JP2009180635A - 光学複合部品及び光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、高速、広ダイナミックレンジ、周辺環境変化に対して冗長であることを同時に満たすストークスパラメータを取得できる光計測装置を提供する
【解決手段】２次元三角格子状に複数配列した光ファイバと、周期構造体群を含み、各光ファイバと周期構造体群を１対１で直列に配置してなる光学複合部品を用いる。かつ２次元または３次元の周期構造体群は、同種の周期構造体群が隣り合わず、かつ同種の周期構造体群が２次元長方形格子状の並進対称性を有して配列する。さらに１つの周期構造体群は６つの周期構造体群と隣接する光学複合部品を用いる。
【選択図】図５

Description

本発明は光偏光情報を強度情報に変換する光学複合部品並びに、前記光学複合部品を用いた光計測装置に関する。

光の偏光を利用した測定器として、半導体分野などでｎｍオーダ薄膜の膜厚や光学定数（屈折率・消衰係数）を高精度に測定することが可能なエリプソメータが知られている。エリプソメータは、測定対象表面での反射による光の偏光状態の変化を測定し、理論的な薄膜モデルからのシミュレートによってデータ解析を行う。近年では半導体デバイスの微細化に伴って、高精度かつ非破壊で測定が行える本手法への需要は高まりつつある。

また、ガラスや機能性フィルム等の透明体の光学特性（位相差・光軸）を高精度に測定可能な位相差測定器が知られている。位相差測定器は、測定対象を透過した光の偏光状態の変化を測定することで、複屈折による位相差を算出するものである。液晶表示素子の画質向上に伴い、そのキーデバイスである光学フィルムの測定に対しても更なる高速・高精度化が求められている。

両者とも高精度な偏光測定モジュールが必要不可欠であるが、一般的な方法ではモジュール内部で光学素子を機械的に回転させたり光弾性変調を行う必要がある。代表的な手法としては、回転検光子型、回転補償子型、位相変調型が知られている。（非特許文献１、非特許文献２参照）

しかしながら、機械的に回転させる手法では駆動部の大きさのため小型化に限界があり、更には回転に要する時間のために測定速度が低いなどの問題があった。また、光弾性変調による方法では、光弾性素子の温度依存性が高いため補正が困難であった。

特許第３３２５８２５号公報

川上他，電子情報通信学会論文誌，VOL.J90-C No.1 pp.17-24 応用物理学会光学懇話会 編、最新応用物理学シリーズ１ 結晶光学、１９７５年４月 Ｓａｔｏ ｅｔ．ａｌ．，"Ｃｏｍｐａｃｔ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ａ ｓｔａｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ａｒｒａｙｅｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ａｎｄ ｗａｖｅ−ｐｌａｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ"，ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．２２，１ Ａｕｇｕｓｔ ２００７ 川畑，ＦｏｕｒＤｅｔｅｃｔｏｒ Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒの開発と干渉計測への応用，第１回 偏光光学研究会、２００７年１１月１６日

上述する状況に於いて、従来困難であった小型、高速、広ダイナミックレンジ、周辺環境変化に対して冗長であることを同時に満たすストークスパラメータを取得できる光計測装置を提供することが望まれている。

第１の発明は、 周期構造体と入射光に対して直列に配置する受光素子を含み、かつ前記周期構造体と直列に配置する受光素子が２次元三角格子状に複数配列し、かつ前記周期構造体として、入射光に対する作用が異なる周期構造体を４種類以上７種類以下有してなることを特徴とする光学複合部品を用いることである。

第２の発明は複数の周期構造体が入射光に対して直列に配置してなる周期構造体群を含み、前記周期構造体群と入射光に対して直列に配置する受光素子を含み、かつ前記周期構造体群と直列に配置する受光素子が２次元三角格子状に複数配列し、かつ前記周期構造体群として、入射光に対する作用が異なる周期構造体を４種類以上７種類以下有してなることを特徴とする光学複合部品を用いることである。

第３の発明は、さらに周期構造体群の一つはそれ自身と異なる種類の６つの光学素子群と隣接し、かつ前記７つの周期構造体群には光学複合部品に存在する全種の素子群が含まれ、かつ前記７つの光学素子群に中においては隣り合う光学素子群は異なる種類の光学素子群とした光学複合部品を用いることである。

第４の発明はさらに同一種の前記周期構造体群が２次元斜方格子状または２次元長方形格子状の並進対称性を有して配列させた光学複合部品を用いることである。

第５の発明はさらに周期構造体群が、前記受光素子に近い側から偏光子と位相差板の順で配列してなる周期構造体群をもちいるか、または前記受光素子に近い側から偏光子と１次元多層膜の順で配列してなる周期構造体群をもちいるか、組み合わせて用いた光学複合部品を用いることである。

第６の発明はさらに偏光子として入射光に対して垂直方向に周期性を有する１次元または２次元または３次元周期構造体を用いるか、または位相差板として入射光に対して垂直方向に周期性を有する１次元または２次元または３次元周期構造体を用いるか、前記を組み合わせた光学複合部品を用いることである。

第７の発明は上記に加え、さらにハーフミラーまたは反射型偏光分離素子を含んだ光計測装置とすることである。

本発明の最も好ましい実施形態によれば、従来困難であった小型、高速、広ダイナミックレンジ、周辺環境変化に対して冗長であることを同時に満たすストークスパラメータを取得できる光計測装置を実現できる。

以下、発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の実施例１に係る光学複合部品を図を用いて説明する。図１は光学複合部品の概略を示す斜視図である。符号１００は入射光、符号１０１は２次元フォトニック結晶位相差板アレイ、符号１０２は２次元フォトニック結晶偏光子アレイ、符号１０３および符号１０４は石英Ｖ溝基板、符号１０５は光ファイバアレイ、符号１０６はバンドルファイバ（前記石英Ｖ溝基板１０３，１０４および光ファイバアレイ１０５を一体化したもの）をそれぞれ示す。なお光の進行方向は図１中の＋ｚ方向とする。

入射光１００は単波長のガウス型分布を持つ平行ビームである。また実際は、前記２次元フォトニック結晶位相差板アレイ１０１、２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１０２、バンドルファイバ１０６は屈折率約１．４６の光学用紫外線硬化性接着剤で一体に固定される。

図２は光ファイバアレイ１０５のｘｙ平面での断面図であり、符号２０１は光ファイバのコア、符号２０２は光ファイバのクラッド、符号２０３は光ファイバのジャケットをそれぞれ表す。

光ファイバアレイ１０５をなす各光ファイバは全て同一のマルチモードファイバであり、コア２０１の直径は概略１００ミクロン、クラッド２０２の直径は概略１１０ミクロン、ジャケット２０３の直径は概略１２５ミクロンである。各光ファイバは互いにジャケットを接触し２次元三角格子状（２次元六方格子状）に配列している。隣接する光ファイバのコア中心間距離は全てジャケット径と同じく概略１２５ミクロン（以下隣接するファイバの中心間距離をａとする）である。図には記載されないが光ファイバのもう一方の端面は出力端となる。

コア２０１、クラッド２０２はともに石英系で、４５０ｎｍから２０００ｎｍまで高い透過率を持つ。ジャケット２０３はポリイミドである。なお通常の光ファイバアレイ（バンドルファイバ）はジャケットを除去した上で融着されてなることが多いが、本発明ではファイバ間クロストークを抑制するためジャケットが被覆された状態で用いる。

光ファイバアレイ１０５の作製方法を説明する。適切に設計された石英Ｖ溝に、断面がほぼ真円の光ファイバを必要数挟み込めば、細密構造である六方格子状に光ファイバが配列する。その後接着剤を流し込み、硬化した後、端面を研磨することで作製できる。なお接着剤は各光ファイバ間のクロストークを抑制するため黒色であることが望ましい。

図３は２次元フォトニック結晶位相差板アレイのｚ方向から見た模式図であり、符号３０１は１次元多層膜の存在する領域、符号３０２、３０３はそれぞれ２次元フォトニック結晶位相差板の領域を示す。

ハッチングされた正六角形の領域のハッチングの方向は各々ｆａｓｔ軸（高速軸）方向を表す。各２次元フォトニック結晶位相差板領域３０２、３０３の表面形状は正六角形で、２次元フォトニック結晶位相差板領域３０２、３０３の中心間距離は２×ａである。

位相差板のｆａｓｔ軸方向は図中ｘ軸方向を基準に４５°であり、位相差は波長１５５０ｎｍでπ／２であるが、あらかじめリタデーションの波長依存性を取得しておけば、正確に１／４波長板として動作せずともかまわない。

図４は２次元フォトニック結晶偏光子アレイのｚ方向から見た模式図であり、符号４０１は１次元多層膜の存在する領域、符号４０２、４０３，４０４，４０６，４０７，４０８は２次元フォトニック結晶偏光子の存在する領域、符号４０５は１次元多層膜の存在する領域をそれぞれ表す。

領域４０２、４０３，４０４，４０６，４０７，４０８のハッチングされた方向は各々透過偏光方向を表す。各領域４０２、４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４０８の表面形状は正六角形で、それぞれの中心間距離はａである。

なお２次元フォトニック結晶位相差板アレイ１０１上に形成される２次元フォトニック結晶位相差板領域及び２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１０２上に形成される２次元フォトニック結晶偏光子領域は石英基板上に形成された周期性を持つ凹凸の上に波形の多層膜を積層してなる２次元周期構造体であり、自己クローニング型２次元フォトニック結晶と呼ばれるものである。石英基板上に形成された凹凸の周期方向は光入射方向に対して概略垂直である。その製造方法は特許文献１、非特許文献１、非特許文献３と同一である。なお自己クローニング型２次元フォトニック結晶偏光子にかえて、自己クローニング型３次元フォトニック結晶またはワイヤーグリッド偏光子アレイ（入射光に対して垂直方向に周期性を有する１次元周期構造体）を用いてもかまわない。

図５はｚ方向から見た光ファイバアレイ１０５と組み合わされる光学素子群の配置を示す図である。符号５０１は１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０２がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、符号５０２は２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０２と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０３がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、符号５０３は１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０４がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、符号５０４は１次元多層膜の領域３０１と１次元多層膜の領域４０５がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、符号５０５は１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０６がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、符号５０６は２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０３と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０７がなす光学素子群と直列に配置される光ファイバコア、符号５０７は１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０８がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア、前記光ファイバコアの上に記される「ｉ０，ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４」の文字列は直列に配置される光学素子群の特性を表す。入射光に対して作用の異なる周期構造体群は５種類存在することになる。

領域３０１と領域４０１、領域３０１と領域４０２、領域３０２と領域４０３、領域３０１と領域４０４、領域３０１と領域４０５、領域３０１と領域４０６、領域３０３と領域４０７、領域３０１と領域４０８、に対応する１次元多層膜または位相差板、偏光子は各々光進行方向（ｚ方向）に直列に配置されて光学素子群をなし、かつ光学素子群は光ファイバアレイ１０５中の光ファイバコアと直列に配置される。

１次元多層膜の領域３０１と１次元多層膜の領域４０１がなす光学素子群および１次元多層膜の領域３０１と１次元多層膜の領域４０５がなす光学素子群は、図５中の文字列「ｉ０」と記される光ファイバコア５０４と直列に配置され、光ファイバコア５０４には前記の光学素子群を通過した光のみが入射、結合する。光ファイバコア５０４と直列に配置される光学素子群は、入射光に対して偏光状態によらずほぼ全て透過させる作用を持つ。

１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０２がなす光学素子群および１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０８がなす光学素子群は、図５中の文字列「ｉ１」と記される光ファイバコア５０１，５０７と直列に配置され、光ファイバコア５０１，５０７には前記の光学素子群を通過した光のみが入射、結合、伝送する。光ファイバコア５０１，５０７と直列に配置される光学素子群は、入射光に対して図１中のｘ方向の偏光を選択して透過させる。

２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０２と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０３がなす光学素子群および２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０３と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０７がなす光学素子群は、図５中の文字列「ｉ２」と記される光ファイバコア５０２，５０６と直列に配置され、光ファイバコア５０２，５０６には前記の光学素子群を通過した光のみが入射、結合、伝送する。光ファイバコア５０２，５０６と直列に配置される光学素子群は、入射光に応じた損失を与えて透過させる。

１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０４がなす光学素子群は、図５中の文字列「ｉ３」と記される光ファイバコア５０３と直列に配置され、光ファイバコア５０３には前記の光学素子群を通過した光のみが入射、結合、伝送する。光ファイバコア５０３と直列に配置される光学素子群は、入射光に対して図１中のｘｙ平面上のｘ方向から４５°傾いた方向の偏光を選択して透過させる。

１次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０６がなす光学素子群は、図５中の文字列「ｉ４」と記される光ファイバコア５０５と直列に配置され、光ファイバコア５０５には前記の光学素子群を通過した光のみが入射、結合、伝送する。光ファイバコア５０５と直列に配置される光学素子群は、入射光に対して図１中のｘｙ平面上のｘ方向から１３５°傾いた方向の偏光を選択して透過させる。

なお１次元多層膜はその構造に応じた波長依存性の損失を与えるが偏光依存性は持たない。また２次元フォトニック結晶の領域も一般に波長依存性を持つ。なお２次元フォトニック結晶にかえて、３次元フォトニック結晶とすることで波長依存性の制御が容易になる。

入射光のビーム径と中心位置が既知ならば、図５中の文字列「ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４」と記される光ファイバを伝送した光強度から得られる電気信号を処理することで入射光１００の偏光状態（ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３とＤＯＰ）を算出できる。その算出方法は非特許文献２と同様である。

図５中の文字列「ｉ０」と記される光ファイバを伝送した光強度はストークスパラメータＳ０に対応する。光ファイバコア５０４とその他の「ｉ０」と記された光ファイバコアの出力端からでる光強度を測定すれば、入射光１００のビーム中心位置を算出できる。またはビーム中心が光ファイバコア５０４の中心と一致するならば光ファイバコア５０１、５０７の出力端からでる光は、原理的には同一強度になる（同じ関係が光ファイバコア５０２と５０６にも成り立つ）ことを利用しても入射光１００のビーム中心位置を算出できる。一方ビーム径は十分太い平行ビームであれば一定と見なせる。よってビーム径一定としてビーム中心位置を算出し、「ｉ１，ｉ２，ｉ３，ｉ４」と記される光ファイバの出力端からでる光を元とする電気信号に補正を行えば、数十ミクロンのビーム中心位置ズレがあっても正確な偏光状態計測ができる。

なお２次元フォトニック結晶位相差板アレイ１０１と２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１０２の位置あわせは、正六角形のパターンが重なるようにするだけで十分である。複屈折結晶による波長板と偏光子を用いる場合は、偏光状態の変化を観察しながら位置あわせを行うことが一般的であるが、自己クローニング型フォトニック結晶を用いる場合は顕微鏡モニタ上でパターンをあわせるだけでよいので有利である。もっとも１２５ミクロン幅の複屈折結晶を並べること自体現実的ではない。２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１０２と光ファイバアレイ１０５の位置あわせは光ファイバのジャケットと正六角形のパターンが重なるようにすることを２カ所で行うだけで十分である。位置トレランスは５０ミクロンあるので容易である。

本発明の実施例２に係る光学複合部品を図を用いて説明する。図６は光学複合部品の概略を示す斜視図である。符号６０１は２次元フォトニック結晶位相差板アレイ、符号６０２は吸収型偏光子と２次元フォトニック結晶偏光子を組合せてなる複合偏光子、符号６０３は光ファイバアレイ、符号６０４，６０５は石英Ｖ溝基板、符号６０６はステンレスケースをそれぞれ表す。なお実際は、前記２次元フォトニック結晶位相差板アレイ６０１、複合偏光子６０２、光ファイバアレイ６０３は屈折率約１．４６紫外線硬化性接着剤で一体に固定される。

図７は光ファイバアレイ６０３と石英Ｖ溝基板６０４，６０５のｚ方向から見たｘｙ平面図であり、符号７０１は光ファイバのコア、符号７０２はクラッド、符号７０３はジャケットをそれぞれ表す。コア７０１の直経は概略１００ミクロン、クラッド７０２の直径は概略１１０ミクロン、ジャケット７０３の直径は概略１２５ミクロンのマルチモード光ファイバであり、全ての光ファイバは同一で２次元三角（六方）格子状に配列している。隣接する光ファイバのコア中心間距離は全てジャケット径と同じく概略１２５ミクロン（以下隣接するファイバの中心間距離をｂとする）である。

光ファイバアレイの作製方法は実施例１と同様である。

複合偏光子の一方をなす、２次元フォトニック結晶偏光子は、基板に形成される凹凸の周期が１９０ｎｍ、五酸化タンタル，ＳｉＯ２の多層膜による自己クローニング型フォトニック結晶偏光子であり、波長４００ｎｍから４９０ｎｍの間で偏光子として動作する。

複合偏光子６０２の一方をなす吸収型偏光子は銀のナノ粒子が均一に引き延ばされてなり、元々は基板を含め厚さ約５００ミクロンで、両表面から深さ２０ミクロン以下の範囲に銀ナノ粒子が分散されている。波長４８０ｎｍから６４０ｎｍで偏光子として動作する。

複合偏光子は吸収型偏光子の片面にＳｉＯ２膜を積層した後凹凸を形成し、２次元フォトニック結晶偏光子を成膜する。さらにもう一方の面を研磨して全体を７０ミクロンとしている。複合型偏光子は全体が均一な偏光子として、波長４００ｎｍから６４０ｎｍで偏光子として動作する。

図８は２次元フォトニック結晶位相差板アレイの模式図であり、符号８０１から符号８０７は２次元フォトニック結晶位相差板の領域、符号８０８は１次元多層膜の存在する領域を表す。

本発明における受光素子（ここでは光ファイバ）と直列に配置する光学素子群は、２次元フォトニック結晶位相差板アレイ６０１中の位相差板領域と複合偏光子６０２からなるが、吸収型偏光子は全体が均一であるので、光学素子群の種類、数、配置は２次元フォトニック結晶位相差板アレイ６０１できまる。

各２次元フォトニック結晶位相差板の領域中のハッチングの方向は各々ｆａｓｔ軸（高速軸）方向を表す。２次元フォトニック結晶位相差板のｆａｓｔ軸方向は図中ｘ軸方向を基準に０°、２２．５°、４５°、６７．５°の４種類が存在する。

各２次元フォトニック結晶位相差板の領域の表面形状は正六角形で、隣接する２次元フォトニック結晶位相差板との中心間距離は全てｂであり、前記隣接する光ファイバのコア中心間距離と同一である。

一方、領域８０１を中心と見なした場合、領域８０１は領域８０１と異なるｆａｓｔ軸方向を持つ領域８０２〜領域８０７の６つ領域と隣接する。領域８０１から領域８０７には、図中ｘ軸方向を基準に０°、２２．５°、４５°、６７．５°の４種類のｆａｓｔ軸方向が全て含まれる。また同一のｆａｓｔ軸方向を持つ領域が隣接することはない。このことは最外周に配置する２次元フォトニック結晶位相差板の領域をのぞけば、全ての２次元フォトニック結晶位相差板の領域で成立する。

同一のｆａｓｔ軸方向を持つ２次元フォトニック結晶位相差板との中心間距離は概略２×ｂまたは概略２×ｂ×ｃｏｓ３０°であり、２次元長方形格子状の並進対称性を持って配列している。このような配列は原子の周期構造による結晶ではあり得ないが、フォトニック結晶であれば支障無く作れる。

また全ての２次元フォトニック結晶位相差板は６３３ｎｍで１／４波長板として動作するよう設定される。なお、あらかじめリタデーションの波長依存性を取得しておけば、正確に１／４波長板として動作せずともかまわない。

図９は図６記載の光学複合部品を用いた光計測装置の主な光学系を示す図であり、符号９０１はコア経概略５０ミクロン、クラッド径概略１２５ミクロン石英のマルチモード光ファイバ、符号９０２はフェルール、符号９０３は（フェルールを保持する）筐体、符号９０４は筐体入りコリメートレンズ、符号９０５は吸収型偏光子、符号９０６は１／４波長板、符号９０７は無偏光複合プリズム、符号９０８は紫外線透過フィルタくさび板、符号９０９は１／４波長子フィルム、符号９１０は吸収型偏光フィルム、符号９１１はミラー、符号９１２は偏光情報を強度分布に変換する光学複合素子、符号９１３はバンドルファイバ、符号９１４は測定対象物をそれぞれ表す。符号９１５は無偏光複合プリズム９０７中の接合面、符号９１６は無偏光複合プリズム９０７中の全反射面を表す。

なおフェルール９０２、筐体９０３、筐体入りレンズ９０４、吸収型偏光子９０５、１／４波長板９０６、無偏光複合プリズム９０７、紫外線透過フィルタくさび板９０８、偏光情報を強度分布に変換する光学複合素子９１２は一つの金属筐体の中に固定される。金属筐体に固定された前記光学部品類をあわせたものを光受送信モジュールと呼ぶこととする。

１／４波長板フィルム９１４は複屈折ポリマー多層フィルムからなり、吸収型偏光フィルム９１５は長鎖構造を持つポリマーの延伸膜をガラスで挟んだ構造からなる。ミラー９１６はガラス基板上にアルミニウム膜とＳｉＯ２膜を蒸着してなる。

無偏光複合プリズム９０７はガラスを接合面９１５で接着してなり、接合面９０８には誘電体多層膜が成膜される。また接合面９１５と全反射面９１６間を除いて平行面がないように形状が決められる。紫外線透過フィルタくさび板９０８は可視光全域に対して９５％以上の吸収率をもつ厚さとしてあり、かつ無偏光複合プリズム９０７とは光学接着剤で一体化されており、屈折率の整合をとることで界面の反射はほぼ存在しない。また紫外線透過フィルタくさび板９０８と空気との界面の反射は、紫外線透過フィルタくさび板９０７を表面荒らし加工を施すことで防止する。

次に光の伝搬について説明する。光源からでた単波長光は光ファイバ９０１中を伝搬し、フェルール９０２から空気中に光ファイバ９０１のファイバのコア径に依存した広がり角をもって出射する。その後コリメートレンズ９０４でビーム径１．５ｍｍの平行ビームに変換される。

ついで、吸収型偏光子９０５で直線偏光を選択し、１／４波長板９０６を透過することで円偏光に変換される。ついで無偏光複合プリズム９０７に入射し、全反射面９１６で全反射し、接合面９１５の誘電体多層膜で半分の強度が偏光状態をほぼ保持したまま反射する。ついで測定対象物９１４を透過し厚さと複屈折に応じた楕円偏光に変換される。ついで１／４波長板フィルム９０９を透過して何らかの楕円偏光に変換され、吸収型偏光フィルム９１０で直線偏光に選択される。ついで、ミラー９１１で反射して再度吸収型偏光フィルム９１０で直線偏光に選択される。ついで１／４波長板フィルム９０９を透過して円偏光に変換されて測定対象物９１４に入射し、測定対象物９１４を透過し厚さと複屈折に応じた楕円偏光に変換される。ついで、無偏光複合プリズム９０７を透過した光ビームは偏光情報を強度分布に変換する光学素子９１２に入射する。

偏光情報を強度分布に変換する光学素子９１２に入射した光ビームは、光学複合部品９１２中の２次元フォトニック結晶位相差板アレイ６０１に入射する。２次元フォトニック結晶位相差板アレイ６０１中の各位相差板によって、光ビームは強度分布はガウス型を保つが、偏光状態の分布がモザイク状の光に変換され、複合偏光子６０２に入射する。

複合偏光子６０２に入射した光ビームは複合偏光子６０２によって、偏光状態は同一方向の直線偏光であるが、強度分布がモザイク状かつ平均化すればガウス型のビームに変換され、光ファイバアレイ６０３に入射する。光ファイバアレイ６０３中の各々の光ファイバコアに入射する光は、光ファイバコアに対応する直列に配置された位相差板を透過したものにほぼ限られる。

光ファイバアレイに入射した光ビームのうち、ファイバコアに入射した光のみもう一方の出力端から出射する。クラッドに入射した光はマンドレルラップ（ファイバを巻くこと）とジャケットのポリイミドコートにて除去される。

図１０は図９記載の光学系を含む光計測装置の全体図であり、符号１００１〜符号１００４はＬＥＤモジュール、符号１００５〜１００７は２分岐光ファイバ、符号１００８は図９記載の光学複合部品、符号１００９はフェルール、符号１０１０はフォトダイオード（以下ＰＤとする）、符号１０１１はアンプ、符号１０１２はＡＤコンバータ、符号１０１３はコンピュータをそれぞれ表す。なお省略されるが、フェルール、ＰＤ、アンプ、ＡＤコンバータはバンドルファイバ中の光ファイバの数と同数用いる。

次に構成部品について説明する。ＬＥＤモジュール１００１は〜１００４は白色ＬＥＤと波長選択フィルタを組み合わせてなり、ペルチェ素子による温度コントロールも行い、中心波長の時間変動を抑制する。ＬＥＤモジュール１００１に組み込まれる波長選択フィルタは中心波長４５０ｎｍ、半値幅１０ｎｍであり、ＬＥＤモジュール１００２に組み込まれる波長選択フィルタは中心波長５３２ｎｍ、半値幅１０ｎｍであり、ＬＥＤモジュール１００３に組み込まれる波長選択フィルタは中心波長５９０ｎｍ、半値幅１０ｎｍであり、ＬＥＤモジュール１００４に組み込まれる波長選択フィルタは中心波長６３３ｎｍ、半値幅１０ｎｍである。

フェルール１００９は各光ファイバに個別に用い、端面は多重反射抑制のため斜め（１０°）に研磨されている。ＰＤ１０１０はフェルール１００９から射出する光を電気信号に変換し、アンプ１０１１で電流増幅の後コンピュータに接続されたＡＤコンバータ１０１２で１６ビットのデジタル信号に変換される。コンピュータ１０１３では各光ファイバからの射出光を元とするデジタル信号に対し適宜ソフトウェア上で処理を行い、測定対象物のパラメータを算出する。

次にソフトウェア上での処理を説明する。まず同一の偏光素子群を透過した光の強度と、偏光素子群の位置関係から偏光子が無い場合に偏光情報を強度分布に変換する光学素子９１２中の光ファイバアレイに入射するガウス分布を持つビームの強度分布とビーム中心位置を算出する。さらにこの処理を４種類ある偏光素子群について各々行い、さらに正確にビーム中心位置とビーム強度分布を算出する。

次にビーム中心位置に近いファイバを１９本選択し、４種類の偏光素子群を透過した光の強さとビーム強度分布から測定対象物を通過した後の偏光状態（ＳパラメータとＤＯＰ）を求める。

なお、ビームの中心付近のデータのみを用いるのはサンプルに斜め方向で入出射した成分を使用しないためである。またビームの強度分布が既知であるならば、４種類の偏光素子群を透過した光の強度からＳパラメータとＤＯＰは算出できる。屈折率の分散カーブを取得する場合は、図１０記載のＬＥＤのＯｎ／Ｏｆｆを切り替える。

次に本実施形態の利点について述べる。まず、偏光素子群が並進対称性を持って配置しているため、ビームの位置がずれても測定に支障がない。のみならずビームの位置ズレを利用して測定対象物の形状を算出することもできる。

本実施形態によれば、一点を測定するならば、機械的な可動部分が無く、スナップショットで偏光計測ができる。また偏光子および自己クローニング型フォトニック結晶１／４波長板の温度依存性は室温近傍では検出できないほど小さく、マルチモード光ファイバ９０１からフェルール１００９の間に熱源も存在しない。よって、マルチモード光ファイバ９０１からフェルール１００９の間には温度変化に対する特性変化の大きな物体は存在せず、光ファイバを延長してＬＥＤ１００１〜１００４、ＰＤ１００９他電気回路を含む部位を隔離すれば、測定対象物近辺の温度変化の影響を受けない。

また、本実施形態によれば、光受送信モジュールは非常に小さくかつ軽量になる。金属筐体サイズは５０×２０×７ｍｍ程度でよい。一方１／４波長板フィルム、吸収型偏光フィルム、ミラーは単体で表面形状が対角２．５ｍ程度まで、組み合わせればほぼ任意のサイズのものが用意できる。加えて光ファイバ受光のため遠距離まで引き延ばすことができる。さらに筐体の振動、測定対象物のソリなどによるビームのシフトの影響も受けにくい。

また、データ取得速度はＰＤ、アンプ、ＡＤコンバータ、コンピュータによって決まり、１秒あたり１０万回のデータ取得が可能である。このように小型で高速の偏光計測器であるため、例えば半導体基板をスキャニングして膜厚分布や屈折率分布を測定することなどに適する。

以上により、大面積の測定対象物、例えば複屈折フィルムの複屈折量をスキャンして全面測定する用途に適する。

図を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図１１はマイケルソン干渉計による偏光計測干渉計を示す図であり、符号１１００は安定化ＨｅＮｅレーザー光源、符号１１０１は偏波保持光ファイバ、符号１１０２はフェルール、符号１１０３はコリメートレンズ、符号１１０４は吸収型偏光子、符号１１０５はくさび板、符号１１０６はプレート型ハーフミラー、符号１１０７は１／４波長板、符号１１０８はミラー、符号１１０９はミラー、符号１１１０は偏光情報を強度分布に変換する光学素子、符号１１１１はバンドルファイバ、符号１１１２測定対象物をそれぞれ表す。

なおそのほかには図に記載されない光電変換部（偏光情報を強度分布に変換する光学素子からのびる光ファイバと接続される）、アンプ、ＡＤコンバータ、コンピュータが含まれる。

偏波保持光ファイバ１１０１はコア径約４ミクロンのＰＡＮＤＡファイバであり、波長６３３ｎｍ近傍で偏波保持機能を有するシングルモードファイバである。フェルール１１０２はジルコニア製フェルールで、端面を８°斜め研磨されてなる。コリメートレンズ１１０３は焦点距離約７．５ｍｍのガラス製レンズである。吸収型偏光子１１０４は銀ナノ粒子を分散されてなり、片面に耐接着ＡＲコートが施される。くさび板１１０５は石英製で頂角４°、片面に対空気ＡＲコートが施される。吸収型偏光子１１０４とくさび板１１０５はオプティカルコンタクトにより一体化される。ハーフミラー１１０６は光学ガラスくさび基板上に誘電体多層膜が蒸着されてなる無偏光ビームスプリッタであり、波長６３３ｎｍにて最適化される。１／４波長板１１０７は石英とＭｇＦ２をオプティカルコンタクトしてなる０次１／４波長板である。ミラー１１０８、１１０９はガラス基板上にアルミニウム膜、ＭｇＦ２をコーティングされてなる。

図１２は偏光情報を強度分布に変換する光学素子１１１０の構成を示す図であり、符号１２０１は２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１、符号１２０２は色ガラスフィルタ、符号１２０３は２次元フォトニック結晶偏光子アレイ、符号１２０４は光ファイバアレイをそれぞれ表す。

図１３は２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１の模式図であり、ハッチングの方向は各々ｆａｓｔ軸（高速軸）方向を表す。各２次元フォトニック結晶位相差板の表面形状は正六角形で、隣接する２次元フォトニック結晶位相差板の中心間距離は全て１２５ミクロンであり、前記隣接する光ファイバのコア中心間距離と同一である。また２次元フォトニック結晶位相差板の中心は、光ファイバコアの中心軸上に配置される。

２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１の製造方法を説明する。まず厚さ５００ミクロンの石英基板上に２次元フォトニック結晶位相差板を形成する部分のみに１９０ｎｍ周期の凹凸溝（グレーティング）を形成し、基板全体に自己クローニング法に基づいてＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２を交互に成膜することで得られる。

図１４は２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１２０３の模式図であり、ハッチングの方向は各々透過偏光方向を表す。各２次元フォトニック結晶偏光子の表面形状は正六角形で、隣接する２次元フォトニック結晶偏光子との中心間距離は全てｂであり、組合せる光ファイバのコア中心間距離と同一である。また２次元フォトニック結晶位相差板の中心は、光ファイバコアの中心軸上に配置される。同じく２次元フォトニック結晶偏光子の中心は、２次元フォトニック結晶位相差板の中心軸上に配置される。

２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１２０３の製造方法を説明する。まず厚さ５００ミクロンの石英基板上に非特許文献３と同様に２次元フォトニック結晶偏光子を成膜し、基板裏面を研磨して全体を５０ミクロンとする。但し基板に形成される凹凸の周期は２７０ミクロンとし、４５０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲で偏光子として動作するものとする。

色ガラスフィルタ１２０２は可視光をほぼ遮断し、３５０ｎｍから３８０ｎｍの紫外線に対する透過型のフィルタで、厚さ５０ミクロンに加工される。なお波長６３３ｎｍの光の透過率は約１５％である。２次元フォトニック結晶偏光子は反射型の偏光子であり、反射光は迷光となる。迷光による測定値のズレを抑制するために８０〜９５％程度の吸収率をもつ偏光無依存の吸収型フィルタを追加することが適当である。

光ファイバアレイ１２０４は、光ファイバアレイ１２０４は光ファイバアレイ６０３と同じである。なお図１２は簡単のため、２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１、色ガラスフィルタ１２０２、２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１２０３、光ファイバアレイ１２０４を個別に表示しているが、好ましくは紫外線硬化型光学接着剤を介して一体化される。

偏光計測干渉計は、例えば基板と膜の屈折率差が小さい場合などにも高精度で膜の厚さを高精度に測定できるなどの利点がある。例えば非特許文献４記載のＦｏｕｒ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒを偏光情報を強度分布に変換する光学素子"記載の偏光計測干渉計ではガラス板上の水膜のような屈折率比がほとんど無い場合でも、水膜の厚さが０．１ｎｍ程度の精度で計測できるとされている。

次に光ビームの伝搬及び偏光の振る舞いについて説明する。安定化ＨｅＮｅレーザー光源１１００からでた直線偏光は偏波保持光ファイバ１１０１中をその偏光状態を保持したまま伝搬し、フェルール１１０２から空気中に偏波保持光ファイバ１１０１のコア径に依存した広がり角をもって出射する。その後コリメートレンズ１１０３でビーム径１．５ｍｍの平行ビームに変換され、吸収型偏光子１１０４で消光比の高い直線偏光に変換される。

次に、ビームはハーフミラー１１０６で＋ｙ方向と＋ｚ方向に分岐される。

＋ｙ方向に進むビームは１／４波長板１１０７を透過、ミラー１１０８で反射、再度１／４波長板１１０７を透過し、−ｙ方向に伝搬し、再度ハーフミラー１１０６に入射する。再度ハーフミラー１１０６に入射する光は、前記＋ｙ方向に進むビームの偏光方向と直交する直線偏光となる。ついでハーフミラー１１０６で一部透過して光学素子１１１０に入射する。

偏波保持光ファイバ１１０１から射出しハーフミラー１１０６を透過して、＋ｚ方向に進むビームは測定対象物１１１１を透過、ミラー１１０９で反射、再度測定対象物１１１１を透過して、−ｚ方向に伝搬し、再度ハーフミラー１１０６に入射する。ついでハーフミラー１１０６で一部反射して光学素子１１１０に入射する。

１／４波長板１１０７を往復して透過したビームと、測定対象物１１１１を往復して透過したビームは、光学素子１１１０に対して光軸が一致して入射する。重なったビームによる干渉光から、測定対象物を透過した光と１／４波長板を透過した光の位相差を求めることができる。

なお、ハーフミラー１１０６に替えて反射型偏光分離素子（ＰＢＳ、２次元フォトニック結晶偏光子など）を用い、図１１中の測定対象物１１１１との間に１／４波長板を挿入してもも同様の計測が可能である。

またフェルール１１０２とハーフミラー１１０６の間のいずれかの位置に光アイソレータが挿入されていれば、安定化ＨｅＮｅレーザーの発振がより安定するため、望ましい。

本発明の第４の実施形態を図を用いて説明する。図１５はセンサヘッドモジュールと測定対象物の外観を示す斜視図であり、符号１５０１は光源側光ファイバ、符号１５０２はレンズ、符号１５０３はミラー、符号１５０４は吸収型偏光子、符号１５０５はアパーチャ、符号１５０６は偏光情報を強度分布に変換する光学素子をそれぞれ表す。また符号１５０７は測定対象物を表す。なお本来、符号１５０１から符号１５０６に対応する各部品は一体の筐体に固定される。

センサヘッドモジュールの構成部品について説明する。光源側光ファイバ１５０１はコア経概略５０ミクロン、クラッド径概略１２５ミクロン石英のマルチモード光ファイバであり、端部はフェルールに固定される。ミラー１５０３は誘電体多層膜ミラーである。偏光情報を強度分布に変換する光学素子は符号９１２の光学素子と同じである。ミラー１５０３と測定対象物１５０７は垂直に配置される。

またセンサヘッドモジュール以外の構成については、図９と同じとする。

センサヘッドモジュール中の光源側光ファイバ１５０１から出射した光は、レンズ１５０２でビームウェイスト径１００ミクロンの光ビームに変換される。光ビームはミラー１５０３で反射し、吸収型偏光子１５０４で高消光比の直線偏光に変換されて、測定対象物１５０７に入射角７０°で入射及び反射する。なお入射位置がビームウェイスト位置になるようにする。測定対象物１５０７から反射した光は測定対象物１５０７上の薄膜の膜厚、屈折率、消衰係数に対応した偏光状態を持つビームとなる。ついで偏光情報を強度分布情報に変換する光学複合部品１５０６に入射し、各光ファイバの先端に配置された偏光素子群に対応した強度を持つ光が不記載の光電変換モジュールに送られる。

その後の処理は実施例２と同様である。本実施形態は反射型エリプソメータとして動作する。周辺温度変化の影響を受けにくいこと、ある程度ビームの位置がずれても正確に計測できることは他の実施例と同じであるが、加えて測定対象物１５０７の角度がオートコリメータなどを用いて既知ならば、測定対象物の高さを算出することができる。

本実施形態のセンサヘッドモジュール中のミラー表面と測定対象物表面は直角の関係を持ち、コーナーキューブと同じ光の伝搬をなす。本実施形態ではセンサヘッドモジュールは５０×２０×１０ｍｍ程度まで小型化できる。

本発明の第５の実施形態を図を用いて説明する。図１６はセンサヘッドモジュールと測定対象物の外観を示す斜視図であり、符号１６０１は光源側光ファイバ、符号１６０２はレンズ、符号１６０３は複合プリズム、符号１６０４は偏光無依存ハーフミラー、符号１６０５は反射型偏光子、符号１６０６は１／４波長板、符号１６０７は偏光情報を強度分布に変換する光学素子をそれぞれ表す。なお本来、符号１６０１から符号１６０７に対応する各部品は一体の筐体に固定される。

なおそのほかには図に記載されない安定化ＨｅＮｅレーザー光源（偏波保持光ファイバと接続される）、光電変換部（偏光情報を強度分布に変換する光学素子からのびる光ファイバと接続される）、アンプ、ＡＤコンバータ、コンピュータが含まれる。

光源側光ファイバ１６０１は偏波保持光ファイバで偏波保持光ファイバ１１０１と同じである。レンズ１６０２はコリメートレンズである。複合プリズム１６０３は２個のプリズムが接着されてなり、その境界はクロム薄膜による偏光無依存ハーフミラー１６０４としての作用を持つ。反射型偏光子１６０５は２次元自己クローニング型フォトニック結晶偏光子である。１／４波長板１６０６は水晶０次１／４波長板である。偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７は偏光情報を強度分布に変換する光学素子１１１０と同じである。測定対象物１５０７としては酸化膜が形成されたＳｉ基板等が想定される。

次に光ビームの伝搬及び偏光の振る舞いについて説明する。光源側光ファイバ１６０１からでは直線偏光はレンズ１６０２でビーム径０．８ｍｍの平行ビームに変換され、複合プリズム１６０３に入射し、偏光無依存ハーフミラー１６０４で反射する（透過成分はここでは無視する）。その後複合プリズム１６０３の境界面で全反射し、反射型偏光子１６０５に入射する。反射型偏光子１６０５で光強度の半分にあたる光ビームが反射し複合プリズム１６０３の境界面で全反射し、偏光無依存ハーフミラー１６０４を透過して（反射成分は無視する）、複合プリズム１６０３の境界面で全反射して、偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７に入射する。

反射型偏光子１６０５を透過した残り半分の強度にあたる直線偏光の光ビームは、１／４波長板１６０６に入射し透過する。１／４波長板１６０６を透過した円偏光は測定対象物に入射して反射し、再度１／４波長板１６０６を透過する。１／４波長板１６０６を透過した光は直線偏光として反射型偏光子１６０５に入射してほぼ全て反射し、再度１／４波長板１６０６を透過し、測定対象物で反射、再度１／４波長板１６０６を透過し反射型偏光子１６０５をほぼ全て透過する。（反射型偏光子１６０５と測定対象物１５０７間を２往復する）ついで複合プリズム１６０３の境界面で全反射し、偏光無依存ハーフミラー１６０４を透過して、複合プリズム１６０３の境界面で全反射して、偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７に入射する。

偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７に入射するビームのうち、測定対象物１５０７を透過しないビームと透過したビームは、ともに偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７に入射するので、フィゾー干渉計による偏光計測干渉計として動作する。

反射型偏光子１６０５と測定対象物１５０７が平行である場合は、前記反射型偏光子１６０５で反射した光ビームと透過した光ビームが正しく重なる。反射型偏光子１６０５と測定対象物１５０７が平行からずれた場合は、偏光情報を強度分布に変換する光学素子１６０７に入射する光の強度分布及び偏光分布から測定対象物に対する入射角を算出することができるので測定対象物に対する入射角を調整すればよい。

本発明の第６の実施形態を図を用いて説明する。図１７は光計測装置の光学系を表す概略斜視図である。図１７の光計測装置は図１５記載の光計測装置と図１６記載の光計測装置を組み合わせたものである。

測定対象物に対するビームの入射位置は同じである。

本実施形態によれば、測定対象物の傾き角を図１６記載の光計測装置にて算出し、測定対象物の高さを図１５記載の光計測装置で算出できる。よって、測定対象物１５０７を図中ｘｚ平面内でスキャンすれば、測定対象物の表面形状を算出できる。加えて図１５記載の光計測装置と図１６記載の光計測装置を組み合わせて使用することで測定対象物上に形成された薄膜の厚さ、屈折率、消衰係数を算出できる。

また本実施形態によるセンサヘッド部分は５０×３０×２０ｍｍ程度となり、小型であるといえる。

本発明は、例えばエリプソメトリ、偏光干渉計測といった偏光に関わる計測などの分野において好適に用いることができる。

図１は光学複合部品の概略を示す斜視図 図２は光ファイバアレイ１０５のｘｙ平面での断面図 図３は２次元フォトニック結晶位相差板アレイのｚ方向から見た模式図 図４は２次元フォトニック結晶偏光子アレイのｚ方向から見た模式図 図５はｚ方向から見た光ファイバアレイ１０５と組み合わされる光学素子群の配置を示す図 図６は光学複合部品の概略を示す斜視図 図７は光ファイバアレイ６０３と石英Ｖ溝基板６０４，６０５のｚ方向から見たｘｙ平面図 図８は２次元フォトニック結晶位相差板アレイの模式図 図９は図６記載の光学複合部品を用いた光計測装置の主な光学系を示す図 図１０は図９記載の光学系を含む光計測装置の全体図 図１１はマイケルソン干渉計による偏光計測干渉計を示す図 図１２は偏光情報を強度分布に変換する光学素子１１１０の構成を示す図 図１３は２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１の模式図 図１４は２次元フォトニック結晶偏光子アレイ１２０３の模式 図１５はセンサヘッドモジュールと測定対象物の外観を示す斜視図 図１６はセンサヘッドモジュールと測定対象物の外観を示す斜視図 図１７は光計測装置の光学系を表す概略斜視図

符号の説明

１００ 入射光
１０１ ２次元フォトニック結晶位相差板アレイ
１０２ ２次元フォトニック結晶偏光子アレイ
１０３ 石英Ｖ溝基板
１０４ 石英Ｖ溝基板
１０５ 光ファイバアレイ
１０６ バンドルファイバ

２０１ 光ファイバのコア
２０２ 光ファイバのクラッド
２０３ 光ファイバのジャケット

３０１ １次元多層膜の存在する領域、
３０２ ２次元フォトニック結晶位相差板の領域
３０３ ２次元フォトニック結晶位相差板の領域

４０１ １次元多層膜の存在する領域
４０２、４０３，４０４，４０６，４０７，４０８ ２次元フォトニック結晶偏光子の存在する領域
４０５ １次元多層膜の存在する領域

５０１ １次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０２がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア
５０２ ２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０２と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０３がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア
５０３ １次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０４がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア
５０４ １次元多層膜の領域３０１と１次元多層膜の領域４０５がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア
５０５ １次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０６がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア
５０６ ２次元フォトニック結晶位相差板の領域３０３と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０７がなす光学素子群と直列に配置される光ファイバコア
５０７ １次元多層膜の領域３０１と２次元フォトニック結晶偏光子の領域４０８がなす光学素子群に対して直列に配置される光ファイバコア

６０１ ２次元フォトニック結晶位相差板アレイ
６０２ 吸収型偏光子と２次元フォトニック結晶偏光子を組合せてなる複合偏光子
６０３ 光ファイバアレイ
６０４ 石英Ｖ溝基板
６０５ 石英Ｖ溝基板
６０６ ステンレスケース

７０１ 光ファイバのコア
７０２ クラッド
７０３ ジャケット

８０１から８０７ ２次元フォトニック結晶位相差板の領域
８０８ １次元多層膜の存在する領域

９０１ コア経概略５０ミクロン、クラッド径概略１２５ミクロン石英のマルチモード光ファイバ
９０２ フェルール
９０３ 筐体
９０４ 筐体入りコリメートレンズ
９０５ 吸収型偏光子
９０６ １／４波長板
９０７ 無偏光複合プリズム
９０８ 紫外線透過フィルタくさび板
９０９ １／４波長子フィルム
９１０ 吸収型偏光フィルム
９１１ ミラー
９１２ 偏光情報を強度分布に変換する光学複合素子
９１３ バンドルファイバ
９１４ 測定対象物

１００１〜１００４ ＬＥＤモジュール
１００５〜１００７ ２分岐光ファイバ
１００８ 図９記載の光学複合部品
１００９ フェルール
１０１０ フォトダイオード（以下ＰＤとする）
１０１１ アンプ
１０１２ ＡＤコンバータ
１０１３ コンピュータ

１１００ 安定化ＨｅＮｅレーザー光源
１１０１ 偏波保持光ファイバ
１１０２ フェルール
１１０３ コリメートレンズ
１１０４ 吸収型偏光子
１１０５ くさび板
１１０６ プレート型ハーフミラー
１１０７ １／４波長板
１１０８ ミラー
１１０９ ミラー
１１１０ 偏光情報を強度分布に変換する光学素子
１１１１ バンドルファイバ
１１１２ 測定対象物

１２０１ ２次元フォトニック結晶位相差板／１次元多層膜アレイ１２０１
１２０２ 色ガラスフィルタ
１２０３ ２次元フォトニック結晶偏光子アレイ
１２０４ 光ファイバアレイ

１５０１ 光源側光ファイバ
１５０２ レンズ
１５０３ ミラー
１５０４ 吸収型偏光子
１５０５ アパーチャ
１５０６ 偏光情報を強度分布に変換する光学素子
１５０７ 測定対象物

１６０１ 光源側光ファイバ
１６０２ レンズ
１６０３ 複合プリズム
１６０４ 偏光無依存ハーフミラー
１６０５ 反射型偏光子
１６０６ １／４波長板
１６０７ 偏光情報を強度分布に変換する光学素子

Claims (7)

1. 誘電率が周期的に変化する周期構造体と入射光に対して直列に配置する受光素子を含み、かつ前記周期構造体と直列に配置する受光素子が２次元三角格子状に複数配列し、かつ前記周期構造体として、入射光に対する作用が異なる周期構造体を４種類以上７種類以下有してなることを特徴とする光学複合部品
2. 請求項１記載の周期構造体の１つはそれ自身と異なる種類の６つの周期構造体と隣接し、かつ前記７つの周期構造体には光学複合部品に存在する全種の周期構造体が含まれ、かつ前記７つの周期構造体に中においては隣り合う周期構造体は異なる種類の周期構造体であることを特徴とする請求項２記載の光学複合部品
3. 同一種の前記周期構造体が２次元斜方格子状または２次元長方形格子状の離散的並進対称性を有して配列する事を特徴とする請求項１または請求項２記載の光学複合部品
4. 請求項１から請求項３記載の周期構造体に替えて、複数の誘電率が周期的に変化する周期構造体が入射光に対して直列に配置してなる周期構造体群を有してなることを特徴とする光学複合部品
5. 請求項４記載の周期構造体群が、前記受光素子に近い側から周期構造体からなる偏光子と周期構造体からなる位相差板の順で配列してなる周期構造体群、または／および前記受光素子に近い側から周期構造体からなる偏光子と１次元多層膜の順で配列してなる周期構造体群であることを特徴とする光学複合部品
6. 請求項１から請求項５記載の周期構造体が入射光に対して垂直方向に周期性を有する１次元または２次元または３次元周期構造体であり、前記周期構造体が偏光子および／または位相差板としての作用を有し、かつ前記受光素子が光ファイバであることを特徴とする光学複合部品
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学複合部品及びハーフミラーまたは反射型偏光分離素子を含んでなることを特徴とする光計測装置

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