(57)【要約】【課題】  複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を、短時間で特定すること。【解決手段】  位相シフタ４が、２つの１／４波長板４ａ，４ｂと、１／４波長板４ａ，４ｂの間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板４ｃとを有し、測定対象１０１を通過した光の位相を変調し、検光子５が、１／２波長板４ｃの２倍の回転速度で同期して回転し、位相シフタ４を通過した光を直線偏光とする。そして、分光器６が、その直線偏光の光を波長に応じて分離し、光検出器７が、分光後の光を受光し波長ごとの電気信号に変換する。【選択図】  図１
2005241406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の複屈折分散を計測する複屈折分散計測装置において、
測定対象へ円偏光を入射させる入射手段と、
２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板とを有し、測定対象を通過した光の位相を変調する位相シフタと、
上記位相シフタを通過した光が入射し、上記１／２波長板の２倍以上の所定の整数倍の回転速度で同期して回転する偏光子と、
上記偏光子を通過した光を受光する受光手段と、
を備えることを特徴とする複屈折分散計測装置。
【請求項２】
測定対象の複屈折分散を計測する複屈折分散計測装置において、
少なくとも所定の波長帯域の成分を有する円偏光を測定対象へ入射させる入射手段と、
２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板とを有し、測定対象を通過した光の位相を変調する位相シフタと、
上記位相シフタを通過した光が入射し、上記１／２波長板の２倍以上の所定の整数倍の回転速度で同期して回転する偏光子と、
上記偏光子を通過した光を波長に応じて分離する分光手段と、
上記分光手段により分光された光を受光し波長ごとの電気信号に変換する受光手段と、
を備えることを特徴とする複屈折分散計測装置。
【請求項３】
前記入射手段は、
白色光を生成する白色光源と、
上記白色光源からの白色光を直線偏光とする入射側偏光子と、
２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置された１／２波長板とを有し、上記入射側偏光子を通過した各波長の光を円偏光とするアクロマティック１／４波長板と、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の複屈折分散計測装置。
【請求項４】
前記受光手段により得られた各波長の電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、
上記フーリエ変換処理手段によるフーリエ変換後のスペクトルに基づいて、複屈折位相差の波長依存特性および／または主軸方位を計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の複屈折分散計測装置。
【請求項５】
前記受光手段により得られた各波長の電気信号における、前記偏光子の回転角度の２倍と４倍の回転角度成分のみの光強度に基づいて、複屈折位相差の波長依存特性および／または測定対象の主軸方位を計算する計算手段を備え、
前記偏光子は、前記１／２波長板の２倍の回転速度で回転すること、
を特徴とする請求項１または請求項２記載の複屈折分散計測装置。
【請求項６】
測定対象の複屈折分散を計測する複屈折分散計測方法において、
少なくとも所定の波長帯域の成分を有する円偏光を測定対象へ入射させ、
２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され回転する１／２波長板とを有する位相シフタにより、測定対象を通過した光の位相を変調し、
上記位相シフタを通過した光を、上記１／２波長板の２倍以上の所定の整数倍の回転速度で同期して回転する偏光子へ入射させ、
上記偏光子を通過した光を波長に応じて分光し、
分光後の光を受光し波長ごとの電気信号に変換し、
各波長についての複屈折位相差および／または主軸方位を計算すること、
を特徴とする複屈折分散計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の複屈折分散を定量的に計測する複屈折分散計測装置および複屈折分散計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶を代表とする高分子材料の研究開発の分野で、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性および複屈折分散下での主軸方位の特定について、定量的な測定が望まれている。
【０００３】
従来、高分子材料などの複屈折位相差の計測方法が、各種提案されている（例えば特許文献１参照）。従来の複屈折位相差の計測方法では、一定の条件下で材料に所定の偏光状態の光を通過させ、通過後の光を電気信号に変換し、その電気信号をデジタルデータに変換し、そのデジタルデータに対してフーリエ変換などのデータ処理を施して複屈折位相差を計算している。
【０００４】
また、複屈折位相差の波長依存性の計測方法が、例えば特許文献２で提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０３４３号公報（明細書）
【特許文献２】特開２００３−１７２６９１号公報（明細書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般的に、従来の複屈折位相差の計測方法を複屈折位相差の波長依存性の計測に適用する場合、波長ごとに測定系の光学素子や位相シフト量を設定する必要があり、一回の計測で、かつ短時間で計測を行うことは困難である。
【０００７】
また、従来の複屈折位相差の計測方法では、測定対象の複屈折位相差と主軸方位とをそれぞれ別々の手法で計算する必要があり、測定対象の複屈折位相差と主軸方位とをまとめて計算することが困難である。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定可能な複屈折分散計測装置および複屈折分散計測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る複屈折分散計測装置の１つは、測定対象へ円偏光を入射させる入射手段と、２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板とを有し、測定対象を通過した光の位相を変調する位相シフタと、位相シフタを通過した光が入射し１／２波長板の２倍以上の所定の整数倍の回転速度で同期して回転する偏光子と、偏光子を通過した光を受光する受光手段とを備える。
【００１０】
これにより、位相シフタの位相変調特性が通過光の波長に依存しないため、複数の波長について位相シフタの設定を変えることなく、各波長での複屈折位相差および／または主軸方位を計算することができる。したがって、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定することができる。
【００１１】
本発明に係る複屈折分散計測装置の１つは、少なくとも所定の波長帯域の成分を有する円偏光を測定対象へ入射させる入射手段と、２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板とを有し、測定対象を通過した光の位相を変調する位相シフタと、位相シフタを通過した光が入射し、１／２波長板の２倍以上の所定の整数倍の回転速度で同期して回転する偏光子と、偏光子を通過した光を波長に応じて分離する分光手段と、分光手段により分光された光を受光し波長ごとの電気信号に変換する受光手段とを備える。
【００１２】
これにより、位相シフタの位相変調特性が通過光の波長に依存しないため、複数の波長について位相シフタの設定を変えることなく、各波長での複屈折位相差および／または主軸方位を計算することができる。さらに、波長ごとに電気信号が得られるため、波長ごとのデータ処理がし易くなる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る複屈折分散計測装置の１つは、上記発明に係る複屈折分散計測装置のいずれかに加え、入射手段に、白色光を生成する白色光源と、白色光源からの白色光を直線偏光とする入射側偏光子と、２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置された１／２波長板とを有し入射側偏光子を通過した各波長の光を円偏光とする１／４波長板とを有する。
【００１４】
これにより、複数の波長の光を計測光として使用することができ、複数の波長での複屈折位相差および／または主軸方位を一括して計算することができる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る複屈折分散計測装置の１つは、上記発明に係る複屈折分散計測装置のいずれかに加え、受光手段により得られた各波長の電気信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、フーリエ変換処理手段によるフーリエ変換後のスペクトルに基づいて、複屈折位相差の波長依存特性および／または主軸方位を計算する計算手段とを備える。
【００１６】
さらに、本発明に係る複屈折分散計測装置の１つは、上記発明に係る複屈折分散計測装置のいずれかに加え、受光手段により得られた各波長の電気信号における、偏光子の回転角度の２倍と４倍の回転角度成分のみの光強度に基づいて、複屈折位相差の波長依存特性および／または測定対象の主軸方位を計算する計算手段を備える。そして、偏光子は、１／２波長板の２倍の回転速度で回転する。
【００１７】
これにより、少ない計算量で、複屈折位相差の波長依存特性および／または主軸方位を導出することができる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定することができる。
【００１８】
本発明の複屈折分散計測方法は、少なくとも所定の波長帯域の成分を有する円偏光を測定対象へ入射させ、次に、２つの１／４波長板と、該２つの１／４波長板の間に配置され回転する１／２波長板とを有する位相シフタにより、測定対象を通過した光の位相を変調し、次に、位相シフタを通過した光を、１／２波長板の２倍の回転速度で回転する偏光子へ入射させ、次に、偏光子を通過した光を波長に応じて分光し、次に、分光後の光を受光し波長ごとの電気信号に変換し、次に、各波長についての複屈折位相差および／または主軸方位を計算する。
【００１９】
これにより、位相シフタの位相変調特性が通過光の波長に依存しないため、複数の波長について位相シフタの設定を変えることなく、各波長での複屈折位相差および／または主軸方位を計算することができる。したがって、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を短時間で特定可能な複屈折分散計測装置および複屈折分散計測方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置の構成を示す図である。図１において、白色光源１は、所定の複数の波長の光を含む白色光を生成する光源である。白色光源１には、例えばハロゲンランプが使用される。
【００２３】
また、偏光子２は、検光子５と対となり、白色光源１からの光を直線偏光とする入射側偏光子である。この偏光子２は、主軸方位が４５度となるように配置され直線偏光を出射する。
【００２４】
また、アクロマティック１／４波長板３は、白色光源１からの光のうち、測定条件としての波長範囲における各波長の光を円偏光とする１／４波長板である。アクロマティック１／４波長板３は、固定された２つの１／４波長板３ａ，３ｂと、１／４波長板３ａ，３ｂの間に配置された１／２波長板３ｃとを有する。１／４波長板３ａ，３ｂの主軸方位はいずれも４５度とされる。１／２波長板３ｃの主軸方位は、１１２．５度とされる。
【００２５】
また、アクロマティック１／４波長板３から出射した円偏光は、測定対象１０１に入射する。つまり、この白色光源１、偏光子２およびアクロマティック１／４波長板３は、少なくとも所定の波長帯域の成分を有する円偏光を測定対象へ入射させる入射手段として機能する。
【００２６】
また、位相シフタ４は、測定対象１０１を通過した光の位相を変調するアクロマティックな位相シフタである。位相シフタ４は、固定された２つの１／４波長板４ａ，４ｂと、１／４波長板４ａ，４ｂの間に配置され光軸を中心として回転可能な１／２波長板４ｃとを有する。１／４波長板４ａ，４ｂの主軸方位は、いずれも４５度とされる。そして、１／２波長板４ｃが回転するため、１／２波長板４ｃの主軸方位は、回転角θとされる。
【００２７】
また、検光子５は、偏光子２と対になる出射側の偏光子である。検光子５は、光軸を中心として回転可能に配置され、１／２波長板４ｃの回転角θの２倍の回転角度を保ちつつ回転する。
【００２８】
また、分光器６は、検光子５から出射した光を、波長に応じて分離する分光手段として機能する。分光器６としては、回折格子、グリズムなどが使用される。
【００２９】
また、光検出器７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）などの受光素子を有し、分光器６により分離された各波長の光を別々に検出し、各波長の光の光強度に応じた電気信号を出力する装置である。
【００３０】
そして、図１に示すように、上述した偏光子２、アクロマティック１／４波長板３、測定対象１０１、位相シフタ４、検光子５および分光器６が、白色光源１から光検出器７までの光路にそって配置される。
【００３１】
また、演算装置８は、光検出器７により検出された各波長の光強度に応じた電気信号から各波長についての複屈折位相差および／または主軸方位を計算する装置である。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置における演算装置の構成例を示すブロック図である。図２に示す演算装置８において、Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログの電気信号をデジタル信号に変換する回路である。また、インタフェース２２は、Ａ／Ｄ変換器２１からデジタル信号を取得し、デジタルデータとして記憶手段２３に記憶する。
【００３３】
また、記憶手段２３は、光検出器７からのデジタルデータ、計算途中のデータ、計算結果のデータなどを記憶する半導体メモリである。
【００３４】
また、フーリエ変換処理手段２４は、高速フーリエ変換などのフーリエ変換アルゴリズムに従って、光検出器７からのデジタルデータに対してフーリエ変換処理を行う。
【００３５】
また、計算手段２５は、フーリエ変換処理手段２４によるフーリエ変換処理後に得られるスペクトルに基づいて、各波長での複屈折位相差を計算する複屈折位相差計算手段２５ａと、フーリエ変換処理手段２４によるフーリエ変換処理後に得られるスペクトルに基づいて、各波長での主軸方位を計算する主軸方位計算手段２５ｂとを有する。つまり、計算手段２５は、波長ごとの同一のスペクトルデータから、複屈折位相差と主軸方位を計算する。
【００３６】
また、データ格納手段２６は、光検出器７からのデジタルデータ、計算結果である各波長での複屈折位相差のデータおよび／または各波長での主軸方位のデータを格納する。表示手段２７は、光検出器７からのデジタルデータ、計算結果である各波長での複屈折位相差のデータおよび／または各波長での主軸方位のデータに基づいて、光検出器７の出力波形、計算結果である各波長での複屈折位相差、各波長での主軸方位などを表示する。
【００３７】
なお、フーリエ変換処理手段２４および計算手段２５は、所定のプログラムとそのプログラムに従って動作するＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサを有するコンピュータにより実現可能である。また、そのように実現した場合には、インタフェース２２、データ格納手段２６および表示手段２７と記憶手段２３との間のデータの授受も、そのコンピュータによる制御に従って行われる。
【００３８】
図１に戻り、駆動機構９は、位相シフタ４の１／２波長板４ｃを所定の各速度で回転させる機構である。駆動機構９は、例えば、円盤形状の１／２波長板４ｃの外縁に設けられたギアと、そのギアに噛み合う歯車と、その歯車を回転させるモータとにより構成される。あるいは、円盤形状の１／２波長板４ｃをベルト駆動するモータとそのベルトにより構成されるようにしてもよいし、また、円盤形状の１／２波長板４ｃに接触する摩擦車とその摩擦車を駆動するモータとにより構成されるようにしてもよい。あるいは、１／２波長板４ｃをモータのロータやステータの一部として使用して直接駆動する機構としてもよい。
【００３９】
また、駆動機構１０は、検光子５を１／２波長板４ｃの２倍の回転速度で回転させる機構である。駆動機構１０は、例えば、円盤形状の検光子５の外縁に設けられたギアと、そのギアに噛み合う歯車と、その歯車を回転させるモータとにより構成される。あるいは、円盤形状の検光子５をベルト駆動するモータとそのベルトにより構成されるようにしてもよいし、また、円盤形状の検光子５に接触する摩擦車とその摩擦車を駆動するモータとにより構成されるようにしてもよい。あるいは、検光子５をモータのロータやステータの一部として使用して直接駆動する機構としてもよい。
【００４０】
また、制御装置１１は、駆動機構９および駆動機構１０を電気的に制御する装置である。なお、制御装置１１による駆動機構９および駆動機構１０の電気的な制御に基づいて検光子５の回転速度を１／２波長板４ｃの２倍の回転速度に維持するようにしてもよいし、駆動機構９と駆動機構１０とを速度比１：２の変速機などで接続し機械的に検光子５の回転速度を１／２波長板４ｃの２倍の回転速度に維持するようにしてもよい。
【００４１】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００４２】
白色光源１は、波長依存性を測定する波長帯域の成分を含む白色光を生成する。この白色光は、偏光子２に入射する。偏光子２は、各波長成分についての４５度の直線偏光を出射する。なお、偏光子２の偏光特性は、通過光の波長に依存しない。
【００４３】
偏光子２からの各波長の直線偏光は、アクロマティック１／４波長板３に入射する。このアクロマティック１／４波長板３は、１／４波長板３ａ，３ｂおよび１／２波長板３ｃで構成されるアクロマティックな１／４波長板となっており、各波長の光を円偏光とする。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置におけるアクロマティック１／４波長板３の複屈折分散特性の一例を示す図である。図３（Ａ）は、アクロマティック１／４波長板３の複屈折位相差の波長依存性を示し、図３（Ｂ）は、アクロマティック１／４波長板３の主軸方位を示している。
【００４５】
図３のアクロマティック１／４波長板３は、ポリエチレン（ポリマーの一種）の構成されたものであり、図中「ＱＨＱ型ポリマー」としているものである。図３（Ａ）に示すように、このアクロマティック１／４波長板３では、雲母単体からなる１／４波長板やポリエチレン単体からなるアクロマティック１／４波長板と比較して、波長に対して平坦な複屈折位相差が得られている。また、主軸方位についても、波長に対して４５度で平坦な主軸方位が得られている。
【００４６】
したがって、このアクロマティック１／４波長板３では、各波長の入射光が円偏光とされ出射される。
【００４７】
アクロマティック１／４波長板３からの光は、測定対象１０１を通過し、位相シフタ４に入射する。その際、通過する光は、測定対象１０１の各波長での複屈折特性および主軸方位によって影響を受ける。測定対象１０１の配向状態や応力状態に応じて、各波長での複屈折特性や主軸方位が変化するため、測定対象１０１から出射する光は、これらの情報を内包する。
【００４８】
可視光範囲内での波長変化に対する複屈折特性の変動量は微小であるため、そのまま測定対象１０１からの出射光を検出しても、各波長での複屈折特性の変動量を抽出することは難しい。そのため、位相シフタ４により通過光に位相変調が施される。
【００４９】
位相シフタ４の１／２波長板４ｃは、駆動機構９により駆動され所定の回転速度ωで回転している。これにより、位相シフタ４は、１／２波長板４ｃの回転角度θ（＝ω・ｔ）によって通過光の光強度を周期的に変動させる。また、この位相シフタ４により変調される位相量である幾何学的位相Ωは、回転角度をθとすると、Ω（θ）＝４θとされる。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置における位相シフタ４の特性の一例を示す図である。図４に示す特性は、位相シフタ４単体に対して書く波長の光を入射しそれに対応する出射光から得られたものである。図４（Ａ）は、１／２波長板４ｃの回転角度θに対する、位相シフタ４単体の通過光の光強度を示す（なお、入射光の光強度を１００とする）。図４（Ｂ）は、回転角度θに対する幾何学的位相Ωを示す。図４（Ｂ）に示すように、各波長について、回転角度θに対する幾何学的位相Ωの関係は、略同一となっている。
【００５１】
したがって、位相シフタ４により、各波長の光に対して同様の位相変調が行われる。位相シフタ４を通過した光は、検光子５に入射する。検光子５は、駆動機構１０により駆動され、１／２波長板４ｃの２倍の回転速度で同方向に回転している。つまり、検光子５の主軸方位もその速度で回転する。検光子５から出射した直線偏光は、分光器６に入射する。なお、検光子５の偏光特性は、通過光の波長に依存しない。
【００５２】
分光器６は、検光子５から入射した光を各波長成分に分離し各波長成分の光を別々の方向に出射する。分光器６により分離された各波長の光は、空間的に分離した状態で光検出器７に入射する。光検出器７は、波長ごとに光強度を電気信号に変換しそのアナログ信号を出力する。この光検出器７から出力された信号は、演算装置８に供給される。なお、光検出器７では、波長ごとに別々の受光素子を使用してもよいし、１つのＣＣＤなどの面受光素子を使用してもよい。１つのＣＣＤなどを使用する場合には、受光面の各受光領域から各波長成分の信号を得るようにすればよい。
【００５３】
演算装置８では、Ａ／Ｄ変換器２１が、その信号をデジタル信号に変換し、インタフェース２２が、そのデジタル信号をデジタルデータに変換する。そして、受光された光の光強度を示すデータが、波長ごとに時系列に沿って収集され、記憶手段２３に記憶される。
【００５４】
そして、このデータに基づいて、各波長についての、測定対象１０１の複屈折位相差および主軸方位がまとめて計算される。
【００５５】
ここで、各波長の光強度のデータから測定対象１０１の複屈折位相差および主軸方位が得られる原理について説明する。
【００５６】
まず、上記の光学系を介して光検出器７に入射する光強度Ｉは、位相シフタ４の回転角θに基づく位相変調を受けているため、式（１）に示すように回転角θと通過光の波長λの関数となる。
【００５７】
【数１】
2005241406.tif 000003
【００５８】
ここで、Δ（λ）は、波長λについての測定対象１０１の複屈折位相差を表し、φは、測定対象１０１の主軸方位を表し、Ω（θ）は、位相シフタ４による位相変動量である。
【００５９】
また、上述のように、この実施の形態では、Ω（θ）は４θであるので、式（１）は、式（２）で表される。
【００６０】
【数２】
2005241406.tif 000004
【００６１】
式（２）において時系列に沿って変動するのは回転角θのみであるため、時系列に沿って変動しない要素を、係数ａ０，ａ４，ａ８，ｂ８とおくと、式（２）は、式（３）および式（４ａ）〜（４ｃ）で表される。
【００６２】
【数３】
2005241406.tif 000005
【００６３】
【数４】
2005241406.tif 000006
【００６４】
そして、式（４ａ）〜（４ｃ）から、波長λについての測定対象１０１の複屈折位相差Δ（λ）を導出するための式（５）が得られる。
【００６５】
【数５】
2005241406.tif 000007
【００６６】
また、式（４ａ），（４ｃ）から、測定対象１０１の主軸方位φを導出するための式（６）が得られる。
【数６】
2005241406.tif 000008
【００６７】
以上の式（５），（６）を使用することで、光強度の測定値のうち、１／２波長板４ｃの回転速度ω（＝θ／ｔ）の４倍の周波数成分４ω（＝４θ／ｔ）と８倍の周波数成分８ω（＝８θ／ｔ）の光強度の値、つまり各波長についてのａ４，ａ８，ｂ８から、各波長λについての測定対象１０１の複屈折位相差Δ（λ）と主軸方位φを導出することができる。
【００６８】
このような原理に基づいて、演算装置８のフーリエ変換処理手段２４および計算手段２５により、各波長の受光強度の時系列データから、各波長λについての測定対象１０１の複屈折位相差Δ（λ）と主軸方位φが導出される。
【００６９】
まず、フーリエ変換処理手段２４は、所定のフーリエ変換アルゴリズムに従って、各波長の受光強度の時系列データから、所定の範囲（例えば０〜８θ）の周波数スペクトル（つまり、各周波数でのフーリエ係数の値）を計算し、各波長についての周波数スペクトルのデータを記憶手段２３に記憶する。なお、回転速度θは光の周波数に比べ十分低いため、問題なくフーリエ変換が行われる。
【００７０】
次に、計算手段２５の複屈折位相差計算手段２５ａは、記憶手段２３に記憶された各波長についての周波数スペクトルのデータから、回転速度の４倍の周波数成分ａ４および回転速度の８倍の周波数成分ａ８，ｂ８を取得し、式（５）に従って、各波長λについての複屈折位相差Δ（λ）を計算する。なお、回転速度の４倍の周波数成分ａ４および回転速度の８倍の周波数成分ａ８，ｂ８は、各周波数成分のフーリエ係数の絶対値と位相から計算される。
【００７１】
また、計算手段２５の主軸方位計算手段２５ｂは、記憶手段２３に記憶された各波長についての周波数スペクトルのデータ（つまり、複屈折位相差計算手段２５ａが使用するものと同一のデータ）から、回転速度の４倍の周波数成分ａ４および回転速度の８倍の周波数成分ｂ８を取得し、式（６）に従って、各波長λについての主軸方位φを計算する。なお、主軸方位φは波長λに依存しないため、代表する１つの波長について主軸方位φを計算するようにしてもよいし、複数の波長について主軸方位φを計算しそれらの平均値を主軸方位φとしてもよい。
【００７２】
計算手段２５により計算された各波長λについての複屈折位相差Δ（λ）および主軸方位φのデータは、記憶手段２３に記憶される。そして、必要に応じて、それらのデータは、データ格納手段２６に格納される。また、必要に応じて、それらのデータに基づき、各波長λについての複屈折位相差Δ（λ）および主軸方位φの情報が、表示手段２７により表示される。
【００７３】
次に、上記実施の形態に係る複屈折分散計測装置による測定例について説明する。
【００７４】
まず、バビネソレイユ補償器を測定対象１０１として使用した場合の本実施の形態に係る装置の検証について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置による、バビネソレイユ補償器の複屈折位相差と主軸方位の測定結果の一例を示す図である。
【００７５】
バビネソレイユ補償器は、任意の複屈折位相差と主軸方位を作りだせるものであり、マイクロメータの送り量に対して複屈折位相差が直線的に変化する光学素子である。バビネソレイユ補償器を測定対象１０１として使用し、マイクロメータの送り量を変化させて、３つの波長について本実施の形態に係る装置により複屈折位相差を測定した結果が図５である。図５に示すように、各波長について、マイクロメータの送り量に対してほぼ直線的な複屈折位相差が測定されており、複屈折位相差が正確に計測されている。また、主軸方位についても、送り量に対して２２．５度で一定しており、正確に計測されている。
【００７６】
次に、測定対象１０１として液晶デバイス用の位相差フィルムを使用した場合の本実施の形態に係る装置の測定結果について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置により得られた、測定対象１０１としての位相差フィルムの複屈折分散の測定結果を示す図である。この位相差フィルムは、ポリカーボネート製の高分子フィルムであって、波長５５０ｎｍでの複屈折位相差が９０度のものである。また、計測時には、この位相差フィルムは、主軸方位が９０度となるように配置されている。
【００７７】
図６に示すように、本実施の形態で測定された複屈折位相差は、従来の回転検光子法で光学系の設定を波長ごとに調整して得られた測定結果と同様の値となっている。したがって、本実施の形態によれば各波長での複屈折位相差が、まとめて正確に測定される。また、主軸方位についても、波長に対して均一なほぼ９０度の値が得られており、主軸方位が正確に測定されることがわかる。
【００７８】
以上のように、上記実施の形態によれば、位相シフタ４が、２つの１／４波長板４ａ，４ｂと、１／４波長板４ａ，４ｂの間に配置され所定の回転速度で回転する１／２波長板４ｃとを有し、測定対象１０１を通過した光の位相を変調し、検光子５が、１／２波長板４ｃの２倍の回転速度で同期して回転し、位相シフタ４を通過した光を直線偏光とする。そして、分光器６が、その直線偏光の光を波長に応じて分離し、光検出器７が、分光後の光を受光し波長ごとの電気信号に変換する。
【００７９】
これにより、位相シフタ４の位相変調特性が通過光の波長に依存しないため、複数の波長について位相シフタの設定を変えることなく、各波長での、計測対象１０１の複屈折位相差および／または主軸方位を計算することができる。さらに、波長ごとに電気信号が得られるため、波長ごとのデータ処理がし易くなる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を、短時間で特定することができる。
【００８０】
さらに、上記実施の形態によれば、アクロマティック１／４波長板３が、２つの１／４波長板３ａ，３ｂと、１／４波長板３ａ，３ｂの間に配置された１／２波長板３ｃとを有し偏光子２を通過した各波長の光を円偏光とする。
【００８１】
これにより、アクロマティック１／４波長板３の偏光特性が通過光の波長に依存しないため、測定対象１０１の前段の１／４波長板を変更せずに複数の波長の光を計測光として使用することができ、複数の波長での、計測対象１０１の複屈折位相差および／または主軸方位を一括して計算することができる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を、短時間で特定することができる。
【００８２】
さらに、上記実施の形態によれば、計算手段２５は、検光子５の回転角度の２倍と４倍の回転角度成分のみの光強度に基づいて、測定対象１０１の複屈折位相差の波長依存特性および／または測定対象の主軸方位を計算する。
【００８３】
これにより、少ない計算量で、複屈折位相差の波長依存特性および／または主軸方位を導出することができる。このため、複屈折分散に起因する複屈折位相差の波長依存性や複屈折分散下での主軸方位を、短時間で特定することができる。
【００８４】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【００８５】
例えば、上記実施の形態では、１／２波長板４ｃと検光子５との回転速度比を１：２としているが、回転速度比を１：４などといった別の整数比としてもよい。その場合、光強度の時系列データから、その整数比に応じた周波数成分を抽出し、その周波数成分の値に応じて、各波長についての複屈折位相差と主軸方位を計算すればよい。
【００８６】
また、上記実施の形態では、白色光源１を使用しているが、分光器６を外し、白色光源１の代わりに複数の単色光源を使用し、単色光源を切り換えて測定を行うようにしてもよい。その場合にも、偏光子２から検光子５までの光学系の設定を、光源の波長に応じて変える必要は特にない。その場合の単色光源としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザといった各種レーザ光源を使用することができる。
【００８７】
また、上記実施の形態において、フーリエ変換処理手段２４は、複数の波長についてのフーリエ変換処理を、複数のプロセッサやプロセスにより並列に行うようにしてもよい。同様に、計算手段２５も、複数の波長についての複屈折位相差および主軸方位の計算を並列に行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、例えば、高分子材料や液晶などの複屈折分散の計測に適用可能である。ひいては、高分子材料や液晶の配向状態や内部応力の評価に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置における演算装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置における１／４波長板の複屈折分散特性の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置における位相シフタの特性の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置による、バビネソレイユ補償器の複屈折位相差と主軸方位の測定結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る複屈折分散計測装置により得られた、測定対象としての位相差フィルムの複屈折分散の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  白色光源（入射手段の一部）
２  偏光子（入射側偏光子、入射手段の一部）
３  アクロマティック１／４波長板（入射手段の一部）
３ａ，３ｂ  １／４波長板（アクロマティック１／４波長板の一部）
３ｃ  １／２波長板（アクロマティック１／４波長板の一部）
４  位相シフタ
４ａ，４ｂ  １／４波長板（位相シフタの一部）
４ｃ  １／２波長板（位相シフタの一部）
５  検光子（偏光子）
６  分光器（分光手段）
７  光検出器（受光手段）
２４  フーリエ変換処理手段
２５  計算手段
１０１  測定対象
【図１】
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【図２】
2005241406.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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