JP5535140B2 - 光学特性測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明なフィルムの光学特性を測定する光学特性測定方法及び装置に関するものであり、さらに詳しくは、フィルムの光学特性として、主軸方向やレタデーション等、偏光についての光学特性である複屈折特性を測定する光学特性測定方法及び装置に関する。

近年、テレビやパソコン用のモニタ等として、液晶を利用した表示装置（以下、液晶表示装置という）が用いられている。液晶表示装置には、偏光板、視野角補償フィルム、反射防止フィルム等、様々な光学特性を有する機能性プラスチック樹脂フィルム（以下、光学フィルムという）が使用されている。液晶表示装置は、液晶の持つ複屈折特性を利用してコントラストを得ているため、液晶表示装置の表示特性は、使用する各種光学フィルムの複屈折特性に左右される。例えば、光学フィルムの複屈折特性が表示画面全面にわたって均一でない場合には、表示画像にムラが生じることになる。このため、液晶表示装置に用いる光学フィルムは、所定の光学特性（特に複屈折特性）を有しているか否か検査される。

複屈折特性等の光学特性の測定は、例えば、光学フィルムに対して所定の測定光を照射する光源、光学フィルムを透過した測定光を受光するＣＣＤカメラ等の受光器、波長板、偏光板等を用いて行われる。また、光学フィルム上のある箇所の複屈折特性等を測定するためには、同一箇所を偏光状態が異なる測定光を用いて複数回測定する必要がある。

このような光学フィルムの複屈折特性を測定する装置としては、例えば、光源とＣＣＤカメラの間に回転自在な波長板を設け、この波長板を回転させることにより様々な偏光状態で光学フィルムの画像を撮像し、得られた画像群の各画像の輝度値変化に基づいて画素毎に複屈折特性を算出する光学特性測定装置が知られている（特許文献１）。また、各々進相軸方向が異なる微細な波長板を撮像素子の各画素に設け、光学フィルムを一定の方向に移動させながら順次撮影することにより、光学フィルムのある測定点を、偏光状態が異なる測定光を用いて複数回測定したデータを得られるようにした光学特性測定装置が知られている（特許文献２）。

特開２００９−２２９２７９号公報 特開２００７−２６３５９３号公報

近年では、液晶表示装置の大画面化にともなって、これに用いる光学フィルムにも、大面積で均一な光学特性が要求される。例えば、２０インチの液晶表示装置には、Ａ３程度の大きさの光学フィルムが必要となる。このため、大面積の光学フィルムの光学特性を測定可能な測定装置が求められている。また、光学フィルムを撮像して測定する場合、高い測定精度を得るために、撮像レンズとしてテレセントリックレンズが用いられる。これは、ピントずれや視差による像の歪みによる影響が小さく抑えられるからである。しかしながら、テレセントリックレンズの視野は高々５ｃｍ□程度なので、Ａ３サイズ等の大面積の光学フィルムを一視野で検査することは難しい。このため、光学フィルムの光学特性測定装置では、測定位置を移動させながら、漏れなくかつ高精度に光学特性を測定する工夫が必要となる。

特許文献１の光学特性測定装置のように、波長板を回転させることにより、測定光の偏光状態を変化させながら、ある測定位置の光学特性を測定する場合、光学フィルムと測定系（光源や受光器等）の位置を固定してから波長板を回転させ、測定位置を複数回撮像する必要がある。このため、測定位置の移動のために、光学フィルム（または測定系）の移動と停止を繰り返さなければならず、大面積の光学フィルムの光学特性を測定する場合には、膨大な時間を要するという問題がある。

一方、特許文献２の光学特性測定装置は、光学フィルム（または測定系）を移動させながら光学フィルムの光学特性を測定することができる。しかし、画素毎に進相軸方向が異なる波長板を設けているために１画素単位での測定となるので、撮像素子では避けられない読み出しノイズや暗電流ノイズ等の画素毎にランダムなノイズが、そのまま測定値（画素値）に誤差として反映される。このため、高精度な光学特性の測定が困難であるとともに、測定値の再現性も悪い。また、こうしたノイズによる影響を除き、測定精度を向上させるためには、同一箇所を複数回測定し、平均する必要があるので、特許文献１の光学特性測定装置と同様、大面積の光学フィルムの光学特性の測定には莫大な時間を要する。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、光学フィルムと測定系を停止させることなく相対的に移動させながら、光学フィルムの光学特性を高精度に測定することを目的とする。

本発明の光学特性測定装置は、透明な測定対象に所定偏光状態の光を測定光として照射する投光手段と、所定方向に配列された複数種類の波長板と、前記波長板を透過した前記測定光が入射される撮像領域において、ひとつの測定値を得る単位となる小領域が前記波長板の各々に対応するように設けられた単位受光エリアが前記所定方向に沿って複数配列され、前記測定対象を透過した前記測定光を、前記小領域毎に前記波長板によって定まる複数種類の偏光状態で受光する受光手段と、前記単位受光エリアに対応するサイズの前記測定対象上の領域を単位測定エリアとするときに、前記単位測定エリアを前記所定方向に垂直な方向に移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記単位測定エリアを移動させながら前記単位測定エリアを透過した前記測定光を複数の前記単位受光エリアで受光することにより、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる測定値に基づいて、前記単位測定エリアのミュラー行列を算出するミュラー行列算出手段と、前記単位測定エリアのミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出手段と、を備えることを特徴とする。

前記単位受光エリアに対応するサイズの前記投光手段上のエリアを単位投光エリアとするときに、前記単位投光エリア毎に予め測定された前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータが前記単位投光エリア毎に予め測定されるとともに、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける偏光伝達行列が前記単位受光エリア毎に予め測定され、前記ミュラー行列算出手段は、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータと前記偏光伝達行列とに基づいて、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を予め算出し、前記測定値が得られたときに前記試料測定行列を用いて前記ミュラー行列の要素を各々算出することが好ましい。

前記投光手段は、前記所定方向に沿って移動自在に設けられ、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータは、前記測定対象がない状態で、前記投光手段を前記所定方向に移動させながら、前記測定光を前記受光手段で受光することにより測定されることが好ましい。

前記投光手段は、前記受光手段の視野とほぼ同じ大きさの範囲に前記測定光を照射することが好ましい。

前記投光手段は、前記測定光として円偏光を前記測定対象に照射することが好ましい。

前記投光手段は、平面状の発光面から無偏光状態の光を発する面光源と、前記面光源から入射する光を直線偏光に整える偏光板と、前記偏光板から入射する直線偏光を円偏光に変換して前記測定対象に照射する１／４波長板とを備えることが好ましい。

前記１／４波長板は、前記測定光の照射光軸の周りに回転自在に設けられていることが好ましい。

前記受光手段は、前記複数種類の波長板を透過した前記測定光を前記撮像手段の前記撮像領域に結像させるレンズを備え、前記レンズは、物体側において光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであることが好ましい。

前記レンズは、物体側及び像側において光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであることが好ましい。

前記受光手段は、前記複数種類の波長板として、４種類以上４０種類以下の波長板を備えることが好ましい。

前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、前記所定方向に対して各々の主軸方向が異なるように配置されていることが好ましい。

前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、遅相量が７０度以上１７０度以下又は１９０度以上２９０度以下であることが好ましい。

前記単位受光エリアは、隣接する複数の画素からなり、属する複数の画素の出力値を平均した値をひとつの測定値とする結合画素であることが好ましい。

前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に複数備えることが好ましい。

前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に移動させることにより、前記測定対象の全面を測定することが好ましい。

本発明の光学特性測定方法は、透明な測定対象に投光手段から所定偏光状態の光を測定光として照射し、前記測定対象を透過した前記測定光を、ひとつの測定値を得る単位となる小領域毎に複数種類の偏光状態で受光し、前記測定対象を単位測定エリアに区切って、前記小領域毎の前記測定値を得るときに、前記測定対象と前記小領域を備える前記受光手段とを相対的に移動させながら受光することにより、ひとつの前記単位測定エリアに対して、複数種類の偏光状態で測定された複数の前記測定値を得る測定ステップと、前記測定ステップで得られた複数の前記測定値に基づいて前記単位測定エリアのミュラー行列を、前記単位測定エリア毎に算出するミュラー行列算出ステップと、前記ミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出ステップと、を備えることを特徴とする。

前記ミュラー行列算出ステップは、複数の前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を用いて前記測定値から前記ミュラー行列を算出し、前記試料測定行列は、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける行列であり、前記単位投光エリア毎に予め測定された偏光伝達行列と、前記単位受光エリアに対応する前記投光手段上の単位投光エリア毎に予め測定されたストークスパラメータとを用いて予め算出されることが好ましい。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、光学フィルムと測定系を停止させることなく相対的に移動させながら、光学フィルムの光学特性を高精度に測定することができる。

光学特性測定装置の構成を模式的に示す斜視図である。 投光部の構成を示す説明図である。 受光部の構成を示す説明図である。 分割波長板の各波長板及び偏光板の軸方向を示す説明図である。 単位受光エリア及び結合画素の態様を示す説明図である。 単位測定エリアＥの態様を示す説明図である。 単位投光エリアＦの態様を示す説明図である。 光学特性測定装置で偏光特性を求める態様を示すフローチャートである。 受光部のキャリブレーションの態様を示す説明図である。 投光部のキャリブレーションの態様を示す説明図である。 キャリブレーションにより各単位投光エリアＦが測定される態様を示す説明図である。 単位測定エリアＥ毎に確保される記憶領域の態様を示す説明図である。 光学フィルムの偏光特性が測定される態様を示す説明図である。 波長板の遅相量と計算誤差の関係を示すグラフである。 波長板の遅相量と計算誤差の関係を示すデータ表である。 受光部の別の構成を示す説明図である。 結合数と出力値のばらつきを示すグラフである。 投光部と受光部の組を光学フィルムの幅方向に複数設ける例を示す説明図である。 １組の投光部及び受光部を光学フィルムの幅方向に掃引する例を示す説明図である。 １／４波長板が回転する投光部の構成を示す説明図である。 測定光を時間変調する場合の偏光特性の測定態様を示す説明図である。 測定光を空間変調する場合の投光部の構成を示す説明図である。 測定回数を増加させる態様を示す説明図である。 ２つの結合画素にまたがって単位測定エリアの特性が測定される場合の測定値の取扱い方を示す説明図である。

図１に示すように、光学特性測定装置１０は、光学フィルム１１の光学特性として、主軸（進相軸）の方位αやレタデーション（遅相量）δ等、偏光に関する光学特性（以下、偏光特性という）を測定する測定装置であり、投光部１２、受光部１３、搬送ローラ１４、制御部１６等を備える。

光学フィルム１１は、樹脂製であり、透明である。また、延伸等により形成されるが、正常に形成されていれば面内で一様な偏光特性を有する。後述するように、光学フィルム１１の偏光特性は、投光部１２によって円偏光の測定光を入射させ、その透過光を受光部１３によって測定することにより、単位測定エリアＥ（後述）毎に測定される。また、光学フィルム１１は、Ｙ方向に一定の幅を持ち、Ｙ方向に垂直なＸ方向に（幅と比較して十分に）長い形状を有するように形成されており、光学特性測定装置１０内では搬送ローラ１４によってＸ方向に平坦な状態を保ったまま搬送される。光学特性測定装置１０による光学フィルム１１の偏光特性の測定は、光学フィルム１１の搬送を止めることなく、光学フィルム１１を常に連続的に搬送しながら行われる。光学フィルム１１は、光学特性測定装置１０で偏光特性を測定された後、Ｘ方向及びＹ方向に所定の幅でシート状に切断され、液晶表示装置等に利用される。

投光部１２は、少なくとも受光部１３の視野１３ａ内にほぼ一定条件の光を測定光として照射する面状の光源であり、投光面１２ａが光学フィルム１１と平行になるように、かつ、受光部１３に対向するように、光学フィルム１１の下方（Ｚ方向負側）の所定位置に設けられる。投光部１２が光学フィルム１１に照射する測定光は、所定波長の単色光であるとともに、視野１３ａ内でほぼ一定の強度と偏光状態を有する光である。具体的な測定光の偏光状態は、後述するように円偏光である。

また、投光部１２は、光源移動部１２ｂ上に配置される。光源移動部１２ｂは、投光部１２をＸ方向に沿って所定距離だけ移動可能に保持する。光源移動部１２ｂは、後述するように投光部１２のキャリブレーション時に投光部１２を移動させ、光学フィルム１１の偏光特性を測定するときには、前述のように受光部１３に対向する所定位置に投光部１２を保持する。

受光部１３は、投光部１２が光学フィルム１１に照射し、光学フィルム１１を透過した測定光を受光して、光学フィルム１１を透過したことによる偏光状態の変化を測定するためのものであり、投光部１２に対向するように光学フィルム１１の上方（Ｚ方向正側）に設けられる。受光部１３で測定した測定値は、制御部１６に入力される。また、受光部１３は、Ｚアーム１７に取り付けられており、Ｚアーム１７は、搬送される光学フィルム１１を跨ぐように設けられた支持台１８に、光学フィルム１１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に移動自在に取り付けられている。このため、受光部１３は、投光部１２に対向したまま、Ｚ方向に移動自在に設けられている。Ｚアーム１７による受光部１３の移動は、制御部１６によって制御され、制御部１６はピント調節のために受光部１３をＺ方向に移動させる。

制御部１６は、光学特性測定装置１０の各部を統括的に制御する制御装置であり、例えば、制御用コンピュータ、及びキーボードやモニタ等の入出力デバイスを備える。例えば、制御装置１６は、所定の回転速度で搬送ローラ１４を制御することにより、光学フィルム１１をＸ方向に一定の速度で搬送する。このとき、搬送ローラ１４の駆動パルスをパルスカウンタ（図示しない）によって計数することにより、光学フィルム１１の移動量、及び光学フィルム１１内における視野１３ａの位置を把握する。また、制御部１６は、受光部１３による測定のタイミングを制御する。具体的には、光学フィルム１１の搬送量及び搬送のタイミングと受光部１３による測定は同期して行われる。さらに、制御部１６は、投光部１２のキャリブレーション時には、光源移動部１２ｂによる投光部１２の移動と受光部１３による測定光の計測を制御する。

また、制御部１６は、受光部１３によって測定されたデータに基づいて、光学フィルム１１の偏光特性を算出する。光学フィルム１１の偏光特性は、後述する単位測定エリアＥ毎に算出される。

図２に示すように、投光部１２は、面光源２１、偏光板２２、１／４波長板２３を備える。面光源２１は、平面状の発光面２１ａを有し、発光面２１ａから無偏光状態の平行光（以下、無偏光Ｌ１という）を発光面２１ａ内でほぼ一様の強度で発する。偏光板２２は、面光源２１が発する無偏光Ｌ１を直線偏光Ｌ２に整えて１／４波長板２３に入射させる。１／４波長板２３は、直線偏光Ｌ２の偏光方向に対して遅相軸（進相軸）が４５度の角度をなすように、偏光板２２の光学フィルム１１側に配置される。したがって、１／４波長板２３は、偏光板２２から入射する直線偏光Ｌ２を円偏光Ｌ３に整えて出射する。このため、投光部１２は、円偏光Ｌ３を測定光（以下、測定光Ｌ３という）として光学フィルム１１に投光する。

投光部１２が測定光Ｌ３を照射する範囲は、受光部１３の視野１３ａにほぼ一致している。但し、投光部１２による測定光Ｌ３の照射範囲は、少なくとも視野１３ａの全体を含む範囲であれば、受光部１３の視野１３ａよりも大きくても良い。

図３に示すように、受光部１３は、分割波長板３１、偏光板３２、テレセントリックレンズ３３、撮像素子３４を備える。

分割波長板３１は、第１波長板３１ａ、第２波長板３１ｂ、第３波長板３１ｃ、第４波長板３１ｄの４種の波長板を有する。分割波長板３１を構成するこれらの各波長板３１ａ〜３１ｄは、受光部１３の最前面（光学フィルム１１側）に、光学フィルム１１の搬送方向であるＸ方向に対して垂直な方向（光学フィルム１１の幅方向であるＹ方向）に、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの順で配列される。また、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄを１組として、分割波長板３１は、Ｙ方向に複数組の第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄがＹ方向に隙間なく配列される。第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの組の数は、後述する撮像素子３４の単位受光エリア数と同数である。投光部１２から照射される測定光Ｌ３は、光学フィルム１１を透過することによって、透過した箇所の偏光特性を担持された測定光Ｌ４となって分割波長板３１に入射し、入射位置に応じて第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄのいずれかを透過して、偏光板３２に入射する。

偏光板３２は、分割波長板３１を透過した測定光Ｌ４のうち、進相軸（遅相軸）に応じた所定方向の直線偏光成分をテレセントリックレンズ３３に入射させる。

テレセントリックレンズ３３は、分割波長板３１及び偏光板３２を透過して直線偏光となった測定光Ｌ４を撮像素子３４の撮像面３４ａに入射させる。テレセントリックレンズ３３は少なくとも物体側（光学フィルム１１側）で光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであり、さらに像側（撮像素子３４側）においても光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであっても良い。また、テレセントリックレンズ３３の倍率は視野１３ａの像を撮像面３４ａに結像させる所定の倍率（例えば１〜１／３倍程度）を有する。なお、テレセントリックレンズ３３としては、倒立像を結像するテレセントリックレンズを用いてもよいが、以下では簡単のために視野１３ａの正立像が撮像面３４ａに結像されるものとする。すなわち、テレセントリックレンズ３３によって、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄを各々透過した測定光Ｌ４の撮像面３４ａへの入射位置は、それぞれ、撮像面３４ａにおいても上流側（Ｘ方向負側）から下流側（Ｘ方向正側）に向かって、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの配置順と同じ順序である。

撮像素子３４は、例えばＣＣＤ型のイメージセンサであり、測定光Ｌ４により光学フィルム１１を撮像する。撮像面３４ａには複数の画素Ｐが所定の配列で複数設けられている。各画素Ｐは、光電変換により入射光量に応じた信号電荷を発生させる。撮像素子３４は、後述するように複数の画素Ｐを１単位の画素（以下、結合画素という）として扱う。このため、撮像素子３４は、結合画素毎に、各画素Ｐで発生した各信号電荷を平均した値を測定値Ｄとして制御部１６に出力する。また、後述するように、撮像素子３４は、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの個数に対応して４個の結合画素を１つの組として、光学フィルム１１を撮像する。

また、受光部１３は、アライメント調節用に回転機構（図示しない）を備える。回転機構は、撮像素子３４と、テレセントリックレンズ３３，偏光板３２，分割波長板３１を一体に、光軸の周りに回転させる機構である。回転機構は、受光部１３の視野１３ａの向きを光学フィルム１１の搬送方向Ｘや幅方向Ｙと正確に合致させるために受光部１３を回転させる。したがって、以下では、回転機構による受光部１３の向きの調節により、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄの境界線は搬送される光学フィルム１１の幅方向Ｙに、各画素Ｐ（あるいは後述する単位受光エリアＣＰ及び結合画素）の辺は光学フィルム１１の搬送方向Ｘと幅方向Ｙに正確に一致しているものとする。

図４に示すように、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄは、光学フィルム１１の搬送方向（Ｘ方向）に長く、光学フィルム１１の幅方向（Ｙ方向）には各々均等な幅ｄ／４で設けられる。このため、１組の第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの全体としての幅はｄである。そして、前述のように、分割波長板３１は第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの組を複数組有している。分割波長板３１を構成する第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸（進相軸）方位は各々異なり、第２〜第４波長板３１ｂ〜３１ｄの主軸方向は、第１波長板３１ａの主軸方向に対して、約３６度ずつ回転した方向となっている。具体的には、第１波長板３１ａの主軸方位は、光学フィルム１１の搬送方向Ｘに対して約２０度の方向である。したがって、第２波長板３１ｂの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約５６度であり、第３波長板３１ｃの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約９２度である。第４波長板３１ｄの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約１１８度である。第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量は、いずれも１３５度である。

なお、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、互いに異なっていれば良く、必ずしも上述の方向である必要はない。これは、後述するようにキャリブレーション時に実測により結合画素毎に受光部１３の偏光伝達行列が求められ、各波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、配置のズレ等も併せて、この偏光伝達行列に反映されるからである。

また、図示しないが、偏光板３２の透過軸は光学フィルム１１の搬送方向Ｘと平行（０度）になるように配置される。

図５に示すように、撮像素子３４の画素Ｐは、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄと同じ幅（ｄ／４）であり、撮像領域３４ａ内には複数の画素Ｐが、光学フィルム１１の搬送方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿って配列される。これらの画素Ｐは、太線で囲んで示すように４×４画素が単位受光エリアＣＰを形成する。単位受光エリアＣＰは、測定の単位となるものであり、単位受光エリアＣＰの大きさで、測定の空間分解能が定まる。このため、単位受光エリアＣＰの大きさは、光学フィルム１１の偏光特性に必要な測定精度に応じて予め定められる。同様に、以下では、光学フィルム１１の偏光特性の測定に必要な空間分解能が得られる範囲内で、画素Ｐ，単位受光エリアＣＰ，結合画素（後述）の大きさが定められているものとする。

また、単位受光エリアＣＰ内には、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄの幅に対応するように複数の結合画素が定められる。本例では、分割波長板３１は、４種類の波長板で形成されているので、単位受光エリアＣＰをＹ方向に４分割した各エリアが結合画素ＣＰａ，ＣＰｂ，ＣＰｃ，ＣＰｄであり、例えば、各結合画素ＣＰａ，ＣＰｂ，ＣＰｃ，ＣＰｄは、４×１（Ｘ方向×Ｙ方向）画素からなる。結合画素ＣＰａは第１波長板３１ａのエリアに、結合画素ＣＰｂは第２波長板３１ｂのエリアに、結合画素ＣＰｃは第３波長板３１ｃのエリアに、結合画素ＣＰｄは第４波長板３１ｄのエリアに、それぞれ対応する。

撮像素子３４は、結合画素内の各画素Ｐの信号電荷に基づく信号の平均値を、結合画素による測定値Ｄとして出力する。図５に示すように、４×１画素の結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄの場合、各々４画素の平均値が測定値Ｄとして出力する。また、上述の構成からわかるとおり、撮像素子３４は、単位受光エリアＣＰから各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄが出力する４種類の測定値を出力する。

なお、ここではハッチングにより１つの単位受光エリアＣＰを取り上げたが、Ｘ方向及びＹ方向に複数の単位受光エリアＣＰが形成される。

このように、撮像素子３４は、単位受光エリアＣＰを単位として光学フィルム１１を測定するとともに、１つの単位受光エリアＣＰから、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄに応じた４種類の測定値を出力する。

上述のように、光学特性測定装置１０では、単位受光エリアＣＰを単位として光学フィルム１１の偏光特性を測定するので、図６に示すように、光学フィルム１１には、単位受光エリアＣＰに対応する大きさの領域Ｅ（以下、単位測定エリアという）に区画することができる。光学特性測定装置１０では、光学フィルム１１を単位測定エリアＥの長さ分だけＸ方向に搬送するごとに、受光部１３によって視野１３ａ内の光学フィルム１１が撮像される。したがって、ある１つの単位測定エリアＥは、Ｘ方向にならぶ複数の単位受光エリアＣＰによって１回ずつ測定され、光学フィルム１１の搬送により視野１３ａに入ってから視野１３ａを出るまでの間に、Ｘ方向に並んだ単位受光エリアＣＰの数と等しい回数の測定が行われ、単位受光エリアＣＰの数の４倍の数の測定値が取得される。

また、図７に示すように、投光部１２についても、投光面１２ａを単位受光エリアＣＰに対応する大きさの領域Ｆ（以下、単位投光エリアという）に区画することができる。単位投光エリアＦは単位受光エリアＣＰに一対一に対応し、ある単位投光エリアＦから出射される測定光Ｌ３は、光学フィルム１１を透過して、透過位置の偏光特性を担持した測定光Ｌ４となった後、対応する単位受光エリアＣＰに入射する。また、後述するように、投光部１２のキャリブレーションにより、投光部１２が光学フィルム１１に照射する測定光Ｌ３のストークスパラメータ（以下、Ｓパラメータという）が測定されるが、ここで測定されるＳパラメータは、単位投光エリアＦ毎に算出される。

上述のように構成される光学特性測定装置１０では、以下に説明するように光学フィルム１１の偏光特性の測定を行う。

図８に示すように、光学特性測定装置１０によって光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、単位受光エリアＣＰの各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄ毎に、予め偏光伝達行列を測定する（ステップＳ０１）。偏光伝達行列は、各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄへの入射光のＳパラメータを各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄによる測定値Ｄに対応付ける行列である。すなわち、入射光をＳパラメータを用いて（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）^Ｔで表すときに、測定値Ｄ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）・（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）^Ｔを満たす行列Ａ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が偏光伝達行列である。偏光伝達行列Ａには、結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄを構成する各画素Ｐの光電変換特性や、テレセントリックレンズ３３、偏光板３２、分割波長板３１（各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄに対応する波長板）の特性が反映される。

なお、Ｓ０′は光強度、Ｓ１′は水平直線偏光強度、Ｓ２′は４５度直線偏光強度、Ｓ３′は右回り偏光強度である。また、偏光伝達行列Ａは、受光部１３の偏光伝達特性を表すミュラー行列の第１行の要素（各種変更状態の強度変化を表す要素）に対応するものであり、結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄから測定値として得られる値は、Ｓパラメータでいえば光強度Ｓ０の値である。

ここで行う結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄ毎の偏光伝達行列の測定は、受光部１３のキャリブレーションに相当し、修理等により受光部１３の構成が変更されない限り、光学特性測定装置１０を初めて使用するときに１度だけ行えば良い。測定された偏光伝達行列Ａは、制御部１６に記憶され、各結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄによる測定値に基づいて光学フィルム１１の偏光特性を算出するときに用いられる。

次に、光学フィルム１１の偏光特性を測定する前に、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータを測定する（ステップＳ０２）。これは、投光部１２のキャリブレーションに相当し、投光部１２の特性に変化がなければ１回行うだけで良いが、概ね光学特性測定装置１０の使用開始時（１日の最初等）に行うことが好ましい。

光学フィルム１１の偏光特性の測定は、上述の受光部１３及び投光部１２のキャリブレーションにより、結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄ毎の偏光伝達行列Ａが既知であり、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータが既知である状態で行われる。

このとき、光学フィルム１１のある単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４のＳパラメータからなるベクトル（ストークスベクトル）Ｓ′＝（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）は、透過前の測定光Ｌ３のＳパラメータＳ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）と、単位測定エリアＥのミュラー行列（以下、Ｍ行列という）を用いて、Ｓ′＝Ｍ・Ｓの関係にある。また、測定値Ｄは、前述のとおり、偏光伝達行列Ａを用いて、Ｄ＝Ａ・Ｓ′である。したがって、Ｄ＝Ａ・（Ｍ・Ｓ）であり、偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のストークスベクトルＳが既知なので、単位測定エリアＥの偏光特性を算出する場合には、測定値ＤからＭ行列の要素Ｍ_ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜４）を求めれば、Ｍ行列要素Ｍ_ｉｊから単位測定エリアＥの主軸方向αやレタデーションδ等の偏光特性を算出することができる。

しかし、Ｍ行列は４×４行列であり、全部で１６の要素を有するが、Ｄ＝Ｍ・Ｓは１本の方程式と同じであるため、１回（１種）の測定で得られるこの式だけでは、Ｍ行列の要素Ｍ_ｉｊを決定することはできない。Ｍ行列の全要素を決定するには、１６の独立な方程式が必要である。

こうしたことから、光学特性測定装置１０は、複数の単位受光エリアＣＰ（ｎ），ｎ＝１〜Ｎによる複数回（Ｎ回）の測定を行う。単位受光エリアＣＰ（ｎ）には、前述のように、４つの結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄがあるため、単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）によるＮ回の測定で４Ｎ個の測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎが得られる。したがって、光学特性測定装置１０は、４Ｎ個の測定値Ｄ＝（Ｄ_１，Ｄ_２，・・・，Ｄ_４Ｎ）をＭ行列の各要素Ｍ_ｉｊに対応付ける変換行列Ｔ^＋（以下、試料測定行列という）を予め算出する（ステップＳ０３）。この試料測定行列Ｔ^＋は、キャリブレーションにより既知である各結合画素ＣＰ（ｎ）の偏光伝達行列Ａ_ｎと、対応する単位投光エリアＦ（ｎ）が照射する測定光Ｌ３のストークスベクトルＳ_ｎ＝（Ｓ０_ｎ，Ｓ１_ｎ，Ｓ２_ｎ，Ｓ３_ｎ）^Ｔを用いて算出される。

なお、以下では、単位受光エリアＣＰ（ｎ）と、この単位受光エリアＣＰ（ｎ）に属する４つの結合画素ＣＰａ（ｎ）〜ＣＰｄ（ｎ）との対応関係を示すため、結合画素ＣＰａ（ｎ）〜ＣＰｄ（ｎ）の偏光伝達行列をＡａ_ｎ，Ａｂ_ｎ，Ａｃ_ｎ，Ａｄ_ｎで区別する。例えば、単位受光エリアＣＰ（ｎ）に属する第１波長板３１ａに対応した結合画素ＣＰａ（ｎ）の偏光伝達行列Ａａ_ｎは、Ａａ_ｎ＝（Ａ１ａ_ｎ，Ａ２ａ_ｎ，Ａ３ａ_ｎ，Ａ４ａ_ｎ）である。

なお、前述のように測定光Ｌ３のストークスベクトルＳ_ｎは、装置の使用開始時に校正されるので、これに応じて試料測定行列Ｔ^＋も装置の使用開始時に算出し直される。

こうして試料測定行列Ｔ^＋が算出されると、光学フィルム１１の偏光特性の測定が開始される。光学フィルム１１の偏光特性の測定は、光学フィルム１１をＸ方向に搬送しながら、投光部１２より測定光Ｌ３を照射し、受光部１３によって光学フィルム１１を透過した測定光Ｌ４により光学フィルム１１を撮像することにより行われる（ステップＳ０４）。

このとき、制御部１６は、各単位受光エリアＣＰ（ｎ）から得た測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎから試料測定行列Ｔ^＋を用いて、単位測定エリアＥ毎にＭ行列要素Ｍ_ｉｊを算出する（ステップＳ０５）。そして、算出したＭ行列要素Ｍ_ｉｊを用いて、単位測定エリアＥの偏光特性として、主軸方向αやレタデーションδを算出する（ステップＳ０６）。

以下、各ステップの態様を詳細に説明する。

＜ 受光部のキャリブレーション ＞
受光部１３のキャリブレーション（ステップＳ０１）は、次のように行われる。

図９に示すように、受光部１３のキャリブレーションには、基準投光部４１が用いられる。基準投光部４１は、Ｓパラメータが既知の基準光４１ａを発する光源であり、面光源４２、１／４波長板４３、偏光板４４を備える。また、基準投光部４１は投光部１２とほぼ同様に構成され、基準光４１ａは円偏光であるが、１／４波長板４３は、所定速度で回転するように設けられている。偏光板４４の透過軸方向εは一定であるが、１／４波長板４３の主軸（進相軸）方向γは時間で変化する。偏光板４４の透過軸方向εと１／４波長板の主軸方向γは、受光部１３に対する基準投光部４１の配置により既知である。

受光部１３のキャリブレーションでは、基準光４１ａは光学フィルム１１を介さず、直接、受光部１３に入射され、受光部１３は結合画素毎に入射された基準光４１ａに基づく信号値（測定値）を出力する。

基準光４１ａのＳパラメータをＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、基準光４１ａのストークスベクトルＰはＰ＝（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）^Ｔとすると、１つの結合画素が出力する測定値Ｄは、結合画素の偏光伝達行列ＡとストークスベクトルＰを用いて、Ｄ＝Ａ・Ｐ＝Ａ１・Ｐ０＋Ａ２・Ｐ１＋Ａ３・Ｐ２＋Ａ４・Ｐ３で表される。

一方、基準光４１ａのストークスベクトルＰは、１／４波長板４３の主軸方向γ、偏光板４４の透過軸方向εを用いて、下記数１の式で表される。但し、基準光４１ａの光強度Ｋ、Ｃ＝ｃｏｓ２γ，Ｓ＝ｓｉｎ２γである。また、これを用いて上述の測定値Ｄを表すと、下記数２の式となる。所定係数Ｋ′は、基準光４１ａの光強度Ｋと、撮像素子３４の感度やゲイン等によって予め定まる係数である。

前述のように１／４波長板の主軸方向γは一定の方向に回転するので、測定値Ｄは、回転する主軸方向γに対して時系列に得られる。また、所定係数Ｋは、基準光４１ａの光強度、撮像素子３４の感度やゲイン等から得られる既知数であるので、得られた測定値Ｄを所定係数Ｋ′で規格化した値Ｄ／Ｋ′を、主軸方向γについて、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）することにより、直流（ＤＣ）成分Ｆ_ＤＣ、ｃｏｓ４γ成分Ｆ_{ｃｏｓ４γ}、ｓｉｎ４γ成分Ｆ_{ｓｉｎ４γ}、ｓｉｎ２γ成分Ｆ_{ｓｉｎ２γ}をそれぞれ求めることができる。

数２の式からわかるとおり、ＤＦＴにより得られた各成分Ｆ_ＤＣ，Ｆ_{ｃｏｓ４γ}，Ｆ_{ｓｉｎ４γ}，Ｆ_{ｓｉｎ２γ}は、偏光伝達行列Ａの要素と係数Ｋを用いて、次のように表される。

偏光板４４の透過軸方向εは既知（例えば０度）であるので、数３の式に基づいて、偏光伝達行列Ａ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を算出することができる。

なお、直流成分Ｆ_ＤＣには、撮像素子３４の暗電流によるノイズがバックグラウンドＢＧとして重畳される。このため、撮像素子３４を遮光して撮像する事により予め暗電流ノイズによるバックグラウンドＢＧを測定しておき、ＤＦＴにより求められたＦ_ＤＣから、バックグラウンドＢＧを減算したＦ_ＤＣが真の直流成分Ｆ_ＤＣであり、偏光伝達行列Ａはこの真の直流成分Ｆ_ＤＣを用いて算出される。

また、図９では、基準投光部４１が面光源４２を備え、受光部１３の全体に基準光４１ａを入射させる例を説明したが、これに限らない。基準投光部４１は、少なくとも１つの結合画素ＣＰにＳパラメータが既知の基準光を入射させることができるものであれば良い。

＜ 投光部のキャリブレーション ＞
投光部１２のキャリブレーション（ステップＳ０２）は、次のように行われる。

図１０に示すように、投光部１２のキャリブレーションは、投光部１２から測定光Ｌ３を照射しながら、光源移動部１２ｂによってＸ方向の上流側から下流側に移動させることにより行う。これは、投光部１２と受光部１３の間には、光学フィルム１１がない状態で行われ、受光部１３は、投光部１２から照射される測定光Ｌ３を測定する。

図１１に示すように、Ｘ方向のある行に並んだ単位受光エリアＣＰを上流側から下流側にかけてＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・，ＣＰ（Ｎ）とすると、これらの各単位受光エリアＣＰ（ｎ）に対応するように、投光部１２ではＸ方向に単位投光エリアＦ（１），Ｆ（２），・・・，Ｆ（Ｎ）が並ぶ。このため、光源移動部１２ｂによって投光部１２をＸ方向の上流側から下流側に移動させると、投光部１２が受光部１３の下方に入り始まってから、受光部１３の下方からすべて抜ける迄に、各単位投光エリアＦ（ｎ）から各々出射される測定光Ｌ３（ｎ）は、全ての単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で各々１回ずつ測定される。

例えば、最も下流側に位置する単位投光エリアＦ（Ｎ）に着目すると、単位投光エリアＦ（Ｎ）から出射される測定光Ｌ３（Ｎ）は、単位受光エリアＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・，ＣＰ（Ｎ）の順に各単位受光エリアＣＰ（ｎ）で測定される。このとき単位受光エリアＣＰ（１）〜（Ｎ）において、各々４種の結合画素ＣＰａ〜ＣＰｄから出力される測定値をＤ_１，Ｄ_２，・・・、Ｄ_４Ｎとすると、１つの単位投光エリアＦ（Ｎ）から出射される測定光Ｌ３（Ｎ）について４Ｎ個の測定値が得られる。

また、こうして測定される４Ｎ個の測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎの中には、分割波長板３１のうち、第１波長板３１ａを通過して測定された測定値、第２波長板３１ｂを通過して測定された測定値、第３波長板３１ｃを通過して測定された測定値、第４波長板３１ｄを通過して測定された測定値が含まれる。但し、結合画素毎に偏光伝達行列Ａがそれぞれ異なるので、例えば単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）の第１波長板３１ａに対応する結合画素ＣＰａで測定された測定値であっても、偶然に一致するような例外はあるが、基本的にこれらは同じ値にはならない。

したがって、投光部１２のキャリブレーション時には、Ｘ方向に並ぶ単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）による全ての測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎを記憶する。このため、図１２に示すように、分割波長板３１に含まれる波長板の種類数（ここでは４）と、各波長板内でＸ方向に並ぶ単位受光エリアＣＰの個数（ここではＮ個）を指標とする２次元の記憶領域４６が確保される。この記憶領域４６は、例えば、１つの単位投光エリアＦ（ｎ）について１つずつ確保され、各単位受光エリアＣＰ（ｎ）で得られた測定値Ｄ_ｎは、単位受光エリアＣＰ（ｎ）の位置と、波長板３１ａ〜３１ｄに対応付けられて記憶される。

上述のようにして得られた測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎに基づいて、測定光Ｌ３のＳパラメータは、次のように算出される。

まず、第１波長板３１ａで得られた測定値の合計Ｄａ，第２波長板３１ｂで得られた測定値の合計Ｄｂ，第３波長板３１ｃで得られた測定値の合計Ｄｃ，第２波長板３１ｄで得られた測定値の合計Ｄｄが算出される。各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄは下記数４の式で表される。

一方、受光部１３のキャリブレーションにより、各結合画素ＣＰａ（ｎ）〜ＣＰｄ（ｎ）の偏光伝達行列Ａａ_ｎ＝（Ａ１ａ_ｎ，Ａ２ａ_ｎ，Ａ３ａ_ｎ，Ａ４ａ_ｎ），Ａｂ_ｎ，Ａｃ_ｎ，Ａｄ_ｎは既知なので、単位投光エリアＦ（ｊ），ｊ＝１〜Ｎから出射される測定光Ｌ３（ｊ）のストークスベクトルＳ_ｊをＳ_ｊ＝（Ｓ０_ｊ，Ｓ１_ｊ，Ｓ２_ｊ，Ｓ３_ｊ）^Ｔとすると、各結合画素による測定値はＡａ_ｎ・Ｓ_ｊ，Ａｂ_ｎ・Ｓ_ｊ，Ａｃ_ｎ・Ｓ_ｊ，Ａｄ_ｎ・Ｓ_ｊである。これを用いると上述の数４の式は、下記数５の式で表される。

数５の式において、ＳパラメータＳ０_ｊ〜Ｓ３_ｊの係数は、全て既知である偏光伝達行列Ａ_ｎの要素だけからなるので、数５の４個の方程式を解くことによって、単位投光エリアＦ（ｊ）から出射される測定光Ｌ３（ｊ）のＳパラメータＳ０_ｊ〜Ｓ３_ｊを決定することができる。ここでは、ある単位投光エリアＦ（ｊ）を例にしたが、他の単位投光エリアＦについても同様である。また、ここではＸ方向のある行の単位投光エリアＦについて例示したが、他の行も同様である。したがって、制御部１６は上述の方法で投光部１２の全ての単位投光エリアＦについて、出射される測定光Ｌ３のＳパラメータを決定する。

＜ 光学フィルムの測定 ＞
光学フィルム１１の偏光特性の測定（ステップＳ０４）は、次のように行われる。

まず、図１３に示すように、光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、光学フィルム１１の搬送方向Ｘの方向に並ぶ単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）と、対応する単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）が各々対向するように投光部１２と受光部１３が対向配置される。すなわち、単位投光エリアＦ（ｎ）から出射される測定光Ｌ３（ｎ）は、光学フィルム１１を透過した後、単位受光エリアＣＰ（ｎ）に入射する。

このように、単位受光エリアＣＰ（ｎ）と単位投光エリアＦ（ｎ）が一対一に対応するように配置された状態で、光学フィルム１１は、投光部１２と受光部１３の間をＸ方向に搬送される。このとき、投光部１２は測定光Ｌ３を光学フィルム１１に照射し、受光部１３は光学フィルム１１を透過した測定光Ｌ４によって、光学フィルム１１の搬送量に同期した一定のタイミングで光学フィルム１１を撮像する。

例えば、光学フィルム１１上のある単位測定エリアＥに着目すると、ある時、単位測定エリアＥは、単位投光エリアＦ（１）から照射される測定光Ｌ３（１）を照射され、単位測定エリアＥを透過した測定光Ｌ４（１）は、単位受光エリアＣＰ（１）で撮像される。その後、光学フィルム１１が搬送され、単位測定エリアＥは単位受光エリアＣＰ（２）に対応する位置に移動される。このとき、単位投光エリアＦ（２）から測定光Ｌ３（２）が照射され、受光器１３は、単位測定エリアＥを透過した測定光Ｌ４（２）によって単位受光エリアＣＰ（２）で単位測定エリアＥを撮像する。

同様に、光学フィルム１１は単位受光エリアＣＰに対応するステップでＸ方向に搬送されることにより、順次、光学フィルム１１は対応する単位投光エリアＦ（１），Ｆ（２），・・・からの測定光Ｌ３の照射を受け、対応する位置の単位受光エリアＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・によって撮像される。

ここでは、簡単のために、ある単位測定エリアＥに着目して説明したが、受光部１３は視野１３ａの全面を撮像するので、複数の単位測定エリアＥが同時に撮像される。例えば、着目した単位測定エリアＥと同行に位置するＮ個の単位測定エリアが、単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で各々撮像される。同様にＮ個の単位受光エリアＣＰが並ぶ行が、光学フィルム１１の幅方向Ｙにも複数行あるが、これらについても同様である。

但し、光学特性測定装置１０は、前述の投光部１２のキャリブレーション時と同様に、１つの単位測定エリアＥに対して、２次元の記憶領域４６を確保し（図１２参照）、単位測定エリアＥ毎にまとめて４Ｎ個全ての測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎを記憶する。

上述のようにして得られた単位測定エリアＥについて４Ｎ個の測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎは、制御部１６において、予め算出された試料測定行列Ｔ^＋を用いて単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊに変換される。その後、制御部１６は、算出した単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊを用いて、単位測定エリアＥにおける主軸方位αやレタデーションδを偏光特性として算出する。

＜ 試料測定行列 ＞
上述のように光学フィルム１１の偏光特性の測定が行われることをふまえ、試料測定行列Ｔ^＋は次のように算出される（ステップＳ０３）。

まず、単位投光エリアＦ（ｎ）から照射する測定光Ｌ３（ｎ）のストークスベクトルをＳ_ｎ、ある単位測定エリアＥのＭ行列、単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４（ｎ）のストークスベクトルをＳ′_ｎとすると、Ｓ′_ｎ＝Ｍ・Ｓ_ｎの関係にあり、具体的に書けば下記数６の式で表される。

また、単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４（ｎ）は、単位投光エリアＦ（ｎ）に対応する位置にある単位受光エリアＣＰ（ｎ）に入射する。このとき単位受光エリアＣＰ（ｎ）の４つの結合画素で得られるそれぞれ測定値Ｄは、測定光Ｌ４（ｎ）のストークスベクトルをＳ′_ｎと、各結合画素の偏光伝達行列Ａａ_ｎ〜Ａｄ_ｎ，を用いて、Ｄ_ｎ＝Ａｘ_ｎ・Ｓ′_ｎ（ｘ＝ａ〜ｄ）であり、例えば、結合画素ＣＰａ（ｎ）について具体的に書けば、下記数７の式で表される。

そして、上述の数６を数７の式に代入すれば、測定値Ｄ_ｎは測定光Ｌ３（ｎ）のストークスベクトルをＳ_ｎと、単位測定エリアＥのＭ行列によって、Ｄ_ｎ＝Ａ_ｎ・（Ｍ・Ｓ_ｎ）と表せ、例えば、結合画素ＣＰａ（ｎ）について具体的に書けば、下記数８の式で表される。

上述の数８の式は、単位受光エリアＣＰ（ｎ）の結合画素ＣＰａ（ｎ）による測定値Ｄ_ｎであり、単位受光エリアＣＰ（ｎ）には４つの結合画素ＣＰａ（ｎ）〜ＣＰｄ（ｎ）があり、さらに、単位測定エリアＥは、単位受光エリアＣＰ（１）〜（Ｎ）で撮像されるので、１つの測定値Ｅに対して測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎが得られる。これは１つの単位測定エリアＥにつき、４Ｎ個の方程式が得られることを意味する。

また、数８の式においては、偏光伝達行列Ａの要素及び測定光Ｌ３のＳパラメータはキャリブレーションにより全て既知量であり、未知量は単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊである。このため、上述の数８の式を測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎの順に並べ、測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎを配列した測定値ベクトルＤをＤ＝（Ｄ_１，Ｄ_２，・・・，Ｄ_４Ｎ）、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊを再配列したベクトルＭ′（以下、Ｍ要素ベクトルという）をＭ′＝（Ｍ_１１，・・・，Ｍ_１４，Ｍ_２１，・・・，Ｍ_２４，Ｍ_３１，・・・，Ｍ_３４，Ｍ_４１，・・・，Ｍ_４４）^Ｔとして行列形式でまとめて書くと、Ｄ＝Ｔ・Ｍ′で表される。これを具体的に書けば、下記数９になる（測定値Ｄの添字と、波長板及び結合画素の対応は図１２参照）。測定値ベクトルＤは４Ｎ個の要素からなり、Ｍ要素ベクトルＭ′は１６個の要素からなる。また、行列Ｔは、Ｍ行列要素Ｍ_ｉｊを測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎに対応付ける変換行列であり、４Ｎ×１６行列である。

数９の式からわかるとおり、Ｍ要素ベクトルＭ′を測定値ベクトルＤに対応付ける変換行列Ｔの要素は、既知量である偏光伝達行列Ａの要素及び測定光Ｌ３のＳパラメータからなる。このため、制御部１６は、受光部１３と投光部１２のキャリブレーションが完了した段階で、各結合画素及び各単位投光エリアＦについて得られた偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のＳパラメータを用いて、予め変換行列Ｔを算出する。

一方、測定により得られるデータは測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎ（測定値ベクトルＤ）なので、数９の式とは逆に測定値ベクトルＤを、Ｍ要素ベクトルＭ′に対応付けるように、変換行列Ｔの逆行列Ｔ^＋を算出する。こうして算出される変換行列Ｔの逆行列が試料測定行列Ｔ^＋である。

変換行列Ｔは、前述のとおり４Ｎ×１６行列であり、Ｘ方向に並んだ単位受光エリアＣＰの数Ｎによっては正方行列ではないので、正確には変換行列Ｔの擬似逆行列が試料測定行列Ｔ^＋である。変換行列Ｔの逆行列（擬似逆行列）が存在しない場合もあるが、試料を直線複屈折に限定して特定すべきＭ要素を削減することで試料測定行列Ｔ^＋を算出することができる。以下、光学特性測定装置１０では、試料測定行列Ｔ^＋が算出可能な構成となっているとする。

制御部１６は、光学フィルム１１の偏光特性の測定開始前に、上述のように受光部１３及び投光部１２のキャリブレーションで得られた偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のＳパラメータから試料測定行列Ｔ^＋を予め算出し、保持している。また、ここではＸ方向のある行に並ぶ単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）及び単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）を例に説明したが、他の行についても同様に試料測定行列Ｔ^＋を予め算出する。このため、制御部１６は、単位測定エリアＥがＸ方向に並ぶ全ての単位受光エリアＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で測定されると同時に、得られた測定値Ｄ_１〜Ｄ_Ｎと試料測定行列Ｔ^＋を用いて、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊを算出する。

＜ 偏光特性の算出 ＞
単位測定エリアＥの偏光特性は、上述のように算出される単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊに基づいて、次のように算出される（ステップＳ０６）。単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊが全て特定されることにより、直線複屈折、直線２色性、円複屈折、円２色性、偏光解消等の偏光特性を算出可能であるが、以下では、簡単のために、光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせ、この直線複屈折の主軸方位αとレタデーションδを算出する例を説明する。

光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせる場合、単位測定エリアＥのＭ行列は下記数１０の式で表される。また、Ｑ_１〜Ｑ_５は、単位測定エリアＥの主軸方位αとレタデーションδを用いて数１１で表される量である。但し、Ｋ_１＝ｃｏｓ２α、Ｋ_２＝ｓｉｎ２αである。

したがって、制御部１６は、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍ_ｉｊを用いて、例えば、主軸方位αをｔａｎ２α＝Ｑ_４／Ｑ_５によって、レタデーションδをｓｉｎδ＝Ｑ_４／Ｑ_２によって算出する。

上述のように、光学特性測定装置１０は、分割波長板３１によって光学フィルム１１の搬送方向Ｘに４種類の波長板３１ａ〜３１ｄを配列した受光部１３で光学フィルム１１を撮像し、偏光特性の算出に必要な複数の偏光状態での測定を行う。このため、光学特性測定装置１０は、光学フィルム１１の搬送を止めずに、常にＸ方向に搬送しながら迅速に偏光特性の測定を行うことができる。例えば、空間分解能１ｍｍ□、軸方位測定精度０．１度の条件で所定サイズの光学フィルム１１を測定する場合、従来のように受光部１３を移動させるたびに光学フィルム１１の搬送を止めながら測定を行うと約１０分を要するところ、光学フィルム１１の搬送を止めない光学特性測定装置１０によれば約２分半で偏光特性の測定を完了することができる。

また、光学特性測定装置１０は、撮像素子３４の各画素Ｐで取得されるデータを測定値とするのではなく、単位受光エリアＣＰを単位として光学フィルム１１の偏光特性の測定を行い、単位受光エリアＣＰに含まれる結合画素毎に複数の画素Ｐの平均値を測定値とするので、撮像素子３４のノイズを低減し、高精度な偏光特性の測定を行うことができる。

さらに、単位受光エリアＣＰは、分割波長板３１内の各波長板３１ａ〜３１ｄのそれぞれに対して４つの結合画素を有し、これら全ての結合画素から得られる測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎを用いて光学フィルム１１の偏光特性を算出する。これは、複数回の測定を行って平均すること同等の作用があり、１つの波長板で１回の測定を行って偏光特性を算出する場合よりもＳ／Ｎ比を向上させることができる。したがって、光学特性測定装置１０では特に高精度な偏光特性の測定を行うことができる。

特性測定装置１０は、受光部１３のキャリブレーションにより複数の結合画素の偏光伝達行列Ａをそれぞれ求め、投光部１２のキャリブレーションにより各結合画素ＣＰに対応する単位投光エリアＦから出射される測定光Ｌ３のＳパラメータを算出し、さらに、得られた偏光伝達行列Ａと測定光Ｌ３のＳパラメータに基づいて、試料測定行列Ｔ^＋を光学フィルム１１の偏光特性の測定前に予め算出しておく。そして、光学フィルム１１の偏光特性の測定時には、各結合画素で得られる測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎと、試料測定行列Ｔ^＋とを用いて、光学フィルム１１（単位測定エリアＥ）のＭ行列要素Ｍ_ｉｊを算出し、算出したＭ行列要素Ｍ_ｉｊを用いて偏光特性を算出する。このため、光学特性測定装置１０によれば、直線複屈折、直線２色性、円複屈折、円２色性、偏光解消等の種々の偏光特性を、迅速かつ正確に算出することができる。

なお、前述のように、光学特性測定装置１０は、受光部１３の視野１３ａにほぼ一致するように測定光Ｌ３を照射する投光部１２を備える。これにより、光学特性測定装置１０は、投光部１２のキャリブレーションを迅速に行うことができる。例えば、受光部１３の視野１３ａ外まで測定光Ｌ３を照射する大面積の投光部を用い、受光部１３を移動させながら光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、光学フィルム１１の偏光特性の測定開始に先立って、投光部１２による測定光Ｌ３の照射範囲（投光面１２ａ）の全体について、キャリブレーションにより測定光Ｌ３のＳパラメータを決定しなければならない。この場合と比較すると、光学特性測定装置１０は、Ｓパラメータを決定しなければならない面積が小さいのでキャリブレーションに要する時間は短い。また、投光部１２のサイズも必要最小限であるので、投光部１２にかかるコストも少なく済む。

なお、上述の実施形態では、投光部１２は、受光部１３の視野１３ａ内でほぼ一様な円偏光を測定光Ｌ３として照射するが、単位投光エリアＦ毎に照射する測定光Ｌ３のＳパラメータが異なる例を説明したが、これに限らない。例えば、全ての単位投光エリアＦでＳパラメータが均一な測定光Ｌ３を照射する投光部１２を用いても良い。この場合、単位投光エリアＦ毎のＳパラメータは全て同一値であり、上述の実施形態では単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）で各々区別していたストークスベクトルＳ_ｎは単一のＳ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とすることができる。このため、前述の数８に対応する式は、Ｓパラメータについて単位投光エリアＦ（ｎ）を区別する添字ｎをなくし、下記数１２で表される。

したがって、前述の数９と同様に、測定値Ｄ_１〜Ｄ_Ｎの式を並べ、測定値ベクトルＤ、Ｍ要素ベクトルＭ′を用いて、Ｍ要素ベクトルＭ′を測定値ベクトルＤに対応付ける行列式を書くと、下記数１３になる。

さらに、光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせる場合には、単位測定エリアＥのＭ行列は前述の数１０で表せるので、これを用いて上述の数１３を整理すると、下記数１４のように書ける。そして、Ｍ行列要素が０となる行を削除すると下記数１５となり、さらに整理すると、下記数１６となる。

したがって、数１６において、各結合画素の偏光伝達行列Ａの要素からなる行列Ｔ′とし、その逆行列をＴ′^＋とすれば、下記数１７となる。但し、Φ、ψ、ξは、下記数１８で表される。

また、測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎ（測定値ベクトルＤ）から数１８の左辺の要素（Ｓ０，Φ、ψ、ξ）を算出することができれば、これらの各要素を用いて、主軸方位α及びレタデーションδは下記数１９の式で求めることができる。

このため、制御部１６は、試料測定行列として行列Ｔ′^＋を算出しておき、測定値Ｄ_１〜Ｄ_Ｎから数１８の左辺の要素（Ｓ０，Φ、ψ、ξ）を算出し、数１９に基づいて主軸方位α及びレタデーションδを算出するようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、分割波長板３１に第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの４種の波長板を設ける例を説明したが、これに限らない。例えば、偏光特性を精度良く測定するためには、分割波長板３１に設ける波長板の種類（種類は主軸方向と遅相量で決まる）は４以上であっても良い。このように、分割波長板３１内の波長板の種類を増加させると、各結合画素の測定値Ｄに含まれるノイズの遮断周波数を高くし、より高精度に光学フィルム１１の偏光特性を測定することができるようになる。

但し、分割波長板３１内の波長板の種類を単に増加し過ぎると、１つの波長板の面積が小さくなるために、前述のような平均効果が小さくなり、測定値の信頼度が低下する。また、分割波長板３１内の波長板の境界を跨ぐ単位受光エリアＣＰ及び結合画素は測定に使用できないので、分割波長板３１内の波長板の種類を多くするほど、使用できない単位受光エリアＣＰの数も増大し、撮像素子３４の実質的な受光面積が小さくなる。これは、Ｓ／Ｎ比の低下を意味する。こうしたことから、分割波長板３１内の波長板の種類は、偏光特性の算出に必要な最小限の４種類以上であれば良く、多くとも４０種類以下であることが好ましい。

なお、上述の実施形態では、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、第１波長板３１ａの主軸方向を基準として３６度ずつ回転した方向としたが、これは、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの各主軸方向が最も離れるように、１８０度を均等に分割する角度である。したがって、Ｎ（４以上）個の波長板で分割波長板３１を構成する場合には、１つの波長板の主軸方向を基準として、他の波長板の主軸方向が１８０／（Ｎ＋１）度ずつ回転した向きになっていることが好ましい。但し、前述のように、キャリブレーション時に実測して受光部１３の偏光伝達行列が求められるので、厳密さは不要であり、例えば、上述の値の概ね±０．５度の範囲内であれば良い。

また、上述の実施形態では、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量はいずれも１３５度である。このように、各波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向が互いに最も離れる角度になるように配置し、かつ、遅相量が約１３５度であることで、試料測定行列Ｔ^＋（及び偏光特性）を算出するときに最も誤差を小さくできる。

上述の各波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量は、シミュレーションの結果によって定めた値である。具体的には、図１４及び図１５に示すように、試料測定行列Ｔ^＋を算出するときの計算誤差は、波長板の種類数（４種類を４分割と表す）によらず、波長板の遅相量が概ね１２０〜１４０度の場合、及び２２０〜２４０度の場合に最小になることがわかる。より詳細なシミュレーションによれば、遅相量が約１３５度または約２２５度の場合に計算誤差が採用になることがわかった。こうしたことから、分割波長板３１内の波長板は、遅相量が、７０度以上１７０度以下または１９０度以上２９０度以下の範囲（図１５で相対誤差が概ね２０以下となる範囲）であれば良く、１００度以上１６０度以下または２００度以上２６０度以下の範囲（図１５で相対誤差が２桁に収まる範囲）であることが好ましく、上述のように誤差が概ね最小になる１２０度以上１４０度以下または２２０度以上２４０度以下であることがより好ましく、約１３５度または約２２５度であることが特に好ましい。

なお、上述の実施形態では、分割波長板３１と偏光板３２がテレセントリックレンズ３３の前（光学フィルム１１側）に配置される例を説明したが、これに限らない。例えば、図１６に示すように、撮像素子３４とテレセントリックレンズ３３の間に分割波長板３１と偏光板３２を配置しても良い。この場合、テレセントリックレンズ３３の前に設ける場合と比較して、分割波長板３１や偏光板３２を小さくすることができるので、面積が小さい分、分割波長板３１及び偏光板３２のコストを低減することができる。但し、結合画素の偏光伝達行列Ａの誤差が大きくなりやすい。

なお、上述の実施形態では、１×４画素を１つの結合画素とする例を説明したが、これに限らない。図１７に示すように、結合画素を構成する画素数（以下、結合数という）が大きくなるほど、結合画素毎の出力値（測定値）のばらつきが小さくなる。このため、結合数をある程度大きくして測定しなければ、同じ単位測定エリアＥに対して測定回数（撮像回数）を増やして平均化する等しない限り、撮像素子３４のノイズのために、単位測定エリアＥの偏光特性を精度良く測定することができない。このため、上述の実施形態で説明したように、画素Ｐ毎の出力値を測定子として用いるのではなく、少なくとも２以上の画素で形成される結合画素を測定の単位として用いることが好ましい。

図１７のグラフは、撮像素子３４として１２ビット出力のＣＣＤ型撮像素子（１／１．８インチ、２００万画素、画素Ｐのサイズは４．４μｍ□）を用い、比較的明るい一定の光（出力値が３７４０付近になる光）を入射させ、結合数（ｘ）を変えながら、２５６回の測定を行って得られた全出力値のうち最大値から最小値を引いた値をばらつき（ｙ）としてプロットしたものである（黒丸）。各点から得られる近似曲線（破線）は、ｙ＝１７１．６８ｘ^{−０．５００６}であり、結合数ｘに対してほぼ−１／２乗に比例していることから、撮像素子３４の出力に重畳するノイズは、ランダムノイズの性質がある。

なお、上述の実施形態では、投光部１２や受光部１３は移動せず、光学フィルム１１をＸ方向に搬送しながら偏光特性の測定を行う例を説明したが、これに限らない。光学フィルム１１の偏光特性の測定には、投光部１２及び受光部１３の組と、光学フィルム１１が所定方向（Ｘ方向）に相対的に移動していれば良いので例えば、光学フィルム１１を固定し、投光部１２や受光部１３を一体に移動させながら偏光特性の測定を行っても良い。また、光学フィルム１１と、投光部１２及び受光部１３をともに相対的に移動させながら偏光特性の測定を行っても良い。

なお、上述の実施形態では、受光部１３の視野１３ａが光学フィルム１１の幅方向（Ｙ方向）の一部分であり、光学フィルム１１の偏光特性が測定される領域は、視野１３ａを光学フィルム１１の搬送方向Ｘに延ばした帯状の領域であり、光学フィルム１１の一部である。したがって、光学フィルム１１の全面の偏光特性を測定する場合、例えば、図１８に示すように、光学フィルム１１の幅方向に複数組の投光部１２Ａ〜１２Ｄ、受光部１３Ａ〜１３Ｄを設けることが好ましい。この場合、投光部及び受光部の各組は、幅方向に１列に並んで配置される必要はなく、光学フィルム１１が搬送されたときに、投光部及び受光部の各組によって光学フィルム１１の全面が隙間なく測定される配置であれば良い。

また、図１８では、光学フィルム１１の幅方向に複数組の投光部１２Ａ〜１２Ｄ、受光部１３Ａ〜１３Ｄを設ける例を説明したが、図１９に示すように、１組の投光部１２及び受光部１３を幅方向に掃引して、光学フィルム１１の全面を漏れなく測定するようにしても良い。

なお、上述の実施形態では、投光部１２は、視野１３ａ内にほぼ一様な円偏光の測定光Ｌ３を照射する例を説明し、また、投光部１２が照射する測定光Ｌ３が視野１３ａ内で完全に一様であり、各単位投光エリアＦでＳパラメータに区別がない変形例を説明した。しかし、投光部１２が照射する測定光Ｌ３が視野１３ａ内で完全に一様であることに加え、受光部１３においてＸ方向に並ぶ単位受光エリアＣＰ間で同じ波長板に対応する各結合画素に区別がないほど受光部１３が精巧に形成されている場合には、試料測定行列Ｔ^＋が算出できないことがある。

これは、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータに区別がなく、かつ、同じ波長板に対応する各結合画素間で偏光伝達行列Ａにも区別がない場合に相当する。具体的には、例えば前述の数９において、Ｓ０_ｎ〜Ｓ３_ｎとＡ１ａ_ｎ〜Ａ４ａ_ｎ，Ａ１ｂ_ｎ〜Ａ４ｂ_ｎ，Ａ１ｃ_ｎ〜Ａ４ｃ_ｎ，Ａ１ｄ_ｎ〜Ａ４ｄ_ｎの添字ｎによる区別がない場合である。この場合、各測定値Ｄ_１〜Ｄ_４Ｎも、波長板３１ａ〜３１ｄの数に応じて４種類の値になる。したがって、数９の式は、未知数が全１６個（Ｍ行列要素Ｍ_ｉｊ）あるにもかかわらず、４本の方程式と実質的に同じものになってしまい、試料測定行列Ｔ^＋は算出できず、Ｍ行列要素Ｍ_ｉｊも決定できない（あるいは極めて誤差が大きい）ので、偏光特性も算出できない。

こうしたことを鑑みて、測定光Ｌ３を時間的に変調することにより、測定光Ｌ３のＳパラメータに単位投光エリアＦ毎の区別を積極的に生じさせ、上述のような不具合が発生しないようにしても良い。この場合には、これまで進めてきた直線複屈折試料であるという限定が解除され、数１３における擬似逆行列は存在し、試料のＭ要素のすべてを測定することが可能になる。

測定光Ｌ３を時間的に変調するには、例えば、図２０に示すように、投光部１２を、面光源２１，偏光板２２，１／４波長板５１で構成する。面光源２１及び偏光板２２は、１／４波長板５１の形状に合わせて、模式的に、円形に形成されているが、上述の実施形態で説明した面光源２１，偏光板２２と同じものである。一方、１／４波長板５１は、モータ５２によって測定光Ｌ３の照射光軸５３のまわりに回転するように設けられる。１／４波長板５１の回転は、制御部１６によって制御され、右回りまたは左回りに、光学フィルム１１の搬送量や受光部１３の撮像タイミングと同期した所定速度で回転される。これにより、１／４波長板の主軸方位γが変化する。

こうして１／４波長板５１が回転される場合、図２１に示すように、ある単位測定エリアＥに着目すると、１回目の測定は単位受光エリアＣＰ（１）によって行われ、このとき照射される測定光Ｌ３は、１／４波長板５１の主軸方位γに応じたＳパラメータの測定光となる。次いで、光学フィルム１１が単位受光エリアＣＰの幅分だけ搬送され、単位受光エリアＣＰ（２）に対応する位置に入ると、２回目の測定が行われる。２回目の測定では、１／４波長板５１が回転しているので主軸方位γの方向が変化し、単位測定エリアＥに照射される測定光Ｌ３のＳパラメータは、単位受光エリアＣＰ（１）による１回目の測定時から変化している。このため、単位受光エリアＣＰ（１）と単位受光エリアＣＰ（２）に偏光伝達行列Ａに差がなくても、各々で得られる測定値Ｄ１，Ｄ２は異なり、前述の数８の式で表される式も互いに独立のものとなる。そして、３回目の測定以降も同様である。

したがって、上述のように、投光部１２の１／４波長板を回転させ、測定光Ｌ３を時間的に変調することにより、前述の数９に含まれるＮ本の方程式を互いに独立なものになる。これにより、試料測定行列Ｔ^＋、Ｍ行列要素Ｍ_ｉｊ、種々の偏光特性を安定して算出することができる。

なお、上述のように投光部１２の１／４波長板を回転させる場合には、主に回転角に応じて測定光Ｌ３のＳパラメータが変化する。このため、回転角とＳパラメータとの対応関係を１度求めておけば、測定開始時の投光部１２のキャリブレーションは、必ずしも毎回は必要ない。したがって、投光部１２の１／４波長板や偏光板を回転させて測定光Ｌ３を時間変調する場合には、投光部１２のキャリブレーションに要する時間が削減でき、速やかに光学フィルム１１の偏光測定を開始することができる。

なお、測定光Ｌ３を積極的に、空間的に変調することによっても同目的を達成することができる。このように、測定光Ｌ３を空間変調する場合には、例えば図２２に示すように、投光部１２の１／４波長板を、Ｘ方向に複数種類の１／４波長板を並べた分割波長板６１とすれば良い。但し、投光部１２の分割波長板６１は、受光部１３の分割波長板３１よりも分割数を細かくし、少なくとも各波長板３１ａ〜３１ｄに、複数の１／４波長板６１ａ，６１ｂ・・・が含まれるようにすることが好ましい。

投光部１２の分割波長板６１を形成する各１／４波長板６１ａ，６１ｂ，・・・は、主軸方向γの配列は任意であり、時間変調の例と対応するように周期的に変化するように配置しても良いし、ランダムでも良い。

なお、上述の実施形態では、光学フィルム１１の搬送量と受光部１３による測定タイミングが同期され、単位測定エリアＥは各単位受光エリアＣＰで１回ずつ、合計でＮ回測定される例を説明したがこれに限らない。例えば、より測定精度を向上させるためには、より測定回数を増加させることが好ましい。

この場合、図２３に示すように、光学フィルム１１の搬送量に対して、例えば２倍の回数、測定を行うようにする。ある単位測定エリアＥについて、単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）において２ｎ−２回目の測定を行った後、光学フィルム１１を単位測定エリアＥの半分の長さだけ搬送したときに受光部１３は光学フィルム１１を撮像する。この２ｎ−２回目の測定では、単位測定エリアＥによるデータは単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）と単位受光エリアＣＰ（ｎ）で測定されることになる。その後も、単位測定エリアＥの半分の長さだけ光学フィルム１１を搬送したときに、受光部１３が光学フィルム１１を撮像するようにする。

こうすると、（ａ），（ｃ），（ｄ）で示す２ｎ−２回目，２ｎ回目，２ｎ＋２回目の測定で得られる測定値は、上述の実施形態で得られるものと同じであるが、（ｂ）（ｄ）で示す２ｎ−１回目、２ｎ＋１回目の測定のように、単位測定エリアＥが２つの単位受光エリアＣＰにまたがって測定される分、多くの測定値が得られる。

単位測定エリアＥが２つの単位受光エリアＣＰにまたがって測定される場合の測定値の扱いは次のようにすれば良い。例えば、図２４に示すように、単位測定エリアＥが単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）と単位受光エリアＣＰ（ｎ）にまたがって測定された場合には、単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）で得た測定値Ｄ_ｎ−１と、単位受光エリアＣＰ（ｎ）で得た測定値Ｄ_ｎを、単位測定エリアＥが両単位受光エリアＣＰ（ｎ−１），ＣＰ（ｎ）に重複している割合に応じて混合した値を、この測定回における単位測定エリアＥの測定値とする。具体的には、今の場合、単位測定エリアＥが両単位受光エリアＣＰ（ｎ−１），ＣＰ（ｎ）に重複している割合は、単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）で１／２、単位受光エリアＣＰ（ｎ）で１／２なので、１／２・Ｄ_ｎ−１＋１／２・Ｄ_ｎをこの測定での単位測定エリアＥの測定値とすれば良い。したがって、単位測定エリアＥが、単位受光エリアＣＰ（ｎ−１）の３／１０の位置、かつ、単位受光エリアＣＰ（ｎ）の７／１０の位置にあるときに測定した場合には、３／１０・Ｄ_ｎ−１＋７／１０・Ｄ_ｎをこの測定での単位測定エリアＥの測定値とすれば良い。

なお、上述の実施形態では、受光部１３のキャリブレーション時に、各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄを算出し、これを用いて単位投光エリアＦのＳパラメータを算出する態様を説明したが、これに限らない。例えば、各波長板３１ａ〜３１ｄで、任意に代表とする単位受光エリアＣＰを各々定める。すると、各波長板３１ａ〜３１ｄについて１つずつ、Ｄ_代表＝Ａ_代表・Ｓ_ｊの式が得られる。したがって、これらの４つの方程式を解くことによっても測定光Ｌ３のストークスベクトルＳ_ｊを算出するようにしても良い。但し、上述の実施形態のように各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄを利用するほうが、高精度に測定光Ｌ３のストークスベクトルＳ_ｊを算出することができる。

なお、上述の実施形態では、撮像素子３４としてＣＣＤ型の撮像素子を用いる例を説明したが、撮像素子３４としてＣＭＯＳ型の撮像素子を用いても良い。この場合も、上述のＣＣＤの場合と同様、単位受光エリアＣＰを測定単位とする。また、結合画素の結合数等を決定法もＣＣＤの場合と同様である。

なお、上述の実施形態では、幅方向Ｙと比較して、搬送方向Ｘにほぼ無限の長さを有する光学フィルム１１の偏光特性を測定する例を説明したが、光学特性測定装置１０で測定する光学フィルム１１の態様はこれに限らない。例えば、液晶表示装置等に用いるために、適切なサイズに切断された光学フィルムの偏光特性も光学特性測定装置１０で好適に測定することができる。

また、上述の実施形態では、光学フィルム１１の偏光特性を測定する例を説明したが、これに限らず、測定光Ｌ３を透過するものであれば、その偏光特性を光学特性測定装置１０で測定することができる。例えば、フィルムというには厚い板状の素子（あるいは材料）、表面に凹凸等の加工が施された素子等の偏光特性も、測定光Ｌ３を透過するものであれば、光学特性測定装置１０で好適に測定することができる。

さらに、上述の実施形態では、光学フィルム１１が一様な偏光特性を有するものとしたが、光学特性測定装置１０は、測定対象物の偏光特性、あるいは偏光特性の分布等によらず、その偏光特性を測定することができる。例えば、部分的に偏光特性が異なるような素子や周期的に偏光特性が異なるような素子であっても光学特性測定装置１０でその偏光特性を好適に測定することができる。

１０ 光学特性測定装置
１１ 光学フィルム
１２ 投光部
１３ 受光部
２１，４２ 面光源
２２，３２，４４ 偏光板
２３，４３，５１ １／４波長板
３１，６１ 分割波長板
３３ テレセントリックレンズ
３４ 撮像素子
４１ 基準投光部

Claims (17)

1. 透明な測定対象に所定偏光状態の光を測定光として照射する投光手段と、
   所定方向に配列された複数種類の波長板と、前記波長板を透過した前記測定光が入射される撮像領域において、ひとつの測定値を得る単位となる小領域が前記波長板の各々に対応するように設けられた単位受光エリアが前記所定方向に沿って複数配列され、前記測定対象を透過した前記測定光を、前記小領域毎に前記波長板によって定まる複数種類の偏光状態で受光する受光手段と、
   前記単位受光エリアに対応するサイズの前記測定対象上の領域を単位測定エリアとするときに、前記単位測定エリアを前記所定方向に垂直な方向に移動させる移動手段と、
   前記移動手段によって前記単位測定エリアを移動させながら前記単位測定エリアを透過した前記測定光を複数の前記単位受光エリアで受光することにより、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる測定値に基づいて、前記単位測定エリアのミュラー行列を算出するミュラー行列算出手段と、
   前記単位測定エリアのミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出手段と、
   を備えることを特徴とする光学特性測定装置。
2. 前記単位受光エリアに対応するサイズの前記投光手段上のエリアを単位投光エリアとするときに、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータが前記単位投光エリア毎に予め測定されるとともに、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける偏光伝達行列が前記単位受光エリア毎に予め測定され、
   前記ミュラー行列算出手段は、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータと前記偏光伝達行列とに基づいて、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を予め算出し、前記測定値が得られたときに前記試料測定行列を用いて前記ミュラー行列の要素を各々算出することを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。
3. 前記投光手段は、前記所定方向に沿って移動自在に設けられ、
   前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータは、前記測定対象がない状態で、前記投光手段を前記所定方向に移動させながら、前記測定光を前記受光手段で受光することにより測定されることを特徴とする請求項２記載の光学特性測定装置。
4. 前記投光手段は、前記受光手段の視野とほぼ同じ大きさの範囲に前記測定光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
5. 前記投光手段は、前記測定光として円偏光を前記測定対象に照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
6. 前記投光手段は、平面状の発光面から無偏光状態の光を発する面光源と、前記面光源から入射する光を直線偏光に整える偏光板と、前記偏光板から入射する直線偏光を円偏光に変換して前記測定対象に照射する１／４波長板とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
7. 前記１／４波長板は、前記測定光の照射光軸の周りに回転自在に設けられていることを特徴とする請求項６記載の光学特性測定装置。
8. 前記受光手段は、前記複数種類の波長板を透過した前記測定光を前記撮像手段の前記撮像領域に結像させるレンズを備え、
   前記レンズは、物体側において光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
9. 前記レンズは、物体側及び像側において光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであることを特徴とする請求項８記載の光学特性測定装置。
10. 前記受光手段は、前記複数種類の波長板として、４種類以上４０種類以下の波長板を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
11. 前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、前記所定方向に対して各々の主軸方向が異なるように配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
12. 前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、遅相量が７０度以上１７０度以下又は１９０度以上２９０度以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
13. 前記小領域は、隣接する複数の画素からなり、属する複数の画素の出力値を平均した値をひとつの測定値とする結合画素であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
14. 前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に複数備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
15. 前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に移動させることにより、前記測定対象の全面を測定することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
16. 透明な測定対象に投光手段から所定偏光状態の光を測定光として照射し、前記測定対象を透過した前記測定光を、ひとつの測定値を得る単位となる小領域毎に複数種類の偏光状態で受光し、前記測定対象を単位測定エリアに区切って、前記小領域毎の前記測定値を得るときに、前記測定対象と前記小領域を備える受光手段とを相対的に移動させながら受光することにより、ひとつの前記単位測定エリアに対して、複数種類の偏光状態で測定された複数の前記測定値を得る測定ステップと、
    前記測定ステップで得られた複数の前記測定値に基づいて前記単位測定エリアのミュラー行列を、前記単位測定エリア毎に算出するミュラー行列算出ステップと、
    前記ミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出ステップと、
    を備えることを特徴とする光学特性測定方法。
17. 前記ミュラー行列算出ステップは、複数の前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を用いて前記測定値から前記ミュラー行列を算出し、
    前記試料測定行列は、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける行列であり、前記単位投光エリア毎に予め測定された偏光伝達行列と、前記単位受光エリアに対応する前記投光手段上の単位投光エリア毎に予め測定するされたストークスパラメータとを用いて予め算出されることを特徴とする請求項１６記載の光学特性測定方法。