JPS63293442A

JPS63293442A - 光学的測定装置

Info

Publication number: JPS63293442A
Application number: JP13088887A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Matsuda; 松田　恭司
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-11-30

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、材料の光学的性質や材料表面における吸着状
聾を調査する光学的測定装置に関する。

〔従来の技術〕

材料の光学的性質、材料表面における他の物質の吸着状
態、あるいは材料の物性等を調べる手段として光を利用
した種々の測定機器が用いられている。特にＰ偏光やＳ
偏光を材料表面に照射し反射光、散乱光等を測定する手
段は、水溶液中の金属表面への種々の物質の吸着過程を
調べる上で存知であり、金属表面の不働態皮膜の調査、
孔食等金属の腐食挙動の調査に利用されている。例えば
、日本金属学会誌、＊４３巻（１９７９）第１０号に掲
αされた「２層構造表面酸化物薄膜の変調分光法」にお
いて、Ｆｅ−Ｃｒ合金の不働態皮膜の水溶液中での組成
の研究に対し、所定の電位に保持した試料電極に正弦波
交流電圧をｍ畳しつつ試料電極表面に照射した偏光の反
射率の変化を調べる変調分光法を応用した例が報告され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のＰ偏光やＳ偏光を用いる測定
機器においては、測定の際一度に一社類の偏光による測
定しかできなかった。例えば、Ｐ偏光による測定を終了
した後Ｓ偏光による測定を行なうこととなり、その間に
時間的なずれが生ずる。その結果、例えば金属表面での
吸着過程や孔食過程を調査する場合、金属表面は経時変
化をうけることとなり、得られた結果をそのまま比較検
討することには問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光学的測定装置は上記従来の問題点を解決し、
２！ｌ類以上の偏光による測定を同時に行なえるように
したもので、試料に光を照射する光源と、該光源から２
種以上の偏光をとり出す偏光子及びそれぞれの偏光子に
同期した参照信号をとり出す窓を備えた回転盤と、前記
各偏光子に同期した参照信号を送り出すパルス発信器と
、試料からの反射光、透過光、散乱光、放出光を検出し
前記パルス発生器からの参照信号に照合してそれぞれの
偏光子に同期した信号を分別してとり出す光検出系とを
具備したものである。

以下、図に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明のＨＨの一例の構成を示す説明図で、変
調分光法において用いられる変調反射スペクトル測定Ｖ
装置に適用した場合である。同図において、石英製容器
（６）中の水溶液■に浸漬された試料電極（８）に向け
て光源（９）及びモノクロメータ０１ｂｉ　配Ｈされ、
前記モノクロメータＱ（Ｉと試料電極（８）の間に偏光
子付回転盤■が配役されている。第２図は前記偏光子付
回転盤■の一例を示す正面図で、Ｐ偏光をとり出す偏光
子（１）とＳ偏光をとり出す偏光子■が回転盤■の中心
軸（５１）に対し対称位置、すなわち同心円上に設けら
れ、更に前記偏光子（１）及び■にそれぞれ同期した参
照信号をとり出すための窓（勺及び（３）が回転盤の中
心軸（５１）に対しそれぞれ偏光子（１）及び（２）と
反対側に設けられている。

この場合窓■及び（２）は同心円上にはなく、本構成例
の場合はＳ偏光をとり出す偏光子■に対応する窓（３）
の方が若干中心寄りに位置している。

更に第１図において、前記偏光子（１）及び■にそれぞ
れ同期した参照信号を送り出すパルス発生器００が設け
られ、該パルス発生器αＤは遅延回路ｌ］２５を経てリ
レー（１３１）及び（１３２）に接続される。一方、前
記試料電極（８）で反射された偏光を検出する光電子倍
増管０４が設けられ、該光電子倍増管０４１はプリアン
プＧ９を経て前記リレー（１３１）及び（１３２）に接
続される。前記の光電子倍増管０４１とプリアンプ０９
とリレー　（１３１）及び（１３２）はパルス発生器Ｑ
Ｄからの参照信号に照合してそれぞれの偏光子に同期し
た信号を分別してとり出す光検出系ｑＧを構成している
。

本構成例では、前記リレー（１３１）及び（１３２）の
出力端はそれぞれロックイノアンプ（１７１）及び（１
７２＞と除算器（１８１）及び（１８２）に接続される
。又、前記石英製容器（６）には試料電極（８）の他に
対極０！Ｉと参照電極（至）が取り付けられ、いずれも
試料電極（８）を所定の電位に保持するポテンシロスタ
ット（２１）に接続されている。該ポテンシ鑓スタット
（２１）は試料電極に交流電圧その他種々の波形の電圧
を重量するための関数発生器（２２）に接続され、該関
数発生器（２２）は前記ロックイノアンプ（１７１’）
及び（１７２）に接続される。ロックイノアンプ（１７
１）及び（１７２）の出力端はそれぜれ前記除算器（１
８１）及び（１８２）に接続され、該除算器（１８１）
及び（１Ｂ２）　ハソれぞれＸＹＩ／：ｆｆ−ダ（２３
１）　及び（２３２）に接続される。ＸＹレコーダ（２
３１）及び（２３２）は醜ａ己モノクロメータａのと接
続されている。

本構成例においては変調反射スペクトル測定装置へ適用
した場合を例として説明したが、これに限定されること
なく、反射率測定装置、吸収スペクトル測定装置、レー
ザーラマン分光測定ｇｆｆ、ルミネッセンス測定装置等
あらゆる光学的測定装置への適用が可能である。

又、本構成例では偏光子付回転盤■にＰ偏光及びＳ偏光
をとり出す２１１の偏光子を取り付けているが、これに
限定されず３１１以上としてもよい。

偏光子に代えて色フィルターを用い、２Ｎ以上の単色光
による同時測定を行なうことも可能である。

Ｃ作　　　用〕上記のように構成された本発明のＨＨの作用を前記ｍ１
図及びｆＪ２図に基づいて説明する。

まず、ボテンシ讐スタット（２１）により試料電極（印
の電位を参照型＊＠を基準とした所定の電位に設定し、
その状態で関数発生器（２２）により交流電圧をｒｎ畳
させる。次いで光源（９）を点灯し、モノクロメータＱ
ｌで単色光とし、偏光子付回転盤■を回転させつつ偏光
子（重）及び■を通過させてＰ偏光及びＳ偏光をパルス
光としてとり出し、試料電極（８）表面に交互に照射す
る。照射された偏光は試料電極（８）表面で反射され、
パルス光として光電子倍増管（１４１で検出され、電気
信号に変換された後プリアンプ０９で増幅され、２分割
されてリレー（１３１）及び（１３２）に入力される。

一方、偏光子（１）及び■にそれぞれ同期した参照信号
をとり出すには、パルス発生器αＤから偏光子付回転盤
■の窓（３）及び（イ）がそれぞれ取り付けられた位置
に向けて固定された光路を育する連続した光を照射する
。偏光子（里）及び（２）と窓（３）及び（イ）は前記
第２図に示したような位置関係にあり、モノクロメータ
ａ〔からとり出された単色光も光路が固定されているの
で、偏光子付回転盤■が回転し前記単色光が偏光子（１
）を通過する瞬間、パルス発生器００から照射された光
は窓（Φを通過し、それ以外は前記回転盤■で反射され
て再びパルス発生ｉＱＯへ戻る。モノクロメータ（至）
からの単色光が偏光子（２）を通過する場合も同様で、
該通過の瞬間のみ光は窓（３）を通過しそれ以外は反射
されてパルス発生器０υへ戻る。すなわち、Ｐ偏光ある
いはＳ偏光を生ずるタイミングに合致して偏光子付回転
盤０で反射されて戻る連続した光に断点が生ずるので、
との断点に合せた電圧パルスをパルス発生器ＯＤで発生
させる。該パルスは上記のようにＰ偏光及びＳ偏光に同
期しているが、多少のずれが生ずるので遅延回路Ｏ２５
によりずれを修正し、それぞれリレー（１３１）及び（
１３２）に入力する。該リレー（１３１）及び（１３２
）には前記のようにプリアンプ０９からの信号も人力さ
れており、上記のように送り出されたパルス発生器（Ｉ
Ｄからの参照信号に応じてリレー（１３１）及び（１３
２）が作動し、プリアンプ０９からの信号はＰ偏光によ
るものとＳ偏光によるものとに分別される。

該分別された信号はそれぞれＰ偏光による反射光強度Ｒ
ｐｓＳ偏光による反射光強度Ｒｓを存し、そのまま除算
器（１８１）及び（１８２）に人力されると共にロック
インアンプ（１７１）及び（１７２）にも入力される。

該ロックインアンプ（１７１）及び（１７２）では前記
関数発生器（２２）に同期した成分すなわち関数発生器
（２２）によりｍ畳した電圧による反射光強度の増加量
ΔＲｐ及びΔＲｓがとり出され、除算器（１８１）及び
（１８２）に入力される。前記反射光強度Ｒｐ及びＲｓ
、反射光強度の増加量ΔＲｐ及びΔＲｓはそれぞれ除算
器（１８１）及び（１８２）で処理されて反射光強度の
増加割合る変調反射スペクトルとしてＸＹレコーダ（２
３１）及び（２３２）に記録される。

〔実　施　例〕

以下、実施例に基づいて説明する。

前記第１図に示した構成を存する本発明の装置を用いて
Ｎｉ　の不働態皮膜についての変調反射スペクトルの測
定を行なった。用いたＮｉ　の純度は９ａ９％で、表面
を鏡面に仕上げ試料電極（８）とした。溶液はｐＨ２に
調整した１ｍｏｕ／４の硫酸ナトリウムで、石英製容器
（６）に入れ２５℃に保持した。

対極ｑ］にはｐｔ板を、又参照電極（至）には飽和せ禾
電［（以下ＳＣＥという）を用いた。偏光子付回転盤■
は前記第２図に示したＰ偏光及びＳ偏光を生ずる偏光子
をそれぞれ取り付けたものを使用した。

尚、偏光子にはグラ／偏光プリズムを用いた。又、光源
にはキセノンランプを用いた。

測定にあたり前記試料電極（８）、対極０９及び参照電
極■を硫酸ナトリウム水溶液中に浸漬し、ボテンシ黛ス
タット（２１）により試料電極（８）の電位をＳＣＥ基
準で８００ｍＶに設定し、試料電極（８）表面に不働因
皮膜を生成させた。次いで試料電極（８）の電位を前記
の不働態皮膜生成電位に保持した伏皿で関数発生器（２
２）により振幅１００ｍＶ　、周波数７５Ｈｚの交流電
圧をｆｆ１ｆｉさせた。キセノンランプに点灯してモノ
クロメータＯＩで単色光とした後周波数１０００Ｈｚに
調整した偏光子付回転盤■によりＰ偏光とＳ偏光を交互
に生じさせ、パルス光として試料電極（８）表面の不働
態皮膜に照射した。入射角は６０度である。

測定結果を第３図に示す。同図において、（イ）図はＳ
偏光による変調反射スペクトル、（ロ）図はＰ偏光によ
る変調反射スペクトルで、（イ）図、（ロ）図ノイずれ
においても横軸は試料電極（８）表面に照射したＰ偏光
あるいはＳ偏光のエネルギー、縦軸は関数発生器（２２
）により試料電極（８）に重畳した交流電圧による、す
なわち電位変調による各偏光の反射光強度の増加割合を
示す、第３図より水溶液中で生成している不働態皮膜の
Ｐ偏光及びＳ偏光による変調反射スペクトルが同時に、
すなわち試料電極（８）表面の同−吠面での測定結果と
して得られることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、２８１以上の偏光をとり出すため
の偏光子とそれぞれの偏光子に同期した参照信号をとり
出すための窓を取り付けた回転盤を用いる本発明の装置
を例えば変調反射スペクトル測定装置に適用することに
より、Ｐ偏光、Ｓ偏光を用いた測定を同一光学系で同時
に行なうことができる。これにより従来間層とされてい
たＰ偏光による測定とＳ偏光による測定との間の試料表
面の経時変化を取り除くことが可能となり、測定結果の
信頼性が向上すると共に測定操作も容易となった。改良
のための追加要素が少な（、各種の光学的測定装置に適
用できる利点も訂している。

【図面の簡単な説明】

ｆｆ１１図は本発明の装置の一例の構成を示す説明図、
第２図は本発明の装置の構成要素である偏光子付回転盤
の一例の正面図、第３図は本発明の装置を用いて測定し
たＳ偏光とＰ偏光による変調反射スペクトルである。１・・・偏光子　　　　　２・・・偏光子３・・・窓　
　　　　　　番・・・窓５・・・偏光子付回転盤　５１・・・中心軸６・・・石
英製容器　　　７・・・水溶液８・・・試料？！！極　
　　　９・・・光源ｌＯ・・・モノクロメータ　１１・
・・パルス発生器１２・・・遅延回路　　　　１３１，
１３２・・・リレー１４・・・光電子倍増管　　１５・
・・プリアンプ１６・・・光検出系１７１　、１７２・・・ロックインアンプ１８１　、１
８２・・・除算器　　１９・・・対極２０・・・参照電
極　　　　２１・・・ボテンシタスタフト２２・・・関
数発生器　　　２３１，２３２・・・ＸＹレコーダ第１
図ット第２図２偏見テ（インシシｉｔ　　　入（すｔｌ−ンｇｔｗ　　ｔｅａ　　　　　Ｊｏａ乙ρ　　λ、□　　　ＪＪ　　　ＩＩ、０　　タρ　　
ＩＪエネ／レギ゛−丸（１）（ｅの３図（０ンシ友　　１ヒ　　　入　（ηＪ−ンｇＨ，ｈＯｊ＃ｔｏ　　２．Ｄ　　Ｊ、０　　ダＪ　　ｒｏ　　１．０
エネルギー　１ｔｗ（ｅＶノ

Claims

【特許請求の範囲】

試料に光を照射する光源と、該光源から２種以上の偏光
をとり出す偏光子及びそれぞれの偏光子に同期した参照
信号をとり出す窓を備えた回転盤と、前記各偏光子に同
期した参照信号を送り出すパルス発信器と、試料からの
反射光、透過光、散乱光、放出光を検出し前記パルス発
生器からの参照信号に照合してそれぞれの偏光子に同期
した信号を分別してとり出す光検出系とを具備したこと
を特徴とする光学的測定装置。