(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な測定対象に所定偏光状態の光を測定光として照射する投光手段と、
所定方向に配列された複数種類の波長板と、前記波長板を透過した前記測定光が入射される撮像領域において、前記複数種類の波長板の各々に対応する領域内に、ひとつの測定値を得る単位となる単位受光エリアが前記所定方向に沿って複数配列され、前記測定対象を透過した前記測定光を、前記単位受光エリア毎に前記波長板によって定まる複数種類の偏光状態で受光する受光手段と、
前記単位受光エリアに対応するサイズの前記測定対象上の領域を単位測定エリアとするときに、前記受光手段と前記測定対象を前記所定方向に沿って相対的に移動させることにより、前記単位測定エリアを前記所定方向に移動させる移動手段と、
前記移動手段によって前記単位測定エリアを前記所定方向に移動させながら前記単位測定エリアを透過した前記測定光を複数の前記単位受光エリアで受光することにより、同一の前記単位測定エリアについて各前記波長板毎に複数得られる測定値に基づいて、前記単位測定エリアのミュラー行列を算出するミュラー行列算出手段と、
前記単位測定エリアのミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出手段と、
を備えることを特徴とする光学特性測定装置。
【請求項２】
前記単位受光エリアに対応するサイズの前記投光手段上のエリアを単位投光エリアとするときに、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータが前記単位投光エリア毎に予め測定されるとともに、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける偏光伝達行列が前記単位受光エリア毎に予め測定され、
前記ミュラー行列算出手段は、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータと前記偏光伝達行列とに基づいて、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を予め算出し、前記測定値が得られたときに前記試料測定行列を用いて前記ミュラー行列の要素を各々算出することを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。
【請求項３】
前記投光手段は、前記所定方向に沿って移動自在に設けられ、
前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータは、前記測定対象がない状態で、前記投光手段を前記所定方向に移動させながら、前記測定光を前記受光手段で受光することにより測定されることを特徴とする請求項２記載の光学特性測定装置。
【請求項４】
前記投光手段は、前記受光手段の視野とほぼ同じ大きさの範囲に前記測定光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項５】
前記投光手段は、前記測定光として円偏光を前記測定対象に照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項６】
前記投光手段は、平面状の発光面から無偏光状態の光を発する面光源と、前記面光源から入射する光を直線偏光に整える偏光板と、前記偏光板から入射する直線偏光を円偏光に変換して前記測定対象に照射する１／４波長板とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項７】
前記１／４波長板は、前記測定光の照射光軸の周りに回転自在に設けられていることを特徴とする請求項６記載の光学特性測定装置。
【請求項８】
前記受光手段は、前記複数種類の波長板を透過した前記測定光を前記撮像手段の前記撮像領域に結像させるレンズを備え、
前記レンズは、物体側において光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項９】
前記レンズは、物体側及び像側において光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであることを特徴とする請求項８記載の光学特性測定装置。
【請求項１０】
前記受光手段は、前記複数種類の波長板として、４種類以上４０種類以下の波長板を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１１】
前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、前記所定方向に対して各々の主軸方向が異なるように配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１２】
前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、遅相量が７０度以上１７０度以下又は１９０度以上２９０度以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１３】
前記単位受光エリアは、隣接する複数の画素からなり、属する複数の画素の出力値を平均した値をひとつの測定値とする結合画素であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１４】
前記結合画素を構成する画素数は、２以上の自然数の２乗個であり、かつ、縦横に同数の画素数からなることを特徴とする請求項１３に記載の光学特性測定装置。
【請求項１５】
前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に複数備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１６】
前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に移動させることにより、前記測定対象の全面を測定することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項１７】
透明な測定対象に投光手段から所定偏光状態の光を測定光として照射し、前記測定対象を透過した前記測定光を、ひとつの測定値を得る単位となる単位受光エリア毎に複数種類の偏光状態で受光して、前記単位受光エリアに対応する前記測定対象上の単位測定エリア毎に前記測定値を得るときに、前記測定対象と前記単位受光エリアを備える受光手段とを相対的に移動させながら受光することにより、ひとつの前記単位測定エリアに対して、前記複数種類の偏光状態の各々について複数の前記測定値を得る測定ステップと、
前記測定ステップで得られた複数の前記測定値に基づいて前記単位測定エリアのミュラー行列を、前記単位測定エリア毎に算出するミュラー行列算出ステップと、
前記ミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出ステップと、
を備えることを特徴とする光学特性測定方法。
【請求項１８】
前記ミュラー行列算出ステップは、複数の前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を用いて前記測定値から前記ミュラー行列を算出し、
前記試料測定行列は、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける行列であり、前記単位投光エリア毎に予め測定された偏光伝達行列と、前記単位受光エリアに対応する前記投光手段上の単位投光エリア毎に予め測定されたストークスパラメータとを用いて予め算出されることを特徴とする請求項１７記載の光学特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明なフィルムの光学特性を測定する光学特性測定方法及び装置に関するものであり、さらに詳しくは、フィルムの光学特性として、主軸方向やレタデーション等、偏光についての光学特性である複屈折特性を測定する光学特性測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビやパソコン用のモニタ等として、液晶を利用した表示装置（以下、液晶表示装置という）が用いられている。液晶表示装置には、偏光板、視野角補償フィルム、反射防止フィルム等、様々な光学特性を有する機能性プラスチック樹脂フィルム（以下、光学フィルムという）が使用されている。液晶表示装置は、液晶の持つ複屈折特性を利用してコントラストを得ているため、液晶表示装置の表示特性は、使用する各種光学フィルムの複屈折特性に左右される。例えば、光学フィルムの複屈折特性が表示画面全面にわたって均一でない場合には、表示画像にムラが生じることになる。このため、液晶表示装置に用いる光学フィルムは、所定の光学特性（特に複屈折特性）を有しているか否か検査される。
【０００３】
複屈折特性等の光学特性の測定は、例えば、光学フィルムに対して所定の測定光を照射する光源、光学フィルムを透過した測定光を受光するＣＣＤカメラ等の受光器、波長板、偏光板等を用いて行われる。また、光学フィルム上のある箇所の複屈折特性等を測定するためには、同一箇所を偏光状態が異なる測定光を用いて複数回測定する必要がある。
【０００４】
このような光学フィルムの複屈折特性を測定する装置としては、例えば、光源とＣＣＤカメラの間に回転自在な波長板を設け、この波長板を回転させることにより様々な偏光状態で光学フィルムの画像を撮像し、得られた画像群の各画像の輝度値変化に基づいて画素毎に複屈折特性を算出する光学特性測定装置が知られている（特許文献１）。また、各々進相軸方向が異なる微細な波長板を撮像素子の各画素に設け、光学フィルムを一定の方向に移動させながら順次撮影することにより、光学フィルムのある測定点を、偏光状態が異なる測定光を用いて複数回測定したデータを得られるようにした光学特性測定装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２９２７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、液晶表示装置の大画面化にともなって、これに用いる光学フィルムにも、大面積で均一な光学特性が要求される。例えば、２０インチの液晶表示装置には、Ａ３程度の大きさの光学フィルムが必要となる。このため、大面積の光学フィルムの光学特性を測定可能な測定装置が求められている。また、光学フィルムを撮像して測定する場合、高い測定精度を得るために、撮像レンズとしてテレセントリックレンズが用いられる。これは、ピントずれや視差による像の歪みによる影響が小さく抑えられるからである。しかしながら、テレセントリックレンズの視野は高々５ｃｍ□程度なので、Ａ３サイズ等の大面積の光学フィルムを一視野で検査することは難しい。このため、光学フィルムの光学特性測定装置では、測定位置を移動させながら、漏れなくかつ高精度に光学特性を測定する工夫が必要となる。
【０００７】
特許文献１の光学特性測定装置のように、波長板を回転させることにより、測定光の偏光状態を変化させながら、ある測定位置の光学特性を測定する場合、光学フィルムと測定系（光源や受光器等）の位置を固定してから波長板を回転させ、測定位置を複数回撮像する必要がある。このため、測定位置の移動のために、光学フィルム（または測定系）の移動と停止を繰り返さなければならず、大面積の光学フィルムの光学特性を測定する場合には、膨大な時間を要するという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２の光学特性測定装置は、光学フィルム（または測定系）を移動させながら光学フィルムの光学特性を測定することができる。しかし、画素毎に進相軸方向が異なる波長板を設けているために１画素単位での測定となるので、撮像素子では避けられない読み出しノイズや暗電流ノイズ等の画素毎にランダムなノイズが、そのまま測定値（画素値）に誤差として反映される。このため、高精度な光学特性の測定が困難であるとともに、測定値の再現性も悪い。また、こうしたノイズによる影響を除き、測定精度を向上させるためには、同一箇所を複数回測定し、平均する必要があるので、特許文献１の光学特性測定装置と同様、大面積の光学フィルムの光学特性の測定には莫大な時間を要する。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、光学フィルムと測定系を停止させることなく相対的に移動させながら、光学フィルムの光学特性を高精度に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学特性測定装置は、透明な測定対象に所定偏光状態の光を測定光として照射する投光手段と、所定方向に配列された複数種類の波長板と、前記波長板を透過した前記測定光が入射される撮像領域において、前記複数種類の波長板の各々に対応する領域内に、ひとつの測定値を得る単位となる単位受光エリアが前記所定方向に沿って複数配列され、記測定対象を透過した前記測定光を、前記単位受光エリア毎に前記波長板によって定まる複数種類の偏光状態で受光する受光手段と、前記単位受光エリアに対応するサイズの前記測定対象上の領域を単位測定エリアとするときに、前記受光手段と前記測定対象と前記所定方向に沿って相対的に移動させることにより、前記単位測定エリアを前記所定方向に移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記単位測定エリアを前記所定方向に移動させながら前記単位測定エリアを透過した前記測定光を複数の前記単位受光エリアで受光することにより、同一の前記単位測定エリアについて各前記波長板毎に複数得られる測定値に基づいて、前記単位測定エリアのミュラー行列を算出するミュラー行列算出手段と、前記単位測定エリアのミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記単位受光エリアに対応するサイズの前記投光手段上のエリアを単位投光エリアとするときに、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータが前記単位投光エリア毎に予め測定されるとともに、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける偏光伝達行列が前記単位受光エリア毎に予め測定され、前記ミュラー行列算出手段は、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータと前記偏光伝達行列とに基づいて、同一の前記単位測定エリアについて複数得られる前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を予め算出し、前記測定値が得られたときに前記試料測定行列を用いて前記ミュラー行列の要素を各々算出することが好ましい。
【００１２】
前記投光手段は、前記所定方向に沿って移動自在に設けられ、前記単位測定エリアに入射する前記測定光のストークスパラメータは、前記測定対象がない状態で、前記投光手段を前記所定方向に移動させながら、前記測定光を前記受光手段で受光することにより測定されることが好ましい。
【００１３】
前記投光手段は、前記受光手段の視野とほぼ同じ大きさの範囲に前記測定光を照射することが好ましい。
【００１４】
前記投光手段は、前記測定光として円偏光を前記測定対象に照射することが好ましい。
【００１５】
前記投光手段は、平面状の発光面から無偏光状態の光を発する面光源と、前記面光源から入射する光を直線偏光に整える偏光板と、前記偏光板から入射する直線偏光を円偏光に変換して前記測定対象に照射する１／４波長板とを備えることが好ましい。
【００１６】
前記１／４波長板は、前記測定光の照射光軸の周りに回転自在に設けられていることが好ましい。
【００１７】
前記受光手段は、前記複数種類の波長板を透過した前記測定光を前記撮像手段の前記撮像領域に結像させるレンズを備え、前記レンズは、物体側において光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであることが好ましい。
【００１８】
前記レンズは、物体側及び像側において光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであることが好ましい。
【００１９】
前記受光手段は、前記複数種類の波長板として、４種類以上４０種類以下の波長板を備えることが好ましい。
【００２０】
前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、前記所定方向に対して各々の主軸方向が異なるように配置されていることが好ましい。
【００２１】
前記受光手段が備える前記複数種類の波長板は、遅相量が７０度以上１７０度以下又は１９０度以上２９０度以下であることが好ましい。
【００２２】
前記単位受光エリアは、隣接する複数の画素からなり、属する複数の画素の出力値を平均した値をひとつの測定値とする結合画素であることが好ましい。
【００２３】
前記結合画素を構成する画素数は、２以上の自然数の２乗個であり、かつ、縦横に同数の画素数からなることが好ましい。
【００２４】
前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に複数備えることが好ましい。
【００２５】
前記投光手段と前記受光手段の組を、前記所定方向に対して垂直な方向に移動させることにより、前記測定対象の全面を測定することが好ましい。
【００２６】
本発明の光学特性測定方法は、透明な測定対象に投光手段から所定偏光状態の光を測定光として照射し、前記測定対象を透過した前記測定光を、ひとつの測定値を得る単位となる単位受光エリア毎に複数種類の偏光状態で受光して、前記単位受光エリアに対応する前記測定対象上の単位測定エリア毎に前記測定値を得るときに、前記測定対象と前記単位受光エリアを備える受光手段とを相対的に移動させながら受光することにより、ひとつの前記単位測定エリアに対して、前記複数種類の偏光状態の各々について複数の前記測定値を得る測定ステップと、前記測定ステップで得られた複数の前記測定値に基づいて前記単位測定エリアのミュラー行列を、前記単位測定エリア毎に算出するミュラー行列算出ステップと、前記ミュラー行列の要素を用いて前記単位測定エリアの光学特性を算出する光学特性算出ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２７】
前記ミュラー行列算出ステップは、複数の前記測定値を前記ミュラー行列の要素に対応付ける試料測定行列を用いて前記測定値から前記ミュラー行列を算出し、前記試料測定行列は、前記単位測定エリアを透過後の前記測定光のストークスパラメータを前記測定値に対応付ける行列であり、前記単位投光エリア毎に予め測定された偏光伝達行列と、前記単位受光エリアに対応する前記投光手段上の単位投光エリア毎に予め測定されたストークスパラメータとを用いて予め算出されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、光学フィルムと測定系を停止させることなく相対的に移動させながら、光学フィルムの光学特性を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】光学特性測定装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】投光部の構成を示す説明図である。
【図３】受光部の構成を示す説明図である。
【図４】分割波長板の各波長板及び偏光板の軸方向を示す説明図である。
【図５】結合画素ＣＰの態様を示す説明図である。
【図６】単位測定エリアＥの態様を示す説明図である。
【図７】単位投光エリアＦの態様を示す説明図である。
【図８】光学特性測定装置で偏光特性を求める態様を示すフローチャートである。
【図９】受光部のキャリブレーションの態様を示す説明図である。
【図１０】投光部のキャリブレーションの態様を示す説明図である。
【図１１】キャリブレーションにより各単位投光エリアＦが測定される態様を示す説明図である。
【図１２】単位測定エリアＥ毎に確保される記憶領域の態様を示す説明図である。
【図１３】光学フィルムの偏光特性が測定される態様を示す説明図である。
【図１４】波長板の遅相量と計算誤差の関係を示すグラフである。
【図１５】波長板の遅相量と計算誤差の関係を示すデータ表である。
【図１６】受光部の別の構成を示す説明図である。
【図１７】結合数と出力値のばらつきを示すグラフである。
【図１８】投光部と受光部の組を光学フィルムの幅方向に複数設ける例を示す説明図である。
【図１９】１組の投光部及び受光部を光学フィルムの幅方向に掃引する例を示す説明図である。
【図２０】１／４波長板が回転する投光部の構成を示す説明図である。
【図２１】測定光を時間変調する場合の偏光特性の測定態様を示す説明図である。
【図２２】測定光を空間変調する場合の投光部の構成を示す説明図である。
【図２３】測定回数を増加させる態様を示す説明図である。
【図２４】２つの結合画素にまたがって単位測定エリアの特性が測定される場合の測定値の取扱い方を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１に示すように、光学特性測定装置１０は、光学フィルム１１の光学特性として、主軸（進相軸）の方位αやレタデーション（遅相量）δ等、偏光に関する光学特性（以下、偏光特性という）を測定する測定装置であり、投光部１２、受光部１３、搬送ローラ１４、制御部１６等を備える。
【００３１】
光学フィルム１１は、樹脂製であり、透明である。また、延伸等により形成されるが、正常に形成されていれば面内で一様な偏光特性を有する。後述するように、光学フィルム１１の偏光特性は、投光部１２によって円偏光の測定光を入射させ、その透過光を受光部１３によって測定することにより、単位測定エリアＥ（後述）毎に測定される。また、光学フィルム１１は、Ｙ方向に一定の幅を持ち、Ｙ方向に垂直なＸ方向に（幅と比較して十分に）長い形状を有するように形成されており、光学特性測定装置１０内では搬送ローラ１４によってＸ方向に平坦な状態を保ったまま搬送される。光学特性測定装置１０による光学フィルム１１の偏光特性の測定は、光学フィルム１１の搬送を止めることなく、光学フィルム１１を常に連続的に搬送しながら行われる。光学フィルム１１は、光学特性測定装置１０で偏光特性を測定された後、Ｘ方向及びＹ方向に所定の幅でシート状に切断され、液晶表示装置等に利用される。
【００３２】
投光部１２は、少なくとも受光部１３の視野１３ａ内にほぼ一定条件の光を測定光として照射する面状の光源であり、投光面１２ａが光学フィルム１１と平行になるように、かつ、受光部１３に対向するように、光学フィルム１１の下方（Ｚ方向負側）の所定位置に設けられる。投光部１２が光学フィルム１１に照射する測定光は、所定波長の単色光であるとともに、視野１３ａ内でほぼ一定の強度と偏光状態を有する光である。具体的な測定光の偏光状態は、後述するように円偏光である。
【００３３】
また、投光部１２は、光源移動部１２ｂ上に配置される。光源移動部１２ｂは、投光部１２をＸ方向に沿って所定距離だけ移動可能に保持する。光源移動部１２ｂは、後述するように投光部１２のキャリブレーション時に投光部１２を移動させ、光学フィルム１１の偏光特性を測定するときには、前述のように受光部１３に対向する所定位置に投光部１２を保持する。
【００３４】
受光部１３は、投光部１２が光学フィルム１１に照射し、光学フィルム１１を透過した測定光を受光して、光学フィルム１１を透過したことによる偏光状態の変化を測定するためのものであり、投光部１２に対向するように光学フィルム１１の上方（Ｚ方向正側）に設けられる。受光部１３で測定した測定値は、制御部１６に入力される。また、受光部１３は、Ｚアーム１７に取り付けられており、Ｚアーム１７は、搬送される光学フィルム１１を跨ぐように設けられた支持台１８に、光学フィルム１１に対して垂直な方向（Ｚ方向）に移動自在に取り付けられている。このため、受光部１３は、投光部１２に対向したまま、Ｚ方向に移動自在に設けられている。Ｚアーム１７による受光部１３の移動は、制御部１６によって制御され、制御部１６はピント調節のために受光部１３をＺ方向に移動させる。
【００３５】
制御部１６は、光学特性測定装置１０の各部を統括的に制御する制御装置であり、例えば、制御用コンピュータ、及びキーボードやモニタ等の入出力デバイスを備える。例えば、制御装置１６は、所定の回転速度で搬送ローラ１４を制御することにより、光学フィルム１１をＸ方向に一定の速度で搬送する。このとき、搬送ローラ１４の駆動パルスをパルスカウンタ（図示しない）によって計数することにより、光学フィルム１１の移動量、及び光学フィルム１１内における視野１３ａの位置を把握する。また、制御部１６は、受光部１３による測定のタイミングを制御する。具体的には、光学フィルム１１の搬送量及び搬送のタイミングと受光部１３による測定は同期して行われる。さらに、制御部１６は、投光部１２のキャリブレーション時には、光源移動部１２ｂによる投光部１２の移動と受光部１３による測定光の計測を制御する。
【００３６】
また、制御部１６は、受光部１３によって測定されたデータに基づいて、光学フィルム１１の偏光特性を算出する。光学フィルム１１の偏光特性は、後述する単位測定エリアＥ毎に算出される。
【００３７】
図２に示すように、投光部１２は、面光源２１、偏光板２２、１／４波長板２３を備える。面光源２１は、平面状の発光面２１ａを有し、発光面２１ａから無偏光状態の平行光（以下、無偏光Ｌ１という）を発光面２１ａ内でほぼ一様の強度で発する。偏光板２２は、面光源２１が発する無偏光Ｌ１を直線偏光Ｌ２に整えて１／４波長板２３に入射させる。１／４波長板２３は、直線偏光Ｌ２の偏光方向に対して遅相軸（進相軸）が４５度の角度をなすように、偏光板２２の光学フィルム１１側に配置される。したがって、１／４波長板２３は、偏光板２２から入射する直線偏光Ｌ２を円偏光Ｌ３に整えて出射する。このため、投光部１２は、円偏光Ｌ３を測定光（以下、測定光Ｌ３という）として光学フィルム１１に投光する。
【００３８】
投光部１２が測定光Ｌ３を照射する範囲は、受光部１３の視野１３ａにほぼ一致している。但し、投光部１２による測定光Ｌ３の照射範囲は、少なくとも視野１３ａの全体を含む範囲であれば、受光部１３の視野１３ａよりも大きくても良い。
【００３９】
図３に示すように、受光部１３は、分割波長板３１、偏光板３２、テレセントリックレンズ３３、撮像素子３４を備える。
【００４０】
分割波長板３１は、第１波長板３１ａ、第２波長板３１ｂ、第３波長板３１ｃ、第４波長板３１ｄの４種の波長板を有する。分割波長板３１を構成するこれらの各波長板３１ａ〜３１ｄは、受光部１３の最前面（光学フィルム１１側）に、光学フィルム１１の搬送方向であるＸ方向に沿って、第１波長板３１ａ，第２波長板３１ｂ，第３波長板３１ｃ，第４波長板３１ｄの順に隙間なく配列される。投光部１２から照射される測定光Ｌ３は、光学フィルム１１を透過することによって、透過した箇所の偏光特性を担持さた測定光Ｌ４となって分割波長板３１に入射し、入射位置に応じて第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄのいずれかを透過して、偏光板３２に入射する。
【００４１】
偏光板３２は、分割波長板３１を透過した測定光Ｌ４のうち、進相軸（遅相軸）に応じた所定方向の直線偏光成分をテレセントリックレンズ３３に入射させる。
【００４２】
テレセントリックレンズ３３は、分割波長板３１及び偏光板３２を透過して直線偏光となった測定光Ｌ４を撮像素子３４の撮像面３４ａに入射させる。テレセントリックレンズ３３は少なくとも物体側（光学フィルム１１側）で光軸と主光線が平行とみなせる物体側テレセントリックレンズであり、さらに像側（撮像素子３４側）においても光軸と主光線が平行とみなせる両側テレセントリックレンズであっても良い。また、テレセントリックレンズ３３の倍率は視野１３ａの像を撮像面３４ａに結像させる所定の倍率（例えば１〜１／３倍程度）を有する。なお、テレセントリックレンズ３３としては、倒立像を結像するテレセントリックレンズを用いてもよいが、以下では簡単のために視野１３ａの正立像が撮像面３４ａに結像されるものとする。すなわち、テレセントリックレンズ３３によって、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄを各々透過した測定光Ｌ４の撮像面３４ａへの入射位置は、それぞれ、撮像面３４ａにおいても上流側（Ｘ方向負側）から下流側（Ｘ方向正側）に向かって、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの配置順と同じ順序である。
【００４３】
撮像素子３４は、例えばＣＣＤ型のイメージセンサであり、測定光Ｌ４により光学フィルム１１を撮像する。撮像面３４ａには複数の画素Ｐが所定の配列で複数設けられている。各画素Ｐは、光電変換により入射光量に応じた信号電荷を発生させる。撮像素子３４は、後述するように複数の画素Ｐを１単位の画素（単位受光エリア。以下、結合画素ＣＰという）として扱う。このため、撮像素子３４は、結合画素ＣＰ毎に、各画素Ｐで発生した各信号電荷を平均した値を測定値Ｄとして制御部１６に出力する。
【００４４】
また、受光部１３は、アライメント調節のための回転機構（図示しない）を備える。回転機構は、撮像素子３４と、テレセントリックレンズ３３，偏光板３２，分割波長板３１を一体に、光軸の周りに回転させる機構である。回転機構は、受光部１３の視野１３ａの向きを光学フィルム１１の搬送方向Ｘや幅方向Ｙと正確に合致させるために受光部１３を回転させる。したがって、以下では、回転機構による受光部１３の向きの調節により、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄの境界線は搬送される光学フィルム１１の幅方向Ｙに、各画素Ｐ（あるいは結合画素ＣＰ）の辺は光学フィルム１１の搬送方向Ｘと幅方向Ｙに正確に一致しているものとする。
【００４５】
図４に矢印で示すように、偏光板３２の透過軸は光学フィルム１１の搬送方向Ｘと平行（０度）になるように配置される。一方、分割波長板３１を構成する第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸（進相軸）方位は各々異なり、第２〜第４波長板３１ｂ〜３１ｄの主軸方向は、第１波長板３１ａの主軸方向に対して、約３６度ずつ回転した方向となっている。具体的には、第１波長板３１ａの主軸方位は、光学フィルム１１の搬送方向Ｘに対して約２０度の方向である。したがって、第２波長板３１ｂの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約５６度であり、第３波長板３１ｃの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約９２度である。第４波長板３１ｄの主軸方向は、搬送方向Ｘに対して約１１８度である。第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量は、いずれも１３５度である。
【００４６】
なお、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、互いに異なっていれば良く、必ずしも上述の方向である必要はない。これは、後述するようにキャリブレーション時に実測により結合画素ＣＰ毎に受光部１３の偏光伝達行列が求められ、各波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、配置のズレ等も併せて、この偏光伝達行列に反映されるからである。
【００４７】
図５に示すように、撮像素子３４の画素Ｐは、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄに比べて十分に小さく、例えば第１波長板３１ａに対応するある領域Ａに着目すると、領域Ａ内には複数の画素Ｐが、光学フィルム１１の搬送方向Ｘ及び幅方向Ｙに沿って配列される。撮像素子３４は、太線及びハッチングで示すように３×３画素を１単位の結合画素ＣＰとして扱い、結合画素ＣＰ内で各画素Ｐの信号電荷に基づく信号の平均値を、結合画素ＣＰ全体としての測定値Ｄとして出力する。図５に示すように３×３画素を１つの結合画素ＣＰとする場合には、ここに含まれる全９画素の平均が測定値になる。なお、ここではハッチングにより１つの結合画素ＣＰを取り上げたが、Ｘ方向及びＹ方向に複数の結合画素ＣＰが形成される。
【００４８】
このように、撮像素子３４が結合画素ＣＰを単位として測定値を出力するので、光学フィルム１１の偏光特性は、結合画素ＣＰを単位として測定される。したがって、光学フィルム１１の偏光特性を測定する空間分解能は、概ね、画素Ｐの大きさと結合画素ＣＰとして扱う画素数（結合画素ＣＰの大きさ）で決まる。以下では、光学フィルム１１の偏光特性の測定に必要な空間分解能が得られる範囲内で、画素Ｐの大きさ及び結合画素ＣＰの大きさが定められているものとする。
【００４９】
上述のように、光学特性測定装置１０では、結合画素ＣＰを単位として光学フィルム１１の偏光特性を測定するので、図６に示すように、光学フィルム１１には、結合画素ＣＰに対応する大きさの領域Ｅ（以下、単位測定エリアという）に区画することができる。光学特性測定装置１０では、光学フィルム１１を単位測定エリアＥの長さ分だけＸ方向に搬送するごとに、受光部１３によって視野１３ａ内の光学フィルム１１が撮像される。したがって、ある１つの単位測定エリアＥは、Ｘ方向にならぶ複数の結合画素ＣＰによって１回ずつ測定され、光学フィルム１１の搬送により視野１３ａに入ってから視野１３ａを出るまでの間に、Ｘ方向に並んだ結合画素ＣＰの数と等しい回数の測定が行われる。このとき、単位測定エリアＥは、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄを横切るが、各々の波長板３１ａ〜３１ｄに対してＸ方向に複数の結合画素ＣＰがあるので、ある１つの単位測定エリアＥは、各波長板３１ａ〜３１ｄで各々複数回測定される。
【００５０】
また、図７に示すように、投光部１２についても、投光面１２ａを結合画素ＣＰに対応する大きさの領域Ｆ（以下、単位投光エリアという）に区画することができる。単位投光エリアＦは結合画素ＣＰに一対一に対応し、ある単位投光エリアＦから出射される測定光Ｌ３は、光学フィルム１１を透過して、透過位置の偏光特性を担持した測定光Ｌ４となった後、対応する結合画素ＣＰに入射する。また、後述するように、投光部１２のキャリブレーションにより、投光部１２が光学フィルム１１に照射する測定光Ｌ３のストークスパラメータ（以下、Ｓパラメータという）が測定されるが、ここで測定されるＳパラメータは、単位投光エリアＦ毎に算出される。
【００５１】
上述のように構成される光学特性測定装置１０では、以下に説明するように光学フィルム１１の偏光特性の測定を行う。
【００５２】
図８に示すように、光学特性測定装置１０によって光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、結合画素ＣＰ毎に、予め偏光伝達行列を測定する（ステップＳ０１）。偏光伝達行列は、入射光のＳパラメータを結合画素ＣＰによる測定値Ｄに対応付ける行列である。すなわち、結合画素ＣＰへの入射光をＳパラメータを用いて（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）Ｔで表すときに、測定値Ｄ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）・（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）Ｔを満たす行列Ａ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）が偏光伝達行列である。偏光伝達行列Ａには、結合画素ＣＰを構成する各画素Ｐの光電変換特性や、テレセントリックレンズ３３、偏光板３２、分割波長板３１（結合画素ＣＰに対応する波長板）の特性が反映される。
【００５３】
なお、Ｓ０′は光強度、Ｓ１′は水平直線偏光強度、Ｓ２′は４５度直線偏光強度、Ｓ３′は右回り偏光強度である。また、偏光伝達行列Ａは、受光部１３の偏光伝達特性を表すミュラー行列の第１行の要素（各種変更状態の強度変化を表す要素）に対応するものであり、結合画素ＣＰから測定値Ｄとして得られる値は、Ｓパラメータでいえば光強度Ｓ０の値である。
【００５４】
ここで行う結合画素ＣＰ毎の偏光伝達行列の測定は、受光部１３のキャリブレーションに相当し、修理等により受光部１３の構成が変更されない限り、光学特性測定装置１０を初めて使用するときに１度だけ行えば良い。測定された偏光伝達行列Ａは、制御部１６に記憶され、各結合画素ＣＰによる測定値に基づいて光学フィルム１１の偏光特性を算出するときに用いられる。
【００５５】
次に、光学フィルム１１の偏光特性を測定する前に、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータを測定する（ステップＳ０２）。これは、投光部１２のキャリブレーションに相当し、投光部１２の特性に変化がなければ１回行うだけで良いが、概ね光学特性測定装置１０の使用開始時（１日の最初等）に行うことが好ましい。
【００５６】
光学フィルム１１の偏光特性の測定は、上述の受光部１３及び投光部１２のキャリブレーションにより、結合画素ＣＰ毎の偏光伝達行列Ａが既知であり、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータが既知である状態で行われる。
【００５７】
このとき、光学フィルム１１のある単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４のＳパラメータからなるベクトル（ストークスベクトル）Ｓ′＝（Ｓ０′，Ｓ１′，Ｓ２′，Ｓ３′）は、透過前の測定光Ｌ３のＳパラメータＳ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）と、単位測定エリアＥのミュラー行列（以下、Ｍ行列という）を用いて、Ｓ′＝Ｍ・Ｓの関係にある。また、測定値Ｄは、前述のとおり、偏光伝達行列Ａを用いて、Ｄ＝Ａ・Ｓ′である。したがって、Ｄ＝Ａ・（Ｍ・Ｓ）であり、偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のストークスベクトルＳが既知なので、単位測定エリアＥの偏光特性を算出する場合には、測定値ＤからＭ行列の要素Ｍｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜４）を求めれば、Ｍ行列要素Ｍｉｊから単位測定エリアＥの主軸方向αやレタデーションδ等の偏光特性を算出することができる。
【００５８】
しかし、Ｍ行列は４×４行列であり、全部で１６の要素を有するが、Ｄ＝Ｍ・Ｓは１本の方程式と同じであるため、１回（１種）の測定で得られるこの式だけでは、Ｍ行列の要素Ｍｉｊを決定することはできない。Ｍ行列の全要素を決定するには、１６の独立な方程式が必要である。
【００５９】
こうしたことから、光学特性測定装置１０は、複数の結合画素ＣＰ（ｎ），ｎ＝１〜Ｎによる複数回（Ｎ回）の測定値Ｄｎ＝（Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ，・・・ＤＮ）をＭ行列の各要素Ｍｉｊに対応付ける変換行列Ｔ＋（以下、試料測定行列という）を予め算出する（ステップＳ０３）。この試料測定行列Ｔ＋は、キャリブレーションにより既知である各結合画素ＣＰ（ｎ）の偏光伝達行列Ａｎ＝（Ａ１ｎ，Ａ２ｎ，Ａ３ｎ，Ａ４ｎ）と、対応する単位投光エリアＦ（ｎ）が照射する測定光Ｌ３のストークスベクトルＳｎ＝（Ｓ０ｎ，Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎ，Ｓ３ｎ）Ｔを用いて算出される。
【００６０】
なお、前述のように測定光Ｌ３のストークスベクトルＳｎは、装置の使用開始時に校正されるので、これに応じて試料測定行列Ｔ＋も装置の使用開始時に算出し直される。
【００６１】
こうして試料測定行列Ｔ＋が算出されると、光学フィルム１１の偏光特性の測定が開始される。光学フィルム１１の偏光特性の測定は、光学フィルム１１をＸ方向に搬送しながら、投光部１２より測定光Ｌ３を照射し、受光部１３によって光学フィルム１１を透過した測定光Ｌ４により光学フィルム１１を撮像することにより行われる（ステップＳ０４）。
【００６２】
このとき、制御部１６は、各結合画素ＣＰ（ｎ）から得た測定値Ｄｎから試料測定行列Ｔ＋を用いて、単位測定エリアＥ毎にＭ行列要素Ｍｉｊを算出する（ステップＳ０５）。そして、算出したＭ行列要素Ｍｉｊを用いて、単位測定エリアＥの偏光特性として、主軸方向αやレタデーションδを算出する（ステップＳ０６）。
【００６３】
以下、各ステップの態様を詳細に説明する。
【００６４】
＜ 受光部のキャリブレーション ＞
受光部１３のキャリブレーション（ステップＳ０１）は、次のように行われる。
【００６５】
図９に示すように、受光部１３のキャリブレーションには、基準投光部４１が用いられる。基準投光部４１は、Ｓパラメータが既知の基準光４１ａを発する光源であり、面光源４２、１／４波長板４３、偏光板４４を備える。また、基準投光部４１は投光部１２とほぼ同様に構成され、基準光４１ａは円偏光であるが、１／４波長板４３は、所定速度で回転するように設けられている。偏光板４４の透過軸方向εは一定であるが、１／４波長板４３の主軸（進相軸）方向γは時間で変化する。偏光板４４の透過軸方向εと１／４波長板の主軸方向γは、受光部１３に対する基準投光部４１の配置により既知である。
【００６６】
受光部１３のキャリブレーションでは、基準光４１ａは光学フィルム１１を介さず、直接、受光部１３に入射され、受光部１３は結合画素ＣＰ毎に入射された基準光４１ａに基づく信号値（測定値）Ｄを出力する。
【００６７】
基準光４１ａのＳパラメータをＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、基準光４１ａのストークスベクトルＰはＰ＝（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）Ｔとすると、測定値Ｄは、結合画素ＣＰの偏光伝達行列ＡとストークスベクトルＰを用いて、Ｄ＝Ａ・Ｐ＝Ａ１・Ｐ０＋Ａ２・Ｐ１＋Ａ３・Ｐ２＋Ａ４・Ｐ３で表される。
【００６８】
一方、基準光４１ａのストークスベクトルＰは、１／４波長板４３の主軸方向γ、偏光板４４の透過軸方向εを用いて、下記数１の式で表される。但し、基準光４１ａの光強度Ｋ、Ｃ＝ｃｏｓ２γ，Ｓ＝ｓｉｎ２γである。また、これを用いて上述の測定値Ｄを表すと、下記数２の式となる。所定係数Ｋ′は、基準光４１ａの光強度Ｋと、撮像素子３４の感度やゲイン等によって予め定まる係数である。
【００６９】
【数１】
0005508352.tif 000002
【００７０】
【数２】
0005508352.tif 000003
【００７１】
前述のように１／４波長板の主軸方向γは一定の方向に回転するので、測定値Ｄは、回転する主軸方向γに対して時系列に得られる。また、所定係数Ｋは、基準光４１ａの光強度、撮像素子３４の感度やゲイン等から得られる既知数であるので、得られた測定値Ｄを所定係数Ｋ′で規格化した値Ｄ／Ｋ′を、主軸方向γについて、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）することにより、直流（ＤＣ）成分ＦＤＣ、ｃｏｓ４γ成分Ｆｃｏｓ４γ、ｓｉｎ４γ成分Ｆｓｉｎ４γ、ｓｉｎ２γ成分Ｆｓｉｎ２γをそれぞれ求めることができる。
【００７２】
数２の式からわかるとおり、ＤＦＴにより得られた各成分ＦＤＣ，Ｆｃｏｓ４γ，Ｆｓｉｎ４γ，Ｆｓｉｎ２γは、偏光伝達行列Ａの要素と係数Ｋを用いて、次のように表される。
【００７３】
【数３】
0005508352.tif 000004
【００７４】
偏光板４４の透過軸方向εは既知（例えば０度）であるので、数３の式に基づいて、偏光伝達行列Ａ＝（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を算出することができる。
【００７５】
なお、直流成分ＦＤＣには、撮像素子３４の暗電流によるノイズがバックグラウンドＢＧとして重畳される。このため、撮像素子３４を遮光して撮像する事により予め暗電流ノイズによるバックグラウンドＢＧを測定しておき、ＤＦＴにより求められたＦＤＣから、バックグラウンドＢＧを減算したＦＤＣが真の直流成分ＦＤＣであり、偏光伝達行列Ａはこの真の直流成分ＦＤＣを用いて算出される。
【００７６】
また、図９では、基準投光部４１が面光源４２を備え、受光部１３の全体に基準光４１ａを入射させる例を説明したが、これに限らない。基準投光部４１は、少なくとも１つの結合画素ＣＰにＳパラメータが既知の基準光を入射させることができるものであれば良い。
【００７７】
＜ 投光部のキャリブレーション ＞
投光部１２のキャリブレーション（ステップＳ０２）は、次のように行われる。
【００７８】
図１０に示すように、投光部１２のキャリブレーションは、投光部１２から測定光Ｌ３を照射しながら、光源移動部１２ｂによってＸ方向の上流側から下流側に移動させることにより行う。これは、投光部１２と受光部１３の間には、光学フィルム１１がない状態で行われ、受光部１３は、投光部１２から照射される測定光Ｌ３を測定する。
【００７９】
図１１に示すように、Ｘ方向のある行に並んだ結合画素ＣＰを上流側から下流側にかけてＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・，ＣＰ（Ｎ）とすると、これらの各結合画素ＣＰ（ｎ）に対応するように、投光部１２ではＸ方向に単位投光エリアＦ（１），Ｆ（２），・・・，Ｆ（Ｎ）が並ぶ。このため、光源移動部１２ｂによって投光部１２をＸ方向の上流側から下流側に移動させると、投光部１２が受光部１３の下方に入り始まってから、受光部１３の下方からすべて抜ける迄に、各単位投光エリアＦ（ｎ）から各々出射される測定光Ｌ３（ｎ）は、全ての結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で各々１回ずつ測定される。
【００８０】
例えば、最も下流側に位置する単位投光エリアＦ（Ｎ）に着目すると、単位投光エリアＦ（Ｎ）から出射される測定光Ｌ３（Ｎ）は、結合画素ＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・，ＣＰ（Ｎ）の順に各結合画素ＣＰ（ｎ）で測定される。このとき各結合画素ＣＰ（ｎ）で測定された測定値をＤ１，Ｄ２，・・・、ＤＮとすると、１つの単位投光エリアＦ（Ｎ）から出射される測定光Ｌ３（Ｎ）についてＮ個の測定値が得られる。
【００８１】
こうして測定されるＮ個の測定値Ｄ１〜ＤＮの中には、分割波長板３１のうち、第１波長板３１ａを通過して測定された測定値、第２波長板３１ｂを通過して測定された測定値、第３波長板３１ｃを通過して測定された測定値、第４波長板３１ｄを通過して測定された測定値が含まれる。
【００８２】
Ｘ方向に沿ってＮ個ある結合画素ＣＰ（ｎ）のうち、各波長板３１ａ〜３１ｄのエリアにｋ個ずつ結合画素ＣＰがあるとすると、Ｎ＝４ｋであり、各波長板３１ａ〜３１ｄにそれぞれｋ個の測定値が得られることになる。但し、結合画素ＣＰ（ｎ）毎に偏光伝達行列Ａがそれぞれ異なるので、例えば第１波長板３１ａで測定された測定値Ｄ１〜Ｄｋであっても、偶然に一致するような例外はあるが、これらは同じ値にはならない。
【００８３】
したがって、投光部１２のキャリブレーション時には、Ｘ方向に並ぶ結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）による全ての測定値Ｄ１〜ＤＮを記憶する。このため、図１２に示すように、分割波長板３１に含まれる波長板の数（ここでは４）と、各波長板内でＸ方向に並ぶ結合画素ＣＰの個数（ここではｋ個）を指標とする２次元の記憶領域４６が確保される。この２次元の記憶領域４６は、例えば、１つの単位投光エリアＦ（ｎ）について１つずつ確保され、各結合画素ＣＰ（ｎ）で得られた測定値Ｄｎは、結合画素ＣＰ（ｎ）の位置と、通過した波長板３１ａ〜３１ｄに対応付けられて記憶される。
【００８４】
上述のようにして得られた測定値Ｄ１〜ＤＮに基づいて、測定光Ｌ３のＳパラメータは、次のように算出される。
【００８５】
まず、第１波長板３１ａで得られた測定値の合計Ｄａ，第２波長板３１ｂで得られた測定値の合計Ｄｂ，第３波長板３１ｃで得られた測定値の合計Ｄｃ，第２波長板３１ｄで得られた測定値の合計Ｄｄが算出される。各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄは下記数４の式で表される。
【００８６】
【数４】
0005508352.tif 000005
【００８７】
一方、受光部１３のキャリブレーションにより、各結合画素ＣＰ（ｎ）の偏光伝達行列Ａｎ＝（Ａ１ｎ，Ａ２ｎ，Ａ３ｎ，Ａ４ｎ）は既知なので、単位投光エリアＦ（ｊ），ｊ＝１〜Ｎから出射される測定光Ｌ３（ｊ）のストークスベクトルＳｊをＳｊ＝（Ｓ０ｊ，Ｓ１ｊ，Ｓ２ｊ，Ｓ３ｊ）Ｔとすると、Ｄｎ＝Ａｎ・Ｓｊである。これを用いると上述の数４の式は、下記数５の式で表される。
【００８８】
【数５】
0005508352.tif 000006
0005508352.tif 000007
0005508352.tif 000008
0005508352.tif 000009
【００８９】
数５の式において、ＳパラメータＳ０ｊ〜Ｓ３ｊの係数は、全て既知である偏光伝達行列Ａｎの要素だけからなるので、数５の４個の方程式を解くことによって、単位投光エリアＦ（ｊ）から出射される測定光Ｌ３（ｊ）のＳパラメータＳ０ｊ〜Ｓ３ｊを決定することができる。ここでは、ある単位投光エリアＦ（ｊ）を例にしたが、他の単位投光エリアＦについても同様である。また、ここではＸ方向のある行の単位投光エリアＦについて例示したが、他の行も同様である。したがって、制御部１６は上述の方法で投光部１２の全ての単位投光エリアＦについて、出射される測定光Ｌ３のＳパラメータを決定する。
【００９０】
＜ 光学フィルムの測定 ＞
光学フィルム１１の偏光特性の測定（ステップＳ０４）は、次のように行われる。
【００９１】
まず、図１３に示すように、光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、光学フィルム１１の搬送方向Ｘの方向に並ぶ結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）と、対応する単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）が各々対向するように投光部１２と受光部１３が対向配置される。すなわち、単位投光エリアＦ（ｎ）から出射される測定光Ｌ３（ｎ）は、光学フィルム１１を透過した後、結合画素ＣＰ（ｎ）に入射する。
【００９２】
このように、結合画素ＣＰ（ｎ）と単位投光エリアＦ（ｎ）が一対一に対応するように配置された状態で、光学フィルム１１は、投光部１２と受光部１３の間をＸ方向に搬送される。このとき、投光部１２は測定光Ｌ３を光学フィルム１１に照射し、受光部１３は光学フィルム１１を透過した測定光Ｌ４によって、光学フィルム１１の搬送量に同期した一定のタイミングで光学フィルム１１を撮像する。
【００９３】
例えば、光学フィルム１１上のある単位測定エリアＥに着目すると、ある時、単位測定エリアＥは、単位投光エリアＦ（１）から照射される測定光Ｌ３（１）を照射され、単位測定エリアＥを透過した測定光Ｌ４（１）は、結合画素ＣＰ（１）で撮像される。その後、光学フィルム１１が搬送され、単位測定エリアＥは結合画素ＣＰ（２）に対応する位置に移動される。このとき、単位投光エリアＦ（２）から測定光Ｌ３（２）が照射され、受光器１３は、単位測定エリアＥを透過した測定光Ｌ４（２）によって結合画素ＣＰ（２）で単位測定エリアＥを撮像する。
【００９４】
同様に、光学フィルム１１は結合画素ＣＰに対応するステップでＸ方向に搬送されることにより、順次、光学フィルム１１は対応する単位投光エリアＦ（１），Ｆ（２），・・・からの測定光Ｌ３の照射を受け、対応する位置の結合画素ＣＰ（１），ＣＰ（２），・・・によって撮像される。したがって、分割波長板３１の各波長板３１ａ〜３１ｄに対応する各エリアでは各々ｋ回ずつ、総計でＮ（＝４ｋ）回撮像される。
【００９５】
ここでは、簡単のために、ある単位測定エリアＥに着目して説明したが、受光部１３は視野１３ａの全面を撮像するので、複数の単位測定エリアＥが同時に撮像される。例えば、着目した単位測定エリアＥと同行に位置するＮ個の単位測定エリアが、結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で各々撮像される。同様にＮ個の結合画素ＣＰが並ぶ行が、光学フィルム１１の幅方向Ｙにも複数行あるが、これらについても同様である。
【００９６】
但し、光学特性測定装置１０は、前述の投光部１２のキャリブレーション時と同様に、１つの単位測定エリアＥに対して、２次元の記憶領域４６を確保し（図１２参照）、単位測定エリアＥ毎にまとめてＮ回全ての測定値Ｄ１〜ＤＮを記憶する。
【００９７】
上述のようにして得られた単位測定エリアＥについてのＮ個の測定値Ｄ１〜ＤＮは、制御部１６において、予め算出された試料測定行列Ｔ＋を用いて単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊに変換される。その後、制御部１６は、算出した単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊを用いて、単位測定エリアＥにおける主軸方位αやレタデーションδを偏光特性として算出する。
【００９８】
＜ 試料測定行列 ＞
上述のように光学フィルム１１の偏光特性の測定が行われることをふまえ、試料測定行列Ｔ＋は次のように算出される（ステップＳ０３）。
【００９９】
まず、単位投光エリアＦ（ｎ）から照射する測定光Ｌ３（ｎ）のストークスベクトルをＳｎ、ある単位測定エリアＥのＭ行列、単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４（ｎ）のストークスベクトルをＳ′ｎとすると、Ｓ′ｎ＝Ｍ・Ｓｎの関係にあり、具体的に書けば下記数６の式で表される。
【０１００】
【数６】
0005508352.tif 000010
【０１０１】
また、単位測定エリアＥを透過後の測定光Ｌ４（ｎ）は、単位投光エリアＦ（ｎ）に対応する位置にある結合画素ＣＰ（ｎ）に入射する。このとき結合画素ＣＰ（ｎ）で得られる測定値Ｄｎは、測定光Ｌ４（ｎ）のストークスベクトルをＳ′ｎと、結合画素ＣＰ（ｎ）の偏光伝達行列Ａｎを用いて、Ｄｎ＝Ａｎ・Ｓ′ｎであり、具体的に書けば、下記数７の式で表される。
【０１０２】
【数７】
0005508352.tif 000011
【０１０３】
そして、上述の数６を数７の式に代入すれば、測定値Ｄｎは測定光Ｌ３（ｎ）のストークスベクトルをＳｎと、単位測定エリアＥのＭ行列によって、Ｄｎ＝Ａｎ・（Ｍ・Ｓｎ）と表せ、具体的に書けば下記数８の式で表される。
【０１０４】
【数８】
0005508352.tif 000012
【０１０５】
上述の数８の式は、結合画素ＣＰ（ｎ）による測定値Ｄｎであり、単位測定エリアＥは結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で撮像されることにより、１つの測定値Ｅに対して測定値Ｄ１〜ＤＮが得られる。これは１つの単位測定エリアＥにつき、Ｎ個の方程式が得られることを意味する。
【０１０６】
また、数８の式においては、偏光伝達行列Ａの要素及び測定光Ｌ３のＳパラメータはキャリブレーションにより全て既知量であり、未知量は単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊである。このため、上述の数８の式を測定値Ｄ１〜ＤＮの順に並べ、測定値Ｄ１〜ＤＮを配列した測定値ベクトルＤをＤ＝（Ｄ１，Ｄ２，・・・，ＤＮ）、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊを再配列したベクトルＭ′（以下、Ｍ要素ベクトルという）をＭ′＝（Ｍ１１，・・・，Ｍ１４，Ｍ２１，・・・，Ｍ２４，Ｍ３１，・・・，Ｍ３４，Ｍ４１，・・・，Ｍ４４）Ｔとして行列形式でまとめて書くと、Ｄ＝Ｔ・Ｍ′で表される。これを具体的に書けば、下記数９になる。測定値ベクトルＤはＮ個の要素からなり、Ｍ要素ベクトルＭ′は１６個の要素からなる。また、行列Ｔは、Ｍ行列要素Ｍｉｊを測定値Ｄ１〜ＤＮに対応付ける変換行列であり、Ｎ×１６行列である。
【０１０７】
【数９】
0005508352.tif 000013
【０１０８】
数９の式からわかるとおり、Ｍ要素ベクトルＭ′を測定値ベクトルＤに対応付ける変換行列Ｔの要素は、既知量である偏光伝達行列Ａの要素及び測定光Ｌ３のＳパラメータからなる。このため、制御部１６は、受光部１３と投光部１２のキャリブレーションが完了した段階で、各結合画素ＣＰ及び各単位投光エリアＦについて得られた偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のＳパラメータを用いて、予め変換行列Ｔを算出する。
【０１０９】
一方、測定により得られるデータは測定値Ｄ１〜ＤＮ（測定値ベクトルＤ）なので、数９の式とは逆に測定値ベクトルＤを、Ｍ要素ベクトルＭ′に対応付けるように、変換行列Ｔの逆行列Ｔ＋を算出する。こうして算出される変換行列Ｔの逆行列が試料測定行列Ｔ＋である。
【０１１０】
変換行列Ｔは、前述のとおりＮ×１６行列であり、Ｘ方向に並んだ結合画素ＣＰの数Ｎによっては正方行列ではないので、正確には変換行列Ｔの擬似逆行列が試料測定行列Ｔ＋である。また、変換行列Ｔの逆行列（擬似逆行列）が存在しない場合もあるが、試料を直線複屈折試料に限定し、特定すべきＭ要素を限定した場合にはこの問題は回避される。以下、光学特性測定装置１０では、試料測定行列Ｔ＋が算出可能な構成となっているとする。
【０１１１】
制御部１６は、光学フィルム１１の偏光特性の測定開始前に、上述のように受光部１３及び投光部１２のキャリブレーションで得られた偏光伝達行列Ａ及び測定光Ｌ３のＳパラメータから試料測定行列Ｔ＋を予め算出し、保持している。また、ここではＸ方向のある行に並ぶ結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）及び単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）を例に説明したが、他の行についても同様に試料測定行列Ｔ＋を予め算出する。このため、制御部１６は、単位測定エリアＥがＸ方向に並ぶ全ての結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）で測定されると同時に、得られた測定値Ｄ１〜ＤＮと試料測定行列Ｔ＋を用いて、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊを算出する。
【０１１２】
＜ 偏光特性の算出 ＞
単位測定エリアＥの偏光特性は、上述のように算出される単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊに基づいて、次のように算出される（ステップＳ０６）。単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊが全て特定されることにより、直線複屈折、直線２色性、円複屈折、円２色性、偏光解消等の偏光特性を算出可能であるが、以下では、簡単のために、光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせ、この直線複屈折の主軸方位αとレタデーションδを算出する例を説明する。
【０１１３】
光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせる場合、単位測定エリアＥのＭ行列は下記数１０の式で表される。また、Ｑ１〜Ｑ５は、単位測定エリアＥの主軸方位αとレタデーションδを用いて数１１で表される量である。但し、Ｋ１＝ｃｏｓ２α、Ｋ２＝ｓｉｎ２αである。
【０１１４】
【数１０】
0005508352.tif 000014
【０１１５】
【数１１】
0005508352.tif 000015
【０１１６】
したがって、制御部１６は、単位測定エリアＥのＭ行列要素Ｍｉｊを用いて、例えば、主軸方位αをｔａｎ２α＝Ｑ４／Ｑ５によって、レタデーションδをｓｉｎδ＝Ｑ４／Ｑ２によって算出する。
【０１１７】
上述のように、光学特性測定装置１０は、分割波長板３１によって光学フィルム１１の搬送方向Ｘに４種類の波長板３１ａ〜３１ｄを配列した受光部１３で光学フィルム１１を撮像し、偏光特性の算出に必要な複数の偏光状態での測定を行う。このため、光学特性測定装置１０は、光学フィルム１１の搬送を止めずに、常にＸ方向に搬送しながら迅速に偏光特性の測定を行うことができる。例えば、空間分解能１ｍｍ□、軸方位測定精度０．１度の条件で所定サイズの光学フィルム１１を測定する場合、従来のように受光部１３を移動させるたびに光学フィルム１１の搬送を止めながら測定を行うと約１０分を要するところ、光学フィルム１１の搬送を止めない光学特性測定装置１０によれば約２分半で偏光特性の測定を完了することができる。
【０１１８】
また、光学特性測定装置１０は、撮像素子３４の各画素Ｐで取得されるデータを測定値とするのではなく、複数の画素Ｐをひとまとめにした結合画素ＣＰを単位として光学フィルム１１の偏光特性の測定を行うので、撮像素子３４のノイズを低減し、高精度な偏光特性の測定を行うことができる。
【０１１９】
さらに、結合画素ＣＰは、分割波長板３１内の各波長板３１ａ〜３１ｄのそれぞれに対して複数あり、これら全ての結合画素ＣＰから得られる測定値Ｄ１〜ＤＮを用いて光学フィルム１１の偏光特性を算出する。これは、複数回の測定を行って平均すること同等の作用があり、１つの波長板で１回の測定を行って偏光特性を算出する場合よりもＳ／Ｎ比を向上させることができる。したがって、光学特性測定装置１０では特に高精度な偏光特性の測定を行うことができる。
【０１２０】
また、光学特性測定装置１０は、受光部１３のキャリブレーションにより複数の結合画素ＣＰの偏光伝達行列Ａをそれぞれ求め、投光部１２のキャリブレーションにより各結合画素ＣＰに対応する単位投光エリアＦから出射される測定光Ｌ３のＳパラメータを算出し、さらに、得られた偏光伝達行列Ａと測定光Ｌ３のＳパラメータに基づいて、試料測定行列Ｔ＋を光学フィルム１１の偏光特性の測定前に予め算出しておく。そして、光学フィルム１１の偏光特性の測定時には、各結合画素ＣＰで得られる測定値Ｄ１〜ＤＮと、試料測定行列Ｔ＋とを用いて、光学フィルム１１（単位測定エリアＥ）のＭ行列要素Ｍｉｊを算出し、算出したＭ行列要素Ｍｉｊを用いて偏光特性を算出する。このため、光学特性測定装置１０によれば、直線複屈折、直線２色性、円複屈折、円２色性、偏光解消等の種々の偏光特性を、迅速かつ正確に算出することができる。
【０１２１】
なお、前述のように、光学特性測定装置１０は、受光部１３の視野１３ａにほぼ一致するように測定光Ｌ３を照射する投光部１２を備える。これにより、光学特性測定装置１０は、投光部１２のキャリブレーションを迅速に行うことができる。例えば、受光部１３の視野１３ａ外まで測定光Ｌ３を照射する大面積の投光部を用い、受光部１３を移動させながら光学フィルム１１の偏光特性を測定する場合には、光学フィルム１１の偏光特性の測定開始に先立って、投光部１２による測定光Ｌ３の照射範囲（投光面１２ａ）の全体について、キャリブレーションにより測定光Ｌ３のＳパラメータを決定しなければならない。この場合と比較すると、光学特性測定装置１０は、Ｓパラメータを決定しなければならない面積が小さいのでキャリブレーションに要する時間は短い。また、投光部１２のサイズも必要最小限であるので、投光部１２にかかるコストも少なく済む。
【０１２２】
なお、上述の実施形態では、投光部１２は、受光部１３の視野１３ａ内でほぼ一様な円偏光を測定光Ｌ３として照射するが、単位投光エリアＦ毎に照射する測定光Ｌ３のＳパラメータが異なる例を説明したが、これに限らない。例えば、全ての単位投光エリアＦでＳパラメータが均一な測定光Ｌ３を照射する投光部１２を用いても良い。この場合、単位投光エリアＦ毎のＳパラメータは全て同一値であり、上述の実施形態では単位投光エリアＦ（１）〜Ｆ（Ｎ）で各々区別していたストークスベクトルＳｎは単一のＳ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）とすることができる。このため、前述の数８に対応する結合画素ＣＰ（ｎ）の測定値Ｄｎは、Ｓパラメータについて単位投光エリアＦ（ｎ）を区別する添字ｎをなくし、下記数１２で表される。
【０１２３】
【数１２】
0005508352.tif 000016
【０１２４】
したがって、前述の数９と同様に、測定値Ｄ１〜ＤＮの式を並べ、測定値ベクトルＤ、Ｍ要素ベクトルＭ′を用いて、Ｍ要素ベクトルＭ′を測定値ベクトルＤに対応付ける行列式を書くと、下記数１３になる。
【０１２５】
【数１３】
0005508352.tif 000017
【０１２６】
さらに、光学フィルム１１の偏光特性が直線複屈折とみなせる場合には、単位測定エリアＥのＭ行列は前述の数１０で表せるので、これを用いて上述の数１３を整理すると、下記数１４のように書ける。そして、Ｍ行列要素が０となる行を削除すると下記数１５となり、さらに整理すると、下記数１６となる。
【０１２７】
【数１４】
0005508352.tif 000018
【０１２８】
【数１５】
0005508352.tif 000019
【０１２９】
【数１６】
0005508352.tif 000020
【０１３０】
したがって、数１６において、各結合画素ＣＰ（１）〜ＣＰ（Ｎ）の偏光伝達行列Ａの要素からなる行列Ｔ′とし、その逆行列をＴ′＋とすれば、下記数１７となる。但し、Φ、ψ、ξは、下記数１８で表される。
【０１３１】
【数１７】
0005508352.tif 000021
【０１３２】
【数１８】
0005508352.tif 000022
【０１３３】
また、測定値Ｄ１〜ＤＮ（測定値ベクトルＤ）から数１８の左辺の要素（Ｓ０，Φ、ψ、ξ）を算出することができれば、これらの各要素を用いて、主軸方位α及びレタデーションδは下記数１９の式で求めることができる。
【０１３４】
【数１９】
0005508352.tif 000023
【０１３５】
このため、制御部１６は、試料測定行列として行列Ｔ′＋を算出しておき、測定値Ｄ１〜ＤＮから数１８の左辺の要素（Ｓ０，Φ、ψ、ξ）を算出し、数１９に基づいて主軸方位α及びレタデーションδを算出するようにしても良い。
【０１３６】
なお、上述の実施形態では、分割波長板３１に第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの４種の波長板を設ける例を説明したが、これに限らない。例えば、偏光特性を精度良く測定するためには、分割波長板３１に設ける波長板の種類（種類は主軸方向と遅相量で決まる）は４以上であっても良い。このように、分割波長板３１内の波長板の種類を増加させると、各結合画素ＣＰの測定値Ｄに含まれるノイズの遮断周波数を高くし、より高精度に光学フィルム１１の偏光特性を測定することができるようになる。
【０１３７】
但し、分割波長板３１内の波長板の種類を単に増加し過ぎると、１つの波長板の面積が小さくなるために、前述のような平均効果が小さくなり、測定値の信頼度が低下する。また、分割波長板３１内の波長板の境界を跨ぐ結合画素ＣＰは測定に使用できないので、分割波長板３１内の波長板の種類を多くするほど、使用できない結合画素ＣＰの数も増大し、撮像素子３４の実質的な受光面積が小さくなる。これは、Ｓ／Ｎ比の低下を意味する。こうしたことから、分割波長板３１内の波長板の種類は、偏光特性の算出に必要な最小限の４種類以上であれば良く、多くとも４０種類以下であることが好ましい。
【０１３８】
なお、上述の実施形態では、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向は、第１波長板３１ａの主軸方向を基準として３６度ずつ回転した方向としたが、これは、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの各主軸方向が最も離れるように、１８０度を均等に分割する角度である。したがって、Ｎ（４以上）個の波長板で分割波長板３１を構成する場合には、１つの波長板の主軸方向を基準として、他の波長板の主軸方向が１８０／（Ｎ＋１）度ずつ回転した向きになっていることが好ましい。但し、前述のように、キャリブレーション時に実測して受光部１３の偏光伝達行列が求められるので、厳密さは不要であり、例えば、上述の値の概ね±０．５度の範囲内であれば良い。
【０１３９】
また、上述の実施形態では、第１〜第４波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量はいずれも１３５度である。このように、各波長板３１ａ〜３１ｄの主軸方向が互いに最も離れる角度になるように配置し、かつ、遅相量が約１３５度であることで、試料測定行列Ｔ＋（及び偏光特性）を算出するときに最も誤差を小さくできる。
【０１４０】
上述の各波長板３１ａ〜３１ｄの遅相量は、シミュレーションの結果によって定めた値である。具体的には、図１４及び図１５に示すように、試料測定行列Ｔ＋を算出するときの計算誤差は、波長板の種類数（４種類を４分割と表す）によらず、波長板の遅相量が概ね１２０〜１４０度の場合、及び２２０〜２４０度の場合に最小になることがわかる。より詳細なシミュレーションによれば、遅相量が約１３５度または約２２５度の場合に計算誤差が採用になることがわかった。こうしたことから、分割波長板３１内の波長板は、遅相量が、７０度以上１７０度以下または１９０度以上２９０度以下の範囲（図１５で相対誤差が概ね２０以下となる範囲）であれば良く、１００度以上１６０度以下または２００度以上２６０度以下の範囲（図１５で相対誤差が２桁に収まる範囲）であることが好ましく、上述のように誤差が概ね最小になる１２０度以上１４０度以下または２２０度以上２４０度以下であることがより好ましく、約１３５度または約２２５度であることが特に好ましい。
【０１４１】
なお、上述の実施形態では、分割波長板３１と偏光板３２がテレセントリックレンズ３３の前（光学フィルム１１側）に配置される例を説明したが、これに限らない。例えば、図１６に示すように、撮像素子３４とテレセントリックレンズ３３の間に分割波長板３１と偏光板３２を配置しても良い。この場合、テレセントリックレンズ３３の前に設ける場合と比較して、分割波長板３１や偏光板３２を小さくすることができるので、面積が小さい分、分割波長板３１及び偏光板３２のコストを低減することができる。但し、結合画素ＣＰの偏光伝達行列Ａの誤差が大きくなりやすい。
【０１４２】
なお、上述の実施形態では、３×３画素を１つの結合画素ＣＰとする例を説明したが、これに限らない。図１７に示すように、結合画素ＣＰを構成する画素数（以下、結合数という）が大きくなるほど、結合画素ＣＰ毎の出力値（測定値）のばらつきが小さくなる。このため、結合数をある程度大きくして測定しなければ、同じ単位測定エリアＥに対して測定回数（撮像回数）を増やして平均化する等しない限り、撮像素子３４のノイズのために、単位測定エリアＥの偏光特性を精度良く測定することができない。このため、上述の実施形態で説明したように、画素Ｐ毎の出力値を測定子として用いるのではなく、少なくとも２以上の画素で形成される結合画素ＣＰを測定の単位として用いることが好ましい。特に、結合画素ＣＰを構成する画素Ｐの個数は、４（縦２×横２）、９（縦３×横３）、１６（縦４×横４）、・・・のように、自然数（２以上）の２乗個であり、縦横に同数の画素Ｐからなるものであることが好ましい。
【０１４３】
図１７のグラフは、撮像素子３４として１２ビット出力のＣＣＤ型撮像素子（１／１．８インチ、２００万画素、画素Ｐのサイズは４．４μｍ□）を用い、比較的明るい一定の光（出力値が３７４０付近になる光）を入射させ、結合数（ｘ）を変えながら、２５６回の測定を行って得られた全出力値のうち最大値から最小値を引いた値をばらつき（ｙ）としてプロットしたものである（黒丸）。各点から得られる近似曲線（破線）は、ｙ＝１７１．６８ｘ−０．５００６であり、結合数ｘに対してほぼ−１／２乗に比例していることから、撮像素子３４の出力に重畳するノイズは、ランダムノイズの性質がある。
【０１４４】
なお、上述の実施形態では、投光部１２や受光部１３は移動せず、光学フィルム１１をＸ方向に搬送しながら偏光特性の測定を行う例を説明したが、これに限らない。光学フィルム１１の偏光特性の測定には、投光部１２及び受光部１３の組と、光学フィルム１１が所定方向（Ｘ方向）に相対的に移動していれば良いので例えば、光学フィルム１１を固定し、投光部１２や受光部１３を一体に移動させながら偏光特性の測定を行っても良い。また、光学フィルム１１と、投光部１２及び受光部１３をともに相対的に移動させながら偏光特性の測定を行っても良い。
【０１４５】
なお、上述の実施形態では、受光部１３の視野１３ａが光学フィルム１１の幅方向（Ｙ方向）の一部分であり、光学フィルム１１の偏光特性が測定される領域は、視野１３ａを光学フィルム１１の搬送方向Ｘに延ばした帯状の領域であり、光学フィルム１１の一部である。したがって、光学フィルム１１の全面の偏光特性を測定する場合、例えば、図１８に示すように、光学フィルム１１の幅方向に複数組の投光部１２Ａ〜１２Ｄ、受光部１３Ａ〜１３Ｄを設けることが好ましい。この場合、投光部及び受光部の各組は、幅方向に１列に並んで配置される必要はなく、光学フィルム１１が搬送されたときに、投光部及び受光部の各組によって光学フィルム１１の全面が隙間なく測定される配置であれば良い。
【０１４６】
また、図１８では、光学フィルム１１の幅方向に複数組の投光部１２Ａ〜１２Ｄ、受光部１３Ａ〜１３Ｄを設ける例を説明したが、図１９に示すように、１組の投光部１２及び受光部１３を幅方向に掃引して、光学フィルム１１の全面を漏れなく測定するようにしても良い。
【０１４７】
なお、上述の実施形態では、投光部１２は、視野１３ａ内にほぼ一様な円偏光の測定光Ｌ３を照射する例を説明し、また、投光部１２が照射する測定光Ｌ３が視野１３ａ内で完全に一様であり、各単位投光エリアＦでＳパラメータに区別がない変形例を説明した。しかし、投光部１２が照射する測定光Ｌ３が視野１３ａ内で完全に一様であることに加え、受光部１３において各結合画素ＣＰに区別がないほど受光部１３が精巧に形成されている場合には、試料測定行列Ｔ＋が算出できないことがある。
【０１４８】
これは、単位投光エリアＦ毎に測定光Ｌ３のＳパラメータに区別がなく、かつ、偏光伝達行列Ａにも各結合画素ＣＰ毎の区別がない場合に相当する。具体的には、例えば前述の数９において、Ｓ０ｎ〜Ｓ３ｎとＡ１ｎ〜Ａ４ｎの添字ｎによる区別がない場合である。この場合、各測定値Ｄ１〜ＤＮも、波長板３１ａ〜３１ｄの数に応じて４種類の値になる。したがって、数９の式は、未知数が全１６個（Ｍ行列要素Ｍｉｊ）あるにもかかわらず、４本の方程式と実質的に同じものになってしまい、試料測定行列Ｔ＋は算出できず、Ｍ行列要素Ｍｉｊも決定できない（あるいは極めて誤差が大きい）ので、偏光特性も算出できない。
【０１４９】
こうしたことを鑑みて、測定光Ｌ３を時間的に変調することにより、測定光Ｌ３のＳパラメータに単位投光エリアＦ毎の区別を積極的に生じさせ、上述のような不具合が発生しないようにしても良い。この場合には、これまで進めてきた直線複屈折試料であるという限定が解除され、数１３における擬似逆行列は存在し、試料のＭ要素のすべてを測定することが可能になる。
【０１５０】
測定光Ｌ３を時間的に変調するには、例えば、図２０に示すように、投光部１２を、面光源２１，偏光板２２，１／４波長板５１で構成する。面光源２１及び偏光板２２は、１／４波長板５１の形状に合わせて、模式的に、円形に形成されているが、上述の実施形態で説明した面光源２１，偏光板２２と同じものである。一方、１／４波長板５１は、モータ５２によって測定光Ｌ３の照射光軸５３のまわりに回転するように設けられる。１／４波長板５１の回転は、制御部１６によって制御され、右回りまたは左回りに、光学フィルム１１の搬送量や受光部１３の撮像タイミングと同期した所定速度で回転される。これにより、１／４波長板の主軸方位γが変化する。
【０１５１】
こうして１／４波長板５１が回転される場合、図２１に示すように、ある単位測定エリアＥに着目すると、１回目の測定は結合画素ＣＰ（１）によって行われ、このとき照射される測定光Ｌ３は、１／４波長板５１の主軸方位γに応じたＳパラメータの測定光となる。次いで、光学フィルム１１が結合画素ＣＰの幅分だけ搬送され、結合画素ＣＰ（２）に対応する位置に入ると、２回目の測定が行われる。２回目の測定では、１／４波長板５１が回転しているので主軸方位γの方向が変化し、単位測定エリアＥに照射される測定光Ｌ３のＳパラメータは、結合画素ＣＰ（１）による１回目の測定時から変化している。このため、結合画素ＣＰ（１）と結合画素ＣＰ（２）に偏光伝達行列Ａに差がなくても、各々で得られる測定値Ｄ１，Ｄ２は異なり、前述の数８の式で表される式も互いに独立のものとなる。そして、３回目の測定以降も同様である。
【０１５２】
したがって、上述のように、投光部１２の１／４波長板を回転させ、測定光Ｌ３を時間的に変調することにより、前述の数９に含まれるＮ本の方程式を互いに独立なものになる。これにより、試料測定行列Ｔ＋、Ｍ行列要素Ｍｉｊ、種々の偏光特性を安定して算出することができる。
【０１５３】
なお、上述のように投光部１２の１／４波長板を回転させる場合には、主に回転角に応じて測定光Ｌ３のＳパラメータが変化する。このため、回転角とＳパラメータとの対応関係を１度求めておけば、測定開始時の投光部１２のキャリブレーションは、必ずしも毎回は必要ない。したがって、投光部１２の１／４波長板や偏光板を回転させて測定光Ｌ３を時間変調する場合には、投光部１２のキャリブレーションに要する時間が削減でき、速やかに光学フィルム１１の偏光測定を開始することができる。
【０１５４】
なお、測定光Ｌ３を時間的に変調する例を挙げたが、測定光Ｌ３を積極的に、空間的に変調することによっても同目的を達成することができる。このように、測定光Ｌ３を空間変調する場合には、例えば図２２に示すように、投光部１２の１／４波長板を、Ｘ方向に複数種類の１／４波長板を並べた分割波長板６１とすれば良い。但し、投光部１２の分割波長板６１は、受光部１３の分割波長板３１よりも分割数を細かくし、少なくとも各波長板３１ａ〜３１ｄに、複数の１／４波長板６１ａ，６１ｂ・・・が含まれるようにすることが好ましい。
【０１５５】
投光部１２の分割波長板６１を形成する各１／４波長板６１ａ，６１ｂ，・・・は、主軸方向γの配列は任意であり、時間変調の例と対応するように周期的に変化するように配置しても良いし、ランダムでも良い。
【０１５６】
なお、上述の実施形態では、光学フィルム１１の搬送量と受光部１３による測定タイミングが同期され、単位測定エリアＥは各結合画素ＣＰで１回ずつ、合計でＮ回測定される例を説明したがこれに限らない。例えば、より測定精度を向上させるためには、より測定回数を増加させることが好ましい。
【０１５７】
この場合、図２３に示すように、光学フィルム１１の搬送量に対して、例えば２倍の回数、測定を行うようにする。ある単位測定エリアＥについて、結合画素ＣＰ（ｎ−１）において２ｎ−２回目の測定を行った後、光学フィルム１１を単位測定エリアＥの半分の長さだけ搬送したときに受光部１３は光学フィルム１１を撮像する。この２ｎ−２回目の測定では、単位測定エリアＥによるデータは結合画素ＣＰ（ｎ−１）と結合画素ＣＰ（ｎ）で測定されることになる。その後も、単位測定エリアＥの半分の長さだけ光学フィルム１１を搬送したときに、受光部１３が光学フィルム１１を撮像するようにする。
【０１５８】
こうすると、（ａ），（ｃ），（ｄ）で示す２ｎ−２回目，２ｎ回目，２ｎ＋２回目の測定で得られる測定値は、上述の実施形態で得られるものと同じであるが、（ｂ）（ｄ）で示す２ｎ−１回目、２ｎ＋１回目の測定のように、単位測定エリアＥが２つの結合画素ＣＰにまたがって測定される分、多くの測定値が得られる。
【０１５９】
単位測定エリアＥが２つの結合画素ＣＰにまたがって測定される場合の測定値の扱いは次のようにすれば良い。例えば、図２４に示すように、単位測定エリアＥが結合画素ＣＰ（ｎ−１）と結合画素ＣＰ（ｎ）にまたがって測定された場合には、結合画素ＣＰ（ｎ−１）で得た測定値Ｄｎ−１と、結合画素ＣＰ（ｎ）で得た測定値Ｄｎを、単位測定エリアＥが両結合画素ＣＰ（ｎ−１），ＣＰ（ｎ）に重複している割合に応じて混合した値を、この測定回における単位測定エリアＥの測定値とする。具体的には、今の場合、単位測定エリアＥが両結合画素ＣＰ（ｎ−１），ＣＰ（ｎ）に重複している割合は、結合画素ＣＰ（ｎ−１）で１／２、結合画素ＣＰ（ｎ）で１／２なので、１／２・Ｄｎ−１＋１／２・Ｄｎをこの測定での単位測定エリアＥの測定値とすれば良い。したがって、単位測定エリアＥが、結合画素ＣＰ（ｎ−１）の３／１０の位置、かつ、結合画素ＣＰ（ｎ）の７／１０の位置にあるときに測定した場合には、３／１０・Ｄｎ−１＋７／１０・Ｄｎをこの測定での単位測定エリアＥの測定値とすれば良い。
【０１６０】
なお、上述の実施形態では、受光部１３のキャリブレーション時に、各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄを算出し、これを用いて単位投光エリアＦのＳパラメータを算出する態様を説明したが、これに限らない。例えば、各波長板３１ａ〜３１ｄで、任意に代表とする結合画素ＣＰを各々定める。すると、各波長板３１ａ〜３１ｄについて１つずつ、Ｄ代表＝Ａ代表・Ｓｊの式が得られる。したがって、これらの４つの方程式を解くことによっても測定光Ｌ３のストークスベクトルＳｊを算出するようにしても良い。但し、上述の実施形態のように各波長板３１ａ〜３１ｄにおける各々の測定値の合計Ｄａ〜Ｄｄを利用するほうが、高精度に測定光Ｌ３のストークスベクトルＳｊを算出することができる。
【０１６１】
なお、上述の実施形態では、撮像素子３４としてＣＣＤ型の撮像素子を用いる例を説明したが、撮像素子３４としてＣＭＯＳ型の撮像素子を用いても良い。この場合も、上述のＣＣＤの場合と同様、結合画素ＣＰを測定単位とする。また、結合画素ＣＰの結合数等を決定法もＣＣＤの場合と同様である。
【０１６２】
なお、上述の実施形態では、幅方向Ｙと比較して、搬送方向Ｘにほぼ無限の長さを有する光学フィルム１１の偏光特性を測定する例を説明したが、光学特性測定装置１０で測定する光学フィルム１１の態様はこれに限らない。例えば、液晶表示装置等に用いるために、適切なサイズに切断された光学フィルムの偏光特性も光学特性測定装置１０で好適に測定することができる。
【０１６３】
また、上述の実施形態では、光学フィルム１１の偏光特性を測定する例を説明したが、これに限らず、測定光Ｌ３を透過するものであれば、その偏光特性を光学特性測定装置１０で測定することができる。例えば、フィルムというには厚い板状の素子（あるいは材料）、表面に凹凸等の加工が施された素子等の偏光特性も、測定光Ｌ３を透過するものであれば、光学特性測定装置１０で好適に測定することができる。
【０１６４】
さらに、上述の実施形態では、光学フィルム１１が一様な偏光特性を有するものとしたが、光学特性測定装置１０は、測定対象物の偏光特性、あるいは偏光特性の分布等によらず、その偏光特性を測定することができる。例えば、部分的に偏光特性が異なるような素子や周期的に偏光特性が異なるような素子であっても光学特性測定装置１０でその偏光特性を好適に測定することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１０  光学特性測定装置
１１  光学フィルム
１２  投光部
１３  受光部
２１，４２  面光源
２２，３２，４４  偏光板
２３，４３，５１  １／４波長板
３１，６１  分割波長板
３３  テレセントリックレンズ
３４  撮像素子
４１  基準投光部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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