(57)【要約】    本発明による偏向測定装置は、偏光投影部１と、偏光受光部２と、偏光投影部１からの偏光を集光して被検面３に照射するとともに被検面３で反射した光を集光して偏光受光部２に導く伝送光学系４を有する。伝送光学系４は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが同一の光学系の中心軸Ｏに対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように構成されている。偏光投影部１は、光源１ａから出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系１ｃを有し、且つ、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄにおける所定範囲の光束断面が、被検面３に投影される。
2008035685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光投影部と、偏光受光部と、前記偏光投影部からの偏光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記偏光受光部に導く伝送光学系を有し、
前記伝送光学系は、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように、構成されていることを特徴とする偏光測定装置。
【請求項２】
光源と偏光子を有する偏光投影部と、検光子と受光装置を有する偏光受光部と、前記偏光投影部からの偏光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記偏光受光部に導く伝送光学系とを有し、
前記伝送光学系が、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように構成され、
前記偏光投影部が、前記光源から出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系を有し、且つ、
前記強度分布均一化光学系の瞳位置における所定範囲の光束断面が、前記被検面に投影されるようにしたことを特徴とする偏光測定装置。
【請求項３】
前記強度分布均一化光学系の瞳位置に、前記伝送光学系の中心軸に対称に配置された前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向に延びた、細長形状のスリットを備えたことを特徴とする請求の範囲２に記載の偏光測定装置。
【請求項４】
前記偏光投影部が、少なくとも出射側にテレセントリックな光学系として構成され、
前記偏光受光部が、前記伝送光学系において前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが交差する位置の像を前記受光装置に結像する結像光学系を有することを特徴とする請求の範囲２又は３に記載の偏光測定装置。
【請求項５】
前記伝送光学系が、
前記偏光投影部からの偏光を被検面に対して斜めに照射するように出射させるとともに前記被検面で反射した光を内部に入射させるように構成された、先端光学系を有することを特徴とする請求の範囲１乃至４の何れかに記載の偏光測定装置。
【請求項６】
前記先端光学系が、
内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、
前記被検面で反射し内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、
を有するプリズムで構成されていることを特徴とする請求の範囲５に記載の偏光測定装置。
【請求項７】
前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、少なくとも一回交差させた後に、該伝送光学系の中心軸に対して平行になるように構成され、
前記先端光学系が、
前記偏光投影部からの偏光を垂直に入射させる照射光入射面と、
前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、
前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、
前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、
前記反射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる反射光出射面と、
を有するプリズムで構成されていることを特徴とする請求の範囲５に記載の偏光測定装置。
【請求項８】
前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、
前記先端光学系が、
内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、
前記被検面で反射し内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、
を有するプリズムで構成されていることを特徴とする請求の範囲５に記載の偏光測定装置。
【請求項９】
前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、
前記先端光学系が、
前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、
前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、
前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、
を有するプリズムで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の偏光測定装置。
【請求項１０】
前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、
前記先端光学系が、
前記偏光投影部からの偏光を垂直に入射させる照射光入射面と、
前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、
前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、
前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、
前記反射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる反射光出射面と、
を有するプリズムで構成されていることを特徴とする請求の範囲５に記載の偏光測定装置。
【請求項１１】
前記プリズムが、前記照射光全反射面と前記反射光全反射面を前記伝送光学系の中心軸に対称な側面に有する側面全反射プリズムであることを特徴とする請求の範囲８乃至１０の何れかに記載の偏光測定装置。
【請求項１２】
入射した照射光を全反射する照射光全反射面及び入射した反射光を全反射する反射光全反射面を、夫々、前記伝送光学系の中心軸に対称な側面の複数箇所に有することを特徴とする請求の範囲１１に記載の偏光測定装置。
【請求項１３】
前記プリズムが結晶質で構成されていることを特徴とする請求の範囲６乃至１２の何れかに記載の偏光測定装置。
【請求項１４】
前記結晶質のＣ軸が前記伝送光学系の中心軸方向に対して平行となるように、前記プリズムが配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の偏光測定装置。
【請求項１５】
前記結晶質のＣ軸が前記伝送光学系の中心軸方向に対して垂直となるように、前記プリズムが配置されていることを特徴とする請求の範囲１３に記載の偏光測定装置。
【請求項１６】
さらに、前記伝送光学系が、前記偏光投影部側及び前記偏光受光部側に、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを交差させるリレー光学系を有することを特徴とする請求の範囲１乃至１５の何れかに記載の偏光測定装置。
【請求項１７】
投影部と、受光部と、前記投影部からの光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記受光部に導く伝送光学系を有し、
前記伝送光学系は、前記投影部から前記被検面へ照射する光の光軸と、前記被検面で反射して前記受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように、構成されていることを特徴とする偏光測定装置。
【請求項１８】
光源を有する投影部と、検光子と受光装置を有する偏光受光部と、前記投影部からの光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記偏光受光部に導く伝送光学系とを有し、
前記伝送光学系が、前記投影部から前記被検面へ照射する光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように構成され、
前記投影部が、前記光源から出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系を有し、且つ、
前記強度分布均一化光学系の瞳位置における所定範囲の光束断面が、前記被検面に投影されるようにしたことを特徴とする偏光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光測定装置は、被検面に偏光を照射して、その反射光を受光し、受光した光の偏光状態の変化を測定する装置であり、従来、工業分野において、被検物の物性（の変化）を検出するために用いられている。【０００３】
図１は従来の偏光測定装置の基本構成の一例を示す説明図である。なお、便宜上、光を所定面に集光（結像）させるためのレンズ等の光学部材は省略してある。【０００４】
偏光測定装置は、被検面５３に対して偏光を投影するための一方の光路上に、偏光投影部として、光源５１と、偏光子５２を有し、被検面５３から反射した光を受光するための他方の光路上に、偏光受光部として、検光子５４と、光検出器５５を有している。【０００５】
そして、光源５１，偏光子５２を介して、偏光を被検面に斜めに照射するとともに、被検面３からの反射光を検光子５４に入射させ、検光子５４を通過した偏光を光検出器５５で受光し、光検出器５５での測定値を介して、被検面５３を反射したことによる偏光状態の変化を検出し、その変化に基づいて被検物の諸物性（例えば、吸収係数、膜厚、屈折率など）（の変化）を検出することができるようになっている。【０００６】
例えば、偏光子５２や検光子５４の相対的な基準位置を予め定めておくと共に、被検物を測定時に偏光子５２や検光子５４をそれぞれの光軸を中心に回転させて、光検出器５５で受光した強度が最小あるいは最大となる偏光子５２と検光子５４との相対的な角度を検出し、その相対的な角度からその被検物の諸物性（の変化）を検出する。【０００７】
また、例えば、さらに電圧制御液晶リターダ（図示省略）を被検面５３と検光子５４との間の反射光路上に設けて、電圧制御液晶リターダの電圧を調整することによって検光子５４を経て光検出器５５で受光する強度の最小値を求め、そのときの電圧から被検物の諸物性（の変化）を検出する。【０００８】
このような従来の偏光測定装置としては、例えば、特開２００１−２９６１８２号に記載の装置がある。【０００９】
しかしながら、従来の偏光測定装置では、偏光を集光して被検面に照射するための光学系と、被検面からの反射光を集光して光検出器に導くための光学系とが、それぞれ別々の光路上に配置されていたため、被検面に対する入射及び反射方向に光路が広がって大型化してしまい、装置の配置スペースが多く取られ、測定スペースが狭められていた。そして、このような装置では、被検物を固定した状態で測定せざるを得ず、工業用の結晶材料の膜厚や複屈折率などの測定等、用途が工業用製品における偏光状態の変化の測定に限定されたものとなっていた。【００１０】
また、従来の偏光測定装置においては、照明光源としてＬＤやＬＥＤなどの発光素子がよく用いられる。しかし、これらの発光素子は、発光点が均一形状となるように構成されてはいない。このため、発光点の像が被検面に結像するような構成にすると、照射位置での被検面の部位によって照明光の強度分布に大きな差異が生じ、測定値の精度が劣化してしまい易い。また、被検面における照射面積が小さいために、被検面におけるよごれやゴミの相対的面積が大きくなって安定した測定値が得られない。さらに、被検面における照射面積が小さいと、被検面と発光部との相対的な位置ずれの影響を大きく受け易く、被検面と照明光源との位置調整が煩雑化してしまうという問題があった。【００１１】
それ故、本発明の目的は、従来の偏光測定装置に比べて格段に小型化でき、工業用以外の用途にも用途を拡大させ易い偏光測定装置を提供することにある。【００１２】
本発明の他の目的は、測定精度を向上させて安定した計測を行うことができ、被検面と照明光源との位置調整の煩雑化を解消することが可能な偏光測定装置を提供することにある。
発明の開示【００１３】
上記目的を達成するため、本発明による偏光測定装置は、偏光投影部と、偏光受光部と、前記偏光投影部からの偏光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記偏光受光部に導く伝送光学系を有し、前記伝送光学系は、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように、構成されていることを特徴としている。【００１４】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記強度分布均一化光学系の瞳位置に、前記伝送光学系の中心軸に対称に配置された前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向に延びた、細長形状のスリットを備えるのが好ましい。【００１５】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記偏光投影部が、少なくとも出射側にテレセントリックな光学系として構成され、前記偏光受光部が、前記伝送光学系において前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが交差する位置の像を前記受光装置に結像する結像光学系を有するのが好ましい。【００１６】
また、本発明による偏光測定装置は、光源と偏光子を有する偏光投影部と、検光子と受光装置を有する偏光受光部と、前記偏光投影部からの偏光を集光して被検面に照射するとともに該被検面で反射した光を集光して前記偏光受光部に導く伝送光学系とを有し、前記伝送光学系が、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とが、同一の光学系の中心軸に対称に配置され、且つ、少なくとも一回交差するように構成され、前記偏光投影部が、前記光源から出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系を有し、且つ、前記強度分布均一化光学系の瞳位置における所定範囲の光束断面が、前記被検面に投影されるようにしたことを特徴としている。【００１７】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記伝送光学系が、前記偏光投影部からの偏光を被検面に対して斜めに照射するように出射させるとともに前記被検面で反射した光を内部に入射させるように構成された、先端光学系を有するのが好ましい。
また、本発明の偏光測定装置においては、前記先端光学系が、内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記被検面で反射し内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、を有するプリズムで構成されているのが好ましい。【００１８】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、少なくとも一回交差させた後に、該伝送光学系の中心軸に対して平行になるように構成され、前記先端光学系が、前記偏光投影部からの偏光を垂直に入射させる照射光入射面と、前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、前記反射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる反射光出射面と、を有するプリズムで構成されているのが好ましい。【００１９】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、前記先端光学系が、内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記被検面で反射し内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、を有するプリズムで構成されているのが好ましい。【００２０】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、前記先端光学系が、前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、を有するプリズムで構成されているのが好ましい。【００２１】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記伝送光学系が、前記先端光学系よりも前記被検面から離れた位置において、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを、該伝送光学系の中心軸に対して斜めになるように構成され、前記先端光学系が、前記偏光投影部からの偏光を垂直に入射させる照射光入射面と、前記照射光入射面から内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記照射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面と、前記被検面で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面と、前記反射光入射面から内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、前記反射光全反射面で全反射した光を垂直に出射させる反射光出射面と、を有するプリズムで構成されているのが好ましい。【００２２】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記プリズムが、前記照射光全反射面と前記反射光全反射面を前記伝送光学系の中心軸に対称な側面に有する側面全反射プリズムであるのが好ましい。【００２３】
また、本発明の偏光測定装置においては、入射した照射光を全反射する照射光全反射面及び入射した反射光を全反射する反射光全反射面を、夫々、前記伝送光学系の中心軸に対称な側面の複数箇所に有するのが好ましい。【００２４】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記プリズムが結晶質で構成されているのが好ましい。【００２５】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記結晶質のＣ軸が前記伝送光学系の中心軸方向に対して平行となるように、前記プリズムが配置されているのが好ましい。【００２６】
また、本発明の偏光測定装置においては、前記結晶質のＣ軸が前記伝送光学系の中心軸方向に対して垂直となるように、前記プリズムが配置されているのが好ましい。【００２７】
また、本発明の偏光測定装置においては、さらに、前記伝送光学系が、前記偏光投影部側及び前記偏光受光部側に、前記偏光投影部から前記被検面へ照射する偏光の光軸と、前記被検面で反射して前記偏光受光部に導かれる光の光軸とを交差させるリレー光学系を有するのが好ましい。【００２８】
本発明の偏光測定装置によれば、従来の偏光測定装置に比べて格段に小型化でき、工業用以外の用途にも、例えば、歯の表面状態の検査など医療の用途や、例えば、ＤＮＡチップの検査などの分析装置としての用途などに、用途を拡大させ易く、しかも、測定精度を向上させて安定した計測を行うことができ、被検面と照明光源との位置調整の煩雑化を解消することが可能な偏光測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は従来の偏光測定装置の偏光測定装置の基本構成の一例を示す説明図である。
【図２】図２は本発明の偏光測定装置における基本構成を示す概念図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図４】図４は図３の要部の構成を拡大して示す概念図である。
【図５】図５は本発明の第２実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図６】図６は図５の要部の構成を部分的に拡大して示す概念図である。
【図７】図７は第２実施形態の偏光測定装置における先端光学系の一変形例を示す説明図である。
【図８】図８は第２実施形態の偏光測定装置における先端光学系の他の変形例を示す説明図である。
【図９】図９（a）及び図９（b）は図２乃至図５に示した本発明の偏光測定装置の光源としてLDやLEDなどの発光素子を用いた場合における発光点の像の形状を示す説明図である。
【図１０】図１０は図２乃至図５に示した本発明の偏光測定装置において、図９(b)に示すような発光点の像が被検面に結像する構成にしたときの、発光点の像に対する被検面のよごれやゴミの相対的面積の大きさを概念的に示す説明図である。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態にかかる偏光測定装置における基本構成を示す概念図である。
【図１２】図１２は図１１に示した偏光測定装置における強度均一化光学系の瞳位置における光学断面の像の大きさを図４に示した発光点の像の大きさと比較して示す説明図である。
【図１３】図１３は本発明の第４実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。
【図１４】図１４は図１３の偏光測定装置における伝送光学系の要部の構成を拡大して示す概念図である。
【図１５】図１５は第４実施形態の偏光測定装置において、被検面との距離（作動距離）が異なる場合における被検面で反射した光の経路を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。【００３１】
図２は本発明の偏光測定装置における基本的な構成を示す概念図である。本発明の偏光測定装置は、偏光投影部１と、偏光受光部２と、偏光投影部１からの偏光をスポット状に集光して被検面３に照射するとともに被検面３で反射した光をスポット状に集光して偏光受光部２に導く伝送光学系４を有している。【００３２】
偏光投影部１は、光源１ａと光源１ａから出射した光から所定の偏光に変換する偏光板や所定の偏光のみを透過させる偏光ビームスプリッタなどの偏光子１ｂを有する、従来公知の光学構成が採用され、偏光を投影するように構成されている。【００３３】
偏光受光部２は、例えば、偏光ビームスプリッタや回転可能な検光板などの検光子２ａと光検出器などの受光装置２ｂを有する、従来公知の光学構成が採用され、被検面３で反射した光の偏光状態の変化を検出することができるように構成されている。
なお、偏光投影部１、偏光受光部２は、図２に示す構成に限定されるものでなく、従来、偏光測定装置に採用されているいずれの構成も採用可能である。【００３４】
本発明の特徴的な構成は、伝送光学系４にある。
本発明の偏光測定装置では、特開２００１−２９６１８２で示した従来の偏光測定装置とは異なり、投影光の光路と反射光の光路とを共通の光学系に持たせた伝送光学系４を設けている。【００３５】
被検面に対して、最小スポットで偏光を投影するためには、光学系を介して偏光を集光させる必要がある。また、この種の偏光測定装置は、偏光を被検面に対して斜めに投影させるので、被検面に対する投影光と反射光の光路は、共通の光学系において中心軸を外れた位置を通る。【００３６】
そこで、本発明の偏光測定装置では、投影光の光路と反射光の光路とを共通の光学系に設けるために、伝送光学系４を、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが同一の光学系の中心軸Ｏに対称に配置されるように構成している。【００３７】
また、投影光の光路と反射光の光路とを同一の光学系の中心軸を対称に別光路として設けた伝送光学系を介して偏光を集光させるためには、光を光軸に対して交差する方向に曲げる必要があるため、これらの光路を少なくとも一回は交差させることが必要となる。【００３８】
そこで、本発明の偏光測定装置では、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが少なくとも一回交差するように構成している。
このように構成すれば、投影光及び反射光のために用いる光路を細長状に構成でき、被検面に対する入射及び反射方向に光路を広げずに済むため、従来の偏光測定装置に比べて格段に投影光及び反射光の光路に用いるスペースを小型化できる。その結果、工業用以外の用途にも、例えば、歯の表面状態の検査など医療の用途や、例えば、ＤＮＡチップの検査などの分析装置としての用途などに、用途を拡大させ易くなる。【００３９】
また、本発明の偏光測定装置では、偏光投影部１からの偏光を被検面３に対して斜めに照射するように出射させるとともに、被検面３で反射した光を内部に入射させるように構成された先端光学系（図２では不図示）を、伝送光学系４に備えている。具体的には、前記先端光学系は、内部に入射した光を被検面に向けて全反射する照射光全反射面と、前記被検面で反射し内部に入射した光を全反射する反射光全反射面と、を有するプリズムで構成されている。【００４０】
このように、先端光学系として、照射光全反射面と反射光全反射面とを有するプリズムを備えれば、投影光及び反射光のために用いる光路を細長状にしながら、被検面に対して大きな入射角で斜めに照射させることができ、従来の偏光測定装置と同様の機能を発揮させ易くなる。【００４１】
なお、本発明の偏光測定装置においては、先端光学系の入射面は入射光に対して垂直に、出射面は出射光に対して垂直であるのが好ましい。このようにすれば、被検面に対する入射角及び反射角が照射光全反射面及び反射光全反射面のみで決定することができ、先端光学系の入射面及び出射面における光の屈折を考慮しなくて済むので、被検面に対して高精度かつ、光量ロスの少ない偏光状態の測定ができる。
第１実施形態【００４２】
以下、本発明の偏光測定装置の実施形態を図面を用いて説明する。【００４３】
図３は本発明の第１実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。第１実施形態の偏光測定装置は、偏光投影部１と、偏光受光部２と、偏光投影部２からの偏光をスポット状またはスリット状に集光して被検面３に照射するとともに被検面３で反射した光をスポット状またはスリット状に集光して偏光受光部２に導く伝送光学系４を有している。【００４４】
偏光投影部１は、直線偏光をスポット状またはスリット状に集光して投影することができる構成であればどのような構成でもよい。
また、偏光検出部２は、偏光状態の変化を検出することができるものであれば、どのような構成でもよい。【００４５】
伝送光学系４は、偏光投影部１からの偏光を平行光束にするレンズ４１と、レンズ４１からの平行光を集光して被検面３に投影するための集光レンズ４２と、先端光学系４３を有している。また、伝送光学系４は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが同一の光学系の中心軸Ｏに対称に配置されるように構成されている。さらに、伝送光学系４は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが、レンズ４１と集光レンズ４２とを介して一回交差するように構成されている。【００４６】
なお、図３中、ＣＰは偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置を示している。【００４７】
図４は図３の要部の構成を拡大して示す概念図である。なお、図４では、便宜上、偏光投影部１を偏光子１Ａを有する構成で概念的に示し、また、偏光受光部２を偏光ビームスプリッタ２Ａと、偏光ビームスプリッタ２Ａで分岐された光路に配置された光検出器２Ｂ１，２Ｂ２を有する構成で概念的に示してある。もちろん、偏光投影部１、偏光受光部２は図２と同様の構成でもよい。【００４８】
集光レンズ４２を出射して先端光学系４３に入射する偏光の光軸は、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になっている。また、先端光学系４３を出射して集光レンズ４２に入射する光の光軸も、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になっている。先端光学系４３は、照射光入射面４３ａと、照射光全反射面４３ｂと、照射光出射面４３ｃと、反射光入射面４３ｄと、反射光全反射面４３ｅと、反射光出射面４３ｆを有するプリズムで構成されている。【００４９】
照射光入射面４３ａは、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して垂直に配置されている。そして、偏光投影部１から出射し、レンズ４１、集光レンズ４２を経た偏光を垂直に入射させるように、構成されている。照射光全反射面４３ｂは、照射光入射面４３ａから内部に入射した光を被検面３に向けて全反射するように、構成されている。照射光出射面４３ｃは、照射光全反射面４３ｂで全反射した光を垂直に出射させるように、構成されている。反射光入射面４３ｄは、被検面３で反射した光を垂直に入射させるように、構成されている。反射光全反射面４３ｅは、反射光入射面４３ｄから内部に入射した光を全反射するように、構成されている。反射光出射面４３ｆは、照射光入射面４３ａと同一平面における伝送光学系４の中心軸Ｏに対称な位置に設けられており、反射光全反射面４３ｅで全反射した光を垂直に出射させるように、構成されている。【００５０】
このように構成された第１実施形態の偏光測定装置によれば、偏光投影部１からの偏光は、伝送光学系４のレンズ４１を介して光路を曲げられて、レンズ４２に入射し、集光レンズ４２を介して集光されながら、プリズム４３の照射光入射面４３ａに垂直に入射する。照射光入射面４３ａに入射した偏光は、照射光全反射面４３ｂで被検面３に向けて全反射される。照射光全反射面４３ｂで全反射した光は、照射光出射面４３ｃを介して垂直に出射させられて被検面３における伝送光学系４’の中心軸Ｏと交わる位置に所定の入射角で入射する。【００５１】
被検面３で反射した光は、伝送光学系４の中心軸Ｏを対称として、照射光と逆向きの光路を辿る。即ち、被検面３で反射した光は、プリズム４３の反射光入射面４３ｄに垂直に入射する。反射光入射面４３ｄから内部に入射した光は、反射光全反射面４３ｅで全反射される。このとき、反射光全反射面４３ｅで全反射した光の光軸は、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になる。さらに、反射光全反射面４３ｅで全反射した光は、反射光出射面４３ｆを介して垂直に出射させられて集光レンズ４２に入射する。集光レンズ４２に入射した光は、光路を曲げられて、レンズ４１に入射する。このとき、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差位置ＣＰで交差する。レンズ４１に入射した光は、中間結像位置Ｓ１２に集光される。中間結像位置Ｓ１２に集光された光は、偏光受光部２に入射し、偏光受光部２を介して偏光状態が検出される。【００５２】
従って、第１実施形態の偏光測定装置によれば、投影光及び反射光のために用いる光路を同一の伝送光学系４に設けたことによって、伝送光学系４を細長状に構成することができ、被検面に対する入射及び反射方向に光路を広げずに済むため、従来の偏光測定装置に比べて格段に投影光及び反射光の光路に用いるスペースを小型化できる。その結果、工業用以外の用途にも、例えば、歯の表面状態の検査など医療の用途や、例えば、ＤＮＡチップの検査などの分析装置としての用途などに、用途を拡大させ易くなる。【００５３】
また、先端光学系として、照射光全反射面４３ｂと反射光全反射面４３ｅとを有するプリズム４３を備えたので、投影光及び反射光のために用いる光路を細長状にしながら、被検面に対して大きな入射角で斜めに照射させることができ、従来の偏光測定装置と同様の機能を発揮させ易くなる。【００５４】
さらに、プリズム４３の照射光入射面４３ａ，反射光入射面４３ｄは、それぞれ入射光に対して垂直となるように構成されており、また、照射光出射面４３ｃ，反射光出射面４３ｆは、それぞれ出射光に対して垂直となるように構成されている。このため、被検面３に対する入射角及び反射角が照射光全反射面４３ｂ及び反射光全反射面４３ｅのみで決定することができ、先端光学系であるプリズム４３の入射面及び出射面における光の屈折を考慮しなくて済むので、被検面３に対して高精度かつ、光量ロスの少ない偏光状態の測定ができる。【００５５】
なお、プリズム４３は、石英で構成することができる。また、プリズム４３は、結晶質で構成することもできる。その場合には、その結晶質のＣ軸が伝送光学系４の中心軸Ｏ方向に対して平行となるように、プリズム４３が配置されているのが好ましい。あるいは、その結晶質のＣ軸が伝送光学系４の中心軸Ｏ方向に対して垂直となるように、プリズム４３を配置してもよい。そのようにすれば、偏光方向と結晶軸とを一致させることができるため、より高精度かつ、光量ロスの少ない偏光状態の測定ができる。【００５６】
また、図２及び図３に示した第１実施形態の偏光測定装置では、伝送光学系４を、用途に応じてさらに偏光投影部１側及び偏光受光部２側に、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを交差させるリレー光学系を一個又は複数個設けて長い光学系を構成してもよい。
第２実施形態【００５７】
図５は本発明の第２実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。第２実施形態の偏光測定装置は、偏光投影部１と、偏光受光部２と、偏光投影部２からの偏光をスポット状に集光して被検面３に照射するとともに被検面３で反射した光をスポット状に集光して偏光受光部２に導く伝送光学系４’を有している。【００５８】
偏光投影部１と、偏光受光部２の構成は、図２に示した第１実施形態と同様である。【００５９】
伝送光学系４'は、レンズ４１’とレンズ４２’とレンズ４３’とで構成されたリレー光学系と、レンズ４４’と、レンズ４５’と、レンズ４６’と、先端光学系４７’を有して構成されている。【００６０】
また、伝送光学系４'は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが同一の光学系の中心軸Ｏに対称に配置されるように構成されている。さらに、伝送光学系４'は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが、レンズ４４’，４５’，４６’と先端光学系４７’とを介して一回、リレー光学系を介して一回、の計二回交差するように構成されている。なお、なお、図５中、４８'はレンズ４４’，４５’，４６’を保持する保持枠、４９’はリレー光学系と保持枠４８’を保持する鏡筒である。また、ＣＰ１，ＣＰ２は偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置を示している。【００６１】
図６は図５の要部の構成を部分的に拡大して示す概念図である。リレー光学系は、中間結像位置Ｓ１１に集光された偏光を、中間結像位置Ｓ２１に集光する。レンズ４４’，４５’，４６’は、中間結像位置Ｓ２１に集光された偏光を被検面３に投影するように、伝送光学系の中心軸Ｏに対して斜めになるように光路を曲げて先端光学系４７’に向けて出射させるように構成されている。【００６２】
先端光学系４７’は、照射光入射面４７ａ’と、照射光全反射面４７ｂ’と、照射光出射面４７ｃ’と、反射光入射面４７ｄ’と、反射光全反射面４７ｅ’と、反射光出射面４７ｆ’を有する側面反射プリズムで構成されている。【００６３】
照射光入射面４７ａ’は、伝送光学系４'の中心軸Ｏに対して垂直に配置されている。そして、偏光投影部１から出射し、リレー光学系、レンズ４４’，４５’，４６’を経た偏光を斜めに入射させるように、構成されている。照射光全反射面４７ｂ’は、照射光入射面４７ａ’から内部に入射した光を被検面３に向けて全反射するように、構成されている。照射光出射面４７ｃ’は、伝送光学系４'の中心軸Ｏに対して垂直に配置されている。そして、照射光全反射面４７ｂ’で全反射した光を斜めに出射させるように、構成されている。反射光入射面４７ｄ’は、照射光全反射面４７ｃ’と同一平面における伝送光学系４'の中心軸Ｏに対称な位置に設けられており、被検面３で反射した光を斜めに入射させるように、構成されている。反射光全反射面４７ｅ’は、照射光全反射面４７ｂ’と伝送光学系４’の中心軸Ｏに対称な側面に設けられており、反射光入射面４７ｄ’から内部に入射した光を全反射するように、構成されている。反射光出射面４７ｆ’は、照射光入射面４７ａ’と同一平面における伝送光学系４'の中心軸Ｏに対称な位置であって、照射光入射面４７ａ’の近傍又はほぼ同位置に設けられており、反射光全反射面４７ｅ’で全反射した光を斜めに出射させるように、構成されている。【００６４】
また、図５及び図６の例では、照射光入射面４７ａ’と反射光出射面４７ｆ’は、同じ位置で重なっており、この重なった面の位置が、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置ＣＰ１となっている。【００６５】
なお、照射光入射面４７ａ’と反射光出射面４７ｆ’は、同じ位置で重ならずに、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置ＣＰ１が、先端光学系４７’の内部又は外部に位置するように構成されていてもよい。【００６６】
このように構成された第２実施形態の偏光測定装置によれば、偏光投影部１からの偏光は、伝送光学系４’のリレー光学系を介して中間結像位置Ｓ２１で集光した後、レンズ４３’における伝送光学系４’の中心軸Ｏを外れる位置に入射する。レンズ４３’に入射した光は、レンズ４４’，４５’を介して集光されながら、プリズム４７’の照射光入射面４７ａ’に斜めに入射する。照射光入射面４７ａ’に入射した偏光は、所定量屈折して照射光全反射面４７ｂ’に達し、照射光全反射面４７ｂ’で被検面３に向けて全反射される。照射光全反射面４７ｂ’で全反射した光は、照射光出射面４７ｃ’を介して斜めに出射させられ、所定量屈折して被検面３における伝送光学系４’の中心軸Ｏと交差する位置に所定の入射角で入射する。【００６７】
被検面３で反射した光は、伝送光学系４’の中心軸Ｏを対称として、照射光と逆向きの光路を辿る。即ち、被検面３で反射した光は、プリズム４７’の反射光入射面４７ｄ’に斜めに入射する。反射光入射面４７ｄ’に入射した光は、所定量屈折して反射光全反射面４７ｅ’に達し、反射光全反射面４７ｅ’で全反射される。さらに、反射光全反射面４７ｅ’で全反射した光は、反射光出射面４７ｆ’を介して斜めに出射させられ、所定量屈折してレンズ４６’に入射する。このとき、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差位置ＣＰ１で交差する。レンズ４６’に入射した光は、レンズ４５’、４４’を経て、中間結像位置Ｓ２２に集光される。中間結像位置Ｓ２２に集光された光は、リレー光学系を介して中間結像位置Ｓ１２に集光される。このとき、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差位置ＣＰ２で交差する。中間結像位置Ｓ１２に集光された光は、偏光受光部２に入射し、偏光受光部２を介して偏光状態が検出される。【００６８】
従って、第２実施形態の偏光測定装置によれば、投影光及び反射光のために用いる光路を同一の伝送光学系４’に設けたことによって、伝送光学系４’を細長状に構成することができ、被検面に対する入射及び反射方向に光路を広げずに済むため、従来の偏光測定装置に比べて格段に投影光及び反射光の光路に用いるスペースを小型化できる。その結果、工業用以外の用途にも、例えば、歯の表面状態の検査など医療の用途や、例えば、ＤＮＡチップの検査などの分析装置としての用途などに、用途を拡大させ易くなる。【００６９】
また、先端光学系として、照射光全反射面４７ｂ’と反射光全反射面４７ｅ’とを有する側面反射プリズム４７’を備えたので、簡単な形状のプリズムを用いて、投影光及び反射光のために用いる光路を細長状にしながら、被検面に対して大きな入射角で斜めに照射させることができ、従来の偏光測定装置と同様の機能を発揮させ易くなる。【００７０】
なお、プリズム４７’は、石英で構成することができる。また、プリズム４７’は、結晶質で構成することもできる。その場合には、その結晶質のＣ軸が伝送光学系４’の中心軸Ｏ方向に対して平行となるように、プリズム４７’が配置されているのが好ましい。あるいは、その結晶質のＣ軸が伝送光学系４’の中心軸Ｏ方向に対して垂直となるように、プリズム４７’を配置してもよい。そのようにすれば、偏光方向と結晶軸とを一致させることはできないが、プリズム４７’の内部において、被検面３を照射する偏光の光路と、被検面３で反射した光の光路とにおける、偏光方向に対する結晶軸の条件を等しくすることができるため、より高精度で、信頼性の高い偏光状態の測定ができる。【００７１】
なお、図５に示した第２実施形態の偏光測定装置では、伝送光学系４'を、偏光投影部１側及び偏光受光部２側に、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを交差させるリレー光学系を備えて構成したが、伝送光学系４'にこのようなリレー光学系を備えなくても良い。あるいは、伝送光学系４'を、用途に応じてこのようなリレー光学系を複数個設けて長い光学系を構成してもよい。【００７２】
また、第２実施形態の偏光測定装置に用いる先端光学系として、側面反射プリズム４７’の代わりに、図７に示すように、内部で複数回（図７では便宜上、反射回数を２回としている）反射させるようにして、入射した照射光を全反射する照射光全反射面４７ｂ１”，４７ｂ２”及び入射した反射光を全反射する反射光全反射面４７ｅ１”，４７ｅ２”を、夫々、伝送光学系４’の中心軸Ｏに対称な側面の複数箇所に有する側面反射プリズム４７”を用いてもよい。なお、側面反射プリズム４７”における照射光入射面４７ａ”，照射光出射面４７ｃ”，反射光入射面４７ｄ”，反射光出射面４７ｆ”は、図６に示した側面反射プリズム４７'における照射光入射面４７ａ’，照射光出射面４７ｃ’，反射光入射面４７ｄ’，反射光出射面４７ｆ’とほぼ同様に構成されている。また、図７中、ＣＰ１１，ＣＰ１２，ＣＰ１３は偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置を示している。【００７３】
側面反射プリズム４７”を用いれば、細径化した先端光学系を伝送光学系４’の中心軸Ｏ方向に長くとることができ、被検面３の周囲にスペースをとることが難しい場合の測定に有利となる。【００７４】
さらに、第２実施形態の偏光測定装置に用いる先端光学系として、側面反射プリズム４７’の代わりに、図８に示すように、内部で複数回（図８では便宜上３回）反射させるようにして、入射した照射光を全反射する照射光全反射面４７ｂ１”’，４７ｂ２”’，４７ｂ３”’及び入射した反射光を全反射する反射光全反射面４７ｅ１”’，４７ｅ２”’，４７ｅ３”’を有すると共に、伝送光学系４’の中心軸Ｏに対して斜めになるようにして入射する偏光投影部１からの偏光を垂直に入射させる照射光入射面４７ａ”’と、照射光全反射面４７ｂ３”’で全反射した光を垂直に出射させる照射光出射面４７ｃ”’と、被検面３で反射した光を垂直に入射させる反射光入射面４７ｄ”’と、反射光全反射面４７ｅ３”’で全反射した光を垂直に出射させる反射光出射面４７ｆ”’を有する側面反射プリズムを用いてもよい。【００７５】
側面反射プリズム４７”’を用いれば、先端光学系の入射面は入射光に対して垂直に、出射面は出射光に対して垂直となり、被検面３に対する入射角及び反射角が照射光全反射面及び反射光全反射面のみで決定され、先端光学系の入射面及び出射面における光の屈折を考慮しなくて済むので、被検面に対して高精度かつ、光量ロスの少ない偏光状態の測定ができる。【００７６】
ところで、以上説明した本発明の偏光測定装置において、光源１ａにＬＤやＬＥＤなどの発光素子を用いた場合、発光素子は、例えば、図９(a)，(b)に示すように、発光点が均一形状となるように構成されてはいない。このため、上記の本発明における偏光測定装置において、発光点の像が被検面に結像するような構成にすると、照射位置での被検面の部位によって光強度分布に大きな差異が生じ、反射光の測定値の精度が劣化してしまい易い。また、被検面における照射面積が小さいため、図１０に示すような被検面におけるよごれやゴミの相対的面積が大きくなって安定した測定値が得られない。さらに、被検面における照射面積が小さいと、被検面と発光部との相対的な位置ずれの影響を大きく受け易く、被検面と照明光源との位置調整が煩雑化してしまう。【００７７】
そこで、本件出願人は、上記の本発明にかかる偏光測定装置の構成に次の構成を付加した偏光測定装置を想到した。【００７８】
図１１は本発明に係るこの改良された偏光測定装置における基本構成を示す概念図、図１２は図１１に示した偏光測定装置における強度均一化光学系の瞳位置における光学断面の像の大きさを図９に示した発光点の像の大きさと比較して示す説明図である。なお、図２に示した本発明にかかる偏光測定装置と同様の構成要素については同じ符号で示し、説明は省略する。【００７９】
この改良された偏光測定装置では、偏光投影部１が、光源１ａから出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系１ｃを有して構成されている。また、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄにおける所定範囲の光束断面が、被検面３に投影されるようにしている。このようにすれば、光源１ａの発光面における強度分布が不均一であっても、被検面３には均一な強度の光が照射されるので、照射面から得られる測定値の精度が向上し安定した計測を行うことができるようになる。【００８０】
また、図１２に示すように、被検面３における照射面積が拡大されるため、被検面３におけるよごれやゴミの相対的面積が小さくなって安定した測定値が得られ、さらに、被検面３と発光部との相対的な位置ずれがあったとしてもその影響を受け難くなり、被検面３と光源１ａとの位置調整が簡単になる。【００８１】
また、本発明の偏光測定装置は、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄに、伝送光学系４の中心軸に対称に配置された偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向（図１１においては紙面に対して垂直な方向）に延びた、細長形状のスリット１ｄ’を備えている。【００８２】
上述したように、偏光測定装置では、偏光を被検面に対し斜めに投影させる。このため、被検面からの反射光も斜めに反射される。即ち、図１１に示す伝送光学系４において被検面３に対する出射光（即ち、照明光）及び入射光（即ち、被検面３からの反射光）は、所定の角度を有している。このとき、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に沿い且つ中心軸Ｏに対して垂直な方向に被検面３に照射する光束が大きく拡がった場合には、伝送光学系４の照射光出射面から被検面３に向けて出射できずに内部で反射する光や、また、被検面３で反射した光のうち伝送光学系４の反射光入射面に入射できない光が発生し、これらの光が偏光受光部２に入り込んでフレアやゴースト等となってＳ／Ｎ比を劣化させる原因となりかねない。【００８３】
従って、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄにおける所定範囲の光束断面を被検面３に投影する場合には、被検面３に対する出射光（即ち、照明光）及び入射光（即ち、被検面３からの反射光）の角度を考慮した形状の光束断面とすることが望まれる。【００８４】
そこで、本発明の偏光測定装置では、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄに、伝送光学系４の中心軸Ｏに対称に配置された偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向（図１においては紙面に対して垂直な方向）に延びた、細長形状のスリット１ｄ’を備えている。【００８５】
このようにすれば、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に沿い且つ中心軸Ｏに対して垂直な方向には照明光が拡がらないので、被検面３に対する出射光（即ち、照明光）及び入射光（即ち、被検面３からの反射光）の角度に影響されることなく、図１２に示すように、被検面３に対する照明領域を極力拡大し且つフレアやゴースト等のノイズの発生する部分をカットでき、少ないＳ／Ｎ比の高い明るい偏光を検出することが可能となる。【００８６】
また、実際の偏光測定に際しては、被検面３と伝送光学系４の先端面との間の距離（作動距離）が変動することがある。しかるに、作動距離が変動すると、反射光の結像位置が偏光受光部２の受光装置からずれて、受光検出強度にムラが生じてしまうおそれがある。【００８７】
そこで、本発明の偏光測定装置においては、偏光投影部１が、少なくとも出射側にテレセントリックな光学系として構成され、偏光受光部２が、伝送光学系４において偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置ＣＰの像を受光装置２ｂに結像する結像光学系２ｃを有している。【００８８】
このようにすれば、測定毎に被検面３との間の距離（作動距離）が異なっても、被検面３で反射したいずれの反射光も伝送光学系４における位置ＣＰに結像し、結像光学系２ｃに平行に入射する。このとき、位置ＣＰは、受光装置２ｂの受光面と共役であり、位置Ｐの像は、結像光学系２ｃを介して受光装置２ｂに結像する。このため、受光検出強度にムラが生じることなく安定した偏光状態の検出が可能となる。
第３実施形態【００８９】
以下、本発明の偏光測定装置の第３実施形態を図面を用いて説明する。【００９０】
図１３は本発明の第３実施形態にかかる偏光測定装置の全体構成を示す光軸に沿う断面図である。図中、第１実施形態と同一の部材及び部分には同一の符号が用いられている。第３実施形態の偏光測定装置は、偏光投影部１と、偏光受光部２と、偏光投影部２からの偏光を集光して被検面３に照射するとともに被検面３で反射した光を集光して偏光受光部２に導く伝送光学系４を有している。【００９１】
偏光投影部１は、光源１ａと、偏光子１ｂと、強度分布均一化光学系１ｃと、スリット１ｄ’を有し、出射側にテレセントリックな光学系として構成されている。【００９２】
偏光子１ｂは、光源１ａから出射した光から所定の偏光に変換する偏光板や所定の偏光のみを透過させる偏光ビームスプリッタなどで構成されている。【００９３】
強度分布均一化光学系１ｃは、例えば、コンデンサーレンズなどで構成されており、光源１ａから出射した光の強度分布を均一化する機能を有している。【００９４】
スリット１ｄ’は、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄに、伝送光学系４の中心軸に対称に配置された偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向（図１３においては紙面に対して垂直な方向）に延びた、細長形状に形成されている。【００９５】
そして、偏光投影部１は、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄにおけるスリット１ｄ’の形状の光束断面が、被検面３に投影されるように構成されている。【００９６】
また、偏光検出部２は、検光子２ａと、受光装置２ｂと、結像光学系２ｃを有している。【００９７】
検光子２ａは、例えば、偏光ビームスプリッタや回転可能な検光板などで構成されている。【００９８】
受光装置２ｂは、光検出器などで構成されており、受光された偏光の強度値から被検面３を反射したことによる偏光状態の変化を検出し、その変化に基づいて被検物の諸物性を検出することが出来るように構成されている。なお、検光子２ａ及び受光装置２ｂは、被検面３で反射した光の偏光状態を検出することができるものであれば、従来の偏光測定装置に採用されているいずれのものを用いても良い。【００９９】
結像光学系２ｃは、伝送光学系４において偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置ＣＰの像を受光装置２ｂに結像するように構成されている。【０１００】
伝送光学系４は、偏光投影部１からの平行光束を位置ＣＰに集光するレンズ４１と、レンズ４１からの光を平行光束にして被検面３に投影するためのレンズ４２と、先端光学系４３を有している。【０１０１】
また、伝送光学系４は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが同一の光学系の中心軸Ｏに対称に配置されるように構成されている。【０１０２】
さらに、伝送光学系４は、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが、レンズ４１とレンズ４２とを介して位置ＣＰで一回交差するように構成されている。【０１０３】
図１４は図１３の偏光測定装置における伝送光学系４の要部の構成を拡大して示す概念図である。レンズ４２を出射して先端光学系４３に入射する偏光の光軸は、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になっている。また、先端光学系４３を出射してレンズ４２に入射する光の光軸も、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になっている。【０１０４】
先端光学系４３は、照射光入射面４３ａと、照射光全反射面４３ｂと、照射光出射面４３ｃと、反射光入射面４３ｄと、反射光全反射面４３ｅと、反射光出射面４３ｆを有するプリズムで構成されている。【０１０５】
照射光入射面４３ａは、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して垂直に配置されている。そして、偏光投影部１から出射し、レンズ４１、レンズ４２を経た偏光を垂直に入射させるように、構成されている。照射光全反射面４３ｂは、照射光入射面４３ａから内部に入射した光を被検面３に向けて全反射するように、構成されている。照射光出射面４３ｃは、照射光全反射面４３ｂで全反射した光を垂直に出射させるように、構成されている。反射光入射面４３ｄは、被検面３で反射した光を垂直に入射させるように、構成されている。反射光全反射面４３ｅは、反射光入射面４３ｄから内部に入射した光を全反射するように、構成されている。反射光出射面４３ｆは、照射光入射面４３ａと同一平面における伝送光学系４の中心軸Ｏに対称な位置に設けられており、反射光全反射面４３ｅで全反射した光を垂直に出射させるように、構成されている。【０１０６】
このように構成された第１実施形態の偏光測定装置によれば、偏光投影部１において光源１ａから出射した光は、強度分布均一化光学系１ｃとしてのコンデンサーレンズを介して平行光束に変換され、偏光子１ｂを介して所定の直線偏光に変換された後、スリット１ｄ’を介して、紙面に対して垂直方向に延びた細長状の平光光束として出射される。【０１０７】
偏光投影部１からの偏光は、伝送光学系４のレンズ４１を介して光路を曲げられて、レンズ４２に入射し、レンズ４２を介して、プリズム４３の照射光入射面４３ａに垂直に入射する。照射光入射面４３ａに入射した偏光は、照射光全反射面４３ｂで被検面３に向けて全反射される。照射光全反射面４３ｂで全反射した光は、照射光出射面４３ｃを介して垂直に出射させられて被検面３における伝送光学系４’の中心軸Ｏと交わる位置に所定の入射角で入射する。【０１０８】
被検面３で反射した光は、伝送光学系４の中心軸Ｏを対称として、照射光と逆向きの光路を辿る。即ち、被検面３で反射した光は、プリズム４３の反射光入射面４３ｄに垂直に入射する。反射光入射面４３ｄから内部に入射した光は、反射光全反射面４３ｅで全反射される。このとき、反射光全反射面４３ｅで全反射した光の光軸は、伝送光学系４の中心軸Ｏに対して平行になる。さらに、反射光全反射面４３ｅで全反射した光は、反射光出射面４３ｆを介して垂直に出射させられてレンズ４２に入射する。レンズ４２に入射した光は、光路を曲げられて、レンズ４１に入射する。このとき、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差位置ＣＰで交差する。レンズ４１に入射した光は、平行光束の状態で偏光受光部２に入射する。【０１０９】
偏光受光部２に入射した光は、結像レンズ２ｃを介して受光装置２ｂに結像される。また、その途中で検光子２ａを介して所定の直線偏光のみが透過させられる。受光装置２ｂは、受光された偏光の強度値から被検面３を反射したことによる偏光状態の変化を検出し、その変化に基づいて被検物の諸物性を検出する。【０１１０】
このとき第３実施形態の偏光測定装置によれば、偏光投影部１が、光源１ａから出射した光の強度分布を均一化する強度分布均一化光学系１ｃを有して構成され、また、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄにおける所定範囲の光束断面が、被検面３に投影されるようにしたので、光源１ａの発光面における強度分布が不均一であっても、被検面３には均一な強度の光が照射され、照射面から得られる測定値の精度が向上し安定した計測を行うことができるようになる。【０１１１】
また、図１２に示したように、被検面３における照射面積が拡大されるため、被検面３におけるよごれやゴミの相対的面積が小さくなって安定した測定値が得られ、さらに、被検面３と発光部との相対的な位置ずれがあったとしてもその影響を受け難くなり、被検面３と光源１ａとの位置調整が簡単になる。【０１１２】
また、第３実施形態の偏光測定装置によれば、強度分布均一化光学系１ｃの瞳位置１ｄに、伝送光学系４の中心軸に対称に配置された偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に対して垂直な方向（図１３においては紙面に対して垂直な方向）に延びた、細長形状のスリット１ｄ’を備えたので、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを含む同一仮想平面に沿い且つ中心軸Ｏに対して垂直な方向には照明光が拡がらないので、被検面３に対する出射光（即ち、照明光）及び入射光（即ち、被検面３からの反射光）の角度に影響されることなく、図１２に示したように、被検面３に対する照明領域を極力拡大し且つフレアやゴースト等のノイズの発生する部分をカットでき、少ないＳ／Ｎ比の高い明るい偏光を検出することが可能となる。【０１１３】
また、第３実施形態の偏光測定装置によれば、偏光投影部１が、少なくとも出射側にテレセントリックな光学系として構成され、偏光受光部２が、伝送光学系４において偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とが交差する位置ＣＰの像を受光装置２ｂに結像する結像光学系２ｃを有しているので、例えば図１５に示すように、測定毎に被検面３との距離（作動距離）が異なっても、被検面３で反射したいずれの反射光も伝送光学系４における位置ＣＰに結像し、結像光学系２ｃに平行に入射する。このとき、位置ＣＰは、受光装置２ｂの受光面と共役であり、位置Ｐの像は、結像光学系２ｃを介して受光装置２ｂに結像する。このため、作動距離が変わってもスリット１ｄ’の像は動かないので、受光装置２ｂの受光面内での感度ムラがあってもその影響を受けることなく安定した偏光状態の検出が可能となる。【０１１４】
また、上述したこれらの効果とともに、第３実施形態の偏光測定装置によれば、第１実施形態の偏光測定装置に関連して記述した各種の作用及び効果を有する。【０１１５】
従って、第３実施形態の偏光測定装置によれば、従来の偏光測定装置に比べて格段に小型化でき、工業用以外の用途にも、例えば、歯の表面状態の検査など医療の用途や、例えば、ＤＮＡチップの検査などの分析装置としての用途などに、用途を拡大させ易く、しかも、測定精度を向上させて安定した計測を行うことができ、被検面と照明光源との位置調整の煩雑化を解消することが可能な偏光測定装置が得られる。【０１１６】
また、図１１及び図１３に示した第３実施形態の偏光測定装置では、伝送光学系４を、用途に応じてさらに偏光投影部１側及び偏光受光部２側に、偏光投影部１から被検面３へ照射する偏光の光軸と、被検面３で反射して偏光受光部２に導かれる光の光軸とを交差させるリレー光学系を一個又は複数個設けて長い光学系を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の偏光測定装置は、物性の変化をリアルタイムで検出することが求められる工業分野や、例えば、歯の表面状態を検査することが求められる医療分野や、ＤＮＡチップを検査することが求められる生物分野に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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