JP6477360B2 - Photometric device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、液晶表示装置の画面から出る光を測定する測光装置に関する。 The present invention relates to a photometric device that measures light emitted from a screen of a liquid crystal display device, for example.
分光放射輝度計は、分光部を備え、測定対象からの光を分光部で分光して、その光の輝度、彩度、分光特性等を測定する測光装置である。分光部は、回折格子又はプリズム等により構成され、これらの光学素子は、偏光依存性が強い。反射型回折格子で説明すると、直線偏光の偏光方向に応じて、回折格子の回折効率が異なる。このため、測定対象が出射した光が直線偏光の場合(例えば、液晶表示装置の画面から出る光の場合)、偏光依存性が原因で正しい測定値が得られない。そこで、偏光解消素子を分光部の入射側に配置し、偏光解消素子によって直線偏光が解消された光を分光部に入射させている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 A spectral radiance meter is a photometric device that includes a spectroscopic unit, and that splits light from a measurement target by the spectroscopic unit and measures the luminance, saturation, spectral characteristics, and the like of the light. The spectroscopic unit is configured by a diffraction grating, a prism, or the like, and these optical elements have strong polarization dependence. In the case of a reflection type diffraction grating, the diffraction efficiency of the diffraction grating varies depending on the polarization direction of linearly polarized light. For this reason, when the light emitted from the measurement object is linearly polarized light (for example, light emitted from the screen of the liquid crystal display device), a correct measurement value cannot be obtained due to polarization dependency. Therefore, a depolarizing element is arranged on the incident side of the spectroscopic unit, and light from which linearly polarized light has been eliminated by the depolarizing element is incident on the spectroscopic unit (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1は、偏光解消素子としてファイババンドルを用いている。ファイババンドルを構成する各ファイバに入射された光は、各ファイバ内で反射が繰り返されて分光部に導光される。この反射により直線偏光が解消される。 Patent Document 1 uses a fiber bundle as a depolarizing element. The light incident on each fiber constituting the fiber bundle is repeatedly reflected in each fiber and guided to the spectroscopic unit. This reflection eliminates linearly polarized light.
ファイバは、一般に、光の進行方向から見て円形の断面を有するが、本発明者は、円形の断面を有する導光部材の場合、偏光解消効果が小さく、測定対象物が出射した直線偏光の偏光方向に応じて、測定値にばらつきが生じることを見出した。 The fiber generally has a circular cross section as viewed from the traveling direction of the light, but the present inventor has a small depolarization effect in the case of a light guide member having a circular cross section, and the linearly polarized light emitted from the measurement object is small. It has been found that the measured value varies depending on the polarization direction.
本発明は、測定対象物が出射した光の偏光状態に応じて、測定値にばらつきが生じることを防止できる測光装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the photometry apparatus which can prevent that a measured value produces dispersion | variation according to the polarization state of the light which the measurement object radiate | emitted.
上記目的を達成する本発明に係る測光装置は、4つの側面を有し、かつ、測定対象物が出射した光に対して、前記光の進行方向から見て正方形又は長方形の断面を有しており、前記光を4つの前記側面で反射させて導光する、所定の光軸に沿って配置された導光部材と、前記導光部材で導光されてきた前記光に所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部と、前記所定の処理がされた前記光を受光する受光部と、を備え、前記導光部材が配置されていない状態で、前記所定の光軸に沿って前記処理部に入射した直線偏光において、前記処理部で前記所定の処理がされ、前記受光部へ送られる光量が最大となる前記直線偏光の電場の振動方向を最大方向としたとき、前記最大方向と、4つの前記側面のそれぞれの法線の方向とで形成される角度が、それぞれ45度になるように、前記導光部材が配置されていることを特徴とする。 The photometric device according to the present invention that achieves the above object has four side surfaces, and has a square or rectangular cross section when viewed from the traveling direction of the light with respect to the light emitted from the measurement object. A light guide member disposed along a predetermined optical axis that reflects and guides the light from the four side surfaces, and performs a predetermined process on the light guided by the light guide member. A processing unit having polarization dependence, and a light receiving unit that receives the light subjected to the predetermined processing, and the light guide member is not disposed along the predetermined optical axis. In the linearly polarized light incident on the processing unit, when the predetermined processing is performed by the processing unit and the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light that maximizes the amount of light transmitted to the light receiving unit is the maximum direction, the maximum direction The angle formed by the direction of each normal of the four side surfaces But so as to respectively 45 °, wherein the light guide member is disposed.
本発明に係る測光装置によれば、測定対象物が出射した光の電場の振動方向(以下、偏光方向と呼ぶ)が、どのような方向であっても、受光部へ送られる光の光量を同じにできる。よって、測定対象物が出射した光の偏光状態に応じて、測定値にばらつきが生じることを防止できる。導光部材は、例えば、ライトパイプ、ガラスロッド等と呼ばれる、ガラス又は透明樹脂からなる四角柱又は四角錐台である。 According to the photometric device according to the present invention, the amount of light transmitted to the light receiving unit can be adjusted regardless of the direction of vibration of the electric field of the light emitted from the measurement object (hereinafter referred to as the polarization direction). Can be the same. Therefore, it is possible to prevent the measurement values from varying depending on the polarization state of the light emitted from the measurement object. The light guide member is, for example, a quadrangular prism or a truncated pyramid made of glass or transparent resin, called a light pipe, a glass rod, or the like.
最大方向と法線の方向とで形成される角度が45度になるように、導光部材が配置される態様として、第1の態様〜第3の態様がある。 As a mode in which the light guide member is arranged so that the angle formed between the maximum direction and the normal direction is 45 degrees, there are a first mode to a third mode.
第1の態様は、処理部が、回折格子の場合である。すなわち、第1の態様において、前記処理部は、前記導光部材で導光されてきた前記光を分光する回折格子を備え、前記回折格子は、第1の方向に延びる複数の刻線が、前記第1の方向と直交する第2の方向に間隔をあけて並べられた構造を有しており、前記第1の方向と前記法線の方向とで形成される角度が、45度になるように、前記導光部材が配置されている。反射型回折格子の場合、受光部へ送られる光の光量が最大とは、回折格子の回折効率が最大を意味する。透過型回折格子の場合、受光部へ送られる光の光量が最大とは、回折格子の透過率が最大を意味する。 A 1st aspect is a case where a process part is a diffraction grating. That is, in the first aspect, the processing unit includes a diffraction grating that splits the light guided by the light guide member, and the diffraction grating has a plurality of score lines extending in a first direction, It has a structure arranged with a gap in a second direction orthogonal to the first direction, and the angle formed by the first direction and the direction of the normal is 45 degrees. As described above, the light guide member is arranged. In the case of a reflective diffraction grating, the maximum amount of light transmitted to the light receiving unit means that the diffraction efficiency of the diffraction grating is maximum. In the case of a transmissive diffraction grating, the maximum amount of light transmitted to the light receiving unit means that the transmittance of the diffraction grating is maximum.
第2の態様は、処理部が、三角プリズムの場合である。すなわち、第2の態様において、前記処理部は、前記導光部材で導光されてきた前記光が入射する入射面と前記光を出射する出射面とを含み、前記光を分光する三角プリズムを備え、前記入射面及び前記出射面は、それぞれ、前記光の進行方向に対して直交する第1の辺と、前記光の進行方向に対して傾斜する第2の辺とを含み、前記法線と前記第1の辺とで形成される角度が45度になるように、前記導光部材が配置されている。三角プリズムの場合、受光部へ送られる光の光量が最大とは、入射面及び出射面の透過率が最大を意味する。 The second mode is a case where the processing unit is a triangular prism. That is, in the second aspect, the processing unit includes a triangular prism that includes an incident surface on which the light guided by the light guide member is incident and an exit surface that emits the light, and that splits the light. Each of the incident surface and the exit surface includes a first side orthogonal to the light traveling direction and a second side inclined with respect to the light traveling direction, and the normal line The light guide member is arranged so that an angle formed between the first side and the first side is 45 degrees. In the case of a triangular prism, the maximum amount of light transmitted to the light receiving unit means the maximum transmittance of the incident surface and the output surface.
第3の態様は、処理部が、ダイクロイックプリズムの場合である。すなわち、第3の態様において、前記処理部は、前記導光部材で導光されてきた前記光の所定の波長成分を反射し、前記所定の波長成分以外の波長成分を透過する反射透過面を含み、前記光を分光するダイクロイックプリズムを備え、前記反射透過面は、前記光の進行方向に対して直交する第1の辺と、前記光の進行方向に対して傾斜する第2の辺とを含み、前記第1の辺と前記法線とで形成される角度が45度になるように、前記導光部材が配置されている。ダイクロイックプリズムの場合、受光部へ送られる光の光量が最大とは、透過反射面の透過率が最大を意味する。 The third aspect is a case where the processing unit is a dichroic prism. That is, in the third aspect, the processing unit is configured to reflect and transmit a predetermined wavelength component of the light guided by the light guide member and transmit a wavelength component other than the predetermined wavelength component. Including a dichroic prism that divides the light, wherein the reflection / transmission surface includes a first side orthogonal to the traveling direction of the light and a second side inclined with respect to the traveling direction of the light. In addition, the light guide member is arranged so that an angle formed by the first side and the normal is 45 degrees. In the case of a dichroic prism, the maximum amount of light transmitted to the light receiving unit means that the transmittance of the transmission / reflection surface is maximum.
上記構成において、前記導光部材は、直線形状を有しており、下記式(1)を満たす。
ここで、θpは、arcsin(sinθ/np)を示し、L1は、導光部材の光軸方向の長さを示し、L2は、前記断面が正方形のとき、正方形の一辺の長さを示し、前記断面が長方形のとき、長辺の長さを示し、θは、前記光が前記導光部材に入射する側の前記導光部材の端面を入射端面としたとき、前記入射端面に入射する前記光の入射角の最大値を示し、npは、前記導光部材の屈折率を示す。 Here, θp indicates arcsin (sin θ / np), L1 indicates the length of the light guide member in the optical axis direction, L2 indicates the length of one side of the square when the cross section is square, When the cross section is rectangular, it indicates the length of the long side, and θ is incident on the incident end surface when the end surface of the light guide member on the side where the light is incident on the light guide member is the incident end surface. The maximum value of the incident angle of light is shown, and np shows the refractive index of the light guide member.
導光部材の側面で、光が反射される回数が多くなれば、偏光解消効果が大きくなる。この構成によれば、入射端面への入射角が最大となる光に対して、最低、2回反射させることができる。 If the number of times the light is reflected on the side surface of the light guide member increases, the depolarization effect increases. According to this configuration, the light having the maximum incident angle to the incident end face can be reflected at least twice.
上記構成において、4つの前記側面に形成され、前記光が前記導光部材に入射したときと比べて、前記光が前記導光部材から出射したときの方が、前記光のP偏光成分とS偏光成分との位相差が大きくなるようにするコート膜をさらに備える。 In the above configuration, the P-polarized light component and S of the light are formed on the four side surfaces and when the light is emitted from the light guide member, compared to when the light is incident on the light guide member. A coating film that further increases the phase difference from the polarization component is further provided.
導光部材に入射した光のP偏光成分とS偏光成分との位相差を大きくできれば、偏光解消効果が大きくなる。この構成によれば、コート膜により、P偏光成分とS偏光成分との位相差を大きくできるので、偏光解消効果をさらに大きくできる。 If the phase difference between the P-polarized component and the S-polarized component of the light incident on the light guide member can be increased, the depolarization effect is increased. According to this configuration, the phase difference between the P-polarized light component and the S-polarized light component can be increased by the coating film, so that the depolarization effect can be further increased.
導光部材の光軸方向の長さを大きくすれば、P偏光成分とS偏光成分との位相差を大きくできるが、測光装置が大型化する。この構成によれば、コート膜により、P偏光成分とS偏光成分との位相差を大きくできるので、導光部材の光軸方向の長さが小さくても(すなわち、測光装置を小型化しても)、偏光解消効果を得ることができる。 If the length of the light guide member in the optical axis direction is increased, the phase difference between the P-polarized component and the S-polarized component can be increased, but the photometric device is increased in size. According to this configuration, since the phase difference between the P-polarized component and the S-polarized component can be increased by the coat film, even if the length of the light guide member in the optical axis direction is small (that is, the photometric device is downsized). ), A depolarization effect can be obtained.
上記構成において、前記コート膜は、単層であり、前記コート膜の屈折率は、前記導光部材の屈折率より大きくされている。 The said structure WHEREIN: The said coating film is a single layer, The refractive index of the said coating film is made larger than the refractive index of the said light guide member.
この構成によれば、P偏光成分とS偏光成分との位相差を大きくすることができる。
本発明に係る測光装置の他の態様は、4つの側面を有し、かつ、測定対象物が出射した光に対して、前記光の進行方向から見て正方形又は長方形の断面を有しており、前記光を4つの前記側面で反射させて導光する、所定の光軸に沿って配置された導光部材と、前記導光部材で導光されてきた前記光に所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部と、前記所定の処理がされた前記光を受光する受光部と、を備え、前記導光部材が配置されていない状態で、前記所定の光軸に沿って前記処理部に入射した直線偏光において、前記処理部で前記所定の処理がされ、前記受光部へ送られる光量が最大となる前記直線偏光の電場の振動方向を最大方向としたとき、前記最大方向と、4つの前記側面のそれぞれの法線の方向とで形成される角度が、それぞれ45度になるように、前記導光部材が配置されており、前記導光部材は、ライトパイプまたは光ファイバであり、前記導光部材は、前記測定対象物が出射した前記光がP偏光成分とS偏光成分とに分離されないで入射する入射端面を有しており、前記入射端面から入射した前記光を4つの前記側面で全反射させて導光することにより、前記光の前記P偏光成分と前記S偏光成分とに位相差を生じさせることを特徴とする。
According to this configuration, the phase difference between the P-polarized component and the S-polarized component can be increased.
Another aspect of the photometric device according to the present invention has four side surfaces, and has a square or rectangular cross section when viewed from the traveling direction of the light with respect to the light emitted from the measurement object. A light guide member disposed along a predetermined optical axis that reflects and guides the light from the four side surfaces; and a predetermined process on the light guided by the light guide member. A processing unit having polarization dependence; and a light receiving unit that receives the light subjected to the predetermined processing, and the processing is performed along the predetermined optical axis in a state where the light guide member is not disposed. In the linearly polarized light incident on the part, when the predetermined processing is performed by the processing unit and the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light that maximizes the amount of light transmitted to the light receiving unit is the maximum direction, the maximum direction, The angle formed by the normal direction of each of the four side surfaces is The light guide members are arranged so as to be 45 degrees each, the light guide member is a light pipe or an optical fiber, and the light emitted from the measurement object is P in the light guide member. The incident light has an incident end face that is not separated into a polarized light component and an S polarized light component, and the light incident from the incident end face is totally reflected by the four side surfaces to guide the light. A phase difference is generated between the polarization component and the S polarization component.
本発明によれば、測定対象物が出射した光の偏光状態によらず、測定値を安定化できる。 According to the present invention, the measurement value can be stabilized regardless of the polarization state of the light emitted from the measurement object.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the structure which attached | subjected the same code | symbol shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted about the content which has already demonstrated the structure.
図1は、本実施形態に係る測光装置1aの構成を示す模式図である。測光装置1aは、例えば、分光放射輝度計であり、測定対象物10が出射した直線偏光の光Rを分光して、光Rの輝度、彩度、分光特性等を測定する。測定対象物10が出射した直線偏光の光Rは、例えば、液晶表示装置の画面から出る光である。直線偏光の光を、単に、直線偏光と記載する場合もある。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a photometric device 1a according to this embodiment. The photometric device 1a is, for example, a spectral radiance meter, and measures the luminance, saturation, spectral characteristics, and the like of the light R by dispersing the linearly polarized light R emitted from the measurement object 10. The linearly polarized light R emitted from the measurement object 10 is, for example, light emitted from the screen of the liquid crystal display device. Linearly polarized light may be simply referred to as linearly polarized light.
測光装置1aは、対物レンズ2、ライトパイプ3、及び、ポリクロメータ4を備える。ポリクロメータ4の替わりにモノクロメータでもよい。測定対象物10からポリクロメータ4までの光路上に、対物レンズ2及びライトパイプ3が配置されている。測定対象物10からポリクロメータ4までの間において、光Rの進行方向をZ方向とする。Z方向と直交する2つの方向のうち、一方をX方向(紙面に垂直な方向)とし、他方をY方向とする。X方向とY方向とは、直交している。 The photometric device 1 a includes an objective lens 2, a light pipe 3, and a polychromator 4. A monochromator may be used instead of the polychromator 4. The objective lens 2 and the light pipe 3 are arranged on the optical path from the measurement object 10 to the polychromator 4. The traveling direction of the light R between the measurement object 10 and the polychromator 4 is the Z direction. Of the two directions orthogonal to the Z direction, one is the X direction (direction perpendicular to the paper surface) and the other is the Y direction. The X direction and the Y direction are orthogonal to each other.
対物レンズ2は、測定対象物10が出射した直線偏光の光Rを集光して、ライトパイプ3の入射端面30に光源像を形成する。液晶表示装置の場合、光源像は、液晶表示装置の光源の像である。 The objective lens 2 condenses the linearly polarized light R emitted from the measurement object 10 and forms a light source image on the incident end face 30 of the light pipe 3. In the case of a liquid crystal display device, the light source image is an image of a light source of the liquid crystal display device.
ライトパイプ3は、導光部材の具体例である。図2は、Z方向から見たライトパイプ3の断面を示す模式図である。図1及び図2を参照して、ライトパイプ3は、4つの側面32と2つの端面(入射端面30、出射端面31)とで規定される正四角柱の形状を有する。ライトパイプ3の材料は、例えば、石英ガラス、光学ガラス、透明樹脂であり、目的に応じてそれらの材料が選択される。 The light pipe 3 is a specific example of a light guide member. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the light pipe 3 as viewed from the Z direction. 1 and 2, the light pipe 3 has a regular quadrangular prism shape defined by four side surfaces 32 and two end surfaces (an incident end surface 30 and an output end surface 31). The material of the light pipe 3 is, for example, quartz glass, optical glass, or transparent resin, and these materials are selected according to the purpose.
対物レンズ2で集光された光Rは、入射端面30に入射し、側面32で反射が繰り返されることにより、ライトパイプ3内で導光され、出射端面31から出射される。反射回数は、入射端面30に入射する光Rの入射角等に応じて決まる。仮想的には、入射端面30に多くの光源像が形成されており、それぞれの光源像が出射端面31を照明することにより、出射端面31の照度が均一となる。 The light R collected by the objective lens 2 is incident on the incident end face 30 and is repeatedly reflected on the side face 32, thereby being guided in the light pipe 3 and emitted from the exit end face 31. The number of reflections is determined according to the incident angle of the light R incident on the incident end face 30. Virtually, many light source images are formed on the incident end face 30, and each light source image illuminates the outgoing end face 31, whereby the illuminance of the outgoing end face 31 becomes uniform.
このように、ライトパイプ3は、4つの側面32を有し、かつ、測定対象物10が出射した直線偏光の光Rに対して、Z方向(光Rの進行方向)から見て正方形の断面を有しており、光Rを4つの側面32で反射させて導光する。 Thus, the light pipe 3 has four side surfaces 32 and has a square cross section when viewed from the Z direction (the traveling direction of the light R) with respect to the linearly polarized light R emitted from the measurement object 10. The light R is reflected by the four side surfaces 32 and guided.
ライトパイプ3の断面形状は、正方形に限らず、長方形でもよい。 The cross-sectional shape of the light pipe 3 is not limited to a square but may be a rectangle.
ライトパイプ3の立体形状は、正四角柱に限らず、例えば、入射端面30から出射端面31に向けて断面が徐々に小さくなる四角柱でもよい。このようにすれば、出射端面31のサイズを小さくできる。出射端面31のサイズを小さくすれば、ポリクロメータ4の波長分解能を向上させることができる。 The three-dimensional shape of the light pipe 3 is not limited to a regular quadrangular prism, and may be, for example, a quadrangular prism whose cross section gradually decreases from the incident end face 30 toward the exit end face 31. In this way, the size of the emission end face 31 can be reduced. If the size of the emission end face 31 is reduced, the wavelength resolution of the polychromator 4 can be improved.
ライトパイプ3を導光部材としているが、光ファイバを導光部材にしてもよい。 Although the light pipe 3 is used as the light guide member, an optical fiber may be used as the light guide member.
図1を参照して、ポリクロメータ4は、結像光学系5、回折格子6及びリニアアレイセンサ7を備える。ポリクロメータ4の入射開口40は、ライトパイプ3の出射端面31と対向しており、出射端面31から出射され光Rは、入射開口40を通って、結像光学系5に入射し、結像光学系5でコリメートされて平行光にされる。平行光にされた光Rは、回折格子6に入射する。 With reference to FIG. 1, the polychromator 4 includes an imaging optical system 5, a diffraction grating 6, and a linear array sensor 7. The entrance aperture 40 of the polychromator 4 faces the exit end face 31 of the light pipe 3, and the light R emitted from the exit end face 31 enters the imaging optical system 5 through the entrance opening 40 and forms an image. The light is collimated by the optical system 5 into parallel light. The parallel light R enters the diffraction grating 6.
回折格子6は、ライトパイプ3で導光されてきた光Rを分光する。回折格子6は、反射型であり、回折格子6に入射した光Rは、回折格子6によって回折されて反射される。図3は、回折格子6を示す模式図である。回折格子6は、第1の方向に延びる複数の刻線60を有する。刻線60は、溝とも称される。複数の刻線60は、第1の方向と直交する第2の方向に一定の間隔をあけて並べられている。 The diffraction grating 6 splits the light R guided by the light pipe 3. The diffraction grating 6 is a reflection type, and the light R incident on the diffraction grating 6 is diffracted and reflected by the diffraction grating 6. FIG. 3 is a schematic diagram showing the diffraction grating 6. The diffraction grating 6 has a plurality of score lines 60 extending in the first direction. The score line 60 is also referred to as a groove. The plurality of engraved lines 60 are arranged at a predetermined interval in a second direction orthogonal to the first direction.
回折格子6は、ライトパイプ3で導光されてきた光Rに所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部の具体例である。 The diffraction grating 6 is a specific example of a processing unit having polarization dependency that performs a predetermined process on the light R guided by the light pipe 3.
図1を参照して、回折格子6で反射された光Rは、再び、結像光学系5に入射し、結像光学系5によってリニアアレイセンサ7の受光面70上に光源像の波長分散像として結像される。 Referring to FIG. 1, the light R reflected by the diffraction grating 6 again enters the imaging optical system 5, and the wavelength dispersion of the light source image on the light receiving surface 70 of the linear array sensor 7 by the imaging optical system 5. It is formed as an image.
リニアアレイセンサ7は、処理部で所定の処理がされた光Rを受光する受光部の具体例である。リニアアレイセンサ7は、一方向に沿って配列された複数の光電変換素子を備えて構成される。光電変換素子は、例えば、シリコンホトダイオード(SPD)等である。リニアアレイセンサ7は、受光面70上に形成された光源像の波長分散像を、複数の光電変換素子のそれぞれによって光電変換することによって、各波長の強度レベルを表す電気信号を生成する。 The linear array sensor 7 is a specific example of a light receiving unit that receives the light R that has been subjected to predetermined processing by the processing unit. The linear array sensor 7 includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged along one direction. The photoelectric conversion element is, for example, a silicon photodiode (SPD). The linear array sensor 7 generates an electric signal representing the intensity level of each wavelength by photoelectrically converting the wavelength dispersion image of the light source image formed on the light receiving surface 70 by each of the plurality of photoelectric conversion elements.
図1を参照して、ライトパイプ3が配置されていない状態で、所定の光軸に沿ってポリクロメータ4に直線偏光が入射する場合、反射型の回折格子6は、刻線60が延びる方向(X方向)と、平行、又は、垂直な偏光方向の直線偏光に対して、回折格子6の回折効率が最大となる(すなわち、リニアアレイセンサ7へ送られる光量が最大となる)。いずれの方向の偏光方向の直線偏光に対して、回折格子6の回折効率が最大となるのかは、回折格子の特性(形状、溝ピッチ等)、直線偏光の波長等に応じて決まる。なお、所定の光軸は、ライトパイプ3の光軸AX(図6)と一致する。ライトパイプ3は、所定の光軸に沿って配置されていることになる。また、偏光方向とは、電場の振動方向を意味している。以下に出てくる偏光方向もこの意味である。 Referring to FIG. 1, when linearly polarized light is incident on the polychromator 4 along a predetermined optical axis without the light pipe 3 being disposed, the reflective diffraction grating 6 has a direction in which the score line 60 extends. The diffraction efficiency of the diffraction grating 6 is maximized (ie, the amount of light transmitted to the linear array sensor 7 is maximized) with respect to linearly polarized light having a polarization direction parallel or perpendicular to the (X direction). Whether the diffraction efficiency of the diffraction grating 6 is maximized with respect to linearly polarized light in any direction depends on the characteristics of the diffraction grating (shape, groove pitch, etc.), the wavelength of the linearly polarized light, and the like. The predetermined optical axis coincides with the optical axis AX of the light pipe 3 (FIG. 6). The light pipe 3 is arranged along a predetermined optical axis. The polarization direction means the direction of vibration of the electric field. The polarization direction that appears below also has this meaning.
ポリクロメータ4に上記所定の光軸に沿って入射する直線偏光は、偏光方向がX方向、又は、Y方向の場合に、回折格子6の反射率が最大となり、ライトパイプ3の4つの側面32のそれぞれの法線Nの方向とX方向とで形成される角度θ1、および、法線NとY方向とで形成される角度θ2が、45度になるように、ライトパイプ3が配置される。 The linearly polarized light incident on the polychromator 4 along the predetermined optical axis has the maximum reflectivity of the diffraction grating 6 when the polarization direction is the X direction or the Y direction, and the four side surfaces 32 of the light pipe 3. The light pipe 3 is arranged so that the angle θ1 formed by the direction of each normal N and the X direction and the angle θ2 formed by the normal N and the Y direction are 45 degrees. .
このように、導光部材(ライトパイプ3)が配置されていない状態で、所定の光軸に沿って処理部(ポリクロメータ4)に入射した直線偏光において、処理部で所定の処理がされ、受光部(リニアアレイセンサ7)へ送られる光量が最大となる直線偏光の偏光方向(電場の振動方向)を最大方向としたとき、最大方向と、4つの側面32のそれぞれの法線Nの方向とで形成される角度がそれぞれ45度(又は略45度)になるように、導光部材が配置されている。 Thus, in the state where the light guide member (light pipe 3) is not disposed, the linearly polarized light incident on the processing unit (polychromator 4) along the predetermined optical axis is subjected to predetermined processing in the processing unit, When the polarization direction of the linearly polarized light (electric field vibration direction) that maximizes the amount of light transmitted to the light receiving unit (linear array sensor 7) is the maximum direction, the maximum direction and the direction of the normal N of each of the four side surfaces 32 The light guide members are arranged so that the angles formed by and are each 45 degrees (or approximately 45 degrees).
このように配置されたライトパイプ3を備える本実施形態に係る測光装置1aによれば、入射端面30(図1)に入射する光Rがどのような偏光状態であっても、出射端面31(図1)から出射される光Rについて、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%にすることができる。これにより、測定対象物10が出射した直線偏光の光Rが、どのような偏光状態であっても、回折格子6の回折効率を同じにすることができる。 According to the photometric device 1a according to the present embodiment including the light pipe 3 arranged in this manner, the output end face 31 (the light R incident on the incident end face 30 (FIG. 1) is in any polarization state. With respect to the light R emitted from FIG. 1), the linear polarization component with the polarization direction in the X direction can be 50%, and the linear polarization component with the polarization direction in the Y direction can be 50%. Accordingly, the diffraction efficiency of the diffraction grating 6 can be made the same regardless of the polarization state of the linearly polarized light R emitted from the measurement object 10.
以下、これについて詳しく説明する。図4は、本実施形態において、Z方向(光Rの進行方向)から見たライトパイプ3の断面と、ライトパイプ3の側面32で反射される直線偏光の光Rとの関係を説明する説明図である。直線偏光の光Rを示す矢印の方向が偏光方向を示している。直線偏光の光Rは、P偏光成分RPとS偏光成分RSとで構成される。P偏光成分RPの方向は、法線Nの方向であり、S偏光成分RSの方向は、側面32内において、法線Nと直交する方向である。 This will be described in detail below. FIG. 4 illustrates the relationship between the cross section of the light pipe 3 viewed from the Z direction (the traveling direction of the light R) and the linearly polarized light R reflected by the side surface 32 of the light pipe 3 in the present embodiment. FIG. The direction of the arrow indicating the linearly polarized light R indicates the polarization direction. The linearly polarized light R is composed of a P-polarized component RP and an S-polarized component RS. The direction of the P-polarized component RP is the direction of the normal N, and the direction of the S-polarized component RS is a direction orthogonal to the normal N in the side surface 32.
P偏光、S偏光について簡単に説明する。2つの媒質の境界となる平面で、光が反射、屈折をするとき、入射光、反射光及び屈折光を含む平面を、入射面とする。電場の振動方向が入射面内である偏光が、P偏光であり、電場の振動方向が入射面と垂直である偏光が、S偏光である。 P-polarized light and S-polarized light will be briefly described. When light is reflected and refracted on a plane serving as a boundary between two media, a plane including incident light, reflected light, and refracted light is defined as an incident surface. The polarized light whose electric field vibration direction is in the incident plane is P-polarized light, and the polarized light whose electric field vibration direction is perpendicular to the incident plane is S-polarized light.
図1及び図4を参照して、入射端面30に入射した直線偏光の光Rは、ライトパイプ3の側面32で反射が繰り返されて、出射端面31から出射される。高屈折率の媒質(ここでは、ライトパイプ3)と低屈折率の媒質(ここでは、空気)との境界に、臨界角以上の入射角で高屈折率の媒質側から光Rが入射したとき、光Rが全反射する。 With reference to FIGS. 1 and 4, the linearly polarized light R incident on the incident end face 30 is repeatedly reflected by the side face 32 of the light pipe 3 and is emitted from the emission end face 31. When light R is incident on the boundary between the high refractive index medium (here, the light pipe 3) and the low refractive index medium (here, air) from the high refractive index medium side at an incident angle greater than the critical angle. The light R is totally reflected.
光Rが全反射される際に、光RのP偏光成分RP及びS偏光成分RSのそれぞれに位相変化が発生する。P偏光成分RPの位相変化の値とS偏光成分RSの位相変化の値とは異なり、入射角に応じて、P偏光成分RP及びS偏光成分RSのそれぞれの位相変化の値が異なる。図5を用いて、具体的に説明する。 When the light R is totally reflected, a phase change occurs in each of the P-polarized component RP and the S-polarized component RS of the light R. The value of the phase change of the P-polarized component RP is different from the value of the phase change of the S-polarized component RS, and the value of the phase change of each of the P-polarized component RP and the S-polarized component RS differs depending on the incident angle. This will be specifically described with reference to FIG.
図5は、波長546nmの光が、石英ガラス(屈折率n=1.46)と空気(屈折率n=1)との境界で反射する場合、入射角と反射光の位相変化との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、入射角であり、単位は、度である。グラフの縦軸は、位相であり、単位は、度である。 FIG. 5 shows the relationship between the incident angle and the phase change of reflected light when light having a wavelength of 546 nm is reflected at the boundary between quartz glass (refractive index n = 1.46) and air (refractive index n = 1). It is a graph to show. The horizontal axis of the graph is the incident angle, and the unit is degrees. The vertical axis of the graph is phase, and the unit is degree.
入射角が、約43度を超えると光は全反射する。P偏光成分RPの位相変化の値とS偏光成分RSの位相変化の値とは異なり、入射角に応じて、P偏光成分RP及びS偏光成分RSのそれぞれの位相変化の値が異なることが分かる。本実施形態では、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を利用して、直線偏光の光Rに対して、偏光を解消する。これについて、図6を用いて説明する。 When the incident angle exceeds about 43 degrees, the light is totally reflected. It can be seen that the phase change value of the P polarization component RP is different from the phase change value of the S polarization component RS, and the phase change values of the P polarization component RP and the S polarization component RS differ depending on the incident angle. . In the present embodiment, the polarization of the linearly polarized light R is canceled using the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS. This will be described with reference to FIG.
図6は、ライトパイプ3の側面図である。AXは、ライトパイプ3の光軸を示す。L1は、ライトパイプ3の光軸方向の長さである。L2は、ライトパイプ3の縦断面(正方形)の一辺の長さである。θは、入射端面30に入射する直線偏光の光Rの入射角の最大値である。 FIG. 6 is a side view of the light pipe 3. AX indicates the optical axis of the light pipe 3. L1 is the length of the light pipe 3 in the optical axis direction. L2 is the length of one side of the longitudinal section (square) of the light pipe 3. θ is the maximum value of the incident angle of the linearly polarized light R incident on the incident end face 30.
対物レンズ2(図1)のNAを0.2、ライトパイプ3の屈折率nを1.46、L1を200mm、L2を1mmとする。θは約11.5度となり、ライトパイプ3内部において光Rが光軸AXと形成する角度の最大値は、約7.9度となり、側面32への光Rの入射角は、約82.1度〜90度となる。以上の条件下で、入射端面30に入射した光Rが、どのような状態で出射端面31から出射されるかを図4で説明する。 The NA of the objective lens 2 (FIG. 1) is 0.2, the refractive index n of the light pipe 3 is 1.46, L1 is 200 mm, and L2 is 1 mm. θ is about 11.5 degrees, the maximum angle formed by the light R with the optical axis AX within the light pipe 3 is about 7.9 degrees, and the incident angle of the light R on the side surface 32 is about 82. 1 to 90 degrees. The state in which the light R incident on the incident end face 30 is emitted from the emission end face 31 under the above conditions will be described with reference to FIG.
図4において、偏光方向がY方向の直線偏光の光Rについて考える。この場合、側面32で反射された直線偏光の光Rについて、P偏光成分RPは50%、S偏光成分RSは50%となる。 In FIG. 4, consider linearly polarized light R whose polarization direction is the Y direction. In this case, for the linearly polarized light R reflected by the side surface 32, the P-polarized component RP is 50% and the S-polarized component RS is 50%.
ここで重要なことは、偏光方向がY方向の直線偏光の光Rが、側面32のどの箇所で反射されたとしても、常に、P偏光成分RPが50%、S偏光成分RSが50%となることである。 What is important here is that the linearly polarized light R whose polarization direction is the Y direction is always reflected by 50% of the P-polarized component RP and 50% of the S-polarized component RS, regardless of where the side surface 32 is reflected. It is to become.
側面32への光Rの入射角が82.1度のとき、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差は、図5に示すように、約11.4度となる。この場合、入射端面30に入射した直線偏光の光Rは、側面32で27回反射を繰り返して、出射端面31から出射される。出射された光Rについて、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差は、約309度(=約11.4度×27回)となる。位相差が90度のとき、円偏光となり、位相差が180度のとき、偏光方向が90度変わる。 When the incident angle of the light R on the side surface 32 is 82.1 degrees, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS is about 11.4 degrees as shown in FIG. In this case, the linearly polarized light R incident on the incident end face 30 is reflected from the side face 32 27 times and emitted from the emission end face 31. For the emitted light R, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS is about 309 degrees (= about 11.4 degrees × 27 times). When the phase difference is 90 degrees, it becomes circularly polarized light, and when the phase difference is 180 degrees, the polarization direction changes by 90 degrees.
側面32への光Rの入射角が90度のとき、光Rの方向は光軸AXの方向なので、光Rは、側面32で反射されることなく、光Rが入射端面30に入射したきの偏光方向を維持した状態で、光Rが出射端面31から出射される。 When the incident angle of the light R on the side surface 32 is 90 degrees, the direction of the light R is the direction of the optical axis AX, so that the light R is not reflected by the side surface 32 and is incident on the incident end surface 30. The light R is emitted from the emission end face 31 while maintaining the polarization direction.
このように、側面32への光Rの入射角(=約82.1度〜90度)に応じて、位相差が約309度〜0度まで連続的に変化する。この結果、様々な偏光状態が混在した光Rが出射端面31から出射される。この場合、出射端面31から出射した光Rの全体において、偏光方向がY方向の直線偏光成分が約56%、偏光方向がX方向の直線偏光成分が約44%となる。これらの偏光成分の割合の差が小さいので、偏光が解消されていると言える。 As described above, the phase difference continuously changes from about 309 degrees to 0 degrees in accordance with the incident angle (= about 82.1 degrees to 90 degrees) of the light R to the side surface 32. As a result, the light R in which various polarization states are mixed is emitted from the emission end face 31. In this case, in the entire light R emitted from the emission end face 31, the linearly polarized light component whose polarization direction is the Y direction is about 56%, and the linearly polarized light component whose polarization direction is the X direction is about 44%. Since the difference in the ratio of these polarization components is small, it can be said that the polarization is eliminated.
これらの偏光成分の割合に差がないのが理想である(すなわち、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%にする)。ライトパイプ3内部において光Rが反射する方向と光軸AXとで形成される角度の最大値を大きくしたり(言い換えれば、対物レンズ2のNAを大きくしたり)、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1を大きくしたり、ライトパイプ3の縦断面(正方形)の一辺の長さL2を小さくしたりすれば、偏光方向がY方向の直線偏光成分と、偏光方向がX方向の直線偏光成分との割合の差をなくすことができる。 Ideally, there is no difference in the proportion of these polarization components (that is, the linear polarization component whose polarization direction is the Y direction is 50%, and the linear polarization component whose polarization direction is the X direction is 50%). The maximum angle formed by the direction in which the light R is reflected in the light pipe 3 and the optical axis AX is increased (in other words, the NA of the objective lens 2 is increased), or the optical axis direction of the light pipe 3 If the length L1 of the light pipe 3 is increased or the length L2 of one side of the longitudinal section (square) of the light pipe 3 is decreased, the linearly polarized light component whose polarization direction is the Y direction and the linearly polarized light whose polarization direction is the X direction It is possible to eliminate the difference in ratio with the components.
図4を参照して、直線偏光の光Rの偏光方向と法線Nの方向とで形成される角度θ2が45度のとき、偏光解消効果が最も大きくなる。角度θ2が45度から小さくなるに従って、偏光解消効果が徐々に小さくなる。そして、角度θ2が0度のとき、すなわち、直線偏光の光Rの偏光方向と法線Nの方向とが平行であるとき、偏光解消効果がなくなり、直線偏光の光Rは、偏光が維持されて、出射端面31から出射される。 Referring to FIG. 4, when the angle θ2 formed by the polarization direction of linearly polarized light R and the direction of normal N is 45 degrees, the depolarization effect becomes the largest. As the angle θ2 decreases from 45 degrees, the depolarization effect gradually decreases. When the angle θ2 is 0 degree, that is, when the polarization direction of the linearly polarized light R and the direction of the normal line N are parallel, the depolarization effect is lost, and the linearly polarized light R is maintained in polarization. Then, the light is emitted from the emission end face 31.
角度θ2が0度のとき、直線偏光の光Rは、偏光方向がY方向の直線偏光成分が50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分が50%となるので、両者の差がない。従って、偏光解消効果がなくても、出射端面31から出射される光Rの全体において、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%にすることができる。 When the angle θ2 is 0 degree, the linearly polarized light R has no difference between the linearly polarized light component whose polarization direction is Y direction is 50% and the linearly polarized light component whose polarization direction is X direction is 50%. Accordingly, even if there is no depolarization effect, in the entire light R emitted from the emission end face 31, the linear polarization component with the polarization direction in the Y direction is 50% and the linear polarization component with the polarization direction in the X direction is 50%. be able to.
角度θ2が45度より小さく、0度より大きいとき、角度θ2が小さくなるに従って、偏光方向がY方向の直線偏光成分の割合が100%から徐々に減少して50%に近づき、偏光方向がX方向の直線偏光成分の割合が0%から徐々に増加して50%に近づく。従って、角度θ2が45度から0度に近づくに従って偏光解消効果が徐々に小さくなっても、出射端面31から出射される光Rの全体において、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%にすることができる。 When the angle θ2 is smaller than 45 degrees and larger than 0 degrees, as the angle θ2 becomes smaller, the proportion of the linearly polarized light component in the Y direction gradually decreases from 100% and approaches 50%, and the polarization direction becomes X The ratio of the linearly polarized light component in the direction gradually increases from 0% and approaches 50%. Therefore, even if the depolarization effect gradually decreases as the angle θ2 approaches 45 degrees from 0 degrees, the linear polarization component whose polarization direction is the Y direction is 50% in the entire light R emitted from the emission end face 31, The linearly polarized light component whose polarization direction is the X direction can be 50%.
以上説明したように、本実施形態に係る測光装置1aは、入射端面30に入射する直線偏光の光Rが、どのような偏光状態であっても、出射端面31から出射される光Rについて、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%にすることができる。ポリクロメータ4は、偏光方向がX方向、又は、Y方向の直線偏光が入射した場合に、受光部(リニアアレイセンサ7)へ送られる光量が最大となる。従って、本実施形態では、測定対象物10が出射した光Rがどのような偏光状態であっても、受光部(リニアアレイセンサ7)へ送られる光量を同じにすることができる。よって、本実施形態によれば、測定対象物10が出射した直線偏光の光Rの偏光状態に応じて、測定値にばらつきが生じることを防止でき(すなわち、いろいろな方向の直線偏光に限らず、円偏光、楕円偏光に対しても、また、完全偏光だけでなく、部分偏光に対しても、測定値にばらつきが生じることを防止でき)、その結果、光Rの偏光状態の影響を受けずに安定した測定が可能となる。 As described above, the photometric device 1a according to the present embodiment uses the light R emitted from the emission end face 31 regardless of the polarization state of the linearly polarized light R incident on the incidence end face 30. The linear polarization component whose polarization direction is the Y direction can be 50%, and the linear polarization component whose polarization direction is the X direction can be 50%. In the polychromator 4, the amount of light transmitted to the light receiving unit (linear array sensor 7) becomes maximum when linearly polarized light whose polarization direction is the X direction or the Y direction is incident. Therefore, in this embodiment, the amount of light transmitted to the light receiving unit (linear array sensor 7) can be made the same regardless of the polarization state of the light R emitted from the measurement object 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the measurement value from varying depending on the polarization state of the linearly polarized light R emitted from the measurement object 10 (that is, not limited to linearly polarized light in various directions). Therefore, it is possible to prevent variations in measured values not only for circularly polarized light and elliptically polarized light, but also for partially polarized light as well as partially polarized light), and as a result, affected by the polarization state of the light R. Stable measurement is possible.
また、本実施形態において、直線形状を有するライトパイプ3を用いるので、曲がっているファイバを用いる場合と比べて、シミュレーションによって偏光解消効果を予測することが容易である。 Further, in the present embodiment, since the light pipe 3 having a linear shape is used, it is easier to predict the depolarization effect by simulation compared to the case of using a bent fiber.
光Rの進行方向から見て正方形の断面を有するライトパイプ3で説明したが、光Rの進行方向から見て長方形の断面を有するライトパイプ3についても同様である。すなわち、光Rの進行方向から見て長方形の断面を有するライトパイプ3の場合でも、入射端面30に入射する光Rが、どのような偏光状態であっても、出射端面31から出射される光Rについて、偏光方向がY方向の直線偏光成分を50%、偏光方向がX方向の直線偏光成分を50%にすることができる。 Although the light pipe 3 having a square cross section when viewed from the traveling direction of the light R has been described, the same applies to the light pipe 3 having a rectangular cross section when viewed from the traveling direction of the light R. That is, even in the case of the light pipe 3 having a rectangular cross section when viewed from the traveling direction of the light R, the light R that is incident on the incident end face 30 is emitted from the exit end face 31 regardless of the polarization state. For R, the linear polarization component with the polarization direction in the Y direction can be 50%, and the linear polarization component with the polarization direction in the X direction can be 50%.
本実施形態と比較するために、図7に示すように、光Rの進行方向(Z方向)から見て円形の断面を有するライトパイプ3aのとき、偏光解消効果が小さいことを説明する。図7は、比較例において、直線偏光の光Rと、光Rの進行方向から見たライトパイプ3aの断面との関係を説明する説明図である。直線偏光の光Rの偏光方向は、Y方向である。 For comparison with the present embodiment, it will be described that the depolarization effect is small when the light pipe 3a has a circular cross section when viewed from the traveling direction (Z direction) of the light R as shown in FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between linearly polarized light R and the cross section of the light pipe 3a viewed from the traveling direction of the light R in the comparative example. The polarization direction of the linearly polarized light R is the Y direction.
ライトパイプ3aの側面32aにおいて、P1点は、直線偏光の光Rの偏光方向と法線Nの方向とで形成される角度が、45度である。P1点で反射された直線偏光の光Rについて、本実施形態と同様に、P偏光成分RPが50%、S偏光成分RSが50%となる。よって、P1点で反射された直線偏光の光Rは、本実施形態と同様に、偏光が解消された状態でライトパイプ3aから出射される。 On the side surface 32a of the light pipe 3a, the angle formed by the polarization direction of the linearly polarized light R and the direction of the normal line N is 45 degrees. For the linearly polarized light R reflected at the point P1, the P-polarized component RP is 50% and the S-polarized component RS is 50% as in the present embodiment. Therefore, the linearly polarized light R reflected at the point P1 is emitted from the light pipe 3a in a state where the polarization is eliminated, as in the present embodiment.
ライトパイプ3aの側面32aにおいて、P2点は、直線偏光の光Rの偏光方向と法線Nの方向とで形成される角度が、0度である。P2点で反射された直線偏光の光Rについて、P偏光成分RPが100%、S偏光成分RSが0%となる。よって、P2点で反射した直線偏光の光Rは、偏光を維持した状態でライトパイプ3aから出射される。 In the side surface 32a of the light pipe 3a, an angle formed between the polarization direction of the linearly polarized light R and the direction of the normal line N is 0 degree at the point P2. For the linearly polarized light R reflected at the point P2, the P-polarized component RP is 100% and the S-polarized component RS is 0%. Therefore, the linearly polarized light R reflected at the point P2 is emitted from the light pipe 3a while maintaining the polarization.
ライトパイプ3aの側面32aにおいて、P3点は、直線偏光の光Rの偏光方向と法線Nの方向とで形成される角度が、90度である。P3点で反射された直線偏光の光Rについて、P偏光成分RPが0%、S偏光成分RSが100%となる。よって、P3点で反射した直線偏光の光Rは、偏光を維持した状態でライトパイプ3aから出射される。 On the side surface 32a of the light pipe 3a, an angle formed between the polarization direction of the linearly polarized light R and the direction of the normal line N is 90 degrees. For the linearly polarized light R reflected at the point P3, the P-polarized component RP is 0% and the S-polarized component RS is 100%. Therefore, the linearly polarized light R reflected at the point P3 is emitted from the light pipe 3a while maintaining the polarization.
このように、比較例では、偏光方向がY方向の直線偏光の光Rについて、光Rが反射される側面32aの箇所(例えば、P2点やP3点)によっては、偏光が解消されず、光Rは、偏光を維持した状態で、ライトパイプ3aから出射される。従って、比較例は、本実施形態と比較して偏光解消効果が小さい。光Rの進行方向から見て、六角形、八角形又は菱形の断面を有するライトパイプについても、同様の理由で本実施形態と比較して偏光解消効果が小さい。 As described above, in the comparative example, with respect to linearly polarized light R whose polarization direction is the Y direction, the polarization is not eliminated depending on the location of the side surface 32a where the light R is reflected (for example, point P2 or point P3). R is emitted from the light pipe 3a while maintaining polarization. Therefore, the comparative example has a smaller depolarization effect than the present embodiment. When viewed from the traveling direction of the light R, the light pipe having a hexagonal, octagonal, or rhombic cross section also has a smaller depolarization effect than the present embodiment for the same reason.
図6を参照して、本実施形態において、ライトパイプ3は、直線形状を有しており、下記式(1)を満たす。
With reference to FIG. 6, in this embodiment, the light pipe 3 has a linear shape and satisfies the following formula (1).
θpは、arcsin(sinθ/np)を示す。npは、ライトパイプ3の屈折率を示す。既に説明したように、L1は、ライトパイプ3の光軸方向の長さを示し、L2は、光Rの進行方向から見たライトパイプ3の断面(正方形)の一辺の長さを示し(なお、光Rの進行方向から見たライトパイプ3の断面が長方形のとき、長辺の長さを示す)、θは、入射端面30に入射する光Rの入射角の最大値を示す。 θp represents arcsin (sin θ / np). np represents the refractive index of the light pipe 3. As already described, L1 indicates the length of the light pipe 3 in the optical axis direction, and L2 indicates the length of one side of the cross section (square) of the light pipe 3 viewed from the traveling direction of the light R (note that When the cross section of the light pipe 3 viewed from the traveling direction of the light R is rectangular, it indicates the length of the long side), and θ indicates the maximum value of the incident angle of the light R incident on the incident end face 30.
上述したように、ライトパイプ3の側面32で、光Rが反射される回数が多くなれば、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差が大きくなり、偏光解消効果が大きくなる。式(1)の左辺は、入射端面30に入射する光Rの入射角が最大のとき、光Rが、ライトパイプ3の側面32で反射されるおおよその回数を示す。式(1)を満たせば、入射端面30への入射角が最大となる光Rに対して、最低、2回反射させることができる。 As described above, if the number of times the light R is reflected on the side surface 32 of the light pipe 3 increases, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS increases, and the depolarization effect increases. The left side of Expression (1) indicates the approximate number of times the light R is reflected by the side surface 32 of the light pipe 3 when the incident angle of the light R incident on the incident end face 30 is the maximum. If the formula (1) is satisfied, the light R having the maximum incident angle to the incident end face 30 can be reflected at least twice.
また、ライトパイプ3(導光部材)は、透明な材料からなり、四角柱又は四角錐台の形状を有しており、np×cosθp≧1を満たす。これにより、ライトパイプ3の側面32での反射が、全反射となる。 The light pipe 3 (light guide member) is made of a transparent material, has a quadrangular prism shape or a truncated pyramid shape, and satisfies np × cos θp ≧ 1. Thereby, the reflection at the side surface 32 of the light pipe 3 becomes total reflection.
本実施形態の第1変形例及び第2変形例を説明する。図8は、第1変形例に係る測光装置1bの構成を示す模式図である。測光装置1bが図1に示す測光装置1aと相違する点は、ポリクロメータ4の替わりに、分光装置8を備えることである。 A first modification and a second modification of this embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the photometric device 1b according to the first modification. The photometric device 1 b is different from the photometric device 1 a shown in FIG. 1 in that a spectroscopic device 8 is provided instead of the polychromator 4.
分光装置8は、コリメータレンズ81、三角プリズム82及びリニアアレイセンサ7を備える。分光装置8の入射開口80は、ライトパイプ3の出射端面31と対向しており、出射端面31から出射され光Rは、入射開口80を通って、コリメータレンズ81に入射し、コリメータレンズ81で平行光にされる。平行光にされた光Rは、三角プリズム82へ向かう。 The spectroscopic device 8 includes a collimator lens 81, a triangular prism 82, and a linear array sensor 7. The incident aperture 80 of the spectroscopic device 8 faces the exit end face 31 of the light pipe 3, and the light R emitted from the exit end face 31 enters the collimator lens 81 through the entrance opening 80, and is collimated by the collimator lens 81. It becomes parallel light. The collimated light R travels to the triangular prism 82.
三角プリズム82は、入射面84と出射面85とを含む。平行光にされた光Rは、入射面84に入射して、三角プリズムで分光されて、出射面85から出射される。三角プリズム82は、ライトパイプ3で導光されてきた光Rに所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部の具体例である。 The triangular prism 82 includes an entrance surface 84 and an exit surface 85. The collimated light R enters the incident surface 84, is split by the triangular prism, and exits from the exit surface 85. The triangular prism 82 is a specific example of a processing unit having polarization dependency that performs a predetermined process on the light R guided by the light pipe 3.
出射面85から出射された光Rは、結像光学系83に入射し、結像光学系83によってリニアアレイセンサ7の受光面70上に光源像の波長分散像として結像される。リニアアレイセンサ7については、既に説明したので、リニアアレイセンサ7の説明は省略する。 The light R emitted from the emission surface 85 enters the imaging optical system 83 and is imaged as a wavelength dispersion image of the light source image on the light receiving surface 70 of the linear array sensor 7 by the imaging optical system 83. Since the linear array sensor 7 has already been described, the description of the linear array sensor 7 is omitted.
図9は、第1変形例において、光Rの進行方向(Z方向)から見た、ライトパイプ3の断面と三角プリズム82の入射面84とを並べて示す模式図である。図8及び図9を参照して、入射面84は、光Rの進行方向に対して直交する2つの第1の辺86と、光Rの進行方向に対して傾斜する2つの第2の辺87とを含む。図示はしないが、反射面85も同様に、光Rの進行方向に対して直交する2つの第1の辺と、光Rの進行方向に対して傾斜する2つの第2の辺とを含む。 FIG. 9 is a schematic diagram showing the cross section of the light pipe 3 and the incident surface 84 of the triangular prism 82 side by side as viewed from the traveling direction (Z direction) of the light R in the first modification. 8 and 9, the incident surface 84 includes two first sides 86 that are orthogonal to the traveling direction of the light R, and two second sides that are inclined with respect to the traveling direction of the light R. 87. Although not shown, the reflection surface 85 similarly includes two first sides orthogonal to the traveling direction of the light R and two second sides inclined with respect to the traveling direction of the light R.
第1の辺86の方向をX方向に設定する。法線Nの方向と第1の辺86とで形成される角度(つまり、法線Nの方向とX方向とで形成される角度θ1)が45度になるように、ライトパイプ3が配置されている。 The direction of the first side 86 is set to the X direction. The light pipe 3 is arranged so that the angle formed by the direction of the normal N and the first side 86 (that is, the angle θ1 formed by the direction of the normal N and the X direction) is 45 degrees. ing.
三角プリズム82の界面(すなわち、入射面84、出射面85)の透過率は、P偏光とS偏光とで異なるので、三角プリズム82は、偏光依存性を有する。P偏光の偏光方向(ここではYZ面内)又はS偏光の偏光方向(ここではX方向)のいずれかの偏光方向の直線偏光が、三角プリズム82の界面の透過率が最大となる(すなわち、リニアアレイセンサ7へ送られる光量が最大となる)。従って、分光装置8は、入射する直線偏光の偏光方向がX方向、又は、Y方向の場合に、リニアアレイセンサ7へ送られる光量が最大となる。よって、図1に示す測光装置1aと同様の理由で、偏光依存性を低減できる。 Since the transmittance of the interface of the triangular prism 82 (that is, the incident surface 84 and the output surface 85) differs between P-polarized light and S-polarized light, the triangular prism 82 has polarization dependency. The linear polarization of the polarization direction of either the polarization direction of P-polarized light (here in the YZ plane) or the polarization direction of S-polarized light (here, the X direction) maximizes the transmittance at the interface of the triangular prism 82 (that is, The amount of light sent to the linear array sensor 7 is maximized). Therefore, the spectroscopic device 8 maximizes the amount of light transmitted to the linear array sensor 7 when the polarization direction of the incident linearly polarized light is the X direction or the Y direction. Therefore, the polarization dependence can be reduced for the same reason as the photometric device 1a shown in FIG.
以上より、第1変形例に係る測光装置1bよれば、測定対象物10が出射した光Rがどのような偏光状態であっても、三角プリズム82の界面の透過率を同じにすることができる。よって、第1変形例に係る測光装置1bによれば、測光装置1aと同様に、測定対象物10が出射した光Rの偏光状態に応じて、測定値にばらつきが生じることを防止できる。 As described above, according to the photometric device 1b according to the first modification, the transmittance at the interface of the triangular prism 82 can be made the same regardless of the polarization state of the light R emitted from the measurement object 10. . Therefore, according to the photometric device 1b according to the first modification, it is possible to prevent the measurement values from varying depending on the polarization state of the light R emitted from the measurement object 10, as with the photometric device 1a.
図10は、第2変形例に係る測光装置1cの構成を示す模式図である。測光装置1cが図1に示す測光装置1aと相違する点は、ポリクロメータ4の替わりに、分光装置9を備えることである。測光装置1cは、例えば、XYZ3刺激値型測色装置である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a photometric device 1c according to the second modification. The photometric device 1 c is different from the photometric device 1 a shown in FIG. 1 in that a spectroscopic device 9 is provided instead of the polychromator 4. The photometric device 1c is, for example, an XYZ tristimulus color measuring device.
分光装置9は、コリメータレンズ91、ダイクロイックプリズム92及び光学センサ93,94,95を備える。分光装置9の入射開口90は、ライトパイプ3の出射端面31と対向しており、出射端面31から出射され光Rは、入射開口90を通って、コリメータレンズ91に入射し、コリメータレンズ91で平行光にされる。平行光にされた光Rは、ダイクロイックプリズム92へ向かう。 The spectroscopic device 9 includes a collimator lens 91, a dichroic prism 92, and optical sensors 93, 94, 95. The incident opening 90 of the spectroscopic device 9 faces the emission end face 31 of the light pipe 3, and the light R emitted from the emission end face 31 enters the collimator lens 91 through the incident opening 90, and is collimated by the collimator lens 91. It becomes parallel light. The collimated light R travels to the dichroic prism 92.
ダイクロイックプリズム92は、反射透過面96,97を含む。反射透過面96,97は、干渉膜をそれぞれ含み、平行光にされた光Rの所定の波長成分を反射し、所定の波長成分以外の波長成分を透過する。これにより、光Rは、第1の波長成分、第2の波長成分及び第3の波長成分に分光されて、ダイクロイックプリズム92から出射される。ダイクロイックプリズム92は、ライトパイプ3で導光されてきた光Rに所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部の具体例である。 The dichroic prism 92 includes reflection / transmission surfaces 96 and 97. The reflection / transmission surfaces 96 and 97 each include an interference film, reflect a predetermined wavelength component of the light R converted into parallel light, and transmit a wavelength component other than the predetermined wavelength component. As a result, the light R is split into the first wavelength component, the second wavelength component, and the third wavelength component, and is emitted from the dichroic prism 92. The dichroic prism 92 is a specific example of a processing unit having polarization dependency that performs a predetermined process on the light R guided by the light pipe 3.
ダイクロイックプリズム92から出射された第1の波長成分は、光学センサ93で受光される。ダイクロイックプリズム92から出射された第2の波長成分は、光学センサ94で受光される。ダイクロイックプリズム92から出射された第3の波長成分は、光学センサ95で受光される。光学センサ93,94,95は、例えば、シリコンホトダイオード(SPD)等である。 The first wavelength component emitted from the dichroic prism 92 is received by the optical sensor 93. The second wavelength component emitted from the dichroic prism 92 is received by the optical sensor 94. The third wavelength component emitted from the dichroic prism 92 is received by the optical sensor 95. The optical sensors 93, 94, and 95 are, for example, silicon photodiodes (SPD).
図11は、第2変形例において、光Rの進行方向(Z方向)から見た、ライトパイプ3の断面とダイクロイックプリズム92の反射透過面96とを並べて示す模式図である。図10及び図11を参照して、反射透過面96は、図8及び図9に示す第1変形例の入射面84及び出射面85と同様に、光Rの進行方向に対して直交する2つの第1の辺98と、光Rの進行方向に対して傾斜する2つの第2の辺99とを含む。図示はしないが、反射透過面97も同様に、光Rの進行方向に対して直交する2つの第1の辺と、光Rの進行方向に対して傾斜する2つの第2の辺とを含む。 FIG. 11 is a schematic diagram showing the cross section of the light pipe 3 and the reflection / transmission surface 96 of the dichroic prism 92 as seen from the traveling direction of the light R (Z direction) in the second modification. Referring to FIGS. 10 and 11, the reflection / transmission surface 96 is orthogonal to the traveling direction of the light R, similarly to the incident surface 84 and the emission surface 85 of the first modification shown in FIGS. 8 and 9. It includes two first sides 98 and two second sides 99 that are inclined with respect to the traveling direction of the light R. Although not shown, the reflection / transmission surface 97 similarly includes two first sides orthogonal to the traveling direction of the light R and two second sides inclined with respect to the traveling direction of the light R. .
第1変形例と同様に、第1の辺98の方向をX方向に設定する。法線Nの方向と第1の辺98とで形成される角度(つまり、法線Nの方向とX方向とで形成される角度θ1)が45度になるように、ライトパイプ3が配置されている。 As in the first modification, the direction of the first side 98 is set to the X direction. The light pipe 3 is arranged so that the angle formed by the direction of the normal N and the first side 98 (that is, the angle θ1 formed by the direction of the normal N and the X direction) is 45 degrees. ing.
ダイクロイックプリズム92の反射透過面96,97の透過率及び反射率は、P偏光とS偏光とで異なるので、ダイクロイックプリズム92は、偏光依存性を有する。P偏光の偏光方向(ここではYZ面内)又はS偏光の偏光方向(ここではX方向)のいずれかの偏光方向の直線偏光が、ダイクロイックプリズム92の反射透過面96,97の反射率、又は、透過率が最大となる(すなわち、光学センサ93,94,95へ送られる光量が最大となる)。従って、分光装置9は、入射する直線偏光の偏光方向がX方向、又は、Y方向の場合に、光学センサ93、94、95へ送られる光量が最大となる。よって、図1に示す測光装置1aと同様の理由で、偏光依存性を低減できる。 Since the transmittance and reflectance of the reflection / transmission surfaces 96 and 97 of the dichroic prism 92 are different between the P-polarized light and the S-polarized light, the dichroic prism 92 has polarization dependency. The linearly polarized light in the polarization direction of either the polarization direction of P-polarized light (here in the YZ plane) or the polarization direction of S-polarized light (here, X direction) is reflected by the reflection / transmission surfaces 96, 97 of the dichroic prism 92, or The transmittance is maximized (that is, the amount of light transmitted to the optical sensors 93, 94, 95 is maximized). Therefore, the spectroscopic device 9 maximizes the amount of light transmitted to the optical sensors 93, 94, and 95 when the polarization direction of the incident linearly polarized light is the X direction or the Y direction. Therefore, the polarization dependence can be reduced for the same reason as the photometric device 1a shown in FIG.
以上より、第2変形例に係る測光装置1cよれば、測定対象物10が出射した光Rがどのような偏光状態であっても、ダイクロイックプリズム92の反射透過面96,97の透過率を同じにすることができる。よって、第2変形例に係る測光装置1cによれば、測光装置1aと同様に、測定対象物10が出射した光Rの偏光状態に応じて、測定値にばらつきが生じることを防止できる。 As described above, according to the photometric device 1c according to the second modification, the transmittances of the reflection / transmission surfaces 96 and 97 of the dichroic prism 92 are the same regardless of the polarization state of the light R emitted from the measurement object 10. Can be. Therefore, according to the photometric device 1c according to the second modification, similarly to the photometric device 1a, it is possible to prevent the measurement values from varying depending on the polarization state of the light R emitted from the measurement object 10.
本実施形態に係る測光装置1a、第1変形例に係る測光装置1b及び第2変形例に係る測光装置1cに、追加できる追加構成1〜7について説明する。 Additional configurations 1 to 7 that can be added to the photometric device 1a according to the present embodiment, the photometric device 1b according to the first modification, and the photometric device 1c according to the second modification will be described.
追加構成1は、ライトパイプ3の替わりに、図12に示すように、極細の複数のライトパイプ3を束ねて構成されるライトパイプ束300を用いる。図12は、ライトパイプ束300を説明する説明図である。ライトパイプ束300は、複数のライトパイプ3を束ねて、これらを樹脂等で固めた構造を有する。ライトパイプ束300の一方の端面は、光Rが入射する入射端面301であり、他方の端面は、光Rを出射する出射端面302である。 As shown in FIG. 12, the additional configuration 1 uses a light pipe bundle 300 formed by bundling a plurality of ultrafine light pipes 3 instead of the light pipe 3. FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the light pipe bundle 300. The light pipe bundle 300 has a structure in which a plurality of light pipes 3 are bundled and these are hardened with resin or the like. One end face of the light pipe bundle 300 is an incident end face 301 on which the light R is incident, and the other end face is an outgoing end face 302 that emits the light R.
入射端面301は、円形の形状を有しており、出射端面302は、長方形の形状を有している。ライトパイプ束300を、入射端面301から出射端面302に向けて、徐々にねじることにより、このような形状を実現している。出射端面302の形状が長方形なので、出射端面302の形状はスリット状である。これにより、例えば、図1に示すポリクロメータ4の波長分解能を向上させることができる。 The incident end face 301 has a circular shape, and the outgoing end face 302 has a rectangular shape. Such a shape is realized by gradually twisting the light pipe bundle 300 from the incident end face 301 toward the outgoing end face 302. Since the shape of the emission end surface 302 is rectangular, the shape of the emission end surface 302 is a slit shape. Thereby, for example, the wavelength resolution of the polychromator 4 shown in FIG. 1 can be improved.
ライトパイプ束300を構成する複数のライトパイプ3のそれぞれについて、X方向、又は、Y方向と法線N(図2)の方向とで形成される角度が、45度になるように、ライトパイプ束300が配置されている。 For each of the plurality of light pipes 3 constituting the light pipe bundle 300, the light pipe is set so that an angle formed between the X direction or the Y direction and the direction of the normal N (FIG. 2) is 45 degrees. A bundle 300 is arranged.
ライトパイプ束300は、複数のライトパイプ3で構成されるため、各ライトパイプ3の断面(正方形)の一辺の長さL2を小さくできる。よって、ライトパイプ3の側面32での反射回数が増え、より偏光解消効果を高める事ができる。 Since the light pipe bundle 300 includes a plurality of light pipes 3, the length L2 of one side of the cross section (square) of each light pipe 3 can be reduced. Therefore, the number of reflections on the side surface 32 of the light pipe 3 increases, and the depolarization effect can be further enhanced.
追加構成2は、拡散板又は複屈折性結晶をライトパイプ3と併用する。これを図1で説明する。拡散板又は複屈折性結晶を、出射端面31と入射開口40との間の光路に配置する。追加構成2によれば、偏光解消効果をさらに大きくできる。 The additional configuration 2 uses a diffusion plate or a birefringent crystal together with the light pipe 3. This will be described with reference to FIG. A diffusing plate or a birefringent crystal is disposed in the optical path between the exit end face 31 and the entrance aperture 40. According to the additional configuration 2, the depolarization effect can be further increased.
追加構成3は、ライトパイプ3の入射端面30(図1、図8、図10)に入射する光Rの全てをライトパイプ3の側面32で全反射させる。これは、対物レンズ2の開口絞りについて、開口直径を適切に設定することにより実現できる。追加構成3によれば、ライトパイプ3での光量損失を小さくできる。 In the additional configuration 3, all of the light R incident on the incident end face 30 (FIGS. 1, 8, and 10) of the light pipe 3 is totally reflected by the side surface 32 of the light pipe 3. This can be realized by appropriately setting the aperture diameter for the aperture stop of the objective lens 2. According to the additional configuration 3, the light amount loss in the light pipe 3 can be reduced.
追加構成4は、リレーレンズ及び視野絞りを備える。これを図1で説明する。対物レンズ2とライトパイプ3の入射端面30との間の光路に、リレーレンズを配置する。リレーレンズは、対物レンズ2を通過した光Rを集光する。対物レンズ2とリレーレンズとの間に、対物レンズ2により形成される像面が形成されるようにする。切り替え可能な複数の視野絞り(視野絞りのそれぞれは、互いに開口の大きさが異なる)を、その像面が形成される位置に配置する。追加構成4によれば、測定対象物10の測定範囲を切り替えることができる。 The additional configuration 4 includes a relay lens and a field stop. This will be described with reference to FIG. A relay lens is disposed in the optical path between the objective lens 2 and the incident end face 30 of the light pipe 3. The relay lens condenses the light R that has passed through the objective lens 2. An image plane formed by the objective lens 2 is formed between the objective lens 2 and the relay lens. A plurality of switchable field stops (each of the field stops having a different aperture size) is disposed at a position where the image plane is formed. According to the additional configuration 4, the measurement range of the measurement object 10 can be switched.
追加構成5は、ライトパイプ3の出射端面31(図1、図8)側に、出射端面31の一部を遮蔽する矩形開口部を配置する。この矩形開口部をスリットにする。追加構成5によれば、ポリクロメータ4(図1)、分光装置8(図8)の波長分解能を向上させることができる。 In the additional configuration 5, a rectangular opening that shields a part of the emission end face 31 is disposed on the emission end face 31 (FIGS. 1 and 8) side of the light pipe 3. This rectangular opening is used as a slit. According to the additional configuration 5, the wavelength resolution of the polychromator 4 (FIG. 1) and the spectroscopic device 8 (FIG. 8) can be improved.
追加構成6は、図1に示すライトパイプ3の出射端面31と入射開口40との間、図8に示すライトパイプ3の出射端面31と入射開口80との間に、シリンダレンズを配置する。シリンダレンズにより、出射端面31の像のサイズを調整する。追加構成6によれば、ポリクロメータ4(図1)、分光装置8(図8)の波長分解能を向上させることができる。 In the additional configuration 6, a cylinder lens is disposed between the exit end face 31 and the entrance opening 40 of the light pipe 3 shown in FIG. 1 and between the exit end face 31 and the entrance opening 80 of the light pipe 3 shown in FIG. The size of the image of the emission end face 31 is adjusted by the cylinder lens. According to the additional configuration 6, the wavelength resolution of the polychromator 4 (FIG. 1) and the spectroscopic device 8 (FIG. 8) can be improved.
追加構成7について、図1に示す測光装置1aを用いて説明する。追加構成7は、ライトパイプ3の四つの側面32の全面に、図13に示すように、コート膜33を形成する。コート膜33は、一般的な光学用薄膜と同様に、真空蒸着やスパッタリング等により形成することができる。コート膜33は、ライトパイプ3の側面32での反射の際に発生するP偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくする機能を有する。上述したように、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくできれば、偏光解消効果が大きくなる。追加構成7によれば、コート膜33により、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくできる。従って、測光装置1aに、追加構成7を加えれば、偏光解消効果をさらに大きくできる。測光装置1b(図8)及び測光装置1c(図10)についても同様である。 The additional configuration 7 will be described using the photometric device 1a shown in FIG. In the additional configuration 7, a coat film 33 is formed on the entire surface of the four side surfaces 32 of the light pipe 3, as shown in FIG. The coating film 33 can be formed by vacuum vapor deposition, sputtering, or the like, as in a general optical thin film. The coat film 33 has a function of increasing the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS that are generated at the time of reflection on the side surface 32 of the light pipe 3. As described above, if the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS can be increased, the depolarization effect is increased. According to the additional configuration 7, the coat film 33 can increase the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS. Therefore, if the additional configuration 7 is added to the photometric device 1a, the depolarization effect can be further increased. The same applies to the photometric device 1b (FIG. 8) and the photometric device 1c (FIG. 10).
ライトパイプ3の光軸方向の長さL1を大きくすれば、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくできるが、測光装置1aが大型化する。追加構成7によれば、コート膜33により、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくできるので、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1が小さくても(すなわち、測光装置1aを小型化しても)、偏光解消効果を得ることができる。測光装置1b(図8)及び測光装置1c(図10)についても同様である。 If the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is increased, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS can be increased, but the photometric device 1a is increased in size. According to the additional configuration 7, since the coat film 33 can increase the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS, even if the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is small (that is, the photometric device). Even if the size of 1a is reduced, a depolarization effect can be obtained. The same applies to the photometric device 1b (FIG. 8) and the photometric device 1c (FIG. 10).
以下、単層のコート膜33を備えるサンプル、三層のコート膜33を備えるサンプル、及び、コート膜33を備えないサンプルを比較して、偏光解消効果について説明する。図14は、単層のコート膜33を備えるサンプルの条件を示す表である。基板がライトパイプ3に対応する。コート膜33の材料は、ZrO2である。 Hereinafter, the depolarization effect will be described by comparing a sample including the single-layer coat film 33, a sample including the three-layer coat film 33, and a sample not including the coat film 33. FIG. 14 is a table showing conditions for a sample including a single-layer coating film 33. The substrate corresponds to the light pipe 3. The material of the coat film 33 is ZrO2.
光の波長が380nm、580nm、780nmのそれぞれの場合、単層のコート膜33を備えるサンプルについて、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を計算した。波長を380nm、580nm、780nmとしたのは、測光装置の測定波長範囲が、380〜780nmである事を考慮したものである。計算結果を、図15に示す。図15は、単層のコート膜33を備えるサンプルについて、入射角と位相差との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、光の入射角であり、単位は、度である。グラフの縦軸は、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差であり、単位は、度である。 In each case where the wavelength of light is 380 nm, 580 nm, and 780 nm, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS was calculated for the sample including the single-layer coating film 33. The reason for setting the wavelengths to 380 nm, 580 nm, and 780 nm is that the measurement wavelength range of the photometric device is 380 to 780 nm. The calculation results are shown in FIG. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the incident angle and the phase difference for the sample including the single-layer coating film 33. The horizontal axis of the graph is the incident angle of light, and the unit is degrees. The vertical axis of the graph is the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS, and the unit is degrees.
単層のコート膜33を備えるサンプルを図5に示すコート膜33を備えないサンプルと比較する。コート膜33を備えないサンプルと比較して、単層のコート膜33を備えるサンプルは、入射角が80度〜90度において、光の波長が380nm、580nm、780nmのいずれの場合も、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差が大きく変化していることが分かった。従って、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1が同じであるとき、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合、コート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されていない場合と比較して、偏光解消効果が大きいと言うことができる。 A sample including the single-layer coat film 33 is compared with a sample not including the coat film 33 shown in FIG. Compared with the sample without the coating film 33, the sample with the single-layer coating film 33 has a P-polarized light in any of the cases where the incident angle is 80 to 90 degrees and the light wavelength is 380 nm, 580 nm, or 780 nm. It was found that the phase difference between the component RP and the S-polarized component RS has changed greatly. Therefore, when the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is the same, when the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3, the coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. It can be said that the depolarization effect is large as compared with the case where it is not formed.
なお、単層のコート膜33において、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を大きくするには、コート膜33(第1層)の屈折率を、導光部材(基板)の屈折率より大きくすればよい。 In order to increase the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS in the single-layer coat film 33, the refractive index of the coat film 33 (first layer) is set to the refractive index of the light guide member (substrate). It may be larger than the rate.
図16は、三層のコート膜33を備えるサンプルの条件を示す表である。基板がライトパイプ3に対応する。コート膜33は、基板の上に形成された第1層、第1層の上に形成された第2層、及び、第2層の上に形成された第3層によって構成される。第1層の材料は、Al2O3である。第2層の材料は、TiO2である。第3層の材料は、MgF2である。 FIG. 16 is a table showing the conditions of a sample having a three-layer coating film 33. The substrate corresponds to the light pipe 3. The coat film 33 includes a first layer formed on the substrate, a second layer formed on the first layer, and a third layer formed on the second layer. The material of the first layer is Al2O3. The material of the second layer is TiO2. The material of the third layer is MgF2.
光の波長が380nm、580nm、780nmのそれぞれの場合、三層のコート膜33を備えるサンプルについて、P偏光成分RPとS偏光成分RSとの位相差を計算した。計算結果を、図17に示す。図17は、三層のコート膜33を備えるサンプルについて、入射角と位相差との関係を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸は、図15と同じである。 For each of the light wavelengths of 380 nm, 580 nm, and 780 nm, the phase difference between the P-polarized component RP and the S-polarized component RS was calculated for the sample having the three-layer coating film 33. The calculation results are shown in FIG. FIG. 17 is a graph showing the relationship between the incident angle and the phase difference for the sample including the three-layer coating film 33. The horizontal and vertical axes of the graph are the same as in FIG.
3層のコート膜33を備えるサンプルを単層のコート膜33を備えるサンプルと比較する。図15に示す単層のコート膜33を備えるサンプルを考察したとき、入射角が80度〜90度において、光の波長が380nm、780nmの場合は、位相差が急激に変化するが、光の波長が580nmの場合は、位相差が緩やかに変化することが分かった。よって、単層のコート膜33を備えるサンプルは、波長全体(380nm〜780nm)で見ると、位相差の変化のバランスが良くないことが分かった。 The sample including the three-layer coating film 33 is compared with the sample including the single-layer coating film 33. When considering a sample including the single-layer coating film 33 shown in FIG. 15, when the incident angle is 80 to 90 degrees and the light wavelength is 380 nm and 780 nm, the phase difference changes rapidly. It was found that when the wavelength was 580 nm, the phase difference changed gradually. Therefore, it was found that the sample including the single-layer coating film 33 is not well balanced in the change of the phase difference when viewed over the entire wavelength (380 nm to 780 nm).
これに対して、図17に示す三層のコート膜33を備えるサンプルを考察したとき、入射角が80度〜90度において、光の波長が380nm、580nm、780nmのいずれの場合も、位相差が急激に変化することが分かった。よって、三層のコート膜33を備えるサンプルは、波長全体(380nm〜780nm)で見ると、位相差の変化のバランスが良いことが分かった。従って、三層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合と比較して、偏光解消効果が高いと予測できる。 On the other hand, when the sample including the three-layer coating film 33 shown in FIG. 17 is considered, the phase difference is obtained when the incident angle is 80 to 90 degrees and the light wavelength is 380 nm, 580 nm, or 780 nm. Was found to change rapidly. Therefore, it was found that the sample including the three-layer coating film 33 has a good balance of change in phase difference when viewed over the entire wavelength (380 nm to 780 nm). Therefore, when the three-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3, the depolarization effect is improved as compared with the case where the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. Predictable to be high.
以上説明したように、偏光解消効果は、三層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合が一番大きく、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合が次に大きく、コート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されていない場合がその次に大きいことが予測できる。これを裏付けるために、さらに、以下のシミュレーションをした。 As described above, the depolarization effect is greatest when the three-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3, and the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. The case where the coating film 33 is not formed on the side surface 32 of the light pipe 3 can be predicted to be the next largest. In order to support this, the following simulation was performed.
このシミュレーションでは、単層のコート膜33を備えるサンプル、三層のコート膜33を備えるサンプル、コート膜33を備えないサンプルのそれぞれについて、偏光解消効果を示す具体的な値を計算した。図18は、偏光解消効果を示す具体的な値を算出するための測光装置400のモデルを示す模式図である。 In this simulation, specific values indicating the depolarization effect were calculated for each of the sample with the single-layer coating film 33, the sample with the three-layer coating film 33, and the sample without the coating film 33. FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a model of the photometric device 400 for calculating a specific value indicating the depolarization effect.
測光装置400は、直線偏光板401、対物レンズ402、ライトパイプ3、コリメートレンズ403、直線偏光板405及び受光器406を備える。ライトパイプ3の断面は、図2に示す通りである。 The photometric device 400 includes a linearly polarizing plate 401, an objective lens 402, a light pipe 3, a collimating lens 403, a linearly polarizing plate 405, and a light receiver 406. The cross section of the light pipe 3 is as shown in FIG.
測定対象となる光源406から出射された光は、様々な偏光方向の直線偏光により構成されている。光源406から出射された光は、直線偏光板401に入射し、所定の偏光方向の直線偏光の光のみが直線偏光板401を透過する。直線偏光板401を透過した直線偏光の光は、対物レンズ402で集光されたライトパイプ3の入射端面30に入射する。入射端面30に入射した光は、本実施形態の測光装置1aで説明したように、ライトパイプ3の側面32で反射されて、出射端面31から出射される。 The light emitted from the light source 406 to be measured is composed of linearly polarized light having various polarization directions. The light emitted from the light source 406 enters the linearly polarizing plate 401, and only linearly polarized light having a predetermined polarization direction passes through the linearly polarizing plate 401. The linearly polarized light transmitted through the linear polarizing plate 401 is incident on the incident end face 30 of the light pipe 3 collected by the objective lens 402. The light incident on the incident end face 30 is reflected by the side surface 32 of the light pipe 3 and emitted from the emission end face 31 as described in the photometric device 1a of the present embodiment.
出射端面31から出射された光は、コリメートレンズ403で平行光にされる。この平行光が直線偏光板404に入射し、直線偏光板404を透過できた光が、受光器405で受光される。 The light emitted from the emission end face 31 is converted into parallel light by the collimator lens 403. The parallel light enters the linear polarizing plate 404 and the light that has been transmitted through the linear polarizing plate 404 is received by the light receiver 405.
対物レンズ402のNAを0.2とし、入射端面30に入射する光の入射角をマイナス約11.5度〜プラス約11.5度とし、ライトパイプ3の材質を石英ガラス(屈折率n=1.46)とし、ライトパイプ3の断面の形状を、1mm×1mmの正方形とした。 The NA of the objective lens 402 is 0.2, the incident angle of light incident on the incident end face 30 is minus about 11.5 degrees to about 11.5 degrees, and the material of the light pipe 3 is quartz glass (refractive index n = 1.46), and the cross-sectional shape of the light pipe 3 is a square of 1 mm × 1 mm.
本モデルについて、θを約7.9度とし、上記式(1)を用いて算出した反射回数は、以下の通りになった。ライトパイプ3の光軸方向の長さL1が、25mm、50mm、100mm、200mmのとき、それぞれ、反射回数は、3.5回、6.9回、13.8回、27.7回となった。 For this model, θ was about 7.9 degrees, and the number of reflections calculated using equation (1) was as follows. When the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is 25 mm, 50 mm, 100 mm, and 200 mm, the number of reflections is 3.5 times, 6.9 times, 13.8 times, and 27.7 times, respectively. It was.
直線偏光板404の透過軸をY方向に設定し、直線偏光板401を一回転させたとき、受光器405で受光される光の光量の変動を求めた。例えば、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合の光量の変動を図19に示す。波長は、580nmとし、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1は、25mm、50mm、100mm、200mmとした。グラフの横軸は、直線偏光板401の回転角を示し、単位は、度である。グラフの縦軸は、受光器405で受光される光の光量の相対値である。光量の変動は、直線偏光板401の回転角が180度の周期で、cosカーブを描く曲線になった。 When the transmission axis of the linear polarizing plate 404 was set in the Y direction and the linear polarizing plate 401 was rotated once, the variation in the amount of light received by the light receiver 405 was obtained. For example, FIG. 19 shows fluctuations in the amount of light when the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. The wavelength was 580 nm, and the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction was 25 mm, 50 mm, 100 mm, and 200 mm. The horizontal axis of the graph indicates the rotation angle of the linearly polarizing plate 401, and the unit is degrees. The vertical axis of the graph is the relative value of the amount of light received by the light receiver 405. The variation in the amount of light became a curve that draws a cos curve with the rotation angle of the linear polarizing plate 401 at a cycle of 180 degrees.
この光量の変動において、光量の最大値をmax、光量の最小値をminとして、偏光解消効果の定義を、次の式とする。
偏光解消効果={(max−min)/(max+min)}×100
In this light amount fluctuation, the maximum value of the light amount is set to max, and the minimum value of the light amount is set to min.
Depolarization effect = {(max−min) / (max + min)} × 100
この式によれば、偏光が全く解消されない場合(min=0)は、偏光解消効果が100%となり、偏光が完全に解消された場合(max=min)は、偏光解消効果が0%となる。 According to this equation, when the polarization is not eliminated at all (min = 0), the depolarization effect is 100%, and when the polarization is completely eliminated (max = min), the depolarization effect is 0%. .
ライトパイプ3の光軸方向の長さL1を、25mm、50mm、100mm、200mmとし、光源406から出射される光の波長を、380nm、480nm、580nm、680nm、780nmとして、コート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されていない場合、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合、三層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合について、偏光解消効果を計算した。単層のコート膜33の条件は、図14に示す条件にし、三層のコート膜33の条件は、図16に示す条件にした。 The length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is set to 25 mm, 50 mm, 100 mm, and 200 mm, and the wavelength of light emitted from the light source 406 is set to 380 nm, 480 nm, 580 nm, 680 nm, and 780 nm. 3, when the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3, or when the three-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. The depolarization effect was calculated. The conditions for the single-layer coating film 33 were the conditions shown in FIG. 14, and the conditions for the three-layer coating film 33 were the conditions shown in FIG.
図20は、コート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されていない場合の偏光解消効果を示す表である。図21は、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合の偏光解消効果を示す表である。図22は、三層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合の偏光解消効果を示す表である。 FIG. 20 is a table showing the depolarization effect when the coating film 33 is not formed on the side surface 32 of the light pipe 3. FIG. 21 is a table showing the depolarization effect when the single-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3. FIG. 22 is a table showing the depolarization effect when the three-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3.
なお、図19で説明した単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合の結果は、図21において、波長580nmの欄で示す値である(13.5%、5.6%、2.7%、1.5%)。 The results when the single-layer coating film 33 described in FIG. 19 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3 are the values shown in the column of wavelength 580 nm in FIG. 21 (13.5%, 5 .6%, 2.7%, 1.5%).
図20〜図22から分かるように、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1が大きくなるにしたがって、偏光解消効果が大きくなることが分かった。また、ライトパイプ3の光軸方向の長さL1が等しいとき、偏光解消効果は、三層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合が一番大きく、単層のコート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されている場合が次に大きく、コート膜33がライトパイプ3の側面32に形成されていない場合がその次に大きいことが分かった。 As can be seen from FIGS. 20 to 22, it was found that the depolarization effect increases as the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction increases. Further, when the length L1 of the light pipe 3 in the optical axis direction is equal, the depolarization effect is greatest when the three-layer coating film 33 is formed on the side surface 32 of the light pipe 3, and the single-layer coating. It was found that the case where the film 33 was formed on the side surface 32 of the light pipe 3 was the next largest, and the case where the coat film 33 was not formed on the side surface 32 of the light pipe 3 was the next largest.
1a,1b,1c 測光装置
3 ライトパイプ
4 ポリクロメータ
6 回折格子
7 リニアアレイセンサ
10 測定対象物
30 入射端面
31 出射端面
32 側面
33 コート膜
60 刻線
R 光
RP P偏光成分
RS S偏光成分
1a, 1b, 1c Photometric device 3 Light pipe 4 Polychromator 6 Diffraction grating 7 Linear array sensor 10 Measurement object 30 Entrance end face 31 Exit end face 32 Side face 33 Coat film 60 Engraving line R Light RP P polarization component RS S polarization component
Claims (8)
前記導光部材で導光されてきた前記光に所定の処理をする、偏光依存性を有する処理部と、
前記所定の処理がされた前記光を受光する受光部と、を備え、
前記導光部材が配置されていない状態で、前記所定の光軸に沿って前記処理部に入射した直線偏光において、前記処理部で前記所定の処理がされ、前記受光部へ送られる光量が最大となる前記直線偏光の電場の振動方向を最大方向としたとき、前記最大方向と、4つの前記側面のそれぞれの法線の方向とで形成される角度が、それぞれ45度になるように、前記導光部材が配置されており、
前記導光部材は、ライトパイプまたは光ファイバであり、
前記導光部材は、前記測定対象物が出射した前記光がP偏光成分とS偏光成分とに分離されないで入射する入射端面を有しており、前記入射端面から入射した前記光を4つの前記側面で全反射させて導光することにより、前記光の前記P偏光成分と前記S偏光成分とに位相差を生じさせることを特徴とする測光装置。 It has four side surfaces, and has a square or rectangular cross section when viewed from the traveling direction of the light with respect to the light emitted from the measurement object, and reflects the light on the four side surfaces. A light guide member disposed along a predetermined optical axis for guiding light;
A polarization-dependent processing unit that performs a predetermined process on the light guided by the light guide member;
A light receiving unit that receives the light subjected to the predetermined processing,
In the state where the light guide member is not arranged, the linearly polarized light incident on the processing unit along the predetermined optical axis is subjected to the predetermined processing by the processing unit, and the amount of light transmitted to the light receiving unit is maximum. When the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light becomes the maximum direction, the angles formed by the maximum direction and the normal directions of the four side surfaces are 45 degrees, respectively. A light guide member is arranged ,
The light guide member is a light pipe or an optical fiber,
The light guide member has an incident end face on which the light emitted from the measurement object is incident without being separated into a P-polarized component and an S-polarized component, and the light incident from the incident end face is A photometric device characterized in that a phase difference is produced between the P-polarized component and the S-polarized component of the light by being totally reflected on a side surface and guided .
前記回折格子は、第1の方向に延びる複数の刻線が、前記第1の方向と直交する第2の方向に間隔をあけて並べられた構造を有しており、
前記第1の方向と前記法線の方向とで形成される角度が、45度になるように、前記導光部材が配置されている請求項1に記載の測光装置。 The processing unit includes a diffraction grating that splits the light guided by the light guide member,
The diffraction grating has a structure in which a plurality of score lines extending in a first direction are arranged at intervals in a second direction orthogonal to the first direction;
The photometric device according to claim 1, wherein the light guide member is arranged so that an angle formed between the first direction and the normal direction is 45 degrees.
前記入射面及び前記出射面は、それぞれ、前記光の進行方向に対して直交する第1の辺と、前記光の進行方向に対して傾斜する第2の辺とを含み、
前記法線と前記第1の辺とで形成される角度が45度になるように、前記導光部材が配置されている請求項1に記載の測光装置。 The processing unit includes an incident surface on which the light guided by the light guide member is incident and an output surface from which the light is emitted, and includes a triangular prism that splits the light.
The entrance surface and the exit surface each include a first side orthogonal to the traveling direction of the light and a second side inclined with respect to the traveling direction of the light,
The photometric device according to claim 1, wherein the light guide member is arranged so that an angle formed by the normal line and the first side is 45 degrees.
前記反射透過面は、前記光の進行方向に対して直交する第1の辺と、前記光の進行方向に対して傾斜する第2の辺とを含み、
前記第1の辺と前記法線とで形成される角度が45度になるように、前記導光部材が配置されている請求項1に記載の測光装置。 The processing unit includes a reflection / transmission surface that reflects a predetermined wavelength component of the light guided by the light guide member and transmits a wavelength component other than the predetermined wavelength component, and dichroic divides the light. With a prism,
The reflection / transmission surface includes a first side perpendicular to the traveling direction of the light and a second side inclined with respect to the traveling direction of the light,
The photometric device according to claim 1, wherein the light guide member is arranged so that an angle formed by the first side and the normal is 45 degrees.
(ここで、θpは、arcsin(sinθ/np)を示し、L1は、前記導光部材の光軸方向の長さを示し、L2は、前記断面が正方形のとき、正方形の一辺の長さを示し、前記断面が長方形のとき、長辺の長さを示し、θは、前記光が前記導光部材に入射する側の前記導光部材の端面を前記入射端面としたとき、前記入射端面に入射する前記光の入射角の最大値を示し、npは、前記導光部材の屈折率を示す。) The photometric device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light guide member has a linear shape and satisfies the following formula (1).
(Where, theta] p represents an arcsin (sinθ / np), L1 represents an optical axis direction of the length of the light guide member, L2, when the cross section is square, the length of one side of the square shown, when the cross section is rectangular, the length of the long side, theta, when the end face of the light guide member on the side where the light is incident on the light guide member and said entrance end face, the incident end face (The maximum value of the incident angle of the incident light is shown, and np is the refractive index of the light guide member.)
前記コート膜の屈折率は、前記導光部材の屈折率より大きくされている請求項6に記載の測光装置。 The coating film is a single layer,
The photometric device according to claim 6, wherein a refractive index of the coating film is larger than a refractive index of the light guide member.
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