JP2009168795A - Polarization detecting device, polarization detecting element, and polarization detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光検出装置及び偏光検出素子、並びに偏光検出方法に関し、詳細には、例えば、透明物質の位相差や光軸方位の2次元分布を、その透過光から短時間に測定することができる偏光検出装置及び偏光検出素子、並びに偏光検出方法に関する。 The present invention relates to a polarization detection device, a polarization detection element, and a polarization detection method. Specifically, for example, a two-dimensional distribution of a phase difference or an optical axis direction of a transparent substance can be measured from the transmitted light in a short time. The present invention relates to a polarization detection device, a polarization detection element, and a polarization detection method.
液晶ディスプレイは液晶分子の配向方向によって透過光の偏光状態を変化させることで、輝度情報を変化させ表示装置として機能している。そのため、液晶分子の配向方向は表示装置における画質性能の良し悪しを決定する要因の一つとなっている。またパネルを構成する複数のフィルムは等方性であったり、微小な位相差を持たせて異方性であったりする。しかしながら、フィルムや基板には歪みや応力により不要な異方性が生じたり、液晶ディスプレイにおいては液晶分子の配向不良により画質性能が劣化したりする。したがって、製造工程やそれらの材料を用いた組立工程ではフィルムや基板、液晶ディスプレイが要求される位相差であるか、液晶分子の配向状態が適正であるかを評価・検査する必要があり、また、そのための装置が必要となる。 The liquid crystal display functions as a display device by changing luminance information by changing the polarization state of transmitted light according to the orientation direction of liquid crystal molecules. Therefore, the orientation direction of the liquid crystal molecules is one of the factors that determine the quality of the display device. In addition, the plurality of films constituting the panel are isotropic or anisotropic with a minute phase difference. However, unnecessary anisotropy is generated in the film or substrate due to strain or stress, and in the liquid crystal display, image quality performance is deteriorated due to poor alignment of liquid crystal molecules. Therefore, it is necessary to evaluate and inspect whether the film process, the substrate, and the liquid crystal display have the required retardation in the manufacturing process and the assembly process using those materials, and whether the alignment state of the liquid crystal molecules is appropriate. Therefore, a device for this is required.
例えば、上記のような装置として、特許文献1に示したようなものがある。これは2次元配列したCCD受光素子を用いて光束全体の偏光状態を検出する。
For example, there is a device as shown in
他の装置の例として、特許文献2に示したようなのもがある。これは偏光子アレイをエリアセンサに取り付けて、偏光状態を検出するものである。
しかしながら、上述の従来技術では、いずれも、広範囲を高い測定精度で、且つ高速に検出することが困難である。 However, in any of the above-described conventional techniques, it is difficult to detect a wide range with high measurement accuracy and at high speed.
具体的には、特許文献1の装置では、測定の途中で検出のための光学素子を抜き差しする必要があり、高速検出を実現することができない。また、CCD受光素子のサイズが規定されているため、一度に広範囲を検出することができない。
Specifically, in the apparatus of
また、特許文献2の装置では、1ポイントの測定受光素子数が4×4の16個で少ないため、ノイズが大きくなるという問題がある。また、仮に、受光素子数を増やしても、測定分解能が粗くなるという問題がある。更に、受光素子としてエリアセンサを用いた場合は、広範囲の検出を実施するためにステップ移動しながら撮像することになり、撮像した複数の画像を処理することになり、長い時間を費やすので、短時間検出ができない。また、特許文献2では、受光素子としてラインセンサを用いることも可能である点が記載されているが、特許文献2の偏光子アレイに転用しても、同様に1ポイントの測定受光素子数が16個必要ならば、16素子間隔で1ポイントの検出となるので分解能が粗くなる。また、1ポイントの測定受光素子数を少なくすれば、ノイズが大きくなる。さらに、偏光子アレイにフォトニック結晶を用いているが、これは動作波長帯域が狭い。そのため、液晶パネルなどに用いる場合、R(赤)・G(緑)・B(青)の全ての波長に対応させるためには、それぞれの波長域に対応するセンサを用意する必要があり、センサ台数が増えるという問題がある。
In addition, the apparatus of
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検出体(例えば、液晶パネル)の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる偏光検出装置を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to provide a wide range and high-level two-dimensional distribution of the phase difference and optical axis orientation of a detection target (for example, a liquid crystal panel). The present invention provides a polarization detecting device that can measure with accuracy and in a short time.
本発明に係る、被検出体の偏光状態を検出するための第1の偏光検出装置は、上述した課題を解決するために、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出装置であって、
複数の位相子によって構成された位相子アレイと、偏光板と、上記被検出体から出射された光であって、上記位相子及び上記偏光板を透過した光を受光するイメージセンサとが設けられた検出光学手段、及び、上記イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段を備えており、上記位相子アレイは、R個(但し、Rは2以上の整数)の位相子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の上記位相子を有していることを特徴としている。
A first polarization detecting device for detecting a polarization state of a detection object according to the present invention is a polarization detection device for detecting the polarization state of a detection object in order to solve the above-described problem. ,
A phaser array composed of a plurality of phasers, a polarizing plate, and an image sensor that receives light emitted from the detected object and transmitted through the phaser and the polarizing plate are provided. Detection optical means, and calculation means for calculating polarization information of the detected object from the output of the image sensor, and the number of the phaser arrays is R (where R is an integer of 2 or more). A plurality of phase shifters having different fast axis angles within a predetermined angle range are provided in one stage in which the phase shifters are aligned.
上記のように、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記位相子アレイが、R個(但し、Rは2以上の整数)の位相子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の上記位相子を有しているため、イメージセンサとして例えば時間遅延積分型イメージセンサを用いることによって、被検出体の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる偏光検出装置を提供することができる。 As described above, in the first polarization detection device according to the present invention, the phaser array has a predetermined stage in one stage in which R (where R is an integer of 2 or more) phase-arrays are aligned. Since there are a plurality of the above-mentioned phase shifters having different fast axis angles within the angle range, for example, by using a time delay integration type image sensor as the image sensor, the phase difference or optical axis direction of the detected object Thus, it is possible to provide a polarization detector capable of measuring the two-dimensional distribution in a wide range, with high accuracy and in a short time.
時間遅延積分型イメージセンサは、積分方向に複数の受光素子が並んでいる。例えば、積分方向に50個の受光素子が並んでいるとすると、連続移動によって、被検出体の1エリアを、50個の受光素子で測定することになる。すなわち、被検出体の1エリアを50回測定し、これを積分した情報を得ることができる。よって、本発明の第1の偏光検出装置は、ノイズが少なく、高い測定分解能での検出の実現に貢献することができる。 The time delay integration type image sensor has a plurality of light receiving elements arranged in the integration direction. For example, assuming that 50 light receiving elements are arranged in the integration direction, one area of the detection object is measured by 50 light receiving elements by continuous movement. That is, information obtained by measuring one area of the detected object 50 times and integrating the same can be obtained. Therefore, the first polarization detection device of the present invention can contribute to the realization of detection with low noise and high measurement resolution.
より具体的には、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記イメージセンサが、時間遅延積分型イメージセンサであり、上記偏光検出装置は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って上記時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させるための走査ステージを更に備えており、上記段を構成する位相子の整列方向は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿っていることが好ましい。 More specifically, in the first polarization detection device according to the present invention, the image sensor is a time delay integration type image sensor, and the polarization detection device is along an integration direction of the time delay integration type image sensor. A scanning stage for relatively moving the time delay integration type image sensor and the detection object, and the alignment direction of the phase shifters constituting the stage is the integration direction of the time delay integration type image sensor. It is preferable that it is along.
また、時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させることによって、広範囲を短時間で測定することができる。 In addition, a wide range can be measured in a short time by relatively moving the time delay integration type image sensor and the detected object.
尚、上記「所定の角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有した上記領域」とは、例えば、後述するように0°から45°までの角度範囲内において、上記段の一方の端から他方の端まで並んだ領域が、0°、3.75°、7.5°、11.25°、15°…のように基準軸からの角度が順次大きくなる(もしくは小さくなる)ように整列している場合と併せて、上記段の一方の端から、3.75°、0°、7.5°、15°、11.25°…のように、角度の大きさの順番を問わず整列している場合も含む。 The above-mentioned “regions having different fast axis angles within a predetermined angle range” means, for example, from one end of the step within an angle range from 0 ° to 45 ° as described later. The region aligned to the other end is aligned so that the angle from the reference axis sequentially increases (or decreases) such as 0 °, 3.75 °, 7.5 °, 11.25 °, 15 °. In addition to the case where the angle is set, from one end of the step, the order of the angles is not limited, such as 3.75 °, 0 °, 7.5 °, 15 °, 11.25 °, etc. This includes cases where they are aligned.
また、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記1つの段を構成する位相子の整列方向に対して垂直な方向に、上記1つの段をNつ(但し、Nは4以上の整数)並べて構成されるR×N個の領域からなる上記位相子アレイを、1つの組としたとき、上記位相子アレイは、上記組を、上記垂直な方向に複数有しており、上記位相子アレイのL(Lは1〜Nまでのいずれかの整数)段目の上記組が、基準軸を基準に(L−1)×180°/NからL×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含むことが好ましい。この点、換言すれば、上記位相子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から1×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第1の上記段と、基準軸を基準に1×180°/Nから2×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第2の上記段と、…、基準軸を基準に(N−1)×180°/Nから180°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第Nの上記段と、からなることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, the first polarization detection device according to the present invention includes N one stage in the direction perpendicular to the alignment direction of the phasers constituting the one stage (however, , N is an integer greater than or equal to 4) When the above-described retarder array composed of R × N regions configured side by side is formed as one set, the above-described retarder array includes a plurality of the above-described sets in the vertical direction. The above-mentioned set of L (L is any integer from 1 to N) stages of the above phaser array is (L-1) × 180 ° / N to L × 180 ° with reference to the reference axis. It is preferable to include the above-described regions having different fast axis angles within an angle range up to / N. In this regard, in other words, the region in which the pair of the phaser arrays has different fast axis angles within an angle range from 0 ° to 1 × 180 ° / N with respect to the reference axis. The first stage including the second stage, and the second stage including the regions having different fast axis angles within an angle range from 1 × 180 ° / N to 2 × 180 ° / N with respect to the reference axis. The Nth stage including the above-described region having the different fast axis angles within an angle range of (N-1) × 180 ° / N to 180 ° with respect to the reference axis. It is preferable to consist of.
上記の構成を採用することにより、本発明に係る第1の偏光検出装置は、高い測定精度での検出を実現することができる。 By adopting the above configuration, the first polarization detection apparatus according to the present invention can realize detection with high measurement accuracy.
また、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記位相子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から45°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第1の上記段と、基準軸を基準に45°から90°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第2の上記段と、基準軸を基準に90°から135°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第3の上記段と、基準軸を基準に135°から180°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している上記領域を含む第4の上記段とからなることがより好ましい。 In the first polarization detection device according to the present invention, the set of the phaser arrays has different fast axis angles within an angle range from 0 ° to 45 ° with respect to the reference axis. A first stage including the area; a second stage including the area having different fast axis angles within an angle range of 45 ° to 90 ° with respect to the reference axis; A third stage including the region having different fast axis angles within an angle range of 90 ° to 135 ° with respect to the axis; and an angle of 135 ° to 180 ° with respect to the reference axis It is more preferable that the fourth stage includes the above-described region having different fast axis angles within the range.
上記の構成を採用することにより、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記位相子アレイの上記組を5つ以上の上記段から構成する場合と比較して、高い測定分解能を実現することができる。 By adopting the above configuration, the first polarization detection device according to the present invention realizes a high measurement resolution as compared with the case where the set of the phaser arrays is configured of five or more stages. be able to.
例えば、TDIの1素子が10×10μmの場合、1対1の光学系であれば、4段で1ポイントの測定が可能であるとすると、分解能は40μmとなります。一方、16段必要であれば分解能は160μmとなりますので、4段で1ポイントの測定を行う構成の場合は、高い測定分解能を実現することができます。 For example, if one element of TDI is 10 × 10 μm and the optical system is one-to-one, the resolution is 40 μm if one point can be measured in four stages. On the other hand, if 16 stages are required, the resolution will be 160 μm, so a high measurement resolution can be achieved with a configuration that measures one point in 4 stages.
また、上記の構成において、上記算出手段が、上記第1の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第2の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第3の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第4の段で受光された光に基づいた上記出力とに基づいて、上記被検出体の偏光情報を算出することが好ましい。 Further, in the above configuration, the calculation means includes the output based on the light received at the first stage, the output based on the light received at the second stage, and the third It is preferable to calculate the polarization information of the detection object based on the output based on the light received at the stage and the output based on the light received at the fourth stage.
しかしながら、本発明は上記の4段の構成に限定されるものではなく、次のような5段の構成であってもよい。すなわち、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記位相子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から36°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第1の上記段と、基準軸を基準に36°から72°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第2の上記段と、基準軸を基準に72°から108°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第3の上記段と、基準軸を基準に108°から144°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第4の上記段と、基準軸を基準に144°から180°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第5の上記段とからなってもよい。 However, the present invention is not limited to the above-described four-stage configuration, and may have the following five-stage configuration. That is, in the first polarization detecting device according to the present invention, the set of the phaser arrays has different fast axis angles within an angle range from 0 ° to 36 ° with respect to the reference axis. A first stage including the phaser, and a second stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range of 36 ° to 72 ° with respect to a reference axis. A third stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range of 72 ° to 108 ° with respect to the reference axis; and 108 ° to 144 ° with respect to the reference axis. 4th stage including the above phaser having different fast axis angles within the angle range up to, and different fast axis within the angle range from 144 ° to 180 ° with reference to the reference axis And may comprise a fifth stage including the phaser having an angle. .
また、この5段の構成において、上記算出手段は、上記第1の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第2の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第3の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第4の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第5の段で受光された光に基づいた上記出力とに基づいて、上記被検出体の偏光情報を算出することが好ましい。 Further, in the five-stage configuration, the calculation means includes the output based on the light received in the first stage, the output based on the light received in the second stage, and the first Based on the output based on the light received at the third stage, the output based on the light received at the fourth stage, and the output based on the light received at the fifth stage. Thus, it is preferable to calculate the polarization information of the object to be detected.
また、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記位相子アレイが、周期的な凹凸構造を形成したものであることが好ましい。 In the first polarized light detection apparatus according to the present invention, in addition to the above configuration, the phaser array preferably has a periodic uneven structure.
通常の位相子は水晶などの自然界にある結晶で製作するため、進相軸の方向に分布を持たせることはできない。ところが、本発明の上記構成によれば、凹凸構造を設けているので、これにより、進相軸の方向をコントロールして製作することができ、進相軸の方向に分布を持たせることができる。 Since a normal phase shifter is made of a natural crystal such as quartz, it cannot have a distribution in the direction of the fast axis. However, according to the above-described configuration of the present invention, since the concavo-convex structure is provided, it can be manufactured by controlling the direction of the fast axis, and can be distributed in the direction of the fast axis. .
また、本発明に係る第1の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記位相子アレイは、一方の面に周期的な凹凸構造が形成されており、他方の面あるいは一方の面の上部にワイヤーグリッドを形成することによって上記偏光板の機能を実現していることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, the first polarization detector according to the present invention has a periodic concavo-convex structure formed on one surface, and the other surface or one surface of the phaser array. It is preferable that the function of the polarizing plate is realized by forming a wire grid on the top.
上記の構成を採用することにより、位相子アレイと、偏光板とを別体で設置する構成と比較して、偏光板の機能をワイヤーグリッドで位相子アレイの裏面に直接実現(製作)することができ、光学素子が1枚で済むので、透過光量の確保、装置のコンパクト化を実現することができる。 By adopting the above configuration, the function of the polarizing plate can be realized (manufactured) directly on the back of the phaser array with a wire grid compared to the configuration in which the phased array and the polarizing plate are installed separately. Since only one optical element is required, the amount of transmitted light can be secured and the apparatus can be made compact.
また、上記の構成において、上記位相子アレイが液晶パネルであってもよい。 In the above configuration, the phaser array may be a liquid crystal panel.
また、上記位相子アレイは、所定の角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有した複数の位相子からなってもよく、上記段を構成する上記位相子のいずれもが、互いに異なる進相軸角度を有していてもよい。 The phaser array may be composed of a plurality of phasers having different phase advance axis angles within a predetermined angle range, and any of the phasers constituting the stage is different from each other. It may have an axial angle.
また、本発明に係る、被検出体の偏光状態を検出するための第2の偏光検出装置は、上述した課題を解決するために、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出装置であって、複数の偏光子によって構成された偏光子アレイと、上記被検出体から出射された光であって、上記偏光子を透過した光を受光するイメージセンサとが設けられた検出光学手段、及び、上記イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段を備えており、上記偏光子アレイは、R個(但し、Rは2以上の整数)の偏光子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる透過軸角度を有した複数の上記偏光子を有していることを特徴としている。 In addition, the second polarization detection device for detecting the polarization state of the detection object according to the present invention is a polarization detection device for detecting the polarization state of the detection object in order to solve the above-described problem. And a detection optical means provided with a polarizer array constituted by a plurality of polarizers, and an image sensor that receives the light emitted from the detection object and transmitted through the polarizer, And calculating means for calculating the polarization information of the detection object from the output of the image sensor, and the polarizer array has R (where R is an integer of 2 or more) polarizers aligned. Each stage has a plurality of the polarizers having different transmission axis angles within a predetermined angle range.
上記のように、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記偏光子アレイが、R個(但し、Rは2以上の整数)の偏光子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる透過軸角度を有した複数の上記偏光子を有しているため、イメージセンサとして例えば時間遅延積分型イメージセンサを用いることによって、被検出体の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる偏光検出装置を提供することができる。 As described above, in the second polarization detection device according to the present invention, the polarizer array has a predetermined stage in one stage formed by arranging R polarizers (where R is an integer of 2 or more). Since it has a plurality of polarizers having different transmission axis angles within the angle range, by using, for example, a time delay integration type image sensor as an image sensor, the phase difference of the detected object and the optical axis direction It is possible to provide a polarization detecting device capable of measuring a two-dimensional distribution in a wide range, with high accuracy and in a short time.
時間遅延積分型イメージセンサは、積分方向に複数の受光素子が並んでいる。例えば、積分方向に50個の受光素子が並んでいるとすると、連続移動によって、被検出体の1エリアを、50個の受光素子で測定することになる。すなわち、被検出体の1エリアを50回測定し、これを積分した情報を得ることができる。よって、本発明の第2の偏光検出装置は、ノイズが少なく、高い測定分解能での検出の実現に貢献することができる。 The time delay integration type image sensor has a plurality of light receiving elements arranged in the integration direction. For example, assuming that 50 light receiving elements are arranged in the integration direction, one area of the detection object is measured by 50 light receiving elements by continuous movement. That is, information obtained by measuring one area of the detected object 50 times and integrating the same can be obtained. Therefore, the second polarized light detection apparatus of the present invention can contribute to the realization of detection with low noise and high measurement resolution.
より具体的には、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記イメージセンサが、時間遅延積分型イメージセンサであり、上記偏光検出装置は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って上記時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させるための走査ステージを更に備えており、上記段を構成する偏光子の整列方向は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿っていることが好ましい。 More specifically, in the second polarization detection device according to the present invention, the image sensor is a time delay integration type image sensor, and the polarization detection device is along an integration direction of the time delay integration type image sensor. A scanning stage for relatively moving the time delay integration type image sensor and the detection object, and the alignment direction of the polarizers constituting the stage is the integration direction of the time delay integration type image sensor. It is preferable that it is along.
また、時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させることによって、広範囲を短時間で測定することができる。 In addition, a wide range can be measured in a short time by relatively moving the time delay integration type image sensor and the detected object.
尚、上記「所定の角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有した上記領域」とは、例えば、後述するように0°から45°までの角度範囲内において、上記段の一方の端から他方の端まで並んだ領域が、0°、3.75°、7.5°、11.25°、15°…のように基準軸からの角度が順次大きくなる(もしくは小さくなる)ように整列している場合と併せて、上記段の一方の端から、3.75°、0°、7.5°、15°、11.25°…のように、角度の大きさの順番を問わず整列している場合も含む。 The “region having transmission axis angles different from each other within a predetermined angle range” means, for example, from one end of the step to the other within an angle range of 0 ° to 45 ° as described later. The regions aligned up to the end of each are aligned so that the angle from the reference axis sequentially increases (or decreases) such as 0 °, 3.75 °, 7.5 °, 11.25 °, 15 °. In addition to the case, the angle is arranged from one end of the above steps regardless of the order of the angle, such as 3.75 °, 0 °, 7.5 °, 15 °, 11.25 °, etc. This includes cases where
また、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記1つの段を構成する偏光子の整列方向に対して垂直な方向に、上記1つの段をNつ(但し、Nは4以上の整数)並べて構成されるR×N個の領域からなる上記偏光子アレイを、1つの組としたとき、上記偏光子アレイは、上記組を、上記垂直な方向に複数有しており、上記偏光子アレイのL(Lは1〜Nまでのいずれかの整数)段目の上記組が、基準軸を基準に(L−1)×180°/NからL×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含むことが好ましい。この点、換言すれば、上記位相子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から1×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第1の上記段と、基準軸を基準に1×180°/Nから2×180°/Nまでの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第2の上記段と、…、基準軸を基準に(N−1)×180°/Nから180°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第Nの上記段とからなることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, the second polarization detection apparatus according to the present invention includes N one stage in the direction perpendicular to the alignment direction of the polarizers constituting the one stage (however, , N is an integer of 4 or more) When the polarizer array composed of R × N regions arranged side by side is made into one set, the polarizer array has a plurality of the sets in the vertical direction. The above-mentioned set of L (L is any integer from 1 to N) stages of the polarizer array is (L-1) × 180 ° / N to L × 180 ° with reference to the reference axis. It is preferable to include the above-described regions having different transmission axis angles within an angle range up to / N. In this regard, in other words, the set of the phaser arrays includes the regions having different transmission axis angles within an angle range from 0 ° to 1 × 180 ° / N with respect to the reference axis. The second stage including the first stage and the region having different transmission axis angles within an angular range from 1 × 180 ° / N to 2 × 180 ° / N with respect to the reference axis And Nth stage including the above-described regions having different transmission axis angles within an angle range of (N−1) × 180 ° / N to 180 ° with reference to the reference axis. It is preferable.
上記の構成を採用することにより、本発明に係る第2の偏光検出装置は、高い測定精度での検出を実現することができる。 By adopting the above configuration, the second polarization detection device according to the present invention can realize detection with high measurement accuracy.
また、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記偏光子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から45°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第1の上記段と、基準軸を基準に45°から90°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第2の上記段と、基準軸を基準に90°から135°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第3の上記段と、基準軸を基準に135°から180°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している上記領域を含む第4の上記段とからなることが好ましい。 In addition to the above-described configuration, the second polarized light detection device according to the present invention is configured such that the set of the polarizer arrays has different transmission axes within an angle range from 0 ° to 45 ° with respect to the reference axis. A first stage including the region having an angle; and a second stage including the region having a transmission axis angle different from each other within an angle range of 45 ° to 90 ° with respect to the reference axis. The third stage including the stage, the third area including the transmission axis angles different from each other within an angle range of 90 ° to 135 ° with respect to the reference axis, and 135 ° to 180 ° with respect to the reference axis. It is preferable to include the fourth step including the region having transmission axis angles different from each other within an angle range of up to °.
上記の構成を採用することにより、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記偏光子アレイの上記組を5つ以上の上記段から構成する場合と比較して、高い測定分解能を実現することができる。 By adopting the above configuration, the second polarization detection device according to the present invention realizes a high measurement resolution as compared with the case where the set of the polarizer arrays is composed of five or more stages. be able to.
例えば、TDIの1素子が10×10μmの場合、1対1の光学系であれば、4段で1ポイントの測定が可能であるとすると、分解能は40μmとなります。一方、16段必要であれば分解能は160μmとなりますので、4段で1ポイントの測定を行う構成の場合は、高い測定分解能を実現することができます。 For example, if one element of TDI is 10 × 10 μm and the optical system is one-to-one, the resolution is 40 μm if one point can be measured in four stages. On the other hand, if 16 stages are required, the resolution will be 160 μm, so a high measurement resolution can be achieved with a configuration that measures one point in 4 stages.
また、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記算出手段は、上記第1の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第2の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第3の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第4の段で受光された光に基づいた上記出力とに基づいて、上記被検出体の偏光情報を算出することが好ましい。 Further, in the second polarization detecting device according to the present invention, in addition to the above configuration, the calculating means receives the output based on the light received at the first stage and the light received at the second stage. Based on the output based on the received light, the output based on the light received at the third stage, and the output based on the light received at the fourth stage. It is preferable to calculate polarization information of the body.
しかしながら、本発明は上記の4段の構成に限定されるものではなく、次のような5段の構成であってもよい。すなわち、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記偏光子アレイの上記組が、基準軸を基準に0°から36°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記位相子を含む第1の上記段と、基準軸を基準に36°から72°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記位相子を含む第2の上記段と、基準軸を基準に72°から108°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記位相子を含む第3の上記段と、基準軸を基準に108°から144°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記位相子を含む第4の上記段と、基準軸を基準に144°から180°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記位相子を含む第5の上記段とからなってもよい。 However, the present invention is not limited to the above-described four-stage configuration, and may have the following five-stage configuration. That is, in the second polarization detecting device according to the present invention, the set of the polarizer arrays has different transmission axis angles within an angle range from 0 ° to 36 ° with respect to the reference axis. A first stage including a phaser; a second stage including the phaser having different transmission axis angles within an angle range from 36 ° to 72 ° with respect to a reference axis; and a reference A third stage including the phaser having different transmission axis angles within an angular range of 72 ° to 108 ° with respect to the axis, and an angle of 108 ° to 144 ° with respect to the reference axis; In the range, the fourth stage including the phaser having different transmission axis angles, and in the angle range from 144 ° to 180 ° with respect to the reference axis, having different transmission axis angles. The fifth stage including the above phaser .
また、この5段の構成において、上記算出手段は、上記第1の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第2の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第3の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第4の段で受光された光に基づいた上記出力と、上記第5の段で受光された光に基づいた上記出力とに基づいて、上記被検出体の偏光情報を算出することが好ましい。 Further, in the five-stage configuration, the calculation means includes the output based on the light received in the first stage, the output based on the light received in the second stage, and the first Based on the output based on the light received at the third stage, the output based on the light received at the fourth stage, and the output based on the light received at the fifth stage. Thus, it is preferable to calculate the polarization information of the object to be detected.
また、本発明に係る第2の偏光検出装置は、上記の構成に加えて、上記偏光子アレイが、上記偏光子アレイは、基板の一方の面にワイヤーグリッドを形成することによって、偏光機能を実現しているものであることが好ましい。 Moreover, in addition to said structure, the 2nd polarization | polarized-light detection apparatus which concerns on this invention is the said polarizer array, The said polarizer array forms a polarization function by forming a wire grid in the one surface of a board | substrate. It is preferable that it is realized.
上記偏光子アレイは、所定の角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有した複数の偏光子からなってもよく、上記段を構成する上記偏光子のいずれもが、互いに異なる透過軸角度を有していてもよい。 The polarizer array may be composed of a plurality of polarizers having different transmission axis angles within a predetermined angle range, and any of the polarizers constituting the stage has different transmission axis angles. You may do it.
また、本発明には、次の第1の検出光学素子も含まれる。すなわち、本発明に係る第1の検出光学素子は、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出装置に設けられる検出光学素子であって、上記検出光学素子は、R個(但し、Rは2以上の整数)の位相子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の上記位相子を有している位相子アレイであることを特徴している。 The present invention also includes the following first detection optical element. That is, the first detection optical element according to the present invention is a detection optical element provided in the polarization detection device for detecting the polarization state of the detection target, and the detection optical elements include R (however, R Is a phaser array having a plurality of the above phaser having different fast axis angles within a predetermined angle range in one stage formed by aligning two or more phasers). It is characterized.
また、本発明には、次の第2の検出光学素子も含まれる。すなわち、本発明に係る第1の検出光学素子は、R個(但し、Rは2以上の整数)の偏光子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の偏光子を有している偏光子アレイであることを特徴としている。 The present invention also includes the following second detection optical element. That is, the first detection optical element according to the present invention has different fast axes within a predetermined angle range in one stage in which R (where R is an integer of 2 or more) polarizers are aligned. It is a polarizer array having a plurality of polarizers having an angle.
これら第1及び第2の偏光検出素子によれば、被検出体(例えば、液晶パネル)の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる。 According to these first and second polarization detecting elements, it is possible to measure a two-dimensional distribution of a phase difference and an optical axis direction of a detection target (for example, a liquid crystal panel) in a wide range, with high accuracy and in a short time. it can.
また、本発明には、次の第1の偏光検出方法も含まれる。すなわち、本発明に係る第1の偏光検出方法は、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出方法であって、被写体から出射された光を、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の位相子を有した位相子アレイに透過させた後、偏光板に透過させて、上記偏光板に透過させた光を、イメージセンサに受光させ、上記イメージセンサからの出力を、上記被検出体の偏光情報を算出するための算出手段に入力させて、被検出体の偏光状態を検出することを特徴としている。 The present invention also includes the following first polarization detection method. That is, the first polarization detection method according to the present invention is a polarization detection method for detecting the polarization state of the detection object, and the light emitted from the subject is different in phase within a predetermined angle range. After passing through a phaser array having a plurality of phasers having an axial angle, the light transmitted through the polarizing plate and transmitted through the polarizing plate is received by the image sensor and output from the image sensor. Is input to the calculation means for calculating the polarization information of the detection object, and the polarization state of the detection object is detected.
また、本発明には、次の第2の偏光検出方法も含まれる。すなわち、本発明に係る第2の偏光検出方法は、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出方法であって、被写体から出射された光を、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の偏光子を有した偏光子アレイに透過させ、上記偏光子アレイに透過させた光を、イメージセンサに受光させ、上記イメージセンサからの出力を、上記被検出体の偏光情報を算出するための算出手段に入力させて、被検出体の偏光状態を検出することを特徴している。 The present invention also includes the following second polarization detection method. That is, the second polarization detection method according to the present invention is a polarization detection method for detecting the polarization state of the detection object, and the light emitted from the subject is different in phase within a predetermined angle range. The light transmitted through the polarizer array having a plurality of polarizers having an axial angle and transmitted through the polarizer array is received by the image sensor, and the output from the image sensor is converted into the polarization of the detected object. It is characterized in that it is inputted to a calculation means for calculating information and the polarization state of the detection object is detected.
これら第1及び第2の偏光検出方法によれば、被検出体(例えば、液晶パネル)の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる。 According to these first and second polarization detection methods, the two-dimensional distribution of the phase difference and the optical axis direction of the detection target (for example, a liquid crystal panel) can be measured over a wide range, with high accuracy and in a short time. it can.
本発明に係る第1の偏光検出装置は、以上のように、透過軸を有する複数の領域によって構成された偏光子アレイと、上記被検出体から出射された光であって、上記偏光子アレイを透過した光を受光する時間遅延積分型イメージセンサとが設けられた検出光学手段、上記時間遅延積分型イメージセンサで受光された光に基づいた該時間遅延積分型イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段、及び、上記検出光学手段を上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って連続移動走査させるための走査ステージを備えており、上記偏光子アレイは、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に整列したR個(但し、Rは複数)の上記領域からなる段を上記積分方向に垂直な方向にNつ(但し、Nは4以上の整数)整列して、このR×N個の領域からなるアレイを1つの組としたとき、各上記段は、所定の角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有した上記領域からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、上記時間遅延積分型イメージセンサは、上記偏光子アレイの各上記領域を透過した光を受光する複数の受光素子を有していることを特徴としている。また、本発明に係る第2の偏光検出装置は、以上のように、進相軸を有する複数の領域によって構成された位相子アレイと、偏光板と、上記被検出体から出射された光であって、上記位相子アレイ及び上記偏光板を透過した光を受光する時間遅延積分型イメージセンサとが設けられた検出光学手段、上記時間遅延積分型イメージセンサで受光された光に基づいた該時間遅延積分型イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段、及び、上記検出光学手段を上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って連続移動走査させるための走査ステージを備えており、上記位相子アレイは、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に整列したR個(但し、Rは複数)の上記領域からなる段を上記積分方向に垂直な方向にNつ(但し、Nは4以上の整数)整列して、このR×N個の領域からなるアレイを1つの組としたとき、各上記段は、所定の角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有した上記領域からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、上記時間遅延積分型イメージセンサは、上記偏光子アレイの各上記領域を透過した光を受光する複数の受光素子を有していることを特徴としている。また、本発明に係る第1の検出光学素子は、以上のように、透過軸を有する複数の領域によって構成された偏光子アレイと、上記被検出体から出射された光であって、上記偏光子アレイを透過した光を受光する時間遅延積分型イメージセンサと、上記偏光子アレイ及び上記時間遅延積分型イメージセンサを一体的に、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って連続移動走査させるための走査ステージとを備えており、上記偏光子アレイは、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に整列したR個(但し、Rは複数)の上記領域からなる段を上記積分方向に垂直な方向にNつ(但し、Nは4以上の整数)整列して、このR×N個の領域からなるアレイを1つの組としたとき、各上記段は、所定の角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有した上記領域からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、上記時間遅延積分型イメージセンサは、上記偏光子アレイの各上記領域を透過した光を受光する複数の受光素子を有していることを特徴としている。また、本発明に係る第2の検出光学素子は、以上のように、被検出体の偏光状態を検出するための偏光検出装置に設けられる第2の検出光学素子として、進相軸を有する複数の領域によって構成された位相子アレイ、及び偏光板と、上記被検出体から出射された光であって、上記位相子アレイ及び上記偏光板を透過した光を受光する時間遅延積分型イメージセンサと、上記位相子アレイ、上記偏光板及び上記時間遅延積分型イメージセンサを一体的に、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って連続移動走査させるための走査ステージとを備えており、上記位相子アレイは、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に整列したR個(但し、Rは複数)の上記領域からなる段を上記積分方向に垂直な方向にNつ(但し、Nは4以上の整数)整列して、このR×N個の領域からなるアレイを1つの組としたとき、各上記段は、所定の角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有した上記領域からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、上記時間遅延積分型イメージセンサは、上記偏光子アレイの各上記領域を透過した光を受光する複数の受光素子を有していることを特徴としている。 As described above, the first polarization detection apparatus according to the present invention includes a polarizer array constituted by a plurality of regions having transmission axes, and light emitted from the detected object, the polarizer array A detection optical means provided with a time delay integration type image sensor for receiving light transmitted through the time delay, and from the output of the time delay integration type image sensor based on the light received by the time delay integration type image sensor. A calculation unit for calculating polarization information of a detector; and a scanning stage for continuously moving and scanning the detection optical unit along the integration direction of the time delay integration type image sensor. R stages (where R is a plurality) arranged in the integration direction of the time-delay integration type image sensor in the direction perpendicular to the integration direction (where N is 4 or more). (Integer) When the array of R × N regions is set as one set, each of the stages is composed of the regions having different transmission axis angles within a predetermined angle range, and A plurality of the sets are provided along the vertical direction, and the time delay integration type image sensor includes a plurality of light receiving elements that receive light transmitted through the regions of the polarizer array. It is characterized by that. In addition, as described above, the second polarization detection device according to the present invention includes a phaser array constituted by a plurality of regions having a fast axis, a polarizing plate, and light emitted from the detected object. And a detection optical means provided with a time delay integration type image sensor for receiving light transmitted through the phaser array and the polarizing plate, and the time based on the light received by the time delay integration type image sensor. A calculation stage for calculating the polarization information of the detected object from the output of the delay integration type image sensor, and a scanning stage for continuously moving and scanning the detection optical means along the integration direction of the time delay integration type image sensor The phaser array includes R stages (where R is a plurality) aligned in the integration direction of the time delay integration type image sensor, and the stage is perpendicular to the integration direction. When the array composed of R × N areas is arranged as a set by aligning N in the direction (where N is an integer of 4 or more), each of the above stages has a different progression within a predetermined angle range. A plurality of the sets are provided along the vertical direction, and the time delay integration type image sensor transmits each of the regions of the polarizer array. It has a plurality of light receiving elements for receiving light. In addition, as described above, the first detection optical element according to the present invention includes a polarizer array configured by a plurality of regions having transmission axes, and light emitted from the detected object, The time delay integration type image sensor that receives light transmitted through the child array, and the polarizer array and the time delay integration type image sensor are integrally moved and scanned along the integration direction of the time delay integration type image sensor. The polarizer array includes R stages (where R is a plurality) aligned in the integration direction of the time delay integration type image sensor in the integration direction. When N (where N is an integer of 4 or more) are aligned in a vertical direction and the array of R × N regions is combined into one set, each of the above stages is within a predetermined angle range. Different A plurality of the sets are provided along the vertical direction, and the time delay integration type image sensor transmits each of the regions of the polarizer array. It is characterized by having a plurality of light receiving elements for receiving the received light. Further, as described above, the second detection optical element according to the present invention is a plurality of second detection optical elements provided in the polarization detection device for detecting the polarization state of the detection target, having a fast axis. A phase delay array configured by the region, a polarizing plate, and a time delay integration type image sensor that receives light emitted from the detected object and transmitted through the phase shifter array and the polarizing plate; A scanning stage for continuously moving and scanning the phaser array, the polarizing plate and the time delay integration type image sensor along the integration direction of the time delay integration type image sensor. The phaser array has R stages (where R is a plurality) aligned in the integration direction of the time-delay integration type image sensor in the direction perpendicular to the integration direction. When the array of R × N regions is aligned to form one set, each of the stages is composed of the regions having different fast axis angles within a predetermined angle range. In addition, a plurality of the sets are provided along the vertical direction, and the time delay integration type image sensor has a plurality of light receiving elements that receive light transmitted through the regions of the polarizer array. It is characterized by that.
以上の構成とすれば、被検出体の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる。 With the above configuration, the two-dimensional distribution of the phase difference and optical axis direction of the detection target can be measured over a wide range, with high accuracy, and in a short time.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態を図1から図7に基づいて説明する。尚、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の実施の形態及び図面に限定されるものではない。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, various technically preferable limitations for carrying out the present invention are given, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and drawings.
図1に本発明における偏光検出装置30の構成を示している。偏光検出装置30は、検出光学手段1からの出力により偏光状態を計算する計算処理手段2(算出手段)と接続されている。また検出光学手段1は走査ステージ3に固定されている。試料4(被検出体)は検出光学手段1の前面に設置されている。
FIG. 1 shows a configuration of a
図2に、上記検出光学手段1の具体的な構成を示している。検出光学手段1は、図2に示すように、時間遅延積分型(TDI:Time Delay Integration)イメージセンサ5と、その前面にある偏光子アレイ7とからなる。
FIG. 2 shows a specific configuration of the detection
TDIイメージセンサ5の出力は、偏光状態を計算する計算処理手段2に送られる。図2ではTDIイメージセンサと偏光子アレイ7は離れて設置しているが、密着させて設置させてもよい。密着させて設置することによって、偏光検出装置をコンパクトにすることができる。
The output of the
ここで、TDIイメージセンサ5について説明する。TDIイメージセンサ5とは、1列目の受光素子が取得した1次元データに、隣接する列(2列目)のセンサが同じ場所を撮像した1次元のデータが加算されていく。これを次々にTDIの列の数だけ繰り返していく。そのため、TDIセンサではラインセンサと同じ走査速度であれば、ラインセンサの露光時間に比べTDIのセンサの列の数の倍だけ露光時間を長くした撮像結果が得られる。例えば、図2に示す列a1が撮像した1次元データに、列a2が同じ箇所を撮像した1次元データを加算していく。更に、列a3も同じ箇所を撮像した1次元データが加算されていく。このようにして積算スピードと試料4の走査スピードを等しく設定してやれば、1枚の画像データを取得することができる。
Here, the
図1においては、走査ステージ3で試料4の測定面と平行な方向である図示するX軸方向(TDIイメージセンサ5の積分方向)に走査することで、試料4の測定面全体を検出することができる。図1では検出光学手段1を走査ステージ3の上に固定して走査したが、検出光学手段1と試料4とが相対移動すればよいため、検出光学手段1を固定し試料4を走査ステージ3に搭載して走査させてもよく、検出光学手段1と試料4とがそれぞれ図示しない走査手段を用いて移動するように構成してもよい。また、連続移動に限定されるものでもなく、ステップ移動であってもよい。
In FIG. 1, the entire measurement surface of the
次に偏光子アレイ7について説明する。図3にまず偏光子(偏光子アレイの領域)の構成を示す。図3の8は偏光子を示している。今、X軸方向とZ軸方向に振動している成分を有している光が偏光子8に入射したとする。その透過光についてX軸方向に振動する成分のみになったとする。このように振動方向によって光が透過したり透過しなかったりする素子を偏光子と呼ぶ。そして偏光子8のように、Z軸方向に振動する成分のみが偏光子8を透過する場合、Z軸方向を偏光子8の透過軸方向と呼ぶことにする。
Next, the
このように偏光子8のような光学的機能を有したものをアレイ状に配列したものが、偏光子アレイ7である。
In this way, the
偏光子アレイ7は、各アレイでは図3で示した透過軸方向が異なるように製作されている。各偏光子の透過軸については次に説明する。
The
図4に偏光子アレイ7の各透過軸方向を示した概略図を示す。偏光子アレイ7の各偏光子に表記している矢印の向きが透過軸の向きを示す。素子のX軸の方向、すなわちTDIイメージセンサ5が検出輝度を積算していく方向に透過軸が連続的に変化している。図4の段b1(第1の段)は、Z軸(基準軸)を0°として0°から45°まで、段b2(第2の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、45°から90°まで、段b3(第3の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、90°から135°、段b4(第4の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、135°から180°まで、の角度範囲内において互いに異なる透過軸の角度を有した偏光子8が並んでいる。段b4より下は透過軸の方向は図示しないが、段b1、段b2、段b3及び段b4を1組として、この組が複数配置されている。
FIG. 4 is a schematic view showing the transmission axis directions of the
偏光子アレイ7とTDIイメージセンサ5との光学的な位置関係は、偏光子アレイ7の各アレイがTDIイメージセンサ5の各受光素子に対応している。すなわち、偏光子アレイ7の各アレイを透過した光はそれぞれ1つ1つの受光素子で検出されるように配置する。また、段b1、b2などの各段が、TDIイメージセンサ5の検出輝度の積分方向と一致するように配置する。図4において偏光子アレイ7のアレイ数はTDIイメージセンサ5の受光素子数に等しく製作されているほうが好ましい。そのため図4において、偏光子アレイ7の各段の分割数は12で図示しているがこれに限定されるわけではない。またZ軸方向にも分割数は、図4で示されるような分割数に限定されるわけではなく、TDIイメージセンサ5の受光素子数と同数であることが好ましい。
Regarding the optical positional relationship between the
上記のような偏光検出装置30を用いて試料4(図1)の偏光状態の測定方法を以下に説明する。まずは、測定方法の一例を示し、続いて、本実施形態の測定方法について説明する。
A method for measuring the polarization state of the sample 4 (FIG. 1) using the
図5に、偏光測定の一例を示した光学系の概略図を示す。偏光測定とは試料透過光のストークスパラメータを求めることで、試料を透過することでストークスパラメータの変化から試料の特性情報を得ることである。ストークスパラメータとは以下の式(1)〜式(4)で表されるS0、S1、S2、S3で表記される。 FIG. 5 shows a schematic diagram of an optical system showing an example of polarization measurement. Polarization measurement is to obtain the characteristic information of the sample from the change of the Stokes parameter by obtaining the Stokes parameter of the sample transmitted light and transmitting the sample. The Stokes parameters are represented by S0, S1, S2, and S3 expressed by the following equations (1) to (4).
尚、Ex、Ezは図5におけるX軸方向、Z軸方向の光の電場振幅を示し、Δは、ExとEzの位相差を示す。 Ex and Ez indicate the electric field amplitude of light in the X-axis direction and the Z-axis direction in FIG. 5, and Δ indicates the phase difference between Ex and Ez.
そこで、試料透過光のストークスパラメータを測定する。図5は透過光モデルを説明している。光学系として、光源10、偏光板11、1/4波長板12、サンプル13、偏光板14、検出器16の順に配列されている。光源10は白色光、単色光のどちらでもかまわないが、単色光の方が1つの波長による解析となるので、計算が容易である。光源10からの光は偏光板11、1/4波長板を透過して円偏光となり、サンプル13に入射する。サンプル13に入射される光はこの図5では円偏光となるが、直線偏光でもかまわない。直線偏光を入射する場合は、1/4波長板12は必要ない。サンプル13を透過した光は偏光板14を通過して、検出器16にてその強度が検出される。
Therefore, the Stokes parameter of the sample transmitted light is measured. FIG. 5 illustrates the transmitted light model. As an optical system, the
測定方法としては偏光板14を回転しながら強度を検出していく。偏光板14の回転角をCとすると、検出強度I(C)は、以下の式(5)
As a measurement method, the intensity is detected while rotating the
で表すことができる。 Can be expressed as
ここで、I0は規格化強度で通常はI0=1とする。係数α1、α2は試料からの透過光のストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)のうちS0、S1、S2で表記されるので、係数α1、α2を求めればよい。求める方法としては、検出強度I(C)をフーリエ変換する方法や、以下に示すような積分強度から求める方法もある。 Here, I0 is the normalized strength, and normally I0 = 1. The coefficients α1 and α2 are represented by S0, S1, and S2 among the Stokes parameters (S0, S1, S2, and S3) of the transmitted light from the sample. Therefore, the coefficients α1 and α2 may be obtained. As a method of obtaining, there are a method of Fourier transforming the detected intensity I (C) and a method of obtaining from the integrated intensity as shown below.
式(6)によりI1、I2、I3、I4を定義すると、α1、α2は以下の式(7)、(8) When I1, I2, I3, and I4 are defined by the equation (6), α1 and α2 are expressed by the following equations (7) and (8).
のように表すことができる。 It can be expressed as
上記のようにして、検出された強度から式(6)により積分強度I1、I2、I3、I4を求めると、α1、α2が求まり、透過光のストークスパラメータのS0、S1、S2を求めることができる。ここでストークスパラメータのS3を求めていないが、S3の値が求まらなくても試料の物理情報である異方性の大きさとその光軸方向を求めることができる。但し、S3が求まらないと、検出できる位相差の範囲が小さい。 As described above, when the integrated intensities I1, I2, I3, and I4 are obtained from the detected intensities according to the equation (6), α1 and α2 are obtained, and the Stokes parameters S0, S1, and S2 of the transmitted light are obtained. it can. Although the Stokes parameter S3 is not found here, the magnitude of anisotropy that is physical information of the sample and its optical axis direction can be found without obtaining the value of S3. However, if S3 is not obtained, the range of the phase difference that can be detected is small.
図5に示す方法では偏光板14を回転する必要があるため、短時間計測はできない。そこで、本実施形態の偏光検出装置30を使用する。
In the method shown in FIG. 5, since it is necessary to rotate the
本実施形態の偏光検出装置30では、図5の偏光板14に相当する素子が図4の偏光子アレイ7に、図5の検出器16が図4のTDIイメージセンサ5に相当する。図5を用いて説明した方法で偏光板14の回転は図4で示した偏光子アレイ7の各段に構成される各偏光子の各透過軸に相当する。よって、図4の段b1の各偏光子を透過した光は、図5の偏光板14を0°から45°に回転した場合の光と同等となる。そこで、上記式(6)で示した積分を求めるには、図4の段b1を透過した光の強度を全て加算すればよい。ここで、TDIイメージセンサ5の出力は、同一箇所を検出した段b1の出力を加算したものであるから、積分値そのものとなる。実際は、TDIイメージセンサ5で段b1の出力をB1とすると、式(6)に相当する積分強度I1’は、以下の式(9)で表すことができる。
In the
ここで、δbとは、隣接する偏光子間の透過軸の角度差である。 Here, δb is an angle difference of transmission axes between adjacent polarizers.
上記のようにして、段b2、段b3、段b4からの出力をB2、B3、B4とすると、式(6)に相当する積分強度I2’、I3’、I4’は以下の式(10)〜(12) As described above, assuming that the outputs from the stage b2, the stage b3, and the stage b4 are B2, B3, and B4, the integrated intensities I2 ′, I3 ′, and I4 ′ corresponding to the expression (6) are expressed by the following expression (10): ~ (12)
で表すことができる。 Can be expressed as
式(9)から式(12)で求めたI1’、I2’、I3’、I4’から、式(7)、(8)を用いて検出強度Iの係数α1、α2を算出し、試料透過光のストークスパラメータのS0、S1、S2を求めることができる。試料透過光のストークスパラメータは、計算処理手段2によって求める。計算処理手段2は、上記した演算を行う装置本体であってもよく、または、上記したような演算を行うプログラムを、外部コンピューターに組み込むことによって、その外部コンピューターを上記計算処理手段2として動作させるものであってよい。 From coefficients I1 ′, I2 ′, I3 ′, and I4 ′ obtained from Expressions (9) to (12), coefficients α1 and α2 of detected intensity I are calculated using Expressions (7) and (8), and the sample is transmitted. The Stokes parameters of light S0, S1, and S2 can be obtained. The Stokes parameter of the sample transmitted light is obtained by the calculation processing means 2. The calculation processing means 2 may be an apparatus main body that performs the above-described calculation, or causes the external computer to operate as the calculation processing means 2 by incorporating a program for performing the calculation as described above into the external computer. It may be a thing.
本実施形態の偏光検出装置30では、光学素子の回転、挿入などの駆動部が無いため、短時間での測定が可能である。またTDIイメージセンサ5からの出力が強度の加算なので、計算処理手段2への負担が小さくなり、計算時間が短くなる。更にTDIイメージセンサは走査型センサなので、撮像しながらの走査により、広範囲な測定が可能となる。
In the
尚、本実施形態で用いることができる偏光子アレイは、図4に示したものに限定されない。例えば、図6のようなものでも良い。すなわち、図4に示す偏光子アレイ7では、段b1を構成する偏光子の各々の透過軸は、その角度が、段b1の一方の端から他方の端まで連続的に変化している。これに対して、図6に示す偏光子アレイ7’は、段b1’を構成する偏光子の各々の透過軸は、その角度が、段b1’の一方の端から他方の端まで連続して変化していない。すなわち、本実施形態で採用することができる偏光子アレイは、1つの段が、0°から45°までの角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有している偏光子によって構成されていればよい。また列方向(積分方向に垂直な方向)の並びも、図4ではb1、b2、b3、b4であったがこれに限定されるわけではない。図6のようにb1’、b2’、b4’、b3’のように順番が入れ替わっていても良い。
The polarizer array that can be used in this embodiment is not limited to that shown in FIG. For example, it may be as shown in FIG. That is, in the
また図7のようにTDIイメージセンサ5の受光素子1つ1つに異なる透過軸方向(偏光軸角度)を持つ偏光子アレイ7を割り当てる必要は無い。図7では、積分方向に受光素子2つ分は等しい透過軸方向を持つ偏光子アレイを割り当てている。しかしながら、透過軸方向はより細かくして割り当てた方が、測定精度が向上するので、できるだけ細かく分割して検出した方がよい。
Further, it is not necessary to assign a
本実施形態の偏光子アレイ7は、ワイヤーグリッドで製作することができる。ワイヤーグリッドとは、線幅が数十nm、ピッチが百数十nmで形成された金属の線が並んだ構造である。金属は主にアルミなどを用いることができる。偏光子アレイ7は、基板(例えば、ガラス)表面に、ワイヤーグリッドを形成すればよい。この素子は線方向に垂直な方向が光の透過軸となる。ワイヤーグリッドで製作した偏光子は、通常の偏光板より透過率が大きくなる。金属線の方向は自由に設定できるので、偏光子アレイの透過軸方向を自由に設定できることになり、本実施形態の偏光子アレイとして好適である。また、可視光領域全体で偏光子として動作するので、検出波長の選択をする必要は無い。
The
以上のように、本実施形態における偏光検出装置30は、透過軸を有する複数の偏光子8によって構成された偏光子アレイ7と、試料4から出射された光であって、偏光子アレイ7を透過した光を受光するTDIイメージセンサ5とが設けられた検出光学手段1、TDIイメージセンサ5で受光された光に基づいたTDIイメージセンサ5の出力から、試料4の偏光情報を計算する計算処理手段2、及び、検出光学手段1をTDIイメージセンサ5の積分方向に沿って試料と相対移動走査させるための走査ステージ3を備えており、偏光子アレイ7は、TDIイメージセンサの積分方向に整列した12個の偏光子からなる段を上記積分方向に垂直な方向に4つ整列して、これを1つの組としたとき、各段は、上述したように所定の角度範囲内において互いに異なる透過軸角度を有した偏光子からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、TDIイメージセンサは、偏光子アレイ7の各偏光子8を透過した光を受光する複数の受光素子を有している。これにより、試料4の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる偏光検出装置を提供することができる。本実施形態に用いるTDIイメージセンサとしては、例えば、96段まで積算するセンサを用いることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、より多くの段を積算するセンサを用いれば、より好ましい。
As described above, the
尚、本実施形態では、計算処理手段2と、検出光学手段1及び走査ステージ3(検出光学素子)とを別体で構成してもよい。
In the present embodiment, the calculation processing means 2, the detection
また、本形態では、各段を構成する偏光子のいずれもが、互いに異なる透過軸角度を有している構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、或る段を構成する偏光子の一部は、互いに透過軸角度が等しくてもよい。しかし、一部に同じ透過軸角度の偏光子がある場合、異なる角度によって作成される積分強度の値は真の値とは異なる結果が得られるので、検出精度は劣化する。但し、検出精度の劣化が許容される範囲であれば、一部に同じ方向が含まれていても、特には問題ないと考えても良い。また同じ角度の偏光子を予め把握しているのであれば、その角度の検出強度を積分強度から引いたり、積分強度に加えずに破棄したりして対応すれば、全て異なる方向で作成した積分強度と同様の結果を得ることが可能である。 Further, in the present embodiment, a description has been given of a configuration in which all of the polarizers constituting each stage have different transmission axis angles, but the present invention is not limited to this. That is, some of the polarizers constituting a certain stage may have the same transmission axis angle. However, when there are polarizers with the same transmission axis angle in part, the integrated intensity value created by different angles gives a result different from the true value, so the detection accuracy deteriorates. However, as long as the detection accuracy is allowed to deteriorate, even if the same direction is partially included, it may be considered that there is no particular problem. Also, if you know the polarizer at the same angle in advance, you can subtract the detected intensity at that angle from the integrated intensity or discard it without adding it to the integrated intensity. Results similar to strength can be obtained.
また、本実施形態では、0°から180°までを4分割した構成について説明したが、分割数は4以上であればよい。これは、上述したストークスパラメータが4つ(S0,S1,S2,S3)あるため、最低4段は必要となる。すなわち、5分割してb1’、b2’、b3’、b4’、b5’を検出してより精度良く検出方法もある。この場合、偏光子アレイ7は5段分で1ポイントの計測を行うような構成になる。
In the present embodiment, the configuration in which 0 ° to 180 ° is divided into four has been described, but the number of divisions may be four or more. Since there are four Stokes parameters (S0, S1, S2, S3), at least four stages are required. In other words, there is a method of detecting with higher accuracy by dividing b1 ', b2', b3 ', b4', b5 'by dividing into five. In this case, the
また、本形態では、図4に示した段b1、段b2、段b3及び段b4を1組として、段b4より下に、この組が複数配置されている点を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、1ポイントの計測で十分な場合には、偏光子アレイは上記4分割ないし5分割の1組だけでも良く、1ポイントを計測する(すなわち、点計測)するのみで良い場合は、そもそも走査をする必要もない。一方、上記1組だけで構成して、これを走査すれば、ライン計測(すなわち、線計測)が可能であり、このライン計測を実現する他の方法としては、1つの上記段から上記1組を構成し、当該組を複数設けることによってもライン計測を実現することができる。また、さらに広い範囲、すなわち2次元領域を計測(すなわち、面計測)するための方法としては、(1)1組を2次元走査する、(2)1つの上記段から上記1組を構成し、当該組を複数設けて、これを1次元走査する、あるいは、(3)図4に示したような複数の段を1組として、当該組が複数設けた構成、がある。 In the present embodiment, the stage b1, the stage b2, the stage b3, and the stage b4 shown in FIG. 4 are set as one set, and a plurality of sets are arranged below the stage b4. It is not limited to this. That is, when one point measurement is sufficient, the polarizer array may be only one set of the above-described four or five divisions, and if only one point is measured (ie, point measurement), scanning is performed in the first place. There is no need to do. On the other hand, line measurement (that is, line measurement) can be performed by configuring only one set and scanning this. As another method for realizing this line measurement, the above-mentioned one set from one stage is used. The line measurement can also be realized by providing a plurality of such sets. Further, as a method for measuring a wider range, that is, a two-dimensional region (ie, surface measurement), (1) one set is two-dimensionally scanned, and (2) one set is configured from one of the above stages. There is a configuration in which a plurality of such sets are provided and one-dimensional scanning is performed, or (3) a plurality of sets are provided with a plurality of stages as shown in FIG.
更にワイヤーグリッド素子だけではなく、フォトニック結晶で製作した偏光子アレイを用いてもよい。フォトニック結晶を用いると、動作帯域幅が50nmと狭いが、特定波長の検出に限定することが可能であればフォトニック結晶を用いても良い。 Further, not only a wire grid element but also a polarizer array made of a photonic crystal may be used. When a photonic crystal is used, the operating bandwidth is as narrow as 50 nm, but a photonic crystal may be used if it can be limited to detection of a specific wavelength.
また、本形態の偏光検出装置は、図1のように試料透過光の偏光状態を検出した。しかしながら、本発明はこれに限定したものではなく、試料反射光の偏光状態を検出しても、同様の検出を行うことができる。但し、検出強度I(C)の係数α1、α2と試料の物性情報との関係式が異なるので注意する必要がある。また試料の透過光を検出する場合、物性情報は試料の厚み方向の積分値となることに注意する必要があり、試料からの反射光を検出する場合には試料への入射角の設定によっては、試料表面の物性情報を検出することになる。 Moreover, the polarization detection apparatus of this embodiment detected the polarization state of the sample transmitted light as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the same detection can be performed by detecting the polarization state of the sample reflected light. However, it should be noted that the relational expression between the coefficients α1 and α2 of the detection intensity I (C) and the physical property information of the sample is different. Also, when detecting the transmitted light of the sample, it is necessary to note that the physical property information is an integral value in the thickness direction of the sample. When detecting the reflected light from the sample, depending on the setting of the incident angle to the sample The physical property information on the sample surface is detected.
また、本実施形態における偏光検出装置は、次の点を特徴としていると換言することができる。すなわち、偏光検出装置は、
(1)透過軸方向が異なる複数の偏光子を有する偏光子アレイと、上記偏光子アレイと偏光板を透過した光を検出する時間遅延積分型イメージセンサとを有した検出光学手段と、時間遅延積分型イメージセンサからの出力から偏光情報を計算する計算処理手段と検出光学手段を走査する走査ステージを備え、上記偏光子アレイの各アレイを透過した光は上記時間遅延積分型イメージセンサの各受光素子で独立して受光し、上記偏光子アレイは上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向の段には透過軸方向が連続的に変化した領域を含むアレイで構成され、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向と垂直な方向には周期的に透過軸方向が変化していることを特徴としていると換言することができる。また、この(1)において、
(2)上記偏光子アレイは、1段目は透過軸の方向が0°から45°まで変化したアレイで構成され、2段目は45°から90°まで透過軸の方向が変化したアレイで構成され、3段目は90°から135°まで透過軸の方向が変化したアレイで構成され、4段目は135°から180°まで透過軸の方向が変化したアレイで構成されており、5段目以降は1段目から4段目までの偏光子アレイの構成が繰り返されていることが好ましい。また、この(1)・(2)において、
(3)上記偏光検出装置は上記偏光子アレイの1段目からの出力と、上記偏光子アレイの2段目からの出力と、上記偏光子アレイの3段目からの出力と、上記偏光子アレイの4段目からの出力により偏光状態を特定することが好ましい。
In other words, it can be said that the polarization detection apparatus according to the present embodiment is characterized by the following points. That is, the polarization detector is
(1) Detection optical means having a polarizer array having a plurality of polarizers having different transmission axis directions, a time delay integrating image sensor for detecting light transmitted through the polarizer array and the polarizing plate, and a time delay A calculation processing means for calculating polarization information from an output from the integration type image sensor and a scanning stage for scanning the detection optical means are provided, and light transmitted through each array of the polarizer array is received by each of the time delay integration type image sensors. The polarizer array is configured to include an area in which the transmission axis direction continuously changes in the integration direction of the time delay integration type image sensor. In other words, the transmission axis direction periodically changes in the direction perpendicular to the integration direction of the sensor. In (1),
(2) In the polarizer array, the first stage is an array in which the direction of the transmission axis is changed from 0 ° to 45 °, and the second stage is an array in which the direction of the transmission axis is changed from 45 ° to 90 °. The third stage is composed of an array whose transmission axis direction is changed from 90 ° to 135 °, and the fourth stage is an array whose transmission axis direction is changed from 135 ° to 180 °. It is preferable that the structure of the polarizer array from the first stage to the fourth stage is repeated after the first stage. In (1) and (2),
(3) The polarization detector includes an output from the first stage of the polarizer array, an output from the second stage of the polarizer array, an output from the third stage of the polarizer array, and the polarizer. It is preferable to specify the polarization state based on the output from the fourth stage of the array.
〔実施の形態2〕
本発明に係る他の実施形態について、図8から図14に基づいて説明すれば以下の通りである。尚、本実施形態では、上記実施の形態1との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態1で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, in this embodiment, in order to explain a difference from the first embodiment, for the sake of convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same member numbers. The description is omitted.
本実施形態は、上記実施の形態1の図1に示した検出光学手段1が、以下に説明するように異なっている。
In the present embodiment, the detection
図8は、本実施形態の偏光検出装置に設けられた検出光学手段1’の具体的な構成を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration of the detection
本実施形態で採用される検出光学手段1’は、図8に示すように、TDIイメージセンサ5と、その前面に配置された偏光板60及び位相子アレイ70とからなる。図8に示すように、光入射側に位相子アレイ70が配置され、その後方に、偏光板60が配置される。すなわち、偏光板60は、位相子アレイ70とTDIイメージセンサ5との間に配置されている。TDIイメージセンサの出力は、実施の形態1と同じく計算処理手段2に送られる。図8では、TDIイメージセンサ5と、偏光板60と、位相子アレイ70とは、互いに離れて設置されているが、密着させて設置させてもよい。密着させて設置することによって、偏光検出装置をコンパクトにすることができる。尚、TDIイメージセンサ5は、上記実施の形態1と同じであるため、説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the detection
本実施形態も上記実施の形態1と同じく、検出光学手段1と試料4とが相対移動すればよいため、検出光学手段1’を走査ステージ3(図1)を用いて走査してもよく、検出光学手段1’を固定し試料4(図1)を走査ステージ3に搭載して走査させてもよく、検出光学手段1と試料4とがそれぞれ図示しない走査手段を用いて移動するように構成してもよい。また、連続移動に限定されるものでもなく、ステップ移動であってもよい。
Since the detection
次に位相子アレイ70について説明する。図9にまず位相子(位相子アレイの領域)の構成を示す。図9の80は位相子を示している。今、X軸方向とZ軸方向に振動している成分を有し、その位相が等しい光が位相子80に入射したとする。その透過光についてX軸方向とZ軸方向に振動する成分の位相差がφになったとする。このように振動方向によって光の速さが異なり位相差を与える素子を位相子と呼ぶ。そして位相子80のように、X軸方向に振動する成分の位相がZ軸方向に振動する成分の位相よりも進んでいる場合、X軸方向を位相子80の進相軸方向と呼ぶことにする。
Next, the
このように位相子80のような光学的機能を有したものをアレイ状に配列したものが、位相子アレイ70である。
Thus, the
位相子アレイ70は、各アレイでは図9で示した進相軸方向が異なるように製作されている。各位相子の進相軸については次に説明する。
The
図10に位相子アレイ70の各進相軸方向を示した概略図を示す。位相子アレイ70の各位相子に表記している矢印の向きが進相軸の向きを示す。素子のX軸の方向、すなわちTDIイメージセンサ5が検出輝度を積算していく方向に進相軸が連続的に変化している。図10の段b1(第1の段)は、Z軸(基準軸)を0°として0°から45°まで、段b2(第2の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、45°から90°まで、段b3(第3の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、90°から135°、段b4(第4の段)は、Z軸(基準軸)を0°として、135°から180°まで、の角度範囲内において互いに異なる進相軸の角度を有した位相子80が並んでいる。段b4より下は進相軸の方向は図示しないが、段b1、段b2、段b3及び段b4を1組として、この組が複数配置されている。
FIG. 10 is a schematic view showing each fast axis direction of the
位相子アレイ70とTDIイメージセンサ5との光学的な位置関係は、位相子アレイ70の各アレイがTDIイメージセンサ5の各受光素子に対応している。すなわち、位相子アレイ70の各アレイを透過した光はそれぞれ1つ1つの受光素子で検出されるように配置する。また、段b1、b2などの各段がTDIイメージセンサ5の検出輝度の積算方向と一致するように配置する。図10において位相子アレイ70のアレイ数はTDIイメージセンサ5のセンサ素子数に等しく製作されているほうが好ましい。そのため図10において、位相子アレイ70の各段の分割数は12で図示しているがこれに限定されるわけではない。またZ軸方向にも分割数は、図10で示されるような分割数に限定されるわけではなく、TDIイメージセンサ5の受光素子数と同数が好ましい。
Regarding the optical positional relationship between the
上記のような構成の検出光学手段1’を備えた偏光検出装置を用いて試料4(図1)の偏光状態を検出することができる。以下に、その測定方法を説明する。まず、測定方法の一例を示して、続いて、本実施形態の測定方法について説明する。 The polarization state of the sample 4 (FIG. 1) can be detected by using the polarization detection apparatus including the detection optical means 1 'having the above configuration. The measurement method will be described below. First, an example of the measurement method is shown, and then the measurement method of the present embodiment is described.
図11に偏光測定の一例を示した光学系の概略図を示す。偏光測定とは試料透過光のストークスパラメータを求めることで、試料を透過することでストークスパラメータの変化から試料の特性情報を得ることである。ストークスパラメータとは以下の式(13)〜式(16)で表されるS0、S1、S2、S3で表記される。 FIG. 11 shows a schematic diagram of an optical system showing an example of polarization measurement. Polarization measurement is to obtain the characteristic information of the sample from the change of the Stokes parameter by obtaining the Stokes parameter of the sample transmitted light and transmitting the sample. The Stokes parameters are represented by S0, S1, S2, and S3 expressed by the following equations (13) to (16).
尚、Ex、Ezは図11におけるX軸方向、Z軸方向の光の電場振幅となる。Δは、ExとEzの位相差を表す。 Ex and Ez are electric field amplitudes of light in the X-axis direction and the Z-axis direction in FIG. Δ represents the phase difference between Ex and Ez.
そこで、試料透過光のストークスパラメータを測定する。図11は透過光モデルを説明している。光学系として、光源10、偏光板11、1/4波長板12、サンプル13、位相子14、偏光板15、検出器16の順に配列されている。1/4波長板12とは図3における位相差φとして波長の1/4、すなわちπ/2を与えるような素子である。光源10は白色光、単色光のどちらでもかまわないが、単色光の方が1つの波長による解析となるので、計算が容易に行える。光源10からの光は偏光板11、1/4波長板を透過して円偏光となり、サンプル13に入射する。サンプル13に入射される光は、この図11では円偏光となるが、直線偏光でもかまわない。直線偏光を入射する場合は、1/4波長板12は必要ない。試料を透過した光は位相子14、偏光板15を通過して、検出器16にてその強度が検出される。位相子14は特に問題が無ければ、1/4波長板を使用すればよい。本件では、位相子14は1/4波長板とする。
Therefore, the Stokes parameter of the sample transmitted light is measured. FIG. 11 illustrates the transmitted light model. As an optical system, the
測定方法としては位相子14を回転しながら強度を検出していく。位相子14の回転角をCとすると、検出強度I(C)は以下の式(17)
As a measurement method, the intensity is detected while rotating the
で表すことができる。 Can be expressed as
係数α1、α2、α3、α4は試料からの透過光のストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)で表記されるので、係数α1、α2、α3、α4を求めればよい。求める方法としては、検出強度I(C)をフーリエ変換する方法や、以下に示すような積分強度から求める方法もある。 Since the coefficients α1, α2, α3, and α4 are expressed by Stokes parameters (S0, S1, S2, and S3) of light transmitted from the sample, the coefficients α1, α2, α3, and α4 may be obtained. As a method of obtaining, there are a method of Fourier transforming the detected intensity I (C) and a method of obtaining from the integrated intensity as shown below.
式(18)によりI1、I2、I3、I4を定義すると、α1、α2、α3、α4は以下の式(19)〜式(22) When I1, I2, I3, and I4 are defined by the equation (18), α1, α2, α3, and α4 are expressed by the following equations (19) to (22).
のように表すことができる。 It can be expressed as
上記のようにして、検出された強度から(式18)により積分強度I1、I2、I3、I4を求めると、α1、α2、α3、α4が求まり、透過光のストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)を求め、試料の特性情報を得ることができる。 As described above, when the integrated intensities I1, I2, I3, and I4 are obtained from the detected intensities according to (Equation 18), α1, α2, α3, and α4 are obtained, and the Stokes parameters (S0, S1, S2) of the transmitted light are obtained. , S3) to obtain characteristic information of the sample.
図11に示す方法では位相子14を回転する必要があるため、短時間計測はできない。そこで、本実施形態の偏光検出装置を使用する。
In the method shown in FIG. 11, since the
本実施形態では、図11の位相子14に相当する素子が図10の位相子アレイ70に、図11の偏光板15が図10の偏光板60に、図11の検出器16が図10のTDIイメージセンサ5に相当する。図11を用いて説明した方法で位相子14の回転は図10で示した位相子アレイ70の各段に構成される各位相子の各進相軸に相当する。よって、図4の段b1の各位相子を透過した光は、図11の位相子14を0°から45°に回転した場合の光と同等となる。そこで、式(18)で示した積分を求めるには、図10の段b1を透過した光の強度を全て加算すればよい。ここで、TDIイメージセンサ5の出力は、同一箇所を検出した段b1の出力を加算したものであるから、積分値そのものとなる。実際は、TDIイメージセンサ5で段b1の出力をB1とすると、式(18)に相当する積分強度I1’は以下の式(23)で表すことができる。
In the present embodiment, elements corresponding to the
δbとは各アレイで変化する進相軸方向の角度差である。 δb is the angle difference in the fast axis direction that changes in each array.
上記のようにして、段b2、段b3、段b4からの出力をB2、B3、B4とすると、式(18)に相当する積分強度I2’、I3’、I4’は以下の式(24)〜式(26) As described above, assuming that the outputs from the stage b2, the stage b3, and the stage b4 are B2, B3, and B4, the integrated intensities I2 ′, I3 ′, and I4 ′ corresponding to the expression (18) are expressed by the following expression (24): ~ Formula (26)
で表すことができる。 Can be expressed as
式(23)から式(26)で求めたI1’、I2’、I3’、I4’から式(19)から式(22)用いて検出強度Iの係数α1、α2、α3、α4を算出し、試料透過光のストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)を求めることができる。 The coefficients α1, α2, α3, and α4 of the detected intensity I are calculated from the equations (23) to (26) using the equations (19) to (22) from the equations I1 ′, I2 ′, I3 ′, and I4 ′. The Stokes parameters (S0, S1, S2, S3) of the sample transmitted light can be obtained.
本実施形態では、光学素子の回転、挿入などの駆動部が無いため、短時間での測定が可能である。またTDIイメージセンサ5からの出力が強度の加算なので、図1の計算処理手段2への負担が小さくなり、計算時間が短くなる。更にTDIイメージセンサは走査型センサなので、撮像しながらの走査により広範囲な測定が可能となる。
In this embodiment, since there is no drive unit for rotating and inserting the optical element, measurement in a short time is possible. Further, since the output from the
尚、本実施形態で用いることができる位相子アレイは、図10に示したものに限定されない。例えば、図12のようなものでも良い。すなわち、図10に示す位相子アレイ70では、段b1を構成する位相子の各々の透過軸は、その角度が、段b1の一方の端から他方の端まで連続的に変化している。これに対して、図12に示す位相子アレイ70’は、段b1’を構成する位相子の各々の進相軸は、その角度が、段b1’の一方の端から他方の端まで連続して変化していない。すなわち、本実施形態で採用することができる位相子アレイは、1つの段が、0°から45°までの角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有している位相子によって構成されていればよい。また列方向(積分方向に垂直な方向)の並びも、図10ではb1、b2、b3、b4であったがこれに限定されるわけではない。図12のようにb1’、b2’、b4’、b3’のように順番が入れ替わっていても良い。
The phaser array that can be used in the present embodiment is not limited to the one shown in FIG. For example, it may be as shown in FIG. That is, in the
また図13のようにTDIイメージセンサ5の受光素子1つ1つに異なる進相軸方向を持つ位相子アレイ70を割り当てる必要は無い。図13では積算方向に受光素子2つ分は等しい進相軸方向を持つ位相子アレイを割り当てている。しかし進相軸方向はより細かくして割り当てた方が、測定精度が向上するので、できるだけ細かく分割して検出した方がよい。
Further, as shown in FIG. 13, it is not necessary to assign a
位相子アレイ70としては、構造複屈折素子を用いることができる。構造複屈折素子は、図14に示すような、光の波長以下の微細構造が周期的に並んでいる素子20のことである。この素子20にY方向に伝搬する光が入射すると、X方向とZ方向に振動する光の成分に位相差が生じる。微細構造の溝の深さや材質の屈折率を考慮することによって、所望の位相差を得ることができる。溝の方向によって進相軸の方向を規定することができるので、本形態で使用する位相子アレイ7を製作するには最適であるといえる。構造複屈折素子の具体例としては、非特許文献(光技術コンタクト、pp692,Vol. 43,No.12 (2005))に開示されているものがある。
As the
また構造複屈折素子は、微細構造の周期f(図14)の約1.5倍以上の波長に対しては、X軸方向とZ軸方向の屈折率差がほぼ等しくなり位相子として動作可能であることから、広域な波長帯域で動作することができる。例えば、周期f=200nmであれば、波長300nm以上の光にはX方向軸方向とZ軸方向の屈折率差がほぼ等しくなり、位相子アレイとして機能する。よってRGBの波長帯域を全てカバーした位相子アレイを作成することが可能となり、液晶ディスプレイからの透過光の偏光計測を1台の偏光検出装置で行うことができる。但し、図9に示した位相差φは波長によって異なるので、偏光測定を行うにはそれを考慮して計算する必要がある。 In addition, the structural birefringent element can operate as a phase shifter because the refractive index difference between the X-axis direction and the Z-axis direction is substantially equal for wavelengths longer than about 1.5 times the period f of the microstructure (FIG. 14) Therefore, it can operate in a wide wavelength band. For example, if the period f = 200 nm, the refractive index difference between the X-axis direction and the Z-axis direction is substantially equal to light having a wavelength of 300 nm or more, and functions as a phaser array. Therefore, it is possible to create a phase shifter array that covers all the RGB wavelength bands, and the polarization measurement of the transmitted light from the liquid crystal display can be performed with a single polarization detector. However, since the phase difference φ shown in FIG. 9 varies depending on the wavelength, it is necessary to calculate it in consideration of the polarization measurement.
また、構造複屈折素子ではなく、フォトニック結晶で製作した位相子アレイを用いてもよい。フォトニック結晶を用いると、動作帯域幅が50nmで狭いが、特定波長の検出に限定することが可能であればフォトニック結晶を用いても良い。 In addition, a phaser array made of a photonic crystal may be used instead of the structural birefringence element. When a photonic crystal is used, the operating bandwidth is narrow at 50 nm, but a photonic crystal may be used if it can be limited to detection of a specific wavelength.
更には構造性複屈折素子ではなく、液晶パネルでも良い。液晶パネルとは、液晶分子を含む液晶層を2枚の基板によって挟持してなるものである。液晶パネルだと電気的に進相軸方位を変更できるので実現は容易である。しかし他の光学素子と比較して透過率が悪いので検出精度の劣化を招く恐れがある。 Further, a liquid crystal panel may be used instead of the structural birefringent element. A liquid crystal panel is obtained by sandwiching a liquid crystal layer containing liquid crystal molecules between two substrates. A liquid crystal panel is easy to implement because it can electrically change the fast axis direction. However, since the transmittance is lower than that of other optical elements, the detection accuracy may be deteriorated.
また本実施形態では、図10のように位相子アレイ70と偏光板60とを別々の素子で作成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のように構成してもよい。すなわち、位相子アレイ70の裏面(TDIイメージセンサ5との対向面)にワイヤーグリッドで製作された偏光子を作成した構成としても良い。ワイヤーグリッドとは、線幅が数十nm、ピッチが百数十nmで形成された金属の線が並んだ構造である。金属は主にアルミなどを用いることができる。よって、偏光板60は、位相子アレイ70の裏面に、ワイヤーグリッドで形成すればよい。この素子は線方向に垂直な方向が光の透過軸となる。ワイヤーグリッドで製作した偏光板は、通常の偏光板より透過率が大きくなる。このように、位相子アレイ70の裏面にワイヤーグリッドで、直接、偏光板を形成することによって、位相子アレイ70と偏光板60とを別々の素子で構成する場合と比較して、TDIイメージセンサ5に密着させる光学素子の厚さを薄くすることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 10, the
ワイヤーグリッドは位相子アレイ70の裏面に限定されるわけではない。位相子アレイ70の表面、すなわち位相子アレイが形成されている面でも良い。この場合、例えば位相子が構造複屈折素子であれば、微細構造の上に基板となる材質を堆積させ、その上にワイヤーグリッドを形成しても良い。
The wire grid is not limited to the back surface of the
以上のように、本実施形態における偏光検出装置は、進相軸を有する複数の位相子80によって構成された位相子アレイ70と、偏光板60と、試料4から出射された光であって、位相子アレイ70及び偏光板60を透過した光を受光するTDIイメージセンサ5とが設けられた検出光学手段1’、TDIイメージセンサ5で受光された光に基づいたTDIイメージセンサ5の出力から、試料4の偏光情報を計算する計算処理手段2(図1)、及び、検出光学手段1をTDIイメージセンサ5の積分方向に沿って被検出体と相対移動走査させるための走査ステージ3(図1)を備えており、位相子アレイ70は、TDIイメージセンサ5の積分方向に整列した12個の位相子からなる段を上記積分方向に垂直な方向に4つ整列して、これを1つの組としたとき、各段は、上述したように所定の角度範囲内において互いに異なる進相軸角度を有した位相子からなり、且つ、上記組が、上記垂直な方向に沿って複数設けられており、TDIイメージセンサ5は、位相子アレイ70の各位相子80を透過した光を受光する複数の受光素子を有している。これにより、試料4の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる偏光検出装置を提供することができる。
As described above, the polarization detection device according to the present embodiment is a light emitted from the
尚、本実施形態も、上記実施の形態1と同様に、計算処理手段2と、検出光学手段1及び走査ステージ3(検出光学素子)とを別体で構成してもよい。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the
また、本実施形態では、0°から180°までを4分割した構成について説明したが、5分割して図15に示すようにb1’、b2’、b3’、b4’、b5’を検出してより精度良く検出方法もある。この場合、位相子アレイ70は5段分で1ポイントの計測を行うような構成になる。
Further, in the present embodiment, the configuration in which 0 ° to 180 ° is divided into four parts has been described, but b1 ′, b2 ′, b3 ′, b4 ′, and b5 ′ are detected as shown in FIG. There are also more accurate detection methods. In this case, the
ここで、5分割した場合のストークスパラメータの導出について説明する。この場合も積分強度から導出する。まず検出強度I(C)は式(17)で、5分割した場合の積分強度は以下の式(27) Here, the derivation of the Stokes parameters in the case of dividing into five will be described. In this case, it is derived from the integrated intensity. First, the detection intensity I (C) is the expression (17), and the integrated intensity when the detection intensity is divided into five is the following expression (27).
で表すことができる。Cは位相子の進相軸の回転角度である。式(27)からI1、I2、I3、I4、I5を定義すると、α1、α2、α3、α4は以下の式(28)〜(31) Can be expressed as C is the rotation angle of the fast axis of the phaser. When I1, I2, I3, I4, and I5 are defined from the equation (27), α1, α2, α3, and α4 are expressed by the following equations (28) to (31).
のように表すことができる。 It can be expressed as
上記のように検出された強度から式(27)により積分強度I1、I2、I3、I4、I5を求めると、α1、α2、α3、α4が求まり、透過光のストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)を求め、試料の特性情報を得ることができる。
TDIイメージセンサ5からの出力B1’、B2’、B3’、B4’、B5’と積分強度I1、I2、I3、I4、I5の関係は以下の式(32)〜(36)
When the integrated intensities I1, I2, I3, I4, and I5 are obtained from the intensities detected as described above by Equation (27), α1, α2, α3, and α4 are obtained, and the Stokes parameters (S0, S1, S2) of the transmitted light are obtained. , S3) to obtain characteristic information of the sample.
The relationship between the outputs B1 ′, B2 ′, B3 ′, B4 ′, B5 ′ from the
で表すことができる。δbとは各アレイで変化する進相軸方位の角度差である。
上記のようにして求めたα1、α2、α3、α4からストークスパラメータ(S0、S1、S2、S3)は以下の式(37)〜(40)
Can be expressed as δb is the angle difference of the fast axis direction that changes in each array.
Stokes parameters (S0, S1, S2, S3) from α1, α2, α3, α4 obtained as described above are expressed by the following equations (37) to (40).
で表すことができる。 Can be expressed as
本形態の位相子80はX軸に振動する光の位相とZ軸に振動する光の位相のみに位相差φが生じるとした。しかし採用する光学素子によっては、位相差のみではなく振幅透過率にも差が生じる。X軸に振動する光の振幅透過率をr1、Z軸に振動する光をr2とすると、検出強度変化の式(17)は以下のように変わる。
In the
この場合、上記の方法で求めた積分強度I1、I2、I3、I4、I5からα1、α2、α3、α4、α5を求める必要があるが、それらの関係式は以下の式(42)〜(46) In this case, it is necessary to obtain α1, α2, α3, α4, and α5 from the integrated intensities I1, I2, I3, I4, and I5 obtained by the above method, and their relational expressions are the following equations (42) to (42) 46)
となる。 It becomes.
また、1ポイントの計測で十分な場合には、位相子アレイは上記4分割ないし5分割の1組だけでも良い。 Further, in the case where measurement at one point is sufficient, the phaser array may be only one set of the above-described four or five divisions.
更に位相子アレイの進相軸方向は、強度の積分方向すなわちTDIの積算方向に異なった方向が作成されているがそれに限定されるわけではない。同一方向が積算方向に複数存在していても良い。同一方向が複数存在していたら検出精度は劣化するが、重複方向の数や重複数が少なければ検出精度の劣化は少なくてすむので問題ない。例えば製作上の問題などで、同一の方向が複数存在していてもかまわない。 Further, the direction of the fast axis of the phaser array is different from the intensity integration direction, that is, the TDI integration direction, but is not limited thereto. A plurality of the same direction may exist in the integration direction. If there are a plurality of the same directions, the detection accuracy is deteriorated. However, if the number of overlapping directions and the number of overlaps are small, the detection accuracy is less deteriorated, so there is no problem. For example, there may be a plurality of the same directions due to production problems.
その他、本実施形態では、進相軸方位は強度の積分方向やそれと垂直な方向に分割して変化しているが、連続してその方向が変化しても良い。CCDと進相軸方向を1対1で割り当てるなら分割して変化することになるが、その必要は特に無く、強度の積分方向にはむしろ連続的に変化しているほうが好ましい。 In addition, in the present embodiment, the fast axis direction is divided and changed in the intensity integration direction and the direction perpendicular thereto, but the direction may change continuously. If the CCD and the fast axis direction are assigned on a one-to-one basis, they will be divided and changed. However, this is not particularly necessary, and it is preferable that they continuously change in the intensity integration direction.
また、本形態の偏光検出装置は、試料透過光の偏光状態を検出した。しかしながら、本発明はこれに限定したものではなく、試料反射光の偏光状態を検出しても、同様の検出を行うことができる。但し、検出強度I(C)の係数α1〜α5と試料の物性情報との関係式が異なるので注意する必要がある。また試料の透過光を検出する場合、物性情報は試料の厚み方向の積分値となることに注意する必要があり、試料からの反射光を検出する場合には試料への入射角の設定によっては、試料表面の物性情報を検出することになる。 Moreover, the polarization detection apparatus of this embodiment detected the polarization state of the sample transmitted light. However, the present invention is not limited to this, and the same detection can be performed by detecting the polarization state of the sample reflected light. However, it should be noted that the relational expression between the coefficients α1 to α5 of the detection intensity I (C) and the physical property information of the sample is different. Also, when detecting the transmitted light of the sample, it is necessary to note that the physical property information is an integral value in the thickness direction of the sample. When detecting the reflected light from the sample, depending on the setting of the incident angle to the sample The physical property information on the sample surface is detected.
また、本実施形態における偏光検出装置は、次の点を特徴としていると換言することができる。すなわち、偏光検出装置は、
(1)進相軸方向が異なる複数の領域を有する位相子アレイと、偏光板とを有し、前記位相子アレイと偏光板を透過した光を検出する時間遅延積分型イメージセンサとを有した検出光学手段と、時間遅延積分型イメージセンサからの出力から偏光情報を計算する計算処理手段と検出光学手段を走査する走査ステージを備え、前記位相子アレイの各アレイを透過した光は前記時間遅延積分型イメージセンサの各受光素子で独立して受光し、前記位相子アレイは前記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向の段には進相軸方向が連続的に変化した領域を含むアレイで構成され、前記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向と垂直な方向には周期的に進相軸方向が変化していることを特徴としていると換言することができる。また、この(1)において、
(2)前記位相子アレイは、1段目は進相軸の方向が0°から45°まで変化したアレイで構成され、2段目は45°から90°まで進相軸の方向が変化したアレイで構成され、3段目は90°から135°まで進相軸の方向が変化したアレイで構成され、4段目は135°から180°まで進相軸の方向が変化したアレイで構成されており、5段目以降は1段目から4段目までの位相子アレイの構成が繰り返されていることが好ましい。また、この(1)・(2)において、
(3)前記偏光イメージング装置は前記位相子アレイの1段目からの出力と、前記位相子アレイの2段目からの出力と、前記位相子アレイの3段目からの出力と、前記位相子アレイの4段目からの出力により偏光状態を特定することが好ましい。また、この(1)〜(3)において、
(4)前記位相子アレイは周期的な凹凸形状を有していることが好ましい。また、この(1)〜(4)において、
(5)前記位相子アレイの裏面にワイヤーグリッドによる偏光板を有していることが好ましい。
In other words, it can be said that the polarization detection apparatus according to the present embodiment is characterized by the following points. That is, the polarization detector is
(1) A phase retarder array having a plurality of regions with different fast axis directions and a polarizing plate, and a time delay integration type image sensor that detects light transmitted through the phase retarder array and the polarizing plate. A detection optical means; a calculation processing means for calculating polarization information from an output from the time delay integration type image sensor; and a scanning stage for scanning the detection optical means, and the light transmitted through each array of the phase shifter array is the time delay. Each of the light receiving elements of the integrating image sensor receives light independently, and the phaser array is composed of an array including a region in which the fast axis direction continuously changes in the stage of the integration direction of the time delay integrating image sensor. In other words, the fast axis direction periodically changes in a direction perpendicular to the integration direction of the time delay integration type image sensor. In (1),
(2) The phase shifter array has an array in which the direction of the fast axis changes from 0 ° to 45 ° in the first stage, and the direction of the fast axis changes from 45 ° to 90 ° in the second stage. The third stage is composed of an array in which the direction of the fast axis changes from 90 ° to 135 °, and the fourth stage is composed of an array in which the direction of the fast axis changes from 135 ° to 180 °. In the fifth and subsequent stages, it is preferable that the configuration of the phaser array from the first stage to the fourth stage is repeated. In (1) and (2),
(3) The polarization imaging apparatus includes an output from the first stage of the phaser array, an output from the second stage of the phaser array, an output from the third stage of the phaser array, and the phaser. It is preferable to specify the polarization state based on the output from the fourth stage of the array. Further, in (1) to (3),
(4) The phaser array preferably has a periodic uneven shape. In addition, in (1) to (4),
(5) It is preferable to have the polarizing plate by a wire grid on the back surface of the said phaser array.
尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. The obtained embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明の偏光検出装置は、被検出体の位相差や光軸方位の2次元分布を、広範囲で、且つ高精度、短時間に測定することができる。 The polarized light detection apparatus of the present invention can measure the phase difference of the detection target and the two-dimensional distribution of the optical axis direction in a wide range, with high accuracy and in a short time.
従って、偏光状態を検査する必要があるあらゆる構造体に対して、その検査装置として適用できる。 Therefore, the present invention can be applied as an inspection apparatus to any structure that needs to inspect the polarization state.
1、1’ 検出光学手段
2 計算処理手段
3 走査ステージ
4 試料
5 時間遅延積分型(TDI)イメージセンサ
7、7’ 偏光子アレイ
8 偏光子
10 光源
11 偏光板
12 1/4波長板
13 サンプル
14 位相子、偏光板
15 偏光板
16 検出器
20 素子
30 偏光検出装置
60 偏光板
70、70’ 位相子アレイ
80 位相子
DESCRIPTION OF
Claims (26)
複数の位相子によって構成された位相子アレイと、偏光板と、上記被検出体から出射された光であって、上記位相子及び上記偏光板を透過した光を受光するイメージセンサとが設けられた検出光学手段、及び、
上記イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段を備えており、
上記位相子アレイは、R個(但し、Rは2以上の整数)の位相子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の上記位相子を有していることを特徴とする偏光検出装置。 A polarization detection device for detecting a polarization state of an object to be detected,
A phaser array composed of a plurality of phase shifters, a polarizing plate, and an image sensor for receiving light emitted from the detected object and transmitted through the phase shifter and the polarizing plate are provided. Detection optical means, and
A calculating means for calculating polarization information of the detected object from the output of the image sensor;
The phaser array includes a plurality of phases having different fast axis angles within a predetermined angle range in one stage formed by arranging R (where R is an integer of 2 or more) phasers. A polarization detecting device having a child.
上記偏光検出装置は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って上記時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させるための走査ステージを更に備えており、
上記段を構成する位相子の整列方向は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿っていることを特徴とする請求項1に記載の偏光検出装置。 The image sensor is a time delay integration type image sensor,
The polarization detection apparatus further includes a scanning stage for relatively moving the time delay integration type image sensor and the detection target along the integration direction of the time delay integration type image sensor.
The polarization detection apparatus according to claim 1, wherein an alignment direction of the phase elements constituting the stage is along an integration direction of the time delay integration type image sensor.
上記位相子アレイは、上記組を、上記垂直な方向に複数有しており、
上記位相子アレイのL(Lは1〜Nまでのいずれかの整数)段目の上記組は、基準軸を基準に(L−1)×180°/NからL×180°/Nまでの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記領域を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の偏光検出装置。 The above-described R × N regions configured by arranging the one stage N (where N is an integer of 4 or more) in a direction perpendicular to the alignment direction of the phase shifters constituting the one stage. When the phaser array is made into one set,
The phaser array has a plurality of the sets in the vertical direction,
The above set of L (L is any integer from 1 to N) stages of the above phaser array is (L−1) × 180 ° / N to L × 180 ° / N with reference to the reference axis. The polarized light detection device according to claim 1, wherein the polarization detection device includes the region having a different fast axis angle within an angle range.
基準軸を基準に0°から45°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第1の上記段と、
基準軸を基準に45°から90°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第2の上記段と、
基準軸を基準に90°から135°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第3の上記段と、
基準軸を基準に135°から180°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第4の上記段とからなることを特徴とする請求項3に記載の偏光検出装置。 The set of the phaser arrays is
A first stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range from 0 ° to 45 ° with respect to the reference axis;
A second stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range of 45 ° to 90 ° with respect to the reference axis;
A third stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range of 90 ° to 135 ° with respect to the reference axis;
4. The fourth stage including the phaser having the different fast axis angles within an angle range of 135 ° to 180 ° with respect to the reference axis. 5. Polarization detection device.
基準軸を基準に0°から36°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第1の上記段と、
基準軸を基準に36°から72°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第2の上記段と、
基準軸を基準に72°から108°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第3の上記段と、
基準軸を基準に108°から144°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第4の上記段と、
基準軸を基準に144°から180°までの角度範囲内において、異なる進相軸角度を有している上記位相子を含む第5の上記段とからなることを特徴とする請求項3に記載の偏光検出装置。 The set of the phaser arrays is
A first stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range from 0 ° to 36 ° with respect to the reference axis;
A second stage including the phaser having a different fast axis angle within an angle range of 36 ° to 72 ° with respect to the reference axis;
A third stage including the phaser having a different fast axis angle within an angular range of 72 ° to 108 ° with respect to the reference axis;
A fourth stage including the phaser having a different fast axis angle within an angular range of 108 ° to 144 ° with respect to the reference axis;
4. The fifth stage including the phaser having the different fast axis angles within an angle range of 144 ° to 180 ° with respect to the reference axis. 5. Polarization detection device.
複数の偏光子によって構成された偏光子アレイと、上記被検出体から出射された光であって、上記偏光子を透過した光を受光するイメージセンサとが設けられた検出光学手段、及び、
上記イメージセンサの出力から、上記被検出体の偏光情報を算出する算出手段を備えており、
上記偏光子アレイは、R個(但し、Rは2以上の整数)の偏光子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる透過軸角度を有した複数の上記偏光子を有していることを特徴とする偏光検出装置。 A polarization detection device for detecting a polarization state of an object to be detected,
A detection optical means provided with a polarizer array composed of a plurality of polarizers, and an image sensor that receives the light emitted from the detection object and transmitted through the polarizer; and
A calculating means for calculating polarization information of the detected object from the output of the image sensor;
The polarizer array includes a plurality of polarizers having different transmission axis angles within a predetermined angle range in one stage in which R (where R is an integer of 2 or more) polarizers are aligned. A polarization detecting device characterized by comprising:
上記偏光検出装置は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿って上記時間遅延積分型イメージセンサと上記被検出体とを相対移動させるための走査ステージを更に備えており、
上記段を構成する偏光子の整列方向は、上記時間遅延積分型イメージセンサの積分方向に沿っていることを特徴とする請求項13に記載の偏光検出装置。 The image sensor is a time delay integration type image sensor,
The polarization detection apparatus further includes a scanning stage for relatively moving the time delay integration type image sensor and the detection target along the integration direction of the time delay integration type image sensor.
14. The polarization detection apparatus according to claim 13, wherein the alignment direction of the polarizers constituting the stage is along the integration direction of the time delay integration type image sensor.
上記偏光子アレイは、上記組を、上記垂直な方向に複数有しており、
上記偏光子アレイのL(Lは1〜Nまでのいずれかの整数)段目の上記組は、基準軸を基準に(L−1)×180°/NからL×180°/Nまでの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含むことを特徴とする請求項13または14に記載の偏光検出装置。 The above-mentioned R × N regions configured by arranging the one stage N (where N is an integer of 4 or more) in a direction perpendicular to the alignment direction of the polarizers constituting the one stage. When the polarizer array is made into one set,
The polarizer array has a plurality of the sets in the vertical direction,
The above-mentioned set of the L stage (L is any integer from 1 to N) of the polarizer array is from (L-1) × 180 ° / N to L × 180 ° / N with reference to the reference axis. The polarization detector according to claim 13 or 14, comprising the polarizer having different transmission axis angles within an angular range.
基準軸を基準に0°から45°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第1の上記段と、
基準軸を基準に45°から90°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第2の上記段と、
基準軸を基準に90°から135°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第3の上記段と、
基準軸を基準に135°から180°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第4の上記段とからなることを特徴とする請求項15に記載の偏光検出装置。 The set of polarizer arrays is
A first stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angular range from 0 ° to 45 ° with respect to the reference axis;
A second stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angular range of 45 ° to 90 ° with respect to the reference axis;
A third stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angular range of 90 ° to 135 ° with respect to the reference axis;
16. The fourth stage including the polarizer including the polarizer having different transmission axis angles within an angle range of 135 ° to 180 ° with respect to the reference axis. Polarization detector.
基準軸を基準に0°から36°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第1の上記段と、
基準軸を基準に36°から72°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第2の上記段と、
基準軸を基準に72°から108°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第3の上記段と、
基準軸を基準に108°から144°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第4の上記段と、
基準軸を基準に144°から180°までの角度範囲内において、異なる透過軸角度を有している上記偏光子を含む第5の上記段とからなることを特徴とする請求項15に記載の偏光検出装置。 The set of polarizer arrays is
A first stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angle range of 0 ° to 36 ° with respect to the reference axis;
A second stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angle range of 36 ° to 72 ° with respect to the reference axis;
A third stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angular range of 72 ° to 108 ° with respect to the reference axis;
A fourth stage including the polarizer having a different transmission axis angle within an angular range of 108 ° to 144 ° with respect to the reference axis;
16. The fifth stage including the polarizer including the polarizer having different transmission axis angles within an angle range of 144 ° to 180 ° with respect to a reference axis. Polarization detector.
上記検出光学素子は、R個(但し、Rは2以上の整数)の位相子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の上記位相子を有している位相子アレイであることを特徴とする検出光学素子。 A detection optical element provided in a polarization detection device for detecting a polarization state of a detection object,
The detection optical element includes a plurality of phases having different fast axis angles within a predetermined angle range in one stage in which R (where R is an integer equal to or greater than 2) phase shifters are aligned. A detection optical element comprising a phaser array having a child.
上記検出光学素子は、R個(但し、Rは2以上の整数)の偏光子が整列してなる1つの段に、所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の偏光子を有している偏光子アレイであることを特徴とする検出光学素子。 A detection optical element provided in a polarization detection device for detecting a polarization state of a detection object,
The detection optical element includes a plurality of polarizers having different fast axis angles within a predetermined angle range in one stage in which R (where R is an integer of 2 or more) polarizers are aligned. A detection optical element characterized by being a polarizer array.
被写体から出射された光を、
所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の位相子を有した位相子アレイに透過させた後、
偏光板に透過させて、
上記偏光板に透過させた光を、イメージセンサに受光させ、
上記イメージセンサからの出力を、上記被検出体の偏光情報を算出するための算出手段に入力させて、被検出体の偏光状態を検出することを特徴とする偏光検出方法。 A polarization detection method for detecting a polarization state of an object to be detected,
The light emitted from the subject
After passing through a phaser array having a plurality of phasers having different fast axis angles within a predetermined angle range,
Let it pass through the polarizing plate,
The light transmitted through the polarizing plate is received by the image sensor,
A polarization detection method, wherein an output from the image sensor is input to a calculation means for calculating polarization information of the detection object, and a polarization state of the detection object is detected.
被写体から出射された光を、
所定の角度範囲内において、異なる進相軸角度を有した複数の偏光子を有した偏光子アレイに透過させ、
上記偏光子アレイに透過させた光を、イメージセンサに受光させ、
上記イメージセンサからの出力を、上記被検出体の偏光情報を算出するための算出手段に入力させて、被検出体の偏光状態を検出することを特徴とする偏光検出方法。 A polarization detection method for detecting a polarization state of an object to be detected,
The light emitted from the subject
A polarizer array having a plurality of polarizers having different fast axis angles within a predetermined angle range;
The light transmitted through the polarizer array is received by the image sensor,
A polarization detection method, wherein an output from the image sensor is input to a calculation means for calculating polarization information of the detection object, and a polarization state of the detection object is detected.
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