JP2013242461A - 光学フィルムパターン測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクの位置ずれや傾きを測定し、不良品の発生を抑制することを可能とする光学フィルムパターン測定装置を提供する。
【解決手段】位相差フィルムを長手方向に搬送するロールと、撮像カメラと、基準線と、画像処理装置と、を備え、撮像カメラは、前記繰り返して形成される２つのパターンと、前記搬送ロールまたは光学系に組み込まれた前記基準線を撮像するもので、前記画像処理装置は、前記撮像された２つのパターンと基準線に基づいて２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅の差を算出し、且つ、前記２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅を算出した結果、管理値を越えたと判定された場合には、２つのパターン形成に用いられるフォトマスクの位置と傾きを補正する機構に補正量を出力することを特徴とする光学フィルムパターン測定装置。
【選択図】図６

Description

本発明は例えば液晶表示装置で立体表示を行う場合に用いられるパターニング位相差フィルムの幅方向に繰り返して形成される２つのパターンの直線性の判断と２つのパターンの線幅を測定する装置に関するものである。

人間の左目と右目は大人の場合で６センチ前後離れており、それによって同じ物体を見た場合に左右の目が捉える像は微妙にずれている（このずれを「視差」という）。人間はこの左右でわずかに異なる像を脳の中で統合することで、物や空間を立体的に認識している。平面に表示された被写体が立体的に見える３Ｄ（立体）映像の原理は、視差を人工的に作り出すことで、見ている人の脳内で立体感や奥行きがあるように錯覚させる。具体的には、左目用の映像と右目用の映像を特殊なカメラでそれぞれ撮影し、専用のめがね（この場合のめがねとは偏光フィルターを用いためがねを指す）を用いたり画面に特殊なフィルター（この場合の特殊なフィルターとは、例えばパターニング位相差フィルムを指す）を施すことによって左右の目ではそれぞれ選択された映像を見ることが出来、立体視することが出来る。以下、上記パターニング位相差フィルムを位相差フィルムと記す。

従来、３次元で画像を表現する技術については種々の試みがなされており、写真、映画、テレビジョン等多くの分野で３次元画像に関する表示方法が研究され、実用化されてきている。３次元画像の表示方式としてはめがね式とめがね無し式とに大別されるが、いずれの方式も両眼視差のある画像を観察者の左右の眼に入力し、立体映像として見ることができる。

めがね式の代表的なものとしては上記偏光フィルターを用いた偏光めがね方式があるが、一般的には２台の投影装置を用いる必要がある等の問題があったが、近年直視型の１つの表示装置にて立体表示を可能とする方法が提唱されている。

図１は偏光めがね方式における立体視の一例の原理を示す図である。立体画像表示装置１００は、液晶パネル部１０１と、この液晶パネル部の表面に取り付けられた位相差フィルム部１０２とからなる構造を有している。このような構造の立体画像表示装置１００は、液晶パネル部１０１から出た直線偏光の方向を回転させることにより、表示画面の偶数ラインと奇数ラインからの直線偏光を互いに直交するものに変換している。即ち偶数ラインからは液晶パネルからの直線偏光がそのまま射出され、奇数ラインでは位相差フィルム１０２に設けられ位相差フィルム１０２ａの作用によりこれと直交する直線偏光とされる。

この表示装置の光を互いに直交する偏光方向のめがね１０３で観測することにより、右眼には右眼用画像の光が入射し、左眼には左眼用画像の光が入射するため、このめがね１０３で見ることにより、立体画像を見ることが可能となる。

位相差フィルム部１０２には枠体として機能するガラス等からなる透明支持基体１０２ｂが設けられ、この透明支持基体１０２ｂの液晶パネル部１０１側に各帯状の位相差フィルム１０２ａが形成されている。位相差フィルム１０２ａには長手方向を水平方向とする帯状のパターンが形成されており、その帯状の幅は図示しない画素液晶部の画素ピッチと同程度である。即ち、位相差フィルム１０２ａの帯状のパターン数は、画素液晶部の垂直方向の画素数の半分である。

各帯状のパターンは、画素液晶部の画素ピッチで１ライン置きに形成されているため、右眼用の立体画像若しくは左眼用の立体画像のどちらか一方が位相差フィルム１０２ａを通過することにより、その偏光方向が９０度回転することになる。一方。位相差フィルム１０２ａを通過しない側の立体画像は、その偏光方向が回転せずにそのまま射出する。

このように、ライン毎で異なる偏光方向に制御され、位相差フィルム１０２ａを通過した時点では、直交する２種類の直線偏光が混在するものとなる。従って、鑑賞者は偏光めがね１０３をかけ、右眼用の立体画像及び左眼用の立体画像を選択的に両眼で受け取り、立体画像を見ることが出来る。

上記位相差フィルム１０２ａは基材上に形成された配向膜に偏光紫外線（紫外線光源から放射された紫外線を特定の偏光方向の直線偏光に変換する偏光素子を通過させることによって得られる）を照射して配向膜の配向処理を行い、その配向処理された配向膜上に液晶を塗布、配向させる（位相差層を形成する）ことで作製することができる

図２は上記位相差フィルム１０２ａの製造工程の一例を示す図で、位相差フィルム１０２ａは図３に示される製造ラインで製造される。図２（ｈ）は製造された位相差フィルム１０２ａを断面で示す模式図である。一般的に図２に示す製造工程で製造される位相差フィルム１０２ａは矢印１０で示す方向に搬送されるフィルム基材１（図２（ａ））に光配向膜２を塗布、乾燥し（図２（ｂ））、次にフォトマスク３を介して光配向膜２に第一の紫外線露光を行う（図２（ｃ））。この場合光配向膜２と紫外線との間に特定の偏光軸（例えば０度）を有する第一の偏光素子４を設けておく（この紫外線露光は偏光紫外線露光と呼ばれる）。フォトマスク３と第一の紫外線露光によって露光部と未露光部とに分けられ、露光部は配向膜２において第一の特定の配向方向を有する部分がパターン状に配置された第一の光配向膜５となる（図２（ｄ））。次に上記第一の偏光素子４と異なる偏光軸（例えば９０度）を有する第二の偏光素子６を介して第二の偏光紫外線露光を行う。この場合、先に第一の紫外線露光された第一の光配向膜５の部分は、既に露光感度が飽和しているため第一の光配向膜５の配向は維持されたまま、フォトマスク３で覆われていた未露光部が第二の紫外線露光によって（図２（ｅ））、第二の光配向膜６として形成される（図２（ｆ））。更にその後、第一の光配向膜５と第二の光配向膜６上に液晶膜７を塗布（図２（ｇ））、配向させることで配向方向が異なる部分１５、１６を有する位相差フィルム１０２ａ（図２（ｈ））が得られる。

特開２０１２−１４０６４号公報

しかし、上記図２（ｃ）に示す第一の紫外線露光の場合には配向膜２が塗布されたフィルム基材１を搬送させながらフォトマスク３と配向膜２との間にギャップ（プロキシミティギャップ）を設けて露光を行う。この場合、フォトマスク３は固定されているが、何らかの原因で位置がずれたり、傾いてしまった場合には、製造された位相差フィルム１０２ａは不良品となってしまう。

図４、図５はフォトマスク３が傾いてしまった場合の位相差フィルムが不良品となってしまうことを説明するための図で、図４はフォトマスク３の位置ずれや傾きがない場合の正常品の位相差フィルムのパターンを示し、図５はフォトマスク３が斜めに傾いた場合の不良品の位相差フィルム１０２ａのパターンを示す図である。

図４（ａ）に示すように、フォトマスク３の傾きがない場合には矢印１０で示す方向に搬送されるフィルム基材１上に塗布された配向膜２にはフォトマスク３の開口部３ａを介して偏光紫外線露光が行われ、その結果、図４（ｂ）に示すようにパターン状に配置された第一の光配向膜５ａが得られる。更にフォトマスク３で覆われていた未露光部が第二の紫外線露光によって第二の光配向膜６ａが形成される。この場合の第一の光配向膜５ａの線幅（Ａ）と第二の光配向膜６ａの線幅（Ｂ）とは等しい。

一方、図５（ａ）に示すように、フォトマスク３の位置ずれがある場合には矢印１０で示す方向に搬送されるフィルム基材１上に塗布された配向膜２にはフォトマスク３の開口部３ｂを介して偏光紫外線露光が行われ、その結果、図５（ｂ）に示すようにパターン状に配置された第一の光配向膜５ｂが得られる。更にフォトマスク３で覆われていた未露光部が第二の紫外線露光によって第二の光配向膜６ｂが形成される。この場合の第一の光配向膜５ｂの線幅（Ｃ）と第二の光配向膜６ｂの線幅（Ｄ）は等しくないために、不良品となってしまう。

また、第一の光配向膜５と第二の光配向膜６のパターンは、直線性が重要であり、フォトマスク３の位置ずれは直線性を阻害することから位置ずれ発生を抑える必要があった。

本発明は上記問題に鑑みて、作製した光配向膜のパターンを撮像、画像処理を行い、上記フォトマスク３の位置ずれや傾きを測定し、不良品の発生を抑制することを可能とする光学フィルムパターン測定装置を提供することを目的とする。

そこで本発明に係る請求項１に記載の発明は、立体表示を行う場合に用いられるパターニング位相差フィルム（以下、パターニング位相差フィルムを位相差フィルムと称す）の幅方向に繰り返して形成される２つのパターンの直線性の判断と２つの光配向膜パターン（以下、光配向膜パターンをパターンと称す）の線幅を測定する装置であって、
位相差フィルムを長手方向に搬送するロールと、撮像カメラと、基準線と、画像処理装置と、を備え、
撮像カメラは、前記繰り返して形成される２つのパターンと、前記搬送ロールまたは光学系に組み込まれた前記基準線を撮像するもので、
前記画像処理装置は、前記撮像された２つのパターンと基準線に基づいて２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅の差を算出し、且つ、前記２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅を算出した結果、管理値を越えたと判定された場合には、２つのパターン形成に用いられるフォトマスクの位置と傾きを補正する機構に補正量を出力することを特徴とする光学フィルムパターン測定装置。

本発明に係る請求項２に記載の発明は、
前記搬送ロールに組み込まれた基準線は、前記位相差フィルムを搬送するロール面上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルムパターン測定装置である。

本発明に係る請求項３に記載の発明は、
前記光学系に組み込まれた基準線は、前記撮像カメラの光軸上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルムパターン測定装置である。

本発明に係る請求項４に記載の発明は、
前記基準線は、前記２つのパターンと異なる反射率または分光特性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学フィルムパターン測定装置である。

本発明に係る光学フィルムパターン測定装置によれば、配向膜に形成した２つのパターンと基準線を撮像カメラで撮像し、撮像した画像からフォトマスクの位置ずれや傾きを測定することが出来、測定した結果、管理値を超えた場合にはフォトマスクの位置ずれや傾きを補正して配向膜に形成した２つのパターンの直線性のずれと、２つのパターン幅の差を品質管理内に保つことが可能となる。

偏光めがね方式における立体視の一例の原理を示す図。 位相差フィルムの製造工程の一例を示す図。 位相差フィルムの製造ラインを示す図。 フォトマスクの位置ずれや傾きがない場合の正常品の位相差フィルムのパターンを示す図。 フォトマスクが斜めに傾いた場合の不良品の位相差フィルムのパターンを示す図。 本発明の光学フィルムパターン測定装置が位相差フィルムの製造工程内に設けられたことを示す図。 本発明に係る撮像カメラを正面から見た図。 本発明に係る基準線の実施形態その１を説明するための模式図。 撮像された２つのパターンと基準線の撮像画像の一例を示す図。 本発明に係る基準線の実施形態その２を説明するための模式図。

本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

図６は本発明の光学フィルムパターン測定装置が位相差フィルムの製造工程内に設けられたことを示す図である。図６に示される位相差フィルムの製造ラインは、上記図３に示される製造ラインと同じ工程から構成されるものであって、矢印４１で示す方向に搬送される位相差フィルム４０は順に光配向膜の塗布・乾燥部４２、第一の紫外線露光部４３、第二の紫外線露光部４４、液晶膜塗布・配向部４５で処理される。本発明の光学フィルムパターン測定装置５０は第二の紫外線露光部４４と液晶膜塗布・配向部４５の間に設けられる。

本発明の光学フィルムパターン測定装置５０は、位相差フィルム４０を搬送するロール５１と、偏光フィルター５４を備えた撮像カメラ５２と、図示しない基準線と、画像処理装置５３と、を備えている。

図７は撮像カメラ５２ａ、５２ｂを正面から見た図で、撮像カメラ５２ａ、５２ｂは位相差フィルム４０を搬送するロール５１面上の位相差フィルムの両端部の上方に設けられている。また、撮像カメラ５２ａ、５２ｂにはその撮像レンズの前面に偏光フィルター５４ａ、５４ｂが設けられており、偏光フィルター５４ａ、５４ｂによって位相差フィルム４０の幅方向に繰り返して形成される２つのパターン４０ａ、４０ｂを白、黒のパターンとして撮像することが出来る。

撮像カメラ５２ａ、５２ｂはＣＣＤラインセンサカメラや２次元カメラを用いることが出来る。ＣＣＤラインセンサカメラの場合には撮像する領域を連続点灯する照明光源で照明し、ラインで撮像した画像を２次元画像に変換する。一方、２次元カメラの場合は連続点灯する照明光源で照明しシャッター機能付き２次元カメラを用いるか、またはストロボ点灯する照明光源で照明しシャッター機能のない２次元カメラを用いて撮像する。

尚、２次元カメラを用いる場合、位相差フィルムの搬送速度が２次元カメラの撮像速度
よりも速い場合には、撮像した画像は位相差フィルムの搬送方向に対して撮像できない部分が発生してしまうことから、２台以上の撮像カメラを適宜用いて撮像する。

また、ＣＣＤラインセンサカメラの場合には、位相差フィルムの搬送速度とＣＣＤラインセンサカメラの画素数とクロック周波数を考慮して、適宜ＣＣＤラインセンサカメラを選択して用いる。

図８は上記基準線の実施形態その１を説明するための模式図で、基準線６０ａ、６０ｂは搬送ロール５１の面上の両端で、しかも位相差フィルム４０の幅方向に繰り返して形成される２つのパターン４０ａ、４０ｂの近傍に設けられる。また、撮像カメラ５２ａは、基準線６０ａと２つのパターン４０ａ、４０ｂを撮像する。撮像カメラ５２ｂは、基準線６０ｂと２つのパターン４０ａ、４０ｂを撮像する。撮像した画像は一般的に用いられているＡ／Ｄ変換（例えば２５６階調に変換）とエッジ検出処理が行われる。

図９は撮像された２つのパターンと基準線の撮像画像の一例（詳しくは上記Ａ／Ｄ変換とエッジ検出処理された画像）を示す図であって、紙面左図は撮像カメラ５２ａが撮像した画像を上記処理した画像で、紙面右図は撮像カメラ５２ｂが撮像した画像を上記処理した画像を示す。図９（ａ）は正常時の処理画像、図９（ｂ）、（ｃ）はフォトマスクが位置ずれを起こした場合の処理画像、図９（ｄ）はフォトマスクが傾いた場合の処理画像、図９（ｅ）は位相差フィルムが蛇行した場合の場合の処理画像、図９（ｆ）は位相差フィルムにしわが発生した場合の処理画像を示す。

前記画像処理装置５３は、前記撮像された２つのパターンと基準線に基づいて２つのパターンの直線性の判断と２つのパターンの線幅の差を算出するものである。図９を用いて画像処理装置５３によって２つのパターンの直線性の判断と２つのパターンの線幅の差を算出する方法を説明する。画像処理装置５３では以下に示す距離や線幅を測定する（この場合の距離や線幅は撮像カメラの解像度と画素数の積で求められる。以下同じ）。画像処理装置５３では、例えば図９（ａ）に示すＸ１（基準線６０ａとパターン４０ａとの距離）と、Ｙ１（パターン４０ａの線幅）と、Ｚ１（パターン４０ｂの線幅）と、同様にＸ２、Ｙ２、Ｚ２とを測定する。画像処理装置５３は正常時に測定した結果を具備した画像処理装置５３内の記憶部に記憶する。説明の便宜上、上記記憶したＸ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を基準値と呼ぶ。

尚、図９に示す撮像画像は、位相差フィルム４０の搬送方向の一部を撮像した画像を示しているが、画像処理装置で処理する画像の搬送方向の大きさは適宜決定すればよい。

図９（ｂ）に示す場合は、Ｘ１及びＸ２の値が基準値と異なり、フォトマスクが位置ずれ発生と判断される。更にこの場合はＸ１、Ｘ２が画像の途中で変化し直線性が崩れて（ずれて）いるため、位相差フィルムは不良品となってしまう。

図９（ｃ）に示す場合もＸ１及びＸ２の値が基準値と異なるためフォトマスク位置ずれ発生と判断される。この場合はフォトマスクが位置ずれを起こした後、再び正常な位置に戻ったことを示しているが、フォトマスクの固定が不十分と考えられ再び位置ずれを起こす危険がある。

図９（ｄ）に示す場合は、Ｙ１とＺ１はその基準値と差があり、またＹ２とＺ２も同じように基準値と差があるため、フォトマスクが傾いたと判断される。

図９（ｅ）に示す場合は、Ｘ１の値が徐々に小さくなり、逆にＸ２の値が徐々に大きくなっていることから位相差フィルムが蛇行していると判断される。

図９（ｆ）に示す場合は、Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１の値が基準値と等しいが、Ｘ２は基準値と異なるため、位相差フィルムの幅方向でしわが発生していると判断される。

上記図９（ｂ）のフォトマスクが位置ずれを起こした場合や、図９（ｄ）のフォトマスクが傾いた場合には、それぞれの位置ずれや線幅の差の大きさが予め設定された管理値を超えた場合には、フォトマスクの位置や傾きを補正する図示しない補正機構に、その補正量を画像処理装置に組み込まれた補正量出力部から出力される。補正は一般的に用いられる機械制御技術を採用することによって達成することが出来る。

尚、図９（ｃ）のフォトマスクが位置ずれを起こし、元の位置に戻ったと考えられる場合いは、フォトマスクの固定具合を確認することが望ましい。また、図９（ｅ）の位相差フィルムが蛇行したと考えられる場合や図９（ｆ）のしわが発生したと考えられる場合には、位相差フィルムの搬送状況を監視することが望ましい。

図１０は上記基準線の実施形態その２を説明するための模式図で、基準線６１ａ、６１ｂを有する基準プレート６２ａ、６２ｂを撮像カメラとロール間に設けたものである。ハーフミラー６３ａ−１、６３ｂ−１とミラー６３ａ−２、６３ｂ−２を介していわゆる２眼２焦点光学系を採用することによって、撮像カメラ５２ａ−１によって位相差フィルム４０の２つのパターン４０ａ，４０ｂを撮像し、一方、撮像カメラ５２ａ−２によって基準プレート６２ａ上の基準線６１ａを撮像する。同様に、撮像カメラ５２ｂ−１によって位相差フィルム４０の２つのパターン４０ａ，４０ｂを撮像し、一方、撮像カメラ５２ｂ−２によって基準プレート６２ｂ上の基準線６１ｂを撮像する。このように基準線が設けられていない搬送ローラ５１であっても、基準線を有する基準プレートを設けることによって、また２つのカメラ（５２ａ-１と５２ａ−２、及び５２ｂ-１と５２ｂ−２）の撮像画像を合成（画像合成は一般的に用いられる画像合成法を採用することが出来る）することによって、上記実施形態１と同じように、撮像された２つのパターンと基準線に基づいて２つのパターンの直線性の判断と２つのパターンの線幅の差を算出することが出来る。

上記前記実施形態その１の基準線６０ａ、６０ｂ及び実施形態その２の基準線６１ａ、６１ｂは、上記２つのパターン４０ａ、４０ｂと異なる反射率または分光特性を有する基準線とすることによって、コントラストが高い撮像画像を得ることが出来、上記基準線とパターンのエッジ検出を正確に行うことが出来る。

上記Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２は基準線を用いることなく撮像カメラの画素の座標から求めることも可能であるが、撮像カメラが振動することによって、真の測定値が得られなくなる。本発明では上記実施形態その１での基準線（６０ａ、６０ｂ）や実施形態その２での基準線（６１ａ、６１ｂ）を用いることによって、振動による影響を排除することが出来る。

以上のように本発明による光学フィルムパターン測定装置によれば、フォトマスクの位置ずれや傾きを測定することが出来、測定した結果、管理値を超えた場合にはフォトマスクの位置ずれや傾きを補正して配向膜に形成した２つのパターンの直線性と、２つのパターン幅の差を品質管理内に保つことが可能となる。

１・・・フィルム基材１
２・・・光配向膜
３・・・フォトマスク
３ａ・・・フォトマスクの開口部
４・・・第一の偏光素子
５・・・第一の光配向膜
５ａ、５ｂ・・・第一の光配向膜
６・・・第二の偏光素子
６ａ、６ｂ・・・第二の光配向膜
７・・・液晶膜
１０・・・位相差フィルムの搬送方向を示す矢印
１５，１６・・・配向方向が異なる部分
４０・・・位相差フィルム
４０ａ、４０ｂ・・・位相差フィルムのパターン
４１・・・フィルム基材が搬送される方向を示す矢印
４２・・・光配向膜の塗布・乾燥部
４３・・・第一の紫外線露光部
４４・・・第二の紫外線露光部
４５・・・液晶膜塗布・配向部
５０・・・光学フィルムパターン測定装置
５１・・・搬送ロール
５２・・・撮像カメラ
５２ａ、５２ｂ・・・撮像カメラ
５３・・・画像処理装置
５４・・・偏光フィルター
５４ａ、５４ｂ・・・偏光フィルター
６０ａ、６０ｂ・・・実施形態その１の基準線
６１ａ、６１ｂ・・・実施形態その２の基準線
６２ａ、６２ｂ・・・基準プレート
６３ａ−１、６３ｂ−１・・・ハーフミラー
６３ａ−２、６３ｂ−２・・・ミラー
１００・・・立体画像表示装置
１０１・・・液晶パネル部
１０２・・・位相差フィルム部
１０２ａ・・・位相差フィルム
１０２ｂ・・・透明支持基体
１０３・・・偏光めがね

Claims (4)

1. 立体表示を行う場合に用いられるパターニング位相差フィルム（以下、パターニング位相差フィルムを位相差フィルムと称す）の幅方向に繰り返して形成される２つのパターンの直線性の判断と２つの光配向膜パターン（以下、光配向膜パターンをパターンと称す）の線幅を測定する装置であって、
   位相差フィルムを長手方向に搬送するロールと、撮像カメラと、基準線と、画像処理装置と、を備え、
   撮像カメラは、前記繰り返して形成される２つのパターンと、前記搬送ロールまたは光学系に組み込まれた前記基準線を撮像するもので、
   前記画像処理装置は、前記撮像された２つのパターンと基準線に基づいて２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅の差を算出し、且つ、前記２つのパターンの直線性のずれと２つのパターンの線幅を算出した結果、管理値を越えたと判定された場合には、２つのパターン形成に用いられるフォトマスクの位置と傾きを補正する機構に補正量を出力することを特徴とする光学フィルムパターン測定装置。
2. 前記搬送ロールに組み込まれた基準線は、前記位相差フィルムを搬送するロール面上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルムパターン測定装置。
3. 前記光学系に組み込まれた基準線は、前記撮像カメラの光軸上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルムパターン測定装置。
4. 前記基準線は、前記２つのパターンと異なる反射率または分光特性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学フィルムパターン測定装置。