JP2013195266A - 光学軸測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、好適に光学軸を測定することが可能な光学異方性測定装置を提供する。
【解決手段】被測定試料１の光学軸３を測定する光学軸測定装置であって、光源２からの光の光路上に、第一偏光子４と、第二偏光子５とが互いの透過軸のなす角度が７０〜１１０°となるよう配置され、第一偏光子と第二偏光子との間に、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定する試料固定手段８が設けられ、被測定試料を回転させた際に、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定する測定手段９が設けられた光学軸測定装置により、簡易な構成でありながら好適に光学軸の測定が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定試料の光学軸を測定する光学軸測定装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置は、パソコンを始めとする広範な分野で用いられている。特に電子手帳、携帯電話、スマートフォン、携帯オーディオプレイヤー、ＰＤＡ、タブレット端末等の携帯電子端末に使用されている。このような画像表示装置は、偏光フィルム、位相差フィルム等複数の光学異方性のフィルムやパネルを使用している。そのため、これら光学異方性のフィルムやパネルの光学軸を評価することは、画像表示装置を設計、開発、製造するうえで非常に重要となる。

光学軸を測定する装置としては、野村商事社製ＳＳＴシリーズ、王子計測機器株式会社のＫＯＢＬＡシリーズ等市販されているものが多くあり、光学軸や位相差値を精密に評価するうえで有用である（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの機器は大型で高価であるため、室外等で、簡易的に光学軸を測定することは困難であった。

特開平０４−０８９５５３号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成でありながら、好適に光学軸を測定することが可能な光学異方性測定装置を実現することにある。

本発明においては、被測定試料の光学軸を測定する光学軸測定装置であって、光源からの光の光路上に、第一偏光子と、第二偏光子とが互いの透過軸のなす角度が７０〜１１０°となるよう配置され、第一偏光子と第二偏光子との間に、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定する試料固定手段が設けられ、被測定試料を回転させた際に、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定する測定手段が設けられた光学軸測定装置により上記課題を解決する。

光学軸の角度は、被測定試料を回転させた際に、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定することで得られる。

本発明の測定装置によれば、被測定試料を固定して回転させるだけで目視等により簡易に光学軸を測定でき、特に、被測定試料又は試料固定手段に、被測定試料が回転した際の回転角度を測定するための位置認識マークが付された構成によれば、より簡易に回転角度を目視で確認できる。そのため、光度検出器、被測定試料搭載台を回転させる装置類、角度を計算するための計算機器等を用いることなく、測定物の光学軸を判断することが可能となり、室外などにも簡単に持ち運びができる装置を製造可能なため、室外などでも簡易的に光学軸を測定することが可能である。

本発明の光学軸測定装置の構成例を示す側面断面図である。 本発明の光学軸測定装置の構成例を示す平面図である。

本発明の測定装置は、被測定試料の光学軸を測定する光学軸測定装置であって、光源からの光の光路上に、第一偏光子と、第二偏光子とが互いの透過軸のなす角度が７０〜１１０°となるよう配置され、第一偏光子と第二偏光子との間に、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定する試料固定手段が設けられ、被測定試料を回転させた際に、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定する測定手段が設けられた光学軸測定装置である。

［光源］
本発明に使用する光源は、特に限定されるものではなく、光源が単一の波長ピークを有するものであっても、複数の波長ピークを有するものであってもよいが、可視光領域（ｎｍ）の光を発生するものであることが好ましい。光源の例としては、蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲン光源等がある。光源の光度は高いものが好ましい。光度を高めることで、被測定試料、第一偏光子及び第二偏光子を透過した光の光度と被測定試料の回転角度との相関をより正確に確認できるため、測定する光学軸角度の精度が高くなる。

また、当該光源と偏光子との間に、各種波長を遮断、透過するフィルターや、光の光度を調節するフィルター等を設置してもよい。

［偏光子］
光源からの光の光路上に配置される第一偏光子及び第二偏光子としては、軸方向が既知のものであれば特に限定されるものではなく、一般的に使用されている偏光板や偏光フィルムを使用することができる。

第一偏光子及び第二偏光子の光透過率は光源からの光量に応じて好適に光度変化を測定できるものを適宜選択すればよいが、可視光領域の光透過率が３０〜８０％であることが好ましい。当該範囲の光透過率の偏光子を使用することで、被測定試料を回転させた際の光度変化を確認しやすくなる。

第一偏光子及び第二偏光子は、互いの偏光方向のなす角度が７０°〜１１０°、好ましくは８０°〜１００°、より好ましくは８５°〜９５°となるように配置する。互いの偏光子の偏光方向のなす角度が９０度に近くなることで、被測定試料を回転させた際の光度変化量が大きくなるため、測定する光学軸角度の精度が高くなる。

第一偏光子及び第二偏光子は、装置を側面方向から見た際に、両偏光子が略水平となるように設置されることが好ましい。水平に設置することで、光度変化を確認しやすくなり、測定精度が向上する。

［試料固定手段］
本発明の測定装置においては、第一偏光子と第二偏光子との間に、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定する試料固定手段が配置される。なお、光路軸は、光源からの光が、第一偏光子、第二偏光子及び被測定試料を透過する光路、第一偏光子と第二偏光子とが水平に設けられている場合には、これら偏光子の表面と垂直な光路中に設定されればよく、試料固定手段の回転軸と一致することが好ましい。

試料固定手段は、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定できるものであれば、特に制限されないが、装置を側方から見た際に、被測定試料を、第一偏光子及び第二偏光子の両者と略水平となるよう固定できる固定手段であることが好ましい。なかでも、被測定試料を積載でき、試料の自重により、又は保持部により試料を保持可能な試料積載台であると、試料の設置が容易となるため好ましい。被測定試料のずれや落下を防ぐ保持部としては、機械的に固定する固定具等を保持部としてもよく、試料積載台表面に接着層を設けて当該接着層を保持部としてもよい。

試料固定手段は、試料の固定に加え、回転が可能なものであれば特に限定するものでなく、一つの部品からなるものでも複数の部品の組み合わせであってもよいが、試料を積載する平板状の台座部と、台座部を回転可能にせしめる軸部とを有するものが、簡易な構成にて、好適に回転でき、かつ光を透過させやすいため好ましい。被測定試料を積載する台座部表面の形状は、方形形状または円形状であることが好ましい。一般的に測定する光学異方性物は方形形状のフィルムやパネルであるため、方形形状にすることで被測定試料を搭載しやすくなる。また、搭載台が円形状である場合には、回転させた際にも搭載台の姿勢が変化しないため、測定を行いやすくなる。

被測定試料を積載する台座部はガラス等の透明かつ光学異方性を有さないものを使用することが望ましい。透明かつ光学異方性を有さない台座部を使用することで、該測定装置の光源から射出された光に対する影響が少ないため、精密な測定を行うことができる。

被測定試料を積載する台座部として、透明性の低いものや、光学異方性を有するものを使用する場合には、光源からの光が通過する窓部が設けられた台座部を使用すればよい。窓部としては、台座部の一部、好ましくは中央周辺部が開口した額縁形状のものを使用するのが好ましい。額縁形状にすることで、該測定装置の光源から射出された光に対する影響をなくすことができるため、精密な測定を行うことができる。

試料固定手段には、回転角度を精密に測定するために、位置認識マークを設けることも好ましい。位置認識マークは、試料固定手段を回転した際に位置の変化を認識できるものであれば限定されず、目視にて確認できるマークであることが特に好ましい。位置認識マークとしては直線、矢印状、円状、三角形等の多角形状等がある。位置認識マークの設置は、試料固定手段に直接記入する方法やシール、テープ等を貼付する方法等がある。また、当該位置認識マークは、被測定試料に設けても同様に回転角度を精密に測定可能となるため好ましい。

［測定手段］
本発明の測定装置においては、試料固定手段を回転させた際に、光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定する測定手段が設けられる。当該測定手段としては、試料を回転させた時の角度変化を計測できるものであればよく、回転角度を正確に認識するための目盛を有しているものが好ましい。このような測定手段としては、例えば、試料固定手段の回転軸回りや、回転軸の上下又は左右に設けられた分度器を好ましく使用できる。当該分度器は、円形状、半円状、扇形状等の形状であってよい。

回転角度を測定する測定手段として、当該分度器を使用する場合には、ガラス等の透明かつ光学異方性を有さない材料からなる分度器を使用することで、光源からの光を減衰させにくく精密な測定が可能となるため好ましい。また、一般に広く流通している透明性の低い材料を使用した分度器は低コストの装置作成が可能となる。透明性の低い材料の分度器を使用する場合には、円形状であれば、試料固定手段の回転軸を中心として、同心状の中央開口を有する円形平板分度器を使用することが好ましい。当該形状の分度器は、回転角度の精密な測定が容易となるため好ましい。また、半円状や扇形状の場合には、回転軸近傍に光が通過するよう隙間を空けて設置する等、適宜な手段にて光路を確保すればよい。

［光学軸の測定方法］
本発明の測定装置によれば、光源からの光の光路上に、互いの透過軸のなす角度が７０〜１１０°となるよう配置された第一偏光子と、第二偏光子との間の試料固定手段に、被測定試料を固定し、試料固定手段により被測定試料を回転させ、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定手段により測定することで、被測定試料の光学軸を簡易に測定できる。また、試料固定手段又は被測定試料に位置認識マークを有する場合には、光の光量が最大又は最少となる回転角度、および、被測定試料の開店前の初期設置角度から光の光量が最大又は最少となる回転角度までの変位角度を、より精度良く測定できる。

［実施態様］
本発明の測定装置の好適な実施態様として、図１及び図２の構成を例示できる。図１及び図２は、本願発明の測定装置の好適な構成の一例を示す側方断面図（図１）および測定装置を上方から見た平面図（図２）である。当該光学軸測定装置は、光源２からの光路上に、第一偏光子４と、第二偏光子５が配置されている。そして、当該第一偏光子４と第二偏光子５の間に、位置認識マーク１０を有する台座部６及び軸部７とから構成される試料積載台が、被測定試料を回転可能に固定する試料固定手段８として配置されている。また、試料固定手段８の回転軸を光路軸３とし、当該試料固定手段８の回転軸を中心として、同心状の中央開口を有する円形平板分度器９が設けられた構成である。当該構成の測定装置は、試料固定手段８の台座部６に設けられた位置認識マーク１０と、試料固定手段８の周りに配された円形平版分度器９により、被測定試料１を回転させた際の光の光量が最大又は最少となる回転角度を容易かつ精密に測定できる。

［光学軸測定装置の作製］
光源を設置し、その上部に、互いの偏光方向が９０°になるように２個の偏光子を配置した。次に、これら偏光子の間に回転可能な長方形状の台座部と回転可能な軸部とからなる試料積載台を設置し、当該試料積載台の台座部に三角形の位置認識マークを記載した。さらに、試料積載台の周りに、試料積載台の回転軸を中心として、同心状の中央開口を有する円形平板分度器を測定部として設置した。この際、三角形の位置認識マークの頂点の一つが、分度器型測定部の０°を示すように設置し、図１及び図２の構成の光学軸測定装置１を作製した。

［被測定試料１の作製］
既に光学軸が既知である１／４λ位相差ゼオノアフィルム（日本ゼオン社製）を長方形状に加工して、異方軸角度がフィルムの底面から４５°の被測定試料１を得た。

［被測定試料２の作製］
既に光学軸が既知である１／４λ位相差フィルム（帝人化成社製ピュアエース）を長方形状に加工して、異方軸角度がフィルムの底面から０°の被測定試料２を得た。

［光学軸の測定］
上記により得られた光学軸測定装置１を使用して被測定試料１及び被測定試料２の光学軸の角度を以下のとおり測定した。なお、本実施例により得られる軸角度の測定値は、フィルムの有する軸角度のうち、フィルムの底辺方向から軸までの反時計回り方向の角度を示す。

＜実施例１＞
まず、被測定試料１を光学軸測定装置１の被測定試料搭載台の上に、フィルムの側辺と搭載台の側辺が水平になるよう固定した。次に、測定物搭載台を回転させ、測定装置の光源から射出され被測定試料と前記２個の偏光子を透過した光の光度が最も低くなったときの位置認識マークの直線が示した角度を確認し、光学軸の角度を得た。

＜実施例２＞
まず、被測定試料１を光学軸測定装置１の被測定試料搭載台の上に、フィルムの側辺と搭載台の側辺が水平になるよう固定した。次に、測定物搭載台を回転させ、測定装置の光源から射出され被測定試料と前記２個の偏光子を透過した光の光度が最も低くなったときの位置認識マークの直線が示した角度を確認し、光学軸の角度を得た。

表１に示したように、本発明の光学軸測定装置によれば、簡易な構成でありながら好適に被測定試料の光学軸の測定が可能であった。

１ 被測定試料
２ 光源
３ 光路軸（試料固定手段の回転軸）
４ 第一偏光子
５ 第二偏光子
６ 台座部
７ 軸部
８ 試料積載台（試料固定手段）
９ 円形平板分度器（測定手段）
１０ 位置認識マーク

Claims (7)

1. 被測定試料の光学軸を測定する光学軸測定装置であって、
   光源からの光の光路上に、第一偏光子と、第二偏光子とが互いの透過軸のなす角度が７０〜１１０°となるよう配置され、
   第一偏光子と第二偏光子との間に、被測定試料を光路軸回りに回転可能に固定する試料固定手段が設けられ、
   被測定試料を回転させた際に、第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量が最大又は最少となる回転角度を測定する測定手段が設けられていることを特徴とする光学軸測定装置。
2. 被測定試料又は試料固定手段に、被測定試料が回転した際の回転角度を測定するための位置認識マークが付された請求項１に記載の光学軸測定装置。
3. 回転角度を測定する測定手段が、試料固定手段の回転軸回りに設けられた分度器である請求項１又は２に記載の光学軸測定装置。
4. 前記分度器が、同心状の中央開口を有する円形平板分度器である請求項３に記載の光学軸測定装置。
5. 試料固定手段が、被測定試料を積載する試料積載台である請求項１〜４のいずれかに記載の光学軸測定装置。
6. 光源と被測定試料との間に、波長又は光量制御フィルターが設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の光学軸測定装置。
7. 第一偏光子、被測定試料及び第二偏光子を透過した光の光量を測定する光量測定手段が設けられた請求項１〜６のいずれかに記載の光学軸測定装置。

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