JPH0458894B2

JPH0458894B2 -

Info

Publication number: JPH0458894B2
Application number: JP24243384A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Suzuki; Hiroshi Sako
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1992-09-18
Also published as: JPS61120927A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は、偏光測定装置に関し、特にレーザ
光のような位相のそろつた光の偏光状態を測定す
る装置に関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］レーザ加工機においてはレーザ光が円偏光して
いる場合が一番加工に有利であることから、照射
するレーザ光の偏光状態を監視する必要がある。
そこで、10.6μmの波長を有するCO₂レーザ加工
機においては従来、CO₂レーザ光の偏光状態を測
定する装置としてセレン化亜鉛（ZnSe）のプレ
ートをブリユスタ角でレーザ光の前に置き、その
プレートの透過レーザ光のレーザ出力を測定する
構成をとつていた。そして、このZnSeのプレー
トをレーザ光の光軸の周りに360°回転させ、その
各々の回転角度におけるレーザ出力を測定するこ
とにより直線偏光、楕円偏光、円偏光などの偏光
状態を知るようにしている。

更に詳しく説明すると、レーザ光は一般に入射
面に平行なＰ成分と垂直なＳ成分とに分けて考え
るのが一般的である。第７図において入射面Ｈに
対してＰ成分は紙面に平行な方向で矢印として表
わされる方向に振動しながら入射し、一方Ｓ成分
は紙面に垂直な方向で○・として表される。

そしてこのような入射レーザ光がZnSeのよう
な誘電体に入射する時には入射角φでＰ成分の反
射が０になるブリユスタ角（ZnSeの時φ＝68.5）
がある。そしてこの角度の時、第８図に示すよう
に反射光はＳ成分だけとなり、透過光については
入射光に比べるとＳ成分が反射光の分だけ減少し
た光となる。

そこで第９図に示すようにZnSeのプレート１
を複数枚重ねてそこに入射光を当てるならば、そ
の透過光をＰ成分だけの光とすることができる。
なぜならば、各プレート１において入射光のうち
Ｓ成分だけを順次反射光として減少させ、最終的
にはＳ成分は除かれ、Ｐ成分だけが透過光となる
からである。

しかしながらこのような多層にプレート１を重
ね合せた構造の場合には、入射光の光軸と透過光
の光軸とはずれたものとなる。そこで第１０図に
示すようにZnSeプレート１ａをブリユスタ角度
に設置すると共に、光軸補償のために対称に同数
だけのZnSeプレート１ｂを設置し、入射光に対
して透過光が同一の光軸を持つようにしたいわゆ
るポラライザと呼ぶ偏光測定装置が用いられてい
る。

この第１０図に示す従来の偏光測定装置におい
ては、プレート１ａ，１ｂは光軸Ｃの周りに360°
回転することができるようにし、入射光に対する
透過光の強度の変化を測定し偏光状態を判別する
ようにしているのである。

ところがこのような従来のポラライザーと称さ
れる偏光測定装置にあつては、高価なZnSeプレ
ートを多数使用するためコストが非常に高くな
り、また反射光の当る部分の冷却も必要となりそ
の装置が大型化するといつた問題があつた。さら
には高価なZnSeプレートの取扱いが難しく、レ
ーザ加工機のレーザ光の偏光測定装置として使用
する場合に作業現場では使用しずらい問題もあつ
た。またさらにこのZnSeプレートは水滴がつく
とその箇所から破壊してしまうため、作業現場で
の取扱いを更に難しくしていた。

［発明の目的］この発明は、このような従来の問題に鑑みてな
されたものであつて、コストが高くなく装置が大
型化することもなく、レーザ加工機のレーザ光の
偏光測定のために現場で用いるような場合でも簡
単に使用ができる偏光測定装置を提供するもので
ある。

［発明の概要］この発明は、入射光を所定の入射角で入射させ
て反射する反射鏡と、この反射鏡を光軸の周りに
回転させる回転手段と、前記反射鏡の反射光の強
度を測定する測定手段とを備えて成る偏光測定装
置であつて、反射鏡を転させることによつて変化
する反射鏡の強度を測定することにより入射光の
偏光状態を測定するようにしたものである。

［発明の実施例］第２図に示すように入射面Ｈに対して入射角φ
で入射する光のＰ成分Ap、Ｓ成分Asとし、反射
光のＰ成分Rp、Ｓ成分Rsとし、屈折光の屈折角
ｘとするならば、フレネルの式よりＰ成分、Ｓ成
分の振幅反射率は次の式のようになる。

Rp／Ap＝tan（φ−ｘ）／tan（φ−ｘ） ……(1) Rs／As＝−sin（φ−ｘ）／sin（φ＋ｘ）
……(2) なお、金属反射鏡において屈折角Ｘ値は光の波
長により異なる。

そしてエネルギの反射率は上記(1)、(2)式の２乗
の式として与えられるため、入射光が10.6μmの
CO₂のレーザ光であり、入射面Ｈが銅製の反射鏡
である時、入射角に対するエネルギ反射率は第３
図のグラフのようになる。この第３図のグラフか
らわかるようにＳ成分、Ｐ成分は入射角φが大き
くなると反射率に大きな差が出てきている。

この発明の実施例は、上記の差を利用して偏光
度合を測定することを特徴とするものである。つ
まり、第３図及び第４図に示すように入射角φ＝
80°の時には、Ｐ成分は90％の反射、Ｓ成分は約
100％の反射となり、反射率の差が出る。このた
めに反射後の光の強度は入射前の光の強度よりも
減少している。そこで、この反射後の光の出力を
測定することによつて、入射光び偏光状態を知る
ことができるのである。

基本的には第４図に示したような１枚の銅製反
射鏡３を用い、その反射後の出力の測定によつて
偏光状態を知ることができるのであるが、実用上
は第５図に示すように反射鏡３を複数枚使用し、
Ｓ，Ｐ成分の反射率の差を大きくし、更に入射光
軸に対して回転する機構を持たせる。なぜなら
ば、反射鏡３を２枚用いた場合、反射率の差が10
％であつたものが、0.9×0.9＝0.81となり、約20
％の差になるため測定上の精度を上げることがで
きるからである。

第１図は上記原理を利用したこの発明の一実施
例の偏光測定装置を示している。ハウジング５内
に２枚の銅製反射鏡３ａ，３ｂが入射光に対して
所定の入射角、例えば80°を与えるような位置に
設置されている。第２反射鏡３ｂに対してはその
反射光の進行方向に前方に熱電対、その他の光強
度測定手段７が設置されている。そしてこの装置
全体は入射光軸Ｃと一致した回転軸９によつて図
示してない回転手段により光軸Ｃの周りに360°自
在に回転ができるように設定されている。

上記構成の偏光測定装置の動作を次に説明す
る。第１図に示したように第１反射鏡３ａに対す
る入射光が長軸２、短軸１の割合のだ円偏光であ
るとする時、これを光軸Ｃの周りにα°回転する時
のパワー変化は第６図にようになる。ただし、入
射光のＰ成分の反射率が90％とし、Ｓ成分は100
％であり、第１、第２反射鏡３ａ，３ｂによつて
２度反射された場合のＰ成分は約80％に減少する
ものとする。

方位角α＝0° 反射鏡３ａ，３ｂの方位角α＝0°であつて、入
射光の長軸と一致する場合、この長軸はＰ成分で
あつて、２枚の反射鏡３ａ，３ｂによつて約80％
に減少され、測定手段７に入力される。また短軸
はＳ成分であつて２枚の反射鏡３ａ，３ｂにおい
ては全く減少されずそのまま測定手段７に入射す
る。したがつて、測定手段７が検出する光の強度
は（２×0.8）＋１＝2.6であり、元に入射光の強
度２＋１＝３に対して86.6％になる。

方位角α＝90° 測定装置が90°回転され、入射光の短軸が反射
鏡３ａ，３ｂと平行になるならば、短軸側がＰ成
分となり、長軸側がＳ成分となる。したがつて、
反射光の強度は、２＋（１×0.8）＝2.8となり、入
射光強度に対して90％の強度になる。

方位角α＝180° 装置が更に回転し、方位角αが180°になつた場
合、長軸側が再びＰ成分となり、短軸側はＳ成分
となるため、α＝0°の時と同様、反射光強度は２
×0.8＋１＝2.6となり、入射光強度に対して86.6
％となる。

方位角α＝270° この場合もα＝90°の場合と同じく、長軸側が
Ｓ成分、短軸側がＰ成分となり、第６図に示した
ようにレーザ出力は2.8，90％となる。

このようにして光軸Ｃに対して装置を360°回転
させ、その各角度における測定手段７の測定出力
の変化を知るならば、入射光の偏光状態を知るこ
とができるのである。つまりだ円偏光の場合には
α＝0°，180°において大きな減少がみられ、α＝
90°，270°において小さな減少がみられるため、
だ円偏光であると認識することができるのであ
る。

円偏光の場合には、第６図に示したように、方
位角αがどの角度においてもその反射光出力は一
定の割合で減少し、円偏光であることを知ること
ができる。

更に直線偏光の場合には一定の方位角において
は反射出力が80％、それに対して90°回転した位
置では反射出力が100％となり、直線偏光である
ことを知ることができる。

この発明はこの実施例に限定されるものではな
く、偏光を測定する必要がある種々の光学機械に
おいて利用することができるものである。また反
射鏡の材質も銅製のものに限定されることはな
く、必要に応じて適宜の素材を用いることが可能
である。

［発明の効果］この発明は、入射光を所定に入射角で入射させ
て反射鏡を入射光軸の周りに回転自在とし、その
反射鏡からの反射光の強度を測定するものである
ため、従来のように特定の性質を示すプレートに
光を透過させてその透過光の強度の変化により偏
光状態を測定するものに比べ、コストを低廉化す
ることができ、また反射鏡に冷却手段を設ける必
要がないため装置全体が小形化、簡素化でき、レ
ーザ加工装置のレーザ光の偏光測定に用いる場
合、現場に持込んでも使用することができるとい
つた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の斜視図、第２図
は光の反射と屈折を示す図、第３図は光のエネル
ギ反射率の入射角に対する変化を示す特性図、第
４図は上記実施例の原理を説明する正面図、第５
図は反射鏡を２枚用いた場合の光の反射状態を説
明する正面図、第６図は上記実施例の特性図、第
７図は光の反射と屈折の特性を示す図、第８図は
光の反射率の入射角に対する変化を示す特性図、
第９図は従来例原理図、第１０図は従来図であ
る。３，３ａ，３ｂ……反射鏡、５……ハウジン
グ、７……測定手段、９……回転軸、Ｃ……光
軸。

Claims

【特許請求の範囲】

１入射光を所定の入射角で入射させて反射する
反射鏡と、この反射鏡を光軸の周りに回転させる
回転手段と、前記反射鏡の反射光の強度を測定す
る測定手段とを備えて成る偏光測定装置。