JP5715381B2 - 光学特性測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学フイルムの偏光特性を測定する光学特性測定装置及び方法に関する。

液晶表示装置には、偏光板、視野角補正フイルム、反射防止フイルムなどの各種の光学特性を有する機能性プラスチック樹脂フイルム（以下「光学フイルム」という）が使用されている。液晶表示装置は、液晶のもつ複屈折特性を利用してコントラストを得ているため、使用する光学フイルムにも所定の複屈折特性をもたせる必要がある。この光学フイルムの複屈折特性が面全体にわたって均一性を有していない場合には、液晶表示装置における画像表示にムラが生じてしまうことになる。

したがって、液晶表示装置に光学フイルムを組み込む前には、フイルムが所望の複屈折特性を有しているか否かを測定する必要がある。複屈折特性の測定は、測定対象となる光学フイルムに対して測定光を照射する光源と、光学フイルムから出た光を受光する受光器と、光学フイルムの偏光特性などを測定するための位相差板や偏光板などの各種光学部材とを用いて行なわれる。

例えば、特許文献１では、光源と受光器であるCCDカメラの間においた位相差板を光軸まわりに回転させることによって様々な偏光状態を作り出している。そして、異なる偏光状態の画像をCCDカメラで撮像し、撮像により得られた画像群の各画素の輝度値変化から画素ごとに複屈折特性を算出している。また、特許文献２では、所定方向に搬送中の光学フイルムの複屈折特性をオンラインで測定する方法が開示されている。また、特許文献３では、フイルムを移動させながら測定を行う際に、CCDカメラの視野サイズと光学フイルムの移動速度とを考慮して撮像を繰り返すことによって、広い面積の光学フイルムの複屈折分布を測定する装置が開示されている。

特開２００９−２２９２７９号公報 特開平５−３４６３９７号公報 特開２００７−２６３５９３号公報

近年では、液晶表示装置が大型化していることから、それに組み込まれる光学フイルムも、広い面積を持った光学フイルムが使われるようになってきている。これに伴い、広い面積を有する光学フイルムの複屈折特性を測定できる装置や方法が求められている。例えば、２０インチ程度の液晶表示装置には、A３程度の大きさの光学フイルムの検査が必要となる。

この点において、上記の特許文献１〜３に示すような従来技術では、以下のような理由から、広面積の光学フイルムの複屈折特性を迅速且つ精度良く測定することができない問題がある。特許文献１の場合には、撮像レンズとしてテレセントリックレンズを用いることが望ましいが、レンズの視野はせいぜい一辺５ｃｍ前後であるので、A3サイズを一視野で検査することはできない。

したがって、CCDカメラの視野に合わせて、光学フイルムを複数の測定エリアに分け、その測定エリア毎に複屈折測定を行うことによって、全体の検査を行なう必要がある。このとき、各測定エリアにおいて、光学フイルムの偏光状態を測定するためにCCDカメラを静止させた状態で位相差板の角度を回転しながら撮像する必要がある。そのため、所定の測定エリアで撮像（静止）→別の測定エリアへCCDカメラを移動→別の測定エリアで撮像（静止）→・・・を繰り返すので、測定がなかなか進まずに時間がかかってしまう問題があった。

また、特許文献２では、光学フイルム上の一点を搬送方向に沿って測定している。特別な位相差板の回転がないことから、カメラまたはフイルムを停止することなく測定が可能である。そこで、一点測定を面測定に拡張するために、この測定装置を光学フイルムの幅方向に並べることが考えられる。しかしながら、特許文献２で示される測定装置の測定空間分解能が例えば１ｍｍ平方である場合には、この測定装置をA３サイズの光学フイルムの幅方向に配置しようとすると、全部で２９４台の装置が必要になってしまうことから、実現性はないといえる。ここで用いた「測定空間分解能」という言葉は、測定対象上の１測定点のサイズを意味しており、最終的に測定結果の分布を画像化したときにはその画像の画素サイズになる。

また、特許文献３で使用するCCDカメラには、各受光素子に光学フイルムの偏光状態の測定に必要な偏光子が設けられているため、特許文献１のように撮像のたびに位相差板を回転させる必要はない。しかしながら、この特許文献３では、CCDカメラが有するノイズの問題を解決できていないため、高精度な測定を行うことができない。

特許文献３では、１視野サイズの測定はCCDカメラの１回の撮像で得られる１枚の画像に基づいて行なわれている。CCDカメラにおいては、同一条件で連続撮像した場合にも、CCDのノイズによる輝度のばらつきによって、毎回得られる出力値には値の変動が生ずる。すなわち、特許文献３では測定の再現が不充分といわざるを得ない。

本発明は、２次元イメージセンサを用いてその撮像視野より広い面積をもつ光学フイルムの偏光特性を測定する場合に、複数の偏光状態の撮像のためにイメージセンサを光学フイルム上に静止させる必要性を無くすとともに、測定精度をあげるために行う同じ画像の複数回撮像についてもイメージセンサを停止させることなく行える様にした。このため、迅速で高い測定精度を有する偏光特性測定装置及び方法を提供することを目的とするものである。

本発明の光学特性測定装置は、測定分解能で仮想的に複数の測定画素に細分化された測定対象に特定の偏光照明を照射する投光手段と、偏光特性がそれぞれ異なり、第１の方向に整列して配列された少なくとも４種類の波長板と、各々の波長板に対応して複数の撮像エリアに区画され、かつ、各々の撮像エリアで測定画素を複数回撮像して、測定画素ごとに複数の出力値を出力するイメージセンサと、を有する撮像手段と、測定対象に対して撮像手段を相対的に前記第１の方向に移動させる走査手段と、を備え、走査手段による撮像手段の相対移動に伴って測定対象を撮像することにより、各々の撮像エリアで前記測定画素ごとに複数の前記出力値を取得し、測定画素ごとに、各々の撮像エリアで取得した複数の出力値を加算して、各々の撮像エリアの測定値とし、各々の撮像エリアの測定値を用いて測定画素ごとにストークスパラメータを算出することを特徴とする。イメージセンサは、隣接する複数の画素を結合した結合セルごとに１つの出力値を出力することが好ましい。測定対象から出た光とイメージセンサの各撮像エリアから出力される出力値との関係を表す偏光伝達行列を、測定の前に結合セル単位で求めておいて、偏光伝達行列と各々の撮像エリアの測定値とを用いて、測定画素ごとにストークスパラメータを求めることが好ましい。

図１に示すように、測定対象である光学フイルム１２の測定には測定空間分解能が与件として定められるため、最終的な測定結果は光学フイルム１２を測定空間分解能の大きさで細分化した微小エリアごとの測定結果の集合、すなわち光学特性の面分布情報である。測定対象である光学フイルム１２上には、測定空間分解能で仮想的に細分化されたエリアがあるとみなし、この１つ１つのエリアを総称して、これ以降、「測定画素E」と呼ぶ。

「結合セル」とは、隣接するイメージセンサの撮像セルを縦横に所定個数まとめて１つの大きなセル（結合セル）とし、そのセルの出力値は、結合セルに含まれる全ての撮像セルの出力値を平均した値とするものである。この１つ１つの結合セルを総称して、これ以降、「結合セルCP」と呼ぶ。

このように結合セルCP単位で撮像を行なう理由は、以下のとおりである。図２のグラフは、イメージセンサとして１２ビット出力のCCDカメラを使用したときの出力値のばらつきを示したものである。このグラフは、所定数の画素を結合した結合セルに対して比較的明るい光（出力値が３７４０付近になる光）を入力し、単純に２５６回測定を行なって全出力値のうち最大値から最小値を引いたばらつき幅をプロットしたものである。このグラフでは、縦軸はCCDカメラの出力値のばららつきを、横軸は画素の結合数を示す結合セル数を表している。ここで、例えば、結合セル数が４の結合セルは、縦２画素、横２画素を有している。なお、図２において、黒丸はCCDカメラの出力値のばらつき幅（測定結果）を、点線は黒丸から得た近似曲線を表している。この結果から、CCDカメラの出力にのるノイズは、結合セル数のほぼマイナス１／２乗に比例しており、ランダムノイズの性質があることがわかる。

このグラフが示すように１セル、４セル、９セル、１６セル、・・・とセルサイズ（結合セル数）を大きくするごとに、ＣＣＤカメラの出力値のばらつきが低くなっている。したがって、結合セル数をある程度大きくして撮像を行なわなければ、ＣＣＤカメラの出力値のばらつきが大きいため、撮像数を増やして平均化等をしない限り、精度良く測定することができない。なお、このグラフを得るために用いたＣＣＤは、１／１．８インチ、２００万画素、撮像セルサイズは４．４μｍ□のものである。

結合セルCPを構成する画素の個数は、１、４、９・・・のように、1から始まる N^２（Nは自然数）の数列の数が好ましく、最大値は前記イメージセンサ上に結像される測定対象の測定空間分解能（すなわち測定画素Eの大きさ）が結合セルの大きさになる数とする。

図３に、撮像部１５を示す。ここではイメージセンサとしてCCDを用いた例を示すが、イメージセンサとしてはCMOSでも良い。波長板は１枚につき１種類の偏光特性を具現化するとして４枚使用した例を示している。波長板の数も、後で述べるように4種類だけに限らない。撮像部１５の構造は、カメラケース４０と、ＣＣＤカメラ４１と、テレセントリックレンズ４２と、ＣＣＤカメラ回転機構４３と、第１〜第４波長板４５〜４８と、偏光板４９とを備えている。カメラケース４０は略直方体形状を有しており、第１〜第４波長板４５〜４８および偏光板４９を取り付けるための開口４０ａ（図４参照）が１つ形成されている。このカメラケース４０内に、ＣＣＤカメラ４１、テレセントリックレンズ４２、ＣＣＤカメラ回転機構４３が設けられている。なお、ＣＣＤカメラ回転機構４３は、結合セルの２次元配列の１方向を走査手段の走査方向と一致させる調整目的のためにある。なお、図３における矢印Xは、測定対象の相対移動方向（測定対象または撮像部のどちらが移動しても良い）を示している。

テレセントリックレンズ４２は、両側テレセントリックレンズか物体側テレセントリックレンズを用いる。テレセントリックレンズ４２は、測定対象の像をCCD上にそのレンズ倍率を掛けた大きさで結像する。（倍率としては、１倍〜1/3倍のものが使用される。）テレセントリックレンズの深い焦点深度と光軸に平行な光束を捕捉する能力のために、各波長板を透過した光は混じり合うことなくイメージセンサに届き、それぞれの波長板に対応した個別のエリアを形成する。この各波長板を通過した光束でもってできる実質的に波長板によって区画されたCCD上の各エリアを、以後、総称して「撮像エリア」と呼ぶ。

光学フイルム１２上のある１つの測定画素Eが、第１〜第４波長板４５〜４８を通して、撮像部１５でどのように測定されるかを、図４を用いて説明する。
なお、図４においては、説明を判りやすくするためテレセントリックレンズ４２における縮小または拡大効果、さらに倒置結像効果を図に含めておらず、光学フイルム１２上の1点がCCD５５上に等倍で正立に結像するように描いてある。

まず、光学フイルム１２上のある測定画素Ｅが走査手段により撮像部１５の視野内に入ってきた時、測定画素Ｅから出た光は、最初に第１波長板４５の区画に入りしばらくの間この区画を横断する。第１波長板４５はテレセントリックレンズ４２の作用で、CCD５５上に対応する撮像エリア５０に結像するので、測定画素Ｅが第１波長板４５の区画を横断中、測定画素Ｅの像は撮像エリア５０の区画を横断し、測定画素Ｅの一定距離の移動にあわせて複数回の撮像が行われる。同様に、第２〜第４波長板４６〜４８は、撮像エリア５１〜５３に結像し、測定画素Ｅはここでも複数回の撮像が行われる。

撮像手段に入射した光のストークスパラメータとイメージセンサから出力される出力値との関係を表す偏光伝達行列を、事前にCCDの結合セルCR単位で求めておく。

撮像で得られた測定画素Eに関するCCDの出力値は、測定画素Eから出た光のストークスパラメータとそれを撮像した結合セルが持つ偏光伝達行列の行列積である。

撮像で得られた測定画素Eに関するCCDの各出力値は撮像エリアごとに加算して、その撮像エリアにおける測定値として取り出す。同時に、測定画素Eの撮像時に使われる結合セルCRの偏光伝達行列の行列和も撮像エリアごと行っておく。こうして、測定画素Eに関する、測定値と光のストークスパラメータと偏光伝達行列の関係式が、撮像エリアの数（または具現化した偏光状態の種類の数）だけ得られる。測定値は撮像エリアの数の４種類あるためこれからストークスパラメータが算出できる。この工程を、測定画素Eごとに行うことで、測定対象のストークスパラメータの面分布情報を算出する。

イメージセンサは、隣接する２つの結合セルに跨って測定画素を撮像することが好ましい。出力値は、一方の結合セルのうち測定画素を撮像した画素が占める割合とその画素の出力平均値を掛けたものと、他方の結合セルのうち測定画素を撮像した画素が占める割合とその画素の出力平均値を掛けたものとからなることが好ましい。

走査手段は、測定対象又は撮像手段の少なくともいずれか一方を第１の方向に移動させるとともに、撮像手段による測定対象の第１の方向の撮像が完了するごとに、測定対象又は撮像手段の少なくともいずれか一方を第１の方向に直角で測定対象とは平行な第２の方向に移動させることが好ましい。

走査手段が、測定対象又は撮像手段の少なくともいずれか一方を第２の方向に移動させる場合には、撮像手段と投光手段の第２の方向における位置関係に変化が生じないように移動させ、投光手段は偏光照明の照射幅を撮像手段の第２の方向に沿った視野幅にすることが好ましい。

前記波長板によって具現化される偏光の種類の数が、４ないし４０であることが好ましい。前記波長板は、遅相量が７０°ないし１７０°または、１９０°ないし２９０°のいずれかであることが好ましい。

本発明の光学特性測定方法は、測定分解能で仮想的に複数の測定画素に細分化された測定対象に特定の偏光照明を照射する投光手段と、偏光特性がそれぞれ異なり、第１の方向に整列して配列された少なくとも４種類の波長板と、各々の波長板に対応して複数の撮像エリアに区画され、かつ、各々の撮像エリアで測定画素を複数回撮像して、測定画素ごとに複数の出力値を出力するイメージセンサと、を有する撮像手段と、測定対象に対して撮像手段を相対的に第１の方向に移動させる走査手段と、を用いて、走査手段による撮像手段の相対移動に伴って測定対象を撮像することにより、各々の撮像エリアで測定画素ごとに複数の前記出力値を取得し、測定画素ごとに、各々の撮像エリアで取得した複数の出力値を加算して、各々の撮像エリアの測定値とし、各々の撮像エリアの測定値を用いて測定画素ごとにストークスパラメータを算出することを特徴とする。

本発明によれば、偏光特性の異なる少なくとも４種類の波長板が第１の方向に整列して配列され、前記波長板の各々を透過した光を個別に撮像する波長板の４つの撮像エリアから構成されている撮像手段を用いているため、測定対象の撮像手段に対する第１の方向への移動に伴い、測定対象上の各測定画素は4種類以上の偏光測定撮像が前記相対移動中に連続して行われる。更に、１つの撮像エリア内では、各測定画素は異なる測定画素で複数回撮像され、そのおのおのの測定画素の偏光伝達行列が事前測定されているため、同一測定の複数回測定として実質平均処理が出来てS/N比を向上させることが出来る。このように、撮像手段を測定対象に対し止めることなく相対移動しながら、４種以上の偏光状態測定と複数回撮像を同時に達成することができる。測定対象の第１の方向への移動完了（すなわち測定完了）後は、撮像対象を視野幅分第２の方向に移動させることにより、測定面を広げることができ、第１の方向への移動撮像と第２の方向への移動の繰り返しで測定対象の全面測定が可能になる。4種類以上の偏光状態の測定を行っているため、測定ストークスパラメータが決定できる。光源のストークスパラメータと測定ストークスパラメータの比較をすることで、測定対象の偏光特性を算出できる。

このように本発明によれば広面積の光学フイルムの偏光特性を迅速且つ精度良く測定することができる。例えば、空間分解能１ｍｍ□、軸方位測定精度０．１°の条件で、従来方法で約１０分を要していたものが、本発明においては、約２分半で測定することができる。即ち、本発明によれば、従来方法と比較して、約４倍の高速化を達成することができる。

試料である光学フイルムの測定画素を説明する説明図である。 結合セル数とＣＤＤカメラの出力値のばらつき（出力値12ビットのカメラにおいて高輝度な３７４０／４０９６付近のデータ）との関係を表すグラフである。 撮像部の概略図である。 ＣＣＤカメラの第１〜第４撮像エリアで測定画素Ｅを撮像することを説明するための説明図である。 本発明の光学特性測定装置の概略図である。 本発明の作用を表すフローチャートである。 面照明部の投光画素を説明する説明図である。 偏光伝達行列を求めるために使用する光及び撮像部を示す概略図である。 キャリブレーション測定と測定において使用されるXYアドレスをもつ記憶領域における１要素の２次元配列構造を示す概略図である。 ＣＣＤカメラの第１撮像エリア内の各結合セルにより測定画素Ｅ１を撮像することを説明するための説明図である。 ＣＣＤカメラの第２〜第４撮像エリア内の各結合セルにより測定画素Ｅ１を撮像することを説明するための説明図である。 測定画素Ｅ１〜Ｅｎの撮像により得られる出力値を第１〜第４記憶部Ｅ１１〜Ｅｎ４に記憶することを説明するための説明図である。 結合セルＣＰ１１及びＣＰ１２が７：３の割合で測定画素Ｅ１を撮像する場合を説明するための説明図である。 測定画素Ｅ１が結合セルＣＰ１１〜ＣＰ１５で１１回撮像されることを説明するための説明図である。 結合セルＣＰ１１及びＣＰ１２が５：５の割合で測定画素Ｅ１を撮像する場合を説明するための説明図である。 使用する波長板の遅相量と計算誤差量の関係を示すグラフである。 使用する波長板の遅相量と計算誤差量の関係を示す表である。 第１〜第４波長板がＣＣＤカメラの直前に設けられた撮像部を示す概略図である。 照明部を細くして製作した測定装置の概略図である。 ２台のＣＣＤカメラを備える測定装置を示す概略図である。

図５に示すように、本発明の光学特性測定装置１０は、所定の複屈折特性を有する光学フイルム１２を測定対象として測定する。光学特性測定装置１０においては、試料ステージ１３に取り付けられた面照明部１４上に、測定対象の光学フイルム１２が載せられる。そして、面照明部１４から発せられた円偏光の照明光で光学フイルム１２を照明し、この光学フイルム１２から出た光を撮像部１５で試料ステージ１３をX方向に移動させながら撮像する。そして、コンピュータ１６は、撮像部１５で得られた出力値に基づいて各種解析を行なうことによって、光学フイルム１２の光学特性を求める。なお、偏光照明として楕円偏光を用いてもよい。

試料ステージ１３は、Ｘ方向移動機構２０によって、基台２２上の２本のレール２２ａ,２２ｂに沿ってＸ方向に移動可能となっている。また、Ｘ方向移動機構２０は、Xモータドライバ２４から出力される駆動パルスに基づいて駆動するサーボモータから構成される。

同様に、撮像部１５は、支持台３０に設けられたアーム３１に取り付けられている。アーム３１は、Ｙ方向移動機構３３によって、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能となっているとともに、Ｚ方向移動機構３４によって、Ｘ方向またはＹ方向に直交するＺ方向に移動可能となっている。このようにアーム３１がＹ方向またはＺ方向に移動することで、撮像部１５もＹ方向またはＺ方向に移動可能となる。なお、Ｚ方向への移動目的は撮像部１５のピント調整のためである。Y方向移動機構３３は、Yモータドライバ（図示せず）から出力される駆動パルスに基づいて駆動する。

Xモータドライバ２４とYモータドライバからの駆動パルスは、それぞれXパルスカウンタ２６とYパルスカウンタ（図示せず）にも送信される。各パルスカウンタは、受信した駆動パルスをカウントする。パルスカウンタでカウントされた値は、コンピュータ１６に送られる。コンピュータ１６では、１パルスあたりの試料ステージ１３の移動量と撮像部１５の移動量を記憶しているため、両パルスカウンタのカウント値から撮像部１５の視野が試料ステージ１３上のどの位置にあるかを把握することができる。

次に、本発明の作用について図６のフローチャートに沿って説明する。まず、最初に行うのが測定準備で、ここでは、ＣＣＤカメラ４１の結合セルCP単位で撮像部１５の偏光伝達行列を特定する。この作業は、初期設定として１回だけ行われる。求めた偏光伝達行列はコンピュータ１６内に記憶され、初期設定以降は、その求めた偏光伝達行列を用いる。

測定準備の次に行うのがキャリブレーション測定である。ここでは面照明部１４から発せられる光のストークスパラメータ（以後Ｓパラメータと記す）を面照明部１４の全面に渡って測定解像度の単位で測定する。

投光手段としての面照明部１４には、図７に示すような、仮想的に測定解像度の単位で細分化されたエリアがあるとみなし、この１つ１つのエリアを総称して、これ以降、「投光画素L」と呼ぶ。よって、キャリブレーション測定とは、投光画素単位LでSパラメータを求める工程である。

キャリブレーション測定は、光源変動がない限り行う必要がないが、おおむね1日の最初の測定時に行うことが望ましい。

キャリブレーション測定の次に行うのが実測定で、ここでは、面照明部１４の上に光学フイルム１２を置いて光学フイルム１２を透過してくる光のＳパラメータを光学フイルム１２の全面に渡って測定対象測定解像度（即ち、測定対象E）単位で測定する。

最後に、実測定で得たSパラメータと照明部のSパラメータを比較して測定対象の複屈折特性を算出する。ここで重要なことは、実測定での各測定画素Eの位置とキャリブレーション測定での各投光画素Lの位置を一致させることで、これには測定対象ステージがもつカウンタが使用される。カウンタの現在値によりカメラの各結合セルが測定対象ステージのどの場所を捕らえているか判るので、測定時に得られる各結合セルの出力値を的確に各投光画素L、または各測定画素Eに振り分けることができる。

以下に、測定準備工程から詳細に述べる。測定準備工程は、本装置の撮像部１５に用いられるCCDカメラの各結合セルの偏光伝達行列を実測定に先駆けて特定しておく工程である。この特定に用いる測定機構自身を本装置の中に組み込んでも良いし、本装置とは切り離して外部で偏光伝達行列測定を行いデータだけをUSBメモリなどの手段を使ってコンピュータ１６に取り込んでも良い。

ＣＣＤカメラ４１の結合セル単位で撮像部１５の偏光伝達行列を求める理由は、同一波長板区画内にある複数個の測定画素Eで得られた測定値を平均してその波長板での１つの信頼性の高い代表測定値を得るためである。同一波長板区画を通過した光といえども、波長板、偏光板、テレセントリックレンズの異なる部分、CCDの異なる測定画素を用いた測定値なので同一に扱うことは出来ない。それは、おのおのに局所的な偏光伝達特性のばらつき（ローカリティ）があるためである。しかし、事前に結合セル単位ごとに偏光伝達行列を求めておけば、複数の測定値からローカリティの影響を補正して信頼性の高い代表測定値１つにまとめることが出来る。

偏光伝達行列は、撮像部１５に入射する光のＳパラメータとＣＣＤカメラ４１から出力される出力値との関係を表す行列である。この偏光伝達行列は、撮像部１５を形成する光学部材等のミュラーマトリックス(以後Ｍ行列と記す）の積から決定できる。CCD上のある結合セルに関連付けられるＭ行列は、その結合セルに入射する光束が通過した波長板４５〜４８のいずれかの光束通過部分のＭ行列と、偏光板４９の光束通過部分のＭ行列と、テレセントリックレンズの光束通過部分のＭ行列と、ＣＣＤのその結合セルのＭ行列とを掛け合わせたものである。［数１］に、このＭ行列の一般的な形を表す。×印は以後の計算に関係しないため特定する必要のない要素である。

このＭ行列の第１行だけを取り出して、Ｍ₁₁ 要素で規格化すると［数２］となる。この行列をその結合セルでの偏光伝達行列と定義する。

また、あらためて、M₁₂／Ｍ₁₁ 、M₁₃／Ｍ₁₁ 、M₁₄／Ｍ₁₁ を、M行列になじみの深い記号 Ｍ₁₂、M₁₃、M₁₄、で置き換えなおし、Ｍ₁₁を係数 Ｋ で置き換えて、［数３］を得る。

［数３］に示された形式の行列を、結合セルにおける偏光伝達行列を表現する一般的な記号とする。ここで、Ｋ は偏光伝達行列の比例係数であるが、この値には、ＣＣＤカメラのシェーディング効果（ＣＣＤカメラ４１の各結合セルの量子効率やゲイン係数のばらつき）も含まれている。

測定準備工程では、図８に示すように、Ｓパラメータが既知の光７０を用い、撮像部１５のすべての結合セルごとに個別に偏光伝達行列を求める。ここで、Ｓパラメータが既知の光７０は、基準投光器７１内で平行単色光源７２からの平行光を、偏光板ＰＬ１及び１／４波長板ＱＷＰ１に透過させることによって得られる。偏光板ＰＬ１は方位固定で透過軸が撮像部１５における方位の基準方向を0°とし、０°に配されている。１／４波長板ＱＷＰ１はモータ駆動の連続回転機構（図示省略）を有し、偏光伝達行列の測定においてこれを連続回転させて用いる。波長板ＱＷＰ１の実際の遅相量と軸方位は既知のものを用い、進相軸方位も撮像部１５における基準方位を０°として定義する。

既知の光７０は、基準投光器７１の光軸中心辺りの光束である。1回の測定で結合セル1個の偏光伝達行列を測定する。基準投光器７１の光束の光軸中心が、撮像部１５の測定対象となっている結合セルの中心を通るように、基準投光器７１のXY移動機構７１ａを用い基準投光器７１と撮像部１５を相対させる。1個の結合セルの偏光伝達行列測定が終了すると、XY移動機構７１ａを用いて隣の測定画素の偏光伝達行列測定を行なう。こうして、撮像部１５のすべての結合セルの偏光伝達行列を測定する。

ここで、光７０の既知Ｓパラメータを｜Ｐ_０ Ｐ_１ Ｐ_２ Ｐ_３｜^Ｔとして、ある1つの結合セルの偏光伝達行列の測定方法を説明する。
この結合セルの信号出力値と測定に用いた光７０のSパラメータには、この結合セルの偏光伝達行列を［数３］で記述した場合に、［数４］の関係がある。

光７０のＳパラメータの各要素をQWP１の定数を使って詳しく記述すると［数５］で表される。

ここでは、ＱＷＰ１の方位をγ、位相差をε、Ｃ＝cos２γ、Ｓ＝sin２γとしている。
Ｋ´は実際のＣＣＤカメラ４１の出力値との整合をとるための係数でこの測定中に決まる実数である。

以上より、P_０、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３は、以下の［数６］となる。

［数６］を［数４］へ代入すると［数７］が得られる。

この［数７］についてＱＷＰ１の方位γでＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation）を行なうと、［数８］に示すように、直流成分ならびに下記周波数成分の出力値を示す４本の関係式が得られる。ここで、Fdcは直流成分、Fcos４はcos４γ成分、Fsin４はsin４γ成分、Fsin２はsin２γ成分の測定された振幅を表す。

ここで、ＦｄｃにはCCDの暗電流（光量ゼロでもあるCCDはある値を出力する）分のかさ上げがされていることに注意が必要である。この数値をBGとしたとき、［数８］におけるFdcからBGを差し引いたものが以後の計算に用いるべき直流成分であり、［数８］の4式は［数９］ に修正される。なお、BGはCCDカメラの光を完全に遮断することで特定でき、事前にこの値を得ておく。

［数９］に示す４本の式において、未知数はＫ・Ｋ´、Ｍ_１２、Ｍ_１３、Ｍ_１４の4個であるので値が求まる。例えば、（１）÷（２）からM_１２が特定でき、続いてK・K´が特定でき、その後M_１３、M_１４が特定できる。

こうして、１個の結合セルの偏光伝達行列のすべての要素とK・K´の値が特定できる。これを全結合セルCPで繰り返すことで、撮像部１５のすべての結合セルCPにおける偏光伝達行列とK・K´の値が特定できる。K・K´の値のうち、Kは結合セルごとに異なる値であるが、K´は本測定準備において使った光の強さに関係する値でこの測定の間一定あったとみなせる。よって、ここで特定されたK・K´の値は、以後の測定（キャリブレーション測定、実測定）において各結合セル間での相対的信号強度比として使える。さらに以後の測定において、光の強さが今回の測定準備の測定と異なることがあったとしても、各結合セル間での相対的信号強度比としてはこの値を使用することが出来る。

ここで、特定した各結合セルCPにおける偏光伝達行列の各要素は、コンピュータ１６内に記憶しておく。このとき、ここで特定されたK・K´の値は、以後の説明においてはあらためてKという記号で参照する。

このように、波長板、偏光板、レンズ、CCDを、組みあがった後に一括で偏光伝達行列として測定するので、１つ１つを特定する必要がない。これは、測定の負荷を減らす大きなメリットを生み出す。

次に、キャリブレーション測定と実測定の詳細について述べる（図６のフローチャート参照）。動作は双方とも全く同じで、測定対象がキャリブレーション測定では面照明部１４であり、実測定では光学フイルム１２となる点が異なる。以下では、実測定を例にして説明を行う。

キャリブレーション測定も実測定も、コンピュータ１６内に一時的な出力値記憶領域を設けてCCDの出力値を記憶する。この出力値記憶領域は、測定画素Eの測定ステージにおけるXYの２次元アドレスで区別される配列で、１つの配列要素が図９に示すような波長板の数と１つの波長板における測定数で区別される２次元構造であり、全体では４次元構造になっている。

キャリブレーション測定及び実測定では、まず撮像部１５をY方向の所定位置に静止させた状態で、試料ステージ１３をＸ方向にその一端から他端まで移動させる。試料ステージ１３が移動すると撮像トリガが発行されて自動的に撮像が行われる。試料ステージ１３上には面照明部１４と光学フイルム１２（以下単に「光学フイルム１２等」いう）があり、撮像部１５が光学フイルム１２等の他端まで撮像すると、カメラの視野幅分の測定が終了した状態であるので、カメラ視野を変更するために今度は撮像部１５をＹ方向に視野幅分移動させる。その後再び、光学フイルム１２等の他端から一端まで移動させ、光学フイルム１２等の未撮像部分を撮像する。上記手順を繰り返し、光学フイルム１２等全体の撮像を行なう。

以下に撮像からSパラメータが算出されるまでの過程を示す。なお、CCDは撮像タイミングで全画素同時に撮像が行われるので、1回の撮像で全結合セルからデータを取得するが、以下の説明では、代表例として１つの測定画素Eに着目して説明する。また、説明を簡単にするために、ＣＣＤカメラ４１の各撮像エリア５０〜５３には、Ｘ方向に５個の結合セルCPが配列されているものとして、対象である測定画素Eの像が通過するX方向のある１つの断面で説明を行う。なお、ここでは測定画素EがCCD上で結合セルCPのサイズと同じになるように設定してある。この設定は、テレセントリックレンズの倍率設定または結合セル数で調整できる。

図１０（Ａ）に示すように、第１撮像エリア５０に設けられた５つの第１結合セルをＣＰ１１〜ＣＰ１５とし、第２撮像エリア５１に設けられた５つの第２結合セルをＣＰ２１〜ＣＰ２５とし、第３撮像エリア５２に設けられた５つの第３結合セルをＣＰ３１〜ＣＰ３５とし、第４撮像エリア５３に設けられた５つの第４結合セルをＣＰ４１〜ＣＰ４５とする。また光学フイルム１２の測定画素をＥ１〜Ｅｎ（ｎは２以上の自然数）とする。そして、光学フイルム１２をＸ方向に移動させる際に発する撮像トリガの間隔は、測定画素EがCCD上で結合セルのＸ方向の長さＬ（＝１つの測定画素におけるＸ方向の長さ）だけ進む距離に設定する。CCDの各撮像エリアにはＸ方向に５つの結合セルが配列されていることから、１つの測定画素Eが各撮像エリアを通過すると、各撮像エリアで５回の撮像が行われることになる。

まず、光学フイルムがＸ方向に移動することによって、あるタイミングで測定画素Ｅ１の像が第１撮像エリアの第１結合セルＣＰ１１上に到達する。そして、図１０（Ｂ）に示すように、測定画素Ｅ１の像が第１結合セルＣＰ１１上に位置したときに、第１結合セルＣＰ１１は測定画素Ｅ１を撮像する。この撮像により得られた出力値は、コンピュータ１６内の測定画素Ｅ１用の出力値記憶領域ＥM１に記憶される。EM1は図９に示したような２次元配列で、行方向が撮像エリア数、列方向が測定値の個数である。この出力値は、出力値記憶領域EM1の第１撮像エリア用の行EM1１に格納される。

次に、光学フイルム１２がＸ方向に１撮像トリガの移動量分だけ移動すると、光学フイルム１２の測定画素Ｅ１の像は第１結合セルエリアＣＰ１２上に位置する。そして、第１結合セルエリアＣＰ１２が測定画素Ｅ１を撮像する。この撮像により得られた出力値は、
測定画素Ｅ１用の出力値記憶領域ＥＭ１の第１撮像エリア用の行ＥＭ１１の別の領域に記憶される。そして、同様にして、第１結合セルエリアＣＰ１３〜ＣＰ１５で測定画素Ｅ１を撮像し、この撮像により得られる出力値をＥＭ１１に記憶する。したがって、測定画素Ｅ１が第１撮像エリアを通過することで、合計５回の撮像が行われる。

次に、図１１（Ａ）に示すように、測定画素Ｅ１が第２撮像エリア５１内の結合セルＣＰ２１上に到達すると、結合セルＣＰ２１は測定画素Ｅ１を撮像する。この撮像により得られた出力値は、コンピュータ１６内の出力値記憶領域ＥＭ１の第２撮像エリア用行ＥＭ１２に記憶される。そして、同様にして、測定画素Ｅ１が第２結合セルＣＰ２２〜ＣＰ２５を通過するごとに撮像を行い、撮像により得られた出力値はＥＭ１２に順に記憶される。

そして、図１１（Ｂ）に示すように、測定画素Ｅ１が第３撮像エリア５２内の第３結合セルＣＰ３１〜ＣＰ３５を通過したときも、同様にして撮像を行なう。これら第３結合セルＣＰ３１〜ＣＰ３５で測定画素Ｅ１を撮像したときの出力値は、出力値記憶領域ＥＭ１の第３撮像エリア用行ＥＭ１３に記憶される。また、図１１（Ｃ）に示すように、測定画素Ｅ１が第４撮像エリア５３内の第４結合セルＣＰ４１〜ＣＰ４５を通過したときも、同様にして撮像を行ない、出力値は出力値記憶領域ＥＭ１の第４撮像用エリア用行ＥＭ１４に記憶される。

そして、測定画素Ｅ１が第４撮像エリア５３内の第４結合セルＣＰ４５を通過することで、測定画素Ｅ１に対する測定は完了する。測定画素Ｅ１の進行方向に対し１つ後方に位置する測定画素Ｅ２は、測定動作が測定画素Ｅ１に対し撮像トリガ１回分遅れて始まり、遅れて終了するものの、同様の内容が行われる。さらに後方に位置する測定画素Ｅ３、E４、E５、・・・ Eｎもそれぞれさらに撮像トリガ１回分ずつずれながら撮像が行われ終了する。それらの各出力値は、図１０〜図１１で示した出力値記憶領域ＥＭ１１〜EM14に相当する測定画素Ｅ２〜Eｎ用の出力値記憶領域ＥＭ２１〜EMｎ４に記憶される。その対応関係を、図１２に示す。

次に、出力値記憶領域ＥＭ１に記憶された測定画素Ｅ１の出力値と、測定準備工程で特定された結合セルの偏光伝達行列とから、測定画素Ｅ１におけるＳパラメータを求める方法を示す。

測定画素Ｅ１におけるＳパラメータを求めるに際して、まず、以下の［数１０］に示すように、第１〜第４撮像エリアでの撮像により得られた出力値の合計、即ちEM１１〜EM１４のそれぞれに記憶された５つの出力値の合計Ｓ１１_―Σ〜Ｓ１４_―Σを求める。本発明においては、このような出力値の合計を測定値と呼び、Sに_Σの添字をつけて表す。また、S１１〜S１４というSに添えた最初の数字１は、測定画素を識別する番号で本来なら２次元アドレスに対応する数字群となるが、この例の場合ではＥ１の１に相当する。２番目の数字１ならびに４は撮像エリア１〜４に対応しており、測定に使われた波長板の番号である。_A1〜_A５の添字は、１つの撮像エリアにおける測定の順番、すなわち１番目の測定〜５番目の測定結果であることを表している。

一方、結合セルＣＰ１１〜ＣＰ４５には、それぞれ固有の偏光伝達行列があり、この値は測定準備工程で特定されている。ＣＰ１１〜ＣＰ４５の偏光伝達行列を、定義に従って順に書き出すと［数１１］となる。

ここで、添字_CP11等の番号は、結合セルを区別する番号である。

本例では、出力値S１１_{_CP11}〜S１４_{_CP４5} は、結合セルＣＰ１１〜ＣＰ４５で個別に測定されたものであるため、以下の［数１２］に示すように、その結合セルの偏光伝達行列と測定画素Ｅ１のＳパラメータ ｜S０_＿E1 Ｓ１_＿E1 Ｓ２_＿E1 Ｓ３_＿E1｜^Tとの行列積で定義されるものになっているはずである。ここで、添字_E1は、測定画素E1のSパラメータであることを示している。

ここで、［数１０］の測定値S１1__Σ に、［数１２］の出力値の定義を代入してSパラメータで整理すると［数１３］が得られる。

この［数１３］において測定値S１1__Σは、各Ｓパラメータ要素に、それぞれ何らかの係数がかかった形となっている。これら係数は、測定準備工程で既に特定済みの既知の値を積・和したものになっている。ここで、［数１４］に示すように、この係数群を既知量という名前で定義する。既知量は、事前計算が可能であり、以降１つの数値として扱うことが出来る。

既知量の添字の最初の数は、係数となるSパラメータの要素番号を示し、２番目の数字は波長板を区別する番号である。＿Nは、結合セルのY方向での位置を区別する添字であるが、この例ではX方向の１つの断面を扱っているので、ある断面位置を示す値になる。

［数１４］を［数１３］に代入することで、以下の［数１５］が得られる。

［数１０］の測定値S１２__Σ〜測定値S１４__Σにも同様の処理が適用でき、［数１６］が得られる。

［数１５］と［数１６］を合わせた４本の式は、未知数がＳパラメータの４個であり、式の数が4本であるので、解くことができる。これにより、測定画素Ｅ１におけるＳパラメータが求まる。

以上のように、１つの測定画素Ｅ１が結像されるCCD上のX方向に並んだ結合セルによって順次撮像され、最終的にSパラメータが算出される様子を述べた。CCDは、全画素同時に撮像が行われるため、上記の処理が行われる間も、全部の結合セルが光学フイルム１２上のどこかの測定画素Eを捕らえて、同時進行で同様な処理が行われる。CCD全体で見れば、視野内の結合セル分の処理能力を有している。

こうして、測定画素Ｅ１におけるＳパラメータの求め方と同様にして、すべての測定画素ＥにおけるＳパラメータを求めることができる。求められたＳパラメータは、測定画素ＥのXYアドレスに従ってコンピュータ１６内の実測定用Sパラメータ記憶領域に記憶される。

上記測定が、キャリブレーション測定であった場合には、測定画素Eの変わりに面照明部１４の全投光画素LのSパラメータが測定される。この全投光画素LのSパラメータは、コンピュータ１６内のキャリブレーション測定用のSパラメータ記憶領域に記憶される。

また、測定画素EのXYアドレスと投光画素LのXYアドレスは、撮像トリガが発行されるときの試料ステージの位置で決まるので、結果的にXYアドレスが同じ測定画素Eと投光画素Lは、上下に重なった位置関係になる。またテレセントリックレンズの深い焦点深度と光軸に平行な光の成分を選別補足する機能により、測定画素Eを照らす光は同じXYアドレスの投光画素Lから照射されたとみなすことが出来る。

さらに、試料ステージ１３のどの位置で撮像トリガを発行するかは事前にコンピュータ１６で指定できるので、既知量といわれる数値は事前に計算可能である。このことは、２次元測定という大量の測定データを処理する必要のある用途において処理の高速化に非常に有利に働くという効果がある。

最後に、光学フイルム１２の偏光特性の算出方法を示す。コンピュータ１６は、キャリブレーション測定で求めた面照明部１４の全面のＳパラメータと、実測定で求めた光学フイルム１２全面のＳパラメータとに基づいて、光学フイルム全面の主軸方位とレタデーションを算出する。光学フイルム１２のある測定画素Ｅから透過した光のSパラメータを｜１ Φ Ψ ξ｜^Tとし、Eの直下にある投光画素Lの発する光のSパラメータを｜１ X Y Z｜^Tとするとき測定画素Ｅにあたる光学フイルム１２の複屈折の主軸方位αと遅相量δは［数１７］であらわすことができる。

ここで、S＝ｓｉｎ２α、 Ｃ＝cos２α である。この関係式を用い、光学フイルム１２のすべての測定画素Eの複屈折の主軸方位αと遅相量δを計算することで、光学フイルム１２の偏光特性分布を試料解像度で測定することができる。

なお、本実施形態の説明では、各撮像エリアにおいて合計５回の撮像を行うようにしたが、測定精度を上げるために、５回以上、例えば１０回の撮像を行なってもよい。この場合には、以下に示すようにオーバーラップ撮像（１回の撮像視野と次の撮像視野が一部重なること）することで行われる。

オーバーラップ撮像は、１撮像トリガ間の試料ステージの移動量を測定画素のＸ方向の長さＬ以下にすることで行う。このような移動量に設定した場合には、１つの測定画素が隣接する２つの結合セルに跨って撮像されるため、出力値の振り分けが必要となる。例えば、図１３は１撮像トリガ間の移動量をＬの３／１０に設定していた場合の、図１０の例での第２回目の撮像の様子である。この撮像タイミングでは、測定画素Ｅ１が、結合セルＣＰ１１のうち７／１０の領域上に位置するとともに、結合セルＣＰ１２のうち３／１０の領域上に位置している。このような場合には、SUB結合セルが定義される。SUB結合セルは、X方向が結合セルCPの1/10の整数倍、Y方向が結合セルと同じ大きさのもので、SUB結合セルの中に含まれるCCDの撮像セルの出力平均をそのSUB結合セルの出力値とする。図１３では ７のエリア（斜線で示す）でCP11のSUB結合セルが形成されその出力値としてSUB出力値S１1_{_CP11}をつくり、CP12の３のエリア（斜線で示す）でCP12のSUB結合セルが形成されその出力値としてSUB出力値S１1_{_CP12} が作られ、おのおのをEM11に記憶する。
また、このときの、出力値は［数１８］に示す内容で構成されているものとして扱う。

図１４に、１撮像トリガ間の移動量をＬの５／１０に設定していた場合の、撮像エリア５０における様子、図１５に第３回目の撮像時SUB結合セルの様子を示す。測定画素E1はCP11〜CP１５で合計１１回の撮像が行われる。１１回の出力値の定義は、［数１９］になる。

´記号と´´記号は、測定のタイミングの違いを明示するためにつけた記号で他意はない。この結果における既知量を計算すると［数２０］となる。これは、［数１４］の2倍であり、撮像が2倍に増加した結果と解釈できる。

［数１８］、［数１９］等の配分の関係式により、既知量を修正する。撮像タイミングは試料ステージの位置で決まるので、全部の撮像タイミングで測定画素Eがどの結合セルCPまたはSUB結合セルで撮像されるかは事前に設計できる。全部の撮像タイミングにおける、結合セルの大きさと既知量を事前に計算しておくことが出来る。

このように、各測定画素Eには、１回の撮像について２個のSUB結合画素からのデータが配分される場合が発生するが、１つの撮像エリアの測定値は依然としてその撮像エリアで得られた全出力値の加算で扱うことができる。この結果、測定値の式が、波長板の種類の数だけにまとめられて、以後、上記説明と同じ方法で測定対象の複屈折分布が求められる。

本実施例では、第１〜第４波長板４５〜４８は、遅相量略１３５°の波長板であり、主軸方位（進相軸方位）は、第１波長板４５が、図３において水平方向を０°とした時に略２０°の軸方位になるように配置し、第２波長板４６は第１波長板４５に対し軸方位が略３６°加わった方位に配置し、第３波長板４７は第２波長板４６に対し更に軸方位が略３６°加わった方位に配置し、第４波長板４８は第３波長板４７に対し更に軸方位が略３６°加わった方位に配置した。なお偏光板４９は、透過軸が０°の方位になるように配置した。ここで「略」という言葉が使われている理由は、図６のフローチャートに示す測定準備工程において、撮像部を結合セルCP単位で偏光伝達行列を特定し、以後偏光伝達行列の方を使うので、ここでは厳密さが不要になるためである。おおむね、±０．５°の範囲にあればよい。

本例では、波長板の種類は４種類としたが、波長板の種類は４種類以上であれば良い。例えば、N種類（Nは５以上の自然数）の波長板を使用する場合は、N個の波長板は主軸方位が１８０°を均等に配分する形で配置することが好ましい。また、各々の波長板の遅相量は略１３５°が好ましい。このような構成であれば、第１の波長板の主軸方位は任意の方向でよい。

このように配置した理由は、［数１５］、［数１６］を連立方程式で解くときの誤差が最小になるからである。［数１５］、［数１６］から、光のSパラメータを求めるとき、各式の測定値（左辺）にはCCDの出力値に載るノイズが含まれている。これらは、多重撮像による平均効果により削減されているもののゼロではないため、結果的に算出したSパラメータに誤差として含まれる。［数１５］、［数１６］の左辺に載ったノイズが、コンピュータ１６による計算過程でSパラメータに誤差として反映されるその量は、［数１５］、［数１６］の変数（Sパラメータ）にかかる係数で決まる。すなわち、適切な係数となるように系を組めば、このCCDの計算誤差（CCDのノイズの影響）を最小にすることができる。この係数の選択こそ、波長板の仕様（遅相量と主軸方位の選択）に他ならない。

筆者らがシミュレーション繰り返した結果、以下のことがわかった。まず、遅相量が同じ波長板を用いて設置の主軸方位を変えて偏光状態の変化を具現化する場合に、波長板の数を多くしても計算精度におおきな改善効果を与えないことがわかった。これは、波長板の数が増えても、１枚の波長板の面積は小さくなるので1枚の波長板での測定値の信頼度が下がってしまうためである。さらに、波長板の種類を増やすと、波長板の境目にあたる結合セルは使えないので、実質的にCCDの受光面積が減ってしまうことになる。受光面積の減少はS/N比の低下を意味する。一方で、波長板の数が多いと信号に含まれるノイズの遮断周波数を高くできる効果もある。両者を考えて、波長板の数の最小値はSパラメータを決定するに必要な４種、最大値は４０程度までといえる。

波長板の種類は、遅相量が同じ波長板を用いて主軸方位の配置で差をつけることがよく、１８０°を波長板の数で割った角度だけお互いに方位に差をつけて配置したときが、一番計算誤差が小さくなった。このような、設置波長板の設置方法を、以後、均等割りと呼び、波長板の個数を分割数という。

一方、波長板の間隔角度差が４５°の場合では、波長板の種類の数をいくつにしても、計算誤差が大きくなった。波長板が４種では、均等割り角度が４５°となるため、一番計算誤差が小さくなるはずの均等割り角度使えなかった。このため、本実施例の配置を選択した。

一方、波長板の遅相量は、図１６Ａ及びＢに示すように、すべての波長板の数で１３５°あたりに計算誤差が最小になる領域があることがわかった。波長板の方位の角度分割は均等割り（ただし４分割だけは３６°差）に設定している。４〜４０分割のすべてにおいてこの傾向があることが確認された。

波長板の位置については、本実施形態では、第１〜第４波長板４５〜４８をテレセントリックレンズの物体側に設けたが、これに代えて、図１７に示すように、第１〜第４波長板４５〜４８をＣＣＤカメラの直前に設けてもよい。ここで、第１〜第４波長板４５〜４８とＣＣＤカメラ４１との間には偏光板４９が設けられている。

このようにした場合は、波長板を小さくできてコストが低くなるメリットがある。その一方で、テレセントリックレンズが偏光板の外に来るので複屈折伝達関数を求めるときの誤差が大きくなるデメリットがある。

また、本実施形態では、光学フイルム１２全面を照明する大きさの面照明部１４を用い、撮像部１５をX方向とY方向に移動させる方式を示したが、図１８に示すように、面照明部１４に代えて、幅を撮像部１５のY方向の視野幅を照明するに足りるまで細くし、撮像部１５がY移動するときに照明部１４もY方向に移動させる様にした照明部１０１を使用してもよい。このように構成した場合では、面照明部１４のコストを下げるとともにストークスパラメータの取得時間を短縮できる効果が得られる。なお、照明部１０１を使用した場合には、試料ステージ１３に代えて、光学フィルム１２が載置される部分に開口が形成された試料ステージ１０２が用いられる。

また、本実施形態では、１台のＣＣＤカメラ４１をＸ方向とＹ方向に移動させることによって、光学フイルム１２全体の光学特性の測定を行なったが、測定時間を更に短縮するためには、複数台のＣＣＤカメラで測定を行なってもよい。そのときは、図１９に示すように、カメラ１台について１台の専用のカメラCPUを設け、更に、複数台のカメラCPUを統合するメインCPUを上位に設ける。カメラの各結合セルの偏光伝達行列はメインCPU側に置いて、各既知量も事前に算出しておく。キャリブレーション測定用ならびに実測定用のSパラメータ記憶領域もメインCPU内に置く。各カメラでの測定結果を格納する出力値記憶領域もメインCPU側に置いておくが、カメラCPU側には出力値記憶領域の複製(レプリカ)を用意しておく。そして測定ステージのX方向への移動に伴い、各CCDカメラは撮像を繰り返す。カメラCPUは結合セル単位（場合によってSUB結合セル）で出力値を計算し出力値記憶領域の複製(レプリカ)の方に格納していく。X方向への撮像が走査端に到達すると各カメラの視野幅分のY移動と試料ステージのX方向の走査開始端への移動が行われるが、この移動の間は撮像が行われないのでカメラCPUは撮像負荷がなくなる。この負荷の谷間を利用しカメラCPUは、出力値記憶領域の複製からメインCPU側の出力値記憶領域へのデータコピーを行う。メインCPUは、出力値記憶領域へのデータのコピーを検出し、Sパラメータの算出と記憶、さらに光学フイルムの偏光特性の計算を行う。メインCPUは、CCDカメラの撮像中も撮像負荷から免れているので、C`PUパワーの大部分をこの計算にあてがうことができる。以上のように、カメラCPUもメインCPUも効率よく動作させることができて、カメラ台数を増やすことによる処理の高速化効果が得られる。

本実施形態では、キャリブレーション測定及び実測定において、撮像開始と終わりについて詳細に述べなかったが、撮像開始と終わりはＣＣＤカメラの視野全部が有効ではないので、このときの撮像により得られた出力値は事後の計算においては使用しないようにする。また、第１〜第４波長板の境目について詳細に述べなかったが、測定画素Eの撮像が第１〜第４波長板の境目上で行なわれたときは、この撮像により得られた出力値は事後の計算において使用しないようにする。これは、CCDの各結合セルが試料ステージ１３のどこを捉えているか位置検出手段で常に特定できているので、試料ステージの不要な位置における情報を除外することが可能なためである。さらに、波長板のつなぎ目が結像される位置にある結合セルも事前にわかるので、この部分を使用しないことが可能になる。

なお、本発明においては、隣接する複数の撮像セルを結合した結合セル単位で撮像を行なったが、撮像セルサイズが十分大きくノイズの問題が無いようであれば撮像セル単位で撮像を行なってもよい。

１０ 光学特性測定装置
１２ 光学フイルム
１３ 試料ステージ
１４ 面照明部
１５ 撮像部
１６ コンピュータ
２０ Ｘ方向移動機構
３３ Ｙ方向移動機構
４１ ＣＣＤカメラ
４５〜４８ 第１〜第４波長板
５０〜５３ 第１〜第４撮像エリア
５５ CCD
ＣＰ１〜ＣＰ４ 第１〜第４結合セル

Claims (10)

1. 測定分解能で仮想的に複数の測定画素に細分化された測定対象に特定の偏光照明を照射する投光手段と、
   偏光特性がそれぞれ異なり、第１の方向に整列して配列された少なくとも４種類の波長板と、各々の前記波長板に対応して複数の撮像エリアに区画され、かつ、各々の前記撮像エリアで前記測定画素を複数回撮像して、前記測定画素ごとに複数の出力値を出力するイメージセンサと、を有する撮像手段と、
   前記測定対象に対して前記撮像手段を相対的に前記第１の方向に移動させる走査手段と、を備え、
   前記走査手段による撮像手段の相対移動に伴って前記測定対象を撮像することにより、各々の前記撮像エリアで前記測定画素ごとに複数の前記出力値を取得し、
   前記測定画素ごとに、各々の前記撮像エリアで取得した複数の前記出力値を加算して、各々の前記撮像エリアの測定値とし、
   各々の前記撮像エリアの前記測定値を用いて前記測定画素ごとにストークスパラメータを算出することを特徴とする光学特性測定装置。
2. 前記イメージセンサは、隣接する複数の画素を結合した結合セルごとに１つの前記出力値を出力することを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
3. 前記測定対象から出た光とイメージセンサの各撮像エリアから出力される出力値との関係を表す偏光伝達行列を、測定の前に前記結合セル単位で求めておいて、前記偏光伝達行列と各々の前記撮像エリアの前記測定値とを用いて、前記測定画素ごとにストークスパラメータを求めることを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定装置。
4. 前記イメージセンサは、隣接する２つの前記結合セルに跨って前記測定画素を撮像することを特徴とする請求項２または３に記載の光学特性測定装置。
5. 前記出力値は、一方の結合セルのうち前記測定画素を撮像した画素が占める割合とその画素の出力平均値を掛けたものと、他方の結合セルのうち前記測定画素を撮像した画素が占める割合とその画素の出力平均値を掛けたものとからなることを特徴とする請求項４に記載の光学特性測定装置。
6. 前記走査手段は、前記測定対象又は前記撮像手段の少なくともいずれか一方を前記第１の方向に移動させるとともに、前記撮像手段による前記測定対象の第１の方向の撮像が完了するごとに、前記測定対象又は前記撮像手段の少なくともいずれか一方を前記第１の方向に直角で前記測定対象とは平行な第２の方向に移動させることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の光学特性測定装置。
7. 前記走査手段が、前記第２の方向に移動させる場合には、前記撮像手段と前記投光手段の前記第２の方向における位置関係に変化が生じないように移動させ、前記投光手段は前記偏光照明の照射幅を、前記撮像手段の前記第２の方向に沿った視野幅にしたことを特徴とする請求項６に記載の光学特性測定装置。
8. 前記波長板によって具現化される偏光の種類の数が、４ないし４０であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載の光学特性測定装置。
9. 前記波長板は、遅相量が７０°ないし１７０°または、１９０°ないし２９０°のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項に記載の光学特性測定装置。
10. 測定分解能で仮想的に複数の測定画素に細分化された測定対象に特定の偏光照明を照射する投光手段と、偏光特性がそれぞれ異なり、第１の方向に整列して配列された少なくとも４種類の波長板と、各々の前記波長板に対応して複数の撮像エリアに区画され、かつ、各々の前記撮像エリアで前記測定画素を複数回撮像して、前記測定画素ごとに複数の出力値を出力するイメージセンサと、を有する撮像手段と、前記測定対象に対して前記撮像手段を相対的に前記第１の方向に移動させる走査手段と、を用いて、前記走査手段による撮像手段の相対移動に伴って前記測定対象を撮像することにより、各々の前記撮像エリアで前記測定画素ごとに複数の前記出力値を取得し、
    前記測定画素ごとに、各々の前記撮像エリアで取得した複数の前記出力値を加算して、各々の前記撮像エリアの測定値とし、
    各々の前記撮像エリアの前記測定値を用いて前記測定画素ごとにストークスパラメータを算出することを特徴とする光学特性測定方法。

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