(57)【要約】【課題】偏光特性測定系において、測定セルを用いる場合、測定セルの入射窓と出射窓の影響により、精度よく測定することは困難であった。また対物レンズを用いた微視的な光学特性や、積層フィルムのそれぞれの層の光学特性、医療用途で網膜の光学特性を精度よく測定することは困難であった。【解決手段】本発明によるプローブ光を用いて光学特性を測定する方法は、偏光特性を持つ複数の測定対象物をプローブ光の経路に配置するステップと、偏光した入射光と、前記入射光を前記複数の測定対象物を通して得られる出射光とから、前記複数の測定対象物のミューラー行列を測定するステップと、前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性モデルを選択するステップと、選択したそれぞれの偏光特性モデルに応じて連立方程式を立てて解くことにより、前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性を求めるステップとを備えることを特徴とする。【選択図】図1
2017009338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ光を用いて光学特性を測定する方法であって、
偏光特性を持つ複数の測定対象物をプローブ光の経路に配置するステップと、
偏光した入射光と、前記入射光を前記複数の測定対象物を通して得られる出射光とから、前記複数の測定対象物のミューラー行列を測定するステップと、
前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性モデルを選択するステップと、
選択したそれぞれの偏光特性モデルに応じて連立方程式を立てて解くことにより、前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性を求めるステップと、
を備えたことを特徴とする光学特性の測定方法。
【請求項２】
前記偏光特性モデルは、直線複屈折特性モデル、旋光複屈折特性モデル、二色性複屈折特性モデル、円二色性複屈折特性モデル、反射型等方性複屈折特性モデルの内から選択されることを特徴とする請求項1に記載の光学特性の測定方法。
【請求項３】
前記偏光特性モデルが、直線複屈折特性モデルであって、モデルパラメータの内、複屈折位相差δがδ＜＜1と近似できる場合のモデルであることを特徴とする請求項２に記載の光学特性の測定方法。
【請求項４】
前記測定対象物が３つであり、光源に最も近い側と最も遠い側の測定対象物の偏光特性モデルが直線複屈折特性モデルであることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項５】
前記測定対象物の内、光源から２番目に近い測定対象物の偏光特性モデルが直線複屈折特性モデル、旋光複屈折特性モデル、二色性複屈折特性モデル、円二色性複屈折特性モデル、反射型等方性複屈折特性モデルの内の１つであることを特徴とする請求項４に記載の光学特性の測定方法。
【請求項６】
前記測定対象物が２つであり、少なくとも一方の測定対象物の偏光特性モデルが直線複屈折特性モデルであることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項７】
前記測定対象物の内、他方の測定対象物の偏光特性モデルが、直線複屈折特性モデル、旋光複屈折特性モデル、二色性複屈折特性モデル、円二色性複屈折特性モデル、反射型等方性複屈折特性モデルの内の１つであることを特徴とする請求項６に記載の光学特性の測定方法。
【請求項８】
前記測定対象物が３つであり、それぞれの測定対象物が光源に近い方から順に、測定セルに設けられた入射窓、測定対象物、前記測定セルに設けられた出射窓であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項９】
前記測定対象物が３つであり、それぞれの測定対象物が光源に近い方から順に、プローブ光を集光するための入射光用レンズ、測定対象物、出射光用レンズであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項１０】
前記測定対象物が多層構造のフィルムの各層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項１１】
前記測定対象物が３つであり、それぞれの測定対象物が入射光源に近い方から順に、入射光が透過する際の角膜、網膜、出射光が透過する際の前記角膜であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学特性の測定方法。
【請求項１２】
プローブ光の光源と、
偏光発生系と、
偏光検出系と、
光検出器と、
を備えた複数の測定対象物の光学特性の測定装置であって、
前記偏光発生系から照射される入射光と、前記偏光検出系に入る出射光の偏光特性から、ミューラー行列を算出する演算部を備え、
前記演算部は、さらに前記ミューラー行列から、前記複数の測定対象物の偏光特性モデルのモデルパラメータを算出することを特徴とする光学特性の測定装置。
【請求項１３】
測定対象物を内部に収めるための、入射窓と出射窓を有する測定セルをさらに備え、
前記複数の測定対象物に、前記入射窓と前記出射窓を含むことを特徴とする請求項１２に記載の光学特性の測定装置。
【請求項１４】
前記測定対象物の温度を制御するための温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の光学特性の測定装置。
【請求項１５】
前記測定対象物に加わる応力を制御するための応力印加装置を備えたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学特性の測定装置。
【請求項１６】
前記プローブ光を集光して測定対象物に照射するための入射光用レンズと、測定対象物から前記プローブ光を受けるため出射光用レンズを備えたことを特徴とする請求項１２に記載の光学特性の測定装置。
【請求項１７】
多層構造のフィルムに前記プローブ光を入射し、前記多層フィルムを透過した前記プローブ光から、それぞれの層の光学特性を測定することを特徴とする請求項１２に記載の光学特性の測定装置。
【請求項１８】
ヒトを含む動物の眼に前記プローブ光を入射し、角膜を透過して網膜底面で反射し、前記角膜を透過した前記プローブ光から、網膜の光学特性を測定することを特徴とする請求項１２に記載の光学特性の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミューラーマトリックスポラリメトリーを利用して複数の測定対象物の光学特性を測定する方法において、複数のそれぞれの測定対象物の光学特性を正確に測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光は電磁波であり、横波の性質を有する。互いに直交する3軸(x、y、z)座標系を前提として、光の進行方向をz軸方向とすると、光の電界ベクトル（または磁界ベクトル）の振動方向はxy平面に沿った方向であり、x軸成分とy軸成分に分けることができる。そのときx軸成分とy軸成分の位相差と振幅比が時間と共にランダムに変化する光を無偏光、変化なしで一定の光を偏光という。光の偏光状態はx軸成分とy軸成分の位相差と振幅比の値と関係がある。
【０００３】
光学的異方性をもつ透明測定対象物または測定対象物表面に対して、ある偏光状態の光を照射し、透過光や反射光等の出射光を取得すると、入射光と出射光との間で偏光状態の変化が観察される。この偏光状態の変化から、透明測定対象物の異方性または測定対象物表面の光学特性に関する情報を取得することを偏光計測と称する。なお、測定対象物の異方性は、分子構造の異方性、応力の存在などと関係があり、測定試料表面の光学特性は屈折率や薄膜の膜厚と関係がある。
【０００４】
測定対象物を透過したり、反射したりすることによる光の偏光状態の変化を測定する偏光計測方法をポラリメトリーという。直交する方向の偏光成分はそれぞれ異なる振る舞いをするため、測定対象物での反射や透過により直交する偏光成分のそれぞれの振幅および位相は大きく変化する。ポラリメトリーでは、透過波や反射波の直交する偏光成分から得られる複屈折特性を表す複屈折位相差δや主軸方位θ、振幅比を角度で表したΨや位相差Δなどの値を決定する。
【０００５】
近年、ガラスや高分子材料など光学デバイスに用いられる光学的に透明な物質は、温度変化や外部応力が加わることにより光学特性が変化しないことが求められている。また光学デバイスの製造中に発生した応力に起因する残留複屈折が光学特性を劣化させることも知られており、残留応力を減らすことも求められている。従って物質の偏光特性の温度依存性や応力による光弾性効果、さらには光弾性効果の温度依存性を測定することが重要になってきている。
【０００６】
偏光解析原理の種類は多く、複屈折計測法として多くの方法が知られている。例えば特許文献1には旋光手段を有する光学システムを備えた複屈折測定装置が開示されている。しかしそれらは測定対象物が光路中に１個存在するとし、その測定対象物の偏光特性を表わすジョーンズ行列またはミューラー行列のパラメータを求めるものである。そのため、測定対象物が真空セルや温調セルなどの測定用セルに設置されていて、セルの観測窓越しに計測を行わなければならない場合には、測定対象物の複屈折特性を独立して測定することができず、予め測定対象物の無い状態で測定操作を行い、その後に測定対象物を設置して測定を行い、両者の差分（以下、「差分測定」という）をとるといった作業を行わなければならなかった。
【０００７】
エリプソメーターの場合の例として、特許文献２にはあらかじめ窓無状態での測定対象物からの反射光の偏光状態を測定し、続いてセル内で窓有状態での測定対象物からの反射光の偏光状態を測定し、窓の光弾性効果を求め、窓補正を行うことが開示されている。この窓補正式では計算の繁雑さを避けるため、入射窓と出射窓の光弾性効果による複屈折量が同じと仮定している。しかし、実際には入射窓と出射窓に生じる複屈折量が同じとは限らない。
【０００８】
また、この様な差分をとる作業は、セルの窓の複屈折量が時間的に変化しないということを前提としなければならず、測定用セルの内部の温度条件や圧力条件を変化させた時には観測窓に複屈折の変化が生じる。
【０００９】
観測窓の代わりに、測定対象物の両側に対物レンズを置き、複屈折特性測定における空間的な分解能を向上させる試みが提案されているが、一般に対物レンズの複屈折は有限値を持っているため、完全に対物レンズの影響を取除くことはできていない。
【００１０】
また、測定対象物が多層構造をもつような場合、複屈折を持つ物質の層が複数存在すると考えられる。このような複数の層を持つ場合の複屈折特性の合成に関しては、上記の差分測定によって解析可能であることが知られているが、温度変化によってそれぞれの層が独立した変化を示すような系の測定方法はこれまで提案されていない。
【００１１】
医療分野においては、緑内障の早期診断技術として網膜の繊維構造に起因する複屈折量を計測する試みがなされ、この方法による診断装置が市販されている。複屈折は網膜だけが持つ特性では無く角膜も複屈折特性を持ち、眼底網膜の計測を行うためには角膜由来の複屈折を除去する必要がある。これに対して市販されている診断装置は、角膜由来の複屈折は固定値として装置内に記憶して用いている。そのため実際の検査時においては、頭（＝眼球）の姿勢や、左右眼の取り違えなどによって診断値が大きく変動する（＝計測誤差）ということが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平8-327498
【特許文献２】特開2012-52972
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の測定方法では、以上説明したように制約があり、十分な測定精度が得られないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のような課題を解決するため、本発明によるプローブ光を用いて光学特性を測定する方法は、偏光特性を持つ複数の測定対象物をプローブ光の経路に配置するステップと、偏光した入射光と、前記入射光を前記複数の測定対象物を通して得られる出射光とから、前記複数の測定対象物のミューラー行列を測定するステップと、前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性モデルを選択するステップと、選択したそれぞれの偏光特性モデルに応じて連立方程式を立てて解くことにより、前記複数の測定対象物のそれぞれの偏光特性を求めるステップとを備えることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明による光学特性の測定装置は、プローブ光の光源と、偏光発生系と、偏光検出系と、光検出器とを備えた複数の測定対象物の光学特性の測定装置であって、前記偏光発生系から照射される入射光と、前記偏光検出系に入る出射光の偏光特性から、ミューラー行列を算出する演算部を備え、前記演算部は、さらに前記ミューラー行列から、前記複数の測定対象物の偏光特性モデルのモデルパラメータを算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一度の測定操作により、精度の高い光学特性の測定が可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】は、本発明による光学特性の測定装置の模式図である。
【図２】は、本発明による光学特性の測定方法のフローを示す図である。
【図３】は、本発明の実施例１による測定セルを備えた光学特性の測定装置を示す図である。
【図４】は、本発明の実施例１による測定セルを備えた光学特性の測定装置を用いた光学特性の測定方法のフローを示す図である。
【図５】は、本発明の実施例１による測定セルを備え、さらに応力印加装置と温度制御装置を備えた光学特性の測定装置を示す図である。
【図６】は、本発明の実施例１によるヒーターを備えた光学特性の測定装置であって、測定対象物に圧縮応力を加えた様子を示す図である。
【図７】は、本発明の実施例１によるヒーターを備えた光学特性の測定装置であって、測定対象物に引張応力を加えた様子を示す図である。
【図８】は、本発明の実施例１による光学特性の測定装置を模して測定を行った結果を示す図である。
【図９】は、本発明の実施例２による対物レンズを備えた光学特性の測定装置を示す図である。
【図１０】は、本発明の実施例３による多層フィルムを測定対象物とした場合の光学特性の測定を示す図である。
【図１１】は、本発明の実施例４による眼球の網膜と角膜を測定対象物とした場合の光学特性の測定を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施するための光学特性の測定装置の模式図である。測定装置は、光を発光するための光源４と、この光源から光を受けて測定対象物へ入射するプローブ光の偏光状態を制御するための偏光発生系５と、この偏光発生系５から測定対象物１〜３を透過して得られる出射光の偏光状態を検出する偏光検出系６、光の強度を測定する光検出器７を備えている。８は演算部であり、入射光の偏光状態と出射光の偏光状態からミューラー行列を算出する。ここで、演算部は、光源４、偏光発生系５、偏光検出系６、光検出器７の制御部を兼ねていてもよい。９はプローブ光の経路を示している。
【００２０】
ここで測定対象物１〜３はプローブ光の経路中に直列で配置されている。図ではすべての測定対象物が光が透過する系を示しているが、一部の測定対象物が反射系であっても構わない。
【００２１】
図２は本発明を実施するための光学特性の測定方法のフローを示す図である。本発明による光学特性の測定方法を以下に説明する。
【００２２】
まず、図１に示すように、複数の測定対象物が直列となるようにプローブ光の経路の中に配置する。図１では直線状のプローブ光の経路を示しているが、測定対象物が反射系の場合には所定の反射角をもってその経路を曲げても構わない。
【００２３】
次に、偏光した入射光と、入射光を複数の測定対象物を通して得られる出射光とから、複数の測定対象物を合わせた系のミューラー行列を測定する。ミューラー行列を測定するミューラーマトリクスポラリメトリーとしては、二重回転法や４ディテクタポラリメータ法などがあるが、どれを用いても構わない。
【００２４】
次に、個々の測定対象物の偏光特性モデルを選択する。測定対象物の偏光特性の種類が分かっている場合にはそのモデルを選択すればいいが、偏光特性の種類が未知の場合には、準備した偏光特性モデルを順次仮定して算出し、フィッティング等の手法により最も妥当と思えるものを選択して、偏光特性モデルを決定してもよい。
【００２５】
複屈折位相差を持つ物質の光学特性の表記法としてミューラー行列がある。ミューラー行列は４×４＝１６個のパラメータを持ち、各パラメータは物質により異なる。一般にはミューラー行列を、
【数１】
2017009338.tif 000003
と記述する。
【００２６】
以下に種々の複屈折特性を持つ物質の偏光特性モデルを示す。
【００２７】
直線複屈折特性をもつ物質の偏光特性モデルのミューラー行列は、
【数２】
2017009338.tif 000004
であり、δは複屈折位相差、θは直線複屈折の主軸方位を表している。
【００２８】
旋光複屈折特性をもつ物質の偏光特性モデルのミューラー行列は、
【数３】
2017009338.tif 000005
であり、φは施光角である。
【００２９】
二色性複屈折特性をもつ物質の偏光特性モデルのミューラー行列は、
【数４】
2017009338.tif 000006
であり、βは直線二色性複屈折の主軸方位、qはβ方位に振動する光の透過率、ｒはβと垂直方位に振動する光の透過率である。
【００３０】
円二色性複屈折特性をもつ物質の偏光特性モデルのミューラー行列は、
【数５】
2017009338.tif 000007
であり、sは左回り円偏光の透過率、tは右回り円偏光の透過率である。
【００３１】
反射型等方性複屈折特性をもつ物質の偏光特性モデルのミューラー行列は、
【数６】
2017009338.tif 000008
であり、Ψは振幅比の角度表示、Δは位相差である。
【００３２】
このように１６個の行列要素はすべてが独立しているのではなく、ゼロと１の要素以外は１〜３つのパラメータの関数であり、お互いに関連のある量である。これらのパラメータが決まれば１６個の行列要素が決まる。また、非対角要素間の対称性または反対称性をもつ。そのため、それぞれの物質の偏光特性を示すミューラー行列は以下の一般式で簡単に表すことができる。
【数７】
2017009338.tif 000009
ここで、符号＋と―は、対称性と反対称性を示すもので、左の非対角要素が一斉に＋または−になる訳ではない。
【００３３】
ここで図１に表わされる３つの測定対象物のそれぞれのミューラー行列をＭ１、
Ｍ２、Ｍ３で表わすと、３つを合成した測定対象物系のミューラー行列Ｍ１２３は、３つのそれぞれの行列を乗算したものとなる。
【数８】
2017009338.tif 000010
すなわち、入射光が通過する順に行列を右から順に乗算すると全体の系のミューラー行列が得られる。ここで、行列の乗算は交換法則が成り立たないため、(3)式の偏光素子行列の順を入れ替えることは出来ない。
【００３４】
測定対象物の各ミューラー行列Ｍ１、
Ｍ２、Ｍ３で表わすと、３つの測定対象物を合成した系のミューラー行列Ｍ１２３は、
【数９】
2017009338.tif 000011
となる。ここで下付き数１、２、３はそれぞれ測定対象物１、２、３の行列要素であることを示す。
【００３５】
式(4)は１６元連立方程式になる。最後に、これらの連立方程式を解き、配置されている測定対象物のパラメータ(δ、θ)などを求める。連立方程式を解く方法としては、知られている加減法、代入法、ニュートン法、二分法などを用いればよい。式(2)の連立方程式は光路に配置される測定対象物の特性により元数が変わり、また符号も具体的な行列要素により変わる。
【００３６】
得られたパラメータを測定対象物のミューラー行列に代入し、演算することにより、所望の光学特性を得ることができる。
【００３７】
以下に、測定対象物の数と偏光特性モデルの種類に依る連立方程式とその元数および求めようとする特性パラメータの具体例を示す。
【００３８】
＜１−１.測定対象物が３つであり、すべて直線複屈折特性を持つ場合＞
式(1-2)から、式(4)のA-Lは次式となり、
【数１０】
2017009338.tif 000012
したがって、式(4)は次式となる。
【数１１】
2017009338.tif 000013
式(6)の行列要素ｍ22−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ６個（δ1，δ2，δ3，θ1，θ2，θ3）を含む９元連立方程式となる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式は一義的な解を持つ。
【００３９】
＜１−２.さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞ 
測定対象物１、２、３の中で、１と３の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(5)の各要素は
【数１２】
2017009338.tif 000014
となり，したがって，式(6)は次式になる。
【数１３】
2017009338.tif 000015
式(8)の行列要素ｍ22−ｍ44は3つの測定対象物の未知パラメータ６個（δ1，δ2，δ3，θ1，θ2，θ3）を含む９元連立方程式となる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４０】
測定対象物１と３が直線複屈折特性で、測定対象物２が直線複屈折特性以外の場合でも、連立方程式を立てることにより各素子のパラメータ(δ、θ、φ、ｑ、ｒ、β等)を同時に求めることができる。その具体例を以下に示す。
【００４１】
＜２−１.測定対象物１、３が直線複屈折特性であり、測定対象物２が旋光複屈折特性を持つ場合＞
式(4)のA-Lは以下の式になり、
【数１４】
2017009338.tif 000016
【数１５】
2017009338.tif 000017
したがって、式(4)は次式になる。
【数１６】
2017009338.tif 000018
式(10)の行列要素ｍ22−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ５個（δ１、δ３、θ１、θ３、φ）を含む９元連立方程式となる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４２】
＜２−２.さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞ 
測定対象物１、２、３の中で、１と３の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(7)を式(10)に代入すると次式になる。
【数１７】
2017009338.tif 000019
式(11)の行列要素ｍ22−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ５個（δ１、δ３、θ１、θ３、φ）を含む９元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４３】
＜３−１.測定対象物１、３が直線複屈折特性であり、測定対象物２が二色性複屈折特性を持つ場合＞
式(4)のA-Lは以下の式になり、
【数１８】
2017009338.tif 000020
【数１９】
2017009338.tif 000021
したがって，式(4)は下式になる。
【数２０】
2017009338.tif 000022
式(13)の行列要素ｍ11−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ７個（δ１、δ３、θ１、θ３、ｑ、ｒ、β）を含む１６元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４４】
＜３−２.さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞ 
測定対象物１、２、３の中で、１と３の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(5)を式(11)に代入すると次式になる。
【数２１】
2017009338.tif 000023
式(14)の行列要素ｍ11−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ７個（δ１、δ３、θ１、θ３、ｑ、ｒ、β）を含む１４元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４５】
＜４−１.測定対象物１、３が直線複屈折特性であり、測定対象物２が円二色性複屈折特性を持つ場合＞
式(4)のA-Lは以下の式になり、
【数２２】
2017009338.tif 000024
【数２３】
2017009338.tif 000025
したがって、式(4)は次式になる。
【数２４】
2017009338.tif 000026
式(16)の行列要素ｍ11−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ６個（δ１、δ３、θ１、θ３、ｓ、ｔ）を含む１６元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４６】
＜４−２.さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞ 
測定対象物１、２、３の中で、１と３の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(15)を式(16)に代入すると次式になる。
【数２５】
2017009338.tif 000027
式(17)の行列要素ｍ11−ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ６個（δ１、δ３、θ１、θ３、ｓ、ｔを含む１５元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４７】
＜５.測定対象物１、３が直線複屈折特性であり、測定対象物２が反射型等方性複屈折特性を持つ場合＞
式(4)は次式になる。
【数２６】
2017009338.tif 000028
式(18)の行列要素行列要素ｍ1２-ｍ44は３つの測定対象物の未知パラメータ６個（δ１、δ３、θ１、θ３、Δ、Ψ）を含む１５元連立方程式になる。測定対象物１、３のE-Lが関連性のないパラメータの場合、式(18)は未知のパラメータ１４個（Ｅ１-Ｌ２、 Ｅ２-Ｌ２、Δ、Ψ）を含む１５元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式も一義的な解を持つ。
【００４８】
本方法は以下の測定対象物が２つの場合の偏光パラメータを決めることもできる。その具体例を以下に示す。測定対象物１、２の時、式(4)のＡ３-Ｌ３は次式になり、
【数２７】
2017009338.tif 000029
したがって、式(4)は次式になる。
【数２８】
2017009338.tif 000030
【００４９】
＜６.測定対象物が２つであり、どちらも直線複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数２９】
2017009338.tif 000031
式(21)の行列要素ｍ２２-ｍ４４は２つの測定対象物の未知パラメータ４個（δ１、δ３、θ１、θ３）を含む９元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式は一義的な解を持つ。
【００５０】
＜７−１.測定対象物１が直線性、測定対象物２が旋光性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数３０】
2017009338.tif 000032
式(22)の行列要素ｍ２２-ｍ４４は２つの測定対象物の未知パラメータ３個（δ、θ、φ）を含む９元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式は一義的な解を持つ。
【００５１】
＜７−２.測定対象物１が旋光性、測定対象物２が直線性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数３１】
2017009338.tif 000033
式(23)の行列要素ｍ２２-ｍ４４は２つの測定対象物の未知パラメータ３個（δ、θ、φ）を含む９元連立方程式になる。未知パラメータに対して連立方程式の元数が多いため、この連立方程式は一義的な解を持つ。
【００５２】
＜８−１.測定対象物１が直線性、測定対象物２が直線二色性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数３２】
2017009338.tif 000034
【００５３】
＜８−２. さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞
測定対象物１の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(20)は次式になる。
【数３３】
2017009338.tif 000035
【００５４】
＜８−３. 測定対象物１が直線二色性、測定対象物２が直線性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は下式になる。
【数３４】
2017009338.tif 000036
【００５５】
＜８−４. さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞
測定対象物２の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(20)は次式になる。
【数３５】
2017009338.tif 000037
式(24-27)の行列要素ｍ１１-ｍ４４はそれぞれ２つの測定対象物の未知パラメータ５個（δ、θ、ｑ、ｒ、β）を含む15元又は１３元連立方程式になる。 
【００５６】
＜９−１.測定対象物１が直線性、測定対象物２が円二色性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数３６】
2017009338.tif 000038
【００５７】
＜９−２. さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞
測定対象物１の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(20)は次式になる。
【数３７】
2017009338.tif 000039
【００５８】
＜９−３.測定対象物１が円二色性、測定対象物２が直線性の複屈折特性を持つ場合＞
式(20)は次式になる。
【数３８】
2017009338.tif 000040
【００５９】
＜９−４. さらに複屈折位相差δが小さく、δ＜＜1と近似できる場合＞
測定対象物２の複屈折位相差δが小さく、δ＜＜１として近似できる(sinδ=δ、cosδ=１)時、式(20)は次式になる。
【数３９】
2017009338.tif 000041
式(28-31)の行列要素ｍ１１-ｍ４４はそれぞれ２つの測定対象物の未知パラメータ４個（δ、θ、ｓ、ｔ）を含む１４元又は１１元連立方程式になる。
【実施例１】
【００６０】
以下に、本発明の実施例１について詳細に説明する。
【００６１】
図３は本実施例による測定セル内に置いた測定対象物の光学特性を測定する装置である。図中破線で囲われた部分１０が測定セルである。測定セル１０は透明な材質により設けられた入射窓１と出射窓３を備えている。真の測定対象物２は測定セル内に配置される。また図１と同様に、光を発光するための白色光源４と、この光源から光を受けて測定対象物へ入射するプローブ光の偏光状態を制御するための偏光発生系５と、この偏光発生系５から入射窓１、真の測定対象物２と出射窓３を透過して得られる出射光の偏光状態を検出する偏光検出系６、光の強度を測定する光検出器７を備えている。８は演算部であり、入射光の偏光状態と出射光の偏光状態からミューラー行列を算出する。ここで、演算部は、白色光源４、偏光発生系５、偏光検出系６、光検出器７の制御部を兼ねている。９はプローブ光の経路を示している。ここで入射窓１と出射窓３の光学特性も不明であるため、入射窓１、真の測定対象物２と出射窓３が上述した測定対象物１〜３となる。
【００６２】
図４は本実施例の光学特性の測定方法のフローを示す図である。本発明による光学特性の測定方法を以下に説明する。まず、図３に示すように、測定セル１０の内部に真の測定対象物２を入射窓１と出射窓３の間のプローブ光の経路９内に配置する。次に、入射窓１と出射窓３を含む測定対象物の系のミューラー行列を既知の方法により測定する。
【００６３】
次に、偏光特性モデルの選択を行うが、入射窓１と出射窓３は既に偏光特性モデルが分かっているものとして扱う。本実施例では、直線複屈折特性を持つ窓材料を用いたため、直線複屈折特性モデルを用いた。真の測定対象物２の光学特性は未知であるが、材料から推定できる偏光特性を仮定し、適切と思われる偏光特性モデルを選択する。次に、得られた測定対象物の系のミューラー行列から、選択したモデルに応じた連立方程式を立て、解を求める。得られた真の測定対象物のパラメータから所望の光学特性を算出する。
【００６４】
図５は、測定セルの内部に応力印加装置１１と温度制御装置１２を設けた例を示している。応力印加装置１１は測定対象物２を保持するとともに、制御部を兼ねた演算部８により、ステップモータやアクチュエータなどの駆動系により、引張応力や圧縮応力、あるいはねじりやせん断応力などを測定対象物２に加える事ができる。また温度制御装置１２はやはり制御部を兼ねた演算部８により、ヒーターなどの発熱素子やペルチェ素子のような冷却素子などにより、測定セル内部の温度を制御することができる。
【００６５】
これらにより、偏光特性の応力依存性である光弾性効果や、偏光特性の温度依存性、また光弾性効果そのものの温度依存性などを測定する事ができる。
【００６６】
図６、図７は具体的にヒーターを備えた測定セルの内部を示しており、図６では圧縮応力を加えて被検試料の光弾性定数の温度依存性を測定する例を、図７では被検試料であるフィルムに引張応力を加えた場合の偏光特性を測定する例を示している。
【００６７】
図８の（ａ）と（ｂ）に、入射窓１と出射窓３に位相フィルムを用い、二分の一波長板を測定対象物２に見立てて光学特性を測定した例を示す。プローブ光の波長を横軸にとり、直線複屈折特性モデルを用いて得たδとθをそれぞれ（ａ）と（ｂ）に示す。「窓無」のラインは入射窓１と出射窓３がなく二分の一波長板のみを測定したものであり、「窓補正前」のラインは入射窓１と出射窓３を含む系の測定結果であり、「窓補正後」のラインは本発明による光学特性の測定方法により求めた二分の一波長板のみの光学特性である。図からは窓無の場合と、窓補正後の特性がすべての波長域に亘って良く一致をしており、本発明による測定方法が有効である事を示している。
【実施例２】
【００６８】
以下に、本発明の実施例２について説明する。
【００６９】
図９は測定対象物１と３を対物レンズとし、測定対象物２としてフィルムを配置した例である。微視的な領域の光学特性の測定を行うため、フィルムの両側に配置した対物レンズによりプローブ光の径を絞り、局所的な測定を行っている。プローブ光が入射用と出射用の対物レンズを通過するように、それぞれのレンズの光軸をそろえておく必要がある。
【００７０】
本実施例によれば、対物レンズを含む測定光学系をスキャンすることにより、フィルムの測定位置を連続して変化させることが可能となり、フィルム面内の光学特性マップを得る事もできる。パターンを形成した透明電極の光学特性の測定や、フィルムの均一性の評価などに用いることが可能である。
【実施例３】
【００７１】
以下に、本発明の実施例３について説明する。
【００７２】
図１０は積層フィルムを測定対象物としたものである。図では３層の積層フィルムを示している。それぞれの層を測定対象物１〜３として測定を行う。図では３層の例を示しているが、２層であっても構わない。
【００７３】
また、実施の形態には測定対象物が３つまでの計算例しか示していないが、想定した偏光特性モデルの種類に依っては、同様の計算を４つ以上の測定対象物に対して行い、４層以上のフィルムに適用できる場合もある。さらに、それぞれの層のパラメータが何らかの測定により既知の場合にも、未知のパラメータの数と立てられる連立方程式の元数により、４層以上のフィルムに適用できる場合がある。
【実施例４】
【００７４】
以下に、本発明の実施例４について説明する。
【００７５】
図１１に眼球の網膜の複屈折特性の測定例を示す。プローブ光は瞳から入射し、角膜、水晶体や硝子体を通過した後、網膜で反射し、再び入射経路と同様の経路を逆にたどって出射する。ここで測定対象物１と３を複屈折特性を持つ角膜とし、測定対象物２を網膜とする。網膜ではプローブ光は反射するので、網膜の偏光特性モデルとしては反射型等方特性を選択する。本実施例によれば角膜由来の複屈折を除去することができ、眼底網膜の光学特性を精度よく測定することが可能となり、精度の高い緑内障の早期診断が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明による光学特性の測定方法及び光学特性の測定装置は、光学窓を備えた測定セル内に測定対象物を配置した状態で精度よく測定ができ、また、測定セル内で測定対象物に応力を印加したり、温度を制御する事ができるので、測定対象物の光弾性効果や光学特性の温度依存性、光弾性効果そのものの温度依存性を測定する事ができる。したがって成膜やエッチングなどの製造過程におけるその場観察が可能となり、半導体素子やディスプレイデバイスなどの電子機器や光学機器等の製造過程において、製造管理やリアルタイムでの測定データ収集に用いることができる。
【００７７】
また対物レンズを用いて微視的な領域での光学特性の測定が可能となるので、フィルム面内の光学特性マップを得る事や、パターンを形成した透明電極の光学特性の測定や、フィルムの均一性の評価などに用いることができる。また積層フィルムのそれぞれの層の光学特性の測定も可能となる。
【００７８】
さらには医療分野において、網膜の繊維構造に起因する複屈折量を、角膜由来の複屈折を除去して計測することができ、緑内障の早期診断に役立てることが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１〜３    測定対象物
４    光源
５    偏光発生系
６    偏光検出系
７    光検出器
８    演算部
９    プローブ光経路
１０  測定セル
１１  応力印加装置
１２  温度制御装置
【図１】
2017009338.tif 000042
【図２】
2017009338.tif 000043
【図３】
2017009338.tif 000044
【図４】
2017009338.tif 000045
【図５】
2017009338.tif 000046
【図６】
2017009338.tif 000047
【図７】
2017009338.tif 000048
【図８】
2017009338.tif 000049
【図９】
2017009338.tif 000050
【図１０】
2017009338.tif 000051
【図１１】
2017009338.tif 000052