JP2018044865A - 光学機器のキャリブレーション法 - Google Patents

Abstract

【課題】複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図るための偏光子アレイのキャリブレーション法を提供する。【解決手段】配向された方位の光を通過させる偏光部分が互いに異なる方位に配向されて複数配列された偏光子４を備えた光学機器２８のキャリブレーション法であって、偏光部分がそれぞれ配向された方位にそれぞれ応じた直線偏光を偏光子４に照射し、偏光子４を通過した後の直線偏光の光強度を偏光部分毎に測定する工程と、偏光子４を通過した後の直線偏光の光強度に基づいて、偏光部分毎の直線二色性を算出する工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光学機器のキャリブレーション法に関する。

近年、光学技術及び微細加工技術等の高度化に伴い、ガラスや透明プラスチック、結晶等を用いた光学部品や薄膜製品が多く利用されている。これらの光学部品や薄膜製品を利用するにあたり、光学部品や薄膜製品の偏光特性、すなわち複屈折を測定し、測定によって得られた該偏光特性をふまえて詳細な設計や使用条件等を検討したいという要望がある。光学部品や薄膜製品における複屈折を計測する方法の一つに、回転検光子法（又は、偏光子回転式とも呼ばれる方法）がある。

回転検光子法は、測定対象物に入射する入射光の偏光を偏光子や波長板等の偏光フィルタを回した際の測定対象物から透過した透過光の光量の変化を計測する方法である。例えば、偏光子と波長板を用いて入射光を円偏光とし、該入射光を測定対象物に入射させ、測定対象物を透過して楕円偏光となった透過光の楕円状態を、さらに波長板の主軸方位を０°と４５°に変化させ、方位を変化させた透過光を通す検光子を回転させることによって、２つの位相が求まる。２つの位相に基づいて、測定対象物の複屈折位相差と主軸方位が算出され、測定対象物の複屈折が得られる。

上述した回転検光子法では、偏光フィルタを回転させるための回転モータや回転角の検出センサ、筐体等を用意する必要があるため、測定光学系が複雑になり、計測面の面上のデータにおける位置ずれが生じやすいという問題があった。

そこで、測定対象物から透過した透過光の偏光状態を変える、すなわちＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光器の入射側に配されている検光子を回転させることに替えて、受光器の入射側に受光素子、すなわち画素と略同サイズ・同数の偏光子を配置した偏光イメージセンサや偏光アレイカメラが提案されている。

例えば、特許文献１には、偏光子ユニットを１個又は複数個含む偏光子アレイと、受光素子アレイと、画像処理部と、を有する偏光イメージング装置が開示されている。偏光子ユニットは、それぞれ透過軸が異なる３つ以上の偏光子の領域に分かれており、入射される入力光のうち、各領域において当該入力光の無偏光成分を透過させると共に、各領域によって偏光方向が異なる入力光の偏光成分を透過させるものである。受光素子アレイは、偏光子ユニットの各領域を透過した光を独立に受光するものである。画像処理部は、受光素子アレイからの偏光成分及び無偏光成分を処理するものである。このような構成を有する偏光イメージング装置を用いることで、従来の偏光イメージング装置を用いる場合に比べて、画像処理精度の向上が図られる。

特開２００７−８６７２０号公報

しかしながら、従来の偏光イメージング装置や偏光子アレイカメラでは、偏光子の消光比が低いために測定対象物の複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図ることが難しいという問題があった。

以下、本明細書では、偏光イメージング装置や偏光子アレイカメラ等（光学機器）の計測面において、方位が配向されている最小単位を「偏光部分」と称する。複数の「偏光部分」は、個々に分離されているものや、互いに隣接し、外周にフレーム等が設けられているもの、例えば特許文献１に開示されている偏光イメージング装置における偏光子ユニットの「領域」等を全て含んでいる。本発明者は、計測面における偏光子の消光比が低いことの主な要因として、各偏光部分のエッジで測定対象物を透過した透過光が散乱し、クロストークが発生することに着眼した。そして、各偏光部分のエッジでの透過光の散乱が近隣の偏光部分同士の透過光の消光成分の散乱に影響し合うため、偏光部分毎の消光比が不規則に異なることを見出した。また、本発明者は、消光比が低い、すなわち各偏光部分の直線二色性が低いと計測精度も低下すること、及び、従来提案されているように偏光部分の消光比を一括してキャリブレーションすると偏光部分毎の消光比のばらつきとは異なる度合いで計測値が算出される虞があることをを見出した。そこで、本発明者は、偏光部分毎の消光比、すなわち直線二色性を算出し、キャリブレーションを行うことが重要であることをふまえ、本発明を完成させるに至った。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図るための光学機器のキャリブレーション法を提供する。

本発明に係る光学機器のキャリブレーション法は、配光された方位の光を通過させる偏光部分が互いに異なる方位に配向されて複数配列された偏光子を備えた光学機器のキャリブレーション法であって、前記偏光部分がそれぞれ配向された方位にそれぞれ応じた直線偏光を前記偏光子に照射し、前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を前記偏光部分毎に測定する工程と、前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度に基づいて、前記偏光部分毎の直線二色性を算出する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る光学機器のキャリブレーション法では、前記互いに異なる方位は、０°，４５°，９０°，１３５°の４つの方位で構成され、前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度と前記直線二色性との間には、次に示す（１）式から（３）式の関係が成り立っていてもよい。

上述の（１）式から（３）式において、Ｉ´（ψ）は方位ψの前記直線偏光が前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を示し、ｐ_ψ，ｑ_ψは方位ψの前記直線偏光の軸透過率を示し、Ｄψは前記偏光部分の直線二色性を示し、ｓ_０はストークス・パラメータを示し、ａ_２（ψ），ｂ_２（ψ）は方位ψの前記直線偏光をフーリエ変換したときのフーリエ振幅の係数を示し、ＬＤＯＰは前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度の振幅を示し、αは前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度の位相を示す。

本発明に係る光学機器のキャリブレーション法は、前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を前記直線二色性に基づいて前記偏光部分毎に補正する工程をさらに備えてもよい。

本発明の光学機器のキャリブレーション法では、偏光子を通過した後の直線偏光の光強度に基づいて、偏光部分毎の直線二色性を算出し、偏光子を通過した後の直線偏光の光強度を直線二色性に基づいて偏光部分毎に補正するので、偏光部分毎の直線二色性のばらつきが反映されたキャリブレーションが行われる。したがって、本発明によれば、複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図ることができる。

本発明に係る実施形態の光学機器のキャリブレーション法を適用する偏光カメラの構成を説明するための図であって、（ａ）は受光部の構成を示す概略図であり、（ｂ）は偏光子の構成を示す概略図である。 本発明に係る実施形態の光学機器のキャリブレーション法に用いられる光学系の構成を示す概略図である。 本発明に係る実施形態の光学機器のキャリブレーション法に用いられる別の光学系の構成を示す概略図である。 実施例に用いられた偏光カメラに複数配列された偏光部分の一部の直線二色性を偏光部分毎に算出した結果を示す分布図である。 実施例において、自動バビネ・ソレイユ補償器における変動量に対する位相遅延量を測定した結果を示すグラフである。 実施例において、自動バビネ・ソレイユ補償器及び波長板の回転量に対する方位角を測定した結果を示すグラフである。 図６に示す方位角の測定値と理論値との差を示すグラフである。

以下、本発明に係る光学機器のキャリブレーション法の実施形態（以下、本実施形態とする）について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。

本実施形態の光学機器のキャリブレーション法について説明するにあたり、先ず本実施形態の光学機器のキャリブレーション法の対象となる光学機器について説明する。
図１の（ａ），（ｂ）は、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法の適用対象である偏光カメラ（光学機器）の受光部、すなわち偏光特性の計測に用いられる要部の概略図である。偏光カメラは、少なくとも、図１（ａ）に示すように配向された方位ψの入射光（光）Ｌ０を通過させる偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎが互いに異なる方位φ１，φ２，…，φｎに配向されて複数配列された偏光子４と、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれに対向配置された画素Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを有する受光素子６と、を備えている。なお、ｎは整数であり、複数配列された偏光部分の数を示す。

偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの構成は、異なる方位φ１，φ２，…，φｎに配向可能であれば特に限定されない。偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの構成例としては、優れた透過率を有するフォトニック結晶や、アルミワイヤーからなるナノ周期構造等が挙げられる。なお、図１の（ａ），（ｂ）では、各々の偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのフレームを設けずに複数配列可能に集積され、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのエッジｅのみが存在する構成例を例示している。

図１の（ａ），（ｂ）には、隣接する４つの画素、例えば画素Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６で受光した光の情報をそれぞれ比較及び演算し、不図示の測定対象物の偏光情報を取得する構成例を示している。そのため、これら４つの画素、例えば画素Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６に対向する偏光部分Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６のそれぞれの方位φ１，φ２，φ５，φ６は、図１（ｂ）に示すように、１８０°を４分割した０°，４５°，９０°，１３５°に設定されている。すなわち、本実施形態の偏光カメラは、従来の回転検光子法において偏光子又は検光子を回転させることに替えて、偏光子４の受光面を空間分割し、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎを多並列化したものである。

上述の構成を備える偏光カメラに対し、任意の偏光状態の入射光Ｌ０が入射すると、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれを、入射光Ｌ０のうち方位φ１，φ２，…，φｎに一致する方位ψの成分が通過し、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎに入射する。その後、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎをそれぞれ通過し、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎによってそれぞれ受光された光の情報は、偏光カメラに具備されている演算部（不図示）に送信され、偏光情報に換算される。

ここで、偏光カメラの偏光子４を部分偏光子と考えると、部分ミュラー行列は、次に示す（４）式のように表される。

ここで、ｐ_ψ，ｑ_ψはそれぞれ偏光子４の軸透過率を示す。方位ψは、０°，４５°，９０°，１３５°の何れか１つの角度を示す。つまり、方位ψが取り得る４つの方位をψ１＝０°，ψ２＝４５°，ψ３＝９０°，ψ４＝１３５°とすると、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれの方位φ１，φ２，…，φｎは、それぞれψ１，ψ２，ψ３，ψ４のうちの何れかであるということになる。

任意の偏光状態における入射光Ｌ０の未知のストークス・パラメータを［ｓ_０，ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３］とすると、何ら測定対象物等を配置されない場合、入射光Ｌ０が照射された偏光カメラが検出する本来の光強度Ｉ（ψ）は、次に示す（５）式で表される。

偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれの直線二色性、直線偏光度をＤ_ψ，ＬＤＯＰとし、入射光Ｌ０の任意の偏光状態の方位をαとすると、

（６）式から（８）式を（５）式に代入すると、上述の（１）式が得られる。
偏光カメラの消光比は、ｐ_ψ，ｑ_ψに依存するパラメータである。

ここで、入射光Ｌ０を直線偏光とすると、直線偏光度ＬＤＯＰが１となる、すなわち理想値となる場合において、偏光カメラが検出する光強度は、次に示す（９）式で表される。

入射光Ｌ０の直線偏光の方位ψが０°から３６０°まで変化した場合には、透過光をフーリエ変換した際のフーリエ振幅の係数をａ_０，ａ_２，ｂ_２とすると、次に示す（１０）式及び（１１）式が得られる。

前述のように、本実施形態の偏光カメラでは、偏光子４の偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれの方位φ１，φ２，…，φｎは、４つの方位ψ１＝０°，ψ２＝４５°，ψ３＝９０°，ψ４＝１３５°の何れか１つの方位に設定されている。そのため、偏光カメラが検出する本来の光強度Ｉ（ψ）は、次に示す（１２）式から（１５）式で表される。

前述の（１０）式をふまえて、（１２）式から（１５）式を変形すると、（１６）式から（１９）式が得られる。

次いで、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法の実施形態について説明する。
本実施形態の光学機器のキャリブレーション法は、上述したように、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎが互いに異なる方位φ１，φ２，…，φｎに配向されて複数配列された偏光子４を備えた光学機器のキャリブレーション法であって、以下では、偏光子４を備えた偏光カメラに前記キャリブレーション法を適用した場合を想定して説明する。

本実施形態の光学機器のキャリブレーション法は、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎがそれぞれ配向された方位φ１，φ２，…，φｎにそれぞれ応じた直線偏光ＰＬ（ψ）を偏光子４に照射し、偏光子４を通過した後の直線偏光ＰＬ（ψ）の光強度Ｉ´（ψ）を偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎に測定する工程（以下、「光強度測定工程」とする）と、偏光子４を通過した後の直線偏光ＰＬ´（ψ）の光強度Ｉ´（ψ）に基づいて、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψを算出する工程（以下、「直線二色性算出工程」とする）と、を少なくとも備え、偏光子４を通過した後の直線偏光ＰＬ（ψ）の光強度Ｉ´（ψ）を直線二色性Ｄ_ψに基づいて偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎に補正する工程（以下、「補正工程」とする）をさらに備えている。

上述の各工程について、図２及び図３を参照し、具体的に説明する。
図２は、光強度測定工程において用いる光学系の一例である。図２に示すように、光源１２から発せられた入射光Ｌ０をコリメートレンズ２０で平行光とする。図２には、光源１２として、ハロゲンランプ１４から発せられた光がファイバ１６内を伝搬し、端子１８から拡散される構成を備えたものを例示している。コリメートレンズ２０は、光源１２の端子１８から焦点距離の分だけ離間して配置されている。

コリメートレンズ２０に対して入射光Ｌ０の進行方向の前方に、偏光板２２、波長板２４、波長フィルタ２５、偏光カメラの偏光子４と受光素子６とを有する受光器２８と、が配置されている。偏光板２２の方位は可変であり、このような偏光板２２としては、入射光Ｌ０の光軸を基軸として回転可能な回転式のものや、方位が固定された偏光板２２を着脱可能に構成されているものであってもよい。波長板２４は、所謂λ／４板である。波長フィルタ２５は、白色光源であるハロゲンランプ１４から発せられた入射光Ｌ０の波長帯域から所望の波長帯域の入射光Ｌ０を通過させるものである。

先ず、光強度測定工程では、偏光板２２の方位をψ１に設定し、各偏光部分で受光した入射光Ｌ０（直線偏光ＰＬ（ψ１））の光強度Ｉ´（ψ１）を計測する。
続いて、偏光板２２の方位をψ２，ψ３，ψ４のそれぞれに設定し、各偏光部分で受光した入射光Ｌ０（直線偏光ＰＬ（ψ２），ＰＬ（ψ３），ＰＬ（ψ４））の光強度Ｉ´（ψ２）＝Ｉ´（４５），Ｉ´（ψ３）＝Ｉ´（９０），Ｉ´（ψ４）＝Ｉ´（１３５）を計測する。

次に、直線二色性算出工程では、（１７）式から（２０）式において、本来の光強度Ｉ（ψ１）＝Ｉ（０），Ｉ（ψ２）＝Ｉ（４５），Ｉ（ψ３）＝Ｉ（９０），Ｉ（ψ４）＝Ｉ（１３５）のそれぞれに、光強度測定工程で測定した光強度Ｉ´（ψ１）＝Ｉ´（０），Ｉ´（ψ２）＝Ｉ´（４５），Ｉ´（ψ３）＝Ｉ´（９０），Ｉ´（ψ４）＝Ｉ´（１３５）のそれぞれを代入する。偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれについて、代入した前述の（１６）式から（１９）式に基づいて、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψを算出する。上述の（１６）式から（１９）式が連立方程式であること、及び、方位ψについて一般化した（１）式及び、方位ψ１，ψ２，ψ３，ψ４に対応した前述の（２）式、（３）式に基づき、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψを算出すると同時に、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線偏光度ＬＤＯＰと、入射光Ｌ０の任意の偏光状態の方位αが算出される。

上述の直線二色性算出工程を経ることによって、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψを算出し、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎにおける消光比のばらつきを計測することができる。そして、得られた偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎにおける消光比のばらつきを補正することで、偏光カメラのキャリブレーションを行うことができる。

また、算出された偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψに基づいて、任意の直線偏光ＰＬ（ψ）を用いた計測を行った際の偏光カメラのキャリブレーションを行うために、補正工程を行うことができる。すなわち、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎に、各偏光部分に対向配置されている画素Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎで受光した情報に基づいて演算部によって算出された光強度を（１／Ｄ_ψ）倍することで、画素Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎで受光した情報から、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのエッジｅによる直線偏光ＰＬ（ψ）の散乱の影響、及び該散乱の偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎のばらつきの影響を除去した、本来計測されるべき光強度Ｉ（ψ）を得ることができる。

さらに、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法を用いて測定対象物の複屈折及び偏光特性を測定する工程（以下、「偏光特性測定工程」とする）を行うことができる。図３は、において用いる光学系の一例である。図３に示す光学系において、図２に示す光学系と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、入射光Ｌ０の光軸方向に沿って、波長板２４と波長フィルタ２５との間には、測定対象物Ｓが配置されている。また、測定対象物Ｓと、偏光子４の任意の偏光部分に、直線偏光ＰＬ（ψ）を集光させ、該偏光部分に対向配置されている画素で光を漏らさず受光するために、入射光Ｌ０の光軸方向に沿って、測定対象物Ｓと波長フィルタ２５との間に結像レンズ３０を配置してもよい。

図３に示す光学系において、補正工程と同様に、偏光板２２の方位をψ１，ψ２，ψ３，ψ４のそれぞれに設定し、各偏光部分で受光した透過光Ｌ１（直線偏光ＰＬ（ψ１），ＰＬ（ψ２），ＰＬ（ψ３），ＰＬ（ψ４））の光強度を（１／Ｄ_ψ）倍することで、本来計測されるべき光強度Ｉ（ψ）を得ることができる。得られた光強度Ｉ（ψ）及び入射光Ｌ０の直線偏光ＰＬ（ψ）の光強度に基づいて、測定対象物Ｓにおいて偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれに対向する位置の複屈折及び偏光特性を算出することができる。

以上説明した本実施形態の光学機器のキャリブレーション法によれば、光強度測定工程
によって偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎがそれぞれ配向された方位φ１，φ２，…，φｎにそれぞれ応じた直線偏光ＰＬ（ψ）の光強度Ｉ´（ψ）を測定し、測定した光強度Ｉ´（ψ）に基づいて、直線二色性算出工程によって直線二色性Ｄ_ψを偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎に算出することができる。また、算出した直線二色性Ｄ_ψに基づいて、偏光子４を通過した後の直線偏光ＰＬ（ψ）の光強度Ｉ´（ψ）を偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎に補正するので、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψのばらつきを考慮したキャリブレーションが良好に行われる。これにより、従来提案されているように偏光部分の消光比を一括してキャリブレーションする場合のように、偏光部分毎の消光比のばらつきとは異なる度合いで計測値が算出される虞がなく、本来得られるべき光強度Ｉ（ψ）やノイズ等が過剰に増幅されることも、減じられることもなく、本来得られるべき光強度Ｉ（ψ）を確実に計測することができる。したがって、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法によれば、偏光カメラをはじめとする光学機器の正確なキャリブレーションを行い、測定対象物の複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図ることができる。

なお、上述の実施形態では、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれの方位φ１，φ２，…，φｎは、それぞれ０°，４５°，９０°，１３５°の４つの方位の何れかで構成されている場合を想定し、（２）式及び（３）式と、関連する式等を例示したが、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの方位φ１，φ２，…，φｎは、それぞれ０°，４５°，９０°，１３５°の４つの方位の何れかをとることに限定されない。偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの方位φ１，φ２，…，φｎは、それぞれ、例えば、４５°，９０°，１３５°，１８０°の４つの方位の何れかでもよく、これら以外の方位であっても構わない。偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの方位φ１，φ２，…，φｎが、それぞれ、例えば、４５°，９０°，１３５°，１８０°の４つの方位の何れかである場合は、上述の（１）式は変わらず、（２）式、（３）式、（１６）式から（１９）式は、それぞれ次に示す（２０）式、（２１）式、上述の（１７）式から（１９）式、及び次に示す（２２）式のようにそれぞれ表される。

また、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの方位φ１，φ２，…，φｎのとりうる数、すなわち種類は、４方位に限定されず、少なくとも２方位以上であれば、何種類の方位であっても構わない。

また、上述の実施形態では、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法を実施する対象の光学機器として、偏光子４を備えた偏光カメラを例示して説明したが、実施対象の光学機器は上述の偏光カメラに限定されない。すなわち、本実施形態の光学機器のキャリブレーション法は、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎが互いに異なる方位φ１，φ２，…，φｎに配向されて複数配列された偏光子４を備えた光学機器であれば、適用することができる。このような光学機器には、例えば偏光イメージセンサー、偏光フィルター等が挙げられる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、図２及び図３に示す光学系のそれぞれにおいて、光源１２はファイバ１６を有さず、端子１８から光を発する光源であってもよい。また、光源１２から偏光カメラや測定対象物Ｓの感度を有する波長帯域の光が発せられる場合は、波長フィルタ２５を省略してもよい。

次いで、本発明に係る実施形態の光学機器のキャリブレーション法の効果を裏付けるために行った実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示す光学系を用いて、上述の光学機器のキャリブレーション法を実施した。

図４には、光学機器のキャリブレーション法の光強度測定工程で測定した光強度Ｉ´（ψ１）＝Ｉ´（０），Ｉ´（ψ２）＝Ｉ´（４５），Ｉ´（ψ３）＝Ｉ´（９０），Ｉ´（ψ４）＝Ｉ´（１３５）のそれぞれに基づき、直線二色性算出工程によって偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψを算出した結果の一部を示す。図２に示すＸ方向の偏光部分（図４に記載されている「Ｘピクセル」）及びＹ方向の偏光部分（図４に記載されている「Ｙピクセル」）の配列において、図４に示すように、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψには、ばらつきが生じている。本実施例では、Ｘ方向及びＹ方向の偏光部分の各５０個分の配列において、理想的には１．０である直線二色性Ｄ_ψが０．８から０．９に低下していることがわかる。

次に、前述の光学機器のキャリブレーション法で得られた偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎の直線二色性Ｄ_ψをキャリブレーションした際の補正工程の効果を検証するために、測定対象物Ｓとして、自動バビネ・ソレイユ補償器を配置した。この自動バビネ・ソレイユ補償器と波長板２４とを自動回転させることで、複屈折位相差、すなわち振幅の情報と、波長板２４の方位、すなわち位相の情報を計測した。図５には、自動バビネ・ソレイユ補償器における変動量に対する位相遅延量の測定結果を示す。図６には、自動バビネ・ソレイユ補償器及び波長板２４の回転量、すなわち直線偏光ＰＬ（ψ）の変動に対する方位角の測定結果を示す。図７には、図６に示す結果をわかりやすく示すために、図６に示す測定値と理論値との差を示す。

図５に示すように、自動バビネ・ソレイユ補償器における変動量に対し、理論的には位相遅延量が０°から９０°の間で変化するのに対し、本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行わない場合（図５に記載されている「Without Calibration」）は、位相遅延量が０°から最大でも７０°付近までの間でしか変化していない。このように、最大位相遅延量が７０°付近までに頭打ちされる要因として、前述のように、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎のエッジｅの部分で生じた光の散乱及びこの散乱によって偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれへの入射時とは異なる偏光状態が検出され、偏光度が低下し、画素Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎに露光されたためと考えられる。

上述の本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行わない場合に対し、本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行った場合（図５に記載されている「With Calibration」）は、位相遅延量が０°から９０°の間で変化し、最大位相遅延量が頭打ちされることなく、位相遅延量の測定範囲が本来の位相遅延量の変動範囲と重なり、理論的な計測が行われていることがわかる。

続いて、図６及び図７に示すように、本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行わない場合は、方位角が自動バビネ・ソレイユ補償器及び波長板２４の回転量に対して周期的に、−２°から３°までの間で理論値より増減し、大きな誤差が生じている。これに対し、本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行った場合は、方位角が自動バビネ・ソレイユ補償器及び波長板２４の回転量に対して周期的に、０°から１°までの間で理論値より僅かに増減し、誤差が殆ど生じていない。このような結果からも、本実施形態の光学機器のキャリブレーションを行った場合は、理論的な計測が行われていることがわかる。

以上説明した実施例の結果から、本実施形態の光学機器のキャリブレーションによれば、偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ毎のエッジｅの部分で生じた光の散乱及びこの散乱によって偏光部分Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのそれぞれへの入射時とは異なる偏光状態が検出される等の影響をふまえて光学機器がキャリブレーションされ、前述の影響が除去しされ、本来計測されるべき偏光情報を計測することができることを確認した。これにより、本実施形態の光学機器のキャリブレーションによって、複屈折及び偏光特性の計測精度の向上を図ることができることを確認した。

４…偏光子
Ｄ_ψ…直線二色性
Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ…偏光部分
ＰＬ（ψ）…直線偏光
φ１，φ２，…，φｎ…方位（互いに異なる方位）
ψ，ψ１，ψ２，ψ３，ψ４…方位（配向された方位にそれぞれ応じた方位）

Claims (3)

1. 配向された方位の光を通過させる偏光部分が互いに異なる方位に配向されて複数配列された偏光子を備えた光学機器のキャリブレーション法であって、
   前記偏光部分がそれぞれ配向された方位にそれぞれ応じた直線偏光を前記偏光子に照射し、前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を前記偏光部分毎に測定する工程と、
   前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度に基づいて、前記偏光部分毎の直線二色性を算出する工程と、
   を備える光学機器のキャリブレーション法。
2. 前記互いに異なる方位は、０°，４５°，９０°，１３５°の４つの方位で構成され、
   前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度と前記直線二色性との間には、次に示す（１）式から（３）式の関係が成り立つ
   請求項１に記載の光学機器のキャリブレーション法。
   上述の（１）式から（３）式において、Ｉ´（ψ）は方位ψの前記直線偏光が前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を示し、ｐ_ψ，ｑ_ψは方位ψの前記直線偏光の軸透過率を示し、Ｄψは前記偏光部分の直線二色性を示し、ｓ_０はストークス・パラメータを示し、ａ_２（ψ），ｂ_２（ψ）は方位ψの前記直線偏光をフーリエ変換したときのフーリエ振幅の係数を示し、ＬＤＯＰは前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度の振幅を示し、αは前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度の位相を示す。
3. 前記偏光子を通過した後の前記直線偏光の光強度を前記直線二色性に基づいて前記偏光部分毎に補正する工程をさらに備える請求項１または請求項２に記載の光学機器のキャリブレーション法。