JP3246040B2 - 複屈折測定装置 - Google Patents
複屈折測定装置Info
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- JP3246040B2 JP3246040B2 JP05302493A JP5302493A JP3246040B2 JP 3246040 B2 JP3246040 B2 JP 3246040B2 JP 05302493 A JP05302493 A JP 05302493A JP 5302493 A JP5302493 A JP 5302493A JP 3246040 B2 JP3246040 B2 JP 3246040B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複屈折性材料のレターデ
ーションを測定する方法と装置に関するものである。
ーションを測定する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】延伸したプラスチックシートは一般に複
屈折性を示す。材質が同じであるときは厚さが一定のシ
ートであれば複屈折の程度によって延伸度合いを判定す
ることができ、逆に延伸度合いが一定のシートではその
厚さを判定することができる。複屈折性のシートは例え
ば液晶表示装置に用いられるが、その場合にも複屈折特
性の測定は必要である。その他にもシート材料の複屈折
は色々な目的で測定される。また、シート状材料の３軸
方向の屈折率を測定する必要がある場合もある。
屈折性を示す。材質が同じであるときは厚さが一定のシ
ートであれば複屈折の程度によって延伸度合いを判定す
ることができ、逆に延伸度合いが一定のシートではその
厚さを判定することができる。複屈折性のシートは例え
ば液晶表示装置に用いられるが、その場合にも複屈折特
性の測定は必要である。その他にもシート材料の複屈折
は色々な目的で測定される。また、シート状材料の３軸
方向の屈折率を測定する必要がある場合もある。
【０００３】複屈折性は常光線と異常光線の屈折率によ
って表わされ、両者の差は試料を透過した常光線と異常
光線との位相差として現れる。この位相差はレターデー
ションと呼ばれ、２つの屈折率の差と材料の厚さとの積
によって決まる。レターデーションの測定によってシー
ト状試料の複屈折特性が分かる。
って表わされ、両者の差は試料を透過した常光線と異常
光線との位相差として現れる。この位相差はレターデー
ションと呼ばれ、２つの屈折率の差と材料の厚さとの積
によって決まる。レターデーションの測定によってシー
ト状試料の複屈折特性が分かる。
【０００４】試料のレターデーションを測定するには、
平行ニコル又は直交ニコルに配置された２つの偏光板の
間に試料を置き、偏光板と試料とを相対的に回転させ
る。そして、偏光板と試料を透過した光の変化を記録
し、その結果からレターデーションを計算で求めるとい
う方法が採られている。レターデーションは試料に同相
で入射させた常光線と異常光線との試料出射時の位相差
として観察され、その位相差は一般に（２ｎπ＋δ）で
表わされる。ｎは０，１，２，……の自然数であり、次
数と呼ばれる。試料が厚くなれば次数ｎも大きくなる。
偏光板と試料とを相対的に回転させて求まる透過光強度
の変化幅はδによって変わる。測定で直接求まるのはδ
のみであって、次数ｎを直接求める方法はない。
平行ニコル又は直交ニコルに配置された２つの偏光板の
間に試料を置き、偏光板と試料とを相対的に回転させ
る。そして、偏光板と試料を透過した光の変化を記録
し、その結果からレターデーションを計算で求めるとい
う方法が採られている。レターデーションは試料に同相
で入射させた常光線と異常光線との試料出射時の位相差
として観察され、その位相差は一般に（２ｎπ＋δ）で
表わされる。ｎは０，１，２，……の自然数であり、次
数と呼ばれる。試料が厚くなれば次数ｎも大きくなる。
偏光板と試料とを相対的に回転させて求まる透過光強度
の変化幅はδによって変わる。測定で直接求まるのはδ
のみであって、次数ｎを直接求める方法はない。
【０００５】そこで、従来は波長の異なる２つの光を用
いてそれぞれについてレターデーションに対応した位相
差δを求める。そして、次数ｎを１，２，３，……と順
に変えながら、各次数に対応した試料厚さを逆算し、２
つの波長の光について計算された試料厚さが最もよく一
致するときの次数ｎを正しい値としていた。
いてそれぞれについてレターデーションに対応した位相
差δを求める。そして、次数ｎを１，２，３，……と順
に変えながら、各次数に対応した試料厚さを逆算し、２
つの波長の光について計算された試料厚さが最もよく一
致するときの次数ｎを正しい値としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は２つの波長の光による位相差の差Δが２πまでしか求
めることができず、その差が２πｍ＋Δ’（ｍは１，
２，３，……，Δ’は０〜２π）であるときの整数ｍを
決定することができない。そのため実際にその方法が適
用できるのは、レターデーションの次数ｎで２０位が限
度であり、厚い試料を測定することができなかった。し
かも、レターデーションの次数ｎが２０以上で、上記の
ｍが１，２，……の場合でもｍ＝０として次数を決定し
てしまうおそれがある。
は２つの波長の光による位相差の差Δが２πまでしか求
めることができず、その差が２πｍ＋Δ’（ｍは１，
２，３，……，Δ’は０〜２π）であるときの整数ｍを
決定することができない。そのため実際にその方法が適
用できるのは、レターデーションの次数ｎで２０位が限
度であり、厚い試料を測定することができなかった。し
かも、レターデーションの次数ｎが２０以上で、上記の
ｍが１，２，……の場合でもｍ＝０として次数を決定し
てしまうおそれがある。
【０００７】また、レターデーションがｎλ／２（λは
測定波長）の付近では位相差がｎπ付近となって分解能
が悪くなり、レターデーションの値を正確に決めること
が困難となる。本発明は、１台の測定装置で、高い次数
のレターデーションを正しく測定できる機能の他に、位
相差の値に拘らず高分解能で測定できる機能と、３軸方
向の屈折率を測定できる機能の少なくとも一方を実行で
きる複合的な測定装置を提供することを目的とするもの
である。
測定波長）の付近では位相差がｎπ付近となって分解能
が悪くなり、レターデーションの値を正確に決めること
が困難となる。本発明は、１台の測定装置で、高い次数
のレターデーションを正しく測定できる機能の他に、位
相差の値に拘らず高分解能で測定できる機能と、３軸方
向の屈折率を測定できる機能の少なくとも一方を実行で
きる複合的な測定装置を提供することを目的とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】次数が高くなってもレタ
ーデーションを正しく測定できるようにするために、試
料に位相板を重ねて、１つの波長の光に対して試料と位
相板とを合わせたレターデーションに基づく位相差が２
πの整数倍になるようにし、この状態で上記の波長に近
接した他の波長の光を用い、偏光方向を一定の関係に保
った２枚の偏光板（光源側が偏光子、検出器側が検光
子）をこれらの間の試料に対して相対的に回転させ、そ
のときの透過光強度の最大値と最小値との関係を、予め
作成してあるレターデーションの次数とこの関係とにあ
てはめて、試料のレターデーションの次数を決定し、そ
の後に正しいレターデーションを得る。
ーデーションを正しく測定できるようにするために、試
料に位相板を重ねて、１つの波長の光に対して試料と位
相板とを合わせたレターデーションに基づく位相差が２
πの整数倍になるようにし、この状態で上記の波長に近
接した他の波長の光を用い、偏光方向を一定の関係に保
った２枚の偏光板（光源側が偏光子、検出器側が検光
子）をこれらの間の試料に対して相対的に回転させ、そ
のときの透過光強度の最大値と最小値との関係を、予め
作成してあるレターデーションの次数とこの関係とにあ
てはめて、試料のレターデーションの次数を決定し、そ
の後に正しいレターデーションを得る。
【０００９】常光線と異常光線との位相差がｎπ付近に
なる場合でもレターデーションを分解能よく測定できる
ようにするために、レターデーション既知の板、例えば
１／４波長板を屈折計の光軸上に出入できるように設け
る。位相差がｎπ近辺になる場合に自動的に分解能を高
めるようにするために、位相差がｎπ近辺にあることを
検知する手段を設け、その手段の結果に基づいてレター
デーション既知の板、例えば１／４波長板を屈折計の光
軸上に自動的に挿入するようにする。そのため、偏光方
向を一定の関係に保った２枚の偏光板の間に試料を置
き、その２枚の偏光板を試料に対して相対的に回転さ
せ、２枚の偏光板及び試料の三者を透過した光の強度の
最大値と最小値から試料のレターデーションを決定する
方式の測定装置においては、上記の透過光強度の最大値
と最小値との比又は差が予め定めた基準範囲内であるか
否かを検知する検知手段と、上記の透過光強度の最大値
と最小値との比又は差が予め定めた基準範囲内であるか
否かにより１／４波長板のようにレターデーション既知
の板を上記の２枚の偏光板の間で試料に重なるように出
入させる手段と、上記の透過光強度の最大値を与えると
きの試料の方位、すなわち光学主軸の方位を検出する手
段と、上記レターデーション既知の板の光学主軸の方位
を試料の光学主軸の方位と合わせる手段と、上記検知手
段により上記の透過光強度の最大値と最小値との比又は
差が基準範囲内のときは上記レターデーション既知の板
を測定光路から外した状態でレターデーションを求め、
上記の透過光強度の最大値と最小値との比又は差が基準
範囲内でないときは上記レターデーション既知の板をそ
の光学主軸を試料の光学主軸の方位と一致させて試料と
重ね再度透過光強度の最大値と最小値を検出してレター
デーションを求める操作を行なうデータ処理装置とを設
ける。
なる場合でもレターデーションを分解能よく測定できる
ようにするために、レターデーション既知の板、例えば
１／４波長板を屈折計の光軸上に出入できるように設け
る。位相差がｎπ近辺になる場合に自動的に分解能を高
めるようにするために、位相差がｎπ近辺にあることを
検知する手段を設け、その手段の結果に基づいてレター
デーション既知の板、例えば１／４波長板を屈折計の光
軸上に自動的に挿入するようにする。そのため、偏光方
向を一定の関係に保った２枚の偏光板の間に試料を置
き、その２枚の偏光板を試料に対して相対的に回転さ
せ、２枚の偏光板及び試料の三者を透過した光の強度の
最大値と最小値から試料のレターデーションを決定する
方式の測定装置においては、上記の透過光強度の最大値
と最小値との比又は差が予め定めた基準範囲内であるか
否かを検知する検知手段と、上記の透過光強度の最大値
と最小値との比又は差が予め定めた基準範囲内であるか
否かにより１／４波長板のようにレターデーション既知
の板を上記の２枚の偏光板の間で試料に重なるように出
入させる手段と、上記の透過光強度の最大値を与えると
きの試料の方位、すなわち光学主軸の方位を検出する手
段と、上記レターデーション既知の板の光学主軸の方位
を試料の光学主軸の方位と合わせる手段と、上記検知手
段により上記の透過光強度の最大値と最小値との比又は
差が基準範囲内のときは上記レターデーション既知の板
を測定光路から外した状態でレターデーションを求め、
上記の透過光強度の最大値と最小値との比又は差が基準
範囲内でないときは上記レターデーション既知の板をそ
の光学主軸を試料の光学主軸の方位と一致させて試料と
重ね再度透過光強度の最大値と最小値を検出してレター
デーションを求める操作を行なうデータ処理装置とを設
ける。
【００１０】試料の３軸方向の屈折率測定をできるよう
にするために、試料をその面内で回転できるようにする
とともに、試料の表面に沿う一直線を中心として試料を
傾けることができる手段を設け、試料を一定角度ずつ回
転と傾斜をさせながら屈折率測定を行なうようにする。
にするために、試料をその面内で回転できるようにする
とともに、試料の表面に沿う一直線を中心として試料を
傾けることができる手段を設け、試料を一定角度ずつ回
転と傾斜をさせながら屈折率測定を行なうようにする。
【００１１】
【作用】まず、レターデーションの測定方法について説
明する。図１Ａでｘ，ｙ両軸は試料のシート面に平行な
直交２方向の光学主軸を示し、矢印Ｃの方向は試料を挾
んで平行ニコルに配置された２枚の偏光板の偏光方向を
示している。測定光が上側の偏光板を通って試料に入射
する。矢印Ｃで示されるベクトルは上側の偏光板を通っ
て試料に入射する光の振幅ベクトルを表わす。ベクトル
Ｃで表わされる光は、ｙ方向成分Ｙ（常光線と呼ぶ）と
ｘ方向成分Ｘ（異常光線と呼ぶ）に分かれて試料内を進
行する。振幅ベクトルＸ及びＹそれぞれのベクトルＣ方
向の成分Ａｘ及びＡｙが試料の下側の偏光板を透過す
る。このとき、試料を透過した振幅ベクトルＡｘ，Ａｙ
の光には図１Ｂのように位相差δが生じる。位相差δを
もつ振幅ＡｘとＡｙの２つの光（空間的なベクトルの方
向は同じ）を合成したものが試料の下側の偏光板を透過
した光の振幅であり、これをＡと表わし、その光強度を
Ｉとすると、 Ｉ＝Ａ2 ＝Ａｘ2＋Ａｙ2＋２ＡｘＡｙcosδ ……（１） δ＝２πＲ／λ（但し、Ｒはレターデーション、λは空
気中での測定光の波長である）
明する。図１Ａでｘ，ｙ両軸は試料のシート面に平行な
直交２方向の光学主軸を示し、矢印Ｃの方向は試料を挾
んで平行ニコルに配置された２枚の偏光板の偏光方向を
示している。測定光が上側の偏光板を通って試料に入射
する。矢印Ｃで示されるベクトルは上側の偏光板を通っ
て試料に入射する光の振幅ベクトルを表わす。ベクトル
Ｃで表わされる光は、ｙ方向成分Ｙ（常光線と呼ぶ）と
ｘ方向成分Ｘ（異常光線と呼ぶ）に分かれて試料内を進
行する。振幅ベクトルＸ及びＹそれぞれのベクトルＣ方
向の成分Ａｘ及びＡｙが試料の下側の偏光板を透過す
る。このとき、試料を透過した振幅ベクトルＡｘ，Ａｙ
の光には図１Ｂのように位相差δが生じる。位相差δを
もつ振幅ＡｘとＡｙの２つの光（空間的なベクトルの方
向は同じ）を合成したものが試料の下側の偏光板を透過
した光の振幅であり、これをＡと表わし、その光強度を
Ｉとすると、 Ｉ＝Ａ2 ＝Ａｘ2＋Ａｙ2＋２ＡｘＡｙcosδ ……（１） δ＝２πＲ／λ（但し、Ｒはレターデーション、λは空
気中での測定光の波長である）
【００１２】また、試料への入射光強度をＩｏ、振幅ベ
クトルの方位角をφとして、 Ａｘ＝Ｘsinφ＝Ｃsin2φ Ａｙ＝Ｙcosφ＝Ｃcos2φ これを（１）式に入れると、Ｃ＝Ｉｏであるから、 Ｉ＝Ｉｏ{sin4φ＋cos4φ＋２sin2φcos2φcosδ} となる。この式を整理すると、 Ｉ／Ｉｏ＝１−sin2２φ(１−cosδ)／２ ……（２） となる。（２）式はsin２φ＝０のとき最大でＩ＝Ｉｏ
となる。また、（２）式はsin２φ＝１のとき最小にな
り、このとき Ｉ／Ｉｏ＝(１＋cosδ)／２ となる。すなわち、試料を平行ニコルに配置された２枚
の偏光板の間で相対的に回転させて、図２に示されるよ
うな透過光強度パターンを測定し、その最大透過光強度
をＩｏ、最小透過光強度をＩｍとすると、 cosδ＝２Ｉｍ／Ｉｏ−１ ……（３） となり、位相差δのcosが求まる。
クトルの方位角をφとして、 Ａｘ＝Ｘsinφ＝Ｃsin2φ Ａｙ＝Ｙcosφ＝Ｃcos2φ これを（１）式に入れると、Ｃ＝Ｉｏであるから、 Ｉ＝Ｉｏ{sin4φ＋cos4φ＋２sin2φcos2φcosδ} となる。この式を整理すると、 Ｉ／Ｉｏ＝１−sin2２φ(１−cosδ)／２ ……（２） となる。（２）式はsin２φ＝０のとき最大でＩ＝Ｉｏ
となる。また、（２）式はsin２φ＝１のとき最小にな
り、このとき Ｉ／Ｉｏ＝(１＋cosδ)／２ となる。すなわち、試料を平行ニコルに配置された２枚
の偏光板の間で相対的に回転させて、図２に示されるよ
うな透過光強度パターンを測定し、その最大透過光強度
をＩｏ、最小透過光強度をＩｍとすると、 cosδ＝２Ｉｍ／Ｉｏ−１ ……（３） となり、位相差δのcosが求まる。
【００１３】次に、次数ｎを決定する方法を説明する。
（３）式から Ｉｍ＝Ｉｏ(１＋cosδ)／２ であり、これに次数ｎを導入すると、 Ｉｍ＝Ｉｏ(１＋cos(2nπ+δ))／２ ……（４） となり、Ｉｍの値は０とＩｏとの間で変化する値であ
る。横軸にレターデーションＲをとってＩｍの変化を図
示すると、図３のような正弦波形Ａとなる。この波形の
１周期ごとに次数ｎは１ずつ増加する。波形Ａの測定光
の空気中での波長をλ1とし、波長が少し異なる測定光
（空気中での波長λ2）について同様のカーブを描く
と、図３中の正弦波形Ｂとなる。波形ＡとＢとは周期が
わずかに異なっている。ここで、位相板を重ねて波長λ
1の光に対してレターデーションに基づく見掛け上の位
相差が０であるように、すなわち図３でＩｍ＝Ｉｏの位
置に移動させる。そして、わずかに波長が異なる波長λ
2の光に対してＩｍを求める。このことは図３の波形Ａ
で極大値をとるときの波長λ2の光によるＩｍを求める
ことである。すなわち、図３上で、ａ，ｂ，ｃ……の値
を求めることである。波形Ｂのａ，ｂ，ｃ……における
Ｉｍの値を結ぶと、Ｃで示されるカーブになり、次数ｎ
が大きくなるほど単調に減少する。波形ＡとＢがちょう
ど反対位相で重なる次数で０になり、以後単調増加に転
ずる。
（３）式から Ｉｍ＝Ｉｏ(１＋cosδ)／２ であり、これに次数ｎを導入すると、 Ｉｍ＝Ｉｏ(１＋cos(2nπ+δ))／２ ……（４） となり、Ｉｍの値は０とＩｏとの間で変化する値であ
る。横軸にレターデーションＲをとってＩｍの変化を図
示すると、図３のような正弦波形Ａとなる。この波形の
１周期ごとに次数ｎは１ずつ増加する。波形Ａの測定光
の空気中での波長をλ1とし、波長が少し異なる測定光
（空気中での波長λ2）について同様のカーブを描く
と、図３中の正弦波形Ｂとなる。波形ＡとＢとは周期が
わずかに異なっている。ここで、位相板を重ねて波長λ
1の光に対してレターデーションに基づく見掛け上の位
相差が０であるように、すなわち図３でＩｍ＝Ｉｏの位
置に移動させる。そして、わずかに波長が異なる波長λ
2の光に対してＩｍを求める。このことは図３の波形Ａ
で極大値をとるときの波長λ2の光によるＩｍを求める
ことである。すなわち、図３上で、ａ，ｂ，ｃ……の値
を求めることである。波形Ｂのａ，ｂ，ｃ……における
Ｉｍの値を結ぶと、Ｃで示されるカーブになり、次数ｎ
が大きくなるほど単調に減少する。波形ＡとＢがちょう
ど反対位相で重なる次数で０になり、以後単調増加に転
ずる。
【００１４】Ｉｍの実測値は光源の強さなどの測定条件
により変化するので、実際上はＩｍを用いるよりＩｍ／
Ｉｏ又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏを用いる方がよい。Ｉｍ
／Ｉｏの値は次数ｎの関数で、Ｉｍ／Ｉｏが０になる次
数は２つの測定光の波長で決まるので、予めＩｍ／Ｉｏ
（又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏ）とｎとの関係を求めてお
けば、Ｉｍ／Ｉｏ（又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏ）の実測
値からｎを決定することができる。
により変化するので、実際上はＩｍを用いるよりＩｍ／
Ｉｏ又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏを用いる方がよい。Ｉｍ
／Ｉｏの値は次数ｎの関数で、Ｉｍ／Ｉｏが０になる次
数は２つの測定光の波長で決まるので、予めＩｍ／Ｉｏ
（又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏ）とｎとの関係を求めてお
けば、Ｉｍ／Ｉｏ（又は（Ｉｏ−Ｉｍ）／Ｉｏ）の実測
値からｎを決定することができる。
【００１５】次数ｎを決定するには次のようにすればよ
い。位相板を重ねて波長λ1の光に対してレターデーシ
ョンに基づく見掛け上の位相差が０であるようにしたと
きの cosδをＣ1とする。次に、波長λ2の測定光に代
え、偏光板１４，１８を回転させて透過光強度を測定し
て得られる図２のパターンの最大値Ｉｏと最小値Ｉｍと
の比Ｉｍ／Ｉｏからcosδを求め、それをＣ2とする。Ｃ
2とＣ1を図３から求められる次の関係式に代入すると、
次数候補ｎ（偶数）が決定される。 Ｃ2＝Ｃ1・sin（π／２−(ｎ／２)(λ2−λ1)２π／λ2） （５） また、波長λ1の測定光と波長λ2の測定光を用いて次数
ｎとＩｍ／Ｉｏとの関係を示すグラフを予め求めてお
き、上記の波長λ2の測定光での比Ｉｍ／Ｉｏをそのグ
ラフにあてはめて、次数ｎを図上で求めるようにしても
よい。測定波長を順次代えながら次数候補について複数
の値を得て、その中から例えば多数決で１つのｎを決定
するようにすればよい。
い。位相板を重ねて波長λ1の光に対してレターデーシ
ョンに基づく見掛け上の位相差が０であるようにしたと
きの cosδをＣ1とする。次に、波長λ2の測定光に代
え、偏光板１４，１８を回転させて透過光強度を測定し
て得られる図２のパターンの最大値Ｉｏと最小値Ｉｍと
の比Ｉｍ／Ｉｏからcosδを求め、それをＣ2とする。Ｃ
2とＣ1を図３から求められる次の関係式に代入すると、
次数候補ｎ（偶数）が決定される。 Ｃ2＝Ｃ1・sin（π／２−(ｎ／２)(λ2−λ1)２π／λ2） （５） また、波長λ1の測定光と波長λ2の測定光を用いて次数
ｎとＩｍ／Ｉｏとの関係を示すグラフを予め求めてお
き、上記の波長λ2の測定光での比Ｉｍ／Ｉｏをそのグ
ラフにあてはめて、次数ｎを図上で求めるようにしても
よい。測定波長を順次代えながら次数候補について複数
の値を得て、その中から例えば多数決で１つのｎを決定
するようにすればよい。
【００１６】次数ｎが決定されれば、波長λ1の光に対
してレターデーションに基づく見掛け上の位相差が０で
あるようにした位相板のレターデーション増加分ｒが分
かっているときは、求めるレターデーションは ｎλ1−ｒ として求めることができる。もし、その位相板のレター
デーション増加分ｒが分からないときは、その位相板を
測定光路から外した状態で偏光板を試料に対して相対的
に１回転させて、波長λ1の測定光で透過光を測定すれ
ば、試料のレターデーションＲが０〜２πの間で求まる
ので、決定された次数ｎを用いて、試料のレターデーシ
ョンは、 （ｎ−１)λ1＋Ｒ として求めることができる。また、各測定波長ごとに次
数候補とレターデーションとの対応関係を示すマトリッ
クスを作成し、各測定波長間でレターデーションが一致
した次数を真の次数として採用するとともに、そのとき
のレターデーションを採用するようにしてもよい。
してレターデーションに基づく見掛け上の位相差が０で
あるようにした位相板のレターデーション増加分ｒが分
かっているときは、求めるレターデーションは ｎλ1−ｒ として求めることができる。もし、その位相板のレター
デーション増加分ｒが分からないときは、その位相板を
測定光路から外した状態で偏光板を試料に対して相対的
に１回転させて、波長λ1の測定光で透過光を測定すれ
ば、試料のレターデーションＲが０〜２πの間で求まる
ので、決定された次数ｎを用いて、試料のレターデーシ
ョンは、 （ｎ−１)λ1＋Ｒ として求めることができる。また、各測定波長ごとに次
数候補とレターデーションとの対応関係を示すマトリッ
クスを作成し、各測定波長間でレターデーションが一致
した次数を真の次数として採用するとともに、そのとき
のレターデーションを採用するようにしてもよい。
【００１７】Ｉｍ／Ｉｏと次数ｎとの関係は次のように
なる。いま２つの測定光の波長をλ1，λ2とし、試料の
２つの光学主軸の屈折率をν1，ν2とする。屈折率は波
長依存性をもつが、この場合、波長λ1とλ2は近接した
波長であるので、両波長での屈折率の変化は無視するこ
とができる。波長λ1の光で測定するとし、試料の厚さ
を０から次第に大きくして最初に図２のパターンが円に
なるときの厚さをＳとすると、 Ｒ＝Ｓ(ν1−ν2）＝λ1 ……（６） である。このとき、波長λ2の光による測定での位相差
δは、 δ＝２πＳ(ν1−ν2）／λ2 ＝２π＋ｅ となる。試料の厚さがＳの整数ｎ倍のとき波長λ1の光
に対するレターデーションに基づく位相差は見掛け上０
で、次数はｎである。このとき、波長λ2の光に対する
レターデーションに基づく位相差は ｎδ＝２πｎ＋ｎｅ であるが、見掛け上の位相差はｎｅである。このｎｅが
２πになるのは図３のカーブＣが１周期を描いたときで
ある。このときのｎをｎ0とすると、 ２πｎ0Ｓ(ν1−ν2）／λ2＝２πｎ0＋ｎ0ｅ ＝２π(ｎ0＋１） であるので、これに（６）式を用いて ｎ0λ1／λ2＝ｎ0＋１ となる。したがって、 ｎ0＝λ2／（λ1−λ2） ……（６） となり、ｎ0は波長だけで決まる。λ1とλ2が近いとｎ0
は大きな次数となって、次数の大きなところでもＩｍ／
Ｉｏの実測値から次数ｎを決めることができる。次数ｎ
が決まれば、波長λの測定光での実測から求まる見掛け
上のレターデーションＲとｎλとから試料の真のレター
デーションが求まる。
なる。いま２つの測定光の波長をλ1，λ2とし、試料の
２つの光学主軸の屈折率をν1，ν2とする。屈折率は波
長依存性をもつが、この場合、波長λ1とλ2は近接した
波長であるので、両波長での屈折率の変化は無視するこ
とができる。波長λ1の光で測定するとし、試料の厚さ
を０から次第に大きくして最初に図２のパターンが円に
なるときの厚さをＳとすると、 Ｒ＝Ｓ(ν1−ν2）＝λ1 ……（６） である。このとき、波長λ2の光による測定での位相差
δは、 δ＝２πＳ(ν1−ν2）／λ2 ＝２π＋ｅ となる。試料の厚さがＳの整数ｎ倍のとき波長λ1の光
に対するレターデーションに基づく位相差は見掛け上０
で、次数はｎである。このとき、波長λ2の光に対する
レターデーションに基づく位相差は ｎδ＝２πｎ＋ｎｅ であるが、見掛け上の位相差はｎｅである。このｎｅが
２πになるのは図３のカーブＣが１周期を描いたときで
ある。このときのｎをｎ0とすると、 ２πｎ0Ｓ(ν1−ν2）／λ2＝２πｎ0＋ｎ0ｅ ＝２π(ｎ0＋１） であるので、これに（６）式を用いて ｎ0λ1／λ2＝ｎ0＋１ となる。したがって、 ｎ0＝λ2／（λ1−λ2） ……（６） となり、ｎ0は波長だけで決まる。λ1とλ2が近いとｎ0
は大きな次数となって、次数の大きなところでもＩｍ／
Ｉｏの実測値から次数ｎを決めることができる。次数ｎ
が決まれば、波長λの測定光での実測から求まる見掛け
上のレターデーションＲとｎλとから試料の真のレター
デーションが求まる。
【００１８】図３からも分かるように、cosδが±１、
すなわち位相差δがπの整数倍の付近ではδの変化に対
するcosδの変化率、つまりＩｍの変化率が小さいか
ら、δ（したがってレターデーションＲ）を精密に求め
るのは難しい。逆にcosδ＝０の付近ではδとＩｍとは
比例的に変化するからδの測定感度がよく、精密にδを
決定することができる。このため、cosδが±１になる
近辺ではレターデーション既知、好ましくは位相差δが
π／２であるシートを重ねて合計の位相差がπ／２の奇
数倍になるようにするとcosδがほぼ０となり、合計の
レターデーションが容易に精密に測定でき、したがって
試料のレターデーションが精密に求まる。
すなわち位相差δがπの整数倍の付近ではδの変化に対
するcosδの変化率、つまりＩｍの変化率が小さいか
ら、δ（したがってレターデーションＲ）を精密に求め
るのは難しい。逆にcosδ＝０の付近ではδとＩｍとは
比例的に変化するからδの測定感度がよく、精密にδを
決定することができる。このため、cosδが±１になる
近辺ではレターデーション既知、好ましくは位相差δが
π／２であるシートを重ねて合計の位相差がπ／２の奇
数倍になるようにするとcosδがほぼ０となり、合計の
レターデーションが容易に精密に測定でき、したがって
試料のレターデーションが精密に求まる。
【００１９】本発明の好ましい態様ではレターデーショ
ン既知のシートを用いるか否かの判定を０＜Ｄ＜１とな
る一定値Ｄを設定しておいて、 |cosδ|＞Ｄ のときレターデーション既知のシートを用いる。上記の
説明では偏光板にも試料にも光の吸収がないものとして
扱っているが、実際には光の吸収があるので、（３）式
のＩｏは入射光強度ではなく、透過光強度の最大値を用
いる方が好ましい。
ン既知のシートを用いるか否かの判定を０＜Ｄ＜１とな
る一定値Ｄを設定しておいて、 |cosδ|＞Ｄ のときレターデーション既知のシートを用いる。上記の
説明では偏光板にも試料にも光の吸収がないものとして
扱っているが、実際には光の吸収があるので、（３）式
のＩｏは入射光強度ではなく、透過光強度の最大値を用
いる方が好ましい。
【００２０】
【実施例】図４に第１の実施例を示す。白色光の光源２
からの測定光が光ファイバ４で導かれ、集光レンズ６で
平行光束となって出射する。測定光が集光レンズ６から
受光素子２４に至る光路には、集光レンズ６側から順に
フィルタ８、偏光子としての偏光板１４、位相板３６、
試料２２、検光子としての偏光板１８が配置されてい
る。フィルタ８はフィルタ保持板１０の周方向に沿って
透過光特性の異なる５個のフィルタＦ１〜Ｆ５が配置さ
れている。フィルタ保持板１０を回転させるステッピン
グモータ１２によってその中の１つのフィルタが選択さ
れて測定光の光路に挿入される。これらのフィルタ８の
うち、フィルタＦ１がレターデーション測定用の波長の
光を通すバンドパスフィルタであり、フィルタＦ２〜Ｆ
５はフィルタＦ１との透過波長差がＦ２からＦ５になる
に従って順に大きくなるように選択されたフィルタであ
る。なお、波長の選択は光源２から受光素子２４に至る
光路上のどの位置で行なってもよく、したがってフィル
タ８の配置位置は図４の位置に限定されるものではな
い。
からの測定光が光ファイバ４で導かれ、集光レンズ６で
平行光束となって出射する。測定光が集光レンズ６から
受光素子２４に至る光路には、集光レンズ６側から順に
フィルタ８、偏光子としての偏光板１４、位相板３６、
試料２２、検光子としての偏光板１８が配置されてい
る。フィルタ８はフィルタ保持板１０の周方向に沿って
透過光特性の異なる５個のフィルタＦ１〜Ｆ５が配置さ
れている。フィルタ保持板１０を回転させるステッピン
グモータ１２によってその中の１つのフィルタが選択さ
れて測定光の光路に挿入される。これらのフィルタ８の
うち、フィルタＦ１がレターデーション測定用の波長の
光を通すバンドパスフィルタであり、フィルタＦ２〜Ｆ
５はフィルタＦ１との透過波長差がＦ２からＦ５になる
に従って順に大きくなるように選択されたフィルタであ
る。なお、波長の選択は光源２から受光素子２４に至る
光路上のどの位置で行なってもよく、したがってフィル
タ８の配置位置は図４の位置に限定されるものではな
い。
【００２１】偏光板１４と１８は偏光方向が互いに平行
になるように配置され、それぞれ保持円板１６，２０に
保持されている。保持円板１６，２０はそれぞれベルト
２５，２６を介して軸３２上に固定されたプーリ２８，
３０とそれぞれ連結され、軸３２がステッピングモータ
３４によって回転させられることにより、両偏光板１
４，１８が一体的に回転させられる。偏光板１４を装着
した保持円板１６の側面の一箇所に反射体の印がつけら
れており、光電検出器によりこの反射体を検出すること
により、偏光板１４，１８の回転の初期位置が検出され
る。偏光板１４，１８の間に設置された試料２２にはフ
ィルタＦ１〜Ｆ５のいずれかにより選択された波長の測
定光が偏光板１４を透過して入射し、試料２２を透過し
た測定光は偏光板１８を通って受光素子２４に入射して
測光される。
になるように配置され、それぞれ保持円板１６，２０に
保持されている。保持円板１６，２０はそれぞれベルト
２５，２６を介して軸３２上に固定されたプーリ２８，
３０とそれぞれ連結され、軸３２がステッピングモータ
３４によって回転させられることにより、両偏光板１
４，１８が一体的に回転させられる。偏光板１４を装着
した保持円板１６の側面の一箇所に反射体の印がつけら
れており、光電検出器によりこの反射体を検出すること
により、偏光板１４，１８の回転の初期位置が検出され
る。偏光板１４，１８の間に設置された試料２２にはフ
ィルタＦ１〜Ｆ５のいずれかにより選択された波長の測
定光が偏光板１４を透過して入射し、試料２２を透過し
た測定光は偏光板１８を通って受光素子２４に入射して
測光される。
【００２２】偏光板１４と試料２２の間には位相板３６
がステッピングモータ４８により出入り自在に設置され
ている。位相板３６としてはそれ自身のレターデーショ
ンが可変であるようにバビネソレイユの補償板が用いら
れている。３８は補償板３６のレターデーションを変化
させるステッピングモータである。位相板３６はその光
学主軸を試料２２の光学主軸と平行な方向又は直交する
方向になるように方位を定める必要がある。そのため、
位相板３６は回転台４０に取りつけられ、回転台４０は
支持台４２に回転可能に支持され、ベルト４４を介して
ステッピングモータ４６により位相板３６を回転させる
ことができる。
がステッピングモータ４８により出入り自在に設置され
ている。位相板３６としてはそれ自身のレターデーショ
ンが可変であるようにバビネソレイユの補償板が用いら
れている。３８は補償板３６のレターデーションを変化
させるステッピングモータである。位相板３６はその光
学主軸を試料２２の光学主軸と平行な方向又は直交する
方向になるように方位を定める必要がある。そのため、
位相板３６は回転台４０に取りつけられ、回転台４０は
支持台４２に回転可能に支持され、ベルト４４を介して
ステッピングモータ４６により位相板３６を回転させる
ことができる。
【００２３】受光素子２４の検出出力を増幅するために
増幅回路が設けられ、増幅された出力をデジタル信号に
変換するためにＡ／Ｄコンバータが設けられている。５
０は増幅回路とＡ／Ｄコンバータをまとめて表わしたも
のである。デジタル信号に変換された出力はデータ処理
と測定装置の動作制御を兼ねるコンピュータ５２に取り
込まれ、データ処理された結果がＣＲＴ表示装置５４に
表示される。コンピュータ５２は測定データを処理する
とともに各モータ１２，３４，３８，４６，４８にパル
スを送り、各モータの回転を制御している。
増幅回路が設けられ、増幅された出力をデジタル信号に
変換するためにＡ／Ｄコンバータが設けられている。５
０は増幅回路とＡ／Ｄコンバータをまとめて表わしたも
のである。デジタル信号に変換された出力はデータ処理
と測定装置の動作制御を兼ねるコンピュータ５２に取り
込まれ、データ処理された結果がＣＲＴ表示装置５４に
表示される。コンピュータ５２は測定データを処理する
とともに各モータ１２，３４，３８，４６，４８にパル
スを送り、各モータの回転を制御している。
【００２４】図４の装置により次数ｎを決定し、レター
デーションを測定する方法を説明する。位相板３６を測
定光路に挿入した状態で、まず測定基準波長の光を選択
するフィルタＦ１（透過波長λ1）を測定光路上に位置
させる。位相板３６の光学主軸が試料２２の光学主軸と
一致するようにモータ４６を駆動して位相板３６の方位
を設定する。試料２２が例えば延伸されたシート材の場
合は、その試料２２の光学主軸は延伸方向と一致してい
るから、位相板３６の光学主軸を試料２２の長手方向と
一致させればよい。一般の試料でその光学主軸の方向が
予め判明していない場合、例えば試料が既にシート材か
ら所定の形に打ち抜かれた半製品であるような場合は、
まず、位相板３６を測定光路から外した状態で偏光板１
４，１８を回転させて偏光板１４，１８の回転角に対す
る受光素子２４の出力を求める。コンピュータ５２は偏
光板１４の保持円板１６の側面の反射体が光電検出器で
検出された時点から受光素子２４の出力を取り込み、偏
光板１４，１８を１回転させる。この結果は曲座標表示
で示すと図２のようになる。この出力から偏光板１４，
１８の各回転角度の前後に２２.５°ずつ、すなわち互
いに４５°隔てた２つの角度位置での出力の差を偏光板
１４，１８の各回転角について算出すると、偏光板１４
の一回転の間にこの差が０（正負反転する位置）になる
角が８個所あり、その中間に受光素子出力が最大になる
角が４個所ある。この４箇所の角位置は互いに９０°離
れていて、この方向が試料２２の光学主軸又はそれと直
交する方向である。
デーションを測定する方法を説明する。位相板３６を測
定光路に挿入した状態で、まず測定基準波長の光を選択
するフィルタＦ１（透過波長λ1）を測定光路上に位置
させる。位相板３６の光学主軸が試料２２の光学主軸と
一致するようにモータ４６を駆動して位相板３６の方位
を設定する。試料２２が例えば延伸されたシート材の場
合は、その試料２２の光学主軸は延伸方向と一致してい
るから、位相板３６の光学主軸を試料２２の長手方向と
一致させればよい。一般の試料でその光学主軸の方向が
予め判明していない場合、例えば試料が既にシート材か
ら所定の形に打ち抜かれた半製品であるような場合は、
まず、位相板３６を測定光路から外した状態で偏光板１
４，１８を回転させて偏光板１４，１８の回転角に対す
る受光素子２４の出力を求める。コンピュータ５２は偏
光板１４の保持円板１６の側面の反射体が光電検出器で
検出された時点から受光素子２４の出力を取り込み、偏
光板１４，１８を１回転させる。この結果は曲座標表示
で示すと図２のようになる。この出力から偏光板１４，
１８の各回転角度の前後に２２.５°ずつ、すなわち互
いに４５°隔てた２つの角度位置での出力の差を偏光板
１４，１８の各回転角について算出すると、偏光板１４
の一回転の間にこの差が０（正負反転する位置）になる
角が８個所あり、その中間に受光素子出力が最大になる
角が４個所ある。この４箇所の角位置は互いに９０°離
れていて、この方向が試料２２の光学主軸又はそれと直
交する方向である。
【００２５】受光素子出力の最大の角位置を直接求める
こともできるが、受光素子出力が最大の近辺では受光素
子出力の変化が小さく、角位置が正確に求められないか
ら、上記のように差が正負反転する角位置から求める方
がよい。ただし、試料の光学主軸の検出方法はこれに限
らない。
こともできるが、受光素子出力が最大の近辺では受光素
子出力の変化が小さく、角位置が正確に求められないか
ら、上記のように差が正負反転する角位置から求める方
がよい。ただし、試料の光学主軸の検出方法はこれに限
らない。
【００２６】位相板３６の光学主軸が試料２２の光学主
軸と一致するように設定して位相板３６を測定光路に設
置した後、偏光板１４，１８を回転させて試料透過光の
強度変化を測定し、偏光板１４，１８の回転角と透過光
強度との関係データを取り込む。この関係は図示する
と、一般に図２のような花形となる。
軸と一致するように設定して位相板３６を測定光路に設
置した後、偏光板１４，１８を回転させて試料透過光の
強度変化を測定し、偏光板１４，１８の回転角と透過光
強度との関係データを取り込む。この関係は図示する
と、一般に図２のような花形となる。
【００２７】次に、偏光板１４，１８の偏光方向を試料
の光学主軸から４５°だけずれた位置に偏光板１４，１
８を回転させて停止させる。Ａ／Ｄコンバータ５０にト
リガーを出力し、例えば１２ビットのデータを取り込み
ながら、その値が先に測定した回転角と透過光強度との
関係の最大値とほぼ同じになるように位相板３６のレタ
ーデーションを変化させる。試料２２と位相板３６との
レターデーションの合計がフィルタＦ１を透過した測定
光の波長の整数倍になるところで透過光強度が最大値と
なる。このときは図２のパターンが円になることを意味
している。
の光学主軸から４５°だけずれた位置に偏光板１４，１
８を回転させて停止させる。Ａ／Ｄコンバータ５０にト
リガーを出力し、例えば１２ビットのデータを取り込み
ながら、その値が先に測定した回転角と透過光強度との
関係の最大値とほぼ同じになるように位相板３６のレタ
ーデーションを変化させる。試料２２と位相板３６との
レターデーションの合計がフィルタＦ１を透過した測定
光の波長の整数倍になるところで透過光強度が最大値と
なる。このときは図２のパターンが円になることを意味
している。
【００２８】位相板３６をその状態にして、偏光板１
４，１８を測定開始位置まで戻し、再度回転角と透過光
強度との関係を示すパターンを測定する。もし、そのパ
ターンが真円（Ｉｍ／Ｉｏ＝１）でなければ、モータ３
８により位相板３６のレターデーションを少し変えて、
パターンができる限り真円に近づくまで繰り返す。この
ときの cosδをＣ1とする。
４，１８を測定開始位置まで戻し、再度回転角と透過光
強度との関係を示すパターンを測定する。もし、そのパ
ターンが真円（Ｉｍ／Ｉｏ＝１）でなければ、モータ３
８により位相板３６のレターデーションを少し変えて、
パターンができる限り真円に近づくまで繰り返す。この
ときの cosδをＣ1とする。
【００２９】次に、フィルタをＦ２（透過波長λ2）に
変え、偏光板１４，１８を回転させて透過光強度を測定
する。このときに得られる図２のパターンの最大値Ｉｏ
と最小値Ｉｍとの比を求める。その比Ｉｍ／Ｉｏからco
sδを求め、それをＣ2とする。Ｃ2とＣ1と（５）式の関
係から次数候補ｎ（偶数）が決定される。フィルタ８を
Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５と順次変えながら同様の測定を行なう
ことによって、次数候補ｎについて４個の値を得ること
ができる。その中から例えば多数決で１つのｎを決定す
る。次数ｎが決定されれば試料のレターデーションを求
めることができる。この測定ではフィルタＦ１による基
準波長での試料２２と位相板３６とを合わせた見掛けの
位相差を０にする場合の精度が測定精度に関係する。そ
こで、位相板３６とは別に基準波長λ1の光に対する１
／２波長板を用意しておく。試料２２と位相板３６と１
／２波長板とを合わせたときのレターデーションがπ、
すなわち偏光板１４，１８を回転させたときの透過光強
度が０と最大との間で変化するように位相板３６を調整
した後、１／２波長板を測定光路から外す。このとき試
料２２と位相板３６とを合わせた見掛けのレターデーシ
ョンが０になっている。この方法は図２に示される透過
光強度のパターンが円になるように位相板３６を調節す
るより高感度で位相板３６を調節することができる。
変え、偏光板１４，１８を回転させて透過光強度を測定
する。このときに得られる図２のパターンの最大値Ｉｏ
と最小値Ｉｍとの比を求める。その比Ｉｍ／Ｉｏからco
sδを求め、それをＣ2とする。Ｃ2とＣ1と（５）式の関
係から次数候補ｎ（偶数）が決定される。フィルタ８を
Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５と順次変えながら同様の測定を行なう
ことによって、次数候補ｎについて４個の値を得ること
ができる。その中から例えば多数決で１つのｎを決定す
る。次数ｎが決定されれば試料のレターデーションを求
めることができる。この測定ではフィルタＦ１による基
準波長での試料２２と位相板３６とを合わせた見掛けの
位相差を０にする場合の精度が測定精度に関係する。そ
こで、位相板３６とは別に基準波長λ1の光に対する１
／２波長板を用意しておく。試料２２と位相板３６と１
／２波長板とを合わせたときのレターデーションがπ、
すなわち偏光板１４，１８を回転させたときの透過光強
度が０と最大との間で変化するように位相板３６を調整
した後、１／２波長板を測定光路から外す。このとき試
料２２と位相板３６とを合わせた見掛けのレターデーシ
ョンが０になっている。この方法は図２に示される透過
光強度のパターンが円になるように位相板３６を調節す
るより高感度で位相板３６を調節することができる。
【００３０】レターデーションの次数が大きくなってく
ると、使用する単色光の波長の広がりの影響で常光線、
異常光線の干渉がぼやけてきて偏光板１４，１８を回転
させたときの透過光強度の変化が小さくなり、レターデ
ーションが見掛け上小さくなったようになる。このた
め、使用する光源の単色性は高いことが望ましい。光源
としては連続スペクトル光源の光をフィルタで選択する
より、放電管を用い、いくつかの輝線光をフィルタで選
択する方がよい。例えばキセノン放電管の輝線４５０.
１ｎｍ、４６２.４ｎｍ、４６７.１ｎｍを利用し、４６
２.４ｎｍの輝線を基準波長として４６７.１ｎｍの輝線
を利用するときは、（６）式のｎ0は約１００となり、
次数５０位まで測定可能になる。
ると、使用する単色光の波長の広がりの影響で常光線、
異常光線の干渉がぼやけてきて偏光板１４，１８を回転
させたときの透過光強度の変化が小さくなり、レターデ
ーションが見掛け上小さくなったようになる。このた
め、使用する光源の単色性は高いことが望ましい。光源
としては連続スペクトル光源の光をフィルタで選択する
より、放電管を用い、いくつかの輝線光をフィルタで選
択する方がよい。例えばキセノン放電管の輝線４５０.
１ｎｍ、４６２.４ｎｍ、４６７.１ｎｍを利用し、４６
２.４ｎｍの輝線を基準波長として４６７.１ｎｍの輝線
を利用するときは、（６）式のｎ0は約１００となり、
次数５０位まで測定可能になる。
【００３１】位相板３６としてはバビネソレイユの補償
板を用いているが、これは高価であるので、次数を決定
するための位相板３６としては、レターデーションが既
知で互いに少しずつその値が異なっている複数の板をフ
ィルタＦ１〜Ｆ５と同じようにターレット式に交換可能
に設けてもよい。偏光板の回転角と受光素子検出出力と
の関係（図２）で、極大値Ｉｏと極小値Ｉｍとの差が小
さいときは検出精度が低下するので、cosδの絶対値が
ある一定値Ｄ（０＜Ｄ＜１）より大きいか否かを判定
し、Ｄより大きいときに位相板３６を自動的に測定光路
に挿入して検出感度を高めることができる。
板を用いているが、これは高価であるので、次数を決定
するための位相板３６としては、レターデーションが既
知で互いに少しずつその値が異なっている複数の板をフ
ィルタＦ１〜Ｆ５と同じようにターレット式に交換可能
に設けてもよい。偏光板の回転角と受光素子検出出力と
の関係（図２）で、極大値Ｉｏと極小値Ｉｍとの差が小
さいときは検出精度が低下するので、cosδの絶対値が
ある一定値Ｄ（０＜Ｄ＜１）より大きいか否かを判定
し、Ｄより大きいときに位相板３６を自動的に測定光路
に挿入して検出感度を高めることができる。
【００３２】図４の実施例で、そのような検出感度を高
めるための動作を図５のフローチャートを参照して説明
する。位相板３６は測定波長に対し、１／４波長板とし
て作用するように設定しておく。位相板３６は初めは測
定光路上から外した状態にある。試料２２を装置にセッ
トし、測定動作をスタートさせる。コンピュータ５２は
偏光板１４と１８を回転させながら角度１°ごとに透過
光強度を測定して、その値を偏光板１４，１８の回転角
度のデータとともにメモリに格納していく。次に、この
取り込んだデータから透過光強度の最大値Ｉｏと最小値
Ｉｍを検索する。透過光強度と偏光板１４，１８の回転
角度との関係は曲座標によって図示すると図２のような
花形になり、位相差δが２πの近辺ではこの花形は円に
近い形となって最大値と最小値の差が小さくなり、レタ
ーデーションが正確に求まらなくなる。そこで、cosδ
の絶対値が予め設定してある定数Ｄより大きいか否かを
判断する。
めるための動作を図５のフローチャートを参照して説明
する。位相板３６は測定波長に対し、１／４波長板とし
て作用するように設定しておく。位相板３６は初めは測
定光路上から外した状態にある。試料２２を装置にセッ
トし、測定動作をスタートさせる。コンピュータ５２は
偏光板１４と１８を回転させながら角度１°ごとに透過
光強度を測定して、その値を偏光板１４，１８の回転角
度のデータとともにメモリに格納していく。次に、この
取り込んだデータから透過光強度の最大値Ｉｏと最小値
Ｉｍを検索する。透過光強度と偏光板１４，１８の回転
角度との関係は曲座標によって図示すると図２のような
花形になり、位相差δが２πの近辺ではこの花形は円に
近い形となって最大値と最小値の差が小さくなり、レタ
ーデーションが正確に求まらなくなる。そこで、cosδ
の絶対値が予め設定してある定数Ｄより大きいか否かを
判断する。
【００３３】cosδがＤ以下のときは求められたＩｍと
Ｉｏから位相差δを（３）式によって算出して動作を終
える。一方、cosδの絶対値がＤより大きいときは、ま
ず試料の光学主軸の方向を探す。そのために、一例とし
て、前述のように、偏光板１４，１８を１回転させて得
られたデータから偏光板１４，１８の角位置が相互に４
５度離れた一対の透過光強度の差を順次求めて、この差
の符号が反転するときの相互に４５度離れた角度位置の
中間方向として試料２２の光学主軸の方位を求める。こ
の方位が求まったらモータ４６を駆動して位相板３６の
光学主軸の方位をそれに合わせ、モータ４８を駆動して
位相板３６を測定光路上に移動させる。その後、偏光板
１４，１８を回転させて測定を行なう。位相板３６を測
定光路上に挿入したことで、cosδの絶対値がＤ以下と
なり、位相板３６を重ねた場合のレターデーションが求
められる。
Ｉｏから位相差δを（３）式によって算出して動作を終
える。一方、cosδの絶対値がＤより大きいときは、ま
ず試料の光学主軸の方向を探す。そのために、一例とし
て、前述のように、偏光板１４，１８を１回転させて得
られたデータから偏光板１４，１８の角位置が相互に４
５度離れた一対の透過光強度の差を順次求めて、この差
の符号が反転するときの相互に４５度離れた角度位置の
中間方向として試料２２の光学主軸の方位を求める。こ
の方位が求まったらモータ４６を駆動して位相板３６の
光学主軸の方位をそれに合わせ、モータ４８を駆動して
位相板３６を測定光路上に移動させる。その後、偏光板
１４，１８を回転させて測定を行なう。位相板３６を測
定光路上に挿入したことで、cosδの絶対値がＤ以下と
なり、位相板３６を重ねた場合のレターデーションが求
められる。
【００３４】次のステップでは位相板３６を測定光路上
に挿入した後の測定（２回目の測定）であるか否かをチ
ェックし、そうであれば位相板３６が使用されているの
で、求められたδからπ／２を引き算し、その値から試
料のレターデーションを算出して測定動作を終える。こ
の動作では、試料のレターデーションがｎλ／２の近辺
になって正確に決定しがたいときでもその状況を自動的
に判断して、位相板３６を測定光路上に自動的に挿入し
て測定を行なうので、測定を行なう人は格別の判断動力
を費やさず、如何なる場合でも容易に正確にレターデー
ションを測定することができる。
に挿入した後の測定（２回目の測定）であるか否かをチ
ェックし、そうであれば位相板３６が使用されているの
で、求められたδからπ／２を引き算し、その値から試
料のレターデーションを算出して測定動作を終える。こ
の動作では、試料のレターデーションがｎλ／２の近辺
になって正確に決定しがたいときでもその状況を自動的
に判断して、位相板３６を測定光路上に自動的に挿入し
て測定を行なうので、測定を行なう人は格別の判断動力
を費やさず、如何なる場合でも容易に正確にレターデー
ションを測定することができる。
【００３５】図４の実施例に、試料を色々な角度で透過
する光の屈折率を測定することができる手段を追加した
実施例を図６に示す。図６では試料２２の３軸方向の屈
折率測定をするために、試料２２をその面内で回転でき
るようにするとともに、試料２２の表面に沿う一直線を
中心として試料を傾けることができるようにするため
に、試料２２は試料保持装置に保持されている。
する光の屈折率を測定することができる手段を追加した
実施例を図６に示す。図６では試料２２の３軸方向の屈
折率測定をするために、試料２２をその面内で回転でき
るようにするとともに、試料２２の表面に沿う一直線を
中心として試料を傾けることができるようにするため
に、試料２２は試料保持装置に保持されている。
【００３６】試料保持装置の詳細を図７に示す。試料保
持台７０は中央に穴７２が設けられ、裏面がリング状に
くり抜かれて凹部が形成され、上面には試料を押さえて
保持する押え板７４が２箇所に設けられている。試料保
持台７０の裏面の凹部と嵌合するリング状の凸部７６を
もつ回転台７８が基板８０に取りつけられ、試料保持台
７０を試料面に垂直な軸のまわりに回転可能に保持して
いる。回転台７８に嵌め込まれた試料保持台７０の側面
とステッピングモータ８２の回転軸に取りつけられたプ
ーリ８４との間にベルト８６が装着され、モータ８２に
よって試料保持台７０が回転する。モータ８２も基板８
０に取りつけられており、プーリ８４と試料保持台７０
が一平面内に配置されるように、モータ８２と回転台７
８の取りつけ面が構成されている。基板８０の一対の側
面には軸８８と９０が取りつけ、られ、軸８８と９０の
中心軸が試料保持台７０の表面にくるように配置されて
いる。これらの軸８０と９０が複屈折計本体に支持され
ている。一方の軸８８にはプーリ６２が取りつけられ、
複屈折計本体側に設けられたステッピングモータ６８の
プーリ６６とこのプーリ６２との間にベルト６４が書け
られ、基板８０がモータ６８により傾斜させられる。コ
ンピュータ５２はモータ６８，８２の動作も制御する。
持台７０は中央に穴７２が設けられ、裏面がリング状に
くり抜かれて凹部が形成され、上面には試料を押さえて
保持する押え板７４が２箇所に設けられている。試料保
持台７０の裏面の凹部と嵌合するリング状の凸部７６を
もつ回転台７８が基板８０に取りつけられ、試料保持台
７０を試料面に垂直な軸のまわりに回転可能に保持して
いる。回転台７８に嵌め込まれた試料保持台７０の側面
とステッピングモータ８２の回転軸に取りつけられたプ
ーリ８４との間にベルト８６が装着され、モータ８２に
よって試料保持台７０が回転する。モータ８２も基板８
０に取りつけられており、プーリ８４と試料保持台７０
が一平面内に配置されるように、モータ８２と回転台７
８の取りつけ面が構成されている。基板８０の一対の側
面には軸８８と９０が取りつけ、られ、軸８８と９０の
中心軸が試料保持台７０の表面にくるように配置されて
いる。これらの軸８０と９０が複屈折計本体に支持され
ている。一方の軸８８にはプーリ６２が取りつけられ、
複屈折計本体側に設けられたステッピングモータ６８の
プーリ６６とこのプーリ６２との間にベルト６４が書け
られ、基板８０がモータ６８により傾斜させられる。コ
ンピュータ５２はモータ６８，８２の動作も制御する。
【００３７】図６に示された実施例の装置で試料の複屈
折を測定するときは、次のように行なう。試料２２を試
料保持台７０に取りつけ、図４の実施例と同じ操作によ
り試料のレターデーションＲを算出して記憶する。１回
の測定が終わると、モータ８２を駆動させ、試料保持台
７０を一定角、例えば１０度回転させて、再び上と同じ
動作を行なわせる。このようにして、試料の向きを変え
ながらレターデーションを求める。
折を測定するときは、次のように行なう。試料２２を試
料保持台７０に取りつけ、図４の実施例と同じ操作によ
り試料のレターデーションＲを算出して記憶する。１回
の測定が終わると、モータ８２を駆動させ、試料保持台
７０を一定角、例えば１０度回転させて、再び上と同じ
動作を行なわせる。このようにして、試料の向きを変え
ながらレターデーションを求める。
【００３８】さらに、以上の測定動作を、モータ６８を
駆動して一定角、例えば５°ずつ試料保持台７０を傾け
ることにより試料の傾斜角度を変えながら繰り返してレ
ターデーションを求める。コンピュータ５２では、試料
保持台７０の回転角度をモータ８２の駆動パルスによっ
て読み取り、試料保持台７０の傾斜角度をモータ６８の
駆動パルスによって読み取る。
駆動して一定角、例えば５°ずつ試料保持台７０を傾け
ることにより試料の傾斜角度を変えながら繰り返してレ
ターデーションを求める。コンピュータ５２では、試料
保持台７０の回転角度をモータ８２の駆動パルスによっ
て読み取り、試料保持台７０の傾斜角度をモータ６８の
駆動パルスによって読み取る。
【００３９】図６の実施例によれば、シート状試料の複
屈折率の測定を試料の傾斜角度及び回転角度を自動的に
調整しながら行なうことができるようになり、３軸方向
の屈折率測定を高精度に、自動的に行なうことができる
ようになる。図６の実施例でも位相板３６は複数波長を
用いてレターデーションの次数を決定する場合の位相板
として利用される他に、受光素子出力の最大値Ｉｏと最
大値Ｉｍの差が小さいときに試料のレターデーションを
１／４波長分移動させるための位相板としての機能も果
たすことができる。試料保持機構６０は試料２２を回転
させるとともに、傾斜させることができる。その結果、
図６の測定装置では、次数及びレターデーションを正確
に求めることができるとともに、試料の回転角と傾斜角
を変えながら３軸方向の屈折率測定を高精度に行なうこ
とができる。
屈折率の測定を試料の傾斜角度及び回転角度を自動的に
調整しながら行なうことができるようになり、３軸方向
の屈折率測定を高精度に、自動的に行なうことができる
ようになる。図６の実施例でも位相板３６は複数波長を
用いてレターデーションの次数を決定する場合の位相板
として利用される他に、受光素子出力の最大値Ｉｏと最
大値Ｉｍの差が小さいときに試料のレターデーションを
１／４波長分移動させるための位相板としての機能も果
たすことができる。試料保持機構６０は試料２２を回転
させるとともに、傾斜させることができる。その結果、
図６の測定装置では、次数及びレターデーションを正確
に求めることができるとともに、試料の回転角と傾斜角
を変えながら３軸方向の屈折率測定を高精度に行なうこ
とができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明では、次数ｎを決定し、レターデ
ーションを測定することができるだけでなく、極大値Ｉ
ｏと極小値Ｉｍとの差が小さいときには検出精度を高め
ることができる。試料の傾斜角度及び回転角度を調整で
きる機構をさらに追加することにより、試料の回転角と
傾斜角を変えながら次数及びレターデーションを正確に
求めることができるようになる。
ーションを測定することができるだけでなく、極大値Ｉ
ｏと極小値Ｉｍとの差が小さいときには検出精度を高め
ることができる。試料の傾斜角度及び回転角度を調整で
きる機構をさらに追加することにより、試料の回転角と
傾斜角を変えながら次数及びレターデーションを正確に
求めることができるようになる。
【図１】レターデーション測定原理を説明する図であ
り、（Ａ）は試料の光学主軸と偏光板の偏光方向の関係
を示す図、（Ｂ）は試料を透過した常光線と異常光線の
位相差を示す図である。
り、（Ａ）は試料の光学主軸と偏光板の偏光方向の関係
を示す図、（Ｂ）は試料を透過した常光線と異常光線の
位相差を示す図である。
【図２】偏光板の回転角に対する受光素子検出出力の強
度分布を示す図である。
度分布を示す図である。
【図３】本発明における次数決定動作を示す図である。
【図４】第１の実施例を示す概略斜視図である。
【図５】図４の実施例の動作の一例を示すフローチャー
ト図である。
ト図である。
【図６】第２の実施例を示す概略斜視図である。
【図７】図６の実施例における試料保持装置を示す分解
斜視図である。
斜視図である。
２ 光源 ８ フィルタ １２，３４，３８，４６，４８ ステッピングモー
タ １４，１８ 偏光板 ２２ 試料 ２４ 受光素子 ３６ 位相板 ５２ コンピュータ
タ １４，１８ 偏光板 ２２ 試料 ２４ 受光素子 ３６ 位相板 ５２ コンピュータ
フロントページの続き (72)発明者 今川 恭次 兵庫県尼崎市常光寺４丁目３番１号 神 崎製紙株式会社神崎工場内 (56)参考文献 特開 平２−102437（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−102436（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−240777（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−229910（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−281136（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294250（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281567（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−89553（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−35244（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−180242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−82345（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/21 - 21/23 G01J 4/00 - 4/04
Claims (6)
- 【請求項１】 測定光路に測定光を供給する光源部と、 測定光の波長を選択するフィルタ部と、 測定光路上に配置され、偏光方向を一定の関係に保った
２枚の偏光板を備え、その間に配置された試料に対して
相対的に回転する偏光・検光部と、 光源側の偏光板と試料との間の測定光路上に配置される
レターデーション可変の位相板と、 前記位相板を測定光路上の位置と測定光路から外れた位
置との間で移動させる移動機構と、 前記位相板の光学主軸の方向を試料の光学主軸の方向と
一致させるように、前記位相板を測定光路を中心として
回転させる回転機構と、 前記偏光・検光部、前記位相板及び試料を透過した測定
光を検出する光検出部と、 前記フィルタ部での波長選択、前記偏光・検光部の回
転、前記位相板のレターデーション変化、前記移動機構
及び前記回転機構の動作を制御するとともに、前記光検
出部の出力信号を取り込んで試料のレターデーションを
算出するデータ処理・制御部と、を備えた複屈折測定装
置。 - 【請求項２】 前記データ処理・制御部は、前記フィル
タ部により第１の波長の測定光を選択し、前記移動機構
を作動させて前記位相板を測定光路上に配置させ、前記
回転機構を作動させて位相板の光学主軸の方向を試料の
光学主軸の方向と一致させ、第１の波長の測定光に対し
て試料と前記位相板とを合わせたレターデーションに基
づく位相差が２πの整数倍になるように前記位相板のレ
ターデーションを変化させた後、前記フィルタ部により
第１の波長に近接した第２の波長の測定光を選択し、前
記偏光・検光部を試料に対して相対的に１回転させ、そ
のときの透過光強度の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの関係
を、予め作成してあるレターデーションの次数と前記関
係との関係にあてはめて、試料のレターデーションの次
数ｎを決定し、その後にレターデーションを算出する手
段を備えている請求項１に記載の複屈折測定装置。 - 【請求項３】 前記データ処理・制御部は、前記位相板
を測定光路から外した状態で、前記偏光・検光部を試料
に対して相対的に１回転させたときの前記光検出部の出
力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの比又は差が予め定
めた基準範囲内であるか否かを検知する検知手段を備
え、光検出部の出力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの
比又は差が前記基準範囲内のときはその最大値Ｉｏと最
小値Ｉｍを基にしてレターデーションを算出し、光検出
部の出力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの比又は差が
前記基準範囲内でないときは前記移動機構を作動させて
前記位相板を測定光路上に配置させ、前記回転機構を作
動させて前記位相板の光学主軸の方向を試料の光学主軸
の方向と一致させ、第１の波長の測定光に対して１／４
波長板となるように前記位相板のレターデーションを変
化させた後、前記偏光・検光部を試料に対して相対的に
１回転させ、そのときの前記光検出部の出力信号の最大
値Ｉｏと最小値Ｉｍを基にしてレターデーションを算出
する手段を備えている請求項１に記載の複屈折測定装
置。 - 【請求項４】 前記データ処理・制御部は、前記フィル
タ部により第１の波長の測定光を選択し、前記移動機構
を作動させて前記位相板を測定光路上に配置させ、前記
回転機構を作動させて位相板の光学主軸の方向を試料の
光学主軸の方向と一致させ、第１の波長の測定光に対し
て試料と前記位相板とを合わせたレターデーションに基
づく位相差が２πの整数倍になるように前記位相板のレ
ターデーションを変化させた後、前記フィルタ部により
第１の波長に近接した第２の波長の測定光を選択し、前
記偏光・検光部を試料に対して相対的に１回転させ、そ
のときの透過光強度の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの関係
を、予め作成してあるレターデーションの次数と前記関
係との関係にあてはめて、試料のレターデーションの次
数ｎを決定し、その後にレターデーションを算出する手
段と、前記位相板を測定光路から外した状態で、前記偏
光・検光部を試料に対して相対的に１回転させたときの
前記光検出部の出力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍとの
比又は差が予め定めた基準範囲内であるか否かを検知す
る検知手段を備え、光検出部の出力信号の最大値Ｉｏと
最小値Ｉｍとの比又は差が前記基準範囲内のときはその
最大値Ｉｏと最小値Ｉｍを基にしてレターデーションを
算出し、光検出部の出力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍ
との比又は差が前記基準範囲内でないときは前記移動機
構を作動させて前記位相板を測定光路上に配置させ、前
記回転機構を作動させて前記位相板の光学主軸の方向を
試料の光学主軸の方向と一致させ、第１の波長の測定光
に対して１／４波長板となるように前記位相板のレター
デーションを変化させた後、前記偏光・検光部を試料に
対して相対的に１回転させ、そのときの前記光検出部の
出力信号の最大値Ｉｏと最小値Ｉｍを基にしてレターデ
ーションを算出する手段と、を備えている請求項１に記
載の複屈折測定装置。 - 【請求項５】 試料をその面内で回転する機構、及び試
料の表面に沿う一直線を中心として試料を傾ける機構を
さらに備え、前記データ処理・制御部は試料を一定角度
ずつ回転と傾斜をさせながらレターデーションを算出す
る手段を備えている請求項１，２又は３に記載の複屈折
測定装置。 - 【請求項６】 第１の波長の測定光に対する１／２波長
板を測定光路に出入可能にさらに設け、 前記データ処理・制御部は、第１の波長の測定光に対し
て試料と前記位相板とを合わせたレターデーションに基
づく位相差が２πの整数倍になるように前記位相板のレ
ターデーションを変化させる際、試料、前記位相板及び
前記１／２波長板を合わせたときのレターデーションが
πの整数倍となるように前記位相板を調整した後、前記
１／２波長板を測定光路から外す手段を備えている請求
項２，４又は５に記載の複屈折測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05302493A JP3246040B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 複屈折測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05302493A JP3246040B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 複屈折測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241987A JPH06241987A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3246040B2 true JP3246040B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=12931330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05302493A Expired - Fee Related JP3246040B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 複屈折測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246040B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100868374B1 (ko) * | 2006-10-31 | 2008-11-12 | 한국생산기술연구원 | 잔류응력 추정 방법 및 장치 |
| KR100844034B1 (ko) * | 2006-10-31 | 2008-07-04 | 한국생산기술연구원 | 복굴절 측정 장치 및 방법 |
| JP5060388B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2012-10-31 | 王子計測機器株式会社 | オンライン位相差測定装置 |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP05302493A patent/JP3246040B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06241987A (ja) | 1994-09-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |