JP2856779B2 - 旋光計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は旋光計に関する。

〔従来の技術〕

偏向子と検光子と該検光子の後位に配置された放射線
受信器とを備えた旋光計は***国特許出願公告第115918
0号明細書に基づいて公知であり、その場合偏光子と検
光子との間は光学活性試料が挿入されかつ偏光子は光軸
を中心として回転振動せしめられる。放射線受信器の出
力信号は、偏光面の回動時に検光子の追従回動を生ぜし
める位相に敏感な平衡手段に供給される。公知の旋光計
では偏向子は、直径方向に磁化された円筒形の永久磁石
に接続されている。該永久磁石は、交流電圧によつて励
磁される電磁石の凹面円筒形の極面によつて取囲まれて
いる。半径方向の板ばねが永久磁石と偏光子をその静止
位置に拘束している。

従つて公知の駆動装置では偏光子は、該偏光子と永久
磁石と板ばねとによつて形成された振動系の共振域付近
において商用周波数によつて正弦状に振動する。その結
果、振動系の共振周波数が商用周波数と実質的に合致す
るように板ばねの長さを調整することが必要になる。こ
れは常時設定を必要とする。また板ばねは緊締部におい
て摩耗を生じる。

振動角を一定に保つために駆動電圧ひいては駆動機構
は正確に安定化されねばならない。

測定信号は回路鋼電圧の周波数と商用周波数の第２調
波を有している。このような信号は回路網電圧によつて
妨害を受け易く、ハム・ノイズが生じ、これによつて信
号処理が困難になる。

装置をスイツチ・オンにしても、安定化の理由から比
較的長い稼働開始時間が必要である。それゆえに振動偏
光子は実地においては、測定を行わない場合にもオン状
態に保たれる。

更に又、公知の駆動装置では振動の振幅は常に一定で
あり、かつ造作なく特定の仕方で変化させることができ
ない。検査される試料の回転角が大である場合、要する
に検光子が多量の光を通過させる場合、２倍の商用周波
数を以て得られる交流信号は小さく、その感度は低い。

〔発明が解決しようとする課題〕

公知技術に対して本発明の課題は、商用周波数には無
関係で、従つて測定信号が商用周波数の外乱の影響を受
けないように作動することができ、機械的な振動系を必
要とせず、かつコンピユータ制御を可能にする振動偏光
子を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決する本発明の構成手段は、偏光子と、
該偏光子を振動駆動するためのステツピングモータと、
該ステツピングモータを往復動させるための制御手段と
から成つている。

〔作用〕

本発明では振動偏光子は、往復動させるように制御さ
れるステツピングモータによつて駆動される。

該ステツピングモータはコンピユータによつて制御す
ることができる。ステツピングモータの運動ひいては
又、振動偏光子の運動も商用周波数には関連しない。従
つて振動偏光子は、商用周波数とは著しく異なつた周波
数で稼働することができる。それゆえに信号処理は商用
周波数の外乱を容易に消去することができる。また本発
明はいかなる機械式振動系も必要としない。

〔実施例〕

次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

ハウジング10内に軸受14,16を介してロータ12が回転
可能に支承されている。該ロータ12はロータ本体18から
成つている。ロータ本体18は大体において円筒形の形状
を有しかつ中心孔20を有している。中心孔20は縮径部24
とから成つている。縮径部22と拡径部24との間には肩26
が形成されている。縮径部22から離反した方の側で拡径
部24は雌ねじ山部28を有している。

ロータ12内に偏光子30が配置されている。該偏光子30
は偏光プリズムとして構成されている。偏光子30はホー
ルダ34内に埋込み部32によつて保持される。ホールダ34
は中心孔20の拡径部24内に配置されており、かつホール
ダ端面は片26に係合している。中心孔20の拡径部24の雌
ねじ山部28内には、締付ブシユ36が螺入されている。こ
のようにして偏光子30は保持装置34によつて肩26と締付
ブシユ36との間に保持される。

ハウジング10の固定ラグ38にライト・バリア40が装着
されている。ロータ12にはベーン42が配置されており、
該ベーン42はライトバリア40と協働する。ライトバリア
40とベーン42は、ロータ12が特定位置にあつてベーン42
がライトバリア内へ入るときに基準信号を送出する基準
点センサ44を形成する。

測定光ビーム46はロータ12の軸線に沿つて中心孔20を
通過する。

またハウジング10内にはステツピングモータ48が配置
されている。ステツピングモータ48の軸線はロータ12の
回転軸線に平行に延びている。符号50はステツピングモ
ータ48のモータ軸である。該モータ軸50には駆動円板52
が配置されている。駆動円板52はセツトねじ５によつて
モータ軸50に緊定されている。駆動円板52はロータ12の
円筒面56の下位に配置されている。駆動円板52と円筒面
56とに巻掛けられてコード58がガイドされている。該コ
ード58は締付ねじ60によつて駆動円板52に締結されてい
る。またコード58は締付ねじ62によつて円筒面56に締結
されている。また該締付ねじ62はロータ12にベーン42を
締結するためにも使用される。

第２図から判るようにコード58は２つの端部64,66を
有している。締付ねじ62は、コード58がぴんと張るよう
に両端部64,66を固定する。この固定されたコード58に
よつてステツピングモータ48の回転運動はステツプ・ダ
ウン比でロータ12及び偏向子30に遊びなく伝達される。

第３図及び第４図に示した実施例ではステツピングモ
ータ48とロータ12は金属テープ68殊に有利には鋼テープ
によつて結合されている。この場合も金属テープ68の端
部70,72は共に締付ねじ62によつてロータ12に締付され
ている。第３図及び第４図に示した実施例の構成は第１
図及び第２図の実施例にぼぼ等しいので、相当エレメン
トには第１図及び第２図と同じ符号を付した。

第５図にはステツピングモータ48の制御方式及び旋光
計における偏光子30の配置形式がブロツク図で示されて
いる。

旋光計は光源74を有している。測定光ビーム46は光源
74から照射される。光源光ビーム46はフイルタ76、偏光
子30、試料セル78及び検光子80を通過し、かつ光電子増
倍管の形の光電検出器82に当たる。試料セル78は、旋光
を測定すべき試料を収容している。検光子80には符号器
80が結合されており、該符号器は回転角パルスを線路86
を介してコンピユータ88に与える。検光子80の回転角ひ
いては試料の旋光角がデイジタル表示器90に表示され
る。

ステツピングモータ48はコンピユータ88により駆動回
路92を介して制御される。検光子80は、ステツピングモ
ータ48と同様にステツピングモータ94によつて回転可能
である。またステツピングモータ94もコンピユータ88に
よつて駆動回路96を介して制御される。符号98は、光電
検出器82の出力信号が供給されて信号分離を生ぜしめる
回路である。該回路98は検光子の左回転と右回転のため
及び自動利得制御のための制御信号を供給する。

前記装置の作動動態は次の通りである。

先ず偏光子30は、ベーン42がライトバリア40内へ丁度
入り込んで基準位置センサ44が応答するまで、ステツピ
ングモータ８によつて、第２図で見て右手へ向つて回動
される。次いでこの位置がステツピングモータ48によつ
て固定ステツプ数分だけ、例えば10ステツプだけ逆回転
される。こうして得られた位置はロータ12の零点位置と
して規定される。これは例えば第２図に示した位置であ
る。

この零点位置からロータ12はステツピングモータ48の
適正制御によつて左と右へ周期的に回動される。第６図
の第１線図に示した例ではロータ12は前記零点位置から
＋0.9゜と−0.9゜との間で回動される。第５図の第１線
図では時間の関数としての回転運動は曲線100で示した
ように台形状の波形を有している。この回転運動の周波
数は商用周波数とは著しく異なることができる。

ロータ12の前記回動に相応して偏光子30ひいては測定
光ビーム46の偏光面が回動される。

偏光面のこの周期的な回動は、試料セル78内の試料に
よる偏光面の回動に重畳される。光電検出器82に当たる
光の強度は、測定光ビーム46の偏光面と、検光子80の偏
光方向に対して直角な方向との成す角度に関連してい
る。前記光の強度は、前記角度が正であるか負であるか
には関わりがない。従つて試料なしに前記零点位置にお
ける偏光子30と検光子80との偏光方向とが互いに直交し
ている場合には、偏光30の振動時に、第６図の第２線図
の曲線102に相当する信号が生じる。偏光面が試料によ
つて回動される場合には強度曲線経過は、第６図の第２
線図に曲線104によつて示したように、零線に対してシ
フトされかつ非対称的になる。光電検出器82における前
記の強度波形と相当する信号波形とから３つの信号が信
号分離回路98によつて派生する。該信号は、第６図の第
３線図、第４線図及び第５線図に示されている。偏光子
30の零点位置における定光比率又は定電圧比率106は自
動利得制御もしくは自動増倍制御のために役立つ。実際
に即して云えば、光電子増倍管として構成された光電検
出器82における電圧は、光電子増倍管の過制御を避ける
ために、それ相応に低減される。更に又、偏光子30が第
２図に示したように左へ回動されかつ右へ回動される場
合に、定電圧比率に対して得られる信号108及び110が検
出される。これらの信号の差はコンピユータ88を介し
て、検出子が試料による偏光面の回動に追従せしめられ
るようにステツピングモータ94を制御するために利用さ
れる。

またコンピユータは、平衡位置からの検光子80の偏差
に関連してステツピングモータ48を制御して、偏光子30
の振動振幅が小偏差の場合よりも大偏差の場合に大きく
なるようにすることができる。その際、平衡位置からの
偏差が大きい場合には、通常観察されるような感度低下
が防止され、他面において小偏差の場合には振動振幅の
減少によつて平衡精度は増大される。

第７図に示した振動偏光子の実施例では、ブルースタ
ー角における光の反射が偏光のために使用される。この
場合振動偏光子は旋光計において検光子として使用され
かつ同時に旋光計の光電検出器を有している。

ハウジング112内には偏光子ロータ114は玉軸受116,11
8を介して軸線120を中心として回転可能に支承されてい
る。偏光子ロータ114は円筒軸122とヘツド部124を有し
ている。円筒軸122は玉軸受116及び118内に配置されて
いる。円筒軸122は縦孔126を有している。ヘツド部124
は前記縦孔126と連通する大径の孔128を有している。該
孔128の軸線130は縦孔126の軸線120と角度βを成してい
る。縦孔126と孔128との間には環状肩132が形成されて
いる。該環状肩132には平らな反射板132が配置されてお
り、該反射板は、孔128の雌ねじ山に螺入されたねじス
リーブ136によつて固定されている。角度βと反射板134
の屈折率は、角度βがブルースター角に等しくなるよう
に選ばれている。

またヘツド部124内には孔138も設けられており、該孔
の軸線140は縦孔126の軸線120と角度βを形成してい
る。これによつて軸線140は、軸線120と130とによつて
規定された平面内に位置しかつ軸線140と130は軸線120
に関して対称である。孔138内にはブシユ142が配置され
ている。ブシユ142は内側でレンズ144によつて閉じられ
ている。またブシユ142の外端部に光電検出器146が配置
されている。

偏光子ロータ114は、ハウジング112に設けたステツピ
ングモータ148によつて駆動され、該ステツピングモー
タはコード式伝動機構150によつて偏光子ロータ114に結
合されている。コード式伝動機構150は第１図及び第４
図に示したものにほぼ等しい。

前記振動偏光子は、第８図に略示した旋光計に検光子
として配置されている。

第８図によれば光源152の光はフイルタ154と絞り156
とを通過する。該絞り156から出る光ビーム158はレンズ
160によつて集束されかつ角度βで反射板162に入射す
る。石英製反射板の例えば56゜の角度βは250nm波長の
光のためのブルースター角に等しい。これによつて光は
偏光される。

次いで、偏光された光ビーム164は光学活性試料を収
容した試料セル166を通過する。こうして得られた光ビ
ームは前記の検光子として働く偏光子168に入射する。
該偏光子168は反射板134,レンズ144及び光電検出器146
を有している。反射板134で光ビーム164は再びブルース
ター角βで光電検出器146に向つて反射される。偏光子
ロータはステツピングモータによつて振動せしめられ
る。偏光面が試料によつて回動されると、非対称信号が
光電検出器で生じ、該信号は従来のように平衡化のため
に使用することができる。

第８図では図面を判り易くするために反射板162と134
は、直交配列の代りに平行配列で示されている。

また前記偏光子250nm以下の短波長の光で使用するこ
とができる。ブルースター角は関係式tanβ＝ｎに従つ
て屈折率ｎに関連してはいるが、ブルースター角の変化
が、使用波長域によつて最小限の調整を所要の精度で以
て行えるように僅かであることが判つた。

【図面の簡単な説明】

第１図はステップモータによつて駆動される振動偏光子
の概略側面図、第２図は光ビームの方向とは逆方向に、
すなわち第１図の右手から見た振動偏光子の正面図、第
３図は金属テープによる振動偏光子とステツピングモー
タとの連結を示す側面図、第４図は第３図の右手から見
た正面図、第５図は第１図〜第４図に示した振動偏光子
を備えた旋光計の構成図、第６図は第５図に示した旋光
計において生じるような波形を示す図、第７図はブルー
スター角における反射によつて偏光を生ぜしめる、検光
子として使用される振動偏光子の縦断面図、第８図は第
７図に示した振動偏光子を備えた旋光計の光路の略示図
である。 10……ハウジング、12……ロータ、14,16……軸受、18
……ロータ本体、20……中心孔、22……縮径部、24……
拡径部、26……肩、28……雌ねじ山部、30……偏光子、
32……埋込み部、34……ホールダ、36……締付ブシユ、
38……固定ラグ、40……ライトバリア、42……ベーン、
44……基準位置センサ、46……測定光ビーム、48……ス
テツピングモータ、50……モータ軸、52……駆動円板、
54……セツトねじ、56……円筒面、58……コード、60,6
2……締付ねじ、64,66……端部、68……金属テープ、7
0,72……端部、74……光源、76……フイルタ、78……試
料セル、80……検光子、82……光電検出器、84……符号
器、86……線路、88……コンピユータ、90…デイジタル
表示器、92……駆動回路、94……ステツピングモータ、
96……駆動回路、98……信号分離回路、112……ハウジ
ング、114……偏光子ロータ、116,118……玉軸受、120
……軸線、122……円筒軸、124……ヘツド部、126……
縦孔、128……孔、130……軸線、132……環状肩、134…
…反射板、136……ねじスリーブ、138……孔、140……
軸線、142……ブシユ、144……レンズ、146……光電検
出器、148……ステツピングモータ、150……コード式伝
動機構、152……光源、154……フイルタ、156……絞
り、158……光ビーム、160…レンズ、162……反射板、1
64……光ビーム、166……試料セル、168……偏光子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 4/00 - 4/04 H02P 8/00 G01N 21/19 - 21/21

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏向子と、該偏向子を振動駆動するための
   ステッピングモータと、該ステッピングモータを往復動
   させるよう制御するためのコンピュータとが設けられて
   いて、この場合ステッピングモータのステップ数によっ
   て定まる振動振幅が制御により可変であり、 前記偏向子に、該振動偏向子が規定位置にある時に基準
   信号を生ぜしめるために基準位置センサが接続されてお
   り、 該基準位置センサが定置のライトバリアから成ってお
   り、かつ、振動偏向子に、定置のライトバリアと協働す
   るベーンが結合されており、 ステッピングモータが、基準位置センサの応答位置に対
   して該基準位置センサの零位置を確定するために該基準
   位置センサを特定の基準位置から、前記ステッピングモ
   ータの特定のステップ数分だけ離間させることを特徴と
   する、旋光計。
2. 【請求項２】振動振幅が平衡状態に近づくと、前記コン
   ピュータが該振動振幅を自動的に減少する、請求項１記
   載の旋光計。
3. 【請求項３】ステッピングモータに偏向子を連結するた
   めのコード式又はテープ式の伝動機構を有している、請
   求項２記載の旋光計。
4. 【請求項４】ステッピングモータによって回転させられ
   る軸と、該軸に装着された駆動円板と、偏向子を支持す
   るロータと、該ロータを前記駆動円板に連結するコード
   又はテープとを有している、請求項３記載の旋光計。
5. 【請求項５】コード又はテープの中央部分が駆動円板に
   巻掛けられてロータとステッピングモータとの軸線を含
   む中心平面内で前記駆動円板に締付けねじによって固定
   されており、また前記コード又はテープの両端部が逆方
   向に前記ロータに巻掛けられて緊張状態で共通の締付け
   ねじによってロータに緊定されている、請求項４記載の
   旋光計。
6. 【請求項６】テープが鋼鉄である、請求項５記載の旋光
   計。
7. 【請求項７】偏向子ロータが反射板を有し、該反射板の
   面法線が、光ビームの光軸に対してブルースター角
   （β）で位置している、請求項６記載の旋光計。
8. 【請求項８】光軸と面法線とを含む１つの平面内で偏向
   子ロータに配置された光電検出器と、反射板によって反
   射される光ビームを生ぜしめる手段とを有する、請求項
   ７記載の旋光計。