特許 6239336 円二色性計測方法及び円二色性計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239336

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】円二色性計測方法及び円二色性計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/19 20060101AFI20171120BHJP

   G01N 21/21 20060101ALI20171120BHJP

   G01J 4/04 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/19

   G01N21/21 Z

   G01J4/04 Z

【請求項の数】2

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-209346(P2013-209346)

(22)【出願日】2013年10月4日

(65)【公開番号】特開2015-75330(P2015-75330A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年9月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124291

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 悟

(72)【発明者】

【氏名】里園 浩

【審査官】 佐々木 龍

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２６８７４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０１５４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９３０４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

Ｇ０１Ｊ ３／００− ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００− ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の試料に係るミュラー行列を下記の数式（１）

【数1】

としたときに、行列要素Ｓ０２を計測するＳ０２計測ステップと、
上記の数式（１）における行列要素Ｓ２０を計測するＳ２０計測ステップと、
前記Ｓ０２計測ステップにおいて得られた行列要素Ｓ０２と、前記Ｓ２０計測ステップにおいて得られた行列要素Ｓ２０とから円二色性を算出する算出ステップと、
を備える円二色性計測方法であって、
前記Ｓ０２計測ステップは、
第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射する偏光光源と、前記偏光光源からの前記第１直線偏光を入射し、当該第１直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第１可変波長板と、前記第１可変波長板から出射されて、試料により透過された透過光を入射し、当該透過光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第２可変波長板と、前記第２可変波長板から出射された光を入射し、第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を取り出すことが可能な第２偏光板と、前記第２偏光板から出射された光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、を備える円二色性計測装置において、
前記第１の方向及び前記第２の方向を固定した状態で、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＬ１測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ００測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ１０測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ０１測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ１１測定ステップと、
を有し、
前記Ｓ２０計測ステップは、
前記円二色性計測装置において、前記第１の方向及び前記第２の方向を固定した状態で、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＬ２測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ００測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ１０測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ０１測定ステップと、
前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ１１測定ステップと、
を有する円二色性計測方法。

【請求項2】

測定対象の試料に係るミュラー行列を下記の数式（２）

【数2】

としたときに、行列要素Ｓ０２を計測するＳ０２計測手段と、
上記の数式（２）における行列要素Ｓ２０を計測するＳ２０計測手段と、
前記Ｓ０２計測手段において得られた行列要素Ｓ０２と、前記Ｓ２０計測手段において得られた行列要素Ｓ２０とから円二色性を算出する算出手段と、
を備える円二色性計測装置であって、
前記Ｓ０２計測手段及び前記Ｓ２０計測手段を構成する計測装置は、
第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射する偏光光源と、
前記偏光光源からの前記第１直線偏光を入射し、当該第１直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第１可変波長板と、
前記第１可変波長板から出射されて、試料により透過された透過光を入射し、当該透過光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第２可変波長板と、
前記第２可変波長板から出射された光を入射し、第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を取り出すことが可能な第２偏光板と、
前記第２偏光板から出射された光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、
を備える円二色性計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円二色性計測方法及び円二色性計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

円二色性（ＣＤ：Circular Dichroism）は、分子の光学活性（キラリティ）によって起こる現象であり、左右の円偏光に対する吸光度の違いとして定義される。この円二色性のスペクトル情報は、分子の高次構造を反映していることから、特に生理活性物質の高次構造の解析等によく適用される。この円二色性は、左右の円偏光をそれぞれ試料に照射し、透過光の強度差から吸光度の差を求める方法が一般的に用いられる。

【0003】

円二色性の計測は、試料が円二色性以外の光学活性、すなわち直線偏光に対する二色性や複屈折を持っていない場合にのみ成立し、試料が円二色性以外の光学活性を有している場合、この特性が円二色性とカップリングするために円二色性計測の際のアーチファクトになることが知られている。そして、このアーチファクトの影響のために、固体、膜、液晶等の巨視的な異方性を有する試料においては、円二色性の計測に適さないとされていた（例えば、非特許文献１参照）。このため、アーチファクトを除去するための種々の検討が行われている。例えば、特許文献１では、試料を４５°回転させ、検光子を外して計測し、さらに試料を裏返して計測した後で、これらの二つの信号の平均を取る、等の工程が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４０１０７６０号

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】神藤、分光研究、第３４巻、第４号、２１５ページ（１９８５年）

【非特許文献2】Y.Shindo, Optical Engineering,Vol.34, No.12, 3369 (1995)

【非特許文献3】Ho.P.Jensen, J.A.Schellman,T.Troxell, Applied Spectroscopy, Vol.32,No.2, 192 (1978)

【非特許文献4】G.E.Jellison Jr., F.A.Modine,Appl.Opt., Vol.36, 8184 (1997)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１記載の計測装置によれば光学系が複雑であり、且つ、測定方法が煩雑であるため、円二色性を迅速且つ簡便に計測できるとはいえない。

【0007】

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、試料の円二色性をより正確且つ簡便に計測することが可能な円二色性計測方法及び円二色性計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明者らは、鋭意研究の結果、試料の複屈折などの偏光特性を数値化したミュラー行列における行列要素Ｓ０２とＳ２０とをそれぞれ測定し、この結果に基づいて円二色性を算出することにより、より正確且つ簡便な円二色性の計測を行うことが可能であることを見出した。さらに、発明者らは、鋭意研究の結果、光源に水平垂直方向の偏光成分が存在した場合にはこれが新たなアーチファクトとして測定されることを見出し、これに対して、可変波長板を用いた測定を行うことにより、光学素子の回転を必要とせずに光源に由来するアーチファクト成分の除去を実現する、より正確な円二色性の計測を行うことが可能となることを見出した。

【0009】

すなわち、本発明に係る円二色性計測方法は、測定対象の試料に係るミュラー行列を下記の数式（Ａ）

【数1】

としたときに、行列要素Ｓ０２を計測するＳ０２計測ステップと、上記の数式（Ａ）における行列要素Ｓ２０を計測するＳ２０計測ステップと、前記Ｓ０２計測ステップにおいて得られた行列要素Ｓ０２と、前記Ｓ２０計測ステップにおいて得られた行列要素Ｓ２０とから円二色性を算出する算出ステップと、を備える円二色性計測方法であって、前記Ｓ０２計測ステップは、第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射する偏光光源と、前記偏光光源からの前記第１直線偏光を入射し、当該第１直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第１可変波長板と、前記第１可変波長板から出射されて、試料により透過された透過光を入射し、当該透過光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第２可変波長板と、前記第２可変波長板から出射された光を入射し、第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を取り出すことが可能な第２偏光板と、前記第２偏光板から出射された光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、を備える円二色性計測装置において、前記第１の方向及び前記第２の方向を固定した状態で、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＬ１測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ００測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ１０測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ０１測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＮ１１測定ステップと、を有し、前記Ｓ２０計測ステップは、前記円二色性測定装置において、前記第１の方向及び前記第２の方向を固定した状態で、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＬ２測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ００測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ１０測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ０１測定ステップと、前記第１可変波長板において、前記第１直線偏光の波長をλとしたとき、前記位相差を１／２λとして出射すると共に、前記第２可変波長板において、前記透過光の波長をλとしたとき、前記位相差を３／４λとして出射した状態で、前記試料を透過する光の強度の計測を行うＫ１１測定ステップと、を有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る円二色性測定装置は、測定対象の試料に係るミュラー行列を下記の数式（Ｂ）

【数2】

としたときに、行列要素Ｓ０２を計測するＳ０２計測手段と、上記の数式（Ｂ）における行列要素Ｓ２０を計測するＳ２０計測手段と、前記Ｓ０２計測手段において得られた行列要素Ｓ０２と、前記Ｓ２０計測手段において得られた行列要素Ｓ２０とから円二色性を算出する算出手段と、を備える円二色性計測装置であって、前記Ｓ０２計測手段及び前記Ｓ２０計測手段を構成する計測装置は、第１の方向の直線偏光である第１直線偏光を出射する偏光光源と、前記偏光光源からの前記第１直線偏光を入射し、当該第１直線偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第１可変波長板と、前記第１可変波長板から出射されて、試料により透過された透過光を入射し、当該透過光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射する第２可変波長板と、前記第２可変波長板から出射された光を入射し、第２の方向の直線偏光である第２直線偏光を取り出すことが可能な第２偏光板と、前記第２偏光板から出射された光を電気信号に変換して検出する光検出手段と、を備えることを特徴とする。

【0011】

発明者らの研究によれば、ミュラー行列の行列要素Ｓ０２と行列要素Ｓ２０とをそれぞれ求めた後、これに基づいて円二色性を算出することで、従来の円二色性の測定結果には含まれていたアーチファクト成分が除去されることが分かった。したがって、上記の円二色性計測方法及び円二色性計測装置に基づき、行列要素Ｓ０２及び行列要素Ｓ２０を測定し、これらの結果を用いて円二色性を算出する構成とすることで、より正確な円二色性の測定を行うことができる。また、従来は、より正確な円二色性を計測するために、円二色性以外の光学活性を有しない状態である溶液状態での測定を行ってきたが、上記の計測方法によれば、溶液状態以外の状態、例えば、固相、ゲル、液晶、膜状の試料の円二色性であっても、アーチファクト成分の除去が適切に行われるため、溶液状態ではない試料の円二色性の計測にも適用することが可能となる。

【0012】

そして、上記の円二色性計測方法及び円二色性計測装置によれば、可変波長板の位相差を変更させることで、光学素子を回転させるための高額な回転ステージも不要となる。さらに、光源に水平垂直方向の偏光成分が存在したとしても、光源と、光源の光から直線偏光を取り出す偏光板との相対角度が変化しない光学配置とすることで、より正確に円二色性を計測することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、試料の円二色性をより正確且つ簡便に計測することが可能な円二色性計測方法及び円二色性計測装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る円二色性計測装置の構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る円二色性計測装置の構成を説明する概略構成図である。図１に示す円二色性計測装置１（Ｓ０２計測手段、Ｓ２０計測手段）は、光源１０、第１偏光板２２、第１可変波長板８２、第２可変波長板８４、第２偏光板２４、光検出器４０（光検出手段）が光源１０からの光学軸に沿ってこの順に配置され、第１可変波長板８２と第２可変波長板８４との間の光路上に試料１００が配置されているものである。なお、以下の説明の簡略化のために、円二色性計測装置１において、光源１０からの光の光学軸をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直であり互いに直交する２つの軸を、それぞれＸ軸及びＹ軸とする。

【0017】

光源１０は、測定対象の試料に対して照射するための光を出射する。この光源１０から出射される光は非偏光であり、例えば、波長２８０ｎｍの光を出射する重水素ランプ等が光源１０として用いられる。

【0018】

光源１０から出射された光は、第１偏光板２２に入射する。第１偏光板２２では、光源１０から出射された光のうち直線偏光が取り出される。第１偏光板２２としては、例えば、グランテーラープリズムが用いられる。第１偏光板２２は、本実施形態では、Ｘ軸に対して０°方向の直線偏光を取り出すものとする。

【0019】

上記の光源１０及び第１偏光板２２は、特定の波長の光であって第１の直線偏光である第１直線偏光を出射する偏光光源として機能する。

【0020】

第１可変波長板８２及び第２可変波長板８４は、試料１００を挟んでＺ軸に沿って配置される。第１可変波長板８２及び第２可変波長板８４は入射する偏光の振動面とは異なる振動面を持ち互いに直交する２つの偏光成分の間の位相差を変更して出射することが可能であって且つその位相差の変更量が可変である波長板であり、その制御は制御部（図示せず）により行われる。

【0021】

第１可変波長板８２を通過した光は、試料１００に入射する。試料１００を入射した光のうち、透過光が第２可変波長板８４に入射して、さらに位相差の制御が行われる。その後、第２可変波長板８４を出射した光が、第２偏光板２４を通過して、光検出器４０に入射する。なお、第２偏光板２４は、本実施形態では、Ｘ軸に対して０°方向の直線偏光を取り出すものとする。

【0022】

光検出器４０は、試料１００を透過し、第２可変波長板８４及び第２偏光板２４を通過した光を電気信号に変換する機能を有する。円二色性の測定では、光検出器４０により検出された電気信号を利用して、右円偏光による信号と左円偏光による信号との差分を求め、その演算結果をたとえば円二色性イメージとして出力する等により、測定結果を得ることができる。これらの円二色性の算出に係る処理（算出ステップ）は円二色性計測装置１の算出手段（図示せず）により行われる。

【0023】

本実施形態に係る円二色性計測では、上記の円二色性計測装置１を用いて円二色性の測定を行うことにより、試料の円二色性をより正確且つ簡便に計測することが可能となる。この点について、以下説明をする。

【0024】

まず、円二色性の測定において発生するアーチファクトについて説明する。円二色性計測は、円二色性以外の光学活性を持たない状態である溶液状態での計測が、従来から一般的に行われてきた。しかしながら固相、ゲル、液晶、膜状試料の円二色性計測は産業上からも重要であり、これらの試料が円二色性以外の光学活性を持ってことから、上記アーチファクトが円二色性を計測する上で大きな障害となっているものである。非特許文献１によれば、光学活性をもつ試料のミュラー行列は、以下の数式（１）により表される。

【数3】

【0025】

上記の数式（１）において、ＣＤは円二色性、ＣＢは円偏光複屈折、ＬＤは直線偏光二色性、ＬＢは直線偏光複屈折、θは試料のＸ軸に対する回転角をそれぞれ示している。また、数式（１）において各特性を示す単語に「’」を付している場合は、試料を４５°傾けた場合について記載したものである。以下では、上記の数式（１）を数式（２）のように省略して記載する。なお、数式（１）において記載されている行列の係数ｅ^−Ａｅについては、以下の検討には影響を与えない係数であるため、省略する。

【数4】

【0026】

この数式（２）で記載される試料に対して左円偏光もしくは右円偏光を照射すると、試料を透過した透過光のストークスベクトルは、ミュラー行列Ｓ（θ）と、円偏光のストークスベクトルとの積により求めることができる。その結果は、左円偏光の場合は数式（３）、右円偏光の場合は数式（４）のように記載される。

【数5】

【数6】

【0027】

ここで、光強度はストークスベクトルの第１項で表現されていることから、左円偏光に対する透過光強度は、数式（３）よりＳ００−Ｓ０２と示され、右円偏光に対する透過光強度は数式（４）よりＳ００＋Ｓ０２となることがわかる。円二色性はこれら透過光強度の差と定義されているため、最終的に数式（５）で示される式で計算される。

【0028】

【数7】

【0029】

数式（５）では、左円偏光の透過光強度と右円偏光の透過光強度との差を求めた結果には、ＣＤ（円二色性）の成分だけではなく、ＬＤ（直線偏光二色性）とＬＢ（直線偏光複屈折）に由来する成分が含まれることが示されている。ＬＤとＬＢとの積がＣＤと比較して無視できる程度に小さい場合は、直線偏光成分が含まれない純粋な円二色性に係る情報を得ることができる。しかしながら、ＬＤとＬＢとの積がＣＤと比較して無視できない程度の大きさである場合には、純粋な円二色性の測定ができているとは言えず、アーチファクトの影響を受けるという問題がある。

【0030】

ところで、発明者は、特許文献１において光学活性をもつ試料のミュラー行列として示された数式と非特許文献２で示されたミュラー行列として示された数式とを比較すると符号や記号等が一部相違していることに着目し、非特許文献２，３に記載のミュラー行列の導出方法に基づいて、ミュラー行列を新たに求めた。ここで、非特許文献３によれば、ミュラー行列の一般式は以下の数式（６），（７）で示される。

【数8】

【0031】

そして、上記の数式を展開すると、数式（８），（９）が得られる。

【数9】

【0032】

さらに、上記の数式（８），（９）を、非特許文献２に従って２次の項まで展開すると、以下の数式（１０）が得られる。

【数10】

【0033】

数式（１０）に含まれるパラメータのうち、ＣＤとＣＢとは、ＬＤおよびＬＢと比較して１０^−３から１０^−５程度小さな値になるので、ＣＤとＣＢの２乗の項は無視できると考え、数式（１０）を簡略化した結果、数式（１１）が得られる。

【数11】

【0034】

ここで、試料の回転角をθとすると、試料の回転を考慮したミュラー行列は以下の数式（１２）で表すことができる。

【数12】

【0035】

数式（１２）におけるＲは回転のための行列であり、以下の数式（１３）と表される。また、Ｒ^−１は、Ｒの逆行列であり、数式（１４）と表される。

【数13】

【0036】

以上の結果、ミュラー行列の行列要素Ｓ０２は数式（１５）になり、Ｓ２０は数式（１６）となる。

【数14】

【0037】

ここでＳ０２とＳ２０を数式（１７）に従って計算する。

【数15】

【0038】

上記の数式（１７）に依れば、Ｓ０２とＳ２０に含まれているＬＤやＬＢといったアーチファクト成分が打ち消され、純粋なＣＤ成分のみが残る。したがって、Ｓ０２及びＳ２０を個別に計測し、数式（１７）に従って計算することで、純粋なＣＤの計測値を得ることができる。

【0039】

本実施形態に係る円二色性計測装置１を用いた円二色性計測方法の詳細について説明する。以降の説明では、数式の簡略化のために、光源及び光学素子のミュラー行列を以下のように略記する。

【0040】

Ｘ軸方向にセットされた、全ての偏光成分を有する光源：Ｌｇ

【数16】

Ｘ軸方向に偏光軸をセットした透過率Ｔの偏光子：Ｐ（０）

【数17】

Ｙ軸方向に偏光軸をセットした透過率Ｔの偏光子：Ｐ（９０）

【数18】

Ｘ軸に対してＺ軸周りに４５度回転した位相差δの波長板：Ｒ（δ）

【数19】

【0041】

円二色性計測装置１を用いた測定では、第１偏光板２及び第２偏光板２４の偏光軸はＸ軸方向に設定され、第１可変波長板８２と第２可変波長板８４の速軸は、Ｚ軸周りにＸ軸方向から４５°の回転角に設定される。

【0042】

ここで円二色性計測装置１による円二色性計測方法では、表１のマトリックスにしたがって、試料の有無と、第１可変波長板８２及び第２可変波長板８４の遅延量とを設定し、測定項目Ｌ、Ｎ００、Ｎ１０、Ｎ０１、Ｎ１１、Ｋ００、Ｋ１０、Ｋ０１、Ｋ１１のそれぞれについて計測する。なお、位相差λは２πラジアン、第１偏光板２２の透過率をＴ_１とし、第２偏光板２４の透過率をＴ_２とする。なお、表１に示す各測定項目が、本実施形態に係る円二色性計測方法における測定ステップに対応し、測定項目Ｌは、Ｌ１ステップ及びＬ２ステップを兼ねる。すなわち、Ｌ１ステップ及びＬ２ステップは、下記の測定項目Ｌの測定により代用することができ、Ｌを一度測定することによりＬ１ステップ及びＬ２ステップを実施することができる。すなわち、測定項目Ｌ、Ｎ００、Ｎ１０、Ｎ０１、Ｎ１１の測定がＳ０２計測ステップに相当し、測定項目Ｌ、Ｋ００、Ｋ１０、Ｋ０１、Ｋ１１の測定がＳ２０計測ステップに相当する。

【0043】

【表1】

【0044】

ここで、ミュラー行列法により、測定項目Ｌで検出される光のストークスベクトルは、次の行列計算の数式（２２）で求められる。

【数20】

【0045】

したがって、Ｌで検出される光強度は、上記第１項となり、数式（２３）で示される。

【数21】

【0046】

同様に、測定項目Ｎ００で検出される光のストークスベクトルは、数式（２４）の行列計算で求められ、Ｎ００で検出される光強度は数式（２４）の第１項から数式（２５）と示すことができる。

【数22】

【0047】

同様に、測定項目Ｎ１０で検出される光のストークスベクトルは、数式（２６）の行列計算で求められ、Ｎ１０で検出される光強度は数式（２６）の第１項から数式（２７）と示すことができる。

【数23】

【0048】

同様に、測定項目Ｎ０１で検出される光のストークスベクトルは、数式（２８）の行列計算で求められ、Ｎ０１で検出される光強度は数式（２８）の第１項から数式（２９）と示すことができる。

【数24】

【0049】

同様に、測定項目Ｎ１１で検出される光のストークスベクトルは、数式（３０）の行列計算で求められ、Ｎ１１で検出される光強度は数式（３０）の第１項から数式（３１）と示すことができる。

【数25】

【0050】

同様に、測定項目Ｋ００で検出される光のストークスベクトルは、数式（３２）の行列計算で求められ、Ｋ００で検出される光強度は数式（３２）の第１項から数式（３３）と示すことができる。

【数26】

【0051】

同様に、測定項目Ｋ１０で検出される光のストークスベクトルは、数式（３４）の行列計算で求められ、Ｋ１０で検出される光強度は数式（３４）の第１項から数式（３５）と示すことができる。

【数27】

【0052】

同様に、測定項目Ｋ０１で検出される光のストークスベクトルは、数式（３６）の行列計算で求められ、Ｋ０１で検出される光強度は数式（３６）の第１項から数式（３７）と示すことができる。

【数28】

【0053】

同様に、測定項目Ｋ１１で検出される光のストークスベクトルは、数式（３８）の行列計算で求められ、Ｋ１１で検出される光強度は数式（３８）の第１項から数式（３９）と示すことができる。

【数29】

【0054】

そして、Ｓ０２は以下の数式（４０）で求められ、さらに、Ｓ２０は以下の数式（４１）で求められる。

【数30】

【0055】

上記の数式により求められたＳ０２及びＳ２０に、数式（１７）を適用することで、Ｓ０２とＳ２０に含まれているアーチファクト成分が打ち消され、純粋なＣＤ成分のみが残り、純粋なＣＤの計測値を得ることができる。

【0056】

以上のように、本実施形態に係る円二色性計測装置１及びこの円二色性計測装置１を用いた円二色性計測方法によれば、ミュラー行列の行列要素Ｓ０２と行列要素Ｓ２０とをそれぞれ求めた後、これに基づいて円二色性を算出することで、従来の円二色性の測定結果には含まれていたアーチファクト成分が除去される。したがって、上記の円二色性計測装置１及びこの円二色性計測装置１を用いた円二色性計測方法に基づき、行列要素Ｓ０２及び行列要素Ｓ２０を測定し、これらの結果を用いて円二色性を算出する構成とすることで、より正確な円二色性の測定を行うことができる。

【0057】

従来から、上記の特許文献１及び非特許文献１〜４に記載のように、円二色性を測定する方法が種々検討されていた。しかしながら、例えば特許文献１記載の方法では、複雑な光学系と計測手順とが要求されることから、円二色性を迅速に簡便に計測できる方法とはいえなかった。これに対して本実施形態に係る円二色性計測装置１及びこの円二色性計測装置１を用いた円二色性計測方法は、円二色性の計測を簡便に行うことが可能となる。

【0058】

また、非特許文献４によれば、Two-Modulator GeneralizedEllipsometer（2-MGE）と呼ばれる、試料のミュラー行列の測定装置の例が示されている。この装置を使うことで、一般的なＣＤ計測で計測される試料のミュラー行列の行列要素Ｓ０２を計測することができると考えられる。また試料のミュラー行列の行列要素Ｓ２０のような、ＣＤ成分を含む他の行列要素の計測も可能であると考えられる。しかしながら、この装置だけでは、Ｓ０２やＳ２０に含まれるＬＤやＬＢといったアーチファクト成分を除去することはできないという問題があった。また、位相変調素子を回転させる必要があるため、高額な回転ステージが必要であり、また可動部分があることから測定精度の点で不利な点もあった。

【0059】

これに対して、本実施形態に係る円二色性計測装置１及びこの円二色性計測装置１を用いた円二色性計測方法によれば、光源１０と、光源の光から直線偏光を取り出す第１偏光板２２と、第２偏光板２４と、の相対角度が変化しない光学配置とすることで、光学素子を回転させるための高額な回転ステージも不要となる。さらに、光源に水平垂直方向の偏光成分が存在したとしても、その影響を受けない計測方法が上記の構成により実現されることから、より正確に円二色性を計測することが可能となる。

【0060】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

【0061】

例えば、上記実施形態では、表１に示すように第１可変波長板８２及び第２可変波長板８４の位相可変範囲が１／４λ〜１λとなるように、位相差を設定したが、１λの代わりに０λとし、位相可変範囲が０λから３／４λである波長板を用いた構成としてもよい。この場合でも、上記実施形態と同じ効果が得られる。

【0062】

また、上記実施形態における光源１０及び第１偏光板２２の代わりに、光源１０から出射された後に第１偏光板２２を経て出射される光と同等に、純粋な直線偏光を発する偏光光源を用いる構成としてもよい。

【0063】

また、必要に応じて単色フィルタもしくは分光器を１０の直後に挿入することで、特定波長の光の円二色性を計測することもできる。なお、単色フィルタもしくは分光器を、光検出器４０の直前に設置しても、同様に特定波長の光の円二色性を計測することができる。

【0064】

また、光源１０として広い分光特性を持つ白色光を出射する白色光源を選択し、光検出器４０として分光機能を有する検出器を用いることで、ＣＤスペクトルを計測する構成も可能である。分光機能を有する検出器としては、ポリクロメータとＣＣＤカメラの組み合わせが、例としてあげられる。

【符号の説明】

【0065】

１…円二色性計測装置、１０…光源、２２…第１偏光板、２４…第２偏光板、４０…光検出器、８２…第１可変波長板、８４…第２可変波長板、１００…試料。

【図1】