JP2007285871A

JP2007285871A - 複屈折測定装置

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Publication number: JP2007285871A
Application number: JP2006113356A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Ikehata; 康介池端; Bungo Shigeta; 文吾重田; Tomoyuki Shimoda; 知之下田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-01
Also published as: EP1847826A1

Abstract

【課題】測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができ、メンテナンス性を向上できると共に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源を使用したものと同等の測定精度を得ることができる。
【解決手段】投光器１２と受光器１４とを備えた複屈折測定装置１０において、投光器１２の光源部２２は、ＬＥＤ２６と、ＬＥＤ２６から発光される光線を分光する分光手段と、ＬＥＤ２６から発光される光線を集光する集光手段と、集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は複屈折測定装置に係り、特に、液晶表示装置に使用される光学補償フィルムや保護フィルム等の光学フィルムの複屈折を測定する複屈折測定装置の光源部の改良技術に関する。

光学フィルムは、液晶表示装置の視野角拡大フィルムや保護フィルム等として使用されており、視野角拡大フィルムは所定の複屈折が発現していることが必要で、保護フィルムは複屈折が発現していないことが要望されている。従って、これらの光学フィルムを製造する製造ラインには、オンライン測定或いはオフライン測定の何れにしろ光学フィルムの複屈折を測定する複屈折測定装置が必要になる。

従来の複屈折測定装置としては、例えば特許文献１や特許文献２がある。特許文献１の複屈折測定装置は、偏光方向の異なる３種以上の偏光に対する透過度を検出する手段と、これらの検出手段の検出値から透明フィルムの主屈折率の方向及び配向度を算出する手段を設けて構成され、測定光源としては電球光源を使用している。また、特許文献２の複屈折測定装置は、光学システム及びデータ取得システムを備え、測定光源としてレーザー光源を使用している。

このように、複屈折測定装置の測定光源を大別すると、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（単一波長となる）か、ハロゲン球やＸｅ（キセノン）球などの電球光源にモノクロメータ又は分光フィルタを組み合わせたものが一般的に用いられている。どちらの測定光源を使用するかは、測定装置のコンセプトと測定方式による。一般に、電球光源を用いれば色々な波長での複屈折測定が可能で装置価値が高まると共に、レーザー光源に比べて安全で光学系を組み易いという特長がある。一方、レーザー光源を用いれば、ヘテロダイン干渉法のようにレーザー光の可干渉性の性質を利用した測定方式が使えたり、ＰＥＭ法では完全な単色性とビーム径の細さが測定性能に有利に働く。
特開平６−２２９９１２号公報特開平８−３２７４９８号公報

しかしながら、特許文献１の複屈折測定装置は、測定光源に電球光源を使用しているため、光源寿命が２０００時間程度と短く、２〜３カ月に一度、測定光源の交換を行わなくてはならない。複屈折測定装置はクリーンルーム内に設置された製造ラインに配置されるため、クリーンルーム専用の着衣に着替えて測定光源の交換を行わなくてはならず、交換作業が煩わしいという問題がある。更には、測定光源を交換した後に、複数の投光箇所への光の配分を調整するオフセット測定や、標準サンプルを使用して精度や再現性を調整するキャリブレーション測定等の再調整作業が必要になる。また、電球光源の輝度は日々低下するために、精度良く測定するためには２日に１回再調整作業を行う必要があり、メンテナンス性が劣るという問題がある。

一方、特許文献２の複屈折測定装置は、レーザー光源を使用しているため、電球光源に比べて光源寿命は２〜３年と長いが、レーザー光は安全性に問題があるだけでなく、出力変動が発生し易いという欠点がある。また、光学系を組む際の装置アライメントにおいて厳しい精度が要求されるという問題がある。

このように、電球光源及びレーザー光源は一長一短があるが、何れの測定光源の場合にも光源寿命の問題があり、光源交換に伴う再調整作業を必要とすることからメンテナンス性において改善する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができ、メンテナンス性を飛躍的に向上できると共に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源を使用したものと同等の測定精度を得ることができる複屈折測定装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、前記目的を達成するために、投光器と受光器とを備えた複屈折測定装置において、前記投光器の光源部は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから発光される光線を分光する分光手段と、前記ＬＥＤから発光される光線を集光する集光手段と、前記集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段と、を備えたことを特徴とする複屈折測定装置を提供する。

これまで、複屈折測定装置の測定光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられなかった理由は２つある。１つめの理由は、ＬＥＤの発光波長幅がブロードであるため、厳密な波長が規定できない点である。即ち、複屈折は波長によってその測定結果が変わるため、どの波長で測定した複屈折値なのかを規定しないと意味がなくなる。このことから、単一波長であり、波長を厳密に規定できるＨｅ−Ｎｅレーザー光源が好んで使用される傾向にある。また、２つめの理由は、ＬＥＤは光量が弱く、複屈折測定装置の光源として使用できないと考えられていた点である。

請求項１の発明によれば、半永久的な寿命を有するＬＥＤを使用することで、光源の交換を必要なくすと共に、ＬＥＤの使用による波長幅及光量に関する問題点は、ＬＥＤに分光手段、集光手段、及び平行光形成手段を組み合わせることで解消した。即ち、ＬＥＤから発光される光線を分光手段で分光して波長を限定することにより、波長幅のブロードなＬＥＤの光線から厳密な測定波長（主波長）を得ることができる。これにより、ＬＥＤの波長の問題を解消することができるので、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源と同等の測定精度を得ることが可能となる。

また、ＬＥＤからの光線を集光手段で一度集光して光束の利用効率を高めた後、平行光形成手段で平行光に戻すことで、ＬＥＤの光量が小さいことを解消することができる。集光手段としては平凸レンズを好適に使用することができる。また、平行光形成手段としては、レンズの焦点位置にピンホール（開口絞り）を配置したテレセントリック光学系を好適に使用することができる。

これにより、本発明の複屈折測定装置は、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができ、メンテナンス性を飛躍的に向上できると共に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源を使用したものと同等の測定精度を得ることができる。

請求項２は請求項１において、前記受光器に光電子倍増手段を設けたことを特徴とする。

請求項２によれば、受光器に光電子倍増手段（例えばＰＭＴ…フォトマル）を設けたので、請求項１の集光手段と相まってＬＥＤの光量が小さい問題点を一層解消することができる。

請求項３は請求項１又は２において、前記複屈折測定装置の位相差検出方式は、平行ニコル回転検光子法、回転検光子法、セナルモン法の何れかであることを特徴とする。

本発明は、複屈折測定装置の光源部の改良に関する技術であり、従来からの各種の位相差検出方式を適用することができる。

平行ニコル回転検光子法は、偏光子・検光子を平行に保ったまま、被測定フィルムを間に入れて、３６０°方位の透過光強度を測定する方式で、位相差を光強度の変化として検出する。回転検光子法は、被測定フィルムに円偏光光線を与え、検光子のみを３０ｒｐｓ程度で連続回転させる。そして、測定光強度にフーリエ解析を用いて特定周波数の強度から位相差を算出する方式である。セナルモン法は、楕円偏光の主軸にλ／４板の主軸を合わせれば、直線偏光に戻る性質を用いて、位相差を直線偏光の方位で検出する方式である。

本発明の複屈折測定装置によれば、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができる。これにより、オフセット測定やキャリブレーション測定等の光源交換時における再調整作業が必要なくなるので、メンテナンス性を顕著に向上させることができる。また、ＬＥＤを使用したにも係わらずＨｅ−Ｎｅレーザー光源を使用したものと同等の測定精度を得ることができる。

以下、添付図面により本発明の複屈折測定装置の好ましい実施の形態について詳説する。

（複屈折測定装置の全体）
図１は、本発明の複屈折測定装置の全体構成の一例である。また、図２は複屈折測定装置の光学系の構成図で、位相差検出方式として回転検光子法の円偏光を用いた場合である。

図１及び図２に示すように、本発明の複屈折測定装置１０は、投光器１２と受光器１４との間に、例えば光学フィルム等の試料１６を配置して測定される。測定データは、図１に示すように、コントローラ１８を介してコンピュータ２０に送られてデータ処理される。コントローラ１８では、投光器の光源電源制御及び受光器の制御を行う。

図２に示すように、投光器１２は光源部２２と偏光部２４とで構成される。

光源部２２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）２６と、ＬＥＤ２６から発光される光線を分光する分光手段と、ＬＥＤ２６から発光される光線を集光する集光手段と、集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段と、で構成される。ＬＥＤ２６は、例えば発光中心波長が６３２ｎｍの赤色ＬＥＤを好適に使用できる。

即ち、ＬＥＤ２６から発光された光線は、先ず第１の平凸レンズ２８（集光手段）に導かれ、発散するＬＥＤ２６の光線をピンホール板３０（開口絞り）に集光させる。第１の平凸レンズ２８を通過した光線は、ＬＥＤ２６とピンホール板３０との間に配置された分光フィルタ３２（分光手段）に導かれる。この分光フィルタ３２によって、波長幅のブロードなＬＥＤ２６の光線を、分光フィルタ３２の波長幅で制限を加え、これにより厳密な測定波長（主波長）の規定をする。例えば、ＬＥＤ２６と分光フィルタ３２とを組み合わせて予め分光測定を行い、代表波長を算出しておくことで測定波長を一意に定めることができる。例えば、０．１ｎｍ幅の光エネルギー値を合計し、合計値を全エネルギー値で割ることにより、主波長を定義することができる。分光フィルタ３２のバンド幅は半値幅で１０ｎｍのものを好適に使用できる。また、ＬＥＤ２６の波長は環境温度の変化とともに１℃当たり０．１ｎｍ変化するが（使用したＬＥＤのカタログデータから）、図３に示すように、分光フィルタ３２を用いることで波長変化を１℃当たり０．０５ｎｍ以下に押さえることができる。尚、本実施の形態では、分光フィルタ３２をＬＥＤ２６とピンホール板３０との間に置いたが、これに限定されるものではなく、例えば後記する第２の平凸レンズ３４の後方に置いてもよい。

分光フィルタ３２を通過した光線はピンホール板３０に導かれる。このように、後方に配置された第２の平凸レンズ゛３４の焦点距離にピンホール板３０が配置されることで、ＬＥＤ２６から発光された光線の中から平行光を取り出すことができる。ピンホール板３０のピンホール径は小さいほど平行光の平行度が高まり、例えばφ０．４ｍｍのピンホール径を使用することができる。このピンホール板３０と第２の平凸レンズ３４とにより、一度集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段が構成される。第２の平凸レンズ３４の前焦点位置にピンホール板３０を置く構成をテレセントリック系と言い精度良く平行光を取り出すことができる。

この場合、ＬＥＤ２６の第１の平凸レンズ２８の集光効果を考慮し、ＬＥＤ２６の発光チップが実質的に第１の平凸レンズ２８の前焦点になるように配置することが好ましい。第１の平凸レンズ２８からでた光束が第１に平凸レンズ２８の後焦点位置で一度集光するが、この後焦点位置にピンホール板３０を配置して後ろ側に平行成分のみを通過させ、ピンホール板３０からでた光束を第２の平凸レンズ３４で平行光に戻す。平行光に戻した光線により回転検光子法の位相差検出方式を行うように、偏光部２４には回転検光子法に対応した光学素子が配置される。

即ち、第２の平凸レンズ３４を通過した光線は、先ず直線偏光板３６に導かれる。直線偏光板３６に導かれた光線は平行光ではあるが、偏光のない自然光なので、直線偏光板３６により自然光から直線偏光板３６の透過軸に沿った直線偏光に変換される。直線偏光に変換された光線は次にλ／４波長板３８に導かれる。λ／４波長板３８を、直線偏光の偏光方向に対し、進相軸を相対的に４５°、又は−４５°傾けて配置することで、直線偏光を円偏光に変換する。尚、このλ／４波長板３８は、円偏光を作りたい場合に用いるものであり、直線偏光が欲しい場合は不要である。本実施の形態は、回転検光子法に用いた場合の投光器１２であり、直線偏光板３６とλ／４波長板３８を備えている。平行ニコル回転検光子法であれば、λ／４波長板３８は必要なく回転機構をもった直線偏光子を配置する。位相変調法であれば、図の構成において、λ／４波長板３８のほうに回転機構を設ける。

λ／４波長板３８を通過した光線は、出射アパーチャ４０に導かれ、ここで投光器１２から出射する出射光のビーム径が決定される。出射アパーチャ４０の径を変えることで、所望のビーム径を得ることができ、例えばφ５ｍｍの径を好適に用いることができる。出射アパーチャ４０を通過した光線は、試料１６を透過して受光器１４に受光される。

受光器１４は、主として、ロータリエンコーダ４４付きの回転中空モータ４６と、該回転中空モータ４６の中央部に配置された直線偏光板４８と、光電子倍増管（ＰＭＴ）５０とで構成される。そして、投光器１２から出射された光線は直線偏光板４８に導かれ、該直線偏光板４８に入射する光線のうち直線偏光板４８の透過軸に沿った光成分のみ通過させる。直線偏光板４８を通過した光線は、光電子倍増管（ＰＭＴ）５０により受光される。回転中空モータ４６は、回転軸が中央にないため中心に光を通すことができる中空型のモータであり、回転中空モータ４６の中心部に直線偏光板４８を取り付けて３６０°回転させることができる。回転検光子法の場合、直線偏光板４８を回転させつつ微小角度（例えば０．１°など）づつ方位を変えて半周方位または全周方位の光強度を得る。これにより３６０°全方位の光出力の分布が測定可能になり、受光器１４に入射する入射光の偏光状態が分かる。また、ロータリエンコーダ４４は、回転中空モータ４６の現在の角度位置を検出するもので、これにより直線偏光板４８の現在の透過軸方位が分かる。従って、ある基準角度に対する光の偏光状態を示すことができ、例えば１周４０００パルスのロータリエンコーダを好適に使用することができる。また、光電子増倍管５０は、詳細を後記するように、微弱な光信号を低ノイズで測定でき、ＬＥＤ２６のように光量の小さなものであって、上記した集光手段と相まって、受光器１４において高精度な測定を行うに十分な感度を得ることができる。

このように、本発明では複屈折測定装置１０を上記構成とすることにより、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができるだけでなく、次の副次的な効果も奏する。即ち、上記の光源部２２の構成により投光器１２と受光器１４との距離が広くても光束が広がらず、光束の利用効率を高めることができる。また、受光器にＰＭＴ（フォトマル）を用いることで、十分な感度を得ることができる。従って、投光器１２と受光器１４との距離を３００ｍｍと広くでき、これにより、従来の複屈折測定装置では懸念されていた「長尺試料との物理的干渉」を確実に防止できる。

（回転検光子法）
回転検光子法は、受光器１４（光測定器）の前に回転する検光子（偏光板）を置き、全周３６０°の光の強度分布を測定することで光の偏光状態を測定する方式である。この方式を複屈折測定装置に応用した場合、試料（光学フィルム）に偏光状態が既知の光（例えば、円偏光又は直線偏光など）を照射して、試料を通過した後の光の偏光状態を知れば、試料の複屈折の程度や軸方位を特定することができる。図４は円偏光を用いた場合の図であり、透過軸が０°に合わせられた偏光子（偏光板）を透過した光は、０°方位の直線偏光になる。この直線偏光が、例えば進相軸４５°に設置されたλ／４波長板を通過すると、円偏光になる。そして円偏光は試料を通過することで、試料の持つレターデーションが作用して楕円偏光に変えられる。複屈折をもつ試料には、屈折率が最大になる方位と最小になる方位がある。屈折率最大の方位を遅相軸、最小の方位を進相軸といい、遅相軸方位に振動する光の波と進相軸方位に振動する光の波の位相差がレターデーションとなる。軸方位は、レターデーションと同様に重要な測定項目になり、回転検光子法の場合、楕円偏光を測定することで、試料の軸方位とレターデーションの両方を特定することができる。

（光電子倍増管）
光電子倍増管（ＰＭＴ）は、光電面、集束電極、電子増倍部、陽極（電子を集める電極）を真空管の中に収めた電子管タイプの高感度の光センサーである。光電子倍増管は、半導体の光センサー（フォト・ダイオード、フォト・トランジスタ、ＣＣＤ）などに比べてＳ／Ｎ比が高い（ノイズが小さい）、感度が高い（微弱な光も検出できる）、応答性が高い（光量変化がすぐに出力に現れる）などの特長を有している。そして、光電面に光が当たると、光電面から真空中に光電子が放出され、その光電子は集束電極によって電子増倍部に導かれて、２次電子放出効果によって増倍（増加）される。この２次電子放出効果を利用して光電子を増倍（１００万倍〜１０００万倍）することにより高感度を有し、さらに高速時間応答特性など数々の優れた特性を備えることができる。

図５は、本発明の複屈折測定装置１０を、所定の複屈折が要求される光学補償フィルム（試料）の製造ラインに組み込んだ一例である。

図５に示されるように、光学補償フィルムの製造ラインは、送り出し機６６から予め配向膜形成用のポリマー層が形成された透明支持体であるウエブＷが送り出される。ウエブＷはガイドローラ６８によってガイドされてラビング処理装置７０に送りこまれる。ラビングローラ７２は、ポリマー層にラビング処理を施すように設けられている。ラビングローラ７２の下流には除塵機７４が設けられており、ウエブＷの表面に付着した塵を取り除く。除塵機７４の下流にはグラビア塗布装置１１が設けられており、ディスコネマティック液晶を含む塗布液がウエブＷに塗布される。塗布手段の下流には、塗布直後の乾燥を行う乾燥装置７６、及び後段乾燥装置７７、加熱装置７８が順次設けられており、ウエブＷ上に液晶層が形成される。更に、この下流には紫外線ランプ８０が設けられており、紫外線照射により、液晶を架橋させ、所望のポリマーを形成する。この下流に設けられた巻取り機８２により、ポリマーが形成されたウエブＷが巻き取られる。これにより、所定の複屈折を有する光学補償フィルム１６（試料）が製造される。尚、図５では、紫外線ランプ８０で処理された後のウエブＷを光学補償フィルム１６として図示している。上記の製造ラインにおいて、紫外線ランプ８０と巻取り機８２との間に、本発明の複屈折測定装置１０が配置され、光学補償フィルム１６（試料）の複屈折が測定される。

かかる複屈折測定装置１０の光源部を、ＬＥＤ２６と、ＬＥＤ２６から発光される光線を分光する分光手段と、ＬＥＤ２６から発光される光線を集光する集光手段と、集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段と、で構成したので、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができる。これにより、測定光源の交換作業をなくすことができ、メンテナンス性を向上できると共に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源を使用したものと同等の測定精度を得ることができる。また、製造ラインは通常クリーンルーム内に設置されるが、光源交換が必要ないので、作業者がクリーンルーム用の着衣に着替える煩わしさからも開放される。

次に、本発明の複屈折測定装置１０により光学補償フィルム１６（試料）のレタデーションと軸方位とを複屈折測定装置で測定する測定方法について説明する。

説明のために空間に仮想的にＸＹ軸を設定する。仮に光の進行方向（光軸）を水平とし、光軸に対し垂直方向をＹ軸、光軸と直角でかつ水平方向をＸ軸とする。投光器１２に設けた最初の直線偏光板３６の透過軸をＸ軸方向に合わせ設置する。次にλ／４波長板３８であるが、進相軸が−４５°になるように設置する場合（照射光は左回り円偏光になる）と４５°になるように設置する場合（照射光は右回り円偏光になる）があるが、ここでは進相軸が−４５°になるように設置した場合で説明する。光学補償フィルムのレタデーションをδ°、進相軸方位をα°とすると、受光器１４の信号は図６に示すようになり、次の式１で表すことができる。

光出力＝ K・｛１−sinδ・sin（２θｔ−２α）｝…式１
尚、θは受光器に設けた検光子（直線偏光板４８）の回転角速度である。
そして、図７に示すように、直線偏光板４８（検光子）を回転する回転中空モータ４６に付けられたロータリエンコーダ４４は、１周４０００パルスを発するものを使用している。ロータリエンコーダ４４のパルスをＡ／Ｄ変換器５２のトリガとし、１パルスにつき１点のデータ取得を行い、上記信号を４０００点でサンプリングする。こうすると、検光子の１回転分の波形が４０００点のデジタルデータの羅列になる。このデータ列にＤＦＴ（離散フーリエ変換）を行い、フーリエ解析処理５４を行う。図７の符号５１はＬＰＦ（ローパスフィルタ）である。

上記の式１を展開すると、下記に示す式２となる。

光出力＝K−K・sinδ・cos２α・sin２θｔ＋K・sinδ・sin２α・cos２θｔ…式２
取得した４０００点のデータ列に対しＤＦＴを用いることができ、上記２θ周波数の
sin２θ成分とcos２θ成分とを求めることができる。各々を、Isin、Icosと表し、ＤＦＴの直流項をI_DCとすると、下記に示す式３、式４、式５となり、フィルムの軸方位αは、tan２α＝−Icos ／Isin で求めることができる。
I_DC＝K…式３
Isin＝−K・sinδ・cos２α…式４
Icos＝ K・sinδ・sin２α…式５
また、試料のレターデーションδは、K^２・sin^２δ＝Isin^２＋Icos^２の関係から求めることができる。ここで、Kはアンプの増幅度、光源の光量等で決定されるが、求めるα、δにKが含まれないことから、このシステムでは、アンプの増幅度や光源強度が変動しても影響を受けないことが分かる。実際に使用しているλ／４波長板３８は完璧にλ／４の位相差を与えるわけでなく誤差を含んでいる。またλ／４波長板３８と直線偏光板３６との角度合わせも完璧に４５°でなく誤差を含む。これらの誤差は、光学補償フィルム１６に当たる光が円偏光にならず楕円偏光になって現れることで確認できる。更に直線偏光板３６と直線偏光板４８には消光比Ｐが存在する。両者が平行ニコル状態になった時の通過光強度を最大強度Ｉmax、クロスニコル状態になった時の通過光強度を最小強度Ｉminとすると、消光比Ｐは、Ｐ＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）で定義され、測定が可能である。理想状態はＰ＝１であるが、現実にはＰは１以下になる。消光比Ｐは、偏光度とも言われ照射光に含まれる完全偏光成分の割合を示している。これらの誤差を計測量に反映して正しい測定を行うために、先ず光学補償フィルム１６無しで受光器１４の直線偏光板４８を回転し照射する光の計測を行う。光学補償フィルム１６無しで測定したときの、直流成分をK´、２θ周波数のsin成分とcos成分をそれぞれ、Isin´ Icos´とし、
Isin´／K´＝Ｙ…式６
Icos´／K´＝Ｘ…式７とおき、Z＝−√｛Ｐ²-X²-Y²｝と定義すると、行列式

は投光器１２の照射光のストークスパラメータを表す。

このストークスパラメータを、回転検光子法のミューラー行列表現に用いると、図８に示す行列式になる。但し、図８において、S=sin２α、C=cos２αである。

図８の行列式のS_０の値が、検出される光出力であり、式１０で表される。
S_０＝1/4・Ｋ・（１＋cos２θ・｛（C²＋S^２・cosδ）・Ｘ＋C・S・（１−cosδ）・Ｙ−S・sinδ・Ｚ｝＋sin２θ・｛C・S・（１−cosδ）・Ｘ＋（S²＋C^２・cosδ）・Ｙ＋C・sinδ・Ｚ｝）…式１０、Ｋは実際の測定系におけるアンプ定数であり、定数である。
この光出力の信号を、回転検光子の角周波数のcos成分、sin成分をフーリエ解析することでcos２θ、sin２θの係数がＩcos、Ｉsin信号として測定できる。この結果を用いると、試料軸方位αと光学補償フィルム１６のレターデーションδが以下の式１１及び式１２によって算出される。

α＝1/2・Tan^-1｛（X−Ｉcos）／（Isin−Y）｝…式１１
δ＝Asin｛（ C・Isin − S・Icos ）／√｛（−S・X＋C・Y）^２＋Z^２｝｝−Atan ｛（−S・X＋C・Y）／Z｝…式１２
但し、S=sin２α、C=cos２α、 Z＝−√｛P²-X²-Y²｝
αは、−９０°〜９０°の値をとり得るが、式１１からは−４５°〜４５°の範囲で計算される。しかし、これは、（X−Ｉcos）と（Isin−Y）の符号から−９０°〜９０°の値に正しく戻すことが可能である。

更に、λ／４波長板３８を進相軸が４５°になるように設置した場合には、Z＝√｛P²-X²-Y²｝とし、式１２を
δ＝Asin｛（ S・Icos −C・Isin ）／√｛（−S・X＋C・Y）^２＋Z^２｝｝−Atan ｛（−S・X＋C・Y）／Z｝…式１３
に換えることで対応可能である。

上記の如く構成した本発明のＬＥＤ光源を用いた複屈折測定装置１０（本機）と、従来のＮｅ−Ｎｅレーザー光源を用いた複屈折測定装置（比較機）とを比較した。

本発明の複屈折測定装置は、赤色ＬＥＤを使用し、図９の線ＡはＬＥＤからの発光波長であり、線Ｂが分光フィルタ３２を通した後の波長である。この投光器波長に対し、投光器の主波長λ_ｄを、λ_ｄ＝Σ（△λ・Ｅ_λ）／Ｅとして算出した。ここで、△λ＝１、Ｅ_λ＝波長λの光強度測定値、Ｅ＝投光器から出射される投光器光の光強度測定値である。
そして、同じレターデーションの光学フィルム（試料）について、本発明のＬＥＤ光源を用いた複屈折測定装置の回転検光子法での測定結果と、Ｎｅ−Ｎｅレーザーを用いた比較例の複屈折測定装置の測定結果とを対比した。光学フィルム（試料）のレターデーション（Ｒｅ）は、材質の異なる試料１及び２について、レータデーション０（入射角が０°の光に対する試料のレターデーションで、図１０のＲｅ（０））の場合、レータデーション４０（入射角が４０°の光に対する試料のレターデーションで、図１０のＲｅ（４０））の場合、レータデーション−４０（入射角が−４０°の光に対する試料のレターデーションで、図１０のＲｅ（−４０））の場合の３水準について実施した。

比較結果を図１０の表に示す。

図１０の表から分かるように、本発明のＬＥＤ光源の複屈折測定装置と比較例のＮｅ−Ｎｅレーザー光源を用いた複屈折測定装置とでは、測定結果は殆ど同じであり、ＬＥＤを光源とした本発明の複屈折測定装置の測定精度は実用上全く問題ないことが分かった。従って、本願発明の複屈折測定装置は、測定光源の寿命を半永久的に長くすることができるので、測定光源の交換作業をなくすことができる。これにより、オフセット測定やキャリブレーション測定等の交換時における再調整作業が必要なくなるので、メンテナンス性を顕著に向上させることができる。また、ＬＥＤを使用したにも係わらずＨｅ−Ｎｅレーザー光源を使用した複屈折測定装置と同等の測定精度を得ることができるという従来にない効果を奏する。

本発明の複屈折測定装置の全体構成の概念図本発明の複屈折測定装置の光学系の全体図ＬＥＤ光線を分光フィルタを通した後の、環境温度と主波長との関係図回転検光子法を説明する説明図本発明の複屈折測定装置を、光学補償フィルムの製造ラインに組み込んだ全体図本発明の複屈折測定装置の測定方法を説明する説明図本発明の複屈折測定装置の測定方法を説明する説明図行列式を示す図実施例で使用したＬＥＤの波長を説明する説明図本発明のＬＥＤを用いた複屈折測定装置と従来のＮｅ−Ｎｅレーザー光源を用いた複屈折測定装置（比較機）とを比較した結果図

符号の説明

１０…複屈折測定装置、１２…投光器、１４…受光器、１６…試料、１８…コントローラ、２０…コンピュータ、２２…光源部、２４…偏光部、２６…ＬＥＤ、２８…第１の平凸レンズ、３０…ピンホール板、３２…分光フィルタ、３４…第２の平凸レンズ、３６…直線偏光板、４０…出射アパーチャ、４４…ロータリエンコーダ、４６…回転中空モータ、４８…直線偏光板、５０…光電子倍増管

Claims

投光器と受光器とを備えた複屈折測定装置において、
前記投光器の光源部は、
ＬＥＤと、
前記ＬＥＤから発光される光線を分光する分光手段と、
前記ＬＥＤから発光される光線を集光する集光手段と、
前記集光した光線を平行光に変換する平行光形成手段と、を備えたことを特徴とする複屈折測定装置。
前記受光器に光電子倍増手段を設けたことを特徴とする請求項１の複屈折測定装置。
前記複屈折測定装置の位相差検出方式は、平行ニコル回転検光子法、回転検光子法、セナルモン法の何れかであることを特徴とする請求項１又は２の複屈折測定装置。