JP2014157108A - 偏光解消効果を評価するための偏光解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光解消機能を有するフィルムの偏光解消効果の程度を容易に定量的に評価できるようにする。
【解決手段】偏光解析装置は、所定位置に載置された被測定物に直線偏光を照射する照射光学系と、前記被測定物からの透過光を受光する位置に配置された受光光学系と、前記受光光学系の光軸上で前記被測定物と前記受光光学系の間に配置され、前記光軸の周りに回転可能に構成された検光子と、前記検光子を経た透過光を、前記受光光学系を経て受光する位置に配置された二次元受光素子と、前記検光子を回転させたときの複数の回転角ごとに前記二次元受光素子の各画素による検出光強度をデータとして取り込み、前記被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性を算出する演算処理部１０と、演算処理部１０により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性をポアンカレ球赤道面に表示する表示部１１と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置の視認側偏光板の手前に置かれる偏光解消フィルム、タッチパネル、樹脂成形品あるいは保護フィルムを透過した光の偏光状態を測定し、偏光解消効果を評価する装置に関する。

近年、液晶表示装置は屋外でも多く用いられるようになっており、例えばカーナビゲーションやインストルメント・パネル等の車載ディスプレイ、携帯電話やタブレット端末等のモバイル機器、ビルやスーパー等でのデジタルサイネージがある。それらの表示画面を偏光サングラスを通して見た場合には、虹模様が見えて見づらくなることが多い。そのような場合の視認性を改善する方法として、液晶表示装置から出た直線偏光を１／４波長板を貼合して円偏光にする方法や、位相差が３０００ｎｍから３００００ｎｍの超高位相差フィルムを貼合（特許文献１参照。）あるいは微細繊維を含有した高分子シートを貼合（特許文献２参照。）して偏光を解消する方法等が提案されている。

特開２０１１−２１５６４６号広報 特開２００９−２１７１９２号広報 特許第２９２４９３８号公報 特許第３５３９００６号公報 特開平５−２０９８２３号公報

上述のような偏光解消機能を持つフィルムの評価は、偏光板２枚の間にフィルムを置き透過光の干渉色を目視観察する場合が多く、偏光解消効果を評価するための正確な数値化は殆どされていない。

本発明は二次元受光素子を利用して、液晶表示装置の被測定物透過光の偏光特性を面内で二次元的に測定することにより、被測定物の偏光解消効果を容易に定量的に評価できる偏光解析装置を提供することを目的とするものである。

本発明の偏光解析装置は、所定位置に載置された被測定物に直線偏光を照射する照射光学系と、前記被測定物からの透過光を受光する位置に配置された受光光学系と、前記受光光学系の光軸上で前記被測定物と前記受光光学系の間に配置され、前記光軸の周りに回転可能に構成された検光子と、前記検光子を経た透過光を、前記受光光学系を経て受光する位置に配置された二次元受光素子と、前記検光子を回転させたときの複数の回転角ごとに前記二次元受光素子の各画素による検出光強度をデータとして取り込み、前記被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性を算出する演算処理部と、前記演算処理部により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性をポアンカレ球赤道面に表示する表示部と、を備えている。「受光光学系の光軸上」とは、受光光学系内の光軸上だけでなく、その光軸の延長線上も含んでいる。例えば、一実施例の図２の装置では受光光学系の光軸が一点鎖線で示されており、受光光学系に該当する光学顕微鏡８の内部だけでなく、光学顕微鏡８の外側も含めてその一点鎖線上が「受光光学系の光軸上」である。

そして、演算処理部は、一実施例を示す図３に示されるように、二次元受光素子（実施例では３ＣＣＤカラーカメラ）からの検出光強度データを保持するデータメモリ１２と、二次元受光素子の同一画素の検光子回転角の異なる複数個の検出光強度データを１組としてデータメモリ１２から読み出し、それらのデータを使って偏光方位と検出光強度との関係を表す関係式を算出する関係式算出部１６と、関係式算出部１６により算出された関係式から、透過光の偏光特性として偏光の楕円率と楕円方位角を算出する偏光特性算出部１８と、被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性を得るように、関係式算出部１６によるデータメモリ１２からのデータの読み出し動作を制御する二次元分布測定制御部２０と、を備えている。演算処理部１０により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性が表示部１１においてポアンカレ球赤道面に表示される。

一形態では、表示部１１に表示されるポアンカレ球赤道面の中心部には、偏光が解消したと評価される楕円率を示す範囲が偏光解消円として表示されており、演算処理部１０により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性が偏光解消円内に表示されることにより被測定物の偏光が解消されていると評価できるようになっている。このような偏光解消円を表示しておくことにより、ポアンカレ球についての詳しい知識をもたない者も、表示部に表示された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性がすべてその偏光解消円内に表示されているかどうかをみるだけで被測定物の偏光が解消されているかどうかを評価できるようになる。

演算処理部での具体的な演算方法を示すと、検光子の偏光方位θと検出光強度Ｉ（θ）との間の関係式は次式、
Ｉ（θ）＝Ｉ₀｛ｃｏｓ²φｃｏｓ²（θ−φ）＋ｓｉｎ²φｓｉｎ²（θ−φ）
−Ｃ／２・ｓｉｎ２φｓｉｎ２（θ−φ）
により表されるものであり、関係式算出部１６はその式中の未知数Ｉ_0,φ，Ｃを算出するものであり、偏光特性算出部１８では式Ｉ（θ）の最小値＝Ｉmin、最大値＝Ｉmax及び最大値を与えるθ＝Ψを算出し、偏光特性として楕円率（Ｉmin ／Ｉmax ）^1/2と、楕円方位角Ψを求める。ここで、Ｃ＝ｃｏｓ(２πＲ/λ)、θは検光子の回転角度、Ｉ₀ は最大検出光強度、φは入射直線偏光の透過軸と被測定物の遅相軸（２つの光学軸のうち、屈折率が大きい方の光学軸）とのなす角度、λは測定波長、Ｒは被測定物の位相差である。

さらに、二次元受光素子の画素ごとの暗電流及び感度の補正を、暗視野及び２つの異なる照度条件での光量取り込み値をもとに行ってデータメモリ１２に保持された検出光強度データを補正するデータ補正部１４をさらに備えていてもよい。その場合には、二次元受光素子の画素の暗電流又は感度にばらつきがあっても、被測定物透過光の偏光特性の正確な二次元分布を得ることができるようになる。
二次元受光素子としてＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３色を同時に検出する３ＣＣＤカラーカメラを使用するようにしてもよい。その場合には、Ｒ、Ｇ及びＢの３波長分を同時に測定でき、複数波長での偏光特性も評価できるようになる。

本発明の偏光解析装置では、被測定物に直線偏光を照射し、被測定物の透過光を回転可能な検光子と受光光学系を介して二次元受光素子で受光し、二次元受光素子の各画素による検出光強度データから被測定物の複数位置での透過光の偏光特性を算出してポアンカレ球赤道面に表示するようにしたので、液晶表示装置の被測定物の場所ムラを容易に定量的に評価することができる。

本発明の偏光解析装置の概略構成図である。 本発明の一実施例の測定系の図である。 本発明を概略的に示すブロック図である。 一実施例の動作を示すフローチャートである。 楕円率と検出光強度図形の説明図である。 （Ａ）はＰＥＴフィルムの位相差の波長依存性を示す図、（Ｂ）は同じく分散比率の波長依存性を示す図である。 白色光を用いた直交ニコル観察時の透過光分光スペクトルの計算結果で、（Ａ）は位相差が２０００ｎｍのＰＥＴフィルムのときの図、（Ｂ）は位相差が１００００ｎｍのＰＥＴフィルムのときの図である。 Ｇフィルタを用いた直交ニコル観察時の透過光分光スペクトルの計算結果で、（Ａ）は位相差が２０００ｎｍのＰＥＴフィルムのときの図、（Ｂ）は位相差が１００００ｎｍのＰＥＴフィルムのときの図である。 位相差物質に直線偏光が入射したときの楕円偏光を回転検光子法で測定するときの説明図である。 位相差物質に直線偏光が入射したときのポアンカレ球上の点の移動を説明する図である。 入射直線偏光の透過軸と位相差物質の遅相軸との間の角度が４５°のときの透過光の偏光状態をポアンカレ球赤道面に表し、それぞれの点に回転検光子法で得られる検出光強度図形を対比した図である。 部分偏光を考える場合のポアンカレ球の図である。 偏光板２枚の間に超高位相差フィルムを置いたときの干渉ムラの実測写真である。 位相差２２８０ｎｍのＰＥＴフィルムを本発明の偏光解析装置で測定した結果で、（Ａ）は試料単体、（Ｂ）は試料に位相差４００ｎｍのフィルムを重ねた結果である。 位相差６２８０ｎｍのＰＥＴフィルムを本発明の偏光解析装置で測定した結果で、（Ａ）は試料単体、（Ｂ）は試料に位相差４００ｎｍのフィルムを重ねた結果である。 位相差９８４０ｎｍのＰＥＴフィルムを本発明の偏光解析装置で測定した結果で、（Ａ）は試料単体、（Ｂ）は試料に位相差４００ｎｍのフィルムを重ねた結果である。

車載ディスプレイを偏光サングラスを通して見たときに虹模様が見える現象を例にして説明する。カーナビゲーションには液晶表示装置の外にタッチパネルが付いている場合があり、またインストルメント・パネルは樹脂成形のカバーが液晶表示装置の前についている。タッチパネルを構成する部材や樹脂成形カバーの部材は、通常、複屈折すなわち位相差を持っており、その位相差が原因となって虹模様が発生する。

樹脂成形品が射出成形で作られる場合は、樹脂の流動や残留歪によって位相差が発生し、位相差だけでなく遅相軸方位も場所によって大きく変化する。また、タッチパネルや保護フィルムにＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムが用いられる場合、通常、ＰＥＴフィルムは逐次二軸延伸法で製造されるために、位相差と遅相軸方位が幅方向において大きく変化する、いわゆるボーイング現象を示すことはよく知られている。

位相差が原因となって虹模様が発生する現象は、偏光板２枚の間に位相差物質を置き、白色光を照射して干渉色を観察する偏光顕微鏡と同じである。偏光顕微鏡では、通常、偏光板２枚を直交状態（以下直交ニコルと呼ぶ）に配置して、位相差物質の遅相軸を偏光透過軸に対して４５°になるように置いたときの透過光の色を、Michel-Levyの干渉図表と照らし合わせて凡その位相差を知る。この干渉図表によれば、位相差が３０００ｎｍを超えれば透過光はほぼ白色光になる。この考え方を液晶表示装置に当てはめたのが特許文献１である。

偏光板２枚を用いて透過光の干渉色を観察するときの透過光強度の式は容易に導かれ、（１）式で表される。
Ｉ（λ）＝Ｉ₀（λ）ｓｉｎ²２φ・ｓｉｎ²｛πＲ（λ）／λ｝ （１）
ここで、λは波長、φは偏光板の透過軸と位相差物質の遅相軸とのなす角、Ｉ₀（λ）は入射光の強度、Ｒ（λ）は位相差物質の位相差である。

一般的に、Ｒ（λ）はセルマイヤーの近似式で表すことができ、（２）式のようになる。
Ｒ（λ）＝Ａ＋Ｂ／（λ²−ｃ²） （２）

基準波長λ₀（たとえば５９０ｎｍ）に対する位相差の分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）の波長依存性は、材料ごとにほぼ１つになる。例えば、ＰＥＴフィルムの場合は、位相差の絶対値Ｒ（λ）は図６（Ａ）のように異なっていても、分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）のグラフは図６（Ｂ）のようにほぼ１つに重なる。

したがって、１つの試料で（２）式のＡ、Ｂ、ｃの係数を具体的に測定すれば、その材料の分散比率Ｒ（λ）／Ｒ（λ₀）の波長特性は１つに決まるので、基準波長での任意の位相差Ｒ（λ₀）の値について位相差Ｒ（λ）を計算できるので、偏光板２枚を用いたときの透過光分光スペクトルは（１）式により様々な条件でシミュレーションできる。

例えば、ＰＥＴフィルムで位相差（以後、波長５９０ｎｍでの値）が２０００ｎｍと１００００ｎｍの場合について、白色光を照射したときの直交ニコル観察の透過光分光スペクトルを計算すると図７のようになる。図７（Ａ）は位相差が２０００ｎｍの場合であり、透過する光の波長域が制限されるために、この例では薄い緑色に見える。一方、図７（Ｂ）は位相差が１００００ｎｍの場合であり、ほぼ全波長の光が透過するために白色光に見える。

図８は同じＰＥＴフィルムを仮定し、白色光にＧ（グリーン）フィルタを通した光を照射した場合の計算結果である。図８（Ａ）は位相差が２０００ｎｍの場合であり元のＧフィルタの色ではなくなるが、図８（Ｂ）は位相差が１００００ｎｍの場合でありＧフィルタの色が維持されることが分かる。

以上は位相差が原因となって虹模様が発生する現象を透過光分光スペクトルの記述から説明したものであるが、見方を変えると位相差が原因となって虹模様が発生する現象は偏光状態の変化と考えることができる。位相差物質に直線偏光が入射したときの透過光は図９のように一般的に楕円偏光になる。この楕円偏光の状態は回転検光子法によって比較的容易に測定でき、楕円偏光の偏光状態は楕円率と楕円方位角で表現することができる。

次に、偏光状態を表現する一つ方法であるポアンカレ球について説明する。ポアンカレ球は地球儀のような球体上に配置した点の位置によって偏光状態を表すが、基本的な特徴は次のようになる。（１）赤道上はすべて楕円率０の直線偏光を表し、北極と南極は楕円率１の円偏光、その他の点はすべて楕円偏光を表す。（２）経度が同じ点はすべて方位の同じ偏光を表し、基準となる位置から読み取った経度の半分の角度だけ偏光方位が変わる。（３）北半球と南半球では回転方向が逆の楕円偏光を表す。

図１０は位相差物質による偏光状態の変化を、ポアンカレ球上での点の移動で説明した図である。位相差物質の位相差をＲ、入射直線偏光の透過軸を基準にした位相差物質の遅相軸方位をφとして、ポアンカレ球上では入射直線偏光を表す点をＰとし、まず点Ｐから経度２φの方向に球の中心を通る回転軸を描く。次に点Ｐを通り回転軸と直角に交わる直線を含みかつ赤道面に垂直な面を考え、これを回転断面と呼ぶことにする。この回転断面によって定まる球上の円弧に沿ってＲと波長λによって決まる回転角δだけ点Ｐを移動した点Ｍが位相差物質によって変換された偏光状態になる。

点Ｍを赤道面へ投影した点をＭ’とし、点Ｐから見た点Ｍ’の経度を２Ψとしたとき、点Ｍの楕円方位は点Ｐの直線偏光の透過軸に対してΨだけ方位が異なる。また、点Ｍの楕円率は∠ＭＯＭ’を２χとしたとき、ｔａｎχとなる。さらに、図９において位相差物質の次に２つ目の位相差物質を配置したときには、２つ目の位相差物質によって定まる回転軸と回転断面及び回転角で点Ｍを移動することになる。

偏光状態の把握には、ポアンカレ球を立体的に表現する必要はなく球の表面上の点を赤道面に投影した平面図で十分である。例えば、入射直線偏光の透過軸に対して位相差物質の遅相軸を４５°に配置すると、透過光の偏光状態を表す点は図１１のようにポアンカレ球赤道面では点ＰＯＬ（入射直線偏光を表す点）と円の中心を通る縦軸上のいずれかの位置に存在する。その点の位置は波長λと位相差Ｒで定まる回転角δによって決まり、検光子を１回転したときの検出光強度変化は図１１のように楕円率と楕円方位によって異なる。

Ｇフィルタのように照射光強度が波長分布を持つときは、その強度と偏光状態によって決まる検出光強度図形の総合計が、実際に観察される検出光強度図形である。したがって、観察される検出光強度図形は、フィルタの半値幅が広いほど、また位相差物質の位相差が大きいほど円に近づく。しかし、それは円偏光を意味しているのではなく非偏光に近づくことに相当し、ポアンカレ球では完全な非偏光は球の中心になる。

ポアンカレ球表面の点は完全偏光であるが、非偏光と完全偏光が混在した状態の説明は、図１２のように二重のポアンカレ球を考え、位相差物質による偏光状態の変化は内側の小さい球の表面上の点の移動で捉えればよい。

車載ディスプレイの問題を考えるとき、図９において偏光板を液晶表示装置の視認側の偏光板とみなし、位相差物質をタッチパネル、樹脂成形カバーあるいは表面保護フィルムとみなすと、検光子が偏光サングラスに相当する。カーナビゲーションの場合、車の運転者は表示画面を斜めから見る点や、顔を傾けると偏光サングラスの偏光軸の向きが変わる点を考慮すると、図９の偏光板と検光子それぞれの透過軸の関係は固定ではない。したがって、偏光解消効果の評価には直交ニコル観察の干渉色あるいは透過光分光スペクトルを調べるだけでは不十分であり、検光子を１回転したときの検出光強度図形すなわち楕円率と楕円方位角で評価する方が適している。

図１は、一実施例の装置の概略構成図、図２は同実施例の測定系の図である。光学顕微鏡８の試料台に被測定物６が載置される。光学顕微鏡８は受光光学系の一例であり、その試料台は試料を載置する所定位置である。光学顕微鏡８の中心を通るように描かれた一点鎖線は光学顕微鏡８（受光光学系）の光軸を表わしている。光学顕微鏡８の光軸は光学顕微鏡８の外部の延長線上も含んでいる。試料台に載置された被測定物６に直線偏光を照射する照射光学系として、試料台の下方に光源３と偏光子４が配置されている。光源３は、例えばハロゲンランプ１の光をライトガイド２で導いた発光源、又は白色ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた光源であり、偏光子４は光学顕微鏡８の光軸上に配置され偏光軸の方位が変えられるように光学顕微鏡８の光軸の周りに回転可能な構造になっている。偏光子４を透過した光が直線偏光となって被測定物６に裏面側から照射される。

検光子７は光学顕微鏡８の光軸上で被測定物６と光学顕微鏡８の対物レンズの間に配置され光学顕微鏡８の光軸の周りに回転可能に構成されている。検光子７はその透過軸を所定の間隔ごとに回転することができ、例えば０°から１５０°までの間で３０°ごとに変えるように回転させられる。

光学顕微鏡８において被測定物６及び検光子７からの透過光を受光する位置に３ＣＣＤカラーカメラ９が配置されている。３ＣＣＤカラーカメラ９は二次元受光素子の一例である。

３ＣＣＤカラーカメラ９の各画素による検出光強度をデータとして取り込み、被測定物６の透過光の偏光特性の二次元的な分布を算出するために演算処理部１０が接続されている。演算処理部１０は図３に示される機能を果たすものであり、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現される。

演算処理部１０により算出された被測定物６の透過光の偏光特性の二次元的な分布を表示するために、演算処理部１０にはＬＣＤ（液晶表示装置）などの表示部１１が接続されている。表示部１１は被測定物６の透過光の偏光特性の二次元的な分布として、被測定物６の複数個所からの透過光の偏光状態をポアンカレ球赤道面に表示する。

表示部１１には、好ましくは、ポアンカレ球赤道面と、偏光が解消したと評価される楕円率を示す範囲がポアンカレ球赤道面の中心部に偏光解消円として表示されている。偏光解消円は、例えば、楕円率が０.９を示す円である。偏光が解消したことの評価をさらに厳密に行うためには、偏光解消円として楕円率が０.９５を示す円、さらには楕円率が０.９９を示す円などとしてもよい。偏光解消円は、演算処理部１０により算出された被測定物６の複数位置からの透過光の偏光特性がその偏光解消円内に表示されることにより、一見して被測定物６の偏光が解消されていると評価できるようにするためのものである。

被測定物は光学顕微鏡８の試料台のほかに自動一軸テーブル５に載置して、連続的にＸ方向に視野を移動しながら大きい面積を測定することもできる。さらに自動ＸＹテーブルを使用すれば二次元的に広い面積を測定することも可能である。

この実施例の動作を図３、図４も参照して説明する。

被測定物６に、ある方位の直線偏光を照射し、３ＣＣＤカラーカメラ９で検出光強度をデータとして取り込み、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）などの記憶装置からなるデータメモリ１２に検出光強度データとして記憶する（ステップＳ１，Ｓ２）。

（未知数Ｉ₀、φ及びＣの決定）
関係式算出部１６では、３ＣＣＤカラーカメラ９の同一画素の検光子回転角の異なる６個の検出光強度データを１組として前記データメモリ１２から読み出し、それらのデータを使って、偏光方位と検出光強度との関係を表す関係式を算出する（ステップＳ３）。具体的には次のように行う。

検光子を回転したときに検出する透過光の検出光強度をＩ（θ）とすると、検光子の偏光方位θと検出光強度Ｉ（θ）との間の関係式は一般的に次式（３）で表される（特許文献３，４参照。）。
Ｉ（θ）
＝Ｉ₀｛ｃｏｓ²φｃｏｓ²（θ−φｐ−φ）＋ｓｉｎ²φｓｉｎ²（θ−φｐ−φ）
−Ｃ／２・ｓｉｎ２φｓｉｎ２（θ−φｐ−φ）｝ （３）
ここで、Ｃ＝ｃｏｓ(２πＲ/λ)、θは検光子の回転角度、Ｉ₀ は最大検出光強度、φは入射直線偏光の透過軸と被測定物の遅相軸とのなす角度、φｐは入射直線偏光の透過軸方位、λは測定波長及びＲは被測定物の位相差である。

この実施形態での目的は、θ＝０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°の６つの光量取り込み値から式中の未知数Ｉ₀ 、φ、Ｃを決定した後に、図５に示すＩ（θ）の図形を再現し、θを０°から１８０°まで変化させたときの最大値Ｉmax、最小値Ｉmin及び最大値を与える角度Ψを求めることである。

φｐは測定開始時に入射直線偏光方位の条件として設定するが、Ｉ（θ）の図形を再現するにはφｐはいくらでもよく、必ずしも実際の測定条件の入射直線偏光方位である必要はない。そこで簡単のために常にφｐ＝０と置く。特許請求の範囲及び明細書の他の説明においてもφｐ＝０と置いて、φｐの記載を省略している。さらにここでは位相差Ｒも求める必要はないので波長λを具体的に考える必要がない。

θ＝０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°の６つの検出光強度Ｉ（θ）取込み値（Ｉ（θ）としては、以下に示す（４）式で補正されたＩ’（θ）を用いる。）をデータメモリ１２から読み出し、それを基に数値演算、例えば既知のカーブフッイティング法を行って３つの未知数Ｉ₀、φ及びＣ（ただし、−１≦Ｃ≦１）の各値を決定する。カーブフッイティング法については、例えば特許文献５を参照する。

データメモリ１２に保持されたＩ（θ）の数値は、データ補正部１４により予め以下の手順でＣＣＤの画素ごとの補正処理を行ってから数値演算に持ち込む。まず、光学顕微鏡８の対物レンズに不透明のキャップをかぶせた状態で暗視野の検出光強度Ｉ_B（θ）を取り込む。次に、検出光強度が２つの状態、例えば２５６階調のＣＣＤカメラの場合、被測定物を置かない状態で光源の強さを変えて検出光強度値が１００程度と２００程度になるようにし、それぞれの状態で光強度を取り込み、それらをＩ₁（θ）とＩ₂（θ）とする。被測定物を測定したときの検出光強度をＩ（θ）、さらにＩ₁ （θ）及びＩ₂ （θ）の全画素の平均値をそれぞれＩ_AVE1及びＩ_AVE2として、次の式（４）によってＩ（θ）を補正する。

この補正したＩ’（θ）の数値をＩ（θ）として数値演算を行う。

（偏光特性の算出）
偏光特性として偏光の楕円率と楕円方位角を算出する（ステップＳ４）。具体的には、関係式算出部１６で求められた未知数Ｉ₀、φ及びＣを（３）式に当てはめ、図５に示すＩ（θ）の図形を再現する。その再現された図形に基づいて、θを０°から１８０°まで変化（実施例では０°，３０°，６０°，９０°，１２０°，１５０°の６点）させたときの最大値Ｉmax、最小値Ｉmin及び最大値を与える角度Ψ を求め、偏光特性として（Ｉmin／Ｉmax）^1/2 を楕円率、Ψを楕円方位角とする。

（二次元分布測定）
二次元分布制御部２０は、偏光特性の二次元分布を測定する（ステップＳ５，Ｓ６）ようにデータメモリ１２から関係式算出部１６へのデータ読出しを制御する。

高分解能のＣＣＤカメラは１００万画素前後あり、演算処理に時間がかかる場合は、画素の組を縦横に２×２＝４画素分を１組とすると演算数はもとの１／４になる。このとき、空間分解能は元の取り込み画面における２画素分の寸法になる。さらに、演算時間を短縮する場合は、４×４＝１６画素を１組にし、その中の光量を合計又は平均した値を演算処理に持ち込めば、処理時間は元の１／１６になり、元の画面の４画素分の寸法が空間分解能になる。

二次元分布の測定が完了したら、求めた偏光特性としての楕円率（Ｉmin ／Ｉmax ）^1/2と楕円方位角Ψを数値として、又はＲ，Ｇ，Ｂごとに色分けもしくは濃淡によって表示部１１に二次元表示し、さらにその全測定点の偏光状態をポアンカレ球赤道面に表示するする（ステップＳ７）。

（実施例）
特許文献１には、位相差が３０００〜３００００ｎｍの超高位相差フィルムを、その遅相軸が入射直線偏光の透過軸に対して４５°になるように配置して偏光解消をするとある。

そこで、逐次二軸延伸法で製造されたＰＥＴフィルム（１枚の位相差が３０００ｎｍ前後）及び、一軸延伸法で製造されたＰＣ（ポリカーボネート）フィルム（１枚の位相差が４８００ｎｍ前後）を複数枚積層して超高位相差試料を作製した。ＰＥＴフィルム６枚を、それぞれの遅相軸が同じ方向になるように積層して位相差が１９４００ｎｍの試料を、またＰＣフィルム４枚を同様に積層して位相差が１９３００ｎｍの試料をそれぞれ作製した。

ＰＥＴフィルム、ＰＣフィルムともに各１枚のフィルムでは位相差の場所ムラがあり、積層状態でもそのムラは明らかであるが、それらを図１３のように平面光源の上に置いた偏光板の上に載せ、その透過光の干渉色をレンズ前に偏光板（検光子）を取り付けたデジタルカメラで写した。試料に対して正面、手前斜め及び右斜めから観察するとともに、それぞれの位置で検光子の向きを時計方向、反時計方向にずらして観察すると、図１３のような結果になり、ＰＥＴフィルム、ＰＣフィルムともに正面での観察では虹模様は見られないが、斜めからあるいは検光子方位を変えたときは虹模様が見える。ＰＥＴフィルムよりもＰＣフィルムの方が虹模様の発生は少なかった。

次に、前記ＰＥＴフィルムの積層枚数を１枚、２枚及び３枚として、それぞれの位相差が２８８０ｎｍ、６２８０ｎｍ、９９４０ｎｍの３つの試料を作製した。これらの試料に、その遅相軸に対して４５°の方位の直線偏光を照射し、一実施例の偏光解析装置で面積１６ｍｍ×１２ｍｍを計算区画寸法が０.２５ｍｍ×０.２５ｍｍの正方形の条件で測定し、全点数６４×４８＝３０７２点の楕円率と楕円方位角を得た。それをポアンカレ球赤道面に表示すると、図１４から図１６のようになる。各図の（Ａ）は各試料単体での測定結果で、各図の（Ｂ）はそれぞれの試料の上に位相差が４００ｎｍのフィルムを、その遅相軸が入射直線偏光と同じ方向になるように置いて、同じ条件で透過光の楕円率と楕円方位角を測定した結果である。

ポアンカレ球赤道面上で最も内側の円３０は楕円率が０.９の円で、偏光解消円の一例として示したものである。なお、他の円は円３０から外側に向かって順に楕円率が０.８，０.６，０.４，０.２，０.０であることを示している。

ここでの、ＰＥＴフィルムは偏光解消効果を与えるフィルムであり、また位相差が４００ｎｍのフィルムはタッチパネルの構成部材、樹脂成形カバーあるいは表面保護フィルムの位相差に見立てたものである。ＰＥＴフィルムの位相差が２８８０ｎｍと６２８０ｎｍのときは、試料単体でもポアンカレ球赤道面の中心からずれた位置に点が存在し、全てが偏光解消円３０内に存在することがない。試料の上に位相差４００ｎｍのフィルムを置いたときには、さらに点が中心から遠く離れて存在することが分かる。これは、ＰＥＴフィルムによる偏光解消が十分ではなく、部分偏光になっているために位相差４００ｎｍのフィルムによって点が移動するためである。

一方、ＰＥＴフィルムの位相差が９９４０ｎｍのときは、試料単体のとき及び、その上に位相差４００ｎｍのフィルムを置いたときにもＲＧＢの３波長を含め、すべての点はポアンカレ球赤道面の円の中心にあり、全てが偏光解消円３０内に存在し、ＰＥＴフィルムによる偏光解消が十分であることが分かる。

ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色について偏光解消を評価している。しかし、演算時間を短くするためには、いずれか１色について偏光解消を評価するようにしてもよい。その場合は二次元受光素子としては３色のカラーカメラでなくてもよく、例えばＣＣＤカメラに１色のフィルタを設けたような構成でよい。

したがって、実際の液晶表示装置に対する偏光解消効果を評価する場合は、偏光板の上に偏光解消のための超高位相差フィルムを置き、さらにタッチパネル、樹脂成形カバーあるいは表面保護フィルムを置いた状態で、本発明の偏光解析装置を用いることにより、偏光解消効果の程度を簡便にかつ正確に評価することができる。

１ ランプ
２ ライトガイド
３ 光源
４ 偏光子
５ 自動一軸テーブル
６ 被測定物
７ 検光子
８ 光学顕微鏡
９ ３ＣＣＤカラーカメラ
１０ 演算処理部
１１ 表示部
１２ データメモリ
１４ データ補正部
１６ 関係式算出部
１８ 偏光特性算出部
２０ 二次元分布測定制御部
３０ 偏光解消円

Claims (5)

1. 所定位置に載置された被測定物に直線偏光を照射する照射光学系と、
   前記被測定物からの透過光を受光する位置に配置された受光光学系と、
   前記受光光学系の光軸上で前記被測定物と前記受光光学系の間に配置され、前記光軸の周りに回転可能に構成された検光子と、
   前記検光子を経た透過光を、前記受光光学系を経て受光する位置に配置された二次元受光素子と、
   前記検光子を回転させたときの複数の回転角ごとに、前記二次元受光素子の各画素による検出光強度をデータとして取り込み、前記被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性を算出する演算処理部と、
   前記演算処理部により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性をポアンカレ球赤道面に表示する表示部と、を備え、
   前記演算処理部は、
   前記二次元受光素子からの検出光強度データを保持するデータメモリと、
   前記二次元受光素子の同一画素の検光子回転角の異なる複数個の検出光強度データを１組として前記データメモリから読み出し、それらのデータを使って偏光方位と検出光強度との関係を表す関係式を算出する関係式算出部と、
   前記関係式算出部により算出された関係式から、透過光の偏光特性として偏光の楕円率と楕円方位角を算出する偏光特性算出部と、
   被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性を得るように、前記関係式算出部による前記データメモリからのデータの読み出し動作を制御する二次元分布測定制御部と、を備えている偏光解析装置。
2. 前記表示部に表示されるポアンカレ球赤道面の中心部には、偏光が解消したと評価される楕円率を示す範囲が偏光解消円として表示されており、
   前記演算処理部により算出された被測定物の複数位置からの透過光の偏光特性が前記偏光解消円内に表示されることにより、被測定物の偏光が解消されていると評価できるようにした請求項１に記載の偏光解析装置。
3. 前記関係式は検光子の偏光方位θと検出光強度Ｉ（θ）との間の関係を示す次式、
   Ｉ（θ）＝Ｉ₀｛ｃｏｓ²φｃｏｓ²（θ−φ）＋ｓｉｎ²φｓｉｎ²（θ−φ）
   −Ｃ／２・ｓｉｎ２φｓｉｎ２（θ−φ）
   であり、
   前記関係式算出部は前記式中のＩ₀，φ，Ｃを算出するものであり、
   前記偏光特性算出部では前記式Ｉ（θ）の最小値＝Ｉmin、最大値＝Ｉmax及び最大値を与えるθ＝Ψを算出し、前記偏光特性として楕円率（Ｉmin／Ｉmax）^1/2と楕円方位角Ψを求める請求項１又は２に記載の偏光解析装置。
   ただし、Ｃ＝ｃｏｓ(２πＲ/λ)、θは検光子の回転角度、Ｉ₀は最大検出光強度、φは入射直線偏光の透過軸と被測定物の遅相軸とのなす角度、λは測定波長、Ｒは被測定物の位相差である。
4. 前記二次元受光素子の画素ごとの暗電流及び感度の補正を、暗視野及び２つの異なる照度条件での光量取り込み値をもとに行って前記データメモリに保持された検出光強度データを補正するデータ補正部をさらに備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の偏光解析装置。
5. 前記二次元受光素子としてＲＧＢ３色を同時に検出する３ＣＣＤカラーカメラを使用する請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光解析装置。