JP4947998B2 - 光学特性計測装置及び光学特性計測方法 - Google Patents
光学特性計測装置及び光学特性計測方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、光学特性計測装置及び光学特性計測方法に関する。
物質の複屈折を検出する簡便な手法として、直交もしくは平行に設置した２枚の偏光子の間に試料を挟み、その明暗から複屈折を観察する偏光顕微鏡が知られている（特許文献１，２参照）。
また、偏光顕微鏡と同様に２枚の偏光子、又は、これに１／４波長板を加えた計測系で樹脂製品の応力状態を観察する光弾性計測がある（特許文献３参照）
さらに、複屈折を定量的かつ精度よく計測するために、回転検光子法、ヘテロダイン干渉法などの偏光計測が行われている（特許文献４，５参照）。
特開２００５−３９９４号公報
特開２００１−３５６２７６号公報
特開平７−７７４９０号公報
特開平１０−２６７８３１号公報
特表２００２−５０４６７３号公報
さらに、複屈折を定量的かつ精度よく計測するために、回転検光子法、ヘテロダイン干渉法などの偏光計測が行われている（特許文献４，５参照）。
しかし、上記の技術は、それぞれ、次に挙げる課題を有している。
偏光顕微鏡から得られる画像は複屈折量を明暗でのみ表しているため、定量的な複屈折情報（複屈折位相差及び主軸方位）が得られないという課題がある。
また、光弾性による計測では複屈折位相差が180度以上ある試料を主な測定対象としている。そのため、微小な異方性をもつ試料の複屈折位相差及び主軸方位を計測することが困難であるという課題がある。
回転検光子法、ヘテロダイン干渉法などの偏光計測によると、微小な複屈折を高精度に計測することが可能である。しかし、この方法は、処理負荷が大きいため、試料内の複屈折分布を得ようとすると、計測ポイントが増え、計測に時間がかかるという課題があった。
また、複屈折計測では位相変調にバビネ・ソレイユ補償器を用いることが一般的であったが、バビネ・ソレイユ補償器では、マイクロメータで楔形の水晶を動かして厚みを変えて位相変調を行うため、作業に時間がかかり、自動化が困難であった。また、特に生体試料を計測する場合には、連続的なサンプリングを行うことが好ましい。
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測可能な測定対象の制限が少なく、測定対象の複屈折分布を定量的に検出することが可能で、特に、生体試料などの、広がりを有し、逐次的に状態変化が起こる試料を、面の状態で解析することに適した光学特性計測装置、及び、光学特性計測方法を提供することにある。
（１）本発明に係る光学特性計測装置は、
測定対象の光学特性を計測する計測装置であって、
所定の波長の光を出射する光源と、少なくとも５個の光学素子と、前記少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって前記光を変調させることによって得られる測定光を受光する受光部と、を含む光学系と、
前記測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、
前記光学系は、前記光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように、かつ、
少なくとも、前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
測定対象の光学特性を計測する計測装置であって、
所定の波長の光を出射する光源と、少なくとも５個の光学素子と、前記少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって前記光を変調させることによって得られる測定光を受光する受光部と、を含む光学系と、
前記測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、
前記光学系は、前記光源から出射された光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して前記受光部に入射させるように、かつ、
少なくとも、前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
本発明によると、測定光の光強度の理論式は、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む。また、測定光の光強度の理論式は、光学素子の主軸方位を反映したものとなる。このことから、光強度情報取得部で取得される１つの光強度情報と、そのときの光学素子の主軸方位情報とを利用すれば、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を含む関係式を１つ導出することができる。
また、光学素子の主軸方位が変われば、取得される光強度及び光強度の理論式に含まれる係数が変化するため、異なる関係式を導出することができる。
光学素子を適切に設定して複数の関係式を導出すれば、これらを連立させて解くことによって、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位を算出することができる。
本発明では、光強度情報取得部で、第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の光強度情報、すなわち、Ｋ個の光強度情報を取得する。ここで、第１〜第Ｋの光強度情報は、それぞれ、第１〜第Ｋの主軸方位条件に設定された光学系で得られる測定光の強度情報である。そして、第１〜第Ｋの主軸方位条件とは、相互に、光学素子（第１及び第２の１／２波長板）の少なくとも１つの主軸方位が異なる。
例えば、はじめに第１の設定がなされた光学系を利用して、第１の光強度情報を取得する。次に、第２の設定がなされた光学系を利用して、第２の光強度情報を取得する。これをＫ回繰り返すことによって、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む関係式を、Ｋ個導出してもよい。
そして、本発明によると、光学系を、回転型の光学素子のみを利用して構成することができるため、光学系の設定・変更を短時間で正確に行うことができる。すなわち、本発明によると、光学特性の精度の高い計測を、効率よく行うことが可能な光学特性計測装置を提供することができる。
（２）本発明に係る光学特性計測装置は、
測定対象の光学特性を計測する計測装置であって、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
測定対象の光学特性を計測する計測装置であって、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
本発明によると、測定光の光強度の理論式は、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む。また、測定光の光強度の理論式は、光学素子の主軸方位を反映したものとなる。このことから、光強度情報取得部で取得される１つの光強度情報と、そのときの光学素子の主軸方位情報とを利用すれば、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を含む関係式を１つ導出することができる。
また、光学素子の主軸方位が異なる光学系を利用すれば、取得される光強度及び光強度の理論式に含まれる係数が変化するため、異なる関係式を導出することができる。
光学素子を適切に設定して複数の関係式を導出すれば、これらを連立させて解くことによって、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位を算出することができる。
そして、本発明によると、光学系を、回転型の光学素子のみを利用して構成することができるため、光学系の設定・変更を短時間で正確に行うことができる。すなわち、本発明によると、光学特性の精度の高い計測を、効率よく行うことが可能な光学特性計測装置を提供することができる。
（３）この光学特性計測装置において、
前記第１の偏光子、前記第１及び第２の１／２波長板、並びに、前記１／４波長板は位相変調部を構成し、
前記第１〜第Ｋの測定光は、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる前記光学系で得られる測定光であってもよい。
前記第１の偏光子、前記第１及び第２の１／２波長板、並びに、前記１／４波長板は位相変調部を構成し、
前記第１〜第Ｋの測定光は、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる前記光学系で得られる測定光であってもよい。
すなわち、位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる光学系を利用することで、解析に適した複数の関係式を導出することができる。
（４）この光学特性計測装置において、
前記第１〜第Ｋの測定光は、それぞれ、前記位相変調部が、複屈折位相差の値がＬ（Ｌは２以上の整数）個の設定値のいずれかで、かつ、前記主軸方位の値がＭ（Ｍは２以上の整数）個の設定値のいずれかであるＬ×Ｍ通りの前記光学系のいずれかで得られる測定光であってもよい。
前記第１〜第Ｋの測定光は、それぞれ、前記位相変調部が、複屈折位相差の値がＬ（Ｌは２以上の整数）個の設定値のいずれかで、かつ、前記主軸方位の値がＭ（Ｍは２以上の整数）個の設定値のいずれかであるＬ×Ｍ通りの前記光学系のいずれかで得られる測定光であってもよい。
このときＫ＝Ｌ×Ｍとなる。
（５）この光学特性計測装置において、
前記Ｌ及びＭは、互いに素であってもよい。
前記Ｌ及びＭは、互いに素であってもよい。
（６）この光学特性計測装置において、
前記測定光の光強度をＩとし、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位を、それぞれδ，θとすると、
前記演算処理部では、
前記測定光の光強度をＩとし、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位を、それぞれδ，θとすると、
前記演算処理部では、
これによると、精度の高い演算処理（データの解析処理）を効率よく行うことができる。すなわち、精度の高い計測を効率よく行うことが可能になる。
（７）この光学特性計測装置において、
前記第２の１／２波長板及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ２，θ３とすると、
前記光強度情報取得部では、
θ３＝２θ２＋４５°
を満たす前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記第２の１／２波長板及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ２，θ３とすると、
前記光強度情報取得部では、
θ３＝２θ２＋４５°
を満たす前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
ただし、θ２とθ３との関係はこれに限られるものではない。例えば、θ３＝２θ２＋（４５°×Ｈ）（ただしＨは奇数）とした場合でも、計測が可能である。
（８）この光学特性計測装置において、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板が所与の回転比で連続的に回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板が所与の回転比で連続的に回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
これによると、光学素子が連続的に回転する光学系で得られる光強度情報を利用して、光学特性計測を行うことができる。そのため、回転と静止を繰り返す光学素子を利用する場合に較べて、計測を高速化することができる。
（９）この光学特性計測装置において、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板がＭ：Ｌの回転比で回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板がＭ：Ｌの回転比で回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
（１０）この計測装置において、
前記第１及び第２の１／２波長板を回転駆動させる第１及び第２のアクチュエータと、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位を検出する第１及び第２の検出部と、
前記第１及び第２のアクチュエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
をさらに含み、
前記制御信号生成部は、前記第１及び第２の検出部からの検出信号に基づいて、前記制御信号を生成してもよい。
前記第１及び第２の１／２波長板を回転駆動させる第１及び第２のアクチュエータと、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位を検出する第１及び第２の検出部と、
前記第１及び第２のアクチュエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
をさらに含み、
前記制御信号生成部は、前記第１及び第２の検出部からの検出信号に基づいて、前記制御信号を生成してもよい。
（１１）本発明に係る光学特性計測方法は、
測定対象の光学特性を計測する計測方法であって、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理手順では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
測定対象の光学特性を計測する計測方法であって、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理手順では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う。
本発明によると、測定光の光強度の理論式は、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む。また、測定光の光強度の理論式は、光学素子の主軸方位を反映したものとなる。このことから、光強度情報取得部で取得される１つの光強度情報と、そのときの光学素子の主軸方位情報とを利用すれば、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を含む関係式を１つ導出することができる。
また、光学素子の主軸方位が異なる光学系を利用すれば、取得される光強度及び光強度の理論式に含まれる係数が変化するため、異なる関係式を導出することができる。
光学素子を適切に設定して複数の関係式を導出すれば、これらを連立させて解くことによって、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位を算出することができる。
本発明では、はじめに第１の設定がなされた光学系を利用して、第１の光強度情報を取得する。次に、第２の設定がなされた光学系を利用して、第２の光強度情報を取得する。これをＫ回繰り返すことによって、測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む関係式を、Ｋ個導出してもよい。
そして、本発明によると、光学系を、回転型の光学素子のみを利用して構成することができるため、光学系の設定・変更を短時間で正確に行うことができる。すなわち、本発明によると、光学特性の精度の高い計測を、効率よく行うことが可能な光学特性計測方法を提供することができる。
（１２）この光学特性計測方法において、
前記第１の偏光子、前記第１及び第２の１／２波長板、並びに、前記１／４波長板は位相変調部を構成し、
前記第１〜第Ｋの測定光は、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる前記光学系で得られる測定光であってもよい。
前記第１の偏光子、前記第１及び第２の１／２波長板、並びに、前記１／４波長板は位相変調部を構成し、
前記第１〜第Ｋの測定光は、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる前記光学系で得られる測定光であってもよい。
すなわち、位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる光学系を利用することで、解析に適した複数の関係式を導出することができる。
（１３）この光学特性計測方法において、
前記第１〜第Ｋの測定光は、それぞれ、前記位相変調部が、複屈折位相差の値がＬ（Ｌは２以上の整数）個の設定値のいずれかで、かつ、前記主軸方位の値がＭ（Ｍは２以上の整数）個の設定値のいずれかであるＬ×Ｍ通りの前記光学系のいずれかで得られる測定光であってもよい。
前記第１〜第Ｋの測定光は、それぞれ、前記位相変調部が、複屈折位相差の値がＬ（Ｌは２以上の整数）個の設定値のいずれかで、かつ、前記主軸方位の値がＭ（Ｍは２以上の整数）個の設定値のいずれかであるＬ×Ｍ通りの前記光学系のいずれかで得られる測定光であってもよい。
このときＫ＝Ｌ×Ｍとなる。
（１４）この光学特性計測方法において、
前記Ｌ及びＭは、互いに素であってもよい。
前記Ｌ及びＭは、互いに素であってもよい。
（１５）この光学特性計測方法において、
前記測定光の光強度をＩとし、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位を、それぞれδ，θとすると、
前記演算処理手順では、
に基づいて前記演算処理を行ってもよい。
前記測定光の光強度をＩとし、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位を、それぞれδ，θとすると、
前記演算処理手順では、
（１６）この光学特性計測方法において、
前記第２の１／２波長板及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ２，θ３とすると、
前記光強度情報取得手順では、
θ３＝２θ２＋４５°
を満たす前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記第２の１／２波長板及び前記検光子の主軸方位を、それぞれ、θ２，θ３とすると、
前記光強度情報取得手順では、
θ３＝２θ２＋４５°
を満たす前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
ただし、θ２とθ３との関係はこれに限られるものではない。例えば、θ３＝２θ２＋（４５°×Ｈ）（ただしＨは奇数）とした場合でも、計測が可能である。
（１７）この光学特性計測方法において、
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板が所与の回転比で連続的に回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板が所与の回転比で連続的に回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
これによると、光学素子が連続的に回転する光学系で得られる光強度情報を利用して、光学特性計測を行うことができる。そのため、回転と静止を繰り返す光学素子を利用する場合に較べて、計測を高速化することができる。
（１８）この光学特性計測方法において、
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板がＭ：Ｌの回転比で回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板がＭ：Ｌの回転比で回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得してもよい。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
本発明の実施の形態に係る計測装置（光学特性計測装置）は、測定対象の光学特性を計測するものである。
以下、本発明を適用した実施の形態に係る計測装置（光学特性計測装置）として、測定対象である試料１００の複屈折位相差及び主軸方位を計測することが可能な計測装置１について説明する。
（１）装置構成
図１及び図２は、計測装置１の装置構成を説明するための図である。なお、図１は光学系１０（計測装置１）の模式図であり、図２は計測装置１のブロック図である。
図１及び図２は、計測装置１の装置構成を説明するための図である。なお、図１は光学系１０（計測装置１）の模式図であり、図２は計測装置１のブロック図である。
本実施の形態に係る計測装置１は、測定対象である試料１００の光学特性を計測する装置である。計測装置１は、光学系１０と、光強度情報取得部４０と、演算処理部６０とを含む。光強度情報取得部４０では、光学系１０に含まれる光学素子及び試料１００によって変調された測定光の光強度情報を取得する。演算処理部６０では、測定光の光強度の理論式と、測定光の光強度情報とに基づいて、試料１００の光学特性（複屈折位相差及び主軸方位）を算出する演算処理を行う。なお、試料１００は、光を透過させる物質であってもよく、光を反射させる物質であってもよい。
以下、計測装置１の装置構成について説明する。
１−１：光学系１０
光学系１０は、光源１２と受光部１４とを含む。光学系１０は、また、光源１２と受光部１４とを結ぶ光路Ｌ上に設けられた、偏光子２２、第１の１／２波長板２４、１／４波長板２６、第２の１／２波長板２８、並びに、検光子３０を含む。これらの光学素子は、光源１２から出射された光を、偏光子２２、第１の１／２波長板２４、１／４波長板２６、及び、第２の１／２波長板２８を介して試料１００に入射させ、試料１００によって変調された光を、検光子３０を介して受光部１４に入射させるように配列されている。以下、それぞれについて説明する。
光学系１０は、光源１２と受光部１４とを含む。光学系１０は、また、光源１２と受光部１４とを結ぶ光路Ｌ上に設けられた、偏光子２２、第１の１／２波長板２４、１／４波長板２６、第２の１／２波長板２８、並びに、検光子３０を含む。これらの光学素子は、光源１２から出射された光を、偏光子２２、第１の１／２波長板２４、１／４波長板２６、及び、第２の１／２波長板２８を介して試料１００に入射させ、試料１００によって変調された光を、検光子３０を介して受光部１４に入射させるように配列されている。以下、それぞれについて説明する。
光源１２は、所与の波長（波数）の光を出射する。すなわち、光源１２は、単色光を出射する発光装置であるといえる。光源１２として、レーザーやＳＬＤなどを利用してもよい。なお、光源１２は、出射する光の波長（波数）を変更することが可能な構成をなしていてもよい。
偏光子２２は、検光子３０と対になり、光源１２から出射された光を直線偏光とする入射側の偏光子である。
第１及び第２の１／２波長板２４，２８は、直線偏光の振動方向を変える光学素子である。また、１／４波長板２６は、直線偏光を円偏光（楕円偏光）に変える光学素子である。なお、第１及び第２の波長板２４，２８、及び、１／４波長板２６は、光源１２から出射される光の波長に対応したものを選択する。
光学系１０では、第１及び第２の１／２波長板２４，２８は、回転可能に構成されてなる。第１及び第２の１／２波長板２４，２８は、回転することによって、その主軸方位を変えることができる。そして、光学系１０（位相変調部２０）では、偏光子２２から出射された直線偏光は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の回転角によって、任意に位相変調を行う。
なお、光学系１０では、偏光子２２、第１の１／２波長板２４、１／４波長板２６、及び、第２の１／２波長板２８は、位相変調部２０を構成する。位相変調部２０は、入射光を変調する。すなわち、位相変調部２０は、入射光の偏光状態を変える機能を有する。位相変調部２０の複屈折位相差及び主軸方位は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の回転角により設定することができる。すなわち、位相変調部２０の複屈折位相差及び主軸方位は変更可能で、その値は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８により設定することができる。
なお、光学系１０では、偏光子２２及び１／４波長板２６も、回転可能に構成されていてもよい。また、光学系１０では、偏光子２２及び１／４波長板２６は、主軸方位の角度差が４５°の奇数倍になるように設置されてもよい。
検光子３０は、試料１００によって変調された光を直線偏光とする出射側の偏光子である。検光子３０は、偏光子２２と対をなしている。すなわち、偏光子２２を第１の偏光子と、検光子３０を第２の偏光子と、それぞれ称してもよい。光学系１０では、検光子３０は、回転可能に構成されている。検光子３０は、回転することによって、その主軸方位を変えることができる。
受光部１４は、測定光を受光する。光強度情報取得部４０では、受光部１４に入射する測定光の光強度情報を取得する。受光部１４は、複数の受光素子１５を含んでいてもよい。複数の受光素子１５は、図３に示すように、平面的に（二次元的に）配列されていてもよい。このとき、複数の受光素子１５は、受光面を構成していてもよい。そして、光強度情報取得部４０では、受光素子１５毎に、入射した測定光の光強度情報を取得してもよい。受光部１４として、例えば、ＣＣＤを利用してもよい。
光学系１０は、図示しないビームエキスパンダーを含んでいてもよい。ビームエキスパンダーは、ビーム径を大きくするための光学素子（装置）である。ビームエキスパンダーは、光源１２と試料１００との間に配置される。すなわち、ビームエキスパンダーは、光路Ｌにおける試料１００よりも上流側に配置される。これにより、試料１００の広範囲に光を照射することができる。そして、ビームエキスパンダーと対応して、受光素子１５が二次元的に配列された受光部１４を利用することで、試料１００の広範囲にわたり、光学特性を計測することが可能になる。すなわち、広がりを有する試料１００に対して、効率よく光特性計測を行うことができる。言い換えると、試料１００を、広がりを有する「面」として解析することが可能になる。ただし、本発明には、ビームエキスパンダーを有しない光学系を利用してもよい。
光学系１０は、図示しない反射板（ミラー）を有する構成としてもよい。反射板を利用することで、光学系１０を、試料１００を水平に配置することが可能な構成にすることができる。すなわち、反射板を利用することで、光学系１０を顕微鏡型の構成としてもよい。
光学系１０は、また、図１及び図２に示すように、試料１００を透過した透過光が、検光子３０に入射するように構成されていてもよい。ただし、光学系１０は、試料１００からの反射光が検光子３０に入射するように構成されていてもよい（図示せず）。
１−２：光強度情報取得部４０
光強度情報取得部４０は、測定光の光強度情報を取得する。すなわち、光強度情報取得部４０は、位相変調部２０及び試料１００、並びに、検光子３０によって変調され、受光部１４で受光された光（測定光）の光強度情報を取得する。なお、受光部１４（分光器及び受光素子）は、光強度情報取得部４０の一部を構成していてもよい。
光強度情報取得部４０は、測定光の光強度情報を取得する。すなわち、光強度情報取得部４０は、位相変調部２０及び試料１００、並びに、検光子３０によって変調され、受光部１４で受光された光（測定光）の光強度情報を取得する。なお、受光部１４（分光器及び受光素子）は、光強度情報取得部４０の一部を構成していてもよい。
計測装置１では、光強度情報取得部４０は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件に設定された光学系１０で得られる、第１〜第Ｋの測定光（複数の測定光）の光強度情報を取得する。
詳しくは、光強度情報取得部４０では、第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の光強度情報、すなわち、Ｋ個の光強度情報を取得する。ここで、第１〜第Ｋの光強度情報は、それぞれ、第１〜第Ｋの主軸方位条件に設定された光学系１０で得られる測定光の強度情報である。そして、第１〜第Ｋの主軸方位条件とは、相互に、光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８）の少なくとも一方の主軸方位が異なる。
そして、光強度情報取得部４０で取得された複数の光強度情報は、制御装置８０の記憶装置５０に格納されてもよい。記憶装置５０では、複数の光強度情報を、光学系１０の設定条件（偏光子２２、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、１／４波長板２６、並びに、検光子３０の主軸方位）と対応させて格納してもよい。例えば、記憶装置５０では、第１〜第Ｋの主軸方位条件（主軸方位情報）と、第１〜第Ｋの光強度情報とを、対応させて格納してもよい。
１−３：演算処理部６０
演算処理部６０は、測定光の光強度の理論式と、測定光の光強度情報とに基づいて、測定対象（試料１００）の複屈折位相差及び主軸方位を算出する演算処理を行う。後で詳述するが、測定光の光強度の理論式は、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを変数として含んでいる。そのため、測定光の光強度の理論式と、測定光の光強度情報とを利用すれば、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出することが可能になる。
演算処理部６０は、測定光の光強度の理論式と、測定光の光強度情報とに基づいて、測定対象（試料１００）の複屈折位相差及び主軸方位を算出する演算処理を行う。後で詳述するが、測定光の光強度の理論式は、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを変数として含んでいる。そのため、測定光の光強度の理論式と、測定光の光強度情報とを利用すれば、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出することが可能になる。
１−４：駆動・検出部
計測装置１は、第１及び第２の駆動・検出部７２，７４をさらに含む。ここで、第１の駆動・検出部７２は、第１の１／２波長板２４を回転させる駆動部であり、かつ、第１の１／２波長板２４の主軸方位を検出する検出器である。また、第２の駆動・検出部７４は、第２の１／２波長板２８を回転させる駆動部であり、かつ、第２の１／２波長板２８の主軸方位を検出する検出部である。
計測装置１は、第１及び第２の駆動・検出部７２，７４をさらに含む。ここで、第１の駆動・検出部７２は、第１の１／２波長板２４を回転させる駆動部であり、かつ、第１の１／２波長板２４の主軸方位を検出する検出器である。また、第２の駆動・検出部７４は、第２の１／２波長板２８を回転させる駆動部であり、かつ、第２の１／２波長板２８の主軸方位を検出する検出部である。
特に、計測装置１では、第１及び第２の駆動・検出部７２，７４は、それぞれ、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を所定の回転比で連続的に回転させるように構成されていてもよい。
計測装置１は、さらに、第３の駆動・検出部７６を含んでいてもよい。第３の駆動・検出部７６は、検光子３０を回転させる駆動部であり、かつ、検光子３０の主軸方位を検出する検出器である。
そして、計測装置１は、第１〜第３の駆動・検出部７２，７４，７６の動作を制御する制御信号生成部７０をさらに含んでいてもよい。例えば、制御信号生成部７０は、検出部からの検出信号に基づいて制御信号を生成し、駆動部の動作を制御するように構成されていてもよい。
１−５：制御装置８０
計測装置１は、制御装置８０を含んでいてもよい。制御装置８０は、計測装置１の動作を統括制御する機能を有していてもよい。すなわち、制御装置８０は、第１〜第３の駆動・検出部７２，７４，７６を制御して光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８、検光子３０）の主軸方位を設定し、光源１２の発光動作を制御し、そして、光強度情報取得部４０及び演算処理部６０の動作を制御してもよい。
計測装置１は、制御装置８０を含んでいてもよい。制御装置８０は、計測装置１の動作を統括制御する機能を有していてもよい。すなわち、制御装置８０は、第１〜第３の駆動・検出部７２，７４，７６を制御して光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８、検光子３０）の主軸方位を設定し、光源１２の発光動作を制御し、そして、光強度情報取得部４０及び演算処理部６０の動作を制御してもよい。
制御装置８０は、記憶装置５０及び演算処理部６０を含んでいてもよい。なお、記憶装置５０は、種々のデータを一時記憶する機能を有する。記憶装置５０は、例えば、測定光の光強度情報を、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位情報（位相変調部２０の複屈折位相差及び主軸方位情報）と対応付けて記憶してもよい。
制御装置８０は、また、制御信号生成部７０を含んでいてもよい。そして、制御装置８０は、同期制御部をさらに含んでいてもよい。同期制御部は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、検光子３０を連続的に回転させて光強度情報を取得する場合に、これらの光学素子の回転を同期させるための制御を行う。同期制御部は、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、検光子３０の主軸方位情報に基づいて同期制御信号を生成し、駆動部の動作を制御するように構成されていてもよい。
なお、計測装置１は、特に制御装置８０（演算処理部６０）において、コンピュータを利用した処理が可能である。ここで、コンピュータとは、プロセッサ（処理部：ＣＰＵ等）、メモリ（記憶部）、入力装置、及び、出力装置を基本的な構成要素とする物理的装置（システム）を言う。
図４には、計測装置１を構成する、演算処理システムの機能ブロックの一例を示す。
処理部１１０は、情報記憶媒体１３０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち情報記憶媒体１３０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）が記憶される。
処理部１１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。
記憶部１２０は、処理部などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。
情報記憶媒体１３０（コンピュータにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。
情報記憶媒体１３０に格納されたプログラムに基づいて、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の回転比が設定され、光源１２の発光動作が制御されてもよい。
表示部１４０は、本計測装置で得られた情報を、画像として表示する機能を有していてもよい。表示部１４０は、既に公知となっているいずれかのハードウェアを適用してもよい。
（２）光学特性計測原理
次に、本実施の形態に係る光強度特性計測装置が採用する、光学特性計測原理を説明する。
次に、本実施の形態に係る光強度特性計測装置が採用する、光学特性計測原理を説明する。
２−１：測定光の光強度の理論式
位相変調部２０に入射する入射光のストークスパラメータをＳ０とし、入射光を位相変調部２０で変調させることによって得られる変調光のストークスパラメータをＳとすると、当該Ｓは次式で表すことができる。
位相変調部２０に入射する入射光のストークスパラメータをＳ０とし、入射光を位相変調部２０で変調させることによって得られる変調光のストークスパラメータをＳとすると、当該Ｓは次式で表すことができる。
なお、Ｐ０°は、主軸方位を０°に設定した偏光子２２のミュラー行列である。また、Ｈθ１は、第１の１／２波長板２４のミュラー行列であり、θ１はその主軸方位である。また、Ｑ４５°は、主軸方位を４５°に設定した１／４波長板２６のミュラー行列である。そして、Ｈθ２は、第２の１／２波長板２８のミュラー行列であり、θ２はその主軸方位である。なお、偏光子２２及び１／４波長板２６は、主軸方位の角度差が４５°の奇数倍になるように設置してもよい。
位相変調部２０で任意の偏光状態を与えられた光（変調光）は、未知の複屈折位相差Δと主軸方位φを持つ試料１００でさらに変調され（試料１００を透過又は試料１００で反射し）、検光子３０を透過し、測定光として受光部１４で受光される。図１に示す光学系１０のミュラーマトリクスは、次式であらわせる。
なお、ＸΔ，φは試料１００のミュラー行列であり、Δ，φは、それぞれ、試料１００の複屈折位相差及び主軸方位である。そして、Ａθ３は、検光子３０のミュラー行列であり、θ３はその主軸方位である。
これを光強度Ｉについて整理すると、
ここで、θ３＝２θ２＋４５°とすると、式（Ａ）は、
となる。
さらに、Δ≪１とすると、式（Ａ１）は、
と変形することができる。
ここで、三角関数の合成公式を用いると、式（Ａ２）は、
となる。
ここで、Δ≪１としたため、式（Ａ３）は、
と変形することができる。
２−２：試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φの算出原理
式（Ａ）〜式（Ｂ）を見ると、測定光の光強度Ｉは、Δ，φ、及び、θ１，θ２（θ３）の関数で表せることがわかる。
式（Ａ）〜式（Ｂ）を見ると、測定光の光強度Ｉは、Δ，φ、及び、θ１，θ２（θ３）の関数で表せることがわかる。
ところで、光強度Ｉは、光強度情報取得部４０によってその値を知ることができる。また、θ１，θ２，θ３の各値は、検出部（駆動・検出部７２，７４，７６）を利用して、あるいは、予めプログラムされた情報によって、既知の値とすることができる。すなわち、式（Ａ）〜式（Ｂ）は、それぞれ、Δ，φを未知数として含む関数であると捉えることができる。
そして、光学系１０を構成する光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８、及び、検光子３０）の主軸方位が変わると、θ１，θ２，θ３の値が変化し、光強度Ｉの値も変化する。すなわち、光強度は、θ１，θ２，θ３の各値を反映しているといえる。そのため、式（Ａ）に、複数の光強度情報と、対応する光学素子の主軸方位情報とを代入することで、Δ，φの関係を表す複数の関係式を導出することができる。
そして、Δ，φの関係を表す複数の関係式を連立させて、Δ，φについて解けば、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出することができる。なお、これらの関係式を利用して、複屈折位相差Δ及び主軸方位φのいずれか１つのみを算出してもよい。
なお、光学系１０や試料に条件を設定することで、式（Ａ）〜式（Ｂ）に示すように、光強度の理論式を変形（単純化）することができる。これにより、Δ，φの関係式を単純することが可能になるため、演算処理手順を簡素化することができ、演算処理速度を速めることができる。また、例えば式（Ｂ）を利用して計測を行うと、θ３を利用せずに計測を行うことができる。そのため、計測に必要なパラメータを減らすことができるので、演算処理速度を速めることができる。
（３）光特性計測手順
次に、本実施の形態に係る光特性計測装置による、光特性計測手順について説明する。
次に、本実施の形態に係る光特性計測装置による、光特性計測手順について説明する。
図５及び図６には、本実施の形態に係る光特性計測装置の動作フローチャートを示す。
３−１：光強度情報取得手順
図５は、光強度情報取得手順のフローチャートである。
図５は、光強度情報取得手順のフローチャートである。
光強度情報取得手順では、まず、光学系１０を構成する光学素子の主軸方位を設定する（ステップＳ１０）。
この状態で、光源１２から光を出射し、光学素子及び試料１００によって変調された測定光を、受光部１４で受光する。そして、光強度情報取得部４０で、受光部１４が受光した測定光の光強度情報を取得する（ステップＳ１２）。
なお、ステップＳ１２の前のいずれかに、光学系１０の光路Ｌ上に、試料１００を設けるステップを行ってもよい。当該ステップは、光学素子の主軸方位を設定するステップの前後のいずれに行ってもよい。
計測装置１では、これらのステップで、第１〜第ＫのＫ個の測定光の光強度情報を取得する。ここで、第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とは、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位のいずれか１つが異なる光学系１０で得られる測定光の強度情報である。すなわち、光強度情報取得手順では、上記のステップＳ１０及びステップＳ１２を、光学素子（少なくとも第１及び第２の１／２波長板２４，２８）の主軸方位設定を変更して複数回行う。
詳しくは、計測装置１では、はじめに、光学系１０（光学素子の主軸方位）を第１の条件に設定して、第１の光強度情報を取得する。そして、記憶装置５０に、第１の条件（主軸方位情報）と第１の光強度情報とを対応付けして格納する。続いて、光学系１０を第２の条件に設定（変更）して、第２の光強度情報を取得し、記憶装置５０で、第２の条件と第２の光強度情報とを対応付けして格納する。以下、この動作を繰り返し、Ｋ個の主軸方位情報と、Ｋ個の光強度情報を取得し、それぞれを対応させて、記憶装置５０に格納する。
計測装置１では、光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８、及び、検光子３０）が連続的に回転する光学系１０を利用して、Ｋ個の光強度情報を取得してもよい。
なお、光学系１０の光学素子の主軸方位は、アクチュエータにより設定（変更）することができる。また、光学系の光学素子の主軸方位情報は、検出部で検出してもよく、予めプログラムされた情報に従ってもよい。
３−２：演算処理手順
図６は、演算処理手順のフローチャートである。演算処理手順では、光強度情報取得手順で取得された測定光の光強度情報と、測定光の理論式とに基づいて、試料１００の光学特性を算出する。
図６は、演算処理手順のフローチャートである。演算処理手順では、光強度情報取得手順で取得された測定光の光強度情報と、測定光の理論式とに基づいて、試料１００の光学特性を算出する。
演算処理手順では、はじめに、測定光の理論式（例えば式（Ａ））に、光強度情報と、光学素子の主軸方位情報とを代入し、試料１００の光学特性（複屈折位相差Δ及び主軸方位φ）と、測定光の光強度との関係を表す関係式を導出する（ステップＳ２０）。
なお、１つの光強度情報と、対応する１つの主軸方位情報とから、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φの関係を表す関係式を１つ導出することができる。すなわち、Ｋ個の光強度情報と、対応するＫ個の主軸方位情報とを利用すれば、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φの関係を表す複数の関係式を導出することができる。
そして、複数の関係式を解くことによって、試料１００の光学特性（複屈折位相差Δ、及び、主軸方位φ）を算出する（ステップＳ２２）。
（４）試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出する演算の具体例
以下、本実施の形態に係る計測装置に適用可能な、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出する演算の一例を示す。
以下、本実施の形態に係る計測装置に適用可能な、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出する演算の一例を示す。
４−１：本具体例で利用する光強度の理論式
上述したように、受光部１４で受光された測定光の光強度の理論式は、Δ≪１、θ３＝２θ２＋４５°の条件で、式（Ｂ）と表すことができる。
上述したように、受光部１４で受光された測定光の光強度の理論式は、Δ≪１、θ３＝２θ２＋４５°の条件で、式（Ｂ）と表すことができる。
そして、位相変調部２０の複屈折位相差及び主軸方位を、それぞれ、δ，θとすると、式（Ｂ）は、これと等価な式である。
本具体例では、式（Ｃ）あるいは、これと等価な式（Ｂ）を利用して、光強度情報Ｉ及び位相変調部２０の主軸方位θ及び複屈折位相差δ（第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位情報θ１，θ２）に基づいて、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出する。なお、本具体例では、θ３＝２θ２＋４５°の条件を満たす光学系１０で得られる測定光の光強度情報に基づいて、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出する。
４−２：式（Ｂ）の物理的な意味の考察と、式（Ｃ）への変換
光学系１０の物理的な意味を考察するため、図７に示す、バビネ・ソレイユ補償器ＢＳＣを用いた複屈折計測の光学系１１と対比する。
光学系１０の物理的な意味を考察するため、図７に示す、バビネ・ソレイユ補償器ＢＳＣを用いた複屈折計測の光学系１１と対比する。
光学系１１では、光源１２から出射された光強度Ｉ０の光は４５°に設置された偏光子Ｐを通り、４５°の直線偏光となる。その後、９０°に設置された１／４波長板Ｑで右円偏光となった光は、バビネ・ソレイユ補償器ＢＳＣによって任意の位相差δと楕円主軸方位θを与えられる。そして、試料を透過し、θ＋４５°に設置された検光子Ａを透過後、受光部１４で受光され、光強度が検出される。これらの関係をミュラーマトリクスを用いて計算すると、次式で表せる。
式（４）においてΔ≪１とすると、検光子Ａから出射された光の光強度Ｉ（光学系１１で得られる測定光の光強度）は、
ところで、光学系１１において、偏光子Ｐ、１／４波長板Ｑ、及び、バビネ・ソレイユ補償器ＢＳＣをあわせて位相変調器２１ととらえると、位相変調器２１は、複屈折位相差がδで主軸方位がθの位相変調器とみなすことができる。
そのため、光学系１０の位相変調部２０の複屈折位相差をδとし、主軸方位をθとすると、光学系１０は、光学系１１の位相変調器２１を位相変調部２０に置き換えた等価な光学系ととらえることができ、式（Ｂ）及び式（５）も等価な式ととらえることができる。
そして、式（Ｂ）と式（５）とを対比すると、位相変調部２０の複屈折位相差δ及び主軸方位θと、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の回転角θ１，θ２との間には、次式の関係が成立する。
このことから、光学系１０において、位相変調部２０の複屈折位相差δと主軸方位θは、二枚の１／２波長板（第１及び第２の１／２波長板２４，２８）の回転角θ１，θ２によって独立に変調することができることがわかる。
なお、このことは、後述する測定結果を示す図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）からも確認することができる。
４−３：式（Ｃ）に基づいた具体的な演算処理
以下、式（Ｃ）に基づく、具体的な演算処理について説明する。なお、ここでは、試料１００の偏光特性（複屈折）による位相変化を検出する手法として位相シフト法を用いる。位相シフト法とは、位相変調部２０によって与えられる複屈折位相差δiをi回変化させることで位相成分（Φ）を求める方法である。ただし、以下の演算手法は、計測装置１に適用可能な演算処理の一例であって、本発明は、これに限られるものではない。
以下、式（Ｃ）に基づく、具体的な演算処理について説明する。なお、ここでは、試料１００の偏光特性（複屈折）による位相変化を検出する手法として位相シフト法を用いる。位相シフト法とは、位相変調部２０によって与えられる複屈折位相差δiをi回変化させることで位相成分（Φ）を求める方法である。ただし、以下の演算手法は、計測装置１に適用可能な演算処理の一例であって、本発明は、これに限られるものではない。
上述した式（Ｃ）は、
と置き換えることができる。
なお、実測される光強度には、振幅及びバイアス成分が含まれることがあるため、ここでは、これを考慮した式を導入した。
また、式（Ｃ）から式（６）への変換に際して、位相Φθを、
とした。
なお、式（６）より、位相Φθは、
と表すことができる。
式（６）での位相変調部２０における位相差δiをＮ回変化させたものとし、誤差を含む実測値I´iと式（６）の理論値Iiとを近似し、ａ０，ａ１，ａ２を決めることにより、位相Φθを求める。ここでは、最小自乗法により
式（１１）は、行列を用いると、次式のように表せる。
式（１２）の逆行列を求めれば、ａ１，ａ２は、次式のように得られる。
そして、式（８）及び式（１３）から、位相差Φθは、
となる。
次に示す表１には、複屈折位相差δｉ（＝４θ１）及び、主軸方位θ（＝２θ２）の具体的な設定値の一例と、これを実現するための第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位θ１，θ２の設定値の一例を示す。
なお、表１では、複屈折位相差δｉ（＝４θ１）は５個の設定値（０°，７２°，１４４°，２１６°，２８８°：Ｌ＝５）のいずれかをとり、主軸方位θ（＝２θ２）は４個の設定値（０°，４５°，９０°，１３５°：Ｍ＝４）のいずれかをとる。そして、それぞれの複屈折位相差δ及び主軸方位θを組み合わせたＬ×Ｍ通りの条件に設定された光学系１０を利用して、Ｌ×Ｍ個（＝Ｋ個）の測定光の光強度情報を取得する。
ここで、位相変調部２０の主軸方位θを固定し、複屈折位相差δｉを、０°，７２°，１４４°，２１６°，２８８°としたときの光学系１０で得られる光強度を、それぞれ、Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、Ｉ０〜Ｉ４の各値は実測値として知ることができる。
式（６）のＩｉにＩ０〜Ｉ４の各値を代入し、δｉに、０°，７２°，１４４°，２１６°，２８８°の各値を代入すれば、Φθ及びα，βの関係を表す関係式を複数導出することができる。そして、複数の関係式を解くことによって、Φθを算出することができる。
以上の手順を、位相変調部２０の主軸方位θを０°，４５°，９０°，１３５°の各値に設定して行うことで、Φ０，Φ４５，Φ９０，Φ１３５の各値を算出することができる。
次に、Φ０，Φ４５，Φ９０，Φ１３５の各値を利用して、試料１００の複屈折位相差Δと、主軸方位φとを算出する手順について説明する。ここでは、位相Φθが位相変調部２０の方位θ（＝２θ２）に対して変化することを利用し、Φθ中に含まれる複屈折位相差Δ及び主軸方位φを求める。
式（１６）のθに０°，４５°，９０°，１３５°を代入（θ２に0°，22.5°，45°，67.5°を代入）すると、式（１６）から、
を導出することができる。
なお、Φ´ ０，Φ´ ４５，Φ´ ９０，Φ´ １３５の各値は、Φ０，Φ４５，Φ９０，Φ１３５の各値、及び、式（１５）式（１６）から算出可能である。
式（１７）を連立させると、
となり、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出することができる。
なお、ここまで、位相シフト法の１つである４ステップ位相シフト法（Ｍステップ位相シフト法）に基づく演算手法について説明したが、これとは別に、局所サンプリング法に基づいて演算処理を行ってもよい。
例えば、上述のδの設定値に対して３６°の初期位相（θ１に対して９°の初期位相）を与えると、δ＝３６°，１０８°，１８０°，２５２°，３２４°となり、複屈折位相差δが、１８０°を中心に等間隔に設定される。そのため、Σsinδｉが０になり、式（１４）は、より簡便な次式に変換することができる。
例えば、１８０°を中心としたサンプリングでは、δ＝３６°，１０８°，１８０°，２５２°，３２４°と変化させ、図８のようにサンプリングを行うことができる。
ここで、図中に示す光強度の正弦波はサンプルのもつ複屈折によって位相変化が生じており、θ=0°のときのサンプリング点を○、θ=45°のときのサンプリング点を●、θ=90°のときのサンプリング点を□、θ=135°のときのサンプリング点を■で表す。
そして、検出されたそれぞれの光強度I’iを式（１８）に代入することによって、Φ0，Φ45，Φ90，Φ135を算出することができる。
なお、Φθ（Φ０，Φ４５，Φ９０，Φ１３５）を算出した後は、同様の手順によって、試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを得ることができる。
４−４：式（Ｃ）に基づいて演算処理を行うために必要なデータの条件
上述した式（Ｃ）に基づいて（位相シフト法を利用して）正確な演算処理を行うためには、適当な条件を満たす光強度情報（データ）を取得する必要がある。すなわち、位相シフト法によると、１つの位相Φθ１を算出するためには、位相変調部２０の主軸方位がθ１（一定）で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られる複数の測定光（Ｌ個の測定光）の光強度情報が必要である。また、位相Φθ２を算出するためには、位相変調部２０の主軸方位がθ２で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られる複数の測定光（Ｌ個の測定光）の光強度情報が必要である。このことから、すべての位相Φ１〜ΦＭを算出するためには、位相変調部２０が、主軸方位がθ１〜θＭの各値で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られるＬ×Ｍ個の測定光の光強度情報が必要であることがわかる。
上述した式（Ｃ）に基づいて（位相シフト法を利用して）正確な演算処理を行うためには、適当な条件を満たす光強度情報（データ）を取得する必要がある。すなわち、位相シフト法によると、１つの位相Φθ１を算出するためには、位相変調部２０の主軸方位がθ１（一定）で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られる複数の測定光（Ｌ個の測定光）の光強度情報が必要である。また、位相Φθ２を算出するためには、位相変調部２０の主軸方位がθ２で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られる複数の測定光（Ｌ個の測定光）の光強度情報が必要である。このことから、すべての位相Φ１〜ΦＭを算出するためには、位相変調部２０が、主軸方位がθ１〜θＭの各値で、かつ、位相変調部２０の複屈折位相差がδ１〜δＬの各値に設定された光学系１０で得られるＬ×Ｍ個の測定光の光強度情報が必要であることがわかる。
まとめると、位相変調部２０の複屈折位相差δの値がＬ個設定され、位相変調部２０の主軸方位θの値がＭ個設定されている場合に、すべてのΦθを算出するためには（位相シフト法を利用して試料１００の複屈折位相差Δ及び主軸方位φを算出するためには）、Ｌ×Ｍ個の測定光の光強度情報が必要である。そして、Ｌ×Ｍ個の測定光とは、それぞれ、位相変調部２０が、複屈折位相差δがＬ個の設定値のいずれかであり、かつ、主軸方位θがＭ個の設定値のいずれかである光学系１０で得られる光である。
この条件を満たす測定光の光強度情報を取得するためには、例えば、位相変調部２０の主軸方位を第１の値に固定した状態で複屈折位相差を第１の値〜第Ｌの値まで順次変えて光強度情報を取得し、次いで、位相変調部２０の主軸方位を第２の値に固定した状態で複屈折位相差を第１の値〜第Ｌの値まで順次変えて光強度情報を取得する。この動作を、位相変調部２０の主軸方位が第Ｍの値に至るまで繰り返すことで、位相シフト法による演算に必要な光強度情報をすべて取得することができる。
なお、光学系１０によると、位相変調部２０の複屈折位相差δ及び主軸方位θは、それぞれ、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位（回転角）を変えることで変更することができる。そのため、計測装置１によると、バビネ・ソレイユ補償器を利用する場合に比べ、位相変調部２０の複屈折位相差δ及び主軸方位θの設定を容易に行うことができるため、信頼性の高い計測を、効率よく高速に行うことが可能になる。
４−５：計測をさらに高速に行うためのアルゴリズム
上述したように、計測装置１によると、従来の計測装置に比べて高速に計測を行うことができるが、上記の手順によると、位相変調部２０の複屈折位相差δ又は主軸方位θの設定値を一定時間固定して計測を行う。すなわち、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の少なくとも一方は、回転と静止を繰り返すことになる。これに対して、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を連続的に回転させながら計測を行うことができれば、上記の手順に比べて、計測速度をさらに大幅に高めることができる。
上述したように、計測装置１によると、従来の計測装置に比べて高速に計測を行うことができるが、上記の手順によると、位相変調部２０の複屈折位相差δ又は主軸方位θの設定値を一定時間固定して計測を行う。すなわち、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の少なくとも一方は、回転と静止を繰り返すことになる。これに対して、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を連続的に回転させながら計測を行うことができれば、上記の手順に比べて、計測速度をさらに大幅に高めることができる。
ところで、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を、同じ回転比（各速度）で連続的に回転させると、例えば表２に示すように、複屈折位相差δと主軸方位θとの組み合わせが重複するため、必要なデータをすべて取得することができない。
また、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を、４：６の回転比で連続的に回転させると、例えば表３のように、２方位でのみ位相差の組み合わせが異なることになるため、必要なデータをすべて取得することができない。
これに対して、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を、４：５の回転比で連続的に回転させると、表１に示すように、重複する組み合わせが出現しないことから、必要なデータをすべて取得することができる。
あるいは、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を、８：３の回転比で連続的に回転させた場合にも、表４に示すように、重複する組み合わせが出現しないことから、必要なデータをすべて取得することができる。
これらを一般化すると、複屈折位相差φの設定値の個数であるＬと、主軸方位θの設定値の個数であるＭとが互いに素の整数である場合に、連続的に回転する第１及び第２の１／２波長板２４，２８によって必要なデータをすべて取得することが可能になる。
そして、複屈折位相差φを３６０°周期とし、主軸方位θを１８０°周期と考え、複屈折位相差φ及び主軸方位θを、それぞれ等間隔に設定すると、位相変調部２０が第１及び第２の１／２波長板２４，２８をＭ：Ｌの回転比で連続的に回転させれば、複屈折位相差φがＬ個の値のいずれかをとり、主軸方位θがＭ個の値のいずれかをとる、Ｌ×Ｍ個の測定光の光強度情報を取得することができる。
すなわち、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を、互いに素の整数比で回転させることによって、第１及び第２の１／２波長板２４，２８が連続的に回転する光学系１０によって、位相シフト法による解析に適したデータ（複数の光強度情報）をすべて取得することができる。
なお、位相シフト法による解析を行う場合、先に説明した通り、第２の１／２波長板２８と検光子３０との主軸方位が、θ３＝２θ２＋４５°の関係を満たす光学系１０を利用する。そのため、第１及び第２の１／２波長板２４，２８を連続的に回転させて光強度情報を取得する場合には、検光子３０も、上記の関係式を満たすように回転させて（すなわち、検光子３０を、第２の１／２波長板２８の２倍の回転比で回転させて）光強度情報取得手順を行う。
４−５：第１及び第２の１／２波長板２４，２８及び検光子３０の同期制御
上述のように、第１及び第２の１／２波長板２４，２８が連続的に回転する光学系１０によって光強度情報を取得する場合には、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、並びに検光子３０を、同期させる必要がある。
上述のように、第１及び第２の１／２波長板２４，２８が連続的に回転する光学系１０によって光強度情報を取得する場合には、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、並びに検光子３０を、同期させる必要がある。
すなわち、第１及び第２の１／２波長板２４，２８の主軸方位が一致したときに検光子３０の主軸方位が４５°となるように、第１及び第２の１／２波長板２４，２８及び検光子３０を同期させると、解析に適した光強度情報を取得することが可能になる。
これらの同期制御を行う方法は特に限られるものではない。例えば、第２の１／２波長板２８の主軸方位を基準にして同期制御を行ってもよい。すなわち、第１及び第２の１／２波長板２４，２８及び検光子３０を所定の回転比で回転させ、第１及び第２の駆動・検出部７２，７４を利用して、第２の１／２波長板２８の主軸方位θ２が０°となったとき（偏光子２２の主軸方位と一致したとき）の、第１の１／２波長板２４の主軸方位θ１を検出する。そして、第１の駆動・検出部７２（アクチュエータ）に検出された差分に対応する電圧を与えることで、第１の１／２波長板２４の主軸方位θ１をずらし、第１の１／２波長板２４を、第２の１／２波長板２８に同期させる。同様に、第２及び第３の駆動・検出部７４，７６を利用して、第２の１／２波長板２８の主軸方位θ２が０°となったときの、検光子３０の主軸方位θ３を検出する。そして、第３の駆動・検出部７６（アクチュエータ）に、検出された差分に対応する電圧を与えることで、検光子３０の主軸方位θ３をずらし、検光子３０を、第２の１／２波長板２８に同期させる。
図９には、これらの同期制御を含む、計測装置１を利用した計測手順を説明するためのフローチャート図を示す。
はじめに、サンプリング点数及び初期位相を決定する（ステップＳ３０）。なお、サンプリング点数を決定すると、モータ（アクチュエータ）の回転比を決定することができる。
そして、モータを、決定された回転比で動作させる（ステップＳ３２）。すなわち、回転比に応じた電圧をモータに印加することによって、モータを動作させる。
そして、モータを同期させる（ステップＳ３４）。これにより、第１及び第２の１／２波長板２４，２８、並びに、検光子３０の主軸方位を同期させる（ステップＳ３４）。
モータを同期させるステップの終了後、光路Ｌに試料１００を配置し（ステップＳ３５）、試料１００の変更特性要素を計測する。
すなわち、光路Ｌ上に試料１００を設置し（ステップＳ３５）、光強度情報を取得する（ステップＳ３６）。
そして、計測に必要なすべてのデータ（光強度情報及び主軸方位情報）を取得したか判断する（ステップＳ３８）。すべてのデータが揃っていない場合（ステップＳ３８におけるＮｏの場合）には、光強度情報取得手順を繰り返す。そして、すべてのデータが揃った場合（ステップＳ３８におけるＹｅｓの場合）には、偏光特性要素を算出するための演算処理を行う（ステップＳ４０）。
そして、計測を続けるか否かについて判断する（ステップＳ４２）。計測を続ける場合には、光強度情報取得手順（ステップＳ３６）から、同様の手順を繰り返す。なお、モータを同期させるまでのステップ（ステップＳ３０〜ステップＳ３４）は、一度設定すれば足るので、これを繰り返す必要はない。
（５）データの補正
先に説明したように、本実施の形態では、式（Ｂ）を導出する際にΔ≪１との近似を利用した。そのため、Δ≪１を満たさない試料を計測する場合には、正しい計測結果を得られない事態が生じうる。
先に説明したように、本実施の形態では、式（Ｂ）を導出する際にΔ≪１との近似を利用した。そのため、Δ≪１を満たさない試料を計測する場合には、正しい計測結果を得られない事態が生じうる。
しかし、複屈折位相差Δ及び主軸方位φを求める際に用いたΦ´のアークタンジェントを取ってデータの補正を行うことで、Δ≪１を超える試料に対しても、正確な計測を行うことができる。
図１０は、データの補正を行わなかった場合と、データの補正を行った場合との測定値を示す図である。図１０の○が示すように、データの補正を行わない場合、複屈折位相差Δが６０°を超える範囲（Δが１ｒａｄを超える範囲）で、測定値と設定値との差が大きくなる。しかし、アークタンジェントを取ってデータの補正を行うと、図１０の●が示すように、複屈折位相差Δの範囲に拘らず、設定値に等しい測定値を得ることができる。そのため、データの補正を行うことで、計測可能な試料の条件を緩和することができ、かつ、計測結果の信頼性を高めることができる。
なお、生体試料は、通常、複屈折位相差が３０°以下である。すなわち、生体試料の場合には、データの較正作業を行わなくても、精度の高い測定結果を得ることができる（図１０参照）。そのため、本発明に係る光学特性計測装置を生体試料の計測に適用する場合には、較正作業が不要になるため、さらに短時間での演算処理が可能になる。
（６）キャリブレーション
次に、実際の装置で計測を行う場合に適用可能な装置キャリブレーションについて説明する。
次に、実際の装置で計測を行う場合に適用可能な装置キャリブレーションについて説明する。
実際に装置で計測を行う場合、光学素子による偏光状態の変化や光軸調整時の誤差が生じる。そのため、上述の解析を行うだけでは、実験光学系の持つ複屈折から生じる誤差は補償されていない。そこで、装置の持つ複屈折を取り除き、試料１００の複屈折のみを検出するためにキャリブレーションを行う。複屈折Ｒは大きさ（複屈折位相差Δ）と向き（主軸方位φ）を持つベクトル量であることから、試料の複屈折の方位と装置の複屈折の方位とが一致していない場合、次式に示すように、ベクトルによる減算を行う必要がある。ここで、添え字のｓはサンプルの値、ｍは計測値、ｎは装置のみの値とする。
このような方位を考慮した計算を行うためには、単純に複屈折位相差と主軸方位の結果を減算するのではなく、方位の情報も含んだ位相変化の段階で補正を行う必要がある。
まず、試料を何も入れない状態で位相差を与え、光強度の変化を検出すれば、検出された光強度より位相変化Φθを得ることができる。例えば、方位θを0, π/4, π/2, 3π/4と変化させることにより位相変化Φn0, Φn1, Φn2, Φn3を得る。これをヌルの状態での位相とする。ヌルの位相には装置のもつ複屈折の大きさと向きの情報が含まれている。次に、試料１００を置き、同様に位相Φm0, Φm1, Φm2, Φm３を求める。この位相には装置と試料両方の複屈折情報が含まれている。そして、これらの位相から試料１００のみによる位相変化Φｓ0, Φｓ1, Φｓ2, Φｓ3を求める。具体的には、次式に示すように、各方位で位相の減算を行うことによって、試料１００のみによる位相変化を算出することができる。
位相ごとの減算によるキャリブレーションを行うことにより、光学系の持つ複屈折と試料の持つ複屈折とを量（スカラー）として扱うのではなく、方位も考慮したベクトルとしてとらえることができる。そのため、試料の複屈折が微小な場合でも、高精度な計測が可能になる。
（７）計測結果
図１１（Ａ）〜図１２（Ｂ）に、本実施の形態に係る光学特性計測装置の計測結果を示す。
図１１（Ａ）〜図１２（Ｂ）に、本実施の形態に係る光学特性計測装置の計測結果を示す。
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、回転型位相変調器（位相変調部２０）によって変調される複屈折位相差δと楕円主軸方位θが、回転角に対して線形に変形する様子を示している。なお、図１１では、横軸は各素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８）の回転角とし、縦軸には複屈折位相差δと楕円主軸方位θの計測結果を示す。図１１（Ａ）を見ると、第１の１／２波長板２４の回転角θ１に対して主軸方位θが線形に変化していることがわかる。また、図１１（Ｂ）を見ると、第２の１／２波長板２８の回転角に対して複屈折位相差δが線形に変化していることがわかる。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、回転型位相変調器（位相変調部２０）を用い、高速複屈折アルゴリズムによる解析を行った計測結果を示す。ここでは、バビネ・ソレイユ補償器をサンプルとして用いて、計測装置の精度検定を行った。図１２（Ａ）は、校正複屈折位相差に対する複屈折位相差の計測値を示している。図１２（Ｂ）は、構成方位に対する主軸方位の計測値を示している。いずれも線形に変化しており、線形からのばらつきから、計測精度は、複屈折位相差で１．８８°、主軸方位で０．４７°であった。
そして、図１３（Ａ）〜図１４（Ｂ）には、本計測装置１を用いて得られた解析結果を示す。詳しくは、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、計測装置１を利用して鶏の深胸筋の断面を測定することで得られる、複屈折位相差及び主軸方位を示す。また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ、計測装置１を利用してプラスチックディスクの断面を測定することで得られる、複屈折位相差及び主軸方位を示す。計測装置１によると、図１３（Ａ）〜図１４（Ｂ）に示すように、測定対象を、面単位で解析した結果を、視覚的なデータとして得ることができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
例えば、光学系１０を構成する光学素子は、手動で、その主軸方位を変更可能に構成されていてもよい。この場合には、検出部によってその主軸方位情報を取得し、各種演算処理を行ってもよい。
本発明は、複屈折分布から、高分子の配向状態や残留応力を視覚化できるため、ガラスや樹脂等、透明体（レンズやガラス基板等の光学素子、プラスチックを用いた成形品）の製品検査に用いることができる。
また、顕微鏡型のシステムとすることで、生体組織の分子配向状態や内部応力を観察することができる。配向した分子から成る特定の部位を、染色や酵素処理などを行わずに検出することができるため、様々な組織片を扱う医療分析及び美容分野において利用することができる。
さらに、計測を高速化させることにより、製品加工時の応力状態や、運動する生体試料の内部応力状態の動的モニタリングが可能になる。
特に、本発明によると、光学素子（第１及び第２の１／２波長板２４，２８、検光子３０）が連続的に回転する光学系を利用して、光学特性要素の計測を行うことができる。そのため、光強度情報取得手順にかかる時間を短縮することができる。このことから、本発明によると、生体試料などの逐次的に状態を変化させる試料の様子をリアルタイムに計測することが可能な計測装置を提供することができる。
１…計測装置、 １０…光学系、 １１…光学系、 １２…光源、 １４…受光部、 １５…受光素子、 ２０…位相変調部、 ２１…位相変調器、 ２２…偏光子、 ２４…第１の１／２波長板、 ２６…１／４波長板、 ２８…第２の１／２波長板、 ３０…検光子、 ４０…光強度情報取得部、 ５０…記憶装置、 ６０…演算処理部、 ７０…制御信号生成部、 ７２…第１の駆動・検出部、 ７４…第２の駆動・検出部、 ７６…第３の駆動・検出部、 ８０…制御装置、 １００…試料、 １１０…処理部、 １２０…記憶部、 １３０…情報記憶媒体、 １４０…表示部
Claims (6)
- 測定対象の光学特性を計測する光学特性計測装置において、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得部と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理部と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理部では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う光学特性計測装置。 - 請求項１記載の光学特性計測装置において、
前記第１の偏光子、前記第１及び第２の１／２波長板、並びに、前記１／４波長板は位相変調部を構成し、
前記第１〜第Ｋの測定光は、前記位相変調部の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方が異なる前記光学系で得られる測定光である光学特性計測装置。 - 請求項２記載の光学特性計測装置において、
前記第１〜第Ｋの測定光は、それぞれ、前記位相変調部が、複屈折位相差の値がＬ（Ｌは２以上の整数）個の設定値のいずれかで、かつ、前記主軸方位の値がＭ（Ｍは２以上の整数）個の設定値のいずれかであるＬ×Ｍ通りの前記光学系のいずれかで得られる測定光である光学特性計測装置。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学特性計測装置において、
前記光強度情報取得部では、
前記第１及び第２の１／２波長板が所与の回転比で連続的に回転する前記光学系で得られる前記測定光の光強度情報を取得する光学特性計測装置。 - 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学特性計測装置において、
前記第１及び第２の１／２波長板を回転駆動させる第１及び第２のアクチュエータと、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位を検出する第１及び第２の検出部と、
前記第１及び第２のアクチュエータの動作を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
をさらに含み、
前記制御信号生成部は、前記第１及び第２の検出部からの検出信号に基づいて、前記制御信号を生成する光学特性計測装置。 - 測定対象の光学特性を計測する光学特性計測方法において、
光学系に含まれる少なくとも５個の光学素子及び前記測定対象によって変調された測定光の光強度情報を取得する光強度情報取得手順と、
前記測定光の光強度の理論式と、前記測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う演算処理手順と、
を含み、
前記少なくとも５個の光学素子は、第１及び第２の偏光子、第１及び第２の１／２波長板、並びに、１／４波長板を含み、かつ、少なくとも前記第１及び第２の１／２波長板が回転可能に構成されてなり、
前記測定光は、光源から出射された所与の波長の光を、前記第１の偏光子、前記第１の１／２波長板、前記１／４波長板、並びに、前記第２の１／２波長板を介して前記測定対象に入射させ、前記測定対象によって変調された前記光を、前記第２の偏光子を介して受光部に入射させることで得られる光であり、
前記光強度情報取得手順では、
前記第１及び第２の１／２波長板の主軸方位の少なくとも一方が異なる第１〜第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の主軸方位条件を満たす前記光学系で得られる第１〜第Ｋの前記測定光の光強度情報を取得し、
前記演算処理手順では、
前記測定対象の複屈折位相差及び主軸方位の少なくとも一方を変数として含む、前記少なくとも５個の光学素子の主軸方位を反映した第１〜第Ｋの前記光強度の理論式と、前記第１〜第Ｋの測定光の光強度情報とに基づいて、前記測定対象の複屈折位相差、及び、主軸方位の少なくとも一方を算出する演算処理を行う光学特性計測方法。
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