偏光特性測定装置及び偏光特性測定方法

【課題】実時間での測定を行うことが可能な偏光特性測定装置及び偏光特性測定方法を提供すること。
【解決手段】光源１２から出射された光を、偏光子２２、第１の１／４波長板２４を介して試料３０に入射させ、試料３０を透過した光を、第２の１／４波長板４２、検光子４４を介して円錐ミラー６２の頂点に入射させる。第１の１／４波長板２４の各位置における主軸方位と、第２の１／４波長板４２の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎとなるように構成する。カメラ５０は、円筒形スクリーン６０の内面に投射されたリングビームＲＢを撮像し、画像データを演算装置７０に対して出力する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定装置及び偏光特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象の偏光特性を測定する手法として、２重回転位相子法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この手法では、位相子を回転させる機械駆動が必要であり、装置が大型化する。また、機械駆動を必要としない液晶リターダを用いた偏光特性の測定手法として電気光学変調法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この手法では、４つの液晶リターダに異なる電圧を印加することで高速測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００７／１１１１５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記２つの手法では、時系列な偏光変調を必要とするため、実時間での測定を行うことができず、測定対象が時系列に変化する場合に適さないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実時間での測定を行うことが可能な偏光特性測定装置及び偏光特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定装置において、
第１及び第２の偏光変調器と、
前記第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象で前記光を変調せることによって得られる測定光を受光する受光部とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第２の波長板とを含み、
光源から出射された光を、前記第１の偏光子及び前記第１の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の波長板及び前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように構成され、
前記第１及び第２の波長板が、位置によって異なる複数の主軸方位を有し、
前記第１の波長板の各位置における主軸方位と、前記第１の波長板の各位置に対応する前記第２の波長板の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、第１及び第２の偏光変調器によりビーム断面内の位置に応じた偏光変調を行うことができ、１回の測定光の授受により偏光特性の測定を行うことができる。
【０００８】
（２）また、本発明において、
前記第１及び第２の波長板が、光軸回りに変化する主軸方位を有するようにしてもよい。
【０００９】
（３）また、本発明において、
前記第１及び第２の波長板の複屈折位相差を９０°とするようにしてもよい。
【００１０】
（４）本発明は、測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定装置において、
第１及び第２の偏光変調器と、
前記第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象で前記光を変調せることによって得られる測定光を受光する受光部とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１及び第２の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第３及び第４の波長板とを含み、
光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の波長板及び前記第２の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第３の波長板、前記第４の波長板及び前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように構成され、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、位置によって異なる複数の複屈折位相差を有し、
前記第１及び第２の波長板の各位置における複屈折位相差と、前記第１及び第２の波長板の各位置に対応する前記第３及び第４の波長板の各位置における複屈折位相差の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、第１及び第２の偏光変調器によりビーム断面内の位置に応じた偏光変調を行うことができ、１回の測定光の授受により偏光特性の測定を行うことができる。
【００１２】
（５）また、本発明において、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、光軸回りに変化する複屈折位相差を有するようにしてもよい。
【００１３】
（６）また、本発明において、
前記第１の波長板の主軸方位が、前記第１の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第２の波長板の主軸方位が、前記第１の波長板の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第４の波長板の主軸方位が、前記第２の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第３の波長板の主軸方位が、前記第４の波長板の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定されるようにしてもよい。
【００１４】
（７）また、本発明において、
前記受光部で検出される光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する演算処理部を更に含むようにしてもよい。
【００１５】
（８）また、本発明において、
前記第２の偏光変調器から出射された光を円錐ミラーに入射させるように構成され、
前記受光部が、
前記円錐ミラーによって放射状に反射された光を受光するようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、ビーム断面内の位置に応じて偏光変調された光の強度分布を容易に検出することができる。
【００１７】
（９）また、本発明において、
前記円錐ミラーが、微細な周期構造を有し、
前記受光部が、
前記円錐ミラーによって分光された光を受光するようにしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、１回の測定光の授受により波長毎の偏光特性の測定を行うことができる。
【００１９】
（１０）また、本発明において、
前記第２の偏光変調器から出射された光を円錐レンズに入射させるように構成され、
前記受光部が、
前記円錐レンズを透過した光を受光するようにしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、ビーム断面内の位置に応じて偏光変調された光の強度分布を容易に検出することができる。
【００２１】
（１１）また、本発明において、
前記円錐レンズが、微細な周期構造を有し、
前記受光部が、
前記円錐レンズによって分光された光を受光するようにしてもよい。
【００２２】
本発明によれば、１回の測定光の授受により波長毎の偏光特性の測定を行うことができる。
【００２３】
（１２）また、本発明において、
前記第１の偏光変調器から出射された光を前記測定対象に集光させる第１のレンズと、前記測定対象によって変調された前記光を平行光とし前記第２の偏光変調器に入射させる第２のレンズとを更に含むようにしてもよい。
【００２４】
本発明によれば、１回の測定光の授受により測定対象の屈折率楕円体の測定を行うことができる。
【００２５】
（１３）本発明は、測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定方法において、
第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象によって変調された測定光を受光する手順と、
前記測定光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する手順とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第２の波長板とを含み、
前記測定光は、光源から出射された光を、前記第１の偏光子及び前記第１の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の波長板及び前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記第１及び第２の波長板が、位置によって異なる複数の主軸方位を有し、
前記第１の波長板の各位置における主軸方位と、前記第１の波長板の各位置に対応する前記第２の波長板の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、第１及び第２の偏光変調器によりビーム断面内の位置に応じた偏光変調を行うことができ、１回の測定光の授受により偏光特性の測定を行うことができる。
【００２７】
（１４）本発明は、測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定方法において、
第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象によって変調された測定光を受光する手順と、
前記測定光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する手順とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１及び第２の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第３及び第４の波長板とを含み、
前記測定光は、光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の波長板及び前記第２の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第３の波長板、前記第４の波長板及び前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、位置によって異なる複数の複屈折位相差を有し、
前記第１及び第２の波長板の各位置における複屈折位相差と、前記第１及び第２の波長板の各位置に対応する前記第３及び第４の波長板の各位置における複屈折位相差の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、第１及び第２の偏光変調器によりビーム断面内の位置に応じた偏光変調を行うことができ、１回の測定光の授受により偏光特性の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態の測定装置の構成の一例を示す図。
【図２】第１及び第２の１／４波長板の主軸方位の分布の一例を示す図。
【図３】第１及び第２の１／４波長板の主軸方位の分布の一例を示す図。
【図４】カメラによって撮像されたリングビームの画像を示す図。
【図５】本実施形態の測定装置の構成の一例を示す図。
【図６】本実施形態の測定装置の構成の一例を示す図。
【図７】カメラによって撮像されたリングビームの画像を示す図。。
【図８】変形例について説明するための図。
【図９】変形例について説明するための図。
【図１０】変形例について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３１】
１．装置の構成
図１は、本実施形態の測定装置（偏光特性測定装置）の構成の一例を示す図である。本実施形態の測定装置は、測定対象である試料３０の偏光特性を光学的に計測する装置として構成されている。測定装置は、光学系１０と、演算装置７０とを含む。演算装置７０は、演算処理部として機能し、光学系１０に含まれる光学素子及び試料３０を透過した光の強度分布に基づき試料３０の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する演算処理を行う。以下、測定装置の装置構成について説明する。
【００３２】
光学系１０は、光源１２とカメラ５０を含む。また光学系１０は、光路Ｌ上に設けられた、偏光子２２（第１の偏光子）、第１の１／４波長板２４（第１の波長板）、第２の１／４波長板４２（第２の波長板）、検光子４４（第２の偏光子）、円錐ミラー６２を含む。偏光子２２と第１の１／４波長板２４とは、偏光変調器２０（第１の偏光変調器）を構成し、第２の１／４波長板４２と検光子４４とは、偏光解析器４０（第２の偏光変調器）を構成する。これらの光学素子は、光源１２から出射された光を、偏光子２２、第１の１／４波長板２４を介して試料３０に入射させ、試料３０を透過した光を、第２の１／４波長板４２、検光子４４を介して円錐ミラー６２の頂点に入射させるように配列されている。以下、それぞれについて説明する。
【００３３】
光源１２は、所定の波長の光（単色光）を出射する。光源１２として、レーザやＳＬＤなどを利用してもよい。また光源１２は、出射する光の波長を変更することが可能な構成をなしていてもよい。
【００３４】
偏光変調器２０は、光源１２から出射された光を任意の偏光に変調する。偏光変調器２０を透過した光は、ビーム断面内の位置に応じて偏光変調されたビームとなる。また、偏光解析器４０は、試料３０を透過した光をビーム断面内の位置に応じてさらに偏光変調する。
【００３５】
偏光子２２は、光源１２からの光を直線偏光とする入射側の偏光子であり、検光子４４は、第２の１／４波長板４２を通過した光を直線偏光とする出射側の偏光子である。
【００３６】
第１及び第２の１／４波長板２４、４２は、９０°の複屈折位相差を有する波長板であり、位置によって異なる複数の主軸方位を有する。そして、第１の１／４波長板２４の各位置における主軸方位と、第１の１／４波長板２４の各位置に対応する第２の１／４波長板４２の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎとなるように構成している。
【００３７】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、第１及び第２の１／４波長板２４、４２の主軸方位の分布の一例を示す図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、第１及び第２の１／４波長板２４、４２は、それぞれ、主軸方位φが光軸に対して対称（軸対称）に配置されている。
【００３８】
第１の１／４波長板２４は、主軸方位φが光軸を中心として放射状に配置されている。すなわち、第１の１／４波長板２４については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で主軸方位φが３６０°変化している。
【００３９】
また第２の１／４波長板４２については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で主軸方位φがＮ×３６０°変化している。すなわち、第１の１／４波長板２４の方位角θにおける主軸方位をφ_１（θ）とし、第２の１／４波長板４２の方位角θにおける主軸方位をφ_２（θ）とした場合に、φ_２（θ）＝Ｎφ_１（θ）の関係を満たすように、第１及び第２の１／４波長板２４、４２の主軸方位を設定している。なお、図２（Ｂ）に示す例は、Ｎ＝５とした場合の例である。
【００４０】
ここで、第１及び第２の１／４波長板２４、４２の主軸方位φを、連続的に（滑らかに）変化させるように構成することが望ましいが、主軸方位φを段階的に変化させるようにしてもよい。例えば、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す例では、第１及び第２の１／４波長板２４、４２を、それぞれ３０個の扇形のセグメント（領域）に分割し、第１の１／４波長板２４については、各セグメントの主軸方位φを光軸回りに１２°刻みで変化させており、第２の１／４波長板４２については、各セグメントの主軸方位φを光軸回りに６０°（５×１２°）刻みで変化させている。
【００４１】
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、第１及び第２の１／４波長板２４、４２は、それぞれ、主軸方位φが光軸に対して非対称に配置されていてもよい。図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す例では、第１の１／４波長板２４については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で主軸方位φが１８０°変化しており、第２の１／４波長板４２については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で主軸方位φがＮ×１８０°変化している。なお、図３（Ｂ）に示す例は、Ｎ＝５とした場合の例である。すなわち、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す例では、第１及び第２の１／４波長板２４、４２を、それぞれ３０個の扇形のセグメント（領域）に分割し、第１の１／４波長板２４については、各セグメントの主軸方位φを光軸回りに６°刻みで変化させており、第２の１／４波長板４２については、各セグメントの主軸方位φを光軸回りに３０°（５×６°）刻みで変化させている。
【００４２】
再び図１を参照すると、円錐ミラー６２（コーンミラー）は、偏光解析器４０から出射された光（検光子４４を透過した光）を放射状に反射する。円錐ミラー６２によって放射状に反射された光は、ディスク状の光となって、円筒形のスクリーン６０に到達し、円筒形スクリーン６０の内面には、リングビームＲＢが投射される。
【００４３】
カメラ５０は、受光部として機能するＣＣＤイメージセンサと、撮像レンズなどにより構成され、円筒形スクリーン６０の内面に投射されたリングビームＲＢを撮像し、画像データを演算装置７０に対して出力する。
【００４４】
図４（Ａ）は、カメラ５０によって撮像されたリングビームＲＢに係る画像を示し、図４（Ｂ）は、当該画像におけるリングビームＲＢの方位角θ方向の光強度分布を示す。図４（Ｂ）に示す光強度分布は、従来の手法（２重回転位相子法）において、２つの１／４波長板を１：Ｎの角度比で回転させながら取得していた光強度分布と同様のものである。
【００４５】
すなわち、本実施形態によれば、従来、時系列的に偏光変調して取得していた光強度分布を、１回の画像の撮像（１回の測定光の授受）により取得することができ、実時間での偏光特性の測定を行うことができる。
【００４６】
演算装置７０は、カメラ５０によって撮像された画像の光強度分布に基づき、試料３０のミュラー行列の各要素（偏光特性を表す偏光特性要素の一例）を算出する。すなわち、カメラ５０によって撮像された画像から、図４（Ｂ）に示すような、リングビームＲＢの方位角θ方向の光強度分布を求める。
【００４７】
ここで、第１の１／４波長板２４の主軸方位が、光軸回りに０°〜３６０°まで変化しており、第２の１／４波長板４２の主軸方位が、光軸回りに０°〜Ｎ×３６０°まで変化している場合の、カメラ５０によって撮像される画像における光強度Ｉ（ｒ，θ）は、下式のように表すことができる。
【００４８】
【数１】

【００４９】
なお、Ｉ_ｉｎは、偏光子２２に入射する単色光の光強度であり、θは、リングビームＢＭの方位角である。また、ｒはリングビームＢＭの半径であり、後述するように、波長情報を入れることもできる。また、ｍ_００〜ｍ_３３は、試料３０のミュラー行列の各要素である。
【００５０】
演算装置７０は、撮像された画像から求めた方位角θ方向の光強度Ｉ（ｒ，θ）をフーリエ解析して、振幅成分にある試料３０のミュラー行列の要素ｍ_００〜ｍ_３３の少なくとも１つを算出する。なお、Ｎ＝５とした場合には、ミュラー行列の要素ｍ_００〜ｍ_３３の全てを算出することができる。また、仮に第１及び第２の１／４波長板２４、４２が正確に９０°の複屈折位相差を有していなかったり、主軸方位が光軸周りにずれて配置されていた場合でも、従来のキャリブレーションのアルゴリズムを導入することで、ミュラー行列の要素ｍ_００〜ｍ_３３を算出することができる．
なお、光学系１０は、図１に示すように、偏光解析器４０から出射された光を円錐ミラー６２の頂点に入射されるように構成されていてもよいし、図５に示すように、偏光解析器４０から出射された光を円錐レンズ６４（コニカルレンズ）の頂点に入射させるように構成されていてもよい。図５に示す例では、円錐レンズ６４を透過した光は、リング状の光となって平面状のスクリーン６６に到達し、平面スクリーン６６にはリングビームＲＢが投射される。そして、カメラ５０は、平面スクリーンに投射されたリングビームＲＢを撮像し、図４（Ａ）に示すようなリングビームＲＢに係る画像を取得する。
【００５１】
また、光学系１０は、図１に示すように、円錐ミラー６２によって円筒形スクリーン６０の内面に投射されたリングビームＲＢを、カメラ５０により撮像するように構成されていてもよいし、図６に示すように、円錐ミラー６２によって放射状に反射された光を、複数のフォトディテクタ５２（受光部）を方位角θ方向に並べてなるフォトディテクタアレイによって検出するように構成されていてもよい。図６に示す例では、方位角θ方向に配置された各フォトディテクタ５２が検出した光を、測定光の方位角θ方向の光強度分布として検出することができる。
【００５２】
また、図１、図５に示す構成において、円錐ミラー６２又は円錐レンズ６４の側面に微細な周期構造を設けるようにしてもよい。微細な周期構造を有する円錐ミラー６２は回折格子として機能し、また微細な周期構造を有する円錐レンズ６４はプリズムとして機能するため、このような円錐ミラー６２又は円錐レンズ６４を用いることにより、偏光解析器４０から出射された光を分光することができる。この場合には、光源１２は、白色光又は所定の帯域成分を含む光を出射するように構成する。
【００５３】
図７は、光源１２から２つの波長成分λ_０、λ_１を含む光を出射させ、偏光解析器４０から出射された光を、微細な周期構造を有するコーンミラー６２又はコーンレンズ６４によって分光させた場合に、カメラ５０によって撮像された画像である。コーンミラー６２又はコーンレンズ６４によって分光させると、図７に示すように、波長によって半径ｒの異なる複数のリングビームＲＢを含む画像を取得することができる。すなわち、予め入射光の波長λに対応する半径ｒを測定しておくことで、分光情報をも同時に測定することができる。つまり、半径ｒにおける方位角θ方向の光強度分布Ｉ（ｒ，θ）を解析することにより、試料３０の波長毎の偏光特性を測定することができる。
【００５４】
２．変形例
なお、本発明の適用は上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００５５】
例えば、本実施形態では、位置によって異なる複数の主軸方位を有する１／４波長板により第１及び第２の偏光変調器を構成する場合について説明したが、位置によって異なる複数の複屈折位相差を有する波長板により第１及び第２の偏光変調器を構成するようにしてもよい。
【００５６】
例えば、図８に示す測定装置では、偏光変調器２０（第１の偏光変調器）は、偏光子２２と第１及び第２の波長板２６、２８とを含み、偏光解析器４０（第２の偏光変調器）は、検光子４４と第３及び第４の波長板４６、４８を含む。そして光学系１０の光学素子は、光源１２から出射された光を、偏光子２２、第１の波長板２６、第２の波長板２８を介して試料３０に入射させ、試料３０を透過した光を、第３の波長板４６、第４の波長板４８、検光子４４を介して円錐ミラー６２の頂点に入射されるように配列されている。
【００５７】
ここで、第１の波長板２６は、その主軸方位が偏光子２２の透過軸の方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、第２の波長板２８は、その主軸方位が第１の波長板２６の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定される。また、第４の波長板４８は、その主軸方位が検光子４４の透過軸に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、第３の波長板４６は、その主軸方位が第４の波長板４８の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定される。図８に示す例では、偏光子２２と検光子４４は、その透過軸の方位が０°となるように設定され、第１の波長板２６と第４の波長板４８は、その主軸方位が４５°となるように設定され、第２の波長板２８と第３の波長板４６は、その主軸方位が０°となるように設定される。
【００５８】
第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８は、それぞれ、位置によって異なる複屈折位相差を有する波長板であり、その機能は、スパイラル位相板や、格子状或いは六角形状に配置された複数の画素を有し、各画素が液晶リターダとして駆動する液晶空間位相変調器（液晶空間光変調器：Spatial Light Modulator）により実現することができる。そして、第１及び第２の波長板２６、２８の各位置における複屈折位相差と、第１及び第２の波長板２６、２８の各位置に対応する第３、及び第４の波長板４６、４８の各位置における複屈折位相差の比が、それぞれ１：Ｎとなるように構成している。
【００５９】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８の主軸方位の分布の一例を示す図である。
【００６０】
図９（Ａ）に示すように、第１及び第２の波長板２６、２８については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で複屈折位相差δが３６０°変化している。
【００６１】
また、図９（Ｂ）に示すように、第３及び第４の波長板４６、４８については、その方位角θ（０°≦θ＜３６０°）の範囲で複屈折位相差δがＮ×３６０°変化している。すなわち、第１及び第２の波長板２６、２８の方位角θにおける複屈折位相差をδ_１（θ）とし、第３及び第４の波長板４６、４８の方位角θにおける複屈折位相差をδ_２（θ）とした場合に、δ_２（θ）＝Ｎδ_１（θ）の関係を満たすように、第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８の複屈折位相差を設定している。なお、図９（Ｂ）に示す例は、Ｎ＝５とした場合の例である。
【００６２】
ここで、第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８の複屈折位相差δを、連続的に（滑らかに）変化させるように構成することが望ましいが、複屈折位相差δを段階的に変化させるようにしてもよい。例えば、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す例では、第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８を、それぞれ３０個の扇形のセグメント（領域）に分割し、第１及び第２の波長板２６、２８については、各セグメントの複屈折位相差δを光軸回りに１２°刻みで変化させており、第３及び第４の波長板４６、４８については、各セグメントの複屈折位相差δを光軸回りに６０°（５×１２°）刻みで変化させている。
【００６３】
図１に示す測定装置と同様に、図８に示す測定装置においても、円錐ミラー６２は、偏光解析器４０から出射された光を放射状に反射し、カメラ５０は、円筒形スクリーン６０の内面に投射されたリングビームＲＢを撮像する。
【００６４】
ここで、カメラ５０によって撮像された画像におけるリングビームＲＢの方位角θ方向の光強度分布は、従来の手法（電気光学変調法）において、第１及び第２の液晶リターダの複屈折位相差δ_１、δ_２を、δ_１＝δ_２＝δとし、第３及び第４の液晶リターダの複屈折位相差δ_３、δ_４を、δ_３＝δ_４＝Ｎδとして、δを０°から３６０°まで時系列的に変調させながら取得していた光強度分布と同様のものである。すなわち、測定装置を図８に示すような構成とした場合でも、従来、時系列的に偏光変調して取得していた光強度分布を、１回の画像の撮像（１回の測定光の授受）により取得することができ、実時間での偏光特性の測定を行うことができる。
【００６５】
ここで、第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８の方位角θにおける複屈折位相差を、それぞれδ_１（θ）、δ_２（θ）、δ_３（θ）、δ_４（θ）とすると、カメラ５０によって撮像される画像における光強度Ｉ（ｒ，δ_１（θ），δ_２（θ），δ_３（θ），δ_４（θ））は、下式のように表すことができる。
【００６６】
【数２】

【００６７】
この光強度Ｉ（ｒ，δ_１（θ），δ_２（θ），δ_３（θ），δ_４（θ））をフーリエ解析することで、振幅成分にある試料３０のミュラー行列の要素ｍ_００〜ｍ_３３の少なくとも１つを算出することができる。なお、仮に第１、第２、第３及び第４の波長板２６、２８、４６、４８のもつ複屈折位相差に誤差がある場合や、主軸方位が設定したものからずれてしまった場合でも、従来のキャリブレーションのアルゴリズムを導入することで、ミュラー行列の要素ｍ_００〜ｍ_３３を算出することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、偏光変調器２０から出射された光をそのまま試料３０に入射させる場合について説明したが、図１０に示すように、光学系１０を、偏光変調器２０（第１の偏光変調器）から出射された光を、集光レンズ１４（第１のレンズ）により試料３０に集光させ、試料３０を透過した光を、コリメートレンズ１６（第２のレンズ）により平行光として偏光解析器４０（第２の偏光変調器）に入射させるように構成してもよい。このようにすると、試料３０に対して異なる複数の方向から光を入射させることができ、上述した手法により測定光（リングビームＲＢ）の方位角θ方向の光強度を解析することにより、それぞれの方向の光に対する試料３０の偏光特性を測定することができる。すなわち、試料３０の屈折率楕円体（３方向の屈折率）の測定を１回の測定光の授受により行うことができる。
【符号の説明】
【００６９】
１２光源、２０偏光変調器、２２偏光子、２４第１の１／４波長板、２６第１の波長板、２８第２の波長板、３０試料、４０偏光解析器、４２第２の１／４波長板、４４検光子、４６第３の波長板、４８第４の波長板、５０カメラ、６２円錐ミラー、６４円錐レンズ、７０演算装置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定装置において、
第１及び第２の偏光変調器と、
前記第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象で前記光を変調せることによって得られる測定光を受光する受光部とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第２の波長板とを含み、
光源から出射された光を、前記第１の偏光子及び前記第１の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の波長板及び前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように構成され、
前記第１及び第２の波長板が、位置によって異なる複数の主軸方位を有し、
前記第１の波長板の各位置における主軸方位と、前記第１の波長板の各位置に対応する前記第２の波長板の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１及び第２の波長板が、光軸回りに変化する主軸方位を有することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１及び第２の波長板の複屈折位相差が９０°であることを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項４】
測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定装置において、
第１及び第２の偏光変調器と、
前記第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象で前記光を変調せることによって得られる測定光を受光する受光部とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１及び第２の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第３及び第４の波長板とを含み、
光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の波長板及び前記第２の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第３の波長板、前記第４の波長板及び前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように構成され、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、位置によって異なる複数の複屈折位相差を有し、
前記第１及び第２の波長板の各位置における複屈折位相差と、前記第１及び第２の波長板の各位置に対応する前記第３及び第４の波長板の各位置における複屈折位相差の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、光軸回りに変化する複屈折位相差を有することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記第１の波長板の主軸方位が、前記第１の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第２の波長板の主軸方位が、前記第１の波長板の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第４の波長板の主軸方位が、前記第２の偏光子の透過軸に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定され、
前記第３の波長板の主軸方位が、前記第４の波長板の主軸方位に対して４５°の奇数倍の角度差を有するように設定されたことを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記受光部で検出される光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する演算処理部を更に含むことを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記第２の偏光変調器から出射された光を円錐ミラーに入射させるように構成され、
前記受光部が、
前記円錐ミラーによって放射状に反射された光を受光することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記円錐ミラーが、微細な周期構造を有し、
前記受光部が、
前記円錐ミラーによって分光された光を受光することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記第２の偏光変調器から出射された光を円錐レンズに入射させるように構成され、
前記受光部が、
前記円錐レンズを透過した光を受光することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記円錐レンズが、微細な周期構造を有し、
前記受光部が、
前記円錐レンズによって分光された光を受光することを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記第１の偏光変調器から出射された光を前記測定対象に集光させる第１のレンズと、前記測定対象によって変調された前記光を平行光とし前記第２の偏光変調器に入射させる第２のレンズとを更に含むことを特徴とする偏光特性測定装置。
【請求項１３】
測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定方法において、
第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象によって変調された測定光を受光する手順と、
前記測定光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する手順とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第２の波長板とを含み、
前記測定光は、光源から出射された光を、前記第１の偏光子及び前記第１の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の波長板及び前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記第１及び第２の波長板が、位置によって異なる複数の主軸方位を有し、
前記第１の波長板の各位置における主軸方位と、前記第１の波長板の各位置に対応する前記第２の波長板の各位置における主軸方位の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする偏光特性測定方法。
【請求項１４】
測定対象の偏光特性を測定する偏光特性測定方法において、
第１及び第２の偏光変調器と前記測定対象によって変調された測定光を受光する手順と、
前記測定光の強度分布を解析することにより、前記測定対象の偏光特性を表す偏光特性要素を算出する手順とを含み、
前記第１の偏光変調器は、第１の偏光子と第１及び第２の波長板とを含み、
前記第２の偏光変調器は、第２の偏光子と第３及び第４の波長板とを含み、
前記測定光は、光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の波長板及び前記第２の波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第３の波長板、前記第４の波長板及び前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記第１、第２、第３及び第４の波長板が、位置によって異なる複数の複屈折位相差を有し、
前記第１及び第２の波長板の各位置における複屈折位相差と、前記第１及び第２の波長板の各位置に対応する前記第３及び第４の波長板の各位置における複屈折位相差の比が、それぞれ１：Ｎ（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする偏光特性測定方法。

【図１】