(57)【要約】【課題】  複屈折測定において、広い測定面を一度に測定し測定の高速化をし、且つ高精度での定量的な測定を行う。【解決手段】  本発明の複屈折測定方法は、光源からの光束を拡散板により実質的に均一にし、且つ円偏光とした上で被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第１の画像とし、前記被検物を挿入せずに前記直線偏光板を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第２の画像とし、画素毎に第１の画像と第２の画像を比較することで、前記被検物の複屈折量と光学軸を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、少なくとも第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、前記被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行う。【選択図】  図１
2006023295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を拡散板により実質的に均一にし、且つ円偏光とした上で被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第１の画像とし、前記被検物を挿入せずに前記直線偏光板を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第２の画像とし、画素毎に第１の画像と第２の画像を比較することで、前記被検物の複屈折量と光学軸を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、
少なくとも第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、前記被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行うことを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項２】
円偏光を被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第１の測定で得られる複数の画像を第１の画像とし、各画素を最小単位とする測定領域において直線偏光板の回転角に対する受光強度の変化の波形から被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第２の測定で得られる複数の画像を第２の画像とし、画素毎に前記第１の画像と前記第２の画像を比較し被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項３】
前記第１の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第２の測定で得られた波形を比較し、第１の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定された複屈折量に周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第１の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第２の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴とする請求項２の複屈折測定方法。
【請求項４】
前記第２の測定で挿入する波長板はλ／４板であることを特徴とする請求項２又は３の複屈折測定方法。
【請求項５】
前記直線偏光板の透過軸と前記第２の測定で挿入する波長板の進相軸は４５度傾けて配置することを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項６】
光源からの光束を拡散板により均一にし、該光束を位相差板を用いて円偏光とした後に被検物を挿入せずに直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第１の測定で得られる複数の画像を第１の画像とし、前記円偏光板と直線偏光板の間に被検物を挿入し、被検物を透過した光束について直線偏光板を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第２の測定で得られる複数の画像を第２の画像とし、画素毎に第１の画像と第２の画像を比較することで、被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とし、画素毎に前記第１の画像と前記第２の画像と該第３の画像を比較することで被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項７】
前記第２の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第３の測定で得られた波形を比較し、第２の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定される複屈折量の周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第２の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第３の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴とする請求項６の複屈折測定方法。
【請求項８】
前記第３の測定で挿入する波長板はλ／４板であることを特徴とする請求項６又は７の複屈折測定方法。
【請求項９】
前記直線偏光板の透過軸と前記第３の測定で挿入する波長板の進相軸は４５度傾けて配置することを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１０】
前記測定光学系の消光比によるダークレベル及びＣＣＤカメラのダークレベルは、前記ＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換するための変換テーブル、又は変換関数に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とするとき、前記第１の画像と第２の画像、又は前記第１の画像と第３の画像の比較を対応画素毎に行うことで、照明ムラ及びＣＣＤ等による測定位置に依存するノイズの影響を受けないようにすることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１２】
前記光源は白色又は白色に原色フィルターを用いることを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１３】
前期光源には輝線があり、前記ＣＣＤカメラはカラー受光可能であることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１４】
前記測定方法による測定をＰＣモニタ画面上からコントロールすることを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とするとき、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の直線偏光板の回転に対する第１の画像と第２の画像、又は第１の画像と第３の画像の光強度比の変化の最大値と最小値の平均値の所望の値からのずれ量を基に補正を行うことを特徴とする請求項１乃至１４いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とするとき、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の検光子の回転に対する第１の画像の光強度の２倍Ｉｏと第２又は第３の画像の光強度Ｉの比Ｉ／Ｉｏの変化の最大値と最小値の平均値をＩａｖｅとするとき、以下の式により補正された光強度比（Ｉ／Ｉｏ）´から複屈折量と光学軸の方向を求めることを特徴とする請求項１乃至１５いずれかに記載の複屈折測定方法。
Ｔ＝Ｉａｖｅ／０．５
（Ｉ／Ｉｏ）´＝［｛Ｉ／Ｉｏ＋（１−Ｔ）／２｝−０．５］／Ｔ＋０．５
【請求項１７】
前記測定光路の他に該測定光路から分岐した先端部に拡散板及び偏光板若しくはそのいずれかを有するファイバーに変換可能で、該ファイバーの射出面を通る光軸が前記ＣＣＤカメラの光軸と一致しないことを特徴とする請求項１乃至１６いずれかに記載の複屈折測定方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１７いずれかに記載の複屈折測定方法を用いることを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項１９】
請求項１８の複屈折測定装置を用いることにより複屈折量及び光学軸の方向を測定し、加工条件又は補正素子等によって光学性能を補償したことを特徴とする光学素子。
【請求項２０】
請求項１９の光学素子を用いたことを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス又はプラスチック等の材料からなる光学系の被検物の複屈折測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光技術の発展による光学素子の高密度化、高精度化に伴い、複屈折による光学素子の性能の低下が問題となる可能性が出てきている。
【０００３】
例えば、プラスチック材料から成る成形レンズが普及している。プラスチック成型加工には、複雑な形状の部品でも高い効率で生産できる利点がある反面、加工過程で生じる残留歪によって、加工部品内部に複屈折が発生するという欠点がある。
【０００４】
又、デジタルカメラや携帯電話に搭載される撮像光学系においては、小型化、高精細化が求められ、特許文献１に示されているような光学素子によるズームレンズも期待されている。特許文献１の光学素子は、例えばプラスチックやガラス等の透明体により成形された素子内部を光線が反射を繰り返すことで像を形成している。この場合にも、素子内部の複屈折が大きい場合には結像性能を劣化させる原因となりうる。
【０００５】
従って、光学素子の偏光への影響を正確に把握し、複屈折による性能の劣化を許容可能な範囲に抑える必要がある。そのためには、各光学素子の偏光特性を正確に測る必要がある。さらに量産性、開発効率の面から考えて、これらの複屈折が高速に測定されることが望ましい。
【０００６】
一方、複屈折の測定方法に関して、偏光測定は楕円率と主軸方向、或は二つの直交座標系での振幅比と相対位相差を測定することに帰着する。良く知られている測定方法として、位相を変調させて測る方法と検光子を回転させて測る方法に分類できる。位相変調法では、光弾性変調器を利用して照射光を変調させ、透明な被検物を透過した光のビート信号と変調信号との位相から複屈折を求めようとしている。回転検光子法では、特許文献２、特許文献３にあるように透明な被検物の背面に置いた検光子を回転させながら検光子の背面の受光素子で透過光を受光し、検光子の回転に伴う受光素子からの受光出力の変化により複屈折を求めようとしている。特許文献３に記載された装置は、直交ニコル態様で配置された偏光子と検光子との間に被検物を配置し、これらを透過する光束の光量を直交ニコルを回転させながらビデオカメラで捉える構成である。測定に当たっては、検出される光強度の最大値と、最大値が出力された際の回転角度を求め、被検物の複屈折量を直交ニコルの回転角度の関数として求めるものである。特許文献３に記載された測定方法は、被検物に入射させる光束の偏光を偏光子と１／４λ板により円偏光として、同様に検光子の回転角と検出される受光強度の変化から複屈折量を求めるものである。
【０００７】
これらの測定方法は、透明な被検物に細い平行ビームを照射し、被検物からの透過光をフォトダイオード等の受光素子で受光し、被検物の複屈折による透過光の偏光状態の変化を検出することにより被検物の複屈折を求めるものである。
【０００８】
さらに、特許文献４、特許文献５では、拡大した平行光を被検物に照射し、その透過光をＣＣＤセンサ等の２次元センサで受光することにより、被検物の複屈折を求めるようにしており、複屈折の面計測を可能にしている。
【０００９】
また、特許文献６では、被検物と回転検光子の間に位相子を進退可能な構成にし、位相子が介在する状態と介在しない状態で検光子のみを回転させる二つの測定結果を比較することにより、ＣＣＤに到達した光の楕円偏光の長軸方向の解析から測定レンジを−λ／４〜λ／４から−λ／２〜λ／２に拡大している。
【特許文献１】特許第３２９２１７３号
【特許文献２】特開昭６３−２６９０４５号公報
【特許文献３】特開平６−１４７９８６号公報
【特許文献４】特開平４−５８１３８号公報
【特許文献５】特開平７−７７４９０号公報
【特許文献６】特許第３４５６６９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記の特許文献２、特許文献３では、かなり多くのポイントで直交ニコル又は検光子の回転に対する光強度を測定しなければならず、測定に時間がかかるという問題がある。さらに、特許文献２においては、被検物に直線偏光を照射しているために、偏光方向が被検物の軸の方向に一致した場合、偏光状態が変化を受けずに透過してしまうため複屈折の情報を検出し得ない。
【００１１】
又、特許文献４、特許文献５では、面測定により測定時間の短縮をしているが、口径の広い被検物を一度に測定するためには径の大きな偏光子及び波長板が必要となる。しかしながら、実際には径の大きな波長板の均一性は悪く、測定面を一様な偏光状態に揃えることは困難であるため、これに起因して複屈折の測定精度が低下してしまう。又、照明光においても測定面を一様な明るさに照明することは困難であり、検光子の回転に対する光強度を検出する上でこの不均一性が測定精度を低下させる原因となる。
【００１２】
又、特許文献６では被検物を透過した光に対して位相子であるλ／４板を介することにより透過光にλ／４の位相差を与え、このときの楕円偏光の長軸方向の変化から、実質的には被検物を透過した光の偏光の回転方向を求め、例えば位相差が０〜λ／４とλ／４〜λ／２とで偏光の回転方向が左右異なることを利用して計測可能な相対位相差のレンジを拡大している。しかしながら、実際の被検物では、素子の部分部分によって光学軸の方向は異なっているのが一般的である。本来、被検物を透過した光にλ／４の位相差を与えるためには被検物のある測定点の光学軸の方向に対してλ／４板の光学軸を４５度といった所望の角度で配置しなければならない。従って、特許文献６の方法を用いた場合、素子の部分部分によって光学軸の方向が異なる被検物に対しては、必ずしもλ／４の位相差を与えることができないため、偏光の回転方向を正確に判断することが困難になる。
【００１３】
一方、測定値の精度に関して、特許文献３にあるように複屈折量、即ち相対位相差δは測定点での主軸方向φ、検光子の回転角θ、入射光強度Ｉｏ、透過光強度Ｉの三角関数で後述の式（３）として表記される。実際の測定においては、検光子の回転角θを変えながら強度比Ｉ／Ｉｏを測ることになる。このときの強度比Ｉ／Ｉｏの変化を図５に示す。図５中、実線は式（３）の理論曲線で丸点は測定値である。この式（３）を相対位相差δについて解いたものが後述の式（７）であり、グラフを図１２に示す。図１２から分かるように相対位相差δの値は強度比Ｉ／Ｉｏの値によってＩ／Ｉｏの微小変化に対する敏感度が異なる。測定強度Ｉ及びＩｏはＣＣＤ等の受光器のｂｉｔ数に応じた離散値として観測されることから、図１２でのδ＝±λ／４近傍では、δ＝０近傍に対して測定精度が数倍から数百倍劣化してしまうという問題があった。
【００１４】
従って、被検物の複屈折を面で広レンジで高精度に測定するためには、測定面の照明ムラや偏光度を考慮した測定をした上で、各測定点の異なる主軸方向（光学軸の方向）に対応して位相をシフト行わなければならない。
【００１５】
本発明は以上の点を鑑みて、被検物の複屈折量と主軸方向を高い測定精度と広い測定レンジを保ちながらも広い測定面を一度に測定可能な複屈折測定方法及びそれを用いた装置を提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の複屈折測定方法は、光源からの光束を拡散板により実質的に均一にし、且つ円偏光とした上で被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第１の画像とし、前記被検物を挿入せずに前記直線偏光板を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録した複数の画像を第２の画像とし、画素毎に第１の画像と第２の画像を比較することで、前記被検物の複屈折量と光学軸を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、少なくとも第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、前記被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の複屈折測定方法は、円偏光（例えば、光源から発する無偏光光を偏光板を介して直線偏光とし、その直線偏光光をλ／４板等を介して円偏光に変換しても良い。）を被検物に照射し、前記被検物を透過した光束について直線偏光板（検光子）を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第１の測定で得られる複数の画像を第１の画像とし、各画素を最小単位とする測定領域において直線偏光板（検光子）の回転角に対する受光強度の変化の波形から被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、被検物と直線偏光板（検光子）の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板（検光子）の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第２の測定で得られる複数の画像を第２の画像とし、画素毎に前記第１の画像と前記第２の画像を比較し被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴としている。
【００１８】
又、前記第１の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第２の測定で得られた波形を比較し、第１の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定された複屈折量に周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第１の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第２の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴としている。
【００１９】
又、前記第２の測定で挿入する波長板はλ／４板であることを特徴としている。
【００２０】
又、前記直線偏光板（検光子）の透過軸と前記第２の測定で挿入する波長板の進相軸は４５度傾けて配置することを特徴としている。
【００２１】
さらに本発明の複屈折測定方法は、光源からの光束を拡散板により均一にし、該光束を位相差板（λ／４板）により円偏光とした後に被検物を挿入せずに直線偏光板（検光子）を回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第１の測定で得られる複数の画像を第１の画像とし、前期円偏光板と直線偏光板（検光子）の間に被検物を挿入し、被検物を透過した光束について直線偏光板（検光子）を同じ回転幅で回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第２の測定で得られる複数の画像を第２の画像とし、画素毎に第１の画像と第２の画像を比較することで、被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定面内の複数箇所で求める複屈折測定方法において、第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板（検光子）の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板（検光子）の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とし、画素毎に前記第１の画像と前記第２の画像と該第３の画像を比較することで被検物の複屈折量と光学軸の方向を測定することを特徴としている。
【００２２】
又、前記第２の測定で得られた透過光の強度変化の波形と前記第３の測定で得られた波形を比較し、第２の測定で得られる複屈折量の測定値が被検物の実際の複屈折量に対して周期的な変化をすることに起因して測定可能な複屈折量の範囲を超えているか否かの判定をし、測定可能な複屈折量の範囲を超えている場合には測定される複屈折量の周期的変化に応じた量を加味して測定レンジを拡大するとともに、前記第２の測定により得られた複屈折量の値が測定精度の低い領域の複屈折量であった場合に、前記第３の測定結果から挿入した波長板の位相差を差し引いた値をその測定点での複屈折量とすることを特徴としている。
【００２３】
又、前記測定光学系の消光比によるダークレベル及びＣＣＤカメラのダークレベルは、前記ＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換するための変換テーブル、又は変換関数に組み込まれていることを特徴としている。
【００２４】
又、前記第１及び第２の画像についてＣＣＤカメラの輝度信号から光強度に変換し、被検物の透過率と被検物を照射する光束の偏光度と消光比を基に補正処理を行い、被検物と直線偏光板の間に位相差が既知の波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記直線偏光板の透過軸を所定の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する第３の測定で得られる複数の画像を第３の画像とするとき、前記第１の画像と第２の画像、又は前記第１の画像と第３の画像の比較を対応画素毎に行うことで、照明ムラ及びＣＣＤ等による測定位置に依存するノイズの影響を受けないようにすることを特徴としている。
【００２５】
又、前記光源は白色又は白色に原色フィルターを用いることを特徴としている。
【００２６】
又、前期光源には輝線があり、前記ＣＣＤカメラはカラー受光可能であることを特徴としている。
【００２７】
又、前記測定方法による測定をＰＣモニタ画面上からコントロールすることを特徴としている。
【００２８】
又、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の検光子の回転に対する第１の画像と第２の画像、又は第１の画像と第３の画像の光強度比の変化の最大値と最小値の平均値の所望の値からのずれ量を基に補正を行うことを特徴としている。
【００２９】
又、前記被検物の透過率及び偏光度の補正には、測定点の検光子の回転に対する第１の画像の光強度Ｉと第２の画像の光強度の２倍Ｉｏの比Ｉ／Ｉｏの変化の最大値と最小値の平均値をＩａｖｅとするとき、以下の式により補正された光強度比（Ｉ／Ｉｏ）’から複屈折量と光学軸の方向を求めることを特徴としている。
【００３０】
Ｔ＝Ｉａｖｅ／０．５
（Ｉ／Ｉｏ）’＝［｛Ｉ／Ｉｏ＋（１−Ｔ）／２｝−０．５］／Ｔ＋０．５
又、前記測定光路の他に該測定光路から分岐した先端部に拡散板及び偏光板若しくはそのいずれかを有するファイバーに変換可能で、該ファイバーの射出面を通る光軸が前記ＣＣＤカメラの光軸と一致しないことを特徴としている。
【００３１】
さらに本発明の複屈折測定装置は、上記の複屈折測定方法を用いることを特徴としている。
【００３２】
さらに本発明の光学素子は、前記の複屈折測定装置を用いることにより複屈折量及び光学軸の方向を測定し、加工条件又は補正素子等によって光学性能を補償したことを特徴としている。
【００３３】
さらに本発明の光学系は、前記の光学素子を用いたことを特徴としている。
【００３４】
ここで、光強度とは、ＣＣＤに入射する光の強度そのものを指し、ＣＣＤのｂｉｔ数に応じて階調化されたものを輝度信号とする。
【００３５】
被検物の複屈折の面測定を行う場合に測定精度を低下させる要因として、特に次の４つが挙げられる。第１の要因は、受光素子の感度特性、第２の要因は、測定面の照明ムラ、第３の要因は被検物の透過率、第４の要因は、測定光学系の各素子の製造誤差である。
【００３６】
第１の要因について、ＣＣＤ等の受光素子を用いる場合、このカメラ自身がγ特性を持っている場合が多く、図９に示すように、カメラのｂｉｔ数に応じて出力輝度信号と入力光強度が非線形な間系になっている。従って、カメラの出力輝度信号を正しく入力光強度に変換する必要がある。ここでは、図９に四角い点で示したマークが測定値であり、測定点の間は線形に変化すると近似している。測定点の補間には近似が入るため、このような変換テーブルの測定点を増やすことが測定精度向上に影響する。さらにこの変換テーブルを作成するときにカメラの黒レベルを決める。
【００３７】
第２の要因について、本発明の測定原理では、ある測定点に対して被検物を挿入説に測定したブランク画像と被検物画像の光強度比Ｉ／Ｉｏの検光子の回転に対する変化から求めるため、ブランク画像の光強度の２倍Ｉｏを全測定点において同じ値を用いた場合、照明の部分的なムラや像面照度分布による光強度の位置によるばらつきが測定精度に影響する。このような照明ムラを補正するために、各画素を最小単位とするある範囲の測定点ごとに光強度比Ｉ／Ｉｏを計算すれば良い。これにより、容易に予測が可能で関数で表せるような照度分布を含め、それ以外の要因によるムラの影響を受けにくい測定をすることができる。
【００３８】
第３の要因について、被検物の光学素子は透明体であることが多いが、この被検物の透過率は１００％ではない。このことは被検物画像の光強度Ｉの値を小さくすることになるため光強度比Ｉ／Ｉｏの値が変化してしまい、透過率が低いほど測定精度を劣化させることになる。予め被検物の透過率を測定し、Ｉの値を補正する方法もあるが、被検物の厚みが部分的に異なり透過率も部分的に異なる場合を考えると測定効率の面で好ましくない。測定効率を落とすことなく被検物の透過率を考慮した補正方法は、次に示す第４の要因の補正と合わせて説明する。
【００３９】
第４の要因について、本発明の測定器は大面積を一括で測定できることを特徴のひとつとしているが、測定面を広くするとともに大型の偏光板や波長板が必要になる。一般に直径が１５０ｍｍを超えるような大きな波長版となると、所望の位相差を全面に渡って均一に発生させることは困難になってくる。このため、偏光板とλ／４板で円偏光を生成しようとしても完全な円偏光にはならない。これによる問題としては、被検物に対して円偏光を照射することで被検物の持つ主軸方向の影響を受けない測定を行うことに矛盾する。又、消光比が悪くなるので測定系の黒レベルが微少ながら上がることになり測定精度を劣化させる。消光比については、水晶等の非常に精度良く作成されたλ／４板を被検物台に配置すればこのλ／４板を透過した光は直線偏光になるはずであるので、検光子の回転に対して消光状態のときの画像から黒レベルを決定し、予め前記のカメラの光強度変換テーブルを作成する際に考慮すれば良い。一方、被検物への照射光が楕円偏光になることについては、これにより楕円の方向により決まる一定の方向に相対位相差が大きく現れ、これに直交する方向では小さく現れることになる。これは、ブランク画像の光強度の２倍Ｉｏが検光子の回転に対して一定ではなくなり、さらに主軸方向が影響して光強度比Ｉ／Ｉｏの変化が正しく求められないためである。以下にこれと同時に被検物の透過率も補正する方法を示す。被検物の透過率が１００％でない場合、本測定で得られる検光子の回転に対する光強度比Ｉ／Ｉｏの変化は図１０のようになる。ブランク画像から求まる各測定点での光強度の２倍Ｉｏに対して被検物を透過することで検光子の回転全域に渡って被検物の画像は透過率の分だけ暗くなる。よって図１０のように光強度比Ｉ／Ｉｏの波形の振動中心ＩａｖｅがＩ／Ｉｏ＝１／２よりも下がることになる。この状態で例えば相対位相差をＩｍａｘの値若しくはＩｍｉｎの値から算出すると誤った結果が得られてしまう。主軸方向についても同様である。被検物への照射光が微少に楕円偏光になっている場合にも同様に振幅の中心がＩ／Ｉｏ＝１／２からずれることになる。従って、得られる波形の振動中心ＩａｖｅのＩ／Ｉｏ＝１／２からのずれ量から補正量を決定すれば良く、以降、このずれ量から決まる式（１）に示す値を透過率誤差補正係数Ｔと呼ぶことにする。
【００４０】
Ｔ＝  Ｉａｖｅ／０．５・・・・・・（１）
補正の方法は、光強度比Ｉ／Ｉｏに（０．５−Ｉａｖｅ）、透過率誤差補正係数Ｔで書き換えると（１−Ｔ）／２を足して波形の振動中心ＩａｖｅをＩ／Ｉｏ＝１／２にシフトする。さらに、透過強度が落ちている場合、波形の振動中心Ｉａｖｅが下がると同時に、図１０中の振幅Ｉａｍｐも小さくなっているのでＩａｍｐ／Ｔとする。すなわち式（２）に従って各測定点における光強度比の補正を行えば良い。
【００４１】
（Ｉ／Ｉｏ）’＝［｛Ｉ／Ｉｏ＋（１−Ｔ）／２｝−０．５］／Ｔ＋０．５・・・・・・（２）
図１１に補正後の波形を示す。透過率誤差補正係数Ｔを用いた補正後の諸量にはプライムを付けて示す。
【００４２】
以上のように、測定された画像データに対して、ＣＣＤの感度特性、照明ムラ、偏光度、及び被検物の透過率等の測定誤差に起因する要因を画像処理にて補正を行うことで、大面積でありながらも高い測定精度での計測が可能となる。
【００４３】
ここで上記の４つの測定精度劣化要因に加えて、図１２に示したＳｉｎ関数に寄与する測定精度の劣化が存在する。これを解決する手段を説明する。被検物と検光子の間に位相差が既知の例えばλ／４板のような波長板を挿入し、該波長板の光学軸と前記検光子の透過軸を＋４５度の角度に保ったまま同時に回転することにより現れる明暗の変化をＣＣＤカメラにより画素毎に記録する。該波長板を挿入しない状態での前記被検物を透過した画像と前記被検物を除いた画像の比較から被検物の主軸方向は既に得られているので、波長板を挿入した状態で、ある測定点においては、検光子の回転角ピッチ毎に取り込んだ画像群のうち、この測定点の主軸方向に対してλ／４板の速軸が直交した状態での画像が必ず１つ存在する。これは各画素で同様であるので、検光子とλ／４板の軸のなす角が＋４５度の状態にして同時に回転し、測定を行うことで、位相が＋λ／４だけシフトした状態の測定値を部分ごとに主軸方向の異なる被検物の全面にわたって一度の測定で得ることが可能である。
【００４４】
以上のように、被検物の全面にわたって位相を＋λ／４だけシフトすることが可能であるので、位相差を与える前後の測定値の変化から、被検物の測定点を透過した光の偏光の回転方向を判別できるので、実際の複屈折量に対して周期的に変化して測定されてしまう複屈折量も偏光の回転方向を考慮して測定レンジを２倍に広げることができる。さらに、上記の円偏光を照射光に用いた複屈折測定法では被検物の複屈折量がλ／４の整数倍のとき最も測定精度が劣化するが、これも位相を＋λ／４だけシフトすることで最も測定精度が高い状態で測定することが可能となる。これは、λ／４板を挿入した状態では検光子が回転する間に測定点の位相をλ／４だけシフトできるのは一点しかないが、この一点が複屈折量を算出するために必要な点でもあるためである。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、被検物の複屈折量と主軸方向を高い測定精度を保ちながらも広い測定面を一度に定量的に測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の測定実施例を示す前に、本発明の測定方法の測定原理及びそれを用いた測定装置の構成について説明する。
【００４７】
本発明の実施例の測定原理を図２に、複屈折測定装置の構成を図１に示して説明する。図２において、測定方法は、白色光源とＣＣＤ等の２次元受光面との間の光路に、被検物１を偏光子４及びこれに対して軸を４５傾けて配置されたλ／４板（位相差板、波長板）５からなる円偏光子（円偏光光を出射する光学系であって、直線偏光光を出射する光源とその偏光方向に対して４５度傾いた光学軸を有するλ／４板とで構成されていても良い。）と検光子（直線偏光子、所定の直線偏光光のみを透過し、それと直交する直線偏光光を遮光する光学素子）７との間に配置し、検光子７の回転に対するＣＣＤ面での複数の濃淡画像をサンプリングする。被検物に複屈折が無い場合には、検光子７は円偏光に対してサンプリングすることになるので、理想的には検光子の回転に対する輝度信号変化は起こらない。被検物に複屈折がある場合には、被検物を透過した光は楕円偏光になっているので、検光子の回転に対する輝度信号変化が発生する。
【００４８】
図１に、この光学系を備えた測定装置の概略図を示す。図１中、光源２はハロゲンランプ等の白色光源であり、レンズ１１で平行光にし、折り返しミラー１２は光路に挿脱することで光束を測定ステージであるカバーガラス６の方向、又はファイバー１０の方向に切り替え可能である。折り返しミラー１２により折り返された光束は集光レンズ１１で光束径を拡大し、拡散板３を照射する。拡散板３により拡散された光束は直線偏光板４及びλ／４板５により円偏光となり測定ステージであるカバーガラス６を透って被検物１に入射する。複屈折をもつ被検物１により偏光状態を変えられて射出した光束は、検光子７を透り、結像レンズ８を有するＣＣＤカメラ９により受光される。このとき、ＣＣＤカメラ９の焦点位置は被検物体面近傍にあり、検光子７及びＣＣＤカメラ９はＰＣ１３により制御可能で、検光子７の回転角はステッピングモータ等により制御され、回転角に対する画像をＰＣ１３に蓄積する。偏光板４及び波長板５は保持枠に角度メモリが振ってあり、角度調整が容易に可能である。又、後に示す測定精度向上及びレンジの拡大のために被検物１と検光子７の間に脱着可能な波長板７’を配置し、検光子７の被検物側に隣接配置し、前記のモータにより検光子７と波長板７’が一体で回転することが可能である。
【００４９】
一方、折り返しミラー１２を光路から除いた場合には光源２からの光束を集光レンズ１１でファイバー１０に入れる。ファイバーの先端部出射口近傍に配置された拡散板３、直線偏光子４及びλ／４板５により同様に円偏光を生成する。このようなファイバーを用いることで図３に示すような入射方向と射出方向が異なる光学素子に対しても任意の方向から照明することが可能である。図３の光学素子は、ガラス又はプラスチック等の透明体から成り、入射面から入射した光は複数回の反射を繰り返した後、射出面から射出する。光線は入射面から射出面まで透明体の内部を透るので、相対位相差を持った光が射出される。
【００５０】
又、測定光の波長は照明系若しくは撮像系にてカラーフィルタ１５やバンドパスフィルタといった波長選択素子を光路に挿入することで、測定目的に一致した波長で測定することが出来る。
【００５１】
しかしながら、実際にこのような測定装置を組んだ場合、直径１５０ｍｍを超えるような大口径の被検物でも大面積で一度に測定できるようにするための高精度な円偏光子を手に入れることは非常に困難であるため、円偏光子を透過した光は完全な円偏光からずれた楕円偏光になってしまう。光束の細い位置に高精度の小型な円偏光子を用いた場合にも、大面積で測定するためにはレンズで光束を大きく広げるため、偏光状態の均一性は劣化してしまう。このような理由から被検物に入射する光の偏光状態が所望の状態からずれていることは、測定精度を劣化させる大きな要因になる。このため、従来はレーザビームを用いて非常に小面積での測定を繰り返す手法を行い、大面積の場合には高精度な測定ができずにいた。
【００５２】
このような光学素子による偏光状態の乱れの他にも、照明光学系による測定面上での照明光強度ムラや、像面照度比の分布等の照明ムラもまた測定精度を劣化させる大きな要因になる。又、得られる濃淡画像はＣＣＤ等の受光器のもつｂｉｔ数により、入射光強度に対する出力輝度信号の特性を有しているため、これらの画像の輝度信号変化をできるだけ正確に光強度に変換することも重要である。
【００５３】
そこで、ＰＣ１３は、蓄積された複数の画像から上記の測定精度を劣化させる要因に対する本発明の補正処理を行い被検物の複屈折量及び主軸方向を算出し、モニタ１４に表示する。モニタに表示される情報としては、各画素を最小単位とする測定面の各位置における複屈折量及び主軸方向のテキストデータ列、測定面の各点での複屈折量及び主軸方向をその量や方向に従って色や輝度信号或いは矢印により視覚的な理解を容易にするための２次元分布図、高さ方向に複屈折量を示す３次元分布図、各測定点での検光子の回転に対する輝度信号若しくは光強度の変化を示すグラフ等である。
【００５４】
又、これらの複屈折量と主軸方向の算出及びその表示は各画素に対応する範囲を最小単位とするものの任意の範囲で平均化若しくは最頻値等で出力することも可能である。
【００５５】
次に前記の測定原理の詳細と、ＰＣに蓄積された濃淡画像の画像処理について説明する。円偏光子、被検物、検光子を透過してきた光の強度Ｉは式（３）で与えられる。
【００５６】
Ｉ／Ｉｏ＝１／２・｛１±ｓｉｎ２（θ−φ）ｓｉｎδ｝・・・・・・（３）
ここで、Ｉｏは被検物への入射光強度、θは検光子の回転角、φは主軸方向、δは相対位相差である。式（３）の±は右回りの円偏光を用いる場合に＋、左回りの円偏光を用いる場合に−となる。主軸方向φは０≦φ≦πの範囲と定義する。
【００５７】
式（３）からわかるように、ある測定点における検光子の回転に対して、ｓｉｎδは試料の測定点ごとの相対位相差δに依存する定数であり振幅に寄与する項である。又、ｓｉｎ２（φ−θ）は−１≦ｓｉｎ２（φ−θ）≦１で変化し周期に寄与する項である。従って、式（３）の振幅の中心は１／２、最大振幅はｓｉｎ２（φ−θ）＝１のときで（ｓｉｎδ／２）、周期はπとなる。
【００５８】
検光子を測定開始時の透過軸の方向をθ＝０として、π（１８０度）まで回転させたときのＰＣに蓄積される画像例を図４に示す。このとき、検光子の回転角θ＝０の基準となる方向は、装置に対して測定者がわかり易い方向に決めればよい。図４の画像は、相対位相差δが全測定点で＋π／４で、主軸方向φがπ／８である被検物を想定した模式図である。
【００５９】
図４のブランク画像とは、測定光学系内に被検物を配置せずにサンプリングした画像である。又、被検物画像とは、被検物を配置してサンプリングした画像である。サンプリング点数は式（３）でのフィッティング精度に関わるものである。被検物画像上のある一点に注目した場合、各θでのブランク画像の光強度の２倍Ｉｏと被検物画像の光強度Ｉの比Ｉ／Ｉｏの変化は図５のようになる。図５の横軸は検光子の回転角θ、縦軸は光強度比Ｉ／Ｉｏであり、黒丸は測定値、実線は式（３）のフィッティングカーブである。
【００６０】
次に、複屈折量の導出について説明する。複屈折量の導出は被検物の測定点での相対位相差δを求めることに他ならない。さらに相対位相差δはフィッティングカーブの振幅から容易に得ることができる。
【００６１】
各測定点での検光子の回転角θに対する光強度比Ｉ／Ｉｏの変化を式（３）の関数でフィッティングすることで、次に示す計算より振幅から複屈折量、位相から主軸方向が求められる。
【００６２】
この曲線が最大値（Ｉ／Ｉｏ）ｍａｘをとるのは、ｓｉｎδ＞０のときは、ｓｉｎ２（θ−φ）＝１、即ち（θ−φ）＝π／４のときであり、ｓｉｎδ＜０のときは、ｓｉｎ２（θ−φ）＝−１、即ち（θ−φ）＝３π／４のときであり、式（４）となる。
【００６３】
（Ｉ／Ｉｏ）ｍａｘ＝１／２・｛１＋ｓｉｎδ｝・・・・・・（４）
従って、ある一測定点に注目した場合、Ｉ／Ｉｏのフィッティングカーブからｓｉｎδの正負とｓｉｎ２（θ−φ）の正負は同時に求めることができない。従って、例えば測定面中央等の全測定範囲内の任意の一点を複屈折量の基準点とし、この点での相対位相差δを例えば正と決めることで解決できる。δを正と決めたことでこの点でのｓｉｎ２（θ−φ）の正負が決まるため、主軸方向φを決定することができる。このように、基準点を設けることで隣接画素（測定点）間で相対位相差や主軸方向がｓｉｎδやｓｉｎ２（θ−φ）の正負を反転させるほど急激な変化を起こすことが想定しがたいことを考慮すれば、隣接画素間の測定値の連続性から、相対位相差を−π／２≦δ≦π／２の範囲で測定することができる。
【００６４】
これより、フィッティングカーブの最大値から相対位相差δが求まる。又、相対位相差δと複屈折量の関係は測定波長λを用いて式（５）で表せる。
【００６５】
複屈折量＝（δλ）／（２π）・・・・・・（５）
図５に示した前記の例では、ｓｉｎ２（θ−φ）＝１のときの振幅が０．８５３５５であるので、式（４）からδ＝＋π／４であることがわかる。
【００６６】
次に、主軸方向の導出について説明する。ここでの主軸方向とは速波の振動面の方向として定義する。
【００６７】
検光子を１８０度回転させる間に回転角θが被検物の主軸方向φと一致したときには、（θ−φ）＝０となり、光強度比Ｉ／Ｉｏは式（６）となる。
【００６８】
Ｉ／Ｉｏ＝１／２・・・・・・（６）
光強度比Ｉ／Ｉｏのフィッティングカーブの振幅が１／２となるときのθが、主軸方向φそのものとなる。又、Ｉ／Ｉｏ＝１／２となる角度は１周期の間に２点（φ−θ＝０、π／２）存在するが、速波の振動面から反時計回りに９０度のところに遅波の振動面があり、この９０度の間に振幅の最大値があるので、φ−θ＝０の前後では、検光子の回転に対して強度比Ｉ／Ｉｏが増加しながら１／２を跨ぐことになる。
【００６９】
従って、式（３）から相対位相差δが正であれば主軸方向φと検光子の回転角θが一致する前後で、検出強度比Ｉ／Ｉｏは増加しながら１／２を跨ぐことになるので、図５のグラフではθ＝π／８でφに一致していることになり、即ち主軸方向φは２２．５度（π／８）ということがわかる。
【００７０】
ただし、相対位相差δが負の場合はこれとは逆に、Ｉ／Ｉｏが減少しながら１／２を跨ぐときのθが主軸方向となる。
【００７１】
さらに本発明の測定精度を向上する方法を説明する。式（４）を相対位相差δについて解くと式（７）になる。
【００７２】
δ＝ａｒｃｓｉｎ（２（Ｉ／Ｉｏ）ｍａｘ−１）・・・・・・（７）
式（７）のグラフを図１２に示す。図１２から明らかなように、（Ｉ／Ｉｏ）ｍａｘが０又は１に近くなるに従って、（Ｉ／Ｉｏ）ｍａｘの誤差に対するδの値の変化の敏感度が高くなっている。言い換えると、被検物が±λ／４に近い複屈折量を持っている場合に測定精度が低くなってしまうことを意味する。そこで、例えばλ／４板のような既知の相対位相差を持った波長板を被検物と検光子の間に挿入して測定を行えば、当初は測定精度が低くなってしまうような相対位相差、即ちδ＝±π／２近傍の値でも、測定精度の良い相対位相差にシフトし、結果から既知の相対位相差の分を差し引くことで高い精度を保った測定ができる。本発明では、この位相シフトと前記の測定レンジを拡大する際に偏光の回転方向を判別するために用いる波長板を共有し、１度の再測定でレンジの拡大と精度の向上を同時に行うことができるという特徴がある。波長板を挿入して相対位相シフトを行うときに、被検物を透過した光が楕円偏光の場合、被検物の測定点の軸の方向と波長板の軸の方向が一致してしまうと相対位相差を発生させることができないので、波長板の軸の方向は、最初の測定で求められた主軸方向に４５度傾けて配置する必要がある。
【００７３】
前記した測定法により、相対位相差が−π／２≦δ≦π／２の範囲で、又主軸方向が０≦φ≦πの範囲で求まる。ここでは、相対位相差δの測定範囲を−π≦δ≦πに拡大する手法について説明する。
【００７４】
前記の相対位相差がδ＝＋π／４とした図５のグラフに示す計測結果は実は、δ＝＋３π／４のときと同じ波形をしている。これは式（３）から明らかなようにＩ／Ｉｏの最大振幅はｓｉｎδの関数であり２πの周期で振動するため、δ＝＋π／４とδ＝＋３π／４のｓｉｎδの値は等しいからである。このｓｉｎδの値を−π≦δ≦πの範囲で図６に示す。
【００７５】
しかし、δ＝π／４とδ＝３π／４では、ｓｉｎδの値は同じであるが、被検物を透過した後の偏光の回転方向が異なるため、この偏光の回転方向を検出すれば区別することが出来る。図７に、−π≦δ≦πの範囲でのｓｉｎδの値と偏光の回転方向を示す。図７に示すようにδ＞０で右回りでは０≦δ≦π／２、δ＞０で左回りではπ／２≦δ≦π、又、δ＜０で右回りでは−π／２≦δ≦０、δ＜０で左回りでは−π≦δ≦−π／２と区別することができる。
【００７６】
次に、被検物を透過した偏光の回転方向を得る方法について説明する。被検物と検光子の間にλ／４板を挿入すると、相対位相差δがδ＋λ／４となるので、これをδ’とし、図８に示すように位相がシフトする。このとき、−π≦δ≦−π／２及び０≦δ≦π／２ではｓｉｎδの値の正負は変わらないが、−π／２≦δ≦０及びπ／２≦δ≦πでは正負が変化することから、０≦δ≦π／２とπ／２≦δ≦π及び−π≦δ≦−π／２と−π／２≦δ≦０はそれぞれ区別することができる。
【００７７】
従って、相対位相差δの検出範囲を−π／２≦δ≦π／２から−π≦δ≦πに広げることができる。
【００７８】
以上、本発明の複屈折測定における測定手法と測定精度向上のための画像処理のフローを図１３に示す。
【００７９】
はじめに、測定条件を入力する。測定条件とは、測定に用いる光源の波長λ、検光子の回転ピッチに伴う画像のサンプリング数、測定範囲等である。
【００８０】
次に、ＣＣＤの輝度信号を光強度に変化するためのテーブルを作成する。ただし、ＣＣＤの特性が変化しない限り一度作成すれば測定の度に作成する必要はない。
【００８１】
次に、検光子を測定条件に従うピッチで回転し、各角度でのブランク画像をＰＣに蓄積する。
【００８２】
次に、被検物を配置し、ブランク画像の取り込みと同じ条件で被検物画像をＰＣに蓄積する。
【００８３】
次に、蓄積されたブランク画像及び被検物画像から検光子の各回転角度での光強度比Ｉ／Ｉｏの変化に対して式（３）でフィッティングし、透過率誤差係数Ｔを、波形の最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎの平均Ｉａｖｅの光強度比Ｉ／Ｉｏ＝１／２からのずれ量を基に、式（１）に従って算出する。求められた透過率誤差係数から式（２）に従って光強度比Ｉ／Ｉｏの補正を行う。
【００８４】
次に、複屈折量と主軸方向の算出条件を入力する。算出条件とは、測定範囲内の領域分割数等であり、最大の分割数はＣＣＤの画素数である。分割数が画総数よりも小さい場合には、その分割領域内の平均値若しくは最頻値により算出する。
【００８５】
次に、測定位置とそこでの複屈折量と主軸方向をテキストデータや視覚的な画像データを作成及び表示する。
【００８６】
ここで、被検物の複屈折量が±λ／４近傍であり、高い精度での測定を必要とする場合や測定レンジを広げる必要がある場合には、被検物と検光子の間にλ／４のような既知の相対位相差を持つ波長板を挿入し、再度被検物画像の取り込みから繰り返す。この精度とレンジの拡張工程を行った場合には、先の測定結果と波長板挿入後再測定の測定結果から、各測定点ごとで、精度の高いデータを採用し、同様にテキストデータ及び画像データを作成及び表示する。
【００８７】
次に測定データをＰＣに保存し、測定が終了となる。
【実施例１】
【００８８】
本発明の複屈折測定手法及びそれを用いた測定装置の第１の実施例を示す。被検物としては、本来、複屈折量及び主軸方向は当然ながら未知であるが、本実施例では本発明の検証の意味で、複屈折量及び主軸方向が正確に既知であることが望ましいので、水晶のλ／４板を被検物とした実施例を以下に示す。
【００８９】
測定光源はハロゲンの白色光源を用い、受光カメラに波長５４０ｎｍのバンドパスフィルタを装着する。従って、被検物の複屈折量は１３５ｎｍで主軸の方向は一方に揃っていることになる。
【００９０】
又、被検物への照射光が円偏光からずれて微少に楕円偏光になっている場合、被検物の配置の方向依存が発生するため、被検物を測定面上で０度から１３５度まで４５度ずつ回転させた４回の複屈折量のある測定点での測定結果を表１に示す。
【００９１】
表１中の輝度信号とは、８ｂｉｔのＣＣＤカメラで０から２５５まで２５６階調の輝度信号を用いて複屈折量を算出したものである。光強度とは、図９の光強度変換テーブルに従って輝度信号を光強度に変換して複屈折量を算出したものである。さらに、透過率誤差係数を算出し、補正を行った結果を透過率誤差補正の欄に示す。このときの透過率誤差係数Ｔの値を表２に示す。表１の透過率誤差補正結果から明らかなように、光強度変換のみのデータから算出された複屈折量の値は被検物の配置方向により大きくばらついているが、透過率誤差補正により、被検物の透過率が考慮されると共に入射光の円偏光からのずれによる誤差も低減され、どの方向に配置しても比較的近い値を示している。さらに、面測定であるために受光カメラにゴースト光が入り易いので、被検物と受光カメラの間に視野絞りを配置し、不要な光を除去することで測定精度を向上させた結果を表１のゴースト除去の欄に示す。さらに、予め測定しておいた消光比から受光カメラの黒レベルを１階調上げるという測定光学系の消光比を考慮した結果を表１の消光比補正の欄に示す。
【００９２】
本実施例の被検物全面の複屈折量を図１４に、主軸方向を図１５に示す。図１４は、複屈折量の３次元鳥瞰図であり高さ方向に複屈折量を示している。図から分かる様に被検物全面に渡ってλ／４の値を示している。又、図１５の主軸方向は被検物が波長板であるので一方向に揃った軸を有している様子が良く分かる。図１５では、画素単位毎の主軸方向の情報を見易くするために領域毎の平均値に減らして表示している。
【実施例２】
【００９３】
本発明の複屈折測定手法及びそれを用いた測定装置の第２の実施例を示す。図１６にλ／４を超える相対位相差分布をもった被検物の測定例を示す。図１６の横軸は測定した画素、縦軸は複屈折の量を示しており、実施例１と同じ測定方法で測定し、その一断面を示している。図中、×印は前記の測定レンジ拡大及び精度向上のためのλ／４板の挿入を行わない場合の測定結果を示している。複屈折量が１３５ｎｍに近づくに従って、ＣＣＤの輝度信号に対する相対位相差の敏感度が上昇するため測定値がより離散的になっており、測定精度が劣化していることが分かる。
【００９４】
又、画素番号５０付近で複屈折量が１３５ｎｍ即ちδ＝λ／４となり、−λ／４≦δ≦λ／４の測定レンジの境界のデータであることが分かる。従って、図中画素番号０〜４０の測定データ（ａ）及び画素番号５５〜１００の測定データ（ｂ）のどちらかは測定レンジを超えていることが容易に推測できる。
【００９５】
次に、被検物と検光子の間にλ／４板を挿入し、このλ／４板の光学軸と検光子の透過軸が＋４５度の角度に保たれるように同時に回転することにより得られた強度比の変化を図１７に示す。図１７（ａ）及び（ｂ）は、図１６中の（ａ）及び（ｂ）の測定領域内のある測定点に対応しおり、グラフ中黒丸印はλ／４板を挿入しない状態での測定値であり、白四角印はλ／４板を挿入した状態での測定値である。図１７（ａ）では検光子の回転に対して強度比の振幅が位相をλ／４だけシフトしたことによって強度比がＩ／Ｉｏ＝１／２を跨いでいないが、図１７（ｂ）ではＩ／Ｉｏ＝１／２を跨いでいることから、測定点（ｂ）ではλ／４の測定レンジを超えており、実際には図１７中の□印のように１３５ｎｍで折り返した分布になっていることが分かる。
【００９６】
さらに、λ／４だけ位相をシフトした状態で測定された複屈折量を黒点で示した。図１２に示した計算上の理由から複屈折量が０に近い領域では測定精度が劣化しているが、逆に１３５ｎｍに近い領域では向上していることが分かる。
【００９７】
【表１】
2006023295.tif 000003
【００９８】
【表２】
2006023295.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の複屈折測定法を用いた測定装置の構成図。
【図２】本発明の複屈折測定法を示す説明図。
【図３】本発明により測定可能となる被検物の形状を示す説明図。
【図４】本発明の撮影画像を示す説明図。
【図５】検光子の回転に対するブランク画像と被検物画像の光強度比の変化を示す説明図。
【図６】相対位相差の測定範囲を示す説明図。
【図７】相対位相差と偏光の回転方向を示す説明図。
【図８】相対位相差をシフトさせた偏光の様子を示す説明図。
【図９】ＣＣＤカメラの光強度変換リニアリティー（γ）を示す説明図。
【図１０】透過率誤差補正係数を示す説明図。
【図１１】透過率誤差補正係数により補正された光強度比を示す説明図。
【図１２】測定の精度を示す説明図。
【図１３】本発明の複屈折測定方法の処理工程を示す説明図。
【図１４】実施例１の複屈折量を示す鳥瞰図。
【図１５】実施例１の主軸方向を示す天頂図。
【図１６】実施例２の複屈折量を示す図。
【図１７】実施例２の位相をシフトした状態での強度比の変化を示す図。
【符号の説明】
【０１００】
δ  相対位相差
φ  主軸方向
θ  検光子の回転角
Ｉｏ  被検物への入射光光強度
Ｉ  被検物透過後の光強度
Ｔ  透過率誤差補正係数
【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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