JP5115928B2 - 位相差分布測定装置 - Google Patents

Description

本発明は被測定物について少なくとも位相差の二次元分布を測定するための位相差分布測定装置に関する。

被測定物の位相差を測定する方法としては、偏光子と検光子それぞれの透過軸を平行に配置し、偏光子と検光子との間に被測定物を置き、偏光子と検光子とを平行ニコル状態に保って１回転し、そのときの透過光強度変化から被測定物の位相差と配向角とを求める方法（平行ニコル回転法）がある。

透明樹脂成形品の位相差分布を測定するために実際に平行ニコル回転法とＣＣＤカメラとを組み合わせた装置も実用化されており、主に位相差が約２６０ｎｍ以下の比較的低位相差領域の被測定物を対象とした位相差分布測定に利用されている。

平行ニコル回転法では単一波長の測定光を用いている。図１１は平行ニコル回転法のときの測定波長λと位相差Ｒとによって表されるＣ(＝cos２πＲ／λ)を位相差Ｒに対して示したものである。その下に示した図形は、それぞれの位相差をもつ被測定物に対して偏光子と検光子とを平行ニコル状態に保って１回転したときの透過光の検出強度図形である。
特開２００１−２２８０３４号公報 日本写真学会誌, Vol.27, No.6, pp.478-483 (1990)

平行ニコル回転法では、透過光強度図形からＣの値を求めて位相差Ｒを算出するが、図１１からもわかるように、追随可能な位相差Ｒの変化範囲は測定波長λの半分以内に制限される。そのため、例えば、図１２の〇印のグラフのように場所によって位相差がおおよそ５０〜８６０ｎｍの範囲で変化しているような被測定物を平行ニコル回転法の測定波長５９０ｎｍで測定したとすると、位相差Ｒが２９５ｎｍ（λ／２）と５９０ｎｍ（λ）が次数の変わり目になり、次数２の領域（Ｒ＝２９５〜５９０ｎｍ）のグラフは次数１の領域（Ｒ＝０〜２９５ｎｍ）に折り返された形になり、次数３の領域（Ｒ＝５９０〜８８５ｎｍ）のグラフは次数１の領域に平行移動された形になる。その結果、図１２の▲印のグラフのようになり、正確な位相差変化を捉えることはできない。

平行ニコル回転法以外の例としては、ディスク基板内の内部応力状態を評価するために位相差及び光学主軸の分布の測定法が示されている（特許文献１参照。）。この場合も、測定例は位相角１５°以下すなわち測定波長を６３３ｎｍとすると１５°×６３３ｎｍ／３６０°＝２６ｎｍ以下の位相差である。この方法で測定可能な位相差範囲は、波長の１／４すなわち１６０ｎｍ程度までで、平行ニコル回転法と同様に位相差範囲が広範囲になる場合は測定することはできない。

一般的にプラスチックレンズや導光板などの光学用途の成形品においては、残留応力ひずみによる複屈折が大きいと場所によって屈折率が異なったり、変形の原因になったりすることから、残留応力ひずみによる複屈折が大きいことは好ましくない。また射出成形品では、ゲート周辺の位相差分布に関心が高いが、光学部品であってもゲート周辺では位相差が１０００ｎｍ以上になることも珍しくなく、従来のように測定可能な位相差範囲が狭い方法で測定するのは実質的に困難である。

本発明は、透明な樹脂成形品など、広範囲にわたる位相差変化がある被測定物の位相差分布を測定するための装置を提供することを目的とするものである。

本発明の位相差分布測定装置は、白色光のような多波長成分を含む測定光が被測定物に偏光子を通して照射され、被測定物を透過した測定光が検光子を通して分光器に入射して透過光分光スペクトルが測定される位相差測定部と、位相差測定部で測定された透過光分光スペクトルから被測定物の位相差分布を少なくとも算出する演算処理部を備えている。

位相差測定部は被測定物を位相差測定部に対して相対的に移動させる移動機構を備えている。偏光子及び検光子は平行ニコルの状態を維持して基準方位に対する偏光方位（透過軸方位）が少なくとも０°と４５°の間で回転可能に支持されている。基準方位は任意に設定することができる。例えば、測定装置の角度基準０°が決まっている場合は、その角度基準を基準方位とすればよい。

分光器はグレーティングなどの分散素子とＣＣＤカメラなどの二次元検出器を備えて、被測定物の相対的移動方向に直交する一直線上の測定光を取り込み分光して透過光分光スペクトルを検出するイメージング分光器である。例えば、スリットから入射した一直線状の光をグレーティングによってその一直線とは直交する方向に分散させた分光スペクトルをＣＣＤカメラで検出することにより、一直線上の位置ごとの分光スペクトルを一度に検出できるようにしたものである。

平行ニコル配置の場合、一般的に検出光強度は下記の式で表現される。
Ｉ（θ）
＝Ｉ₀｛α²ｃｏｓ⁴(θ−φ)＋ｓｉｎ⁴(θ−φ)＋(Ｃα／２)ｓｉｎ² ２(θ−φ )｝
（１）
ただし、Ｃ ＝ｃｏｓ（２πＲ ／λ ） （２）
ここで、θは偏光子・検光子の透過軸方位、Ｉ₀は被測定物がないときの検出光強度、αは直交する２つの光学主軸方向に直線偏光が透過するときの振幅透過率比、φは被測定物の配向角（被測定物の２つの光学主軸のうちの屈折率が大きい方向)、Ｒは被測定物の位相差、λは測定波長である。θとφは適当に設定した基準方位に対する角度である。

（１）式において、Ｉ₀及びＲは測定波長λに依存する。また、αはほとんどの場合ほぼ１であるが、被測定物の位相差が大きいときは２つの光学主軸の屈折率差が大きいことに相当するため、２つの方向において表面反射率に差が生じ、その結果２つの光学主軸方向に対する直線偏光の透過率にも差が生じて、αは１より小さくなる。しかし、その場合でもαは０．９５程度まで小さくなるだけであり、かつ可視域の波長全体について考える場合、αの波長依存性は無視できることが多い。

まず簡単のために、（１）式においてα＝１の場合について考える。θ＝０°と４５°のときの検出光強度をＩ（０）とＩ（４５）と表記し、θ＝０°と４５°のときのＩ₀を区別してＩ₀（０）とＩ₀（４５）とすると、Ｉ（０）とＩ（４５）はそれぞれ次のように表される。
Ｉ（０）＝{Ｉ₀（０）／２}{２＋(Ｃ−１)ｓｉｎ²２φ｝ （３）
Ｉ（４５）＝{Ｉ₀（４５）／２}{２＋(Ｃ−１)ｃｏｓ²２φ｝ （４）
被測定物がないときの検出光強度Ｉ₀（０）とＩ₀（４５）とは本来ほとんど同じであるが、それぞれの偏光子の特性や分光器の波長特性に僅かの違いがある場合も考えられるので、一応異なるものとして扱う。

そこで、Ｉ（０）／Ｉ₀（０）とＩ（４５）／Ｉ₀（４５）とを計算した後、それらを合算した値をＩ_Tとすると、式（３），（４）からＩ_Tは次のように表される。
Ｉ_T＝（Ｃ＋３）／２ （５）
（５）式からＩ_TはＣすなわち位相差Ｒと測定波長λによって決まり、被測定物の配向角φには影響されないことがわかる。ただし、（５）式のＩ_Tは偏光子や分光器の波長特性を除くために被測定物がないときの値Ｉ₀（０），Ｉ₀（４５）で除したものである。

例えば２０００ｎｍの位相差Ｒをもつ被測定物を波長λが５９０ｎｍの測定光による平行ニコル回転法で測定した場合、被測定物を配向角φが０°の状態に配置したときの検出光強度図形と被測定物を配向角φが２０°の状態に配置したときの検出光強度図形を示すと図１のようになる。φが０°の場合とφが２０°の場合とでは、Ｉ（０）とＩ（４５）は異なるが、（５）式の結果によればＩ（０）＋Ｉ（４５）はφによらず一定ということを意味している。図１においても、Ｉ（０）＋Ｉ（４５）はφが０°の場合とφが２０°の場合とで等しくなることが窺われる。

このことは１つの波長についてだけではなく、すべての波長に対して成立するので、分光スペクトルについても同様のことが成り立つ。また、Ｃが取り得る範囲は−１〜１であるから、α＝１のときＩ_Tは１〜２の範囲の値になる。

そこで、図１０に示されるように、本発明の位相差分布測定装置は、演算処理部１０として、分光スペクトル保持部１０２、合算スペクトル算出部１０４及び位相差算出部１０６を備えている。

分光スペクトル保持部１０２は、位相差を異ならせて算出された複数の合算スペクトルＩ_T（＝（Ｃ＋３）／２）（ただし、Ｃ＝ｃｏｓ（２πＲ（λ）／λである。）を保持する。

合算スペクトル算出部１０４は、位相差測定部において被測定物がない状態での偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの分光器が測定光を取り込む一直線上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ₀（０），Ｉ₀（４５）と、被測定物を位相差測定部に対して相対的に移動させたときの偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの前記一直線上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ（０），Ｉ（４５）とから前記一直線上の各位置での合算スペクトル実測値Ｉ_T’（ただし、Ｉ_T’＝Ｉ（０）／Ｉ₀（０）＋Ｉ（４５）／Ｉ₀（４５）である。）を算出する。

具体的に示すと、被測定物を位相差測定部に対して相対的に移動させて合算スペクトル実測値Ｉ_T’を得るためには、偏光子と検光子の偏光方位を０°にして被測定物を位相差測定部に対して一方向に移動させて前記一直線上の位置ごとでのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ（０）を測定する動作と、偏光子と検光子の偏光方位を４５°にして被測定物を位相差測定部に対して一方向に移動させて前記一直線上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ（４５）を測定する動作を行う。Ｉ（０）とＩ（４５）は前記一直線上の各位置（ｘ）と被測定物の位相差測定部に対する相対的移動距離（ｙ）の関数となる。そこで、Ｉ（０），Ｉ（４５）を位置の関数としてＩｘｙ（０），Ｉｘｙ（４５）と表すことができる。一方、Ｉ₀（０）とＩ₀（４５）は被測定物がない状態での分光スペクトルであるので、位相差測定部の場所的な不均一を反映して前記一直線上の各位置ｘの関数であるが、被測定物の位相差測定部に対する相対的移動方向には依存しない。そこで、Ｉ₀（０），Ｉ₀（４５）を位置の関数としてＩ₀ｘ（０），Ｉ₀ｘ（４５）と表すことができる。合算スペクトル実測値Ｉ_T’は被測定物上の各位置についてのＩｘｙ（０），Ｉｘｙ（４５）を用いて、
Ｉ_T’＝Ｉｘｙ（０）／Ｉ₀ｘ（０）＋Ｉｘｙ（４５）／Ｉ₀ｘ（４５）
として算出される。

位相差算出部１０６は、被測定物上の位置ごとに、分光スペクトル保持部１０２に保持された計算値Ｉ_Tと合算スペクトル算出部１０４で算出された実測値Ｉ_T’の差が最小になるＩ_Tを求めてそのＩ_Tに該当する位相差Ｒ（λ）をその被測定物の各位置での位相差Ｒｍ（λ）とすることにより、前記一直線と被測定物の相対的移動距離とから定まる面積内での被測定物の位相差分布を求める。

さらに、演算処理部１０は、位相差をＲ（λ）として波長分散を次式で表し、あらかじめ式中の係数ａ、ｂ、ｃを材料ごとに区別して登録しておくことができる（非特許文献１参照）。
Ｒ（λ）＝ａ＋ｂ／（λ²−ｃ²） （６）
ａ、ｂ、ｃの各係数の値は、例えば王子計測機器(株)製の位相差測定装置ＫＯＢＲＡ−ＷＲを用いれば容易に求めることができる。

ここで、基準波長をλ₀とすると、（６）式より基準波長λ₀に対する任意の波長λでの分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）は容易に求まる。基準波長は任意に定めることができる。フィルムの延伸倍率の違いや厚さの違いによって位相差Ｒ（λ）が異なる場合も、この分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）は材料ごとにほぼ等しくなることがよく知られている。図２（Ａ）は５種のＰＥＴフィルムの位相差Ｒ（λ）の波長依存性を示したものであり、（Ｂ）はその分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）の波長依存性を示したグラフであるが、実際に分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）はほぼ１本の曲線に重なっている。したがって、（６）式の各係数を設定して波長分散式を登録しておくことにより、基準波長に対する分散比率も求まり、計算上Ｒ（λ₀）を所定の範囲だけ所定の刻みで変化させれば、その都度任意の波長に対してＲ（λ）も容易に計算できる。すなわち、被測定物の位相差の波長分散式が既知であれば基準波長に対する位相差を任意に変化させながら、そのときの（５）式のＩ_Tに相当する分光スペクトルを自由に計算できることを意味している。

そこで、本発明の好ましい形態では、図１０に示されるように、演算処理部１０は被測定物についての位相差Ｒ（λ）の波長分散式から基準波長λ₀に対する位相差の分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）を計算する分散比率算出部１０８をさらに備え、分光スペクトル保持部１０２に保持されているＩ_T分光スペクトルは、Ｒ（λ₀）を複数に変化させたときの対応するＲ（λ）から算出されたものであり、位相差算出部１０６は計算値Ｉ_Tと実測値Ｉ_T’の差が最小になるＩ_Tに該当する位相差として基準波長λ₀での位相差Ｒｍ（λ₀）を求め、分散比率を用いて任意の波長λでの位相差Ｒｍ（λ）を求めるものとすることができる。

位相差の測定値を分布図として表示するときは、表示したい波長を予め設定しておく。その表示波長として基準波長λ₀を割り当てておけば、位相差算出部１０６で求められた基準波長λ₀での位相差Ｒｍ（λ₀）を用いて分布図を表示すればよい。分散比率を用いて求められる任意の波長λでの位相差Ｒｍ（λ）は、次の段階で配向角φｍを求めるときに使用される。

次に、２つの光学主軸方向の振幅透過率比αが１ではない場合を検討する。α≠１のときの（５）式に相当する値をＩ_T’とすると、Ｉ_T’は位相差Ｒと測定波長λだけでなく、被測定物の配向角φや振幅透過率比αによって変わる。例えばＰＥＴフィルムを仮定し、基準波長λ₀＝５９０ｎｍでの位相差Ｒを２０００ｎｍ、配向角φ＝２０°及び振幅透過率比α＝０．９５としたとき、Ｉ（０）／Ｉ₀（０）、Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）及びＩ_T’は図３のようになり、Ｉ_T’の最大値は２にはならない。図３においてＩ_Tはα＝１のときの分光スペクトルである。

さらに、同じＰＥＴフィルムの条件で配向角φ及び振幅透過率比αの値を変えたときのＩ_T’の最大値を調べ、その結果をグラフにすると図４のようになり、Ｉ_T’の最大値はφとαのいずれの影響も受けることがわかる。また、位相差Ｒが変わればこれらの関係も変わる。α≠１のときにφやＲがどのような値であっても、測定されたＩ_T’の情報から精度よくＲとφを求めるために、α＝１のときにＩ_Tの最大値が２になることを考慮に入れて、β１＝２／（Ｉ_T’の最大値)とし、β１×Ｉ_T’の分光スペクトルを考える。図３のα＝０．９５のときのＩ_T’についてこの処理を行うと、図５のようになり、α＝１としたときのＩ_Tの分光スペクトルと近い曲線が得られる。したがって、Ｉ（０）／Ｉ₀（０）、Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）を合計したＩ_T’の分光スペクトルを実測し、Ｉ_T’の最大値から上記のβ１を求めた後、β１×Ｉ_T’の分光スペクトルを測定値とし、一方で登録した波長分散式と（５）式を利用した前述の計算方法によってＩ_Tの分光スペクトルを算出し、β１×Ｉ_T’とＩ_Tの２つの分光スペクトルの差が最小になるときの基準波長に対する位相差Ｒｍ（λ₀）を決定する。

そこで、本発明の他の好ましい形態では、図１０に示されるように、演算処理部１０は補正係数β１として２／（Ｉ_T’の最大値）を計算する補正係数算出部１１０をさらに備え、位相差算出部１０６は計算値Ｉ_Tと比較する実測値Ｉ_T'としてβ１で補正された補正実測値分光スペクトルβ１×Ｉ_T'を用いるようにすることができる。

この場合も、位相差算出部１０６が位相差として基準波長λ₀での位相差Ｒｍ（λ₀）を求めるようにした場合には、分散比率を用いて任意の波長λでの位相差Ｒｍ（λ）を求めることができる。

また、さらに他の好ましい形態として、位相差算出部１０６は計算値Ｉ_Tと実測値Ｉ_T’の差として波長ごとの残差２乗和を計算するようにすることができる。

次に、被測定物の配向角φを決定する方法を説明する。配向角φを決定するために、本発明のさらに他の好ましい形態では、図１０に示されるように、演算処理部１０は配向角算出部１１２をさらに備えている。配向角算出部１１２は、偏光子と検光子の偏光方位が０°又は４５°のいずれかの状態における透過光分光スペクトル実測値Ｉ（０）又はＩ（４５）と、求められた位相差Ｒｍ（λ）を用い実測時と同じ偏光方位について被測定物の光学主軸φを変化させて計算した複数の透過光分光スペクトル計算値Ｉ（０）又はＩ（４５）とを比較し、その差が最小になるときの光学主軸φを被測定物の各位置での配向角φｍとする。

配向角算出部１１２は、透過光分光スペクトル実測値Ｉ（０）又はＩ（４５）に代えてＩ_S’としてＩ（０）／Ｉ₀（０）又はＩ（４５）／Ｉ₀（４５）を使用し、透過光分光スペクトル計算値Ｉ（０）又はＩ（４５）に代えてＩ_Sとして｛２＋（Ｃ−１）ｓｉｎ²２φ｝／２又は｛２＋（Ｃ−１）ｃｏｓ²２φ｝／２を使用するようにしてもよい。

Ｉ（０）／Ｉ₀（０）、Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）の分光スペクトルの最大値はα＝１のときはいずれも１になるが、α≠１のときの最大値は１にはならない。そこで、配向角算出部１１２はＩ_S’の最大値が１になるように補正をした上で透過光分光スペクトル計算値Ｉ_Sと比較するものとしてもよい。

また、偏光子・検光子方位が０°と４５°の２つの角度のみに着目しているため、配向角φ＝２２．５°及び−６７．５°のときには、必ずＩ（０）＝Ｉ（４５）となる。配向角φを決定するにはＩ（０）／Ｉ₀（０）、Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）のいずれか一方の分光スペクトルを利用すればよいが、できるだけ波長に対して変化の大きい方のスペクトルを採用した方が計算値との一致が判断しやすい。そこで、α≠１のときのＩ（０）／Ｉ₀（０）、Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）それぞれの最大値をＩ_0max、Ｉ_45maxとし、φの値を−９０°〜９０°の範囲で変えて両者の大小を調べると、次のような結果が得られた。
−９０°≦φ＜−６７．５°のときＩ_0max＞Ｉ_45max
−６７．５°≦φ＜２２．５°のときＩ_0max≦Ｉ_45max
２２．５°≦φ≦９０°のときＩ_0max≧Ｉ_45max

さらに、Ｉ_0max、Ｉ_45maxのうち大きい値に対応した方の分光スペクトルが波長に対する変化が大きいことも分かった。したがって、まずＩ_0max、Ｉ_45maxのいずれが大きいかを調べた後、大きい方の分光スペクトルに着目すればよい。

例としてＩ（０）／Ｉ₀（０）に着目する場合について考える。β２＝１／Ｉ_0maxを求めてＩ_S’＝β２×Ｉ（０）／Ｉ₀（０）を測定値の分光スペクトルとする。一方、計算でφを−９０°≦φ＜−６７．５°及び２２．５°≦φ≦９０°の範囲を所定の刻みで変化させながら、先に決定したＲｍ（λ）と（３）式とを利用して、α＝１のときのＩ_S＝Ｉ（０）／Ｉ₀（０）の分光スペクトルを算出し、測定値Ｉ_S’と計算値Ｉ_Sの２つの分光スペクトルの残差２乗和が最小になるときの配向角φｍを決定する。

Ｉ（４５)／Ｉ₀（４５）に着目する場合は、β２＝１／Ｉ_45maxとし、（３）式の代わりに（４）式を利用し、−６７．５°≦φ＜２２．５°の範囲でφを変化させて配向角φｍを決定する。

図６は上記に示した位相差Ｒｍ(λ)の決定手順で最も好ましい方法をまとめて示したフローチャートであり、図７は上記に示した配向角φｍの決定手順で最も好ましい方法をまとめて示したフローチャートである。

本発明によれば、被測定物がない状態での前記偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの透過光分光スペクトルＩ₀（０），Ｉ₀（４５）と、被測定物を位相差測定部に対して相対的に移動させたときの偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの被測定物上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ（０），Ｉ（４５）とから被測定物上の各位置での合算スペクトル実測値Ｉ_T’を算出し、位相差を異ならせて算出された複数の合算スペクトルＩ_Tとの比較を被測定物上の位置ごとに行ってその差が最小になるＩ_Tを求めてそのＩ_Tに該当する位相差Ｒ（λ）をその被測定物の各位置での位相差Ｒｍ（λ）とするようにしたので、広範囲にわたる位相差変化がある被測定物であってもその位相差分布を測定することができるようになる。

さらに、透過光分光スペクトル実測値Ｉ（０）又はＩ（４５）と、求められた位相差Ｒｍ（λ）を用い実測と同じ偏光方位について被測定物の光学主軸φを変化させて計算した複数の透過光分光スペクトル計算値Ｉ（０）又はＩ（４５）とを比較し、その差が最小になるときの光学主軸φを被測定物の配向角φｍとするようにすれば、配向角φｍも精度よく、しかも短時間に測定することができるので、配向角φｍの分布も測定できるようになる。

図８は、本発明の位相差分布測定装置の第１の実施例の概略構成図であり、位相差測定部と、位相差測定部で測定された透過光分光スペクトルから被測定物の位相差と配向角を算出する演算処理部１０を備えている。演算処理部１０と被測定物5を除く部分が位相差測定部を構成している。

位相差測定部において、被測定物５を支持し一方向（Ｙ方向）に移動させるために自動一軸テーブル４が設けられている。

光源１は例えばハロゲンランプであり、多波長成分を含む測定光として白色光を供給するものである。光源１としては白色ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた光源であってもよい。光源１からの光を広い面積の照射光とするために、被測定物５に対向するように面照射素子２が配置されており、光源１からの光がライトガイドによって面照射素子２に導かれている。

被測定物５に直線偏光の測定光を照射するために被測定物５の一方の面と面照射素子２の間に偏光子３が配置されている。被測定物５の他方の面側には被測定物５を挟んで偏光子３に対向するように検光子６が配置されている。

偏光子３と検光子６は平行ニコルの状態に配置され、平行ニコルの状態を維持して回転可能に支持されている。偏光子３と検光子６の回転範囲は、基準方位に対する偏光方位（θ）が０°となる方位と４５°となる方位を含む角度範囲である。基準方位はＭＤ方向（被測定物５の移動方向であるＹ方向）に設定してもよく、それに直交するＸ方向としてもよい。

検光子６を透過した測定光は顕微鏡又はＣＣＤカメラ用レンズ７を経てイメージング分光器８に取り込まれる。顕微鏡又はレンズ７の倍率と、イメージング分光器８に含まれるＣＣＤ素子の大きさ及びそのＸ方向画素数とによって、取り込めるＸ方向の視野寸法と空間分解能が定まる。また、被測定物５の移動方向であるＹ方向の視野寸法は被測定物５の移動量によって決まり、Ｙ方向の空間分解能は被測定物の移動ステップ量によって定まる。

被測定物５の寸法が大きい場合で、かつ全面の分布を取る必要がある場合は自動一軸テーブル４の代わりに、自動ＸＹテーブルを使用してまず被測定物５をＹ方向に移動して一連のデータ処理が終わった後、所定の寸法だけＸ方向に被測定物５を移動し、１回目と同じ方法で繰り返して測定を行えば、必要な面積全体の分布を得ることができる。

イメージング分光器８は、図９のような構成になっており、スリット８ａを介してＸ方向の線状の光を受光し、グレーティング８ｂで分光してモノクロＣＣＤカメラ８ｃで受光する。グレーティング８ｂはＸ方向の線上の各位置の光をＹ'方向（被測定物５の移動方向であるＹ方向と区別するためにＹ'方向とする。）に分光する。イメージング分光器８としては、具体的には、ＩｍＳｐｅｃｔｏｒ Ｖ８（ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の製品）が利用できる。

イメージング分光器８によって分光され検出された透過光強度は演算処理部１０に取り込まれて、上に述べたように、被測定物５の位相差Ｒｍ（λ）と配向角φｍが算出される。演算処理部１０は専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現される。

被測定物５を図８のＹ方向に移動させることにより、被測定物５の２次元領域内の各位置に対する検出光Ｉｘｙ(θ)の分光スペクトルを得ることができる。この個々のＩｘｙ(θ)について、θが０°と４５°のときの区別をしながら図６及び図７のフローチャートに示した手順で実測値の処理及び計算を実行して、被測定物５の各位置に対応した位相差Ｒｍ（λ）と配向角φｍを求める。図６及び図７では求まった位相差と配向角をそれぞれＲｍ（λ）、φｍと表しているが、各位置に対応した値はＲｍｘｙ（λ）、φｍｘｙとなり、それらの値を二次元的な分布グラフにして図示する。

平行ニコル回転法においてある位相差をもつ被測定物をある測定波長で測定したときの検出光強度を示す図である。 （Ａ）はＰＥＴフィルムを測定したときの位相差の波長依存性を示す図、（Ｂ）は同じく分散比率の波長依存性を示す図である。 本発明で扱う検出光の分光スペクトルの例を示す図である。 被測定物の振幅透過率比αと検出光の分光スペクトルＩ_T'の最大値との関係を示す図である。 検出光の分光スペクトルＩ_T'を補正したものとα＝１のときの分光スペクトルＩ_Tとを比較した図である。 本発明における位相差Ｒｍ(λ)の決定手順で最も好ましい方法を示すフローチャートである。 本発明における配向角φｍの決定手順で最も好ましい方法を示すフローチャートである。 一実施例を示す概略構成図である。 イメージング分光器を示す概略斜視図である。 同実施例における演算処理部を示すブロック図である。 平行ニコル回転法におけるＣと位相差Ｒの関係、及び検出光強度図形の関係を示す図である。 位相差が大きく変化している被測定物（○印）を平行ニコル回転法で測定した場合の結果（▲印）を示すグラフである。

符号の説明

１ 光源
２ 面照射素子
３ 偏光子
４ 自動一軸テーブル
６ 検光子
７ 顕微鏡又はレンズ
８ イメージング分光器
８ａ スリット
８ｂ グレーティング
８ｃ ＣＣＤカメラ
９ ＣＣＤ素子
１０ 演算処理部
１０２ 分光スペクトル保持部
１０４ 合算スペクトル算出部
１０６ 位相差算出部
１０８ 分散比率算出部
１１０ 補正係数算出部
１１２ 配向角算出部

Claims (7)

1. 多波長成分を含む測定光が被測定物に偏光子を通して照射され、被測定物を透過した測定光が検光子を通して分光器に入射して透過光分光スペクトルが測定される位相差測定部であって、被測定物を該位相差測定部に対して相対的に移動させる移動機構を備え、前記偏光子及び検光子は平行ニコルの状態を維持して基準方位に対する偏光方位が少なくとも０°と４５°の間で回転可能に支持されており、前記分光器は分散素子と二次元検出器を備えて被測定物の相対的移動方向に直交する一直線上の測定光を取り込み分光して透過光分光スペクトルを検出するイメージング分光器である位相差測定部と、
   前記位相差測定部で測定された透過光分光スペクトルから被測定物の位相差分布を少なくとも算出する演算処理部と、を備え、
   前記演算処理部は、位相差を異ならせて算出された複数の合算スペクトルＩ_T（＝（Ｃ＋３）／２）（ただし、Ｃ＝ｃｏｓ（２πＲ（λ）／λである。）を保持する分光スペクトル保持部と、
   前記位相差測定部において被測定物がない状態での前記偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの前記一直線上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ₀（０），Ｉ₀（４５）と、被測定物を該位相差測定部に対して相対的に移動させたときの前記偏光子と検光子による偏光方位が０°と４５°のときの被測定物上の位置ごとのそれぞれの透過光分光スペクトルＩ（０），Ｉ（４５）とから被測定物上の各位置での合算スペクトル実測値Ｉ_T’（ただし、Ｉ_T’＝Ｉ（０）／Ｉ₀（０）＋Ｉ（４５）／Ｉ₀（４５）である。）を算出する合算スペクトル算出部と、
   被測定物上の位置ごとに、前記分光スペクトル保持部に保持された計算値Ｉ_Tと前記合算スペクトル算出部で算出された実測値Ｉ_T’の差が最小になるＩ_Tを求めてそのＩ_Tに該当する位相差Ｒ（λ）をその被測定物の各位置での位相差Ｒｍ（λ）とすることにより、前記一直線と被測定物の相対的移動距離とから定まる面積内での被測定物の位相差分布を求める位相差算出部を備えている位相差分布測定装置。
2. 前記演算処理部は被測定物についての位相差Ｒ（λ）の波長分散式から基準波長λ₀に対する位相差の分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）を計算する分散比率算出部をさらに備え、
   前記分光スペクトル保持部に保持されているＩ_T分光スペクトルは、Ｒ（λ₀）を複数に変化させたときの対応するＲ（λ）から算出されたものであり、
   前記位相差算出部は計算値Ｉ_Tと実測値Ｉ_T’の差が最小になるＩ_Tに該当する位相差として基準波長λ₀での位相差Ｒｍ（λ₀）を求め、分散比率を用いて任意の波長での位相差Ｒｍ（λ）を求めるものである請求項１に記載の位相差分布測定装置。
3. 前記演算処理部は補正係数β１として２／（Ｉ_T’の最大値）を計算する補正係数算出部をさらに備え、
   前記位相差算出部は計算値Ｉ_Tと比較する実測値Ｉ_T’としてβ１で補正された補正実測値分光スペクトルβ１×Ｉ_T’を用いる請求項１又は２に記載の位相差分布測定装置。
4. 前記位相差算出部は計算値Ｉ_Tと実測値Ｉ_T’の差として波長ごとの残差２乗和を計算するものである請求項１から３のいずれか一項に記載の位相差分布測定装置。
5. 前記演算処理部は、前記偏光子と検光子の偏光方位が０°又は４５°のいずれかの状態における透過光分光スペクトル実測値Ｉ（０）又はＩ（４５）と、求められた位相差Ｒｍ（λ）を用い実測時と同じ偏光方位について被測定物の光学主軸φを変化させて計算した複数の透過光分光スペクトル計算値Ｉ（０）又はＩ（４５）とを比較し、その差が最小になるときの光学主軸φを被測定物の各位置での配向角φｍとする配向角算出部をさらに備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の位相差分布測定装置。
6. 前記配向角算出部は透過光分光スペクトル実測値Ｉ（０）又はＩ（４５）に代えてＩ_S’としてＩ（０）／Ｉ₀（０）又はＩ（４５）／Ｉ₀（４５）を使用し、
   透過光分光スペクトル計算値Ｉ（０）又はＩ（４５）に代えてＩ_Sとして｛２＋（Ｃ−１）ｓｉｎ²２φ｝／２又は｛２＋（Ｃ−１）ｃｏｓ²２φ｝／２を使用するものである請求項５に記載の位相差分布測定装置。
7. 前記配向角算出部はＩ_S’の最大値が１になるように補正をした上で透過光分光スペクトル計算値Ｉ_Sと比較するものである請求項６に記載の位相差分布測定装置。

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