双折射测定装置以及双折射测定方法与流程

本发明涉及对双折射介质的双折射进行测定的双折射测定装置以及双折射测定方法。

背景技术：

作为测定双折射介质的双折射的方法，正交尼科尔法已为人所熟知。在该方法中，一边使彼此正交的偏振器以及检偏器与配置在它们之间的作为测定对象物的双折射介质相对地旋转，一边测定透射过偏振器、测定对象物以及检偏器的光的强度iout(θ)，并通过下式求出测定对象物的双折射δn。

[数学式1]

其中，iin是从偏振器侧入射的光的强度，θ是测定对象物的相对的旋转角度，d是测定对象物的厚度。此外，由双折射δn与厚度d之积表示的δnd是波长为久的光通过测定对象物时在非常光成分与常光成分之间产生的光程差，由于该光程差而产生相位差δ。

[数学式2]

像这样，根据通过了厚度为d的测定对象物的光的相位差δ可导出双折射δn，因此双折射测定与相位差测定是等同的，有时也被称为双折射相位差测定。

然而，该方法需要使偏振器以及检偏器与测定对象物相对地旋转至少180°，因而存在如下问题，即，测定需要耗费时间，并需要大规模的旋转机构。因此，提出了利用偏振器生成圆偏振光并入射到测定对象物，从而只使末端的检偏器旋转的旋转检偏器法，但是依然需要旋转机构。

为了解决该问题，也提出了各种不需要旋转机构的方法。例如，在专利文献1中，提出了双折射测定装置100(参照图15)，其具备：对测定对象物20照射偏振光l10的单元；将透射过测定对象物20的偏振光l11分割为3个的分束器101、102；使被分割为3个的偏振光l11的在特定方向上振动的成分通过的检偏器103、104、105；测定透射过各检偏器103、104、105的光的强度的受光器106、107、108；以及根据由各受光器106、107、108得到的结果来求出偏振光l11的椭圆轨道的计算机等运算装置109。在该双折射测定装置100中，检偏器103与104的角度相差45°，且检偏器103与105的角度相差90°。

根据双折射测定装置100，根据偏振光l10的已知的偏振状态与由运算装置109求出的偏振光l11的偏振状态的关系，能够求出测定对象物20的双折射δn。

此外，在专利文献2中，提出了一种双折射测定装置200(参照图16)，对测定对象物20照射具有已知的偏振状态的光束(例如，圆偏振光l20)，通过偏振器阵列201和区域传感器202(例如，cmos摄像机)来检测透射光l21的偏振状态。如图16(b)所示，偏振器阵列201由在xy方向上连续的多个偏振器组件203构成，各偏振器组件203由透射轴的方位彼此不同的4×4＝16个偏振器构成。

在双折射测定装置200中，偏振器阵列201发挥双折射测定装置100中的检偏器103、104、105的作用，区域传感器202发挥受光器106、107、108的作用。此外，在双折射测定装置200中，不需要双折射测定装置100中的分束器101、102。因此，根据双折射测定装置200，能够以比双折射测定装置100简单的结构对测定对象物20的双折射δn的二维分布进行测定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-71458号公报

专利文献2：日本特开2007-263593号公报

非专利文献

非专利文献1：akiraemoto，masayanishi，makotookada，sayakamanabe，shinjimatsui，nobuhirokawatsuki，andhiroshiono，″formbirefringenceinintrinsicbirefringentmediapossessingasubwavelengthstructure″，appliedoptics，10august2010，vol.49，no.23，p.4355-4361.

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，以往的双折射测定装置100在运算装置109中进行两个阶段的计算处理(基于受光器106、107、108的受光强度来计算基于椭圆函数的椭圆率以及计算相位差δ和双折射δn)，因此即使准备高性能的运算装置109也难以对时刻变化的双折射δn进行实时测定。此外，在对测定对象物20的一定程度大的区域的双折射δn的二维分布进行测定的情况下，换言之，在测定由测定对象物20产生的相位差δ的二维分布的情况下，在以往的双折射测定装置100中，需要将由受光器106、107、108得到的光强度分布彼此准确地进行位置对齐之后，由运算装置109求出相位差δ，因此还存在装置大型化、复杂化的问题。

此外，以往的双折射测定装置200并不是通过构成偏振器组件203的每个偏振器来测定透射光l21的偏振状态，而是通过偏振器组件203整体来测定透射光l21的偏振状态，因此不能对与每个偏振器对应的测定对象物20的微小区域的双折射δn进行微观测定。换言之，双折射测定装置200存在不适合对双折射δn的二维分布进行精细的测定的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于，提供一种能够通过无旋转机构的简单的结构来实时且精细地对测定对象物的双折射的二维分布进行测定的双折射测定装置以及双折射测定方法。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明所涉及的双折射测定装置构成为，具备：光束生成单元，生成光束；光束照射单元，使所述光束成为预先决定的偏振状态，并对测定对象物进行照射；成像光学系统，使透射过所述测定对象物的光束成像；偏振光衍射光栅，配置在所述成像光学系统的中途；摄像单元，生成与由所述成像光学系统成像的像的明暗相关的明暗信号；以及输出单元，输出与基于所述明暗信号而求出的、由于透射过所述测定对象物而产生的透射过所述测定对象物的光束中的相位差相关的信息，所述摄像单元生成由所述偏振光衍射光栅产生的多个衍射光之中的至少一个衍射光的像的所述明暗信号。

上述双折射测定装置的入射到所述测定对象物的光束例如是圆偏振光。

在该情况下，进一步优选为，所述摄像单元生成由所述偏振光衍射光栅产生的+1阶衍射光和-1阶衍射光之中的、在透射过所述测定对象物的光束是与入射到所述测定对象物的圆偏振光相同的圆偏振光的情况下变得最暗、且在透射过所述测定对象物的光束是与入射到所述测定对象物的圆偏振光反向旋转的圆偏振光的情况下变得最亮的一方衍射光的像的所述明暗信号。

上述双折射测定装置的所述偏振光衍射光栅例如是由石英板或透明树脂板构成的结构双折射偏振光衍射光栅。

所述偏振光衍射光栅例如由沿邻接方向排列的多个栅格单元构成，所述栅格单元分别由一维的条状栅格构成，邻接的所述栅格单元的栅格矢量的方向不同，使得在所述邻接方向上形成周期性结构。

在该情况下，所述条状栅格的周期优先为小于所述光束生成单元生成的光束的波长的0.6倍的值。

上述双折射测定装置的所述成像光学系统例如是4f光学系统。

在该情况下，将所述偏振光衍射光栅配置在所述测定对象物与所述摄像单元的中间位置即可。

此外，为了解决上述课题，本发明涉及的双折射测定方法构成为，具备：光束生成工序，生成光束；光束照射工序，使所述光束成为预先决定的偏振状态，并对测定对象物进行照射；成像工序，经由偏振光衍射光栅使透射过所述测定对象物的光束成像；信号生成工序，生成与通过所述成像工序而成像的像的明暗相关的明暗信号；以及输出工序，输出与基于所述明暗信号而求出的、由于透射过所述测定对象物而产生的透射过所述测定对象物的光束中的相位差相关的信息，在所述信号生成工序中，生成由所述偏振光衍射光栅产生的多个衍射光之中的至少一个衍射光的像的所述明暗信号。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够通过无旋转机构的简单的结构来实时且精细地对测定对象物的双折射的二维分布进行测定的双折射测定装置以及双折射测定方法。

附图说明

图1是本发明的第一实施例所涉及的双折射测定装置的概略结构图。

图2是第一实施例中的偏振光衍射光栅的表面的扫描型电子显微镜(sem)照片。

图3是示出第一实施例中的偏振光衍射光栅产生的±1阶衍射光的衍射效率与入射到偏振光衍射光栅的透射光的关系的曲线图。

图4是用于说明第一实施例所涉及的双折射测定装置的测定原理的图。

图5是关于第一实施例所涉及的双折射测定装置的测定例1的图，图5(a)是示出在测定例1中使用的测定对象物的结构的图，图5(b)是示出测定例1的测定结果的图。

图6是测定例1中的测定对象物的偏振光显微镜照片。

图7是示出第一实施例所涉及的双折射测定装置的测定例2的测定结果的图。

图8是测定例2中的测定对象物的偏振光显微镜照片。

图9是关于第一实施例所涉及的双折射测定装置的伦奇测试的图，图9(a)是示出所使用的装置的结构的图，图9(b)是所得到的明暗分布图像。

图10是本发明的第二实施例所涉及的双折射测定装置的概略结构图。

图11是示出第二实施例中的偏振光衍射光栅的结构的表面图。

图12是示出第二实施例所涉及的双折射测定装置的测定例3的测定结果的图。

图13是本发明的第三实施例所涉及的双折射测定装置的概略结构图。

图14是具备本发明涉及的双折射测定装置的膜检查装置的概略结构图。

图15是以往的双折射测定装置的概略结构图。

图16是以往的另一个双折射测定装置的概略结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的双折射测定装置以及双折射测定方法的实施例进行说明。

[第一实施例]

在图1示出本发明的第一实施例所涉及的双折射测定装置1a。如图1所示，双折射测定装置1a具备生成特定的偏振状态的激光l1的激光源2、从激光l1生成线偏振光l2的偏振器3、对线偏振光l2进行扩束的扩束器4、以及从扩束后的线偏振光l2生成顺时针方向的圆偏振光l3的1/4波长板5。从1/4波长板5出射的圆偏振光l3入射到测定对象物20。

激光源2相当于本发明的“光束生成单元”。激光源2向偏振器3射出波长为532nm的激光。

扩束器4由第一透镜4a和第二透镜4b构成。如图1所示，第二透镜4b的直径大于第一透镜4a的直径。扩束器4在保持偏振状态的状态下对线偏振光l2进行扩束。扩束器4与偏振器3以及1/4波长板5一同构成本发明的“光束照射单元”。

双折射测定装置1a还具备：使来自测定对象物20的透射光l4成像的成像光学系统10；配置在成像光学系统10的中途的偏振光衍射光栅8；生成与由成像光学系统10成像的像的明暗相关的明暗信号的cmos摄像机12；以及输出与基于明暗信号而求出的、以圆偏振光l3(入射光)为基准的透射光l4(出射光)中的非常光成分与常光成分之间的相位差δ相关的信息的显示器13。

成像光学系统10包括直径相等的第三透镜7和第四透镜9。测定对象物20与第三透镜7的距离、第三透镜7与偏振光衍射光栅8的距离、偏振光衍射光栅8与第四透镜9的距离、以及第四透镜9与cmos摄像机12的受光面的距离均为f。即，本实施例的成像光学系统10是4f光学系统。

偏振光衍射光栅8产生与通射过边长为3mm的方形的第一光圈6的透射光l4对应的多个衍射光。其中，包括+1阶衍射光l6和-1阶衍射光l7。偏振光衍射光栅8还产生0阶衍射光l5以及±2阶以上的高阶衍射光，但是在本实施例不利用这些衍射光。

cmos摄像机12相当于本发明的“摄像单元”。在本实施例中，只有偏振光衍射光栅8产生的多个衍射光之中的通过第二光圈11的-1阶衍射光l7入射到cmos摄像机12的受光部。然后，cmos摄像机12生成与-1阶衍射光l7的像的明暗相关的明暗信号，并将其发送到显示器13。明暗信号的发送既可以在有操作员的指示时进行，也可以按预先决定的时间间隔(例如，1/30秒)连续地进行。

显示器13相当于本发明的“输出单元”。显示器13接收从cmos摄像机12输出的明暗信号，并且基于所接收到的明暗信号所示的透射光l4的偏振状态与圆偏振光l3的已知的偏振状态(在本实施例中，是顺时针方向的圆偏振光)的关系，来显示对透射光l4中的非常光成分与常光成分之间的相位差δ的二维分布进行表示的图像。显示器13也可以具备负责生成图像的运算处理装置。

在测定对象物20的厚度d已知的情况下，显示器13所显示的相位差δ的二维分布与测定对象物20的双折射δn的二维分布是等价的。另一方面，在测定对象物20的双折射δn已知的情况下，显示器13所显示的相位差δ的二维分布与测定对象物20的厚度d的二维分布是等价的。

接下来，参照图2～图4对本实施例中的偏振光衍射光栅8的结构以及相位差δ的测定原理进行详细说明。

偏振光衍射光栅8是在厚度为大约10μm的透明树脂板的一个表面通过光压印法并列地形成了多个栅格单元的结构双折射偏振光衍射光栅。如图2(a)和图2(b)所示，偏振光衍射光栅8在x方向(以下，称为“邻接方向”)上具有周期性结构。更详细地，在偏振光衍射光栅8的表面，连续地形成有由条状(短册状)的栅格单元8a、条状的栅格单元8b、条状的栅格单元8c以及条状的栅格单元8d构成的栅格单元组，栅格单元8a由相对于邻接方向成90°的多个平行的槽构成，栅格单元8b由相对于邻接方向成45°的多个平行的槽构成，栅格单元8c由与邻接方向平行的多个槽构成，栅格单元8d由相对于邻接方向成-45°的多个平行的槽构成。换言之，在偏振光衍射光栅8的表面，形成有栅格矢量相对于邻接方向平行的栅格单元8a、栅格矢量相对于邻接方向成-45°的栅格单元8b、栅格矢量相对于邻接方向成-90°的栅格单元8c、以及栅格矢量相对于邻接方向成-135°的栅格单元8d。

本实施例中的各栅格单元8a～8d的邻接方向上的尺寸w1均为2000nm。

为了作为偏振光衍射光栅而并非通常的衍射光栅来发挥功能，各栅格单元8a～8d中的槽的周期w2(参照图2(c))设定为比激光源2生成的激光l1的波长足够短。本实施例中的槽的周期w2是200nm。此外，本实施例中的槽的深度为250nm。若将槽的周期w2设定为激光源2生成的激光l1的波长的0.6倍以上，则偏振光衍射光栅8会不作为偏振光衍射光栅而发挥功能。此外，从s/n比的观点出发，槽优选较深。另外，关于将槽的周期w2设定为小于激光l1的波长的0.6倍的理由，在上述非专利文献1中进行了详细说明，可以参照。

如上所述，偏振光衍射光栅8产生+1阶衍射光l6和-1阶衍射光l7。如图3所示，关于+1阶衍射光l6(口符号)，其在入射到偏振光衍射光栅8的光即测定对象物20的透射光l4为逆时针方向的圆偏振光时最弱(暗)，在是顺时针方向的圆偏振光时最强(变亮)。另一方面，-1阶衍射光l7(●符号)示出与+1阶衍射光l6相反的性质，即，在透射光l4为顺时针方向的圆偏振光时最弱(暗)，在是逆时针方向的圆偏振光时最强(变亮)。另外，作为图3所示的曲线图的横轴的透射光l4的椭圆率是由下式求取的椭圆率角x。

[数学式3]

其中，a是椭圆的长轴的长度，b是椭圆的短轴的长度。

如图4(a)所示，若使由取代激光源2等而配置的试验用光源14生成的偏振状态不同的各种试验光l8经过第一光圈6入射到偏振光衍射光栅8，则在cmos摄像机12的受光面中，在试验光l8为顺时针方向的圆偏振光时得到最暗的像，在试验光l8为逆时针方向的圆偏振光时得到最亮的像(参照图4(b))。此外，若移动第二光圈11的位置而仅使+1阶衍射光l6入射到cmos摄像机12，则在cmos摄像机12的受光面中，在试验光l8为顺时针方向的圆偏振光时得到最亮的像，并在试验光l8为逆时针方向的圆偏振光时得到最暗的像(参照图4(c))。

像这样，根据第一实施例所涉及的双折射测定装置1a，能够基于成像在cmos摄像机12的受光面的像的明暗来确定入射到偏振光衍射光栅8的光(在图1中是透射光l4)的偏振状态。而且，能够基于透射光l4的偏振状态与圆偏振光l3的已知的偏振状态(在本实施例中，是顺时针方向的圆偏振光)的关系，至少求出透射光l4中的非常光成分与常光成分之间的相位差δ。

此外，成像在cmos摄像机12的受光面的像的明暗与相位差δ存在一一对应的关系。因此，根据本实施例所涉及的双折射测定装置1a，通过预先调查两者的关系并进行表格化，从而能够基于明暗信号瞬间就求出相位差δ。

此外，如上所述，相位差δ由测定对象物20的双折射δn与厚度d之积构成，因此若厚度d已知，则根据所求出的相位差δ，能够容易地求出测定对象物20的双折射δn。

接下来，针对第一实施例所涉及的双折射测定装置1a的测定例，与基于偏振光显微镜的测定进行比较来进行说明。

(测定例1)

将市面销售的透明胶带进行切断来准备3个小片t1、t2、t3，沿着载玻片g的长边粘贴小片t1，粘贴小片t2使得与该小片t1呈直角交叉，进而，粘贴相对于小片t1倾斜45°的小片t3的矩形的一部分t3’使得与小片t1和t2的两方接触，从而制作成图5(a)所示的测定对象物。

图5(b)是由第一实施例所涉及的双折射测定装置1a对该测定对象物的区域b进行测定的结果。通常，透明胶带在制造工序(更详细地，是延伸工序)中会部分结晶化，在结晶化的部分和未结晶化的部分，双折射δn不同。在厚度大致相同的小片t1、t2以及t3’内存在明暗差正是因为这一点。

此外，小片t1中的双折射δn的分布、小片t2中的双折射δn的分布、以及小片t3’中的双折射δn的分布彼此不同。这示出了，通过基于本实施例所涉及的双折射测定装置1a的测定，能够确定在制造过程中进行延伸的方向。小片t1和t2重叠的区域t12成为与小片t1、t2以及t3’完全不同的结果。这示出了，在区域t12中，小片t1和小片t2具有大致相等的双折射δn，并且以彼此正交的关系重叠，所以相对于圆偏振光l3(入射偏振光)的相位差被抵消，在区域t12中未观测到实质性的双折射。

若为了进行比较而使用偏振光显微镜对区域b的中心部进行平行尼科尔观察，则可得到图6所示的结果。与图5(b)不同，在图6中，在小片t1、小片t2以及它们重叠的区域t12未发现显著的差异。这表示，通过基于偏振光显微镜的一次观察，难以确定透明胶带的延伸方向，或者难以找出厚度不同的部分。另外，图6中的两个平行的箭头表示是进行了偏振器与检偏器的方向平行的状态下的观察的结果，即，进行了平行尼科尔观察的结果。

(测定例2)

图7是由第一实施例所涉及的双折射测定装置1a对作为测定对象物的砂糖的晶体进行测定的结果。因为砂糖的晶体是均质的，所以双折射δn恒定。因此，可以说图7中的明暗的分布表示晶体的厚度d。

图8是使用偏振光显微镜对上述砂糖的晶体进行平行尼科尔观察(图8(a))和正交尼科尔观察(图8(b)～图8(c))的结果。在使偏振器和检偏器相对于砂糖的晶体相对地旋转而进行正交尼科尔观察的结果中，c1和c4在图8(b)的条件下示出最亮且同等程度的亮度。如上所述，在砂糖的晶体中双折射δn恒定，因此可以说两者的厚度近似。然而，在使用了该偏振光显微镜的测定中，为了确定所有的晶体的厚度的关系，需要至少使作为测定对象物的砂糖的晶体连续地旋转180°，并以正交尼科尔配置进行观察、记录之后，进行数据的分析，因此作业量大，并且要求机械精度较高的旋转操作。另外，与图6同样地，图8中的两个平行的箭头表示是进行了平行尼科尔观察的结果。此外，图8中的两个正交的箭头表示是进行了偏振器与检偏器的方向正交的状态下的观察的结果，即，进行了正交尼科尔观察的结果。

(伦奇测试)

接下来，为了评价第一实施例所涉及的双折射测定装置1a的分辨率，对使用图9(a)所示的装置进行的伦奇测试(ronchitest)的结果进行说明。另外，图9(a)所示的装置与双折射测定装置1a的不同点在于：取代测定对象物20而配置有伦奇光栅15；圆偏振光l3被略微调整为椭圆偏振光，使得能够从不产生双折射的伦奇光栅15的通过光l4产生-1阶衍射光l7；以及成像光学系统10为放大光学系统(放大率：2.1倍)。

在图9(b)～图9(d)示出使用10条线/mm、20条线/mm以及40条线/mm这3种伦奇光栅15时由cmos摄像机12得到的明暗分布图像。即使在使用了栅格宽度最窄的40条线/mm的伦奇光栅15的情况下，也能够清楚地确认直线状的栅格(参照图9(d))。该结果表示，在该评价中使用的装置具有至少12.5μm的分辨率。即，该结果表示，第一实施例所涉及的双折射测定装置1a适合于微观测定。

另外，需要注意的是，上述12.5μm并不是表示第一实施例所涉及的双折射测定装置1a的分辨率的极限的数值。

[第二实施例]

在图10中示出本发明的第二实施例所涉及的双折射测定装置1b。本实施例所涉及的双折射测定装置1b与双折射测定装置1a的不同点在于，不具备1/4波长板5。因此，在双折射测定装置1b中，由扩束器4进行了扩束的线偏振光l2直接入射到测定对象物20。结果，在本实施例中，可得到与第一实施例不同的透射光l4’以及衍射光l5’、l6’、l7’。

此外，双折射测定装置1b与双折射测定装置1a的不同点还在于，具备成像光学系统10’。成像光学系统10’包括直径不同的第三透镜7’和第四透镜9。测定对象物20与第三透镜7’的距离、以及第三透镜7’与偏振光衍射光栅8’的距离均为f1。另一方面，偏振光衍射光栅8’与第四透镜9的距离、以及第四透镜9与cmos摄像机12的受光面的距离均为f2(其中，f2＞f1)。

双折射测定装置1b与双折射测定装置1a的不同点还在于，具备偏振光衍射光栅8’。偏振光衍射光栅8’是通过与偏振光衍射光栅8相同的方法制作的结构双折射偏振光衍射光栅。如图11所示，偏振光衍射光栅8’在x方向(邻接方向)上具有周期性结构。更详细地，在偏振光衍射光栅8的表面，连续地形成有由相对于邻接方向成90°的多个平行的槽构成的条状的栅格单元8a’、由相对于邻接方向成60°的多个平行的槽构成的条状的栅格单元8b’、由相对于邻接方向成30°的多个平行的槽构成的条状的栅格单元8c’、由相对于邻接方向平行的多个槽构成的条状的栅格单元8d’、由相对于邻接方向成-30°的多个平行的槽构成的条状的栅格单元8e’、以及由相对于邻接方向成-60°的多个平行的槽构成的条状的栅格单元8f’。换言之，在偏振光衍射光栅8’的表面，形成有栅格矢量相对于邻接方向平行的栅格单元8a’、栅格矢量相对于邻接方向成-30°的栅格单元8b’、栅格矢量相对于邻接方向成-60°的栅格单元8c’、栅格矢量相对于邻接方向成-90°的栅格单元8d’、栅格矢量相对于邻接方向成-120°的栅格单元8e’、以及栅格矢量相对于邻接方向成-150°的栅格单元8f’。

本实施例中的各栅格单元8a’～8f’的邻接方向上的尺寸w1、槽的周期以及槽的深度与第一实施例相同。

与偏振光衍射光栅8同样地，偏振光衍射光栅8’产生+1阶衍射光l6’和-1阶衍射光l7’。但是，因为各栅格单元的边界处的槽的方向(栅格矢量)的变化比偏振光衍射光栅8平缓，所以偏振光衍射光栅8’产生的+1阶衍射光l6’和-1阶衍射光l7’的衍射效率(强度)，大于偏振光衍射光栅8产生的+1阶衍射光l6和-1阶衍射光l7。因此，如果使用偏振光衍射光栅8’，则能够进行s/n比更高的测定。

如上所述，在本实施例所涉及的双折射测定装置1b中，线偏振光l2入射到测定对象物20。因此，在测定对象物20中未产生双折射的情况下，即，在入射到偏振光衍射光栅8’的透射光l4’为线偏振光的情况下，-1阶衍射光l7’成为中等程度的亮度(参照图4(b))。此外，在测定对象物20中产生双折射从而透射光l4’成为逆时针方向的圆偏振光的情况下，-1阶衍射光l7’最亮，在透射光l4’成为顺时针方向的圆偏振光的情况下，-1阶衍射光l7’最暗。

cmos摄像机12生成与-1阶衍射光l7’的像的明暗相关的明暗信号，并将其发送到显示器13。然后，显示器13基于所接收到的明暗信号所示的透射光l4’的偏振状态与线偏振光l2的已知的偏振状态的关系，来显示对透射光l4’中的非常光成分与常光成分之间的相位差δ的二维分布进行表示的图像。

接下来，对基于与第二实施例所涉及的双折射测定装置1b类似的装置的测定例3进行说明。在测定例3中使用的装置与双折射测定装置1b的不同点在于，使圆偏振光入射到测定对象物20。为了使圆偏振光入射到测定对象物20，例如，只要使用1/4波长板5即可(参照图1)。

(测定例3)

在本测定例中，将厚度d为20μm的聚乙烯膜作为测定对象物。图12(a)是由cmos摄像机12所输出的明暗信号构成的明暗分布图像，图12(b)是将明暗分布图像中的明暗变换为相位差δ而成的相位差分布图像。根据图12(b)所示的相位差分布图像，与图12(a)所示的明暗分布图像相比，能够更清楚地确认由于有无损伤、组成不良而产生的相位差δ的变化。

另外，若在聚乙烯膜产生损伤，则该区域会凹陷并且其周边区域会鼓起，因此厚度d会变化。此外，若产生组成不良，则该区域示出与其它区域不同的双折射δn。根据图12(b)所示的相位差分布图像，通过相位差δ的变化，能够确认厚度d或双折射δn的变化。

[第三实施例]

在图13示出本发明的第三实施例所涉及的台式的双折射测定装置1c。双折射测定装置1c将装置的显示器13以外的部分容纳在箱体30，从而容易操作，该装置与第一实施例所涉及的双折射测定装置1a的不同点主要在于，使用了与简易的扩束器一体化的省空间型的光源2’，以及取代成像光学系统10而具备成像光学系统10’。

如图13所示，双折射测定装置1c具备生成特定的偏振状态的光束l1’的光源2’、使光束l1’的前进方向从水平方向变化为垂直方向的第一反射镜31、从沿垂直方向前进的光束l1’生成线偏振光l2的偏振器3、从线偏振光l2生成顺时针方向的圆偏振光l3的1/4波长板5、以及还具有作为载物台的作用的第一光圈6。从1/4波长板5射出的圆偏振光l3入射到配置在第一光圈6上的测定对象物20。第一光圈6优选为具备用于固定测定对象物20的机构。此外，光源2’由激光二极管构成。

双折射测定装置1c还具备使来自测定对象物20的透射光l4成像的成像光学系统10’(7’、9)、配置在成像光学系统10’的中途的偏振光衍射光栅8和第二反射镜32、以及生成与由成像光学系统10’成像的像的明暗相关的明暗信号的cmos摄像机12。第二反射镜32使衍射光l5、l6、l7的前进方向从垂直方向变化为水平方向。

与第一实施例同样地，在本实施例中，在3个衍射光l5、l6、l7之中，只有-1阶衍射光l7入射到cmos摄像机12的受光部。其它两个衍射光l5、l6被遮光板35(相当于第一实施例的第二光圈11)遮挡。

双折射测定装置1c还具备支承第一光圈6的端部的壁面33和设置在壁面33的附近的调整用旋钮34。若由操作员旋转调整用旋钮34，则第一光圈6向上下移动与该旋转量相应的微小距离。由此，消除测定对象物20相对于第三透镜7’的前方焦点位置的位置偏移，进行成像光学系统10’的焦距调整。另一方面，第三透镜7’、第四透镜9、偏振光衍射光栅8、第二反射镜32以及cmos摄像机12固定在箱体30内的适当的位置。特别是，偏振光衍射光栅8固定在第三透镜7’的后方焦点位置。因此，操作员在进行测定时无需调整它们的位置。

双折射测定装置1c还具备包括显示器13的计算机36。搭载在计算机36的运算处理装置37基于从cmos摄像机12输出的明暗信号来生成相位差δ的二维分布图像。然后，显示器13显示由运算处理装置37生成的相位差δ的二维分布图像。

[变形例]

以上，对本发明涉及的双折射测定装置以及双折射测定方法的实施例进行了说明，但是本发明不限定于这些结构。

例如，本发明的“光束生成单元”不限定于输出波长为532nm的激光的激光源2和由激光二极管构成的光源2’，也可以是能够生成无偏振状态的光束的灯等光源。

关于本发明的“光束照射单元”，只要能够使“光束生成单元”生成的光束成为预先决定的偏振状态并对测定对象物20进行照射，就能够适宜地变更结构。入射到测定对象物20的光束的偏振状态也可以是已知的椭圆偏振光。此外，扩束器4可以省略。

关于本发明的“成像光学系统”，只要能够使测定对象物20的透射光l4(l4’)成像在作为“摄像单元”的cmos摄像机12的受光面，就能够适宜地变更结构。

本发明的“摄像单元”也可以是能够生成与成像在受光面的像的明暗相关的明暗信号的任意的装置或元件。

本发明的“输出单元”也可以是能够输出与基于所接收到的明暗信号而求出的相位差δ(或者，双折射δn、厚度d)相关的信息的任意的装置或元件。与相位差δ(双折射δn、厚度d)相关的信息既可以是二维图像，也可以是数值数据。

本发明的“偏振光衍射光栅”既可以是通过任意的方法在透明的石英板形成了栅格的结构双折射偏振光衍射光栅，也可以是利用了分子定向的类型的偏振光衍射光栅。此外，邻接的栅格单元中的栅格矢量的方向的差异不限定于45°和30°，能够设定为45°以下的任意的角度。从s/n比的观点出发，栅格矢量的方向的差异优选为较小。另外，在使用利用了分子定向的类型的偏振光衍射光栅的情况下，有时会由于激光的照射所引起的温度的上升而破坏分子定向，因此需要注意。

本发明的“摄像单元”也可以生成+1阶衍射光l6(l6’)的明暗信号。此外，“摄像单元”还可以基于-1阶衍射光l7(l7’)和+1阶衍射光l6(l6’)这两者来生成明暗信号。通过同时使用示出相反性质的两个衍射光l7(l7’)和l6(l6’)，能够进行抗噪声较强的测定。

本发明的“输出单元”也可以基于明暗信号所示的衍射光强度i和事先测定的最大衍射光强度imax通过下式来求出相位差δ。

[数学式4]

另外，在利用-1阶衍射光l7(l7’)的情况下，将使由试验用光源14等生成的逆时针方向的圆偏振光l8入射到偏振光衍射光栅8时由cmos摄像机12测定的衍射光强度i作为最大衍射光强度imax即可(参照图4(b))。此外，在利用+1阶衍射光l6(l6’)的情况下，将使由试验用光源14等生成的顺时针方向的圆偏振光l8入射到偏振光衍射光栅8时由cmos摄像机12测定的衍射光强度i作为最大衍射光强度imax即可(参照图4(c))。

此外，本发明所涉及的双折射测定装置能够用作检查大量生产的膜的双折射中的异常的膜检查装置。在该情况下，如图14所示，膜检查装置40具备本发明所涉及的双折射测定装置(作为一个例子，是双折射测定装置1a)和将作为测定对象物20的膜连续地供给至给定位置的膜供给机构41。为了无遗漏地对膜的整个区域进行检查，cmos摄像机12每隔与膜的供给速度对应的时间来生成明暗信号。

膜检查装置40也可以具备多个双折射测定装置(作为一个例子，是双折射测定装置1a)。例如，如果将多个双折射测定装置1a排列在与膜的供给方向正交的方向(膜的宽度方向)上，并由各双折射测定装置1a负责不同的区域的检查，则能够在不增加检查时间的情况下对宽幅的膜进行检查。

产业上的可利用性

本发明能够利用于各种双折射介质的检查和评价。特别是，本发明在连续且高速地检查大量生产的各种膜(例如，透明原材膜、涂层材料、功能性膜)是否存在组成不良或外观不良的情况下是有用的。

符号说明

1a、1b、1c：双折射测定装置；

2：激光源；

2’：光源；

3：偏光板；

4：扩束器；

4a：第一透镜；

4b：第二透镜；

5：1/4波长板；

6：第一光圈；

7、7’：第三透镜；

8、8’：偏振光衍射光栅；

9：第四透镜；

10、10’：成像光学系统；

11：第二光圈；

12：cmos摄像机；

13：显示器；

14：试验用光源；

15：伦奇光栅；

20：测定对象物(双折射介质)；

30：箱体；

31：第一反射镜；

32：第二反射镜；

33：壁面；

34：调整用旋钮；

35：遮光板；

36：计算机；

37：运算处理装置；

40：膜检查装置；

41：膜供给机构；

l1：激光；

l1’：光束；

l2：线偏振光；

l3：圆偏振光；

l4、l4’：透射光；

l5、l5’：0阶衍射光；

l6、l6’：+1阶衍射光；

l7、l7’：-1阶衍射光。