WO2004088286A1 - 旋光度測定装置 - Google Patents

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WO2004088286A1
WO2004088286A1 PCT/JP2004/004261 JP2004004261W WO2004088286A1 WO 2004088286 A1 WO2004088286 A1 WO 2004088286A1 JP 2004004261 W JP2004004261 W JP 2004004261W WO 2004088286 A1 WO2004088286 A1 WO 2004088286A1
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WO
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liquid crystal
crystal element
optical rotation
electrode
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/004261
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kenji Matsumoto
Takakazu Yano
Tadahiro Fukuda
Shigeru Futakami
Original Assignee
Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co., Ltd. filed Critical Citizen Watch Co., Ltd.
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Priority to JP2005504197A priority patent/JP4080508B2/ja
Priority to US10/551,796 priority patent/US7411675B2/en
Priority to EP04723723A priority patent/EP1610114A4/en
Publication of WO2004088286A1 publication Critical patent/WO2004088286A1/ja

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an optical rotation measuring device for measuring the optical rotation of a sample.
  • linearly polarized light is incident on a sample, the luminous flux transmitted through the sample is incident on an analyzer, and the signal obtained by photoelectric conversion by a photodiode is used to determine the rotation angle of the polarization plane by the sample, that is, the optical rotation angle ( Optical rotation).
  • ⁇ is the transmittance, taking into account the attenuation caused by the reflection and absorption of the sample, polarizer and analyzer. Represents the intensity of the incident light.
  • Equation 1 a minimum point is obtained for each rotation angle ⁇ (r a d) as the analyzer rotates.
  • the angle of rotation can be determined from the angle of the analyzer at this minimum point.
  • FIG. 18 is an explanatory view showing a conventional optical rotation measuring device using a polarization plane vibration method.
  • monochromatic light emitted from a light source 1821 is incident on a polarizer 1822 oscillating at a frequency f and an angular amplitude ⁇ ⁇ ⁇ by a polarizer driving circuit 1829, so that the polarization plane becomes a linearly polarized light having a rotational vibration.
  • a signal of frequency soil ′ is obtained from the photodiode 1824.
  • the sample 1825 will have a right-handed rotation and a left-handed rotation. A signal with a more inverted phase is obtained.
  • the signal obtained from the photodiode 1824 is amplified by the amplifier circuit 1826, and is synchronously rectified by the rectifier Z filter circuit 1827 to obtain the phase.
  • the analyzer 1823 is rotated through the analyzer driving circuit 1828 in either the forward or reverse direction.
  • the analyzer angle is determined by the optical null method so that the amount of transmitted light is minimized.
  • the analyzer angle at this equilibrium point corresponds to the optical rotation angle of sample 1825.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-2777387 (see FIG. 7)).
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing an optical system of a conventional concentration measuring device.
  • the light beam emitted from the laser diode 1921 is collimated by the lens 1922 to become parallel light. Then, this parallel light becomes linearly polarized light oscillating in a direction inclined by 45 ° from the vertical direction by the polarizer 1923 A. Next, the horizontal direction of the light emitted from the polarizer 1923 A Alternatively, the polarization component in the vertical direction is phase-modulated by the liquid crystal element 1931.
  • the liquid crystal element 1931 is a homogeneously aligned liquid crystal element in which the major axes of liquid crystal molecules are aligned in the horizontal or vertical direction.
  • liquid crystal molecules are raised by applying a voltage, the refractive index in the molecular major axis direction is changed, and phase modulation can be performed.
  • phase modulation is applied to only one of the polarized light components by the ⁇ night crystal element 1931, the orthogonal polarized light components will interfere with each other.
  • the transmitted light that has passed through the liquid crystal element 1931 is split into reflected light and straight light by the half mirror 1924.
  • the straight light impinges on a quarter-wave plate 19 26 ⁇ whose horizontal and vertical axes are inclined by 45 °. This makes it possible to convert the horizontal and vertical vibration components of the incident straight light into circularly polarized light components that rotate in opposite directions.
  • the straight-ahead light transmitted through the quarter-wave plate 1926 A enters the sample 1925, and the clockwise circularly polarized light accompanying the optical rotation of the sample 1925 is generated. And a counterclockwise circularly polarized light gives a phase difference of ⁇ .
  • the phase difference is reduced due to the optical rotation of the sample 1925.
  • the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light, which are ⁇ , are emitted.
  • the light reflected by the half mirror 1924 enters the polarizer 1923C. Then, the light transmitted through the polarizer 1923 C is incident on the photodiode 1929 B, converted into an electric signal, and generates a beat signal.
  • the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light emitted from the test sample 1925 have a quarter-wave plate whose optical axis matches or is orthogonal to that of the quarter-wave plate 1926A. By passing through 26 B, it is converted into a polarization component orthogonal to the horizontal or vertical direction, respectively.
  • the transmitted light that has passed through the quarter-wave plate 1926B passes through the polarizer 1923B that is inclined 45 ° from the horizontal or vertical direction.
  • An interference signal between the components can be obtained.
  • one of the orthogonal polarization components is phase-modulated, a beat signal is obtained, and the beat signal is converted into an electric signal by the photodiode 1929A.
  • the beat signal obtained from the photodiode 1992B is not affected by the optical rotation of the sample 1925, and the beat signal between the photodiodes 1929A and 1929B is not affected.
  • the optical rotation of the test sample 1925 can be determined from the phase difference.
  • liquid crystal elements are used, it is possible to reduce the size of the device and drive with low power consumption.
  • fluctuations due to the external environment, such as temperature and pressure increase. Therefore, in order to increase the stability of the measurement result, an additional device such as a temperature controller is required, which also causes a problem that the device becomes large and expensive.
  • a system for optical measurement using a liquid crystal element as described above is specifically realized, it is important how the liquid crystal element and the optical components are held.
  • these points are not disclosed in the above conventional example, and there is a problem that stable and accurate measurement cannot be performed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has a simple structure. It is an object of the present invention to provide an optical rotation measurement device capable of reducing the size of the device and improving the accuracy of optical rotation measurement. Disclosure of the invention
  • an optical rotation measurement device includes a linearly polarized light output unit that outputs linearly polarized light, a first polarization axis in a predetermined direction, and the linearly polarized light output unit.
  • a second phase modulating means for performing a phase modulation of the linearly polarized light, and a signal supplying means for supplying a modulation signal having a predetermined amplitude to one of the first and second phase modulating means.
  • the light emitted from the first and second phase modulating means, to which the signal is supplied by the signal supply means, to the sample containing the optically active substance is optically rotated by the optically active substance and transmitted from the sample.
  • Light intensity detection means for detecting the intensity of transmitted light; a modulation signal supplied by the signal supply means; and light intensity detected by the light intensity detection means.
  • an optical rotation calculating means for calculating the optical rotation.
  • the polarization axes are orthogonal to each other. Can be canceled.
  • the signal supply unit supplies a predetermined offset signal to the first and second phase modulation units.
  • the operations of the first and second phase modulating means can be stabilized, and the polarization axes of the first and second phase modulating means can be adjusted. Since they are orthogonal, a predetermined bias signal can be canceled and only a desired amount of phase modulation can be obtained.
  • the first phase modulating means includes the first polarization axis.
  • the present invention by adopting a liquid crystal element as the phase modulating means, when the modulation characteristics of the first liquid crystal element and the second liquid crystal element change due to a change in external temperature or pressure, the alignment direction Are orthogonal to each other, the change can be canceled. As a result, the driving of the liquid crystal element can be stabilized, and the phase modulation of only the amount of change in the difference between the signals supplied to the first liquid crystal element and the second liquid crystal element can be performed. . Further, by canceling the change, the amount of modulation by the liquid crystal element is minimized, and the position of the optical axis of the optical component other than the liquid crystal element can be easily determined.
  • the first and second liquid crystal elements are liquid crystal elements having the same structure and manufactured on the same liquid crystal substrate manufactured by a predetermined manufacturing process.
  • the first liquid crystal element is a liquid crystal element formed at an arbitrary position on the liquid crystal substrate
  • the second liquid crystal element is formed near the first liquid crystal element on the liquid crystal substrate. It is preferably a liquid crystal element.
  • the modulation characteristics of the first and second liquid crystal elements change due to a change in the external environment such as a temperature change.
  • the same characteristic change is shown and they are orthogonal to each other, they can be made to work in a direction to cancel the changes.
  • the first and second liquid crystal elements are homogenous liquid crystal elements.
  • the orientation direction of each liquid crystal element can be specified in one direction, and the device can be easily manufactured.
  • the first and second liquid crystal elements include an electrode substrate and a counter substrate sandwiching liquid crystal, and have the same structure in which the liquid crystal alignment direction is the same direction.
  • a liquid crystal element such that the liquid crystal alignment direction of the first liquid crystal element and the liquid crystal alignment direction of the second liquid crystal element are orthogonal to each other on an optical path from the linearly polarized light output means to the light intensity detection means. It is characterized by being arranged in series.
  • the first and second liquid crystal elements have the same structure, when the modulation characteristics of the first and second liquid crystal elements change due to a change in the external environment such as a temperature change, Since they show the same characteristic change and are orthogonal to each other, the changes can be made to work in directions that cancel each other.
  • the first and second liquid crystal elements are arranged so that the electrode substrates or the opposing substrates face each other.
  • the present invention wiring connection to the signal supply means can be easily performed.
  • the first and second liquid crystal elements are set so that the electrode substrates or the opposing substrates face each other.
  • the liquid crystal orientation directions of the first and second liquid crystal elements can be made orthogonal.
  • At least one of the first liquid crystal element and the second liquid crystal element includes a first substrate having a rectangular shape having a first electrode, and a liquid crystal together with the first electrode.
  • a rectangular second substrate having a second electrode sandwiched therebetween, a first input electrode for inputting a signal from the signal supply unit to the first electrode, and a signal from the signal supply unit to the first electrode.
  • a second input electrode for inputting to the second electrode, and near the one edge of the second substrate, the first and second input electrodes are provided along the edge.
  • the present invention is characterized in that the first and second input electrodes are provided near an edge different from one edge of the second substrate.
  • the first liquid crystal element has a rectangular first substrate having a first electrode, and a second electrode that sandwiches a liquid crystal together with the first electrode, and the first liquid crystal element has a larger size than the first substrate.
  • a second substrate having a large rectangular shape, a first input electrode for inputting a signal from the signal supply unit to the first electrode, and inputting a signal from the signal supply unit to the second electrode
  • a second input electrode wherein the first and second input electrodes are arranged in series near one edge of the second substrate along the edge and the second input electrode;
  • the first and second input electrodes are arranged in series in the vicinity of an edge perpendicular to one edge of the substrate along the edge, and the second liquid crystal element includes the first liquid crystal element.
  • the liquid crystal element has the same liquid crystal alignment direction as the liquid crystal element of the first liquid crystal element, and the liquid crystal element has the same structure. Are arranged in series on an optical path from the linearly polarized light output means to the light intensity detection means so that the liquid crystal orientation direction is orthogonal to the liquid crystal orientation direction.
  • the liquid crystal display device further includes a liquid crystal element holding unit that holds the first and second liquid crystal elements.
  • the first and second liquid crystal elements can be held under the same conditions.
  • the light from the first and second phase modulating means can be converted into linearly polarized light and incident on the sample by the quarter-wave plate on the side of the linearly polarized light output means.
  • the error caused by the quarter-wave plate can be canceled by the quarter-wave plate on the light intensity detection means side.
  • the first phase modulating means is a first pixel group constituted by some pixels among a plurality of pixels constituting a single liquid crystal element
  • the second phase modulating means is constituted by pixels other than some pixels among the plurality of pixels constituting the single liquid crystal element, and the other pixels are alternately arranged with the some pixels. It is a special feature that it is the second pixel group.
  • the same effect as when two liquid crystal elements are arranged in series can be obtained. be able to. Further, since the first and second phase modulating means can be constituted by a single liquid crystal element, it is possible to save space and reduce the number of components in the device.
  • a light condensing means for condensing light transmitted from the sample after being rotated by the optical rotation substance in the sample and emitting the light to the light intensity detecting means provided between the first and second pixel groups and the light intensity detecting means, and emitted from the first and second pixel groups to the sample.
  • the present invention even when the number of pixels is very small, the same effect as when two liquid crystal elements are arranged in series can be obtained.
  • a single liquid crystal element having a small number of pixels can be used, and the cost of the liquid crystal element can be reduced.
  • the predetermined offset signal supplied by the signal supply unit is a signal in a section in which a phase modulation amount of the liquid crystal element changes linearly.
  • the signal in the section where the phase modulation amount of the liquid crystal element changes linearly is used, the amount of change in the difference between the signals supplied to the first liquid crystal element and the second liquid crystal element is very small.
  • a variation amount in a suitable range may be used. Therefore, the range of this variation can be narrowed, and the sensitivity of phase modulation can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of an optical rotation measuring device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an arrangement configuration of two liquid crystal elements shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the phase modulation characteristics of a liquid crystal element
  • FIG. 4 is a graph showing a case where a drive voltage is applied to two liquid crystal elements whose liquid crystal alignment directions are orthogonal to each other.
  • FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the amount of optical rotation angle modulation rotated by the optical rotator and the light intensity detected by the photodiode
  • FIG. FIG. 5A is a partially enlarged view of FIG. 5A
  • FIG. 6 is a calculation process shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a specific hardware configuration of the device.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the optical rotation measuring device according to the first to sixth embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration of an optical rotation measuring device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an optical rotation measuring device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of the device.
  • FIG. 1 OA is a front view showing a liquid crystal element.
  • FIG. 10B is a front view of a liquid crystal element having a fine pixel structure.
  • FIG. 1 is a plan view of a liquid crystal substrate on which a liquid crystal element used in an optical rotation measurement device is manufactured.
  • FIG. 12 is an optical rotation measurement device according to first to third embodiments, which is an optical measurement device.
  • FIG. 1 is a diagram of a liquid crystal element used in a liquid crystal display.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an arrangement of a light source and a liquid crystal element in the obtained optical rotation measurement device.
  • FIG. 14 shows the arrangement described in the fourth embodiment, which is capable of transferring heat with a temperature control device.
  • FIG. 1 is a schematic view of a case where the liquid crystal display device is housed in a holding structure.
  • FIG. 1 ′ 5 is a cross-sectional view of a specific optical rotation measuring device, and
  • FIG. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an arrangement configuration of liquid crystal elements having different structures.
  • FIG. 1 is a diagram of a liquid crystal element used in a liquid crystal display.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an arrangement of a light source and a liquid crystal element in the obtained optical rotation measurement device.
  • FIG. 14 shows the arrangement described in
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an optical rotation measurement device using the two liquid crystal elements shown in FIG. 16, and FIG.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a conventional optical rotation measuring device using a polarization plane vibration method.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing an optical system of a conventional concentration measuring device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of an optical rotation measuring device according to a first embodiment of the present invention.
  • the optical rotation measuring device 100 includes a light source 101, a polarizer 102A, a polarizing element 103, a polarizer 102B, and a photodiode 107. And arithmetic processing unit 108 and liquid crystal drive unit 10 9 and.
  • the light source 101 is composed of, for example, a laser diode, a drive circuit, an oscillation circuit, and a DC power supply.
  • the driving circuit drives the laser diode to have a single intensity and a single frequency.
  • the oscillation circuit outputs a clock signal to the driving circuit.
  • the light source 101 receives the power supply from the DC power supply and irradiates the polarizer 102A with laser light having a predetermined wavelength.
  • the polarizer 102 A has a polarization axis in the Y-axis direction indicating the vertical direction.
  • the polarizer 102A converts the laser light emitted from the light source 101 into linearly polarized light. Then, this linearly polarized light is emitted to the optical rotation element 103.
  • the optical rotation element 103 includes a liquid crystal element 104 A, a liquid crystal element 1 ⁇ 4 B, and a quarter-wave plate 105, and a straight line passing through the polarizer 102 A. Modulates polarization. Specifically, the liquid crystal element 104A and the liquid crystal element 104B convert incoming linearly polarized light into elliptically polarized light. The quarter-wave plate 105 converts the elliptically polarized light obtained by the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B into linearly polarized light. Then, this linearly polarized light is emitted to the sample 106.
  • the polarizer 102 B has a second polarization axis in the X-axis direction indicating the horizontal direction. That is, the polarization axis of the polarizer 102 A and the polarization axis of the polarizer 102 B are orthogonal to each other.
  • the polarizer 102 B receives the light transmitted through the sample 106. The light transmitted through the polarizer 102B is emitted to the photodiode 107.
  • the photodiode 107 photoelectrically converts incident light. Then, the electric signal obtained by the photoelectric conversion is output to the arithmetic processing unit 108.
  • the arithmetic processing unit 108 includes a DC power supply input process for the laser diode in the light source 101, a drive input process for the liquid crystal drive device 109, an optical rotation calculation process for the sample 106, and a sample 1.
  • Optical rotation output processing of 06, optical rotation substances in the sample 106 for example, sugars, amino acids, proteins, vitamins, etc. to perform the concentration calculation and the like.
  • the liquid crystal driving device 109 supplies a predetermined bias voltage to the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B, and supplies the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B to each other.
  • a modulation voltage having a predetermined amplitude to be superimposed on a predetermined bias voltage is supplied to one of the liquid crystal elements.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement configuration of the liquid crystal element 104A and the liquid crystal element 104B shown in FIG.
  • the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B are arranged in series on the optical path L.
  • the optical path L is a light path from the light source 101 to the photodiode 107.
  • the liquid crystal element 104 A is a homogenous device including: a counter substrate 202 A having a counter substrate input electrode 201 A; and an electrode counter substrate 204 A having an electrode substrate input electrode 203 A.
  • Type liquid crystal element Liquid crystal (not shown) is provided between the opposite substrate 202A and the electrode substrate 204A.
  • the opposing substrate input electrode 201A and the electrode substrate input electrode 203A are electrically connected to the liquid crystal driving device 109 shown in FIG.
  • an axis representing the horizontal direction is an X axis
  • an axis perpendicular to the X axis in the plane is a Y axis.
  • the polarization axis 205 A which is the orientation direction of the liquid crystal element 104 A, is rotated by 45 ° to the right (clockwise) with respect to the Y axis.
  • the liquid crystal element 104 B includes: a counter substrate 202 B having a counter substrate input electrode 201 B; and an electrode substrate 204 B having an electrode substrate input electrode 203 B. It is a homogeneous liquid crystal element. Liquid crystal (not shown) is provided between the opposite substrate 202B and the electrode substrate 204B. The opposing substrate input electrode 201B and the electrode substrate input electrode 203B are electrically connected to the liquid crystal driving device 109 shown in FIG.
  • the polarization axis 205 B which is the orientation direction of the liquid crystal element 104 B, is rotated left (counterclockwise) by 45 ° with respect to the Y axis.
  • the opposite substrate 202B of the liquid crystal element 104B faces the electrode substrate 204A of the liquid crystal element 104A. That is, the liquid crystal element 104 B is a liquid crystal element obtained by rotating the same liquid crystal element as the liquid crystal element 104 A by 90 °. Therefore, the liquid crystal element 1
  • the polarization axis 205A, which is the orientation direction of 04A, and the polarization axis 205B, which is the orientation direction of the liquid crystal element 104B, are orthogonal to each other.
  • the optical rotation element 103 includes a liquid crystal element 104 A and a liquid crystal element 104 B, and a quarter-wave plate 105, and is driven by a liquid crystal driving device 109.
  • the transmitted light slightly rotated by the optical rotation element 103 enters the sample 106, passes through the polarizer 102B, and is converted into an electric signal corresponding to the light intensity by the photodiode 107 functioning as a photoelectric conversion element, that is, a sample signal. Is converted.
  • the liquid crystal element 104A and the liquid crystal element 104B used as components of the optical rotation element 103 are homogenous liquid crystal elements in which the major axes of liquid crystal molecules are all arranged in parallel.
  • liquid crystal molecules are arranged in parallel with the glass substrate.
  • Liquid crystal molecules have refractive index anisotropy, and the refractive index differs by ⁇ between polarized components parallel to the major axis and the minor axis of the liquid crystal molecule.
  • the liquid crystal molecules rise along the electric field and operate as a voltage-variable birefringent element.
  • the retardation added to the transmitted light is 2 ⁇ ( ⁇ 1 ⁇ 2) ′ dZ.
  • the azimuthal angle of the elliptically polarized light is parallel (or orthogonal) to the incident linearly polarized light, and when the retardation is less than LZ 2, the elliptical axis of the elliptically polarized light is the same as Match.
  • the phase difference of the electric field component between the orthogonal coordinate axes will always be ⁇ (rad). Therefore, by arranging the quarter-wave plate 105, it can be converted to linearly polarized light.
  • the polarization plane is rotated by an angle proportional to the total retardation received from the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B, and the optical rotation element 103 can be operated.
  • FIG. 3 is a graph showing phase modulation characteristics of a liquid crystal element.
  • the horizontal axis is the axis representing the liquid crystal driving voltage supplied to the liquid crystal driving device 109
  • the vertical axis is the liquid crystal element 104 (104A, 104B).
  • the curve shows the phase modulation characteristic curve of the liquid crystal element 104 (104 A, 104 B) .
  • the modulation characteristic of the liquid crystal element is as shown in Fig. 3, and the rise of the liquid crystal molecules
  • the operation of the barbed portion is unstable, and it has no linear relationship with the drive voltage. Therefore, it is desirable to drive around the offset voltage V o, but even if the desired phase modulation amount is tb, the phase modulation amount to corresponding to the offset voltage V o becomes an extra offset amount. It is superimposed on tb.
  • the liquid crystal element that performs the modulation is composed of two liquid crystal elements (the liquid crystal element 104A and the liquid crystal element 104B described above), and the liquid crystal alignment directions are orthogonal to each other.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram when a driving voltage is applied to the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B whose liquid crystal alignment directions are orthogonal to each other.
  • the vertical axis represents drive voltage
  • the horizontal axis represents time.
  • the liquid crystal is driven not by DC but by AC at a high frequency where liquid crystal molecules cannot respond.
  • the amount of phase modulation is modulated according to the envelope of the drive signal.
  • the waveform 401 represents a bias DC voltage (also referred to as an “offset voltage”) Vo and an AC voltage V of a predetermined amplitude applied to one of the liquid crystal elements 104 A and 104 B. This is a waveform to which b is applied. Also, the waveform 402 is the other liquid crystal element. This is a waveform in which only the offset voltage Vo is applied to the element.
  • the waveform 4003 is a waveform obtained from the waveform 401 and the waveform 402.
  • the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B are modulated with the offset voltage V o, and one of the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B is adjusted to a predetermined amplitude.
  • Vb By modulating with AC voltage Vb, waveform 401 and waveform 402 can be obtained.
  • the phase modulation amount to of the offset voltage V o can be canceled by canceling the waveform 410 from the waveform 402, that is, the offset voltage V o, as shown in the waveform 400.
  • the desired phase modulation amount tb can be obtained.
  • the modulation characteristics of the liquid crystal element change due to a change in the external environment such as a temperature change
  • the liquid crystal element 104A and the liquid crystal element 104B are created with the same specifications, the same Since the characteristic changes are orthogonal to each other, the changes can be exerted in directions canceling each other.
  • the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B are driven by the same voltage, one of the liquid crystal elements 104 A (or the liquid crystal element 104 B) has the same voltage and the amount of phase modulation is ⁇ If it is increased by ⁇ ⁇ , the amount of phase modulation of the other liquid crystal element 104 B (or the liquid crystal element 104 A) is also increased by ⁇ . Then, since the phase modulation amount ⁇ P is added by the orthogonal components, the increased phase modulation amount ⁇ ⁇ of the liquid crystal element 104 A and the increased phase modulation amount ⁇ ⁇ of the liquid crystal element 104 B are added. ⁇ is offset. Therefore, there is no change in the polarization state, and the influence on the measurement result can be canceled.
  • the desired phase modulation amount tb of the AC voltage Vb can be obtained.
  • the DC voltage Vo is simultaneously applied, and unnecessary modulation of the polarization state is applied, which causes a decrease in stability. .
  • the arrangement of the optical element into which the light beam emitted from the liquid crystal element is incident and the optical axis direction of the light beam emitted from the liquid crystal element are determined by the polarization state of the light beam emitted from the liquid crystal element. Can be decided. Therefore, it is necessary to determine in advance the polarization state of the light beam emitted from the liquid crystal element. At this time, it is difficult to determine the polarization state of the light beam emitted from the liquid crystal element due to the extra modulation amount due to the offset voltage Vo. Therefore, in order to obtain a desired polarization state, it is difficult to design a liquid crystal element, and high precision is required for fabrication.
  • the polarization axis of the polarizer 102B placed in front of the photodiode 107 functioning as a photoelectric conversion element be orthogonal to the optical axis of the emitted linearly polarized light.
  • FIG. 5A is a graph showing a relationship between the optical rotation angle modulation amount rotated by the optical rotation element 103 and the light intensity detected by the photodiode 107
  • FIG. 5B is a graph showing FIG. 5A. It is a partially enlarged view of.
  • the waveforms 501, 503, and 506 shown by solid lines are the waveforms without the sample 106, and the waveforms 504, 505, and 507 is a waveform when the sample 106 is present.
  • the light intensity changes like the large sine wave 501 in FIG. 5A with respect to the modulation amount of the optical rotation angle.
  • the phase modulation amount (also referred to as “offset amount”) of the modulation applied to the liquid crystal element causes The center of oscillation of the modulation frequency signal 502 at the modulation frequency f is shifted by the rotation angle P o corresponding to the offset amount to from the minimum value 5 0 1 A of the rotation angle 0 5 A, and this rotation angle P o is vibrated.
  • the modulation is performed in the range of the optical rotation angle width Pb corresponding to the phase modulation amount tb of the AC voltage Vb having the predetermined amplitude shown in FIG. 3, for example, the range (1) in FIG. 5A.
  • the signal waveform obtained from the photodiode 107 becomes the signal waveform 503 of the frequency f when no sample is present.
  • the sine wave 501 becomes a sine waveform 504 separated by the optical rotation Ps of the sample.
  • the obtained signal waveform 505 is the signal Only the magnitude of the DC component changes with respect to the waveform 503, and the effect of the change in the light source intensity and the effect of the change in the sample transmittance cannot be separated. Therefore, the optical rotation P s of the sample 106 includes an error corresponding to the light source intensity fluctuation.
  • the phase modulation amount t o corresponding to the offset voltage V o needs to be exactly an integer multiple of 2 ⁇ . Therefore, the demand for liquid crystal elements is increased, for example, the phase modulation width must be increased and the absolute value of the phase modulation amount must be accurately reproduced.
  • phase modulation is performed by changing the offset voltage Vo applied to the liquid crystal element 104 1 in a sinusoidal manner with an amplitude Vb as a center (see waveform 401 in FIG. 4).
  • the liquid crystal element 104 B performs phase modulation of the offset voltage Vo (see waveform 402 in FIG. 4).
  • the optical rotation element 103 can be driven to vibrate in a slightly sinusoidal manner in accordance with the amplitude Vb of the optical rotation angle (see the waveform 4003 in FIG. 4).
  • the transmission axes of the polarizers 102A and 102B were arranged orthogonally, and the center of amplitude of the modulation range 500A was set to the minimum value of the sine wave 501. If the modulation frequency of the liquid crystal element is f, the modulation frequency signal 502 can be modulated in the range (2) shown in Fig. 5A. Signal 506 is obtained.
  • the center value 502 A of the modulation range slightly deviates from the minimum value 501 A, and the shape of the signal waveform 506 becomes the signal waveform. Changes to 507. Since this signal waveform 507 has different values of adjacent wave heights 5.07 A and 507 B, the signal waveform 507 is subjected to AZD conversion, and the arithmetic processing unit 1
  • the optical rotation of sample 106 can be obtained by taking it into 08.
  • a typical method is to perform synchronous detection at a frequency of 2 f. Further, the optical rotation of the sample 106 can be obtained from the amplitude of the signal waveform 507, specifically, the wave height ratio between the wave heights 507A and 507B.
  • the modulation amount of the liquid crystal element 104A increases by P due to a change in external temperature or pressure
  • the modulation amount of the liquid crystal element 104B also increases by ⁇ , and the liquid crystal alignment directions are orthogonal.
  • fluctuations in the amount of modulation work in a direction to cancel each other.
  • canceling the offset amount to the amount of modulation by the liquid crystal element is minimized, and the arrangement of the optical axes of the optical components other than the liquid crystal element can be easily determined.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a specific hardware configuration of arithmetic processing unit 108 shown in FIG. 1 .
  • the arithmetic processing unit 108 includes a CPU 601, a ROM 602, a RAM 603, an HDD (hard disk drive) 604, an HD (hard disk) 605, a display 606, an input key 607, and a printer 608. Have. Each component is connected by a bus 600.
  • the CPU 601 controls the overall operation of the arithmetic processing unit 108.
  • the ROM 602 stores a program such as a boot program.
  • the RAM 603 is used as a work area of the CPU 601.
  • the HDD 604 controls data read / write to the HD 605 according to the control of the CPU 601.
  • the HD 605 stores data written under the control of the HDD 604.
  • the display 606 displays data such as a document, an image, and function information, including a cursor, an icon, and a tool box.
  • a CRT a CRT
  • a TFT liquid crystal display a plasma display, or the like
  • the input keys 607 are keys for inputting letters, numbers, various instructions, and the like. Further, a touchpad-type input pad or numeric keypad may be used.
  • the printer 608 prints image data and document data. As the printer 608, for example, a laser printer / inkjet 1, a printer can be employed.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the optical rotation measuring device according to the first to sixth embodiments of the present invention.
  • the optical rotation measuring device 100 includes a linearly polarized light output unit 701, a phase modulation unit 702, a signal supply unit 705, a light intensity detection unit 707, and an optical rotation. It has a calculating unit 708, an input unit 709, and an output unit 710.
  • the linearly polarized light output section 701 outputs linearly polarized light.
  • the function of the linearly polarized light output unit 71 1 is realized by, for example, the light 111 and the polarizer 102 A shown in FIG.
  • the phase modulator 702 includes a first phase modulator 703 and a second phase modulator 704.
  • the first phase modulator 703 has a first polarization axis in a predetermined direction, and performs phase modulation on the linearly polarized light output from the linearly polarized light output unit 701.
  • the function of the first phase modulation section 703 is realized by the liquid crystal element 104 A shown in FIG.
  • the second phase modulator 704 has a second polarization axis orthogonal to the first polarization axis, and performs phase modulation on linearly polarized light output from the linearly polarized light output unit 701.
  • the function of the second phase modulator 704 is specifically realized by, for example, the liquid crystal element 104B shown in FIG. Therefore, the direction of the first polarization axis corresponds to the orientation direction 205A, and the direction of the second polarization axis corresponds to the orientation direction 205B.
  • the signal supply unit 705 sends a modulation signal having a predetermined amplitude for phase-modulating the linearly polarized light to one of the first phase modulation unit 703 and the second phase modulation unit 704.
  • the modulated signal having the predetermined amplitude is, for example, the AC voltage Vb having the predetermined amplitude shown in FIG. 3, for example.
  • the signal supply unit 705 supplies a predetermined bias signal to the first phase modulation unit 703 and the second phase modulation unit 704.
  • the predetermined bias signal is, for example, the offset voltage Vo shown in FIG.
  • the function of the signal supply unit 705 is realized by, for example, the liquid crystal driving device 109 shown in FIG.
  • the light intensity detecting section 707 is a sample containing an optical rotatory substance from the first phase modulating section 703 and the second phase modulating section 704 to which the signal is supplied by the signal supplying section 705.
  • the intensity of the transmitted light is detected.
  • the light intensity detector 707 realizes its function by, for example, the photodiode 107 shown in FIG.
  • the light intensity detector 707 can use, in addition to the photodiode 107, a reverse-biased silicon semiconductor PN junction element, phototransistor element, cadmium sulfide photoconductive element, or the like.
  • the optical rotation calculation unit 708 calculates the optical rotation of the sample 106 based on the modulation signal supplied by the signal supply unit 705 and the intensity of the light detected by the light intensity detection unit 707. Is calculated. Specifically, an arithmetic expression for calculating the optical rotation of the sample 106 from the wave height ratio of the wave height 507 A and the wave height 507 B of the signal waveform 507 shown in FIG. Using the correlation table showing the correlation between the wave height ratio and the optical rotation of the sample 106, the optical rotation of the sample 106 is calculated.
  • the phase modulation width Pb modulated by the liquid crystal driving voltage Vb becomes a known value. Therefore, the change in the wave height ratio due to the optical rotation of the sample 106 can be strictly calculated by a mathematical expression, and conversely, an arithmetic expression for calculating the optical rotation of the sample 106 from the wave height ratio can also be obtained.
  • the concentration of a sample whose specific rotation is known can be determined. More practically, a calibration curve of the correlation between the concentration and the peak height ratio is obtained using a sample whose specific rotation is known in advance, and this is used to obtain the sample concentration from the peak height ratio. Can be.
  • the optical rotation calculation unit 708 realizes its function by the CPU 601 executing a program stored in the ROM 602 or the RAM 603 shown in FIG. 6, for example.
  • the input unit 709 performs input operations such as a DC power supply input process for the laser diode in the light source 101 shown in FIG. 1, a drive input process of the liquid crystal driving device 109, and a calculation process of the optical rotation of the sample 106.
  • This input unit 709 specifically realizes its function by, for example, input key 607 shown in FIG.
  • the output unit 710 outputs the optical rotation of the sample 106 calculated by the optical rotation calculation unit 708. Specifically, the output unit 710 realizes its function by, for example, the display 606 or the printer 608 shown in FIG.
  • the optical rotation of the sample 106 can be highly accurately determined.
  • the effect is that the measurement can be performed in a short time.
  • the design of the night crystal element 104 (104A, 104B) can be simplified and the manufacturing accuracy can be eased. This has the effect that it can be performed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a hardware configuration of an optical rotation measuring device according to a second embodiment of the present invention. is there.
  • the optical rotation measurement device 800 according to the second embodiment has a configuration in which the sample 106 is sandwiched between two quarter-wave plates 105A and 105B on the optical path L. I have. Note that the same reference numerals are given to the same components as those in the hardware configuration in FIG. 1.
  • FIG. 8 shows a configuration diagram of the second embodiment.
  • the light beam emitted from the light source 101 becomes linearly polarized light by the polarizer 102A.
  • a liquid crystal element 104 A and a liquid crystal element 104 B are arranged.
  • liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B a homogenous liquid crystal element is used.
  • the liquid crystal molecule orientation directions of the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B are orthogonal to each other, and have an angle of ⁇ 45 ° with respect to the polarization axis of the incident linearly polarized light.
  • the liquid crystal element 104A can operate as a phase modulation element that gives a phase difference between orthogonal polarization components.
  • the incident linearly polarized light is converted into elliptically polarized light.
  • the ellipticity decreases and becomes circularly polarized when the phase difference is ⁇ / 2.
  • the modulation amount is further increased, the light becomes elliptically polarized light that is orthogonal to the incident linearly polarized light.
  • the phase difference is ⁇
  • the light becomes linearly polarized light again. Therefore, when observing the light intensity through a photon having a transmission axis parallel to the incident linearly polarized light, a sinusoidal signal that repeats light and dark at every phase difference of 2 ⁇ (rad) is obtained.
  • the light passes through the quarter-wave plate 105 A and enters the sample 106.
  • the two orthogonal polarization components modulated by the liquid crystal element 104 A and the liquid crystal element 104 B are converted to clockwise and counterclockwise circularly polarized light by a quarter-wave plate 105 A, respectively. Is done. Since the optical rotation is caused by the refractive index difference between clockwise and counterclockwise circularly polarized light, each circularly polarized light undergoes a phase modulation corresponding to the optical rotation of the sample 106. Thus, when the optical rotation angle is 0 (rad), a phase difference of 2 ⁇ (rad) occurs between the two polarization components.
  • the clockwise-circularly polarized light and the counterclockwise-circularly polarized light transmitted through the quarter-wave plate 105B and subjected to phase modulation by the sample 106 are converted into orthogonal linearly polarized light components.
  • These two linearly polarized light beams can be transmitted through a polarizer 102 B inclined at 45 ° to the polarization direction.
  • the amount of phase modulation is converted into light intensity, and is extracted as an electric signal by the photodiode 107.
  • the same signal as in the first embodiment can be obtained, and the optical rotation of the sample can be obtained from the obtained signal.
  • the offset amount can be canceled as in the first embodiment, and the same effect can be obtained.
  • the measurement accuracy can be improved. For the same reason, by making the optical axes of the two quarter-wave plates orthogonal to each other, it is possible to cancel changes in the characteristics of the quarter-wave plate due to temperature, humidity, etc. Measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration of an optical rotation measuring device according to a third embodiment of the present invention.
  • the optical rotation measurement device 900 according to the third embodiment is different from the optical rotation measurement device 900 according to the third embodiment in that one liquid crystal element is used.
  • the liquid crystal element 104 is provided with a pixel structure using 104.
  • a lens 941 as a condensing means is added, and a photodiode 107 is arranged on the focal plane. Note that the same components as those in the hardware configurations in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals.
  • the liquid crystal element 104 is composed of a plurality of pixels 1005 to: L008 (four pixels in FIG. 10A).
  • FIG. 1OA is a front view showing the liquid crystal element 104.
  • FIG. 1A shows a liquid crystal element 104 composed of four pixels.
  • Arrows in FIG. 5A indicate the alignment directions 1005A to 1008A of the pixels 1005 to L008 constituting the liquid crystal element 104, and the alignment directions of the pixels 1005 to 1008 are configured to be orthogonal.
  • the orientation directions are orthogonal between pixels adjacent in the vertical direction or the horizontal direction, and the orientation directions are parallel between pixels in the diagonal direction.
  • a method using UV irradiation is known.
  • the orientation direction of the UV-irradiated part is rotated.
  • the rotation angle can be controlled by the irradiation time, and it can be rotated 90 degrees.
  • the liquid crystal element 104 changes the drive signal according to the orientation direction 1005 A to 1008 A of the pixel 1005 to L008, and applies the signal applied to each of the liquid crystal elements 104 A and 104 B of the first embodiment.
  • a signal obtained by superimposing a sinusoidally varying amplitude Vb on an offset voltage Vo is applied to the pixels 1005 and 1008 in one orientation direction 1005 A and 1008 A.
  • the signal of the offset voltage Vo may be applied to the pixels 1006 and 1007 in the other orientation directions 1006 A and 1007 A.
  • the light beam transmitted through the liquid crystal element 104 is collected by the lens 941.
  • FIG. 10B is a front view of the liquid crystal element 104 having a fine pixel structure.
  • the liquid crystal element 104 has an NXM pixel structure.
  • the pixel structure of the liquid crystal element 104 is made finer, and if the light flux between pixels having orthogonal orientation directions is interfered by the diffraction of the pixel, the first and second embodiments can be implemented. The same effect as in the embodiment can be obtained. In addition, this eliminates the need to dispose the lens 941, and can reduce the number of components and the size of the optical rotation measuring device. In addition, only by miniaturizing the pixel structure, there is no need to adjust the focal position of the lens 941, and the effect that the measurement accuracy can be improved can be obtained.
  • the optical rotation measuring device includes a light source, an optical rotation element that modulates a light beam from the light source, and a specific polarization component of the light beam transmitted through the sample.
  • a polarizer that extracts the light
  • a photoelectric conversion element that converts the light intensity of the light flux transmitted through the polarizer into an electrical signal.
  • the optical rotation element consists of two liquid crystal elements and a quarter-wave plate. It is arranged that the orientation directions are orthogonal to each other.
  • a light source a phase modulation element that modulates the light beam from the light source, a quarter-wave plate placed before and after the sample, and a specific polarization component of the light beam that has passed through the quarter-wave plate and the sample It has a polarizer and a photoelectric conversion element that converts the light intensity of the light beam transmitted through the polarizer into an electric signal.
  • the phase modulation element is composed of two liquid crystal elements, and the liquid crystal elements are arranged so that the liquid crystal alignment directions are orthogonal to each other. I decided to.
  • a light source an optical rotation element that modulates the light beam from the light source, a polarizer that extracts a specific polarization component of the light beam that has passed through the sample, and photoelectric conversion that converts the light intensity of the light beam that has passed through the polarizer into an electric signal
  • the optical rotation element is composed of a liquid crystal element and a quarter-wave plate, and the liquid crystal element is composed of a plurality of pixels whose liquid crystal alignment directions are orthogonal to each other.
  • a light source a phase modulation element that modulates a light beam from the light source, a quarter-wave plate arranged before and after the sample, and a specific polarization component of the light beam transmitted through the quarter-wave plate and the sample. It has a polarizer to be extracted and a photoelectric conversion element that converts the light intensity of the light beam transmitted through the polarizer into an electric signal. I decided.
  • the influence of the fluctuation of the liquid crystal element can be canceled, the measurement data can be stabilized, and the improvement of the measurement accuracy can be expected. Further, the design of the optical system and the design of the liquid crystal element are facilitated, and the manufacturing accuracy can be improved.
  • FIG. 11 is a plan view of a liquid crystal substrate on which a liquid crystal element used for an optical measuring device (a rotation measuring device according to the first to third embodiments of the present invention) is manufactured.
  • any two liquid crystal elements are cut out from the liquid crystal substrate 110.
  • the liquid crystal substrate 110 is a substrate manufactured by a well-known manufacturing process. Therefore, this The two liquid crystal elements cut out from the liquid crystal substrate 1100 have the same liquid crystal alignment direction and have the same structure.
  • the other liquid crystal element can be, for example, the liquid crystal elements 111 1 to 113.
  • the manufactured liquid crystal elements are cut out from the same liquid crystal substrate from 1100, so that the characteristics are closer to those of the liquid crystal elements manufactured on other liquid crystal substrates. Therefore, the same variation can be canceled by back-to-back liquid crystal elements.
  • the manufacturing positions of the liquid crystal elements be positions close to each other.
  • the other liquid crystal element is positioned near the liquid crystal element 1101, specifically, It may be cut out from the liquid crystal elements 1102 to 1109 surrounding the liquid crystal element 1101.
  • the liquid crystal elements 1102 to 1109 are closer to the liquid crystal element 1101 than the liquid crystal elements 1111 to 1113 and the other liquid crystal elements of the liquid crystal substrate 1100. Therefore, the characteristics of the liquid crystal element 1101 and the liquid crystal elements 1102 to 1109 are the same. Therefore, the same variation can be canceled by back-to-back liquid crystal elements.
  • FIG. 12 is an external view of a liquid crystal element used in an optical measuring device (a rotation measuring device according to the first to third embodiments of the present invention).
  • the figure on the left shows a front view
  • the figure on the right shows a side view.
  • the liquid crystal element 1200 has a structure in which liquid crystal is interposed between a counter substrate 1204 and an electrode substrate 1205. By applying a voltage to an electrode (not shown) formed on the opposite substrate 1204 and an electrode (not shown) formed on the electrode substrate 1205, the state of liquid crystal is changed to change the state of light passing therethrough.
  • the electrode substrate input electrode 122 is electrically connected to an electrode formed on the electrode substrate 125.
  • the opposing substrate input electrode 1201 is electrically connected to the electrode formed on the opposing substrate 1204 via conductive particles in the electrode transfer region 1203.
  • the opposing substrate input electrode 122 and the electrode substrate input electrode 122 are formed on the electrode extraction surface 127.
  • an axis representing the horizontal direction is an X axis
  • an axis perpendicular to the X axis in the plane is a Y axis.
  • the orientation direction 1266 indicates that the liquid crystal is parallelly oriented at 45 ° to the right from the Y axis when viewed from the front.
  • the rotation of the sample can be obtained using one liquid crystal element as before, but if two liquid crystal elements are arranged in series and their liquid crystal orientation directions are orthogonal, more accurate measurement can be performed. It becomes possible to do.
  • the modulation amount of the first liquid crystal element increases due to a change in external temperature or pressure, etc.
  • the modulation amount of the second liquid crystal element also increases, and the fluctuations occur because the liquid crystal alignment directions are orthogonal. It works in the direction of canceling each other.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing an arrangement of a light source and a liquid crystal element in an optical rotation measurement device provided with two liquid crystal elements 1200 (120OA, 120OB).
  • the light source 1307 is a light source such as a laser diode.
  • the lens 13 08 is the light source 13
  • the polarizer 1309 is an optical element for transmitting transmitted light only in the vertical direction.
  • the first liquid crystal element 1200A has the structure shown in FIG.
  • the second liquid crystal element 1200 B has the structure shown in FIG. 12, and is arranged such that the electrode extraction surface 1207 B is on the outgoing light side. .
  • the second liquid crystal element 1 2 The wiring to 00B is difficult to take out because the electrode substrate 1205 of the first liquid crystal element 1200A becomes an obstacle.
  • the first liquid crystal element 1 200 If the second liquid crystal element 120 5 B electrode substrate 1 205 is arranged adjacent to the A electrode substrate 1 205, there is no obstacle, so the electrode extraction surface 120 7 A and the electrode extraction The wiring from the surface 127 B is easy to take out.
  • the optical path L indicates the light path and the emission direction by arrows.
  • the alignment direction 1315 indicates the liquid crystal parallel alignment direction 1206 of the first liquid crystal element 1200A as viewed from the incident light side, and is inclined by 45 ° to the right from the Y axis.
  • the alignment direction 1316 indicates the liquid crystal parallel alignment direction 1206 of the second liquid crystal element 1200B as viewed from the incident light side, and is inclined 45 ° to the left from the Y axis. That is, the liquid crystal parallel alignment direction 1315 of the first liquid crystal element 1200A and the liquid crystal parallel alignment direction 1316 of the second liquid crystal element 1200B viewed from the incident light are orthogonal. In other words, stable measurement can be performed for disturbances such as temperature.
  • the fourth embodiment by arranging back-to-back liquid crystal elements manufactured in the same process and having the same structure in the same liquid crystal parallel alignment direction, stable measurement can be performed against disturbances such as temperature. This is advantageous in that mounting space can be reduced and a space-saving structure can be obtained.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a case where the arrangement described in the fourth embodiment is housed in a heat transfer holding structure provided with a temperature control device.
  • the same components as those shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the housing 1 4 5 5 holds the lens 13 08, the polarizer 13 09, the first liquid crystal element 12 00 A and the second liquid crystal element 12 00 B, It is a holding mechanism that can transmit.
  • the heat conversion element 14456 is an element for controlling temperature, such as a Peltier element. That is, by controlling the temperature of the housing 1445 by the heat exchange element 14456, the temperature of the liquid crystal element 1200 as well as the light source 1307 is controlled.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a specific optical rotation measuring device.
  • the laser diode 32 corresponds to the light source 1307 shown in FIG.
  • the collimating lens 30 is This corresponds to the lens 1308 shown in FIG.
  • the polarizer 33 corresponds to the polarizer 1309 shown in FIG.
  • the liquid crystal element 38 corresponds to the first liquid crystal element 1200A shown in FIG.
  • the liquid crystal element 39 corresponds to the second liquid crystal element 1200B shown in FIG.
  • the polarizer 33 is attached to the liquid crystal element 38.
  • the LD holder 34 is made of aluminum and is a unit for holding the laser diode 32 and the collimating lens 30.
  • the LD holder 31 is a part for fixing the laser diode 32 to the LD holder 34.
  • the LD holder 31 fixes the laser diode 32 by inserting the laser diode 32 into the LD holder 34 and then screwing it.
  • the thermistor 51 is a temperature measuring element, and measures the temperature of the LD / reader 34.
  • the liquid crystal element holder 37 is made of aluminum and is a unit for holding the polarizer 33, the liquid crystal element 38, and the liquid crystal element 39.
  • the spacer 40 is a buffer between the liquid crystal element 38 to which the polarizer 33 is attached and the liquid crystal element holder 37.
  • Spacer 41 is a buffer between liquid crystal element 38 and ⁇ ?
  • the spacer 42 is a cushioning material between the liquid crystal element 39 and the liquid crystal element holder 37, and is made of a flexible material such as rubber.
  • the liquid crystal element holder 52 is a part for screwing and fixing (not shown) the two liquid crystal elements 38 and 39 to the liquid crystal element holder 37.
  • the LD holder 34 and the liquid crystal element holder 37 are connected to each other and are made of aluminum, so that they conduct heat.
  • the heat insulating spacer 48 is a plastic material provided to insulate the substrate 50, the LD holder 34, and the liquid crystal element holder 37.
  • the Peltier element 47 is provided between the LD holder 34 and the substrate 50, and maintains the temperature of the LD holder 34 at a predetermined temperature according to the temperature measurement result of the thermistor 51. Heat exchange with the outside through 0.
  • the temperature of the LD holder 34 is kept constant, and the temperature of the liquid crystal element holder 37 is also kept constant due to the high thermal conductivity. Further, as shown in the fourth embodiment, by arranging the two liquid crystal elements back to back, the orientation directions of the liquid crystals become orthogonal, so that high accuracy and stability can be achieved. Measurement can be performed, and at the same time, an effect that wiring for input becomes easy can be obtained.
  • the temperature control of the light source and the liquid crystal element at the same time is not limited to the number of liquid crystal elements, and the same applies to one or more liquid crystal elements.
  • the temperature control may be integrated in one system or may be performed in a subdivided portion.
  • the LD holder 34 includes a laser diode 32 and a collimating lens 30, and the liquid crystal element holder 37 includes liquid crystal elements 38 and 39 and a polarizer 33.
  • the light source and the liquid crystal element may be included.
  • the example of the arrangement of the liquid crystal elements is shown in which the electrode substrates are back-to-back.However, it is clear that the orientation of the liquid crystal is orthogonal even if the opposing substrate is back-to-back. The effect that the space due to the thicknesses of the two opposing substrates can take out the wires and make the wires easier can be obtained.
  • FIG. 16 shows an arrangement configuration of the liquid crystal element 160 A and the liquid crystal element 160 B having a different structure from the liquid crystal element 1200 A and the liquid crystal element 1200 B shown in FIG. FIG.
  • the liquid crystal element 160OA and the liquid crystal element 160B are arranged in series on the optical path L.
  • the optical path L is a light path from the light source to the photodiode.
  • the liquid crystal element 160OA has a structure in which a liquid crystal is sandwiched between a counter substrate 1604A and an electrode substrate 1605A.
  • a voltage is applied to the electrode (not shown) formed on the counter substrate 1604A and the electrode (not shown) formed on the electrode substrate 1605A, the state of the liquid crystal is changed and the liquid crystal passes. Changes the state of light.
  • the opposite substrate 164 A and the electrode substrate 165 A are the same rectangular substrates and have different sizes.
  • the polar board 1605 A is the larger board.
  • an L-shaped electrode extraction region 1607A is formed by sandwiching liquid crystal between the opposite substrate 1604A and the electrode substrate 1605A so that the corresponding corners of the opposite substrate 1604A and the electrode substrate 1605A coincide. Is done.
  • the electrode substrate input electrode 16 • 2A is formed in a substantially L shape in a bent region 1617A of the L-shaped electrode extraction region 1607A.
  • the electrode substrate input electrode 1602A is electrically connected to an electrode formed on the electrode substrate 1605A.
  • the opposite substrate input electrodes 1601 A and 1610 A are formed at both ends 1627 A of an L-shaped electrode extraction region 1607 A, respectively.
  • the counter substrate input electrodes 1601A and 1610A are electrically connected to electrodes formed on the counter substrate 1604A via conductive particles from the electrode transfer areas 1603A and 1630A, respectively.
  • an axis representing the horizontal direction is an X axis
  • an axis perpendicular to the X axis in the plane is a Y axis.
  • Alignment direction 1606A indicates that the liquid crystal is aligned parallel to the direction at 45 ° to the right from the Y axis.
  • the counter substrate input electrode 1601 A and the electrode substrate input electrode 1602 A are formed on the surface near one end of the electrode substrate 1605 A along the end. Are arranged in series.
  • a counter substrate input electrode 161OA and an electrode substrate input electrode 1602A are arranged in series on a surface near an edge orthogonal to one edge of the electrode substrate 1605A along the edge.
  • the liquid crystal element 1600B has the same configuration as the liquid crystal element 1600A, and is a liquid crystal element obtained by rotating the liquid crystal element 1600A by 90 degrees counterclockwise. Therefore, the reference numerals 1601 B to l 607 B, 1610 B, 1617 B, 1627 B s 1630 B of the liquid crystal element 1600 B correspond to the reference numerals 1601 A to 1607 A, 1610 A of the liquid crystal element 160 OA, respectively. ,. 1617 A, 1627 A, and 1630 A.
  • the liquid crystal element 160B is arranged such that the opposing substrate 1604B faces the electrode substrate 160A of the liquid crystal element 160A.
  • the counter substrate input electrode 1610 A of the liquid crystal element 16 00 A and the electrode substrate input electrode 16 02 A, and the counter substrate input electrode 16 10 B of the liquid crystal element 16 00 B and the electrode have the same pull-out direction (Y-axis direction in the figure).
  • the liquid crystal element 16000A and the liquid crystal element 1600B can both be connected in the same lead-out direction (the Y-axis direction in the figure), so that the liquid crystal element 1650A , 160 B wiring can be saved, and the optical rotation measuring device can be downsized.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an optical rotation measuring device using the liquid crystal element 160A and the liquid crystal element 160B shown in FIG.
  • the same components as those shown in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the liquid crystal element holder 37 is made of ANOREMI, and is a unit for holding the polarizer 33, the liquid crystal element 160OA and the liquid crystal element 160B.
  • the spacer 40 is a buffer between the liquid crystal element 160 A to which the polarizer 33 is attached and the liquid crystal element holder 37.
  • the spacer 41 is a buffer between the liquid crystal element 160A and the liquid crystal element 160B.
  • Spacer 42 is a cushioning material between liquid crystal element 160B and liquid crystal element holder 37, and is made of a flexible material, such as rubber.
  • the liquid crystal element retainer 52 is a part for screwing and fixing (not shown) the liquid crystal element 160 A and the liquid crystal element 160 B to the liquid crystal element holder 37.
  • one of the liquid crystal elements 160 A and 160 B having the same structure is rotated 90 degrees in order to make the alignment directions orthogonal. Even if there is, the opposite substrate input electrode 1601 A and the electrode substrate input electrode 16 02 A formed on the liquid crystal element 16 00 A and the opposite electrode formed on the liquid crystal element 16 00 B The substrate input electrode 1601B and the electrode substrate input electrode 1602B are both located in the same direction (upward in FIGS. 16 and 17).
  • Wiring space for A and electrode substrate input electrode 16 02 A, and wiring space for counter substrate input electrode 16 0 1 B and electrode substrate input electrode 16 02 B formed in liquid crystal element 16 00 B Can be used in common, and wiring can be taken out and reduced. Further, the space inside the optical rotation measuring device can be saved and the optical rotation measuring device can be downsized.
  • the optical rotation measurement devices hold the first liquid crystal element and the second liquid crystal element each having liquid crystal between the electrode substrate and the counter substrate.
  • the first liquid crystal element and the second liquid crystal element each have an input electrode formed on an electrode substrate, and the opposing substrates of the first liquid crystal element and the second liquid crystal element are back-to-back. .
  • An optical measurement device for holding a first liquid crystal element and a second liquid crystal element having liquid crystal between an electrode substrate and a counter substrate, respectively, comprising a first liquid crystal element and a second liquid crystal element.
  • an input electrode was formed on an electrode substrate, and the electrode substrates of the first liquid crystal element and the second liquid crystal element were back-to-back.
  • the optical rotation measuring devices of the above-described fourth to sixth embodiments are optical measuring devices for holding a light source and a liquid crystal element, and include a light source holding unit for holding the light source and a liquid crystal device for holding the liquid crystal element.
  • the holding portions were to transmit heat to each other.
  • the light source holder or the liquid crystal element holder has a heat exchange element for controlling the temperature.
  • optical rotation measuring device using the liquid crystal element has been invented, but the structure for holding the optical element and the liquid crystal element is important for improving the measurement accuracy and miniaturizing.
  • the optical rotation measuring devices of the fourth and fifth embodiments described above are particularly suitable for the case where two liquid crystal elements whose liquid crystal orientation directions are orthogonal to each other are arranged in series with respect to incident light for the purpose of improving measurement accuracy and stability. Place them back to back.
  • the first liquid crystal element and the second liquid crystal element are liquid crystal elements manufactured in the same process and having the same orientation. That is, two liquid crystal elements are placed back to back Thereby, the orientation directions of the liquid crystal become orthogonal.
  • the laser diode (LD) which is the light source
  • the liquid crystal element holding unit and the LD holding unit or connecting a case that conducts heat it is possible to control with the same Peltier element.
  • the use of a small liquid crystal element that can be driven with low power consumption as a modulation element has an effect that the optical rotation of a sample can be measured with high accuracy.
  • the drive voltage range in which the modulation characteristics of the liquid crystal element are stable it is possible to modulate a very small modulation width, and to provide an effect of performing highly accurate measurement. Further, the requirements on the modulation range and the absolute value of the modulation amount of the liquid crystal element can be relaxed, thereby facilitating the design of the liquid crystal element and reducing the manufacturing accuracy.
  • the first liquid crystal element and the second liquid crystal element use liquid crystal elements having the same alignment direction and are arranged back to back so that the liquid crystal alignment directions are orthogonal. Therefore, the effect of reducing the influence of disturbance due to temperature or the like can be obtained.
  • the counter substrate input electrode of the electrode sandwiching the liquid crystal and the electrode substrate input electrode are formed on the electrode substrate, the space between the electrodes can be increased by arranging the counter substrates back to back. And wiring can be done easily. It has the effect of
  • the holding part of the liquid crystal element and the holding part of the light source are integrated into a housing that conducts heat, so that one heat exchange element controls the temperature of the liquid crystal element and the light source. This has the effect that it can be performed.
  • the present invention relates to a scatterer containing a living body, and an optically rotating substance in a test sample such as a substance derived from a living body such as urine and sweat, a fruit juice, a drug, etc. It is suitable for providing an optical rotation measurement device for non-contact measurement of concentration such as.

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Abstract

　直線偏光出力部（７０１）は直線偏光を出力する。第１の位相変調部（７０３）は第１の偏光軸を有し直線偏光を位相変調する。第２の位相変調部（７０４）は第１の偏光軸に直交する第２の偏光軸を有し直線偏光を位相変調する。信号供給部（７０５）は、直線偏光を位相変調する変調信号（Ｖｂ）を、いずれか一方の位相変調部に供給する。また、バイアス信号（Ｖｏ）を位相変調部（７０２）に供給する。光強度検出部（７０７）は、信号が供給された位相変調部（７０２）から旋光性物質を含む試料（１０６）へ出射される光が、旋光されて試料（１０６）から透過することにより、その透過してくる光の強度を検出する。旋光度算出部（７０８）は、変調信号（Ｖｂ）と、検出された光の強度と、に基づいて、試料（１０６）の旋光度を算出する。

Description

明 細 書 旋光度測定装置 技術分野
本発明は、 試料の旋光度を測定する旋光度測定装匱に関する。 背景技術
従来、 直線偏光を試料に入射させ、 試料を透過した光束を検光子へ入射させ、 フォトダイォードにより光電変換して得られた信号から、 試料による偏光面の回 転角度、 すなわち旋光角 （ 「旋光度」 ともいう） を求めている。
偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きを 0とし、 試料による旋光角を ひとすると、 フォトダイオードで受光する光強度 Iは、 I =TX I。c o s (0 -α)2 (式 1) となる。 ここで、 Τは試料、 偏光子及び検光子の反射や吸収に よる減衰すベてを考慮した透過率、 I。は入射光の強度をあらわす。
式 1から分かるように、 検光子の回転に伴い、 回転角度 π (r a d) 毎に極小 点が得られる。 この極小点における検光子の角度から旋光角を求めることができ る。
高精度'高感度化のために、 偏光面振動方式が一般的に用いられており、 以下 、 第 18図を用いて説明する。 第 18図は、 偏光面振動方式を用いた従来の旋光 度測定装置を示す説明図である。 第 18図において、 光源 1821から出射した 単色光は、 偏光子駆動回路 1829により周波数 f、 角振幅 Θで振動している偏 光子 1822に入射することにより、 偏光面が回転振動する直線偏光になる。 この直線偏光の光束を試料 1825に入射させ、 検光子 1823を透過させる と、 周波数土'の信号がフォトダイォード 1824から得られる。 このとき、 試料 1825の旋光度により、 偏光面が αだけ回転しているとすると、 偏光子 182 2と検光子 1823を直交配置しておけば、 試料 1825が右旋光力左旋光かに より位相の反転した信号が得られる。
そして、 フォトダイオード 1 8 2 4から得られる信号を増幅回路 1 8 2 6で増 幅し、 整流 Z濾波回路 1 8 2 7で同期 '整流し、 位相を求める。 その位相に応じ て、 検光子駆動回路 1 8 2 8を介して検光子 1 8 2 3を正逆いずれかに回転させ る。 これにより、 透過光量が最小となるように光学的零位法によって検光子角度 を決定する。 この平衡点における検光子角度は、 試料 1 8 2 5の旋光角に対応す る。
また、 フォトダイオード 1 8 2 4の信号を変調周波数 fで位相検波し、 周波数 f の信号成分を取り出し、 この信号強度を最小にするように検光子角度を調整し ても同様の結果が得られる。
偏光面を振動■回転させる方法として、 機械的に偏光子を回転させる方法の他 、 ファラデー効果を利用するファラデーローテータを用いる方法もおこなわれて いる。 例えば、 磁場を印加しファラデー効果を利用した旋光度測定方法が、 公開 されている （例えば、 特許文献 1 ：特開平 9一 1 4 5 6 0 5号公報 （図 7 ) を参 照。 ） 。
また、 旋光度を求める同様の手法において、 前述のファラデー素子に代表され る変調素子として、 液晶素子を使う手法も開示されており、 低消電駆動、 小型化 等の利点を持っている （例えば、 特許文献 2 ：特開 2 0 0 2— 2 7 7 3 8 7号公 報 （図 7 ) を参照。 ） 。
また、 直線光を旋光させるために液晶素子を使用することについては、 液晶素 子と 4分の 1波長板を組み合わせたセナーモント旋光器がある。 また、 この発展 形としては、 可変電圧印加可能な 3つの液晶素子を光照射方向に対して直列に配 置させ、 より自由度の高い光変調が可能になる装置の発明がある （例えば、 特許 文献 3 ：特開平 7— 2 1 8 8 8 9号公報 （図 3 ) を参照。 ） 。
また、 液晶素子の旋光性を用いた濃度測定装置としては、 従来の機械的な動作 部がないことを特徴としている発明がある （例えば、 特許文献 4 ：特開 2 0 0 1 - 3 5 6 0 8 9号公報 （図 2 ) を参照。 ） 。 さらなる発展形として、 液晶素子による位相変調を周期的に行うことにより、 高精度で安定した測定が可能な発明もある (例えば、 特許文献 5 ：特開平 2 0 0 2 - 2 7 7 3 8 7号公報 (図 3 ) を参照。 ) 。 第 1 9図は、 従来の濃度測定装置 の光学系を示す説明図である。
第 1 9図において、 レーザーダイオード 1 9 2 1から出射した光束は、 レンズ 1 9 2 2でコリメートされて、 平行光となる。 そして、 この平行光は、 偏光子 1 9 2 3 Aにより、 垂直方向から 4 5 ° 傾斜した方向に振動する直線偏光になる つぎに、 偏光子 1 9 2 3 Aから出射された光の水平方向もしくは垂直方向の偏 光成分が、 液晶素子 1 9 3 1により位相変調される。 液晶素子 1 9 3 1は、 水平 方向もしくは垂直方向に液晶分子長軸が揃ったホモジニァス配向の液晶素子であ る。 このホモジユアス配向の液晶素子 1 9 3 1では、 電圧印加により液晶分子が 立ち、 分子長軸方向の屈折率が変化し、 位相変調をおこなうことができる。 ここ で、 ί夜晶素子 1 9 3 1により一方の偏光成分のみに位相変調を加えると、 直交す る偏光成分どうしで干渉させることになる。
つぎに、 液晶素子 1 9 3 1を透過した透過光は、 ハーフミラー 1 9 2 4により 反射光と直進光に分岐される。 直進光は、 水平軸および垂直軸が 4 5 ° 傾斜し た 4分の 1波長板 1 9 2 6 Αに入射する。 これにより、 入射された直進光の水平 -垂直方向の振動成分を、 それぞれ反対方向に回転する円偏光成分に変換するこ とができる。
さらに、 4分の 1波長板 1 9 2 6 Aを透過した直進光が被検試料 1 9 2 5に入 射することにより、 被検試料 1 9 2 5の旋光度に伴った右回り円偏光と左回り円 偏光間で士 Θの位相差が与えられる。 すなわち、 4分の 1波長板 1 9 2 6 Aを 透過した直進光が被検試料 1 9 2 5に入射することにより、 被検試料 1 9 2 5の 旋光度に伴って、 位相差が土 Θとなる右回り円偏光および左回り円偏光を出射- することとなる。
一方、 ハーフミラー 1 9 2 4による反射光は、 偏光子 1 9 2 3 Cに入射する。 そして、 偏光子 1 9 2 3 Cを透過した光は、 フォトダイオード 1 9 2 9 Bに入射 されて電気信号に変換され、 ビート信号を生成する。
また、 被検試料 1 9 2 5から出射した右回り円偏光および左回り円偏光は、 4 分の 1波長板 1 9 2 6 Aと光軸が一致もしくは直交する 4分の 1波長板 1 9 2 6 Bを透過することにより、 それぞれ水平もしくは垂直方向に直交する偏光成分に 変換される。
そして、 4分の 1波長板 1 9 2 6 Bを透過した透過光が、 水平もしくは垂直方 向から 4 5 ° 傾斜した偏光子 1 9 2 3 Bを透過することにより、 上述の直交す る偏光成分間の干渉信号を得ることができる。 また、 この直交する偏光成分のう ち一方の光束が位相変調されているためビート信号が得られ、 フォトダイォード 1 9 2 9 Aにより電気信号に変換される。 フォトダイオード 1 9 2 9 Bより得ら れるビート信号は、 被検試料 1 9 2 5の旋光度の影響は受けておらず、 フォトダ ィォード 1 9 2 9 A、 1 9 2 9 Bの信号間の位相差により、 被検試料 1 9 2 5の 旋光度を求めることができる。
しかしながら、 上述したように、 測定に必要な旋光素子を実現するためには、 偏光子を機械的に回転させたり、 ファラデーローテータに代表されるように、 フ ァラデー効果を利用した旋光変調をおこなう必要があった。 そのため、 装置の大 型化およぴ高価格化を招いているという問題があつた。
—方、 液晶素子を用いれば、 装置の小型化および低消電駆動が可能であるが、 温度、 気圧等、 外部環境による変動が大きくなるという問題があった。 そのため 、 測定結果の安定性を高めるには、 温度コント口ール等の付加的な装置が必要と なり、 やはり、 装置の大型化、 高価格化を招いているという問題があった。 また、 上述のような液晶素子を用いて光測定するシステムを具体的に実現する 場合には、 液晶素子および光学部品をどのように保持する構造にするかが重要と なる。 しかしながら、 上記従来例ではそれらの点が開示されておらず、 安定して 精度良く測定することができないという問題があつた。
本発明は、 上記問題点に鑑みてなされたものであって、 簡単な構成によって、 装置の小型化かつ旋光度測定の高精度化を図ることができる旋光度測定装置を提 供することを目的とする。 発明の開示
上述した課題を解決し、 目的を達成するため、 この発明の旋光度測定装置は、 直線偏光を出力する直線偏光出力手段と、 所定方向の第 1の偏光軸を有し、 前記 直線偏光出力手段から出力された直線偏光を位相変調する第 1の位相変調手段と 、 前記第 1の偏光軸に直交する第 2の偏光軸を有し、 前記直線偏光出力手段から 出力された直線偏光を位相変調する第 2の位相変調手段と、 前記直線偏光を位相 変調する所定振幅の変調信号を、 前記第 1および第 2の位相変調手段のうちいず れか一方の位相変調手段に供給する信号供給手段と、 前記信号供給手段によって 信号が供給された前記第 1および第 2の位相変調手段から旋光性物質を含む試科 へ出射される光が、 前記旋光性物質によって旋光されて前記試料から透過するこ とにより、 その透過してくる光の強度を検出する光強度検出手段と、 前記信号供 給手段によって供給された変調信号と、 前記光強度検出手段によって検出された 光の強度と、 に基づいて、 前記試料の旋光度を算出する旋光度算出手段と、 を備 えることを特徴とする。
この発明によれば、 外界の温度変化、 気圧変化等により、 第 1の位相変調手段 および第 2の位相変調手段の変調特性が変化した場合、 偏光軸が直交しているた め、 その変化分をキャンセルすることができる。
また、 上述した発明において、 前記信号供給手段は、 所定のオフセット信号を 、 前記第 1および第 2の位相変調手段に供給することを特徴とする。
この発明によれば、 第 1の位相変調手段および第 2の位相変調手段の動作の安 定化を図ることができるとともに、 第 1の位相変調手段および第 2の位相変調手 段の偏光軸が直交しているため、 所定のバイアス信号をキャンセルすることがで き、 所望の位相変調量のみを得ることができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1の位相変調手段は、 前記第 1の偏光軸 の方向を液晶配向方向とする第 1の液晶素子を備え、 前記第 2の位相変調手段は 、 前記第 2の偏光軸の方向を液晶配向方向とする、 前記第 1の液晶素子と異なる 第 2の液晶素子を備えることを特徴とする。
この発明によれば、 位相変調手段として液晶素子を採用することにより、 外界 の温度変化、 気圧変化等により、 第 1の液晶素子および第 2の液晶素子の変調特 性が変化した場合、 配向方向が直交しているため、 その変化分をキャンセルする ことができる。 これにより、 液晶素子の,駆動の安定化を図ることができ、 第 1の 液晶素子と第 2の液晶素子に供給された信号の差異の変動量のみの位相変調をお こなうことができる。 また、 この変化分のキャンセルにより、 液晶素子による変 調量が最小となり、 液晶素子以外の光学部品の光軸の位置を容易に決定すること ができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1および第 2の液晶素子は、 所定の製造 工程によつて製造された同一の液晶基板に作製された同一構造の液晶素子である ことを特徴とする。 特に、 前記第 1の液晶素子は、 前記液晶基板の任意の位置に 作製された液晶素子であり、 前記第 2の液晶素子は、 前記液晶基板において前記 第 1の液晶素子の近傍に作製された液晶素子であることが好ましい。
この発明によれば、 第 1および第 2の液晶素子が同一の仕様で作成されている ため、 温度変化等の外界の環境の変化により、 第 1および第 2の液晶素子の変調 特性が変化した場合、 同一の特性変化を示し、 互いに直交していることから、 変 化分を互いにキャンセルする方向に働かせることができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1および第 2の液晶素子は、 ホモジニァ ス型の液晶素子であることを特徴とする。
この発明によれば、 ホモジニァス型の液晶素子を採用することにより、 各液晶 素子の配向方向を一方向に特定することができ、 装置の作成を容易におこなうこ とができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1および第 2の液晶素子は、 液晶を挟む 電極基板および対向基板を備え、 前記液晶配向方向が同一方向である同一構造の 液晶素子であり、 前記第 1の液晶素子の液晶配向方向と前記第 2の液晶素子の液 晶配向方向とが直交するように、 前記直線偏光出力手段から前記光強度検出手段 へ向かう光路上に直列して配置されていることを特徴とする。
この発明によれば、 第 1および第 2の液晶素子が同一構造であるため、 温度変 化等の外界の環境の変化により、 第 1および第 2の液晶素子の変調特性が変化し た場合、 同一の特性変化を示し、 互いに直交していることから、 変化分を互いに キヤンセノレする方向に働かせることができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1および第 2の液晶素子は、 前記電極基 板どうしまたは前記対向基板どうしが対向するように配置されていることを特徴 とする。
この発明によれば、 信号供給手段に対する配線接続を容易におこなうことがで きる。 特に、 第 1および第 2の液晶素子の液晶配向方向が垂直軸に対し 4 5 ° 傾斜している場合、 第 1および第 2の液晶素子を、 電極基板どうしまたは対向基 板どうしが対向するように配置することにより、 第 1および第 2の液晶素子の液 晶配向方向を直交にすることができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1の液晶素子または前記第 2の液晶素子 のうちの少なくとも一つが、 第 1の電極を有する矩形状の第 1の基板と、 前記第 1の電極とともに液晶を挟む第 2の電極を有する矩形状の第 2の基板と、 前記信 号供給手段からの信号を前記第 1の電極に入力する第 1の入力電極と、 前記信号 供給手段からの信号を前記第 2の電極に入力する第 2の入力電極と、 を備え、 前 記第 2の基板の一の端辺の近傍に、 当該端辺に沿って前記第 1および第 2の入力 電極を備えるとともに、 前記第 2の基板の一の端辺とは異なる端辺の近傍にも、 前記第 1および第 2の入力電極を備えることを特徴とする。
特に、 前記第 1の液晶素子は、 第 1の電極を有する矩形状の第 1の基板と、 前 記第 1の電極とともに液晶を挟む第 2の電極を有し、 前記第 1の基板よりも大き い矩形状の第 2の基板と、 前記信号供給手段からの信号を前記第 1の電極に入力 する第 1の入力電極と、 前記信号供給手段からの信号を前記第 2の電極に入力す る第 2の入力電極と、 を備え、 前記第 2の基板の一の端辺の近傍に、 当該端辺に 沿って前記第 1および第 2の入力電極を直列に配列し、 前記第 2の基板の一の端 辺に直交する端辺の近傍に、 当該端辺に沿って前記第 1および第 2の入力電極を 直列に配列した構成であり、 前記第 2の液晶素子は、 前記第 1の液晶素子と液晶 配向方向が同一方向であり、 かつ同一構造の液晶素子であり、 前記第 1および第 2の液晶素子は、 前記第 1の液晶素子の液晶配向方向と前記第 2の液晶素子の液 晶配向方向とが直交するように、 前記直線偏光出力手段から前記光強度検出手段 へ向かう光路上に直列して配置されていることを特徴とする。
この発明によれば、 信号供給手段に対する第 1および第 2の液晶素子の配 f泉引 き出し方向の共用化を図ることができる。
また、 上述した発明において、 さらに、 前記第 1および第 2の液晶素子を保持 する液晶素子保持手段を備えることを特徴とする。
この発明によれば、 第 1および第 2の液晶素子を同一条件下で保持することが できる。
また、 上述した発明において、 さらに、 前記直線偏光出力手段から前記光強度 検出手段へ向かう光路上に前記試料を挟んで直列して配置された一対の 4分の 1 波長板を備えることを特徴とする。
この発明によれば、 前記直線偏光出力手段側の 4分の 1波長板によって、 第 1 および第 2の位相変調手段からの光を直線偏光に変換して試料に入射することが できるとともに、 この 4分の 1波長板によって生じる誤差を、 前記光強度検出手 段側の 4分の 1波長板によってキヤンセルすることができる。
また、 上述した発明において、 前記第 1の位相変調手段は、 単一の液晶素子を 構成する複数の画素のうち、 一部の画素によつて構成される第 1の画素群であり 、 前記第 2の位相変調手段は、 前記単一の液晶素子を構成する複数の画素のうち 、 一部の画素以外の他の画素によって構成され、 前記他の画素を前記一部の画素 と交互に配列した第 2の画素群であることを特 ί敷とする。
この発明によれば、 2つの液晶素子を直列に配列した場合と同様の効果を得る ことができる。 また、 第 1および第 2の位相変調手段を、 単一の液晶素子によつ て構成することができるため、 装置内の省スペース化および部品点数の減少を図 ることができる。
また、 上述した発明において、 さらに、 前記第 1および第 2の画素群と前記光 強度検出手段との間に設けられ、 前記第 1および第 2の画素群から前記試料に出 射されることにより、 前記試料内の旋光性物質によつて旋光されて前記試料から 透過してくる光を集光し、 前記光強度検出手段に出射する集光手段を備えること を特徴とする。
この発明によれば、 画素数が微小である場合でも、 2つの液晶素子を直列に配 列した場合と同様の効果を得ることができる。 また画素数の少ない単一の液晶素 子を採用することができ、 液晶素子の低廉化を図ることができる。
また、 上述した発明において、 前記信号供給手段によって供給される所定のォ フセット信号は、 前記液晶素子の位相変調量がリニアに変化する区間内の信号で あることを特徴とする。
この発明によれば、 前記液晶素子の位相変調量がリニァに変化する区間の信号 を用いているため、 第 1の液晶素子と第 2の液晶素子に供給された信号の差異の 変動量は微小な範囲の変動量でもよい。 したがって、 この変動量の範囲を狭くす ることができ、 位相変調の感度を向上することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明の第 1の実施形態にかかる旋光度測定装置のハードウエア 構成を示すプロック図であり、 第 2図は、 第 1図に示した 2つの液晶素子の配置 構成を示す説明図であり、 第 3図は、 液晶素子の位相変調特性を示すグラフであ り、 第 4図は、 互いの液晶配向方向が直交しあう 2つの液晶素子に駆動電圧を印 加したときの説明図であり、 第 5 A図は、 旋光子によつて旋光された旋光角変調 量とフォトダイォードによつて検出された光強度との関係を示すダラフであり、 第 5 B図は、 第 5 A図の部分拡大図であり、 第 6図は、 第 1図に示した演算処理 装置の具体的なハードウェア構成を示すブロック図であり、 第 7図は、 この発明 の第 1〜第 6の実施形態にかかる旋光度測定装置の機能的構成を示すプロック図 であり、 第 8図は、 この発明の第 2の実施形態にかかる旋光度測定装置のハ一ド ウェア構成を示すブロック図であり、 第 9図は、 この発明の第 3の実施形態にか 力る旋光度測定装置のハードウェア構成を示すブロック図であり、 第 1 O A図は 、 液晶素子を示す正面図であり、 第 1 0 B図は、 画素構造を微細にした液晶素子 の正面図であり、 第 1 1図は、 旋光度測定装置に用いられる液晶素子が作製され た液晶基板の平面図であり、 第 1 2図は、 光学測定装置である第 1〜第 3の実施 形態にかかる旋光度測定装置に用いられる液晶素子の ^1図であり、 第 1 3図は 、 2つの液晶素子を備えた旋光度測定装置における、 光源と液晶素子部の配置を 示す説明図であり、 第 1 4図は、 第 4の実施形態で説明した配置を、 温度制御装 置を備えた熱伝達が可能な保持構造に収めた場合の模式図であり、 第 1' 5図は、 具体的な旋光度測定装置の断面図であり、 第 1 6図は、 第 1 2図に示した 2つの 液晶素子と異なる構造の液晶素子の配置構成を示す説明図であり、 第 1 7図は、 第 1 6図に示した 2つの液晶素子を用いた旋光度測定装置の断面図であり、 第 1 8図は、 偏光面振動方式を用いた従来の旋光度測定装置を示す説明図であり、 第 1 9図は、 従来の濃度測定装置の光学系を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
(第 1の実施形態）
(旋光度測定装置のハードウ ア構成）
まず、 この発明の第 1の実施形態にかかる旋光度測定装置のハードウユア構成 について説明する。 第 1図は、 この発明の第 1の実施形態にかかる旋光度測定装 置のハードゥェァ構成を示すブロック図である。 第 1図において、 旋光度測定装 置 1 0 0は、 光源 1 0 1と、 偏光子 1 0 2 Aと、 旋光素子 1 0 3と、 偏光子 1 0 2 Bと、 フォトダイォード 1 0 7と、 演算処理装置 1 0 8と、 液晶駆動装置 1 0 9と、 を備えている。
光源 1 0 1は、 たとえば、 レーザーダイオードと駆動回路と発振回路と直流電 源から構成されている。 駆動回路は、 レーザーダイオードを単一強度、 単一周波 数となるように駆動する。 また、 発振回路は、 駆動回路に対しクロック信号を出 力する。 これにより、 光源 1 0 1は、 直流電源から電源供給を受けて、 偏光子 1 0 2 Aに対し所定波長のレーザー光を照射する。
偏光子 1 0 2 Aは、 垂直方向を示す Y軸方向の偏光軸を有する。 偏光子 1 0 2 Aは、 光源 1 0 1から照射されるレーザー光を直線偏光に変換する。 そしてこの 直線偏光を旋光素子 1 0 3に出射する。
また、 旋光素子 1 0 3は、 液晶素子 1 0 4 Aと、 液晶素子 1◦ 4 Bと、 4分の 1波長板 1 0 5とを備え、 偏光子 1 0 2 Aを透過した直,線偏光を変調する。 具体 的には、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bは、 入射されてくる直線偏光 を楕円偏光に変換する。 また、 4分の 1波長板 1 0 5は、 液晶素子 1 0 4 Aおよ び液晶素子 1 0 4 Bによって得られた楕円偏光を直線偏光に変換する。 そして、 この直線偏光を試料 1 0 6に出射する。
偏光子 1 0 2 Bは、 水平方向を示す X軸方向の第 2の偏光軸を有する。 すなわ ち、 偏光子 1 0 2 Aの偏光軸と偏光子 1 0 2 Bの偏光軸とは、 直交している。 偏 光子 1 0 2 Bは、 試料 1 0 6を透過した光を入射する。 この偏光子 1 0 2 Bを透 過した光は、 フォトダイオード 1 0 7に出射される。
フォトダイオード 1 0 7は、 入射光を光電変換する。 そして、 この光電変換に より得られた電気信号を演算処理装置 1 0 8に出力する。
演算処理装置 1 0 8は、 光源 1 0 1内のレーザーダイォードに対する直流電源 の供給入力処理、 液晶駆動装置 1 0 9の駆動入力処理、 試料 1 0 6の旋光度の演 算処理、 試料 1 0 6の旋光度の出力処理、 試料 1 0 6内の旋光性物質、 たとえば 、 糖類、 アミノ酸、 蛋白質、 ビタミンなどの濃度の演算処理などを実行する。 液晶駆動装置 1 0 9は、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bに、 所定の バイァス電圧を供給するとともに、 液晶素子 1 0 4 Aおよぴ液晶素子 1 0 4 Bの うちいずれか一方の液晶素子に、 所定のバイアス電圧に重畳する所定振幅の変調 電圧を供給する。
(液晶素子の配置構成）
つぎに、 第 1図に示した液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bの配置構成 について具体的に説明する。 第 2図は、 第 1図に示した液晶素子 1 0 4 Aおよび 液晶素子 1 0 4 Bの配置構成を示す説明図である。 第 2図において、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bは、 光路 L上に直列に酉 3置されている。 この光路 Lは、 光源 1 0 1からフォトダイォード 1 0 7までの光の進路である。
液晶素子 1 0 4 Aは、 対向基板入力電極 2 0 1 Aを有する対向基板 2 0 2 Aと 、 電極基板入力電極 2 0 3 Aを有する電極対向基板 2 0 4 Aと、 を備えたホモジ ユアス型の液晶素子である。 対向基板 2 0 2 Aと電極基板 2 0 4 Aとの間には、 図示しない液晶が設けられている。 対向基板入力電極 2 0 1 Aおよび電極基板入 力電極 2 0 3 Aは、 第 1図に示した液晶駆動装置 1 0 9と電気的に接続されてい る。 ここで、 入射方向をあらわす光路 Lに直交する平面において、 水平方向をあ らわす軸を X軸、 当該平面において X軸に直交する軸を Y軸とする。 液晶素子 1 0 4 Aの配向方向である偏光軸 2 0 5 Aは、 Y軸に対し、 右 （時計回り方向） に 4 5 ° 旋回している。
同様に、 液晶素子 1 0 4 Bは、 対向基板入力電極 2 0 1 Bを有する対向基板 2 0 2 Bと、 電極基板入力電極 2 0 3 Bを有する電極基板 2 0 4 Bと、 を備えたホ モジニァス型の液晶素子である。 対向基板 2 0 2 Bと電極基板 2 0 4 Bとの間に は、 図示しない液晶が設けられている。 対向基板入力電極 2 0 1 Bおよび電極基 板入力電極 2 0 3 Bは、 第 1図に示した液晶駆動装置 1 0 9と電気的に接続され ている。 液晶素子 1 0 4 Bの配向方向である偏光軸 2 0 5 Bは、 Y軸に対し、 左 (反時計回り方向) に 4 5 ° 旋回している。
また、 液晶素子 1 0 4 Bの対向基板 2 0 2 Bは、 液晶素子 1 0 4 Aの電極基板 2 0 4 Aと対向している。 すなわち、 液晶素子 1 0 4 Bは、 液晶素子 1 0 4 Aと 同一の液晶素子を 9 0 ° 回転させた液晶素子である。 したがって、 液晶素子 1 04 Aの配向方向である偏光軸 205 Aと、 液晶素子 104 Bの配向方向である 偏光軸 205 Bとは、 直交している。
これにより、 光源 101から出射した光束は、 偏光子 102Aにより、 直線偏 光になる。 次に、 旋光素子 103に入射し、 偏光面が僅かに回転する。 旋光素子 103は液晶素子 104 Aおよび液晶素子 104Bと、 4分の 1波長板 105と より構成されており、 液晶駆動装置 109により駆動されている。 旋光素子 10 3により僅かに旋光した透過光は、 試料 106に入射し、 偏光子 102 Bを透過 し、 光電変換素子として機能するフォトダイオード 107で光強度に応じた電気 信号、 すなわち、 試料信号に変換される。
ここで、 旋光素子 103の構成要素として用いた液晶素子 104 Aおよび液晶 素子 104 Bは、 液晶分子長軸がすべて平行に並んだホモジニァス型の液晶素子 である。 そして、 上下の電極間に電圧を印加していない場合は、 ガラス基板と平 行に液晶分子がならんでいる。 液晶分子には屈折率異方性があり、 液晶分子長軸 及び短軸方向に平行な偏光成分間で Δηだけ屈折率が異なる。 ここで、 上下の電 極間に電圧を印加すると、 電界に沿って液晶分子が立ち、 電圧可変の複屈折素子 として動作する。
この液晶素子 104 Αおよび液晶素子 104 Bに、 液晶配向方向と 45° 傾 斜した直線偏光を入射させた場合、 入射直線偏光は、 液晶分子長軸と平行な電界 成分と垂直な電界成分で、 位相差 2 π Δη ■ ά/λ (d ：液晶層の厚さ、 λ ：波 長） が生じる。 これにより、 偏光状態が変化し、 直 f泉偏光が楕円偏光になる。 このとき、 2つの液晶素子 104 Aおよび液晶素子 104 Bは、 その偏光軸 2 05 A、 205 Bが直交配置されている。 2つの液晶素子 104 Aおよび液晶素 子 104 Bによる位相変調量をそれぞれ、 2 π · 厶 n 1 · d/λおよび 2 π · 厶 η 2 · d/λとすると、 透過光に加えられるリタデ一ション、 すなわち直交する 偏光成分間の位相差は、 2 π (Δ η 1 -Δ η 2) ' dZ となる。
また、 楕円偏光の方位角は、 入射直線偏光に平行 （もしくは直交） となってお り、 リタデーシヨンが; LZ 2以下の場合、 楕円偏光の楕円軸は入射直,锒偏光と一 致する。 ここで、 楕円軸と一致するような座標軸をとれば、 直交する座標軸間の 電界成分の位相差は常に π ( r a d ) となる。 したがって、 4分の 1波長板 1 0 5を配置することにより、 直線偏光に変換できる。 このとき、 液晶素子 1 0 4 A および液晶素子 1 0 4 Bより受けたトータルのリタデーションに比例する角度だ け偏光面が回転し、 旋光素子 1 0 3として動作させることができる。
(液晶素子の位相変調特性）
つぎに、 液晶素子の位相変調特性について説明する。 第 3図は、 液晶素子の位 相変調特性を示すグラフである。 第 3図において、 横軸は、 液晶駆動装置 1 0 9 力 ^供給される液晶駆動電圧値をあらわす軸であり、 縦軸は、 液晶素子 1 0 4 ( 1 0 4 A、 1 0 4 B ) に入射される直線偏光の位相変調量をあらわす軸である。 曲線は液晶素子 1 0 4 ( 1 0 4 A、 1 0 4 B ) の位相変調特性曲線を示している 一般に液晶素子の変調特性は、 第 3図のようになっており、 液晶分子の立ち上 がりの部位は動作が不安定であると同時に、 駆動電圧とリニァな関係にない。 そ こで、 オフセット電圧 V oを中心に駆動するのが望ましいが、 所望の位相変調量 が t bとしても、 オフセット電圧 V oに対応する位相変調量 t oが、 余計なオフ セット量として位相変調量 t bに重畳されてしまう。
このとき、 変調をおこなう液晶素子を 2つの液晶素子 （上述した液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 B ) 力 ら構成し、 互いの液晶配向方向を直交させる。 第 4図は、 互いの液晶配向方向が直交しあう液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bに駆動電圧を印加したときの説明図である。 ここで、 第 4図において、 縦 軸は駆動電圧、 横軸は時間をあらわす。 液晶は分極を防ぐため、 直流駆動ではな く液晶分子の応答できない高い周波数で交流駆動している。 位相変調量は駆動信 号の包絡線に対応して変調される。
波形 4 0 1は、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bのうち一方の液晶素 子に、 バイアスとなる直流電圧 ( 「オフセット電圧」 ともいう） V oおよび所定 振幅の交流電圧 V bを印加した波形である。 また、 波形 4 0 2は、 他方の液晶素 子にオフセット電圧 V oのみを印加した波形である。 波形 4 0 3は、 波形 4 0 1 および波形 4 0 2から得られる波形である。
液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bをオフセット電圧 V oで変調すると ともに、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bのうちいずれか一方の液晶素 子を、 所定振幅の交流電圧 V bで変調することにより、 波形 4 0 1および波形 4 0 2を得ることができる。 そして、 波形 4 0 1から波形 4 0 2、 すなわち、 オフ セット電圧 V o分、 相殺されることにより、 オフセット電圧 V oの位相変調量 t oをキャンセルすることができ、 波形 4 0 3に示したように、 所望の位相変調量 t bのみを得ることができる。
このとき、 温度変化等の外界の環境の変化により、 液晶素子の変調特性が変化 した場合、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bを同一の仕様で作成してお けば、 同一の特性変化を示し、 互いに直交していることから、 変化分を互いにキ ヤンセルする方向に働力せることができる。
たとえば、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bを同一電圧によって駆動 した場合、 一方の液晶素子 1 0 4 A (または液晶素子 1 0 4 B ) が同一電圧で位 相変調量が Δ Ρだけ増えたとすると、 他方の液晶素子 1 0 4 B (または液晶素子 1 0 4 A) の位相変調量も Δ Ρだけ増える。 そして、 直交する成分によってそれ ぞれ位相変調量 Δ Pが加わることになるため、 液晶素子 1 0 4 Aの増加した位相 変調量 Δ Ρと、 液晶素子 1 0 4 Bの増加した位相変調量 Δ Ρとは相殺される。 し たがって、 偏光状態の変化はなく、 測定結果への影響をキャンセルすることがで きる。
また、 一個の液晶素子を用いた場合、 第 3図に示した液晶素子の変調特性 （曲 線） のリユアな部分を使用すると、.所望の交流電圧 V bの位相変調量 t bを与え るのに、 直流電圧 V oが同時に印加され、 必要のない偏光状態の変調が印加され ることとなり、 安定性の低下を招いている。 .
また、 液晶素子から出射された光束が入射される光学素子の配置や、 液晶素子 力 ら出射された光束の光軸方向は、 液晶素子から出射された光束の偏光状態によ つて決められる。 したがって、 液晶素子から出射された光束の偏光状態をあらか じめ決める必要がある。 このとき、 オフセット電圧 V oによる余計な変調量によ り、 液晶素子から出射された光束の偏光状態の決定が困難になる。 したがって、 所望の偏光状態を得るには、 液晶素子の設計が困難になると同時に、 製作に高い 精度が要求される。 例えば、 光電変換素子として機能するフォトダイオード 1 0 7の前面に置かれる偏光子 1 0 2 Bの偏光軸は、 出射直線偏光の光軸に直交され ていることが望ましい。
このように、 液晶素子の変動の影響をキャンセルすることにより、 測定データ の安定化を図ることができ、 測定精度の向上が期待できる。 また、 光学系の設計 および液晶素子の設計が容易になり、 製作精度の緩和を図ることができる。 つぎに、 旋光素子 1 0 3によつて旋光された旋光角変調量とフォトダイォード 1 0 7によって検出された光強度との関係について説明する。 第 5 A図は、 旋光 素子 1 0 3によって旋光された旋光角変調量とフォトダイオード 1 0 7によって 検出された光強度との関係を示すグラフであり、 第 5 B図は、 第 5 A図の部分拡 大図である。 第 5 A図において、 実線で示した波形 5 0 1、 5 0 3、 5 0 6は、 試料 1 0 6がない場合の波形であり、 一点鎖線で示した波形 5 0 4、 5 0 5、 5 0 7は、 試料 1 0 6がある場合の波形である。
旋光角度の変調量に対して、 光強度は第 5 A図の大きな正弦波 5 0 1のように 変化する。 液晶素子を 1つで構成し、 オフセット電圧 V oおよび所定振幅の交流 電圧 V bを印加した場合、 液晶素子への変調の位相変調量 （ 「オフセット量」 と もいう） t oにより、 液晶素子の変調周波数 f の変調周波数信号 5 0 2の振動中 心 5 0 2 Aが旋光角度 0の極小値 5 0 1 Aからオフセット量 t oに対応する旋光 角度 P o分ずれ、 この旋光角度 P oを振動中心として、 第 3図に示した所定振幅 の交流電圧 V bの位相変調量 t bに対応する旋光角度幅 P bの範囲、 たとえば、 第 5 A図の範囲 （1 ) で変調することとなる。
変調周波数信号 5 0 2をこの範囲 （1 ) で変調すると、 フォトダイオード 1 0 7から得られる信号波形は、 試料がない状態では、 周波数 f の信号波形 5 0 3と なる。 ここで、 試料 1 0 6を入れた場合、 正弦波 5 0 1は試料の旋光度 P s分ず れた正弦波形 5 0 4となる。
この場合、 試料 1 0 6の旋光度 P sにより、 周波数 f の信号波形 5 0 3の振動 中心 5 0 3 Aが振動中心 5 0 5 Aにずれても、 得られる信号波形 5 0 5は信号波 形 5 0 3に対し直流成分の大きさが変化するだけで、 光源強度の変動の影響と試 料透過率の変動の影響とを分離することができない。 したがって、 試料 1 0 6の 旋光度 P sには光源強度変動分の誤差が含まれることとなる。
このため、 変調周波数信号 5 0 2の振動中心 5 0 2 Aを極小値 5 0 1 Aに一致 させる必要がある。 一方、 オフセット電圧 V oに対応する位相変調量 t oが正確 に 2 πの整数倍である必要がある。 したがって、 位相変調幅を大きくし、 位相変 調量の絶対値を精度よく再現しなければならないなど、 液晶素子への要求が高く なってしまう。
これに対して、 上述のように、 液晶素子を 2個で構成する。 たとえば、 液晶素 子 1 0 4 Αに印加するオフセット電圧 V oを中心に振幅 V bだけ正弦波状に変化 させ、 位相変調をおこなう （第 4図の波形 4 0 1を参照） 。 一方で液晶素子 1 0 4 Bにより、 オフセット電圧 V oの位相変調をおこなう （第 4図の波形 4 0 2を 参照） 。 これにより、 旋光素子 1 0 3としては、 旋光角度が振幅 V bに対応して 僅かに正弦波状に振動駆動させることができる （第 4図の波形 4 0 3を参照） 。 試料 1 0 6がない状態で、 偏光子 1 0 2 A、 1 0 2 Bの透過軸の向きを直交配 置し、 変調範囲の振幅中心 5 0 2 Aを正弦波 5 0 1の極小ィ直 5 0 1 Aに一致させ ると、 液晶素子の変調周波数を f とするとき、 変調周波数信号 5 0 2を、 第 5 A 図に示した範囲 （2 ) で変調することができ、 周波数 2 f の信号 5 0 6が得られ る。
ここで、 試料 1 0 6を揷入し、 試料による旋光が生じると、 変調範囲の中心値 5 0 2 Aが極小値 5 0 1 Aから僅かにずれ、 信号波形 5 0 6の形状が信号波形 5 0 7に変化する。 この信号波形 5 0 7は、 隣り合う波高 5.0 7 Aおよび 5 0 7 B の値が異なっているため、 この信号波形 5 0 7を AZD変換し、 演算処理装置 1 08に取り込んで、 試料 106の旋光度を求めることができる。 代表的な演葶方 法として、 周波数 2 fで同期検波する方法がある。 また、 信号波形 507の振幅 、 具体的には、 波高 507 Aおよび 507 Bの波高比から、 試料 106の旋光度 を求めることもできる。
このとき、 外界の温度変化、 気圧変化等により液晶素子 104 Aの変調量が、 厶 Pだけ増えたとすると、 液晶素子 104 Bの変調量も ΔΡだけ増え、 液晶配向 方向が直交していることから、 変調量の変動は互いにキャンセルする方向に働く 。 また、 オフセット量 t oのキャンセルにより、 液晶素子による変調量が最小と なり、 液晶素子以外の光学部品の光軸の配置が容易に決定できる。
(演算処理装置のハードゥエァ構成）
つぎに、 第 1図に示した演算処理装置 108の具体的なハードウェア構成につ いて説明する。 第 6図は、 第 1図に示した演算処理装置 108の具体的なハード ウェア構成を示すブロック図である。
第 6図において、 演算処理装置 108は、 CPU601と、 ROM602と、 RAM603と、 HDD (ハードディスクドライブ） 604と、 HD (ハードデ イスク） 605と、 ディスプレイ 606と、 入力キー 607と、 プリンタ 608 と、 を備えている。 また、 各構成部は、 バス 600によってそれぞれ接続されて いる。
ここで、 CPU601は、 演算処理装置 108の全体の制御を司る。 ROM 6 02は、 ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。 RAM603は、 CPU601のワークエリアとして使用される。 HDD604は、 CPU601 の制御にしたがって HD 605に対するデータのリ一ド /ライトを制御する。 H D 605は、 HDD 604の制御で書き込まれたデータを記憶する。
ディスプレイ 606は、 カーソル、 アイコンあるいはツールボックスをはじめ 、 文書、 画像、 機能情報などのデータを表示する。 このディスプレイ 606は、 たとえば、 CRT, TFT液晶ディスプレイ、 プラズマディスプレイ等を採用す ることができる。 入力キー 6 0 7は、 文字、 数字、 各種指示などの入力のためのキーである。 ま た、 タツチパネノレ式の入力パッドゃテンキーなどであってもよい。 プリンタ 6 0 8は、 画像データや文書データを印刷する。 プリンタ 6 0 8には、 たとえば、 レ 一ザプリンタゃインクジェッ 1、プリンタを採用することができる。
(旋光度測定装置の機能的構成）
つぎに、 この発明の第 1〜第 6の実施形態にかかる旋光度測定装置の機能的構 成について説明する。 第 7図は、 この発明の第 1〜第 6の実施形態にかかる旋光 度測定装置の機能的構成を示すブロック図である。 第 7図において、 旋光度測定 装置 1 0 0は、 直線偏光出力部 7 0 1と、 位相変調部 7 0 2と、 信号供給部 7 0 5と、 光強度検出部 7 0 7と、 旋光度算出部 7 0 8と、 入力部 7 0 9と、 出力部 7 1 0と、 を備えている。
直線偏光出力部 7 0 1は、 直線偏光を出力する。 この直線偏光出力部 7 0 1は 、 具体的には、 たとえば、 第 1図に示した光 ¾1 1 0 1および偏光子 1 0 2 Aによ つてその機能を実現する。
位相変調部 7 0 2は、 第 1の位相変調部 7 0 3と第 2の位相変調部 7 0 4とを 備える。 第 1の位相変調部 7 0 3は、 所定方向の第 1の偏光軸を有し、 直線偏光 出力部 7 0 1から出力された直線偏光を位相変調する。 この第 1の位相変調部 7 0 3は、 第 1図に示した液晶素子 1 0 4 Aによってその機能を実現する。 また、 第 2の位相変調部 7 0 4は、 第 1の偏光軸に直交する第 2の偏光軸を有し、 直線 偏光出力部 7 0 1から出力された直線偏光を位相変調する。 この第 2の位相変調 部 7 0 4は、 具体的には、 たとえば、 第 1図に示した液晶素子 1 0 4 Bによって その機能を実現する。 したがって、 第 1の偏光軸の方向は、 配向方向 2 0 5 Aに 対応し、 第 2の偏光軸の方向は、 配向方向 2 0 5 Bに対応する。
信号供給部 7 0 5は、 直線偏光を位相変調する所定振幅の変調信号を、 第 1の 位相変調部 7 0 3および第 2の位相変調部 7 0 4のうちいずれか一方の位相変調 部に供給する。 この所定振幅の変調信号は、 具体的には、 たとえば、 第 3図に示 した所定振幅の交流電圧 V bである。 また、 信号供給部 7 0 5は、 所定のバイアス信号を、 第 1の位相変調部 7 0 3 およぴ第 2の位相変調部 7 0 4に供給する。 この所定のバイァス信号は、 具体的 には、 たとえば、 第 3図に示したオフセット電圧 V oである。 この信号供給部 7 0 5は、 具体的には、 たとえば、 第 1図に示した液晶駆動装置 1 0 9によってそ の機能を実現する。
光強度検出部 7 0 7は、 信号供給部 7 0 5によつて信号が供給された第 1の位 相変調部 7 0 3および第 2の位相変調部 7 0 4から旋光性物質を含む試料 1 0 6 へ出射される光が、 旋光性物質によつて旋光されて試料 1 0 6から透過すること により、 その透過してくる光の強度を検出する。
この光強度検出部 7 0 7は、 具体的には、 たとえば、 第 1図に示したフォトダ ィオード 1 0 7によってその機能を実現する。 また、 光強度検出部 7 0 7は、 フ ォトダイオード 1 0 7のほか、 逆方向バイアスされたシリコン半導体の P N接合 素子、 ホトトランジスタ素子、 硫化カドミウム光伝導素子等を用いることができ る。
旋光度算出部 7 0 8は、 信号供給部 7 0 5によって供給された変調信号と、 光 強度検出部 7 0 7によって検出された光の強度と、 に基づいて、 試料 1 0 6の旋 光度を算出する。 具体的には、 第 5 A図に示した信号波形 5 0 7の波高 5 0 7 A および波高 5 0 7 Bの波高比から、 試料 1 0 6の旋光度を算出する演算式、 また はこの波高比と試料 1 0 6の旋光度との相関関係を示す相関テーブルを用いて、 試料 1 0 6の旋光度を算出する。
すなわち、 あらかじめ液晶の位相変調特性を測定しておくことにより、 液晶駆 動電圧 V bによって変調される位相変調幅 P bが既知の値となる。 したがって、 試料 1 0 6の旋光度による波高比の変化は数式によって厳密に算出することがで き、 逆に波高比から試料 1 0 6の旋光度を算出する演算式も求めることができる 。 この演算式を用い、 比旋光度が既知である試料濃度を求めることができる。 ま た、 より実際には、 あらかじめ比旋光度が既知である試料を用い、 濃度と波高比 の相関関係の検量線を求めておき、 これを用い波高比から試料の濃度を求めるこ とができる。
この旋光度算出部 708は、 具体的には、 たとえば、 第 6図に示した ROM6 02または RAM 603に格納されたプログラムを CPU 601が実行すること によってその機能を実現する。
入力部 709は、 第 1図に示した光源 101内のレーザーダイォードに対する 直流電源の供給入力処理、 液晶駆動装置 109の駆動入力処理、 試料 106の旋 光度の演算処理などの入力操作をおこなう。 この入力部 709は、 具体的には、 たとえば、 第 6図に示した入力キー 607によってその機能を実現する。
出力部 710は、 旋光度算出部 708によって算出された試料 106の旋光度 を出力する。 この出力部 710は、 具体的には、 たとえば、 第 6図に示したディ スプレイ 606またはプリンタ 608によってその機能を実現する。
以上説明したように、 第 1の実施形態によれば、 低消電駆動可能な小型の液晶 素子 104 (104 A、 104 B) を変調素子として用いることにより、 試料 1 06の旋光度を高精度に測定することができるという効果を奏する。
また、 液晶素子 104 (104 A、 104B) の変調特性が安定している駆動 電圧範囲、 すなわちオフセット電圧 V oを利用することにより、 微小な変調幅 V bの変調をおこなうことができ、 高精度な測定をおこなうことができるという効 果を奏する。
さらに、 液晶素子 104 (104 A、 104B) の変調範囲、 変調量の絶対値 への要求を緩和できるため、 夜晶素子 104 (104A、 104B) の設計を容 易にし、 製造精度を緩和することができるという効果を奏する。
また、 液晶素子 104 (104A、 104B) の外部環境による変動をキャン セルでき、 測定結果の安定化および測定精度の向上を図ることができるという効 果を奏する。
(第 2の実施形態)
つぎに、 この発明の第 2の実施形態について説明する。 第 8図は、 この発明の 第 2の実施形態にかかる旋光度測定装置のハードウェア構成を示すブロック図で ある。 この第 2の実施形態にかかる旋光度測定装置 8 0 0では、 光路 L上におい 試料 1 0 6を 2つの 4分の 1波長板 1 0 5 A、 1 0 5 Bで挟んだ構成となつ ている。 なお、 第 1図のハードウェア構成と同一構成には同一符号を付している 第 8図は、 第 2の実施形態の構成図を示している。 光源 1 0 1から出射した光 束は、 偏光子 1 0 2 Aにより直線偏光になる。 次に、 液晶素子 1 0 4 Aおよび液 晶素子 1 0 4 Bが配置されている。 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bは 、 ホモジ-ァス型の液晶素子を用いている。 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bの液晶分子配向方向は、 互いに直交しており、 入射する直線偏光の偏光軸 と ± 4 5 ° の角度とされている。 液晶素子 1 0 4 Aおよび液晶素子 1 0 4 Bに 駆動電圧が印加されると、 直交する偏光成分間で位相差を与える位相変調素子と して動作させることができる。
これにより、 入射した直線偏光は、 楕円偏光に変換され、 位相変調量を大きく するにつれ、 楕円率が小さくなり、 位相差が π / 2のときに円偏光となる。 さら に変調量を大きくすると、 入射した直線偏光と直交している楕円偏光となる。 そ して、 位相差が πのときに再び直線偏光となる。 したがって、 入射直線偏光に平 行な透過軸を持った儒光子を介して光強度を観察すると、 位相差 2 π ( r a d ) 毎に明暗を繰り返す正弦波状の信号が得られる。
つぎに、 4分の 1波長板 1 0 5 Aを透過し、 試料 1 0 6に入射する。 液晶素子 1 0 4 Aおよぴ液晶素子 1 0 4 Bで変調された直交する 2つの偏光成分は、 4分 の 1波長板 1 0 5 Aにより、 それぞれ右回りと左回りの円偏光に変換される。 旋 光は右回りと左回りの円偏光間の屈折率差によって生じるので、 それぞれの円偏 光は試料 1 0 6の旋光度に見合った位相変調を受ける。 これにより、 旋光角が 0 ( r a d ) の場合、 2つの偏光成分間には 2 Θ ( r a d ) の位相差が生じる。 さらに、 4分の 1波長板 1 0 5 Bを透過し、 試料 1 0 6により位相変調を受け た右回り円偏光と左回り円偏光を直交する直線偏光成分に変換する。 これら 2つ の直線偏光を、 その偏光方向に 4 5 ° 傾斜した偏光子 1 0 2 Bに透過させるこ とにより、 位相変調量を光強度に変換し、 フォトダイオード 107によつて電気 信号として取り出している。
このように第 2の実施形態にお！/、ても、 第 1の実施形態と同様の信号が得られ 、 得られた信号から試料の旋光度を求めることができる。 このとき、 変調素子と して、 2個の液晶素子を用いてその液晶配向方向を直交させておけば、 第 1の実 施形態と同様にオフセット量のキャンセルができ、 同様の効果が得られ、 測定精 度の向上が可能である。 また、 これと同一の理由で、 2個の 4分の 1波長板の光 軸を直交させておくことにより、 温度や湿度等による 4分の 1波長板の特性の変 化をキャンセノレすることができ、 測定精度の向上を図ることができる。
(第 3の実施形態）
つぎに、 この発明の第 3の実施形態について説明する。 第 9図は、 この発明の 第 3の実施形態にかかる旋光度測定装置のハードウエア構成を示すプロック図で ある。 以下、 第 9図を用いて第 3の実施形態について説明する。 第 2の実施形態 にかかる旋光度測定装置 800で 2個の液晶素子 104 A、 104Bを使用して いたのに変え、 第 3の実施形態にかかる旋光度測定装置 900は、 1つの液晶素 子 104を用い、 液晶素子 104に画素構造を持たせている。 また、 集光手段と してのレンズ 941を追加し、 その焦点面にフォトダイオード 107を配置して いる。 なお、 第 1図および第 8図のハードウェア構成と同一構成には同一符号を 付している。
液晶素子 104は、 複数の画素 1005〜： L 008 (第 10 A図では 4画素） からなつている。 第 1 OA図は、 液晶素子 104を示す正面図である。 たとえば 、 第 1 OA図には 4画素からなる液晶素子 104を示している。 第 5 A図の矢印 は液晶素子 104を構成する各画素 1005〜： L 008の配向方向 1005 A~ 1008 Aを示しており、 各画素 1005〜 1008の配向方向が直交するよう に構成されている。 具体的には、 上下方向または左右方向に隣接する画素どうし では、 配向方向が直交しあい、 対角方向の画素どうしでは、 配向方向は平行とな る。 画素毎に配向方向を変える手段としては、 UV照射による手法が知られている 。 この手法では、 任意のマスクを通して UV照射を行うことにより、 UV照射さ れた部位の配向方向が回転する。 そして、 照射時間によりその回転角を制御でき 、 90度回転させることもできる （例えば、 山口留美子、 佐藤進著 「方位角 アンカリングカ制御による配向パターニング特性」 日本液晶学会討論会講演予 稿集、 2002年、 p. 1 19参照。 ） 。
液晶素子 104は、 その画素 1005〜： L 008の配向方向 1005 A~ 10 08 Aにより駆動信号を変え、 第 1の実施形態の各液晶素子 104 A、 104B に印加していた信号を印加する。 例えば、 一方の配向方向 1005 A、 1008 Aの画素 1005、 1008には、 オフセット電圧 V oに、 正弦波状に変化する 振幅 V bを重畳した信号を加える。 他方の配向方向 1006 A、 1007 Aの画 素 1006、 1007には、 オフセット電圧 V oの信号を印加すればよい。 液晶素子 104を透過した光束は、 レンズ 941により集光する。 レンズ 94 1による集光がない場合、 各画素 1005〜 1008にその変調信号に見合った 異なる信号が得られるが、 レンズ 941により集光することにより、 焦点面に配 置したフォトダイオード 107上で干渉し、 液晶素子 104 Aおよび液晶素子 1 04 Bを光線進行方向に直列に配置していたときと同様の信号が得られる。 また、 第 10 B図は、 画素構造を微細にした液晶素子 104の正面図である。 この液晶素子 104では、 NXMの画素構造を有する。 レンズ 941により集 光する代わりに、 液晶素子 104の画素構造を微細にし、 画素の回折により直交 する配向方向を持った画素間の光束が干渉するように構成すれば、 第 1および第 2の実施形態と同様の効果が得られる。 また、 これにより、 レンズ 941を配置 する必要がなく、 部品点数の減少および旋光度測定装置の小型化を図ることがで きる。 また画素構造を微細化するだけで、 レンズ 941の焦点位置調整をおこな う必要もなく、 測定精度の向上を図ることができるという効果が得られる。 このように、 上述した第 1〜第 3の実施形態にかかる旋光度測定装置は、 光源 と、 光源からの光束を変調する旋光素子と、 試料を透過した光束の特定の偏光成 分を取り出す偏光子と、 偏光子を透過した光束の光強度を電気信号に変換する光 電変換素子を備え、 旋光素子が 2つの液晶素子と 4分の 1波長板からなり、 液晶 素子の液晶配向方向が互いに直交するように配置されていることとした。
また、 光源と、 光源からの光束を変調する位相変調素子と、 試料の前後に配置 した 4分の 1波長板と、 4分の 1波長板と試料を透過した光束の特定の偏光成分 を取り出す偏光子と、 偏光子を透過した光束の光強度を電気信号に変換する光電 変換素子を備え、 位相変調素子が 2つの液晶素子からなり、 液晶素子の液晶配向 方向が互いに直交するように配置されていることとした。
さらに、 光源と、 光源からの光束を変調する旋光素子と、 試料を透過した光束 の特定の偏光成分を取り出す偏光子と、 偏光子を透過した光束の光強度を電気信 号に変換する光電変換素子を備え、 旋光素子が液晶素子と 4分の 1波長板からな り、 液晶素子の液晶配向方向が互いに直交する複数の画素から構成されることと した。 '
また、 光源と、 光源からの光束を変調する位相変調素子と、 試料の前後に配 ft した 4分の 1波長板と、 4分の 1波長板と試料を透過した光束の特定の偏光成分 を取り出す偏光子と、 偏光子を透過した光束の光強度を電気信号に変換する光電 変換素子を備え、 位相変調素子として、 液晶配向方向が互いに直交する複数の画 素から構成される液晶素子からなることとした。
これにより、 液晶素子の変動の影響をキャンセルすることができ、 測定データ の安定化を図ることができ、 測定精度の向上が期待できる。 また、 光学系の設計 及び、 液晶素子の設計が容易になり、 製作精度の綾和を図ることができる。
(第 4の実施形態）
つぎに、 この発明の第 4の実施形態について説明する。 第 1 1図は、 光学測定 装置 (この発明の第 1〜第 3の実施形態にかかる旋光度測定装置) に用いられる 液晶素子が作製された液晶基板の平面図である。 この第 4実施の形態では、 液晶 基板 1 1 0 0から任意の 2つの液晶素子を切り出すこととしてレ、る。 この液晶基 板 1 1 0 0は、 周知の製造工程によって製造された基板である。 したがって、 こ の液晶基板 1100から切り出される 2つの液晶素子は、 同一の液晶配向方向で あり、 かつ同一構造の液晶素子となる。 したがって、 温度変化等の外界の環境の 変化により、 2つの液晶素子の変調特性が変化した場合、 同一の特性変化を示し 、 互いに直交していることから、 変化分を互いにキャンセノレする方向に働力、せる ことができる。
たとえば、 切り出す 2つの液晶素子のうち一方の液晶素子を、 第 1 1図に示し た液晶素子 1101とすると、 他方の液晶素子を、 たとえば、 液晶素子 1 111 〜1 1 13とすることができる。 これにより、 作製された液晶素子どうしは同一 の液晶基板から 1100から切り出されているため、 他の液晶基板に作製された 液晶素子の特性よりも近似する。 したがって、 この液晶素子どうしを背中合わせ とすることにより、 同一変動量をキャンセルすることができる。
また、 液晶素子の作製位置は、 互いに近接する位置にすることが好ましい。 た とえば、 切り出す 2つの液晶素子のうち一方の液晶素子を、 第 11図に示した液 晶素子 1101とすると、 他方の液晶素子を、 液晶素子 1 101の近傍位置、 具 体的には、 液晶素子 1101を囲む液晶素子 1 102〜 1109の中から切り出 すこととしてもよい。 液晶素子 1102〜 1 109は、 液晶素子 11 1 1〜 1 1 13、 その他液晶基板 1 100の液晶素子よりも、 液晶素子 1 101に近接して いる。 したがって、 液晶素子 1 101と液晶素子 1 102〜 1109との特性は 同一となる。 したがって、 この液晶素子どうしを背中合わせとすることにより、 同一変動量をキャンセルすることができる。
第 12図は、 光学測定装置 （この発明の第 1〜第 3の実施形態にかかる旋光度 測定装置） に用いられる液晶素子の外観図である。 第 12図において、 左側の図 は正面図を示し、 右側の図は側面図を示す。
液晶素子 1200は、 対向基板 1204と電極基板 1205の間に液晶を挟ん だ構成である。 対向基板 1204に形成された電極 （図示せず） と電極基板 12 05に形成された電極 （図示せず） へ電圧印加することにより液晶の状態を変化 させて通過する光の状態を変化させる。 電極基板入力電極 1 2 0 2は、 電極基板 1 2 0 5に形成された電極に電気的に 接続されている。 対向基板入力電極 1 2 0 1は、 電極移し領域 1 2 0 3において 、 導電粒子を介して対向基板 1 2 0 4に形成された電極に電気的に接続されてい る。 対向基板入力電極 1 2 0 1および電極基板入力電極 1 2 0 2は、 電極取り出 し面 1 2 0 7に形成されている。 ここで、 入射方向をあらわす光路 Lに直交する 平面において、 水平方向をあらわす軸を X軸、 当該平面において X軸に直交する 軸を Y軸とする。 配向方向 1 2 0 6は、 正面から見て、 Y軸から右 4 5 ° の方 向に液晶が平行配向されていることを示す。
ここで、 従来どおり 1つの液晶素子を用いて試料の旋光度を求めることができ るが、 2つの液晶素子を直列配置してその液晶配向方向を直交させておけば、 よ り高精度の測定をすることが可能となる。 すなわち、 外界の温度変化や気圧変化 等により 1つ目の液晶素子の変調量が増えたとすると、 2つ目の液晶素子の変調 量も増え、 液晶配向方向が直交していることから、 変動は互いにキャンセルする 方向に働くからである。
第 1 3図は、 2つの液晶素子 1 2 0 0 ( 1 2 0 O A, 1 2 0 O B ) を備えた旋 光度測定装置における、 光源と液晶素子部の配置を示す説明図である。 光源 1 3 0 7はレーザーダイオードなどの発光の源である。 レンズ 1 3 0 8は、 光源 1 3
0 7からの光を平行光にするためのレンズである。 偏光子 1 3 0 9は透過光を垂 直方向のみの光を透過させるための光学素子である。
第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aは、 第 1 2図で示した構造であり、 電極取り出し面
1 2 0 7 Aが入射光側になるように配置されている。 第 2の液晶素子 1 2 0 0 B は、 第 1 2図で示した構造であり、 電極取り出し面 1 2 0 7 Bが出射光側になる ように配置されている。 .
すなわち、 第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aの電極基板 1 2 0 5と隣り合わせに第 2 の液晶素子 1 2 0 0 Bの対向基板 1 2 0 4を配置すると、 第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bへの配線は第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aの電極基板 1 2 0 5が障害物となるた め取り出しにくい。 これに対して、 第 1 3図のように、 第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aの電極基板 1 2 0 5と隣り合わせに第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bの電極基板 1 2 0 5を配置すると、 障害物もないので、 電極取り出し面 1 2 0 7 Aと電極取り出 し面 1 2 0 7 Bからの配線は取り出しやすい。 ここで、 光路 Lは光の経路と出射 方向を矢印で示している。
配向方向 1 3 1 5は入射光側から見た第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aの液晶平行配 向方向 1 2 0 6を示しており、 Y軸から右 4 5 ° 傾斜している。 配向方向 1 3 1 6は入射光側から見た第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bの液晶平行配向方向 1 2 0 6 を示しており、 Y軸から左 4 5 ° 傾斜している。 すなわち、 入射光から見た第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aの液晶平行配向方向 1 3 1 5と第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bの液晶平行配向方向 1 3 1 6は直交する。 すなわち、 温度などの外乱に対して 安定した測定ができることとなる。
この第 4の実施形態によれば、 同じ工程で作製され同じ液晶平行配向方向で同 じ構造をもつ液晶素子を背中あわせに配置することによって、 温度などの外乱に 対して安定した測定ができ、 実装しゃす 、省スペースな構造をとることができる という効果を奏する。
(第 5の実施形態）
つぎに、 液晶素子と光源部の両方の温度制御を考慮した保持構造について説明 する。 第 1 4図は、 第 4の実施形態で説明した配置を、 温度制御装置を備えた熱 伝達が可能な保持構造に収めた場合の模式図である。 第 1 3図に示した構成と同 一構成には同一符号を付し、 その説明を省略する。
筐体 1 4 5 5は、 レンズ 1 3 0 8、 偏光子 1 3 0 9、 第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aおよぴ第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bを保持するとともに、 熱伝達が可能な保持機 構である。 熱変換素子 1 4 5 6は、 ペルチェ素子などの温度制御をするための素 子である。 すなわち、 熱交換素子 1 4 5 6によって筐体 1 4 5 5を温度制御する ことにより、 光源 1 3 0 7とともに液晶素子 1 2 0 0も温度制御される。
第 1 5図は、 具体的な旋光度測定装置の断面図である。 レーザーダイオード 3 2は第 1 4図で示した光源 1 3 0 7に相当する。 コリメートレンズ 3 0は、 第 1 4図で示したレンズ 1 3 0 8に相当する。 偏光子 3 3は、 第 1 4図で示した偏光 子 1 3 0 9に相当する。 液晶素子 3 8は、 第 1 4図で示した第 1の液晶素子 1 2 0 0 Aに相当する。 液晶素子 3 9は、 第 1 4図で示した第 2の液晶素子 1 2 0 0 Bに相当する。 ここで、 偏光子 3 3は液晶素子 3 8に貼り付けられている。
L Dホルダ一 3 4はアルミ製であり、 レーザーダイオード 3 2およびコリメ一 トレンズ 3 0を保持するためのユニットである。 L D押さえ 3 1は、 レーザーダ ィオード 3 2を L Dホルダー 3 4に固定するための部品である。 L D押さえ 3 1 は、 レーザ一ダイォード 3 2を L Dホルダー 3 4に設置した後、 ねじ込むことに より挿入してレーザーダイオード 3 2を固定する。 サーミスタ 5 1は温度測定素 子であり、 L Dホ /レダー 3 4の温度測定をおこなう。
液晶素子ホルダー 3 7はアルミ製であり、 偏光子 3 3、 液晶素子 3 8および液 晶素子 3 9を保持するためのユニットである。 スぺーサー 4 0は、 偏光子 3 3を 貼り付けた液晶素子 3 8と液晶素子ホルダー 3 7の間の緩衝材である。 スぺーサ 一 4 1は液晶素子 3 8と^?夜晶素子 3 9の間の緩衝材である。 スぺーサー 4 2は、 液晶素子 3 9と液晶素子ホルダー 3 7の間の緩衝材であり、 柔軟な材質であるゴ ム製である。 液晶素子押さえ 5 2は、 2つの液晶素子 3 8， 3 9を、 液晶素子ホ ルダー 3 7にねじ留め固定 （図示せず） するための部品である。
上記 L Dホルダー 3 4と液晶素子ホルダー 3 7は接続されており、 互いにアル ミ製であるので熱伝導する。 断熱スぺーサー 4 8は、 基板 5 0と L Dホルダー 3 4および液晶素子ホルダー 3 7を断熱するために設けられているプラスチック材 である。 ペルチェ素子 4 7は、 L Dホルダー 3 4と基板 5 0の間に設けられてお り、 L Dホルダー 3 4の温度を所定の温度に保つよう、 サーミスタ 5 1の温度測 定結果に応じて基板 5 0を介して外部と熱交換する。
この第 5の実施形態にかかる光学測定装置の構造では、 L Dホルダー 3 4の温 度を一定にすると共に、 高熱伝導性により、 液晶素子ホルダー 3 7も温度が一定 となる。 さらに、 第 4の実施形態で示した通り、 2つの液晶素子の配置を互いに 背中あわせにすることにより、 液晶の配向方向が直交となるので精度の高い安定 した測定がおこなえると同時に、 入力のための配線が容易になるという効果を得 ることができる。
以上、 第 4および第 5の実施形態を示したが、 光源と液晶素子を同時に温度制 御することに関しては、 液晶素子の数に制限はなく、 1つでも複数でも同様であ る。 また、 L Dホルダー 3 4と液晶素子ホルダー 3 7に分けた例を示したが、 1 系列の温度制御であれば勿論一体でもかまわないし、 細分化した部位にしても同 様である。
さらに、 L Dホルダー 3 4中にレーザーダイォード 3 2とコリメートレンズ 3 0を含んでおり、 液晶素子ホルダー 3 7は液晶素子 3 8、 3 9と偏光子 3 3を含 んでいる例を示したが、 各々光源と液晶素子が含まれていればよい。
また、 液晶素子の配置については電極基板を背中合わせにする例を示したが、 対向基板が背中合わせになる配置にすることによつても液晶の配向方向が直交と なることは明らかであり、 背中合わせになった 2つの対向基板の厚みによるスぺ ースが配線を取り出しゃすくできるという効果を得ることができる。
(第 6の実施形態）
つぎに、 第 1 2図に示した液晶素子と異なる構造の液晶素子について説明する 。 第 1 6図は、 第 1 2図に示した液晶素子 1 2 0 0 Aおよび液晶素子 1 2 0 0 B と異なる構造の液晶素子 1 6 0 0 Aおよび液晶素子 1 6 0 0 Bの配置構成を示す 説明図である。 第 1 6図において、 液晶素子 1 6 0 O Aおよび液晶素子 1 6 0 0 Bは、 光路 L上に直列に配置されている。 この光路 Lは、 光源からフォトダイォ 一ドまでの光の進路である。
液晶素子 1 6 0 O Aは、 対向基板 1 6 0 4 Aと電極基板 1 6 0 5 Aの間に液晶 を挟んだ構成である。 対向基板 1 6 0 4 Aに形成された電極 （図示せず） と電極 基板 1 6 0 5 Aに形成された電極 (図示せず) へ電圧印加することにより液晶の 状態を変化させて通過する光の状態を変化させる。
対向基板 1 6 0 4 Aおよび電極基板 1 6 0 5 Aは、 同一の矩形状の基板であり 、 大きさが異なっている。 具体的には、 たとえば、 対向基板 1 6 0 4 Aよりも電 極基板 1605 Aの方が大きい基板となっている。 ここで、 対向基板 1604A および電極基板 1605 Aの対応する角が一致するように、 対向基板 1604 A と電極基板 1605 Aの間に液晶を挟むことにより、 L字状の電極取り出し領域 1607 Aが形成される。
電極基板入力電極 16◦ 2 Aは、 L字状の電極取り出し領域 1607 Aの屈曲 領域 1617 Aにおいて略 L形状に形成されている。 電極基板入力電極 1602 Aは、 電極基板 1605 Aに形成された電極に電気的に接続されている。
対向基板入力電極 1601 A、 1610 Aは、 L字状の電極取り出し領域 16 07 Aの両端部 1627 Aにそれぞれ形成されている。 各対向基板入力電極 16 01A、 1610 Aは、 それぞれ電極移し領域 1603 A， 1630Aから、 導 電粒子を介して対向基板 1604 Aに形成された電極に電気的に接続されている また、 ここで、 入射方向をあらわす光路 Lに直交する平面において、 水平方向 をあらわす軸を X軸、 当該平面において X軸に直交する軸を Y軸とする。 配向方 向 1 606Aは、 Y軸から右 45° の方向に液晶が平行配向されていることを 示す。
すなわち、 この第 16図に示した液晶素子 1600 Aでは、 電極基板 1605 Aの一の端辺近傍の表面に、 当該端辺に沿って対向基板入力電極 1601 Aと電 極基板入力電極 1602 Aとが直列に配列されている。 また、 電極基板 1605 Aの一の端辺に直交する端辺近傍の表面に、 当該端辺に沿って対向基板入力電極 161 OAと電極基板入力電極 1602 Aを直列に配列した構成である。
液晶素子 1600 Bは、 液晶素子 1600 Aと同一構成の液晶素子であり、 液 晶素子 1600 Aを左周りに 90度回転させた液晶素子である。 したがって、 液 晶素子 1600 Bの各符号 1601 B〜l 607 B、 1610 B、 1617 B、 1627 Bs 1630 Bの構成は、 それぞれ、 液晶素子 160 OAの各符号 16 01 A〜 1607 A、 1610 A、. 1617 A、 1627 A、 1630 Aの構成 と同一構成である。 また、 液晶素子 1 6 0 0 Bは、 対向基板 1 6 0 4 Bが液晶素子 1 6 0 0 Aの電 極基板 1 6 0 5 Aと対向するように配置されている。 さらに、 液晶素子 1 6 0 0 Aの対向基板入力電極 1 6 0 1 Aと電極基板入力電極 1 6 0 2 Aと、 液晶素子 1 6 0 0 Bの対向基板入力電極 1 6 1 0 Bと電極基板入力電極 1 6 0 2 Bと力 と もに同一の引き出し方向 （図では Y軸方向） とされている。
これにより、 液晶素子 1 6 0 0 Aおよび液晶素子 1 6 0 0 Bは、 ともに同一の 引き出し方向 (図では Y軸方向) から配線接続をおこなうことができるため、 液 晶素子 1 6 0 0 A、 1 6 0 0 Bの配線の省スペース化を図ることができ、 旋光度 測定装置の小型化を図ることができる。
第 1 7図は、 第 1 6図に示した液晶素子 1 6 0 0 Aおよび液晶素子 1 6 0 0 B を用いた旋光度測定装置の断面図である。 なお、 第 1 5図に示した構成と同一構 成には同一符号を付し、 その説明を省略する。
液晶素子ホルダー 3 7はァノレミ製であり、 偏光子 3 3、 液晶素子 1 6 0 O Aお よび液晶素子 1 6 0 0 Bを保持するためのュニットである。 スぺーサー 4 0は偏 光子 3 3を貼り付けた液晶素子 1 6 0 0 Aと液晶素子ホルダー 3 7の間の緩衝材 である。 スぺーサー 4 1は液晶素子 1 6 0 0 Aと液晶素子 1 6 0 0 Bの間の緩衝 材である。 スぺーサー 4 2は、 液晶素子 1 6 0 0 Bと液晶素子ホルダー 3 7の間 の緩衝材であり、 柔軟な材質であるゴム製である。 液晶素子押さえ 5 2は、 液晶 素子 1 6 0 0 Aおよび液晶素子 1 6 0 0 Bを、 液晶素子ホルダー 3 7にねじ留め 固定 （図示せず） するための部品である。
この光学測定装置の構造では、 配向方向を直交させるために、 同一構造の液晶 素子 1 6 0 0 Aおよび液晶素子 1 6 0 0 Bのうち一方の液晶素子を 9 0度回転さ せた場合であっても、 液晶素子 1 6 0 0 Aに形成されている対向基板入力電極 1 6 0 1 Aおよび電極基板入力電極 1 6 0 2 Aと、 液晶素子 1 6 0 0 Bに形成され ている対向基板入力電極 1 6 0 1 Bおよび電極基板入力電極 1 6 0 2 Bとは、 と もに同一方向 （第 1 6図および第 1 7図では上方向） に位置する。
したがって、 液晶素子 1 6 0 0 Aに形成されている対向基板入力電極 1 6 0 1 Aおよび電極基板入力電極 1 6 0 2 Aの配線スペースと、 液晶素子 1 6 0 0 Bに 形成されている対向基板入力電極 1 6 0 1 Bおよび電極基板入力電極 1 6 0 2 B の配線スペースとを共用化することができ、 配線を取り出しゃすくすることがで きる。 また、 旋光度測定装置内部の省スペース化および旋光度測定装置の小型化 を図ることができる。
このように、 上述した第 4〜第 6の実施形態の旋光度測定装置は、 それぞれ電 極基板と対向基板との間に液晶を有する第 1の液晶素子と第 2の液晶素子を保持 するための光学測定装置であり、 第 1の液晶素子および第 2の液晶素子は電極基 板上に入力電極を形成し、 第 1の液晶素子と第 2の液晶素子の対向基板が背中合 わせとした。
また、 それぞれ電極基板と対向基板との間に液晶を有する第 1の液晶素子と第 2の液晶素子を保持するための光学測定装置であり、 第 1の液晶素子おょぴ第 2 の液晶素子は電極基板上に入力電極を形成し、 第 1の液晶素子と第 2の液晶素子 の電極基板が背中合わせになることとした。
また、 上述した第 4〜第 6の実施形態の旋光度測定装置は、 光源と液晶素子を 保持するための光学測定装置であり、 光源を保持する光源保持部と液晶素子を保 持する液晶素子保持部は互いに熱を伝達することとした。 また、 光源保持部また は液晶素子保持部に温度制御するための熱交換素子を有することが好ましい。 さ らに、 光源保持部または液晶素子保持部に温度制御するための熱交換素子を設け ることが好ましい。
現在までに液晶素子を用いた旋光度測定装置の発明がされてきたが、 光学素子 や液晶素子を保持する構造は測定精度の向上や小型化において重要である。 上述 した第 4および第 5の実施形態の旋光度測定装置は、 特に、 測定精度向上と安定 性を目的として、 液晶配向方向が直交する 2つの液晶素子を入射光に対して直列 配置した場合は背中あわせに配置する。
ここで、 第 1の液晶素子と第 2の液晶素子は同じ工程で作製された同じ配向方 向の液晶素子である。 すなわち、 2つの液晶素子を互いに背中あわせに配置する ことにより液晶の配向方向が直交となる。
さらには、 対向基板を互いに対向する位置に配置することによって、 すなわち 対向基板どうしを背中あわせにすることにより、 電極基板上に形成された対向基 板入力電極および電極基板入力電極への配線が容易となる。
また、 高精度の測定を行う場合はペルチェ素子などの熱交換素子による液晶素 子の温度制御が必要となる。 一方、 光源であるレーザーダイオード （L D) も発 熱を抑え、 ί敷妙な波長変動を抑えるために温度制御は必要となる。 そこで、 液晶 素子保持部と L D保持部を一体化、 あるいは熱伝導させる筐体を接続することに より、 同じペルチェ素子で制御するこが可能となる。 以上の工夫を組み合わせる ことにより、 光源と液晶素子がともに温度制御された高精度で安定した測定が可 能となる。
以上説明したように、 この発明によれば、 低消電駆動可能な小型の液晶素子を 変調素子として用いることにより、 試料の旋光度を高精度に測定することができ るという効果を奏する。
また、 液晶素子の変調特性が安定している駆動電圧範囲を利用し、 微小な変調 幅の変調ができ、 高精度な測定をおこなうことができるという効果を奏する。 さらに、 液晶素子の変調範囲、 変調量の絶対値への要求を緩和でき、 これによ り液晶素子の設計を容易にし、 製造精度を緩和することができるという効果を奏 する。
また、 液晶素子の外部環境による変動をキャンセルでき、 測定結果の安定化を 図ることができ、 測定精度の向上を図ることができるという効果を奏する。 さらに、 第 1の液晶素子と第 2の液晶素子は、 同じ配向方向の液晶素子を使用 して互いに背中あわせに配置することにより液晶の配向方向が直交となる。 した がって、 温度などによる外乱の影響を軽減できるという効果を奏する。
また、 液晶を挟む電極の対向基板入力電極および電極基板入力電極が、 電極基 板に形成されているので、 対向基板どうしを背中あわせに配置することにより、 電極への配線スペースを広くすることができ、 配線を容易におこなうことができ るという効果を奏する。
さらに、 液晶素子の保持部と光源の保持部とを一体ィヒし、 熱伝導させる筐体と することにより、 1つの熱交換素子によつて液晶素子および光源の温度制御をお こなうことができるという効果を奏する。 産業上の利用可能性
以上のように本発明は、 生体を含む散乱体、 および、 尿、 汗などの生体由来物 質、 果汁、 薬品などの被検試料中の旋光性物質、 たとえば、 糖類、 アミノ酸、 蛋 白質、 ビタミンなどの濃度を、 非接触で測定する旋光度測定装置を提供すること に適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 直線偏光を出力する直線偏光出力手段と、
所定方向の第 1の偏光軸を有し、 前記直線偏光出力手段から出力された直線偏 光を位相変調する第 1の位相変調手段と、
前記第 1の偏光軸に直交する第 2の偏光軸を有し、 前記直線偏光出力手段から 出力された直線偏光を位相変調する第 2の位相変調手段と、 ■ 前記直線偏光を位相変調する所定振幅の変調信号を、 前記第 1および第 2の位 相変調手段のうちいずれか一方の位相変調手段に供給する信号供給手段と、 前記信号供給手段によつて信号が供給された前記第 1および第 2の位相変調手 段から旋光性物質を含む試料へ出射される光が、 前記旋光性物質によつて旋光さ れて前記試料から透過することにより、 その透過してくる光の強度を検出する光 強度検出手段と、
前記信号供給手段によつて供給された変調信号と、 前記光強度検出手段によつ て検出された光の強度と、 に基づいて、 前記試料の旋光度を算出する旋光度算出 手段と、
を備えることを特徴とする旋光度測定装齔
2 . 前記信号供給手段は、 所定のオフセット信号を、 前記第 1および第 2の位相 変調手段に供給することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の旋光度測定装置
3 . 前記第 1の位相変調手段は、 前記第 1の偏光軸の方向を液晶配向方向とする 第 1の液晶素子を備え、
前記第 2の位相変調手段は、 前記第 2の偏光軸の方向を液晶配向方向とする、 前記第 1の液晶素子と異なる第 2の液晶素子を備えることを特徴とする請求の範 囲第 1項または第 2項に記載の旋光度測定装置。
4. 前記第 1および第 2の液晶素子は、 所定の製造工程によって製造された同一 の液晶基板に作製された同一構造の液晶素子であることを特徴とする請求の範囲 第 3項に記載の旋光度測定装置。
5 . 前記第 1の液晶素子は、 前記液晶基板の任意の位置に作製された液晶素子で あり、
前記第 2の液晶素子は、 前記液晶基板において前記第 1の液晶素子の近傍に作 製された液晶素子であることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の旋光度測定 装置。
6 . 前記第 1および第 2の液晶素子は、 ホモジニァス型の液晶素子であることを 特徴とする請求の範囲第 3項〜第 5項のいずれか 1つに記載の旋光度測定装置。
7 . 前記第 1および第 2の液晶素子は、
液晶を挟む電極基板および対向基板を備え、 前記液晶配向方向が同一方向であ る同一構造の液晶素子であり、
前記第 1の液晶素子の液晶配向方向と前記第 2の液晶素子の液晶配向方向とが 直交するように、 前記直線偏光出力手段から前記光強度検出手段へ向かう光路上 に直列して配置されていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の旋光度測 定装置。
8 . 前記第 1および第 2の液晶素子は、 前記電極基板どうしまたは前記対向基板 どうしが対向するように配置されていることを特徴とする請求の範囲第 7項に記 載の旋光度測定装置。
9 . 前記第 1の液晶素子または前記第 2の液晶素子のうちの少なくとも一つが、 第 1の電極を有する矩形状の第 1の基板と、
前記第 1の電極とともに液晶を挟む第 2の電極を有する矩形状の第 2の基板と 前記信号供給手段からの信号を前記第 1の電極に入力する第 1の入力電極と、 前記信号供給手段からの信号を前記第 2の電極に入力する第 2の入力電極と、 を備え、
前記第 2の基板の一の端辺の近傍に、 当該端辺に沿って前記第 1および第 2の 入力電極を備えるとともに、 前記第 2の基板の一の端辺とは異なる端辺の近傍に も、 前記第 1および第 2の入力電極を備えることを特徴とする請求の範囲第 3項 に記載の旋光度測定装置。
1 0 . 前記第 1の液晶素子は、
第 1の電極を有する矩形状の第 1の基板と、
前記第 1の電極とともに液晶を挟む第 2の電極を有し、 前記第 1の基板よりも 大きい矩形状の第 2の基板と、
前記信号供給手段からの信号を前記第 1の電極に入力する第 1の入力電極と、 前記信号供給手段からの信号を前記第 2の電極に入力する第 2の入力電極と、 を備え、
前記第 2の基板の一の端辺の近傍に、 当該端辺に沿って前記第 1および第 2の 入力電極を直列に配列し、 前記第 2の基板の一の端辺に直交する端辺の近傍に、 当該端辺に沿って前記第 1および第 2の入力電極を直列に配列した構成であり、 前記第 2の液晶素子は、
前記第 1の液晶素子と液晶配向方向が同一方向であり、 かつ同一構造の液晶素 子であり、
前記第 1および第 2の液晶素子は、
前記第 1の液晶素子の液晶配向方向と前記第 2の液晶素子の液晶配向方向とが直 交するように、 前記直線偏光出力手段から前記光強度検出手段へ向かう光路上に 直列して配置されていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の旋光度測定 装置。
1 1 . さらに、 前記第 1および第 2の液晶素子を保持する液晶素子保持手段を備 えることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の旋光度測定装置。
1 2 . さらに、 前記直線偏光出力手段から前記光強度検出手段へ向かう光路上に 前記試料を挟んで直列して配置された一対の 4分の 1波長板を備えることを特徴 とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の旋光度測定装置。
1 3 . 前記第 1の位相変調手段は、 単一の液晶素子を構成する複数の画素のうち 、 一部の画素によって構成される第 1の画素群であり、
前記第 2の位相変調手段は、 前記単一の液晶素子を構成する複数の画素のうち 、 一部の画素以外の他の画素によって構成され、 前記他の画素を前記一部の画素 と交互に配列した第 2の画素群であることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載 の旋光度測定装置。
1 4 . さらに、 前記第 1および第 2の画素群と前記光強度検出手段との間に設け られ、 前記第 1および第 2の画素群から前記試料に出射されることにより、 前記 試料内の旋光性物質によって旋光されて前記試料から透過してくる光を集光し、 前記光強度検出手段に出射する集光手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載の旋光度測定装置。
1 5 . 前記信号供給手段によって供給される所定のオフセット信号は、 前記液晶 素子の位相変調量がリユアに変化する区間内の信号であることを特徴とする請求 の範囲第 3項、 第 1 3項または第 1 4項に記載の旋光度測定装置。
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