(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含み、前記分析対象光を変調させる変調部と、
前記変調部で前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転することで前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調部は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するように構成されてなり、
前記光強度情報取得部は、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項２】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含む変調部において、前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転することで前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得部は、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項３】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含む前記分析対象光を変調させる変調部と、
前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調部は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するように構成されてなり、
前記光強度情報取得部は、
連続的に強度が変化する前記変調光の光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項４】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含む変調部において、前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転することで前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得部は、
連続的に強度が変化する前記変調光の前記光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の計測装置において、
前記演算処理部は、
前記光強度情報取得部で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の計測装置において、
前記演算処理部は、
前記ストークスパラメータを算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リターダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理を行い、
前記複屈折位相差算出処理によって算出された前記リターダの複屈折位相差に基づいて前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の計測装置において、
前記所与の整数比の回転比を１対３の回転比とする計測装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の計測装置において、
前記演算処理部は、前記分析対象光の楕円率及び主軸方位の少なくとも一方を算出する計測装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の計測装置において、
前記リターダ及び前記検光子を回転駆動させる第１及び第２のアクチュエータと、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を検出する第１及び第２の検出部と、
前記第１及び第２のアクチュエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
をさらに含み、
前記制御信号生成部は、前記第１及び第２の検出部からの検出信号に基づいて、前記制御信号を生成する計測装置。
【請求項１０】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含む変調部において、前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転することで前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得手順では、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理手順では、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測方法。
【請求項１１】
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、
所与の整数比の回転比で回転可能に構成された、複屈折位相差が波長依存性を有するリターダ及び検光子を含む変調部において、前記リターダ及び前記検光子が前記回転比で回転することで前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記変調光の光強度情報とに基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得手順では、
連続的に強度が変化する前記変調光の前記光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理手順では、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測方法。
【請求項１２】
請求項１０および請求項１１のいずれかに記載の計測方法において、
前記演算処理手順では、
前記光強度情報取得手順で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の計測方法において、
前記ストークスパラメータを算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得し、前記光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リターダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理手順をさらに含み、
前記演算処理手順では、
前記複屈折位相差算出処理手順で算出された前記リターダの複屈折位相差に基づいて前記リターダの複屈折位相差の波長依存性を反映させて前記偏光特性要素に関連付けられるすべてのストークスパラメータを算出する処理を行う計測方法。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の計測方法において、
前記所与の整数比の回転比を１対３の回転比とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置、及び、分析対象光の偏光状態を計測する計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、新しい液晶表示材料の開発が盛んに行われている。これに伴い、製品検査の計測法にも高精度化が求められている。液晶表示材料用の高分子フィルムとして円偏光フィルムがある。これは、液晶がもつ複屈折や旋光性による狭視野角化や着色による製品劣化を補償することができる。また、複屈折や旋光は、波長依存性を持つため、波長ごとの評価が必要である。その評価方法として、従来、楕円率測定には回転検光子法や回転位相子法が用いられてきた。なお、これらの技術を示す文献として、特開２００５−２９２０２８号公報や、R. M. A. Azaam, Ellipsometry and polarized light, (1976) が知られている。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、回転検光子法では、楕円率が逆正弦関数で与えられるため、測定試料の複屈折位相差が９０度付近の場合に精度が悪くなる。また、回転位相子法では、測定する波長にあわせて位相子を取り替える必要があるため、波長ごとの評価を効率よく行うことが難しかった。
【０００４】
本発明の目的は、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測装置及び計測方法を提供することにある。
【０００５】
（１）本発明に係る計測装置は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む、前記分析対象光を変調させる変調部と、
前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調部は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するように構成されてなり、
前記光強度情報取得部は、
前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【０００６】
本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【０００７】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。また、本発明によると、リターダ及び検光子を回転させるだけの、単純な駆動系のみで計測装置を構成することができるため、計測効率、及び、計測精度の高い計測装置を提供することが可能になる。
【０００８】
なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第１〜第Ｎの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られているが、解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第１〜第Ｎの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。
【０００９】
ただし、リターダ及び検光子の主軸方位をθ１, θ２とおくと、θ１, θ２は、２θ１−２θ２≠０、かつ、４θ１−２θ２≠０、かつ、２θ１−２θ２≠４θ１−２θ２≠２θ２という条件を満たしていてもよい。これによると、フーリエ解析処理により、ストークスパラメータのすべての要素を算出することが可能になる。
【００１０】
本発明に係る計測装置は、光源と受光部とを含み、光源と受光部とを結ぶ光路上に変調部が配置された光学系を含んだ構成をなしていてもよい。このとき、光学系は、光路上であって光源と変調部との間に配置された試料を含んでいてもよい。そして、計測装置は、試料の光学特性要素（複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、ストークスパラメータ、ミュラー行列要素、ジョーンズ行列要素など）を計測する計測装置として構成されていてもよい。試料に入射される入射光の偏光状態を調整することで、これらの光学特性要素を算出することが可能になる。
【００１１】
（２）本発明に係る計測装置は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得部は、
前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【００１２】
本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【００１３】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。
【００１４】
なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第１〜第Ｎの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られているが、解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第１〜第Ｎの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。
【００１５】
ただし、リターダ及び検光子の主軸方位をθ１, θ２とおくと、θ１, θ２は、２θ１−２θ２≠０、かつ、４θ１−２θ２≠０、かつ、２θ１−２θ２≠４θ１−２θ２≠２θ２という条件を満たしていてもよい。これによると、フーリエ解析処理により、ストークスパラメータのすべての要素を算出することが可能になる。
【００１６】
（３）この計測装置において、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ１, θ２とおくと、
前記変調部の第Ｋの主軸方位条件（Ｋは１〜Ｎの各整数）は、
（θ１, θ２）Ｋ＝（１８０×Ｌ×Ｋ／Ｎ、１８０×Ｍ×Ｋ／Ｎ）
（ただし、Ｌ，Ｍは１以上の整数で、Ｌ≠Ｍ，Ｌ≠２Ｍ，２Ｌ≠Ｍ）
であってもよい。
【００１７】
上記のように、リターダ及び検光子の主軸方位を、それぞれ等間隔に設定し、リターダ及び検光子をそれぞれ１８０度以上（３６０度以上）の帯域で変化させることによって、データの解析処理（フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる。
【００１８】
なお、この計測装置では、例えば、Ｌ＝２、Ｍ＝６、Ｎ＝３０としてもよい。また、リターダ及び検光子の主軸方位は、上記の条件に初期位相を含んだ設定としてもよい。
【００１９】
（４）本発明に係る計測装置は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む、前記分析対象光を変調させる変調部と、
前記リターダ及び前記検光子が所与の回転比で回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調部は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過するように構成されてなり、
前記光強度情報取得部は、
連続的に強度が変化する前記変調光の光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【００２０】
本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【００２１】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。また、本発明によると、リターダ及び検光子を回転させるだけの、単純な駆動系のみを含む計測装置を構成することができるため、計測効率、及び、計測精度の高い計測装置を提供することが可能になる。
【００２２】
なお、本発明に係る計測装置では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。
【００２３】
なお、本発明に係る計測装置は、光源と受光部とを含み、光源と受光部とを結ぶ光路上に変調部が配置された光学系を含んだ構成をなしていてもよい。このとき、光学系は、光路上であって光源と変調部との間に配置された試料を含んでいてもよい。そして、計測装置は、試料の光学特性要素（複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、ストークスパラメータ、ミュラー行列要素、ジョーンズ行列要素など）を計測する計測装置として構成されていてもよい。試料に入射される入射光の偏光状態を調整することで、これらの光学特性要素を算出することが可能になる。
【００２４】
（５）本発明に係る計測装置は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測装置であって、
リターダ及び検光子を含み、前記リターダ及び前記検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得部は、
連続的に強度が変化する前記変調光の前記光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理部は、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【００２５】
本発明に係る計測装置では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【００２６】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測装置を提供することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明に係る計測装置では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。
【００２８】
（６）この計測装置において、
前記光強度情報取得部は、
前記リターダ及び前記検光子が、回転比が１対３になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得してもよい。
【００２９】
（７）この計測装置において、
前記演算処理部は、
前記光強度情報取得部で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。
【００３０】
このとき、光強度情報を解析する手法として、例えばＤＦＴやＦＦＴを利用することができる。
【００３１】
（８）この計測装置において、
前記演算処理部は、
前記偏光特性要素を算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リターダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理を行い、
前記複屈折位相差算出処理によって算出された前記リターダの複屈折位相差に基づいて前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。
【００３２】
この計測装置を利用すれば、リターダの複屈折位相差を算出することができる。そのため、リターダの複屈折位相差を予め算出しておいて、この値を利用して偏光特性要素を算出する処理を行えば、演算処理速度を高めることができる。
【００３３】
（９）この計測装置において、
前記演算処理部は、前記分析対象光のストークスパラメータを算出してもよい。
【００３４】
（１０）この計測装置において、
前記演算処理部は、前記分析対象光の楕円率及び主軸方位の少なくとも一方を算出してもよい。
【００３５】
（１１）この計測装置において、
前記リターダ及び前記検光子を回転駆動させる第１及び第２のアクチュエータと、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を検出する第１及び第２の検出部と、
前記第１及び第２のアクチュエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
をさらに含み、
前記制御信号生成部は、前記第１及び第２の検出部からの検出信号に基づいて、前記制御信号を生成してもよい。
【００３６】
（１２）本発明に係る計測方法は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、
回転可能に構成されたリターダ及び検光子を含む変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記変調光の光強度情報に基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得手順では、
前記リターダの主軸方位と前記検光子の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、前記リターダ及び前記検光子の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光の光強度情報を取得し、
前記演算処理手順では、
前記分析対象光の偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記第１〜第Ｎの変調光の光強度の理論式と、前記第１〜第Ｎの変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【００３７】
本発明に係る計測方法では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【００３８】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測方法を提供することが可能になる。
【００３９】
なお、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができる。そして、変調部が満たすべき第１〜第Ｎの主軸方位条件は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られているが、解析手法によって、解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、第１〜第Ｎの主軸方位条件を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能な設定としてもよい。
【００４０】
ただし、リターダ及び検光子の主軸方位をθ１, θ２とおくと、θ１, θ２は、２θ１−２θ２≠０、かつ、４θ１−２θ２≠０、かつ、２θ１−２θ２≠４θ１−２θ２≠２θ２という条件を満たしていてもよい。これによると、フーリエ解析処理により、ストークスパラメータのすべての要素を算出することが可能になる。
【００４１】
（１３）この計測方法において、
前記リターダ及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ１, θ２とおくと、
前記変調部の第Ｋの主軸方位条件（Ｋは１〜Ｎの各整数）は、
（θ１、θ２）Ｋ＝（１８０×Ｌ×Ｋ／Ｎ、１８０×Ｍ×Ｋ／Ｎ）
（ただし、Ｌ，Ｍは１以上の整数で、Ｌ≠Ｍ，Ｌ≠２Ｍ，２Ｌ≠Ｍ）
であってもよい。
【００４２】
上記のように、リターダ及び検光子の主軸方位を、それぞれ等間隔に設定し、リターダ及び検光子をそれぞれ１８０度以上（３６０度以上）の帯域で変化させることによって、データの解析処理（フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる。
【００４３】
なお、この計測方法では、例えば、Ｌ＝２、Ｍ＝６、Ｎ＝３０としてもよい。また、リターダ及び検光子の主軸方位は、上記の条件に初期位相を含んだ設定としてもよい。
【００４４】
（１４）本発明に係る計測方法は、
分析の対象である分析対象光の偏光状態を計測する計測方法であって、
リターダ及び検光子が所与の回転比で回転する変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記変調光の光強度情報とに基づいて前記分析対象光の偏光特性要素を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記変調光は、
前記分析対象光が、前記リターダを透過し、その後、前記検光子を透過した光であり、
前記光強度情報取得手順では、
連続的に強度が変化する前記変調光の前記光強度情報をアナログ情報として取得し、
前記演算処理手順では、
前記分析対象光の前記偏光特性要素及び前記変調部の主軸方位条件を反映した前記変調光の光強度の理論式と、前記変調光の光強度情報とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行う。
【００４５】
本発明に係る計測方法では、光強度情報取得部で取得される変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光特性要素及び変調部の主軸方位条件を反映している。そのため、変調光の光強度の理論式と実測値とを対応させることによって、分析対象光の偏光特性要素を算出することが可能になる。
【００４６】
すなわち、本発明によると、分析の対象である分析対象光の偏光状態を、分析対象光の波長毎に位相子を取り替えることなく、高精度に分析することが可能な計測方法を提供することが可能になる。
【００４７】
なお、本発明に係る計測方法では、リターダ及び検光子の回転比は、光強度情報の解析手法にあわせて選択することができる。すなわち、変調光の光強度情報は、変調光を解析処理して得ることができるが、現在、光強度情報の解析手法として、フーリエ解析法などの種々の手法が知られており、解析手法によって解析に適するデータが異なることがある。そのため、本発明では、リターダ及び検光子の回転比を、選択する解析手法に適したデータを取得することが可能になるように設定してもよい。
【００４８】
（１５）この計測方法において、
前記光強度情報取得手順では、
前記リターダ及び前記検光子の回転比が１対３になるように回転する前記変調部で前記分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得してもよい。
【００４９】
（１６）この計測方法において、
前記演算処理手順では、
前記光強度情報取得手順で取得された光強度情報を解析処理して得られる複数のピークスペクトルと、前記理論式とに基づいて、前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。
【００５０】
（１７）この計測方法において、
前記偏光特性要素を算出する処理に先立って、前記分析対象光に変えて所定の偏光状態を示すサンプル光を前記変調部で変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得し、前記光強度情報と前記変調光の理論式とに基づいて前記リターダの複屈折位相差を算出する、複屈折位相差算出処理手順をさらに含み、
前記演算処理手順では、
前記複屈折位相差算出処理手順で算出された前記リターダの複屈折位相差に基づいて前記偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。
【００５１】
この計測方法によれば、リターダの複屈折位相差を算出することができる。そのため、リターダの複屈折位相差を予め算出しておいて、この値を利用して偏光特性要素を算出する処理を行えば、演算処理速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る計測装置を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る計測装置を説明するための図である。
【図３】図３は、演算処理システムの機能ブロックの一例を示す図である。
【図４】図４は、光強度情報取得手順を説明するためのフローチャート図である。
【図５】図５は、偏光特性要素算出手順を説明するためのフローチャート図である。
【図６】図６は、光強度情報の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、光強度情報の一例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、光強度情報の一例を示す図である。
【図８】図８は、検証実験について説明するための図である。
【図９】図９は、検証実験について説明するための図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、検証実験について説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、検証実験について説明するための図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、検証実験について説明するための図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、検証実験について説明するための図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、検証実験について説明するための図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、検証実験について説明するための図である。
【図１２】図１２は、検証実験について説明するための図である。
【図１３】図１３は、検証実験について説明するための図である。
【図１４】図１４は、検証実験について説明するための図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、円偏光フィルムの視野角特性評価の結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の一例であり、本発明がこれに限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。【００５４】
以下、本発明を適用した実施の形態に係る計測装置として、試料１００から出射した光（分析対象光）の偏光状態を計測する計測装置１について説明する。なお、本発明に適用可能な試料１００の性質は特に限定されない。【００５５】
（１）装置構成
図１及び図２は、計測装置１の装置構成を説明するための図である。なお、図１は、本発明（計測装置１）に適用可能な光学系１０を模式的に示す図であり、図２は、計測装置１の構成を説明するためのブロック図である。【００５６】
計測装置１は、光学系１０と、光強度情報取得部３０と、演算処理部５０とを含む。光強度情報取得部３０では、変調部２０で分析対象光（試料１００によって変調した光）を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する。すなわち、計測装置１では、光強度情報取得部３０は、光源１２から出射され、光学系１０に含まれる光学素子及び試料１００によって変調された光（変調光）の光強度情報を取得する。また、計測装置１では、演算処理部５０は、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とに基づいて、試料１００によって変調した光（分析対象光）の光学特性要素を算出する処理を行う。なお、試料１００は、光を透過させる物質であってもよく、光を反射させる物質であってもよい。【００５７】
以下、計測装置１の装置構成について説明する。【００５８】
１−１：光学系１０
光学系１０は、光源１２と受光部１４とを含む。光学系１０は、また、光源１２と受光部１４とを結ぶ光路Ｌ上に設けられた、リターダ２２、検光子２４を含む。リターダ２２及び検光子２４は、試料１００から出射された光（分析対象光）を変調させる光学素子である。すなわち、リターダ２２及び検光子２４は、光路Ｌにおける、試料１００の下流側に配置される。リターダ２２と検光子２４とをあわせて、変調部２０と呼ぶことができる。以下、光学系１０の各要素について説明する。【００５９】
光学系１０は、光源１２を含む。光源１２は、光を発生し、出射する装置である。本実施の形態では、光源１２として、所与の波長（波数）帯域成分を含む光を出射する装置を利用してもよい。例えば、光源１２として、ハロゲンランプなどの白色光源を使用してもよい。光源１２は、あるいは、所与の波長（波数）の光を出射する光源であってもよい。このとき、光源１２は、単色光を出射する発光装置であるといえる。光源１２として、レーザーやＳＬＤなどを利用してもよい。なお、光源１２は、出射する光の波長（波数）を変更することが可能な構成をなしていてもよい。【００６０】
光学系１０は、リターダ２２を含む。リターダ２２は、透過する光の波長によってその複屈折位相差の大きさが異なる光学素子である。従って、リターダ２２を透過した光は、その波長によって偏光状態が変化することになる。なお、計測装置１では、リターダ２２（変調部２０）に入射する光を、分析対象光と称してもよい。試料１００とリターダ２２との間に光学素子を配置しない場合には、試料１００から出射した光を指して、分析対象光と称してもよい。また、本発明では、リターダ２２として、０次のリターダを利用する。【００６１】
光学系１０は、検光子２４を含む。検光子２４は、リターダ２２を透過した光（リターダ２２から出射した光）を直線偏光とする出射側の偏光子である。そして、光学系１０では、検光子２４を透過した光（検光子２４から出射された光）が、受光部１４に入射する。【００６２】
本発明では、リターダ２２と検光子２４とをあわせて、変調部２０と称する。そして、リターダ２２及び検光子２４は、主軸方位が変更可能に構成されてなる。リターダ２２及び検光子２４は、回転させることによって、主軸方位を変更することができるように構成されていてもよい。そして、計測装置１では、分析対象光を変調部２０で変調させることによって得られる光を、変調光と称する。【００６３】
光学系１０は、受光部１４を含む。受光部１４は、分析対象光を変調部２０で変調させることによって得られる光（変調光）を受光するように構成されていてもよい。受光部１４として、例えば、ＣＣＤを利用してもよい。【００６４】
分析対象光（試料１００によって変調された光）が所与の帯域成分を含む光である場合、受光部１４は、分光器と、複数の受光素子とを含んでいてもよい。分析対象光が所与の帯域成分を含む光である場合には、受光部１４に入射する変調光も帯域成分を含む光となる。このときに、分光器によって変調光を波長毎に分光し、それぞれの受光素子で各波長の光の強度を計測すれば、複数の波長帯における変調光の光強度を、同時に計測することができる。【００６５】
なお、分光器とは、所与の帯域成分を含む光（例えば白色光）を、波長毎に分光する光学装置（光学素子）である。分光器として、例えば、プリズムや回折格子を利用することができる。また、受光素子は、入射した光を例えば光電変換することによって、入射光の強度を測定する光学装置（光学素子）である。【００６６】
光学系１０は、また、光路Ｌ上に設けられた偏光子２８を含んでいてもよい（図２参照）。偏光子２８は、光路Ｌにおける、試料１００の上流側に配置される。すなわち、光学系１０によると、光源１２から出射された光を、偏光子２８を介して試料１００に入射させ、試料１００によって変調された光を、リターダ２２及び検光子２４（変調部２０）を介して受光部１４に入射させるように構成されてなる。すなわち、光源１２から出射された光を偏光子２８及び試料１００によって変調させた光が、計測装置１における分析対象光となる。【００６７】
なお、本実施の形態に係る計測装置１は、変調部２０（リターダ２２）に入射する光（分析対象光）の偏光状態を計測する装置である。そのため、光路Ｌにおける変調部２０よりも上流側の構成は、特に限定されるものではない。例えば、計測装置１では、偏光子２８を含まない光学系を利用してもよい（図１参照）。【００６８】
１−２：光強度情報取得部３０
光強度情報取得部３０は、変調光の光強度情報を取得する。すなわち、光強度情報取得部３０は、変調部２０に入射する光（分析対象光）を変調部２０で変調させることによって得られる光（変調光）の光強度情報を取得する。なお、光強度情報取得部３０で行われる、変調光の光強度情報を取得する処理を、光強度情報取得処理と称してもよい。光強度情報取得部３０は、受光部１４に入射する光の光強度情報を取得するように構成されていてもよい。また、受光部１４（分光器及び受光素子）は、光強度情報取得部３０の一部を構成していてもよい。【００６９】
計測装置１では、光強度情報取得部３０は、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、リターダ２２及び検光子２４の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された変調部２０で分析対象光を変調させることによって得られる、第１〜第Ｎの変調光（複数の変調光）の光強度情報を取得する。【００７０】
すなわち、光強度情報取得部３０では、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光強度情報、すなわち、Ｎ個の光強度情報を取得する。ここで、第１〜第Ｎの光強度情報は、それぞれ、第１〜第Ｎの主軸方位条件に設定された変調部２０によって変調された変調光の光強度である。そして、第１〜第Ｎの主軸方位条件とは、相互に、光学素子（リターダ２２及び検光子２４）の少なくとも１つの主軸方位設定が異なっている。また、第１〜第Ｎの主軸方位条件では、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とは、所定の関係を満たしている。【００７１】
なお、リターダ２２の主軸方位をθ１と、検光子２４との主軸方位をθ２とそれぞれおくと、第Ｋの主軸方位条件は、（θ１、θ２）Ｋ＝（１８０×Ｌ×Ｋ／Ｎ、１８０×Ｍ×Ｋ／Ｎ）であってもよい。ただし、Ｌ，Ｍは１以上の整数であり、Ｌ≠Ｍを満たす。なお、Ｌ，Ｍは、偶数であってもよい。また、ＭはＬの奇数倍（ＬはＭの奇数倍）であってもよい。例えば、Ｌ＝２、Ｍ＝６、Ｎ＝３０としてもよい。θ１及びθ２をそれぞれ等間隔に設定し、リターダ２２及び検光子２４をそれぞれ１８０度以上（３６０度以上）の帯域で変化させることによって、データの解析処理（フーリエ解析処理）による解析精度を高めることができる。【００７２】
ただし、本発明では、変調部２０は、必ずしも上述の主軸方位条件を満たしている必要はない。すなわち、本発明では、既に公知となっているいずれかの解析手法を適用することができるため、選択した解析手法に適したデータを取得することが可能な、いずれかの主軸方位条件で光強度情報を取得してもよい。あるいは、上述の主軸方位条件に初期位相を考慮して、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とを決定してもよい。【００７３】
そして、光強度情報取得部３０で取得された複数の光強度情報は、記憶装置４０に格納されてもよい。記憶装置４０は、変調部２０（リターダ２２及び検光子２４）の主軸方位情報（第１〜第Ｎの主軸方位条件）と、第１〜第Ｎの光強度情報とを対応付けて格納してもよい。そして、記憶装置４０に格納された光強度情報に基づいて、演算処理部５０が、分析対象光の偏光状態を計測する処理を行う。【００７４】
なお、計測装置１では、光強度情報取得部３０で、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが所与の関係を満たし、かつ、リターダ２２及び検光子２４の少なくとも一方の主軸方位が異なる変調部２０で分析対象光を変調させることによって得られる複数の変調光の光強度情報を取得すると言ってもよい。【００７５】
すなわち、光強度情報取得部３０では、複数の変調光の光強度情報を取得する。そして、当該複数の変調光とは、それぞれ、分析対象光を、光学素子（リターダ２２及び検光子２４）の少なくとも一方の主軸方位の設定が異なる変調部２０で変調させることによって得られる光である。また、複数の変調光とは、それぞれ、分析対象光を、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが所与の関係を満たす変調部２０で変調させることによって得られる光であるといえる。【００７６】
１−３：演算処理部５０
演算処理部５０は、分析対象光の偏光状態を計測する演算処理を行う。演算処理部５０は、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とに基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する処理（偏光特性要素算出処理）を行い、分析対象光の偏光状態を計測する。後で詳述するが、変調光の光強度の理論式は、分析対象光の偏光状態を示すパラメータを含んでいる。そのため、変調光の光強度の理論式と、変調光の光強度情報とを利用すれば、分析対象光の偏光状態を示すパラメータ（偏光特性要素）を算出することが可能になる。そして、分析対象光の偏光特性要素を算出すれば、分析対象光の偏光状態を計測することができる。【００７７】
１−４：駆動・検出部
計測装置１は、第１及び第２の駆動・検出部６２，６４をさらに含んでいてもよい。駆動・検出部のうち、駆動部は、光学系を構成する光学素子の主軸方位を可変設定するアクチュエータである。また、検出部は、光学素子の主軸方位を検出するセンサである。計測装置１では、第１の駆動・検出部６２は、リターダ２２を回転駆動させ、リターダ２２の主軸方位を検出する。また、第２の駆動・検出部６４は、検光子２４を回転駆動し、検光子２４の主軸方位を検出する。【００７８】
そして、計測装置１は、第１及び第２の駆動・検出部６２，６４の動作を制御する制御信号生成部６５をさらに含んでいてもよい。例えば、制御信号生成部６５は、第１及び第２の駆動・検出部６２，６４からの検出信号に基づいて制御信号を生成し、第１及び第２の駆動・検出部６２，６４の動作を制御するように構成されていてもよい。【００７９】
１−５：制御装置７０
計測装置１は、制御装置７０を含んでいてもよい。制御装置７０は、計測装置１の動作を統括制御する機能を有していてもよい。すなわち、制御装置７０は、第１及び第２の駆動・検出部６２，６４を制御して光学素子の主軸方位を設定し、光源１２の発光動作を制御し、そして、光強度情報取得部３０及び演算処理部５０の動作を制御してもよい。【００８０】
制御装置７０は、記憶装置４０及び演算処理部５０を含んでいてもよい。なお、記憶装置４０は、種々のデータを一時記憶する機能を有する。記憶装置４０は、例えば、変調光の光強度情報を、リターダ２２及び検光子２４の主軸方位情報と対応付けて記憶してもよい。そして、演算処理部５０は、記憶装置４０に格納された光強度情報に基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。制御装置７０は、また、制御信号生成部６５を含んでいてもよい。【００８１】
なお、計測装置１は、特に制御装置７０（演算処理部５０）において、コンピュータを利用した処理が可能である。ここで、コンピュータとは、プロセッサ（処理部：ＣＰＵ等）、メモリ（記憶部）、入力装置、及び、出力装置を基本的な構成要素とする物理的装置（システム）を言う。【００８２】
図３には、制御装置７０を構成する、演算処理システムの機能ブロックの一例を示す。【００８３】
処理部１１０は、情報記憶媒体１３０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体１３０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。【００８４】
処理部１１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。【００８５】
記憶部１２０は、処理部などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。【００８６】
情報記憶媒体１３０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。計測装置１では、情報記憶媒体１３０に格納されたプログラムに基づいて、変調部２０（リターダ２２及び検光子２４）の主軸方位が設定され、光源１２の発光動作が制御されてもよい。【００８７】
（２）偏光特性計測原理
次に、本実施の形態に係る計測装置が採用する、偏光状態を計測する原理（偏光特性要素を算出する原理）を説明する。【００８８】
２−１：変調光の光強度の理論式
リターダ２２のミュラー行列Ｒと、検光子２４のミュラー行列Ａとは、
【数１】
0004677570.tif 000002
と表すことができる。【００８９】
なお、δ（λ），θ１，θ２は、リターダ２２の持つ複屈折位相差、リターダ２２の回転角（主軸方位）、検光子２４の回転角（主軸方位）である。なお、リターダ２２の複屈折位相差は波長依存性を有するため、波長λの関数となる。すなわち、式（１）は、リターダ２２に波長λ光が入射した場合の、リターダ２２の複屈折位相差である。【００９０】
試料１００を出射後の光（分析対象光）の偏光状態Ｓｉｎ（ストークスパラメータ）を、
【数２】
0004677570.tif 000003
と表すと、分析対象光を変調部２０で変調させることによって得られる変調光の偏光状態であるＳｏｕｔは、
【数３】
0004677570.tif 000004
と表すことができる。【００９１】
なお、Ｓｉｎにおけるｓ0（λ）は光強度、ｓ１（λ）は直線偏光成分、ｓ２（λ）は
４５度偏光成分、ｓ３（λ）は円偏光成分のベクトル量を表す。そして、Ｓｏｕｔにおけるｓ0，（λ）は、受光部１４に入射する光（変調光）の光強度成分である。変調光の光
強度Ｉ（λ，θ１，θ２）は、式（４）から、
【数４】
0004677570.tif 000005
と表すことができる。なお、式（５）に表れるＩ0（λ）は、光強度の比例定数である。【００９２】
ところで、光強度Ｉ（λ，θ１，θ２）のバイアス成分及び、cos2θ2，sin2θ2，sin
（2θ1-2θ2），cos（4θ1-2θ2），sin（4θ1-2θ2）における振幅成分は、式（５）よ
り、
【数５】
0004677570.tif 000006
と表すことができる。【００９３】
そして、式（６ａ）〜式（６ｆ）を利用すると、リターダ２２の複屈折位相差δ（λ）は、
【数６】
0004677570.tif 000007
と表すことができる。【００９４】
なお、後述するとおり、式（６ａ）〜式（６ｆ）の各左辺は、光強度情報から算出可能であることから、これらの値を式（７）に代入することで、複屈折位相差δ（λ）を算出することができる。【００９５】
さらに、式（６ａ）〜式（６ｆ）を利用すると、分析対象光のストークスパラメータであるｓ0（λ），ｓ１（λ），ｓ２（λ），ｓ３（λ）は、それぞれ、
【数７】
0004677570.tif 000008
と表すことができる。【００９６】
式（６ａ）〜式（６ｆ）の各左辺、及び、リターダ２２の複屈折位相差δ（λ）が算出可能であることから、これらの値を式（８ａ）〜式（８ｄ）に代入することで、分析対象光のストークスパラメータの各値も算出可能である。【００９７】
そして、分析対象光の楕円率ε（λ）と主軸方位φ（λ）は、ストークスパラメータを用いて、
【数８】
0004677570.tif 000009
と表すことができる。【００９８】
以上のことから、本発明が採用する原理によると、波長λの分析対象光の偏光特性要素を算出することができ、波長λの分析対象光の偏光特性（偏光状態）を計測することができることがわかる。すなわち、複屈折位相差に波長依存性が表れるリターダを利用した場合でも、分析対象光の全波長における偏光特性計測を行うことが可能であることがわかる。【００９９】
２−２：実測値の利用
式（６ａ）〜式（６ｆ）の左辺が示す、ａ0（λ）、ａ2θ2（λ），ａ4θ１−2θ2（λ）、及び、ｂ2θ2（λ），ｂ2θ１−2θ2（λ），ｂ4θ１−2θ2（λ）は、光強度のバイアス成分、cos成分、及び、sin成分を示している。つまり、フーリエ係数である。そのため、これらの係数は、
【数９】
0004677570.tif 000010
から算出することができる。すなわち、式（６ａ）〜式（６ｆ）の左辺に現れる、ａ0（
λ）、ａ2θ2（λ），ａ4θ１−2θ2（λ）、及び、ｂ2θ2（λ），ｂ2θ１−2θ2（λ），ｂ4θ１−2θ2（λ）は、光強度情報（光強度の実測値）を利用して、数値としてその値を算出することができる。【０１００】
そして、これらの値を利用すると、式（７）、及び、式（８ａ）〜式（８ｄ）から、ストークスパラメータの各値を算出することができる。【０１０１】
そして、ストークスパラメータの各値を利用すると、式（９ａ）及び式（９ｂ）から、楕円率及び主軸方位を数値として算出することができる。【０１０２】
２−３：リターダ２２及び検光子２４が満たすべき主軸方位条件
先に説明したように、変調光の光強度の理論式は式（５）で表すことができるが、リターダ２２の主軸方位θ１と、検光子２４の主軸方位θ２の設定いかんによっては、すべてのストークスパラメータｓ0（λ），ｓ１（λ），ｓ２（λ），ｓ３（λ）を算出できない事態が発生しうる。【０１０３】
例えば、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが２θ１−２θ２＝０の関係を満たす変調部によって変調された光の光強度の理論式では、式（５）の第４項は０になり、得られた光強度を解析処理してもｓ３（λ）を測定することができなくなる。すなわち、ｓ３（λ）を測定するためには、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とは、２θ１−２θ２≠０という条件を満たしている必要がある。【０１０４】
同様に考えると、すべてのストークスパラメータを算出するためには、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが、２θ１−２θ２≠０、かつ、４θ１−２θ２≠０、かつ、２θ１−２θ２≠４θ１−２θ２≠２θ２を満たしている必要がある。【０１０５】
すなわち、リターダ２２の主軸方位と検光子２４の主軸方位とが上記の関係を満たしている場合には、すべてのストークスパラメータを算出することができる。そのため、効率のよい計測が可能になる。【０１０６】
具体的には、光強度情報取得部３０では、リターダ２２の主軸方位θ１と検光子２４の主軸方位θ２とが、３θ１＝θ２の関係を満たす変調部２０によって分析対象光を変調させ、それによって得られる変調光の光強度情報を取得してもよい。これによると、リターダ２２と検光子２４とが上記の条件を満たすことができるため、すべてのストークスパラメータを算出することが可能になる。【０１０７】
例えば、リターダ２２と検光子２４とを、回転比が１：３になるように回転させて、一定の期間毎に光強度情報を取得してもよい。これにより、すべてのストークスパラメータを算出可能な光強度情報を、効率よく取得することができる。【０１０８】
（３）計測手順
次に、本実施の形態に係る計測装置による偏光状態の計測手順について説明する。【０１０９】
図４及び図５は、本実施の形態に係る計測装置の動作フローチャートを示す。【０１１０】
３−１：光強度情報取得手順
図４は、光強度情報取得手順のフローチャートである。【０１１１】
光強度情報取得手順では、まず、リターダ２２及び検光子２４（変調部２０）の主軸方位を設定する（ステップＳ１０）。【０１１２】
この状態で、光源１２から光を出射し、光学素子及び試料１００によって変調された光（変調光）を、受光部１４で受光する。そして、光強度情報取得部３０で、受光部１４が受光した光（変調光）の光強度情報を取得する（ステップＳ１２）。【０１１３】
なお、光強度情報取得手順では、複数の変調光の光強度情報（第１〜第Ｎの変調光の光強度情報）を取得する。ここで、第１〜第Ｎの変調光は、第１〜第Ｎの主軸方位条件に設定された変調部２０で分析対象光を変調させることによって得られる測定光である。すなわち、光強度情報取得手順では、上記のステップＳ１０及びステップＳ１２を、光学素子の主軸方位設定を変更して複数回行う。【０１１４】
詳しくは、計測装置１では、はじめに、光学素子の主軸方位を第１の条件に設定して、第１の光強度情報を取得する。そして、上述の記憶装置４０に、第１の条件（主軸方位情報）と第１の光強度情報とを対応付けして格納する。続いて、光学素子の主軸方位を第２の条件に設定（変更）して、第２の光強度情報を取得し、記憶装置４０で、第２の条件と第２の光強度情報とを対応付けして格納する。以下、この動作を繰り返し、Ｎ個の主軸方位情報と、Ｎ個の光強度情報を取得し、それぞれを対応させて、記憶装置４０に格納してもよい。【０１１５】
なお、光学系の光学素子の主軸方位は、制御信号生成部６５により、駆動・検出部６２，６４のアクチュエータを動作させて設定（変更）してもよい。また、光学系の光学素子の主軸方位情報は、検出部で検出してもよく、予めプログラムされた情報に従ってもよい。【０１１６】
３−２：演算処理手順
図５は、演算処理手順のフローチャートである。演算処理手順では、光強度情報取得手順で取得された変調光の光強度情報と、変調光の理論式とに基づいて、分析対象光の偏光特性要素を算出する。【０１１７】
演算処理手順では、まず、式（１０）〜式（１２）に基づいて、ａ0（λ）、ａ2θ2（λ），ａ4θ1−2θ2（λ）、及び、ｂ2θ2（λ），ｂ2θ1−2θ2（λ），ｂ4θ1−2θ2（λ）の各値を算出する（ステップＳ２０）。【０１１８】
次に、式（７）及び式（８ａ）〜式（８ｄ）に基づいて、リターダ２２の複屈折位相差δ（λ）と、分析対象光のストークスパラメータｓ0（λ），ｓ１（λ），ｓ２（λ），ｓ３（λ）を算出する（ステップＳ２２）。【０１１９】
そして、分析対象光のストークスパラメータの各値を利用して、式（９ａ）及び式（９ｂ）に基づいて、分析対象光の楕円率ε（λ）及び主軸方位φ（λ）を算出する（ステップＳ２４）。【０１２０】
以上の手順によって、分析対象光の偏光特性要素である楕円率と主軸方位を算出することができ、分析対象光の偏光状態を計測することができる。【０１２１】
（４）リターダ２２の複屈折位相差δ（λ）について
上述したように、計測装置１によると、複屈折位相差が未知のリターダを利用した場合であっても、式（７）からリターダ２２の複屈折位相差δ（λ）を算出することができるため、これを用いて分析対象光のストークスパラメータを算出することができる。【０１２２】
ところが、分析対象光のストークスパラメータが、Ｓｉｎ＝｛ｓ0（λ），ｓ１（λ），ｓ２（λ），ｓ３（λ）｝＝｛１，０，０，１｝になる場合には、式（７）を用いて複屈折位相差δ（λ）を算出することができなくなる。この事態を避けるため、リターダ２２の複屈折位相差δ（λ）を予め算出し、キャリブレーションデータを取得し、この値を利用して計測を行ってもよい。【０１２３】
具体的には、分析対象光に変えて、ストークスパラメータが｛１，０，０，１｝ではないサンプル光を変調部２０に入射させて光強度情報取得処理を行い、取得された光強度情報と、光強度の理論式（式（７）参照）とに基づいて、複屈折位相差δ（λ）を、キャリブレーションデータとして算出する処理を行ってもよい。そして、本手順によって算出された複屈折位相差δ（λ）を記憶装置４０に格納し、記憶装置４０に格納された複屈折位相差δ（λ）を利用して、上述した偏光特性要素を算出する処理を行ってもよい。【０１２４】
なお、複屈折位相差δ（λ）は、リターダ２２に固有の値となるため、これは一度算出し、記憶装置４０に格納することで、以降、複屈折位相差δ（λ）を算出する作業を行う必要がなくなり、演算効率を高めることができる。【０１２５】
（５）変形例
以下、本発明を適用した実施の形態の変形例に係る計測装置について説明する。なお、本実施の形態でも、既に説明した内容を可能な限り適用するものとする。【０１２６】
本実施の形態に係る計測装置では、光強度情報取得部３０は、リターダ２２及び検光子２４が所与の回転比で回転する変調部２０で分析対象光を変調させることによって得られる変調光の光強度情報を取得する。これによると、光強度情報取得部３０は、図６に示すように、連続的に強度が変化する変調光の光強度情報をアナログ情報として取得することができる。【０１２７】
図６に示すように、光強度は周期を持つ関数ととらえることができる。そのため、これを解析処理（例えばフーリエ解析処理）すると、図７に示すように、ピークスペクトルを抽出することができる。これらのピークスペクトルを、光強度の理論式（上述した式（６ａ）〜式（６ｆ）の左辺）に対応させれば、式（８ａ）〜式（８ｄ）に基づいて、分析対象光のストークスパラメータを算出することができる。【０１２８】
（６）検証結果
本発明の計測原理及びその精度を確認するために検証実験を行った。以下、その結果を示す。【０１２９】
はじめに、６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザを用いた単波長計測を行った。本実験では、図８に示すように、ヘリウムネオンレーザの光源８２とパワーメータ８４（受光部１４及び光強度情報取得部３０）との間に、偏光子８６と、リターダ２２及び検光子２４を配置した。なお、偏光子８６の主軸方位は０度に設定した。また、リターダ２２は、１２度おきに回転させ、リターダ２２と検光子２４とを１対３の回転比で回転させた。なお、リターダ２２として、６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザの１／４波長板を利用した。【０１３０】
本実験によると、リターダ２２の複屈折量は９０度、主軸方位は−０．１５度、楕円率は０．１％であった。【０１３１】
次に、図９に示すように、実際に試料を入れて楕円率の計測を行った。なお、本実験では、試料として、バビネソレイユ補償器８８を利用した。なお、ハビネソレイユ補償器８８とは、任意に複屈折位相差量を調整することができる光学素子（装置）である。図１０Ａ〜図１０Ｃは、本実験で計測されたストークスパラメータ、楕円率、及び、主軸方位の結果を示す。なお、本実験は、バビネソレイユ補償器８８の主軸方位を、０度から９０度まで、５度おきに変えて行った。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃの実線及び破線は理論値であり、プロット点が計測結果である。【０１３２】
図１０Ａ〜図１０Ｃを見ると、ストークスパラメータと楕円率の結果ともに、理論値と同等の結果が得られ、試料の複屈折量が９０度付近での計測精度であっても、０．３％で得られることがわかった。なお、主軸方位の計測結果では、バビネソレイユ補償器８８の回転角４５度付近で、理論値とずれている。このずれは、９９．７％の円偏光となっているために起こっているものと思われる。【０１３３】
次に、位相子の取替えの必要性について検証するために、リターダを変えて同じ実験を行った。本実験では、リターダ２２として、波長４５７ｎｍの１／４波長板を利用した。なお、波長４５７ｎｍの１／４波長板は、６３３ｎｍの光に対しては、複屈折量が約６５度である。そのため、リターダの変調量が９０度以外の場合にも計測することが可能かどうかについて判断することができる。この実験結果を、図１１Ａ〜図１１Ｃに示す。【０１３４】
図１１Ａ〜図１１Ｃを見ると、ストークスパラメータ、楕円率、及び、主軸方位ともに理論値と同様の結果が得られた。このことから、本発明によると、リターダ２２の位相変調量に依存することなく偏光特性を計測することが可能であることを確認することができる。なお、本実験結果から、波長４５７ｎｍの光源を用い、６３３ｎｍの１／４波長板を利用した場合でも、偏光特性を計測することが可能であるとの予測が立てられる。【０１３５】
次に、多波長帯域の光を利用した実験を行った。図１２には、本実験に使用した実験装置を示す。【０１３６】
図１２に示すように、光源９２としてハロゲンランプを利用し、光源９２からの光を光ファイバー９４に導出させ、コリメートレンズによって平行光を作る。計測試料には、単波長実験と同様に、バビネソレイユ補償器８８を利用し、リターダ２２として雲母板を利用した。なお、ハロゲンランプは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域まで広がる白色光源である。ハロゲンランプは、一般的に、４００ｎｍ〜４４０ｎｍと７００ｎｍ〜８００ｎｍの端波長域で光強度が弱い。このため、測定波長域は、４５０ｎｍ〜６６０ｎｍとした。【０１３７】
計測にあたっては、まず、リターダ２２の複屈折位相差を求め、キャリブレーションデータを取得する。キャリブレーションデータは、ヘリウムネオンレーザでの計測と同様に、バビネソレイユ補償器８８を取り除いた実験装置によって、偏光子８６を透過してきた光をリターダ２２（雲母板）により位相変調させた光強度の波形を解析する。キャリブレーションから得られた雲母板の複屈折分散を図１３に示す。【０１３８】
次に、実際に測定試料（バビネソレイユ補償器８８）を入れて、多波長域での楕円率の計測を行った。本実験では、バビネソレイユ補償器８８を主軸方位４５度に設置し、任意の波長で円偏光状態を作る。バビネソレイユ補償器８８の複屈折位相差はマイクロメータを送ることによって変化させることにより、円偏光状態の波長をシフトさせた。図１４に、マイクロメータを変化させ、バビネソレイユ補償器の複屈折位相差を変化させた結果を示す。リターダ２２は、１２度毎に回転させた。図中のプロット点は、波長５ｎｍおきにとっている。【０１３９】
いずれの結果においても、楕円率は９９％以上の値が得られた。楕円率１００％の結果を得るためには、バビネソレイユ補償器の設置や検出系の回転をさらに高精度に行うことで改善されると考察する。【０１４０】
本実験結果から、本計測装置によると、多波長域の光を利用した場合でも、リターダ２２の取替えの必要がなく、高精度な楕円率計測が可能であることがわかる。【０１４１】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。【０１４２】
例えば、変調部２０（リターダ２２及び検光子２４）は、手動で、その主軸方位を変更可能に構成されていてもよい。この場合には、検出部によってその主軸方位情報を取得し、各種演算処理を行ってもよい。【０１４３】
また、上記の実施の形態では、ミュラー行列を利用した演算処理について説明した。ただし、本発明は、ジョーンズ行列を利用した演算処理を行ってもよい。【０１４４】
また、本発明によると、分析対象光の偏光状態を計測し、明らかにすることができる。そのため、偏光状態が未知の光に適用し、その偏光状態を計測することができる。すなわち、測定試料の性質にとらわれることなく、偏光状態の計測が可能である。すなわち、光学系１０（光路Ｌ）におけるリターダ２２よりも上流側の構成にとらわれることなく、偏光状態を計測することができる。【０１４５】
なお、本発明に係る計測装置（計測方法）は、試料１００の光学特性要素（複屈折位相差、主軸方位、旋光性、あるいは、ストークスパラメータ、ミュラー行列要素、ジョーンズ行列要素など）を計測する計測装置（計測方法）として構成されていてもよい。光源の性質や、光源と試料１００との間に配置する光学素子を選択することによって、試料１００の光学特性要素を算出することが可能になる。【０１４６】
本発明は、液晶をはじめとする有機高分子材料の評価や新材料の研究開発に利用することができる。さらに、高分子の配向状態を品質管理などにも応用が可能である。これらより得られる知見は新しい材料に非常に有効なものとなる。【０１４７】
なお、図１５Ａ〜図１５Ｄに、本発明を用いて円偏光フィルムの視野角特性を評価した結果を示す。ここで、図１５Ａは、視野角分布の表示モデルを表している。そして、図１５Ｂ〜図１５Ｄは、それぞれ、測定対象（試料１００）を出射した波長４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍの光（分析対象光）の楕円率の計測結果を示す図である。なお、各図におけるグレーレベルは、楕円率の大きさを表している。【０１４８】
本発明によると、測定対象を出射した光（分析対象光）の楕円率の視野角分布を、図１５Ｂ〜図１５Ｄに示すように検出することができる。【０１４９】
なお、図１５Ｂ〜図１５Ｄに示す結果から、本実験に利用した測定対象は、波長によって楕円率視野角分布が異なっていることがわかる。例えば、図１５Ｂを見ると、波長４５０ｎｍの上下左右の楕円率はほぼ均一であることがわかる。これに対し、図１５Ｄを見ると、波長６５０ｎｍでは上下方向の楕円率が高く、左右方向の楕円率が低くなっていることがわかる。【０１５０】
すなわち、本発明によると、図１５Ｂ〜図１５Ｄに示すように、波長帯毎の、測定対象の楕円率分布（分析対象光の偏光状態）を、効率よく正確に計測することができる。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｃ】
0004677570.tif 000022
【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図８】
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【図９】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
0004677570.tif 000029
【図１５Ａ】
0004677570.tif 000030
【図１５Ｂ】
0004677570.tif 000031
【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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