JP4969631B2 - 複屈折特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過性のある対象物の光学特性（複屈折位相差など）を測定する複屈折特性測定装置に関するものである。

近年、モバイル液晶技術の急速な発展などに伴い、液晶や機能性光学フィルムの定量的な評価方法が望まれている。このような状況を反映して、高分子配向状態、膜厚、複屈折の波長依存特性に基づく光学材料の評価を複屈折分散計測に基づいて行う手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

所定の面積にわたって機能性光学材料の特性評価を行う方法としては、波長（波数）ごとに光源の設定を変更し、各波長の光を２次元状に広げて光学材料の所定の面積へ透過させ、その透過光の像をＣＣＤカメラで検出し、ＣＣＤカメラで検出された各波長での光強度の２次元分布を所定の波長帯域分だけ取得し、複数の波長での光強度の２次元分布から、光学材料において光が透過した範囲の評価を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−１７２６９１号公報（明細書段落００５６〜００６７、図４，５）

上述のように、液晶や機能性光学フィルムなどの機能性光学材料の需要は急速に増加しているため、大量生産時における機能性光学材料の迅速な評価が望まれている。

しかしながら、上述の所定の面積にわたって機能性光学材料の特性評価を行う方法では、波長の異なる光を順番に光学材料に透過させるため、光学材料が移動している場合には、波長の切換時間などに起因して、光学材料が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく光学材料を正確に評価することは難しい。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、測定対象が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく測定対象を正確に評価することができる複屈折特性測定装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、受光部が２次元配列された受光手段と、所定の帯域成分を含む光を、所定方向に連続しその方向に搬送される透過性のある対象物の幅方向の所定の範囲に透過させ、その透過光を分光し、対象物の幅方向の各所定の位置を透過し分光した光を、受光手段の２次元配列された受光部の列ごとまたは行ごとに入射させる光学系と、測定に係る所定の波長帯域において透過光の光強度が周期的に変化しその波長帯域での透過光の光強度特性が既知である、光学系に挿入された光学素子と、を備える。

これにより、対象物内のある幅についての所定の波長（波数）帯域の透過光成分を受光手段によりまとめて検出することができるため、対象物内のある幅についての光学特性を迅速に計算することができ、対象物が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく対象物の光学特性を正確に評価することができる。また、測定に係る所定の波長帯域において対象物の透過光の光強度が１周期以上変化しない場合でも、この光学素子により、対象物の透過光が変調されることになるため、対象物の複屈折位相差特性を正確に計算することができる。

さらに、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、上記発明の複屈折特性測定装置に加え、受光手段による１回の受光により、対象物の幅方向の所定の範囲のすべての位置のそれぞれに対応する１列または１行の受光部により得られた光強度の分布からその位置の複屈折位相差を計算し、対象物の幅方向の所定の範囲のすべての位置の複屈折位相差を計算する計算手段と、対象物の搬送に応じて、計算手段により対象物の搬送方向の各位置における複屈折位相差を繰り返し計算させる制御手段とを備える。

これにより、対象物のある幅についての所定の波長（波数）帯域の透過光成分を受光手段によりまとめて検出することができ、この２次元的に分布した光の検出を繰り返すことで、対象物が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく対象物の光学特性を正確に評価することができる。

さらに、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、上記発明の複屈折特性測定装置のいずれかに加え、対象物の幅方向の各位置に対応する１列または１行の受光部により得られた光強度の分布をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、フーリエ変換処理手段によるフーリエ変換後のフーリエスペクトルのうちの直流成分以外の１つのピーク波形部分を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、その１つのピーク波形部分の位置および形状に基づいて複屈折位相差のオフセット値を計算するオフセット計算手段と、オフセット値と逆フーリエ変換後の各波長での位相成分との和を、各波数での複屈折位相差として計算する複屈折位相差計算手段とを、計算手段に有する。

これにより、２π以上の複屈折位相差も正確に計算することができる。また、フーリエ変換後のスペクトルのうちの１つのピーク波形分のデータに基づいてオフセット値と逆フーリエ変換を行うことができるため、取り扱うデータ量が少なくて済み、記憶領域を節約することができる。

さらに、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、上記発明の複屈折特性測定装置のいずれかに加え、計算手段により計算された複屈折位相差の値に基づいて、対象物の搬送方向およびまたは幅方向の各位置の特性が適正であるか否かを判定する判定手段を備える。

これにより、搬送中の対象物に、光学特性が適正ではない箇所があれば、それを検出することができる。

さらに、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、上記発明の複屈折特性測定装置のいずれかに加え、判定手段により適正ではないと判定された位置に対応する位置に所定のマーキングを行う。

これにより、対象物の搬送後であっても、光学特性が適正ではない箇所の位置を簡単に特定することができる。

また、本発明の複屈折特性測定装置の１つは、受光部が２次元配列された受光手段と、所定の帯域成分を含む白色光を生成する白色光源と、白色光を、所定方向に連続しその方向に搬送される透過性のある対象物の幅方向に広げるリニアライトガイドと、対象物を透過した光を収束するレンズと、その透過光を波長別に分光し、対象物の幅方向の各所定の位置を透過した光を、受光手段の２次元配列された受光部の列ごとまたは行ごとに入射させる分光手段と、対象物の搬送に伴って繰り返し、対象物の幅方向の各位置について受光手段の列ごとまたは行ごとに得られた光強度分布に基づいて対象物の幅方向の所定の範囲の複屈折位相差を計算する演算装置とを備える。

これにより、対象物内のある幅についての所定の波長（波数）帯域の透過光成分を受光手段によりまとめて検出することができるため、対象物内のある幅についての光学特性を迅速に計算することができ、対象物が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく対象物の光学特性を正確に評価することができる。

本発明によれば、測定対象が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく測定対象を正確に評価することができる複屈折特性測定装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る複屈折特性測定装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における分光カメラの一例を示す断面図である。 図３は、実施の形態１に係る複屈折特性測定装置の光学系を示す斜視図である。 図４は、実施の形態１における分光カメラのＣＣＤの受光部の２次元配列の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１における演算装置の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態１に係る複屈折特性測定装置における演算装置の動作を説明するフローチャートである。 図７は、測定対象の光学材料を透過した光の、波数に対する光強度特性の一例を示す図である。 図８は、発光装置からの白色光の光強度特性と測定対象の光学材料の透過光の光強度特性との対応関係の一例を示す図である。 図９は、ある透明フィルムを透過した光の２次元状の像の一例を示す図面代用写真である。 図１０は、フーリエ変換後の振幅スペクトルの概要を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る複屈折特性測定装置の構成を示す図である。 図１２は、対象物の透過光の光強度特性の一例と複屈折位相差板の透過光の光強度特性の一例を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る複屈折特性測定装置の構成を示す図である。図１において、発光装置１は、所定の波長（波数）帯域成分を含む光を発生し出射する装置である。この実施の形態１では、発光装置１として白色光源が使用され、その光源には、例えばハロゲンランプが使用される。

また、リニアライトガイド２は、発光装置１からの入射光を所定の幅方向に広げて出射する光学装置である。

また、偏光子３は、検光子４と対となり、リニアライトガイド２からの光を直線偏光とする入射側の偏光子である。検光子４は、偏光子３と対となり、対象物２０１を透過した光を直線偏光とする出射側の偏光子である。

また、フィールドレンズ５は、検光子４と分光カメラ６との間に配置され、検光子４から出射した所定の幅の光を収束させるレンズである。

また、分光カメラ６は、所定の幅の入射光を、幅方向と垂直方向に分光するグリズムと、光電変換する受光部が２次元配列されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）とを内蔵し、入射光の幅方向の各位置における各波長成分の光強度を電気信号として出力する装置である。

なお、上記発光装置１からフィールドレンズ５までの光学系は、所定の帯域成分を含む光を、対象物２０１の搬送方向に略垂直な幅方向の所定の範囲に透過させ、その透過光を分光し、対象物の幅方向の各所定の位置を透過し分光した光を、分光カメラ６内のＣＣＤの２次元配列された受光部の列ごと（または行ごと）に入射させる光学系を構成する。

また、演算装置７は、対象物２０１の搬送に伴って繰り返し、対象物２０１の幅方向の各位置について分光カメラ６におけるＣＣＤの列ごと（または行ごと）に得られた光強度分布に基づいて対象物２０１の幅方向の所定の範囲の各位置の複屈折位相差を計算する装置である。

また、ロール軸１０１は、ロール状の対象物２０１の回転可能に支持する回転軸である。ロール軸１０２は、対象物２０１をロール状に巻き取る回転軸である。また、搬送ローラ１０３，１０４は、対象物２０１に接触しつつ回転し、所定の搬送方向に対象物２０１を進行させる搬送機構である。また、ガイド１０５は、搬送中の対象物２０１の幅方向の位置を略一定に保つために、搬送方向以外の方向への対象物２０１の移動を規制する規制機構である。なお、ガイド１０５は、偏光子３から検光子４への光路を塞がない形状および構造とされる。実施の形態１では、ロール軸１０１，１０２、搬送ローラ１０３，１０４、およびガイド１０５により、対象物２０１を搬送する搬送手段が構成される。

なお、対象物２０１は、所定方向に連続し透過性のある液晶、機能性光学フィルムなどといった光学材料である。対象物２０１は、その連続方向（つまり長手方向）に搬送される。

図２は、実施の形態１における分光カメラ６の一例を示す断面図である。図２に示す分光カメラ６は、分光カメラ６に不要な光が入射しないようにするスリット１１、分光手段としてのグリズム１２およびＣＣＤ１３を有する。グリズム１２は、回折格子１２ａと２つの三角柱プリズム１２ｂ，１２ｃからなり、一方のプリズム１２ｂの斜面が光の入射面となり、他方のプリズム１２ｃの斜面が光の出射面となる。

ここで、実施の形態１における光学系での各光学素子の配置について説明する。図３は、実施の形態１に係る複屈折特性測定装置の光学系を示す斜視図である。

リニアライトガイド２は、対象物２０１の搬送方向に対して略垂直方向の所定の幅で光を出射する位置に配置される。実施の形態１では、偏光子３および検光子４は、ともに、主軸方位が４５度となるように配置される。これにより、平行ニコルの条件とされる。フィールドレンズ５は、検光子４からの幅広な光をスリット１１およびグリズム１２を介してＣＣＤ１３の受光面に収束させる位置に配置される。

また、分光カメラ６のスリット１１は、リニアライトガイド２からの出射光の幅広方向に対して平行な方向に幅広に開口するように配置される。グリズム１２は、スリット１１を通過したフィールドレンズ５からの光の幅広方向と回折格子１２ａおよびプリズム１２ｂ，１２ｃとが略平行になるように配置される。

分光カメラ６のＣＣＤ１３は、幅広方向の各位置の光がその位置に対応する受光部の１列に入射し、かつその１列の各受光部に、分光により空間的に分離した所定の波長（波数）帯域の各成分が入射する位置に配置される。

図４は、実施の形態１における分光カメラ６のＣＣＤ１３の受光部１３ｂの２次元配列の一例を示す図である。図４に示すように、ＣＣＤ１３のＸ軸方向には、Ｙ軸方向に配列した所定の数の受光部１３ｂからなる受光部列１３ａが所定の数だけ配列している。そして、各受光部列１３ａが、対象物２０１の幅方向の所定の範囲における各位置に対応付けられている。そして、１つの受光部列１３ａにおける一端の受光部１３ｂは、測定範囲の波長（波数）帯域のうちの最小の波長（最大の波数）に対応付けられ、残りの一端の受光部１３ｂは、測定範囲の波長（波数）帯域のうちの最大の波長（最小の波数）に対応付けられている。

図５は、実施の形態１における演算装置７の構成を示すブロック図である。図５において、制御手段４１は、インタフェース４２を介して発光装置１による発光を制御するとともに、演算装置７内の計算手段４７などの処理順序を制御する。例えば、制御手段４１は、対象物２０１の搬送に応じて、計算手段４７により対象物２０１の搬送方向の各位置における複屈折位相差を繰り返し計算させる。インタフェース４２は、発光装置１と通信可能な通信回路である。

また、Ａ／Ｄ変換器４３は、アナログの電気信号をデジタル信号に変換する回路である。インタフェース４４は、Ａ／Ｄ変換器４３からデジタル信号を取得し、デジタルデータとして記憶手段４５に記憶する。

また、記憶手段４５は、分光カメラ６のデジタルデータ、計算途中のデータ、計算結果のデータなどを記憶する半導体メモリである。

また、校正手段４６は、発光装置１の出射光の、所定の波長（波数）帯域での光強度特性の既知のデータに基づいて、ＣＣＤ１３の受光部列１３ａからのデータを校正し、所定の波長（波数）帯域での発光装置１の出射光の光強度のばらつきの要素を消す。つまり、校正手段４６により、各波長（波数）について、受光部１３ｂのデータの値を、発光装置１の出射光のその波長（波数）での光強度で除算することで、発光装置１の出射光の、所定の波長（波数）帯域での光強度特性がフラットである場合と同一視することができる。

また、計算手段４７は、ＣＣＤ１３による１回の受光（１回の撮像）により、対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置のそれぞれに対応する受光部列１３ａにより得られた光強度の分布からその位置の複屈折位相差を計算し、対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置の複屈折位相差を計算する。

計算手段４７において、フーリエ変換処理手段４７ａは、対象物２０１の幅方向の各位置に対応する受光部列１３ａにより得られた測定波長（波数）域での光強度の分布を、高速フーリエ変換アルゴリズムなどでフーリエ変換し、変換後のフーリエスペクトルのデータを記憶手段４５に格納する。

また、オフセット計算手段４７ｂは、そのフーリエスペクトルのうちの直流成分以外の１つのピーク波形の位置および形状から複屈折位相差のオフセット値を計算し、計算結果を記憶手段４５に格納する。

また、逆フーリエ変換処理手段４７ｃは、オフセット計算手段４７ｂにより使用されるピーク波形の部分を、高速フーリエ変換アルゴリズムなどを応用して逆フーリエ変換し、変換後の各位相成分のデータを記憶手段４５に記憶する。なお、変換後の各成分の値は、０〜２πの範囲となる。これは、逆フーリエ変換時の位相特性の導出に、逆正接が使用されており、逆正接の値域幅が２πであるためである。

また、複屈折位相差計算手段４７ｄは、各波長（波数）について、オフセット計算手段４７ｂによるオフセット値と逆フーリエ変換処理手段４７ｃの位相成分との和を、複屈折位相差として計算する。

また、データ格納手段４８は、例えばハードディスクドライブ、ディスクアレイなどといったデータ格納装置であって、分光カメラ６からのデジタルデータ、計算結果である各位置での複屈折位相差特性のデータなどを格納する。表示手段２７は、分光カメラ６からのデジタルデータに基づくＣＣＤ１３の受光像、計算結果である各位置での複屈折位相差のデータに基づく、対象物２０１の複屈折位相差の２次元分布画像などを図示せぬ表示装置で表示する。

なお、制御手段４１、校正手段４６、計算手段４７および判定手段５０は、所定のプログラムとそのプログラムに従って動作するＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサを有するコンピュータにより実現可能である。また、そのように実現した場合には、インタフェース４４、データ格納手段４８および表示手段４９と記憶手段４５との間のデータの授受も、そのコンピュータによる制御に従って行われる。

次に、上記装置の動作について説明する。

搬送ローラ１０３，１０４などの搬送手段により、対象物２０１が所定の搬送方向へ搬送される。

発送装置１は、測定する波長帯域の成分を含む白色光を生成する。この白色光は、リニアライトガイド２によりある方向に広げられ、幅広な光として偏光子３に入射する。偏光子３は、各波長成分についての４５度の直線偏光を出射する。なお、偏光子３の偏光特性は、通過光の波長に依存しない。

偏光子３からの各波長の直線偏光は、測定光として、その時点での対象物２０１の測定部位を通過する。その際、対象物２０１を通過する光は、対象物２０１の各波長での複屈折特性によって影響を受ける。対象物２０１の配向状態や応力状態に応じて、各波長での複屈折特性が変化するため、対象物２０１から出射する幅広な光は、その光が通過した対象物２０１の幅方向の所定の範囲について、これらの情報を内包する。

対象物２０１を通過した光は、検光子４に入射する。検光子４から出射した直線偏光は、フィールドレンズ５により収束されつつ分光カメラ６に入射する。なお、検光子５の偏光特性は、通過光の波長に依存しない。

分光カメラ６では、スリット１１を通過した幅広な光がグリズム１２に入射する。グリズム１２は、この入射光を各波長成分に分離し各波長成分の光を、図２に示すように、光の幅広方向とは垂直な面内で別々の方向に出射する。幅広方向の各位置において、グリズム１２により分離された各波長の光は、空間的に分離した状態でその位置に対応するＣＣＤ１３の受光部列１３ａの各受光部１３ｂに入射する。ＣＣＤ１３は、波長ごとに光強度を電気信号に変換し受光部列１３ａごとにそのアナログ信号を出力する。このＣＣＤ１３からの信号は、演算装置７に供給される。

次に、演算装置７の動作について説明する。図６は、実施の形態１に係る複屈折特性測定装置における演算装置７の動作を説明するフローチャートである。

まず、演算装置７は、測定に係るすべての受光部列１３ｂのそれぞれから１列分の光強度データを取得する。その際、演算装置７では、Ａ／Ｄ変換器４３が、ＣＣＤ１３からの信号をデジタル信号に変換し、インタフェース４４が、そのデジタル信号をデジタルデータに変換する。そして、各受光部列１３ａからの１列分の光強度データが、記憶手段４５に記憶される（ステップＳ１）。

図７は、測定対象の光学材料を透過した光の、波数に対する光強度特性の一例を示す図である。図７に示すように、光強度は、波数に応じて周期的に変動する。したがって、各受光部列１３ａからの１列分の光強度データの値も、この特性と同様な波形として得られる。

なお、発光装置１からの白色光の光強度特性が、測定に係る波長帯域においてフラットではない場合には、校正手段４６は、予め格納している発光装置１の光強度特性に基づいて、ＣＣＤ１３の受光部列１３ａの光強度データを校正し、記憶手段４５に記憶されている各列の光強度データを更新する。

図８は、発光装置１からの白色光の光強度特性と測定対象の光学材料の透過光の光強度特性との対応関係の一例を示す図である。発光装置１からの白色光の光強度特性が例えば図８（Ａ）に示すものである場合には、測定対象の光学材料を透過した光の光強度特性は図８（Ｂ）のようになり、図８（Ｂ）の波形の包絡線の形状が図８（Ａ）の波形とほぼ同様となる。このように、発光装置１からの白色光の光強度特性がフラットではない場合には、校正手段４６により、発光装置１からの白色光の各波長での光強度の不均一性が測定系から排除される。

また、図９は、ある透明フィルムを透過した光の２次元状の像の一例を示す図面代用写真である。図９の紙面横方向が対象物２０１の幅方向（３００ｍｍ）に対応し、紙面縦方向が分光後の光の波長（３３８〜８１３ｎｍ）に対応する。図９に示すように、紙面縦方向に濃淡の縞が見られる。この写真は、一例として、いわゆるＯＨＰシートに光を透過させた場合のものであり、製造過程で生じた高分子の配向むらに起因して縞が発生している。対象物２０１の測定部位の光学特性が均一であれば、これらの縞は直線状となりかつ平行となる。

このようにして、各時点での、対象物２０１の測定部位（幅方向の所定の範囲）について測定した各位置および各波長での光強度データが得られる。

次に、演算手段７の計算手段４７は、各位置に対応する受光部列１３ａの光強度データに基づいて、各位置における複屈折位相差を計算する。ここで、まず、各位置における複屈折位相差が得られる原理について説明する。

まず、上述した光学系により、対象物２０１を通過した光の各波数ｋでの光強度Ｉ（ｋ）は、式（１）のとおりとなる。

式（１）は、オイラーの公式を用いると式（２）に書き直せる。

そして、式（２）のｃ（ｋ）は、式（３）のように表される。

ある測定位置の光強度特性を波数方向へフーリエ変換すると、ａ（ｋ）に対応するＡ（ｆ）、ｃ（ｋ）に対応するＣ（ｆ）およびｃ^＊（ｋ） に対応するＣ^＊（ｆ） の３つのピーク波形が得られる。図１０は、フーリエ変換後の振幅スペクトルの概要を示す図である。

この３つのピーク波形のうち、Ｃ（ｆ）のピーク波形部分をフィルタリングにより抽出し、さらに逆フーリエ変換を施すことで、式（４）に示すようにｃ（ｋ）成分が得られる。さらに、その際の逆フーリエ変換による波数ｋ軸の位相特性が、式（５）に示すように、ちょうど複屈折位相差Δ（ｋ）となる。

しかしながら、式（５）による複屈折位相差Δ（ｋ）では、逆正接により複屈折位相差が得られるため、その値域は、０〜２πの範囲に制限される。つまり、これだけでは、２πを超える複屈折位相差Δ（ｋ）の計測は困難である。そこで、式（５）による複屈折位相差を、式（６）に示すようにφ（ｋ）と一旦おき、逆正接により畳み込まれた２πの整数倍の複屈折位相差分（つまりオフセット成分）を計算し、そのオフセット成分と式（６）のφ（ｋ）との和を、複屈折位相差Δ（ｋ）とする。

このオフセット成分は、測定範囲の最小波数Ｋ_ｍｉｎ に対応するフーリエ周波数ｆ_Ｈ を求め、２π・ｆ_Ｈ・Ｋ_ｍｉｎとして計算すればよい。そして、この最小波数Ｋ_ｍｉｎ に対応するフーリエ周波数ｆ_Ｈ は、図１０（Ｂ）に示すように、１つのピーク波形のピーク値をネピア数ｅの２乗で除算して得られる値でのフーリエ周波数とすればよい。ただし、この最小波数Ｋ_ｍｉｎ に対応するフーリエ周波数ｆ_Ｈ は、ピークのおけるフーリエ周波数ｆ_０ より低いものが選択される。

このようにオフセット成分が得られると、複屈折位相差Δ（ｋ）は、式（７）に示すように、そのオフセット成分と式（６）のφ（ｋ）との和で表される。

これにより、複屈折位相差Δ（ｋ）が、スペクトル内の１つのピーク波形形状から計算される成分と、スペクトル内の１つのピーク波形の逆フーリエ変換による位相特性とを計算することで得られることがわかる。なお、ここでは、偏光子３と検光子４の配置を平行ニコルとしているが、他の条件でもよい。その場合には、それに応じた計算式が得られるので、それに応じて、同様にして複屈折位相差Δ（ｋ）を計算すればよい。

次に、上述の原理に基づいて、各位置における複屈折位相差を計算する際の計算手段４７の動作を説明する。

図６に戻り、演算装置７では、フーリエ変換処理手段４７ａは、複数の受光部列１３ａの光強度データのうち１列の光強度データを選択し、その１列の光強度データについて、波長軸（波数軸）方向へフーリエ変換を行う（ステップＳ３）。フーリエ変換により得られるフーリエスペクトルのデータは、記憶手段４５に記憶される。なお、その際、フーリエスペクトルのデータのうち、上述の１つのピーク波形に対応するデータのみを保存し、他のデータを捨てるようにしてもよい。

次に、オフセット計算手段４７ｂは、上述の１つのピーク波形のデータを検索し、ピーク周波数と、そのフーリエ周波数でのデータの値を特定する。そして、オフセット計算手段４７ｂは、上述の１つのピーク波形のデータに基づいて、スプライン曲線などといった近似曲線を計算し、その曲線に基づき、ピーク周波数でのデータ値をｅの２乗で除算した値に対応するフーリエ周波数ｆ_Ｈ を求める。このフーリエ周波数ｆ_Ｈ は、測定光の帯域の最小波数Ｋ_ｍｉｎ に対応するフーリエ周波数である。なお、その代わりに、ピーク周波数でのデータの値をｅの２乗で除算した値に最も近いデータのフーリエ周波数の値、ピーク周波数でのデータの値をｅの２乗で除算した値を中間に有する２つのデータのフーリエ周波数の平均値などを、フーリエ周波数ｆ_Ｈ としてもよい。

そして、オフセット計算手段４７ｂは、このフーリエ周波数ｆ_Ｈ と、受光部列１３ａの一端の受光部１３ａに対応する波数（つまり、測定帯域の最小波数）と、２πとの積を計算し、その計算結果をオフセット値として記憶手段４５に格納する（ステップＳ４）。

また、逆フーリエ変換処理手段４７ｃは、オフセット計算手段４７ｂが使用した１つのピーク波形のデータに対して逆フーリエ変換を施し、波長ｋ軸における位相特性φ（ｋ）のデータを生成し、記憶手段４５に格納する（ステップＳ５）。

オフセット計算手段４７ｂによるオフセット値の計算および逆フーリエ変換処理手段４７ｃによる逆フーリエ変換が完了すると、複屈折位相差計算手段４７ｄは、各波数ｋについて、オフセット計算手段４７ｂによるオフセット値と逆フーリエ変換処理手段４７ｃによる逆フーリエ変換後の位相φ（ｋ）との和を計算し、その計算結果を、各波数ｋでの複屈折位相差Δ（ｋ）として、選択した受光部列１３ａ（つまり、対象物２０１の幅方向の位置）に関連付けて記憶手段４５に格納する（ステップＳ６）。

このようにして、ステップＳ２で選択した受光部列１３ａに対応する対象物２０１の幅方向の位置についての複屈折位相差特性が得られる。

そして、判定手段５０は、対象物２０１の幅方向のその位置についての複屈折位相差に基づいて、この位置の特性が適正であるか否かを判定する（ステップＳ７）。例えば、判定手段５０は、その位置の各波長での複屈折位相差の値がすべて所定の範囲に入っている場合には、適正であると判定し、そうでない場合には、適正ではないと判定する。また、表示手段４９は、判定手段５０の判定結果や計算手段４７による複屈折位相差を表示してもよい。また、データ格納手段４８は、判定手段５０の判定結果や計算手段４７による複屈折位相差を格納してもよい。その場合には、判定手段５０の判定結果は、対象物２０１の位置を特定するための情報とともに表示されたり格納されたりする。さらに、判定手段５０により適正ではないと判定された場合には、対象物２０１のその位置、あるいはその位置の幅方向の端部に、所定のマークなどを付すようにしてもよい。その場合には、判定手段５０は、そのようなマークを付す機構を制御し、対象物２０１のその位置に塗料などでマークを付す。

その後、制御手段４１は、すべての受光部列１３ａ（つまり対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置）のデータに対して、複屈折位相差を計算する処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ８）。

まだ、複屈折位相差を計算する処理を行っていない受光部列１３ａ（つまり対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置）のデータが存在する場合には、制御手段４１は、次の受光部列１３ａを指定して、計算手段４７に、その受光部列１３ａのデータに基づく複屈折位相差を計算させる（ステップＳ３〜Ｓ６）。そして、制御手段４１は、その位置についての複屈折位相差の計算が完了すると、その位置の特性の判定、表示、記録などを適宜行わせる（ステップＳ７）。

このようにして、すべての受光部列１３ａ（つまり対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置）のデータに対して、複屈折位相差を計算する処理が完了すると、制御手段４１は、次の時点のデータをＣＣＤ１３から記憶手段４５へ読み込ませ（ステップＳ１）、そのデータに基づいて、その時点の測定対象部位に対して同様の処理（ステップＳ２〜ステップＳ９）を行わせる。なお、ＣＣＤ１３からデータを読み込む時点の間隔は、対象物２０１の進行速度、演算装置７の処理速度などに応じて決定される。

これにより、対象物２０１の所定の幅についての特性を、搬送方向に沿って所定の間隔で繰り返し測定することで、搬送中の対象物２０１の特性を２次元的に測定することができる。

以上のように、上記実施の形態１に係る複屈折特性測定装置は、受光部１３ｂが２次元配列されたＣＣＤ１３と、所定の帯域成分を含む光を、対象物２０１の幅方向の所定の範囲に透過させ、その透過光を分光し、対象物２０１の幅方向の各所定の位置を透過し分光した光を、ＣＣＤ１３の受光部列１３ａごとに入射させる光学系（発光装置１からグリズム１２まで）とを備える。

これにより、対象物２０１内のある幅についての所定の波長（波数）帯域の透過光成分をＣＣＤ１３によりまとめて検出することができるため、対象物２０１内のある幅についての光学特性を迅速に計算することができ、対象部２０１が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく対象物２０１の光学特性を正確に評価することができる。したがって、ロール・ツー・ロールで搬送されるフィルム状の対象物２０１の評価にも好適である。

また、上記実施の形態１によれば、演算装置７の計算手段４７は、ＣＣＤ１３による１回の受光（つまり１回の撮像）により、対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置のそれぞれに対応する受光部列１３ａにより得られた光強度の分布からその位置の複屈折位相差を計算し、対象物２０１の幅方向の所定の範囲のすべての位置の複屈折位相差を計算する。そして、制御手段４１は、対象物２０１の搬送に応じて、計算手段４７により対象物２０１の搬送方向の各位置における複屈折位相差を繰り返し計算させる。

これにより、対象物２０１のある幅についての所定の波長（波数）帯域の透過光成分をＣＣＤ１３によりまとめて検出することができ、この２次元的に分布した光の検出を繰り返すことで、対象物２０１が連続的に搬送されていく途中で搬送を妨げることなく対象物２０１の光学特性を正確に評価することができる。

さらに、上記実施の形態１によれば、計算手段４７は、対象物２０１の幅方向の各位置に対応する受光部列１３ａにより得られた光強度の分布をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段４７ａと、フーリエ変換処理手段４７ａによるフーリエ変換後のフーリエスペクトルのうちの直流成分以外の１つのピーク波形部分を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段４７ｃと、その１つのピーク波形部分の位置および形状に基づいて複屈折位相差のオフセット値を計算するオフセット計算手段４７ｂと、オフセット値と逆フーリエ変換後の各波長での位相成分との和を、各波数での複屈折位相差として計算する複屈折位相差計算手段４７ｄとを有する。

これにより、２π以上の複屈折位相差も正確に計算することができる。また、フーリエ変換後のスペクトルのうちの１つのピーク波形分のデータに基づいてオフセット値と逆フーリエ変換を行うことができるため、取り扱うデータ量が少なくて済み、記憶手段４５の記憶領域を節約することができる。

さらに、上記実施の形態１によれば、演算装置７の判定手段５０は、計算手段４７により計算された複屈折位相差の値に基づいて、対象物２０１の搬送方向およびまたは幅方向の各位置の特性が適正であるか否かを判定する。

これにより、搬送中の対象物２０１に、光学特性が適正ではない箇所があれば、それを検出することができる。

さらに、上記実施の形態１によれば、演算装置７の判定手段５０は、適正ではないと判定した位置に対応する対象物２０１の位置に所定のマーキングを行うようにしてもよい。その場合には、対象物の搬送後であっても、光学特性が適正ではない箇所の位置を簡単に特定することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る複屈折特性測定装置は、実施の形態１に係る複屈折特性測定装置に加え、測定に係る所定の波長帯域において光強度の透過率が周期的に変化しその波長帯域での光強度特性が既知である複屈折位相差板を、偏光子３から検光子４までの光学系に挿入したものである。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る複屈折特性測定装置の構成を示す図である。図１１において、複屈折位相差板８１は、測定に係る所定の波長帯域において光強度の透過率が周期的に変化しその波長帯域での光強度特性が既知である光学素子である。実施の形態２では、この複屈折位相差板８１は、偏光子３と対象物２０１との間の光路上に配置されるとともに、複屈折位相差板８１の主軸方位が対象物２０１の主軸方位と同一になるように配置される。

また、演算装置７Ａは、実施の形態１における演算装置７の構成を有し、さらに、測定波長（波数）帯域での複屈折位相差板８１の複屈折位相差のデータを予め格納し、複屈折位相差計算手段４７ｄが、各波長（波数）について、実施の形態１と同様に計算した複屈折位相差から複屈折位相差板８１の既知の複屈折位相差を減算した値を、対象物２０１の複屈折位相差とする。

なお、実施の形態２に係る複屈折特性測定装置のその他の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。

次に、上記装置の動作について説明する。

実施の形態２に係る複屈折特性測定装置では、複屈折位相差板８１が偏光子３と対象物２０１との間の光路上に配置されているため、分光カメラ６で検出される入射光は、複屈折位相差板８１と対象物２０１の両方の各波長での複屈折特性によって影響を受け、この入射光から得られる複屈折位相差は、複屈折位相差板８１の複屈折位相差と対象物２０１の複屈折位相差の和となる。複屈折位相差板８１と対象物２０１の主軸方位をともに０度とした場合には、分光カメラ６で検出される入射光の光強度は、式（８）のようになる。

このため、実施の形態１と同様にして分光カメラ６への入射光の光強度から複屈折位相差を計算すると、複屈折位相差板８１の複屈折位相差と対象物２０１の複屈折位相差の和が計算される。

そこで、実施の形態２における演算装置７Ａの複屈折位相差計算手段４７ｄは、各位置および各波長について、分光カメラ６への入射光の光強度から得られる複屈折位相差（つまり、複屈折位相差板８１の複屈折位相差と対象物２０１の複屈折位相差の和）から、既知の複屈折位相差板８１の複屈折位相差を減算して、対象物２０１の複屈折位相差を計算する。

なお、実施の形態２に係る複屈折特性測定装置のその他の動作は、実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。

図１２は、対象物２０１の透過光の光強度特性の一例と複屈折位相差板８１の透過光の光強度特性の一例を示す図である。図１２に示すように、対象物２０１の透過光の光強度が測定波長（波数）帯域において１周期未満しか振動しない場合には、フーリエ変換処理手段４７ａによりフーリエ変換を正確に行うことが難しいが、そのような場合にも、同帯域において実施の形態２における複屈折位相差板８１が１周期以上の振動を有するため、分光カメラ６への入射光は、複屈折位相差板８１による変調を受け、フーリエ変換処理手段４７ａによりフーリエ変換を正確に行うことが可能になる。

以上のように、上記実施の形態２によれば、複屈折位相差板８１が、偏光子３から検光子４までの光学系に挿入される。なお、実施の形態２では、複屈折位相差板８１は、偏光子３と対象物２０１との間に配置されているが、対象物２０１と検光子４との間に配置してもよい。また、複屈折位相差板８１の代わりに、フィルム状、くさび状などの透明な光学素子や液晶を挿入するようにしてもよい。また、複屈折位相差板８１等の、挿入する光学素子は、測定波長（波数）域で複屈折位相差が一定であるものが好ましい。

これにより、測定に係る所定の波長帯域において対象物２０１の透過光の光強度が１周期以上変化しない場合でも、この複屈折位相差板８１により、対象物２０１の透過光が変調されるため、対象物２０１の複屈折位相差特性を正確に計算することができる。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上述の各実施の形態では、演算装置７，７Ａは、分光カメラ６のＣＣＤ１３から１回の受光による撮像データをまとめて取得しているが、受光部列１３ａごとにアクセス可能なＣＣＤ１３の場合には、受光部列１３ａごとにデータ読込とデータ処理を行うようにしてもよい。

また、上述の各実施の形態において、各受光部列１３ａの光強度データから複屈折位相差を計算する処理（ステップＳ３〜Ｓ６）については、複数の受光部列１３ａに対して並列処理を行うようにしてもよい。

また、上述の各実施の形態において、複屈折位相差の計算後の判定、表示および記録の処理は、各位置（各受光部列１３ａ）の複屈折位相差の計算後に逐次行っているが、１回の受光による幅方向のすべての位置（全受光部列１３ａ）についての複屈折位相差の計算が完了した後に、それらの複屈折位相差について一括して判定、表示および記録の処理を行うようにしてもよい。また、幅方向のすべての位置の複屈折位相差を繰り返し計算していき所定の回数ごとに、未処理の計算結果について一括して判定、表示および記録の処理を行うようにしてもよい。また、対象物２０１についての測定対象となる領域のすべてについて複屈折位相差を計算し、その後に、一括して判定、表示および記録の処理を行うようにしてもよい。なお、事後的に判定、表示および記録の処理を行う場合には、計算時には計算結果の複屈折位相差データを記憶手段４５やデータ格納手段４８に蓄積しておき、その後、記憶手段４５やデータ格納手段４８から複屈折位相差データを読み出し判定、表示および記録の処理を行う。

また、上述の実施の形態では、対象物２０１の各位置を通過した光を分光する手段としてグリズム１２を使用しているが、その代わりに、回折格子および／またはプリズムを使用するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、対象物２０１の各位置を通過し分光した光は、ＣＣＤ１３の受光部１３ｂの１列１３ａに入射するが、受光部１３ｂの１行に入射するようにしてもよい。その場合には、その１行の受光部１３ｂから得られる光強度データに基づいて複屈折位相差特性が計算される。

また、上述の実施の形態における発光装置１は、制御手段４１からの制御信号に基づくタイミングでパルス光を発光するキセノンフラッシュランプなどの光源としてもよいし、連続光を出射するものとしシャッタなどを光路上に設けシャッタの開閉を制御手段４１により制御するようにしてもよい。

なお、上述の各実施の形態において、対象物２０１の測定部位の幅を３００ｍｍとし、測定対象の波長帯域幅を４００ｎｍとし、行方向の画素数が１２８０ピクセルで列方向の画素数が１０２４ピクセルであるＣＣＤ１３を使用した場合には、対象物２０１の幅方向の空間分解能は約３００μｍとなり、波長分解能は約０．４ｎｍとなる。

なお、光強度データから各位置の複屈折位相差を計算する際に採用する原理は、上述のものに限定されず、例えば特開２００３−１７２６９１号公報に開示されているものなど他の原理を使用してもよい。

本発明は、例えば、液晶や機能性光学フィルムなどの機能性光学材料の定量的な評価に適用可能である。さらに、本発明は、例えば、搬送中の機能性光学材料の定量的な評価に適用可能である。

１ 発光装置（白色光源）
２ リニアライトガイド（光学系の一部）
５ レンズ（光学系の一部）
７ 演算装置
１２ グリズム（分光手段、光学系の一部）
１３ ＣＣＤ（受光手段）
１３ａ 受光部列
１３ｂ 受光部
４１ 制御手段
４７ 計算手段
４７ａ フーリエ変換処理手段
４７ｂ オフセット計算手段
４７ｃ 逆フーリエ変換処理手段
４７ｄ 複屈折位相差計算手段
５０ 判定手段
８１ 複屈折位相差板（光学素子）
２０１ 測定対象物（対象物）

Claims (5)

1. 受光部が２次元配列された受光手段と、
   所定の帯域成分を含む光を、所定方向に連続しその方向に搬送される透過性のある対象物の幅方向の所定の範囲に透過させ、その透過光を分光し、上記対象物の幅方向の各所定の位置を透過し分光した光を、上記受光手段の２次元配列された上記受光部の列ごとまたは行ごとに入射させる光学系と、
   測定に係る所定の波長帯域において透過光の光強度が周期的に変化しその波長帯域での透過光の光強度特性が既知である、上記光学系に挿入された光学素子と、
   を備えることを特徴とする複屈折特性測定装置。
2. 前記受光手段による１回の受光により、前記対象物の幅方向の所定の範囲のすべての位置のそれぞれに対応する１列または１行の受光部により得られた光強度の分布からその位置の複屈折位相差を計算し、前記対象物の幅方向の所定の範囲のすべての位置の複屈折位相差を計算する計算手段と、
   前記対象物の搬送に応じて、上記計算手段により対象物の搬送方向の各位置における複屈折位相差を繰り返し計算させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の複屈折特性測定装置。
3. 前記計算手段は、
   前記対象物の幅方向の各位置に対応する１列または１行の受光部により得られた光強度の分布をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、
   上記フーリエ変換処理手段によるフーリエ変換後のフーリエスペクトルのうちの直流成分以外の１つのピーク波形部分を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、
   上記１つのピーク波形部分の位置および形状に基づいて複屈折位相差のオフセット値を計算するオフセット計算手段と、
   上記オフセット値と逆フーリエ変換後の各波長での位相成分との和を、各波数での複屈折位相差として計算する複屈折位相差計算手段と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の複屈折特性測定装置。
4. 前記対象物の搬送に伴って繰り返し、前記対象物の幅方向の各位置について上記受光手段の列ごとまたは行ごとに得られた光強度分布に基づいて前記対象物の幅方向の所定の範囲の複屈折位相差を計算する演算装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複屈折特性測定装置。
5. 所定の帯域成分を含む光を、所定方向に連続しその方向に搬送される透過性のある対象物の幅方向の所定の範囲に透過させ、
   その透過光を分光し、
   上記対象物の幅方向の各所定の位置を透過し分光した光を、受光部が２次元配列された受光手段の受光部の列ごとまたは行ごとに入射させ、
   測定に係る所定の波長帯域において透過光の光強度が周期的に変化しその波長帯域での透過光の光強度特性が既知である光学素子を用いて前記対象物の透過光を変調することを特徴とする複屈折特性測定方法。