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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-12
(54)【発明の名称】分光偏光測定装置および光路差自動調整装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/21 20060101AFI20220804BHJP
G01N 21/01 20060101ALI20220804BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20220804BHJP
G01J 9/02 20060101ALI20220804BHJP
【ＦＩ】
G01N21/21 Z
G01N21/01 D
G01N21/27 B
G01J9/02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021571559
(86)(22)【出願日】2020-04-06
(85)【翻訳文提出日】2021-11-30
(86)【国際出願番号】 KR2020004620
(87)【国際公開番号】W WO2021085765
(87)【国際公開日】2021-05-06
(31)【優先権主張番号】10-2019-0137776
(32)【優先日】2019-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521524494
【氏名又は名称】ムゲン カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100196117
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 利恵
(72)【発明者】
【氏名】ミン ヨン パク
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA02
2G059AA03
2G059EE02
2G059EE09
2G059EE12
2G059GG01
2G059GG02
2G059JJ01
2G059JJ13
2G059JJ19
2G059KK01
2G059MM01
(57)【要約】
本発明の一実施形態による分光偏光測定装置１１５０は、光源１１１０が着脱結合される光源着脱部、光源着脱部に結合された光源から放出される光を偏光ビームスプリッタ１２２０を用いて複数の偏光に分離し、分離された偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する偏光干渉計１２００、および出力された光を分析して反射試料の物性値を測定するスペクトロメータ１１２０（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を含み、光源着脱部に結合される光源の波長は反射試料によって変わる。
【選択図】図１２
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源が着脱結合される光源着脱部と、前記光源着脱部に結合された前記光源から放出される光を偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、分離された前記偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する偏光干渉計と、
出力された前記光を分析して前記反射試料の物性値を測定するスペクトロメータ（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を含み、
前記光源着脱部に結合される前記光源の波長は前記反射試料によって異なる、分光偏光測定装置。
【請求項2】
前記光源は前記反射試料を測定するのに必要な単一波長を有する光源である、請求項１に記載の分光偏光測定装置。
【請求項3】
前記光源は波長が可変される光源である、請求項１に記載の分光偏光測定装置。
【請求項4】
前記光源は特定波長を有する光をパルス形態で放出する、請求項１に記載の分光偏光測定装置。
【請求項5】
前記光源はレーザまたはＬＥＤである、請求項１に記載の分光偏光測定装置。
【請求項6】
前記偏光干渉計は、前記光源から放出される光を入射する光入力端子と、
入射された前記光を分離する第１偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタの第１面に設けられ、前記第１偏光ビームスプリッタを透過した第１偏光を前記第１偏光ビームスプリッタに反射する第１ミラーと、
前記第１面に垂直に前記第１偏光ビームスプリッタの第２面に付着し、前記第１偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光を前記第１偏光ビームスプリッタに反射する第２ミラーと、
前記第１偏光および前記第２偏光が複合して生成された複合波を前記反射試料に伝達し、前記反射試料で反射された光を受信して前記スペクトロメータに出射する第２偏光ビームスプリッタと、
前記光入力端子、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記第１ミラー、前記第２ミラー、光出力端子を収容するハウジングを含む、請求項１に記載の分光偏光測定装置。
【請求項7】
前記第１ミラーは前記第１面に対して固定された固定ミラーであり、前記第２ミラーは前記第２面に対して垂直な方向に変位できる可動ミラーであり、前記第２ミラーの変位によって前記第１偏光の経路長さと前記第２偏光の経路長さの間の差が調節され得る、請求項６に記載の分光偏光測定装置。
【請求項8】
光を放出する光源と、放出された前記光を偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、分離された前記偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する偏光干渉計と、
出力された前記光を分析して前記反射試料の物性値を測定する分光計を含む、一体型偏光干渉計を備えた分光偏光測定装置において、
前記光源および前記分光計を共に収容する統合アセンブリをさらに含み、前記偏光干渉計はハウジング内に収容されており、
前記統合アセンブリの一側面に前記光源の光源端子および前記分光計の分光計端子が露出し、前記ハウジングの一側面に光入力端子および光出力端子が露出し、前記統合アセンブリを前記ハウジングに結合するとき、前記光源端子および前記光入力端子の間と、前記分光計端子および前記光出力端子の間が共に連結され、
前記ハウジングで前記光入力端子および前記光出力端子が露出した前記一側面には、前記光入力端子が前記光出力端子に比べて突出した位置に存在するように光軸方向に段差が形成され、前記統合アセンブリで前記光源端子および前記分光計端子が露出した前記一側面には、前記分光計端子が前記光源端子に比べて突出した位置に存在するように光軸方向に段差が形成される、分光偏光測定装置。
【請求項9】
前記偏光干渉計は、前記光源から照射される光を入射する前記光入力端子と、
入射された前記光を分離する第１偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの第１面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１偏光を前記偏光ビームスプリッタに反射する第１ミラーと、
前記第１面に垂直に前記偏光ビームスプリッタの第２面に付着し、前記偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光を前記偏光ビームスプリッタに反射する第２ミラーと、
前記第１偏光および前記第２偏光が複合して生成された複合波を前記反射試料に伝達し、前記反射試料で反射された光を受信して前記分光計に出射する第２偏光ビームスプリッタと、
前記光入力端子、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記第２偏光ビームスプリッタ、前記第１ミラー、前記第２ミラーおよび前記光出力端子を収容する前記ハウジングを含み、
前記第２ミラーは前記第２面に対して固定された固定ミラーであり、前記第１ミラーは前記第１面に対して垂直な方向に変位できる可動ミラーであり、
前記第１ミラーの変位によって前記第１偏光の経路長さと前記第２偏光の経路長さの間の差が調節され得る、請求項８に記載の分光偏光測定装置。
【請求項10】
前記ハウジングの他側面には開口部が形成され、ユーザーが前記第１ミラーの位置を調節できる操作部が前記開口部内に配置される、請求項９に記載の分光偏光測定装置。
【請求項11】
前記複合波を前記反射試料に伝達して前記反射試料で反射された光を受信するための試料端子が前記ハウジングにおいて、前記光出力端子の反対側に形成される、請求項９に記載の分光偏光測定装置。
【請求項12】
請求項８に記載された分光偏光測定装置と、前記分光偏光測定装置の試料端子が前記反射試料に向かうように前記分光偏光測定装置を据え置くガントリを含む、分光偏光測定システム。
【請求項13】
前記反射試料は連続的に移送されるロールトゥロールフィルム型試料であり、前記ガントリは、前記反射試料の上側または下側に前記反射試料の移送方向に垂直な横方向に延びた横断支持台を含み、
前記横断支持台は、互いに平行した一対のガイドレールと一対の前記ガイドレールの間に長く形成されたスロットを含み、
前記分光偏光測定装置は前記スロットに沿って横方向に移動可能である、請求項１２に記載の分光偏光測定システム。
【請求項14】
光を放出する光源と、放出された前記光を偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、分離された前記偏光のうち少なくとも一部を対象試料に透過したり反射させて取得された光を出力する偏光干渉計と、
出力された前記光を分析して前記対象試料の物性値を測定する分光計と、
分析された前記光の信号強度を算出する信号分析部と、
前記偏光干渉計の一側に設けられ、電気信号に応じて変位が変化する圧電素子と、
算出された前記信号強度に基づいて前記圧電素子の変位量を決定し、決定された前記変位量で前記圧電素子を制御する圧電素子コントローラを含む、分光偏光測定装置の光路差自動調整装置であって、
前記偏光干渉計は、
前記光源から照射される光を入射する光入力端子と、
入射された前記光を分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの第１面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１偏光を前記偏光ビームスプリッタに反射する第１ミラーと、
前記第１面に垂直に前記偏光ビームスプリッタの第２面に付着し、前記偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光を前記偏光ビームスプリッタに反射する第２ミラーと、
前記第１偏光および前記第２偏光が複合して生成された複合波が前記対象試料で透過したり反射されて得られた光を前記分光計に出射する光出力端子を含み、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのうち少なくとも一つは前記圧電素子上に設けられ、決定された前記変位量だけ縦方向に可動し、
前記圧電素子はピエゾステージで構成され、
前記ピエゾステージは前記電気信号と関係なく固定される固定部材と、前記電気信号に応じて伸縮される可動部材を含み、
前記ピエゾステージはそれぞれ複数の領域を担当するサブステージを含み、前記サブステージの差等を制御することにより、前記ピエゾステージ上に設けられたミラーがチルト制御される、分光偏光測定装置の光路差自動調整装置。
【請求項15】
前記圧電素子は前記第１ミラーおよび前記第２ミラーのいずれか一つにのみ設けられる、請求項１４に記載の分光偏光測定装置の光路差自動調整装置。
【請求項16】
前記圧電素子は前記第１ミラーおよび前記第２ミラーすべてに設けられる、請求項１４に記載の分光偏光測定装置の光路差自動調整装置。
【請求項17】
前記信号強度はインタフェログラム上の正規化された信号によって算出される、請求項１４に記載の分光偏光測定装置の光路差自動調整装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は測定対象になる試料で透過／反射された光を用いて試料を測定する分光偏光測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
分光スペクトル測定技術は、様々な分野で最も正確で期待される解決方法の一つとして挙げられている。このような干渉計による偏光測定技術を組み合わせるために、ＳＤ ＰＳ－ＯＣＴ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｏｍａｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、リアルタイム高感度ＳＰＲ（ｓｕｒｆａｃｅ－ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）バイオセンシングおよびＣＤ（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ）のような数多くの研究が行われている。また、ストークスベクトルを誘導できる分光楕円測定機の測定値から導き出し、スペクトル干渉計とスキャニング方法に代えるために、複屈折結晶やデュアルスペクトル感知モジュールを干渉計と組み合わせたスペクトルアクセス方式も知られている。最近ではスナップショット方式の偏光干渉計が提案され、これによって外部振動などによる外乱に強いだけでなく、迅速でかつ安定した測定が可能になった。
【0003】
このような偏光干渉計を用いるとスナップショットに基づいて迅速でかつ安定した測定が可能になる。ただし、通常の偏光干渉計を用いた分光偏光測定装置は高価でかつ大型化された製品に具現され、いちいち積載された試料に対して測定を実施するので、複数の試料または単一の試料で複数の地点を移動しながら迅速に測定することは難しい。特に、ロールトゥロール（ｒｏｌｌ－ｔｏ－ｒｏｌｌ）工程で使用される連続性試料を測定するには根本的な限界がある。
【0004】
また、一般的にこのような分光偏光測定装置は白色光を用いて多様な試料に対して測定を行うが、白色光を用いるために、チョッパー（ｃｈｏｐｐｅｒ）や分光、平行光を形成するための部品が必要であり、試料に対する測定のために初期に安定するまである程度時間が必要である。また、白色光が広い範囲の波長を有しており、試料測定に不必要な波長の範囲まで分析し、試料に対する迅速な測定が難しい。したがって、白色光でない試料特性に合う光を用いて迅速でかつ正確な測定が可能な分光偏光測定装置を開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする技術的課題は、迅速でかつ連続的な測定が可能な分光偏光測定装置およびそれを据え置きできる据置台を含む分光偏光測定システムを提供することにある。
【0006】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、光源、分光計および偏光干渉計を小型化およびパッケージ化しながらも、相互間の着脱および維持、補修が容易な分光偏光測定装置を提供することにある。
【0007】
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、試料ごとの測定に適した波長の光源に交換が可能なように形成して試料に対する迅速でかつ正確な測定が可能な装置を提供することにある。
【0008】
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題については以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による分光偏光測定装置は、光源が着脱結合される光源着脱部と、前記光源着脱部に結合された光源から放出される光を偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、前記分離された偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する偏光干渉計と、前記出力された光を分析して前記反射試料の物性値を測定するスペクトロメータ（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を含み、前記光源着脱部に結合される光源の波長は前記反射試料によって変わる。
【発明の効果】
【0010】
本発明による分光偏光測定装置および分光偏光測定システムによれば、スナップショットに基づいて迅速な試料の測定が可能でありがらも、単一の試料の多様な位置または多様な試料の間に連続的な測定が可能である長所がある。
【0011】
また、本発明による分光偏光測定装置によれば、小型化およびパッケージ化が可能で携帯性および移動性を強化することができ、簡単な結合によって光源および分光計と偏光干渉計の間の連結が行われるので、着脱および維持、補修が容易である長所もある。
【0012】
また、本発明による分光偏光測定装置によれば、試料の特性によって試料測定に適した波長を有する光源に交換が可能であることにより、対象試料の物性値をより正確に得ることができ、パルス形態の直進光を用いることにより迅速な測定が可能である長所もある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態による分光偏光測定装置の偏光干渉計の概念図である。
【図2】偏光干渉計、光源、光源着脱部およびスペクトロメータを共にパッケージ化した分光偏光測定装置を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態による分光偏光測定装置の細部的な構成を示すブロック図である。
【図4】偏光ビームスプリッタおよびミラーを示す図である。
【図5】本発明の他の実施形態による分光偏光測定装置の細部的な構成を示すブロック図である。
【図6a】本発明の一実施形態による分光偏光測定装置の側面図である。
【図6b】本発明の他の実施形態による分光偏光測定装置の側面図である。
【図9】本発明の実施形態による分光偏光測定装置の内部透視図である。
【図10】本発明の第２実施形態による一体型偏光干渉計の概念図である。
【図11】偏光干渉計、光源および分光計を共にパッケージ化した分光偏光測定装置を示す図である。
【図12】本発明の他の実施形態による偏光干渉計の細部的な構成を示すブロック図である。
【図13】第１偏光ビームスプリッタおよび隣接して配置されたミラーを示す断面図である。
【図14a】本発明の第２実施形態による統合アセンブリと結合される偏光干渉計を多様な角度から見た図である。
【図14b】本発明の第２実施形態による統合アセンブリと結合される偏光干渉計を多様な角度から見た図である。
【図14c】本発明の第２実施形態による統合アセンブリと結合される偏光干渉計を多様な角度から見た図である。
【図15a】本発明の第２実施形態による偏光干渉計が統合アセンブリと結合される形態を示す図である。
【図15b】本発明の第２実施形態による偏光干渉計が統合アセンブリと結合される形態を示す図である。
【図17】偏光干渉計の内部で光入出力および干渉過程を示すための図である。
【図18a】本発明の第２実施形態による分光偏光測定装置が据え置かれるガントリを示す斜視図である。
【図18b】ガントリおよびそこに据え置かれた分光偏光測定装置を含む分光偏光測定システムを示す斜視図である。
【図18c】ガントリ上で分光偏光測定装置の位置を変更する例を示す図である。
【図19a】ＰＢＳ組立体の多様な実施形態を示す図である。
【図19b】ＰＢＳ組立体の多様な実施形態を示す図である。
【図19c】ＰＢＳ組立体の多様な実施形態を示す図である。
【図20a】電気信号によって変位が制御される可動ミラーを有するＰＢＳ組立体の分解斜視図である。
【図21】本発明の一実施形態による分光偏光測定装置の光路差自動調整装置のブロック図である。
【図22】本発明の一実施形態によるインタフェログラム関数を示す図である。
【図23】縦方向変位量制御およびチルト制御を共に行うための変形されたピエゾステージを有するＰＢＳ組立体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図１は本発明の第１実施形態による分光偏光測定装置の偏光干渉計（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，１１０）の概念図である。偏光干渉計１１０は光源から放出される光を入射する光入力端子１０１、偏光干渉計１１０から光を反射試料に照射し、反射試料で反射された光を入射する測定端子１０２、および偏光干渉計１１０から光をスペクトロメータ（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）に出射する光出力端子１０３および三個の端子１０１，１０２，１０３を取り付けたハウジング１１１を含んで構成されることができる。このように、偏光干渉計１１０は光源や分光計が着脱可能なハウジング１１１で構成されるためにモジュール化、小型化が可能である。
【0015】
図２に示すように、本発明の第１実施形態による分光偏光測定装置１００は、光源１２０、偏光干渉計１１０、およびスペクトロメータ１５０がパッケージで形成されることができる。信号分析部（図示せず）をさらに含むこともできる。この時、光源１２０の光源側端子１２１と偏光干渉計１１０の光入力端子１０１の間、偏光干渉計１１０の光出力端子１０３とスペクトロメータ１５０の光入力端子１５１の間は直接連結されたり、光を伝達する媒体として光ファイバー（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）ないし光ケーブル（ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｂｌｅ，１０，２０）が連結され得る。
【0016】
この時、偏光干渉計１１０は光源１２０から放出された光を、偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、分離された偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する。このように出力された光はスペクトロメータ１５０に提供され、スペクトロメータ１５０は出力された光を分析して反射試料の物性値を測定する。
【0017】
光源着脱部には光源１２０が着脱結合される。偏光干渉計１１０に光を放出する光源１２０が分光偏光測定装置１００に固定されず、光源着脱部を介して着脱可能なように形成される。光源１２０が着脱可能であるので、光源１２０の交換が容易である。したがって、反射試料によって光源を選択して交換でき、多様な光源選択が可能である。光源１２０は光源着脱部とボルト－ナット方式や差し込み方式で着脱可能であり、その他の着脱可能な多様な方式で結合されることができる。
【0018】
光源着脱部に結合される光源１２０の波長は測定しようとする反射試料によって異なる波長を有する。既存の広い範囲の白色光源（ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）より迅速でかつ正確な測定のために、反射試料に敏感な波長を有する光源を用いる。光源着脱部に結合する光源１２０の選択は測定しようとする反射試料の特性によって変わる。具体的には、反射試料に対する干渉縞がよく生じる波長を有する光源を選択することができる。この時、干渉縞の解像度が臨界値以上の波長を選択することができる。ここで、臨界値は他の波長との相対的な数値であり得、他の波長と関係がない絶対数値でもあり得る。
【0019】
光源１２０は直進光を放出する光源を用いることができる。直進光を用いることで白色光源を用いることにより必要なチョッパー（ｃｈｏｐｐｅｒ）、分光、平行光形成のためのレンズなどの部品なしで偏光測定が可能である。直進光は拡散性より直進性が大きい光であり、レーザ、ＬＥＤなどがこれに該当する。したがって、光源１２０はレーザまたはＬＥＤであり得る。レーザ（ｌａｓｅｒ）は周波数が一定である、すなわち、波長が一定の光を放出する光源であり、可干渉長さが白色光源より長いので干渉縞がよく生じるため、白色光源より測定が容易である。ＬＥＤもまた、特定波長を有する直進性が強い光を放出する光源である。その他にも直進性を有する多様な光を放出する光源１２０を用いることができるのは当然である。
【0020】
直進性を有する光源だけでなく白色光源への交換も可能である。白色光源を結合する場合、白色光源を平行光に変換させるための光学系を共に結合することができる。この時、結合される光学系はコリメーティングレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）、線形偏光子（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、アイリス（ｉｒｉｓ）で構成されることができる。光源から放出された光はコリメーティングレンズで平行光に変換され、光干渉のコントラストを向上させるために、線形偏光子で４５°方向に線形偏光され得る。また、アイリスは線形偏光子を通過した線形偏光の大きさを調節することができる。
【0021】
反射試料がどの波長帯に敏感であるのかを導き出した後、該当波長を有する光源を選択し、光源着脱部に結合して測定のための光源として用いることができる。この時、光源は反射試料を測定するのに必要な単一波長を有することができる。反射試料に敏感で反射試料の測定に適した単一波長を有する光源を用いることによって、反射試料に対する迅速でかつ正確な測定が可能である。光源１２０は光源着脱部に着脱結合され、反射試料によって異なる波長を有する光源に交換が可能である。簡単に光源を交換できるため、多様な波長帯の光源を選択でき、ユーザーが容易に用いることができる。または、光源１２０は波長が可変される光源であり得る。特定波長を有する光源を交換することだけでなく、複数の波長に波長可変が可能な光源を用いることができる。可変波長レーザなどの可変波長光源を用いることによって一つの光源で反射試料に合わせて波長を可変しながら測定を遂行できる。
【0022】
反射試料に対する測定に適した波長を導き出すために、反射試料に対する測定を遂行できる。波長を変更して、反射試料に敏感な波長を導き出す。この時、可変波長光源を用いて測定したり白色光源を用いて広い波長を有する光源を用いて測定される結果を分析して該当反射試料に敏感な波長を導き出すことができる。または、反射試料ごとにあらかじめ測定することにより保存された反射試料別の測定波長情報を用いることができる。反射試料別の測定波長情報はルックアップテーブルで生成されて保存される。測定により導き出された特定の反射試料に対する測定波長情報は保存し、後に同じ反射試料に対する測定時、以前の情報を用いて該当測定波長を有する光源を光源着脱部に結合して該当反射試料に対する測定に用いることができる。
【0023】
光源１２０は特定波長を有する光をパルス形態で放出することができる。光を連続的に放出することもできるが、光をパルス形態で放出することによって迅速な測定を可能にすることができる。パルスごとに干渉縞が生成され得るため、光をパルス形態で放出して測定しようとする領域にのみ照射することによってその領域に対する測定を早く遂行できる。
【0024】
スペクトロメータ１５０は、韓国特許第１８１２６０８号公報でも言及されたように、スナップショット（ｓｎａｐｓｈｏｔ／ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｏｔ）方式で測定対象になる反射試料の分光偏光情報をリアルタイム／高速で測定するための装置で構成されることができる。
【0025】
図３は本発明の第１実施形態による分光偏光測定装置１００の細部的な構成を示すブロック図である。分光偏光測定装置１００は偏光干渉計１１０を含み、光源１２０が着脱結合する光源着脱部およびスペクトロメータをパッケージで含み得る。偏光干渉計１１０は光入力端子１０１、測定端子１０２、光出力端子１０３、第１偏光ビームスプリッタ１１１、第１ミラー１１２、第２ミラー１１３、および第２偏光ビームスプリッタ１１４で構成され、すべての構成要素はハウジング内に収容されて設けられる。
【0026】
光入力端子１０１は光源１２０から放出される光を入射し、入射された光は第１偏光ビームスプリッタ１１１で第１偏光ビームスプリッタ１１１を透過する第１偏光と第１偏光ビームスプリッタ１１１で反射される第２偏光に分離される。ここで、第１偏光はＰ偏光であり、第２偏光はＳ偏光であり得、その逆に具現されることもできる。
【0027】
この時、第１偏光ビームスプリッタ１１１を構成する面のうち第１面には第１ミラー１１２が設けられ、第１偏光ビームスプリッタ１１１を透過した第１偏光を第１偏光ビームスプリッタ１１１に反射する。ここで、第１面は入射光軸に垂直な面であり得る。反射された第１偏光は第１偏光ビームスプリッタ１１１で反射されて第２偏光ビームスプリッタ１１４に移動する。
【0028】
第１面に垂直な第２面には第２ミラー１１３が設けられ、第１偏光ビームスプリッタ１１１で反射される第２偏光を第１偏光ビームスプリッタ１１１に反射する。ここで、第２面は入射光軸に平行な面であり上面であり得る。反射された第２偏光は第１偏光ビームスプリッタ１１１を透過して第２偏光ビームスプリッタ１１４に移動する。
【0029】
分光偏光信号に高周波信号を生成するために、第１偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、第１ミラー１１２で反射された後、再び第１偏光ビームスプリッタ１１１で上方に反射される第１偏光の光路長さと、第１偏光ビームスプリッタ１１１で反射された後第２ミラー１１３で反射される第２偏光の光路長さは差がある。すなわち、いずれか一つの光路長さが異なる一つの光路長さより概ね２０～６０μｍ長く形成することができる。この時、第１偏光の光路長さが長くてもよく、第２偏光の光路長さが長くてもよい。
【0030】
このような光路長さの差を発生させるために、第１偏光ビームスプリッタ１１１の第１面と第１ミラー１１２の間隔と、第１偏光ビームスプリッタ１１１の第２面と第２ミラー１１３の間の間隔に差をおいてもよい。すなわち、第１ミラー１１２と第２ミラー１１３のいずれか一つが他の一つより第１偏光ビームスプリッタ１１１の該当面から光路長さの差（概ね２０～６０μｍ）だけより離れていてもよい。
【0031】
しかし、光路長さの差は微細な差だけでも最終測定結果に相当な影響を及ぼし得る。したがって、製造誤差や外部温度など多様な要因によって発生し得る分光偏光測定装置での光路長さの差に関する誤差を、事前に行われるキャリブレーション過程により除去する必要がある。このようなキャリブレーション過程は最終的にスペクトロメータで測定される信号の大きさを最大化することによって分光偏光測定装置の測定性能ないし精密度を向上させることに寄与する。
【0032】
これのために本発明では、図４に示すように、第１偏光ビームスプリッタ１１１の互いに異なる面に形成されたミラー１１２，１１３の少なくとも一つを可動ミラーとして具現することが好ましい。例えば、第１偏光ビームスプリッタ１１１の第１面に形成された第１ミラー１１２は第１偏光ビームスプリッタ１１１に対して固定された固定ミラーであり、第２面に形成された第２ミラー１１３は第１偏光ビームスプリッタ１１１に対して垂直な方向に変位できる可動ミラーであり得る。このように、第２ミラー１１３を可動ミラーとして具現して第１偏光ビームスプリッタ１１１との間隔を調節することによって光路長さの差を最適に設定することができる。
【0033】
この時、可動ミラーである第２ミラー１１３は電気的に縦方向変位（ｚ軸変位）を制御できるように圧電素子上に設けられる。圧電素子とは圧力ないし変位が加えられるとき電気を発生する性質を有する素子、または電気が加えられるとき圧力ないし変位が発生する素子を通称する。特に、圧電素子が有する後者の特性が使用される。具体的には圧電素子はピエゾステージ（ｐｉｅｚｏ－ｓｔａｇｅ）で構成され、電気信号と関係なく固定される固定部材と、固定部材上に設けられ、電気信号に応じて伸縮／縮小される可動部材を含む。可動部材は位置に関係がなく同じ大きさだけ変位（伸縮／縮小）できる。または、可動部材はあらかじめ定められたいくつかの地点（２地点、３地点など）でのみ変位するようにすることもできるので、この場合は位置別の偏差によって可動ミラーの縦方向変位だけでなくチルト角まで微細に調節することができる。
【0034】
このように、第２ミラー１１３を可動ミラーとして具現して第１偏光ビームスプリッタ１１１との間隔を調節することによって光路長さの差が測定対象である反射試料２００に合うように適応的に調節することができる。ただし、これに限らず、逆に第１ミラー１１２を可動ミラーとして設計したり、第１ミラー１１２および第２ミラー１１３をすべて可動ミラーとして設計することもできる。
【0035】
このように、互いに異なる経路により第１偏光ビームスプリッタ１１１で第２偏光ビームスプリッタ１１４に向かった第１偏光および第２偏光は複合波の形態で第１偏光ビームスプリッタ１１１に入射される。第２偏光ビームスプリッタ１１４に入射された複合波は第２偏光ビームスプリッタ１１４で反射されて測定端子１０２に出力され、測定端子１０２に出力された光は反射試料２００に照射される。また、反射試料２００に照射された光は反射試料２００で反射されて再び測定端子１０２に入射される。
【0036】
測定端子１０２に入射された光は、第２偏光ビームスプリッタ１１４を透過して光出力端子１０３を介してスペクトロメータに伝達され得る。スペクトロメータは例えばセンサアレイタイプであり得、反射試料２００の分光偏光情報を示すストークスベクトルをスナップショット方式で（リアルタイムおよび高速で）測定できる。これにより最終的に反射試料２００の材質、厚さのような物性値を得ることができる。
【0037】
測定端子１０２はプローブ（ｐｒｏｂｅ）と連結され得る。プローブは接続端子、プローブアーム（ｐｒｏｂｅ ａｒｍ）およびプローブヘッドを含み、接続端子は測定端子１０２に対して着脱可能なように構成されることができる。プローブアームは内部に光が伝導され得る光ファイバーないし光ケーブルを含み、曲がった状態に維持できる材質の外部被覆をさらに含む。したがって、ユーザーはプローブアームを曲げることによってプローブヘッドの位置を自由に調整することができる。プローブヘッドはプローブアームで接続端子の反対側に設けられ、反射試料２００に光を出力したり反射試料２００で反射された光を収容する構成要素である。プローブヘッドはその末端にレンズなど追加的な光学系をさらに備えることができる。このように、光ファイバーないし光ケーブルは光伝導において両方向性を有するように構成することができる。ただし、これに限らず、一方向性を有する２個の光ファイバーないし光ケーブルを使用することも可能であることはもちろんである。このようにプローブを分光偏光測定装置１００に着脱可能にすることによって、試料測定環境によって多様な長さおよび種類のプローブを使用できる長所がある。
【0038】
偏光干渉計１１０は図５のように、入力光学系１１６または出力光学系１１７（線形偏光子１１７）をさらに含み得る。光源として白色光源を用いる場合、入力された光が平行光に変換されて第１偏光ビームスプリッタ１１１に入射されなければならないため、入力光学系１１６を介して光を平行光に変換することができる。入力光学系１１６は例えば、コリメーティングレンズ１１６ａ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）、線形偏光子１１６ｂ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）およびアイリス１１６ｃ（ｉｒｉｓ）で構成されることができる。
【0039】
具体的には、光入力端子１０１を介して入力された光はコリメーティングレンズ１１６ａで平行光に変換される。この平行光は線形偏光子１１６ｂで４５°方向に線形偏光され得る。また、アイリス１１６ｃは線形偏光子１１６ｂを通過した線形偏光の大きさを調節する。アイリス１１６ｃにより適正大きさに調節された線形偏光は第１偏光ビームスプリッタ１１１に入射される。
【0040】
また、測定端子１０２に入射された光は、第２偏光ビームスプリッタ１１４を透過して出力光学系１１７を介してスペクトロメータに伝達され得る。測定端子１０２に他の経路を介して入射された２個の光は結局干渉光の形態で出力光学系１１７に入射される。出力光学系１１７は代表的に線形偏光子を含み得るが、これに限らず、追加的なレンズなどの光学系を含むこともできる。例えば、第２偏光ビームスプリッタ１１４から伝達された干渉光は４５°方向に線形偏光させるための線形偏光子１１７を透過した後光出力端子１０３を介してスペクトロメータに伝達され得る。
【0041】
図６ａは本発明の第１実施形態による分光偏光測定装置１００の具体的な構成を示す図面であり、図７および図８は斜視図である。分光偏光測定装置１００は光源着脱部１３０、光源着脱部１３０に着脱されて交換可能な光源１２０、および偏光干渉計１１０を含み、偏光干渉計１１０から出射される光の移動距離を確保できるように出力光学系１４０を含み得る。また、スペクトロメータ１５０をさらに含み得る。
【0042】
光源着脱部１３０には光源１２０の着脱が可能であり、光源１２０は光源着脱部１３０に着脱結合する。光源１２０は光源着脱部１３０と差し込み形式またはボルト－ナットメカニズムを用いて着脱結合できる。図７のように、光源着脱部１３０に光源１２０が挿入される溝が形成され、光源１２０には雄ねじが形成され、光源着脱部１３０に雌ねじが形成されて着脱結合できる。その他にも光源１２０が着脱結合するように光源着脱部１３０に多様な構造が形成されることができる。光源着脱部１３０は偏光干渉計１１０と一体型で形成されるか、それぞれモジュール化されて結合され得る。光源着脱部１３０には入力光学系が形成されることもできる。光源１２０として直進光のみを用いる場合には入力光学系は形成されなくてもよい。
【0043】
偏光干渉計１１０は光源着脱部１３０を介して光源１２０から放出された光が入射される。偏光干渉計１１０は第１偏光ビームスプリッタを用いて入射された光を第１偏光および第２偏光に分離し、第１ミラー１１２および第２ミラー１１３を用いて第１偏光および第２偏光を光路長さの差を発生させて干渉を発生するようにする。第１ミラー１１２および第２ミラー１１３は図６ｂのように位置が互いに反対であり得る。
【0044】
第１偏光および第２偏光の複合波は第２偏光ビームスプリッタ１１４に移動し、第２偏光ビームスプリッタ１１４で反射されて測定端子を介して反射試料に照射される。反射試料で反射されて入力された光は第２偏光ビームスプリッタ１１４を透過して出力光学系１４０に出射される。
【0045】
出力光学系１４０を通過した光はスペクトロメータ１５０に入射され、スペクトロメータ１５０は出力光学系１４０を介して入射される光を分析して反射試料の物性値を測定する。
【0046】
図９は本発明の実施形態による分光偏光測定装置の内部透視図である。光源着脱部１３０の内部に図９のように、入力光学系１１６が形成され得、偏光干渉計の第１ミラー１１２および第２ミラー１１３は図９のように形成され得、出力光学系１４０の内部には線形偏光子１１７が形成されることができる。
【0047】
一方、入力光学系１１６や出力光学系１４０とは別に、第１偏光ビームスプリッタ１１１と第１ミラー１１２の間、そして第１偏光ビームスプリッタ１１１と第２ミラー１１３の間にはそれぞれ偏光子、偏光レンズのような光学系がさらに備えられる。
【0048】
分光偏光測定装置の好ましい性能を具現するためには、入出力光学系１１６，１４０と、第１ミラー１１２および第２ミラー１１３の付近にそれぞれ配置された２個の光学系には互いに異なる角度で偏向した線形偏光子などがそれぞれ配置されるようにする必要がある。例えば、入力光学系１１６および出力光学系１４０に備えられた線形偏光子などが有する偏光角は４５°であり、第１ミラー１１２の付近に配置された線形偏光子が有する偏光角は９０°であり、第２ミラー１１３の付近に配置された線形偏光子が有する偏光角は０°で構成されることができる。
【0049】
図９に示すように、入力光学系１１６に含まれる線形偏光子はブラケット１１８ａに、出力光学系１４０に含まれる線形偏光子はブラケット１１８ｄに、第１ミラー１１２の付近に配置される線形偏光子はブラケット１１８ｃに、第２ミラー１１３の付近に配置される線形偏光子はブラケット１１８ｂそれぞれ設けられる。この時、それぞれの線形偏光子は設定された偏光角に合わせて設置方向を決めた後該当ブラケット内に設けられる。
【0050】
以上で説明した分光偏光測定装置を用いて連続的に供給されるロールトゥロール反射試料を効率的に測定するために、分光偏光測定装置は据置台ないしガントリに設けられる。ガントリ上で分光偏光測定装置が横方向に移動可能なように設けることによって反射試料の多様な位置での測定が可能である。
【0051】
ガントリの上部横断支持台に分光偏光測定装置を据え置くときには測定端子が下へ向かうように設けられる。ガントリに設けられて反射試料を測定する場合、反射試料は好ましくは、二つのローラ間で移送される可撓性基板のような連続的に移送される試料である。このような反射試料はある程度の横方向大きさを有するので、あらかじめ裁断された試料に比べて、連続的な多地点の測定が必要である。連続的に供給される反射試料は特定の横方向位置にある分光偏光測定装置によって瞬時的に測定され得る。この時、第１位置に据え置かれた分光偏光測定装置は測定端子を介して反射試料の第１地点を測定できるが、ユーザーは必要に応じてその位置を横方向に移動して反射試料の第２地点を測定することもできる。このような横方向位置の移動は任意の位置にも可能であるが、あらかじめ定められた離隔した位置（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）に正確に置かれられるようにすることもできる。この時には横断支持台の横方向の該当位置に固定型または移動型ストッパ（図示せず）を備えることによって分光偏光測定装置の定位置を案内することもできる。分光偏光測定装置を上部横断支持台に据え置いて反射試料の上面を測定することを例示したが、これに限らず、前述の装置を下部横断支持台に据え置いて反射試料の下面を測定することも可能である。この場合には、分光偏光測定装置は下方で上側を測定しなければならないので、上下対称の形態で下部横断支持台に据え置かれなければならない。
【0052】
一方、分光偏光測定装置の測定端子と反射試料の間の距離も、スペクトロメータで分析される信号の強度に影響を与えるので、最適に決定される必要がある。したがって、追加的に上部横断支持台がある程度の範囲で昇降できる構造（例：リニアモータ、リードスクリューなど）が提供され得、これにより測定端子と反射試料の間の最適な距離を調節することも可能である。また、他の位置にあらかじめ複数の分光偏光測定装置を配置して反射試料の複数の地点を一度に測定することも可能である。
【0053】
これまで本発明の第１実施形態による分光偏光測定装置について説明した。以下では第２実施形態による分光偏光測定装置について説明する。
【0054】
図１０は本発明の第２実施形態によるモジュール化された一体型偏光干渉計（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，１２００）の概念図である。偏光干渉計１２００は光源から照射される光を入射する光入力端子１２０１、偏光干渉計１２００から光を分光計（ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）に出射する光出力端子１２０３および二つの端子１２０１，１２０３を取り付けたハウジング１２０５を含んで構成されることができる。このように、偏光干渉計１２００は光源や分光計から着脱可能なハウジング１２０５で構成されるためにモジュール性、小型化が可能になる。
【0055】
図１１に示すように、図１０の偏光干渉計１２００は光源１１１０および分光計１１２０とともに分光偏光測定装置１０９０内にパッケージ化される。この時、光源１１１０の光源端子１１０１と偏光干渉計１２００の光入力端子１２０１の間、そして偏光干渉計１２００の光出力端子１２０３と分光計１１２０の分光計端子１１０３の間には、光を伝達する媒体として光ファイバー（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）ないし光ケーブル（ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｂｌｅ）が連結され得る。
【0056】
この時、偏光干渉計１２００は光源１１１０から放出された光を、偏光ビームスプリッタを用いて複数の偏光に分離し、分離された偏光のうち少なくとも一部を反射試料に照射して反射された光を出力する。このように出力された光は分光計１１２０に提供され、分光計１１２０は前記出力された光を分析して反射試料の物性値を測定する。
【0057】
光源１１１０としては白色光源（ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）、例えば１０Ｗタングステン－ハロゲンランプ（１０Ｗ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ－Ｈａｌｏｇｅｎ ｌａｍｐ）を用いるが、これに限らず、他の種類の光源を用いることも可能である。また、分光計１１２０は、韓国特許第１８１２６０８号公報でも言及されたように、スナップショット（ｓｎａｐｓｈｏｔ／ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｏｔ）方式で測定対象になる反射試料の分光偏光情報を示すストークスベクトル（Ｓｔｏｋｅｓ ｖｅｃｔｏｒ）をリアルタイム／高速で測定するための装置で構成されることができる。したがって、分光偏光測定装置１０９０は機械的回転機構や電気的な変調素子を用いず、単一の干渉分光データのみにより波長に対する情報を有するストークスベクトル（Ｓｔｏｋｅｓ ｖｅｃｔｏｒ）をリアルタイムで測定できる。
【0058】
図１２は本発明の他の実施形態による分光偏光測定装置１１５０の細部的な構成を示すブロック図である。図１１と同様に、分光偏光測定装置１１５０は光源１１１０、分光計１１２０および偏光干渉計１２００を含んで構成されることができる。ただし、ここでは光源１１１０と分光計１１２０は統合アセンブリ１１００内に共にパッケージ化できる。この場合には図１１の実施形態のように光源１１１０と分光計１１２０をそれぞれ偏光干渉計１２００と連結することなく、統合アセンブリ１１００と偏光干渉計１２００の間の結合だけで両者が偏光干渉計１２００に自然に連結される。この時、光源１１１０の光源端子１１０１は偏光干渉計１２００の光入力端子１２０１と、分光計１１２０の分光計端子１１０３は偏光干渉計１２００の光出力端子１２０３と結合される。
【0059】
このような統合アセンブリ１１００と結合される偏光干渉計１２００は反射計（ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）タイプで構成されることができる。前記偏光干渉計１２００は光入力端子１２０１、入力光学系１２１１ａ，１２１１ｂ，１２１１ｃ、第１偏光ビームスプリッタ１２２０、第２偏光ビームスプリッタ１２３０、出力光学系１２４１、光出力端子１２０３および測定端子１２０２を含んで構成されることができる。
【0060】
光入力端子１２０１は光源１１１０から照射されて伝達される光を入射する。入射された光は入力光学系１２１１ａ，１２１１ｂ，１２１１ｃを経て第１偏光ビームスプリッタ１２２０に入射される。このような入力光学系１２１１ａ，１２１１ｂ，１２１１ｃは例えば、コリメーティングレンズ１２１１ａ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）、線形偏光子１２１１ｂ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）およびアイリス１２１１ｃ（ｉｒｉｓ）で構成されることができる。
【0061】
具体的には、光入力端子１２０１を介して入力された光はコリメーティングレンズ１２１１ａで平行光に変換される。この平行光は線形偏光子１２１１ｂで４５°方向に線形偏光され得る。また、アイリス１２１１ｃは線形偏光子１２１１ｂを通過した線形偏光の大きさを調節する。アイリス１２１１ｃにより適正の大きさに調節された線形偏光は第１偏光ビームスプリッタ１２２０に入射される。
【0062】
入射された光は第１偏光ビームスプリッタ１２２０で分離する。この時、第１偏光ビームスプリッタ１２２０を構成する面のうち２個の面には２個のミラー１２２１，１２２２が設けられている。第１偏光ビームスプリッタ１２２０は、Ｐ偏光は透過させて第１ミラー１２２１（固定ミラー１２２１）に入射させ、Ｓ偏光は反射して第２ミラー１２２２（可動レンズ１２２２，可動ミラー１２２２）に入射させる。具体的には、第１ミラー１２２１は第１偏光ビームスプリッタ１２２０の一側面（入射光軸に垂直な面）に付着してＰ偏光を反射し、第２ミラー１２２２は第１偏光ビームスプリッタ１２２０の上面（入射光軸に平行な面）に付着してＳ偏光を反射することができる。
【0063】
分光偏光信号に高周波信号を生成するために、第１偏光ビームスプリッタ１２２０を透過して第１ミラー１２２１で反射された後、再び第１偏光ビームスプリッタ１２２０で上方に反射されるＰ偏光の光路長さと、第１偏光ビームスプリッタ１２２０で反射された後第２ミラー１２２２で反射されるＳ偏光の光路長さは差がある。すなわち、いずれか一つの光路長さが異なる光路長さより概ね２０～６０μｍ長く形成することができる。この時、Ｐ偏光の光路長さが長くてもよく、Ｓ偏光の光路長さが長くてもよい。
【0064】
このような光路長さの差を発生させるために、第１偏光ビームスプリッタ１２２０の第１面と第１ミラー１２２１の間隔と、第１偏光ビームスプリッタ１２２０の第２面と第２ミラー１２２２間の間隔に差を置くことができる。すなわち、第１ミラー１２２１と第２ミラー１２２２のいずれか一つが他の一つより第１偏光ビームスプリッタ１２２０の該当面から前記光路長さの差（概ね２０～６０μｍ）だけさらに離れていてもよい。
【0065】
しかし、光路長さの差は微細な差だけでも最終測定結果に相当な影響を及ぼし得る。したがって、製造誤差や外部温度など多様な要因によって発生し得る分光偏光測定装置１１５０での光路長さの差に関する誤差を、事前に行われるキャリブレーション過程により除去する必要がある。このようなキャリブレーション過程は最終的に分光計１１２０で測定される信号の大きさを最大化することによって分光偏光測定装置１１５０の測定性能ないし精密度を向上させることに寄与する。
【0066】
これのために本発明では、図１３に示すように、第１偏光ビームスプリッタ１２２０の互いに異なる面に形成されたミラー１２２１，１２２２の少なくとも一つを可動ミラーとして具現することが好ましい。例えば、第１偏光ビームスプリッタ１２２０の側面に形成された第１ミラー１２２１は第１偏光ビームスプリッタ１２２０に対して固定された固定ミラーであり、その上面に形成された第２ミラー１２２２は第１偏光ビームスプリッタ１２２０の上面に対して垂直な方向に変位できる可動ミラーである。このように、第２ミラー１２２２を可動ミラーとして具現して第１偏光ビームスプリッタ１２２０との間隔を調節することによって光路長さの差を最適に設定することができる。ただし、これに限らず、逆に第１ミラー１２２１を可動ミラーとして設計したり、第１ミラー１２２１および第２ミラー１２２２をすべて可動ミラーとして設計することもできる。可動ミラーの操作に係るより具体的な内容は以後の図面を参照して後述する。
【0067】
結果的に、Ｐ偏光は再び第１偏光ビームスプリッタ１２２０で反射されて第２偏光ビームスプリッタ１２３０側へ向かい、Ｓ偏光は再び第１偏光ビームスプリッタ１２２０を透過して第２偏光ビームスプリッタ１２３０側へ向かうことになる。したがって、Ｐ偏光およびＳ偏光は複合波の形態で第２偏光ビームスプリッタ１２３０に入射される。
【0068】
第２偏光ビームスプリッタ１２３０に入射された前記複合波は第２偏光ビームスプリッタ１２３０で反射されて測定端子１２０２に出力され、測定端子１２０２に出力された第２偏光は反射試料１０５０に照射される。また、反射試料１０５０に照射された光は反射試料１０５０で反射されて再び測定端子１２０２に入射される。
【0069】
測定端子１２０２に入射された光は、第２偏光ビームスプリッタ１２３０を透過して出力光学系１２４１に伝達される。このように他の経路により入射された２個の光は結局干渉光の形態で出力光学系１２４１に入射される。出力光学系１２４１は代表的に線形偏光子を含み得るが、これに限らず、追加的なレンズなどの光学系を含むこともできる。例えば、第２偏光ビームスプリッタ１２３０から伝達された干渉光は４５°方向に線形偏光させるための線形偏光子１２１１ｂを透過した後光出力端子１２０３を介して分光計１１２０に伝達され得る。分光計１１２０は例えばセンサアレイタイプであり得、反射試料１０５０の分光偏光情報を示すストークスベクトルをスナップショット方式で（リアルタイムおよび高速で）測定できる。これにより最終的に反射試料１０５０の材質、厚さのような物性値を得ることができる。
【0070】
図１４ａないし図１４ｃは本発明の第２実施形態による統合アセンブリ１１００と結合される偏光干渉計１２００を多様な角度から見た図である。偏光干渉計１２００は統合アセンブリ１１００と結合される光入力端子１２０１および光出力端子１２０３を左側面に備えており、内部の構成要素を収容するケースないしハウジング１２０５を備える。
【0071】
この時、偏光干渉計１２００の平面図を示す図１４ａを参照すると、光入力端子１２０１の位置と光出力端子１２０３の位置の間には光入力軸ないし光出力軸方向（以下光軸方向という）に一定の距離だけ段差ｄが形成される。特に、光出力端子１２０３より光入力端子１２０１が突出した位置に配置される。このような段差は統合アセンブリ１１００と偏光干渉計１２００の間の結合をより堅固にするだけでなく、統合アセンブリ１１００が光源１１１０に比べてサイズが大きい分光計１１２０をより効率的に収容できるようにする。
【0072】
また、図１４ｂを参照すると、ハウジング１２０５は例えば前面カバー１２０５ａと後面ケーシング１２０５ｂで構成されている。したがって、偏光干渉計１２００全体を分解せずとも前面カバー１２０５ａのみを開放することだけでも内部の構成要素の設置や補修が可能である。そして、ハウジング１２０５の上面には他の部分に比べて上方に延びて開口部１２０７を有する突出部１２０８が形成されることができる。このような突出部１２０８はその内部に可動レンズ（図１３の１２２２）を収容し、開口部１２０７を介してユーザーが可動レンズ１２２２の操作具１２２４を操作できるようにする。ユーザーは前記操作具１２２４を、例えば回転させる操作により可動レンズ１２２２を上下方向に移動させながらその最適位置を調節することができる。
【0073】
次に図１４ｃを参照すると、偏光干渉計１２００で段差が形成された２個の左側面にはそれぞれ開口部１２０７，１２０９が形成され、このような開口部１２０７，１２０９を介して光入力端子１２０１および光出力端子１２０３が外部に露出する。このような光入出力端子１２０１，１２０３は光を透過する透明ガラスや、特別な機能を有するその他光学部材で構成されることができる。
【0074】
図１５ａおよび図１５ｂは前述した偏光干渉計１２００が統合アセンブリ１１００と結合される形態を示す図である。図１５ａに示すように、偏光干渉計１２００の左側面の段差は統合アセンブリ１１００の段差と対応するように構成されている。すなわち、統合アセンブリ１１００の段差は偏光干渉計１２００の段差と逆に上側の光源１１１０側よりは下側の分光計１１２０側がより突出している。したがって、統合アセンブリ１１００の上側開口部１１０７を介して外部に露出する光源１１１０の光源端子１１０１と、下側開口部１１０９を介して外部に露出する分光計１１２０の分光計端子１１０３は、偏光干渉計１２００の光入力端子１２０１および光出力端子１２０３とそれぞれ整列する。もちろん、本発明で上下または左右の概念は相対的なものに過ぎないので、基準方向によって表現が変われるのは自明である。
【0075】
このような対応する形状間の結合によって、偏光干渉計１２００と統合アセンブリ１１００の間の定位置結合が容易になるだけでなく、結合時全体的に長方形形状を備えてコンパクトな形状および大きさを有するので、分光偏光測定装置１１５０の小型化および移動性を高めることができる。
【0076】
図１６ａは図１４ｂに示される偏光干渉計１２００の前面カバー１２０５ａを除去して見た正面図であり、図１６ｂは図１６ａで隠れた構成要素まで隠線で表す図である。また、図１６ｃは図１６ａを他の方向から見た斜視図である。
【0077】
図１６ａを参照すると、偏光干渉計１２００には光入力端子１２０１、光出力端子１２０３、入力光学系１２１１、出力光学系１２４１、第１偏光ビームスプリッタ１２２０および第２偏光ビームスプリッタ１２３０とともに備えられる光学系１２４３，１２４５を堅固に固定するために多様なブラケット１０７１，１０７２，１０７３，１０７４，１０７５，１０７６が備えられる。このようなブラケット（１０７１ないし１０７６）は後面ケーシング１２０５ｂから垂直方向に突出するように後面ケーシング１２０５ｂに設けられる。追加的に、偏光干渉計１２００には可動ミラー１２２２をホールディングするための第１ホルダ１０８１、固定ミラー１２２１をホールディングするための第２ホルダ１０８３、および入力光学系１２１１と出力光学系１２４１を追加的にホールディングするための第３ホルダ１０８５が備えられる。このようなブラケットやホルダは後面ケーシング１２０５ｂにねじ結合されたり、その他に知られている多様な方式で結合されることができる。
【0078】
一方、入力光学系１２１１や出力光学系１２４１とは別に、第１偏光ビームスプリッタ１２２０と可動ミラー１２２２の間、そして第１偏光ビームスプリッタ１２２０と固定ミラー１２２１の間にはそれぞれ偏光子、偏光レンズのような光学系１２４３，１２４５がさらに備えられる。
【0079】
本発明の第２実施形態によれば、偏光干渉計１２００の好ましい性能を具現するためには、入出力光学系１２１１，１２４１と、可動ミラー１２２２および固定ミラー１２２１の付近にそれぞれ配置された２個の光学系１２４３，１２４５には互いに異なる角度で偏向した線形偏光子などがそれぞれ配置されるようにする必要がある。例えば、入力光学系１２１１および出力光学系１２４１に備えられた線形偏光子などが有する偏光角は４５°であり、可動ミラー１２２２の付近に配置された線形偏光子が有する偏光角は９０°であり、固定ミラー１２２１の付近に配置された線形偏光子が有する偏光角は０°で構成されることができる。
【0080】
図１６ａに示すように、入力光学系１２１１に含まれる線形偏光子はブラケット１０７３に、出力光学系１２４１に含まれる線形偏光子はブラケット１０７６に、可動ミラー１２２２の付近に配置される線形偏光子はブラケット１０７４に、固定ミラー１２２１の付近に配置される線形偏光子はブラケット１０７５にそれぞれ設けられる。この時、それぞれの線形偏光子は設定された偏光角に合わせて設置方向を決めた後該当ブラケット内に設けられる。
【0081】
図１６ｂおよび図１６ｃを参照すると、後面ケーシング１２０５ｂの上面に形成された突出部１２０８には上方に貫通した開口部１２０７が備えられる。開口部１２０７を介して、ユーザーは可動レンズ１２２２をレンズ収容部１２２３に対して上下に調節可能にする操作具１２２４を操作することができる。操作具１２２４は例えば、レンズ収容部１２２３に対してねじ結合されており、ユーザーは操作具１２２４の回転操作により可動レンズ１２２２を上下方向に調節することができる。ただし、操作具１２２４はこれに限らず、電気制御によって可動レンズ１２２２を直線方向に変位させるリニアモータやピエゾステージなどによって具現することもできる。
【0082】
このような後面ケーシング１２０５ｂの上面から延びた突出部１２０８の存在は、可動レンズ１２２２をコンパクトな方式で収容するとともに、ユーザーが容易に可動レンズ１２２２の位置を調節できるようにすることに寄与する。
【0083】
図１７は偏光干渉計１２００の内部で光入出力および干渉過程を示すための図である。光源から入射された光Ａは先に入力光学系１２１１を経て第１偏光ビームスプリッタ１２２０に入射され、入射された光の一部Ｂ１は上側の可動ミラー１２２２に向かい、他の一部Ｂ２は右側の固定ミラー１２２１に向かう。したがって、光の一部Ｂ１は可動ミラー１２２２で、光の他の一部Ｂ２は固定ミラー１２２１で反射されて再び第１偏光ビームスプリッタ１２２０に入射された後、光路差を有する状態で重なり複合波の形態で第２偏光ビームスプリッタ１２３０に入射される。
【0084】
第２偏光ビームスプリッタ１２３０に入射された光Ｃは反射試料１０５０に向かい出射された後、反射試料１０５０で反射されて再び第２偏光ビームスプリッタ１２３０に戻る（Ｄ）。戻ってきた光Ｄは出力光学系１２４１を経て最終的に分光計１１２０側に出射される（Ｅ）。
【0085】
以上で説明した分光偏光測定装置１１５０を用いて連続的に供給されるロールトゥロール反射試料１０５０（フィルム型反射試料１０５０）を効率的に測定するためには、分光偏光測定装置１１５０を据え置きできる据置台ないしガントリの設置が必要である。
【0086】
図１８ａは本発明の第２実施形態による分光偏光測定装置１１５０が据え置かれるガントリ１３００（ｇａｎｔｒｙ）を示す斜視図であり、図１８ｂはガントリ１３００およびそこに据え置かれた分光偏光測定装置１１５０を含む分光偏光測定システム１４００を示す斜視図である。分光偏光測定装置１１５０はガントリ１３００上で横方向に移動可能であるため反射試料１０５０の多様な位置での測定が可能である。
【0087】
ガントリ１３００は例えば、フィルム型反射試料１０５０の上部および／または下部に横方向に延びた横断支持台１３１０，１３２０とこのような横断支持台１３１０，１３２０を垂直方向に支持する２個のレッグ部１３３０ａ，３３０ｂを含む。また、横断支持台１３１０，１３２０は横方向に延びた２個のガイドレール１３１１，１３１２と、その間で横方向に長く形成されたスロット１３１３と、スロット１３１３に据え置かれる分光偏光測定装置１１５０が下方に離脱しないようにするためにスロット１３１３の内部に若干突出したタン突起部１３１５を含んで構成されることができる。
【0088】
このようなガントリ１３００の上部横断支持台１３１０に分光偏光測定装置１１５０を据え置く時には測定端子１２０２が下へ向かい、統合アセンブリ１１００は偏光干渉計１２００の上方に位置する。
【0089】
一方、反射試料１０５０は好ましくは、二つのローラＲ１，Ｒ２の間で移送される可撓性基板のような連続的に移送される試料である。このような反射試料１０５０はある程度の横方向大きさを有するので、あらかじめ裁断された試料に比べて連続的な多地点の測定が必要である。
【0090】
図１８ｃを参照すると、連続的に供給される反射試料１０５０は特定の横方向位置にある分光偏光測定装置１１５０により瞬時的に測定できる。この時、第１位置に据え置かれた分光偏光測定装置１１５０は測定端子１２０２を介して反射試料１０５０の第１地点Ｐ１を測定できるが、ユーザーは必要に応じてその位置を横方向に移動して反射試料１０５０の第２地点Ｐ２を測定することもできる。このような横方向位置移動は任意の位置にも可能であるが、あらかじめ定められた離隔した位置（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）に正確に置かれられるようにすることもできる。この時には横断支持台の横方向の該当位置に固定型または移動型ストッパ（図示せず）を備えることによって分光偏光測定装置１１５０の定位置を案内することもできる。
【0091】
図１８ｂおよび図１８ｃでは分光偏光測定装置１１５０を上部横断支持台１３１０に据え置いて反射試料１０５０の上面を測定することを例示したが、これに限らず、分光偏光測定装置１１５０を下部横断支持台１３２０に据え置いて反射試料１０５０の下面を測定することも可能である。この場合には、分光偏光測定装置１１５０は下方で上側を測定しなければならないので、図１８ｃとは上下対称の形態で下部横断支持台１３２０に据え置かれなければならない。
【0092】
一方、分光偏光測定装置１１５０の測定端子１２０２と反射試料１０５０の間の距離ｈも、分光計１１２０で分析される信号の強度に影響を与えるので、最適に決定される必要がある。したがって、追加的に上部横断支持台１３１０がある程度の範囲で昇降できる構造（例：リニアモータ、リードスクリューなど）が提供されることができ、これにより測定端子１２０２と反射試料１０５０の間の最適な距離ｈを調節することも可能である。
【0093】
また、図１８ｂおよび図１８ｃに示された実施形態では、一つの分光偏光測定装置１１５０をガントリ１３００上で移動することを例に挙げて説明したが、これに限らず、スロット１３１３上の他の位置にあらかじめ複数の分光偏光測定装置１１５０を配置して反射試料１０５０の複数の地点を一度に測定することも可能である。
【0094】
以上で本発明の第１実施形態および第２実施形態による分光偏光測定装置について説明した。しかし、第１実施形態で図４と第２実施形態の図１３を参照すると、光路長さの差を発生させるために、偏光ビームスプリッタの第１面と第１ミラーの間隔と、偏光ビームスプリッタの第２面と第２ミラーの間の間隔に差を置く必要がある。すなわち、第１ミラーと第２ミラーのいずれか一つが他の一つより偏光ビームスプリッタの該当面から前記光路長さの差（概ね２０～６０μｍ）だけさらに遠くまたは近くに位置できる。
【0095】
しかし、光路長さの差は微細な差だけでも最終測定結果に相当な影響を及ぼし得る。したがって、製造誤差や外部温度など多様な要因によって発生し得る偏光干渉計での光路長さの差に関する誤差を除去し、分光計で最も大きい信号強度を得ることができる最適な光路長さの差値（以下、光路差という）を提供する必要がある。これは最終的に分光計で測定される信号強度を最大化することによって分光偏光系の測定性能ないし精密度を向上させることに寄与する。
【0096】
これのために本発明では、図１９ａのＰＢＳ組立体２２０で示すように、偏光ビームスプリッタ２２５の互いに異なる面に形成されたミラー５０，６０の少なくとも一つを可動ミラーとして具現することが好ましい。例えば、偏光ビームスプリッタ２２５の側面に形成された第２ミラー７０は偏光ビームスプリッタ２２５に対して固定された固定ミラーであり、その上面に形成された第１ミラー５０（可動ミラー５０）は偏光ビームスプリッタ２２５の上面に対して垂直な方向に変位できる可動ミラーである。このように、第１ミラー５０を可動ミラーとして具現して偏光ビームスプリッタ２２５との間隔を調節することによって光路長さの差を最適に設定することができる。ただし、これに限らず、逆に図１９ｂに示されたＰＢＳ組立体３２０のように、第１ミラー４０を固定ミラーとし、第２ミラー７０を可動ミラーとして設計することもできる。
【0097】
または図１９ｃに示されたＰＢＳ組立体４２０のように、第１ミラー５０および第２ミラー７０すべてを可動ミラーとして設計することもできる。このような可動ミラーの可動を自動で制御することに関するより具体的な内容は以後の図面を参照して後述する。
【0098】
図２０ａないし図２０ｃは電気信号によって変位が制御される可動ミラーを有するＰＢＳ組立体２２０’を例示した図である。偏光ビームスプリッタ２２５には図１９ａで前述した通り上面に可動ミラー５０が配置され、一側面に固定ミラー６０（第２のミラー６０）が付着している。
【0099】
この時、可動ミラー５０は電気的に縦方向変位（ｚ軸変位）を制御できるように圧電素子５５（ピエゾステージ５５）上に設けられる。圧電素子５５とは圧力ないし変位が加えられるとき電気を発生する性質を有する素子、または電気が加えられるとき圧力ないし変位が発生する素子を通称する。特に、本発明では圧電素子５５が有する後者の特性が使用される。具体的には圧電素子５５はピエゾステージ（ｐｉｅｚｏ－ｓｔａｇｅ）で構成され、電気信号と関係なく固定される固定部材５７と、固定部材５７上に設けられ、電気信号に応じて伸縮／縮小される可動部材５３を含む。可動部材５３は位置に関係がなく同じ大きさだけ変位（伸縮／縮小）できる。または可動部材５３はあらかじめ定められたいくつかの地点（２地点、３地点など）でのみ変位するようにすることもできるので、この場合には位置別偏差によって可動ミラー５０の縦方向変位だけでなくチルト角まで微細に調節される。
【0100】
図２０ｃに示されたＰＢＳ組立体２２０’の断面図を参照すると、偏光ビームスプリッタ２２５の上下左右にはそれぞれ光が通過できる開口部２２６ａ，２２６ｂ，２２６ｃ，２２６ｄが備えられる。また、偏光ビームスプリッタ２２５の内部には対角線を横切って４５度に配置される半透過板２２７が備えられる。半透過板２２７は開口部を介して水平または垂直方向に光が入射されるとき入射された光の一部は透過して一部は反射するハーフミラー形態で具現されることができる。
【0101】
偏光ビームスプリッタ２２５の右側面には固定ミラー６０が固定配置され、右側開口部２２６ｄは固定ミラー６０の内部に設けられた反射面６１と整列している。
【0102】
また、偏光ビームスプリッタ２２５の上面に形成された開口部２２６ａは、ピエゾステージ５５の固定部材５７に形成された中空部５８、ピエゾステージ５５の可動部材５３に形成された中空部５４および可動ミラー５０の反射面５１と一列に整列している。したがって、可動ミラー５０は可動部材５３とともに縦方向に可動しながらも反射面５１に入射される光の経路には障害がない。
【0103】
このような可動部材５３の可動により、可動ミラー５０が可動すれば、可動ミラー５０で反射された光と固定ミラー６０で反射された光の間に発生する分光偏光光路差は可変する。本発明の一実施形態によれば、信号強度を最大化するための光路差の大きさとこれのための可動ミラー５０の変位値を自動で決め、決定された変位値で可動ミラー５０を自動で制御することが好ましい。
【0104】
図２１は本発明の一実施形態による分光偏光測定装置の光路差自動調整装置６００のブロック図である。光路差自動調整装置６００は光を放出する光源６１０と、放出された光を偏光ビームスプリッタ２２５を用いて複数の偏光に分離し、分離された偏光のうち少なくとも一部を対象試料に透過したり反射させて取得された光を出力する偏光干渉計６３０と、出力された光を分析して対象試料の物性値を測定する分光計６２０を含む。
【0105】
ここで、偏光干渉計６３０は、光源６１０で照射される光を入射する光入力端子６０１と、入射された光を分離する偏光ビームスプリッタ２２５と、偏光ビームスプリッタ２２５の第１面に設けられ、偏光ビームスプリッタ２２５を透過した第１偏光を偏光ビームスプリッタ２２５に反射する第１ミラー５０と、第１面に垂直に偏光ビームスプリッタ２２５の第２面に付着し、偏光ビームスプリッタ２２５で反射された第２偏光を偏光ビームスプリッタ２２５に反射する第２ミラー６０と、第１偏光および第２偏光が複合して生成された複合波が対象試料で透過したり反射されて得られた光を分光計６２０に出射する光出力端子６０３を含む。
【0106】
分光偏光測定装置の光路差自動調整装置６００はまた、分析された光の信号強度を算出する信号分析部６５０と、偏光干渉計６３０の一側に設けられ、電気信号に応じて変位が変化する圧電素子５５と、算出された信号強度に基づいて圧電素子５５の変位量を決定し、決定された変位量で圧電素子を制御する圧電素子コントローラ６７０をさらに含む。
【0107】
この時、第１ミラーおよび第２ミラーのうち少なくとも一つは圧電素子５５上に設けられ、決定された変位量だけ縦方向に可動する。例えば、前記圧電素子５５は第１ミラーおよび第２ミラーのいずれか一つにのみ設けられてもよく、第１ミラーおよび第２ミラーすべてに設けられてもよい。
【0108】
信号分析部６５０は光の信号強度を算出するために、インタフェログラム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ）の正規化された信号を用いることができる。インタフェログラムとは、光路差による干渉光強度の変化を光路差の関数として測定記録したものを意味する。干渉光の強度は、干渉計に入射した光のスペクトルと変化する光路差（ｘ）の関数で決定され得、特にこの関数のうち光路差（ｘ）に応じて変化する成分をインタフェログラムという。
【0109】
図２２は本発明の一実施形態によるインタフェログラム関数８３の一例を示す図である。インタフェログラム関数は光路差（ｘ）に応じて可変され、特定位置（ｘ）での値は信号強度を意味すると見ることができる。インタフェログラム関数８３は正規化された関数８１に変換して表現されることもできる。このようなインタフェログラム関数８３または正規化された関数８１を用いると信号強度が最大になる光路差ｘ０を算出することができる。
【0110】
圧電素子コントローラ６７０は算出された光路差ｘ０を示す圧電素子５５の変位量、すなわち可動ミラー５０の変位量を決定し、決定された変位量で圧電素子５５を制御する。このような変位量で圧電素子５５を可動するためには実際に圧電素子５５に加えられる電圧値が制御される。ただし、変位量と電圧値間の相関関係は圧電素子５５の仕様によって異なるので、両者の関係を示すマッピングテーブルを参照して変位量を調節することができる。このような信号強度測定およびそれに伴う圧電素子の制御は一度のプロセスで完了することもできるが、所定の精密度が確保されるまで数回のプロセスが繰り返されるフィードバック方式で制御されることもできる。
【0111】
以上では可動ミラー５０の縦方向（光軸方向）変位量を調節する実施形態について説明した。しかし、これに限らず、可動ミラー５０縦方向変位量とともに、チルト制御（光軸に垂直な軸に対する可動ミラー５０の回転動き制御）も共に遂行できる。例えば、光軸方向への変位量調節だけでは十分な信号強度が得られない場合、例えば加工誤差や温度／湿度変化などに応じて可動ミラー５０が光軸に対して多少傾く場合には、チルト制御も共に伴う必要がある。
【0112】
図２３はこのような縦方向変位量制御およびチルト制御を共に行うための、変形されたサブステージ５５ａ，５５ｂを有するＰＢＳ組立体２２０”の斜視図である。ＰＢＳ組立体２２０”は図２０ａのＰＢＳ組立体２２０’とほぼ同様の構成であるが、サブステージ５５ａ，５５ｂが２個のペアで構成されていることのみ差がある。
【0113】
ピエゾステージはそれぞれ複数の領域を担当するサブステージ５５ａ，５５ｂを含み、サブステージ５５ａ，５５ｂの差等を制御することにより、ピエゾステージ５５上に設けられた可動ミラー５０が光軸に垂直な軸ａｘを中心にチルト制御される。
【0114】
例えば、第１サブステージ５５ａの固定部材５７ａ上に位置した可動部材５３ａの縦方向変位量をｈ１といい、第２サブステージ５５ｂの固定部材５７ｂ上に位置した可動部材５３ｂの縦方向変位量をｈ２というと、可動ミラー５０の縦方向変位は（ｈ１＋ｈ２）／２になり、可動ミラー５０のチルト角度はａｒｃｔａｎ（｜ｈ１－ｈ２｜／ｄ）になる。ここでｄは可動ミラー５０の直径を示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図15a】
【図15b】
【図16a】
【図16b】
【図16c】
【図17】
【図18a】
【図18b】
【図18c】
【図19a】
【図19b】
【図19c】
【図20a】
【図20b】
【図20c】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】