複屈折測定装置、および複屈折測定方法
【課題】小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折を測定可能な技術を提供する。
【解決手段】電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、第１偏光における電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、第１偏光における電場の各振動方向に応じて検知部で順次に検知された複数の光の強度分布に基づき被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、を備える複屈折測定装置とした。
【解決手段】電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、第１偏光における電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、第１偏光における電場の各振動方向に応じて検知部で順次に検知された複数の光の強度分布に基づき被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、を備える複屈折測定装置とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物における複屈折を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いわゆる複屈折と呼ばれる現象を生じさせる物質が知られている。複屈折は、或る物質を光が透過する際に、その光の各偏光方向（電場ベクトルの方向に相当する）に対する屈折率が異なるために、１つの光線が或る物質を透過すると２つの光線に分かれる現象である。
【０００３】
この複屈折を生じさせる物質は、例えば、方解石および液晶等のように、光学素子に利用される場合が多い。また、光学素子の基板およびパッケージの各材料等として、複屈折を生じさせる樹脂材料が用いられる場合も多い。なお、複屈折を生じさせる樹脂製の光学素子としては、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなるフィルム等が挙げられる。
【０００４】
ここで、複屈折の特徴について説明する。
【０００５】
複屈折を生じさせる物質には、如何なる偏光方向を有する光が入射されても、複屈折が生じない光の入射角があり、そのときの光の入射方向に沿った軸が光学軸と称される。また、複屈折を生じさせる物質には、１つの光学軸を有する結晶（一軸性結晶とも言う）からなる物質と、２つの光学軸を有する結晶（二軸性結晶とも言う）からなる物質とが含まれる。
【０００６】
一軸性結晶からなる物質では、光学軸と光の入射方向（入射方向ベクトルとも言う）とが成す平面に対して垂直な方向の電束密度ベクトルを有する光と、該平面内において電束密度ベクトルを有する光とが、異なる屈折率を感じることで、複屈折が生じる。一方、二軸性結晶からなる物質では、２つの光学軸が成す平面に垂直で且つ光の入射方向ベクトルが通る平面に対して垂直な方向の電束密度ベクトルを有する光と、該平面内において電束密度ベクトルを有する光とが、異なる屈折率を感じることで、複屈折が生じる。
【０００７】
このような複屈折を有する物質（複屈折物質とも言う）における複屈折を表す指標として、例えば、図２３で示されるような屈折率楕円体が用いられる。屈折率楕円体は、複屈折物質における光の入射方向に対する屈折率の大きさを示したものである。図２３では、ｚ軸が光学軸である一軸性結晶からなる物質についての屈折率楕円体５００ＩＥが一例として示されている。
【０００８】
ここで、図２４で示されるように、複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合を想定する。このとき、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線である楕円５００Ｅの長軸に沿った方向（長軸方向とも言う）に電束密度ベクトルＤ１を有する光が、複屈折物質において電束密度ベクトルＤ１の大きさに相当する屈折率を感じる。また、楕円５００Ｅの短軸に沿った方向（短軸方向とも言う）に電束密度ベクトルＤ２を有する光が、複屈折物質において電束密度ベクトルＤ２の大きさに相当する屈折率を感じる。なお、楕円５００Ｅの長軸と短軸は主軸と総称され、主軸の方向（主軸方向とも言う）における屈折率は、主屈折率と称される。
【０００９】
一方、複屈折を有さない物質（非複屈折物質とも言う）に係る屈折率楕円体は真球の形状を示す。ここで、非複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合を想定する。このとき、如何なる入射方向の光についても、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線は、常に真円になる。つまり、如何なる入射方向および如何なる偏光方向を有する光であっても、感じる屈折率が一定となる。よって、非複屈折物質が光学素子に採用される場合、その光学素子に係る光学的な設計および屈折率の測定が比較的容易である。
【００１０】
これに対して、上述したように、複屈折物質に係る屈折率楕円体は楕円体であり、複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合には、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線が楕円となる。このため、光の入射方向および偏光方向によって、複屈折物質において光が感じる屈折率が異なる。更に、例えば、複屈折物質で基板が作製されると、この複屈折物質に係る屈折率楕円体は、基板に対して水平または垂直といった特定の方向に対して傾き得る。この場合、例えば、レンズおよび／またはミラー等が用いられて、基板の一主面の法線方向に対して或る角度を成す入射方向を有する光が入射されても、基板が、その法線方向を軸として回転されると、光が感じる屈折率が変わる。つまり、基板の光学的な特性が変化する現象が起こる。
【００１１】
従って、複屈折物質が光学素子に採用される場合、その複屈折物質に係る屈折率楕円体の情報、つまり、光の様々な入射角度に応じた屈折率の情報を把握することは、光学素子の光学的な設計に対して非常に重要である。それゆえ、複屈折物質について光の様々な入射角度に応じた屈折率を測定すること、すなわち複屈折を測定することは非常に重要である。
【００１２】
この複屈折物質における複屈折を測定する方法としては、例えば、被測定物の測定面の鉛直方向に対して角度を持った測定光を入射し、透過した測定光の位相差から複屈折率を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１等）。この技術では、複屈折を測定するために、被測定物に対して、あらゆる角度から測定光を入射する必要がある。このため、測定面の鉛直方向に対して測定光の入射角が変化自在となるように、測定光を出射する光源に対して可動機構が設けられており、被測定物が設置されるステージが、測定面の鉛直方向を中心軸として回転自在となっている。更に、ディテクター側の構成も光源とともに測定面の鉛直方向に対して配設角度が変化自在となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−７６１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、可動部分が多く、被測定物に係る複屈折を測定する装置の大型化を招き得る。また、可動機構によって測定光の入射角が順次に変化されつつ被測定物に係る複屈折が測定されるため、この測定に長時間を要する。なお、ステージと共に被測定物が回転されるため、被測定物が破損する虞もある。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折を測定可能な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】
上記課題を解決するために、第１の態様に係る複屈折測定装置は、電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、前記第１偏光における前記電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、前記第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部で順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、を備える。
【００１７】
第２の態様に係る複屈折測定装置は、第１の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源部が、電場の振動方向が既知である偏光を発する光源と、前記偏光制御部による制御によって、前記光源から発せられる偏光における電場の振動方向を回転させることで該電場の振動方向が順次に変更される前記第１偏光を生成する旋光子と、を有する。
【００１８】
第３の態様に係る複屈折測定装置は、第２の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源から発せられる偏光が、直線偏光であるレーザー光線を含む。
【００１９】
第４の態様に係る複屈折測定装置は、第２の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源から発せられる偏光が、軸対称偏光レーザー光線を含む。
【００２０】
第５の態様に係る複屈折測定装置は、第１から第４の何れか１つの態様に係る複屈折測定装置であって、前記被測定物から射出される光を平行光に変換する変換素子、を更に備え、前記偏光子が、前記変換素子から射出される前記平行光から前記第３偏光を生成する。
【００２１】
第６の態様に係る複屈折測定方法は、(a)電場の振動方向が設定されている第１偏光を光源部から出射する工程と、(b)光学素子が前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する工程と、(c)前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて偏光子が電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する工程と、(d)検知部が前記第３偏光における光の強度分布を検知する工程と、(e)偏光制御部が前記第１偏光における電場の振動方向を変更する工程と、(f)前記工程(e)において前記第１偏光における電場の振動方向が変更される度に前記工程(b)〜(d)を行う工程と、(g)各前記工程(d)において前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部によって順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２２】
第１から第５の何れの態様に係る複屈折測定装置によっても、光の入射角度を順次に変化させる必要がないため、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２３】
第２の態様に係る複屈折測定装置によれば、光源を可動機構によって回転させる必要がないため、より小型な構成で更に迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２４】
第３の態様に係る複屈折測定装置によれば、光源の構成が簡略化される。
【００２５】
第４の態様に係る複屈折測定装置によれば、被測定物に照射される直前の偏光の状態が容易に把握可能であるため、容易に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２６】
第５の態様に係る複屈折測定装置によれば、演算および構成の少なくとも一方の簡略化が図られる。
【００２７】
第６の態様に係る複屈折測定方法によれば、光の入射角度を順次に変化させる必要がないため、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る複屈折測定装置の構成例を示す図である。
【図２】光学素子による光の集光態様を例示する図である。
【図３】複屈折による光線の分離によって受光面上において光線の照射位置の差が生じる様子を示す模式図である。
【図４】複屈折で分離した光線の受光面上における照射位置の差と入射角との関係を示す図である。
【図５】被測定物に対する入射角の変化に応じて受光面における照射位置がシフトする様子を示す模式図である。
【図６】被測定物に対する入射角と受光面における照射位置との関係を示す図である。
【図７】被測定物に対する入射角と受光面における照射位置との関係を示す図である。
【図８】情報処理部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図９】制御部で実現される機能的な構成を示すブロック図である。
【図１０】主軸と偏光方向との関係を示す図である。
【図１１】複屈折による偏光の変換について示す図である。
【図１２】主軸と被測定物から射出される楕円偏光と偏光子から射出される直線偏光との関係を示す図である。
【図１３】主軸と照射光の偏光方向とｕ軸とｖ軸との関係を示す図である。
【図１４】ｕ軸方向の電場の成分における最大値の求め方を示す図である。
【図１５】ｖ軸方向の電場の成分における最大値の求め方を示す図である。
【図１６】偏光子への入射前後における楕円偏光と直線偏光との関係を示す図である。
【図１７】偏光子への入射前後における楕円偏光と直線偏光との関係を示す図である。
【図１８】偏光子から射出される直線偏光の電場の成分の時間変化を示す図である。
【図１９】受光部が受光する光の強度の時間変化を例示する図である。
【図２０】複屈折測定装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図２１】軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を例示する図である。
【図２２】軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を例示する図である。
【図２３】屈折率楕円体を例示する図である。
【図２４】入射光に応じた複屈折を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。更に、図２と図３と図５には、載置部１３上に載置および固定されている被測定物１３ｏｂの上下面（両主面）がＸＹ平面に平行となるように右手系のＸＹＺ座標系が付されている。
【００３０】
＜(１)複屈折測定装置の構成＞
図１は、一実施形態に係る複屈折測定装置１の構成例を示す図である。複屈折測定装置１は、被測定物１３ｏｂにおける複屈折を測定するための装置であり、主に、情報取得部１０と情報処理部２０とを備えている。
【００３１】
＜(１−１)情報取得部１０の構成＞
情報取得部１０は、光源部１１、光学素子１２、載置部１３、光学素子１４、偏光子１５、および受光部１６を備えている。
【００３２】
＜(１−１−１)光源部１１＞
光源部１１は、光源１１１と旋光子１１２とを備えている。
【００３３】
光源１１１は、電場の振動方向が既知である偏光ＰＬ０を発する。この光源１１１は、例えば、Ｈｅ-Ｎｅレーザー等で構成され、直線偏光である単色のレーザー光としての偏光ＰＬ０を出射する。この偏光ＰＬ０に係る光波の進行方向とその電場あるいは磁界の振動方向とを含む面（偏光面とも言う）は、事前に、光源１１１の設計によって決められても良いし、射出されるレーザー光の測定によって求められても良い。本実施形態では、説明の複雑化を避ける目的で、偏光面が、光波の進行方向とその電場の振動方向とを含む面であるものとして説明する。
【００３４】
なお、光源１１１では、コリメータレンズによって単色のレーザー光がいわゆる平行光である偏光ＰＬ０となって出射される。平行光では、光の進行方向に垂直な平面において光線が通る領域のサイズが、光の進行方向に沿った位置（つまり、光の進行方向に沿った光源１１１からの離隔距離）に拘わらず略一定となる。
【００３５】
旋光子１１２は、情報処理部２０からの信号に応じて、光源１１１から発せられた偏光ＰＬ０における電場の振動方向を回転させる。これにより、電場の振動方向が順次に変更された偏光ＰＬ１が生成される。この旋光子１１２は、例えば、いわゆるファラデー回転子等の素子によって構成される。
【００３６】
なお、ファラデー回転子は、ファラデー効果を用いた素子である。ファラデー効果は、ある物質に磁場をかけて、磁場と平行な方向に進む光を、その物質に入射すると、光の偏光面が回転するという現象である。そして、ファラデー効果によって偏光面が回転する度合いを示す旋光度（回転角）α（単位は度(deg)）は、物質に印加される磁場の強さＨ（単位はエルステッド（Oe））と、物質中を光が通過する長さｌ（単位はセンチメートル（cm））と、旋光の大きさを表す指標であるベルデ定数Ｖ（単位はdeg/[Oe・cm]）とによって、下式(１)で示される。
【００３７】
α＝Ｖ×Ｈ×ｌ ・・・(１)。
【００３８】
上式(１)において磁場の強さＨが変更されることで、所定の回転方向に旋光度αが連続的に変化する。なお、本実施形態では、旋光度αが変化する所定の回転方向が、ファラデー回転子の入射側から射出側を見て、時計回りの方向であるものとして説明する。
【００３９】
旋光子１１２では、例えば、電場の強さＨを変更するための電磁石が設けられており、この電磁石に流れる電流が制御されることで、磁場の強さＨが変更される。そして、旋光子１１２では、情報処理部２０からの信号に応じて、電磁石に流れる電流が制御されることで、偏光ＰＬ０における電場の振動方向が回転され、この電場の振動方向が順次に変更される。これにより、電場の振動方向が順次に変更された第１偏光としての偏光ＰＬ１が生成される。
【００４０】
このように、光源部１１は、光源１１１と旋光子１１２とによって、電場の振動方向が設定されている偏光ＰＬ１を出射する。そして、この偏光ＰＬ１における電場の振動方向は、旋光子１１２の働きによって順次に変更される。そして、旋光子１１２では、例えば、旋光度αが、０°から１７９°まで所定角度（例えば１°）ずつ変更される。
【００４１】
＜(１−１−２)光学素子１２＞
光学素子１２は、平行光である偏光ＰＬ１を、収束させた後に拡がる第２偏光としての偏光ＰＬ２に変換する。つまり、偏光ＰＬ２は、進めば進むほど収束して行き、略一点に一旦集光した後に、進めば進むほど拡がっていく。光学素子１２は、いわゆる正のパワーを有する光学レンズ等によって構成されれば良く、この光学レンズと同じ機能を有するものであれば、回折格子等によって構成されたものであっても良い。
【００４２】
図２は、光学素子１２による集光態様を例示する図である。ここでは、被測定物１３ｏｂは、互いに略平行な一主面（ここでは上面）および他主面（ここでは下面）を有する平板状またはシート状のものである。また、被測定物１３ｏｂの一主面および他主面がＸＹ平面と平行であり、一主面および他主面の法線に沿って偏光ＰＬ２が進行する。換言すれば、光学素子１２の光軸が、被測定物１３ｏｂの一主面および他主面の法線Ｐｐと略一致する。つまり、法線Ｐｐは、Ｚ軸に平行であり、偏光ＰＬ２の光束の中心線と一致する。
【００４３】
そして、図２で示されるように、光学素子１２によって、偏光ＰＬ２の局所的な進行方向が法線Ｐｐに対して様々な角度を成す。このため、被測定物１３ｏｂに対して、様々な角度から偏光ＰＬ２が入射される。詳細には、偏光ＰＬ２を構成する直線偏光の進行方向と法線Ｐｐとが成す角（入射角とも言う）θINが、０〜θINmaxの全範囲をカバーする。つまり、偏光ＰＬ２によって、０〜θINmaxの全範囲にわたる入射角θINを有する偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに対して同時に入射される。すなわち、進行方向が法線Ｐｐを基準としてＸＹ平面に向けた全方位の０〜θINmaxの範囲の角度で傾けられた直線偏光が、被測定物１３ｏｂに対して同時に入射される。
【００４４】
また、偏光ＰＬ２は、被測定物１３ｏｂの表面近傍で略一点に集光され、その後、拡がっていく。なお、入射角θINの最大値θINmaxは、例えば、８０°等の９０°に近い角度に設定される。８０°程度の入射角θINが実現されるためには、例えば、光学素子１２、載置部１３、および光学素子１４といった各部を水中に浸す手段（いわゆる液浸）が採用されれば良い。
【００４５】
＜(１−１−３)載置部１３＞
載置部１３は、被測定物１３ｏｂが載置され、この被測定物１３ｏｂが保持される。被測定物１３ｏｂは、例えば、透明な基板および透明なシート等であるとともに、複屈折を生じさせる数ｍｍ以下の厚さを有するものであれば良い。また、図２で示されるように、載置部１３は、光軸Ｐｐの近傍において、光軸Ｐｐに沿って貫通する孔部が設けられている。ここで、被測定物１３ｏｂが複屈折を生じる物質からなる場合、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを透過する際に、複屈折によって位相差が生じる。具体的には、直線偏光である偏光ＰＬ２が、被測定物１３ｏｂにおける複屈折によって楕円偏光である偏光ＰＬ３となって、被測定物１３ｏｂから射出される。
【００４６】
＜(１−１−４)光学素子１４＞
光学素子１４は、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３を平行光である偏光ＰＬ４に変換する。この光学素子１４は、例えば、正のパワーを有する光学レンズ等によって構成されれば良く、この光学レンズと同じ機能を有するものであれば、回折格子によって構成されたものであっても良い。
【００４７】
＜(１−１−５)偏光子１５＞
偏光子１５は、光学素子１４から射出される平行光としての偏光ＰＬ４から電場の振動方向が一方向である第３偏光としての偏光ＰＬ５を生成する。例えば、偏光子１５では、楕円偏光としての偏光ＰＬ４のうちの一方向に係る電場の成分が透過されることで抽出され、電場の振動方向が一方向である直線偏光としての偏光ＰＬ５が生成される。
【００４８】
＜(１−１−６)受光部１６＞
受光部１６は、偏光子１５で生成された偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知する。この受光部１６は、例えば、多数のフォトディテクタが平面上においてマトリックス状（または放射状）に配列されたＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサを有していれば良い。この受光部１６によれば、種々の角度で被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２に応じてこの被測定物１３ｏｂから射出される光の強度がそれぞれ検知される。
【００４９】
受光部１６では、１つのフォトディテクタが、１つの角度で被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２に応じて被測定物１３ｏｂから射出される光の強度を検知する。各フォトディテクタで検知される光の強度と、被測定物１３ｏｂに対して偏光ＰＬ２が照射される角度（照射角度とも言う）との関係は、情報取得部１０の構造に係る設計によって決定可能である。ここで、照射角度は、法線Ｐｐを基準としてＸＹ平面に向けた全方位の０〜θINmaxの範囲で傾けられた角度であり、例えば、法線Ｐｐを基準としてＸ軸側へ傾けられた角度とＹ軸側へ傾けられた角度とが合成された角度として表現される。また、光の強度分布に係る信号は、例えば、受光部１６においてデジタル信号に変換されて、情報処理部２０に対して出力される。
【００５０】
なお、例えば、各フォトディテクタにおける光電変換で得られる信号と光の強度との関係が予め設定され、各フォトディテクタに係るデジタル信号が直接的に光の強度を示す情報に対応している態様が考えられる。また、情報処理部２０において、各フォトディテクタにおける光電変換で得られる信号と光の強度との関係に基づいて、各フォトディテクタに係るデジタル信号から光の強度を示す情報が得られても良い。
【００５１】
ＣＣＤセンサに係る各種サイズについては、例えば、多数のフォトディテクタが配列される部分（受光面とも言う）が、直径が４０ｍｍである円形の領域を包含し、隣接するフォトディテクタの中心間の距離（すなわちフォトディテクタの配列周期）が２００〜３００μｍ程度であれば良い。このようなサイズであれば良い理由について、以下説明する。
【００５２】
図３で示されるように、ある方向から被測定物１３ｏｂに対して光線が入射されると、被測定物１３ｏｂにおいて複屈折によって光線が２つに分かれる場合を想定する。ここでは、例えば、被測定物１３ｏｂが、１ｍｍの厚さを有するとともに、２つに分かれる光線がそれぞれ感じる屈折率ｎ1，ｎ2がｎ1＝１．６５８４およびｎ2＝１．４８６４の条件を有し、且つ被測定物１３ｏｂの素材が方解石であるものとする。
【００５３】
このとき、被測定物１３ｏｂで分かれた２つの光線が、ＣＣＤセンサの受光面上で距離Ｐdif離れた位置に照射される。この距離Ｐdif（位置差とも言う）は、被測定物１３ｏｂに対する光線の入射角θINに応じて変化する。具体的には、入射角θINと位置差Ｐdifとの関係は、図４の太線で描かれた曲線で示されるようなものとなる。図４で示されるように、入射角θINが８０°以下であれば、位置差Ｐdifは約１５０μｍ以下となる。このため、例えば、フォトディテクタの配列に係るピッチが２００μｍ以上であれば、光線が２つに分かれても、２つの光線が同一のフォトディテクタに照射される。
【００５４】
また、図５で示されるように、被測定物１３ｏｂに入射した光線が受光面にそれぞれ照射される位置（照射位置とも言う）は、入射角θINに応じて変化する。具体的には、入射角θINと照射位置との関係は、図６および図７で描かれた複数のプロットで示されるようなものとなる。図６および図７では、入射角θINの最大値θINmaxが８０°である場合に照射位置が受光面の中心（ここでは、光軸Ｐｐと一致する位置）から２０ｍｍシフトした位置となる条件で、０〜８０°の範囲内における５°ごとの入射角θINと、受光面の中心を基準とした照射位置までの距離（照射位置のシフト量とも言う）との関係が示されている。
【００５５】
図６および図７で示されるように、入射角θINが小さければ小さい程、入射角θINの差に対する照射位置のシフト量の差は小さく、５°の入射角θINの変化に対する照射位置のシフト量の変化の最小値は３００μｍよりも若干大きな値となる。このため、例えば、５°刻みの入射角θINに対して複屈折がそれぞれ測定される場合、フォトディテクタの配列周期が３００μｍ以下であれば、５°ごとの各入射角に係る光線に他の入射角の光線が重畳して１つのフォトディテクタに対して入射されない。
【００５６】
以上の観点から、ＣＣＤセンサに係る各種サイズについては、例えば、受光面が、直径が４０ｍｍである円形の領域を包含し、隣接するフォトディテクタの中心間の距離（すなわちフォトディテクタの配列周期）が２００〜３００μｍ程度であれば良い。
【００５７】
また、受光部１６は、情報処理部２０から所定の信号が入力される度に、偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知し、その光の強度分布を示す情報を情報処理部２０に対して出力する。
【００５８】
＜(１−２)情報処理部２０の機能的な構成＞
図８は、情報処理部２０の機能的な構成を示すブロック図である。図８で示されるように、情報処理部２０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成され、操作部２１、表示部２２、インターフェース(Ｉ／Ｆ)部２３、記憶部２４、入出力部２５、および制御部２６を備える。
【００５９】
操作部２１は、マウスやキーボード等を含む。表示部２２は、液晶ディスプレイ等を備えて構成される。Ｉ／Ｆ部２３は、通信回線３ａを介して光源部１１に対して信号ＳMFを送信するとともに、通信回線３ｂを介して受光部１６から光の強度分布に係る信号ＳIDを受信する。
【００６０】
記憶部２４は、例えばハードディスク等で構成され、受光部１６で得られた光の強度分布に係る情報を記憶する。ここで、光の強度分布に係る情報は、各フォトディテクタのアドレスと光の強度を示すデータとが関連付けられた状態で記憶部２４に記憶される。なお、後述する偏光制御部２６１と記憶制御部２６３との働きによって、偏光ＰＬ１の電場の各振動方向ごとに、光の強度分布に係る情報が記憶部２４に記憶される。また、記憶部２４には、複屈折に係る情報を得る処理（複屈折情報取得処理とも言う）を実行するためのプログラムＰＧ等が格納される。
【００６１】
入出力部２５は、例えばディスクドライブを備えて構成され、光ディスク等の記憶媒体９を受け付け、制御部２６との間で各種データの授受を行う。
【００６２】
制御部２６は、プロセッサーとして働くＣＰＵ２６ａと、情報を一時的に記憶するメモリ２６ｂとを有し、情報処理部２０の各部を統括的に制御する。また、制御部２６では、記憶部２４内のプログラムＰＧが読み込まれて実行されることで、複屈折情報取得処理に係る各種機能や各種情報処理等が実現される。なお、記憶媒体９に記憶されているプログラムおよび／またはデータを入出力部２５を介してメモリ２６ｂ等に格納させることも可能である。
【００６３】
図９は、制御部２６で実現される複屈折情報取得処理に係る機能的な構成を示すブロック図である。ここでは、制御部２６の機能的な構成が、プログラムＰＧの実行によって実現されるものとして説明しているが、専用のハードウエアによって実現されても良い。
【００６４】
図９で示されるように、制御部２６は、機能的な構成として、光源制御部２６０、偏光制御部２６１、情報受付部２６２、記憶制御部２６３、および特性情報取得部２６４を有する。以下、各部２６０〜２６４について順次に説明する。
【００６５】
光源制御部２６０は、光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出を制御する。例えば、光源制御部２６０によって、光源１１１から偏光ＰＬ０が射出される期間の開始および終了が制御される。
【００６６】
偏光制御部２６１は、旋光子１１２に対して、旋光子１１２における電場の強さＨを変更するための信号を出力する。これにより、偏光制御部２６１における制御に応じて、旋光子１１２によって偏光ＰＬ１の電場の振動方向が順次に変更される。ここで、偏光制御部２６１から旋光子１１２に対して出力される信号は、旋光子１１２による旋光度αと旋光子１１２によって生成される偏光ＰＬ１の電場の振動方向とに対応する。また、偏光制御部２６１は、偏光ＰＬ１の電場の振動方向に係る情報を記憶制御部２６３に対して出力する。
【００６７】
ここでは、旋光子１１２による所定の回転方向における旋光度αを示す情報が、偏光ＰＬ１の電場の振動方向（すなわち偏光面）に係る情報として、記憶制御部２６３に対して出力されれば良い。なお、例えば、偏光ＰＬ０の偏光面が基準の偏光面（基準偏光面とも言う）であれば、所定の回転方向における旋光度αが、基準偏光面と偏光ＰＬ１の偏光面との成す角度となる。換言すれば、所定の回転方向における旋光度αが、旋光子１１２において偏光面が回転される角度（偏光回転角度とも言う）に相当する。
【００６８】
また、偏光制御部２６１は、偏光回転角度が変更されたことを示す信号を受光部１６に出力する。このとき、受光部１６は、偏光回転角度が変更されたことを示す信号を受け取る度に、偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知して、その光の強度分布を示す情報を情報受付部２６２に対して出力する。
【００６９】
情報受付部２６２は、受光部１６で検知された光の強度分布に係る情報を受け付ける。具体的には、情報受付部２６２は、各偏光回転角度に対応する光の強度分布を示す情報を受け付ける。そして、情報受付部２６２は、光の強度分布を示す情報を記憶制御部２６３に出力する。
【００７０】
記憶制御部２６３は、偏光制御部２６１から偏光回転角度に係る情報を得るとともに、情報受付部２６２から各偏光回転角度に対応する光の強度分布を示す情報を得る。そして、記憶制御部２６３は、偏光回転角度ごとに、偏光回転角度と光の強度分布を示す情報とを関連付けて記憶部２４に記憶する。なお、光の強度分布については、例えば、各フォトディテクタによって検知された光の強度を示す情報が、該フォトディテクタに照射される偏光ＰＬ５の素となる偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに照射される角度（照射角度）を示す情報と関連付けられて記憶される。
【００７１】
特性情報取得部２６４は、記憶部２４に記憶された光の強度分布を示す情報に基づいて被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の情報を得る。なお、ここでは、記憶部２４には、偏光ＰＬ１における電場の各振動方向に応じて受光部１６によって順次に検知された複数の光の強度分布が記憶されている。
【００７２】
具体的には、特性情報取得部２６４では、演算によって、照射角度ごとに、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の主軸と、複屈折の程度の大きさを示す位相差とが求められる。この複屈折の主軸には、光の進む速度が相対的に速い（位相が進む）方位に相当する軸（いわゆる進相軸）と、光の進む速度が相対的に遅い（位相が遅れる）方位に相当する軸（いわゆる遅相軸）とが含まれる。
【００７３】
以下、主軸の求め方と位相差の求め方とについて順次に説明する。
【００７４】
なお、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折は、被測定物１３ｏｂを透過する前後の偏光の偏光状態が比較されることで求められる。このため、被測定物１３ｏｂに照射される前の偏光ＰＬ２について、被測定物１３ｏｂに照射される各方向（すなわち各照射角度）に係る偏光の状態が予め把握されていなければならない。
【００７５】
しかしながら、直線偏光である偏光ＰＬ１の偏光方向と光学素子１２による光の屈折との関係に起因して、偏光ＰＬ２において電場の振幅のばらつきが生じる。この問題に対し、電場の振幅のばらつきは、光学素子１２の屈折率の設計から予め把握可能である。また、光学素子１４による電場の振幅の変化も設計から予め把握可能である。そこで、特性情報取得部２６４では、予め把握された光学素子１２，１４等における電場の振幅の変化に応じた補正を含む演算が実行されれば良い。
【００７６】
但し、以下で説明する主軸の求め方と位相差の求め方とについては、説明の複雑化を避けるために、電場の振幅の変化を踏まえた演算については省略する。
【００７７】
＜(１−３)主軸の求め方＞
被測定物１３ｏｂが複屈折を生じさせ、この被測定物１３ｏｂに直線偏光が照射される場合を想定する。この被測定物１３ｏｂでは、偏光方向（電場ベクトルの方向とも言う）が一の方向である直線偏光（一の直線偏光とも言う）と、偏光方向が一の方向と一の直線偏光の進行方向とに対して直交する他の方向である直線偏光（他の直線偏光とも言う）との間で、直線偏光が感じる屈折率が異なる。
【００７８】
ここでは、一の方向が一方の主軸の方向（ｘ軸方向とも言う）とされるとともに、他の方向が他方の主軸の方向（ｙ軸方向とも言う）とされる。また、被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２の偏光方向（偏光面）とｘ軸とが成す角がθ、偏光子１５が透過させる電場の振動方向（すなわち偏光ＰＬ５の偏光方向）とｘ軸とが成す角がφとされる。図１０は、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の主軸と偏光ＰＬ２の偏光方向と偏光ＰＬ５の偏光方向との関係を示す図である。図１０では、偏光ＰＬ２の偏光方向が太線の矢印で示されており、偏光ＰＬ５の偏光方向が太い破線の矢印で示されている。
【００７９】
このとき、偏光ＰＬ２の電場に係る角周波数がω、時刻がｔで表されれば、偏光ＰＬ２の電場ベクトルは、下式(２)，(３)で示される。なお、下式(２)，(３)のうちのＡ，Ｂは、振幅の絶対値がＩ0とされると、下式(４)，(５)で示される。
【００８０】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ) ・・・(２)
ｙ＝Ｂ×sin(ωｔ) ・・・(３)
Ａ＝Ｉ0×cosθ ・・・(４)
Ｂ＝Ｉ0×sinθ ・・・(５)。
【００８１】
偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを通過する際に、偏光ＰＬ２の偏光方向がｘ軸方向であれば偏光ＰＬ２が感じる屈折率がｎ1、偏光ＰＬ２の偏光方向がｙ軸方向であれば偏光ＰＬ２が感じる屈折率がｎ2、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂ内を通過する距離がｄ、偏光ＰＬ２の波長がλであれば、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３の電場ベクトルは、下式(６)，(７)で示される。なお、下式(６)，(７)のうちのδ1，δ2は、下式(８)，(９)で示される。
【００８２】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ−δ1) ・・・(６)
ｙ＝Ｂ×sin(ωｔ−δ2) ・・・(７)
δ1＝−(２π／λ)×ｎ1×ｄ ・・・(８)
δ2＝−(２π／λ)×ｎ2×ｄ ・・・(９)。
【００８３】
また、上式(６)〜(９)から下式(１０)，(１１)が導出される。ここでは、時刻ｔに関するωｔが相殺されている。
【００８４】
(ｘ／Ａ)2＋(ｙ／Ｂ)2−２{(ｘ×ｙ)／(Ａ×Ｂ)}×cosδ＝sin2δ ・・・(１０)
δ＝δ1−δ2＝(２π／λ)×(ｎ1−ｎ2)×ｄ ・・・(１１)。
【００８５】
上式(１０)，(１１)では、δは、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを通過する際に異なる屈折率ｎ1，ｎ2を感じることで生じる位相差を示している。また、上式(１０)，(１１)は、一般的な楕円を示す式となっている。このため、直線偏光である偏光ＰＬ２が、被測定物１３ｏｂを通過する際に生じる複屈折によって、楕円偏光ＰＬ３に変換され、この楕円偏光ＰＬ３が被測定物１３ｏｂから射出される。
【００８６】
つまり、電場ベクトルの先端がｘｙ平面に投影された場合に図１０の太線矢印で描かれた線分を示す直線偏光ＰＬ２から、電場ベクトルの先端がｘｙ平面に投影された場合に図１１の太線で描かれた楕円を示す楕円偏光ＰＬ３に変換される。
【００８７】
次に、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３が、光学素子１４および偏光子１５を順次に介して生成される偏光ＰＬ５が、受光部１６（具体的には各フォトディテクタ）で如何なる強度で検知されるのかについて説明する。
【００８８】
まず、偏光子１５を透過する光の電場の成分における振動方向がｕ軸の方向とされ、このｕ軸と光の進行方向とに直交する方向がｖ軸とされる。図１２は、被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸を示すｘｙ軸と、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３の電場ベクトルの先端が描く軌跡（太い楕円）と、ｕｖ軸と、偏光子１５を透過する光の電場の成分における振動方向（太い破線の矢印）とを示す図である。
【００８９】
このとき、ｘｙ軸とｕｖ軸とは、下式(１２)，(１３)の関係を有する。
【００９０】
ｘ＝ｕ×cosφ−ｖ×sinφ ・・・(１２)
ｙ＝ｕ×sinφ＋ｖ×cosφ ・・・(１３)。
【００９１】
上式(１２)，(１３)が、上式(１０)に代入されると、下式(１４)が導出される。
【００９２】
【数１】
【００９３】
上式(１４)は、偏光ＰＬ３，ＰＬ４の電場ベクトルを示す式に相当する。そして、ここで、上式(１４)で示される偏光ＰＬ４の電場の成分のうちのｕ軸方向の電場の成分が、偏光子１５を透過する。
【００９４】
ここで、偏光ＰＬ４におけるｕ軸方向の電場の成分が最大となる時刻が０とされ、その時のｕ軸方向の電場の成分（すなわち電場の強度である電場ベクトル）がＩmとされる場合を考える。このとき、偏光子１５を透過する電場の成分Ｉと時刻τとの関係が下式(１５)で示され、フォトディテクタが検知する光の強度Ｐと時刻τとの関係が下式(１６)で示される。但し、時刻τは、下式(１７)の関係を有する。
【００９５】
Ｉ＝Ｉm×cos(τ) ・・・(１５)
Ｐ＝Ｉm2×cos2(τ) ・・・(１６)
τ＝ω×ｔ ・・・(１７)。
【００９６】
更に、受光部１６の各フォトディテクタによって検知される光の強度は、ｕ軸方向における電場の成分の２乗の平均値となる。そして、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveは、下式(１８)で示されるように、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐの時間経過に伴う平均値（時間平均値とも言う）となる。
【００９７】
【数２】
【００９８】
ここで、仮に、主軸の方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致している場合を想定する。
【００９９】
まず、図１３で示されるように、一方の主軸の方向であるｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向（太線矢印）とが一致する場合（θ＝０の場合）を想定する。この場合、(２)〜(５)のθに０が代入されると、下式(１９)，(２０)が導出される。
【０１００】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ) ・・・(１９)
Ａ＝Ｉ0 ・・・(２０)。
【０１０１】
また、ｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致していれば、図１４で示されるように、ｕ軸方向の電場の成分の最大値Ｉmは、下式(２１)で示される。
【０１０２】
Ｉm＝Ｉ0cosφ ・・・(２１)。
【０１０３】
そして、このとき、上式(１８)と上式(２１)とから、下式(２２)が導出される。
【０１０４】
Ｐave＝(１／２)×Ｉ02cos2φ ・・・(２２)。
【０１０５】
次に、図１５で示されるように、他方の主軸の方向であるｙ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合（θ＝９０°の場合）を想定する。この場合、ｕ軸方向の電場の成分の最大値Ｉmは、下式(２３)で示される。
【０１０６】
Ｉm＝Ｉ0cos{(π／２)−φ} ・・・(２３)。
【０１０７】
このとき、上式(１８)と上式(２３)とから、下式(２４)が導出される。
【０１０８】
Ｐave＝(１／２)×Ｉ02cos2{(π／２)−φ} ・・・(２４)。
【０１０９】
上式(２２)および(２４)には、２つの変数Ｉ0，φが存在しているが、そのうち、偏光ＰＬ２の電場ベクトルの振幅の絶対値Ｉ0は、光源部１１から出射される偏光ＰＬ１の設定と、光学素子１２の特性とから予め求められ得る。
【０１１０】
また、偏光子１５が透過させる電場の振動方向とｘ軸とが成す角度φは、ｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合には、偏光子１５が透過させる電場の振動方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが成す角度となる。一方、ｙ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合には、角度φは、偏光子１５が透過させる電場の振動方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが成す角度を９０°から減じた角度となる。
【０１１１】
そして、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveが、上式(２２)または(２４)の関係を満たす場合には、偏光ＰＬ２の偏光方向と主軸とが一致するため、偏光ＰＬ２の偏光方向が、主軸の方向として導出され得る。
【０１１２】
なお、偏光子１５が光軸Ｐｐを中心として回転することで偏光ＰＬ２の偏光方向と偏光子１５が透過させる電場の振動方向とが常に一致する構成（φ＝０）が採用されても良い。この構成では、Ｐaveが(１／２)Ｉ02または０となる際の偏光ＰＬ２の偏光方向が、主軸の方向として導出され得る。
【０１１３】
＜(１−４)位相差の求め方＞
図１６および図１７は、偏光子１５に入射される楕円偏光ＰＬ４と偏光子１５から射出される直線偏光ＰＬ５との関係を示す図である。図１６および図１７では、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトル（図中の太線の矢印）の先端が太線で表された楕円を描く態様が示されている。
【０１１４】
ここでは、細線の矢印で示されるように、時間の経過とともに、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルの先端が、反時計回りに回転する。そして、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルをｕ軸に投影したベクトル（図１６中の破線の矢印）が、直線偏光ＰＬ５の電場ベクトルに相当する。
【０１１５】
そして、図１７で示されるように、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルにおけるｕ軸方向の成分は、(ｄｕ／ｄｖ)＝０である場合に、最大（ｕmax）または最小（ｕmin）となる。なお、偏光子１５で射出される直線偏光ＰＬ５の電場の成分の時間的な変化は、例えば、図１８の太線で示されるようなものとなる。また、上式(１８)で示された光の強度Ｐaveの時間的な変化は、例えば、図１９の太線で示されるようなものとなる。
【０１１６】
ここで、上式(１４)の両辺がｖで微分されると、下式(２５)が導出される。
【０１１７】
【数３】
【０１１８】
ここで、(ｄｕ／ｄｖ)＝０の関係が成立する条件下では、上式(２５)から下式(２６)が導出される。
【０１１９】
【数４】
【０１２０】
上式(２６)を上式(１４)に代入すると、ｕに関する２次方程式が得られ、このとき、ｕ軸方向の電場の成分が±Ｉmであるため、下式(２７)が得られる。
【０１２１】
【数５】
【０１２２】
上式(２７)のうち、ｕ軸方向の電場の成分Ｉmは、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveから算出可能である。値Ａ，Ｂは、偏光ＰＬ２の偏光方向とｘ軸とが成す角度θが上式(４)，(５)に代入されることで算出可能である。角度φは、偏光子１５が透過させる電場の振動方向とｘ軸とから算出可能である。このため、上式(２７)は、cosδに係る２次方程式となり、この２次方程式から位相差δが算出され得る。
【０１２３】
なお、２つの主軸（ｘ軸とｙ軸）が求められれば、ｘ軸およびｙ軸の何れとも一致しない条件（θ≠０°，９０°）を満たす偏光方向を有する偏光ＰＬ２に係る光の強度Ｐave、その角度θ、および角度φから、位相差δが算出され得る。
【０１２４】
＜(２)動作フロー＞
図２０は、複屈折測定装置１の動作フローを示すフローチャートである。本動作フローは、制御部２６がプログラムＰＧを読み込んで実行することで実現される。なお、本動作フローは、例えば、操作部２１からの指示に応じて開始されて、図２０のステップＳ１に進む。
【０１２５】
ステップＳ１では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２が初期状態に設定される。この初期状態は、例えば、旋光子１１２に係る旋光度（ここでは偏光回転角度）αが０となる状態であれば良い。これにより、偏光ＰＬ１の偏光面が設定されることになる。なお、このとき、偏光制御部２６１から記憶制御部２６３に対して偏光回転角度に係る情報が送られる。
【０１２６】
ステップＳ２では、光源制御部２６０によって光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出が開始される。このとき、旋光子１１２から射出される偏光ＰＬ１の偏光面は、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０の偏光面と旋光子１１２における旋光度αとに応じたものに設定される。また、光学素子１２によって平行光である偏光ＰＬ１が一旦収束した後に拡がる偏光ＰＬ２に変換されるとともに、被測定物１３ｏｂによって直線偏光である偏光ＰＬ２が複屈折によって楕円偏光ＰＬ３に変換される。更に、光学素子１４によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換されるとともに、偏光子１５によって偏光ＰＬ４から電場の振動方向が一方向である第３偏光としての偏光ＰＬ５が生成される。
【０１２７】
ステップＳ３では、受光部１６によって偏光ＰＬ５における光の強度分布が検知される。このとき、情報受付部２６２が、受光部１６で検知された光の強度分布に係る情報を受け付けるとともに、この光の強度分布に係る情報を記憶制御部２６３に出力する。
【０１２８】
ステップＳ４では、記憶制御部２６３によって現在の偏光回転角度と情報受付部２６２で受け付けられた光の強度分布に係る情報とが関連付けられて記憶部２４に記憶される。
【０１２９】
ステップＳ５では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２に係る旋光度αが予め準備された全ての旋光度に設定されたか否か判定される。ここで、未だ全ての旋光度に設定されていなければステップＳ６に進み、既に全ての旋光度に設定されていればステップＳ７に進む。なお、予め準備された全ての旋光度は、例えば、０°から１７９°までの所定角度（例えば１°）刻みの偏光度であれば良い。
【０１３０】
ステップＳ６では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２に係る旋光度αが変更され、ステップＳ３に進む。ここでは、例えば、直前の旋光度αが所定角度増加される。そして、ステップＳ６で偏光ＰＬ１における電場の振動方向が変更される度に、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が行われる。その結果、偏光回転角度ごとに偏光回転角度と光の強度分布に係る情報とが関連付けられて記憶部２４に記憶される。
【０１３１】
ステップＳ７では、光源制御部２６０によって光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出が終了される。
【０１３２】
ステップＳ８では、特性情報取得部２６４によって記憶部２４に偏光回転角度ごとに記憶された光の強度分布に係る情報に基づき照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と複屈折の程度の大きさを示す位相差とが算出される。
【０１３３】
このようなステップＳ１〜Ｓ８の処理によって、１つの被測定物１３ｏｂに係る複屈折を示す情報が得られる。
【０１３４】
＜(３)一実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態に係る複屈折測定装置１によれば、光学素子１２によって偏光ＰＬ１が一旦収束した後に拡がる偏光ＰＬ２に変換された上で、被測定物１３ｏｂに対して照射される。このため、被測定物１３ｏｂに対して光の入射角度を順次に変化させる必要がない。従って、小型な構成で迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。また、被測定物１３ｏｂが回転されないため、被測定物１３ｏｂが破損し難くなる。
【０１３５】
また、旋光子１１２によって偏光における電場の振動方向が変更されるため、光源が可動機構によって回転されなくても良い。その結果、より小型な構成で更に迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１３６】
また、光源１１１から発せられる偏光が、直線偏光であるレーザー光線であれば、光源１１１の構成が簡略化される。
【０１３７】
＜(４)変形例＞
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【０１３８】
◎例えば、上記一実施形態では、予め準備された全ての偏光回転角度について光の強度分布に係る情報が得られた後に、偏光回転角度ごとの光の強度分布に係る情報に基づいて照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と位相差とが求められたが、これに限られない。例えば、次の工程(Ｉ)〜(III)が順次に行われることで、照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と位相差とが求められても良い。このような態様によれば、演算量が低減される。
【０１３９】
(Ｉ)偏光回転角度が変更されて、その偏光回転角度についての光の強度分布に係る情報が得られる度に、照射角度ごとに、その光の強度分布に係る情報に基づく光の強度Ｐaveが(１／２)Ｉ02または０であれば、その際の偏光ＰＬ２の偏光方向に沿った軸が一方の主軸と決定される。
【０１４０】
(II)偏光ＰＬ２の進行方向に沿った軸を中心として一方の主軸が９０°回転された軸が他方の主軸と決定される。
【０１４１】
(III)一方および他方の主軸の双方に対して傾斜するように偏光方向が設定された偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに照射された際に得られる光の強度分布に係る情報に基づいて、被測定物１３ｏｂにおける複屈折の程度の大きさを示す位相差δが求められる。
【０１４２】
◎また、上記一実施形態では、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０が直線偏光であったが、これに限られない。例えば、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０が、偏光状態が既知である軸対称偏光レーザー光線であっても良い。なお、軸対称偏光レーザー光線の射出が可能な光源としては、フォトニック結晶レーザー等が挙げられる。また、偏光素子によって直線偏光が軸対称偏光レーザー光線に変換されるような構成が採用されても良い。
【０１４３】
図２１および図２２は、軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を示す図である。図２１および図２２では、軸対称偏光レーザー光線の進行方向が−Ｚ方向であり、軸対称偏光レーザー光線が進行方向と垂直な２つの相互に離隔する面で切られた状態が示されている。また、電場の振動方向が太線の矢印で示されている。図２１および図２２で示されるように、軸対称偏光レーザー光線では、電場の振動方向が、進行方向に沿った軸を中心（中心軸とも言う）とした回転対称の関係を有する。例えば、偏光方向が放射状または同心円状となる。
【０１４４】
ここで、上述したように、被測定物１３ｏｂにおける複屈折が求められるためには、被測定物１３ｏｂに照射される前の偏光ＰＬ２に係る偏光情報が予め把握されていなければならない。このような要求に対して、このような軸対称偏光レーザー光線が偏光ＰＬ１に適用されれば、偏光ＰＬ２をその進行方向の側方のどの方向から見ても、入射方向と偏光方向との関係が一定となるため、偏光ＰＬ２に係る偏光情報が予め容易に把握可能となる。従って、容易に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１４５】
◎また、上記一実施形態では、旋光子１１２によって偏光ＰＬ２の偏光方向が変更されたが、これに限られない。例えば、旋光子１１２が設けられず、偏光ＰＬ０の中心軸を中心として光源１１１が回転することで、偏光ＰＬ２の偏光方向が変更されても良い。但し、上記一実施形態のように、旋光子１１２によって偏光ＰＬ２の偏光方向が変更される方が、光源１１１を可動機構によって回転させる必要がないため、より小型な構成で更に迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１４６】
◎また、上記一実施形態では、光学素子１４によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換されたが、これに限られない。例えば、光学素子１４が設けられず、偏光子１５によって偏光ＰＬ３から偏光ＰＬ５が生成されても良い。但し、このような構成では、偏光子１５に対する偏光ＰＬ３の種々の入射角度が生じることで、入射角度に応じて光の強度が変化する。従って、この場合、特性情報取得部２６４において、偏光子１５に対する偏光ＰＬ３の入射角度に応じた強度の変化分を補正する演算が必要となる。また、偏光子１５および受光部１６の構成を、入射角度に応じたものとすることも考えられる。
【０１４７】
但し、演算および構成の少なくとも一方の簡略化が図られる観点から言えば、上記一実施形態のように、光学素子によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換される方が好ましい。
【０１４８】
◎また、上記一実施形態では、光源１１１にレーザーが用いられる例が採用されていたが、これに限られない。例えば、自然光を直線偏光に変換する構成（例えば、偏光子等）が採用されても良い。
【０１４９】
◎なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 複屈折測定装置
１０ 情報取得部
１１ 光源部
１２，１４ 光学素子
１３ 載置部
１３ｏｂ 被測定物
１５ 偏光子
１６ 受光部
２０ 情報処理部
２４ 記憶部
２６ 制御部
１１１ 光源
１１２ 旋光子
２６０ 光源制御部
２６１ 偏光制御部
２６２ 情報受付部
２６３ 記憶制御部
２６４ 特性情報取得部
ＰＧ プログラム
ＰＬ０〜ＰＬ５ 偏光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物における複屈折を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、いわゆる複屈折と呼ばれる現象を生じさせる物質が知られている。複屈折は、或る物質を光が透過する際に、その光の各偏光方向（電場ベクトルの方向に相当する）に対する屈折率が異なるために、１つの光線が或る物質を透過すると２つの光線に分かれる現象である。
【０００３】
この複屈折を生じさせる物質は、例えば、方解石および液晶等のように、光学素子に利用される場合が多い。また、光学素子の基板およびパッケージの各材料等として、複屈折を生じさせる樹脂材料が用いられる場合も多い。なお、複屈折を生じさせる樹脂製の光学素子としては、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなるフィルム等が挙げられる。
【０００４】
ここで、複屈折の特徴について説明する。
【０００５】
複屈折を生じさせる物質には、如何なる偏光方向を有する光が入射されても、複屈折が生じない光の入射角があり、そのときの光の入射方向に沿った軸が光学軸と称される。また、複屈折を生じさせる物質には、１つの光学軸を有する結晶（一軸性結晶とも言う）からなる物質と、２つの光学軸を有する結晶（二軸性結晶とも言う）からなる物質とが含まれる。
【０００６】
一軸性結晶からなる物質では、光学軸と光の入射方向（入射方向ベクトルとも言う）とが成す平面に対して垂直な方向の電束密度ベクトルを有する光と、該平面内において電束密度ベクトルを有する光とが、異なる屈折率を感じることで、複屈折が生じる。一方、二軸性結晶からなる物質では、２つの光学軸が成す平面に垂直で且つ光の入射方向ベクトルが通る平面に対して垂直な方向の電束密度ベクトルを有する光と、該平面内において電束密度ベクトルを有する光とが、異なる屈折率を感じることで、複屈折が生じる。
【０００７】
このような複屈折を有する物質（複屈折物質とも言う）における複屈折を表す指標として、例えば、図２３で示されるような屈折率楕円体が用いられる。屈折率楕円体は、複屈折物質における光の入射方向に対する屈折率の大きさを示したものである。図２３では、ｚ軸が光学軸である一軸性結晶からなる物質についての屈折率楕円体５００ＩＥが一例として示されている。
【０００８】
ここで、図２４で示されるように、複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合を想定する。このとき、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線である楕円５００Ｅの長軸に沿った方向（長軸方向とも言う）に電束密度ベクトルＤ１を有する光が、複屈折物質において電束密度ベクトルＤ１の大きさに相当する屈折率を感じる。また、楕円５００Ｅの短軸に沿った方向（短軸方向とも言う）に電束密度ベクトルＤ２を有する光が、複屈折物質において電束密度ベクトルＤ２の大きさに相当する屈折率を感じる。なお、楕円５００Ｅの長軸と短軸は主軸と総称され、主軸の方向（主軸方向とも言う）における屈折率は、主屈折率と称される。
【０００９】
一方、複屈折を有さない物質（非複屈折物質とも言う）に係る屈折率楕円体は真球の形状を示す。ここで、非複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合を想定する。このとき、如何なる入射方向の光についても、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線は、常に真円になる。つまり、如何なる入射方向および如何なる偏光方向を有する光であっても、感じる屈折率が一定となる。よって、非複屈折物質が光学素子に採用される場合、その光学素子に係る光学的な設計および屈折率の測定が比較的容易である。
【００１０】
これに対して、上述したように、複屈折物質に係る屈折率楕円体は楕円体であり、複屈折物質に対して或る方向ｓから光が入射する場合には、屈折率楕円体の中心を通り且つ方向ｓに垂直な平面と屈折率楕円体との交線が楕円となる。このため、光の入射方向および偏光方向によって、複屈折物質において光が感じる屈折率が異なる。更に、例えば、複屈折物質で基板が作製されると、この複屈折物質に係る屈折率楕円体は、基板に対して水平または垂直といった特定の方向に対して傾き得る。この場合、例えば、レンズおよび／またはミラー等が用いられて、基板の一主面の法線方向に対して或る角度を成す入射方向を有する光が入射されても、基板が、その法線方向を軸として回転されると、光が感じる屈折率が変わる。つまり、基板の光学的な特性が変化する現象が起こる。
【００１１】
従って、複屈折物質が光学素子に採用される場合、その複屈折物質に係る屈折率楕円体の情報、つまり、光の様々な入射角度に応じた屈折率の情報を把握することは、光学素子の光学的な設計に対して非常に重要である。それゆえ、複屈折物質について光の様々な入射角度に応じた屈折率を測定すること、すなわち複屈折を測定することは非常に重要である。
【００１２】
この複屈折物質における複屈折を測定する方法としては、例えば、被測定物の測定面の鉛直方向に対して角度を持った測定光を入射し、透過した測定光の位相差から複屈折率を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１等）。この技術では、複屈折を測定するために、被測定物に対して、あらゆる角度から測定光を入射する必要がある。このため、測定面の鉛直方向に対して測定光の入射角が変化自在となるように、測定光を出射する光源に対して可動機構が設けられており、被測定物が設置されるステージが、測定面の鉛直方向を中心軸として回転自在となっている。更に、ディテクター側の構成も光源とともに測定面の鉛直方向に対して配設角度が変化自在となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−７６１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、可動部分が多く、被測定物に係る複屈折を測定する装置の大型化を招き得る。また、可動機構によって測定光の入射角が順次に変化されつつ被測定物に係る複屈折が測定されるため、この測定に長時間を要する。なお、ステージと共に被測定物が回転されるため、被測定物が破損する虞もある。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折を測定可能な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】
上記課題を解決するために、第１の態様に係る複屈折測定装置は、電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、前記第１偏光における前記電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、前記第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部で順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、を備える。
【００１７】
第２の態様に係る複屈折測定装置は、第１の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源部が、電場の振動方向が既知である偏光を発する光源と、前記偏光制御部による制御によって、前記光源から発せられる偏光における電場の振動方向を回転させることで該電場の振動方向が順次に変更される前記第１偏光を生成する旋光子と、を有する。
【００１８】
第３の態様に係る複屈折測定装置は、第２の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源から発せられる偏光が、直線偏光であるレーザー光線を含む。
【００１９】
第４の態様に係る複屈折測定装置は、第２の態様に係る複屈折測定装置であって、前記光源から発せられる偏光が、軸対称偏光レーザー光線を含む。
【００２０】
第５の態様に係る複屈折測定装置は、第１から第４の何れか１つの態様に係る複屈折測定装置であって、前記被測定物から射出される光を平行光に変換する変換素子、を更に備え、前記偏光子が、前記変換素子から射出される前記平行光から前記第３偏光を生成する。
【００２１】
第６の態様に係る複屈折測定方法は、(a)電場の振動方向が設定されている第１偏光を光源部から出射する工程と、(b)光学素子が前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する工程と、(c)前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて偏光子が電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する工程と、(d)検知部が前記第３偏光における光の強度分布を検知する工程と、(e)偏光制御部が前記第１偏光における電場の振動方向を変更する工程と、(f)前記工程(e)において前記第１偏光における電場の振動方向が変更される度に前記工程(b)〜(d)を行う工程と、(g)各前記工程(d)において前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部によって順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２２】
第１から第５の何れの態様に係る複屈折測定装置によっても、光の入射角度を順次に変化させる必要がないため、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２３】
第２の態様に係る複屈折測定装置によれば、光源を可動機構によって回転させる必要がないため、より小型な構成で更に迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２４】
第３の態様に係る複屈折測定装置によれば、光源の構成が簡略化される。
【００２５】
第４の態様に係る複屈折測定装置によれば、被測定物に照射される直前の偏光の状態が容易に把握可能であるため、容易に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【００２６】
第５の態様に係る複屈折測定装置によれば、演算および構成の少なくとも一方の簡略化が図られる。
【００２７】
第６の態様に係る複屈折測定方法によれば、光の入射角度を順次に変化させる必要がないため、小型な構成で迅速に被測定物に係る複屈折が測定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る複屈折測定装置の構成例を示す図である。
【図２】光学素子による光の集光態様を例示する図である。
【図３】複屈折による光線の分離によって受光面上において光線の照射位置の差が生じる様子を示す模式図である。
【図４】複屈折で分離した光線の受光面上における照射位置の差と入射角との関係を示す図である。
【図５】被測定物に対する入射角の変化に応じて受光面における照射位置がシフトする様子を示す模式図である。
【図６】被測定物に対する入射角と受光面における照射位置との関係を示す図である。
【図７】被測定物に対する入射角と受光面における照射位置との関係を示す図である。
【図８】情報処理部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図９】制御部で実現される機能的な構成を示すブロック図である。
【図１０】主軸と偏光方向との関係を示す図である。
【図１１】複屈折による偏光の変換について示す図である。
【図１２】主軸と被測定物から射出される楕円偏光と偏光子から射出される直線偏光との関係を示す図である。
【図１３】主軸と照射光の偏光方向とｕ軸とｖ軸との関係を示す図である。
【図１４】ｕ軸方向の電場の成分における最大値の求め方を示す図である。
【図１５】ｖ軸方向の電場の成分における最大値の求め方を示す図である。
【図１６】偏光子への入射前後における楕円偏光と直線偏光との関係を示す図である。
【図１７】偏光子への入射前後における楕円偏光と直線偏光との関係を示す図である。
【図１８】偏光子から射出される直線偏光の電場の成分の時間変化を示す図である。
【図１９】受光部が受光する光の強度の時間変化を例示する図である。
【図２０】複屈折測定装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図２１】軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を例示する図である。
【図２２】軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を例示する図である。
【図２３】屈折率楕円体を例示する図である。
【図２４】入射光に応じた複屈折を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。更に、図２と図３と図５には、載置部１３上に載置および固定されている被測定物１３ｏｂの上下面（両主面）がＸＹ平面に平行となるように右手系のＸＹＺ座標系が付されている。
【００３０】
＜(１)複屈折測定装置の構成＞
図１は、一実施形態に係る複屈折測定装置１の構成例を示す図である。複屈折測定装置１は、被測定物１３ｏｂにおける複屈折を測定するための装置であり、主に、情報取得部１０と情報処理部２０とを備えている。
【００３１】
＜(１−１)情報取得部１０の構成＞
情報取得部１０は、光源部１１、光学素子１２、載置部１３、光学素子１４、偏光子１５、および受光部１６を備えている。
【００３２】
＜(１−１−１)光源部１１＞
光源部１１は、光源１１１と旋光子１１２とを備えている。
【００３３】
光源１１１は、電場の振動方向が既知である偏光ＰＬ０を発する。この光源１１１は、例えば、Ｈｅ-Ｎｅレーザー等で構成され、直線偏光である単色のレーザー光としての偏光ＰＬ０を出射する。この偏光ＰＬ０に係る光波の進行方向とその電場あるいは磁界の振動方向とを含む面（偏光面とも言う）は、事前に、光源１１１の設計によって決められても良いし、射出されるレーザー光の測定によって求められても良い。本実施形態では、説明の複雑化を避ける目的で、偏光面が、光波の進行方向とその電場の振動方向とを含む面であるものとして説明する。
【００３４】
なお、光源１１１では、コリメータレンズによって単色のレーザー光がいわゆる平行光である偏光ＰＬ０となって出射される。平行光では、光の進行方向に垂直な平面において光線が通る領域のサイズが、光の進行方向に沿った位置（つまり、光の進行方向に沿った光源１１１からの離隔距離）に拘わらず略一定となる。
【００３５】
旋光子１１２は、情報処理部２０からの信号に応じて、光源１１１から発せられた偏光ＰＬ０における電場の振動方向を回転させる。これにより、電場の振動方向が順次に変更された偏光ＰＬ１が生成される。この旋光子１１２は、例えば、いわゆるファラデー回転子等の素子によって構成される。
【００３６】
なお、ファラデー回転子は、ファラデー効果を用いた素子である。ファラデー効果は、ある物質に磁場をかけて、磁場と平行な方向に進む光を、その物質に入射すると、光の偏光面が回転するという現象である。そして、ファラデー効果によって偏光面が回転する度合いを示す旋光度（回転角）α（単位は度(deg)）は、物質に印加される磁場の強さＨ（単位はエルステッド（Oe））と、物質中を光が通過する長さｌ（単位はセンチメートル（cm））と、旋光の大きさを表す指標であるベルデ定数Ｖ（単位はdeg/[Oe・cm]）とによって、下式(１)で示される。
【００３７】
α＝Ｖ×Ｈ×ｌ ・・・(１)。
【００３８】
上式(１)において磁場の強さＨが変更されることで、所定の回転方向に旋光度αが連続的に変化する。なお、本実施形態では、旋光度αが変化する所定の回転方向が、ファラデー回転子の入射側から射出側を見て、時計回りの方向であるものとして説明する。
【００３９】
旋光子１１２では、例えば、電場の強さＨを変更するための電磁石が設けられており、この電磁石に流れる電流が制御されることで、磁場の強さＨが変更される。そして、旋光子１１２では、情報処理部２０からの信号に応じて、電磁石に流れる電流が制御されることで、偏光ＰＬ０における電場の振動方向が回転され、この電場の振動方向が順次に変更される。これにより、電場の振動方向が順次に変更された第１偏光としての偏光ＰＬ１が生成される。
【００４０】
このように、光源部１１は、光源１１１と旋光子１１２とによって、電場の振動方向が設定されている偏光ＰＬ１を出射する。そして、この偏光ＰＬ１における電場の振動方向は、旋光子１１２の働きによって順次に変更される。そして、旋光子１１２では、例えば、旋光度αが、０°から１７９°まで所定角度（例えば１°）ずつ変更される。
【００４１】
＜(１−１−２)光学素子１２＞
光学素子１２は、平行光である偏光ＰＬ１を、収束させた後に拡がる第２偏光としての偏光ＰＬ２に変換する。つまり、偏光ＰＬ２は、進めば進むほど収束して行き、略一点に一旦集光した後に、進めば進むほど拡がっていく。光学素子１２は、いわゆる正のパワーを有する光学レンズ等によって構成されれば良く、この光学レンズと同じ機能を有するものであれば、回折格子等によって構成されたものであっても良い。
【００４２】
図２は、光学素子１２による集光態様を例示する図である。ここでは、被測定物１３ｏｂは、互いに略平行な一主面（ここでは上面）および他主面（ここでは下面）を有する平板状またはシート状のものである。また、被測定物１３ｏｂの一主面および他主面がＸＹ平面と平行であり、一主面および他主面の法線に沿って偏光ＰＬ２が進行する。換言すれば、光学素子１２の光軸が、被測定物１３ｏｂの一主面および他主面の法線Ｐｐと略一致する。つまり、法線Ｐｐは、Ｚ軸に平行であり、偏光ＰＬ２の光束の中心線と一致する。
【００４３】
そして、図２で示されるように、光学素子１２によって、偏光ＰＬ２の局所的な進行方向が法線Ｐｐに対して様々な角度を成す。このため、被測定物１３ｏｂに対して、様々な角度から偏光ＰＬ２が入射される。詳細には、偏光ＰＬ２を構成する直線偏光の進行方向と法線Ｐｐとが成す角（入射角とも言う）θINが、０〜θINmaxの全範囲をカバーする。つまり、偏光ＰＬ２によって、０〜θINmaxの全範囲にわたる入射角θINを有する偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに対して同時に入射される。すなわち、進行方向が法線Ｐｐを基準としてＸＹ平面に向けた全方位の０〜θINmaxの範囲の角度で傾けられた直線偏光が、被測定物１３ｏｂに対して同時に入射される。
【００４４】
また、偏光ＰＬ２は、被測定物１３ｏｂの表面近傍で略一点に集光され、その後、拡がっていく。なお、入射角θINの最大値θINmaxは、例えば、８０°等の９０°に近い角度に設定される。８０°程度の入射角θINが実現されるためには、例えば、光学素子１２、載置部１３、および光学素子１４といった各部を水中に浸す手段（いわゆる液浸）が採用されれば良い。
【００４５】
＜(１−１−３)載置部１３＞
載置部１３は、被測定物１３ｏｂが載置され、この被測定物１３ｏｂが保持される。被測定物１３ｏｂは、例えば、透明な基板および透明なシート等であるとともに、複屈折を生じさせる数ｍｍ以下の厚さを有するものであれば良い。また、図２で示されるように、載置部１３は、光軸Ｐｐの近傍において、光軸Ｐｐに沿って貫通する孔部が設けられている。ここで、被測定物１３ｏｂが複屈折を生じる物質からなる場合、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを透過する際に、複屈折によって位相差が生じる。具体的には、直線偏光である偏光ＰＬ２が、被測定物１３ｏｂにおける複屈折によって楕円偏光である偏光ＰＬ３となって、被測定物１３ｏｂから射出される。
【００４６】
＜(１−１−４)光学素子１４＞
光学素子１４は、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３を平行光である偏光ＰＬ４に変換する。この光学素子１４は、例えば、正のパワーを有する光学レンズ等によって構成されれば良く、この光学レンズと同じ機能を有するものであれば、回折格子によって構成されたものであっても良い。
【００４７】
＜(１−１−５)偏光子１５＞
偏光子１５は、光学素子１４から射出される平行光としての偏光ＰＬ４から電場の振動方向が一方向である第３偏光としての偏光ＰＬ５を生成する。例えば、偏光子１５では、楕円偏光としての偏光ＰＬ４のうちの一方向に係る電場の成分が透過されることで抽出され、電場の振動方向が一方向である直線偏光としての偏光ＰＬ５が生成される。
【００４８】
＜(１−１−６)受光部１６＞
受光部１６は、偏光子１５で生成された偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知する。この受光部１６は、例えば、多数のフォトディテクタが平面上においてマトリックス状（または放射状）に配列されたＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサを有していれば良い。この受光部１６によれば、種々の角度で被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２に応じてこの被測定物１３ｏｂから射出される光の強度がそれぞれ検知される。
【００４９】
受光部１６では、１つのフォトディテクタが、１つの角度で被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２に応じて被測定物１３ｏｂから射出される光の強度を検知する。各フォトディテクタで検知される光の強度と、被測定物１３ｏｂに対して偏光ＰＬ２が照射される角度（照射角度とも言う）との関係は、情報取得部１０の構造に係る設計によって決定可能である。ここで、照射角度は、法線Ｐｐを基準としてＸＹ平面に向けた全方位の０〜θINmaxの範囲で傾けられた角度であり、例えば、法線Ｐｐを基準としてＸ軸側へ傾けられた角度とＹ軸側へ傾けられた角度とが合成された角度として表現される。また、光の強度分布に係る信号は、例えば、受光部１６においてデジタル信号に変換されて、情報処理部２０に対して出力される。
【００５０】
なお、例えば、各フォトディテクタにおける光電変換で得られる信号と光の強度との関係が予め設定され、各フォトディテクタに係るデジタル信号が直接的に光の強度を示す情報に対応している態様が考えられる。また、情報処理部２０において、各フォトディテクタにおける光電変換で得られる信号と光の強度との関係に基づいて、各フォトディテクタに係るデジタル信号から光の強度を示す情報が得られても良い。
【００５１】
ＣＣＤセンサに係る各種サイズについては、例えば、多数のフォトディテクタが配列される部分（受光面とも言う）が、直径が４０ｍｍである円形の領域を包含し、隣接するフォトディテクタの中心間の距離（すなわちフォトディテクタの配列周期）が２００〜３００μｍ程度であれば良い。このようなサイズであれば良い理由について、以下説明する。
【００５２】
図３で示されるように、ある方向から被測定物１３ｏｂに対して光線が入射されると、被測定物１３ｏｂにおいて複屈折によって光線が２つに分かれる場合を想定する。ここでは、例えば、被測定物１３ｏｂが、１ｍｍの厚さを有するとともに、２つに分かれる光線がそれぞれ感じる屈折率ｎ1，ｎ2がｎ1＝１．６５８４およびｎ2＝１．４８６４の条件を有し、且つ被測定物１３ｏｂの素材が方解石であるものとする。
【００５３】
このとき、被測定物１３ｏｂで分かれた２つの光線が、ＣＣＤセンサの受光面上で距離Ｐdif離れた位置に照射される。この距離Ｐdif（位置差とも言う）は、被測定物１３ｏｂに対する光線の入射角θINに応じて変化する。具体的には、入射角θINと位置差Ｐdifとの関係は、図４の太線で描かれた曲線で示されるようなものとなる。図４で示されるように、入射角θINが８０°以下であれば、位置差Ｐdifは約１５０μｍ以下となる。このため、例えば、フォトディテクタの配列に係るピッチが２００μｍ以上であれば、光線が２つに分かれても、２つの光線が同一のフォトディテクタに照射される。
【００５４】
また、図５で示されるように、被測定物１３ｏｂに入射した光線が受光面にそれぞれ照射される位置（照射位置とも言う）は、入射角θINに応じて変化する。具体的には、入射角θINと照射位置との関係は、図６および図７で描かれた複数のプロットで示されるようなものとなる。図６および図７では、入射角θINの最大値θINmaxが８０°である場合に照射位置が受光面の中心（ここでは、光軸Ｐｐと一致する位置）から２０ｍｍシフトした位置となる条件で、０〜８０°の範囲内における５°ごとの入射角θINと、受光面の中心を基準とした照射位置までの距離（照射位置のシフト量とも言う）との関係が示されている。
【００５５】
図６および図７で示されるように、入射角θINが小さければ小さい程、入射角θINの差に対する照射位置のシフト量の差は小さく、５°の入射角θINの変化に対する照射位置のシフト量の変化の最小値は３００μｍよりも若干大きな値となる。このため、例えば、５°刻みの入射角θINに対して複屈折がそれぞれ測定される場合、フォトディテクタの配列周期が３００μｍ以下であれば、５°ごとの各入射角に係る光線に他の入射角の光線が重畳して１つのフォトディテクタに対して入射されない。
【００５６】
以上の観点から、ＣＣＤセンサに係る各種サイズについては、例えば、受光面が、直径が４０ｍｍである円形の領域を包含し、隣接するフォトディテクタの中心間の距離（すなわちフォトディテクタの配列周期）が２００〜３００μｍ程度であれば良い。
【００５７】
また、受光部１６は、情報処理部２０から所定の信号が入力される度に、偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知し、その光の強度分布を示す情報を情報処理部２０に対して出力する。
【００５８】
＜(１−２)情報処理部２０の機能的な構成＞
図８は、情報処理部２０の機能的な構成を示すブロック図である。図８で示されるように、情報処理部２０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成され、操作部２１、表示部２２、インターフェース(Ｉ／Ｆ)部２３、記憶部２４、入出力部２５、および制御部２６を備える。
【００５９】
操作部２１は、マウスやキーボード等を含む。表示部２２は、液晶ディスプレイ等を備えて構成される。Ｉ／Ｆ部２３は、通信回線３ａを介して光源部１１に対して信号ＳMFを送信するとともに、通信回線３ｂを介して受光部１６から光の強度分布に係る信号ＳIDを受信する。
【００６０】
記憶部２４は、例えばハードディスク等で構成され、受光部１６で得られた光の強度分布に係る情報を記憶する。ここで、光の強度分布に係る情報は、各フォトディテクタのアドレスと光の強度を示すデータとが関連付けられた状態で記憶部２４に記憶される。なお、後述する偏光制御部２６１と記憶制御部２６３との働きによって、偏光ＰＬ１の電場の各振動方向ごとに、光の強度分布に係る情報が記憶部２４に記憶される。また、記憶部２４には、複屈折に係る情報を得る処理（複屈折情報取得処理とも言う）を実行するためのプログラムＰＧ等が格納される。
【００６１】
入出力部２５は、例えばディスクドライブを備えて構成され、光ディスク等の記憶媒体９を受け付け、制御部２６との間で各種データの授受を行う。
【００６２】
制御部２６は、プロセッサーとして働くＣＰＵ２６ａと、情報を一時的に記憶するメモリ２６ｂとを有し、情報処理部２０の各部を統括的に制御する。また、制御部２６では、記憶部２４内のプログラムＰＧが読み込まれて実行されることで、複屈折情報取得処理に係る各種機能や各種情報処理等が実現される。なお、記憶媒体９に記憶されているプログラムおよび／またはデータを入出力部２５を介してメモリ２６ｂ等に格納させることも可能である。
【００６３】
図９は、制御部２６で実現される複屈折情報取得処理に係る機能的な構成を示すブロック図である。ここでは、制御部２６の機能的な構成が、プログラムＰＧの実行によって実現されるものとして説明しているが、専用のハードウエアによって実現されても良い。
【００６４】
図９で示されるように、制御部２６は、機能的な構成として、光源制御部２６０、偏光制御部２６１、情報受付部２６２、記憶制御部２６３、および特性情報取得部２６４を有する。以下、各部２６０〜２６４について順次に説明する。
【００６５】
光源制御部２６０は、光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出を制御する。例えば、光源制御部２６０によって、光源１１１から偏光ＰＬ０が射出される期間の開始および終了が制御される。
【００６６】
偏光制御部２６１は、旋光子１１２に対して、旋光子１１２における電場の強さＨを変更するための信号を出力する。これにより、偏光制御部２６１における制御に応じて、旋光子１１２によって偏光ＰＬ１の電場の振動方向が順次に変更される。ここで、偏光制御部２６１から旋光子１１２に対して出力される信号は、旋光子１１２による旋光度αと旋光子１１２によって生成される偏光ＰＬ１の電場の振動方向とに対応する。また、偏光制御部２６１は、偏光ＰＬ１の電場の振動方向に係る情報を記憶制御部２６３に対して出力する。
【００６７】
ここでは、旋光子１１２による所定の回転方向における旋光度αを示す情報が、偏光ＰＬ１の電場の振動方向（すなわち偏光面）に係る情報として、記憶制御部２６３に対して出力されれば良い。なお、例えば、偏光ＰＬ０の偏光面が基準の偏光面（基準偏光面とも言う）であれば、所定の回転方向における旋光度αが、基準偏光面と偏光ＰＬ１の偏光面との成す角度となる。換言すれば、所定の回転方向における旋光度αが、旋光子１１２において偏光面が回転される角度（偏光回転角度とも言う）に相当する。
【００６８】
また、偏光制御部２６１は、偏光回転角度が変更されたことを示す信号を受光部１６に出力する。このとき、受光部１６は、偏光回転角度が変更されたことを示す信号を受け取る度に、偏光ＰＬ５における光の強度分布を検知して、その光の強度分布を示す情報を情報受付部２６２に対して出力する。
【００６９】
情報受付部２６２は、受光部１６で検知された光の強度分布に係る情報を受け付ける。具体的には、情報受付部２６２は、各偏光回転角度に対応する光の強度分布を示す情報を受け付ける。そして、情報受付部２６２は、光の強度分布を示す情報を記憶制御部２６３に出力する。
【００７０】
記憶制御部２６３は、偏光制御部２６１から偏光回転角度に係る情報を得るとともに、情報受付部２６２から各偏光回転角度に対応する光の強度分布を示す情報を得る。そして、記憶制御部２６３は、偏光回転角度ごとに、偏光回転角度と光の強度分布を示す情報とを関連付けて記憶部２４に記憶する。なお、光の強度分布については、例えば、各フォトディテクタによって検知された光の強度を示す情報が、該フォトディテクタに照射される偏光ＰＬ５の素となる偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに照射される角度（照射角度）を示す情報と関連付けられて記憶される。
【００７１】
特性情報取得部２６４は、記憶部２４に記憶された光の強度分布を示す情報に基づいて被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の情報を得る。なお、ここでは、記憶部２４には、偏光ＰＬ１における電場の各振動方向に応じて受光部１６によって順次に検知された複数の光の強度分布が記憶されている。
【００７２】
具体的には、特性情報取得部２６４では、演算によって、照射角度ごとに、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の主軸と、複屈折の程度の大きさを示す位相差とが求められる。この複屈折の主軸には、光の進む速度が相対的に速い（位相が進む）方位に相当する軸（いわゆる進相軸）と、光の進む速度が相対的に遅い（位相が遅れる）方位に相当する軸（いわゆる遅相軸）とが含まれる。
【００７３】
以下、主軸の求め方と位相差の求め方とについて順次に説明する。
【００７４】
なお、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折は、被測定物１３ｏｂを透過する前後の偏光の偏光状態が比較されることで求められる。このため、被測定物１３ｏｂに照射される前の偏光ＰＬ２について、被測定物１３ｏｂに照射される各方向（すなわち各照射角度）に係る偏光の状態が予め把握されていなければならない。
【００７５】
しかしながら、直線偏光である偏光ＰＬ１の偏光方向と光学素子１２による光の屈折との関係に起因して、偏光ＰＬ２において電場の振幅のばらつきが生じる。この問題に対し、電場の振幅のばらつきは、光学素子１２の屈折率の設計から予め把握可能である。また、光学素子１４による電場の振幅の変化も設計から予め把握可能である。そこで、特性情報取得部２６４では、予め把握された光学素子１２，１４等における電場の振幅の変化に応じた補正を含む演算が実行されれば良い。
【００７６】
但し、以下で説明する主軸の求め方と位相差の求め方とについては、説明の複雑化を避けるために、電場の振幅の変化を踏まえた演算については省略する。
【００７７】
＜(１−３)主軸の求め方＞
被測定物１３ｏｂが複屈折を生じさせ、この被測定物１３ｏｂに直線偏光が照射される場合を想定する。この被測定物１３ｏｂでは、偏光方向（電場ベクトルの方向とも言う）が一の方向である直線偏光（一の直線偏光とも言う）と、偏光方向が一の方向と一の直線偏光の進行方向とに対して直交する他の方向である直線偏光（他の直線偏光とも言う）との間で、直線偏光が感じる屈折率が異なる。
【００７８】
ここでは、一の方向が一方の主軸の方向（ｘ軸方向とも言う）とされるとともに、他の方向が他方の主軸の方向（ｙ軸方向とも言う）とされる。また、被測定物１３ｏｂに照射される偏光ＰＬ２の偏光方向（偏光面）とｘ軸とが成す角がθ、偏光子１５が透過させる電場の振動方向（すなわち偏光ＰＬ５の偏光方向）とｘ軸とが成す角がφとされる。図１０は、被測定物１３ｏｂで生じる複屈折の主軸と偏光ＰＬ２の偏光方向と偏光ＰＬ５の偏光方向との関係を示す図である。図１０では、偏光ＰＬ２の偏光方向が太線の矢印で示されており、偏光ＰＬ５の偏光方向が太い破線の矢印で示されている。
【００７９】
このとき、偏光ＰＬ２の電場に係る角周波数がω、時刻がｔで表されれば、偏光ＰＬ２の電場ベクトルは、下式(２)，(３)で示される。なお、下式(２)，(３)のうちのＡ，Ｂは、振幅の絶対値がＩ0とされると、下式(４)，(５)で示される。
【００８０】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ) ・・・(２)
ｙ＝Ｂ×sin(ωｔ) ・・・(３)
Ａ＝Ｉ0×cosθ ・・・(４)
Ｂ＝Ｉ0×sinθ ・・・(５)。
【００８１】
偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを通過する際に、偏光ＰＬ２の偏光方向がｘ軸方向であれば偏光ＰＬ２が感じる屈折率がｎ1、偏光ＰＬ２の偏光方向がｙ軸方向であれば偏光ＰＬ２が感じる屈折率がｎ2、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂ内を通過する距離がｄ、偏光ＰＬ２の波長がλであれば、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３の電場ベクトルは、下式(６)，(７)で示される。なお、下式(６)，(７)のうちのδ1，δ2は、下式(８)，(９)で示される。
【００８２】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ−δ1) ・・・(６)
ｙ＝Ｂ×sin(ωｔ−δ2) ・・・(７)
δ1＝−(２π／λ)×ｎ1×ｄ ・・・(８)
δ2＝−(２π／λ)×ｎ2×ｄ ・・・(９)。
【００８３】
また、上式(６)〜(９)から下式(１０)，(１１)が導出される。ここでは、時刻ｔに関するωｔが相殺されている。
【００８４】
(ｘ／Ａ)2＋(ｙ／Ｂ)2−２{(ｘ×ｙ)／(Ａ×Ｂ)}×cosδ＝sin2δ ・・・(１０)
δ＝δ1−δ2＝(２π／λ)×(ｎ1−ｎ2)×ｄ ・・・(１１)。
【００８５】
上式(１０)，(１１)では、δは、偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂを通過する際に異なる屈折率ｎ1，ｎ2を感じることで生じる位相差を示している。また、上式(１０)，(１１)は、一般的な楕円を示す式となっている。このため、直線偏光である偏光ＰＬ２が、被測定物１３ｏｂを通過する際に生じる複屈折によって、楕円偏光ＰＬ３に変換され、この楕円偏光ＰＬ３が被測定物１３ｏｂから射出される。
【００８６】
つまり、電場ベクトルの先端がｘｙ平面に投影された場合に図１０の太線矢印で描かれた線分を示す直線偏光ＰＬ２から、電場ベクトルの先端がｘｙ平面に投影された場合に図１１の太線で描かれた楕円を示す楕円偏光ＰＬ３に変換される。
【００８７】
次に、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３が、光学素子１４および偏光子１５を順次に介して生成される偏光ＰＬ５が、受光部１６（具体的には各フォトディテクタ）で如何なる強度で検知されるのかについて説明する。
【００８８】
まず、偏光子１５を透過する光の電場の成分における振動方向がｕ軸の方向とされ、このｕ軸と光の進行方向とに直交する方向がｖ軸とされる。図１２は、被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸を示すｘｙ軸と、被測定物１３ｏｂから射出される偏光ＰＬ３の電場ベクトルの先端が描く軌跡（太い楕円）と、ｕｖ軸と、偏光子１５を透過する光の電場の成分における振動方向（太い破線の矢印）とを示す図である。
【００８９】
このとき、ｘｙ軸とｕｖ軸とは、下式(１２)，(１３)の関係を有する。
【００９０】
ｘ＝ｕ×cosφ−ｖ×sinφ ・・・(１２)
ｙ＝ｕ×sinφ＋ｖ×cosφ ・・・(１３)。
【００９１】
上式(１２)，(１３)が、上式(１０)に代入されると、下式(１４)が導出される。
【００９２】
【数１】
【００９３】
上式(１４)は、偏光ＰＬ３，ＰＬ４の電場ベクトルを示す式に相当する。そして、ここで、上式(１４)で示される偏光ＰＬ４の電場の成分のうちのｕ軸方向の電場の成分が、偏光子１５を透過する。
【００９４】
ここで、偏光ＰＬ４におけるｕ軸方向の電場の成分が最大となる時刻が０とされ、その時のｕ軸方向の電場の成分（すなわち電場の強度である電場ベクトル）がＩmとされる場合を考える。このとき、偏光子１５を透過する電場の成分Ｉと時刻τとの関係が下式(１５)で示され、フォトディテクタが検知する光の強度Ｐと時刻τとの関係が下式(１６)で示される。但し、時刻τは、下式(１７)の関係を有する。
【００９５】
Ｉ＝Ｉm×cos(τ) ・・・(１５)
Ｐ＝Ｉm2×cos2(τ) ・・・(１６)
τ＝ω×ｔ ・・・(１７)。
【００９６】
更に、受光部１６の各フォトディテクタによって検知される光の強度は、ｕ軸方向における電場の成分の２乗の平均値となる。そして、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveは、下式(１８)で示されるように、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐの時間経過に伴う平均値（時間平均値とも言う）となる。
【００９７】
【数２】
【００９８】
ここで、仮に、主軸の方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致している場合を想定する。
【００９９】
まず、図１３で示されるように、一方の主軸の方向であるｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向（太線矢印）とが一致する場合（θ＝０の場合）を想定する。この場合、(２)〜(５)のθに０が代入されると、下式(１９)，(２０)が導出される。
【０１００】
ｘ＝Ａ×sin(ωｔ) ・・・(１９)
Ａ＝Ｉ0 ・・・(２０)。
【０１０１】
また、ｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致していれば、図１４で示されるように、ｕ軸方向の電場の成分の最大値Ｉmは、下式(２１)で示される。
【０１０２】
Ｉm＝Ｉ0cosφ ・・・(２１)。
【０１０３】
そして、このとき、上式(１８)と上式(２１)とから、下式(２２)が導出される。
【０１０４】
Ｐave＝(１／２)×Ｉ02cos2φ ・・・(２２)。
【０１０５】
次に、図１５で示されるように、他方の主軸の方向であるｙ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合（θ＝９０°の場合）を想定する。この場合、ｕ軸方向の電場の成分の最大値Ｉmは、下式(２３)で示される。
【０１０６】
Ｉm＝Ｉ0cos{(π／２)−φ} ・・・(２３)。
【０１０７】
このとき、上式(１８)と上式(２３)とから、下式(２４)が導出される。
【０１０８】
Ｐave＝(１／２)×Ｉ02cos2{(π／２)−φ} ・・・(２４)。
【０１０９】
上式(２２)および(２４)には、２つの変数Ｉ0，φが存在しているが、そのうち、偏光ＰＬ２の電場ベクトルの振幅の絶対値Ｉ0は、光源部１１から出射される偏光ＰＬ１の設定と、光学素子１２の特性とから予め求められ得る。
【０１１０】
また、偏光子１５が透過させる電場の振動方向とｘ軸とが成す角度φは、ｘ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合には、偏光子１５が透過させる電場の振動方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが成す角度となる。一方、ｙ軸方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが一致する場合には、角度φは、偏光子１５が透過させる電場の振動方向と偏光ＰＬ２の偏光方向とが成す角度を９０°から減じた角度となる。
【０１１１】
そして、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveが、上式(２２)または(２４)の関係を満たす場合には、偏光ＰＬ２の偏光方向と主軸とが一致するため、偏光ＰＬ２の偏光方向が、主軸の方向として導出され得る。
【０１１２】
なお、偏光子１５が光軸Ｐｐを中心として回転することで偏光ＰＬ２の偏光方向と偏光子１５が透過させる電場の振動方向とが常に一致する構成（φ＝０）が採用されても良い。この構成では、Ｐaveが(１／２)Ｉ02または０となる際の偏光ＰＬ２の偏光方向が、主軸の方向として導出され得る。
【０１１３】
＜(１−４)位相差の求め方＞
図１６および図１７は、偏光子１５に入射される楕円偏光ＰＬ４と偏光子１５から射出される直線偏光ＰＬ５との関係を示す図である。図１６および図１７では、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトル（図中の太線の矢印）の先端が太線で表された楕円を描く態様が示されている。
【０１１４】
ここでは、細線の矢印で示されるように、時間の経過とともに、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルの先端が、反時計回りに回転する。そして、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルをｕ軸に投影したベクトル（図１６中の破線の矢印）が、直線偏光ＰＬ５の電場ベクトルに相当する。
【０１１５】
そして、図１７で示されるように、楕円偏光ＰＬ４の電場ベクトルにおけるｕ軸方向の成分は、(ｄｕ／ｄｖ)＝０である場合に、最大（ｕmax）または最小（ｕmin）となる。なお、偏光子１５で射出される直線偏光ＰＬ５の電場の成分の時間的な変化は、例えば、図１８の太線で示されるようなものとなる。また、上式(１８)で示された光の強度Ｐaveの時間的な変化は、例えば、図１９の太線で示されるようなものとなる。
【０１１６】
ここで、上式(１４)の両辺がｖで微分されると、下式(２５)が導出される。
【０１１７】
【数３】
【０１１８】
ここで、(ｄｕ／ｄｖ)＝０の関係が成立する条件下では、上式(２５)から下式(２６)が導出される。
【０１１９】
【数４】
【０１２０】
上式(２６)を上式(１４)に代入すると、ｕに関する２次方程式が得られ、このとき、ｕ軸方向の電場の成分が±Ｉmであるため、下式(２７)が得られる。
【０１２１】
【数５】
【０１２２】
上式(２７)のうち、ｕ軸方向の電場の成分Ｉmは、各フォトディテクタによって検知される光の強度Ｐaveから算出可能である。値Ａ，Ｂは、偏光ＰＬ２の偏光方向とｘ軸とが成す角度θが上式(４)，(５)に代入されることで算出可能である。角度φは、偏光子１５が透過させる電場の振動方向とｘ軸とから算出可能である。このため、上式(２７)は、cosδに係る２次方程式となり、この２次方程式から位相差δが算出され得る。
【０１２３】
なお、２つの主軸（ｘ軸とｙ軸）が求められれば、ｘ軸およびｙ軸の何れとも一致しない条件（θ≠０°，９０°）を満たす偏光方向を有する偏光ＰＬ２に係る光の強度Ｐave、その角度θ、および角度φから、位相差δが算出され得る。
【０１２４】
＜(２)動作フロー＞
図２０は、複屈折測定装置１の動作フローを示すフローチャートである。本動作フローは、制御部２６がプログラムＰＧを読み込んで実行することで実現される。なお、本動作フローは、例えば、操作部２１からの指示に応じて開始されて、図２０のステップＳ１に進む。
【０１２５】
ステップＳ１では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２が初期状態に設定される。この初期状態は、例えば、旋光子１１２に係る旋光度（ここでは偏光回転角度）αが０となる状態であれば良い。これにより、偏光ＰＬ１の偏光面が設定されることになる。なお、このとき、偏光制御部２６１から記憶制御部２６３に対して偏光回転角度に係る情報が送られる。
【０１２６】
ステップＳ２では、光源制御部２６０によって光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出が開始される。このとき、旋光子１１２から射出される偏光ＰＬ１の偏光面は、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０の偏光面と旋光子１１２における旋光度αとに応じたものに設定される。また、光学素子１２によって平行光である偏光ＰＬ１が一旦収束した後に拡がる偏光ＰＬ２に変換されるとともに、被測定物１３ｏｂによって直線偏光である偏光ＰＬ２が複屈折によって楕円偏光ＰＬ３に変換される。更に、光学素子１４によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換されるとともに、偏光子１５によって偏光ＰＬ４から電場の振動方向が一方向である第３偏光としての偏光ＰＬ５が生成される。
【０１２７】
ステップＳ３では、受光部１６によって偏光ＰＬ５における光の強度分布が検知される。このとき、情報受付部２６２が、受光部１６で検知された光の強度分布に係る情報を受け付けるとともに、この光の強度分布に係る情報を記憶制御部２６３に出力する。
【０１２８】
ステップＳ４では、記憶制御部２６３によって現在の偏光回転角度と情報受付部２６２で受け付けられた光の強度分布に係る情報とが関連付けられて記憶部２４に記憶される。
【０１２９】
ステップＳ５では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２に係る旋光度αが予め準備された全ての旋光度に設定されたか否か判定される。ここで、未だ全ての旋光度に設定されていなければステップＳ６に進み、既に全ての旋光度に設定されていればステップＳ７に進む。なお、予め準備された全ての旋光度は、例えば、０°から１７９°までの所定角度（例えば１°）刻みの偏光度であれば良い。
【０１３０】
ステップＳ６では、偏光制御部２６１によって旋光子１１２に係る旋光度αが変更され、ステップＳ３に進む。ここでは、例えば、直前の旋光度αが所定角度増加される。そして、ステップＳ６で偏光ＰＬ１における電場の振動方向が変更される度に、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が行われる。その結果、偏光回転角度ごとに偏光回転角度と光の強度分布に係る情報とが関連付けられて記憶部２４に記憶される。
【０１３１】
ステップＳ７では、光源制御部２６０によって光源１１１からの偏光ＰＬ０の射出が終了される。
【０１３２】
ステップＳ８では、特性情報取得部２６４によって記憶部２４に偏光回転角度ごとに記憶された光の強度分布に係る情報に基づき照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と複屈折の程度の大きさを示す位相差とが算出される。
【０１３３】
このようなステップＳ１〜Ｓ８の処理によって、１つの被測定物１３ｏｂに係る複屈折を示す情報が得られる。
【０１３４】
＜(３)一実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態に係る複屈折測定装置１によれば、光学素子１２によって偏光ＰＬ１が一旦収束した後に拡がる偏光ＰＬ２に変換された上で、被測定物１３ｏｂに対して照射される。このため、被測定物１３ｏｂに対して光の入射角度を順次に変化させる必要がない。従って、小型な構成で迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。また、被測定物１３ｏｂが回転されないため、被測定物１３ｏｂが破損し難くなる。
【０１３５】
また、旋光子１１２によって偏光における電場の振動方向が変更されるため、光源が可動機構によって回転されなくても良い。その結果、より小型な構成で更に迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１３６】
また、光源１１１から発せられる偏光が、直線偏光であるレーザー光線であれば、光源１１１の構成が簡略化される。
【０１３７】
＜(４)変形例＞
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【０１３８】
◎例えば、上記一実施形態では、予め準備された全ての偏光回転角度について光の強度分布に係る情報が得られた後に、偏光回転角度ごとの光の強度分布に係る情報に基づいて照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と位相差とが求められたが、これに限られない。例えば、次の工程(Ｉ)〜(III)が順次に行われることで、照射角度ごとに被測定物１３ｏｂにおける複屈折の主軸と位相差とが求められても良い。このような態様によれば、演算量が低減される。
【０１３９】
(Ｉ)偏光回転角度が変更されて、その偏光回転角度についての光の強度分布に係る情報が得られる度に、照射角度ごとに、その光の強度分布に係る情報に基づく光の強度Ｐaveが(１／２)Ｉ02または０であれば、その際の偏光ＰＬ２の偏光方向に沿った軸が一方の主軸と決定される。
【０１４０】
(II)偏光ＰＬ２の進行方向に沿った軸を中心として一方の主軸が９０°回転された軸が他方の主軸と決定される。
【０１４１】
(III)一方および他方の主軸の双方に対して傾斜するように偏光方向が設定された偏光ＰＬ２が被測定物１３ｏｂに照射された際に得られる光の強度分布に係る情報に基づいて、被測定物１３ｏｂにおける複屈折の程度の大きさを示す位相差δが求められる。
【０１４２】
◎また、上記一実施形態では、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０が直線偏光であったが、これに限られない。例えば、光源１１１から射出される偏光ＰＬ０が、偏光状態が既知である軸対称偏光レーザー光線であっても良い。なお、軸対称偏光レーザー光線の射出が可能な光源としては、フォトニック結晶レーザー等が挙げられる。また、偏光素子によって直線偏光が軸対称偏光レーザー光線に変換されるような構成が採用されても良い。
【０１４３】
図２１および図２２は、軸対称偏光レーザー光線における偏光態様を示す図である。図２１および図２２では、軸対称偏光レーザー光線の進行方向が−Ｚ方向であり、軸対称偏光レーザー光線が進行方向と垂直な２つの相互に離隔する面で切られた状態が示されている。また、電場の振動方向が太線の矢印で示されている。図２１および図２２で示されるように、軸対称偏光レーザー光線では、電場の振動方向が、進行方向に沿った軸を中心（中心軸とも言う）とした回転対称の関係を有する。例えば、偏光方向が放射状または同心円状となる。
【０１４４】
ここで、上述したように、被測定物１３ｏｂにおける複屈折が求められるためには、被測定物１３ｏｂに照射される前の偏光ＰＬ２に係る偏光情報が予め把握されていなければならない。このような要求に対して、このような軸対称偏光レーザー光線が偏光ＰＬ１に適用されれば、偏光ＰＬ２をその進行方向の側方のどの方向から見ても、入射方向と偏光方向との関係が一定となるため、偏光ＰＬ２に係る偏光情報が予め容易に把握可能となる。従って、容易に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１４５】
◎また、上記一実施形態では、旋光子１１２によって偏光ＰＬ２の偏光方向が変更されたが、これに限られない。例えば、旋光子１１２が設けられず、偏光ＰＬ０の中心軸を中心として光源１１１が回転することで、偏光ＰＬ２の偏光方向が変更されても良い。但し、上記一実施形態のように、旋光子１１２によって偏光ＰＬ２の偏光方向が変更される方が、光源１１１を可動機構によって回転させる必要がないため、より小型な構成で更に迅速に被測定物１３ｏｂに係る複屈折が測定され得る。
【０１４６】
◎また、上記一実施形態では、光学素子１４によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換されたが、これに限られない。例えば、光学素子１４が設けられず、偏光子１５によって偏光ＰＬ３から偏光ＰＬ５が生成されても良い。但し、このような構成では、偏光子１５に対する偏光ＰＬ３の種々の入射角度が生じることで、入射角度に応じて光の強度が変化する。従って、この場合、特性情報取得部２６４において、偏光子１５に対する偏光ＰＬ３の入射角度に応じた強度の変化分を補正する演算が必要となる。また、偏光子１５および受光部１６の構成を、入射角度に応じたものとすることも考えられる。
【０１４７】
但し、演算および構成の少なくとも一方の簡略化が図られる観点から言えば、上記一実施形態のように、光学素子によって偏光ＰＬ３が平行光である偏光ＰＬ４に変換される方が好ましい。
【０１４８】
◎また、上記一実施形態では、光源１１１にレーザーが用いられる例が採用されていたが、これに限られない。例えば、自然光を直線偏光に変換する構成（例えば、偏光子等）が採用されても良い。
【０１４９】
◎なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 複屈折測定装置
１０ 情報取得部
１１ 光源部
１２，１４ 光学素子
１３ 載置部
１３ｏｂ 被測定物
１５ 偏光子
１６ 受光部
２０ 情報処理部
２４ 記憶部
２６ 制御部
１１１ 光源
１１２ 旋光子
２６０ 光源制御部
２６１ 偏光制御部
２６２ 情報受付部
２６３ 記憶制御部
２６４ 特性情報取得部
ＰＧ プログラム
ＰＬ０〜ＰＬ５ 偏光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、
前記第１偏光における前記電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、
前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、
前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、
前記第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、
前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部で順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、
を備えることを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源部が、
電場の振動方向が既知である偏光を発する光源と、
前記偏光制御部による制御によって、前記光源から発せられる偏光における電場の振動方向を回転させることで該電場の振動方向が順次に変更される前記第１偏光を生成する旋光子と、
を有することを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源から発せられる偏光が、
直線偏光であるレーザー光線を含むことを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源から発せられる偏光が、
軸対称偏光レーザー光線を含むことを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の複屈折測定装置であって、
前記被測定物から射出される光を平行光に変換する変換素子、
を更に備え、
前記偏光子が、
前記変換素子から射出される前記平行光から前記第３偏光を生成することを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項６】
(a)電場の振動方向が設定されている第１偏光を光源部から出射する工程と、
(b)光学素子が前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する工程と、
(c)前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて偏光子が電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する工程と、
(d)検知部が前記第３偏光における光の強度分布を検知する工程と、
(e)偏光制御部が前記第１偏光における電場の振動方向を変更する工程と、
(f)前記工程(e)において前記第１偏光における電場の振動方向が変更される度に前記工程(b)〜(d)を行う工程と、
(g)各前記工程(d)において前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部によって順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る工程と、
を備えることを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項１】
電場の振動方向が設定されている第１偏光を出射する光源部と、
前記第１偏光における前記電場の振動方向を順次に変更する偏光制御部と、
前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する光学素子と、
前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて、電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する偏光子と、
前記第３偏光における光の強度分布を検知する検知部と、
前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部で順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る取得部と、
を備えることを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源部が、
電場の振動方向が既知である偏光を発する光源と、
前記偏光制御部による制御によって、前記光源から発せられる偏光における電場の振動方向を回転させることで該電場の振動方向が順次に変更される前記第１偏光を生成する旋光子と、
を有することを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源から発せられる偏光が、
直線偏光であるレーザー光線を含むことを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載の複屈折測定装置であって、
前記光源から発せられる偏光が、
軸対称偏光レーザー光線を含むことを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の複屈折測定装置であって、
前記被測定物から射出される光を平行光に変換する変換素子、
を更に備え、
前記偏光子が、
前記変換素子から射出される前記平行光から前記第３偏光を生成することを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項６】
(a)電場の振動方向が設定されている第１偏光を光源部から出射する工程と、
(b)光学素子が前記第１偏光を収束後に拡がる第２偏光に変換する工程と、
(c)前記第２偏光が被測定物に照射される際に該被測定物から射出される光に基づいて偏光子が電場の振動方向が一方向である第３偏光を生成する工程と、
(d)検知部が前記第３偏光における光の強度分布を検知する工程と、
(e)偏光制御部が前記第１偏光における電場の振動方向を変更する工程と、
(f)前記工程(e)において前記第１偏光における電場の振動方向が変更される度に前記工程(b)〜(d)を行う工程と、
(g)各前記工程(d)において前記第１偏光における各前記電場の振動方向に応じて前記検知部によって順次に検知された複数の前記光の強度分布に基づき前記被測定物に係る複屈折の情報を得る工程と、
を備えることを特徴とする複屈折測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−２４７７０６（Ｐ２０１１−２４７７０６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０１１７（Ｐ２０１０−１２０１１７）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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