JP5140409B2

JP5140409B2 - 偏光計測器，測定システム

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Publication number: JP5140409B2
Application number: JP2007335355A
Authority: JP
Inventors: 尚佐藤; 彰二郎川上; 知広銅田
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd; Photonic Lattice Inc
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd; Photonic Lattice Inc
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP2009156712A

Description

本発明は，偏光測定器，測定システムなどに関する。より詳しく説明すると，本発明は，偏光面又は位相板の光軸が異なる領域を複数含む行を交互に配置したアレイを有する偏光測定器又は測定システムに関する。

透明なフィルム，及び板状基板は，ディスプレイや光ディスクなどに用いられる光学部品として使用されている。例えば液晶ディスプレイでは，液晶分子の配向によって光源の偏光を変化させて輝度情報に変換している。このため，パネルを構成するフィルムは，等方性（位相差０）であることが要求される。また光記録装置では，信号を読み取るために偏光変換が用いられている。光記録装置の光ディスクの基板には，偏光状態を保持させる必要がある。よって，基板自体は，等方性であることが望ましい。また，他の用途では偏光を制御するために，ある特定の位相差を持たせたいという要求もある。

しかしながら，フィルムや基板は，歪みや応力により複屈折を生じることがある。また，フィルムや基板の異方性により，光学異方性が発現し，これによりフィルム内や基板内において位相差が生じることもある。したがって，製造工程や組立工程では，フィルムや基板が等方性であること，所望の位相差を維持していることを検査する必要がある。偏光を解析する一般的な方法は，偏光アナライザを機械的に回転させて，時系列に偏光アナライザを構成する偏光方向に対する受光強度を測定するというものである。しかしながら，この方法は，装置が大型になる，瞬時に測定ができないという欠点がある。すなわち，従来の測定装置では，高精度測定および高速測定の要求と，製造ラインに組み込み際に要求されるロバスト性とを両立することが困難であった。

また，フィルムや基板の偏光特性を測定するために，光軸が異なる複数の偏光子をアレイ状に形成し，それを透過する光強度を複数の受光素子を用いて同時に計測する方法がある。この方法によれば，得られた偏光子の光軸方位角と受光強度の情報から偏光解析を行なうことができる。この方法は，入射光の偏光状態を基準として，フィルムを通した後の偏光状態の変化からフィルムが有する位相差および主軸方位を求めるというものである。このような観点から，特開２００７−２６３５９３号公報（下記特許文献１）では，「偏光が円偏波もしくは楕円偏波の既知の偏光状態をもつ光を被測定フィルムに入射し，フィルムを透過することによる偏光状態の変化を，透過偏光の方向が異なるようにパタン化された偏光子とエリアセンサなどの受光素子アレイとを組み合わせた偏光計測装置により測定する」方法が開示されている。そして，同文献の図３では，「透過偏光の方向が領域ごとに異なるようにパタン化された偏光子」の例が開示されている。同文献に開示された偏光測定装置であっても，測定対象の偏光状況などを把握することはできる。しかしながら，光源からの光ビームの位置がずれるなど入射光の強度分布に傾斜が生じた場合，適切に偏光面や位相差を観測できないという問題がある。
特開２００７−２６３５９３号公報

本発明は，光源からの光ビームの位置がずれるなど入射光の強度分布に変化が生じた場合であっても，適切に偏光面や位相差を測定できる偏光測定器や測定システムなどを提供することを目的とする。

上記の課題は，偏光子アレイを具備する偏光測定器や測定システムであって，偏光子アレイが複数の行を有し，各行は，透過偏光軸が所定の方向から１８０（１／ｎ）°，１８０（２／ｎ）°，・・・，及び１８０{（ｎ−１）／ｎ}°ずれた領域を有するものにより解決される。

また，上記課題は，波長板アレイを具備する偏光測定器や測定システムであって，波長板アレイが複数の行を有し，各行は，波長板の光軸が所定の方向から１８０（１／ｎ）°，１８０（２／ｎ）°，・・・，及び１８０{（ｎ−１）／ｎ}°ずれた領域を有するものにより解決される。

本発明によれば，光源からの光ビームの位置がずれるなど入射光の強度分布に変化が生じた場合であっても，適切に偏光面や位相差を測定できる偏光測定器や測定システムなどを提供できる。

第１の側面に係る偏光計測器
以下，図面を用いて本発明を具体的に説明する。図１は，本発明の偏光子アレイを有する偏光計測器の概略図である。図１に示されるように，本発明の第１の側面に係る偏光計測器（３）は，偏光子アレイ（１）と，偏光子アレイ（１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（２）とを具備する。

図２は，透過偏光軸の方向が４５°ずつ増加する偏光子アレイの例を示す図である。図２に示されるように，本発明の第１の側面に係る偏光子アレイ（１）は，光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，Ｘ方向に３列以上，Ｙ方向に２列以上の四角形の領域に分割されている。Ｘ方向の数として，好ましくは４以上である。そして，分割されたそれぞれの領域は，その領域内において透過偏光軸の方向（偏光方向）が一定とされる。また，本明細書では，領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，領域を（ｘ，ｙ）とする。たとえば，最も右の領域であって，最も下に位置する領域を（１，１）とすればよい。偏光子アレイ（１）は，複数の行を有しており，具体的には２行，４行，６行を有する偏光子アレイがあげられる。各領域は，第１の行と第２の行とに区別される。

第１の行は，領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，領域の透過偏光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行である。第２の行は，領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，領域の透過偏光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行である。なお，第１の行及び第２の行における所定角度は，ｎを３以上の自然数として，１８０／ｎ［°］である。図２中，矢印は，透過偏光軸の方向を意味する。なお，各行はｎ個又はｎ＋１個の列を有するものが好ましい。

図２に示される例では，ｘが増加するにつれ，透過偏光軸の方向が４５°ずつ増加する。すなわち，この例では，ｘ＝１を基準として，ｘがひとつ増えるごとに透過偏光軸の方向が４５°増える。ただし，ｎは３以上であれば任意に設定することができ，例えば１６列（または１７列）の場合には角度のステップを１１．２５°とすればよい。図２に示される例では，Ｙ軸方向には２行の領域に分割されている。Ｙ軸方向の行数は，２以上の任意の整数とすることができる。

図２に示される例では，第１行及び第２行の組の透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称パタンとなっている。すなわち，中心点を中心として偏光子アレイを１８０°回転させた場合に，偏光子アレイ全体の透過偏光軸の方向が変化しない。

図３は，透過偏光軸の方向が２２．５°ずつ増加する偏光子アレイの例を示す図である。図３に示されるように，この偏光子アレイは，４行８列の領域を含む。図３に示される偏光子アレイは，１行目（ｙ＝１）および３行目（ｙ＝３）の領域が，Ｘ座標が増えるにつれて，透過偏光軸の方向がＸ軸の正方向に対して右周りで回転している。一方，図３に示される偏光子アレイは，２行目（ｙ＝２）と４行目（ｙ＝４）の領域は，Ｘ座標が増えるにつれて，偏光軸の軸方向がＸ軸の正方向に対して左回りで回転している。

図３に示される例では，第１行及び第２行の組（行群）の透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称パタンとなっており，第３行及び第４行の組（行群）も透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称パタンとなっている。すなわちそれらの行群を１８０°回転させた場合に，透過偏光軸の方向は変化しない。このようにして領域が配置された偏光子アレイは，同じ透過軸方向をもつ複数の偏光子を通過して受光された強度を平均化する。ここで光ビームに強度分布がある場合には，その影響が低減される。また，ビームと受光素子との相対位置がＸ方向に変化した場合，ある方向の偏光子のうち，１行目と３行目が増加するときには，２行目と４行目の強度は減少するため，互いにキャンセルすることになる。このため，入射光の強度分布に変化が生じた場合であっても，適切に測定対象の偏光面を測定できることとなる。なお，図３に示される例では，偏光子アレイ全体としても透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称パタンとなっている。すなわち，偏光子アレイの中心点を中心として，偏光子アレイを１８０°回転させた場合に，偏光子アレイ全体としての透過偏光軸の方向は変わらない。

偏光子アレイは，光軸の異なる複数の偏光子が一体形成されたものが望ましい。このような偏光子アレイとして，自己クローニング法により製造されたフォトニック結晶による偏光子アレイがあげられる。自己クローニング法は，特開２００１−８３３２１号公報，特開２００３−３１５５５２号公報などに開示されたとおり公知である。自己クローニング法を用いて製造された偏光子アレイは，各領域に存在する偏光子の透過偏光方位角度を高精度に決定でき，各領域を微細にすることができ，さらには，各領域の境界を無視できるほど（数十ｎｍオーダー）小さくすることができる。この結果，損失や散乱などを抑えることができ，最適な偏光子アレイを実現できる。

フォトニック結晶偏光子は，特開２００７−２６３５９３号公報などに開示された周期的な溝列を形成した透明材料基板上に，透明で高屈折率の媒質と低屈折率の媒質とを界面の形状を保存しながら，交互に積層することにより製造できる。

このようにして得られた周期構造体にｚ方向から無偏波光または楕円偏光を入射すると，溝列と平行な偏波即ちｙ偏波と，それに直交するｘ偏波とに対して，ＴＥモードまたはＴＭモードの光がそれぞれ周期構造体の内部に励起される。通常，多層膜では光が伝搬できる波長領域と，光が反射されて遮断される波長領域とをもつ。自己クローニング法では，例えば，ＴＭ波が透過し，ＴＥ波が反射されるように設計することができる。予め基板に作製する溝列の方向を，領域ごとに制御することで透過偏光軸の方向を制御した偏光子アレイを一体的に製造できる。

フォトニック結晶偏光子は，構成する材料の屈折率，充填率，溝列の周期Ｌ_ｘ，積層方向の周期Ｌ_ｚを調整することで，動作波長域を自由に設定することができる。低屈折率媒質としてはＳｉＯ_２を主成分とする材料が最も一般的であり，透明波長領域が広く，化学的，熱的，機械的にも安定であり，成膜も容易に行なえる。しかしながらその他の光学ガラスでもよく，ＭｇＦ_２のようにより屈折率の低い材料を用いてもよい。高屈折率材料としては，Ｓｉ，Ｇｅなどの半導体や，Ｔａ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＨｆＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４などの酸化物や窒化物が使用でき，透明波長範囲が広く，可視光領域でも使用できる。一方，半導体は透明である波長域は近赤外域に限定されるが，屈折率が大きい利点がある。

フォトニック結晶の作製方法を次に説明する。まず，石英ガラスからなる基板上に電子ビームリソグラフィとドライエッチングにより周期的な溝を形成する。あるいはフォトリソグラフィや干渉露光，ナノインプリントを用いても良い。この基板上に，ＳｉＯ_２およびＴa_２Ｏ_５のターゲットを用い，バイアス・スパッタリング法（あるいはスパッタ成膜とスパッタエッチングを組み合わせたプロセス）により，ＳｉＯ_２層とＴa_２Ｏ_５層を交互に積層する。そのとき，各層のｘ軸方向に周期的な凹凸の形状を保存しながら成膜を行なう。

次に偏光状態を記述する方法の一つであるストークスパラメータ（Ｓパラメータ）を用いて，偏光測定の原理を説明する。フィルムを入れない初期状態の偏光状態を楕円率角β（楕円率ε＝ｔａｎ^−１β），長軸方位γとする。このときのＳパラメータは式１と書き表される。

次に位相差をもつフィルムを挿入したとき，透過光の偏光状態が楕円率角β´，長軸方向γ´に変化したとする。そのときのＳパラメータは同様に式２となる。

ここで偏光度はフィルムを入れる前後で１，即ち完全偏光と仮定する。またフィルムの位相差ρは十分小さい（ρ＜＜１）とすると，位相差ρと主軸方位θは近似的に式３で表される。

すなわち，上記式３で示される関係を用いることで，所定の測定対象の位相差や偏光軸方向を測定できることとなる。

また，偏光子の透過軸の方位と受光強度の関係は，正弦波で振動する成分とＤＣ成分の合成で表される。正弦波成分の振幅と位相およびＤＣ成分とを，最小二乗法によるフィッティングやフーリエ解析などから求め，それらの値から光の偏光情報，即ち楕円率および主軸方位を求めることができる。

図４は，偏光子方位角を横軸に，受光される光強度を縦軸にプロットしたグラフを示す。図４（ａ）は，測定対象であるフィルムのリタデーションが１°の場合のグラフであり，図４（ｂ）は，測定対象であるフィルムのリタデーションが３°の場合のグラフである。図４（ａ）及び図４（ｂ）では，円偏光を入射した場合であって，フィルムの位相差と主軸方位をパラメータにしたグラフである。入射光の受光強度は，偏光子の方位角によらずに０．５で一定である。図４（ａ）から，フィルムのリタデーション（位相差）が１°の場合，受光強度が正弦波成分を持つことが分かる。また位相（ピークとなる偏光子の方位角）が，主軸方位によって変化していることがわかる。図４（ｂ）から，リタデーションが３°になると，正弦波の振幅が大きくなっていることがわかる。このように，検出された光の強度が変化することを用いて，フィルムの位相差と主軸方位が求められる。

受光素子（２）は，領域（ｘ，ｙ）を通過した光を領域ごとに受光することができるように複数の受光部を有する。具体的な受光素子として，ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含むエリアセンサを有するものがあげられる。

フォトニック結晶偏光子は領域を微細に分割することができるため，ＣＣＤやＣＭＯＳなどのエリアセンサ，あるいはラインセンサと組み合わせることに適している。センサの素子間隔と偏光子の領域が一致していれば直に接着をして一体化することが可能である。さらに結像レンズを用いることで，測定領域を格段に広げることができ，大面積の一括計測，高スループットの計測を実現できる。また，偏光子と受光素子との間にリレーレンズを配置して，偏光子アレイの像を受光素子上に結像しても良い。または偏光子アレイと受光素子の間をファイバ束で繋いでも良い。

第２の側面に係る偏光計測器
次に，本発明の第２の側面に係る偏光計測器について説明する。第２の側面に係る偏光計測器は，偏光子アレイの構成が第１の側面に係る偏光計測器と異なる。すなわち，第２の側面に係る偏光計測器は，第１の側面に係る偏光計測器において説明した構成を適宜採用することができる。すなわち，第２の側面に係る偏光計測器は，図１に示されるように，偏光子アレイ（１）と，偏光子アレイ（１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（２）とを具備する。

本発明の第２の側面に係る偏光子アレイ（１）は，第２の側面に係る偏光子アレイ（１）と同様，光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，Ｘ方向に３列以上，Ｙ方向に２列以上の四角形の領域に分割されている。Ｘ方向の数として，好ましくは４以上である。そして，分割されたそれぞれの領域は，その領域内において透過偏光軸の方向（偏光方向）が一定とされる。また，本明細書では，領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，領域を（ｘ，ｙ）とする。たとえば，最も右の領域であって，最も下に位置する領域を（１，１）とすればよい。偏光子アレイ（１）は，複数の行を有しており，具体的には２行，４行，６行を有する偏光子アレイがあげられる。各領域は，第１の行と第２の行とに区別される。

本発明の第２の側面に係る偏光子アレイ（１）は，領域のうちｙが一定の行には，ｎを３以上の自然数として，ｎ個の領域が含まれる。そして，ｎ個の領域のそれぞれには，基準となる方向から，１８０ｍ／ｎ［°］（ｍ＝０，１，２，・・・，及びｎ−１）だけずれた透過偏光軸を有する領域が全て配置される。さらに，本発明の第２の側面に係る偏光子アレイ（１）は，隣接する２つの行からなる行群であって，各領域の透過偏光軸が，１８０°の回転対称となるように配置される行群を有する。

図６は，本発明の第２の側面に係る偏光子アレイの例を示す図である。図６に示される偏光子アレイは，図２に示される偏光子アレイに対応するものである。すなわち，図６に示される偏光子アレイの各行には，図２に示される偏光子アレイの各行に含まれる領域が順序を代えて配置されている。たとえば，図２の第１行を見ると，ｙ軸の負方向となす角が，それぞれ４５°，９０°，１３５°，１８０°となっている。そして，図６では，ｙ軸の負方向となす角が，それぞれ４５°，１３５°，９０°，１８０°となっている。つなり，第２の側面に係る偏光子アレイでは，各行に透過偏光軸が所定の方向から１８０（１／ｎ）°，１８０（２／ｎ）°，・・・，及び１８０{（ｎ−１）／ｎ}°ずれた領域が含まれている。なお，ｘ＝１，２，３，・・・・・，（ｎ−１）に対応して，ｍ＝１，２，３，・・・・・，（ｎ−１）となる領域が配置された例が，本発明の第１の側面に係る偏光子アレイといえる。

本発明の第１の側面に係る偏光測定器又は本発明の第２の側面に係る偏光測定器の好ましい利用態様は，光源及び偏光測定器を具備し，透明基板又は透明フィルムの位相差又は主軸方向を測定するためのシステムである。図５は，本発明の位相差又は主軸方向を測定するためのシステムの例を示す図である。すなわち，このシステム（２３）は，測定対象（２０）に，光源（２１）からの光を照射し，測定対象を透過した光が偏光測定器（２２）に入射するシステムである。図中，符号２４はコリメータレンズを示し，符号２５は偏光子を示し，符号２６は１／４波長板を示す。

光源（２１）は，楕円偏光，円偏光，又は直線偏光の光を，測定対象（２０）である複屈折率を有する透明基板又は透明フィルムに照射するためのものである。

偏光測定器（２２）は，光源（２１）から測定対象（２０）に照射され，測定対象を透過した光が入射し，位相差や各領域の透過偏光軸の方向（主軸方向）を測定するための装置である。偏光測定器として，先に説明したものを適宜採用することができる。

なお，楕円偏光，円偏光，又は直線偏光の光は，たとえば，光源と測定対象との間に設けられた光学系を用いて得ることができる。光学系として，図５に示されるように，コリメータレンズ（２４），偏光子（２５）及び１／４波長板（２６）を具備するものがあげられる。

本発明の第１の側面に係る偏光測定器又は本発明の第２の側面に係る偏光測定器の好ましい利用態様は，光源及び偏光測定器を具備する，基板の偏光特性又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムに関する。なお，本明細書において，偏光特性とは，遮断する偏光軸の方向又は各偏光の透過率の比（偏光消光比）を意味する。図７は，基板の偏光特性又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムを示すブロック図である。図７中，符号３４は，コリメータレンズを示す。このシステム（３３）は，測定対象（３０）に光源（３１）からの光を照射し，偏光測定器（３２）により基板又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムである。

光源（３１）は，楕円偏光，円偏光，又は無偏光の光を，測定対象（３０）である透過率に偏光依存性を有する基板又はフィルムに照射するためのものである。

偏光測定器（３２）として，偏光測定器として，先に説明したものを適宜採用することができる。

第３の側面に係る光計測器
次に，本発明の第３の側面に係る光計測器について説明する。図８は，波長板アレイを有する光計測器の例を示す図である。図８に示されるように，本発明の第３の側面に係る光計測器は，波長板アレイ（１０）と，波長板アレイ（１０）を透過した光が照射する偏光板（１１）と，偏光板（１１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（１２）とを具備する。

本発明の第３の側面に係る光計測器に用いられる波長板アレイは，複数の領域に光軸の異なる波長板がアレイ状に配置されたものである。それぞれの波長板として，たとえば，１／４波長板があげられる。なお，第３の側面に係る光計測器は，第１の側面に係る光計測器と対応している。すなわち，第３の側面に係る光計測器における波長板アレイとして，第１の側面に係る光計測器における偏光子アレイにおける透過偏光軸の方向を波長板の光軸の方向と読み替えたものを適宜用いればよい。このような波長板アレイも，自己クローニング法を用いた波長板アレイの製造方法により容易に製造できる。

本発明の第３の側面に係る光計測器に用いられる波長板アレイ（１０）として，光が照射する面をＸ−Ｙ平面としたとき，Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向に３列以上，Ｙ方向に２列以上の四角形の領域に分割され，分割されたそれぞれの領域は，その領域内において波長板の光軸が一定であり，領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，領域を（ｘ，ｙ）とすると，領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，領域の波長板の光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行を第１の行とし，領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，領域の波長板の光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行を第２の行とした場合に，第１の行及び第２の行は交互に配置され，第１の行及び第２の行における所定角度は，ｎを３以上の自然数として，１８０／ｎ［°］であるものがあげられる。

本発明の第３の側面に係る光計測器に用いられる偏光板（１１）は，偏光軸（透過偏光軸の方向）が一定であればよい。このような偏光板は公知である。偏光板（１１）は，波長板アレイ（１０）と平行となるように配置されることが好ましい。また，偏光板（１１）の透過偏光軸の方向は，波長板アレイのＸ−Ｙ平面に対して任意の方向となるようにすることができる。

次に，本発明の第３の側面に係る光計測器の測定原理を説明する。図９は，波長板の光軸の方向と受光強度との関係例を示すグラフである。図９に示されるグラフは，１８０°に対して１周期の変化をする成分と２周期の変化をする成分とＤＣ成分との重ね合わせたものである。楕円率εと長軸方位γは，１周期と２周期で変化するフーリエ成分をＦ１，Ｆ２とすると以下の式で表わされる。

これより偏光子アレイタイプと同様に，第３の側面に係る光計測器を用いることで，測定対象の各領域における位相差および主軸方位を求めることができることがわかる。

第４の側面に係る光計測器
次に，本発明の第４の側面に係る光計測器について説明する。本発明の第４の側面に係る光計測器は，波長板アレイ（１０）と，波長板アレイ（１０）を透過した光が照射する偏光板（１１）と，偏光板（１１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（１２）とを具備する。

第４の側面に係る光計測器は，第２の側面に係る光計測器と対応している。すなわち，第４の側面に係る光計測器における波長板アレイとして，第２の側面に係る光計測器における偏光子アレイにおける透過偏光軸の方向を波長板の光軸の方向と読み替えたものを適宜用いればよい。このような波長板アレイも，自己クローニング法を用いた波長板アレイの製造方法により容易に製造できる。

本発明の第４の側面に係る光計測器に用いられる波長板アレイ（１０）として，波長板アレイ（１０）は，光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向に３列以上，Ｙ方向に２列以上の四角形の領域に分割され，分割されたそれぞれの領域は，その領域内において透過偏光軸の方向が一定であり，領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，領域を（ｘ，ｙ）とすると，領域のうちｙが一定の行には，ｎを３以上の自然数として，ｎ個の領域が含まれ，それぞれの領域には，基準となる方向から，１８０ｍ／ｎ［°］（ｍ＝０，１，２，・・・，及びｎ−１だけずれた波長板の光軸を有する領域が全て配置され，隣接する２つの行からなる行群であって，各領域の透過偏光軸が，１８０°の回転対称となるように配置される行群を有するものがあげられる。

本発明の第３の側面に係る偏光測定器又は本発明の第４の側面に係る偏光測定器の好ましい態様として，波長板アレイ（１０）は，自己クローニング法により製造されたフォトニック結晶を含む波長板アレイであり，受光素子（１２）は，ＣＣＤ又はＣＭＯＳを含むエリアセンサを具備するものがあげられる。

本発明の第３の側面に係る偏光測定器又は本発明の第４の側面に係る偏光測定器の好ましい利用態様は，光源及び偏光測定器を具備し，透明基板又は透明フィルムの位相差又は主軸方向を測定するためのシステムである。図５は，本発明の位相差又は主軸方向を測定するためのシステムの例を示す図である。すなわち，このシステム（２３）は，測定対象（２０）に，光源（２１）からの光を照射し，測定対象を透過した光が偏光測定器（２２）に入射するシステムである。図中，符号２４はコリメータレンズを示し，符号２５は偏光子を示し，符号２６は１／４波長板を示す。

本発明の第３の側面に係る偏光測定器又は本発明の第４の側面に係る偏光測定器の好ましい利用態様は，光源及び偏光測定器を具備する，基板の偏光特性又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムに関する。図６中，符号３４は，コリメータレンズを示す。このシステム（３３）は，測定対象（３０）に光源（３１）からの光を照射し，偏光測定器（３２）により基板又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムである。

以下，実施例を用いて本発明を具体的に説明する。本実施例は，本発明の第１の側面に係る偏光計測器に関する。すなわち，偏光計測器は，偏光子アレイと，偏光子アレイを通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子とを具備する。図１０は，実施例１で用いた偏光子アレイの例を示す図である。図１０に示された偏光子アレイは，偏光子アレイのＸ軸方向の分割数を１６に，Ｙ方向の分割数を４としている。その結果，図２に示される偏光子アレイは，１６列×４行の領域を有するアレイパタンとなっている。各領域のＸ軸方向の長さは，２．２ｍｍであり，Ｙ軸方向の長さは、２．２ｍｍであった。矢印は偏光子の透過軸方向を表しており，Ｙ軸方向を０°とする。１行目と３行目は左端が０°であり，右方向に移動するにつれて透過軸が時計周りに回転している。一方，２行目と４行目は右端が０°であり，左方向に移動するにつれて透過軸が時計周りに回転している。

図１１は，所定の偏光状態を有する光を図１０に示す偏光子アレイに照射したときの取得画像を示す。入射した光の波長は５５０ｎｍであり，光ビームの直径は約５ｍｍであった。光ビームを偏光子アレイとＣＣＤセンサの中心に照射し，そこからＸ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ０．５ｍｍシフトさせた。そのときにリタデーションの変化量は，Ｘ軸方向で０．１ｎｍ，Ｙ軸方向は０．３ｎｍであり，ビームの位置変動に対してロバストな特性であった。

本実施例は，本発明の第２の側面に係る偏光計測器に関する。すなわち，偏光計測器は，偏光子アレイと，偏光子アレイを通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子とを具備する。偏光子アレイが複数の行を有し，各行は，透過偏光軸が所定の方向から１８０（１／ｎ）°，１８０（２／ｎ）°，・・・，及び１８０{（ｎ−１）／ｎ}°ずれた領域を有する。この例では，偏光子アレイがＸ方向とＹ方向に１６列×１６行に分割された領域を有する。すなわち，本実施例におけるｎは１６である。

図１２は，実施例２の偏光計測器に所定の偏光を有する光を入射した場合の観測パターンを示す画像である。図１２では，明暗を１６段階のグレースケールを用いて表示している。図１２に示されるように，この偏光子アレイは，各行ごとに１６種類の偏光透過軸方向を有する領域をランダムに配置している。このように配置することで，入射ビームの強度分布が測定精度に与える影響や，入射ビームの中心位置が測定中にずれることによる影響をなくすことができる。

本発明は，光学機器などの分野で利用されうる。

図１は，本発明の偏光子アレイを有する偏光計測器の概略図である。図２は，透過偏光軸の方向が４５°ずつ増加する偏光子アレイの例を示す図である。図３は，透過偏光軸の方向が２２．５°ずつ増加する偏光子アレイの例を示す図である。図４は，偏光子方位角を横軸に，受光される光強度を縦軸にプロットしたグラフを示す。図４（ａ）は，測定対象であるフィルムのリタデーションが１°の場合のグラフであり，図４（ｂ）は，測定対象であるフィルムのリタデーションが３°の場合のグラフである。図５は，本発明の位相差又は主軸方向を測定するためのシステムの例を示す図である。図６は，本発明の第２の側面に係る偏光子アレイの例を示す図である。図７は，基板の偏光特性又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステムを示すブロック図である。図８は，波長板アレイを有する光計測器の例を示す図である。図９は，波長板の光軸の方向と受光強度との関係例を示すグラフである。図１０は，実施例１で用いた偏光子アレイの例を示す図である。図１１は，所定の偏光状態を有する光を図１０に示す偏光子アレイに照射したときの取得画像を示す。図１２は，実施例２の偏光計測器に所定の偏光を有する光を入射した場合の観測パターンを示す画像である。

符号の説明

１偏光子アレイ
２受光素子

Claims

偏光子アレイ（１）と，前記偏光子アレイ（１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（２）とを具備する偏光計測器であって，

前記偏光子アレイ（１）は，
前記光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，
前記Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向にｎ（３以上の整数）列以上，Ｙ方向に４行以上の四角形の分割領域に分割され，
前記分割領域のそれぞれは，その領域内において透過偏光軸の方向が一定であり，
前記分割領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，前記分割領域を（ｘ，ｙ）とすると，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行を第１の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行を第２の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行を第３の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行を第４の行とした場合に，
Ｘ方向にｎ列及びＹ方向に４行に並ぶ前記分割領域により画定される矩形領域では，前記第１の行，前記第２の行，前記第３の行，及び前記第４の行がこの順に配置され，
前記第１の行から前記第４の行における所定角度は，１８０／ｎ［°］であり，
前記第１の行及び前記第２の行が構成する行群の透過偏光軸の方向が，１８０°の回転対称となり，
前記第３の行及び前記第４の行が構成する行群の透過偏光軸の方向が，１８０°の回転対称となり，
かつ，前記矩形領域全体として，透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称となり，

前記受光素子（２）は，
前記分割領域（ｘ，ｙ）を通過した光を領域ごとに受光することができるように複数の受光部を有する，
偏光計測器。
偏光子アレイ（１）と，前記偏光子アレイ（１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（２）とを具備する偏光計測器であって，

前記偏光子アレイ（１）は，
前記光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，
前記Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向にｎ（３以上の整数）列以上，Ｙ方向に４以上の偶数行の四角形の分割領域に分割され，
前記分割領域のそれぞれは，その領域内において透過偏光軸の方向が一定であり，
前記分割領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，前記分割領域を（ｘ，ｙ）とすると，
前記分割領域のうちｙが一定の行には，ｎ個の前記分割領域が含まれ，
それぞれの行には，基準となる方向から，１８０ｍ／ｎ［°］（ｍ＝０，１，２，・・・，及びｎ−１）だけずれた透過偏光軸を有する前記分割領域が全て配置され，
隣接する２つの行からなる行群であって，各分割領域の透過偏光軸が，１８０°の回転対称となるように配置される行群を有し，
かつ，前記偏光子アレイ全体として，透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称となり，

前記受光素子（２）は，
前記領域（ｘ，ｙ）を通過した光を領域ごとに受光することができるように複数の受光部を有する，
偏光計測器。
前記偏光子アレイ（１）は，
自己クローニング法により製造されたフォトニック結晶を含む偏光子アレイであり，
前記受光素子（２）は，
ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含むエリアセンサを具備する，
請求項１又は請求項２に記載の偏光計測器。
楕円偏光，円偏光，又は直線偏光の光を，測定対象（２０）である複屈折率を有する透明基板又は透明フィルムに照射するための光源（２１）と，
前記光源（２１）から前記測定対象（２０）に照射され，測定対象を透過した光が入射する偏光測定器（２２）と，
を具備する，透明基板又は透明フィルムの位相差又は主軸方向を測定するためのシステム（２３）であって，
前記偏光測定器として，請求項３に記載の偏光計測器を用いる，
システム。
楕円偏光，円偏光，又は無偏光の光を，測定対象（３０）である透過率に偏光依存性を有する基板又はフィルムに照射するための光源（３１）と，
前記光源から前記測定対象に照射され，測定対象を透過した光が入射する偏光測定器（３２）と，
を具備する，基板又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステム（３３）であって，
前記偏光測定器として，請求項３に記載の偏光計測器を用いる，
システム。
波長板アレイ（１０）と，前記波長板アレイ（１０）を透過した光が照射する偏光板（１１）と，前記偏光板（１１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（１２）とを具備する偏光計測器であって，

前記波長板アレイ（１０）は，
前記光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，
前記Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向にｎ（３以上の整数）列以上，Ｙ方向に４行以上の四角形の分割領域に分割され，
前記分割領域のそれぞれは，その領域内において透過偏光軸の方向が一定であり，
前記分割領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，前記分割領域を（ｘ，ｙ）とすると，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行を第１の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行を第２の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ右回りに増加する行を第３の行とし，
前記分割領域のうちｙの値が一定であり，ｘが１つ増えるごとに，前記分割領域の透過偏光軸が所定角度ずつ左回りに増加する行を第４の行とした場合に，
Ｘ方向にｎ列及びＹ方向に４行に並ぶ前記分割領域により画定される矩形領域では，前記第１の行，前記第２の行，前記第３の行，及び前記第４の行がこの順に配置され，
前記第１の行から前記第４の行における所定角度は，１８０／ｎ［°］であり，
前記第１の行及び前記第２の行が構成する行群の透過偏光軸の方向が，１８０°の回転対称となり，
前記第３の行及び前記第４の行が構成する行群の透過偏光軸の方向が，１８０°の回転対称となり，
かつ，前記矩形領域全体として，透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称となり，

前記偏光板（１１）は，
偏光軸が一定であり，

前記受光素子（１２）は，
前記領域（ｘ，ｙ）を通過した光を領域ごとに受光することができるように複数の受光部を有する，
偏光計測器。
波長板アレイ（１０）と，前記波長板アレイ（１０）を透過した光が照射する偏光板（１１）と，前記偏光板（１１）を通過した光を受光し，受光した光の強度を測定できる受光素子（１２）とを具備する偏光計測器であって，

前記波長板アレイ（１０）は，
前記光を受光する面をＸ−Ｙ平面としたとき，
前記Ｘ−Ｙ平面は，Ｘ方向にｎ（３以上の整数）列以上，Ｙ方向に４以上の偶数行の四角形の分割領域に分割され，
前記分割領域のそれぞれは，その領域内において透過偏光軸の方向が一定であり，
前記分割領域のＸ方向の番号をｘとし，Ｙ方向の番号をｙとし，前記分割領域を（ｘ，ｙ）とすると，
前記分割領域のうちｙが一定の行には，ｎ個の前記分割領域が含まれ，
それぞれの行には，基準となる方向から，１８０ｍ／ｎ［°］（ｍ＝０，１，２，・・・，及びｎ−１）だけずれた透過偏光軸を有する前記分割領域が全て配置され，
隣接する２つの行からなる行群であって，各分割領域の透過偏光軸が，１８０°の回転対称となるように配置される行群を有し，
かつ，前記偏光子アレイ全体として，透過偏光軸の方向が１８０°の回転対称となり，

前記偏光板（１１）は，
偏光軸が一定であり，

前記受光素子（１２）は，
前記領域（ｘ，ｙ）を通過した光を領域ごとに受光することができるように複数の受
光部を有する，
偏光計測器。
前記波長板アレイ（１０）は，
自己クローニング法により製造されたフォトニック結晶を含む波長板アレイであり，
前記受光素子（１２）は，
ＣＣＤ又はＣＭＯＳを含むエリアセンサを具備する，
請求項６又は請求項７に記載の偏光計測器。
楕円偏光，円偏光，又は直線偏光の光を，測定対象（２０）である複屈折率を有する透
明基板又は透明フィルムに照射するための光源（２１）と，
前記光源（２１）から前記測定対象（２０）に照射され，測定対象を透過した光が入射
する偏光測定器（２２）と，
を具備する，透明基板又は透明フィルムの位相差又は主軸方向を測定するためのシステ
ム（２３）であって，
前記偏光測定器として，請求項８に記載の偏光計測器を用いる，
システム。
楕円偏光，円偏光，又は無偏光の光を，測定対象（３０）である透過率に偏光依存性を
有する基板又はフィルムに照射するための光源（３１）と，
前記光源から前記測定対象に照射され，測定対象を透過した光が入射する偏光測定器（３２）と，
を具備する，基板又はフィルムの偏光特性を測定するためのシステム（３３）であって，
前記偏光測定器として，請求項８に記載の偏光計測器を用いる，
システム。