）に空間的に 分割するための該手段と該二分の一波長板（５）との間にコーナー反射器（１２ ）があり、且つ、該二分の一波長板（５）と直角に偏光させられた光ビーム（９ ，１０）を空間的にそろえるための該手段との間に第１のコーナー反射器（１２ ）の主断面と平行な主断面を有する第２のコーナー反射器（１３）があって、該 コーナー反射器は一方が他方に対して動かないように取付けられており、また、 空間的に分割するための該手段及び直角に偏光させられた光ビーム（９，１０） を空間的にそろえるための該手段が該コーナー反射器（１２，１３）の主断面と 平行又は垂直な主断面を有する単一の結晶板（２）の形に作られていること、を 特徴とする干渉偏光屈折計。