DE3447878A1

DE3447878A1 - Vorrichtung und verfahren zum fortlaufenden messen der polarisierungseigenschaft

Info

Publication number: DE3447878A1
Application number: DE19843447878
Authority: DE
Inventors: Chiharu Ibaraki Osaka Miyaake; Akio Tsumura; Suguru Yamamoto
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-31
Publication date: 1985-07-11
Also published as: US4684256A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNSR-" ·^:· ·^:·· V ^:

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE 3 A 4 7 8 7

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-INe. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG DIPL.-INQ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

⁶ 41365 q/sm

NITTO ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka / Japan

Vorrichtung und Verfahren zum fortlaufenden Messen der Polarisierungseigenschaft

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur fortlaufenden Messung einer Polarisationseigenschaft, wie z. B. die optische Achsenrichtung und Lichtabsorptionsrichtung eines Polarisationsmaterials und insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum fortlaufenden Messen einer optischen Achsrichtung einer transparenten Probe in entsprechenden Positionen in der Lungitudinalrichtung.

Zur Messung einer optischen Achsenrichtung einer transparenten Probe, wie in Fig. 1 dargestellt, hat der Stand der Technik bisher vorgeschlagen, ein orthogonales Nicol¹-sches Optiksystem zu verwenden, welches aus einer Lichtquelle 1, zwei Polarisatoren 3a, 3b, die so angeordnet sind, daß sich ihre optischen Achsen jeweils schneiden, und aus einem Lichtempfänger 4 besteht, um eine Probe 2 in einer Chipform einzubringen, welche zwischen beiden Polarisatoren 3a und 3b gemessen werden soll. Die Oberflächen der Probe schneiden die Achse des optischen Systems in einem rechten Winkel. Die Probe wird um die Achse der optischen Achse gedreht, wodurch die optische Achse der Probe in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen ihrem Rotationswinkel und der Intensität des Lichtes, welches durch das optische System gelangt, bestimmt wird. Wenn die

3ELLASTRASSE 4 · D-8000 MÜNCHEN 81 . TELEFON CO 88} 911O 87 · TELEX 5-29619 CPATHEJ ■ TELEKOPIERER 9183

Probe verlängert wird und die optische Achsenrichtung in den entsprechenden Positionen der Longitudinalrichtung verändert wird, erfordert eine solche konventionelle Vorrichtung nicht nur, daß die Probe in Segmente von einer mäßigen oder mittleren Länge geschnitten wird, um die optische Achsenrichtung in den entsprechenden Positionen zu bestimmen, sondern auch daß die optische Achsenrichtung jedes Segmentes gemessen wird. Dieses erfordert viel Arbeit und Zeit und ist daher aufwendig.

In der bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 1A ist die Vorrichtung so ausgestattet, daß ein Deckel 7 benachbart zum Halter 5 an einem Gehäuse 6 befestigt ist, welches dazu dient, den Lichteintritt von außen zu verhindern, und daß der Deckel geöffnet wird, um den Halter für seine Drehung beim Messen zu bedienen. Dieses ermöglicht jedoch in einfacher Weise den Lichteintritt, wodurch eine ungenaue Messung verursacht wird. Dieses erfordert das öffnen und Schließen des Deckels wann immer der Halter 5 gedreht wird, wodurch eine Schwierigkeit beim Betrieb verursacht wird und schließlich die Messung unzureichend gemacht wird.

Unterschiedliche Vorrichtungen wurden vorgeschlagen und erwähnt, um den Abweichungswinkel von der Absorptionsachse jedes verschiedenen Polarisators zu messen und um die Qualität zu prüfen. Jedoch wurde bisher keine geeignete Vorrichtung geschaffen. Eine Vorrichtung ist in Fig. 1B als Stand der Technik gezeigt, die jedoch experimentelles Niveau aufweist. Insbesondere ist aus Fig. 1B entnehmbar, daß eine Polarisationsplatte 83 als zu messende Probe zwischen zwei Polarisatoren 81 und 82 gehalten wird, deren Absorptionsachsen sich jeweils schneiden. Das Licht einer fluoreszierenden Lampe 84 oder einer ähnlichen Lichtquelle wird von der einen Seite der Polarisatoren übertragen,

um nur die Polarisationsplatte 83 zu drehen, während sie durch das bloße Auge 84' beobachtet wird. Wenn das tibertragungslicht am stärksten verringert wird oder ist, kann der Winkel der Versetzung von der Polarisatorplatte 83 durch Messen erhalten werden mit einer Schutzeinrichtung (Protektor), und zwar eines Winkels, der durch eine Seite der Polarisatorplatte 83 und jede der Polarisatoren 81 und 82 definiert ist. Jedoch bestehen beim Stand der Technik Nachteile. Es ist daher notwendig, eine Messung auf einen Punkt zu limitieren. Es ist unmöglich, eine kontinuierliche Messung durchzuführen. Es ist unmöglich, eine Messung eines genauen und feinen bzw. kleinen Versetzung swinkels durchzuführen.

Auch wurden unterschiedliche Verfahren hierfür vorgeschlagen und erwähnt, um einen Versetzungswinkel oder eine Abweichung von der.Absorptionsachse jedes Polarisators von unterschiedlichen Polarisatoren zu messen. Jedoch hatte man hierbei zur Erreichung eines erprobten Verfahrens keinen Erfolg. Zahlreiche Polarisatoren sind unentbehrlich für eine Anzeigevorrichtung, insbesondere für eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung mit einem Flüssigkristall. Sollte für eine solche Anwendung die Achse eines Polarisators versetzt werden, befindet sich die spezifische Durchlässigkeit des visuellen Lichtes außerhalb der Spezifikationsgrenze. Außerdem entsteht ein Problem in der Ungleichmäßigkeit der Farbe und ähnliches, das vom Polarisator herrührt, der in eine Zelle eingebaut bzw. angeordnet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Fehler und Nachteile des Standes der Technik der oben genannten Art zu beseitigen und eine Meßvorrichtung für die optische Achsenrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, kontinuierlich die

optische Achsenrichtung der länglichen Probe in der Longitudinalrichtung zu messen und welche das Zuführen und Entfernen der Probe, die während der Untersuchung gemessen werden soll, erleichtert.
5

Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine Meßvorrichtung für die optische Achsenrichtung zu schaffen, welche einfach, kompakt in der Konstruktion und leicht vom Gewicht her ist.

Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kontinuierliche Meßvorrichtung für die optische Achsenrichtung zu schaffen, welche leicht und schnell zu bedienen ist und die verhindert, daß Licht eintritt, und so eine akkurate Messung ermöglicht.

Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, akkurat und wirksam den Abweichungswinkel von der Absorptionsachse in den jeweiligen Positionen in der zu messenden Probe zu messen, wie z. B. in Polarisatoren oder ähnlichen, und welche einfach zu handhaben ist und kompakt im Aufbau ist.

Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Messen des Abweichungswinkels von der Absorptionsachse in den jeweiligen Positionen von unterschiedlichen Polarisatoren und ähnlichen zu schaffen.

0 Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Polarisationseigenschaft einer Probe geschaffen, in der die Intensität der spezifischen Lichtdurchlässigkeit für eine zu messende Probe, welche zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, durch ein or-

thogonales Nicol"sches Optiksystem gemessen wird, welches eine Lichtquelle, die beiden besagten Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist, welche auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, um dadurch die optische Achsenrichtung der zu messenden Probe zu bestimmen, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Förder- oder Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Bewegen der Probe in einer länglich zu messenden Form in eine Richtung, die sich mit dem orthogonalen Nicol¹sehen Optiksystern in einem rechten Winkel schneidet, wobei die Intensität des Durchlaßlichtes während der Zeitperiode gemessen wird, wenn die zu messende Probe aus dem Gehäuse, welches dieses optische System umgibt, auf einer Seite zugeführt wird und von der anderen Seite des Gehäuses entfernt wird.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der optischen Achsenrichtung vorgesehen, indem die Intensität des Durchgangslichtes auf die zu messende Probe zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist und durch ein orthogonales Nicol'sches Optiksystem gemessen wird, welches eine Lichtquelle, die besagten beiden Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist, welche auf einer Achse angeordnet sind, wodurch die optische Achsenrichtung der zu messenden Probe bestimmt wird. Die Vorrichtung ist durch eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen und Entfernen der zu messenden Probe zur optischen Achse und von derselben weg in der longitudinalen Richtung gekennzeichnet. Die Transporteinrichtung ist so 0 angeordnet, daß sie mit der Richtung, in der das orthogonale Nicol'sehe optische System angeordnet ist, einen rechten Winkel bildet. Ein Gehäuse für diese Vorrichtung ist so ausgebildet, daß es ein Abschirmungs- oder Schattengehäuse bildet, um das orthogonale Nicol'sehe optische System

als Ganzes zu überdecken. Die zu messende Probe kann durch das Gehäuse bewegt werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierliehen Messen einer optischen Achsenrichtung gekennzeichnet durch die Ausbildung als orthogonales Nicol'sches optisches- System, durch eine Antriebseinrichtung zum Kreuzen einer zu messenden Probe mit einer optischen Achse des optischen Systems in einem rechten Winkel, um das System kontinuierlich zu bewegen, durch einen Referenzprobenhalter zum Kreuzen einer Referenzprobe, die zur Darstellung eines Referenzwertes verwendet wird, mit dem optischen System in einem rechten Winkel, um diese Probe zu halten und durch einen externen Betätigungsmechanismus für eine aus dem Gehäuse nach außen ragenden Betätigungsknopf, um den Halter um die optische Achse bei Drehbetätigung des Knopfes zu drehen.

Eine Vorrichtung zum Messen einer Versetzung von der optisehen Achse umfaßt ein orthogonales Nicol'sches Optiksystem, welches auf einer gemeinsamen Achse eine Lichtquelle, zwei Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist sowie eine Dreheinrichtung für eine Referenzprobe, die die Referenzprobe zu drehen vermag, und zwar mit der gleichen Kreuzung mit dem Nicol¹sehen Optiksystem in einem rechten Winkel. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungswinkel von der Absorptionsachse der zu messenden Probe durch eine Beziehung zwischen der Intensität des Durchgangslichtes auf die zu messende Probe, die zwischen den beiden Polarisatoren angeordnet ist, der Intensität des Durchgangslichtes auf die Referenzprobe und durch den Abweichungswinkel von der Absorptionsachse gemessen wird.

Die Erfindung kann so ausgestaltet werden, daß eine zu messende Probe, die zwischen den beiden Po1 arinatoron angoord-

not iat/ rund um die Achse eineß orthogonalen Nicol'sehen Optiksystemes gedreht wird, um die Intensität des Durchgangslichtes durch das orthogonale Nicol'sehe optische System zu messen, bei dem in einer Richtung, d. h. ausgerichtet, eine Lichtquelle, die beiden Polarisatoren und ein Lichtempfänger angeordnet sind. Außerdem wird der Rotatxonswinkel für eine Rotationsposition ermittelt, wo die Intensität des Durchgangslichtes ein Minimum ist. Hierdurch wird die Abweichung der Absorptionsachse der zu messenden Probe ermittelt.

Im folgenden Werden die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Messen der Polarisationseigenschaft einer Probe,

Fig. 1B eine perspektivische Ansicht einer konventionellen Vorrichtung zur Messung einer Absorptionsachse der Probe,

Fig. 1A die bekannte Vorrichtung von Fig. 1 mit einem Gehäuse,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Polarisationseigenschaft einer Probe wie die optische Achsenrichtung oder Lichtabsorptionsachse in Übereinstimmung, mit der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Betätigungseinrichtung, die ein Bestandteil der Vorrichtung von Fig. 2 ist,

5 Fig. 4 eine schematische Schaltung eines Prozessors für

ein automatisches kontinuierliches Meßsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung der Erfindung mit einem Gehäuse, welches teilweise gebrochen dargestellt ist.

Ein orthogonales Nicol'sches Optiksystem ist zusammengesetzt aus einer Lichtquelle 1, aus zwei Polarisatoren 3a, 3b, die so angeordnet sind, daß sich ihre optischen Achsen kreuzen, und aus einem Lichtempfänger 4. Diese Bestandteile sind, wie dargestellt, auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Ein Gehäuse 40 ist vorgesehen, um das orthogonale Nicol'sche optische System abzudecken. Außerdem ist eine Einrichtung zur Beförderung bzw. dem Transport einer zu messenden Probe so angeordnet, daß sie die optische Achse C des Nicol'sehen optischen System in einem rechten Winkel kreuzt. Eine Transporteinrichtung umfaßt einen Motor (nicht dargestellt) als Antriebsquelle, einen Geschwindigkeit- oder Drehzahlreduzierer 30, einen Übertragungsriemen 32, Riemenscheiben 33, 34, Transportriemen 35, Hilfs- oder Stützrollen 36, Führungsschienen 37 und Führungsrollen 38. Die Führungsschienen 37 sind so befestigt, daß sie durch das Gehäuse 40 gehen. Ein Halter 11 für die zu messende Probe wird längs der Führungsschienen transportiert. Die Probe wird in der Weise transportiert, daß ein Paar der Transportriemen 35, 35 gegen einen Rahmen 11a des Halters 11 auf den gegenüberliegenden Seiten angreift und diesen da-

zwischen hält. Die Stützrollen 36 unterstützen das Andrücken der Riemen 35, 35 an den Rahmen. Die Führungsrollen 38 sind paarweise außerhalb des Gehäuses 40 angeordnet, um die Position des Probenhalters 11 aufrechtzuerhalten. Jede der Abschirmkappen oder Hauben 50 ist am Einlaß und Auslaß in das Gehäuse 40 für die Probe 10 angeordnet. Diese Hauben sind jeweils innerhalb mit einem Abschattungsschirm 51 und mit Abschirmrollen 52 versehen. Die Bedienungsperson führt das frontseitige Ende des Halters an dem die Probe 10 angebracht ist, in das Gehäuse 40 längs der Führungsschienen 37 ein. Dann kann die Bedienungsperson den Halter 11, welcher von dem Gehäuse 40 hervorragt, nach Beendigung der Messung zurückbewegen .

Eine Referenzprobe 20 wird dazu benützt, um einen Datenwert zu liefern für eine Beziehung zwischen einer Intensität I des Durchgangslichtes, wie es mit der Probe 10 gemessen wird, und einem Winkel φ der Versetzung von der optischen Achse. Der Referenzprobenhalter 21 wird vor oder nach der Messung der Probe 10 eingestellt und auf der optischen Achse C angeordnet, der Referenzprobenhalter 21 wird rund um die optische Achse C durch eine externe Betätigungseinrichtung gedreht, welche eine Schnekke 21, erste und zweite Zahnräder 62, 63, eine Kraftübertragungswelle 64, einen Betätigungsknopf 65 und einen Winkelmesser 66 aufweist.

Der Meßbetrieb für die Messung der optischen Achsenrich-0 tung in die entsprechenden Positionen in der Längsrichtung der zu messenden .Probe 10 wird nun unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Der Halter 11, an dem die zu messende Probe 10 angebracht ist, wird in das Gehäuse 40 auf einer Seite längs der Führungsschienen

" ¹⁵ " 3A47878

37 eingebracht, wobei die Referenzprobe 20 sich in einem nicht gesetzten Zustand befindet. Die Probe 10 wird durch die Transporteinrichtung befördert, um kontinuierlich die optische Achse C des Nicol'sehen Optiksystems zu traversieren und wird dann aus dem Gehäuse 40 auf seiner gegenüberliegenden Seite entfernt. Hierbei wird die Intensität I des Durchgangslichtes in den entsprechenden Positionen in der Längsrichtung der Probe 10 gemessen. Als nächstes wird die Referenzprobe 20, welche aus dem gleichen Material ausgeschnitten ist, wie die Probe 10, in den Halter 21 eingefügt und durch die externe Betätigungseinrichtung rund und die Achse C gedreht, um die Intensität I des Durchgangslichtes zu messen. Die Beziehung zwischen der Intensität I des Durchgangslichtes und dem Winkel φ der Versetzung zwischen den optischen Achsen der Proben 10, 20 (ein Winkel der Versetzung von der optischen Achse des Polarisators 3a gegenüber den optishhen Achsen der Proben 10, 20) wird ermittelt, wie er in der folgenden Formel ausgedrückt ist:

I « sin² (2φ)

Die Referenzprobe 20 liefert einen Punkt I=O mit bzw. bei seiner Drehung durch einen Winkel von mindestens 90 Dies ist der Punkt, in dem der Winkel φ der Versetzung gebildet wird. Daher bewirkt die Referenzprobe 20, daß der Versetzungswinkel φ zur Intensität I dem Verhältnis 1:1 entspricht. Aus diesem Grund wird die Intensität I des Durchgangslichtes in den entsprechenden Positionen der Probe in Beziehung gesetzt zur Intensität der Referenzprobe 20, um den Abweichungswinkel φ in den entsprechenden Positionen der zu messenden Probe 10 zu ermitteln.

• * «* tt

Gemäß der Erfindung ist die Transporteinrichtung für die kontinuierliche Bewegung der zu messenden Probe in einer Richtung angeordnet, die das einachsig angeordnete orthogonale Nicol'sehe Optiksystem in einem rechten Winkel kreuzt oder schneidet, so daß die verlängerte Probe so wie sie ist kontinuierliche in der Longitudinalrichtung gemessen werden kann, ohne daß die Probe in kurze Segmente geschnitten werden muß. Außerdem ist es ausreichend, die zu messende Probe in das Gehäuse auf einer Seite einzubringen und sie von der gegenüberliegenden Gehäuseseite herauszunehmen, wodurch der Betrieb und die Arbeitsweise sehr einfach und sanft gemacht wird. Im allgemeinen kann die Messung der zu messenden Probe in der optischen Achsenrichtung schnell und kontinuierlich durchgeführt werden.

Wie oben beschrieben, sollte die Meßvorrichtung für die optische Achse, welche das orthogonale Nicol'sehe optische System, die Probentransporteinrichtung und die externe Betätigungseinrichtung umfaßt, so hergestellt werden, daß der Eintritt von Außenlicht verhindert wird, da der Eintritt von Licht, welches nicht von der Lichtquelle herrührt, die Messung ungenau macht. In Abweichung von der konventionellen Vorrichtung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgestaltet, daß die Transporteinrichtung die Richtung des Nicol'sehen Optiksystems in einem rechten Winkel kreuzt, um so die zu messende längliche Probe kontinuierlich zu messen. In einem solchen Fall kann ein Versuch durchgeführt werden, um das Gehäuse 40 zu verwenden, 0 um die Vorrichtung als Ganzes zu überdecken, um den Eintritt von Außenlicht zu verhindern. Dies würde das Gewicht der Vorrichtung erhöhen und würde außerdem eine Kraftübertragungswelle 40 für die externe Betätigungseinrichtung verlängern. Gemäß der Erfindung ist das Gehäuse 40 in der

Form eines Abschirmgehäuses ausgebildet, um das gesamte orthogonale Nicol'sche Optiksystem abzudecken. Die Führungsschienen 37 und Rollen 38 sind außerhalb des Gehäuses 40 freigelegt, durch welches die zu messende Längsprobe zum Zuführen und Herausnehmen passiert- So schafft die Erfindung die Abschirmkappen oder Hauben 50, die dort angeordnet sind, wo der Einlaß und Auslaß für die zu messende Probe ist. Die Kappen sind jeweils mit einem Abschattungsschirm 51 und den Abschirmungsrollen 52 versehen, um den Eintritt von Außenlicht zu verhindern.

Das orthogonale Nicol'sche Optiksystem und die Transporteinrichtung kreuzen sich jeweils in einem rechten Winkel. Das Gehäuse für die Vorrichtung ist in der Gestalt eines solchen Abschirmungsgehäuses ausgebildet, um das gesamte orthogonale Nicol'sche Optiksystem abzudecken und um zu ermöglichen, daß die zu messende Probe durch das Gehäuse passiert, so daß die Vorrichtung als Ganzes leicht vom Gewicht her und kompakt von der Anordnung her ausgebildet sein kann. Zusätzlich ist die Anordnung der Betätigungseinrichtung für die Betätigung des internen Mechanismus von außerhalb des Gehäuses her vereinfacht worden und zuverlässig, weil der Abstand zwischen dem Gehäuse und dem internen Mechanismus kurz ist.

Wie aus Fig. 3 am besten zu sehen ist, wird die Referenzprobe 20 in einem Referenzprobenhalter 21 gehalten, der die optische Achse C in einem rechten Winkel kreuzt. Der Halter 21 ist auf seiner äußeren Peripherie mit einer Verzahnung versehen und kann durch den externen Betätigungsmechanismus angetrieben werden. In Fig. 3 umfaßt der extern betätigbare Mechanismus eine Schnecke 61, welche mit dem Halter 21 im Eingriff steht. Des weiteren umfaßt sie ein erstes Zahnrad 62, welches koaxial mit der Schnekke 61 befestigt ist. Des weiteren umfaßt sie ein zweites

Zahnrad 63, welches mit dem ersten Zahnrad 62 kämmt. Auch umfaßt sie eine Kraftübertragungswelle 64, an deren einem Ende das Zahnrad 63 befestigt ist. Der Betätigungsknopf 65 ist am anderen Ende der Welle 64 angebracht, welche sich aus dem Gehäuse erstreckt. Der Winkelmesser 66 ist auf dem Knopf 65 vorgesehen. Der Knopf 65 wird mit dem Winkelmesser 66 gedreht, um den Halter 21 um einen Winkel entsprechend dem Grad zu drehen, wie er durch den Winkelmesser angezeigt ist.

Für die Meßzwecke mit dem Mechanismus nach Fig. 3 wird die zu messende Probe 10 anfänglich auf einem ersten Halter 11 befestigt und sein eines Ende in das Gehäuse 40 eingebracht. Der erste Halter 11 wird dann mit einer konstanten Geschwindigkeit durch die Transportriemen 35 bewegt, um die Intensität des Durchgangslichtes kontinuierlich zu messen. In diesem Augenblick ist die Referenzprobe 20 noch nicht in die Position im Halter 21 eingebracht. Die Beziehung zwischen der Intensität I des Durehgangslichtes und dem Winkel θ der optischen Achse, nämlich der Abweichungswinkel von dem Winkel der optischen Achsenrichtung des Polarisators 3a und einer anderen optischen Achsenrichtung kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden, wobei diese Richtungen Teile der Probe 10 sind:

I «c sin (2φ)

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß in diesem Stadium die Intensität I in Abhängigkeit von der Änderung des Abweichungswinkels θ geändert wird, wobei aber der tatsächliche Winkel θ der Versetzung nicht bekannt ist. Daher wird die Referenzprobe 20 auf dem Halter 21 befestigt und gedreht, um hierdurch die Intensität des Durchgangslichtes zu messen, in welchem Zeitpunkt die Probe 10 entfernt wird.

Die zu verwendende Referenzprobe 20 ist aus dem Material in dem gleichen Los hergestellt, so daß eine Ungleichmäßigkeit in der Dicke des Materials und ein Fehler im Brechungsindex vermieden werden kann. Der Winkel, um den die Referenzprobe 20 gedreht wird, kann zumindest 90 sein. Die Drehung der Referenzprobe 20 wird durch Drehbetätigung des Betätigungsknopfes 65 ausgeführt. Da der Versetzungswinkel φ bei 0° ist durch die 90°-Winkeldrehung der Probe 20, wird hieraus verstanden, daß der Abweichungswinkei §> bei 0° positioniert wird, wo die Intensität des Durchgangslichtes bei einem Minimum ist. Es wird nun der Knopf 65 auf die 0-Skala des Winkelmessers eingestellt und dann auf die Winkelwerte 1°, 2°, 3° usw. gedreht, um die entsprechenden Datenwerte zu erhalten. Aus diesem Grund wird die Beziehung zwischen dem Abweichungswinkel φ, welcher von der Referenzprobe abgeleitet ist, und der Intensität I des Durchgangslichtes in diesem Punkt auf die Probe 10 angewendet, wie zuvor für die Bestimmung des Versetzungswinkels <j> gemessen wurde, wobei die Ver-Setzung der optischen Achse in den jeweiligen Positionen der Probe 10 resultiert bzw. verursacht wurde, die in die Longitudinalrichtung bewegt wird.

Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen so ausgebildet, daß die Referenzprobe durch Drehung des Betätigungsknopfes gedreht wird, welcher außerhalb des Gehäuses positioniert ist, um so das Auftreten eines Fehlers beim Messen zu vermeiden, welcher durch den Eintritt des Lichtes verursacht werden könnte aufgrund des Öffnens und Schließens des Gehäuses. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung verbessert. Im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen, bei denen bisher beim Betrieb die Abdeckung geöffnet und geschlossen v/erden mußte, ist die erfindungsgemäßi¹ Vorrichtung schnell und glatt bzw. gleichmäßig im Betrieb. Das Verhältnis der Drehung zwischen

dem Betätigungsknopf und dem Halter wird geeignet eingestellt, um grob aber immer noch fein einen Winkel einzustellen mit einer Genauigkeit, durch die die Referenzprobe gedreht wird, im Vergleich zur konventionellen Vorrichtung, um in geeigneter Weise die Referenzprobe manuell und direkt zu drehen.

Die Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 4 erklärt. Der Versetzungswinkel © von der Absorptionsachse kann automatisch gemessen und angezeigt werden. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm mit einer Möglichkeit und Form der automatischen Anzeigeeinrichtung. Der Lichtempfänger 4 der zuvor beschriebenen Art ist in Form eines Photovervielfachers ausgebildet. Eine Detektoreinrichtung besteht aus einem Photovervielfacher 4 und zwei Drehkodierern 122 und 123.

Der Photovervielfacher 4 kann die Intensität des Durchgangslichtes im orthogonalen Nicol¹sehen Optiksystem bestimmen. Diese Intensität wird über einen A/D-Wandler 131 und eine Schnittstelle 132 einem Mikrocomputer 133 eingegeben, weleher auf dem Markt als PC8801 verfügbar ist, hergestellt und verkauft durch Nippon Electric Co., Ltd. und Apple II, hergestellt von Apple Co. Die beiden Rotationskodierer 122, 123 berühren den Probenhalter 11 und den Referenzprobenhalter 21, um den Bewegungsbetrag des Halters 11 und den Betrag der Drehung des Halters 21 darzustellen. Diese Beträge werden als Versetzungsimpulse durch die Schnittstelle 132 in den Mikrocomputer 133 eingegeben. Der Mikrocomputer 133 vergleicht die Information aus dem Photovervielfacher 4 mit der Information aus den Rotationskodierern 122 und 123, um den Versetzungswinkel von der Absorptionsachse in den jeweiligen Positionen der Probe zu bestimmen. Der Versetzungswinkel ψ wird als Bild in einem CRT 134 (Kathodenstrahlrohre) angezeigt. Ein Drucker 135 und eine magnetische Scheibe 136 sind mit dem Mikrocomputer 133 verbunden, um die Daten auszudrucken und zu speichern. Die in Fig. 4

gezeigte automatische Anzeigeeinrichtung erfordert keine manuelle Remanipulationen. Anstatt dessen ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, um den Referenzprobenhalter 21 mit einer bestimmten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl zu drehen.

Die Operation der automatischen Anzeige wird nun im folgenden beschrieben. Der Drehwinkel der Referenzprobe 20 wird durch den Rotationskodierer 123 bestimmt, während die Intensität des Durchgangslichtes der Referenzprobe durch den Photovervielfacher 4 ermittelt wird, um diese dann in den Computer einzugeben. Hierdurch erhält man den Winkel φ entsprechend der Intensität I des Durchgangslichtes im vorhinein.

Als nächstes wird die Referenzprobe 20 entfernt, während die zu messende Probe 10 in den Halter 11 gebracht und kontinuierlich durch die Probenbewegungseinrichtung in eine Richtung bewegt wird, welche die optische Achse C kreuzt, um die Intensität I des Durchgangslichtes in den jeweiligen Positionen kontinuierliche zu messen. Die Intensität des Durchgangslichtes wird durch den Photovervielfacher 4 ermittelt und dem Computer 133 zugeführt. Auf der anderen Seite wird der Betrag der zu messenden Probe 10 durch den Rotationskodierer 122 ermittelt und dann dem Computer 133 eingegeben. Im Computer 133 wird ein Maßstab bzw. eine Skala in der Longitudinalrichtung der Probe durch die Bewegungsgeschwindigkeit der zu messenden Probe bestimmt. Der Winkel, welcher der Intensität I des Durchgangslichtes entspricht und der von der zu messenden Probe 10 erhalten wurde, wird durch die Beziehung zwischen dem Winkel (J> der Referenzprobe 20 und der Intensd bat I des Durchgangslichtes gelief ort (da die zu mosHondc Probe 10 und die Roferen'/probe 20 hinsichtlich Qualität und Dicke gleich sind und die

Proportionskonstante Λ für beide Proben ebenfalls gemeinsam ist). Der Maßstab bzw. die Skala in der Ordinatenachse wird durch den Versetzungswinkel <j> von der Absorption ermittelt. Das Bild, in dem die Abszisse als die Longitudinalposition der zu messenden Probe 10 gewählt wird und in dem die Ordinate als der Winkel φ gewählt ist, wird zum CRT abgegeben. Das Bild wird außerdem durch eine Wechseloperation an einen Printer 135 und an eine magnetische Scheibe 136 abgegeben. Beim Anzeigen des Bildes wird eine Probennummer eingegeben und im Bild gleichzeitig mit dem Ergebnis der Messung ausgedrückt.

Wenn erfindungsgemäß die Beziehung zwischen dem Versetzungswinkel der Absorptionsachse und der Intensität des Durchgangslichtes zuvor durch die Referenzprobe erhalten wurde, darf der Versetzungswinkel nur von der Messung der Intensität des Durchgangslichtes beim Messen der zu messenden Probe bekannt sein. Folglich kann die Messung sehr schnell gemacht werden, ohne jedesmal einen Winkel zu messen. Die Intensität des Durchgangslichtes' wird unter Verwendung eines Lichtempfängers gemessen, um eine akkurate Messung zu liefern, die verschieden ist von der Beobachtung durch das Auge. Da die zu messende Probe nicht in eine Meßposition gedreht werden muß, kann eine kontinuierliehe Messung in den jeweiligen Positionen der zu messenden Probe durchgeführt werden. Dort wo die zu messende Probe kontinuierliche zugeführt und entfernt wird durch die Übertragungseinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie das orthogonale Nicol'sche Optiksystem kreuzt, kann der Versetzungswinkel von der Absorptionsachse kontinuierlich in der longitudinalen Richtung der Probe gemessen werden, ohne daß diese in kurze Segmente geschnitten werden muß, sogar dann nicht, wenn sie lang ausgebildet ist. Für das orthogonale Nicol'sche optische System und die

Transporteinrichtung, die diese kreuzt, wird das Gehäuse für die Vorrichtung in der Form eines Abschirmgehäuses ausgebildet, welches das orthogonale Nicol'sche Optiksystem ausreichend abdeckt, wobei die zu messende Probe dem Gehäuse auf der einen Seite zugeführt und von derselben auf der anderen Seite entnommen wird, so daß die Vorrichtung als Ganzes sehr leicht im Gewicht und kompakt in der Anordnung ausgebildet sein kann. Zusätzlich zum Nicol'sehen Optiksystem, zur Transporteinrichtung, zur Referenzprobendreheinrichtung, kann eine Detektoreinrichtung zur Bestimmung·der Intensität des Durchgangslichtes, des Bewegungsabstandes und des Rotationswinkels sowie eine Anzeigeneinrichtung zur Verarbeitung der Information aus der Detektoreinrichtung und zur Abgabe des Abweichungswinkeis von der Absorptionsachse der zu messenden Probe vorgesehen sein, um diese Information in einem Bild darzustellen, so daß das Meßergebnis visuell auf einmal bestimmt ist, wodurch die Produktprüfung bzw. Qualitätsprüfung und ähnliches erleichtert wird.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein orthogonales Nicol'sches Optiksystem besteht aus einer Lichtquelle 101, zwei Polarisatoren 103a, 103b, deren Absorptionsachsen einander im rechten Winkel kreuzen, und einem Lichtempfänger 104. Eine zu messende Probe 102 wird in Chipform eingebracht, um mit ihren Oberflächen die X-Achse des Nicol'sehen Optiksystemes zu schneiden und wird um die X-Achse gedreht, um das Durchgangslicht in den entsprechenden Positionen der Drehung zu erhalten, wodurch die Intensität des Durchgangslichtes gemessen wird. Das Bezugszeigen 105 bezeichnet einen Halter. Die Intensität des Durchgangslichtes kann mittels eines Stiftes unter Verwendung eines Aufzeichnungsgerätes 106 geschrieben werden.

In diesem Falle ist zu bemerken, daß die Geschwindigkeit,

mit der das Papier 106a bewegt wird, einer Winkelgeschwin digkeit entsprechen kann, mit der die Probe 102 gedreht wird.

Es wird nun die Meßoperation des Winkels φ der Versetzung von der Absorptionsachse der zu messenden Probe 102 im folgenden beschrieben.

Die Probe 102 wird zwischen die Polarisatoren 103a, 103b eingebracht, während parallele Strahlen von der Lichtquelle 101 abgestrahlt werden, um das Durchgangslicht mittels des Lichtempfängers 104 aufzunehmen, in welchem Zeitpunkt die Intensität des Durchgangslichtes durch die folgende Formel ausgedrückt werden kann: 15

I = A²sin²(2<J>) -sin² (6/2)

wobei 6= 21T- Δη

A eine Konstante,

<j> der Abweichungswinkel von der Absorptions

achse,

Δη die Differenz beim Brechungsindex,

d die Dicke der zu messenden Probe und

λ die Lichtwellenlänge bedeu 25

bedeuten.

In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß Δη, d und λ nicht verändert werden, so'lange wie die Vorrichtung und die Probe die gleichen sind. Die Intensität des Durchgangslichtes wird eine Funktion des einzigen Winkels ο der Versetzung von der Absorptionsachse. Er wird, wie zuvor beschrieben, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

I « sin²(2(j>) .

Daher wird, theoretisch gesprochen, der Rotationswinkel φ für einen Punkt, wo die Intensität des Durchgangslichtes Null werden würde, der Winkel φ der Versetzung von der Absorptionsachse der zu messenden Probe 2. Jedoch kann tatsächlich eine Störung auftreten, so daß der Drehwinkel φ für eine Drehposition, wo die Intensität des Durchgangslichtes ein Minimum ist, bestimmt werden für den Versetzungswinkel φ von der Absorptionsachse. Wenn die Beziehung zwischen der Intensität des Durchgangslichtes und dem Versetzungswinkel durch Verwendung des Recorders bzw. Aufzeichners ausgedrückt wird, kann der Winkel ο von der Versetzung für die zu messende Probe 2 augenblicklich gemessen werden und visuell beobachtet werden. Wenn gewünscht wird, daß der Winkel φ von der Absorptionsachse jeweils für eine Vielzahl von Proben, hergestellt aus den gleichen Stäben, gelten soll, ist die Beziehung zwischen der Intensität des Durchgangslichtes und des Winkels φ von der Absorptionsachse zuvor durch Drehung einer Probe bekannt, so daß der Wert entsprechend dem Winkel φ der Abweichung von der Absorptionsachse nur durch eine Messung der Intensität des Durchgangslichtes bekannt sein braucht in dieser Position ohne Drehung der anderen zu messenden Proben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Abweichungswinkel von der Absorptionsachse der zu messenden Probe zuverlässig ohne Fehler ermittelt werden. Außerdem ist die Messung schnell und kann als Verfahren unverzüglich angewendet werden, um die Steuerung der Polarisatoren und ihre Produktionssteuerung zu qualifizieren.

L e e r s e i t e -

Claims

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ΙΝβ. W. LEHN

DIPL.-1NG. K. FOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. SORe

DIPL.-ΙΝβ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

41365 q/sm

NITTO ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka / Japan

Vorrichtung und Verfahren zum fortlaufenden Messen der Polarisierungseigenschaft

Patentansprüche

Vorrichtung zum Messen einer optischen Achsenrichtung, in der die Intensität des Durchgangslichtes auf eine zu messende Probe, die zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, durch ein orthogonales Nicol'sches Optik systen gemessen wird, welches auf einer gemeinsamen Achse eine Lichtquelle, die beiden Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist, um hierdurch die optische Achsenrichtung der zu messenden Probe zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet , daß eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Bewegen der Probe mit länglicher Ausbildung in eine Richtung vorgesehen ist, welche das orthogonale Nicol'sche optische System in einem rechten Winkel kreuzt und daß die Intensität des Durchgangslichtes während eines früheren Zeitpunktes gemessen wird, wenn die Probe auf einer Seite des Gehäuses in dasselbe eingeführt wird und auf der anderen Seite desselben entnommen wird, wobei dieses Gehäuse das optische System umgibt.

ARABELLASTRASSE 4 . D-SOOO MÜNCHEN 81 . TELEFON CO89} 911087 . TELEX 5-29619 CPATHEJ ■ TELEKOPIERER S18

V ·
2. Kontinuierliche Meßvorrichtung für die optische Achsenrichtung, wobei die Intensität des Durchgangslichtes für eine zu messende Probe, die zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, mittels eines orthogonalen Nicol¹sehen Optiksystems gemessen wird, welches auf einer Achse eine Lichtquelle, die beiden Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist, wodurch die optische Achsenrichtung der zu messenden Probe ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen und Entfernen der zu messenden Probe in die und aus der optischen Achse in die longitudinale Richtung vorgesehen ist, wobei die Transporteinrichtung so angeordnet ist, daß sie die Richtung in einem rechten Winkel schneidet, in der das orthogonale Nicol'sehe Optiksystem angeordnet ist, und daß ein Gehäuse für die Vorrichtung als Abschattungsgehäuse ausgebildet ist, welches das orthogonale Nicol'sehe Optiksystem als Ganzes abdeckt, wobei die zu messende Probe durch das Gehäuse während ihrer Bewegung passieren kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschattungs- oder Abschirmungseinrichtung am Einlaß und Auslaß des Gehäuses für die zu messende Probe angeordnet ist, um einen Lichteintritt zu verhindern.
4. Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der optischen Achsenrichtung, gekennzeichnet durch ein orthogonales Nicol'sches Optiksystem, eine Antriebseinrichtung zum Kreuzen einer zu messenden Probe mit der optischen Achse des optischen Systems in einem rechten Winkel, um das System kontinuierlich zu bewegen, einen Referenzprobenhalter zum Kreuzen einer Referenzprobe, die zur Lieferung eines Referenzwertes

verwendet wird, mit der optischen Achse in einem rechten Winkel,-um diese Probe zu halten und durch einen externen Betätigungsmechanismus mit einem Betätigungsknopf, der sich außerhalb des Gehäuses nach außen erstreckt, durch den der Halter um.die optische Achse beim Drehen des Betätigungsknopfes gedreht werden kann.
5. Meßvorrichtung für die Versetzung oder Abweichung von einer Absorptionsachse mit einem orthogonalen Nicol' sehen Optiksystem, welches auf einer Achse eine Lichtquelle, zwei Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist und mit einer Dreheinrichtung für eine Referenzprobe, durch die die Referenzprobe gedreht werden kann mit dem gleichen kreuzen mit dem Nicol'sehen optischen System in einem rechten Winkel, dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungswinkel von der optischen Achse der zu messenden Probe durch eine Beziehung gemessen wird zwischen der Intensität des Durchgangslichtes auf die zwischen den beiden Polarisatoren vorgesehene Probe, der Intensität des Durchgangslichtes auf die Referenzprobe und den Versetzungswinkel von der Absorptionsachse.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen und Entfernen der zu messenden Probe zu und aus dem orthogonalen Nicol'sehen Optiksystem so angeordnet ist, daß sie die Richtung, 0 in der das Nicol'sehe Optiksystem angeordnet ist, in einem rechten Winkel kreuzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse für die Vorrich-5 tung in der Form eines Abschirm- oder Abschattungs-

gehäuses ausgebildet ist, welches das orthogonale Nicol'sche Optiksystem abdeckt und daß die zu messende Probe durch die Transporteinrichtung in das Gehäuse auf dessen einer Seite zugeführt und auf dessen anderer Seite von diesem entfernt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmungseinrichtung am Eingang und Ausgang des Gehäuses für die zu messende Probe angeordnet ist, um den Lichteintritt zu verhindern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das orthogonale Nicol'sche Op- tiksystem, eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Bewegen der zu messenden Probe vorgesehen ist, damit diese sich mit der optischen Achse des Nicol'sche Optiksystems in einem rechten Winkel kreuzt, daß außerdem eine Referenzprobendreheinrichtung zum Drehen der Referenzprobe bei selbem Kreuzen mit der optischen Achse des Nicol¹sehen Optiksystems in einem rechten Winkel vorgesehen ist, daß eine Detektoreinrichtung vorhanden ist, um die Intensität des Durchgangslichtes» den Bewegungsabstand, und den Drehwinkel mit Bezug auf die Probe und die Referenzprobe zu bestimmen, und daß eine Anzeigeeinrichtung zur Verarbeitung von Information von der Detektoreinrichtung vorgesehen ist, um die WinkelVersetzung in Bildform von der Absorptionsachse der zu messenden Probe abzugeben.
10. Meßverfahren für eine Absorptionsachse, gekennzeichnet durch die Schritte der Drehung einer Probe, die zwischen zwei Polarisatoren um die Achse eines orthogonalen Nicol'sehen Optiksystems angeordnet 5 ist, um die Intensität des Durchgangslichtes durch das

orthogonale Nicol'sche Optiksystem zu messen, welches auf eine Achse eine Lichtquelle, zwei Polarisatoren und einen Lichtempfänger aufweist und des Messens des Drehwinkels für eine Drehposition, wo die Intensität des Durchgangslichtes ein Minimum aufweist, um hierdurch einen Versetzungswinkel der Absorptionsachse der zu messenden Probe zu messen.