JP2001141602A - 複屈折評価装置および複屈折評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】複屈折評価装置は、測定対象Ｓａの複屈折
に関する情報を担う光信号を取得する光学系（白色光源
１、偏光子２、検光子３、及び分光器４）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
余弦状に変化する成分の周期を解析し、その解析データ
から測定対象Ｓａ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（ＰＣ５）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、

【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。

【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、

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２０】ここで、本発明の測定原理を説明する。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４８】以上が本発明の測定原理の要旨である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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）。

【図３】実験装置の概要を示す全体構成図。

【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。

【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。

【図６】試料の主軸方位決定方法を説明するグラフ。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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）

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。