JP2001141602A - System and method for evaluating double refraction - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure double refraction of an object larger than full wavelength of an optical signal being used with a desired accuracy. SOLUTION: The system for evaluating double refraction comprises an optical system for acquiring an optical signal bearing information concerning to double refraction of an object Sa (a white light source 1, a polarizer 2, an analyzer 3, and a spectrometer 4), and means PC5 for analyzing the period of a component varying in cosine with respect to the wave number thereof based on the optical signal acquired through the optical system and determining double refraction in a specified wavelength region of the object Sa from that analysis data.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複屈折測定装置お
よび複屈折評価方法に係り、特に高分子の配向度、結晶
化度、結晶の品質評価など、大きな複屈折を示す試料の
複屈折の絶対値を測定する装置、方法の工夫に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a birefringence measuring apparatus and a method for evaluating birefringence, and more particularly to a method for evaluating birefringence of a sample exhibiting large birefringence, such as evaluation of the degree of orientation, crystallinity, and crystal quality of a polymer. The present invention relates to a device and method for measuring an absolute value.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、複屈折の自動測定法としては、
「位相変調法」、「回転検光子法」、および「光ヘテロ
ダイン法」等が知られている。これらの複屈折自動測定
方法は、いずれも平行ビームを試料に透過させ、その透
過光を光検出器で受光して試料の複屈折による偏光状態
の変化を検出するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as an automatic measuring method of birefringence,
“Phase modulation method”, “rotational analyzer method”, “optical heterodyne method” and the like are known. In any of these automatic birefringence measurement methods, a parallel beam is transmitted through a sample, and the transmitted light is received by a photodetector to detect a change in the polarization state due to the birefringence of the sample.

【０００３】この内、「位相変調法」は、試料に入射さ
せる入射光の偏光状態を光弾性変調器を使って変調さ
せ、その入射光の試料透過前後の偏光状態の差から複屈
折を求める方法である。また、「回転検光子法」は、被
測定試料と光検出器との間に置いた検光子を回転させな
がら、その検光子の回転に伴う光強度信号を光検出器で
検出し、その強度変化から試料透過後の偏光状態を解析
して複屈折を求める方法である。さらに、「光ヘテロダ
イン法」は、試料に対して直交する２つの直線偏光成分
を透過させ、その２つの偏光成分を検光子により干渉さ
せて得られたビート信号から複屈折の位相差を求める方
法である。[0003] Among them, the "phase modulation method" modulates the polarization state of incident light to be incident on a sample using a photoelastic modulator, and obtains birefringence from the difference between the polarization states of the incident light before and after transmission through the sample. Is the way. In the “rotational analyzer method”, a light intensity signal accompanying the rotation of the analyzer is detected by the light detector while rotating the analyzer placed between the sample to be measured and the light detector, and the intensity is detected. This is a method of analyzing the polarization state after transmission through the sample from the change to obtain birefringence. Furthermore, the "optical heterodyne method" is a method of transmitting two linearly polarized light components orthogonal to a sample and interfering the two polarized light components with an analyzer to obtain a birefringence phase difference from a beat signal obtained. It is.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した複屈折自動測
定法はその検出精度が極めて高いことが特徴であるが、
その反面、測定に使用される波長における１波長に相当
する複屈折よりも大きな複屈折の測定は困難であった。
その理由は、これらの複屈折自動測定法では光を単一の
波として扱うため、３６０度（＝１波長）よりも大きい
値が周期的に３６０度以下に折り畳まれてしまうからで
ある。The automatic birefringence measurement method described above is characterized by its extremely high detection accuracy.
On the other hand, it was difficult to measure birefringence larger than birefringence corresponding to one wavelength at the wavelength used for measurement.
The reason is that in these automatic birefringence measurement methods, since light is treated as a single wave, a value larger than 360 degrees (= 1 wavelength) is periodically folded to 360 degrees or less.

【０００５】このような大きな複屈折の測定に関して
は、例えば高分子の配向度、結晶化度を検査したり、結
晶の品質評価を行ったりする場合等の材料検査・評価工
程の現場で特に必要とされ、しかも近年の光学素材やそ
の材料等のコンパクト化、微細化、高精度化等に伴って
このような現場における検査・評価ニーズがより一層高
くなることが予想されている。従って、上述した大きな
複屈折を示す試料に対しても、そのニーズに応じた所望
の精度で前述の複屈折自動測定法の場合と同様に測定す
る技術が必要となる。[0005] The measurement of such a large birefringence is particularly necessary in the field of material inspection / evaluation processes, for example, when inspecting the degree of orientation and crystallinity of a polymer, or when evaluating the quality of crystals. In addition, it is expected that the need for inspection and evaluation in such a field will further increase with the recent reduction in size, miniaturization, and high precision of optical materials and their materials. Therefore, it is necessary to provide a technique for measuring a sample exhibiting a large birefringence as described above with a desired accuracy according to the needs in the same manner as in the automatic birefringence measurement method described above.

【０００６】本発明は、このような従来の問題を背景に
なされたもので、測定対象の複屈折測定において、そこ
で使用される光信号の１波長よりも大きな複屈折を所望
の精度で測定することを、その目的とする。The present invention has been made in view of such a conventional problem. In the measurement of birefringence of an object to be measured, birefringence larger than one wavelength of an optical signal used therein is measured with a desired accuracy. That is its purpose.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る複屈折評価装置は、測定対象の複屈折
に関する情報を担う光信号を取得する光学系（「複屈折
測定光学系」とも言う）と、この光学系により取得され
た光信号に基づいてその波数に対して余弦波状に変化す
る成分の周期を解析し且つその解析データから前記測定
対象の所定の波長領域における複屈折を求める複屈折解
析手段と、を備えたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a birefringence evaluation apparatus according to the present invention comprises an optical system for obtaining an optical signal carrying information on the birefringence of a measurement object ("birefringence measurement optical system"). ), Analyzing the period of a component that changes in a cosine wave shape with respect to the wave number based on the optical signal obtained by the optical system, and determining the birefringence in a predetermined wavelength region of the measurement target from the analysis data. And birefringence analysis means to be obtained.

【０００８】前記複屈折解析手段は、前記波数に対して
余弦波状に変化する成分の周期を解析する波数領域を調
整することで前記複屈折の波長に対する依存度を解析
し、その解析データから前記測定対象の任意の波長領域
における複屈折を求める手段を備えることが可能であ
る。The birefringence analyzing means analyzes the dependence of the birefringence on the wavelength by adjusting a wave number region for analyzing a period of a component which changes in a cosine wave with respect to the wave number, and analyzes the dependence of the birefringence on the wavelength. It is possible to provide a means for determining birefringence in an arbitrary wavelength region to be measured.

【０００９】前記光学系は、前記測定対象に向けて連続
したスペクトル分布をもつ光信号を発する光源と、この
光源からの光信号の光路上の前記測定対象を挟む位置に
配置される一対の偏光子及び検光子と、前記光源からの
光信号の光路上に配置され且つその光信号を分光する分
光器と、を有することが可能である。The optical system includes a light source that emits an optical signal having a continuous spectral distribution toward the object to be measured, and a pair of polarized light disposed at a position sandwiching the object to be measured on an optical path of the optical signal from the light source. It is possible to have a detector and an analyzer, and a spectroscope arranged on an optical path of an optical signal from the light source and dispersing the optical signal.

【００１０】前記複屈折解析手段は、前記一対の偏光子
及び検光子が互いに平行ニコルとなる状態で配置された
場合、前記測定対象の複屈折リターデーション、その複
屈折率、その厚さ、及びその複屈折主軸と前記偏光子の
透過軸とがなす角をそれぞれをΔ、δｎ、ｄ、及びφと
し、前記光信号の波長、その光強度、測定対象となる波
長領域に対する光強度の直流成分、その波数をλ、Ｉ
（λ）、ＩＤＣ、及びｋとし、所定のシステム依存係数
をＳ（λ）としたとき、前記測定対象の複屈折を、The birefringence analyzing means, when the pair of polarizers and the analyzer are arranged in parallel Nicols, the birefringence retardation of the object to be measured, its birefringence, its thickness, and The angles formed by the birefringent main axis and the transmission axis of the polarizer are Δ, δn, d, and φ, respectively, and the wavelength of the optical signal, its light intensity, and the DC component of the light intensity with respect to the wavelength region to be measured. , Its wave number is λ, I
(Λ), IDC, and k, and a predetermined system-dependent coefficient is S (λ).

【数３】 の式を満たすように解析する手段を備えることが可能で
ある。(Equation 3) It is possible to provide a means for analyzing so as to satisfy the following expression.

【００１１】前記複屈折解析手段は、前記一対の偏光子
及び検光子が互いにクロスニコルとなる状態で配置され
た場合、前記測定対象の複屈折リターデーション、その
複屈折率、その厚さ、及びその複屈折主軸と前記偏光子
の透過軸とがなす角をそれぞれをΔ、δｎ、ｄ、及びφ
とし、前記光信号の波長、その光強度、測定対象となる
波長領域に対する光強度の直流成分、その波数をλ、Ｉ
（λ）、ＩＤＣ、及びｋとし、所定のシステム依存係数
をＳ（λ）としたとき、前記測定対象の複屈折を、The birefringence analyzing means, when the pair of polarizers and the analyzer are arranged in a crossed Nicols state, the birefringence retardation of the object to be measured, its birefringence, its thickness, and The angles formed by the birefringent main axis and the transmission axis of the polarizer are represented by Δ, δn, d, and φ, respectively.
The wavelength of the optical signal, its light intensity, the DC component of the light intensity with respect to the wavelength region to be measured, its wave number is λ, I
(Λ), IDC, and k, and a predetermined system-dependent coefficient is S (λ).

【数４】 の式を満たすように解析する手段を備えることが可能で
ある。(Equation 4) It is possible to provide a means for analyzing so as to satisfy the following expression.

【００１２】前記分光器は、前記光信号の光路上におけ
る前記検光子の出射側又は前記偏光子の入射側に配置さ
れるものとすることが可能である。[0012] The spectroscope may be arranged on an output side of the analyzer or on an incident side of the polarizer on an optical path of the optical signal.

【００１３】前記光学系は、前記検光子の出射側におけ
る前記光信号の光路上にその光信号を検出する光検出器
をさらに備え、前記複屈折解析手段は、前記光検出器に
より検出された信号に基づいて前記測定対象の複屈折解
析を行うものとすることが可能である。The optical system further includes a photodetector for detecting the optical signal on the optical path of the optical signal on the exit side of the analyzer, and the birefringence analyzing means detects the optical signal by the optical detector. A birefringence analysis of the measurement object may be performed based on the signal.

【００１４】前記光学系は、前記検光子の出射側におけ
る前記光信号の光路上にその光信号を撮像する２次元撮
像素子をさらに備え、前記複屈折解析手段は、前記２次
元撮像素子により撮像された信号に基づいて前記測定対
象の複屈折解析を行うものとすることが可能である。The optical system may further include a two-dimensional image sensor for imaging the optical signal on the optical path of the optical signal on the exit side of the analyzer. It is possible to perform a birefringence analysis of the measurement object based on the signal obtained.

【００１５】また、本発明に係る複屈折評価方法は、測
定対象の複屈折に関する情報を担う光信号の光強度を入
力し、その入力された光強度に基づいてその波数に対し
て余弦波状に変化する成分の周期を解析し、この解析デ
ータから前記測定対象の所定の波長領域における複屈折
を求めることを特徴とする。Further, according to the birefringence evaluation method of the present invention, the light intensity of an optical signal carrying information on the birefringence of an object to be measured is input, and the wave number is cosine-wave-shaped based on the input light intensity. The method is characterized in that the period of the changing component is analyzed, and birefringence in a predetermined wavelength region of the measurement object is obtained from the analysis data.

【００１６】さらに、本発明に係るプログラムを記録し
た記録媒体は、測定対象の複屈折に関する情報を担う光
信号の光強度を入力し、この入力された光強度に基づい
てその波数に対して余弦波状に変化する成分の周期を解
析し、この解析データから前記測定対象の所定の波長領
域における複屈折を演算するプログラムを読み取り可能
に記録したことを特徴とする。Further, the recording medium on which the program according to the present invention is recorded inputs the light intensity of an optical signal carrying information on the birefringence of the object to be measured, and, based on the inputted light intensity, gives a cosine to the wave number. The method is characterized in that a cycle of a component that changes in a wave shape is analyzed, and a program for calculating birefringence in a predetermined wavelength region of the measurement object is recorded in a readable manner from the analysis data.

【００１７】この場合の記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
フラッシュメモリ、カード状記録媒体（ＰＣカード
等）、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディス
ク、光ディスク等、装置に組み込むものでも可搬型のも
のでも、要はコンピュータで読み取って実行できるもの
であれば、いずれも適用可能である。The recording medium in this case is ROM, RAM,
A flash memory, a card-shaped recording medium (such as a PC card), a hard disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk, an optical disk, etc. Is also applicable.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る複屈折評価
装置の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a birefringence evaluation apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００１９】図１に示す複屈折評価装置は、連続したス
ペクトル分布を持つ発光光源（以下、「白色光源」と呼
ぶ）１から出射した白色光を被測定試料Ｓａを挟む１対
の偏光子２および検光子３を通って分光器４に入射し、
その分光器４にて分光させた白色光の各波長に対する透
過光強度を本発明の複屈折解析手段の要部を成すコンピ
ュータ（図中の例ではパーソナルコンピュータ（Ｐ
Ｃ））５に転送し、このＰＣ５にて本発明の測定原理に
基づいて予めプログラム等として設定された複屈折測定
アルゴリズムに基づくプログラムを実行し、これにより
被測定試料Ｓａの複屈折測定を行うようになっている。
この構成において、白色光源１、偏光子２、検光子３、
分光器４が本発明の光学系を成す。The birefringence evaluation apparatus shown in FIG. 1 uses a pair of polarizers 2 sandwiching a sample Sa to measure white light emitted from a light source having a continuous spectral distribution (hereinafter, referred to as a “white light source”) 1. And enters the spectrometer 4 through the analyzer 3,
The transmitted light intensity for each wavelength of the white light separated by the spectroscope 4 is converted into a computer (a personal computer (P
C)) Transfer to 5 and execute a program based on the birefringence measurement algorithm set in advance as a program or the like based on the measurement principle of the present invention in the PC 5 to thereby perform the birefringence measurement of the sample Sa to be measured. It has become.
In this configuration, a white light source 1, a polarizer 2, an analyzer 3,
The spectroscope 4 forms the optical system of the present invention.

【００２０】ここで、本発明の測定原理を説明する。Here, the measurement principle of the present invention will be described.

【００２１】まず、本発明の測定原理の位置づけ及びそ
の意義を明確にするため、従来の関連技術（特開平１１
−１４２３２２号、特開平４−３０７３１２号、特開平
１０−８２６９７号、特開平１１−１０７２８号、特開
平１０−１００４１号の各公報等）の内容を詳細に検討
した。その検討結果を説明する。First, in order to clarify the significance of the measurement principle of the present invention and its significance, a related art (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
The details of JP-A-142322, JP-A-4-307312, JP-A-10-82697, JP-A-11-10728, and JP-A-10-10041 were examined in detail. The results of the study will be described.

【００２２】１）特開平１１−１４２３２２号公報に
は、２次元分布の複屈折干渉縞を撮像し、その縞分布を
基にして縞の位相をつなぎ合わせる（アンラッピングす
る）こと、異なる２つの波長の複屈折データを基にし
て、光源の波長を超える大きな複屈折を測定する方法が
記載されている。この方法での偏光解析光学系は、光
源、偏光子、λ／４板１、試料、λ／４板２（方位変
化）、検光子（回転）、撮像素子という構成である。1) Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-142322 discloses that a two-dimensional distribution of birefringent interference fringes is imaged and the phases of the fringes are connected (unwrapped) based on the fringe distribution. A method for measuring a large birefringence exceeding the wavelength of a light source based on wavelength birefringence data is described. The polarization analysis optical system according to this method has a configuration including a light source, a polarizer, a λ / 4 plate 1, a sample, a λ / 4 plate 2 (change in direction), an analyzer (rotation), and an image sensor.

【００２３】この構成により複屈折を求める手順は、λ
／４板２を０度方位にセットして検光子を所定の回転ス
テップごとに回転させながら画像データをパソコンに取
り込み、λ／４板２を４５度方位にセットして検光子を
所定の回転ステップごとに回転させながら画像データを
パソコンに取り込み、上記操作を２つの波長にて行い、
複屈折次数の決定を行うようになっている。The procedure for obtaining birefringence with this configuration is λ
The image data is fetched into a personal computer while the analyzer is rotated at predetermined rotation steps by setting the quarter plate 2 at the 0-degree direction, and the analyzer is rotated at the predetermined rotation by setting the λ / 4 plate 2 at the 45-degree direction. While rotating the image data for each step, the image data is imported to a personal computer, and the above operation is performed at two wavelengths.
The birefringence order is determined.

【００２４】この方法では、波長板や偏光子を回転操作
させる機械的動作が必要であり、測定時間の短縮化が困
難である。また、複屈折次数を決定するために２つの波
長を使っているが、それぞれの測定値に誤差が混入する
場合、次数決定に大きな影響を及ぼし得る。In this method, a mechanical operation for rotating the wave plate or the polarizer is required, and it is difficult to reduce the measurement time. Further, two wavelengths are used to determine the birefringence order. However, if errors are mixed in the respective measured values, it can greatly affect the order determination.

【００２５】２）特開平４−３０７３１２号公報には、
１対の偏光子の間に試料を挟み、白色光を透過させて、
それを分光計測する方法である。得られた分光透過率デ
ータの極値を測定して複屈折を求める方法が記載されて
いる。2) JP-A-4-307312 discloses that
A sample is sandwiched between a pair of polarizers to transmit white light,
This is a method for spectroscopic measurement. A method is described in which an extreme value of the obtained spectral transmittance data is measured to determine birefringence.

【００２６】この方法では、分光透過率データの波長走
査範囲のなかで、極値がただ１つである場合にしか言及
されておらず、複屈折の測定範囲に限りがある。This method mentions only a single extreme value in the wavelength scanning range of the spectral transmittance data, and limits the measurement range of birefringence.

【００２７】３）特開平１０−８２６９７号公報には、
複数の波長においてそれぞれ独立に複屈折を測定し、こ
れらの測定値から次数を決定する方法が記載されてい
る。さらに測定精度を高めるために、測定原理上の問題
で精度が悪くなる部分に関しては、複屈折既知である基
準位相板を試料に重ね合わせ、測定する方法が採用され
ている。3) JP-A-10-82697 discloses that
A method is described in which birefringence is measured independently at a plurality of wavelengths, and the order is determined from these measured values. In order to further increase the measurement accuracy, a method of superposing a reference phase plate having a known birefringence on a sample and measuring the portion where the accuracy is deteriorated due to a problem on the measurement principle is adopted.

【００２８】この方法は、原理的に高精度が期待される
可能性を秘めたものであるが、その性能を最大限引き出
すためには基準位相板と被測定試料の複屈折主軸の方位
を正確に重ね合わせる必要があり、この位置合わせに正
確性が要求される。Although this method has a possibility that high accuracy can be expected in principle, in order to maximize its performance, the orientation of the reference phase plate and the birefringent principal axis of the sample to be measured must be accurate. It is necessary to superimpose this position, and accuracy is required for this positioning.

【００２９】また、基準位相板を抜き差しする必要があ
ることから、機械的動作を含むこととなり、測定時間を
短縮することが困難になる。Further, since it is necessary to insert and remove the reference phase plate, a mechanical operation is included, and it becomes difficult to reduce the measurement time.

【００３０】さらに、波長分散係数の設定を行うことに
よって、より正確な複屈折計測ができるとされ、延伸後
のナイロンフィルムの複屈折分布測定結果が例示されて
いる（同公報内の図７参照）。分散の係数設定を行った
場合において分布値カーブの変動に若干の改善が見られ
るものの、なお残っているいくつかの分布値カーブの細
かな揺らぎ状の成分に関しては、原理的な測定誤差であ
るのか実際の複屈折値であるのかの議論がなされておら
ず、測定値の信ぴょう性になお疑問を残す結果となって
いる。Further, it is considered that by setting the wavelength dispersion coefficient, more accurate birefringence measurement can be performed, and the measurement result of the birefringence distribution of the stretched nylon film is illustrated (see FIG. 7 in the same publication). ). Although a slight improvement is seen in the variation of the distribution value curve when the coefficient of variance is set, a small fluctuation component of some remaining distribution value curves is a measurement error in principle. No discussion has been made as to whether the measured value is an actual birefringence value, and the reliability of the measured value remains questionable.

【００３１】４）特開平１１−１０７２８号公報には、
１対の偏光子の間に試料を挟み、片側から白色光源を入
射し、透過光のスペクトルを分光計測する方法が記載さ
れている。複屈折が大きい試料の場合、透過光スペクト
ルにおいて多数のピークが示されるが、その中の任意の
二つのピークの波長を求め、その波長間隔とその間隔の
中にあるピークの数を求めて複屈折を計算している。4) JP-A-11-10728 discloses that
A method is described in which a sample is sandwiched between a pair of polarizers, a white light source is incident from one side, and the spectrum of transmitted light is spectrally measured. In the case of a sample with a large birefringence, many peaks are shown in the transmitted light spectrum.The wavelengths of any two of the peaks are determined, and the wavelength interval and the number of peaks in the interval are determined. Calculating refraction.

【００３２】この方法は、複屈折計測系に機械的な動作
を含まずに、大きな値を持つ複屈折試料を短時間で求め
られる優れたものであるが、複屈折測定に用いる基本と
なる波長データが２つあることから、計測精度を高める
ためには、２つの波長の差を大きく設定してやる必要が
ある。逆に複屈折に波長依存性のある試料の場合には、
二つの波長の差を小さくして測定する必要が出るが、こ
の場合には測定誤差が大きくなってしまう欠点が生じ
る。This method is excellent in that a birefringent sample having a large value can be obtained in a short time without including a mechanical operation in a birefringence measuring system. Since there are two data, it is necessary to set a large difference between the two wavelengths in order to increase the measurement accuracy. Conversely, in the case of a sample whose birefringence has wavelength dependence,
It is necessary to perform measurement by reducing the difference between the two wavelengths, but in this case, there is a disadvantage that the measurement error increases.

【００３３】さらに、信号にノイズが混在する場合にお
いては、ピーク位置検出はより大きな影響を受けること
になる。加えて、測定対象とする波長領域の一部におい
て光吸収性をもつような試料の場合、ピークが明確に出
現しない可能性があり、測定対象となる試料に制限があ
る。また、ピークになる波長を求めるため、特定波長領
域内における平均複屈折を求める事ができない、という
欠点がある。つまり、同じ材質で複屈折の異なる２つの
試料を比較するとき、同じ波長域に対する複屈折を求め
ることができないため、正確に比較できない。Further, when noise is mixed in the signal, peak position detection is more affected. In addition, in the case of a sample having a light absorption property in a part of the wavelength region to be measured, a peak may not clearly appear, and the sample to be measured is limited. Further, there is a drawback that the average birefringence in a specific wavelength region cannot be obtained because the wavelength at which the peak occurs is obtained. That is, when comparing two samples having the same material but different birefringences, it is not possible to obtain the birefringence for the same wavelength range, so that the comparison cannot be made accurately.

【００３４】この例として、フィルムを延伸する過程に
おける複屈折の変化を考える。フィルムを延伸しながら
分光スペクトルを観測すると、そのピーク位置は、延伸
にしたがって長波長側から短波長側に向かって動くよう
に見える。この過程で複屈折を観測すると、その時々に
おいて観測されるスペクトルのピーク位置に対応する波
長が動いてしまうことになる。複屈折を評価する場合で
は、対応する波長を明示する必要があることが多い。し
たがって、同方法では延伸過程を同一評価条件の下に実
時間で表示することはできないといった欠点を持つ。検
出系にマルチチャンネル分光器を用いる事から複屈折の
２次元分布を求めるためには試料を走査する必要があ
る。As an example, consider the change in birefringence in the process of stretching a film. Observing the spectral spectrum while stretching the film, the peak position appears to move from the long wavelength side to the short wavelength side as the film is stretched. If birefringence is observed in this process, the wavelength corresponding to the peak position of the spectrum observed at each time will move. When evaluating birefringence, it is often necessary to specify the corresponding wavelength. Therefore, this method has a drawback that the stretching process cannot be displayed in real time under the same evaluation conditions. Since a multi-channel spectrometer is used for the detection system, it is necessary to scan the sample in order to obtain a two-dimensional distribution of birefringence.

【００３５】５）特開平１０−１００４１号公報には、
１対の偏光子の間に試料を挟み、片側から白色光源を入
射し、透過光のスペクトルを分光計測する方法が記載さ
れている。複屈折が大きい試料の場合、透過光スペクト
ルおいて多数のピークが示され、それぞれのピーク波長
における複屈折をそれぞれ求める。さらに、同一材質で
異なる厚みをもつ第２の試料においても同様の操作を行
い、それらの試料の複屈折および複屈折の波長分散など
を精度良く求める。この方法は、複屈折の波長分散値の
絶対値が求められる利点があるが、同じ複屈折を示す厚
さの異なる試料を作成しなければならない、という不便
さがある。5) JP-A-10-10041 discloses that
A method is described in which a sample is sandwiched between a pair of polarizers, a white light source is incident from one side, and the spectrum of transmitted light is spectrally measured. In the case of a sample having a large birefringence, many peaks are shown in the transmitted light spectrum, and the birefringence at each peak wavelength is determined. Further, the same operation is performed for the second samples having the same material but different thicknesses, and the birefringence and the wavelength dispersion of the birefringence of the samples are accurately obtained. This method has the advantage that the absolute value of the wavelength dispersion value of birefringence can be obtained, but has the inconvenience that samples having different thicknesses exhibiting the same birefringence must be prepared.

【００３６】６）その他として、より定性的な方法では
あるが、１対の偏光子で試料を挟んだ光学系を白色光に
て照射し、他方より目視で観察したときに見える試料の
干渉色と、予め決められた色見本とを比較し、複屈折を
決定する方法も知られている（坪井：「偏光顕微鏡」岩
波書店、１９７９）。しかしながら、この方法では、複
屈折量の定量化が困難であること、また、複屈折の大き
さが概ね２０００ｎｍを超える辺りから、干渉色の色彩
が落ち、白色となってしまい、それ以上の複屈折を識別
することはできない。6) As another method, which is a more qualitative method, the optical system sandwiching the sample between a pair of polarizers is irradiated with white light, and the interference color of the sample that is visually observed from the other side. A method of comparing the color sample with a predetermined color sample to determine birefringence is also known (Tsuboi: "Polarizing microscope", Iwanami Shoten, 1979). However, according to this method, it is difficult to quantify the amount of birefringence, and when the magnitude of birefringence generally exceeds about 2000 nm, the color of the interference color drops, and the color becomes white. Refraction cannot be identified.

【００３７】以上の検討によれば、干渉スペクトルを用
いた複屈折測定・決定法は、その干渉信号に対するパラ
メータを波長としているため、上述のような問題が生じ
ていることが確認された。According to the above study, it has been confirmed that the above-described problem has occurred in the birefringence measurement / determination method using the interference spectrum because the parameter for the interference signal is a wavelength.

【００３８】従って、これらの検討を踏まえ、本発明で
は干渉スペクトルから得られる周期信号から波長依存性
を考慮した複屈折の測定を可能にすることに着目した。Therefore, based on these studies, the present invention has focused on enabling measurement of birefringence in consideration of wavelength dependency from a periodic signal obtained from an interference spectrum.

【００３９】具体的には、前述した図１に示す複屈折評
価装置において、偏光子２が検光子３に対して平行ニコ
ルとなる状態で配置されている場合、このペア２、３で
構成される光学系を通過する光強度Ｉ（λ）は、ミュー
ラー行列計算またはジョーンズベクトル計算により、次
式のように表すことができる。Specifically, in the birefringence evaluation apparatus shown in FIG. 1 described above, when the polarizer 2 is arranged in a state of parallel Nicols with respect to the analyzer 3, the pair 2 and 3 are used. The light intensity I (λ) passing through the optical system can be expressed by the following equation by a Mueller matrix calculation or a Jones vector calculation.

【００４０】[0040]

【数５】 この（１）式において、λは波長、ＩＤＣは波長λに対
する光量の直流成分、Ｓ（λ）はシステムに依存する係
数、φは偏光子２の透過軸と試料Ｓａの複屈折主軸がな
す角、Δは試料Ｓａの複屈折リターデーションである。(Equation 5) In this equation (1), λ is the wavelength, IDC is the DC component of the amount of light with respect to the wavelength λ, S (λ) is a system-dependent coefficient, and φ is the angle between the transmission axis of the polarizer 2 and the main birefringence axis of the sample Sa. , Δ are the birefringence retardation of the sample Sa.

【００４１】このうち、試料Ｓａの複屈折リターデーシ
ョンΔは、次式のように書き直すことができる。Among them, the birefringence retardation Δ of the sample Sa can be rewritten as the following equation.

【００４２】[0042]

【数６】 この（２）式において、δｎは試料Ｓａの複屈折率（ｎ
ｓ−ｎｆ）、ｄは試料Ｓａの厚さ、ｋは波数（周波数）
である。(Equation 6) In the equation (2), δn is the birefringence index (n
s-nf), d is the thickness of the sample Sa, k is the wave number (frequency)
It is.

【００４３】これらの式の解析により、特に（２）式の
右辺で示す関係より波数ｋ（＝２π／λ）に対する周波
数成分が複屈折（δｎ・ｄ）と等しいことに着目し、こ
の点から以下の知見を得た。From the analysis of these equations, it is noted that the frequency component with respect to the wave number k (= 2π / λ) is equal to the birefringence (δn · d) from the relationship shown on the right side of the equation (2). The following findings were obtained.

【００４４】ａ）試料Ｓａを白色光で照射すると、その
分光透過率成分は波数ｋに対して余弦波状に変化する。A) When the sample Sa is irradiated with white light, its spectral transmittance component changes in a cosine wave with respect to the wave number k.

【００４５】ｂ）偏光子２の透過軸と試料Ｓａの複屈折
主軸がなす角φの変化は複屈折によって生成される余弦
波曲線の周波数には依存せず、振幅成分にのみ影響を与
える。B) The change in the angle φ between the transmission axis of the polarizer 2 and the birefringent main axis of the sample Sa does not depend on the frequency of the cosine wave curve generated by the birefringence, but affects only the amplitude component.

【００４６】上記ａ）の事実により、図１に示す光学系
にて得られた試料Ｓａの光信号から波数ｋに対して余弦
波状に変化する周期を求めることで試料Ｓａの複屈折を
決定できる。しかも、波数ｋに対して余弦波状に変化す
る成分の周期を解析する波数領域を適当に調整すること
で複屈折の波長に対する依存度を求めることができ、こ
れにより試料Ｓａの任意の波長領域に対する複屈折を求
めることができる。According to the fact of the above a), the birefringence of the sample Sa can be determined by obtaining the period that changes in a cosine wave with respect to the wave number k from the optical signal of the sample Sa obtained by the optical system shown in FIG. . Moreover, the dependence of the birefringence on the wavelength can be obtained by appropriately adjusting the wave number region for analyzing the period of the component that changes in the form of a cosine wave with respect to the wave number k. Birefringence can be determined.

【００４７】また、上記ｂ）の事実により、複屈折計測
において、測定光学系の偏光子の透過軸方位と試料の複
屈折主軸方位のなす角φは、複屈折測定精度に影響を与
えず、また複屈折主軸方位はφを相対的に変化させたと
きに得られる光強度変化の余弦波成分の振幅の変化から
求めることができ、従って複屈折量と主軸方位は互いに
影響されることなく独立に求めることができる。Also, due to the fact b), in the birefringence measurement, the angle φ between the transmission axis direction of the polarizer of the measurement optical system and the birefringence main axis direction of the sample does not affect the birefringence measurement accuracy. The birefringence principal axis direction can be obtained from the change in the amplitude of the cosine wave component of the light intensity change obtained when φ is relatively changed, so that the birefringence amount and the principal axis direction are independent without being influenced by each other. Can be sought.

【００４８】以上が本発明の測定原理の要旨である。The above is the gist of the measurement principle of the present invention.

【００４９】図１に示すＰＣ５は、上記測定原理に沿っ
たアルゴリズムに基づくプログラムをメモリ等の記録媒
体内に予め設定し、光学系からの透過光量のデータ収集
と同時にリアルタイムで又はその収集後の解析時に記録
媒体のプログラムをＣＰＵ（ＭＰＵ）が実行することに
より、試料Ｓａの所望波長領域の複屈折を演算し、その
結果を必要に応じてディスプレイ上に表示させたり、紙
媒体に出力させたりすることが可能となっている。The PC 5 shown in FIG. 1 sets a program based on an algorithm in accordance with the above measurement principle in a recording medium such as a memory in advance, and simultaneously collects the data of the amount of transmitted light from the optical system in real time or after the collection. The CPU (MPU) executes the program of the recording medium at the time of analysis to calculate the birefringence in the desired wavelength region of the sample Sa, and display the result on a display or output to a paper medium as necessary. It is possible to do.

【００５０】従って、この実施の形態によれば、測定対
象の複屈折測定において、そこで使用される光信号の所
望の波長領域、例えば１波長よりも大きな波長の複屈折
であっても所定精度で測定することが可能となる。Therefore, according to this embodiment, in the birefringence measurement of the object to be measured, even if the birefringence has a desired wavelength region of the optical signal used therein, for example, a birefringence of a wavelength larger than one wavelength, the measurement can be performed with a predetermined accuracy. It becomes possible to measure.

【００５１】また、この実施の形態では、前述した関連
技術１）〜６）の干渉スペクトルを用いた複屈折測定・
決定法と比べ、干渉信号に対するパラメータを波長とす
るのではなく、波数に対する干渉スペクトルから得られ
る周期信号から波長依存性を考慮した測定法であるた
め、以下のような利点もある。Also, in this embodiment, the birefringence measurement using the interference spectrum of the related arts 1) to 6) described above is performed.
Compared with the determination method, the measurement method does not use the parameter for the interference signal as the wavelength but considers the wavelength dependence from the periodic signal obtained from the interference spectrum with respect to the wave number, and thus has the following advantages.

【００５２】・複屈折計測において波長板や偏光子等の
光学系を回転操作させる機械動作は必ずしも必要でない
ため、測定時間の短縮化が可能である。また、複屈折次
数を決定するために２つの波長を使わず連続波長を用い
るため、誤差混入による影響を受けにくい。 ・複屈折の測定における波長範囲が任意に設定可能であ
る。 ・複屈折に波長依存性のある試料の場合でも測定誤差が
大きくなるといったことがない。 ・同じ材質で複屈折の異なる２つの試料を比較する場
合、同じ波長域に対する複屈折を求めることができるの
で両者を正確に比較評価できる。例えば、フィルムの延
伸過程を実時間で表示できる。 ・同じ複屈折を示す厚さの異なる試料を作成する必要が
ない。 ・複屈折量の定量化が比較的簡単な構成で容易に実施で
きる。 ・測定対象波長領域内に部分的な光吸収のある試料でも
測定が可能である。In the birefringence measurement, a mechanical operation for rotating an optical system such as a wave plate or a polarizer is not necessarily required, so that the measurement time can be reduced. In addition, since the continuous wavelength is used instead of the two wavelengths to determine the birefringence order, the birefringence is less susceptible to errors. -The wavelength range in the measurement of birefringence can be set arbitrarily. -The measurement error does not increase even in the case of a sample having a wavelength dependence of birefringence. -When comparing two samples of the same material with different birefringence, the birefringence for the same wavelength region can be obtained, so that both can be accurately compared and evaluated. For example, the stretching process of a film can be displayed in real time. -It is not necessary to prepare samples having different thicknesses showing the same birefringence. -Birefringence can be easily quantified with a relatively simple configuration.・ Measurement is possible even for samples having partial light absorption in the wavelength range to be measured.

【００５３】なお、上記の複屈折測定原理及びその効果
については本発明者自身による実際の実験でもその有効
性が確認された。以下、その実験例を説明する。The effectiveness of the above-described principle of measuring birefringence and its effect was also confirmed by actual experiments by the present inventor himself. Hereinafter, an experimental example will be described.

【００５４】（実験例） １．周期成分の解析法について 上述した測定原理における波数ｋに対する周期を求める
際、信号中に含まれるノイズによる影響を未然に防止す
るため、フーリエ解析、最大エントロピー法、ウェーブ
レット変換などの波形解析を用いることが好ましい。一
般にノイズは、高周波の信号となって現れるため、複屈
折信号とは周波数レベルで弁別が容易である。このう
ち、最大エントロピー法は、周波数分解能が他の方法と
比較して高いため、本発明の測定の高精度化においては
特に有効であることが確認された。(Experimental Example) Analysis method of periodic component When calculating the period for wave number k in the above measurement principle, use waveform analysis such as Fourier analysis, maximum entropy method, and wavelet transform in order to prevent the effects of noise included in the signal beforehand. Is preferred. In general, noise appears as a high-frequency signal, so that it can be easily distinguished from a birefringent signal at a frequency level. Among them, the maximum entropy method has been confirmed to be particularly effective in increasing the accuracy of the measurement of the present invention because the frequency resolution is higher than other methods.

【００５５】２．分光器について 図１に示す分光器４の例としては、１）回折格子やプリ
ズムを回転させて回折角の異なる波長を次々に出射スリ
ットに導く構造を持つ波長走査型や波長選択型の分光
器、２）回折格子やプリズムを固定してここからの出射
光を１次元的に配列された受光素子アレイ（例えば、リ
ニアＣＣＤ）を配置するマルチチャンネル型の分光器、
または３）ＡＯＴＦ（音響光学チューナブルフィルタ）
を使用することができる。要するに、分光器４は、白色
光から任意の単色光を取り出せる手段となり得るデバイ
スであれば、どのようなものでも任意に選定可能であ
る。2. 1. Spectroscope Examples of the spectroscope 4 shown in FIG. 1 include: 1) a wavelength scanning type or wavelength selection type spectrometer having a structure in which a diffraction grating or a prism is rotated to guide wavelengths having different diffraction angles to an exit slit one after another. 2) a multi-channel type spectroscope in which a diffraction grating or a prism is fixed and a light receiving element array (for example, a linear CCD) in which light emitted therefrom is arranged one-dimensionally;
Or 3) AOTF (acousto-optic tunable filter)
Can be used. In short, the spectroscope 4 can be arbitrarily selected as long as it is a device that can be a means for extracting an arbitrary monochromatic light from white light.

【００５６】分光器４の一例として、マルチチャンネル
型のものを用いる場合、ここで得られる光強度は分光器
の構成によって決定される波長に対するものしか得られ
ず、波形解析を行うためにはデータは波数領域において
等間隔に並べなければならないため、補間などの手法を
用いたデータの前処理を行う必要が生じる。このことを
実際に検証した結果を図２に示す。When a multi-channel type is used as an example of the spectroscope 4, the light intensity obtained here can be obtained only for the wavelength determined by the configuration of the spectroscope. Must be arranged at equal intervals in the wave number domain, so that it becomes necessary to perform data preprocessing using a technique such as interpolation. FIG. 2 shows the result of actually verifying this.

【００５７】図２は、マルチチャンネル型の分光器を用
いたシステムによって得られた信号と、この信号を用い
て補間処理を行い波数等間隔にデータを計算した結果と
を重ねて示すものである。ここでの補間処理は、必要な
波数の近傍４点の実測データを用いて２次曲線によるフ
ィッティングにより実施している。FIG. 2 shows a signal obtained by a system using a multi-channel type spectroscope, and a result obtained by performing interpolation processing using this signal and calculating data at equal wavenumber intervals. . The interpolation processing here is performed by fitting using a quadratic curve using measured data at four points near the required wave number.

【００５８】図２中では、灰色の三角で記した点が実測
値、黒丸で記した点が補間後の計算値である。その結
果、実測値と計算値とは、図２を見て明らかなように良
く一致しており、これにより補間を行っても後の波形解
析になんら影響を及ぼすことはないことが実験的に証明
された。In FIG. 2, points indicated by gray triangles are measured values, and points indicated by black circles are calculated values after interpolation. As a result, the measured value and the calculated value are in good agreement, as is apparent from FIG. 2, and it is experimentally confirmed that the interpolation does not affect the subsequent waveform analysis at all. Proven.

【００５９】なお、補間処理の手法は、２次フィッティ
ングに限らず、より高次の線形関数を用いても、スプラ
イン補間などを用いても良い。また、計算されたデータ
の間隔は、図２では本原理の分かりやすさを優先し１２
８点としたが、実際の計算処理では更にたくさんのデー
タを用いても良い。特に、波形解析としてフーリエ解析
を用いる場合には、計算される周波数の分解能はデータ
点数に依存するため、より多くの点を用いるのが好まし
い。The method of the interpolation processing is not limited to the quadratic fitting, and may use a higher-order linear function, spline interpolation, or the like. In FIG. 2, the interval of the calculated data is given priority to the clarity of the present principle.
Although eight points were used, more data may be used in actual calculation processing. In particular, when Fourier analysis is used as waveform analysis, it is preferable to use more points because the resolution of the calculated frequency depends on the number of data points.

【００６０】３．本発明の複屈折測定原理の有効性 前述の測定原理の有効性を調べるため、図３に示す実験
装置、すなわち図１の装置構成１〜５に対して試料Ｓａ
を搭載するＸＹステージ６及びそのドライバ７を追加し
たものを使用し、図４に示す試料Ｓａ、すなわち複屈折
が約５３０ｎｍである位相フィルムを２５枚、その主軸
方位を揃えて層状に重ね合わせたものを作成し、この試
料Ｓａを試料ステージ６の上に載置し、それぞれの階層
における複屈折を順次測定した。3. Effectiveness of the Birefringence Measurement Principle of the Present Invention In order to examine the effectiveness of the above-described measurement principle, a sample Sa was placed on an experimental apparatus shown in FIG.
The sample Sa shown in FIG. 4, that is, 25 phase films having a birefringence of about 530 nm, and 25 layered films were superposed in layers with the same principal axis direction, using an XY stage 6 and a driver 7 added thereto. The sample Sa was placed on the sample stage 6, and the birefringence of each layer was measured sequentially.

【００６１】その結果、図５に示すように、試料Ｓａで
ある位相フィルムの層数と分光器４の出力により得られ
た信号周期（複屈折）とは比例関係にあることが確認さ
れ、これにより本測定原理の有効性が実験的に証明され
た。As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the number of layers of the phase film as the sample Sa was proportional to the signal period (birefringence) obtained from the output of the spectroscope 4. As a result, the validity of this measurement principle was experimentally proved.

【００６２】４．試料の主軸方位の決定方法 前述した（１）式によれば、主軸方位φは複屈折によっ
て生成される余弦波曲線の振幅値に比例することが分か
る。そこで、偏光子２及び検光子３のペアと試料Ｓａの
主軸方位とを光軸を中心に相対的に回転させながら余弦
波曲線の振幅を測定すると、その最大振幅を示す位置が
両者のなす角度が相対的に４５度になる方位となる。4. Method of Determining Main Spindle Orientation of Sample According to equation (1) above, it can be seen that the main shaft orientation φ is proportional to the amplitude value of the cosine wave curve generated by birefringence. Then, when the amplitude of the cosine wave curve is measured while rotating the pair of the polarizer 2 and the analyzer 3 and the principal axis direction of the sample Sa relatively around the optical axis, the position showing the maximum amplitude is the angle between the two. Is relatively 45 degrees.

【００６３】これを実験的に検証したものを図６に示
す。この実験は、試料Ｓａとしてバビネソレイユ補償子
（ＢＳＣ）を用いて行ったものである。ＢＳＣの設定複
屈折量は変化させずに主軸方位を５度ピッチで１８０度
回転させたときの測定結果を示している。図６中の黒丸
は計測された余弦波曲線の周期（すなわち、複屈折量）
を、三角印は余弦波曲線の振幅値を示したものである。
これらは、ＦＦＴでの解析結果である。FIG. 6 shows an experimentally verified result. This experiment was performed using a Babinet Soleil compensator (BSC) as the sample Sa. The measurement results when the principal axis direction is rotated 180 degrees at a 5-degree pitch without changing the set birefringence amount of the BSC are shown. The black circle in FIG. 6 indicates the period of the measured cosine wave curve (ie, the amount of birefringence).
And the triangular marks indicate the amplitude values of the cosine wave curve.
These are the results of FFT analysis.

【００６４】図６から明らかなように、試料Ｓａの主軸
と偏光子２の軸が重なった点だけは、余弦波曲線の振幅
がゼロとなるため複屈折量の測定は不可能となるが、そ
れ以外ではＢＳＣの設定角度に依存せず一定値を示して
いる。また、振幅は、方位の設定値に依存して変化し、
かつ、振幅が０度および９０度の点で最大値を示し、４
５度の点において最小値を示していることが分かる。従
って、試料Ｓａと偏光子２との方位の相対設定角度に対
する余弦波曲線の振幅値を求め、それらの値から主軸の
方位を求めることが可能である。As is clear from FIG. 6, only at the point where the main axis of the sample Sa and the axis of the polarizer 2 overlap, the amplitude of the cosine wave curve becomes zero, so that the amount of birefringence cannot be measured. Other than that, it shows a constant value without depending on the set angle of the BSC. Also, the amplitude changes depending on the set value of the bearing,
In addition, the maximum value is shown at points where the amplitude is 0 degree and 90 degrees, and 4
It can be seen that the minimum value is shown at the point of 5 degrees. Therefore, it is possible to determine the amplitude value of the cosine wave curve with respect to the relative setting angle of the orientation between the sample Sa and the polarizer 2, and determine the orientation of the main axis from those values.

【００６５】具体的には、試料Ｓａを光軸の周りに回転
するような回転ホルダに載置するか、偏光子２・検光子
３を同様の回転ホルダに載置すれば、試料Ｓａと偏光子
２との相対方位角度を変化させることができる。この回
転ホルダーを回転させながら、逐次、余弦波曲線の振幅
を求め、そこで得られた曲線（余弦波状に変化する）の
初期位相を求めることで、試料Ｓａの方位を決定するこ
とができる。あるいは、曲線の最大値を示すポイントを
フィッティング等の補間手段を用いて決定しても良い。Specifically, if the sample Sa is mounted on a rotary holder that rotates around the optical axis, or the polarizer 2 and the analyzer 3 are mounted on the same rotary holder, the sample Sa and the sample Sa are polarized. The relative azimuth angle with the child 2 can be changed. The direction of the sample Sa can be determined by sequentially obtaining the amplitude of the cosine wave curve while rotating the rotary holder and obtaining the initial phase of the obtained curve (which changes in the form of a cosine wave). Alternatively, the point indicating the maximum value of the curve may be determined using interpolation means such as fitting.

【００６６】５．各波長における相対的な複屈折量の決
定法 図２に示す余弦波曲線から各波長における複屈折量を相
対的に求める方法を説明する。上記に示した方法は、複
屈折の絶対値を直接求める方法であるが、そこで求まる
値は任意の波長域における平均複屈折となる。ここで
は、各単色光における複屈折を求める方法について述べ
る。5. Method for Determining Relative Birefringence at Each Wavelength A method of relatively determining the birefringence at each wavelength from the cosine wave curve shown in FIG. 2 will be described. The method described above is a method for directly calculating the absolute value of birefringence, but the value obtained therefrom is the average birefringence in an arbitrary wavelength range. Here, a method of obtaining birefringence in each monochromatic light will be described.

【００６７】図２において、その測定光学系が平行ニコ
ルであった場合、光量が最大となる波長は、複屈折リタ
ーデーション値ΔがIn FIG. 2, when the measuring optical system is a parallel Nicols, the wavelength at which the light quantity becomes maximum is the birefringence retardation value Δ.

【数７】 の場合である。この光量の変化はリターデーションΔに
対して余弦波状に変化することは、すでに述べた通りで
ある。すなわち、フーリエ解析等でこの余弦波曲線の位
相を計算することにより、各波長における複屈折量をよ
り詳細に決定することができる。(Equation 7) Is the case. As described above, the change in the light amount changes in a cosine wave with respect to the retardation Δ. That is, by calculating the phase of the cosine wave curve by Fourier analysis or the like, the amount of birefringence at each wavelength can be determined in more detail.

【００６８】６．偏光子・検光子対がクロスニコル配置
の場合 上記の例では偏光子・検光子対が平行ニコルである場合
を想定して説明してあるが、本発明はこれに限らず、ク
ロスニコルの場合も全く同様に解析を行うことができ
る。すなわち、クロスニコルの場合には、上記（１）式
を次式のように書き換えて同様の測定を行えばよい。6. In the case where the polarizer / analyzer pair is in a crossed Nicol arrangement, the above example has been described on the assumption that the polarizer / analyzer pair is in a parallel Nicol state.However, the present invention is not limited to this. Can be analyzed in exactly the same way. That is, in the case of crossed Nicols, the same measurement may be performed by rewriting the above equation (1) as the following equation.

【００６９】[0069]

【数８】 この場合も、周波数計測などには全く影響されない。(Equation 8) Also in this case, it is not affected at all by frequency measurement.

【００７０】７．その他の構成例 また、装置構成についても、図１に示す構成に限らず、
本発明の測定原理を実施できるものであれば、いずれも
適用可能である。この一例を図７及び図８にそれぞれ示
す。ここで、上記と同様の構成要素については同様の符
号を付し、その説明を省略または簡略する。7. Other Configuration Examples Also, the device configuration is not limited to the configuration shown in FIG.
Any method that can implement the measurement principle of the present invention can be applied. One example of this is shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Here, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

【００７１】図７に示す複屈折評価装置は、上記と同様
の構成のうち、白色光を分光するデバイス（分光器）４
を上記と同様の試料Ｓａを挟んで対向配置される偏光子
２及び検光子３のペアよりも光源１側に置き、その分光
器４を分光器ドライバ４ａを介してＰＣ５に接続すると
共に、光路上における検光子３の出射側に本発明の光学
系の一部をなす光検出器８を設置したものである。The device for evaluating birefringence shown in FIG. 7 has a device (spectroscope) 4 for splitting white light out of the same configuration as described above.
Is placed closer to the light source 1 than the pair of the polarizer 2 and the analyzer 3 which are disposed opposite to each other with the same sample Sa as above, and the spectroscope 4 is connected to the PC 5 via the spectroscope driver 4a, and A photodetector 8 forming a part of the optical system of the present invention is installed on the light exit side of the analyzer 3 on the road.

【００７２】この構成によれば、分光器４からは任意の
単色光が連続的に取り出され、その単色光が偏光子２、
試料Ｓａ、及び検光子３を透過し、その透過光が光検出
器８にて検出される。このとき、ＰＣ５により分光器ド
ライバ４ａを介して分光器４を制御しながら波数等間隔
に単色光を取り出し、逐次、光検出器８によってその光
強度を測定することで、上記と同様の余弦波曲線を得る
ことができる。それ以後の周波数計測は、上記と全く同
様に行えばよい。According to this configuration, an arbitrary monochromatic light is continuously extracted from the spectroscope 4 and the monochromatic light is extracted from the polarizer 2,
The light passes through the sample Sa and the analyzer 3, and the transmitted light is detected by the photodetector 8. At this time, while controlling the spectroscope 4 via the spectroscope driver 4 a by the PC 5, monochromatic light is taken out at equal wavenumber intervals, and the light intensity is sequentially measured by the photodetector 8. A curve can be obtained. Subsequent frequency measurement may be performed in exactly the same manner as described above.

【００７３】図８に示す複屈折評価装置は、本発明を２
次元計測に拡張したもので、図７に示す装置構成（白色
光源１、偏光子２、検光子３、分光器４、分光器ドライ
バ４ａ、ＰＣ５、及び光検出器８）のうち、本発明の光
学系の一部を成す光検出器８を２次元撮像素子（図８中
の例ではＣＣＤカメラ）９に置き換えた構成となってい
る。この構成により、分光器４にて単色光を波数等間隔
に取り出し、逐次、ＣＣＤカメラ９によって画像を取り
込むことが可能となる。The birefringence evaluation device shown in FIG.
It is expanded to the dimension measurement, and is included in the device configuration (white light source 1, polarizer 2, analyzer 3, spectroscope 4, spectroscope driver 4a, PC5, and photodetector 8) shown in FIG. In this configuration, a photodetector 8 forming a part of an optical system is replaced with a two-dimensional image pickup device (CCD camera in the example in FIG. 8) 9. With this configuration, it becomes possible to take out monochromatic light at equal wave number intervals by the spectroscope 4 and sequentially take in images by the CCD camera 9.

【００７４】この場合、上記と同様の余弦波曲線は、Ｃ
ＣＤカメラ９から得られた画像の同じ座標をつなげれば
得られる。従って、画素の分だけ周波数解析演算を繰り
返せば、複屈折の２次元分布が測定出来る。また、周波
数解析の前処理として、画像の画素数を適当に平均化し
て少なくすることもできる。In this case, the cosine wave curve similar to the above is represented by C
It can be obtained by connecting the same coordinates of the images obtained from the CD camera 9. Therefore, by repeating the frequency analysis operation for the number of pixels, the two-dimensional distribution of birefringence can be measured. Further, as a pre-process of the frequency analysis, the number of pixels of the image can be appropriately averaged to reduce the number.

【００７５】上記の２次元計測に拡張した場合の方法に
基づいて測定した結果を図９（ａ）及び（ｂ）に示す。
この測定は、波長４６０〜６１０ｎｍの間を波数等間隔
に６４分割し、それぞれの波長での画像を画素（画素
数：２５６＊２５６）として取り込んだ。得られた画像
を平均化処理し、２０＊２０点にデータを落とし、複屈
折計算を行った。被測定試料Ｓａはフロッピーディスク
のプラスチックケースの成形時におけるインジョクショ
ン部である。図９（ａ）は原画像（２５６＊２５６）、
図９（ｂ）は解析結果（２０＊２０）をそれぞれ示す。FIGS. 9A and 9B show the results of measurements based on the method extended to the two-dimensional measurement described above.
In this measurement, the wavelength between 460 and 610 nm was divided into 64 at equal wavenumber intervals, and images at each wavelength were captured as pixels (number of pixels: 256 * 256). The obtained image was averaged, the data was dropped to 20 * 20 points, and birefringence calculation was performed. The sample to be measured Sa is an injection portion when the plastic case of the floppy disk is molded. FIG. 9A shows an original image (256 * 256),
FIG. 9B shows the analysis results (20 * 20).

【００７６】この図９（ａ）及び（ｂ）によれば、原画
像に見られるように偏光観察と同様の複屈折分布が観察
された。両者のパターンに若干の違いが見られるのは、
本発明における測定原理が試料の複屈折主軸に影響され
ないためである。According to FIGS. 9A and 9B, a birefringence distribution similar to that of polarized light observation was observed as seen in the original image. The only difference between the two patterns is that
This is because the measurement principle in the present invention is not affected by the birefringent principal axis of the sample.

【００７７】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、測定対象の複屈折測定において、そこで使用される
光信号の１波長よりも大きな複屈折を所望の精度で測定
することができる。As described above, according to the present invention, in the measurement of birefringence of a measurement object, birefringence larger than one wavelength of an optical signal used therein can be measured with desired accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態に係る複屈折評価装置を示
す概略の全体構成図。FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing a birefringence evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】波数に対して光強度の余弦波状に変化する成分
を示すグラフ（マルチチャンネル型の分光器を用いてデ
ータを補間した例）。FIG. 2 is a graph showing a component of a light intensity that changes in a cosine wave shape with respect to a wave number (an example in which data is interpolated using a multi-channel type spectroscope).

【図３】実験装置の概要を示す全体構成図。FIG. 3 is an overall configuration diagram showing an outline of an experimental apparatus.

【図４】実験試料として用いた位相フィルムの概要を示
す概略斜視図。FIG. 4 is a schematic perspective view showing an outline of a phase film used as an experimental sample.

【図５】位相フィルムの層数と分光器の出力で得られた
信号周期（複屈折）の関係を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of layers of the phase film and the signal period (birefringence) obtained from the output of the spectroscope.

【図６】試料の主軸方位決定方法を説明するグラフ。FIG. 6 is a graph illustrating a method of determining a principal axis direction of a sample.

【図７】光検出器を用いた場合の複屈折評価装置を示す
概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a birefringence evaluation device when a photodetector is used.

【図８】２次元計測に拡張した場合の複屈折評価装置を
示す概略構成図。FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a birefringence evaluation device when extended to two-dimensional measurement.

【図９】図８に示す複屈折評価装置による２次元計測結
果の一例を示す写真イメージの概要図で、（ａ）は原画
像、（ｂ）は解析結果。9 is a schematic view of a photographic image showing an example of a two-dimensional measurement result by the birefringence evaluation device shown in FIG. 8, (a) is an original image, and (b) is an analysis result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 白色光源 ２ 偏光子 ３ 検光子 ４ 分光器 ４ａ 分光器ドライバ ５ ＰＣ（パーソナル・コンピュータ） ６ ＸＹステージ ７ ＸＹステージ・ドライバ ８ 光検出器 ９ ＣＣＤカメラ（２次元撮像素子） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 White light source 2 Polarizer 3 Analyzer 4 Spectrometer 4a Spectrometer driver 5 PC (Personal computer) 6 XY stage 7 XY stage driver 8 Photodetector 9 CCD camera (2D imaging element)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 幸利 東京都小金井市中町２−24−16 東京農工 大学工学部内 Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB10 EE05 HH02 JJ05 JJ06 JJ19 JJ20 KK04 MM01 MM04 MM09 PP01 2G086 EE07 EE12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yukitoshi Otani 2-24-16 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo F-term within the Faculty of Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology 2G059 AA02 BB10 EE05 HH02 JJ05 JJ06 JJ19 JJ20 KK04 MM01 MM04 MM09 PP01 2G086 EE07 EE12

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 測定対象の複屈折に関する情報を担う光
信号を取得する光学系と、この光学系により取得された
光信号に基づいてその波数に対して余弦波状に変化する
成分の周期を解析し且つその解析データから前記測定対
象の所定の波長領域における複屈折を求める複屈折解析
手段と、を備えたことを特徴とする複屈折評価装置。1. An optical system for acquiring an optical signal carrying information on birefringence of a measurement object, and analyzing a period of a component which changes in a cosine wave with respect to the wave number based on the optical signal acquired by the optical system. A birefringence analyzing means for obtaining birefringence in a predetermined wavelength region of the object to be measured from the analysis data. 【請求項２】 請求項１記載の発明において、前記複屈
折解析手段は、前記波数に対して余弦波状に変化する成
分の周期を解析する波数領域を調整することで前記複屈
折の波長に対する依存度を解析し且つその解析データか
ら前記測定対象の任意の波長領域における複屈折を求め
る手段を備えたことを特徴とする複屈折評価装置。2. The invention according to claim 1, wherein the birefringence analyzing means adjusts a wave number region for analyzing a period of a component which changes in a cosine wave shape with respect to the wave number, so that the birefringence depends on a wavelength. A birefringence evaluation device comprising means for analyzing a degree and obtaining birefringence in an arbitrary wavelength region of the measurement object from the analysis data. 【請求項３】 請求項２記載の発明において、前記光学
系は、前記測定対象に向けて連続したスペクトル分布を
もつ光信号を発する光源と、この光源からの光信号の光
路上の前記測定対象を挟む位置に配置される一対の偏光
子及び検光子と、前記光源からの光信号の光路上に配置
され且つその光信号を分光する分光器と、を有すること
を特徴とする複屈折評価装置。3. The optical system according to claim 2, wherein the optical system emits an optical signal having a continuous spectral distribution toward the object to be measured, and the object to be measured on an optical path of the optical signal from the light source. A pair of polarizers and analyzers arranged at positions sandwiching the light source, and a spectroscope arranged on an optical path of an optical signal from the light source and dispersing the optical signal. . 【請求項４】 請求項３記載の発明において、前記複屈
折解析手段は、前記一対の偏光子及び検光子が互いに平
行ニコルとなる状態で配置された場合、前記測定対象の
複屈折リターデーション、その複屈折率、その厚さ、及
びその複屈折主軸と前記偏光子の透過軸とがなす角をそ
れぞれをΔ、δｎ、ｄ、及びφとし、前記光信号の波
長、その光強度、測定対象となる波長領域に対する光強
度の直流成分、その波数をλ、Ｉ（λ）、ＩＤＣ、及び
ｋとし、所定のシステム依存係数をＳ（λ）としたと
き、前記測定対象の複屈折を、 【数１】 の式を満たすように解析する手段を備えたことを特徴と
する複屈折評価装置。4. The birefringence analyzing means according to claim 3, wherein the birefringence analysis means comprises a birefringent retardation of the object to be measured when the pair of polarizers and the analyzer are arranged in a state of parallel Nicols. The birefringence, its thickness, and the angles formed by the principal axis of the birefringence and the transmission axis of the polarizer are Δ, δn, d, and φ, respectively, and the wavelength of the optical signal, its light intensity, and the object to be measured. Assuming that the direct current component of the light intensity for the wavelength region to be expressed is λ, I (λ), IDC, and k, and the predetermined system-dependent coefficient is S (λ), the birefringence of the measurement object is Equation 1 A birefringence evaluation device comprising means for performing analysis so as to satisfy the following equation: 【請求項５】 請求項３記載の発明において、前記複屈
折解析手段は、前記一対の偏光子及び検光子が互いにク
ロスニコルとなる状態で配置された場合、前記測定対象
の複屈折リターデーション、その複屈折率、その厚さ、
及びその複屈折主軸と前記偏光子の透過軸とがなす角を
それぞれをΔ、δｎ、ｄ、及びφとし、前記光信号の波
長、その光強度、測定対象となる波長領域に対する光強
度の直流成分、その波数をλ、Ｉ（λ）、ＩＤＣ、及び
ｋとし、所定のシステム依存係数をＳ（λ）としたと
き、前記測定対象の複屈折を、 【数２】 の式を満たすように解析する手段を備えたことを特徴と
する複屈折評価装置。5. The birefringence analysis means according to claim 3, wherein the birefringence analysis means includes a birefringent retardation of the object to be measured when the pair of polarizers and the analyzer are arranged in a crossed Nicols state. Its birefringence, its thickness,
And the angles formed by the birefringent principal axis and the transmission axis of the polarizer are Δ, δn, d, and φ, respectively, and the wavelength of the optical signal, its light intensity, and the direct current of the light intensity with respect to the wavelength region to be measured. Assuming that the components and their wave numbers are λ, I (λ), IDC, and k, and a predetermined system-dependent coefficient is S (λ), the birefringence of the object to be measured is given by: A birefringence evaluation device comprising means for performing analysis so as to satisfy the following equation: 【請求項６】 請求項３記載の発明において、前記分光
器は、前記光信号の光路上における前記検光子の出射側
又は前記偏光子の入射側に配置されるものであることを
特徴とする複屈折評価装置。6. The invention according to claim 3, wherein the spectroscope is arranged on an emission side of the analyzer or an incidence side of the polarizer on an optical path of the optical signal. Birefringence evaluation device. 【請求項７】 請求項３記載の発明において、前記光学
系は、前記検光子の出射側における前記光信号の光路上
にその光信号を検出する光検出器をさらに備え、前記複
屈折解析手段は、前記光検出器により検出された信号に
基づいて前記測定対象の複屈折解析を行うものであるこ
とを特徴とする複屈折評価装置。7. The birefringence analysis means according to claim 3, wherein the optical system further comprises a photodetector for detecting the optical signal on an optical path of the optical signal on the emission side of the analyzer. Is a device for performing a birefringence analysis of the object to be measured based on a signal detected by the photodetector. 【請求項８】 請求項３記載の発明において、前記光学
系は、前記検光子の出射側における前記光信号の光路上
にその光信号を撮像する２次元撮像素子をさらに備え、
前記複屈折解析手段は、前記２次元撮像素子により撮像
された信号に基づいて前記測定対象の複屈折解析を行う
ものであることを特徴とする複屈折評価装置。8. The invention according to claim 3, wherein the optical system further includes a two-dimensional image pickup device that picks up an optical signal on an optical path of the optical signal on an emission side of the analyzer,
The birefringence evaluation device, wherein the birefringence analysis means performs birefringence analysis of the measurement target based on a signal imaged by the two-dimensional imaging device. 【請求項９】 測定対象の複屈折に関する情報を担う光
信号を入力し、その入力された光信号に基づいてその波
数に対して余弦波状に変化する成分の周期を解析し、こ
の解析データから前記測定対象の所定の波長領域におけ
る複屈折を求めることを特徴とする複屈折評価方法。9. An optical signal carrying information on birefringence of an object to be measured is input, and a period of a component which changes in a cosine wave with respect to the wave number is analyzed based on the input optical signal. A birefringence evaluation method, wherein birefringence in a predetermined wavelength region of the measurement object is obtained. 【請求項１０】 測定対象の複屈折に関する情報を担う
光信号を入力し、この入力された光信号に基づいてその
波数に対して余弦波状に変化する成分の周期を解析し、
この解析データから前記測定対象の所定の波長領域にお
ける複屈折を演算するプログラムを読み取り可能に記録
したことを特徴とする記録媒体。10. An optical signal carrying information on birefringence of an object to be measured is inputted, and a period of a component which changes in a cosine wave with respect to the wave number is analyzed based on the inputted optical signal,
A recording medium in which a program for calculating birefringence in a predetermined wavelength region of the measurement object is readable recorded from the analysis data.