JP2002116085A - Polarization measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の偏光特性
を計測する偏光計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization measuring device for measuring the polarization characteristics of an object.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光の偏光特性を計測する偏光計測装置と
しては、計測対象となる観測光の偏光特性を記述するス
トークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計測する
ストークスメータが存在する。2. Description of the Related Art As a polarization measuring device for measuring the polarization characteristics of light, there is a Stokes meter for measuring Stokes parameters S0, S1, S2, and S3 describing the polarization characteristics of observation light to be measured.
【０００３】このようなストークスメータとしては、偏
光子と位相板とを用いて偏光子（又は）位相板を一定の
角度で刻みながら一回転させ、各角度での検出光からフ
ーリエ級数展開法を用いてストークスパラメータを決定
するものが存在する。[0003] As such a Stokes meter, a polarizer and a phase plate are used, and the polarizer (or) phase plate is rotated once while being chopped at a fixed angle, and a Fourier series expansion method is performed from detection light at each angle. There are those that use this to determine the Stokes parameters.
【０００４】しかしながら、このような回転を伴う計測
においては、位相板（又は検光子）を回転させる駆動機
構が必要になるため構造が複雑になってしまい、また、
回転中に光軸がずれることにより計測精度の悪化を招く
ことになるという問題を有している。さらには、計測対
象の偏光状態が経時変化を伴う場合には、精密な測定は
不可能になるという問題を有している。However, such a measurement involving rotation requires a driving mechanism for rotating the phase plate (or analyzer), which complicates the structure.
There is a problem that the displacement of the optical axis during the rotation causes deterioration of the measurement accuracy. Furthermore, when the polarization state of the measurement object changes with time, there is a problem that precise measurement becomes impossible.
【０００５】このような問題を解決する技術として、回
転偏光子（又は回転検光子）を用いない偏光計測を行う
ものが存在する。このような技術のうち、ストークスパ
ラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の全てを決定すること
ができるものに、次のような従来技術が存在する。これ
は、Max,Born著、"The principle of Optics",Nordinet
al,.J.Opt.Soc.Am.A16 p1168-1174(1999)に記載される
技術である。As a technique for solving such a problem, there is a technique for performing polarization measurement without using a rotating polarizer (or a rotating analyzer). Among such techniques, the following conventional techniques exist for determining all of the Stokes parameters S0, S1, S2, and S3. This is by Max, Born, "The principle of Optics", Nordinet
al., J. Opt. Soc. Am. A16 p1168-1174 (1999).
【０００６】図１６は、この従来技術の概略を示す図で
ある。図１６に示すように、この従来技術に係る偏光計
測装置１００は、計測対象となる光Ｌの入射側から順
に、波長板アレイ１１０と偏光子アレイ１２０と受光素
子アレイ１３０とを備えている。また、偏光子アレイ１
２０はマトリックス状に配置された複数の偏光子１２１
を有しており、受光素子アレイ１３０はマトリックス状
に配置された複数の受光素子１３１を有している。ま
た、波長板アレイ１１０も複数の波長板１１１を有して
いるが、波長板１１１は４つの偏光子１２１に１つの割
合で配置されており、波長板１１１の配置数は偏光子１
２１の配置数の１／４である。また、波長板１１１は、
λ／４波長板であり、９０度だけ位相差を生じさせる位
相板として機能する。FIG. 16 is a diagram showing an outline of this prior art. As shown in FIG. 16, the polarization measuring apparatus 100 according to the related art includes a wave plate array 110, a polarizer array 120, and a light receiving element array 130 in order from the incident side of the light L to be measured. In addition, the polarizer array 1
Reference numeral 20 denotes a plurality of polarizers 121 arranged in a matrix.
And the light receiving element array 130 has a plurality of light receiving elements 131 arranged in a matrix. The wave plate array 110 also has a plurality of wave plates 111, but the wave plates 111 are arranged at a ratio of one to four polarizers 121, and the number of arranged wave plates 111 is one.
21 is 1/4 of the number of arrangements. Further, the wave plate 111 includes:
A λ / 4 wavelength plate that functions as a phase plate that generates a phase difference by 90 degrees.
【０００７】この装置１００においては、偏光子アレイ
１２０に含まれる４つの偏光子１２１と、それぞれに対
応する４つの受光素子１３１と、４つの偏光子１２１の
うちの１つに対応する位置に設けられる波長板１１１と
を、１つのユニットとして、計測対象の光Ｌの偏光状態
を計測する。In this device 100, four polarizers 121 included in a polarizer array 120, four light receiving elements 131 corresponding to the respective polarizers 121, and a light receiving element 131 provided at a position corresponding to one of the four polarizers 121 are provided. And the wavelength plate 111 to be measured as one unit, and measures the polarization state of the light L to be measured.
【０００８】図１７は、この１つのユニットを取り出し
て示す図である。４つの偏光子１２１ａ〜１２１ｄの各
偏光方向（図中で矢印で示す）は、それぞれ、互いに４
５度（deg）ずつ角度がずれている。また、上述したよ
うに、波長板１１１は、これらの４つのうちの１つの偏
光子１２１ｄの入射側にのみ設けられており、他の３つ
の偏光子１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの入射側には設
けられていない。波長板アレイ１１０において、波長板
１１１が設けられていない部分、すなわち、３つの偏光
子１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの入射側の部分には、
入射光の偏光状態を変化させることなく単に光を透過さ
せる透光部材１１２が設けられている。そして、受光素
子１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃにおいては、それぞ
れ、偏光子１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃを透過した光
が観測され、また、受光素子１３１ｄにおいては、（λ
／４）波長板１１１および偏光子１２１ｄを透過した光
が観測される。そして、このような４つの受光素子１３
１ａ〜１３１ｄにおいて観測される光の観測強度に基づ
く演算処理を行うことにより、ストークスパラメータＳ
３を含む上記の４つのストークスパラメータＳ０，Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３の全てを求めることが可能になる。FIG. 17 is a view showing the one unit taken out. The polarization directions (indicated by arrows in the figure) of the four polarizers 121a to 121d are respectively 4
The angle is shifted by 5 degrees (deg). Further, as described above, the wavelength plate 111 is provided only on the incident side of one of the four polarizers 121d, and provided on the incident side of the other three polarizers 121a, 121b, and 121c. Not been. In the wavelength plate array 110, a portion where the wavelength plate 111 is not provided, that is, a portion on the incident side of the three polarizers 121a, 121b, and 121c,
A light-transmitting member 112 that simply transmits light without changing the polarization state of incident light is provided. In the light receiving elements 131a, 131b, and 131c, light transmitted through the polarizers 121a, 121b, and 121c is observed, and in the light receiving element 131d, (λ
/ 4) Light transmitted through the wave plate 111 and the polarizer 121d is observed. And, such four light receiving elements 13
The Stokes parameter S is calculated by performing an arithmetic process based on the observation intensity of the light observed in
The above four Stokes parameters S0, S
1, S2, and S3 can all be obtained.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
技術（図１６，図１７）においては、波長板１１１を４
つのうちの１つの偏光子１２１に対して精密に位置合わ
せ（アライメント）を行った上で、波長板アレイ１１０
と偏光子アレイ１２０とを貼り付ける必要がある。この
位置合わせが十分になされていない場合には、光量損失
などによる計測エラーが発生することになるからであ
る。By the way, in the above-mentioned prior art (FIGS. 16 and 17), the wavelength plate
After accurately aligning (aligning) one of the polarizers 121, the wave plate array 110
And the polarizer array 120 need to be attached. If the alignment is not sufficiently performed, a measurement error due to a loss of light amount or the like will occur.
【００１０】しかしながら、この微細な位置調整作業
は、このような非常に高度な位置精度が要求されるた
め、その作製が非常に困難であるという問題がある。[0010] However, such a fine position adjusting operation requires such a very high degree of positional accuracy, so that there is a problem that its production is extremely difficult.
【００１１】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、作製
が容易な偏光計測装置を提供することを目的とする。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a polarization measuring device which can be easily manufactured.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の偏光計測装置は、光の偏光特性を
計測する偏光計測装置であって、対象物からの光を集光
する集光光学系と、前記集光光学系からの光の位相状態
を変化させる位相板であって、その進相軸の角度が互い
に異なる４つの位相板と、前記４つの位相板のそれぞれ
を通過した光を所定の偏光方向に偏光する偏光子と、前
記偏光子を通過した前記４つの位相板のそれぞれからの
光を受光する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の
それぞれにおいて受光された光の強度に基づいて、前記
対象物からの光に関するストークスパラメータを算出す
る演算処理手段と、を備えることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a polarization measuring apparatus for measuring a polarization characteristic of light, which collects light from an object. A condensing optical system and four phase plates that change the phase state of light from the condensing optical system, the phase axes of the phase plates being different from each other, and passing through each of the four phase plates. And a plurality of light receiving elements that receive light from each of the four phase plates that have passed through the polarizer, and light that is received by each of the plurality of light receiving elements. And an arithmetic processing means for calculating a Stokes parameter relating to light from the object based on the light intensity.
【００１３】請求項２に記載の偏光計測装置は、請求項
１に記載の偏光計測装置において、前記４つの位相板と
前記４つの位相板のそれぞれに対応する複数の受光素子
とを１つのまとまりとするユニットを、複数備えている
ことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the polarization measuring apparatus according to the first aspect, the four phase plates and a plurality of light receiving elements respectively corresponding to the four phase plates are integrated into one. Characterized in that a plurality of units are provided.
【００１４】請求項３に記載の偏光計測装置は、請求項
２に記載の偏光計測装置において、前記４つの位相板
は、２次元的に繰り返し配列されており、前記４つの位
相板のそれぞれに対応する複数の受光素子も、２次元的
に繰り返し配列されていることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the polarization measuring apparatus according to the second aspect, the four phase plates are two-dimensionally and repeatedly arranged, and each of the four phase plates is provided with a corresponding one of the four phase plates. The corresponding plurality of light receiving elements are also arranged two-dimensionally repeatedly.
【００１５】請求項４に記載の偏光計測装置は、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光計測装置にお
いて、前記４つの位相板の各進相軸と前記偏光子におけ
る前記偏光方向とは、それぞれ、４つの異なる角度α
０，α１，α２，α３を構成し、当該４つの異なる角度
α０，α１，α２，α３は、（−５７．６度≦α０≦−
４５．２度、かつ、−２１．０度≦α１≦−８．６度、
かつ、＋８．６度≦α２≦＋２１．０度、かつ、＋４
５．２度≦α３≦＋５７．６度）、または、（−８１．
４度≦α０≦−６９．０度、かつ、−４４．８度≦α１
≦−３２．４度、かつ、＋３２．４度≦α２≦＋４４．
８度、かつ、＋６９．０度≦α３≦＋８１．４度）であ
ることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the polarization measuring device according to any one of the first to third aspects, wherein each of the fast axes of the four phase plates and the polarization direction of the polarizer. Are four different angles α
0, α1, α2, α3, and the four different angles α0, α1, α2, α3 are (−57.6 degrees ≦ α0 ≦ −
45.2 degrees, and -21.0 degrees ≦ α1 ≦ −8.6 degrees,
And +8.6 degrees ≦ α2 ≦ + 21.0 degrees and +4
5.2 degrees ≦ α3 ≦ + 57.6 degrees) or (−81.
4 degrees ≦ α0 ≦ −69.0 degrees and −44.8 degrees ≦ α1
≦ −32.4 degrees and +32.4 degrees ≦ α2 ≦ + 44.
8 degrees and +69.0 degrees ≦ α3 ≦ + 81.4 degrees).
【００１６】請求項５に記載の偏光計測装置は、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の偏光計測装置にお
いて、前記４つの位相板の各進相軸と前記偏光子におけ
る前記偏光方向とは、それぞれ、４つの異なる角度α
０，α１，α２，α３を構成し、当該４つの異なる角度
α０，α１，α２，α３は、それぞれ、−５１．７度、
−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度の４つの異
なる角度、または、−７４．９度、−３８．３度、＋３
８．３度、＋７４．９度の４つの異なる角度、であるこ
とを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a polarization measuring device according to any one of the first to third aspects, wherein each of the fast axes of the four phase plates and the polarization direction of the polarizer. Are four different angles α
0, α1, α2, α3, and the four different angles α0, α1, α2, α3 are −51.7 degrees, respectively.
Four different angles of -15.1 degrees, +15.1 degrees, +51.7 degrees, or -74.9 degrees, -38.3 degrees, +3
It is characterized by four different angles of 8.3 degrees and +74.9 degrees.
【００１７】請求項６に記載の偏光計測装置は、請求項
１ないし請求項５のいずれかに記載の偏光計測装置にお
いて、前記位相板におけるリターデーションδは、９
８．６度以上１５６．４度以下であることを特徴とす
る。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a polarization measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the retardation δ of the phase plate is 9
It is not less than 8.6 degrees and not more than 156.4 degrees.
【００１８】請求項７に記載の偏光計測装置は、請求項
１ないし請求項５のいずれかに記載の偏光計測装置にお
いて、前記位相板におけるリターデーションδは、１３
１．８度であることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the polarization measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the retardation δ in the phase plate is 13
It is characterized by 1.8 degrees.
【００１９】請求項８に記載の偏光計測装置は、請求項
１ないし請求項７のいずれかに記載の偏光計測装置にお
いて、前記位相板は、光の波長よりも小さな周期的配列
を有する構造性複屈折パターンを用いて構造性複屈折現
象を生じさせることにより位相状態を変化させる位相板
であることを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the polarization measuring device according to any one of the first to seventh aspects, the phase plate has a periodic arrangement smaller than the wavelength of light. It is a phase plate that changes a phase state by causing a structural birefringence phenomenon using a birefringent pattern.
【００２０】請求項９に記載の偏光計測装置は、請求項
８に記載の偏光計測装置において、前記構造性複屈折パ
ターンにおける凸状部分は、２．０以上の屈折率を有す
る高屈折率材料を用いて形成されることを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the polarization measuring apparatus according to the eighth aspect, the convex portion in the structural birefringence pattern has a high refractive index material having a refractive index of 2.0 or more. It is characterized by being formed by using.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】＜Ａ．実施形態＞ ＜Ａ１．構成概要＞ 図１は、本発明の実施形態に係る偏光計測装置１を示す
概略構成図である。この偏光計測装置１は、光の偏光特
性を計測する装置であり、より詳細には、計測対象とな
る観測光の偏光特性を記述するストークスパラメータＳ
０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計測するストークスメータであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <A. Embodiment><A1. Configuration Overview> FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a polarization measurement device 1 according to an embodiment of the present invention. The polarization measuring device 1 is a device for measuring the polarization characteristics of light, and more specifically, a Stokes parameter S describing the polarization characteristics of observation light to be measured.
It is a Stokes meter that measures 0, S1, S2, and S3.
【００２２】この偏光計測装置１は、光源２とレンズ３
とを有する照明光学系４を備えており、照明光学系４は
対象物Ｂの表面を照明する。The polarization measuring device 1 comprises a light source 2 and a lens 3
The illumination optical system 4 illuminates the surface of the object B.
【００２３】また、偏光計測装置１は、対象物Ｂからの
光（ここでは反射光）を受光素子アレイ８に向けて集光
する集光光学系５と、集光光学系５からの光の位相状態
を変化させる複数の位相板が配列された位相板アレイ６
と、位相板アレイ６を通過した光を所定の偏光方向ＡＲ
１（図２）に偏光する偏光子としての偏光板７と、偏光
板７を通過した光を受光する複数の受光素子が配列され
た受光素子アレイ８と、複数の受光素子のそれぞれにお
いて受光された光の強度に基づいて対象物Ｂからの光に
関するストークスパラメータを算出する演算処理部９と
をさらに備えている。The polarization measuring device 1 includes a condensing optical system 5 for condensing light (here, reflected light) from the object B toward the light receiving element array 8, and a light condensing optical system 5. Phase plate array 6 in which a plurality of phase plates for changing the phase state are arranged
And the light passing through the phase plate array 6 is converted into a predetermined polarization direction AR.
1 (FIG. 2), a polarizing plate 7 serving as a polarizer, a light receiving element array 8 in which a plurality of light receiving elements for receiving light passing through the polarizing plate 7 are arranged, and light is received by each of the plurality of light receiving elements. And an arithmetic processing unit 9 for calculating a Stokes parameter relating to light from the object B based on the intensity of the generated light.
【００２４】図２は、位相板アレイ６、偏光板７、受光
素子アレイ８付近の概略構成を説明する拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view for explaining a schematic configuration in the vicinity of the phase plate array 6, the polarizing plate 7, and the light receiving element array 8.
【００２５】図２に示すように、位相板アレイ６は、縦
横方向に２次元的に配置された（言い換えればマトリッ
クス状に配置された）複数の位相板６１を有している。
これらの複数の位相板６１のうち縦横に２つずつ配列さ
れた合計４つの位相板（たとえば６１ａ〜６１ｄ）が一
つのまとまり（すなわち構成単位）Ｕ６を形成してい
る。位相板アレイ６は、このような構成単位Ｕ６がさら
に縦横方向に２次元的に繰り返し配列されているもので
あるとも表現することができる。As shown in FIG. 2, the phase plate array 6 has a plurality of phase plates 61 arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions (in other words, arranged in a matrix).
A total of four phase plates (for example, 61a to 61d) arranged two by two in the vertical and horizontal directions of the plurality of phase plates 61 form one unit (ie, a structural unit) U6. The phase plate array 6 can also be expressed as a configuration in which such constituent units U6 are further arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions.
【００２６】また、偏光板７は、入射光を所定の偏光方
向ＡＲ１に偏光する偏光子として機能する。この偏光板
７は、位相板アレイ６全体に対して十分な大きさを有す
る単一の偏光板７として設けられており、さらに、この
偏光板７と位相板アレイ６とは互いに貼り付けられて一
体として作製されている。The polarizing plate 7 functions as a polarizer that polarizes incident light in a predetermined polarization direction AR1. The polarizing plate 7 is provided as a single polarizing plate 7 having a sufficient size with respect to the entire phase plate array 6, and the polarizing plate 7 and the phase plate array 6 are attached to each other. It is made as one.
【００２７】ここにおいて、偏光板７における偏光方向
はいずれの位相板６１に対しても同一の方向を有するよ
うにすればよいので、異なる偏光方向を有する偏光板を
各位相板６１に応じて別個に設ける必要はなく、たとえ
ば位相板アレイ６全体に対して十分な大きさを有する単
一の偏光板７を設ければ十分である。また、仮に複数の
偏光板を各位相板６１に応じて別個に設ける場合であっ
ても、それらの複数の偏光板の偏光方向は同一であるの
で、各位相板６１と各偏光板との位置を精密に位置合わ
せする必要がない。このように、この実施形態の偏光計
測装置１によれば、個々の位相板６１と偏光板７との位
置を精密に位置合わせ（アライメント）する必要がない
ので、作製が容易である。Here, since the polarization direction of the polarizing plate 7 may be the same with respect to any of the phase plates 61, the polarizing plates having different polarization directions are separately provided for each of the phase plates 61. It is sufficient to provide a single polarizing plate 7 having a sufficient size for the entire phase plate array 6, for example. Even if a plurality of polarizing plates are provided separately according to each phase plate 61, since the polarization directions of the plurality of polarizing plates are the same, the position between each phase plate 61 and each polarizing plate is determined. Need not be precisely aligned. As described above, according to the polarization measuring device 1 of this embodiment, it is not necessary to precisely align (align) the positions of the individual phase plates 61 and the polarizing plates 7, and therefore, the fabrication is easy.
【００２８】さらに、受光素子アレイ８は、縦横方向に
２次元的に配置された（言い換えればマトリックス状に
配置された）複数の受光素子８１を有している。これら
の複数の受光素子８１のうち縦横に２つずつ配列された
合計４つの受光素子８１（たとえば８１ａ〜８１ｄ）が
一つのまとまり（すなわち構成単位）Ｕ８を形成してい
る。受光素子アレイ８は、このような構成単位Ｕ８がさ
らに縦横方向に２次元的に繰り返し配列されているもの
であるとも表現することができる。なお、この受光素子
８１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）ある
いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconduc
tor）などを用いることができる。また、両者の撮像間
隔（フレームレート）は、たとえば、ＣＣＤが３０ｍｓ
（ミリ秒）程度でありＣＭＯＳが１ｍｓ（ミリ秒）程度
であるので、高速測定を求められる場合には、より高い
応答性を有するＣＭＯＳなどを用いることが好ましい。Further, the light receiving element array 8 has a plurality of light receiving elements 81 two-dimensionally arranged in the vertical and horizontal directions (in other words, arranged in a matrix). A total of four light receiving elements 81 (for example, 81a to 81d) arranged two by two in the vertical and horizontal directions of the plurality of light receiving elements 81 form one unit (ie, a structural unit) U8. The light receiving element array 8 can also be expressed as a configuration in which such constituent units U8 are further arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions. The light receiving element 81 is a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS).
tor) can be used. The imaging interval (frame rate) between the two is, for example, 30 ms for the CCD.
(Milliseconds) and CMOS is about 1 ms (milliseconds). Therefore, when high-speed measurement is required, it is preferable to use a CMOS having higher responsiveness.
【００２９】ここで各構成単位Ｕ８に含まれる４つの受
光素子８１ａ〜８１ｄは、それぞれ、対応する構成単位
Ｕ６に含まれる４つの位相板６１ａ〜６１ｄを通過した
光をそれぞれ受光する。具体的には、集光光学系５から
の光は、各位相板６１ａ〜６１ｄを通過し、さらに偏光
板７を通過した後、各受光素子８１ａ〜８１ｄにおいて
受光される。より詳細には、位相板６１ａからの光は受
光素子８１ａにおいて受光され、位相板６１ｂからの光
は受光素子８１ｂにおいて受光され、位相板６１ｃから
の光は受光素子８１ｃにおいて受光され、位相板６１ｄ
からの光は受光素子８１ｄにおいて受光される。Here, the four light receiving elements 81a to 81d included in each structural unit U8 respectively receive the light that has passed through the four phase plates 61a to 61d included in the corresponding structural unit U6. Specifically, the light from the condensing optical system 5 passes through the phase plates 61a to 61d, further passes through the polarizing plate 7, and is received by the light receiving elements 81a to 81d. More specifically, light from phase plate 61a is received by light receiving element 81a, light from phase plate 61b is received by light receiving element 81b, light from phase plate 61c is received by light receiving element 81c, and phase plate 61d
Is received by the light receiving element 81d.
【００３０】このように、この偏光計測装置１において
は、４つの位相板６１ａ〜６１ｄと４つの位相板のそれ
ぞれに対応する複数の受光素子とを１つのまとまりとす
るユニットが構成されており、偏光計測装置１は、この
ようなユニットを複数個備えている。As described above, in the polarization measuring device 1, a unit is configured in which the four phase plates 61a to 61d and the plurality of light receiving elements respectively corresponding to the four phase plates are integrated into one unit. The polarization measuring device 1 includes a plurality of such units.
【００３１】＜Ａ２．位相板＞次の図３に示すように、
各構成単位Ｕ６を形成する４つの位相板６１は、その進
相軸の角度αが互いに異なっている。より具体的には、
この４つの位相板６１の各進相軸は、偏光板７における
偏光方向ＡＲ１に対して、それぞれ、４つの異なる角度
α１，α２，α３，α４を有している。<A2. Phase plate> As shown in FIG.
The four phase plates 61 forming each structural unit U6 are different from each other in the angle α of the fast axis. More specifically,
The fast axes of the four phase plates 61 have four different angles α1, α2, α3, α4 with respect to the polarization direction AR1 of the polarizing plate 7, respectively.
【００３２】図３は、４つの位相板６１の進相軸の方向
を示す図であり、図３（ａ）は、各位相板６１ａ〜６１
ｄの進相軸が偏光板７の偏光方向ＡＲ１に対してなす角
度α１，α２，α３，α４が、それぞれ、−５１．７
度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度である
場合を示しており、図３（ｂ）は、これらの各角度α
１，α２，α３，α４が、それぞれ、−７４．９度、−
３８．３度、＋３８．３度、＋７４．９度である場合を
示している。なお、図３においては４つの位相板６１ａ
〜６１ｄの各進相軸の方向が矢印で示されており、その
各進相軸は偏光方向ＡＲ１（図３中において破線で示
す）に対して反時計回りを正とする角度を有するものと
して表現されている。FIG. 3 is a diagram showing the direction of the fast axis of the four phase plates 61. FIG. 3A shows the phase plates 61a to 61a.
The angles α1, α2, α3, α4 formed by the fast axis of d with respect to the polarization direction AR1 of the polarizing plate 7 are −51.7, respectively.
Degrees, -15.1 degrees, +15.1 degrees, and +51.7 degrees, and FIG. 3B shows these angles α.
1, α2, α3, α4 are −74.9 degrees, −
38.3 degrees, +38.3 degrees, and +74.9 degrees are shown. In FIG. 3, four phase plates 61a are provided.
The directions of the fast axes of 61d to 61d are indicated by arrows, and each fast axis has an angle with the counterclockwise direction being positive with respect to the polarization direction AR1 (shown by a broken line in FIG. 3). Is expressed.
【００３３】図４（ａ）は、１つの位相板６１の平面図
であり、図４（ｂ）は、その一部拡大図である。また、
図５はその位相板６１の断面図である。FIG. 4A is a plan view of one phase plate 61, and FIG. 4B is a partially enlarged view thereof. Also,
FIG. 5 is a sectional view of the phase plate 61.
【００３４】図５に示すように、位相板６１は、二酸化
ケイ素（ＳiＯ2）などの透明材料で作製された基板６３
の上に、二酸化チタン（ＴiＯ2）などの透明材料で作製
された誘電体層６４が積層された構造を有している。す
なわち、誘電体層６４は、基板６３の上に形成される凸
状部分であるとも表現できる。また、誘電体層６４は、
透明な誘電体材料を用いて形成されており、図４（ｂ）
に示すように、微細な幅Ｗを有する複数の線（ライン）
が、互いに微細な間隔（スペース）Ｄを空けて周期的に
配列されている。このように、誘電体層６４は、所定の
形状を有する線が周期的に繰り返して配置されるパター
ンＰＴとして形成されている。言い換えれば、この構造
性複屈折パターンＰＴは、「ライン・アンド・スペー
ス」の周期的配列として形成されているのである。この
ような構造性複屈折パターンＰＴは、基板６３上に誘電
体層６４を真空蒸着等により積層し、電子線描画装置等
でパターンを露光、現像した後、プラズマエッチングを
行うことにより作製される。As shown in FIG. 5, the phase plate 61, a substrate 63 made of a transparent material such as silicon dioxide (S i O 2)
Over the dielectric layer 64 made of a transparent material such as titanium dioxide (T i O 2) has a laminated structure. That is, the dielectric layer 64 can be expressed as a convex portion formed on the substrate 63. Further, the dielectric layer 64
FIG. 4 (b) is formed using a transparent dielectric material.
As shown in the figure, a plurality of lines (lines) having a fine width W
Are periodically arranged with a minute interval (space) D therebetween. Thus, the dielectric layer 64 is formed as a pattern PT in which lines having a predetermined shape are periodically and repeatedly arranged. In other words, the structural birefringent pattern PT is formed as a “line and space” periodic array. Such a structural birefringence pattern PT is produced by laminating a dielectric layer 64 on a substrate 63 by vacuum evaporation or the like, exposing and developing the pattern with an electron beam drawing apparatus or the like, and then performing plasma etching. .
【００３５】ここで、幅Ｗおよび間隔Ｄは、いずれも、
光源２から出射される光の波長λよりも小さな値を有し
ている。すなわち、このパターンＰＴにおいては、光の
波長λよりも小さな幅Ｗの複数の線が、光の波長よりも
小さな間隔Ｗで周期的に配置されている。そして、光の
波長よりも微細なこのようなパターンＰＴに対して光が
入射する場合には、構造性複屈折現象が生じ、その光の
２つの固有偏光成分の振動方向に応じて屈折率が異なる
ことになる。すなわち、この構造性複屈折パターンＰＴ
は、２つの直線偏光成分のそれぞれに対して互いに異な
る屈折率を有しており、その２つの屈折率差Δｎに起因
して生じた光路差によって２つの成分間に位相差（リタ
ーデーション）δを生じさせる「位相板」としての機能
を発揮する。Here, the width W and the interval D are both
It has a value smaller than the wavelength λ of the light emitted from the light source 2. That is, in this pattern PT, a plurality of lines having a width W smaller than the wavelength λ of light are periodically arranged at intervals W smaller than the wavelength of light. When light is incident on such a pattern PT finer than the wavelength of the light, a structural birefringence phenomenon occurs, and the refractive index is changed according to the vibration direction of two intrinsic polarization components of the light. Will be different. That is, this structural birefringence pattern PT
Has a refractive index different from each other for each of the two linearly polarized light components, and a phase difference (retardation) δ between the two components due to an optical path difference caused by the two refractive index differences Δn. It functions as a “phase plate” that causes
【００３６】なお、ここでは、「ライン・アンド・スペ
ース」の周期的配列を有する構成を構造性複屈折パター
ンＰＴとして例示しているが、これに限定されない。構
造性複屈折パターンＰＴは、光の波長よりも小さな周期
的配列を有することにより構造性複屈折現象を生じさせ
る構成であればよく、ライン状だけでなく菱形形状など
の所定の形状を有する単位形状が周期的に配列されたパ
ターンなどであってもよい。Here, a configuration having a periodic arrangement of “lines and spaces” is exemplified as the structural birefringence pattern PT, but the present invention is not limited to this. The structural birefringence pattern PT may be a unit having a predetermined shape such as a rhombic shape as well as a linear shape as long as the structural birefringent pattern PT has a periodic arrangement smaller than the wavelength of light to cause a structural birefringence phenomenon. A pattern in which the shapes are periodically arranged may be used.
【００３７】また、この構造性複屈折現象におけるリタ
ーデーションδは、次の数１によって表される。The retardation δ in this structural birefringence phenomenon is expressed by the following equation (1).
【００３８】[0038]
【数１】 (Equation 1)
【００３９】ただし、λは光の波長であり、ｈは光路長
であり、Δｎは、構造性複屈折パターンＰＴのラインの
接線方向における屈折率Ｎｅとその法線方向における屈
折率Ｎｍとの差である。また、この場合、光路長ｈは誘
電体層６４の溝の深さ（積層高さ）ｄ（図５参照）と等
しくなる。Where λ is the wavelength of light, h is the optical path length, and Δn is the difference between the refractive index Ne in the tangential direction of the line of the structural birefringent pattern PT and the refractive index Nm in the normal direction. It is. In this case, the optical path length h is equal to the depth (stacking height) d of the groove of the dielectric layer 64 (see FIG. 5).
【００４０】ここにおいて、構造性複屈折パターンＰＴ
の両方向における屈折率Ｎｅ，Ｎｍは、それぞれ、対応
する方向における誘電率εｅ，εｍとの間に次の数２の
関係を有しており、さらにこれらの誘電率εｅ，εｍ
は、ラインを構成する誘電体層６４の材料の誘電率ε１
とスペースを構成する媒質の誘電率ε２（通常はほぼ
１．０）との間に数３の関係を有している。Here, the structural birefringence pattern PT
Have the following relationship with the dielectric constants .epsilon.e and .epsilon.m in the corresponding directions, respectively. Further, these dielectric constants .epsilon.e and .epsilon.m
Is the dielectric constant ε1 of the material of the dielectric layer 64 forming the line.
And the dielectric constant .epsilon.2 (usually approximately 1.0) of the medium constituting the space has the relationship of Equation 3.
【００４１】[0041]
【数２】 (Equation 2)
【００４２】[0042]
【数３】 (Equation 3)
【００４３】したがって、これらの両式（数２，数３）
より次の数４の関係式が導かれる。ここで、Ｎ１は、ラ
インを構成する誘電体層６４の材料の屈折率であり、Ｎ
２は、スペースを構成する媒質の屈折率（通常はほぼ
１．０）である。Therefore, both of these equations (Equations 2 and 3)
The following relational expression of Equation 4 is derived. Here, N1 is the refractive index of the material of the dielectric layer 64 forming the line,
2 is the refractive index (usually approximately 1.0) of the medium constituting the space.
【００４４】[0044]
【数４】 (Equation 4)
【００４５】この数４に示されるように、屈折率Ｎ２が
所定の値を有する場合には、屈折率Ｎ１が大きくなるに
つれて、数４の左辺の値が大きくなり、これに伴って上
記のΔｎも大きくなる。このように、大きな屈折率Ｎ１
の材料を用いる場合には、Δｎが大きくなるので、上述
の数１を参照すると判るように、同じリターデーション
δを実現するために必要な誘電体層（凸状部分）６４の
積層高さｄを低減することができる。また、誘電体層６
４は、上述したようにエッチング等により形成される
が、その積層高さｄが小さい方が誘電体層６４の作製が
容易である。As shown in equation (4), when the refractive index N2 has a predetermined value, as the refractive index N1 increases, the value on the left side of equation (4) increases. Also increases. Thus, the large refractive index N1
When the material is used, Δn becomes large. Therefore, as can be seen by referring to the above equation 1, the stack height d of the dielectric layer (convex portion) 64 required to realize the same retardation δ Can be reduced. Also, the dielectric layer 6
The layer 4 is formed by etching or the like as described above. The smaller the stack height d is, the easier the dielectric layer 64 is formed.
【００４６】したがって、構造性複屈折パターンＰＴの
誘電体層６４を形成する材料は、高い屈折率を有する高
屈折率材料であることが好ましい。具体的には、屈折率
が２．０以上の材料であることがより好ましい。このよ
うな高屈折率材料としては、たとえば、上記のように二
酸化チタン（ＴiＯ2）を用いることができる。これによ
れば、必要な積層高さｄを低減することができるので、
構造性複屈折パターンＰＴ（すなわち位相板６１）の作
製を容易にすることが可能である。Therefore, the material forming the dielectric layer 64 of the structural birefringence pattern PT is preferably a high refractive index material having a high refractive index. Specifically, a material having a refractive index of 2.0 or more is more preferable. Examples of such a high refractive index material, for example, may be used titanium dioxide (T i O 2) as described above. According to this, the required stacking height d can be reduced,
It is possible to easily manufacture the structural birefringence pattern PT (that is, the phase plate 61).
【００４７】なお、この実施形態においては、位相板６
１は、構造性複屈折パターンＰＴを用いて構造性複屈折
現象を生じさせることにより位相状態を変化させる位相
板として作製されているが、これに限定されず、結晶性
の複屈折材料を用いて作製してもよい。この場合であっ
ても、その複屈折材料の積層高さｄを調整することによ
り、所望のリターデーションδを実現することが可能で
ある。ただし、その場合には、位相板６１の進相軸の角
度αを後述のような角度に設定するための位置（角度）
調整が必要になるため、その作製が比較的困難になる。In this embodiment, the phase plate 6
1 is manufactured as a phase plate that changes a phase state by causing a structural birefringence phenomenon using a structural birefringent pattern PT, but is not limited thereto, and a crystalline birefringent material is used. It may be produced by using Even in this case, a desired retardation δ can be realized by adjusting the stacking height d of the birefringent material. However, in this case, the position (angle) for setting the angle α of the fast axis of the phase plate 61 to an angle as described later.
Adjustment is required, making its manufacture relatively difficult.
【００４８】一方、この実施形態のように、位相板６１
が構造性複屈折パターンＰＴを用いて作製される場合に
は、各角度αは、構造性複屈折パターンＰＴにおけるラ
イン等の角度によって決定されるため、比較的精度よく
作製することが可能である。すなわち、この実施形態の
偏光計測装置によれば、結晶性材料を用いて位相板を作
製する場合に比べて、正確な進相軸の角度αを有する位
相板を容易に作製することが可能である。On the other hand, as in this embodiment, the phase plate 61
Is manufactured using the structural birefringent pattern PT, since each angle α is determined by the angle of a line or the like in the structural birefringent pattern PT, it can be manufactured with relatively high accuracy. . That is, according to the polarization measurement device of this embodiment, it is possible to easily produce a phase plate having an accurate fast axis angle α, as compared with a case where a phase plate is produced using a crystalline material. is there.
【００４９】＜Ａ３．計測原理等＞つぎに、この偏光計
測装置１における処理について、計測原理を踏まえなが
ら説明する。<A3. Measurement Principle> Next, the processing in the polarization measurement device 1 will be described based on the measurement principle.
【００５０】図６は、位相板アレイ６（図２）内の１つ
の位相板６１と、偏光板７と、受光素子アレイ８内の１
つの受光素子８１とを示す概念図である。FIG. 6 shows one phase plate 61 in the phase plate array 6 (FIG. 2), a polarizing plate 7, and one phase plate in the light receiving element array 8.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing two light receiving elements 81.
【００５１】ここにおいて、図６に示すように、偏光特
性としてストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３
を有する光Ｌが、位相板６１と偏光板７とを通過して受
光素子８１において受光されるとき、その受光された光
の強度Ｉは、次の数５によって表される。Here, as shown in FIG. 6, Stokes parameters S0, S1, S2, S3 are used as polarization characteristics.
Is received by the light receiving element 81 after passing through the phase plate 61 and the polarizing plate 7, the intensity I of the received light is represented by the following Expression 5.
【００５２】[0052]
【数５】 (Equation 5)
【００５３】ただし、αは、位相板６１の進相軸ＡＸが
偏光板７の偏光方向ＡＲ１に対してなす角度であり、δ
は、位相板６１のリターデーションである。Where α is the angle formed by the fast axis AX of the phase plate 61 with respect to the polarization direction AR1 of the polarizing plate 7, and δ
Is the retardation of the phase plate 61.
【００５４】また、同様の関係が４つの位相板６１ａ〜
６１ｄのそれぞれを通過した光について成立する。図７
は、４つの位相板６１ａ〜６１ｄについて、図６と同様
の状態を示した図である。図７に示すように、各受光素
子８１ａ〜８１ｄにおいて受光された光の強度は、それ
ぞれ、Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３となる。このとき、数５
の関係は、各角度α＝α１，α２，α３，α４のそれぞ
れについて成立し、これらを行列形式でまとめて表示す
ると、次の数６のように表せる。The same relation is applied to the four phase plates 61a to 61a.
This holds true for light that has passed through each of 61d. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a state similar to FIG. 6 for four phase plates 61a to 61d. As shown in FIG. 7, the intensity of light received by each of the light receiving elements 81a to 81d is I0, I1, I2, and I3, respectively. At this time,
Holds for each of the angles α = α1, α2, α3, α4, and when these are collectively displayed in a matrix format, they can be expressed as in the following Expression 6.
【００５５】[0055]
【数６】 (Equation 6)
【００５６】なお、ベクトルＳは、ストークスパラメー
タＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を要素とするベクトルであ
り、ベクトルＩは、各受光素子８１で受光された光の強
度（以下、「観測強度」とも称する）Ｉ０，Ｉ１，Ｉ
２，Ｉ３を要素とするベクトルである。また、行列Ａ
は、各角度α１，α２，α３，α４とリターデーション
δとをパラメータとする係数行列である。The vector S is a vector having Stokes parameters S0, S1, S2, and S3 as elements, and the vector I is the intensity of light received by each light receiving element 81 (hereinafter, also referred to as "observation intensity"). ) I0, I1, I
2, I3. Also, matrix A
Is a coefficient matrix using the angles α1, α2, α3, α4 and the retardation δ as parameters.
【００５７】ここで、行列Ａの逆行列が存在する場合に
は、次の数７に示すように、ストークスパラメータに関
するベクトルＳは、観測強度に関するベクトルＩを用い
て表現される。なお、行列Ａの逆行列を行列Ｇとする
と、この行列Ｇの各要素は、数８のように表せる。Here, when the inverse matrix of the matrix A exists, the vector S relating to the Stokes parameter is expressed using the vector I relating to the observation intensity, as shown in the following equation (7). When the inverse matrix of the matrix A is a matrix G, each element of the matrix G can be expressed as in Expression 8.
【００５８】[0058]
【数７】 (Equation 7)
【００５９】[0059]
【数８】 (Equation 8)
【００６０】したがって、この数７を用いることによ
り、受光素子８１ａ〜８１ｄにおける観測強度Ｉ０，Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて、ストークスパラメータＳ
０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めることが可能である。これ
により、４つの位相板６１に入射した光の偏光特性を計
測することができる。Therefore, by using this equation 7, the observation intensities I0 and I in the light receiving elements 81a to 81d are obtained.
1, I2, I3, the Stokes parameter S
It is possible to determine 0, S1, S2, S3. Thereby, the polarization characteristics of the light incident on the four phase plates 61 can be measured.
【００６１】実際の計測においては、位相板アレイおよ
び偏光板の製作誤差や各受光素子の特性等を考慮するの
が好ましいが、以下においては、そのような考慮が不要
である理想的な条件下を前提として説明する。In the actual measurement, it is preferable to consider the manufacturing error of the phase plate array and the polarizing plate, the characteristics of each light receiving element, and the like. The description is based on the assumption.
【００６２】図８ないし図１１は、直線偏光した光のス
トークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の計測処理
について説明する図である。図８は、図７に示す位相板
６１、偏光板７、受光素子８１に対して、偏光板７の偏
光方向ＡＲ１に対して所定の角度γを有する直線偏光状
態の光が入射した場合を示す図である。また、図９は、
このような各角度γを有する直線偏光の光とストークス
パラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３との関係を表すグラ
フである。さらに、図１０および図１１は、各角度γを
有する直線偏光の光と各受光素子８１において受光され
た際の観測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係を表す
グラフであり、図１０はリターデーションδ＝１３１．
８度の場合、図１１はリターデーションδ＝６０．０度
の場合を表している。FIGS. 8 to 11 are diagrams for explaining the measurement processing of the Stokes parameters S0, S1, S2, S3 of the linearly polarized light. FIG. 8 illustrates a case where light in a linear polarization state having a predetermined angle γ with respect to the polarization direction AR1 of the polarizing plate 7 is incident on the phase plate 61, the polarizing plate 7, and the light receiving element 81 illustrated in FIG. FIG. Also, FIG.
It is a graph showing the relationship between such linearly polarized light having each angle γ and Stokes parameters S0, S1, S2, and S3. 10 and 11 are graphs showing the relationship between the linearly polarized light having each angle γ and the observed intensities I0, I1, I2, and I3 when received by each light receiving element 81. FIG. Retardation δ = 131.
In the case of 8 degrees, FIG. 11 shows the case of retardation δ = 60.0 degrees.
【００６３】図８に示すように、偏光板７の偏光方向Ａ
Ｒ１に対して所定の角度γの方向に偏光した直線偏光
は、この直線偏光状態に対応するストークスパラメータ
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有している。図９のグラフよ
り、たとえば、γ＝０（度）のときには、（Ｓ０，Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，１，０，０）であり、また、
γ＝９０（度）のときには、（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３）＝（１，−１，０，０）であることが判る。As shown in FIG. 8, the polarization direction A of the polarizing plate 7 is
The linearly polarized light polarized in the direction of the predetermined angle γ with respect to R1 has Stokes parameters S0, S1, S2, and S3 corresponding to this linearly polarized state. From the graph of FIG. 9, for example, when γ = 0 (degree), (S0, S
1, S2, S3) = (1,1,0,0), and
When γ = 90 (degrees), (S0, S1, S2, S
3) = (1, -1,0,0)
【００６４】また、図１０のグラフより、この角度γの
方向に偏光した直線偏光が、４つの位相板６１ａ〜６１
ｄのそれぞれにおいて観測される際における観測強度Ｉ
０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の理論値を得ることができる。た
とえば、γ＝０（度）の直線偏光の光は、４つの位相板
６１ａ〜６１ｄのそれぞれにおいて、各観測強度（Ｉ
０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）＝（０．８，０．８，０．２，
０．２）の光として観測される。このように、所定の角
度γを有する直線偏光は、対応するストークスパラメー
タＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有しており、かつ、各位相
板６１ａ〜６１ｄにおいてそれぞれ観測強度Ｉ０，Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３の光として受光される。この両者の関係
（ストークスパラメータと観測強度との関係）は、数６
に示す関係式により表される。Further, according to the graph of FIG. 10, the linearly polarized light polarized in the direction of the angle γ has four phase plates 61a-61.
Observed intensity I when observed at each of d
The theoretical values of 0, I1, I2, and I3 can be obtained. For example, linearly polarized light of γ = 0 (degrees) is applied to each of the four phase plates 61 a to 61 d at each observation intensity (I
0, I1, I2, I3) = (0.8, 0.8, 0.2,
0.2). As described above, the linearly polarized light having the predetermined angle γ has the corresponding Stokes parameters S0, S1, S2, and S3, and the observation intensities I0 and I in the respective phase plates 61a to 61d.
1, I2 and I3 are received. The relationship between these two (the relationship between the Stokes parameter and the observed intensity) is
Is represented by the following relational expression.
【００６５】したがって、逆に、数６の逆変換式である
数７を用いることにより、実測値である観測強度Ｉ０，
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて、観測光のストークスパラ
メータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めることが可能であ
る。このような演算処理は、上述の演算処理部９におい
て行われる。Therefore, conversely, by using Equation 7, which is the inverse transformation equation of Equation 6, the observed intensity I0,
The Stokes parameters S0, S1, S2, and S3 of the observation light can be obtained based on I1, I2, and I3. Such arithmetic processing is performed in the arithmetic processing unit 9 described above.
【００６６】なお、ここでは、直線偏光の光について説
明したが、楕円偏光の光についても同様の関係を得るこ
とができる。Although the linearly polarized light has been described here, a similar relationship can be obtained for elliptically polarized light.
【００６７】このように、４つの位相板６１ａ〜６１ｄ
とそれに対応する４つの受光素子８１ａ〜８１ｄとを１
つのまとまりとするユニットを用いることにより、対象
物Ｂの微小領域からの光の偏光特性を表すストークスパ
ラメータを求めることができる。すなわち、４つの受光
素子８１を構成単位とする部分における光の観測強度を
用いて、対象物Ｂにおける１つの微小領域についての偏
光特性を計測することができる。As described above, the four phase plates 61a to 61d
And the four light receiving elements 81a to 81d corresponding thereto are 1
By using a unit as a unit, it is possible to obtain a Stokes parameter representing the polarization characteristic of light from a minute area of the object B. That is, it is possible to measure the polarization characteristics of one minute area of the object B by using the observation intensity of light in a portion having the four light receiving elements 81 as constituent units.
【００６８】ところで、上述したようにこの偏光計測装
置１は、このような微小領域からの光についての偏光特
性に関する計測処理を行うユニット（４つの位相板６１
ａ〜６１ｄとそれぞれに対応する４つの受光素子８１ａ
〜８１ｄとを１つのまとまりとするもの）を、複数個備
えているので、同様の計測を複数の微小領域からの光に
ついて行うことが可能である。より具体的には、位相板
アレイ６は、４つの位相板６１を１つのまとまりとする
構成単位Ｕ６を複数有しており、受光素子アレイ８は４
つの受光素子８１を１つのまとまりとする構成単位Ｕ８
を複数を有している。また、各受光素子８１は、それぞ
れに対応する位相板６１からの光を偏光板７を介して受
光する。By the way, as described above, the polarization measuring device 1 is a unit (four phase plates 61) for performing a measurement process relating to the polarization characteristics of light from such a minute area.
a to 61d and corresponding four light receiving elements 81a
To 81d as one unit), the same measurement can be performed on light from a plurality of minute regions. More specifically, the phase plate array 6 includes a plurality of structural units U6 each of which includes four phase plates 61 as one unit.
Structural unit U8 that integrates two light receiving elements 81 into one unit
Has a plurality. Each light receiving element 81 receives the light from the corresponding phase plate 61 via the polarizing plate 7.
【００６９】したがって、受光素子アレイ８内の４つの
受光素子８１を１つのまとまりとする複数の構成単位Ｕ
８のそれぞれにおいて観測される光の観測強度を用いる
ことにより、対象物Ｂにおける各微小領域についての偏
光特性を同時に計測することができる。すなわち、複数
のユニットを用いることにより、複数の微小領域からの
光の偏光特性を同時に計測することができる。これによ
り、対象物Ｂの表面内の二次元位置に依存してその反射
光の偏光特性が変化する場合などにおいても、対象物Ｂ
の各位置からの光についての偏光特性を同時に計測する
ことが可能になる。Therefore, a plurality of structural units U each having four light receiving elements 81 in light receiving element array 8 as one unit
By using the observation intensity of the light observed in each of 8, it is possible to simultaneously measure the polarization characteristics of each minute region in the object B. That is, by using a plurality of units, the polarization characteristics of light from a plurality of minute regions can be measured simultaneously. Thereby, even when the polarization characteristic of the reflected light changes depending on the two-dimensional position in the surface of the object B, the object B
It is possible to simultaneously measure the polarization characteristics of the light from each position.
【００７０】特に、この偏光計測装置１においては、４
つの位相板６１ａ〜６１ｄとそれに対応する４つの受光
素子８１ａ〜８１ｄとは、いずれも、２次元的に繰り返
し配列されている。したがって、対象物Ｂにおいて二次
元的な広がりを有する面内からの光を、受光素子アレイ
８において二次元的な広がりを有する画像として得るこ
とができるので、その画像を用いることにより、対象物
Ｂの二次元的な広がりを有する面からの光について、そ
の偏光特性の面内分布を得ることができる。さらに、対
象物Ｂの偏光特性がその表面において連続的に変化する
場合においても、対象物Ｂの載置位置等を移動させるこ
となく連続的な変化を計測することができるので、その
偏光特性の面内分布を短時間にかつ正確に求めることが
できる。このように、この偏光計測装置１によれば、偏
光特性に関する面内分布を容易に計測することが可能に
なる。In particular, in this polarization measuring device 1, 4
Each of the phase plates 61a to 61d and the corresponding four light receiving elements 81a to 81d are two-dimensionally and repeatedly arranged. Therefore, light from a plane having a two-dimensional spread in the object B can be obtained as an image having a two-dimensional spread in the light receiving element array 8. The in-plane distribution of the polarization characteristics of light from a plane having a two-dimensional spread can be obtained. Further, even when the polarization characteristic of the object B continuously changes on the surface thereof, the continuous change can be measured without moving the mounting position of the object B or the like. The in-plane distribution can be accurately obtained in a short time. As described above, according to the polarization measurement device 1, it is possible to easily measure the in-plane distribution regarding the polarization characteristics.
【００７１】＜Ａ４．測定精度について＞次に、測定精
度について考察する。上述した数７を考慮すると、スト
ークスパラメータ測定時の誤差変数ベクトルΔＳは、観
測強度の誤差に関する誤差変数ベクトルΔＩを用いて次
の数９のように表現できる。<A4. Measurement accuracy> Next, measurement accuracy will be considered. In consideration of the above equation 7, the error variable vector ΔS at the time of Stokes parameter measurement can be expressed as the following equation 9 using the error variable vector ΔI relating to the error of the observation intensity.
【００７２】[0072]
【数９】 (Equation 9)
【００７３】ここで、ベクトルＩの強度のばらつきが同
程度であり、ベクトルΔＩの各要素ΔＩ０，ΔＩ１，Δ
Ｉ２，ΔＩ３についての標準偏差σが等しいものと仮定
すると、この誤差変数が最小になるための条件は、次の
数１０で定義される評価値ρが最小になることとして表
現される。Here, the variation in the intensity of the vector I is almost the same, and the elements ΔI0, ΔI1, ΔI
Assuming that the standard deviations σ of I2 and ΔI3 are equal, a condition for minimizing the error variable is expressed as minimizing the evaluation value ρ defined by the following equation (10).
【００７４】[0074]
【数１０】 (Equation 10)
【００７５】すなわち、偏光計測装置１における計測誤
差の問題は上記の評価値ρの最適化問題に帰着される。That is, the problem of the measurement error in the polarization measuring device 1 is reduced to the problem of optimizing the evaluation value ρ.
【００７６】ここにおいて、Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，Ｄｉ
（ｉ＝１，２，３，４）は、数８に示される行列Ｇ（行
列Ａの逆行列）の各要素を表す値であり、各値Ａｉ，Ｂ
ｉ，Ｃｉ，Ｄｉは、α０，α１，α２，α３，δをパラ
メータとする値である。したがって、評価値ρを決定す
る各値Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，Ｄｉの組合せは、各値α０，
α１，α２，α３，δの組合せとして表現される。すな
わち、より好ましい各値の組合せ（α０，α１，α２，
α３，δ）を求めることにより、計測誤差をより小さい
値にすることが可能になる。Here, Ai, Bi, Ci, Di
(I = 1, 2, 3, 4) is a value representing each element of the matrix G (inverse of the matrix A) shown in Expression 8, and each value Ai, B
i, Ci, and Di are values using α0, α1, α2, α3, and δ as parameters. Therefore, the combination of each value Ai, Bi, Ci, Di that determines the evaluation value ρ is determined by each value α0,
It is expressed as a combination of α1, α2, α3, δ. That is, a more preferable combination of values (α0, α1, α2,
Obtaining α3, δ) makes it possible to reduce the measurement error to a smaller value.
【００７７】そして、この評価値ρに関する最適解問題
を数値計算等を用いて解くことにより、上記の数１０に
おける評価値ρを最小とするような各値に関する２つの
組合せ（α０，α１，α２，α３，δ）＝（−５１．
７，−１５．１，＋１５．１，＋５１．７，＋１３１．
８）、および（α０，α１，α２，α３，δ）＝（−７
４．９，−３８．３，＋３８．３，＋７４．９，＋１３
１．８）（単位は、「度（Degree）」）が得られる。た
だし、角度α（α０，α１，α２，α３）については、
−９０度≦α≦９０度、リターデーションδについて
は、０度≦δ≦１８０度の範囲で求めている。すなわ
ち、これらの２つの組合せが上記最適化問題の最適解で
ある。なお、これらの２つの各組合せの角度αは、図３
（ａ）および図３（ｂ）のそれぞれに示した角度であ
る。By solving the optimal solution problem with respect to the evaluation value ρ using numerical calculation or the like, two combinations (α0, α1, α2 , Α3, δ) = (-51.
7, -15.1, +15.1, +51.7, +131.
8), and (α0, α1, α2, α3, δ) = (− 7
4.9, -38.3, +38.3, +74.9, +13
1.8) (unit is “Degree”). However, for the angle α (α0, α1, α2, α3),
−90 degrees ≦ α ≦ 90 degrees, and the retardation δ is obtained in the range of 0 degrees ≦ δ ≦ 180 degrees. That is, the combination of these two is the optimal solution of the above optimization problem. Note that the angle α of each of these two combinations is shown in FIG.
3 (a) and the angles shown in FIG. 3 (b).
【００７８】また、図１２は、図３（ａ）の組合せを有
する場合における、リターデーションδと評価値ρとの
関係を表すグラフである。このグラフの横軸はリターデ
ーションδを表し、縦軸は評価値ρを表している。な
お、図３（ｂ）の組合せを有する場合においても同一の
グラフとなる。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the retardation δ and the evaluation value ρ when the combination shown in FIG. The horizontal axis of this graph represents the retardation δ, and the vertical axis represents the evaluation value ρ. Note that the same graph is obtained even when the combination shown in FIG.
【００７９】この図１２に示されるように、リターデー
ションδが１３１．８度のときに、評価値ρが最小値と
なる。したがって、４つの位相板６１ａ〜６１ｄの各進
相軸が偏光板７の偏光方向に対して図３（ａ）に示すよ
うな角度を有し、かつ、リターデーションδが１３１．
８度を有するときに、評価値ρが最小化され、ストーク
スパラメータの計測誤差を最小化することが可能であ
る。As shown in FIG. 12, when the retardation δ is 131.8 degrees, the evaluation value ρ becomes the minimum value. Therefore, each fast axis of the four phase plates 61a to 61d has an angle as shown in FIG. 3A with respect to the polarization direction of the polarizing plate 7, and the retardation δ is 131.
When it has 8 degrees, the evaluation value ρ is minimized, and it is possible to minimize the measurement error of the Stokes parameter.
【００８０】ところで、前述の図１０は、リターデーシ
ョンδ＝１３１．８度の場合における、直線偏光の偏光
角度γと各観測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係を
表し、前述の図１１は、リターデーションδ＝６０．０
度の場合における、直線偏光の偏光角度γと各観測強度
Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係を表している。FIG. 10 shows the relationship between the polarization angle γ of linearly polarized light and each of the observation intensities I0, I1, I2, and I3 when the retardation δ = 131.8 degrees. Is the retardation δ = 60.0
In the case of degrees, the relationship between the polarization angle γ of the linearly polarized light and each observation intensity I0, I1, I2, I3 is shown.
【００８１】リターデーションδ＝６０．０度の場合
（図１１）には、いずれの偏光角度γを有する光につい
ても、４つの位相板６１ａ〜６１ｄにおける各観測強度
Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の相互間の差は比較的小さい。
言い換えれば、どの位相板６１ａ〜６１ｄを通過した光
の観測強度も近い値を有している。したがって、このよ
うな観測強度を用いた場合には、その測定誤差が大きく
なってしまう。When the retardation δ = 60.0 degrees (FIG. 11), for the light having any polarization angle γ, the observation intensities I 0, I 1, I 2, I 3 of the four phase plates 61 a to 61 d are calculated. The difference between them is relatively small.
In other words, the observation intensities of the light passing through any of the phase plates 61a to 61d have close values. Therefore, when such an observation intensity is used, the measurement error increases.
【００８２】一方、リターデーションδ＝１３１．８度
の場合（図１１）には、いずれの偏光角度γを有する光
についても、４つの位相板６１ａ〜６１ｄにおける各観
測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の相互間の差は比較的大
きい。したがって、このような観測強度を用いた場合に
は、その計測誤差を小さくすることができる。On the other hand, when the retardation δ is 131.8 degrees (FIG. 11), the observation intensities I0, I1, I2, and I4 of the four phase plates 61a to 61d are obtained for the light having any polarization angle γ. The difference between I3 is relatively large. Therefore, when such an observation intensity is used, the measurement error can be reduced.
【００８３】このように、リターデーションδ＝１３
１．８度の場合（図１０）の方が、リターデーションδ
＝６０．０度の場合（図１１）に比べて、各観測強度Ｉ
０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の相互間における相違度合いが比
較的大きくなっているので、計測誤差を小さくすること
が可能である。Thus, the retardation δ = 13
In the case of 1.8 degrees (FIG. 10), the retardation δ
= 60.0 degrees (FIG. 11), each observed intensity I
Since the degree of difference among 0, I1, I2, and I3 is relatively large, it is possible to reduce the measurement error.
【００８４】このような関係は、図１２にも表れてお
り、リターデーションδ＝６０．０度のときに評価値ρ
＝９．３であるのに対して、リターデーションδ＝１３
１．８度のときに評価値ρ＝３．１６（最小値）を有し
ている。Such a relationship is also shown in FIG. 12, and when the retardation δ = 60.0 degrees, the evaluation value ρ
= 9.3, whereas retardation δ = 13
It has an evaluation value ρ = 3.16 (minimum value) at 1.8 degrees.
【００８５】また、図１８は、図１７に示す従来技術に
ついて同様の評価値ρを求めたグラフである。図１７に
おいては、波長板（位相板）１１１としてλ／４波長板
が設けられており、この（λ／４）波長板１１１のリタ
ーデーションδは、９０度である。仮にこの波長板１１
１のリターデーションδを変化させていくと、図１８に
示すように、９０度のときに評価値ρが最小となり、リ
ターデーションδに関しては最適化されていることが判
る。ただし、この場合における評価値ρの最小値は４．
０である。FIG. 18 is a graph showing similar evaluation values ρ for the prior art shown in FIG. In FIG. 17, a λ / 4 wavelength plate is provided as the wavelength plate (phase plate) 111, and the retardation δ of the (λ / 4) wavelength plate 111 is 90 degrees. Assume that this wave plate 11
As shown in FIG. 18, when the retardation δ is changed, the evaluation value ρ becomes minimum at 90 degrees, and it is understood that the retardation δ is optimized. However, the minimum value of the evaluation value ρ in this case is 4.
0.
【００８６】これに対して、上記実施形態に係る偏光計
測装置１においては、図１２に示すように、評価値ρの
最小値は３．１６となる。したがって、この実施形態に
おける評価値ρ（＝３．１６）は上記の従来技術の場合
における評価値ρ（＝４．００）に比べて約８０％の値
となり、約２０％程度、誤差が減少することになる。こ
れは、従来技術の場合には、４つの偏光子の相互間の傾
きが４５度ずつ相違した状態で構成されているのに対し
て、上記実施形態の場合には、４つの角度αおよびリタ
ーデーションδを含むパラメータが最適化された構成に
よって達成されるものであることに起因するものであ
る。言い換えれば、上記実施形態においては、角度αお
よびリターデーションδを最適化することにより、最大
約２０％の計測誤差の減少を図っているのである。On the other hand, in the polarization measuring device 1 according to the above embodiment, as shown in FIG. 12, the minimum value of the evaluation value ρ is 3.16. Therefore, the evaluation value ρ (= 3.16) in this embodiment is a value of about 80% as compared with the evaluation value ρ (= 4.00) in the case of the above-described conventional technique, and the error is reduced by about 20%. Will do. This is because, in the case of the prior art, the four polarizers are configured such that the inclinations between them are different from each other by 45 degrees, whereas in the case of the above-described embodiment, the four angles α and the retarders are different. This is due to the fact that the parameters including the phase δ are achieved by the optimized configuration. In other words, in the above embodiment, the measurement error is reduced by up to about 20% by optimizing the angle α and the retardation δ.
【００８７】さらに、図１２に示されるように、リター
デーションδは１３１．８度以外の値を有する場合にお
いても、上記の従来技術よりも誤差が少ない計測結果を
得ることが可能である。具体的には、リターデーション
δについて、９８．６度≦δ≦１５６．４度であって
も、評価値ρは４．０より小さくなる。すなわち、上記
実施形態におけるリターデーションδを、好ましくは９
８．６度以上１５６．４度以下の所定の値に設定するこ
とにより、従来技術よりも誤差が少ない計測処理を行う
ことが可能である。Further, as shown in FIG. 12, even when the retardation δ has a value other than 131.8 degrees, it is possible to obtain a measurement result with a smaller error than in the above-mentioned conventional technology. Specifically, even if the retardation δ satisfies 98.6 degrees ≦ δ ≦ 156.4 degrees, the evaluation value ρ becomes smaller than 4.0. That is, the retardation δ in the above embodiment is preferably 9
By setting the value to a predetermined value equal to or more than 8.6 degrees and equal to or less than 156.4 degrees, it is possible to perform a measurement process with less error than in the related art.
【００８８】また、角度αについて、上記の角度以外の
角度αを用いることによっても、上記の従来技術よりも
誤差が少ない計測処理を行うことが可能である。具体的
には、図１３および数１１に示すように、角度αとして
−５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．
７度の４つの異なる角度に対して、５．９度または６．
５度を増減させた範囲内の所定の角度を有する場合であ
っても、評価値ρは４．０より小さくなり、上記従来技
術よりも誤差が少ない計測処理を行うことが可能であ
る。Also, by using an angle α other than the above-described angle α, it is possible to perform measurement processing with a smaller error than in the above-described conventional technology. Specifically, as shown in FIG. 13 and Expression 11, the angle α is −51.7 degrees, −15.1 degrees, +15.1 degrees, +51.
For four different angles of 7 degrees, 5.9 degrees or 6.
Even when the angle has a predetermined angle within the range of 5 degrees, the evaluation value ρ becomes smaller than 4.0, and it is possible to perform a measurement process with a smaller error than the above-described conventional technology.
【００８９】[0089]
【数１１】 [Equation 11]
【００９０】なお、数１１を計算すると、次の数１２の
関係が導かれる。When the equation (11) is calculated, the following equation (12) is derived.
【００９１】[0091]
【数１２】 (Equation 12)
【００９２】また、同様にして、図１４および数１３に
示すように、角度αとして−７４．９度、−３８．３
度、＋３８．３度、＋７４．９度の４つの異なる角度に
対して、５．９度または６．５度を増減させた範囲内の
所定の角度を有する場合であっても上記従来技術よりも
誤差が少ない計測処理を行うことが可能である。Similarly, as shown in FIG. 14 and Equation 13, the angle α is -74.9 degrees, -38.3 degrees.
Degree, +38.3 degrees, and +74.9 degrees with respect to four different angles, even if it has a predetermined angle within the range of increasing or decreasing 5.9 degrees or 6.5 degrees. It is also possible to perform measurement processing with a small error.
【００９３】[0093]
【数１３】 (Equation 13)
【００９４】なお、数１３を計算すると、次の数１４の
関係が導かれる。When the equation (13) is calculated, the following equation (14) is derived.
【００９５】[0095]
【数１４】 [Equation 14]
【００９６】また、角度αの変動により、リターデーシ
ョンδの最適値も多少変動するが、角度αが上記の数１
１ないし数１４で示される範囲内にあるときは、１３
１．８度≦δ≦１３８．２度を満たす所定の値がリター
デーションδの最適値となる。Also, the optimum value of the retardation δ slightly varies due to the variation of the angle α.
When it is within the range of 1 to 14,
A predetermined value satisfying 1.8 degrees ≦ δ ≦ 138.2 degrees is the optimum value of the retardation δ.
【００９７】＜Ａ５．キャリブレーション＞また、位相
板６１は、構造性複屈折パターンＰＴを用いて作製され
る場合には、各角度αは、構造性複屈折パターンＰＴに
おけるライン等の角度によって決定されるため、比較的
精度よく作製することが可能であるが、リターデーショ
ンδは、構造性複屈折パターンＰＴとして積層される二
酸化チタンなどの誘電体層６４の積層高さｄ（図５）の
相違により大きく影響を受ける（数１参照）ため、製作
誤差が生じやすい。そのような場合には、キャリブレー
ションにより、実際に製作された位相板６１におけるリ
ターデーションδの値を補正することが可能である。<A5. Calibration> When the phase plate 61 is manufactured using the structural birefringent pattern PT, each angle α is determined by an angle of a line or the like in the structural birefringent pattern PT. Although it can be manufactured with high accuracy, the retardation δ is greatly affected by the difference in the stacking height d (FIG. 5) of the dielectric layer 64 such as titanium dioxide stacked as the structural birefringent pattern PT. (Refer to Equation 1). In such a case, the value of the retardation δ in the actually manufactured phase plate 61 can be corrected by calibration.
【００９８】具体的には、図１５のように、上述の計測
処理には用いない回転偏光子１１を、キャリブレーショ
ン時においてのみ光路上に設け、位相板アレイ６に入射
する光を所定の角度γに直線偏光させる。そして、位相
板アレイ６および偏光板７を通過したこの直線偏光の受
光素子アレイ８における観測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ
３の組合せを複数の角度γについて求める。そして、各
リターデーションδごとに予め求めておいた、角度γと
Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係に最も近いリターデー
ションδを複数のリターデーションδの中から選択すれ
ばよい。これにより、製作された位相板６１におけるリ
ターデーションδを同定することができ、その同定値を
用いて補正を行うことができる。具体的には、この同定
結果の値を正しいリターデーションδの値として行列Ａ
（ないし行列Ｇ）を求めた上で、数７を適用すればよ
い。Specifically, as shown in FIG. 15, a rotating polarizer 11 not used for the above-described measurement processing is provided on the optical path only at the time of calibration, and the light incident on the phase plate array 6 has a predetermined angle. Linearly polarized to γ. Then, the observation intensities I 0, I 1, I 2, I 2 of the linearly polarized light passing through the phase plate array 6 and the polarizing plate 7 in the light receiving element array 8.
3 are obtained for a plurality of angles γ. Then, the retardation δ, which is obtained in advance for each retardation δ and is closest to the relationship between the angle γ and I0, I1, I2, I3, may be selected from the plurality of retardations δ. Thereby, the retardation δ in the manufactured phase plate 61 can be identified, and correction can be performed using the identified value. Specifically, the value of this identification result is used as the value of the correct retardation δ in the matrix A
After calculating (or matrix G), Equation 7 may be applied.
【００９９】＜Ｂ．変形例＞上記実施形態においては、
１つの位相板６１からの光を１つの受光素子８１におい
て受光していたが、これに限定されず、複数の受光素子
８１において受光してもよい。たとえば、１つの位相板
６１からの光を４個の受光素子で受光しその平均値を取
ることにより、位相板６１からの光の強度を得るように
してもよい。<B. Modification> In the above embodiment,
Although the light from one phase plate 61 is received by one light receiving element 81, the present invention is not limited to this. The light may be received by a plurality of light receiving elements 81. For example, the light from one phase plate 61 may be received by four light receiving elements and the average value thereof may be obtained to obtain the intensity of the light from the phase plate 61.
【０１００】また、上記実施形態においては、対象物Ｂ
からの反射光を計測する場合について説明したが、これ
に限定されない。たとえば、対象物自体が発光する場合
において、その光の偏光特性を計測する場合にも本発明
を適用することが可能であり、具体的には、面発光デバ
イスの偏光計測にも適用することができる。In the above embodiment, the object B
Although the case where the reflected light from is measured has been described, the present invention is not limited to this. For example, when the object itself emits light, the present invention can be applied to the case where the polarization characteristics of the light are measured. Specifically, the present invention can be applied to the polarization measurement of a surface emitting device. it can.
【０１０１】[0101]
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、集光光学系からの光の位相状態を変化させる位
相板であってその進相軸の角度が互いに異なる４つの位
相板と、４つの位相板のそれぞれを通過した光を所定の
偏光方向に偏光する偏光子と、偏光子を通過した４つの
位相板のそれぞれからの光を受光する複数の受光素子
と、複数の受光素子のそれぞれにおいて受光された光の
強度に基づいて、対象物からの光に関するストークスパ
ラメータを算出する演算処理手段とを備える。したがっ
て、４つの位相板と偏光子とを高精度に位置合わせする
ことが不要になるので、その作製が容易である。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a phase plate for changing a phase state of light from a condensing optical system, the phase plate having four different fast axis angles. A phase plate, a polarizer that polarizes light that has passed through each of the four phase plates in a predetermined polarization direction, a plurality of light receiving elements that receive light from each of the four phase plates that has passed through the polarizer, Arithmetic processing means for calculating a Stokes parameter related to light from an object based on the intensity of light received by each of the light receiving elements. Therefore, it is not necessary to align the four phase plates and the polarizer with high precision, and the fabrication is easy.
【０１０２】また、請求項２に記載の発明によれば、４
つの位相板と４つの位相板のそれぞれに対応する複数の
受光素子とを１つのまとまりとするユニットを複数備え
ているので、対象物における複数の微小領域からの光に
ついての各偏光状態を同時に計測することが可能にな
る。According to the second aspect of the present invention,
Since there are a plurality of units that combine one phase plate and a plurality of light receiving elements corresponding to each of the four phase plates into one unit, each polarization state of light from a plurality of minute regions on the object is measured simultaneously. It becomes possible to do.
【０１０３】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
４つの位相板と複数の受光素子とは、いずれも、２次元
的に繰り返し配列されているので、対象物表面の面内分
布を同時に計測することが可能になる。According to the third aspect of the present invention,
Since all of the four phase plates and the plurality of light receiving elements are repeatedly arranged two-dimensionally, it is possible to simultaneously measure the in-plane distribution of the object surface.
【０１０４】また、請求項４に記載の発明によれば、各
角度α０，α１，α２，α３が、このような値を有する
ので、従来技術よりも計測誤差を少なくすることが可能
になる。According to the fourth aspect of the present invention, since each of the angles α0, α1, α2, and α3 has such a value, it is possible to reduce the measurement error as compared with the related art.
【０１０５】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
各角度α０，α１，α２，α３が、このような値を有す
るので、さらに計測誤差を少なくすることが可能にな
る。Further, according to the fifth aspect of the present invention,
Since the angles α0, α1, α2, α3 have such values, it is possible to further reduce the measurement error.
【０１０６】また、請求項６に記載の発明によれば、リ
ターデーションδが、このような値を有するので、従来
技術よりも計測誤差を少なくすることが可能になる。According to the sixth aspect of the present invention, since the retardation δ has such a value, it is possible to reduce the measurement error as compared with the prior art.
【０１０７】さらに、請求項７に記載の発明によれば、
リターデーションδが、このような値を有するので、さ
らに計測誤差を少なくすることが可能になる。Further, according to the invention described in claim 7,
Since the retardation δ has such a value, the measurement error can be further reduced.
【０１０８】また、請求項８に記載の発明によれば、位
相板は、構造性複屈折パターンを用いて構造性複屈折現
象を生じさせることにより位相状態を変化させる位相板
であるので、結晶性材料を用いて位相板を作製する場合
に比べて、正確な進相軸の角度αを有する位相板を容易
に作製することが可能である。According to the eighth aspect of the present invention, the phase plate is a phase plate that changes a phase state by causing a structural birefringence phenomenon using a structural birefringent pattern. It is possible to easily manufacture a phase plate having an accurate fast axis angle α as compared with a case where a phase plate is manufactured using a conductive material.
【０１０９】さらに、請求項９に記載の発明によれば、
構造性複屈折パターンにおける凸状部分は、２．０以上
の屈折率を有する高屈折率材料を用いて形成される。し
たがって、当該凸状部分の必要高さが低減されるので、
その作製を容易にすることが可能である。Further, according to the ninth aspect of the present invention,
The convex portion in the structural birefringence pattern is formed using a high refractive index material having a refractive index of 2.0 or more. Therefore, the required height of the convex portion is reduced,
Its fabrication can be facilitated.
【図１】本発明の実施形態に係る偏光計測装置１を示す
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a polarization measurement device 1 according to an embodiment of the present invention.
【図２】位相板アレイ６、偏光板７、受光素子アレイ８
付近の概略構成を説明する拡大図である。FIG. 2 shows a phase plate array 6, a polarizing plate 7, and a light receiving element array 8.
It is an enlarged view explaining the schematic structure of a vicinity.
【図３】４つの位相板６１の進相軸の方向を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating directions of fast axes of four phase plates 61;
【図４】１つの位相板６１の平面図である。4 is a plan view of one phase plate 61. FIG.
【図５】位相板６１の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a phase plate 61.
【図６】位相板６１と偏光板７と受光素子８１とを示す
概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram showing a phase plate 61, a polarizing plate 7, and a light receiving element 81.
【図７】４つの位相板６１ａ〜６１ｄについて、偏光板
７および受光素子８１ａ〜８１ｄとの関係を示した図で
ある。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a polarizing plate 7 and light receiving elements 81a to 81d for four phase plates 61a to 61d.
【図８】角度γを有する直線偏光状態の光が入射した状
態を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which light in a linearly polarized state having an angle γ is incident.
【図９】各角度γを有する直線偏光の光とストークスパ
ラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３との関係を表すグラフ
である。FIG. 9 is a graph showing a relationship between linearly polarized light having each angle γ and Stokes parameters S0, S1, S2, and S3.
【図１０】各角度γを有する直線偏光の光と各受光素子
８１における観測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係
（δ＝１３１．８度の場合）を表すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a relationship between linearly polarized light having each angle γ and observation intensities I0, I1, I2, and I3 of each light receiving element 81 (when δ = 131.8 degrees).
【図１１】各角度γを有する直線偏光の光と各受光素子
８１における観測強度Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３との関係
（δ＝６０．０度の場合）を表すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between linearly polarized light having each angle γ and observation intensities I0, I1, I2, and I3 of each light receiving element 81 (when δ = 60.0 degrees).
【図１２】リターデーションδと評価値ρとの関係を表
すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a relationship between retardation δ and evaluation value ρ.
【図１３】角度α０，α１，α２，α３の組合せを示す
図である。FIG. 13 is a diagram showing a combination of angles α0, α1, α2, and α3.
【図１４】角度α０，α１，α２，α３の組合せを示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing combinations of angles α0, α1, α2, and α3.
【図１５】キャリブレーション時における偏光計測装置
１の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the polarization measurement device 1 during calibration.
【図１６】従来技術の概略を示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a conventional technique.
【図１７】従来技術を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a conventional technique.
【図１８】従来技術について評価値ρを求めたグラフで
ある。FIG. 18 is a graph showing an evaluation value ρ for a conventional technique.
１，１００ 偏光計測装置 ４ 照明光学系 ５ 集光光学系 ６ 位相板アレイ ７ 偏光板 ８ 受光素子アレイ １１ 回転偏光子 ６１，６１ａ〜６１ｄ 位相板 ６３ 基板 ６４ 誘電体層 ８１，８１ａ〜８１ｄ 受光素子 ＡＲ１ 偏光方向 Ｉ，Ｉ０〜Ｉ３ 観測強度 Ｌ 入射光 ＰＴ 構造性複屈折パターン Ｓ０〜Ｓ３ ストークスパラメータ α，α０〜α３ 位相板の進相軸と偏光板の偏光方向と
がなす角度 δ （位相板の）リターデーションDESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Polarization measuring device 4 Illumination optical system 5 Condensing optical system 6 Phase plate array 7 Polarizing plate 8 Light receiving element array 11 Rotating polarizer 61, 61a to 61d Phase plate 63 Substrate 64 Dielectric layer 81, 81a to 81d Light receiving element AR1 Polarization direction I, I0 to I3 Observed intensity L Incident light PT Structural birefringence pattern S0 to S3 Stokes parameter α, α0 to α3 Angle δ between the fast axis of the phase plate and the polarization direction of the polarizer δ (of the phase plate ) Retardation
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊田 久雄 大阪府堺市学園町１−１ 大阪府立大学工 学部 機械システム工学科 高機能機械シ ステム講座 計測工学研究室内 Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB08 EE02 EE05 JJ11 JJ19 JJ20 KK04 MM01 MM09 MM12 2H049 BA02 BA06 BA45 BB02 BB03 BB05 BC23 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hisao Kikuta 1-1, Gakuen-cho, Sakai-shi, Osaka Prefecture Osaka Metropolitan University Faculty of Engineering Department of Mechanical Systems Engineering Advanced Mechanical Systems Laboratory Measurement Engineering Laboratory F-term (reference) 2G059 AA02 BB08 EE02 EE05 JJ11 JJ19 JJ20 KK04 MM01 MM09 MM12 2H049 BA02 BA06 BA45 BB02 BB03 BB05 BC23
Claims (9)
あって、 対象物からの光を集光する集光光学系と、 前記集光光学系からの光の位相状態を変化させる位相板
であって、その進相軸の角度が互いに異なる４つの位相
板と、 前記４つの位相板のそれぞれを通過した光を所定の偏光
方向に偏光する偏光子と、 前記偏光子を通過した前記４つの位相板のそれぞれから
の光を受光する複数の受光素子と、 前記複数の受光素子のそれぞれにおいて受光された光の
強度に基づいて、前記対象物からの光に関するストーク
スパラメータを算出する演算処理手段と、を備えること
を特徴とする偏光計測装置。1. A polarization measuring device for measuring polarization characteristics of light, comprising: a condensing optical system for condensing light from an object; and a phase plate for changing a phase state of the light from the condensing optical system. Wherein four phase plates having mutually different fast axis angles are different from each other; a polarizer that polarizes light passing through each of the four phase plates in a predetermined polarization direction; A plurality of light receiving elements for receiving light from each of the two phase plates; and an arithmetic processing means for calculating a Stokes parameter related to light from the object based on an intensity of light received by each of the plurality of light receiving elements. And a polarimeter.
て、 前記４つの位相板と前記４つの位相板のそれぞれに対応
する複数の受光素子とを１つのまとまりとするユニット
を、複数備えていることを特徴とする偏光計測装置。2. The polarization measuring device according to claim 1, further comprising a plurality of units each including the four phase plates and a plurality of light receiving elements corresponding to each of the four phase plates. A polarization measuring device characterized by the above-mentioned.
て、 前記４つの位相板は、２次元的に繰り返し配列されてお
り、 前記４つの位相板のそれぞれに対応する複数の受光素子
も、２次元的に繰り返し配列されていることを特徴とす
る偏光計測装置。3. The polarization measuring device according to claim 2, wherein the four phase plates are repeatedly arranged two-dimensionally, and the plurality of light receiving elements corresponding to each of the four phase plates are A polarization measuring device characterized by being arranged in a dimensionally repetitive manner.
載の偏光計測装置において、 前記４つの位相板の各進相軸と前記偏光子における前記
偏光方向とは、それぞれ、４つの異なる角度α０，α
１，α２，α３を構成し、 当該４つの異なる角度α０，α１，α２，α３は、 −５７．６度≦α０≦−４５．２度、かつ、 −２１．０度≦α１≦ −８．６度、かつ、 ＋８．６度≦α２≦＋２１．０度、かつ、 ＋４５．２度≦α３≦＋５７．６度、 または、 −８１．４度≦α０≦−６９．０度、かつ、 −４４．８度≦α１≦−３２．４度、かつ、 ＋３２．４度≦α２≦＋４４．８度、かつ、 ＋６９．０度≦α３≦＋８１．４度 であることを特徴とする偏光計測装置。4. The polarization measuring device according to claim 1, wherein each of the fast axes of the four phase plates and the polarization direction of the polarizer have four different angles. α0, α
1, α2, α3, and the four different angles α0, α1, α2, α3 are −57.6 degrees ≦ α0 ≦ −45.2 degrees, and −21.0 degrees ≦ α1 ≦ −8. 6 degrees, +8.6 degrees ≦ α2 ≦ + 21.0 degrees, and +45.2 degrees ≦ α3 ≦ + 57.6 degrees, or −81.4 degrees ≦ α0 ≦ −69.0 degrees, and − 44.8 degrees ≦ α1 ≦ −32.4 degrees, and +32.4 degrees ≦ α2 ≦ + 44.8 degrees, and +69.0 degrees ≦ α3 ≦ + 81.4 degrees. .
載の偏光計測装置において、 前記４つの位相板の各進相軸と前記偏光子における前記
偏光方向とは、それぞれ、４つの異なる角度α０，α
１，α２，α３を構成し、 当該４つの異なる角度α０，α１，α２，α３は、それ
ぞれ、 −５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．
７度の４つの異なる角度、または、 −７４．９度、−３８．３度、＋３８．３度、＋７４．
９度の４つの異なる角度、であることを特徴とする偏光
計測装置。5. The polarization measuring device according to claim 1, wherein each of the fast axes of the four phase plates and the polarization direction of the polarizer have four different angles. α0, α
1, α2, α3, and the four different angles α0, α1, α2, α3 are −51.7 degrees, −15.1 degrees, +15.1 degrees, and +51. Degrees, respectively.
Four different angles of 7 degrees, or -74.9 degrees, -38.3 degrees, +38.3 degrees, +74.
A polarization measuring device, characterized in that it has four different angles of 9 degrees.
載の偏光計測装置において、 前記位相板におけるリターデーションδは、９８．６度
以上１５６．４度以下であることを特徴とする偏光計測
装置。6. The polarization measuring device according to claim 1, wherein a retardation δ of the phase plate is not less than 98.6 degrees and not more than 156.4 degrees. Measuring device.
載の偏光計測装置において、 前記位相板におけるリターデーションδは、１３１．８
度であることを特徴とする偏光計測装置。7. The polarization measuring apparatus according to claim 1, wherein a retardation δ of the phase plate is 131.8.
A polarization measuring device characterized by a degree.
載の偏光計測装置において、 前記位相板は、光の波長よりも小さな周期的配列を有す
る構造性複屈折パターンを用いて構造性複屈折現象を生
じさせることにより位相状態を変化させる位相板である
ことを特徴とする偏光計測装置。8. The polarization measuring apparatus according to claim 1, wherein the phase plate uses a structural birefringence pattern having a periodic arrangement smaller than the wavelength of light. A polarization measurement device characterized by a phase plate that changes a phase state by causing a refraction phenomenon.
て、 前記構造性複屈折パターンにおける凸状部分は、２．０
以上の屈折率を有する高屈折率材料を用いて形成される
ことを特徴とする偏光計測装置。9. The polarization measuring apparatus according to claim 8, wherein the convex portion in the structural birefringence pattern has a height of 2.0.
A polarization measuring device characterized by being formed using a high refractive index material having the above refractive index.
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