(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単色光源から出射され偏光子と位相差板と試料と検光子とをこの順番で通過した光を分析することによって前記試料の光学的異方性を評価する方法であって、
ＡP，ＡA，ＡRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた比例係数（単位は角度・時間-1）とし、ｃP，ｃA，ｃRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた定数（単位は角度）とし、任意のＮ＋１個の数列｛ｔi｝＝｛ｔ0，ｔ1，…，ｔN｝（ｔiの単位は時間）から得られる３つの数列｛φP,i｝＝｛ｃP＋ＡPｔi｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ＡAｔi｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ＡRｔi｝を計算し、０からＮの間の異なるｉ全てに対して、前記偏光子と前記検光子と前記位相差板の角度をそれぞれ、ｉで指定されるφP,i，φA,i，φR,iとした時の、前記検出器によって検出された光強度Ｉiを取得し、前記数列｛ｔi｝を基準時刻からの経過時間ｔiを並べた時刻列とみなし、前記取得した数列｛Ｉi｝を基準時刻からの経過時間ｔiにおける前記検出器によって検出された光強度Ｉ（ｔi）とみなし、Ｆを所定の係数（単位は角度-1）とした場合、
＜ａ＞複数の時刻ｔiに対応する複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋ＡR）の成分と周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちの少なくとも１つの周波数成分の振幅及び位相を求める処理と、
＜ｂ＞前記複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋２ＡR）の成分とのうちの少なくとも２つの周波数成分の振幅及び位相のうちの２つを求める処理と、
＜ｃ＞前記処理＜ａ＞及び＜ｂ＞で求めた前記振幅及び前記位相に基づいて前記試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価する処理と
を備える光学的異方性の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的異方性の評価方法であって、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ１＞前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋２ＡR）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋ＡR）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちの少なくとも１つの周波数成分の前記位相から、前記試料の遅相軸方向を求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光学的異方性の評価方法であって、
＜ｄ＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分の前記振幅から、前記位相差板のリタデーションを求める処理
をさらに備え、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ２＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋ＡR）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記処理＜ｄ＞で求められた前記位相差板の前記リタデーションとから、前記試料のリタデーションを求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光学的異方性の評価方法であって、
＜ｅ＞前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋２ＡR）の成分の前記振幅から、前記位相差板のリタデーションを求める処理
をさらに備え、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ３＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋ＡR）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋２ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記処理＜ｄ＞で求められた前記位相差板の前記リタデーションとから、前記試料のリタデーションを求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項５】
単色光源から出射され偏光子と試料と位相差板と検光子とをこの順番で通過した光を分析することによって前記試料の光学的異方性を評価する方法であって、
ＡP，ＡA，ＡRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた比例係数（単位は角度・時間-1）とし、ｃP，ｃA，ｃRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた定数（単位は角度）とし、任意のＮ＋１個の数列｛ｔi｝＝｛ｔ0，ｔ1，…，ｔN｝（ｔiの単位は時間）から得られる３つの数列｛φP,i｝＝｛ｃP＋ＡPｔi｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ＡAｔi｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ＡRｔi｝を計算し、０からＮの間の異なるｉ全てに対して、前記偏光子と前記検光子と前記位相差板の角度をそれぞれ、ｉで指定されるφP,i，φA,i，φR,iとした時の、前記検出器によって検出された光強度Ｉiを取得し、前記数列｛ｔi｝を基準時刻からの経過時間ｔiを並べた時刻列とみなし、前記取得した数列｛Ｉi｝を基準時刻からの経過時間ｔiにおける前記検出器によって検出された光強度Ｉ（ｔi）とみなし、Ｆを所定の係数（単位は角度-1）とした場合、
＜ａ＞複数の時刻ｔiに対応する複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−ＡR）の成分と周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちの少なくとも１つの周波数成分の振幅及び位相を求める処理と、
＜ｂ＞前記複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−２ＡR）の成分とのうちの少なくとも２つの周波数成分の振幅及び位相のうちの２つを求める処理と、
＜ｃ＞前記処理＜ａ＞及び＜ｂ＞で求めた前記振幅及び前記位相に基づいて前記試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価する処理と
を備える光学的異方性の評価方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光学的異方性の評価方法であって、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ１＞前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−２ＡR）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−ＡR）の成分と、前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちの少なくとも１つの周波数成分の前記位相から、前記試料の遅相軸方向を求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項７】
請求項５に記載の光学的異方性の評価方法であって、
＜ｄ＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分の前記振幅から、前記位相差板のリタデーションを求める処理
をさらに備え、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ２＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−ＡR）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記処理＜ｄ＞で求められた前記位相差板の前記リタデーションとから、前記試料のリタデーションを求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項８】
請求項５に記載の光学的異方性の評価方法であって、
＜ｅ＞前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−２ＡR）の成分の前記振幅から、前記位相差板のリタデーションを求める処理
をさらに備え、
前記処理＜ｃ＞は、
＜ｃ３＞前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−ＡR）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と前記周波数２Ｆ（ＡA−ＡP−２ＡR）の成分とのうちのいずれか１つの周波数成分の前記振幅と、前記処理＜ｄ＞で求められた前記位相差板の前記リタデーションとから、前記試料のリタデーションを求める処理
を含む光学的異方性の評価方法。
【請求項９】
単色光源と、
前記単色光源からの出射光の光路上に前記出射光を検出可能に配置された検出器と、
前記光路上で前記単色光源と前記検出器との間に配置された偏光子と、
前記光路上で前記偏光子と前記検出器との間に配置された検光子と、
前記光路上で前記偏光子と前記検光子との間に配置された位相差板と、
前記光路上で前記位相差板と前記検光子との間と、前記偏光子と前記位相差板との間との少なくとも一方に試料を支持可能に構成された試料支持具と、
処理手段と
を備え、
前記偏光子と前記検光子と前記位相差板と前記試料とは前記光路に直交するように配置され、
前記偏光子と前記検光子と前記位相差板とは前記光路に平行な方向を回転軸方向として回転可能に配置されており、
前記処理手段は、請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１項に記載の評価方法に従って前記試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価する処理を行う、
光学的異方性の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料（例えば位相差板や液晶層等）の光学的異方性を評価する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置の利用拡大に伴い、位相差板や液晶層等の、すなわち光学的異方性を有する試料の評価の必要性が増している。この要求を満たすため、従来から光学定数の評価に用いられてきたエリプソメトリーの技術を応用した評価方法が数多く開発されている。従来の反射型エリプソメトリーがエリプソパラメータ（反射光の位相差と振幅比）から光学的に等方な試料の屈折率や膜厚を求めるのに対し、光学的異方性を有する試料の評価では異方性の方向（遅相軸又は進相軸の方向）と異方性の大きさ（リタデーション）とを求めるため、その目的に即して測定方法や解析方法が考案されている。
【０００３】
回転検光子法や回転補償子法は変調測定のため高速であるという利点があるが、光学的異方性の小さい試料の評価が困難であるという問題が知られている。一方、液晶表示装置の高性能化に伴い、偏光板の支持基材であるＴＡＣ（Tri-Acetyl-Cellulose）フィルムのような、光学的異方性の小さい部材の光学的異方性まで制御する必要性が認識されるようになった。光学的異方性の小さい試料の評価方法として、ＰＥＭ（Photoelastic Modulator）を用いた位相変調法が知られている。これらの回転検光子法、回転補償子法、位相変調法は従来の反射型エリプソメトリーで用いられる用語であるが、検光子を回転させる、位相差板（補償子）を回転させる、あるいは位相に変調をかけるといった手法が反射型エリプソメトリーで使用される手法と同じであるため、同じ名称で呼ばれている。
【０００４】
特許文献１には、代表的な回転検光子法が開示されている。偏光子と検光子の間の試料の前後に１／４波長板を挿入し、検光子を角周波数ωで回転させることにより（透過軸方向θ＝ωｔ）、透過光強度中のｃｏｓ２ωｔで変化する成分の振幅がｃｏｓδに比例する。これを利用して試料の角度単位で表記したリタデーションδを求めることができる。また、ｓｉｎ２ωｔで変化する成分の振幅が−ｓｉｎδｓｉｎ２φに比例する事を利用して、先ほど求めたδを用いて、試料の主軸方向φとδの符号情報（ｓｉｎδの符号）を求めることができる。δの符号情報が求められるので、主軸が遅相軸か進相軸かを判断することもできる。
【０００５】
特許文献２には、代表的な回転補償子法が開示されている。偏光子と検光子の間の試料の偏光子側にリタデーションδｃの位相差板を挿入し、この位相差板を角周波数ωで回転させる（遅相軸方向θｃ＝ωｔ）。透過光強度中の直流成分とｃｏｓ４ωｔで変化する成分の振幅から透過率の補正係数を求めて、測定した透過率に補正をかけた後、補正後の透過率中の直流成分、ｃｏｓ４ωｔ成分、ｓｉｎ２ωｔ成分、ｓｉｎ４ωｔ成分の振幅から試料の角度単位で表記したリタデーションδｓと試料の遅相軸方向θｓを求めることができる。透過光強度中の直流成分とｃｏｓ４ωｔで変化する成分の振幅から、試料の角度単位で表記したリタデーションδｓと試料の遅相軸方向θｓを求めることができる。
【０００６】
特許文献３には、回転補償子法を変形した方法が開示されている。偏光子と検光子の間の試料の前後に１／４波長板を挿入し、偏光子を角周波数ωで回転させ（透過軸方向θ＝ωｔ）、偏光子側の１／４波長板を角周波数２ωで回転させる（遅相軸方向２ωｔ）。ｓｉｎ２ωｔ成分、ｓｉｎ６ωｔ成分、ｃｏｓ６ωｔ成分から、試料の角度単位で表記したリタデーションΔと試料の遅相軸方向φを求めることができる。
【０００７】
特許文献４には、代表的な位相変調法が開示されている。偏光子と検光子の間の試料の偏光子側にＰＥＭを挿入し、試料へ入射する光の位相差に周波数ｆの変調をかける。検光子の透過軸方向を基準方向（０°）へ向けたときの透過光強度のｓｉｎ２πｆｔで変化する成分の振幅と、検光子の透過軸方向を４５°へ向けたときの透過光強度のｓｉｎ２πｆｔで変化する成分の振幅から、試料の角度単位で表記したリタデーションΔと試料の遅相軸方向θを求めることができる。
【０００８】
以下では、試料の角度単位で表記したリタデーションをδで表記し、試料の遅相軸方向をφで表記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１３２９４０号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６６７８号公報
【特許文献３】特開２００４−２０３４３号公報（特許第３８４４２２２号公報）
【特許文献４】特開２００４−１８４２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１では試料のリタデーションδをｃｏｓδから求める。そのためδの小さい試料に対して、測定精度が低い。また、測定した透過光強度を最大値１、最小値０で正規化する必要があり、変調測定であるにもかかわらず、迷光等の直流・低周波数のノイズやショットノイズの影響を受けやすい。さらに、使用する１／４波長板が厳密に測定光の波長の１／４のリタデーション（波長単位）を持つ必要があるが、実現困難である。仮に実現できても、位相差板のリタデーションは温度依存性を持つため、正確な評価を行うためには温度管理が必要である。
【００１１】
特許文献２では試料のリタデーションδと試料の遅相軸方向φを求める際に、変調成分と直流成分の測定値と計算値の差を最小にするという方法を用いるため、変調測定にもかかわらず、直流成分の測定精度が評価精度を決定する。直流成分は迷光等の影響を受けやすく、またδが小さい試料では直流成分が周波数成分項に比べて圧倒的に大きくなるため、δが小さい試料では測定精度が低い。また、位相差板のリタデーションδｃが既知である必要がある。しかし、実際の位相差板のリタデーションは温度依存性を持つため、正確な評価を行うためには温度管理が必要である。
【００１２】
特許文献３は透過光強度中の変調成分のみで試料のリタデーションδと試料の遅相軸方向φを求めることができるため、特許文献２のような直流成分の測定精度は影響しない。さらに、試料のリタデーションδをｔａｎδから求めるので、δの小さい試料に対して上記の方法より有利である。しかし、使用する２枚の１／４波長板が厳密に測定光の波長の１／４のリタデーション（波長単位）を持つ必要があるが、実現困難である。仮に実現できても、位相差板のリタデーションは温度依存性を持つため、正確な評価を行うためには温度管理が必要である。
【００１３】
特許文献４は、特許文献３と同様に、試料のリタデーションδをｔａｎδから求めるので、δの小さい試料に対して特許文献１，２の方法より有利である。ＰＥＭで変調する入射光の位相差の振幅はＰＥＭに印加する電圧の振幅で制御できるので、実用的な大きさの範囲で任意に設定可能である。ただし、測定した透過光強度中の変調成分の振幅を、直流成分の大きさで規格化する必要があり、直流成分の測定精度が試料の測定精度に影響する（特許文献４には規格に関する記載はないが、入射光のストークスベクトルがt（１，０，０，０）（ｔは転置を示す）で与えられており、入射光の強度が１に規格化されているため、特許文献４において透過光強度を表す数式７，８で大きさ１をもつ直流成分で規格化する必要がある）。また、ＰＥＭで変調する入射光の位相差の振幅は温度依存性が大きいため、厳密な温度調整が必要なことが知られている。
【００１４】
以上をまとめると、従来技術においてδが小さい試料を正確に評価する際の課題は、迷光等の低周波数のノイズやショットノイズの影響と、使用する光学素子の温度依存性とである。
【００１５】
これらを解決するために、本発明は、使用する位相差板のリタデーションの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様に係る評価方法は、単色光源から出射され偏光子と位相差板と試料と検光子とをこの順番で通過した光を分析することによって前記試料の光学的異方性を評価する方法であって、ＡP，ＡA，ＡRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた比例係数（単位は角度・時間-1）とし、ｃP，ｃA，ｃRを前記偏光子と前記検光子と前記位相差板に対してそれぞれ割り当てられた定数（単位は角度）とし、任意のＮ＋１個の数列｛ｔi｝＝｛ｔ0，ｔ1，…，ｔN｝（ｔiの単位は時間）から得られる３つの数列｛φP,i｝＝｛ｃP＋ＡPｔi｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ＡAｔi｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ＡRｔi｝を計算し、０からＮの間の異なるｉ全てに対して、前記偏光子と前記検光子と前記位相差板の角度をそれぞれ、ｉで指定されるφP,i，φA,i，φR,iとした時の、前記検出器によって検出された光強度Ｉiを取得し、前記数列｛ｔi｝を基準時刻からの経過時間ｔiを並べた時刻列とみなし、前記取得した数列｛Ｉi｝を基準時刻からの経過時間ｔiにおける前記検出器によって検出された光強度Ｉ（ｔi）とみなし、Ｆを所定の係数（単位は角度-1）とした場合、＜ａ＞複数の時刻ｔiに対応する複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋ＡR）の成分と周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−ＡR）の成分とのうちの少なくとも１つの周波数成分の振幅及び位相を求める処理と、＜ｂ＞前記複数の光強度Ｉ（ｔi）から、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA＋ＡP−２ＡR）の成分と、周波数２Ｆ（ＡA−ＡP＋２ＡR）の成分とのうちの少なくとも２つの周波数成分の振幅及び位相のうちの２つを求める処理と、＜ｃ＞前記処理＜ａ＞及び＜ｂ＞で求めた前記振幅及び前記位相に基づいて前記試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価する処理とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
上記の一態様によれば、使用する位相差板のリタデーションの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料の光学的異方性の大きさ及び方向を評価できる。このため、検出器に迷光が混入するような明るい雰囲気下、位相差板のリタデーションが厳密に管理できていない環境下等でも、リタデーションが小さい試料を正確に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】評価系のジオメトリーの一例を概説する模式図である。
【図２】評価系のジオメトリーの他の一例を概説する模式図である。
【図３】図１の評価系による評価方法を概説する模式図である。
【図４】図１の評価系による他の評価方法を概説する模式図である。
【図５】図２の評価系による評価方法を概説する模式図である。
【図６】図２の評価系による他の評価方法を概説する模式図である。
【図７】図１の評価系に対応した評価装置を概説する模式図である。
【図８】図２の評価系に対応した評価装置を概説する模式図である。
【図９】検出器の出力列｛Ｉi｝のシミュレーション例を示す図である。
【図１０】図９の出力列｛Ｉi｝に基数２のＦＦＴを施して得られるｃｏｓ成分を示す図である。
【図１１】図９の出力列｛Ｉi｝に基数２のＦＦＴを施して得られるｓｉｎ成分を示す図である。
【図１２】図１０の拡大図である。
【図１３】図１１の拡大図である。
【図１４】検出器の出力列｛Ｉ0,i｝のシミュレーション例を示す図である。
【図１５】検出器の出力列｛Ｉ45,i｝のシミュレーション例を示す図である。
【図１６】図１４の出力列｛Ｉ0,i｝に基数２のＦＦＴを施して得られるｓｉｎ成分を示す図である。
【図１７】図１５の出力列｛Ｉ45,i｝に基数２のＦＦＴを施して得られるｓｉｎ成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
本説明では、一般的な三角関数・三角比の表記法にならい、正弦（関数）をｓｉｎ、余弦（関数）をｃｏｓ、正接（関数）をｔａｎ、余接（関数）をｃｏｔと表記する。また円周率はπで表記する。また、周波数と角周波数は定数倍の違いしかないので、周波数と角周波数を区別せずに単に周波数と表記する場合もある。
【００２０】
図１に評価系のジオメトリーの模式図を示す。図１の例によれば、単色光源５から出射される光の光路上に、単色光源５の側から順番に、偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２と検出器６とが配置されている。単色光源５からの出射光は、偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２とをこの順序で通過し、検出器６によって検出される。
【００２１】
偏光子１と検光子２と位相差板４とを区別しない場合は、光学素子と表記する。試料３は少なくとも一部分が板状をしており、当該板状部分が光学的異方性を有している。板状とは、それぞれは外部に面しかつ互いに対向する２つの面が平行である形状を指す。偏光子１と検光子２及び検光子２も板状であるとする。
【００２２】
単色光源５から出射した光は、偏光子１と、位相差板４と、試料３と、検光子２とに垂直に入射するものとする。偏光子１と、位相差板４と、試料３と、検光子２とはその表面が平行になるように配置されている。単色光源５と検出器６との間隔よりも十分小さい開口を持つ絞りを検出器６の手前に置くことにより、検出器６に入射する光は上記の垂直入射をする光のみとなる。
【００２３】
本説明では、この単色光源５から検出器６へ向かう光線に平行な方向をｚ軸の正の方向に取った直交右手座標系を実験室座標系とする（図１参照）。この場合、単色光源５の出射光の光路はｚ軸の正方向へ延在する。また、偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２とのそれぞれの表面（板状において上記のように平行を成す面（いわゆる主面））は、単色光源５の出射光の光路に直交する。
【００２４】
偏光子１と検光子２と位相差板４とは、ｚ軸に平行な回転軸回りに、換言すれば偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２とのそれぞれの主面の法線方向に平行な回転軸回りに、回転可能であるとする。
【００２５】
上記のように光学素子を配置すると、偏光子１と検光子２の透過軸方向、及び位相差板４や試料３の遅相軸方向は、図１のｘｙ面に平行となる。それぞれの軸方向（角度）はｘｙ面での方位角で指定し、ｘ軸正の方向からｙ軸正の方向へ向かう向きを角度の正の向きとする。ただし、角度の符号は光学素子及び試料３で統一的に定義されていればよく、上記のような右手系の取り方に限る必要はない。
【００２６】
単色光源５から偏光子１へ入射する光を単位強度を持つ自然光としたときの、検光子２からの出射光のストークスベクトルＳoutは、光学系全体のミューラー行列をＭとすれば、式（１）で表される。
【００２７】
【数１】
0005361843.tif 000002
【００２８】
光学素子の回転を表す行列ｒ（ω）を式（２）で定義する。
【００２９】
【数２】
0005361843.tif 000003
【００３０】
偏光子１のミューラー行列Ｐ（φP）及び検光子２のミューラー行列Ａ（φA）は式（３）で表される。
【００３１】
【数３】
0005361843.tif 000004
【００３２】
ここで、φPとφAは偏光子１と検光子２の透過軸方向である。
【００３３】
位相差板４のミューラー行列Ｒ（φR，Δ）及び試料３のミューラー行列Ｖ（φ，δ）は式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
0005361843.tif 000005
【００３５】
ここで、φとφRは試料３と位相差板４の遅相軸方向であり、δとΔは角度単位で表記した入射光に与える位相差である。垂直入射なので、入射光に与える位相差は試料３や位相差板４のリタデーションに等しくなる。内部構造が一様であれば、当該位相差は、複屈折率と厚さとの積の値（長さ単位）、又はさらに２πrad／λを乗じた値（角度単位）で表すのが一般的である。単位の読み替えは通常の方法に従って自由に行って構わない（例えばφ［rad］はφ×360／2π［°］）。λは単色光源５からの出射光の波長である。
【００３６】
光学系全体のミューラー行列Ｍは式（５）となる。
【００３７】
【数５】
0005361843.tif 000006
【００３８】
ストークスパラメータのＳ0はその光の強度を表すので、図１のジオメトリーにおける検出器６で検出される透過光強度Ｉは式（１）〜（５）を用いて計算でき、結果式（６）が得られる。
【００３９】
【数６】
0005361843.tif 000007
【００４０】
ここで、Ｉ0は、検出器６へ入射する光の強度に比例し、検出器６の出力係数と評価系全体の光量損失率との積である。Ｉ0は検出器６へ入射する光の強度に比例するので、ある単位系で強度「１」の光が入射したときの出力が「Ｉ」であったならば、その単位系で強度「Ｐ」の光が入射したときの出力は「Ｐ×Ｉ」となる。
【００４１】
式（６）は、単色光源５と偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２と検出器６とがこの順番で並んだ配置（単色光源５−偏光子１−位相差板４−試料３−検光子２−検出器６のように表記することにする）における透過光強度である。これに対し、位相差板４と試料３を入れ換えた配置、すなわち単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置（図２参照）における透過光強度Ｉrevを計算すると、式（７）が得られる。
【００４２】
【数７】
0005361843.tif 000008
【００４３】
式（６）のＩと式（７）のＩrevとを比較すると、φPとφAが入れ替わっただけであることがわかる。以下では図１に示したような単色光源５−偏光子１−位相差板４−試料３−検光子２−検出器６という配置で説明するが、位相差板４と試料３を入れ換えた単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置で評価する場合は、偏光子１と検光子２に関する記述を読み替えればよい。この入れ換えた配置については実施の形態５〜８で述べる。
【００４４】
偏光子１と位相差板４と検光子２とをそれぞれ独立に回転させる。ある時刻を基準の時刻ｔ＝０とする。
【００４５】
ｔ＝０のときの偏光子１の透過軸方向φPを、軸方向を表す角度の基準とする（φP（ｔ＝０）＝０°）。また、偏光子１の回転の周波数をωPとする（φP（ｔ）＝ωPｔ）。
【００４６】
ｔ＝０における、偏光子１の透過軸方向φPと位相差板４の遅相軸方向φRとの角度差（初期位相）を、δRPとする（φP（ｔ＝０）＝０°なので、δRP＝φR（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝φR（ｔ＝０））。また、位相差板４の回転の周波数をωPとする（φR（ｔ）＝ωRｔ＋δRP）。
【００４７】
同様に、ｔ＝０における、偏光子１の透過軸方向φPと検光子２の透過軸方向φAとの角度差（初期位相）を、δAPとする（φP（ｔ＝０）＝０°なので、δAP＝φA（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝φA（ｔ＝０））。また、検光子２の回転の周波数をωAとする（φA（ｔ）＝ωAｔ＋δAP）。
【００４８】
図１は時刻ｔ＝０でのスナップショットに対応する。なお、ωP等は回転に関するので角周波数と称するべきところ、本説明では一般的に用いられる称呼に倣って単に周波数とも称する。
【００４９】
このとき、検出器６で検出される透過光強度の時刻依存性Ｉ（ｔ）は、式（８）で表される。
【００５０】
【数８】
0005361843.tif 000009
【００５１】
式（８）によれば、直流項Ｉ0／４の他に、６種類の項が表れる。これらの項はＦｃｏｓ（δ＋ωｔ）の形式をしており、振幅Ｆ、位相δ、周波数ωで以て時刻ｔに対して周期的に変化するので、Ｉ（ｔ）をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等で周波数解析をすると、各項ごとに周波数ωの周波数成分として、その位相δと振幅Ｆを求めることができる。本説明では直流項以外のこれらの周期的に変化する項を、周波数成分項と表記する。
【００５２】
式（８）の周波数成分項を区別するため、上から順に周波数２（ωA−ωP）の項を１：２（Ａ−Ｐ）項と記述し、周波数２（ωA＋ωP）の項を２：２（Ａ＋Ｐ）項と記述し、周波数２（ωA＋ωP−２ωR）の項を３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と記述し、周波数２（ωA−ωP＋２ωR）の項を４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と記述し、周波数２（ωA−ωP＋ωR）の項を５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と記述し、周波数２（ωA＋ωP−ωR）の項を６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と記述することにする。
【００５３】
なお、ここでいう周波数は角周波数なので、国際単位系の場合rad・s-1の単位を持つ。いわゆる周波数（単位ｓ-1＝Ｈｚ）に換算するには２π［rad］で除算すればよい。他の単位系で記述する場合は適当な係数を乗じて単位変換すればよい。つまり、任意の単位系で記述しても一般性を失うことはない。
【００５４】
周波数成分項のみを使用し（すなわち直流項を使用せず）、かつ、位相差板４のリタデーションΔを既知とせずに、試料３のリタデーションδ及び試料３の遅相軸方向φを求める方法は、以下の通りである。δが小さい試料でも正確に評価できるようにするために、以下の説明ではδは小さい値であると仮定する。
【００５５】
Ｉ（ｔ）中の未知パラメータは、検出器６の出力係数Ｉ0と、位相差板４のリタデーションΔと、試料３のリタデーションδと、試料３の遅相軸方向φとの４つである。ｔ＝０での位相差板４の遅相軸方向δRPと検光子２の透過軸方向δAPとは測定者が決定できる。
【００５６】
１つの周波数成分項からは位相と振幅の２つの量が求められるので、最低２つの周波数成分項があれば、独立測定量は最大４つ取れる。ただし、周波数成分項の位相には未知パラメータが１つも含まれないか（１：２（Ａ−Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項）、φのみが含まれるか（２：２（Ａ＋Ｐ）項、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項）のいずれかである。よって、異なる２つの周波数成分項から異なる位相が求まったとしても、φのみの情報しか得られないので、残りの測定量である２つの振幅が仮に異なっていても、３つの未知パラメータが残っているため、δを一意に決定することはできない。つまり、φとδの評価を行うためには、最低３つの周波数成分項が必要である。
【００５７】
δは小さいと仮定しているので、各周波数成分項の振幅に含まれるｃｏｓ2（δ／２）、ｓｉｎδ及びｓｉｎ2（δ／２）のオーダーはそれぞれ１、δ及びδ2／４となる。よって、δを精度よく評価するためには、ｓｉｎδを含む周波数成分項である、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方を含む必要がある。上記のように、各周波数成分項の位相にはφしか未知パラメータがないので、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの一方の位相からφの情報が得られるので、残りの未知パラメータであるＩ0、Δ及びδの３つの情報を周波数成分項の振幅から得ればよい。
【００５８】
ただし、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項は振幅が等しいので、この２つの項からは位相と振幅の２つの情報しか得られない。よって、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項以外の周波数成分項のうちの２つの周波数成分項の振幅が必要である。
【００５９】
以上をまとめると、検出器６で検出される透過光強度の時刻依存性Ｉ（ｔ）から試料３のリタデーションδ、及び試料３の遅相軸方向φを求めるためには、＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項の振幅及び位相と、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相のうちの２つと、を求める必要がある（したがって合計少なくとも４つの量）。
【００６０】
式（８）を見ると、＜ii＞の方は少なくとも２つの周波数成分項の振幅２つでよいと思われる。しかし、後述するように数式上は異なる周波数成分項の周波数を等しくすることによってまとめ、各周波数成分項の振幅と位相の情報を、まとめられた周波数成分項の振幅と位相に混入させることができる点に鑑みると、上記のように「少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相のうちの２つ」を求める必要がある。もともと異なる２つの周波数成分項の周波数を等しくして測定することは、異なる周波数成分項を同時に測定することに等しい。
【００６１】
直流項を使用せず、測定者が制御可能な設定値である周波数に依存した周波数成分項のみで評価できるので、迷光や熱雑音等の低周波数ノイズやショットノイズの影響を受けずに評価が可能である。
【００６２】
周波数成分項の振幅と位相を測定する方法として、例えば、偏光子１と検光子２と位相差板４とをそれぞれに割り当てられた周波数（ωA，ωP，ωR）で連続回転させて、検出器６からの出力信号を時系列に発生させ、その時系列信号に対して、ロックインアンプによるロックイン検出を適用する方法が挙げられる。あるいは、上記時系列信号に対してデジタルオシロスコープのＦＦＴを使用する方法、上記時系列信号をコンピュータに取り込んでＦＦＴやＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）等のフーリエ変換を施す方法、等によって、周波数成分項の振幅と位相を測定することも可能である。
【００６３】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような応答速度の遅い検出器を用いる場合は、連続回転の代わりに、ある定数Ｔを用意し、偏光子１と検光子２と位相差板４とをそれぞれを角度ωAＴ，ωPＴ，ωRＴ回転させる。その状態で検出器の出力信号を記録する。この操作を繰り返すと、連続回転時の出力信号を時間間隔Ｔでサンプリングした場合に相当する時系列信号を取得できる。
【００６４】
検出器として、デジタルオシロスコープ等のＡ／Ｄコンバータ（Analog-Digital Convertor）を搭載した機器を使用する場合は、サンプリング周波数で決まる時間間隔で出力を記録するため、上記のような時間間隔毎の時系列信号を取得できる。ＰＳＤ（Phase Sensitive Detector）とローパスフィルタでロックイン検出する場合も、ローパスフィルタの時定数が時間間隔に対応し、周波数解析で得られる振幅と位相に対応する出力が得られる。
【００６５】
一般化すると、以下のようになる。比例係数ＡP，ＡA，ＡR及び定数ｃP，ｃA，ｃRを偏光子１と検光子２と位相差板４とにそれぞれ割り当てる。任意の数列｛ｔi｝＝｛ｔ0，ｔ1，…，ｔN｝から、３つの数列｛φP,i｝＝｛ｃP＋ＡPｔi｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ＡAｔi｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ＡRｔi｝を計算する。同じ添字ｉで指定される数字の組｛ｔi，φP,i，φA,i，φR,i｝に関して、偏光子１を角度φA,iに向け、検光子２を角度φP,iに向け、位相差板４を角度φR,iに向けた状態が設定され、当該状態における検出器６の出力Ｉiを検出する。各ｉ（ｉ＝０〜Ｎ）に対して光学素子１，２，４の上記角度変更と検出器６による検出とを行うと、出力列｛Ｉi｝が得られる。これを、基準時刻からの時間がｔi経過した時刻を並べた時刻列ｔ＝｛ｔi｝に対応して得られた出力の時間依存性Ｉ（ｔ）と見なす。
【００６６】
例えば、偏光子１が周波数ωPで、検光子２が周波数ωAで、位相差板４が周波数ωRで連続回転している状況で、Ａ／Ｄコンバータを使用した測定の場合は、サンプリング周波数をｆ［Ｈｚ］とすれば、｛ｔi｝＝｛ｉ／ｆ｝，｛φP,i｝＝｛ｃP＋ωP・ｉ／ｆ｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ωA・ｉ／ｆ｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ωR・ｉ／ｆ｝と捉えられる。
【００６７】
このような一般化をした場合、｛ｔi｝は単調増加数列である必要はない。しかし、最小値を０とし、一定の増加量で単調増加する数列とした方が、ＦＦＴ等の解析等を行うときに便利である。スプライン補間等の補間法を用いて、一定の増加量で単調増加する数列に補間してもよい。
【００６８】
上記の方法により、検出器６の出力の時間依存性Ｉ（ｔ）を得ることができる。
【００６９】
比例係数はそれぞれの光学素子の回転速度を一般化したものとなっている（連続回転でなくても適用でき、連続回転の場合は比例係数と回転の周波数とは等しくなる）。ｔiは時刻と見なすので時間の単位を持ち、比例係数とｔiとの積が角度を表すので比例係数は［角度］×［時間］-1の単位を持つ。例えば、ｔiの単位をｓとし、比例係数の単位をrad・s-1とすると、比例係数ＡP，ＡA，ＡRは、偏光子１が周波数ＡP［rad・s-1］で回転し、検光子２が周波数ＡA［rad・s-1］で回転し、位相差板４が周波数ＡR［rad・s-1］で回転している状態を表すことになる。この場合、例えば、Ｉ（ｔ）の周波数成分項の周波数の単位をｓ-1＝Ｈｚとすれば、１：２（Ａ−Ｐ）項の周波数は２（ＡA−ＡP）／２πとなり、他の項についても同様に表現される。使用する単位系に依存する係数Ｆを用いて、一般的には２Ｆ（ＡA−ＡP）等となる。上記の場合はＦ＝１／２π［rad-1］である。比例係数の単位が［°・ｓ-1］の場合、Ｆ＝１／３６０［°-1］である。
【００７０】
｛φP,i｝＝｛ｃP＋ＡPｔi｝，｛φA,i｝＝｛ｃA＋ＡAｔi｝，｛φR,i｝＝｛ｃR＋ＡRｔi｝なので、時刻ｔ＝０での各光学素子の軸方向（偏光子１と検光子２は透過軸、位相差板４は遅相軸）はそれぞれｃP，ｃA，ｃRとなる。前記のＩ（ｔ）の式（８）はｔ＝０での偏光子１の透過軸方向を軸方向を表す角度の基準としているので、式（８）の周波数成分項の位相に表れるδAP，δRPについてδAP＝φA（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝ｃA−ｃP、及びδRP＝φR（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝ｃR−ｃPである。｛ｔi｝に０が含まれていなくても、この計算によりδAP及びδRPを定数ｃP，ｃA，ｃRから求めることができる。
【００７１】
上記の方法により、比例係数ＡP，ＡA，ＡRと定数ｃP，ｃA，ｃRから、δAP及びδRPと、評価に必要な周波数成分項の周波数とを求めることができる。前記の方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉ（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により、上記で求めた周波数で変化する、評価に必要な周波数成分項の振幅及び位相を測定することができる。測定した各周波数成分項の位相及び振幅を再現するように、未知パラメータＩ0，Δ，δ，φを最小二乗法等のフィッティング手法や準ニュートン法のような最適化手法で決定することにより、試料３のリタデーションδ、及び試料３の遅相軸方向φを評価することができる。なお、フィッティングも最適化問題と捉えることができるので、以下ではフィッティングも最適化手法と表記する。後述するように、適当な周波数成分項を選ぶことにより、最適化手法のような陰的な方法ではなく、陽に未知パラメータを求めることもできる。なお、「陰」（implicit）及び「陽」（explicit）という表現は、数学において一般的に用いられる。
【００７２】
周波数成分項の振幅や位相の値には大きさに差があるので、最適化手法の目的関数には例えば式（９）のような目的関数Ｑを用いる。
【００７３】
【数９】
0005361843.tif 000010
【００７４】
ここで、ｐは評価に用いる振幅又は位相を表し、下添字ｊで周波数成分項の種類と、振幅又は位相の区別とを指定する。上添字measuredは測定値を示し、calculatedは最適化するパラメータからの計算値であることを示す（具体的な表式は式（８）を参照）。ｐjmeasuredで規格化することにより、周波数成分項の振幅や位相の値に対して大きさの差を補償する。
【００７５】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδ（すなわち光学的異方性の大きさ）と試料３の遅相軸方向φ（すなわち光学的異方性の方向）とを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、又は、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料３を正確に評価できる。
【００７６】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【００７７】
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項が必要であるので、これらの周波数成分項の振幅の絶対値は大きい方がよい。よって、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。評価する波長が一つならば、その波長に対する１／４波長板を使用すればよい。現実に入手できる１／４波長板のリタデーションは厳密には１／４波長ではないが、Δもδ等と同時に求めるので、問題にならない。他の周波数成分項の振幅はΔに対し、ｃｏｓ2（Δ／２）又はｓｉｎ2（Δ／２）に比例する。位相差板がおおよそ１／４波長板であれば、ｃｏｓ2（Δ／２）の値とｓｉｎ2（Δ／２）の値はいずれも約１／２であるので、Δが原因で他の周波数成分項の振幅が０になることはない。この点でも位相差板４として１／４波長板を使用することは好ましい。
【００７８】
逆に、位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。同じ位相差板４を用いて複数の波長で評価する場合は、測定する波長全てで半波長板にならないような位相差板を使用することが望ましい。
【００７９】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。周波数成分項の周波数は光学素子の回転の周波数の加減算で表されるので負になる場合があるが、ｃｏｓ（δ−ωｔ）＝ｃｏｓ（−δ＋ωｔ）であるので、位相の符号は逆転するが正の周波数と見なされる。よって、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【００８０】
評価に使用する周波数成分項と使用しない周波数成分項とにおいて、それらの周波数が、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）によっては等しくなる場合がある。振幅Ｆ1で位相がδ1の周波数成分項と、振幅Ｆ2で位相がδ2の周波数成分項とで、周波数がωで等しくなった場合は、次式（１０）に示すように２つの周波数成分項が同じ周波数の項にまとめられる。しかし、元の振幅Ｆ1，Ｆ2及び位相δ1，δ2はまとめられた項に受け継がれるだけなので、その情報自体は失われない。つまり、具体的に解析に使用するには、式（１０）を具体的に計算する必要があるが、評価に使用する周波数成分項の周波数と、評価に使用しない周波数成分項の周波数とが等しくなっても構わない。単に、使用しないと選択したはずが、使用することになっただけである。
【００８１】
【数１０】
0005361843.tif 000011
【００８２】
この方法で未知パラメータの情報を持たない周波数成分項の位相に、未知パラメータの情報を持たせることができる。あるいは、φの情報のみを持つ周波数成分項の位相に、φ以外の未知パラメータの情報を持たせることができる。また、φの情報を持たない周波数成分項の振幅に、φの情報を持たせることができる。ただし、情報が増えるわけではなく、元の２つの周波数成分項を同時に測定することに等しい。
【００８３】
ここで、図３に実施の形態１による上記評価方法での処理を概説する模式図を示す。図３の例によれば、処理５１では、検出器６によって検出された光強度（換言すれば検出器６からの出力列）Ｉ（ｔi）を取得する。処理５２では、複数の時刻ｔiについての光強度Ｉ（ｔi）から周波数成分を抽出する。なお、図３には説明を分かりやすくするために全ての周波数成分を図示しているが、処理５２では、少なくとも評価に使用する周波数成分だけを取得すればよい。処理５３では、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分の振幅及び位相を求める。処理５４では、１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相を求める。処理５５では、処理５３，５４で求めた振幅及び位相から、試料３の光学的異方性に係る大きさ（リタデーションδ）及び方向（遅相軸方向φ）を取得する。
【００８４】
実施の形態２．
２：２（Ａ＋Ｐ）項、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項、及び６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の位相は未知パラメータとしてφのみを含むので、これらのうちの少なくとも１つの位相が測定できれば、最適化手法のような陰的な方法ではなく、陽にφを求めることができる。
【００８５】
具体的には、２：２（Ａ＋Ｐ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ１2とし、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ１4とし、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ１5とし、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ１6とすれば、次式（１１）を用いてφを求めることができる。なお、式（１１）では、φを求めるために使用する周波数成分項の周波数が正であるとしている。このため、φを求めるために使用する周波数成分項の周波数が負であるときは、位相の符号が逆転するので、補正が必要である。
【００８６】
【数１１】
0005361843.tif 000012
【００８７】
当該評価手法によれば、最適化手法のような陰的な方法を用いずに、周波数成分の位相から陽にφを評価できる。このため、最適化の目的関数の設定という任意性を排除できる。
【００８８】
ロックイン検出をする場合でも、フーリエ変換を使用する場合でも、周波数成分項の位相δは周波数成分項の周波数をωとしたときにｃｏｓωｔに同期する成分の振幅ａｃｏｓとｓｉｎωｔに同期する成分の振幅ａｓｉｎから、δ＝ｔａｎ-1（ａｓｉｎ／ａｃｏｓ）の関係を用いて求める（ａｃｏｓとａｓｉｎの符号を考慮して、δが第一〜第四象限のどこにいるのかも決める）。よって、ａｃｏｓとａｓｉｎの絶対値はおおよそ等しくなるようにしておくと、測定の精度が高くなる（一方が極端に小さいと、小さい方の測定精度が低くなる）。
【００８９】
φのおおよその値は事前に判明している場合が多いので、その値をφ0として、φ＝φ0＋δφと分解しておく。５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を展開すると、次式（１２）となる。なお、式（１２）中の複号について、上側の符号は５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項を使用することに対応し、下側の符号は６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応する。
【００９０】
【数１２】
0005361843.tif 000013
【００９１】
よって、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とを使用する場合、次式（１３）が成り立つようにδAP及びδRPを設定する（例えばδAP＝φ0かつδRP＝±π／８に設定する）のが好ましい。なぜならば、δφが小さい（φ0がおおよそ実際の方向φに近い）場合に、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の振幅がおおよそ等しくなり、測定の精度が高くなるからである。
【００９２】
なお、式（１３）において、ｍは整数である。また、式（１３）中の複号について、上側の符号は５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項を使用することに対応し、下側の符号は６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応する。
【００９３】
【数１３】
0005361843.tif 000014
【００９４】
同様に、２：２（Ａ＋Ｐ）項に対してはδAP＝φ0／２＋π／８＋ｍπ／４を用い、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項に対してはδRP−δAP／２＝φ0＋π／１６＋ｍπ／８を用いればよい。この２つの条件はδRP＝２φ0とすれば同時に満たすことができる。
【００９５】
この方法で評価することにより、未知パラメータφ（又はδφ）を単独で精度よく求めることができる。２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相からそれぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【００９６】
φ以外の３つの未知パラメータ、特にδを求めるには、実施の形態１と同様に、＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項の振幅及び位相と、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうち少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相のうちの２つと、を求める必要がある（したがって合計少なくとも４つの量）。
【００９７】
実施の形態１に記載した方法で得られた検出器出力の時間依存性Ｉ（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により、評価に必要な周波数成分項の振幅及び位相を測定することができる。測定した各周波数成分項の位相及び振幅を再現するように、未知パラメータである検出器の出力係数Ｉ0と、位相差板４のリタデーションΔと、試料３のリタデーションδとを最適化手法で決定することにより、試料３のリタデーションδを評価することができる。
【００９８】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【００９９】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０１００】
実施の形態１と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０１０１】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、φの評価に使用する２：２（Ａ＋Ｐ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０１０２】
評価に使用する周波数成分項（すなわち、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）のうちでφの評価に使用しない周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項（すなわち、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの残余の周波数成分項、及び、１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの残余の周波数成分項）の周波数と等しくなっても構わない。振幅Ｆ1で位相がδ1の周波数成分項と、振幅Ｆ2で位相がδ2の周波数成分項とで、周波数がωで等しくなった場合は、式（１０）に示すように２つの周波数成分項が同じ周波数の項にまとめられる。しかし、元の振幅Ｆ1，Ｆ2及び位相δ1，δ2は、まとめられた項に受け継がれるだけなので、その情報自体は失われない。
【０１０３】
なお、実施の形態２による上記評価方法での処理は、実施の形態１と同様に、図３で以て概説される。但し、実施の形態２に係る処理５５では、上記のように最適化手法ではなく所定の関係式を利用して、試料３の遅相軸方向φを算出する。
【０１０４】
実施の形態３．
実施の形態１において、評価に使用する周波数成分項として、＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項と、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項と、が必要であることを述べた。
【０１０５】
ここでは上記＜ｉｉ＞として、１：２（Ａ−Ｐ）項及び３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項を選択する。１：２（Ａ−Ｐ）項の振幅はＩ0／４・ｃｏｓ2（δ／２）・ｃｏｓ2（Δ／２）であり、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅はＩ0／４・ｃｏｓ2（δ／２）・ｓｉｎ2（Δ／２）であるので、これらの項の振幅を測定して比を取ると、ｓｉｎ2（Δ／２）／ｃｏｓ2（Δ／２）が求められる。測定した振幅の比をｒａｔｉｏ１＝｛３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅｝／｛１：２（Ａ−Ｐ）項の振幅｝とすると、次式（１４）から位相差板４のリタデーションΔを陽に求めることができる。ｒａｔｉｏ１が１より大きいときは上段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができ、他方、ｒａｔｉｏ１が１より小さいときは下段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができる。ｒａｔｉｏ１が１のときはいずれの式を使用しても構わない。
【０１０６】
【数１４】
0005361843.tif 000015
【０１０７】
ｒａｔｉｏ２＝｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝／｛１：２（Ａ−Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝と定義し、上記振幅の測定値と、次式（１５）と、上記式（１４）で求めたΔとから、試料３のリタデーションδを陽に求めることができる。式（１５）において上段の式は１：２（Ａ−Ｐ）項に対して使用され、下段の式は３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項に対して使用される。振幅は、１：２（Ａ−Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とのいずれについてもΔを求めるために使用するので、測定しておく必要がある。よって、式（１５）の上段の式と下段の式の両方を用いてそれぞれ別々にδを求め、その平均を取ることで、確度が向上する。
【０１０８】
【数１５】
0005361843.tif 000016
【０１０９】
評価に必要な周波数成分項の振幅と位相は、実施の形態１に記載した方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉ（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により測定することができる。
【０１１０】
当該評価手法によれば、最適化手法を用いないので、目的関数の設定という任意性を排除できる。１：２（Ａ−Ｐ）項及び３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅はｃｏｓ2（δ／２）に比例するので、δの小さい試料について振幅が大きくなる。つまり、δの小さい試料を評価するのに適している。
【０１１１】
試料３の遅相軸方向φも、実施の形態２記載の方法、つまり２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項の位相から、陽に求めることができる（式１１参照）。２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相から、それぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【０１１２】
よって、試料３のリタデーションδと遅相軸方向φの両方を、それぞれ独立に、陽に求めることができる。よって、試料の評価に最適化手法を用いないので、目的関数の設定方法という任意性を排除できる。実施の形態２と同様に、測定の精度が高くなるようにδAPとδRPを設定しておくことが望ましい。
【０１１３】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【０１１４】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０１１５】
実施の形態１と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０１１６】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項との周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、評価に使用する周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。
【０１１７】
ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０１１８】
使用する周波数成分項は３通り（｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項，１：２（Ａ−Ｐ）項，３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝、｛６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，１：２（Ａ−Ｐ）項，３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝、｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項，６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，１：２（Ａ−Ｐ）項，３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝）しかないので、以下に具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRの条件を書き下す。
【０１１９】
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、１：２（Ａ−Ｐ）項と、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（１６）で与えられる。なお、式中の“＆”は論理積を表す。
【０１２０】
【数１６】
0005361843.tif 000017
【０１２１】
６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、１：２（Ａ−Ｐ）項と、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（１７）で与えられる。
【０１２２】
【数１７】
0005361843.tif 000018
【０１２３】
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、１：２（Ａ−Ｐ）項と、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（１８）で与えられる。
【０１２４】
【数１８】
0005361843.tif 000019
【０１２５】
実施の形態１に記載したように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRは比例係数ＡP，ＡA，ＡRにそれぞれ比例するので、式（１６）〜式（１８）は比例係数ＡP，ＡA，ＡRの条件に読み替えることができる。
【０１２６】
どの場合でもωP≠０，ωA≠０，ωR≠０及びωP≠ωA，ωR≠ωA，ωR≠ωPが条件となっているので、偏光子１と検光子２と位相差板４とは、それぞれ０でなくかつ互いに相異なる周波数で回転させる必要がある。他にも、使用する周波数成分項の組合せによって、光学素子の回転周波数について禁止される組合せが数種類存在する。
【０１２７】
例えば、ωA＝ωP／４，ωR＝４ωP，ωP≠０は式（１６）〜式（１８）を満たす。ωA＝ωP／ｎ，ωR＝ｎωP，ωP≠０の形式を一般化すると、ｎ＞｛１＋√（３）｝〜２．７３２０５、又はｎ＜｛−√（２）｝〜−１．４１４２１であれば、式（１６）〜式（１８）を満たす。なお、上記「√（３）」は３の平方根を表現するものとし、上記「√（２）」についても同様である。
【０１２８】
ここで、図４に実施の形態３による上記評価方法での処理を概説する模式図を示す。図４の例では、既述の処理５１〜５５（図３参照）に、処理５６が追加されている。処理５６では、処理５４で求めた振幅を所定の関係式に当てはめて位相差板４のリタデーションΔを算出する。なお、実施の形態３に係る処理５５では、上記のように、処理５３，５４で求められた振幅及び位相と、処理５６で求められた位相差板４のリタデーションΔとを所定の関係式に当てはめて試料３のリタデーションδを算出する。
【０１２９】
実施の形態４．
実施の形態１において、評価に使用する周波数成分項として、＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項と、＜ｉｉ＞１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項と、が必要であることを述べた。
【０１３０】
ここでは上記＜ｉｉ＞として、２：２（Ａ＋Ｐ）項及び４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項を選択する。２：２（Ａ＋Ｐ）項の振幅はＩ0／４・ｓｉｎ2（δ／２）・ｃｏｓ2（Δ／２）であり、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項の振幅はＩ0／４・ｓｉｎ2（δ／２）・ｓｉｎ2（Δ／２）であるので、これらの項の振幅を測定して比を取ると、ｓｉｎ2（Δ／２）／ｃｏｓ2（Δ／２）が求められる。測定した振幅の比をｒａｔｉｏ３＝｛４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項の振幅｝／｛２：２（Ａ＋Ｐ）項の振幅｝とすると、次式（１９）から位相差板４のリタデーションΔを陽に求めることができる。ｒａｔｉｏ３が１より大きいときは上段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができ、他方、ｒａｔｉｏ３が１より小さいときは下段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができる。ｒａｔｉｏ３が１のときはいずれの式を使用しても構わない。
【０１３１】
【数１９】
0005361843.tif 000020
【０１３２】
上記＜ｉ＞に関して、ｒａｔｉｏ４＝｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝／｛２：２（Ａ＋Ｐ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝と定義し、上記振幅の測定値と、次式（２０）と、上記式（１９）で求めたΔとから、試料３のリタデーションδを陽に求めることができる。式（２０）において上段の式は２：２（Ａ＋Ｐ）項に対して使用され、下段の式は４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項に対して使用される。振幅は、２：２（Ａ＋Ｐ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのいずれについてもΔを求めるために使用するので、測定しておく必要がある。よって、式（２０）の上段の式と下段の式の両方を用いてそれぞれ別々にδを求め、その平均を取ることで、確度が向上する。
【０１３３】
【数２０】
0005361843.tif 000021
【０１３４】
評価に必要な周波数成分項の振幅と位相は、実施の形態１に記載した方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉ（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により測定することができる。
【０１３５】
当該評価手法によれば、最適化手法を用いないので、目的関数の設定という任意性を排除できる。
【０１３６】
試料３の遅相軸方向φも、実施の形態２記載の方法、つまり２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項の位相から、陽に求めることができる（式１１参照）。２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相から、それぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【０１３７】
以上の方法により、試料３のリタデーションδと遅相軸方向φの両方を、それぞれ独立に、陽に求めることができる。よって、試料の評価に最適化手法を用いないので、目的関数の設定方法という任意性を排除できる。実施の形態２と同様に、測定の精度が高くなるようにδAPとδRPを設定しておくことが望ましい。
【０１３８】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【０１３９】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０１４０】
実施の形態１と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０１４１】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ＞５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ＞２：２（Ａ＋Ｐ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項との周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、評価に使用する周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。
【０１４２】
ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０１４３】
使用する周波数成分項は３通り（｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項，２：２（Ａ＋Ｐ）項，４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項｝、｛６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，２：２（Ａ＋Ｐ）項，４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項｝、｛５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項，６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，２：２（Ａ＋Ｐ）項，４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項｝）しかないので、以下に具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRの条件を書き下す。
【０１４４】
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（２１）で与えられる。なお、式中の“＆”は論理積を表す。
【０１４５】
【数２１】
0005361843.tif 000022
【０１４６】
６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（２２）で与えられる。
【０１４７】
【数２２】
0005361843.tif 000023
【０１４８】
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、２：２（Ａ＋Ｐ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（２３）で与えられる。
【０１４９】
【数２３】
0005361843.tif 000024
【０１５０】
実施の形態１に記載したように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRは比例係数ＡP，ＡA，ＡRにそれぞれ比例するので、式（２１）〜式（２３）は比例係数ＡP，ＡA，ＡRの条件に読み替えることができる。
【０１５１】
どの場合でもωP≠０，ωA≠０，ωR≠０が条件となっているので、偏光子１と検光子２と位相差板４とを全て回転させる必要がある。ωR≠ωPが条件となっているので偏光子１と位相差板４は異なる周波数で回転させる必要がある。さらに、−ωP≠ωA，−ωR≠ωAが条件となっているので偏光子１と位相差板４は検光子２と同じ絶対値の周波数で逆向きに回転させることは禁止される。他にも、使用する周波数成分項の組合せによって、光学素子の回転周波数について禁止される組合せが数種類存在する。
【０１５２】
例えば、ωA＝ωP／４，ωR＝４ωP，ωP≠０は式（２１）〜式（２３）を満たす。ωA＝ωP／ｎ，ωR＝ｎωP，ωP≠０の形式を一般化すると、ｎ＞｛１＋√（３）｝〜２．７３２０５、又はｎ＜｛−√（２）｝〜−１．４１４２１であれば、式（２１）〜式（２３）を満たす。
【０１５３】
なお、実施の形態４による上記評価方法での処理は、実施の形態３と同様に、図４で以て概説される。
【０１５４】
実施の形態５．
実施の形態１〜４は、図１に示したような、単色光源５−偏光子１−位相差板４−試料３−検光子２−検出器６という配置での評価方法である。実施の形態１に記載したように、単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置での透過光強度Ｉrevの式（７）は、単色光源５−偏光子１−位相差板４−試料３−検光子２−検出器６という配置についての透過光強度Ｉの式（６）と、偏光子１の透過軸方向φPと検光子２の透過軸方向φAが入れ替わっただけである。よって、実施の形態１〜４に記載した説明の偏光子１に関する記述と、検光子２に関する記述とを読み替えれば、単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置での評価方法となる。
【０１５５】
実施の形態１と同様に、偏光子１と位相差板４と検光子２とをそれぞれ独立に回転させる。ある時刻を基準の時刻ｔ＝０とする。
【０１５６】
ｔ＝０のときの偏光子１の透過軸方向φPを、軸方向を表す角度の基準とする（φP（ｔ＝０）＝０°）。また、偏光子１の回転の周波数をωPとする（φP（ｔ）＝ωPｔ）。
【０１５７】
ｔ＝０における、偏光子１の透過軸方向φPと位相差板４の遅相軸方向φRとの角度差（初期位相）を、δRPとする（φP（ｔ＝０）＝０°なので、δRP＝φR（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝φR（ｔ＝０））。また、位相差板４の回転の周波数をωPとする（φR（ｔ）＝ωRｔ＋δRP）。
【０１５８】
同様に、ｔ＝０における、偏光子１の透過軸方向φPと検光子２の透過軸方向φAとの角度差（初期位相）を、δAPとする（φP（ｔ＝０）＝０°なので、δAP＝φA（ｔ＝０）−φP（ｔ＝０）＝φA（ｔ＝０））。また、検光子２の回転の周波数をωAとする（φA（ｔ）＝ωAｔ＋δAP）。
【０１５９】
図２は時刻ｔ＝０でのスナップショットに対応する。
【０１６０】
このとき、検出器６で検出される透過光強度の時刻依存性Ｉ（ｔ）は、式（２４）で表される。
【０１６１】
【数２４】
0005361843.tif 000025
【０１６２】
式（２４）は上記式（８）に次の変更をすれば取得可能である。すなわち、偏光子１と検光子２を入れ換えている点に鑑み、ωAとωPとを入れ換えること、ωAの符号が負になった項はｃｏｓ（−ｘ）＝ｃｏｓ（ｘ）なる関係を利用して符号を正に直すこと（式（８）と表記統一を図るため）、ωPの符号が負の場合はδAPの符号を逆転すること（φA（ｔ）＝ωAｔ＋δAPの符号が変わるので）を行えば、式（８）から式（２４）が導出される。
【０１６３】
実施の形態１に記載した１：２（Ａ−Ｐ）項と、２：２（Ａ＋Ｐ）項と、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と、４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項と、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とは、図２に示したような単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置ではそれぞれ１’：２（Ａ−Ｐ）項（周波数２（ωA−ωP））と、２’：２（Ａ＋Ｐ）項（周波数２（ωA＋ωP））と、３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項（周波数２（ωA＋ωP−２ωR））と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項（周波数２（ωA−ωP−２ωR））と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項（周波数２（ωA−ωP−ωR））と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項（周波数２（ωA＋ωP−ωR））とに対応する。式（２４）のうちで４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項及び５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項だけが、式（８）の対応項と周波数が異なっている。
【０１６４】
実施の形態１と同様に、各周波数成分項の位相には未知パラメータが１つも含まれないか（１’：２（Ａ−Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項）、φのみが含まれるか（２’：２（Ａ＋Ｐ）項、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項）のいずれかである。また、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の振幅は等しい。
【０１６５】
よって、図２に示したような単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置に関して、実施の形態１に記載した方法によって、検出器６で検出される透過光強度の時刻依存性Ｉrev（ｔ）から試料３のリタデーションδ、及び試料３の遅相軸方向φを求めるためには、＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項の振幅及び位相と、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相のうちの２つと、を求める必要がある（したがって合計少なくとも４つの量）。
【０１６６】
直流項を使用せず、測定者が制御可能な設定値である周波数に依存した周波数成分項のみで評価できるので、迷光や熱雑音等の低周波数ノイズやショットノイズの影響を受けずに評価が可能である。
【０１６７】
実施の形態１記載の方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉrev（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により、上記した周波数で変化する、評価に必要な周波数成分項の振幅及び位相を測定することができる。測定した各周波数成分項の位相及び振幅を再現するように、未知パラメータＩ0，Δ，δ，φを最適化手法で決定することにより、試料３のリタデーションδ、及び試料３の遅相軸方向φを評価することができる。
【０１６８】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδ（すなわち光学的異方性の大きさ）と試料３の遅相軸方向φ（すなわち光学的異方性の方向）とを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、又は、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料３を正確に評価できる。
【０１６９】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０１７０】
５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項が必要であるので、これらの周波数成分項の振幅の絶対値は大きい方がよい。よって、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。評価する波長が一つならば、その波長に対する１／４波長板を使用すればよい。現実に入手できる１／４波長板のリタデーションは厳密には１／４波長ではないが、Δもδ等と同時に求めるので、問題にならない。他の周波数成分項の振幅はΔに対し、ｃｏｓ2（Δ／２）又はｓｉｎ2（Δ／２）に比例する。位相差板がおおよそ１／４波長板であれば、ｃｏｓ2（Δ／２）の値とｓｉｎ2（Δ／２）の値はいずれも約１／２であるので、Δが原因で他の周波数成分項の振幅が０になることはない。この点でも位相差板４として１／４波長板を使用することは好ましい。
【０１７１】
逆に、位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。同じ位相差板４を用いて複数の波長で評価する場合は、測定する波長全てで半波長板にならないような位相差板を使用することが望ましい。
【０１７２】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（還元すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。周波数成分項の周波数は光学素子の回転の周波数の加減算で表されるので負になる場合があるが、ｃｏｓ（δ−ωｔ）＝ｃｏｓ（−δ＋ωｔ）であるので、位相の符号は逆転するが正の周波数と見なされる。よって、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０１７３】
評価に使用する周波数成分項と使用しない周波数成分項とにおいて、それらの周波数が、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）によっては等しくなる場合がある。振幅Ｆ1で位相がδ1の周波数成分項と、振幅Ｆ2で位相がδ2の周波数成分項とで、周波数がωで等しくなった場合は、上記式（１０）に示すように２つの周波数成分項が同じ周波数の項にまとめられる。しかし、元の振幅Ｆ1，Ｆ2及び位相δ1，δ2はまとめられた項に受け継がれるだけなので、その情報自体は失われない。つまり、具体的に解析に使用するには、式（１０）を具体的に計算する必要があるが、評価に使用する周波数成分項の周波数と、評価に使用しない周波数成分項の周波数とが等しくなっても構わない。単に、使用しないと選択したはずが、使用することになっただけである。
【０１７４】
この方法で未知パラメータの情報を持たない周波数成分項の位相に、未知パラメータの情報を持たせることができる。あるいは、φの情報のみを持つ周波数成分項の位相に、φ以外の未知パラメータの情報を持たせることができる。また、φの情報を持たない周波数成分項の振幅に、φの情報を持たせることができる。ただし、情報が増えるわけではなく、元の２つの周波数成分項を同時に測定することに等しい。
【０１７５】
ここで、図５に実施の形態５による上記評価方法での処理を概説する模式図を示す。図５の例において処理６１〜６５は既述の処理５１〜５５（図３参照）に対応する。但し、処理６２では実施の形態５に係る上記周波数成分を抽出する。
【０１７６】
実施の形態６．
図２に示したような単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置でも、実施の形態２と同様に２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項との位相は未知パラメータとしてφのみを含むので、これらのうちの少なくとも１つの位相が測定できれば、最適化手法のような陰的な方法ではなく、陽にφを求めることができる。
【０１７７】
具体的には、２’：２（Ａ＋Ｐ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ２2とし、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ２4とし、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ２5とし、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の位相の測定値をｐｈａｓｅ２6とすれば、次式（２５）を用いてφを求めることができる。なお、式（２５）では、φを求めるために使用する周波数成分項の周波数が正であるとしている。このため、φを求めるために使用する周波数成分項の周波数が負であるときは、位相の符号が逆転するので、補正が必要である。
【０１７８】
【数２５】
0005361843.tif 000026
【０１７９】
当該評価手法によれば、最適化手法のような陰的な方法を用いずに、周波数成分の位相から陽にφを評価できる。このため、最適化の目的関数の設定という任意性を排除できる。
【０１８０】
ロックイン検出をする場合でも、フーリエ変換を使用する場合でも、周波数成分項の位相δは周波数成分項の周波数をωとしたときにｃｏｓωｔに同期する成分の振幅ａｃｏｓとｓｉｎωｔに同期する成分の振幅ａｓｉｎから、δ＝ｔａｎ-1（ａｓｉｎ／ａｃｏｓ）の関係を用いて求める（ａｃｏｓとａｓｉｎの符号を考慮して、δが第一〜第四象限のどこにいるのかも決める）。よって、ａｃｏｓとａｓｉｎの絶対値はおおよそ等しくなるようにしておくと、測定の精度が高くなる（一方が極端に小さいと、小さい方の測定精度が低くなる）。
【０１８１】
φのおおよその値は事前に判明している場合が多いので、その値をφ0として、φ＝φ0＋δφと分解しておく。５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を展開すると、次式（２６）となる。なお、式（２６）中の複号について、上側の符号は５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応し、下側の符号は６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応する。
【０１８２】
【数２６】
0005361843.tif 000027
【０１８３】
よって、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とを使用する場合、次式（２７）が成り立つようにδAP及びδRPを設定する（例えばδAP＝±φ0かつδRP＝π／８に設定する）のが好ましい。なぜならば、δφが小さい（φ0がおおよそ実際の方向φに近い）場合に、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の振幅がおおよそ等しくなり、測定の精度が高くなるからである。
【０１８４】
なお、式（２７）において、ｍは整数である。また、式（２７）中の複号について、上側の符号は５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応し、下側の符号は６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項を使用することに対応する。
【０１８５】
【数２７】
0005361843.tif 000028
【０１８６】
同様に、２’：２（Ａ＋Ｐ）項に対してはδAP＝φ0／２＋π／８＋ｍπ／４を用い、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項に対してはδRP＋δAP／２＝φ0＋π／１６＋ｍπ／８を用いればよい。この２つの条件はδRP＝０とすれば同時に満たすことができる。
【０１８７】
この方法で評価することにより、未知パラメータφ（又はδφ）を単独で精度よく求めることができる。２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相からそれぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【０１８８】
φ以外の３つの未知パラメータ、特にδを求めるには、実施の形態１と同様に、＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項の振幅及び位相と、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうち少なくとも２つの周波数成分項の振幅及び位相のうちの２つと、を求める必要がある（したがって合計少なくとも４つの量）。
【０１８９】
実施の形態５に記載した方法で得られた検出器出力の時間依存性Ｉrev（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により、評価に必要な周波数成分項の振幅及び位相を測定することができる。測定した各周波数成分項の位相及び振幅を再現するように、未知パラメータである検出器の出力係数Ｉ0と、位相差板４のリタデーションΔと、試料３のリタデーションδとを最適化手法で決定することにより、試料３のリタデーションδを評価することができる。
【０１９０】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【０１９１】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０１９２】
実施の形態５と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０１９３】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、φの評価に使用する２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０１９４】
評価に使用する周波数成分項（すなわち５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）のうちでφの評価に使用しない周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項（すなわち、５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの残余の周波数成分項、及び、１：２（Ａ−Ｐ）項と２：２（Ａ＋Ｐ）項と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４：２（Ａ−Ｐ＋２Ｒ）項とのうちの残余の周波数成分項）の周波数と等しくなっても構わない。振幅Ｆ1で位相がδ1の周波数成分項と、振幅Ｆ2で位相がδ2の周波数成分項とで、周波数がωで等しくなった場合は、式（１０）に示すように２つの周波数成分項が同じ周波数の項にまとめられる。しかし、元の振幅Ｆ1，Ｆ2及び位相δ1，δ2は、まとめられた項に受け継がれるだけなので、その情報自体は失われない。単に、使用しないと選択したはず、が使用することになっただけである。
【０１９５】
なお、実施の形態６による上記評価方法での処理は、実施の形態５と同様に、図５で以て概説される。但し、実施の形態６に係る処理６５では、上記のように最適化手法ではなく所定の関係式を利用して、試料３の遅相軸方向φを算出する。
【０１９６】
実施の形態７．
図２に示したような単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置でも、実施の形態５に記載した評価に使用する少なくとも３つの周波数成分項（すなわち、＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）について、上記＜ｉｉ’＞として実施の形態３と同様に１’：２（Ａ−Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを選択することができる。
【０１９７】
１’：２（Ａ−Ｐ）項の振幅はＩ0／４・ｃｏｓ2（δ／２）・ｃｏｓ2（Δ／２）であり、３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅はＩ0／４・ｃｏｓ2（δ／２）・ｓｉｎ2（Δ／２）であるので、これらの項の振幅を測定して比を取ると、ｓｉｎ2（Δ／２）／ｃｏｓ2（Δ／２）が求められる。測定した振幅の比をｒａｔｉｏ５＝｛３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅｝／｛１’：２（Ａ−Ｐ）項の振幅｝とすると、次式（２８）から位相差板４のリタデーションΔを陽に求めることができる。ｒａｔｉｏ５が１より大きいときは上段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができ、他方、ｒａｔｉｏ５が１より小さいときは下段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができる。ｒａｔｉｏ５が１のときはいずれの式を使用しても構わない。
【０１９８】
【数２８】
0005361843.tif 000029
【０１９９】
上記＜ｉ’＞に関して、ｒａｔｉｏ６＝｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝／｛１’：２（Ａ−Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とのうちいずれか一方の周波数成分項の振幅｝と定義し、上記振幅の測定値と、次式（２９）と、上記式（２８）で求めたΔとから、試料３のリタデーションδを陽に求めることができる。式（２９）において上段の式は１’：２（Ａ−Ｐ）項に対して使用され、下段の式は３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項に対して使用される。振幅は、１’：２（Ａ−Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とのいずれについてもΔを求めるために使用するので、測定しておく必要がある。よって、式（２９）の上段の式と下段の式の両方を用いてそれぞれ別々にδを求め、その平均を取ることで、確度が向上する。
【０２００】
【数２９】
0005361843.tif 000030
【０２０１】
評価に必要な周波数成分項の振幅と位相は、実施の形態５に記載した方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉrev（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により測定することができる。
【０２０２】
当該評価手法によれば、最適化手法を用いないので、目的関数の設定という任意性を排除できる。１’：２（Ａ−Ｐ）項及び３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅はｃｏｓ2（δ／２）に比例するので、δの小さい試料について振幅が大きくなる。つまり、δの小さい試料を評価するのに適している。
【０２０３】
試料３の遅相軸方向φも、実施の形態２記載の方法、つまり２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項の位相から、陽に求めることができる（式２５参照）。２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相から、それぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【０２０４】
よって、試料３のリタデーションδと遅相軸方向φの両方を、それぞれ独立に、陽に求めることができる。よって、試料の評価に最適化手法を用いないので、目的関数の設定方法という任意性を排除できる。実施の形態６と同様に、測定の精度が高くなるようにδAPとδRPを設定しておくことが望ましい。
【０２０５】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【０２０６】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０２０７】
実施の形態１と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０２０８】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項との周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、評価に使用する周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。
【０２０９】
ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０２１０】
使用する周波数成分項は３通り（｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項，１’：２（Ａ−Ｐ）項，３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝、｛６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，１’：２（Ａ−Ｐ）項，３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝、｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項，６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，１’：２（Ａ−Ｐ）項，３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項｝）しかないので、以下に具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRの条件を書き下す。
【０２１１】
５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、１’：２（Ａ−Ｐ）項と、３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３０）で与えられる。なお、式中の“＆”は論理積を表す。
【０２１２】
【数３０】
0005361843.tif 000031
【０２１３】
６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、１’：２（Ａ−Ｐ）項と、３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３１）で与えられる。
【０２１４】
【数３１】
0005361843.tif 000032
【０２１５】
５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、１’：２（Ａ−Ｐ）項と、３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３２）で与えられる。
【０２１６】
【数３２】
0005361843.tif 000033
【０２１７】
実施の形態１に記載したように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRは比例係数ＡP，ＡA，ＡRにそれぞれ比例するので、式（３０）〜式（３２）は比例係数ＡP，ＡA，ＡRの条件に読み替えることができる。
【０２１８】
どの場合でもωP≠０，ωA≠０，ωR≠０及びωP≠ωA，ωR≠ωA，ωR≠ωPが条件となっているので、偏光子１と検光子２と位相差板４とは、それぞれ０でなくかつ互いに相異なる周波数で回転させる必要がある。他にも、使用する周波数成分項の組合せによって、光学素子の回転周波数について禁止される組合せが数種類存在する。
【０２１９】
例えば、ωA＝ωP／４，ωR＝４ωP，ωP≠０は式（３０）〜式（３２）を満たす。ωA＝ωP／ｎ，ωR＝ｎωP，ωP≠０の形式を一般化すると、ｎ＞｛１＋√（３）｝〜２．７３２０５、又はｎ＜｛−√（２）｝〜−１．４１４２１であれば、式（３０）〜式（３２）を満たす。
【０２２０】
ここで、図６に実施の形態７による上記評価方法での処理を概説する模式図を示す。図６の例では、既述の処理６１〜６５（図５参照）に、処理６６が追加されている。処理６６では、処理６４で求めた振幅を所定の関係式に当てはめて位相差板４のリタデーションΔを算出する。なお、実施の形態７に係る処理６５では、上記のように、処理６３，６４で求められた振幅及び位相と、処理６６で求められた位相差板４のリタデーションΔとを所定の関係式に当てはめて試料３のリタデーションδを算出する。
【０２２１】
実施の形態８．
図２に示したような単色光源５−偏光子１−試料３−位相差板４−検光子２−検出器６という配置でも、実施の形態５に記載した評価に使用する少なくとも３つの周波数成分項（すなわち、＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項と、＜ｉｉ’＞１’：２（Ａ−Ｐ）項と２’：２（Ａ＋Ｐ）項と３’：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちの少なくとも２つの周波数成分項）について、上記＜ｉｉ’＞として実施の形態４と同様に２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とを選択することができる。
【０２２２】
２’：２（Ａ＋Ｐ）項の振幅はＩ0／４・ｓｉｎ2（δ／２）・ｃｏｓ2（Δ／２）であり、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項の振幅はＩ0／４・ｓｉｎ2（δ／２）・ｓｉｎ2（Δ／２）であるので、これらの項の振幅を測定して比を取ると、ｓｉｎ2（Δ／２）／ｃｏｓ2（Δ／２）が求められる。測定した振幅の比をｒａｔｉｏ７＝｛４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項の振幅｝／｛２’：２（Ａ＋Ｐ）項の振幅｝とすると、次式（３３）から位相差板４のリタデーションΔを陽に求めることができる。ｒａｔｉｏ７が１より大きいときは上段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができ、他方、ｒａｔｉｏ７が１より小さいときは下段の式を使用する方が精度よくΔを求めることができる。ｒａｔｉｏ７が１のときはいずれの式を使用しても構わない。
【０２２３】
【数３３】
0005361843.tif 000034
【０２２４】
上記＜ｉ’＞に関して、ｒａｔｉｏ８＝｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝／｛２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのうちのいずれか一方の周波数成分項の振幅｝と定義し、上記振幅の測定値と、次式（３４）と、上記式（３３）で求めたΔとから、試料３のリタデーションδを陽に求めることができる。式（３４）において上段の式は２’：２（Ａ＋Ｐ）項に対して使用され、下段の式は４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項に対して使用される。振幅は、２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とのいずれについてもΔを求めるために使用するので、測定しておく必要がある。よって、式（３４）の上段の式と下段の式の両方を用いてそれぞれ別々にδを求め、その平均を取ることで、確度が向上する。
【０２２５】
【数３４】
0005361843.tif 000035
【０２２６】
評価に必要な周波数成分項の振幅と位相は、実施の形態５に記載した方法で得られた検出器６の出力の時間依存性Ｉrev（ｔ）をロックイン検出する、あるいはＦＦＴを施す等の方法により測定することができる。
【０２２７】
当該評価手法によれば、最適化手法を用いないので、目的関数の設定という任意性を排除できる。
【０２２８】
試料３の遅相軸方向φも、実施の形態２記載の方法、つまり２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも１つの周波数成分項の位相から、陽に求めることができる（式２５参照）。２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項と、５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの２つ以上の周波数成分項の位相から、それぞれ別々にφ（又はδφ）を求めて平均を取れば、確度が向上する。
【０２２９】
以上の方法により、試料３のリタデーションδと遅相軸方向φの両方を、それぞれ独立に、陽に求めることができる。よって、試料の評価に最適化手法を用いないので、目的関数の設定方法という任意性を排除できる。実施の形態６と同様に、測定の精度が高くなるようにδAPとδRPを設定しておくことが望ましい。
【０２３０】
上記の評価方法により、使用する位相差板４のリタデーションΔの値に無関係で、かつ透過光強度の直流成分を使用せずに、試料３のリタデーションδと試料３の遅相軸方向φを評価できる。そのため、迷光が検出器６に混入するような明るい雰囲気下であっても、位相差板４のリタデーションΔが厳密に管理できていない場合であっても、δが小さい試料を正確に評価できる。
【０２３１】
使用する位相差板４のリタデーションΔも試料３のリタデーションδ等と同時に求められるので、Δの値が既知である必要はない。測定時間の間に位相差板４や試料３のリタデーションが変化しない程度の周囲温度の管理で十分である。試料３の温度管理が可能であれば、試料３のリタデーションδの温度依存性を求めることができる。単色光で評価するので、単色光源５を例えばハロゲンランプと分光器等とを用いることによって出力波長が可変な構成にすれば、波長依存性を求めることができる。位相差板４のリタデーションΔも波長依存性を持つが、試料３のリタデーションδ等と同時に求めるので問題にならない。
【０２３２】
実施の形態１と同様に、ｓｉｎΔの絶対値は１に近い方がよい。つまり、Δは約π／２近傍か、それにπの整数倍を加えた値の近傍が良い。ただし、好ましいというだけであり、厳密でなくて構わない。位相差板４のｓｉｎΔの絶対値が０に近いことは好ましくない。つまり、測定に使用する単色光の波長に対する半波長板を使用することは好ましくない。
【０２３３】
評価に使用する周波数成分項（つまり＜ｉ’＞５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項とのうちの少なくとも一方の周波数成分項、及び、＜ｉｉ’＞２’：２（Ａ＋Ｐ）項と４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項との周波数成分項）の周波数は互いに相異なるように、かつ使用する周波数成分項の周波数が０にならないように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（換言すれば比例係数ＡP，ＡA，ＡR）を選択する必要がある。また、評価に使用する周波数成分項の周波数は、評価に使用しない周波数成分項の周波数と異なっている必要がある。
【０２３４】
ここで、２つの周波数ω1，ω2が異なるとはω1≠±ω2が成り立つことである。具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωR（比例係数ＡP，ＡA，ＡR）の条件を導出するには、異なる必要がある２つの周波数ω1，ω2に対し、ω1＝±ω2となる条件を、異なる必要がある２つの周波数の全ての組合せについて求め、得られた条件の否定を全て論理積で結合すればよい。
【０２３５】
使用する周波数成分項は３通り（｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項，２’：２（Ａ＋Ｐ）項，４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項｝、｛６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，２’：２（Ａ＋Ｐ）項，４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項｝、｛５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項，６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項，２’：２（Ａ＋Ｐ）項，４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項｝）しかないので、以下に具体的に光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRの条件を書き下す。
【０２３６】
５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３５）で与えられる。なお、式中の“＆”は論理積を表す。
【０２３７】
【数３５】
0005361843.tif 000036
【０２３８】
６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３６）で与えられる。
【０２３９】
【数３６】
0005361843.tif 000037
【０２４０】
５’：２（Ａ−Ｐ−Ｒ）項と、６’：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項と、２’：２（Ａ＋Ｐ）項と、４’：２（Ａ−Ｐ−２Ｒ）項とを使用する場合、周波数ωP，ωA，ωRの条件は次式（３７）で与えられる。
【０２４１】
【数３７】
0005361843.tif 000038
【０２４２】
実施の形態１に記載したように、光学素子の回転の周波数ωP，ωA，ωRは比例係数ＡP，ＡA，ＡRにそれぞれ比例するので、式（３５）〜式（３７）は比例係数ＡP，ＡA，ＡRの条件に読み替えることができる。
【０２４３】
どの場合でもωP≠０，ωA≠０，ωR≠０が条件となっているので、偏光子１と検光子２と位相差板４とを全て回転させる必要がある。ωR≠ωAが条件となっているので検光子２と位相差板４は異なる周波数で回転させる必要がある。さらに、−ωP≠ωA，−ωR≠ωPが条件となっているので検光子２と位相差板４は偏光子１と同じ絶対値の周波数で逆向きに回転させることは禁止される。他にも、使用する周波数成分項の組合せによって、光学素子の回転周波数について禁止される組合せが数種類存在する。
【０２４４】
例えば、ωA＝ωP／４，ωR＝４ωP，ωP≠０は式（３５）〜式（３７）を満たす。ωA＝ωP／ｎ，ωR＝ｎωP，ωP≠０の形式を一般化すると、ｎ＞｛１＋√（３）｝〜２．７３２０５、又はｎ＜｛−√（２）｝〜−１．４１４２１であれば、式（３５）〜式（３７）を満たす。
【０２４５】
なお、実施の形態８による上記評価方法での処理は、実施の形態７と同様に、図６で以て概説される。
【０２４６】
実施の形態９．
図７に図１の評価系に対応した評価装置２１を概説する模式図を示す。図７に例示の評価装置２１において、単色光源５と、偏光子１と、位相差板４と、検光子２と、検出器６とは既述のように配置されている。
【０２４７】
すなわち、単色光源５からの出射光の光路上に当該出射光を（より具体的には光源５から出射され偏光子１と位相差板４と試料３と検光子２とを通過した光を）検出可能な態勢で検出器６が配置されている。偏光子１は上記光路上において光源５と検出器６との間に配置されている。検光子２は上記光路上において偏光子１と検出器６との間に配置されている。位相差板４は上記光路上において偏光子１と検光子２との間に配置されている。
【０２４８】
単色光源５は、単色光を発する光源である。当該単色光の波長は、厳密に単一の波長である必要はなく、位相差板４や試料３のリタデーションの波長依存性が無視できる程度の波長幅を有していてもよい。単色光源５としては、レーザーを用いることができ、ほぼ単色に近い光が得られる。ハロゲンランプ等のある程度の波長域で発光する光源と、分光器や干渉フィルタ等の波長選択性を持つ光学機器や光学素子とを組合わせても良い。かかる例によれば数ｎｍ程度の波長幅の光が得られる。偏光解消板を併用すると光源５からの出射光に偏光成分が混入していても、自然光が得られる。
【０２４９】
偏光子１と検光子２は、入射光から透過軸方向の直線偏光取り出す光学素子である。１００００：１程度以上の消光比は容易に入手できる。偏光子１と検光子２として、グラントムソンプリズム等の偏光プリズムを用いることができる。偏光フィルタのような板状の偏光板を用いても良い。
【０２５０】
位相差板４は、垂直入射する光に対してリタデーションに等しい位相差を与える素子である。より広く定義すると、入射する光に対して一定の位相差を与える素子である。本評価方法及び本評価装置では、一定の位相差は既知である必要はないが、実施の形態１等に記載のように、評価に使用する単色光の波長のおおよそ１／４波長の位相差（波長単位）を与える位相差板４が好ましい。位相差板４には、水晶波長板を用いることができる。延伸樹脂フィルムを用いても良い。
【０２５１】
偏光子１と検光子２と位相差板４は上記光路に直交するように配置されている。また、実施の形態１でも述べたように、これらの光学素子１，２，４はそれぞれの主面の法線方向に平行な方向を（換言すれば上記光路に平行な方向を）回転軸方向として回転可能に配置されている。光学素子１，２，４の回転は例えば手動で行うことも可能であるが、図７の例では光学素子１，２，４に回転機構１１，１２，１４がそれぞれ設けられている。
【０２５２】
回転機構１１，１２，１４は、回転の周波数と、特定の時刻における回転対象の角度とを少なくとも知るための機構を有している。例えばステッピングモータ等の回転モータを使用した回転機構を用いることができる。回転角度を読み出すための装置（例えばエンコーダー等の装置）が付随していると好ましい。回転前の回転対象の角度を求めてから、回転の周波数を利用して回転角度を求めても良い。
【０２５３】
検出器６は、当該検出器６に入射してくる光の強度を、その強度に依存した大きさを持つ出力信号に変換する素子である。検出器６には、入射光強度に対して線形に応答する出力が得られる検出器（例えば光電子増倍管やフォトダイオード等）を用いることができる。入射光強度に対する検量線が既知であれば、線形応答性は厳密でなくもよく、入射光強度に対して単調に増加（又は減少）するような応答をする検出器でも構わない。本評価方法及び本評価装置は迷光や、熱雑音等の低周波ノイズや、ショットノイズが存在しても使用できるため、迷光の遮光や検出器の冷却のための機構は必須ではない。検出器６に電源等の付属機器が必要であれば、それらを使用する。
【０２５４】
評価装置２１は更に、試料３を支持するための試料支持具１３を有している。支持具１３は、その形状等は特に限定されないが、試料３を上記光路に直交するように支持可能に構成されている。図１の評価系に対応する図７の評価装置２１では支持具１３は試料３が上記光路上で位相差板４と検光子２との間に支持されるように構成されているが、図２の評価系に対応する図８の評価装置２２のように上記光路上で偏光子１と位相差板４との間に試料３が支持されるように支持具１３を構成しても構わない。あるいは、支持具１３を、位相差板４と検光子２との間の位置と、偏光子１と位相差板４との間の位置との両方に試料３を配置可能に構成し、評価時にいずれか一方の位置を選択的に使用するようにしても構わない。
【０２５５】
上記のように偏光子１と、位相差板４と、試料３と、検光子２とは、単色光源５からの出射光が垂直に入射するように、かつ、互いに主面が平行になるように配置される。単色光源５としてレーザー等の指向性の高い光を出射する光源を用いる場合、その出射光が偏光子１の表面に垂直に入射するように光源５が配置される。光源５からの出射光をミラー等で誘導して、光路を形成しても構わない。また、レーザー等の指向性の高い光を出射する光源の代わりに、単色光源５と検出器６との間隔より十分小さい開口を持つ絞りを、検出器６の手前に置いても良い。あるいは、平凸レンズやコリメータを用いて、単色光源５からの出射光に指向性を持たせても良い。
【０２５６】
評価装置２１は更に、処理手段１９を有している。処理手段１９は、評価装置２１における各種処理（演算、制御等）を行い、あるいは各種処理に対応した各種手段として機能する。処理手段１９によって実現される各種機能は、ソフトウェア（換言すればマイクロコンピュータによるプログラム処理）によって提供されてもよいし、ハードウェアによって提供してもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの組合わせによって提供されてもよい。
【０２５７】
処理手段１９は、例えば、検出器６の出力を受ける受信手段（Ａ／Ｄコンバータ等）、受信手段で生成される信号を実施の形態１〜８の方法で解析する解析手段、偏光子１と検光子２と位相差板４との回転を制御する回転制御手段等を含んで構成される。なお、例えば解析手段と回転制御手段とはマイクロコンピュータによって兼務させることが可能である。
【０２５８】
なお、支持具１３には試料３を設置する方向を示すガイド等があると好ましい。また、支持具１３は偏光子１等と同様に回転機構を有すると好ましい。
【０２５９】
評価装置２１，２２は、実施の形態１〜８の解析を行うことによって、上記各種効果を奏する。
【０２６０】
なお、評価装置２１，２２の例示に限定されるものではなく、要求される機能を実現できる素子、装置等を採用可能である。
【０２６１】
実施の形態１０．
本実施の形態１０では、評価のシミュレーション結果を説明する。光学素子の配置として、単色光源５−偏光子１−位相差板４−試料３−検光子２−検出器６という配置を用いた（図１参照）。評価方法は実施の形態３に記載した方法を用いた。評価は、以下の手順ＳＴ１〜ＳＴ１１を用いて行った。
【０２６２】
＜手順ＳＴ１＞
各種パラメータ値を設定する。
測定波長λ＝546ｎｍ、
試料３の遅相軸方向φ＝φ0＋δφ、測定者の想定している方向φ0＝90°（＝6.283rad）、φ0からのズレδφ＝0.856°（＝0.01494rad）、位相差δ＝0.457ｎｍ（＝0.00526rad）、
偏光子１の周波数ωP＝2Ｈｚ（＝12.57rad・s-1）、
位相差板４の初期位相δRP＝-22.5°（＝-0.3927rad）、位相差Δ＝140ｎｍ（＝２πΔ／λ＝1.611rad）、周波数ωR＝8Ｈｚ（＝50.27rad・s-1）、
検光子２の初期位相δAP＝90°（＝6.283rad）、角速度ωA＝0.5Ｈｚ（＝1.571rad）、
検出器６の出力係数Ｉ0＝１、
データ取り込み時間8ｓ、取り込み点の数Ｎ＋１＝4096pts、取り込み間隔ΔＴ＝1.953ｍＳ。
【０２６３】
＜手順ＳＴ２＞
ｉ＝０とする。
【０２６４】
＜手順ＳＴ３＞
設定値を用いて時刻ｔi＝ｉΔＴでの透過光強度のＩical＝Ｉ（ｔi）を、式（８）を用いて計算する。
【０２６５】
＜手順ＳＴ４＞
ｉを１増加させてｉ＞Ｎとなるまで上記手順ＳＴ３を繰り返し、Ｎ＋１個のＩicalからなる計算出力列｛Ｉical｝を得る。
【０２６６】
＜手順ＳＴ５＞
｛Ｉical｝に標準偏差０．１％の正規雑音と、Ｉ0の２％に標準偏差０．１％の正規雑音を加えた迷光の模擬成分とを加え、検出器６からの出力列｛Ｉi｝のシミュレーション値を得る。
【０２６７】
＜手順ＳＴ６＞
得られた｛Ｉi｝に基数２のＦＦＴを施し、各周波数成分項のｓｉｎ成分（ａｓｉｎ）とｃｏｓ成分（ａｃｏｓ）を求め、位相（ｔａｎ-1（ａｓｉｎ／ａｃｏｓ））と振幅（（ａｓｉｎ2＋ａｃｏｓ2）1/2）を計算する。
【０２６８】
＜手順ＳＴ７＞
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項及び６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項のそれぞれの位相から試料３の遅相軸方向φを求め、想定方向φ0を差し引いてズレδφを求める。そして、両ズレδφの平均値δφaveを求める。
【０２６９】
＜手順ＳＴ８＞
１：２（Ａ−Ｐ）項及び３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅から位相差板４のリタデーションΔを求める。
【０２７０】
＜手順ＳＴ９＞
５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項の振幅と６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の振幅のうちの１つと、１：２（Ａ−Ｐ）項の振幅と３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の振幅のうちの１つとによる全ての組合わせ（４通り）のそれぞれについて、試料３のリタデーションδを求める。そして、それらの平均値δaveを求める。
【０２７１】
＜手順ＳＴ１０＞
上記手順ＳＴ２〜ＳＴ９を同一の設定値で１０回繰り返す。
【０２７２】
ここで正規雑音とは、その強度の確率分布が正規分布である雑音であって、その平均は０、標準偏差は上記手順ＳＴ５に示した値である。
【０２７３】
図９に、出力列｛Ｉi｝のシミュレーション値を例示する。また、図１０及び図１１に、図９の出力列｛Ｉi｝に基数２のＦＦＴを施して得られたｃｏｓ成分及びｓｉｎ成分をそれぞれ示す。また、図１０及び図１１の拡大図を図１２及び図１３にそれぞれ示す。５：２（Ａ−Ｐ＋Ｒ）項の周波数である１３Ｈｚと、６：２（Ａ＋Ｐ−Ｒ）項の周波数である１１Ｈｚと、１：２（Ａ−Ｐ）項の周波数である３Ｈｚと、３：２（Ａ＋Ｐ−２Ｒ）項の周波数である２７Ｈｚとに信号が得られている。
【０２７４】
表１に、上記手順ＳＴ２〜ＳＴ９で得られるδφave，δave，Δの組を、上記手順ＳＴ１０で１０回繰り返して１０組取得し、その１０組での平均値と標準偏差を示す。
【０２７５】
【表１】
0005361843.tif 000039
【０２７６】
＜比較例＞
比較例として、以下の手順ＳＴ２１〜ＳＴ３１を用い、特許文献４に開示されているＰＥＭを用いた位相変調法のシミュレーションを行った。光学素子の配置として、単色光源−偏光子−ＰＥＭ−試料−検光子−検出器という配置を用いた。試料と測定波長と雑音のシミュレーション設定値は、上記の実施の形態１０に係る値と同じに設定した。
【０２７７】
＜手順ＳＴ２１＞
各種パラメータ値を設定する。
測定波長λ＝546ｎｍ、
試料の遅相軸方向φ＝φ0＋δφ、測定者の想定している方向φ0＝90°（＝6.283rad）、φ0からのズレδφ＝0.856°（＝0.01494rad）、位相差δ＝0.457ｎｍ（＝0.00526rad）、
ＰＥＭの周波数ｆ＝50ｋＨｚ、遅相軸方向0°、透過光に与える位相差の振幅Δ0＝137.8°（2.40483rad、０次の第１種Bessel関数の零点Ｊ0（Δ0）＝０）、
偏光子の透過軸方向45°、
検出器の出力係数Ｉ0＝１、
データ取り込み時間2.56ｍｓ、取り込み点の数Ｎ＋１＝4096pts、取り込み間隔ΔＴ＝0.625μｓ。
【０２７８】
＜手順ＳＴ２２＞
ｉ＝０とする。
【０２７９】
＜手順ＳＴ２３＞
検光子の透過軸方向φAを０°として、設定値を用いて時刻ｔi＝ｉΔＴでの透過光強度のＩ0,ical＝ＩPEM（ｔi，０°）を、式（３８）により計算する。
【０２８０】
【数３８】
0005361843.tif 000040
【０２８１】
＜手順ＳＴ２４＞
検光子の透過軸方向φAを−４５°として、設定値を用いて時刻ｔi＝ｉΔＴでの透過光強度のＩ45,ical＝ＩPEM（ｔi，４５°）を、式（３８）により計算する。
【０２８２】
＜手順ＳＴ２５＞
ｉを１増加させてｉ＞Ｎとなるまで上記手順ＳＴ２３，ＳＴ２４を繰り返し、Ｎ＋１個のＩ0,Icalからなる計算出力列｛Ｉ0,Ical｝と、Ｎ＋１個のＩ45,Icalからなる計算出力列｛Ｉ45,Ical｝とを得る。
【０２８３】
＜手順ＳＴ２６＞
｛Ｉ0,Ical｝と｛Ｉ45,Ical｝のそれぞれに標準偏差０．１％の正規雑音と、Ｉ0の２％に標準偏差０．１％の正規雑音を加えた迷光の模擬成分とを加え、検出器からの出力列｛Ｉ0,I｝，｛Ｉ45,I｝のシミュレーション値を得る。
【０２８４】
＜手順ＳＴ２７＞
得られた｛Ｉ0,I｝に基数２のＦＦＴを施し、直流項の大きさａＤＣ０と、周波数ｆの周波数成分項のｓｉｎ成分の振幅ａｓｉｎ０を計算し、比ｒａｔｉｏ０＝ａｓｉｎ０／ａＤＣ０を得る。
【０２８５】
＜手順ＳＴ２８＞
得られた｛Ｉ45,I｝に基数２のＦＦＴを施し、直流項の大きさａＤＣ４５と、周波数ｆの周波数成分項のｓｉｎ成分の振幅ａｓｉｎ４５を計算し、比ｒａｔｉｏ４５＝ａｓｉｎ４５／ａＤＣ４５を得る。
【０２８６】
＜手順ＳＴ２９＞
φ＝１／２・ｔａｎ-1（ｒａｔｉｏ０／ｒａｔｉｏ４５）によりφを計算し、δφ＝φ−φ0からδφを得る。
【０２８７】
＜手順ＳＴ３０＞
δ＝ｓｉｎ-1（（ｒａｔｉｏ０2／ｒａｔｉｏ４５2）1/2／２／Ｊ1（Δ0））によりδを得る。なお、Ｊn（ｘ）はｎ次の第１種Bessel関数である。
【０２８８】
＜手順ＳＴ３１＞
上記手順ＳＴ２２〜ＳＴ３０を同一の設定値で１０回繰り返す。
【０２８９】
図１４及び図１５に、出力列｛Ｉ0,i｝，｛Ｉ45,i｝のシミュレーション値をそれぞれ例示する。また、図１６及び図１７に、図１４の｛Ｉ0,i｝及び図１５の｛Ｉ45,i｝に基数２のＦＦＴを施して得られたｓｉｎ成分をそれぞれ示す。ｆ＝５０ｋＨｚ＝５００００Ｈｚに信号が見られる。
【０２９０】
表２に、上記手順ＳＴ２２〜ＳＴ３０で得られるδφ，δの組を、上記手順ＳＴ３１で１０回繰り返して１０組取得し、その１０組での平均値と標準偏差を示す。
【０２９１】
【表２】
0005361843.tif 000041
【０２９２】
表１と表２の第４行の「（平均値−設定値）／設定値」は、各評価方法で得られた評価結果が設定値をどれだけ再現できているかを示す。実施の形態１０による評価方法（表１）のδaveの−０．００３％に対して、位相変調法（表２）のδの−７．５８％は大きく、位相変調法では設定値が再現できていない可能性がある。明確にするため、「設定値０．４５７ｎｍと平均値が等しい」という帰無仮説を立てて、ｔ検定を行った。表３に、得られたＰ値を示す。Ｐ値とは、帰無仮説が正しいと仮定したときに、検定にかけるデータが得られる確率を表す。有意水準をαとした時にＰ＜αであれば帰無仮説は棄却され、１−αの有意水準で帰無仮説は正しくないと結論できる。
【０２９３】
【表３】
0005361843.tif 000042
【０２９４】
表３をみると、位相変調法の結果は０．０１に比べて十分小さい。これは、９９％以上の有意水準で「設定値と平均値が等しい」という帰無仮説が、位相変調法の結果については正しくないと結論できることを示している。実施の形態１０による評価方法のＰ値は、帰無仮説の棄却に通常、使用される有意水準αの値である０．０５や０．０１に比べて十分大きい。これにより帰無仮説が棄却できないと結論できる。
【０２９５】
この違いの原因は、実施の形態１０による評価方法が直流項を使用しないのに対し、位相変調法では手順ＳＴ２７，ＳＴ２８で直流項の大きさとの比を取る必要があることに拠る。直流項は迷光や熱雑音といった低周波ノイズの影響を受けやすい。さらに、ＰＥＭを試用する位相変調法の場合、ＰＥＭにより透過光に与える位相差の振幅Δ0の温度依存性が大きい。比較例では、正確に０次の第１種Bessel関数の零点（Ｊ0（Δ0）＝０）としたが、これが変化すると透過光強度ＩPEMの直流項の２項目（式（３８）の右辺の第２項）が０でなくなるので、さらに測定に影響を与える。よって、直流項を使用しない実施の形態１０による評価方法によれば、高い確度を得ることができる。
【０２９６】
実施の形態１０による評価方法（表１）のδφaveの１０回平均値０．７７２°と、位相変調法（表２）のδφの１０回平均値０．８２０°に対しても、「設定値０．８５６°と平均値が等しい」という帰無仮説を立てて、ｔ検定を行った。表４に、得られたＰ値を示す。
【０２９７】
【表４】
0005361843.tif 000043
【０２９８】
表４によれば、帰無仮説の棄却に通常、使用される有意水準αの値である０．０５や０．０１に比べて十分大きく、帰無仮説が棄却できないと結論できる。また、「実施の形態１０による評価方法と位相変調法とで得られた１０回平均値が等しい」という帰無仮説を立てて、ｔ検定を行ったところ、Ｐ＝０．３７９が得られた。これも、帰無仮説の棄却に通常、使用される有意水準αの値である０．０５や０．０１に比べて十分大きい。つまり、実施の形態１０による評価方法も位相変調法も同じように、設定値を再現していると結論できる。
【０２９９】
図１６を見ると位相変調法の方が雑音の影響が大きいように見える。φの設定値が９０°に近いため、位相変調法のｓｉｎ２πｆｔの周波数成分項の振幅が小さくなったためである（式（３８）参照）。ただし、得られた標準偏差は実施の形態１０による評価方法と位相変調法でほぼ等しいように見える。
【０３００】
実施の形態１０による評価方法と位相変調法で、０．１％の正規雑音の影響を比較するため、「１０回測定のシミュレーションで得られた１０個の結果の標準偏差（正確には分散）が、本評価方法と位相変調法で等しい」という帰無仮説を立てて、Ｆ検定を行った。表５に、得られたＰ値を示す。
【０３０１】
【表５】
0005361843.tif 000044
【０３０２】
分散比（２つの方法で得られた１０個ずつの結果の分散の比）がＦ境界値より大きく、Ｐ値が有意水準αより小さければ、帰無仮説は棄却され、１−αの有意水準で帰無仮説は正しくないと結論できる。表５ではＦ境界値をα＝０．０５で計算した。得られた結果は、遅相軸のズレδφ及びリタデーションδともに分散比＜Ｆ境界値、かつ、Ｐ＞α＝０．０５なので、帰無仮説は棄却できないと結論できる。つまり、実施の形態１０による評価方法も位相変調法も、繰り返し評価では同じような標準偏差が得られる、言い換えると同じような繰り返し精度で評価可能と言える。
【０３０３】
以上から、実施の形態１０による評価方法は、従来の評価方法である位相変調法と同程度の繰り返し精度で評価可能であり、かつ従来の評価方法の課題であった迷光の混入等の直流項に影響がある環境下であっても、確度の高い評価が可能であると言える。
【符号の説明】
【０３０４】
１  偏光子、２  検光子、３  試料、４  位相差板、５  光源、６  検出器、１１，１２，１４  回転機構、１３  支持具、１９  処理手段、２１，２２  評価装置、５１〜５６，６１〜６６  処理。
【図１】
0005361843.tif 000045
【図２】
0005361843.tif 000046
【図３】
0005361843.tif 000047
【図４】
0005361843.tif 000048
【図５】
0005361843.tif 000049
【図６】
0005361843.tif 000050
【図７】
0005361843.tif 000051
【図８】
0005361843.tif 000052
【図９】
0005361843.tif 000053
【図１０】
0005361843.tif 000054
【図１１】
0005361843.tif 000055
【図１２】
0005361843.tif 000056
【図１３】
0005361843.tif 000057
【図１４】
0005361843.tif 000058
【図１５】
0005361843.tif 000059
【図１６】
0005361843.tif 000060
【図１７】
0005361843.tif 000061