(57)【要約】      （修正有）【課題】小さい位相差を簡便に精度よく測定できる位相差測定装置の提供。【解決手段】光源、偏光子、試料台、検光子、及び分光器がこの順に配置されている光学系と、計算手段とを含む位相差測定装置であって、波長板が、偏光子と検光子の間に配置されており、かつ測定波長域内の２つ以上の波長それぞれにおいて、該波長板のレターデーション値を０．５以上の整数または半整数で除算した値が該波長と一致する位相差測定装置。【選択図】図４
2008256591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、偏光子、試料台、検光子、及び分光器がこの順に配置されている光学系と、計算手段とを含む位相差測定装置であって、
波長板が、偏光子と検光子の間に配置されており、かつ
測定波長域内の２つ以上の波長それぞれにおいて、該波長板のレターデーション値を０．５以上の整数または半整数で除算した値が該波長と一致する位相差測定装置。
【請求項２】
前記分光器のＦＷＨＭで定義される分解能Ｆと前記の整数または半整数が取り得る最大値ｎ１とが以下の条件（Ｂ）を満たす請求項１に記載の位相差測定装置。
（Ｂ）Ｆ×ｎ１≦５０ｎｍ
【請求項３】
前記波長板のレターデーション値が、前記測定波長域の下限波長λminにおいて３×λmin以上である請求項１または２に記載の位相差測定装置。
【請求項４】
前記波長板が光軸に対して挿入と退避を行う手段を具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の位相差測定装置。
【請求項５】
前記分光器が、回折格子と１次元の受光アレイからなるマルチチャンネル分光器である請求項１〜４のいずれか一項に記載の位相差測定装置。
【請求項６】
光源、偏光子、試料、検光子、及び分光器がこの順に配置されている光学系で測定される分光スペクトルから該試料の位相差を決定する方法であって、
０．５以上の整数または半整数ｎxとの積λxｎxが波長板のレターデーション値を示す波長λxが測定波長域λｍｉｎ〜λｍａｘにおいて２つ以上存在する波長板を選択し、
該波長板を偏光子と検光子との間に配置することを含む方法。
【請求項７】
前記波長板と試料の光学軸とを分光スペクトル測定時に一致又は直交させる請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位相差測定装置に関し、特に小さい位相差の精度の高い決定が可能な位相差測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差測定装置は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の位相差フィルム評価や、光ディスク、プラスチック等の光学素子の品質管理などで利用されてきている。従来の位相差測定装置では主に単色光を用いた測定が行われていたが、近年は特にＬＣＤのように可視光全域に渡る特性が重要となってきたことから、位相差の波長依存性測定のニーズが高まっている。
位相差は、エリプソメトリによる偏光解析を用いて測定することにより精度よく測定することができる。しかしながら、エリプソメトリは偏光子や補償子を高速に回転させる機構または光弾性変調器（ＰＥＭ）または左右円偏光ヘテロダイン干渉法など偏光もしくは位相を変調させる方法と、取得したデータを高速演算処理するための装置が必要であり、原理的に複雑で高価な方法である。さらに、単一波長での測定データを基にする方法であるため、位相差の波長分散測定が必要な場合は、モノクロメータなどで波長スキャンすることになるため高速測定ができないという問題がある。
【０００３】
安価な位相差測定装置としては、例えば非特許文献１や特許文献１及び２に開示されるように、分光光度計などにより得られる分光スペクトルを用いて位相差を決定する方法が知られている。この方法により必要とする波長範囲において、位相差を測定することができ、また位相差の波長分散も簡便に判断することができる。しかしながら、原理的に位相差干渉によって、測定波長域内で分光スペクトルの山と谷が観測されている必要があるこの方法は、数十ｎｍ程度以下の小さい位相差を測定するのに不向きであった。また、通常の分光光度計はモノクロメータで波長スキャンするため、測定時間も長かった。
【非特許文献１】Ｗｅｓｔら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，ｖｏｌ．３９，ｐ．７９１−７９４（１９４９）．
【特許文献１】特許第３７７７６５９号
【特許文献２】特公平5−18370号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は小さい位相差を簡便に精度よく測定できる位相差測定装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は下記［１］〜［７］を提供するものである。
［１］光源、偏光子、試料台、検光子、及び分光器がこの順に配置されている光学系と、計算手段とを含む位相差測定装置であって、
波長板が、偏光子と検光子の間に配置されており、かつ
測定波長域内の２つ以上の波長それぞれにおいて、該波長板のレターデーション値を０．５以上の整数または半整数で除算した値が該波長と一致する位相差測定装置。
［２］  前記分光器のＦＷＨＭで定義される分解能Ｆと前記の整数または半整数が取り得る最大値ｎ１とが以下の条件（Ｂ）を満たす［１］に記載の位相差測定装置。
（Ｂ）Ｆ×ｎ１≦５０ｎｍ
【０００６】
［３］  前記波長板のレターデーション値が、前記測定波長域の下限波長λminにおいて３×λmin以上である［１］または［２］に記載の位相差測定装置。
［４］  前記波長板が光軸に対して挿入と退避を行う手段を具備する［１］〜［３］のいずれか一項に記載の位相差測定装置。
［５］  前記分光器が、回折格子と１次元の受光アレイからなるマルチチャンネル分光器である［１］〜［４］のいずれか一項に記載の位相差測定装置。
【０００７】
［６］光源、偏光子、試料、検光子、及び分光器がこの順に配置されている光学系で測定される分光スペクトルから該試料の位相差を決定する方法であって、
０．５以上の整数または半整数ｎxとの積λxｎxが波長板のレターデーション値を示す波長λxが測定波長域λｍｉｎ〜λｍａｘにおいて２つ以上存在する波長板を選択し、
該波長板を偏光子と検光子との間に配置することを含む方法。
［７］  前記波長板と試料の光学軸とを分光スペクトル測定時に一致又は直交させる［６］に記載の方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、小さい位相差を簡便に精度よく測定することが可能な位相差測定装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、角度について記載のある場合は、厳密な角度との誤差が±１度の範囲内であればよく、±０．１度の範囲内であることがより好ましい。
０度とは実質的に二つの軸の為す角度が平行である状態を表し、９０度とは実質的に二つの軸の為す角度が直交している状態を表す。
【００１０】
パラニコルとは偏光子と検光子の透過軸の為す角度が０度であることを表し、  クロスニコルとは偏光子と検光子の透過軸の為す角度が９０度であることを表すが、実際は後述の測定手段で示すように、本発明の測定装置で用いられる光学系において、試料がない状態での偏光子と検光子の配置につき、入射光透過率が最も小さい位置と最も大きい位置をそれぞれクロスニコル、パラニコル位置とする場合もある。
本明細書において、「分光スペクトル」とは「吸収スペクトル」、「散乱スペクトル」、及び「透過スペクトル」等を含む意味であり、「透過スペクトル」であることが好ましい。
【００１１】
［位相差測定原理］
分光スペクトルから試料の位相差を決定する原理を以下に説明する。
偏光状態とそれに基づく透過率などの光学特性は、ジョーンズ行列やミューラー行列により記述することができるが、以下では特に偏光解消度が考慮できるミューラー行列で説明する。ミューラー行列によれば、偏光状態はストークスパラメータで記述され、位相差フィルムや偏光子、検光子などを通過するときの各素子による偏光状態の変化が、４×４のミューラー行列により記述される。
まず、偏光子と検光子とがクロスニコルであり、偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた位相差フィルムの光の透過率につき説明する。
【００１２】
偏光子の透過軸を基準方向（０度）とすると、
偏光子のミューラー行列Ｍｐは式（１）のように記述される。
【数１】
2008256591.tif 000003
【００１３】
同様に検光子のミューラー行列Ｍａは式（２）のように記述される。
【数２】
2008256591.tif 000004
【００１４】
偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた位相差フィルムのミューラー行列Ｍｒは式（３）のように記述される。
【数３】
2008256591.tif 000005
【００１５】
ここで、Γは式（４）で表される値である。
【数４】
2008256591.tif 000006
【００１６】
式中、Reは前記位相差フィルムの位相差であり、λは測定波長である。
入射光が偏光子を１００％通過する偏光であるとしたとき、言い換えると偏光子を通過した光を１００％としたとき、この偏光子→位相差フィルム→検光子を通過するストークスパラメータは式（５）のようになる。
【００１７】
【数５】
2008256591.tif 000007
【００１８】
上記式Soutの第一成分が光の透過率である。すなわち、光の透過率Ｔ（λ）は以下式（６）のように表される
【００１９】
【数６】
2008256591.tif 000008
【００２０】
式（６）から、偏光子と検光子とがクロスニコルであり、偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた位相差Reのフィルムの光の透過率Ｔ（λ）は、理論上Re/λが整数のときに０（透過率０％）となり、Re/λが半整数のときに１（透過率１００％）となることが分かる。図１にRe＝２０００ｎｍの試料（フィルム）の分光透過スペクトルの例を示す。
また、同様に偏光子と検光子とがパラニコルとして、偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた位相差フィルムの光の透過率は、下記の式（７）で表される。
【００２１】
【数７】
2008256591.tif 000009
【００２２】
式（７）から、理論上Re/λが整数のときに０（透過率０％）となり、Re/λが半整数のときに１（透過率１００％）となることが分かる。
したがって、偏光子、試料、および検光子が上記何れかの配置である場合には、分光スペクトルにおいて谷の位置（透過率０％）である波長及び山の位置（透過率１００％）である波長を読み取ることによって位相差Reの値を求めることができることがわかる。
【００２３】
［位相差の波長分散］
試料の位相差に波長分散がある場合は、分光スペクトルにある山と谷のピークにおける波長が上記の理論で説明される波長よりずれる。例えば図１の例で５００ｎｍにおいて位相差が２０００ｎｍならば図１の通り透過率は０％であるが、仮に４００ｎｍにおける位相差が波長分散で２２００ｎｍとなったとすると、半整数倍なので透過率は１００％となり、図１と異なる。この２２００ｎｍは４００ｎｍの５．５倍であるが、２０００ｎｍの５．５分の１は約３６３ｎｍであるから、この波長分散を有する試料の４００ｎｍに見られる山のピークは、図１においてグラフの外にある３６３ｎｍに存在するはずの山のピークが、位相差が大きくなったことによって長波側にシフトしたものであるということになる。位相差の波長分散は、コーシーの分散式によって記述することができるので、透過スペクトルからフィッティングにより位相差を求めるには、コーシーの分散式を用いることが好ましい。
【００２４】
コーシーの分散式は、一般に屈折率の波長依存性（波長分散）を表すのに用いられ、式（８）のように記述される。
【００２５】
【数８】
2008256591.tif 000010
【００２６】
レターデーションは、複屈折すなわち二つの異なる屈折率の差に試料の厚みdを乗じたものであるから、屈折率と同様に式（＊）のようにコーシーの分散式を適用することができる。
【００２７】
【数９】
2008256591.tif 000011
【００２８】
コーシーの分散式は波長の４次までを用いることが多いが、よりフィッティングをより簡便かつ高速にするためには２次まででもよく、精度上必要がある場合には６次以上の偶数次まで用いてもよい。精度と速度のバランスからは４次までを用いることが好ましい。また、位相差の波長分散としてはコーシーの分散式以外にもHandbook  ｏｆ  ｏｐｔｉｃｓ（２ｎｄ  ｅｄ．），ｖｏｌ．１（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）のｐ．３３．６１−３３．８４に記載されている任意の式もしくは任意の２つ以上の和を用いることができる。
【００２９】
［波長板の利用］
図２にRe=１００ｎｍの試料（フィルム）の分光スペクトル例を示す。このように位相差が小さくなると、測定波長範囲において半整数倍も整数倍も見られなくなるため、スペクトルにピークが見られなくなる。ピークが観測されていないスペクトルを用いても理論的には位相差を求めることはできるが、実際には計測系のノイズや試料の吸収、散乱、偏光解消などの影響によってスペクトルの絶対値が変化してしまい、算出される位相差の精度に影響がある。
【００３０】
本発明の装置においては、測定波長範囲の分光スペクトルにピークが観測される状態とするため、波長板を利用する。例えば、試料の光学軸と光学軸の一致した既知の波長板を挿入することができる。
偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた波長板のミューラー行列Mwpは式（１０）のようになる。
【００３１】
【数１０】
2008256591.tif 000012
【００３２】
偏光子と検光子とがクロスニコルであり偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた試料および偏光子の透過軸に対して光学軸が４５度傾いた波長板を有する光学系のストークスパラメータは式（１１）となる。
【００３３】
【数１１】
2008256591.tif 000013
であり、Rewpは波長板の位相差を表す。
【００３４】
すなわち光の透過率Ｔ（λ）は下記の式（１２）で表される。
【００３５】
【数１２】
2008256591.tif 000014
【００３６】
式（１２）からわかるように、本発明の装置では波長板によって位相差が底上げされる。試料の位相差は、測定波長範囲においてスペクトルにピークを検出し、測定された位相差を決定後、波長板の位相差を差し引くことで算出すればよい。
【００３７】
［位相差測定装置］
次に本発明の位相差測定装置の概要を説明する。本発明の位相差測定装置は、光源、偏光子、試料台、検光子、分光器を含み、これらは図３に示す順で配置されていることが好ましい。また、位相差測定装置は上述の波長板を含み、さらに上記の補正、フィッティング等を行う計算手段として光信号解析装置等を含む。計算手段としては、コンピュータ上でソフトウェアとして解析する方法や、メモリや演算プロセッサを搭載した専用のボードで解析する方法、あるいはピーク等の特徴的な箇所を人力で計算可能な数点ピックアップし、その値が一致するように自ら位相差を決定する手段が挙げられる。
【００３８】
［光源］
光源は白色光源であることが好ましい。白色光源としては、レーザーやＬＥＤのように狭い波長範囲でなく、測定波長範囲において出力を有していれば特に限定はなく、測定波長範囲が可視域の一部であるならば、必ずしも見た目に白色でなくともよい。そのような光源の例としては、ハロゲンランプやキセノンランプが挙げられる。また、複数色の光源を混色させて用いてもよい。光源は入力する電源や環境温度により出力が変化するため、電源点灯後２０分〜１時間程度放置した後に輝度の変化が５％／時間以下であることが好ましく、そのようにするために電源に安定化装置が用いられていることが好ましい。
【００３９】
［偏光子、検光子］
偏光子には回転機構は特に必要ないが、光軸中心の回転機構があると全方位角測定が可能となるので好ましい。検光子は、その透過軸を偏光子の透過軸とパラニコル又はクロスニコルにする等の必要があるため、光軸中心の回転機構があることが好ましい。
偏光子および検光子としては、分光器を用いるため広い波長域で高い偏光度を有することが望ましい。本発明の位相差測定装置は従来の装置に比較して、透過率の絶対値に影響されにくいので偏光度は９５％以上あればよい。この偏光度を有する波長域は３９０〜８００ｎｍであることが特に好ましい。この偏光度を有している限り、偏光子は吸収型偏光子でも反射型偏光子でもよいが、検光子としては吸収型偏光子が好ましい。具体的には、広い波長域で比較的高い偏光度を有するヨウ素系偏光子、二色性色素を用いた二色性色素偏光子、プリズム型偏光子としてグラントムソン型偏光子、グランテーラー型偏光子、その他の偏光子としてワイヤグリッド偏光子、誘電体偏光子等が挙げられ、波長域が広いヨウ素系偏光子とプリズム型偏光子が好ましく、より波長域が広くかつ必要とする偏光度を有するヨウ素系偏光子が特に好ましい。
【００４０】
［試料台］
偏光子と検光子の間には試料台が配置されているが、試料台は光軸中心の回転機構があることが好ましく、さらに斜め入射時の位相差を測定するために、試料台全体が回転する機構があることが好ましい。
【００４１】
［波長板］
波長板は試料台の偏光子側に配置しても（図４）、検光子側に配置してもよい。波長板は光軸を中心とした回転機構と、光軸上から波長板を退避させるための一軸ステージがあることが好ましい。波長板によって、前述の通り小さな位相差の試料を測定することが可能となる。さらに、光源や分光器にはわずかな偏光依存性があり、それがスペクトル測定に影響する可能性があるため、光源と偏光子の間、および検光子と分光器の間には測定波長域においてなるべく吸収を持たない偏光解消子を挿入することもできる。
前記波長板は、前記波長板は、０．５以上の整数または半整数であるｎxとの積λxｎxが前記波長板のレターデーション値を示している波長λｘを測定波長域λｍｉｎ〜λｍａｘにおいて２つ以上有する。すなわち、波長板としては測定波長域のスペクトルにおいて少なくとも山１つおよび谷１つを有する波長板を選択する。
【００４２】
上記の条件を満たす波長板につき、波長板の位相差（波長分散を考慮しない値であってもよい）と測定波長域とから、ｎxがとり得る最大値ｎ１及び最小値ｎ２は以下のように決めることができる。波長板の位相差をλmaxおよびλminにおいてそれぞれの波長で割った値をｎmax、ｎminとする。ｎ１はｎminより小さくて最も近い整数または半整数である。ｎ２はｎmaxよりも大きくて最も近い整数または半整数である。これは、波長板のみの分光スペクトル、即ち本発明の位相差測定装置で空気を測定したときの分光スペクトルの測定波長範囲の両側に存在する山または谷のピークの次数（ｎx）と一致する。
【００４３】
波長板のｎ２は０．５以上であり、１．０以上が好ましく、５以上がより好ましい。
通常波長板の位相差はλmin以上であることが好ましく、λmin×３以上であることがより好ましく、λmin×５以上であることがさらに好ましい。すなわち測定波長域が４００ｎｍ〜である場合、４００ｎｍ程度以上であることが好ましく、１２００ｎｍ程度以上であることがより好ましく、２０００ｎｍ程度以上であることがさらに好ましい。
【００４４】
波長板の位相差は大きすぎると逆に問題となる。クロスニコルの測定ではΓがπの偶数倍のときに谷のピークを与える。例えばΓ＝２ｎπとするとき、Re＝ｎλpeakとなる。つまり、ピーク位置λpeakは式（１３）となる。
【００４５】
【数１３】
2008256591.tif 000015
この分光スペクトルで見られるピーク位置λpeakは、波長による位相差の変化によってシフトするが、そのシフト量は式（１４）のように記述される。
【００４６】
【数１４】
2008256591.tif 000016
【００４７】
式（１４）から、位相差の変化によるピークシフトはｎが大きくなるにつれて小さくなることが分かる。このことから、位相差が大きな波長板を使うとスペクトルのシフト量が小さくなり、測定精度が低下することが分かる。
【００４８】
また、測定精度は分光器の波長分解能にも依存する。高い波長分解能の分光器ならばわずかなピークシフトでも十分な精度で検出できる。分光器の波長分解能は、通常ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）で表し、ピーク位置検出精度としては分光器に用いられるディテクタの強度分解能にもよるがおよそ１００分の１は検出可能である。従って、ＦＷＨＭがＦの分光器により波長板の位相差が特定の測定波長のｎ倍のものを用いる場合、該測定波長において測定位相差精度が±Ａｎｍ必要ならば、光学系のスペックとしては式（１５）を満たせばよい。
Ｆ×ｎ≦Ａ×２００ｎｍ      （１５）
例えば、測定位相差精度が±０．２５ｎｍ必要であれば
Ｆ×ｎ≦５０ｎｍ
を満たせばよい。
【００４９】
さらに、Ｆ×ｎは３０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が最も好ましい。
装置としては、ｎとしてｎ１を選択して上記式（１５）を判断することが好ましい。
上記２点および市販の分光器のＦＷＨＭを考慮すると、ｎ１が３３以下となる波長板が好ましく、１５以下となる波長板がより好ましい。しかしながら、市販の波長板の厚さなどを考慮すると、波長板の位相差は通常１００００ｎｍ程度以下であることが好ましく、８０００ｎｍ程度以下であることがより好ましく、６０００ｎｍ程度以下であることがさらに好ましい。
波長板の材料としては一般に延伸したポリマーフィルムや水晶、カルサイトなどの無機結晶が挙げられるが、波長板は測定される位相差の値に直接影響するため、温度や湿度などの環境により変化しにくいものが望ましい。そのような波長板の好ましい例としては、水晶、カルサイト、ポリマー延伸フィルムをガラスでサンドイッチしたものなどが挙げられる。
【００５０】
［分光器］
分光器としては、必要な波長範囲の分光が可能で十分な光強度の分解能を有していれば特に限定はない。モノクロメータでスキャンする分光器でも回折格子で分光した光を１次元フォトディテクタアレイで計測するマルチチャンネルタイプ分光器でもよいが、測定時間が短いマルチチャンネルタイプが好ましい。分光器の強度の分解能としてはデジタルならば８ビット以上であることが好ましく、１２ビット以上であることが特に好ましい。また、波長分解能Ｆは位相差の測定精度と対応するため、ＦＷＨＭで１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下が特に好ましい。
【００５１】
［測定手順］
測定手順の一例を説明する。
入射偏光子は試料台全体の回転軸方向に対して４５度に透過軸を固定する。次に、光軸上に波長板と試料がない状態で検光子を３６０度回転させ、分光器で透過スペクトルを観測しながら、最も透過率の小さい位置と透過率の大きい位置をそれぞれクロスニコル、パラニコル位置として検出する。それらのときの分光スペクトルをそれぞれ、０％、１００％として光学系を較正し、透過率測定ができるようにしてから、検光子をクロスニコルもしくはパラニコルに配置する。以下、クロスニコルで説明する。次いで、標準となる波長板の位相差を測定する。波長板を光軸回転で３６０度回転させて試料の透過率が最小となる角度を検出する。次いで、最小となる角度から４５度回転させ（クロスニコル下における明光位）、分光スペクトルを測定すると図１のようなスペクトルが得られる。このスペクトルに対し、式（７）の第一要素を用いてフィッティングすることで、位相差を求めることができる。波長板は既知のものを用いてよいので、波長板の遅相軸（屈折率の大きい方の軸で光学軸に対して平行または直交）はあらかじめ既知であるから、最初から遅相軸を４５度傾斜させた状態で分光スペクトルを測定してもよい。
【００５２】
次いで波長板を光軸上から退避させ、試料を光軸回転で３６０度回転させて試料の透過率が最小となる角度を検出する。次いで波長板を遅相軸を４５度にして挿入し、試料を透過率が最小となる角度から±４５度に設定して２つの分光スペクトルを測定する。この分光スペクトルを波長板のときと同様にしてフィッティングすると、式（１１）に従って波長板＋試料、もしくは波長板−試料（偏光子と検光子とがクロスニコルであり偏光子の透過軸に対して遅相軸が−４５度傾いた試料および偏光子の透過軸に対して遅相軸軸が４５度傾いた波長板を有する光学系のストークスパラメータとして式（１１）と同様に求められる）の位相差を得ることができる。±４５度の二つの配置のうち、波長板＋試料を得る配置が波長板と試料の遅相軸が一致しているので、これにより試料の遅相軸を識別することができる。以上により、位相差の波長分散と遅相軸の方向を得ることができる。
【００５３】
吸収や散乱を有する試料の場合、波長板測定後に波長板を退避させ、試料を光軸回転で３６０度回転させて試料の透過率が最小となる角度を検出した後、この配置のままでスペクトルを測定して位相差の影響がない分光スペクトル（吸収・散乱スペクトル）を得てもよい。このまま上記と同様にして波長板挿入状態で試料の±４５度での分光スペクトルを求めるが、フィッティングの前にこの分光スペクトルを位相差の影響がない分光スペクトルで除算することにより、吸収や散乱による透過率のロスを補正することができる。これにより、吸収や散乱を有する試料でも、精度よく位相差を測定することができる。
【００５４】
［補正、及びフィッティング手段］
実際には位相差の波長分散としてコーシーの式を用い、さらに光学系のノイズ等に起因する透過率変化を考慮し、式（１６）を用いてフィッティングすることが好ましい。
【００５５】
【数１５】
2008256591.tif 000017
【００５６】
Tmax(λ)、Tmin(λ)は透過率を補正するためのものであり、波長依存性のない定数でも一次式（１７）でも二次式（１８）でも指数関数（１９）でもよいが、精度上は一次式で十分であるので好ましい。
【００５７】
【数１６】
2008256591.tif 000018
【００５８】
フィッティングの方法は、例えば科学計測のためのデータ処理入門，南茂夫監修、河田聡編著に記載のような非線形最適化手法や、遺伝的アルゴリズム等を用いることができる。これら手法はフィッティングの際の初期値が重要であるが、精度良くフィッティングするために、式（１６）においてＣ＝０、Tmax=1、Tmin=0として先にフィッティングしたものを初期値として、全パラメータをフィッティングすることが好ましい。フィッティングにおいては、二乗誤差を最小にするのが最もポピュラーであり好ましい。あるいは、各波長の二乗誤差に対し、山谷のピーク位置が重要であるから例えば（５０−Ｔ（λ））の二乗を重み関数として乗じる方法や、吸収・散乱スペクトルの透過率が高い部分が重要であるから例えば吸収・散乱スペクトルを乗じる方法、さらにはそれらの組み合わせなどの手法を用いることが好ましい。
【００５９】
本発明の位相差測定装置は、上記の順序でなくとも必要な測定データを得ることができれば、上記の方法に限定されない。また、試料や波長板の光軸上での回転は３６０度でなくとも１８０度でも可能である。さらには、偏光子を４５度以外に配置しても測定は可能であるし、偏光子と検光子がクロスニコルでなくパラニコルでも測定は可能である。
【実施例】
【００６０】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
【００６１】
（位相差測定装置の構成）
図４に示す構成の位相差測定装置を用いた。偏光子は４５度に固定し、波長板として図５に示す位相差を有する３つの水晶板を用いた。光源としては、ハロゲンランプ（ＥＤＩ１００ＤＨ，三菱レイヨン製）、偏光子および検光子としてはヨウ素系偏光子（ＨＣ２−８１１８，サンリッツ製）、分光器としてはファイバ型のマルチチャンネル分光器（ＵＳＢ２０００，オーシャンオプティクス社製，Ａ／Ｄ分解能１２ｂｉｔ，波長分解能（ＦＷＨＭ）１．５ｎｍ）を用いた。測定波長範囲は４００〜７００ｎｍとした。
【００６２】
（実施例１、比較例１、２）
５５０ｎｍにおいておよそλ／４の位相差を有する試料をｎ＝１０で測定した。５５０ｎｍにおいて約１０λのレターデーションを有する波長板を用いたものを実施例１、５５０ｎｍにおいて約２λのレターデーションを有する波長板を用いたものを実施例２、５５０ｎｍにおいて約λ／４のレターデーションを有する波長板を用いたものを比較例１とした。上述の手順に従って、偏光子と検光子の配置をクロスニコルとし、波長板と試料との遅相軸を偏光子の透過軸に対して４５度に設定して測定を行った。フィッティングとしては、式（１６）および（１７）を用い、最小二乗誤差を与えるものを解とした。フィッティングには非線形最適化の一つとして高速かつ高精度であることが知られているLevenberg-Marquardtのアルゴリズムを用いてコンピュータ上で計算することにより位相差を求めた。実施例１、２と比較例１のｎ１、ｎ２およびＦ×ｎ１を表１に、実施例１、２と比較例１において測定された４５０、５５０、６５０ｎｍにおける位相差の平均値を表２に、標準偏差を表３に示した。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
【表２】
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【００６５】
【表３】
2008256591.tif 000021
【００６６】
表２より、実施例１、２は位相差が正しい値であったのに対し、比較例１の位相差は実際のサンプルの値から明らかにずれていた。しかも、表３から分かるように比較例３は測定ごとに大きく異なる結果であった。また、実施例１および２では５５０ｎｍ付近では同程度の繰り返し精度であるが、４５０および６５０ｎｍ付近では実施例１の方が優れた繰り返し精度であった。これは、測定される分光スペクトルのピークの数が圧倒的に実施例１の方が多いことに起因する。以上の結果より、本発明の位相差装置により、吸収や散乱を有する位相差試料において精度よく位相差が測定できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の位相差測定における分光スペクトルの原理的な図である。
【図２】本発明の位相差測定における小さな位相差の試料に対する分光スペクトルの原理的な図である。
【図３】本発明の位相差測定装置における光源、偏光子、試料台、検光子、分光器の好ましい配置を示す概略図である。
【図４】本発明の位相差測定装置の概略図である。
【図５】本発明の実施例に用いた波長板の位相差の波長分散である。
【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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