JP6203071B2 - リターデーション測定方法、リターデーション測定装置、複屈折波長特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、リターデーション測定方法、リターデーション測定装置、複屈折波長特性測定方法に関する。

液晶ディスプレイには液晶素子を２つの偏光子で挟み込む構造が採用されていることから、液晶ディスプレイからの出射光は直線偏光である。このため、液晶ディスプレイを見込む角度に依存して明るさや色合いが変化するという現象や、偏光サングラスのような偏光特性を有する素子を介して液晶ディスプレイを見ると表示されている画像が見えなくなるという現象が生じる。

出射光が直線偏光であることに起因するこれらの現象は、液晶ディスプレイの表面に大きな複屈折を持つポリマーシートなどの偏光解消素子を配置することで回避することができるが、ポリマーシートなどの偏光解消素子は樹脂から作られることから、偏光解消素子の複屈折に個体差が生じやすい。偏光解消素子で生じるリターデーションが個体によって異なると、液晶ディスプレイからの出射光の分光特性も個体によって異なることになるため、液晶ディスプレイの色味が個体毎に異なってしまう。このため、偏光解消素子で生じるリターデーションを測定する技術が求められている。

ところで、リターデーションの測定方法として一般的な方法は、一波長を越えるリターデーションを測定可能なベレックコンペンセータを用いる方法である。ベレックコンペンセータは、方解石を用いて構成されていることから、鉱物物体で生じるリターデーションの測定には非常に有効である。

なお、ベレックコンペンセータを用いることなく一波長を越えるリターデーションを測定する技術も提案されていて、例えば、特許文献１及び特許文献２において開示されている。特許文献１、特許文献２には、それぞれ、分光器を備えた複屈折測定装置、分光器を備えた位相差分布測定装置が記載されている。

特開２００３−１７２６９１号公報 特開２００９−２８１７８７号公報

しかしながら、ベレックコンペンセータで樹脂製の偏光解消素子で生じるリターデーションを測定すると、樹脂と方解石の複屈折の波長特性（分散）が大きく異なることから、実際に生じたリターデーションとは乖離した値が測定されてしまう。

ベレックコンペンセータを例に説明したが、上述したような課題は、ベレックコンペンセータに限られず、例えばバビネソレイユコンペンセータ、楔コンペンセータなど、光が通過する部分の厚さを変化させてコンペンセータ内で生じるリターデーションを変化させることにより、試料で生じたリターデーションを補償するコンペンセータであれば、同様に生じうる。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、任意の試料で生じるリターデーションを精度良く測定するための技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、偏光子と検光子との間に配置された試料で生じるリターデーションを測定するリターデーション測定方法であって、複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第１の補償素子が配置された状態で、前記試料で生じるリターデーションのうちの前記試料で生じる位相差を示す検出波長１波長分に満たない第１のリターデーションを算出する第１の工程と、前記複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第２の補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する光の強度が最小となるときの前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて第２のリターデーションを算出する第２の工程と、前記第２の工程で算出した複数の第２のリターデーションに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第３の工程と、前記第１の工程で算出した複数の第１のリターデーションと前記第３の工程で算出した前記試料の複屈折の波長特性とに基づいて、前記複数の検出波長の各々に対応する前記試料で生じるリターデーションを第３のリターデーションとして算出する第４の工程と、を含むリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のリターデーション測定方法において、前記第３の工程は、前記第２の補償素子の複屈折の波長特性を算出する第５の工程と、前記第２の工程で算出した前記複数の第２のリターデーションと前記第５の工程で算出した前記第２の補償素子の複屈折の波長特性とに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第６の工程と、を含むリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載のリターデーション測定方法において、前記第５の工程は、前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さが一定のときに前記第２の補償素子で生じる第１の検出波長に対応する第４のリターデーションと第２の検出波長に対応する第４のリターデーションとの比を、前記第２の補償素子の複屈折の波長特性として算出する工程であり、前記第６の工程は、前記第２の工程で算出した前記第１の検出波長に対応する前記第２のリターデーションと前記第２の検出波長に対応する前記第２のリターデーションとの比に、前記第５の工程で算出した前記第２の補償素子の複屈折の波長特性を乗じて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する工程であるリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載のリターデーション測定方法において、前記第４の工程は、前記試料の複屈折の波長特性をγ１２とし、前記第１の検出波長をλ１とし、前記第２の検出波長をλ２とし、前記第１の検出波長に対応する前記第１のリターデーションをΦ１とし、前記第２の検出波長に対応する前記第１のリターデーションをΦ２とするとき、｜Ｌ１・λ１＋Φ１−γ１２・（Ｌ２・λ２＋Φ２）｜が最小となる整数Ｌ１、Ｌ２の組み合わせを算出する第７の工程と、Ｌ１・λ１＋Φ１を前記第１の検出波長に対応する前記第３のリターデーションとして、Ｌ２・λ２＋Φ２を前記第２の検出波長に対応する前記第３のリターデーションとして算出する第８の工程と、を含むリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載のリターデーション測定方法において、前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記第１の補償素子の光学軸に対して前記偏光子または前記検光子の振動方向を相対的に変化させて前記試料で生じる前記第１のリターデーションを補償し、補償されているときの前記第１の補償素子の光学軸と前記偏光子または前記検光子の振動方向とのなす角度に基づいて前記第１のリターデーションを算出する工程であるリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第６の態様は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載のリターデーション測定方法において、前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記第１の補償素子の光学軸と前記偏光子または前記検光子の振動方向とのなす角度が異なる複数の状態で前記検光子を通過する検出波長の光の強度を測定し、前記複数の状態で測定された検出波長の光の強度に基づいて前記第１のリターデーションを算出する工程であるリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第７の態様は、第１の態様乃至第６の態様のいずれか１つに記載のリターデーション測定方法において、前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第１の補償素子が配置された状態で、検出波長を含む狭い波長帯域を有する光を前記試料に照射して、前記第１のリターデーションを算出する工程であり、前記第２の工程は、前記偏光子と前記検光子との間に第２の補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する前記複数の検出波長を含む広い波長帯域を有する白色光の強度が最小となるときの前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて前記複数の検出波長に対応する複数の前記第２のリターデーションを算出する工程であるリターデーション測定方法を提供する。

本発明の第８の態様は、偏光子と検光子とを備え、前記偏光子と前記検光子との間に配置された試料で生じるリターデーションを測定するリターデーション測定装置であって、前記偏光子と前記検光子との間に配置された第１の補償素子であって、前記試料で生じるリターデーションのうちの前記試料で生じる位相差を示す検出波長１波長分に満たない第１のリターデーションを測定する第１の補償素子と、前記偏光子と前記検光子との間に挿脱自在に配置された第２の補償素子であって、前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて第２のリターデーションを測定する第２の補償素子と、前記第２の補償素子で測定される複数の検出波長に対応する複数の前記第２のリターデーションに基づいて前記試料の複屈折の波長特性を算出し、前記第１の補償素子で測定された前記複数の検出波長に対応する複数の前記第１のリターデーションと前記試料の複屈折の波長特性とに基づいて、前記複数の検出波長に対応する前記試料で生じる複数のリターデーションを算出する演算装置と、を備えるリターデーション測定装置を提供する。

本発明の第９の態様は、偏光子と検光子との間に配置された試料の複屈折の波長特性を測定する複屈折波長特性測定方法であって、複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する光の強度が最小となるときの前記補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいてリターデーションを算出する第１の工程と、前記補償素子の複屈折の波長特性を算出する第２の工程と、前記第１の工程で算出した複数の前記リターデーションと前記第２の工程で算出した前記補償素子の複屈折の波長特性とに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第３の工程と、を含む複屈折量波長特性測定方法を提供する。

本発明によれば、任意の試料で生じるリターデーションを精度良く測定するための技術を提供することができる。

試料の厚さと各波長の光の強度との関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。 本発明の実施例１に係る偏光顕微鏡の構成を例示した図である。 本発明の実施例１に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。 本発明の実施例２に係るリターデーション測定装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例２に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。 検出領域の設定について説明するための図である。 本発明の実施例２に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。

複屈折を有する試料を光が通過すると、試料中で常光と異常光の間に光路差（以降、リターデーションと記す。）が生じるため、試料を通過した光（常光と異常光が干渉した干渉光）の強度は、試料で生じたリターデーションに応じて変化する。ベレックコンペンセータは、試料で生じたリターデーションをベレックコンペンセータで生じたリターデーションによって補償することにより、試料で生じたリターデーションを測定するものである。

まず、ベレックコンペンセータと大きく異なる複屈折の波長特性を有する試料に関して、その試料で生じたリターデーションをベレックコンペンセータで正確に測定することが困難であることについて説明する。

図１は、試料Ｓの厚さと各波長の光の強度との関係を説明するための図である。試料の複屈折をΔｎ（λ）＝ｎｅ（λ）−ｎｏ（λ） とすると、試料において各波長λ１、λ２、λ３で発生するリターデーションＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、下式で示される。ここで、ｄは試料の厚さ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は整数、Φ１、Φ２、Φ３は１波長に満たない位相差を示すリターデーション、ｎｅ（λ）は異常光の屈折率、ｎｏ（λ）は常光の屈折率である。
Ｒ１＝Δｎ（λ１）・ｄ＝Ｌ１・λ１＋Φ１ ・・・（１−１）
Ｒ２＝Δｎ（λ２）・ｄ＝Ｌ２・λ２＋Φ２ ・・・（１−２）
Ｒ３＝Δｎ（λ３）・ｄ＝Ｌ３・λ３＋Φ３ ・・・（１−３）

図１には、試料の厚さｄが変化すると、波長毎に異なる周期で周期的に強度（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）が変化することが示されている。なお、図１では、強度の強弱が濃淡で示されていて、最も濃い部分において光の強度が最も弱くなっている。
試料で発生するリターデーションＲ１、Ｒ３を、リターデーションＲ２を用いて表わすと、下式のようになる。
Ｒ１＝Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２）・Ｒ２＝γ１２・Ｒ２ ・・・（２−１）
Ｒ３＝Δｎ（λ３）／Δｎ（λ２）・Ｒ２＝γ３２・Ｒ２ ・・・（２−２）

ここで、試料の複屈折の波長特性γ１２、γ３２は、下式で示される。
γ１２＝Δｎ（λ１）／Δｎ（λ２） ・・・（３−１）
γ３２＝Δｎ（λ３）／Δｎ（λ２） ・・・（３−２）

以上のように、任意の波長（λ１、λ３）で生じるリターデーション（Ｒ１、Ｒ３）は、基準波長（λ２）で生じるリターデーション（Ｒ２）と試料の複屈折の波長特性（γ１２、γ３２）を用いて表わすことができる。なお、以降では、複屈折の波長特性を単に波長特性ともいう。

ベレックコンペンセータで生じるリターデーションについても、試料と同様の関係が成り立つことから、ベレックコンペンセータにおいて波長λ１、λ３で発生するリターデーションＲｃ１、Ｒｃ３は、波長λ２で発生するリターデーションＲｃ２を用いて、下式で示される。ここで、Δｎｃ（λ）は、ベレックコンペンセータの複屈折である。
Ｒｃ１＝Δｎｃ（λ１）／Δｎｃ（λ２）・Ｒｃ２
＝γｃ１２・Ｒｃ２ ・・・（４−１）
Ｒｃ３＝Δｎｃ（λ３）／Δｎｃ（λ２）・Ｒｃ２
＝γｃ３２・Ｒｃ２ ・・・（４−２）

ベレックコンペンセータで試料のリターデーションを測定する方法には、ベレックコンペンセータの傾き角を変化させることで光が透過する厚さを変化させて複数の波長の光の干渉色が暗線になる状態を作り出し、そのときのベレックコンペンセータの傾き角から試料のリターデーションを算出するという方法がある。

しかしながら、この方法は、干渉色が暗線になる状態において、下式に示すように、各波長で発生するリターデーションがそれぞれ補償されることを前提としている。つまり、γｃ１２＝γ１２、γｃ３２＝γ３２が前提である。
Ｒｃ１−Ｒ１＝γｃ１２・Ｒｃ２−γ１２・Ｒ２＝０ ・・・（５−１）
Ｒｃ２−Ｒ２＝０ ・・・（５−２）
Ｒｃ３−Ｒ３＝γｃ３２・Ｒｃ２−γ３２・Ｒ２＝０ ・・・（５−３）

しかしながら、試料とベレックコンペンセータの波長特性が異なり、γｃ１２≠γ１２、γｃ３２≠γ３２の関係が成り立つ場合には、基準波長λ２におけるリターデーションが補償されている場合（Ｒｃ２＝Ｒ２）であっても、下式で示すように、他の波長で発生するリターデーションが補償されない。
Ｒｃ１−Ｒ１＝（γｃ１２−γ１２）Ｒ２≠０ ・・・（６−１）
Ｒｃ３−Ｒ３＝（γｃ３２−γ３２）Ｒ２≠０ ・・・（６−２）

従って、基準波長λ２が補償された状態の干渉色は暗線とはならず、補償された状態が特定できないため、試料で発生したリターデーションを測定することができない。さらに悪いことに、下式に示すように、試料で生じたリターデーションがベレックコンペンセータで補償されてない場合であっても、ε１、ε２、ε３が整数となる場合には、干渉色は暗線となってしまう。このため、ε１、ε２、ε３が整数となるときにベレックコンペンセータで生じたリターデーションを試料で生じたリターデーションと誤認してしまうことがある。
Ｒｃ１−Ｒ１＝γｃ１２・Ｒｃ２−γ１２・Ｒ２＝ε１・λ１ ・・・（７−１）
Ｒｃ２−Ｒ２＝ε２・λ２ ・・・（７−２）
Ｒｃ３−Ｒ３＝γｃ３２・Ｒｃ２−γ３２・Ｒ２＝ε３・λ３ ・・・（７−３）

例えば、Ｒ２＝４０００ｎｍ、γ１２−γｃ１２≒０．０３、γ３２−γｃ３２≒−０．０４、γｃ１２≒１．０１４、γｃ３２≒０．９８、λ１＝４９０ｎｍ、λ２＝５５０ｎｍ、λ３＝６５０ｎｍの場合を仮定する。この場合、ε１＝ε２＝ε３＝２のときに、式（７−１）、（７−２）、（７−３）を変形することによって得られる、下式に示す関係が成り立ち、干渉色が暗線に近い状態となる。
（γ１２−γｃ１２）Ｒ２＝γｃ１２・ε２・λ２−ε１・λ１・・・（８−１）
（γ３２−γｃ３２）Ｒ２＝γｃ３２・ε２・λ２−ε３・λ３・・・（８−２）

このことから、ベレックコンペンセータを用いて、基準波長λ２のリターデーションＲ２が４０００ｎｍ程度であり、波長特性がベレックコンペンセータの波長特性と４％程度異なる試料の干渉色を観察してリターデーションを測定すると、Ｒｃ２＝Ｒ２＋２・λ２となるため、試料の実際のリターデーションよりも２波長程度大きく測定されてしまう。

このように、複屈折の波長特性がベレックコンペンセータと異なる試料で生じるリターデーションを干渉色の暗線部分を拠り所にして測定すると、ベレックコンペンセータによる測定値は試料で生じたリターデーションとは異なる値を示してしまう。また、その差は試料で生じるリターデーションに比例して大きくなる。

次に、セナルモンコンペンセータを用いたリターデーション測定方法について説明し、セナルモンコンペンセータによっても正確なリターデーションの測定が困難なことを説明する。

λ／４板と回転偏光板とを含むセナルモンコンペンセータで直接的に測定できるリターデーションは１波長未満に限定される。つまり、式（１−１）から式（１−３）に示すΦ１、Φ２、Φ３が測定できるのみである。このため、ポリマーシートなどの偏光解消素子のように１波長以上のリターデーションが生じる試料を、セナルモンコンペンセータを用いて測定する場合には、干渉計測で用いられている合致法を利用するのが通常である。

合致法は、複数の波長（λ１、λ２、λ３）で１波長に満たないリターデーションΦ１、Φ２、Φ３を測定し、各々で生じるリターデーションＲ１、Ｒ２、Ｒ３がＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３となる式（１−１）から（１−３）のＬ１、Ｌ２、Ｌ３の最小の組み合わせを求めて、その値からリターデーションＲ１、Ｒ２、Ｒ３を算出する方法である。この方法は、試料の複屈折Δｎが波長依存性を有しないことを前提としているため、試料の複屈折Δｎの波長依存性が大きい場合には、正確な測定が困難である。

図２は、本発明の一実施形態に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係るリターデーション測定方法について説明する。図２に示すリターデーション測定方法は、ベレックコンペンセータとセナルモンコンペンセータを使用して試料で生じたリターデーションを正確に測定するものである。この方法では、ベレックコンペンセータのみによって測定される場合とは異なり、任意の試料で生じたリターデーションを測定することができる。

まず、最初にコンペンセータを用いてリターデーションを測定する（ステップＳ１）。ここでは、試料で生じたリターデーションのうち試料で生じた位相差を示す検出波長１波長分に満たないリターデーション（第１のリターデーション）を算出する。具体的な方法としては、例えば、セナルモンコンペンセータを構成するλ／４板の光学軸に対してセナルモンコンペンセータを構成する回転偏光板の振動方向（より厳密には回転偏光板を通過した光の振動方向）を相対的に変化させることにより、試料で生じたリターデーションのうち試料で生じた位相差を示す検出波長１波長分に満たないリターデーションを補償する。そして、補償されているときのλ／４板の光学軸と回転偏光板の振動方向とのなす角度に基づいて、第１のリターデーションを算出する。

セナルモンコンペンセータで算出される第１のリターデーションΦは、なす角θ（°）と波長λを用いて、Φ＝θ・λ／１８０で算出される。リターデーションの測定は、波長毎に行われる。ここでは、例えば、波長λ１、λ２、λ３の第１のリターデーションがそれぞれΦ１、Φ２、Φ３として算出される。なお、各実施例で示すように、第１のリターデーションは、セナルモンコンペンセータに限られず、任意のコンペンセータで測定され得る。

次に、ベレックコンペンセータを用いてリターデーションを測定する（ステップＳ３）。より詳細には、偏光子と検光子の間にベレックコンペンセータが配置されている状態で、ベレックコンペンセータの傾き角を変化させて光が透過する部分の厚さ（図１の厚さｄ）を変化させることにより、検光子を通過する光の強度を変化させる。そして、検光子を通過する光の強度が最小となるときのベレックコンペンセータの光が透過する部分の厚さに基づいて第２のリターデーションを算出する。なお、第２のリターデーションは、ベレックコンペンセータと試料の複屈折の波長特性の違いの影響を受けて、実際に試料で生じたリターデーションに対して誤差を含む値として算出される。この処理は、波長毎に行われても、複数の波長に対して同時に行われてもよい。ここでは、例えば、波長λ１、λ２、λ３の第２のリターデーションがそれぞれＲｅ１、Ｒｅ２、Ｒｅ３として算出される。

さらに、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ５）。ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性は、ベレックコンペンセータの数表から算出する。具体的には、ベレックコンペンセータをθだけ傾けてベレックコンペンセータの光が透過する部分の厚さをｄとしたときに、ベレックコンペンセータにおいて波長λ１、λ２、λ３に対して生じるリターデーション（第４のリターデーション）Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３を数表から読み取る。その後、式（４−１）及び式（４−２）に示す関係から、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２、γｃ３２を、それぞれＲｃ１／Ｒｃ２、Ｒｃ１／Ｒｃ３として算出する。即ち、厚さが一定のときにベレックコンペンセータで生じる波長間のリターデーション比を、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性として算出する。

その後、試料の複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ７）。ここでは、まず、ベレックコンペンセータで測定された（つまり、ステップＳ３で算出された）第２のリターデーションの比γｅ１２（＝Ｒｅ１／Ｒｅ２）、γｅ３２（＝Ｒｅ３／Ｒｅ２）を算出する。これらの比は、試料の複屈折の波長特性γ１２、γ３２そのものではなく、コンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２、γｃ３２の影響を受けた誤差を含む試料の複屈折の波長特性である。

λ１でベレックコンペンセータの干渉縞が暗線になるとき式（７−１）の右辺が０とみなせると考える。このとき、基準波長であるλ２でベレックコンペンセータが示すＲｅ２と、試料で生じたリターデーションＲ２との間には、Ｒｅ２＝γ１２／γｃ１２・Ｒ２の関係が求まる。これは、次のことを意味している。測定したリターデーションＲｅ１が試料で生じるリターデーションＲ１を正しく表わしている場合には、ベレックコンペンセータでリターデーションＲｅ２を求めると、上記の関係で示されるように、ベレックコンペンセータの波長特性の影響を受けてＲｅ２を正しく測定できない。Ｒｅ２＝γ１２／γｃ１２・Ｒ２としてＲｅ２を算出してしまう。
λ３でも同様に、測定したリターデーションＲｅ３が試料で生じるリターデーションＲ３を正しく表わしている場合には、ベレックコンペンセータの波長特性の影響を受けてＲｅ２を正しく測定できない。Ｒｅ２＝γ３２／γｃ３２・Ｒ２としてＲｅ２を測定してしまう。
このように、波長特性がベレックコンペンセータと異なる試料を測定する場合には、基準波長λ２のリターデーションＲｅ２と他の波長のリターデーションを同時に正しく測定することができず、基準波長とそれ以外の波長の一方のリターデーションＲｅはベレックコンペンセータの波長特性の影響を受けた値として測定されることになる。
このため、誤差を含む試料の複屈折の波長特性γｅ１２、γｅ３２は、試料の複屈折の波長特性γ１２、γ３２とコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２、γｃ３２を用いて、下式で示される。
γｅ１２＝γ１２／γｃ１２ ・・・（９−１）
γｅ３２＝γ３２／γｃ３２ ・・・（９−２）

これをコンペンセータの複屈折の波長特性について変形すると、下式のようになる。
γ１２＝γｅ１２・γｃ１２ ・・・（１０−１）
γ３２＝γｅ３２・γｃ３２ ・・・（１０−２）

式（１０−１）及び式（１０−２）に、ステップＳ５で算出したベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２、γｃ３２とステップＳ７で算出した誤差を含む試料の複屈折の波長特性γｅ１２、γｅ３２を代入して、試料の複屈折特性γ１２、γ３２を算出する。

試料の複屈折の波長特性が算出されると、ステップＳ１で算出した第１のリターデーションとステップＳ７で算出した試料の複屈折の波長特性に基づいて、試料で生じるリターデーション（第３のリターデーション）を算出する（ステップＳ９及びステップＳ１１）。

まず、下式（１１−１）及び（１１−２）に示すδＲ１２、δＲ３２が最小となる整数Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を算出する（ステップＳ９）。なお、式（１１−１）及び（１１−２）は、式（１−１）から（１−３）、式（２−１）及び（２−２）を用いて導出される。
δＲ１２＝｜Ｌ１・λ１＋Φ１−γ１２・（Ｌ２・λ２＋Φ２）｜・・・（１１−１）
δＲ３２＝｜Ｌ３・λ３＋Φ３−γ３２・（Ｌ２・λ２＋Φ２｝｜・・・（１１−２）

最後に、式（１−１）から（１−３）の右辺に数値（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、λ１、λ２、λ３、Φ１、Φ２、Φ３）を代入して、試料で生じるリターデーションＲ１、Ｒ２、Ｒ３を算出する（ステップＳ１１）。

以上の測定方法によれば、試料の波長特性を算出することができるため、ベレックコンペンセータで測定されるリターデーションが試料とベレックコンペンセータの波長特性の差によって影響を受けるにもかかわらず、試料で生じるリターデーションを正確に算出することができる。従って、任意の試料で生じるリターデーションを精度良く測定することができる。また、試料を顕微鏡下で試料を観察しながら、試料中の各位置で生じるリターデーションを測定することができる。従って、試料で生じるリターデーションの分布を短時間で容易に把握することができる。

なお、以上の説明では試料で生じるリターデーション全体を補償する補償素子としてベレックコンペンセータを例示したが、上述した方法は、バビネソレイユコンペンセータや楔コンペンセータを用いても行うことが可能である。また、以上の説明では３波長を用いた例を示したが、上述した方法は、任意の２波長を用いて行うことも可能である。
以下、本発明の各実施例について具体的に説明する。

図３は、本実施例に係る偏光顕微鏡１の構成を例示した図である。偏光顕微鏡１は、透過照明を採用した正立顕微鏡であり、光源１０と、光源１０からの光を試料Ｓに照射する照明光学系２０と、試料Ｓを配置する回転ステージ３０と、試料Ｓの光学像を形成する観察光学系４０と、を備えている。
光源１０は、白色光源であり、例えば、ハロゲンランプである。

照明光学系２０は、光源側から順に、複数の波長選択フィルターを内部に収納したフィルターターレット２１と、偏光子２２を内蔵した偏光用コンデンサ２３と、を備えている。

フィルターターレット２１に収納された複数の波長選択フィルターの各々は、光源１０からの白色光から所定の波長の光を選択して透過させる干渉フィルターである。フィルターターレット２１は、異なる波長透過率特性を有する複数の波長選択フィルターを切り替える切替機構であり、波長選択フィルターを切り替えることにより試料Ｓに照射する光の波長を変更する波長可変機構である。なお、フィルターターレット２１は、照明光学系２０ではなく観察光学系４０に配置されても良い。

偏光子２２は、所定の振動方向を有する光のみを透過させる素子であり、偏光用コンデンサ２３は、高い偏光性能を実現するためにレンズのひずみが小さくなるように設計・製造されている。

回転ステージ３０は、照明光学系２０と観察光学系４０との間に配置された透過照明用のステージである。回転ステージ３０は、照明光学系２０及び観察光学系４０の光軸と平行な回転軸を有し、その回転軸周りに回転自在に配置されている。

観察光学系４０は、試料Ｓ側から順に、偏光用対物レンズ４１と、λ／４板４２ａと、ベレックコンペンセータ４２ｂと、回転偏光子４３と、接眼部４４とを備えている。
偏光用対物レンズ４１は、高い偏光性能を実現するためにレンズのひずみが小さくなるように設計・製造された対物レンズである。

λ／４板４２ａは、偏光用対物レンズ４１の光軸と平行な回転軸周りに回転自在に配置された回転偏光子４３とともに試料Ｓで生じる検出波長１波長分に満たないリターデーションを補償する第１の補償素子であり、λ／４板４２ａと回転偏光子４３とでセナルモンコンペンセータを構成する。
ベレックコンペンセータ４２ｂは、素子の傾き角を変化させて光が透過する部分の厚さを変化させることにより補償するリターデーションを変化させる第２の補償素子であり、光が透過する部分の厚さに基づいてリターデーションを測定するものである。

λ／４板４２ａ及びベレックコンペンセータ４２ｂは、偏光用対物レンズ４１と回転偏光子４３との間の光路（偏光子２２と回転偏光子４３の間）に対して挿脱自在に配置されていて、切り替えて使用される。

回転偏光子４３は、観察光学系４０の光軸と平行な回転軸を有し、且つ、その回転軸周りに回転自在に配置された偏光子である。回転偏光子４３は、検光子として機能する。

図４は、本実施例に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。図４を参照しながら、偏光顕微鏡１を用いて、大きな複屈折を有する試料Ｓ（特に、検出波長１波長分以上のリターデーションが生じる試料Ｓ）のリターデーションを測定する方法について具体的に説明する。なお、以降では、検出波長としてλ１、λ２の２波長を用いる例を示す。

まず、回転偏光子４３の基準位置を決定する（ステップＳ１０１）。ここでは、λ／４板４２ａ及びベレックコンペンセータ４２ｂがともに光路外に配置され、且つ、試料Ｓが回転ステージ３０に配置されていない状態で、回転偏光子４３を回転させて回転偏光子４３を透過する光量が最小となる位置を特定する。そして、特定された位置を回転偏光子４３の基準位置（０度位置）に決定する。

次に、回転ステージ３０の基準位置を決定する（ステップＳ１０３）。ここでは、回転偏光子４３が基準位置にある状態で試料Ｓを回転ステージ３０に配置し、その後、回転ステージ３０を回転させて回転偏光子４３を透過する光量が最小となる位置を特定する。そして、特定された位置を回転ステージ３０の基準位置（０度位置）に決定する。
その後、回転ステージ３０を基準位置から４５度回転させる（ステップＳ１０５）。これにより、回転偏光子４３と試料Ｓの回転角の調整が完了する。
回転角の調整が完了すると、セナルモンコンペンセータを用いてリターデーションを測定する（ステップＳ１０７からステップＳ１１５）。

まず、λ／４板４２ａを光路に挿入し、フィルターターレット２１で検出波長を選択する（ステップＳ１０７及びステップＳ１０９）。ここでは、まず、フィルターターレット２１により波長λ１が選択されたものとする。

その後、セナルモンコンペンセータでリターデーションを算出する（ステップＳ１１１及びステップＳ１１３）。ここでは、ステップＳ１１１で、回転偏光子４３を回転させて回転偏光子４３を透過する光量が最小となるときのλ／４板４２ａの光学軸と回転偏光子４３の振動方向とのなす角度θ１（°）を特定する。つまり、試料Ｓで生じた１波長分に満たない第１のリターデーションΦ１が補償されたときの角度を特定する。ステップＳ１１３では、その角度θ１に基づいて、第１のリターデーションΦ１を算出する。具体的には、第１のリターデーションΦ１は、角度θ１と検出波長λ１を用いて、Φ１＝θ１・λ１／１８０として算出される。

その後、すべての検出波長に対してリターデーションが測定済みか否かを判断し（ステップＳ１１５）、測定していない検出波長がある場合には、ステップＳ１０９からステップＳ１１３を繰り返す。これにより、波長λ１に対する第１のリターデーションΦ１と、波長λ２に対する第１のリターデーションΦ２が、セナルモンコンペンセータで測定される。

セナルモンコンペンセータによる測定が完了すると、ベレックコンペンセータを用いて、リターデーションを測定する（ステップＳ１１７からステップＳ１２７）。

まず、λ／４板４２ａを光路外に取り除いて、ベレックコンペンセータ４２ｂを光路に挿入する（ステップＳ１１７）。このとき、回転偏光子４３の角度を基準位置（０度位置）に戻して固定する。

次に、ベレックコンペンセータ４２ｂの基準位置を決定する（ステップＳ１１９）。ここでは、フィルターターレット２１を光路中に波長選択フィルターがない位置に設定し、光源１０からの白色光で試料Ｓを照明する。その後、試料Ｓの光学像を観察しながら、ベレックコンペンセータ４２ｂを傾ける。そして、光学像に重畳する干渉縞の干渉色の最も鮮やかな部分が視野に入り、且つ、最も暗い暗線部分が視野中央に位置する状態を特定し、そのときのベレックコンペンセータ４２ｂの位置を基準位置に決定する。
フィルターターレット２１で検出波長を選択する（ステップＳ１２１）。ここでは、まず、フィルターターレット２１により波長λ１が選択されたものとする。

その後、ベレックコンペンセータでリターデーションを算出する（ステップＳ１２３及びステップＳ１２５）。ステップＳ１２３では、まず、試料を観察して視野の中心に最も近い暗線部分を特定する。その後、ベレックコンペンセータ４２ｂを傾けてその暗線部分を視野内で移動させて、その暗線部分が視野の中心に位置するときのベレックコンペンセータ４２ｂの角度ω１（°）を特定する。換言すると、前記検光子を通過する視野の中心部分を通った光の強度が最小となるときのベレックコンペンセータ４２ｂの角度を特定する。ステップＳ１２５では、その角度ω１に基づいて、試料Ｓで生じたリターデーションＲ１に対応する第２のリターデーションＲｅ１を算出する。具体的には、ベレックコンペンセータ４２ｂの角度−複屈折換算表を参照し、角度ω１と検出波長λ１の組み合わせに対応するリターデーションを第２のリターデーションＲｅ１として算出する。

その後、すべての検出波長に対してリターデーションが測定済みか否かを判断し（ステップＳ１２７）、測定していない検出波長がある場合には、ステップＳ１２１からステップＳ１２５を繰り返す。これにより、波長λ１に対する第２のリターデーションＲｅ１と、波長λ２に対する第２のリターデーションＲｅ２が、ベレックコンペンセータで測定される。
ベレックコンペンセータによる測定が完了すると、ベレックコンペンセータの波長特性を算出する（ステップＳ１２９からステップＳ１３１）。

まず、ステップＳ１２５で算出した波長λ１に対する第２のリターデーションＲｅ１と波長λ２に対する第２のリターデーションＲｅ２の比を算出する（ステップＳ１２９）。第２のリターデーションの比γｅ１２（＝Ｒｅ１／Ｒｅ２）は、試料の複屈折の波長特性γ１２そのものではなく、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２の影響を受けた誤差を含む試料の複屈折の波長特性である。

次に、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ１３１）。ここでは、ベレックコンペンセータ４２ｂの角度−複屈折換算表から、任意の角度ωと波長λ１の組み合わせに対応するリターデーションＲｃ１と、同じ角度ωと波長λ２の組み合わせに対応するリターデーションＲｃ２と、を読み取る。そして、それらのリターデーションの比をベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２（＝Ｒｃ１／Ｒｃ２）として算出する。

その後、ステップＳ１２９とステップＳ１３１で算出した波長特性から試料の複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ１３３）。ここでは、誤差を含む試料の複屈折の波長特性γｅ１２にベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２を掛けて試料の複屈折の波長特性γ１２（＝γ１２ｅ・γｃ１２）を算出する。
試料の複屈折の波長特性の算出が完了すると、試料で生じたリターデーションを算出する（ステップＳ１３５からステップＳ１３７）。

まず、合致法のパラメータを算出する（ステップＳ１３５）。試料で波長λ１、波長λ２に対して生じるリターデーションＲ１とリターデーションＲ２は、ステップＳ１３１で算出した波長特性γ１２を用いて、Ｒ１＝γ１２・Ｒ２という関係にある。これを踏まえて、上記の式（１−１）と式（１−２）のパラメータである整数Ｌ１、Ｌ２を求める。具体的には、δＲ１２＝｜Ｌ１・λ１＋Φ１−γ１２・（Ｌ２・λ２＋Φ２）｜が最小となる整数Ｌ１と整数Ｌ２の組み合わせを求める。

最後に、試料で生じたリターデーションを算出する（ステップＳ１３７）。ここでは、式（１−１）及び式（１−２）に、波長λ１、波長λ２、ステップＳ１１３で算出した第１のリターデーションΦ１、第１のリターデーションΦ２、及び、ステップＳ１３５で算出した整数Ｌ１、整数Ｌ２を代入して、試料で生じた第３のリターデーションＲ１、第３のリターデーションＲ２を算出する。

さらに、試料の複屈折の波長特性を再度算出する（ステップＳ１３９）。ここでは、ステップＳ１３３で算出した波長特性γ１２が近似的な値であることを踏まえ、ステップＳ１３７で算出した第３のリターデーションから試料の複屈折の波長特性γｓ１２を算出する。具体的には、第３のリターデーションの比として試料の複屈折の波長特性γｓ１２（＝Ｒ１／Ｒ２）を算出する。

以上の測定方法によれば、任意の試料で生じるリターデーションを精度良く測定することができる。また、ベレックコンペンセータを用いることで、試料の複屈折の波長特性を容易に測定することができる。さらに、セナルモンコンペンセータとベレックコンペンセータを用いることで、試料の複屈折の波長特性をさらに高い精度で測定することができる。

図５は、本実施例に係るリターデーション測定装置２の構成を例示した図である。リターデーション測定装置２は、試料Ｓで生じるリターデーションを測定する装置であり、光源５０と、光源５０からの光を試料Ｓに照射する照明光学系６０と、試料Ｓを配置する回転ステージ７０と、試料Ｓの光学像を形成する観察光学系８０と、ＲＧＢのカラーフィルタを備えた３板式のＣＣＤカメラ９０と、を備えている。リターデーション測定装置２は、さらに、画像処理や各演算処理を実行する演算制御装置１００と、複数の駆動機構（モータ１０３、角度調整機構１０４）を制御する検出制御装置１０１と、画像を表示するモニタ１０５と、を備えている。
光源５０は、白色光源であり、例えば、ハロゲンランプなどである。

照明光学系６０は、光源側から順に、複数の波長選択フィルターを内部に収納したフィルターターレット６１と、セナルモンコンペンセータを構成する回転偏光子６２及びλ／４板６３と、偏光用コンデンサ６４と、を備えている。

フィルターターレット６１は、複数の波長選択フィルターを切り替える切替機構であり、波長選択フィルターを切り替えることにより試料Ｓに照射する光の波長を変更する波長可変機構である。フィルターターレット６１は、検出制御装置１０１に接続されていて、検出制御装置１０１からの駆動信号に基づいて複数の波長選択フィルターを切り替えるように構成されている。

フィルターターレット６１に収納された複数の波長選択フィルターの各々は、光源５０からの白色光から所定の波長の光を選択して透過させる干渉フィルターである。より詳細には、ＣＣＤカメラ９０のカラーフィルタに対応してＲＧＢの波長帯域でクロストークが発生しないようにそれら３つの波長帯域に狭帯域化された透過帯を有するフィルターである。複数の波長選択フィルターは、互いに狭帯域幅や中心波長が異なっている。

回転偏光子６２は、照明光学系６０の光軸と平行な回転軸を有し、且つ、その回転軸周りに回転自在に配置された偏光子である。回転偏光子６２は、モータ１０３が駆動することにより回転軸周りに回転するように構成されている。

λ／４板６３は、回転偏光子６２とともに試料Ｓで生じるリターデーションのうち試料Ｓで生じる位相差を示す検出波長１波長分に満たないリターデーションを補償する第１の補償素子であり、λ／４板６３と回転偏光子６２とでセナルモンコンペンセータを構成する。
偏光用コンデンサ６４は、高い偏光性能を実現するためにレンズのひずみが小さくなるように設計・製造されている。

回転ステージ７０は、照明光学系６０と観察光学系８０との間に配置された透過照明用のステージである。回転ステージ７０は、照明光学系６０及び観察光学系８０の光軸と平行な回転軸を有し、その回転軸周りに回転自在に配置されている。
観察光学系８０は、試料Ｓ側から順に、偏光用対物レンズ８１と、ベレックコンペンセータ８２と、検光子８３と、接眼部８４とを備えている。
偏光用対物レンズ８１は、高い偏光性能を実現するためにレンズのひずみが小さくなるように設計・製造された対物レンズである。

ベレックコンペンセータ８２は、素子の傾き角を変化させて光が透過する部分の厚さを変化させることで、補償するリターデーションを変化させることができる第２の補償素子であり、光路に対して挿脱自在に配置されている。ベレックコンペンセータ８２は、角度調整機構１０４が駆動することにより、光が透過する部分の厚さが変化するように（つまり、ベレックコンペンセータ８２が傾くように）構成されている。ベレックコンペンセータ８２には、傾きの角度、波長、リターデーションとの関係が記載されている角度−複屈折換算表が用意されている。また、ベレックコンペンセータ８２は、角度調整機構１０４の駆動によって、光路に対して挿脱されるように構成されていてもよい。

ＣＣＤカメラ９０は、受光面が観察光学系８０の像位置に位置するように配置された撮像装置であり、２次元イメージセンサを備えている。ＣＣＤカメラ９０は、ＲＧＢの画像情報を演算装置１００へ出力するように構成されている。

演算制御装置１００は、プロセッサやメモリ等を備えた装置であり、ＣＣＤカメラ９０や検出制御装置１０１からの信号に基づいて各種の演算処理を実行する。具体的には、ＣＣＤカメラ９０から出力された画像情報に対する画像処理や、リターデーション算出処理などが行われる。また、演算制御装置１００には、キーボードやマウスなどの図示しない入力装置に接続されている。

検出制御装置１０１は、直接に又は駆動機構（モータ１０３、角度調整機構１０４）を介して各種光学素子（フィルターターレット６１、回転偏光子６２、ベレックコンペンセータ８２）の状態を検出し、制御する制御装置である。具体的には、検出制御装置１０１は、フィルターターレット６１に駆動信号を送信して、波長選択フィルターを切り替える。また、検出制御装置１０１は、モータ１０３に駆動信号を送信して、モータ１０３に回転偏光子６２を回転させる。また、検出制御装置１０１は、角度調整機構１０４に駆動信号を送信して、ベレックコンペンセータ８２の傾きを変更するとともに、角度調整機構１０４からの信号を受信してベレックコンペンセータ８２の傾き角度を検出する。
モニタ１０５は、演算装置１００による処理結果を表示する装置であり、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイである。

以上のように構成されたリターデーション測定装置２では、演算装置１００からの指示に基づいて制御装置１０１によりコンペンセータ（ベレックコンペンセータ、セナルモンコンペンセータ）の角度制御やフィルターターレット６１の回転制御が電子的に行われる。また、ＣＣＤカメラ９０によって撮像された試料ＳのＲＧＢの各色の画像情報及びそれらが合成されたカラー画像情報が演算装置１００に記憶されて、それらの画像情報に基づいてモニタ１０５にＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像、カラー画像が選択的に表示される。リターデーション測定装置２のユーザは、モニタ１０５に表示された任意の画像を見ながら、リターデーションを測定する検出領域を設定することができる。そして、試料の検出領域で生じたリターデーションは、ＣＣＤカメラ９０及び制御装置１０１からの信号に基づいて演算装置１００により自動的に算出される。このため、リターデーション測定装置２によれば、ユーザは、演算装置１００に対して指示を入力するだけで、試料Ｓのリターデーションを測定することができる。

図６は、本実施例に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。図６を参照しながら、リターデーション測定装置２を用いて、大きな複屈折を有する試料Ｓ（特に、検出波長１波長分以上のリターデーションが生じる試料Ｓ）のリターデーションを測定する方法について具体的に説明する。なお、以降では、検出波長としてλ１、λ２の２波長を用いる例を示す。

まず、リターデーション測定装置２は、検出領域の設定を取得する（ステップＳ２０１）。演算制御装置１００は、まず、試料Ｓを回転ステージ７０に配置する前に、波長選択フィルター及びベレックコンペンセータ８２が光路中に配置されていない状態でＣＣＤカメラ９０から出力される画像信号に基づいてモニタ１０５に画像を表示させる。ユーザは、画像を見ながら図示しない入力装置を用いて、検出領域、即ち、リターデーションを測定すべき領域、を指定する。検出領域は、例えば３０×３０画素の領域として指定される。その後、演算制御装置１００は、指定された検出領域の座標（例えば、検出領域の中心の座標）を特定して、メモリ等に記憶する。これにより、リターデーション測定装置２は、検出領域の設定を取得する。

ここでは、図７に示すように、検出領域（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５）がカラー画像ＩＭ（つまり、視野範囲）内に複数設定されたものとする。なお、ここでは、カラー画像ＩＭを参照しながら検出領域を指定した例を示したが、他の画像（Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像）を参照しながら検出領域を指定してもよく、一の画像に設定された検出領域は他の画像に対しても適用される。つまり、すべての画像（Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像、カラー画像）に対して同一の座標に検出領域が指定される。

次に、リターデーション測定装置２は、回転偏光子６２の基準位置を決定する（ステップＳ２０３）。この処理は、図４のステップＳ１０１に相当する処理である。ここでは、演算制御装置１００は、検出制御装置１０１を介して回転偏光子６２の回転を制御し、例えば、画像中央に設定された検出領域Ａ１の平均輝度（つまり平均強度）が最小となる位置を特定する。そして、特定された位置を回転偏光子６２の基準位置（０度位置）に決定し、メモリ等に記憶させる。

その後、リターデーション測定装置２は、ベレックコンペンセータ８２を光路中に挿入し（ステップＳ２０５）、ベレックコンペンセータの基準位置を検出領域毎に決定する（ステップＳ２０７）。ここでは、演算制御装置１００は、検出制御装置１０１を介してベレックコンペンセータ８２の傾きを制御し、検出領域毎の平均輝度が最小となる位置を特定する。そして、特定された位置をベレックコンペンセータ８２の検出領域毎の基準位置（０度位置）に決定し、メモリ等に記憶させる。

試料Ｓを回転ステージ７０上に配置後、ユーザにより回転ステージ７０の設定が行われる。ここでは、ユーザは、モニタ１０５に表示される、例えば、画像中央に設定された検出領域Ａ１の平均輝度が最小となる位置に回転ステージ７０を回転させる。この位置は、回転ステージ７０の０度位置である。その後、ユーザは、さらに４５度回転ステージ７０を回転させて、ステージの設定を完了する。

次に、リターデーション測定装置２は、波長選択フィルターを光路に挿入する（ステップＳ２０９）。ここでは、演算制御装置１００は、検出制御装置１０１を介してフィルターターレット６１を制御して光路中に波長選択フィルターを挿入する。これにより、光源５０から出射する白色光からそれぞれ波長λ１、波長λ２、波長λ３を中心波長する狭い波長帯域の光が選択され、試料Ｓに照射される。なお、以降では、Ｇ（Green）に相当する波長λ１、Ｂ（Blue）に相当する波長λ２についてのみ説明し、Ｒ（Red）に相当する波長λ３についての説明は省略する。
その後、ベレックコンペンセータ８２を用いて、試料Ｓで生じるリターデーション全体を測定する（ステップＳ２１１からステップＳ２１３）。

ステップＳ２１１では、リターデーション測定装置２は、平均輝度が最小になるベレックコンペンセータ８２の角度を検出領域毎に特定する。より詳細には、リターデーション測定装置２は、ベレックコンペンセータ８２の角度を変更しながら、各角度でカラー画像情報、ＲＧＢの画像情報を取得する。そして、検出領域毎に次の処理を行う。カラー画像情報の検出領域の平均輝度が最小となるベレックコンペンセータの傾き角度ω０を特定する。さらに、その角度近傍で、Ｇ画像情報の検出領域の平均輝度が最小となるベレックコンペンセータの傾き角度ω１、Ｂ画像情報の検出領域の平均輝度が最小となるベレックコンペンセータの傾き角度ω２を特定する。これにより、検出領域毎にベレックコンペンセータの傾き角度ω１とω２が得られる。このような手順で色毎の傾き角度を特定するのは、ベレックコンペンセータの傾き角度を変化させるとＧ画像情報とＢ画像情報の検出領域の平均輝度は周期的に変化する。このため極小を示す角度は複数存在するが、その中で最小を示す角度はカラー画像情報の検出領域の平均輝度が最小となる角度の近傍に存在する、からである。

ステップＳ２１３では、リターデーション測定装置２は、ベレックコンペンセータ４２ｂで補償した第２のリターデーションＲｅ１、Ｒｅ２を検出領域毎に算出する。具体的には、ベレックコンペンセータ４２ｂの角度−複屈折換算表を参照して、角度ω１（ξ,η）と検出波長λ１の組み合わせに対応するリターデーションを波長λ１に対する第２のリターデーションＲｅ１（ξ,η）として、角度ω２（ξ,η）と検出波長λ２の組み合わせに対応するリターデーションを波長λ２に対する第２のリターデーションＲｅ２（ξ,η）として、算出し、メモリ等に記憶させる。なお、（ξ,η）は検出領域の座標を示している。

次に、ベレックコンペンセータ８２を光路外に取り除いて、セナルモンコンペンセータを用いてリターデーションを測定する（ステップＳ２１５からステップＳ２１７）。

リターデーション測定装置２は、ベレックコンペンセータ８２を光路外に取り除き（ステップＳ２１５）、その後、位相シフト法を用いて第１のリターデーションΦ１、Φ２を画素毎に算出する（ステップＳ２１７）。

ステップＳ２１７では、まず、演算制御装置１００は、検出制御装置１０１を介して回転偏光子６２を、０度位置、４５度位置、９０度位置、１３５度位置に回転させて、それぞれの位置でＲＧＢの画像情報を取得する。その後、取得したＲＧＢの画像情報に基づいて位相シフト法により第１のリターデーションΦ１、Φ２を画素（ｘ,ｙ）毎に算出し、メモリ等に記憶させる。

ここで、各角度（０度、４５度、９０度、１３５度）におけるＧの画像情報をＩ１（ｘ,ｙ,０）、Ｉ１（ｘ,ｙ,４５）、Ｉ１（ｘ,ｙ,９０）、Ｉ１（ｘ,ｙ,１３５）とし、各角度におけるＢの画像情報をＩ２（ｘ,ｙ,０）、Ｉ２（ｘ,ｙ,４５）、Ｉ２（ｘ,ｙ,９０）、Ｉ２（ｘ,ｙ,１３５）とすると、波長λ１に対する第１のリターデーションΦ１（ｘ,ｙ）と波長λ２に対する第１のリターデーションΦ２（ｘ,ｙ）は、以下の式で算出される。
Φ１（ｘ,ｙ）＝（λ１／２π）・ｔａｎ^−１[｛Ｉ１（ｘ,ｙ,９０）−Ｉ１（ｘ,ｙ,０）｝／｛Ｉ１（ｘ,ｙ,１３５）−Ｉ１（ｘ,ｙ,４５）｝] ・・・（１２−１）
Φ２（ｘ,ｙ）＝（λ２／２π）・ｔａｎ^−１[｛Ｉ２（ｘ,ｙ,９０）−Ｉ２（ｘ,ｙ,０）｝／｛Ｉ２（ｘ,ｙ,１３５）−Ｉ２（ｘ,ｙ,４５）｝] ・・・（１２−２）

セナルモンコンペンセータによる測定が完了すると、ベレックコンペンセータ８２の波長特性を算出する（ステップＳ２１９からステップＳ２２３）。

まず、ステップＳ２１１で、算出した波長λ１に対する第２のリターデーションＲｅ１と波長λ２に対する第２のリターデーションＲｅ２の比γｅ１２（＝Ｒｅ１／Ｒｅ２）を検出領域毎に算出する（ステップＳ２１９）。第２のリターデーションの比γｅ１２（ξ,η）は、試料の複屈折の波長特性γ１２（ξ,η）そのものではなく、ベレックコンペンセータ８２の複屈折の波長特性γｃ１２の影響を受けた誤差を含む試料の複屈折の波長特性である。

次に、ベレックコンペンセータ８２の複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ２２１）。ここでは、ベレックコンペンセータ８２の角度−複屈折換算表から、任意の角度ωと波長λ１の組み合わせに対応するリターデーションＲｃ１と、同じ角度ωと波長λ２の組み合わせに対応するリターデーションＲｃ２と、を読み取る。そして、それらのリターデーションの比をベレックコンペンセータ８２の複屈折の波長特性γｃ１２（＝Ｒｃ１／Ｒｃ２）として算出する。

その後、ステップＳ２１９とステップＳ２２１で算出した波長特性から試料の複屈折の波長特性を算出する（ステップＳ２２３）。ここでは、検出波長毎に算出された誤差を含む試料の複屈折の波長特性γｅ１２（ξ,η）に、ベレックコンペンセータの複屈折の波長特性γｃ１２を掛けることにより、試料の複屈折の波長特性γ１２（ξ,η）を検出波長毎に算出する。

試料の複屈折の波長特性の算出が完了すると、試料で生じたリターデーションを画素毎に算出する（ステップＳ２２５からステップＳ２２７）。

まず、合致法のパラメータを画素毎に算出する（ステップＳ２２５）。試料で波長λ１、波長λ２に対して生じるリターデーションＲ１（ｘ,ｙ）とリターデーションＲ２（ｘ,ｙ）は、ステップＳ２２３で算出した波長特性γ１２（ξ,η）を用いて、Ｒ１（ｘ,ｙ）＝γ１２（ξ,η）・Ｒ２（ｘ,ｙ）という関係にある。ここで、検出領域（ξ,η）は画素（ｘ,ｙ）を含む検出領域である。これを踏まえて、上記の式（１−１）と式（１−２）のパラメータである整数Ｌ１、Ｌ２を画素毎に求める。具体的には、δＲ１２（ｘ,ｙ）＝｜Ｌ１（ｘ,ｙ）・λ１＋Φ１（ｘ,ｙ）−γ１２（ξ,η）・（Ｌ２（ｘ,ｙ）・λ２＋Φ２（ｘ,ｙ））｜が最小となる整数Ｌ１と整数Ｌ２の組み合わせを求める。

なお、複数の検出領域の波長特性γ１２（ξ,η）が略等しい場合には、対象とする画素を含む検出領域の波長特性γ１２（ξ,η）の代わりに、それらを平均した波長特性γ１２ａｖを用いても良く、また、特定の検出領域の波長特性（例えば、第１の検出領域の波長特性γ１２（ξ１,η１））を用いてもよい。

最後に、試料で生じたリターデーションを画素毎に算出する（ステップＳ２２７）。ここでは、式（１−１）及び式（１−２）に、波長λ１、波長λ２、ステップＳ２１７で算出した第１のリターデーションΦ１（ｘ,ｙ）、第１のリターデーションΦ２（ｘ,ｙ）、及び、ステップＳ２２５で算出した整数Ｌ１（ｘ,ｙ）、整数Ｌ２（ｘ,ｙ）を代入して、試料で生じた第３のリターデーションＲ１（ｘ,ｙ）、第３のリターデーションＲ２（ｘ,ｙ）を算出する。

さらに、試料の複屈折の波長特性を画素毎に再度算出する（ステップＳ２２９）。ここでは、ステップＳ２２３で算出した波長特性γ１２（ξ,η）が近似的な値であることを踏まえ、ステップＳ２２７で算出した第３のリターデーションから試料の複屈折の波長特性γｓ１２（ｘ,ｙ）を算出する。具体的には、第３のリターデーションの比として試料の複屈折の波長特性γｓ１２（ｘ,ｙ）を算出する。

本実施例のリターデーション測定方法及びリターデーション測定装置２によっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例のリターデーション測定方法及びリターデーション測定装置２によれば、２次元イメージセンサを備えているため、試料を観察しながら試料で生じるリターデーションを画素毎に測定することができる。この点は、上述した特許文献１及び特許文献２に記載されているような分光計測を用いてリターデーションを測定する方法とは大きく異なっている。

図８は、本実施例に係るリターデーション測定方法のフローチャートである。図８に示すリターデーション測定方法は、第１のリターデーションをベレックコンペンセータで測定する点が、図４に示す実施例１に係るリターデーション測定方法とは異なっている。

以下、図８を参照しながら、図４に示す実施例１に係るリターデーション測定方法との相違点について説明する。なお、本実施例に係る偏光顕微鏡は、図３に示す実施例１に係る偏光顕微鏡１と同様であるので、本実施例に係る偏光顕微鏡の構成要素については図３と同じ符号を用いて参照する。

本実施例では、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理により、回転偏光子４３と試料Ｓ（回転ステージ３０）の回転角の調整が完了すると、ベレックコンペンセータ４２ｂを用いてリターデーションを測定する。

まず、ベレックコンペンセータ４２ｂを光路に挿入し、フィルターターレット２１で検出波長を選択する（ステップＳ３０１及びステップＳ１０９）。ここでは、フィルターターレット２１により波長λ１が選択されたものとする。

次に、波長λ１を中心に狭帯域化された光が照射された試料Ｓの光学像を、ベレックコンペンセータ４２ｂを介して観察すると、試料Ｓがない状態でベレックコンペンセータ４２ｂに対して０点調整が行われたときに視野の中心に現れる十字状の暗線が、視野内の中心からずれた位置に見える。この十字状の暗線が視野の中心に来るようにベレックコンペンセータ４２ｂを傾ける（ステップＳ３０３）。なお、この操作は、ベレックコンペンセータ４２ｂの傾き角度を０度から変化させて、狭帯域化された光を照射したときに視野内で周期的に観察される干渉縞の暗線のうち最も視野中心に近い暗線が視野の中心に位置するようにする操作に相当するものである。このときのベレックコンペンセータ４２ｂの角度τ１から、波長λ１に対応する第１のリターデーションΦ１を算出する（ステップＳ３０５）。具体的には、ベレックコンペンセータ４２ｂの角度−複屈折換算表を参照し、角度τ１と検出波長λ１の組み合わせに対応するリターデーションを第１のリターデーションΦ１として算出する。

続いて、すべての検出波長に対してリターデーションが測定済みか否かを判断し（ステップＳ１１５）、測定していない検出波長がある場合には、ステップＳ３０３に戻って、上記の処理を繰り返す。これにより、波長λ１に対する第１のリターデーションΦ１と、波長λ２に対する第１のリターデーションΦ２が、ベレックコンペンセータで測定される。以降の処理は、実施例１と同様である。

以上の測定方法によっても、実施例１に係るリターデーション測定方法と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例に係るリターデーション測定方法によれば、実施例１とは異なり、ベレックコンペンセータのみを用いて、任意の試料で生じるリターデーションを精度良く測定することができる。

上述した実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例に記載された装置及び方法は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

リターデーションを測定する際に行われる各ステップの順番は、適宜順番を入れ替えてもよい。例えば、実施例１では、セナルモンコンペンセータを用いた測定後にベレックコンペンセータを用いた測定が行われているが、実施例２のように、ベレックコンペンセータを用いた測定後にセナルモンコンペンセータを用いた測定が行われてもよい。

また、セナルモンコンペンセータによるリターデーション測定は、実施例１のようにリターデーションを補償することにより測定されてもよく、また、実施例２のように位相シフト法を用いて測定されてもよい。

また、セナルモンコンペンセータによるリターデーション測定は、上述した実施例では、検出波長を含む狭い波長帯域を有する光を試料に照射して行われているが、複数の検出波長を含む広い波長帯域の白色光を照射して行われてもよい。

さらに、偏斜照明を用いて２軸性複屈折に対応させるため、コンデンサの瞳位置に開口を配置してもよい。その上で、コノスコープ観察により観察されるアイソジャイアの暗線位置に対応するように、照明の開口を偏心させてリターデーションの測定を行ってもよい。

１ 偏光顕微鏡
２ リターデーション測定装置
１０、５０ 光源
２０、６０ 照明光学系
２１、６１ フィルターターレット
２２ 偏光子
２３、６４ 偏光用コンデンサ
３０、７０ 回転ステージ
４０、８０ 観察光学系
４１、８１ 偏光用対物レンズ
４２ａ、６３ λ／４板
４２ｂ、８２ ベレックコンペンセータ
４３、６２ 回転偏光子
４４、８４ 接眼部
８３ 検光子
９０ ＣＣＤカメラ
１００ 演算制御装置
１０１ 検出制御装置
１０３ モータ
１０４ 角度調整機構
１０５ モニタ
Ｓ 試料
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５ 検出領域
ＩＭ 画像

Claims (9)

1. 偏光子と検光子との間に配置された試料で生じるリターデーションを測定するリターデーション測定方法であって、
   複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第１の補償素子が配置された状態で、前記試料で生じるリターデーションのうちの前記試料で生じる位相差を示す検出波長１波長分に満たない第１のリターデーションを算出する第１の工程と、
   前記複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第２の補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する光の強度が最小となるときの前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて第２のリターデーションを算出する第２の工程と、
   前記第２の工程で算出した複数の第２のリターデーションに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第３の工程と、
   前記第１の工程で算出した複数の第１のリターデーションと前記第３の工程で算出した前記試料の複屈折の波長特性とに基づいて、前記複数の検出波長の各々に対応する前記試料で生じるリターデーションを第３のリターデーションとして算出する第４の工程と、を含む
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
2. 請求項１に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第３の工程は、
   前記第２の補償素子の複屈折の波長特性を算出する第５の工程と、
   前記第２の工程で算出した前記複数の第２のリターデーションと前記第５の工程で算出した前記第２の補償素子の複屈折の波長特性とに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第６の工程と、を含む
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
3. 請求項２に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第５の工程は、前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さが一定のときに前記第２の補償素子で生じる第１の検出波長に対応する第４のリターデーションと第２の検出波長に対応する第４のリターデーションとの比を、前記第２の補償素子の複屈折の波長特性として算出する工程であり、
   前記第６の工程は、前記第２の工程で算出した前記第１の検出波長に対応する前記第２のリターデーションと前記第２の検出波長に対応する前記第２のリターデーションとの比に、前記第５の工程で算出した前記第２の補償素子の複屈折の波長特性を乗じて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する工程である
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
4. 請求項３に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第４の工程は、
   前記試料の複屈折の波長特性をγ１２とし、前記第１の検出波長をλ１とし、前記第２の検出波長をλ２とし、前記第１の検出波長に対応する前記第１のリターデーションをΦ１とし、前記第２の検出波長に対応する前記第１のリターデーションをΦ２とするとき、
   ｜Ｌ１・λ１＋Φ１−γ１２・（Ｌ２・λ２＋Φ２）｜が最小となる整数Ｌ１、Ｌ２の組み合わせを算出する第７の工程と、
   Ｌ１・λ１＋Φ１を前記第１の検出波長に対応する前記第３のリターデーションとして、Ｌ２・λ２＋Φ２を前記第２の検出波長に対応する前記第３のリターデーションとして算出する第８の工程と、を含む
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記第１の補償素子の光学軸に対して前記偏光子または前記検光子の振動方向を相対的に変化させて前記試料で生じる前記第１のリターデーションを補償し、補償されているときの前記第１の補償素子の光学軸と前記偏光子または前記検光子の振動方向とのなす角度に基づいて前記第１のリターデーションを算出する工程である
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記第１の補償素子の光学軸と前記偏光子または前記検光子の振動方向とのなす角度が異なる複数の状態で前記検光子を通過する検出波長の光の強度を測定し、前記複数の状態で測定された検出波長の光の強度に基づいて前記第１のリターデーションを算出する工程である
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のリターデーション測定方法において、
   前記第１の工程は、前記複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に第１の補償素子が配置された状態で、検出波長を含む狭い波長帯域を有する光を前記試料に照射して、前記第１のリターデーションを算出する工程であり、
   前記第２の工程は、前記偏光子と前記検光子との間に第２の補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する前記複数の検出波長を含む広い波長帯域を有する白色光の強度が最小となるときの前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて前記複数の検出波長に対応する複数の前記第２のリターデーションを算出する工程である
   ことを特徴とするリターデーション測定方法。
8. 偏光子と検光子とを備え、前記偏光子と前記検光子との間に配置された試料で生じるリターデーションを測定するリターデーション測定装置であって、
   前記偏光子と前記検光子との間に配置された第１の補償素子であって、前記試料で生じるリターデーションのうちの前記試料で生じる位相差を示す検出波長１波長分に満たない第１のリターデーションを測定する第１の補償素子と、
   前記偏光子と前記検光子との間に挿脱自在に配置された第２の補償素子であって、前記第２の補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいて第２のリターデーションを測定する第２の補償素子と、
   前記第２の補償素子で測定される複数の検出波長に対応する複数の前記第２のリターデーションに基づいて前記試料の複屈折の波長特性を算出し、前記第１の補償素子で測定された前記複数の検出波長に対応する複数の前記第１のリターデーションと前記試料の複屈折の波長特性とに基づいて、前記複数の検出波長に対応する前記試料で生じる複数のリターデーションを算出する演算装置と、を備える
   ことを特徴とするリターデーション測定装置。
9. 偏光子と検光子との間に配置された試料の複屈折の波長特性を測定する複屈折波長特性測定方法であって、
   複数の検出波長の各々について、前記偏光子と前記検光子との間に補償素子が配置された状態で、前記検光子を通過する光の強度が最小となるときの前記補償素子の光が透過する部分の厚さに基づいてリターデーションを算出する第１の工程と、
   前記補償素子の複屈折の波長特性を算出する第２の工程と、
   前記第１の工程で算出した複数の前記リターデーションと前記第２の工程で算出した前記補償素子の複屈折の波長特性とに基づいて、前記試料の複屈折の波長特性を算出する第３の工程と、を含む
   ことを特徴とする複屈折量波長特性測定方法。