JPH0283428A - 自動複屈折測定装置 - Google Patents

自動複屈折測定装置

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JPH0283428A
JPH0283428A JP23721288A JP23721288A JPH0283428A JP H0283428 A JPH0283428 A JP H0283428A JP 23721288 A JP23721288 A JP 23721288A JP 23721288 A JP23721288 A JP 23721288A JP H0283428 A JPH0283428 A JP H0283428A
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    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
    • G01M11/331Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face by using interferometer

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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ディスクメモリ基扱゛、レンズ、液晶用ガ
ラス基板、光学結晶等に残留する光学的歪による複屈折
量とその進相軸方位を精度よく自動的に測定することが
できる自動複屈折測定装置に関する。
(従来の技術) 2つの周波数からなりその偏光状態が互いに直角に交わ
る直線偏光からなる光(例えばゼーマンレーザ)を用い
て透明物体の光学的歪による複屈折量を、その光の周波
数差ビート信号の位相変化から測定する方法(例えば特
公昭59−50927号公報)が開発されている。
この方法を、実施するための基本的な構成を示す第3図
を参照して簡単に説明する。
光源りは、2つの直線偏光方位が紙面に垂直なX方向と
紙面内のX方向に平行で、かつ、発振光周波数が互いに
数百KH2だけ異なる光を同時に発振している。
光源りからの光は、半透鏡HMを介して複屈折量を測り
たい透光性の測定試料Sを通過し、方向がX方向から4
5°傾いた直線偏光子LP1に入射させられる。
ただし、複屈折性をもつ測定試料Sの主軸方位はX方向
、もしくはX方向に一致しているものとする。
このとき光源りの光が測定試料Sを通過する前後で複屈
折性をもつその測定試料の複屈折量によってその光の位
相遅れに違いが生じる。
そこで、直線偏光子LP1を用いてx、  y成分を干
渉させ、2つの成分の差周波ビートを光電検出器PH,
で検出すると、その交流信号の位相成分は測定試料Sの
複屈折量に比例する。
レーザ光束が測定試料Sに入射する前にその一部を半透
鏡HMで抜き出し、45°直線偏光子LP2で2成分を
干渉させ光電検出器PH2によって得られたビート信号
を参照信号として、前述の測定信号と電気位相計で位相
差を測定することによって複屈折量が求められる。
これを数式で示すと以下のようになる。
測定試料Sに入射する前のx、X方向の電界成分Ex、
E、は、 Ex ”axcosωχt Ey =ay  cosωy  t       ・・
・(1)と書ける。
ここで、ax、ayは振幅、ωえ、ωνは角周波数であ
る。
透光性物体の厚みをd、X方向の屈折率をn工。
X方向の屈折率をny、波数をkとすると透光性物体を
通過した光の電界成分Ex、Eyは次のように変化する
E、 =axCO3((+7xt +k d nx)E
y −ay  cos(ωy  t+kdny )  
・・・(2)(2)式の光を45°方位の直線偏光子を
通して干渉させ、それを光電検出すると得られる光電流
は次式のようになる。
T=  (ax ”  +a、  2 +’lax a
y  cos((c+b t+kd (nx −fly
 ) ) ) / 2   ・・13)ここで、ω6=
ωニーω、となって2つの偏光成分の周波数差である。
一方(1)式の光も、同様に45°方位置線偏光子を用
いて干渉させて、光電流を検出する。
Iref = (aX2+a、 2+’la、 ay 
 CO2O3) t)/2             
・・・(4)(3)、(4)式は、2つの成分の差周波
ビートを表しており、ωbは、数百KHzであるから通
常の電気位相針を用いて2つの交流信号の位相差δを求
めることができる。
その結果(3)、(4)式よりδは、λを平均波長とし
て次のようになる。
δ=d (nx−ny )2yc/λ ・・・・・(5
)すなわち位相針の出力は、透光性物体の複屈折量nニ
ーnνに比例することがわかる。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように2周波直交偏光光を用いて透光性の測定対
象の複屈折量を交流信号の位相差から精度よく測定でき
ることがわかった。しかしこの従来の測定法には以下に
述べる問題点がある。
(4)式を求める過程において、測定対象の複屈折の進
相軸方位は既知であり、2周波直交偏光光源の直線偏光
方位の1つに平行であると仮定した。
しかし、実際の透光性の測定対象、たとえばレンズや液
晶ガラス基板の歪により生じる複屈折の主軸方位は不明
である。
もし光源の直線偏光方位と測定対象の複屈折主軸方位が
一致しない場合、真の複屈折量より小さな値となって測
定誤差を生じる。
本発明の目的は、測定対象の複屈折の進相軸方位が不明
であっても、その複屈折量と進相軸方位を精度よく自動
的に測定することができる自動複屈折測定装置を提供す
ることにある。
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明による自動複屈折測定
装置は、周波数差をもつ2つの直交した偏光成分から成
る2周波直交偏光レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸
上に対向して配置されている光電検出器と、前記レーザ
光源と光電検出器を結ぶ光路中に光軸の周りに回転可能
に配置されている2分の1波長板と、前記光路中に前記
2分の1波長板に続いて配置され光軸の周りに回転可能
に配置される直線偏光子と、前記2分の1波長板と直線
偏光子との間に設けられている複屈折測定試料配置部と
、前記2分の1波長板の回転に対して前記直線偏光子の
回転が2倍になるように同期させて駆動する駆動手段と
、前記2分の1波長板が1回転した時光電検出器によっ
て得られる検出出力より進相軸方位または複屈折量を測
定する演算装置から構成されている。
また、本発明によるさらに他の自動複屈折測定装置は、
前記演算装置を前記2分の1波長板の回転周波数の4倍
の交流信号を参照信号とするロックインアンプにより得
られる信号から複屈折測定試料の進相軸方位または複屈
折量を測定するように構成しである。
(実施例) 以下、図面等を参照して、本発明をさらに詳しく説明す
る。
第1図は、本発明による自動複屈折測定装置の実施例を
示すブロック図である。
レーザ光源りは、互いに偏光方位が直交した2つの直線
偏光を同時に発振している。それらの間に数百KHzの
周波数差がある2つの成分を同時に発↑辰している。
前記レーザ光源りからの光はその光軸を中心に、駆動手
段のステッピングモータSM、によって回転させられる
2分の1波長板HWPを透過して測定試料Sに投射され
る。
測定試料Sからの出射光は、光軸の周りに前記2分の1
波長板HWPの2倍の速度で駆動手段のステッピングモ
ータSM2によって回転させられる直線偏光子LP、を
通って、光電検出器PH,に入射させられる。
駆動手段のステッピングモータSM1.SM2を駆動す
るステッピングモータ駆動回路SD、、SD2には、演
算処理装置のCPUから時計信号が供給されている。
光電検出器P″H1は、数百KHzの強度変化に応答し
てレーザ光の2成分の差周波ビート信号を測定信号とし
て出力する。
一方、前記レーザ光源りからのレーザ光が前記2分の1
波長板HWPに入射する前に一部が半透鏡HMで抜き出
され、45°直線偏光子LP2を通して光電検出器PH
2で検出される。
この検出されたビート信号は演算処理装置で参照信号と
して用いられる。
演算処理装置の位相針PMには前記測定信号と参照信号
が接続されその位相差が測定され、その出力電圧はアナ
ログ−ディジタル変換器ADCによってディジタル量に
変換される。
そして、そのデータが中央処理装置CPUに取り込まれ
処理され出力装置に出力される。
第1図において、光源りを出射した2周波直交直線偏光
成分からなるレーザ光束は紙面内の成分をX成分、垂直
方向をy成分とする。
半透鏡HMでその一部が反射され、その反射光は45゛
直線偏光子LP2を通して干渉され、2成分の周波数差
が光電検出器PH2で光ビート信号として検出される。
この交流信号を測定系の参照信号とする。
半透鏡HMを透過した光束はステッピングモータSM、
によって回転させられる2分の1波長板HWPを通る。
2分の1波長板)IWPは、その進相軸を基準としてそ
の相対方位角の2倍だけ入射直線偏光方位を回転させる
機能を持っている。
例えば、水平直線偏光を、進相軸方位が20”である2
分の1波長板に入射すると、その出射光の直線偏光方位
は40”となる。
したがって、第1図の2分の1波長板HW Pを出射し
た光の偏光方位は、2分の1波長板HWPが360°回
転すると、720°だけ回転することになる。
そこで、複屈折の進相軸が任意の角度である測定試料S
に入射すると、入射光の2つの成分のうちより高い周波
数成分の偏光方位と進相軸方位が一致したとき、測定試
料を出射後の2成分の相対リターデーションは正に最大
となり、逆に低い周波数成分の偏光方位と進相軸方位が
一致したとき、負に最大となる。
ところで、偏光方位のOoと180°は同じ方位角を表
しており、また、2分の1波長板HWPが360°回転
するとその出射光の偏光方位は720°回転するから、
上記の相対リターデーションは2分の1波長板HWP 
1回転に対し、4周期の正弦的変化を繰り返すことにな
る。
測定試料Sの相対リターデーションは、2周波直交偏光
成分間のビートの位相差から検出する。
このとき、測定試料Sの出射光の偏光方位は回転してい
るので、2成分のビートを検出するため、初期方位角が
2分の1波長板HWPの進相軸方位に対し45°である
直線偏光子LP1を2分の1波長板HWPの倍の角度で
同期しながら回転させる。
以上の測定によって2成分位相差の正弦的変化の振幅が
複屈折量、また、2分の1波長板HWPをO°方位から
回転させて最初に位相差が最大になったときの2分の1
波長板HWPの方位の2倍の角度が複屈折の進相軸方位
である。
本発明による装置ではこれを自動式に測定する。
そのために、演算処理装置のCPUからの時計信号によ
り駆動手段を動作させ、2分の1波長板Hwpと直線偏
光子t、ptの回転を制御する。
2分の1波長板HWP 1回転に対して位相計PMの出
力電圧をアナログ−ディジタル変換器ADCを通して演
算処理装置に取り込む。そして、フーリエ変換器FFT
によって4周期成分の振幅と初期位相を計算することに
より測定試料Sの複屈折量とその進相軸方位が自動的に
求められ、出力装置に出力される。
第2図は本発明による他の自動複屈折測定装置の実施例
を示すブロック図である。
レーザ光束が2分の1波長板HWP、測定試料S。
直線偏光子LP1を通過して、光検出器PH,によって
検出され、演算処理装置の前述と同様に光検出aPH2
が参照信号として接続されている位相針PMに入力され
る。
この基本的な光学系は、第1図と変わらないが駆動手段
と演算処理装置の構成が異なっている。
検出器PH,によって検出された2成分の光ビート交流
信号は、演算処理装置のロックインアンプLAで同期検
出法によって検出される。
駆動手段のステンビングモータ駆動回路SD、。
SD2は発振器O8Cにより駆動される。
ステッピングモータSM、により回転させられる2分の
1波長板HWPに対して直線偏光子LP。
がステッピングモータSM2により同期回転させられる
点は前述のとおりである。
演算処理装置の位相針PMの出力が接続されているロッ
クインアンプLAの参照信号として、2分の1波長板H
WPに取り付けられ一体に回転する4分割形の光チョッ
パOCの出力が用いられる。
光チョッパ0C17)LEDおよび光検出器によって得
られる2分の1波長板HWPの回転周波数の4倍の参照
信号がロックインアンプLAに接続される。そして、2
分の1波長板HWPの回転周波数の4倍の周波数成分を
同期検出して、その振幅と基準点からの位相差より測定
試料の複屈折量と進相軸方位が得られる。
この方法によってロックインアンプLAの出力と位相を
出力装置であるレコーダCRに記録する。
この装置の特徴は測定時間を前述した装置に比べ短くで
きることである。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明による自動複屈折測
定装置では、測定試料の光学的歪による複屈折量を、2
周波直交偏光光波を干渉して得られる光ビート交流信号
の位相ずれとして測定できる。
かつ、その進相軸方位も2分の1波長板の回転角度から
容易に得られる。
演算処理装置にCPUを用いるとCPU制御による複屈
折測定が可能となり高精度かつ簡単な測定システムを構
成することが可能である。
また、演算処理装置にロックインアンプを使用する装置
では簡便迅速な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による自動複屈折測定装置の実施例を
示すブロック図である。 第2図は、本発明による他の自動複屈折測定装置の実施
例を示すブロック図である。 第3図は、従来の2周波直交偏光光源による複屈折測定
装置の基本構成を示すブロック図である。 L・・・2周波直交偏光レーザ光源 HM・・・半透鏡 HWP・・・2分の1波長板 S、・・・測定試料 t、p、、Lp2・・・直線偏光子 PH1+  PH2・・・光電検出器 SM、、SM2・・・ステンピングモータSD、、SD
2・・・ステンピングモータ駆動回路ADC・・・アナ
ログ−ディジタル変換器CPU・・・中央処理装置 FFT・・・フーリエ変換器 PI・・・フォトインタラプタ LA・・・ロックインアンプ OSC・・・発1辰器 CR・・・記録計 PM・・・位相針 OC・・・光チョッパー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)周波数差をもつ2つの直交した偏光成分から成る
    2周波直交偏光レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸上
    に対向して配置されている光電検出器と、前記レーザ光
    源と光電検出器を結ぶ光路中に光軸の周りに回転可能に
    配置されている2分の1波長板と、前記光路中に前記2
    分の1波長板に続いて配置され光軸の周りに回転可能に
    配置される直線偏光子と、前記2分の1波長板と直線偏
    光子との間に設けられている複屈折測定試料配置部と、
    前記2分の1波長板の回転に対して前記直線偏光子の回
    転が2倍になるように同期させて駆動する駆動手段と、
    前記2分の1波長板が1回転した時光電検出器によって
    得られる検出出力を処理して進相軸方位または複屈折量
    を測定する演算処理装置から構成した自動複屈折測定装
    置。
  2. (2)周波数差をもつ2つの直交した偏光成分から成る
    2周波直交偏光レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸上
    に対向して配置されている光電検出器と、前記レーザ光
    源と光電検出器を結ぶ光路中に光軸の周りに回転可能に
    配置されている2分の1波長板と、前記光路中に前記2
    分の1波長板に続いて配置され光軸の周りに回転可能に
    配置される直線偏光子と、前記2分の1波長板と直線偏
    光子との間に設けられている複屈折測定試料配置部と、
    前記2分の1波長板の回転に対して前記直線偏光子の回
    転が2倍になるように同期させて駆動する駆動手段と、
    前記2分の1波長板の回転周波数の4倍の交流信号を参
    照信号とするロックインアンプにより得られる信号から
    複屈折測定試料の進相軸方位または複屈折量を測定する
    演算処理装置から構成した自動複屈折測定装置。
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