WO2007099791A1

WO2007099791A1 - 計測装置及び計測方法

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Publication number: WO2007099791A1
Application number: PCT/JP2007/052844
Authority: WO
Inventors: Yukitoshi Otani; Naoki Asato; Toshitaka Wakayama
Original assignee: National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2007-09-07
Also published as: KR20080100452A; KR101267119B1; JP4677570B2; JPWO2007099791A1; US20090040522A1

Abstract

計測装置は、分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する装置であって、リターダ２２及び検光子２４を含む変調部２０と、変調部で分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部３０と、光強度情報に基づいて分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理部５０と、を含む。光強度情報取得部は、リターダ及び検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１～第Ｎの主軸方位条件に設定された変調部で分析対象光を変調させることによって得られる第１～第Ｎの変調光の光強度情報を取得する。演算処理部は、第１～第Ｎの変調光の光強度の理論式と、第１～第Ｎの光強度情報とに基づいて、偏光特性要素算出処理を行う。

Description

明細書

計測装置及び計測方法

技術分野

[0001] 本発明は、分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置、及び、分析対象光の偏光状態を計測する計測方法に関する。

背景技術

[0002] 近年では、新、液晶表示材料の開発が盛んに行われて、る。これに伴!、、製品検査の計測法にも高精度化が求められている。液晶表示材料用の高分子フィルムとして円偏光フィルムがある。これは、液晶がもつ複屈折や旋光性による狭視野角化や着色による製品劣化を補償することができる。また、複屈折や旋光は、波長依存性を持っため、波長ごとの評価が必要である。その評価方法として、従来、楕円率測定には回転検光子法や回転位相子法が用いられてきた。なお、これらの技術を示す文献として、特開 2005— 292028号公報や、 R. M. A. Azaam, Ellipsometry and polarize d light, (1976)が知られている。

発明の開示

[0003] しかし、回転検光子法では、楕円率が逆正弦関数で与えられるため、測定試料の複屈折位相差が 90度付近の場合に精度が悪くなる。また、回転位相子法では、測定する波長にあわせて位相子を取り替える必要があるため、波長ごとの評価を効率よく行うことが難し力つた。

[0004] 本発明の目的は、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測装置及び計測方法を提供することにある。

[0005] ( 1)本発明に係る計測装置は、

分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む、前記分析対象光を変調させる変調部と、

前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、

前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、

を含み、

前記変調部は、

前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するよう〖こ構成されてなり、

前記光強度情報取得部は、

前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第 1〜第 N (N は 2以上の整数)の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第 1〜第 Nの変調光の光強度情報を取得し、前記演算処理部は、

前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第 1〜第 Nの変調光の光強度の理論式と、前記第 1〜第 Nの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。

[0006] 本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0007] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。また、本発明によると、リターダ及び検光子を回転させるだけの、単純な駆動系のみで計測装置を構成することができるため、計測効率、及び、計測精度の高い計測装置を提供することが可能になる。

[0008] なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第 1〜第 Nの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られている力解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第 1〜第 Nの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。

[0009] ただし、リターダ及び検光子の主軸方位を 0 , Θ とおくと、 θ , Θ は、 2 0 - 2 Θ

1 2 1 2 1

≠0、力、つ、 4 Θ - 2 Θ ≠0、力、つ、 2 Θ - 2 Θ ≠4 Θ - 2 Θ ≠2 Θ という条件を

2 1 2 1 2 1 2 2

満たしていてもよい。これによると、フーリエ解析処理により、スト一タスパラメータのすベての要素を算出することが可能になる。

[0010] 本発明に係る計測装置は、光源と受光部とを含み、光源と受光部とを結ぶ光路上に変調部が配置された光学系を含んだ構成をなしていてもよい。このとき、光学系は、光路上であって光源と変調部との間に配置された試料を含んでいてもよい。そして、計測装置は、試料の光学特性要素 (複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、スト一タスパラメータ、ミュラー行列要素、ジヨーンズ行列要素など)を計測する計測装置として構成されてヽてもよヽ。試料に入射される入射光の偏光状態を調整することで、これらの光学特性要素を算出することが可能になる。

[0011] (2)本発明に係る計測装置は、

分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、

を含み、

前記変調光は、

前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、

前記光強度情報取得部は、

前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第 1〜第 Ν (Ν は 2以上の整数)の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第 1〜第 Nの変調光の光強度情報を取得し、前記演算処理部は、

[0012] 本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0013] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。

[0014] なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第 1〜第 Nの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られている力解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第 1〜第 Nの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。

[0015] ただし、リターダ及び検光子の主軸方位を 0 , Θ とおくと、 0 , 0 は、 20 —20

1 2 1 2 1

≠0、力、つ、 4Θ -2Θ ≠0、力、つ、 2Θ -2Θ ≠4Θ -2Θ ≠2Θ という条件を

2 1 2 1 2 1 2 2

[0016] (3)この計測装置において、

前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、 θ , Θ

1 2とおくと、前記変調部の第 Κの主軸方位条件 (Κは 1〜Νの各整数）は、

(θ , Θ ) =(180XLXK/N, 180XMXK/N)

1 2 K

(ただし、 L, Mは 1以上の整数で、 L≠M, L≠2M, 2L≠M) であってもよい。

[0017] 上記のように、リターダ及び検光子の主軸方位を、それぞれ等間隔に設定し、リターダ及び検光子をそれぞれ 180度以上（360度以上)の帯域で変化させることによつて、データの解析処理 (フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる。

[0018] なお、この計測装置では、例えば、 L = 2、 M = 6、 N = 30としてもよい。また、リタ一ダ及び検光子の主軸方位は、上記の条件に初期位相を含んだ設定としてもょヽ。

[0019] (4)本発明に係る計測装置は、

前記リターダ及び前記検光子が所与の回転比で回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、

前記変調光の光強度情報に基づいて前記偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、

を含み、

前記変調部は、

前記光強度情報取得部は、

連続的に強度が変化する前記変調光の光強度情報をアナログ情報として取得し、前記演算処理部は、

前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。

[0020] 本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0021] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。また、本発明によると、リターダ及び検光子を回転させるだけの、単純な駆動系のみを含む計測装置を構成することができるため、計測効率、及び、計測精度の高い計測装置を提供することが可能になる。

[0022] なお、本発明に係る計測装置では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フ一リエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。

[0023] なお、本発明に係る計測装置は、光源と受光部とを含み、光源と受光部とを結ぶ光路上に変調部が配置された光学系を含んだ構成をなしていてもよい。このとき、光学系は、光路上であって光源と変調部との間に配置された試料を含んでいてもよい。そして、計測装置は、試料の光学特性要素 (複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、スト一タスパラメータ、ミュラー行列要素、ジヨーンズ行列要素など）を計測する計測装置として構成されて!ヽてもよ!ヽ。試料に入射される入射光の偏光状態を調整することで、これらの光学特性要素を算出することが可能になる。

[0024] (5)本発明に係る計測装置は、

分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、リターダ及び検光子を含み、前記リターダ及び前記検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、

を含み、

前記変調光は、前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、

前記光強度情報取得部は、

連続的に強度が変化する前記変調光の前記光強度情報をアナログ情報として取得し、

前記演算処理部は、

[0025] 本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0026] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。

[0027] なお、本発明に係る計測装置では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フ一リエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。

[0028] (6)この計測装置において、

前記光強度情報取得部は、

前記リターダ及び前記検光子が、回転比が 1対 3になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得してもよい。

[0029] (7)この計測装置において、前記演算処理部は、

前記光強度情報取得部で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスぺ外ルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。

[0030] このとき、光強度情報を解析する手法として、例えば DFTや FFTを利用することができる。

[0031] (8)この計測装置において、

前記演算処理部は、

前記偏光特性要素を算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リタ一ダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理を行い、

前記複屈折位相差算出処理によって算出された前記リタ一ダの複屈折位相差に基づヽて前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもょヽ。

[0032] この計測装置を利用すれば、リタ一ダの複屈折位相差を算出することができる。そのため、リタ一ダの複屈折位相差を予め算出しておいて、この値を利用して偏光特性要素を算出する処理を行えば、演算処理速度を高めることができる。

[0033] (9)この計測装置において、

前記演算処理部は、前記分析対象光のスト一タスパラメータを算出してもよい。

[0034] (10)この計測装置において、

前記演算処理部は、前記分析対象光の楕円率及び主軸方位の少なくとも一方を算出してもよい。

[0035] (11)この計測装置において、

前記リターダ及び前記検光子を回転駆動させる第 1及び第 2のァクチユエータと、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を検出する第 1及び第 2の検出部と、前記第 1及び第 2のァクチユエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、

をさらに含み、前記制御信号生成部は、前記第 1及び第 2の検出部力の検出信号に基づいて、前記制御信号を生成してもよ!/、。

[0036] (12)本発明に係る計測方法は、

分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、

前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、

を含み、

前記変調光は、

前記光強度情報取得手順では、

前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第 1〜第 N (N は 2以上の整数)の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第 1〜第 Nの変調光の光強度情報を取得し、前記演算処理手順では、

[0037] 本発明に係る計測方法では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0038] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測方法を提供することが可能になる。

[0039] なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第 1〜第 Nの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られている力解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第 1〜第 Nの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。

[0040] ただし、リターダ及び検光子の主軸方位を 0 , Θ とおくと、 θ , Θ は、 20 -2Θ

1 2 1 2 1

2 1 2 1 2 1 2 2

[0041] (13)この計測方法において、

(θ , Θ ) =(180XLXK/N, 180XMXK/N)

1 2 K

(ただし、 L, Mは 1以上の整数で、 L≠M, L≠2M, 2L≠M)

であってもよい。

[0042] 上記のように、リターダ及び検光子の主軸方位を、それぞれ等間隔に設定し、リターダ及び検光子をそれぞれ 180度以上（360度以上)の帯域で変化させることによつて、データの解析処理 (フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる。

[0043] なお、この計測方法では、例えば、 L = 2、 M = 6、 N = 30としてもよい。また、リタ一ダ及び検光子の主軸方位は、上記の条件に初期位相を含んだ設定としてもょヽ。

[0044] (14)本発明に係る計測方法は、

分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、リターダ及び検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と前記変調光の光強度情報とに基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、

を含み、

前記変調光は、

前記光強度情報取得手順では、

前記演算処理手順では、

[0045] 本発明に係る計測方法では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映してヽる。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。

[0046] すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなぐ高精度に分析することが可能な計測方法を提供することが可能になる。

[0047] なお、本発明に係る計測方法では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フ一リエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。

[0048] (15)この計測方法において、

前記光強度情報取得手順では、

前記リターダ及び前記検光子の回転比が 1対 3になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得してちょい。

[0049] (16)この計測方法において、

前記演算処理手順では、

前記光強度情報取得手順で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。

[0050] (17)この計測方法において、

前記偏光特性要素を算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得し、前記光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リタ一ダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理手順をさらに含み、前記演算処理手順では、

前記複屈折位相差算出処理手順で算出された前記リタ一ダの複屈折位相差に基づヽて前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもょヽ。

[0051] この計測方法によれば、リタ一ダの複屈折位相差を算出することができる。そのため、リタ一ダの複屈折位相差を予め算出しておいて、この値を利用して偏光特性要素を算出する処理を行えば、演算処理速度を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0052] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態に係る計測装置を説明するための図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施の形態に係る計測装置を説明するための図である。

[図 3]図 3は、演算処理システムの機能ブロックの一例を示す図である。

[図 4]図 4は、光強度情報取得手順を説明するためのフローチャート図である。

[図 5]図 5は、偏光特性要素算出手順を説明するためのフローチャート図である。

[図 6]図 6は、光強度情報の一例を示す図である。

[図 7A]図 7Aは、光強度情報の一例を示す図である。

[図 7B]図 7Bは、光強度情報の一例を示す図である。

[図 8]図 8は、検証実験について説明するための図である。 [図 9]図 9は、検証実験について説明するための図である。

[図 10A]図 10Aは、検証実験について説明するための図である。

[図 10B]図 10Bは、検証実験について説明するための図である。

[図 10C]図 10Cは、検証実験について説明するための図である。

[図 11A]図 11Aは、検証実験について説明するための図である。

[図 11B]図 11Bは、検証実験について説明するための図である。

[図 11C]図 11Cは、検証実験について説明するための図である。

[図 12]図 12は、検証実験について説明するための図である。

[図 13]図 13は、検証実験について説明するための図である。

[図 14]図 14は、検証実験について説明するための図である。

[図 15A]図 15Aは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。

[図 15B]図 15Bは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。

[図 15C]図 15Cは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。

[図 15D]図 15Dは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[0053] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の一例であり、本発明がこれに限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。

[0054] 以下、本発明を適用した実施の形態に係る計測装置として、試料 100から出射した光 (分析対象光)の偏光状態を計測する計測装置 1について説明する。なお、本発明に適用可能な試料 100の性質は特に限定されな、。

[0055] (1)装置構成

図 1及び図 2は、計測装置 1の装置構成を説明するための図である。なお、図 1は、本発明（計測装置 1)に適用可能な光学系 10を模式的に示す図であり、図 2は、計測装置 1の構成を説明するためのブロック図である。

[0056] 計測装置 1は、光学系 10と、光強度情報取得部 30と、演算処理部 50とを含む。光強度情報取得部 30では、変調部 20で分析対象光 (試料 100によって変調した光)を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する。すなわち、計測装置 1では、光強度情報取得部 30は、光源 12から出射され、光学系 10に含まれる光学素子及び試料 100によって変調された光 (変調光)の光強度情報を取得する。また、計測装置 1では、演算処理部 50は、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とに基づいて、試料 100によって変調した光 (分析対象光)の光学特性要素を算出する処理を行う。なお、試料 100は、光を透過させる物質であってもよぐ光を反射させる物質であってもよ、。

[0057] 以下、計測装置 1の装置構成について説明する。

[0058] 1 1 :光学系 10

光学系 10は、光源 12と受光部 14とを含む。光学系 10は、また、光源 12と受光部 1 4とを結ぶ光路 L上に設けられた、リターダ 22、検光子 24を含む。リターダ 22及び検光子 24は、試料 100から出射された光 (分析対象光)を変調させる光学素子である。すなわち、リターダ 22及び検光子 24は、光路 Lにおける、試料 100の下流側に配置される。リターダ 22と検光子 24とをあわせて、変調部 20と呼ぶことができる。以下、光学系 10の各要素にっ、て説明する。

[0059] 光学系 10は、光源 12を含む。光源 12は、光を発生し、出射する装置である。本実施の形態では、光源 12として、所与の波長 (波数)帯域成分を含む光を出射する装置を利用してもよい。例えば、光源 12として、ハロゲンランプなどの白色光源を使用してもよい。光源 12は、あるいは、所与の波長（波数)の光を出射する光源であってもよい。このとき、光源 12は、単色光を出射する発光装置であるといえる。光源 12として、レーザーや SLDなどを利用してもよい。なお、光源 12は、出射する光の波長（波数)を変更することが可能な構成をなして、てもよ、。

[0060] 光学系 10は、リターダ 22を含む。リターダ 22は、透過する光の波長によってその複屈折位相差の大きさが異なる光学素子である。従って、リターダ 22を透過した光は、その波長によって偏光状態が変化することになる。なお、計測装置 1では、リターダ 2 2 (変調部 20)に入射する光を、分析対象光と称してもよい。試料 100とリターダ 22との間に光学素子を配置しない場合には、試料 100から出射した光を指して、分析対象光と称してもよい。また、本発明では、リターダ 22として、 0次のリターダを利用する [0061] 光学系 10は、検光子 24を含む。検光子 24は、リターダ 22を透過した光（リターダ 2 2から出射した光）を直線偏光とする出射側の偏光子である。そして、光学系 10では、検光子 24を透過した光 (検光子 24から出射された光）が、受光部 14に入射する。

[0062] 本発明では、リターダ 22と検光子 24とをあわせて、変調部 20と称する。そして、リターダ 22及び検光子 24は、主軸方位が変更可能に構成されてなる。リターダ 22及び検光子 24は、回転させることによって、主軸方位を変更することができるように構成されていてもよい。そして、計測装置 1では、分析対象光を変調部 20で変調させることによって得られる光を、変調光と称する。

[0063] 光学系 10は、受光部 14を含む。受光部 14は、分析対象光を変調部 20で変調させることによって得られる光 (変調光）を受光するように構成されて、てもよ、。受光部 14として、例えば、 CCDを禾 IJ用してもよい。

[0064] 分析対象光 (試料 100によって変調された光)が所与の帯域成分を含む光である場合、受光部 14は、分光器と、複数の受光素子とを含んでいてもよい。分析対象光が所与の帯域成分を含む光である場合には、受光部 14に入射する変調光も帯域成分を含む光となる。このときに、分光器によって変調光を波長毎に分光し、それぞれの受光素子で各波長の光の強度を計測すれば、複数の波長帯における変調光の光強度を、同時に計測することができる。

[0065] なお、分光器とは、所与の帯域成分を含む光 (例えば白色光)を、波長毎に分光する光学装置 (光学素子)である。分光器として、例えば、プリズムや回折格子を利用することができる。また、受光素子は、入射した光を例えば光電変換することによって、入射光の強度を測定する光学装置 (光学素子)である。

[0066] 光学系 10は、また、光路 L上に設けられた偏光子 28を含んでいてもよい（図 2参照 )。偏光子 28は、光路 Lにおける、試料 100の上流側に配置される。すなわち、光学系 10〖こよると、光源 12から出射された光を、偏光子 28を介して試料 100に入射させ、試料 100によって変調された光を、リターダ 22及び検光子 24 (変調部 20)を介して受光部 14に入射させるように構成されてなる。すなわち、光源 12から出射された光を偏光子 28及び試料 100によって変調させた光が、計測装置 1における分析対象光となる。 [0067] なお、本実施の形態に係る計測装置 1は、変調部 20 (リターダ 22)に入射する光（分析対象光)の偏光状態を計測する装置である。そのため、光路 Lにおける変調部 2 0よりも上流側の構成は、特に限定されるものではない。例えば、計測装置 1では、偏光子 28を含まな、光学系を利用してもょ、（図 1参照)。

[0068] 1 - 2 :光強度情報取得部 30

光強度情報取得部 30は、変調光の光強度情報を取得する。すなわち、光強度情報取得部 30は、変調部 20に入射する光 (分析対象光)を変調部 20で変調させることによって得られる光 (変調光)の光強度情報を取得する。なお、光強度情報取得部 3 0で行われる、変調光の光強度情報を取得する処理を、光強度情報取得処理と称してもよい。光強度情報取得部 30は、受光部 14に入射する光の光強度情報を取得するように構成されていてもよい。また、受光部 14 (分光器及び受光素子）は、光強度情報取得部 30の一部を構成して、てもよ、。

[0069] 計測装置 1では、光強度情報取得部 30は、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、リターダ 22及び検光子 24の主軸方位の少なくとも一方が異なる第 1〜第 N (Nは 2以上の整数)の主軸方位条件に設定された変調部 20で分析対象光を変調させることによって得られる、第 1〜第 Nの変調光（複数の変調光)の光強度情報を取得する。

[0070] すなわち、光強度情報取得部 30では、第 1〜第 N (Nは 2以上の整数)の光強度情報、すなわち、 N個の光強度情報を取得する。ここで、第 1〜第 Nの光強度情報は、それぞれ、第 1〜第 Nの主軸方位条件に設定された変調部 20によって変調された変調光の光強度である。そして、第 1〜第 Nの主軸方位条件とは、相互に、光学素子 (リターダ 22及び検光子 24)の少なくとも 1つの主軸方位設定が異なっている。また、第 1〜第 Nの主軸方位条件では、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とは、所定の関係を満たしている。

[0071] なお、リターダ 22の主軸方位を 0 と、検光子 24との主軸方位を 0 とそれぞれおく

1 2

と、第 Kの主軸方位条件は、（ 0 、 Θ ) = (180 X L XKZN、 180 X M XKZN)で

1 2 K

あってもよい。ただし、 L, Mは 1以上の整数であり、 L≠Mを満たす。なお、 L, Mは、偶数であってもよい。また、 Mは Lの奇数倍 (Lは Mの奇数倍)であってもよい。例えば、L= 2、M = 6、N = 30としてもよい。 Θ 及び 0 をそれぞれ等間隔に設定し、リタ

1 2 一ダ 22及び検光子 24をそれぞれ 180度以上（360度以上）の帯域で変化させることによって、データの解析処理 (フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる

[0072] ただし、本発明では、変調部 20は、必ずしも上述の主軸方位条件を満たして!/、る必要はない。すなわち、本発明では、既に公知となっているいずれかの解析手法を適用することができるため、選択した解析手法に適したデータを取得することが可能な、いずれかの主軸方位条件で光強度情報を取得してもよい。あるいは、上述の主軸方位条件に初期位相を考慮して、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とを決定してもよい。

[0073] そして、光強度情報取得部 30で取得された複数の光強度情報は、記憶装置 40に格納されてもよい。記憶装置 40は、変調部 20 (リターダ 22及び検光子 24)の主軸方位情報 (第 1〜第 Νの主軸方位条件)と、第 1〜第 Νの光強度情報とを対応付けて格納してもよい。そして、記憶装置 40に格納された光強度情報に基づいて、演算処理部 50が、分析対象光の偏光状態を計測する処理を行う。

[0074] なお、計測装置 1では、光強度情報取得部 30で、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、リターダ 22及び検光子 24の少なくとも一方の主軸方位が異なる変調部 20で分析対象光を変調させることによって得られる複数の変調光の光強度情報を取得すると言ってもょ、。

[0075] すなわち、光強度情報取得部 30では、複数の変調光の光強度情報を取得する。

そして、当該複数の変調光とは、それぞれ、分析対象光を、光学素子 (リターダ 22及び検光子 24)の少なくとも一方の主軸方位の設定が異なる変調部 20で変調させることによって得られる光である。また、複数の変調光とは、それぞれ、分析対象光を、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが所与の関係を満たす変調部 20で変調させることによって得られる光であるといえる。

[0076] 1 3 :演算処理部 50

演算処理部 50は、分析対象光の偏光状態を計測する演算処理を行う。演算処理部 50は、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とに基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する処理 (偏光特性要素算出処理)を行い、分析対象光の偏光状態を計測する。後で詳述するが、変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光状態を示すパラメータを含んでいる。そのため、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とを利用すれば、分析対象光の偏光状態を示すパラメ一タ (偏光特性要素)を算出することが可能になる。そして、分析対象光の偏光特性要素を算出すれば、分析対象光の偏光状態を計測することができる。

[0077] 1 4 :駆動'検出部

計測装置 1は、第 1及び第 2の駆動'検出部 62, 64をさらに含んでいてもよい。駆動'検出部のうち、駆動部は、光学系を構成する光学素子の主軸方位を可変設定する了クチユエータである。また、検出部は、光学素子の主軸方位を検出するセンサである。計測装置 1では、第 1の駆動 ·検出部 62は、リターダ 22を回転駆動させ、リタ一ダ 22の主軸方位を検出する。また、第 2の駆動 ·検出部 64は、検光子 24を回転駆動し、検光子 24の主軸方位を検出する。

[0078] そして、計測装置 1は、第 1及び第 2の駆動 ·検出部 62, 64の動作を制御する制御信号生成部 65をさらに含んでいてもよい。例えば、制御信号生成部 65は、第 1及び第 2の駆動 ·検出部 62, 64からの検出信号に基づいて制御信号を生成し、第 1及び第 2の駆動 ·検出部 62, 64の動作を制御するように構成されて、てもよ、。

[0079] 1 5 :制御装置 70

計測装置 1は、制御装置 70を含んでいてもよい。制御装置 70は、計測装置 1の動作を統括制御する機能を有していてもよい。すなわち、制御装置 70は、第 1及び第 2 の駆動'検出部 62, 64を制御して光学素子の主軸方位を設定し、光源 12の発光動作を制御し、そして、光強度情報取得部 30及び演算処理部 50の動作を制御してもよい。

[0080] 制御装置 70は、記憶装置 40及び演算処理部 50を含んで、てもよ、。なお、記憶装置 40は、種々のデータを一時記憶する機能を有する。記憶装置 40は、例えば、変調光の光強度情報を、リターダ 22及び検光子 24の主軸方位情報と対応付けて記憶してもよい。そして、演算処理部 50は、記憶装置 40に格納された光強度情報に基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。制御装置 70 は、また、制御信号生成部 65を含んでいてもよい。

[0081] なお、計測装置 1は、特に制御装置 70 (演算処理部 50)において、コンピュータを利用した処理が可能である。ここで、コンピュータとは、プロセッサ（処理部： CPU等）、メモリ (記憶部)、入力装置、及び、出力装置を基本的な構成要素とする物理的装置（システム）を言う。

[0082] 図 3には、制御装置 70を構成する、演算処理システムの機能ブロックの一例を示す

[0083] 処理部 110は、情報記憶媒体 130に格納されるプログラム (データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体 130には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム (各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。

[0084] 処理部 110の機能は、各種プロセッサ（CPU、 DSP等）、 ASIC (ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。

[0085] 記憶部 120は、処理部などのワーク領域となるもので、その機能は RAMなどにより実現できる。

[0086] 情報記憶媒体 130 (コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムゃデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク (CD、 DVD)、光磁気ディスク（ MO)、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ROM)などにより実現できる。計測装置 1では、情報記憶媒体 130に格納されたプログラムに基づいて、変調部 20 (リターダ 22及び検光子 24)の主軸方位が設定され、光源 12の発光動作が制御されてもよい。

[0087] (2)偏光特性計測原理

次に、本実施の形態に係る計測装置が採用する、偏光状態を計測する原理 (偏光特性要素を算出する原理)を説明する。

[0088] 2- 1 :変調光の光強度の理論式

リターダ 22のミュラー行列 Rと、検光子 24のミュラー行列 Aとは、

[数 1] 1 0 0 0

0 1— (1 _ cos ^(^))sin ²2θ_λ (1 - cos δ{λ)) sin 2θ_λ cos 2Θ_Χ -sin^(A) sin 2

(1)

0 (1— cos δ{λ)) sin 2θ_λ cos 2θ_λ 1— (1— cos δ{λ)) cos ²2θ_ί sin ( ) cos 2( j

0 sin δ{λ) sin 2Θ₁ - sin δ{λ) cos 2^ cos δ (X)

1 cos2¾ sin26»₂ 0

cos2( ₂ cos²2^ cos 26>₂ sin 26>₂ 0

(2) sin W₂ cosW₂smW₂ sin²2¾ 0

0 0 0 0 と表すことができる。

[0089] なお、 δ (λ), θ , θ は、リターダ 22の持つ複屈折位相差、リターダ 22の回転角

1 2

(主軸方位）、検光子 24の回転角（主軸方位)である。なお、リターダ 22の複屈折位相差は波長依存性を有するため、波長 λの関数となる。すなわち、式（1)は、リタ一ダ 22に波長 λ光が入射した場合の、リターダ 22の複屈折位相差である。

[0090] 試料 100を出射後の光 (分析対象光)の偏光状態 S (スト一タスパラメータ)を、

[数 2] s₀W

(3) s₃W と表すと、分析対象光を変調部 20で変調させることによって得られる変調光の偏光状態である S は、

out

[数 3]

S_0Ut =A-R-S_m (4) と表すことができる。

[0091] なお、 S における s ( λ )は光強度、 s (λ)は直線偏光成分、 s ( λ )は

in 0 1 2

45度偏光成分、 s (λ)は円偏光成分のベクトル量を表す。そして、 S における s (

3 out 0， λ)は、受光部 14に入射する光 (変調光)の光強度成分である。変調光の光強度 Ι(λ , θ , Θ )は、式 (4)から、

1 2

[数 4] Ι(λ,θΑ) = ^^-l ¾ ) + (A)cos²^^cos W₂ + 5₂( l)cos² ^^sin 2Θ₂

- s₃ (A) sin δ{λ) sin(2 -2Θ₂) + s_t (λ) sin ² cos(45>,― 2Θ₂ )

+ s₂ (λ) sin² ^-sm( 0₁― 2Θ₂ (5) と表すことができる。なお、式 (5)に表れる I ( λ )は、光強度の比例定数である。

0

[0092] ところで、光強度 1(え， Θ ， Θ )のバイアス成分及び、 cos20 , sin2 Θ sin

1 2 2 2,

(2Θ -2 Θ ), cos(40 -2 Θ ), sin(49 -2 θ )における振幅成分は、式（5)よ

1 2 1 2 1 2

[数 5]

(6 a),

/"つ、 ( ) ,つ、 2

ひ _2θτ ) = "^Ji (ス) COS (6 b),

/つ、 ( ) /つ、 · 2

α _θι-2θ₂ W =— ^(^sin -^— (6 c),

, 、 ) ,ハ 2 δ{λ)

b_2e2U) = ^—s₂(A os - (6d),

b_Wl W =―" ^J~ s₃ (A) sin δ (λ) (6 e),

¾_Θ, -ΙΘ₂ ( ） = W ^sin ~ - (6 f), と表すことができる。

[0093] そして、式 (6a)〜式 (6f)を利用すると、リターダ 22の複屈折位相差 δ (え）は、 [数 6] ^αΑθ_ί-2θ_ϊ ( ) +わ — ( )

δ{λ) = 2tan" (V) と表すことができる。

[0094] なお、後述するとおり、式 (6a)〜式 (6f)の各左辺は、光強度情報から算出可能であることから、これらの値を式 (7)に代入することで、複屈折位相差 δ (λ)を算出することができる。

[0095] さらに、式 (6a)〜式 (6f)を利用すると、分析対象光のスト一タスパラメータである s

0

(え）， S (え）， S (え）， S ( λ )は、それぞれ、

1 2 3

[数 7] s₀W = - a₀W (8a) ro ( )

2

2 （） + )) (8b)

s₂W ゆ 2 ₂( ）—わ — 2 ( )） (8c)

/₀( )

と表すことができる。

[0096] 式 (6a)〜式 (6f)の各左辺、及び、リターダ 22の複屈折位相差 δ (λ)が算出可能であることから、これらの値を式 (8a)〜式 (8d)に代入することで、分析対象光のスト一タスパラメータの各値も算出可能である。

[0097] そして、分析対象光の楕円率 ε ( λ )と主軸方位 φ ( λ )は、スト一タスパラメータを用いて、

[数 8] 1

tan — arctan j

(9a)

2 I 2 , 2

V i 1 s X)

(λ) =—arctan— (9b)

2 _Sl(X) と表すことができる。

[0098] 以上のことから、本発明が採用する原理によると、波長 λの分析対象光の偏光特性要素を算出することができ、波長えの分析対象光の偏光特性 (偏光状態)を計測することができることがゎカゝる。すなわち、複屈折位相差に波長依存性が表れるリターダを利用した場合でも、分析対象光の全波長における偏光特性計測を行うことが可能であることがわかる。

[0099] 2— 2:実測値の利用

式（6a)〜式（6f)の左辺が示す、 a (え）、 a (λ), a ( λ )、及び、 b (λ)

0 2Θ2 401—202 2Θ2

, b (λ), b ( λ )は、光強度のバイアス成分、 cos成分、及び、 sin成分を

201—202 401—202

示している。つまり、フーリエ係数である。そのため、これらの係数は、

[数 9]

«o ) = ^l Ι(Λ,Θい θ₂)άθ (10)

α_η(Α) =— I(A,0_l,0₂)cos(n0)d0 (11)

„( ）=丄丄

(12) 力ら算出することができる。すなわち、式（6a)〜式（6f)の左辺に現れる、 a (

0 え）、 a (え）， a (え）、及び、 b (λ), b (λ), b ( λ )は、光

2Θ2 401—202 2Θ2 201—202 401—202

強度情報 (光強度の実測値)を利用して、数値としてその値を算出することができる。

[0100] そして、これらの値を利用すると、式（7)、及び、式（8a)〜式（8d)から、ストタスノラメータの各値を算出することができる。 [0101] そして、スト一タスパラメータの各値を利用すると、式（9a)及び式（9b)から、楕円率及び主軸方位を数値として算出することができる。

[0102] 2-3:リターダ 22及び検光子 24が満たすべき主軸方位条件

先に説明したように、変調光の光強度の理論式は式 (5)で表すことができるが、リターダ 22の主軸方位 Θ と、検光子 24の主軸方位 Θ の設定いかんによっては、すべ

1 2

てのスト一タスパラメータ s (λ), s (λ), s (λ), s (λ)を算出できない事態が発生

0 1 2 3

しうる。

[0103] 例えば、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが 20 -2Θ =0の関係

1 2 を満たす変調部によって変調された光の光強度の理論式では、式（5)の第 4項は 0 になり、得られた光強度を解析処理しても s (λ)を測定することができなくなる。すな

3

わち、 s (λ)を測定するためには、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位と

3

は、 20 -2Θ ≠0という条件を満たしている必要がある。

1 2

[0104] 同様に考えると、すべてのスト一タスパラメータを算出するためには、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが、 20 -2Θ ≠0、力、つ、 40 -2Θ ≠0、力、

1 2 1 2 つ、 20 -2Θ ≠4Θ -2Θ ≠2Θ を満たしている必要がある。

1 2 1 2 2

[0105] すなわち、リターダ 22の主軸方位と検光子 24の主軸方位とが上記の関係を満たしている場合には、すべてのスト一タスパラメータを算出することができる。そのため、効率のよい計測が可能になる。

[0106] 具体的には、光強度情報取得部 30では、リターダ 22の主軸方位 Θ と検光子 24の主軸方位 Θ とが、 3Θ = θ の関係を満たす変調部 20によって分析対象光を変調

2 1 2

させ、それによつて得られる変調光の光強度情報を取得してもよい。これによると、リターダ 22と検光子 24とが上記の条件を満たすことができるため、すべてのスト一タスノラメータを算出することが可能になる。

[0107] 例えば、リターダ 22と検光子 24とを、回転比が 1:3になるように回転させて、一定の期間毎に光強度情報を取得してもよい。これにより、すべてのスト一タスパラメータを算出可能な光強度情報を、効率よく取得することができる。

[0108] (3)計測手順

次に、本実施の形態に係る計測装置による偏光状態の計測手順について説明する。

[0109] 図 4及び図 5は、本実施の形態に係る計測装置の動作フローチャートを示す。

[0110] 3- 1 :光強度情報取得手順

図 4は、光強度情報取得手順のフローチャートである。

[0111] 光強度情報取得手順では、まず、リターダ 22及び検光子 24 (変調部 20)の主軸方位を設定する (ステップ S 10)。

[0112] この状態で、光源 12から光を出射し、光学素子及び試料 100によって変調された光 (変調光)を、受光部 14で受光する。そして、光強度情報取得部 30で、受光部 14 が受光した光 (変調光)の光強度情報を取得する (ステップ S 12)。

[0113] なお、光強度情報取得手順では、複数の変調光の光強度情報 (第 1〜第 Nの変調光の光強度情報)を取得する。ここで、第 1〜第 Nの変調光は、第 1〜第 Nの主軸方位条件に設定された変調部 20で分析対象光を変調させることによって得られる測定光である。すなわち、光強度情報取得手順では、上記のステップ S 10及びステップ S 12を、光学素子の主軸方位設定を変更して複数回行う。

[0114] 詳しくは、計測装置 1では、はじめに、光学素子の主軸方位を第 1の条件に設定して、第 1の光強度情報を取得する。そして、上述の記憶装置 40に、第 1の条件 (主軸方位情報)と第 1の光強度情報とを対応付けして格納する。続いて、光学素子の主軸方位を第 2の条件に設定 (変更)して、第 2の光強度情報を取得し、記憶装置 40で、第 2の条件と第 2の光強度情報とを対応付けして格納する。以下、この動作を繰り返し、 N個の主軸方位情報と、 N個の光強度情報を取得し、それぞれを対応させて、記憶装置 40に格納してもよ、。

[0115] なお、光学系の光学素子の主軸方位は、制御信号生成部 65により、駆動'検出部 62, 64のァクチユエータを動作させて設定 (変更）してもよい。また、光学系の光学素子の主軸方位情報は、検出部で検出してもよぐ予めプログラムされた情報に従ってちょい。

[0116] 3— 2 :演算処理手順

図 5は、演算処理手順のフローチャートである。演算処理手順では、光強度情報取得手順で取得された変調光の光強度情報と、変調光の理論式とに基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する。

[0117] 演算処理手順では、まず、式（10)〜式（12)に基づいて、 a (え）、 a (λ), a

0 2Θ2 4Θ 1-

(λ)、及び、 b (λ), b (λ), b (λ)の各値を算出する (ステップ S

202 202 201—202 401—202

20)。

[0118] 次に、式（7)及び式 (8a)〜式 (8d)に基づいて、リターダ 22の複屈折位相差 δ (λ )と、分析対象光のスト一タスパラメータ s (λ), s (λ), s (λ), s (ぇ）を算出する（

0 1 2 3

ステップ S22)。

[0119] そして、分析対象光のスト一タスパラメータの各値を利用して、式（9a)及び式（9b) に基づいて、分析対象光の楕円率 ε (λ)及び主軸方位 φ (λ)を算出する (ステツプ S24)。

[0120] 以上の手順によって、分析対象光の偏光特性要素である楕円率と主軸方位を算出することができ、分析対象光の偏光状態を計測することができる。

[0121] (4)リターダ 22の複屈折位相差 δ (λ)について

上述したように、計測装置 1によると、複屈折位相差が未知のリターダを利用した場合であっても、式 (7)からリターダ 22の複屈折位相差 δ (λ)を算出することができるため、これを用いて分析対象光のスト一タスパラメータを算出することができる。

[0122] ところが、分析対象光のスト一タスパラメータ力 S ={s (λ), s (λ), s (λ), s ( in 0 1 2 3 λ)} = {1, O, 0, 1}になる場合には、式 (7)を用いて複屈折位相差 δ U)を算出することができなくなる。この事態を避けるため、リターダ 22の複屈折位相差 δ (λ)を予め算出し、キャリブレーションデータを取得し、この値を利用して計測を行ってもよい。

[0123] 具体的には、分析対象光に変えて、スト一タスパラメータカ 1, 0, 0, 1}ではないサンプル光を変調部 20に入射させて光強度情報取得処理を行ヽ、取得された光強度情報と、光強度の理論式 (式 (7)参照）とに基づ、て、複屈折位相差 δ ( λ )を、キヤリブレーシヨンデータとして算出する処理を行ってもよい。そして、本手順によつて算出された複屈折位相差 δ ( λ )を記憶装置 40に格納し、記憶装置 40に格納された複屈折位相差 δ (λ)を利用して、上述した偏光特性要素を算出する処理を行つてもよい。 [0124] なお、複屈折位相差 δ ( λ )は、リターダ 22に固有の値となるため、これは一度算出し、記憶装置 40に格納することで、以降、複屈折位相差 δ ( λ )を算出する作業を行う必要がなくなり、演算効率を高めることができる。

[0125] (5)変形例

以下、本発明を適用した実施の形態の変形例に係る計測装置について説明する。なお、本実施の形態でも、既に説明した内容を可能な限り適用するものとする。

[0126] 本実施の形態に係る計測装置では、光強度情報取得部 30は、リターダ 22及び検光子 24が所与の回転比で回転する変調部 20で分析対象光を変調させることによつて得られる変調光の光強度情報を取得する。これによると、光強度情報取得部 30は、図 6に示すように、連続的に強度が変化する変調光の光強度情報をアナログ情報として取得することができる。

[0127] 図 6に示すように、光強度は周期を持つ関数ととらえることができる。そのため、これを解析処理 (例えばフーリエ解析処理)すると、図 7に示すように、ピークスペクトルを抽出することができる。これらのピークスペクトルを、光強度の理論式 (上述した式 (6a )〜式（6f)の左辺）に対応させれば、式（8a)〜式（8d)に基づ、て、分析対象光のストークスパラメータを算出することができる。

[0128] (6)検証結果

本発明の計測原理及びその精度を確認するために検証実験を行った。以下、その結果を示す。

[0129] はじめに、 633nmのヘリウムネオンレーザを用いた単波長計測を行った。本実験では、図 8に示すように、ヘリウムネオンレーザの光源 82とパワーメータ 84 (受光部 1 4及び光強度情報取得部 30)との間に、偏光子 86と、リターダ 22及び検光子 24を配置した。なお、偏光子 86の主軸方位は 0度に設定した。また、リターダ 22は、 12度おきに回転させ、リターダ 22と検光子 24とを 1対 3の回転比で回転させた。なお、リタ一ダ 22として、 633nmのヘリウムネオンレーザの 1Z4波長板を利用した。

[0130] 本実験によると、リターダ 22の複屈折量は 90度、主軸方位は 0. 15度、楕円率は 0. 1%であった。

[0131] 次に、図 9に示すように、実際に試料を入れて楕円率の計測を行った。なお、本実験では、試料として、バビネソレイュ補償器 88を利用した。なお、ハビネソレィュ補償器 88とは、任意に複屈折位相差量を調整することができる光学素子 (装置)である。図 10A〜図 10Cは、本実験で計測されたスト一タスパラメータ、楕円率、及び、主軸方位の結果を示す。なお、本実験は、バビネソレイュ補償器 88の主軸方位を、 0度力も 90度まで、 5度おきに変えて行った。なお、図 10A〜図 10Cの実線及び破線は理論値であり、プロット点が計測結果である。

[0132] 図 10A〜図 10Cを見ると、スト一タスパラメータと楕円率の結果ともに、理論値と同等の結果が得られ、試料の複屈折量が 90度付近での計測精度であっても、 0. 3% で得られることがわ力た。なお、主軸方位の計測結果では、バビネソレイュ補償器 88の回転角 45度付近で、理論値とずれている。このずれは、 99. 7%の円偏光となつて、るために起こって!/、るものと思われる。

[0133] 次に、位相子の取替えの必要性について検証するために、リターダを変えて同じ実験を行った。本実験では、リターダ 22として、波長 457nmの 1Z4波長板を利用した。なお、波長 457nmの 1Z4波長板は、 633nmの光に対しては、複屈折量が約 65 度である。そのため、リターダの変調量が 90度以外の場合にも計測することが可能かどうかについて判断することができる。この実験結果を、図 11A〜図 11Cに示す。

[0134] 図 11A〜図 11Cを見ると、スト一タスパラメータ、楕円率、及び、主軸方位ともに理論値と同様の結果が得られた。このことから、本発明によると、リターダ 22の位相変調量に依存することなく偏光特性を計測することが可能であることを確認することができる。なお、本実験結果から、波長 457nmの光源を用い、 633nmの 1/4波長板を利用した場合でも、偏光特性を計測することが可能であるとの予測が立てられる。

[0135] 次に、多波長帯域の光を利用した実験を行った。図 12には、本実験に使用した実験装置を示す。

[0136] 図 12に示すように、光源 92としてハロゲンランプを利用し、光源 92からの光を光フアイバー 94に導出させ、コリメートレンズによって平行光を作る。計測試料には、単波長実験と同様に、バビネソレイュ補償器 88を利用し、リターダ 22として雲母板を利用した。なお、ハロゲンランプは、 400nm〜800nmの波長域まで広がる白色光源である。ハロゲンランプは、一般的に、 400nm〜440nmと 700nm〜800nmの端波長域で光強度が弱い。このため、測定波長域は、 450ηπ！〜 660nmとした。

[0137] 計測にあたっては、まず、リターダ 22の複屈折位相差を求め、キャリブレーションデータを取得する。キャリブレーションデータは、ヘリウムネオンレーザでの計測と同様に、バビネソレイュ補償器 88を取り除いた実験装置によって、偏光子 86を透過してきた光をリターダ 22 (雲母板）により位相変調させた光強度の波形を解析する。キヤリブレーシヨンから得られた雲母板の複屈折分散を図 13に示す。

[0138] 次に、実際に測定試料 (バビネソレイュ補償器 88)を入れて、多波長域での楕円率の計測を行った。本実験では、バビネソレイュ補償器 88を主軸方位 45度に設置し、任意の波長で円偏光状態を作る。バビネソレイュ補償器 88の複屈折位相差はマイク口メータを送ることによって変化させることにより、円偏光状態の波長をシフトさせた。図 14に、マイクロメータを変化させ、バビネソレイュ補償器の複屈折位相差を変化させた結果を示す。リターダ 22は、 12度毎に回転させた。図中のプロット点は、波長 5 nmおきにとっている。

[0139] いずれの結果においても、楕円率は 99%以上の値が得られた。楕円率 100%の結果を得るためには、バビネソレイュ補償器の設置ゃ検出系の回転をさらに高精度に行うことで改善されると考察する。

[0140] 本実験結果から、本計測装置によると、多波長域の光を利用した場合でも、リタ一ダ 22の取替えの必要がなぐ高精度な楕円率計測が可能であることがわかる。

[0141] なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなぐ種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成 (例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

[0142] 例えば、変調部 20 (リターダ 22及び検光子 24)は、手動で、その主軸方位を変更可能に構成されていてもよい。この場合には、検出部によってその主軸方位情報を取得し、各種演算処理を行ってもよい。 [0143] また、上記の実施の形態では、ミュラー行列を利用した演算処理にっ、て説明した。ただし、本発明は、ジヨーンズ行列を利用した演算処理を行ってもよい。

[0144] また、本発明によると、分析対象光の偏光状態を計測し、明らかにすることができる。そのため、偏光状態が未知の光に適用し、その偏光状態を計測することができる。すなわち、測定試料の性質にとらわれることなぐ偏光状態の計測が可能である。すなわち、光学系 10 (光路 L)におけるリターダ 22よりも上流側の構成にとらわれることなぐ偏光状態を計測することができる。

[0145] なお、本発明に係る計測装置 (計測方法)は、試料 100の光学特性要素 (複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、スト一タスパラメータ、ミュラー行列要素、ジョーンズ行列要素など)を計測する計測装置 (計測方法)として構成されて!ヽてもよ!ヽ。光源の性質や、光源と試料 100との間に配置する光学素子を選択することによって、試料 100の光学特性要素を算出することが可能になる。

[0146] 本発明は、液晶をはじめとする有機高分子材料の評価や新材料の研究開発に利用することができる。さらに、高分子の配向状態を品質管理などにも応用が可能である。これらより得られる知見は新しい材料に非常に有効なものとなる。

[0147] なお、図 15A〜図 15Dに、本発明を用いて円偏光フィルムの視野角特性を評価した結果を示す。ここで、図 15Aは、視野角分布の表示モデルを表している。そして、図 15B〜図 15Dは、それぞれ、測定対象 (試料 100)を出射した波長 450nm, 550 nm, 650nmの光 (分析対象光）の楕円率の計測結果を示す図である。なお、各図におけるグレーレベルは、楕円率の大きさを表している。

[0148] 本発明によると、測定対象を出射した光 (分析対象光)の楕円率の視野角分布を、図 15B〜図 15Dに示すように検出することができる。

[0149] なお、図 15B〜図 15Dに示す結果から、本実験に利用した測定対象は、波長によつて楕円率視野角分布が異なっていることがわかる。例えば、図 15Bを見ると、波長 450nmの上下左右の楕円率はほぼ均一であることがわかる。これに対し、図 15Dを見ると、波長 650nmでは上下方向の楕円率が高ぐ左右方向の楕円率が低くなつていることがわ力る。

[0150] すなわち、本発明によると、図 15B〜図 15Dに示すように、波長帯毎の、測定対象の楕円率分布 (分析対象光の偏光状態)を、効率よく正確に計測することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、

回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む、前記分析対象光を変調させる変調部と、

を含み、

前記変調部は、

前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するように構成されてなり、

前記光強度情報取得部は、

前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ

、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第 1〜第 N (N は 2以上の整数)の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第 1〜第 Nの変調光の光強度情報を取得し、前記演算処理部は、

前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第 1〜第 Nの変調光の光強度の理論式と、前記第 1〜第 Nの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測装置。

[2] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、

回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、

を含み、前記変調光は、

前記光強度情報取得部は、

[3] 請求項 1又は請求項 2記載の計測装置にお、て、

1 2とおくと、前記変調部の第 Kの主軸方位条件 (Kは 1〜Nの各整数）は、

( θ , Θ ) = (180 X L X K/N, 180 X M X K/N)

1 2 K

(ただし、 L, Mは 1以上の整数で、 L≠M, L≠2M, 2L≠M)

である計測装置。

[4] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、

前記変調光の光強度情報に基づいて偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、

を含み、

前記変調部は、前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するよう〖こ構成されてなり、

前記光強度情報取得部は、

前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測装置。

[5] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、

リターダ及び検光子を含み、前記リターダ及び前記検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、

を含み、

前記変調光は、

前記光強度情報取得部は、

前記演算処理部は、

[6] 請求項 1から請求項 5のいずれかに記載の計測装置において、

前記光強度情報取得部は、

前記リターダ及び前記検光子が、回転比が 1対 3になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する計測装置。

[7] 請求項 1から請求項 6のいずれかに記載の計測装置において、

前記演算処理部は、

前記光強度情報取得部で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスぺ外ルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測装置。

[8] 請求項 1から請求項 7のいずれかに記載の計測装置において、

前記演算処理部は、

前記複屈折位相差算出処理によって算出された前記リタ一ダの複屈折位相差に基づいて前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測装置。

[9] 請求項 1から請求項 8のいずれかに記載の計測装置において、

前記演算処理部は、前記分析対象光のスト一タスパラメータを算出する計測装置。

[10] 請求項 1から請求項 9のいずれかに記載の計測装置において、

前記演算処理部は、前記分析対象光の楕円率及び主軸方位の少なくとも一方を算出する計測装置。

[11] 請求項 1から請求項 10のいずれかに記載の計測装置において、

をさらに含み、

前記制御信号生成部は、前記第 1及び第 2の検出部力の検出信号に基づいて、前記制御信号を生成する計測装置。

[12] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、

を含み、

前記変調光は、

前記光強度情報取得手順では、

前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第 1〜第 Nの変調光の光強度の理論式と、前記第 1〜第 Nの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測方法。

[13] 請求項 12記載の計測方法において、

( θ , Θ ) = (180 X L X K/N, 180 X M X K/N)

1 2 K

(ただし、 L, Mは 1以上の整数で、 L≠M, L≠2M, 2L≠M)

である計測方法。

[14] 分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、

リターダ及び検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と前記変調光の光強度情報とに基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、

を含み、

前記変調光は、

前記光強度情報取得手順では、

前記演算処理手順では、

前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測方法。

[15] 請求項 12から請求項 14のいずれかに記載の計測方法において、

前記光強度情報取得手順では、

前記リターダ及び前記検光子の回転比が 1対 3になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する計測方法。

[16] 請求項 12から請求項 15のいずれかに記載の計測方法において、

前記演算処理手順では、

前記光強度情報取得手順で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測方法。

[17] 請求項 12から請求項 16のいずれかに記載の計測方法において、

前記複屈折位相差算出処理手順で算出された前記リタ一ダの複屈折位相差に基づいて前記偏光特性要素を算出する処理を行う計測方法。