JP5140451B2 - Birefringence measuring method, apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に用いられる位相差フイルムなどの光学フイルムの複屈折特性を測定する複屈折測定方法及び装置並びにプログラムに関する。 The present invention relates to a birefringence measuring method, apparatus, and program for measuring birefringence characteristics of an optical film such as a retardation film used in a liquid crystal display device.
近年では、液晶型の表示装置(以下「液晶表示装置」という)が市場に数多く出回っている。この液晶表示装置の表示パネルには液晶物質を封入した液晶セルが設けられており、この液晶セルの一方にバックライトと偏光フィルタが、その他方に位相差フイルムと偏光フィルタが設けられている。 In recent years, many liquid crystal display devices (hereinafter referred to as “liquid crystal display devices”) are on the market. A liquid crystal cell in which a liquid crystal material is sealed is provided on a display panel of the liquid crystal display device. A backlight and a polarizing filter are provided on one side of the liquid crystal cell, and a phase difference film and a polarizing filter are provided on the other side.
液晶セルは光の波長に応じて透過率が変わる波長依存性を有しているため、バックライト及び偏光フィルタを経た光が液晶セルを透過すると、その透過光に位相差が生じるようになる。この透過光の位相差を位相差フイルムで補償する。したがって、透過光の位相差を確実に補償するためには、位相差フイルムの主軸方位(進相軸方位または遅相軸方位)や位相差(レタデーション)などの複屈折特性を精度良く測定することが求められている。 Since the liquid crystal cell has a wavelength dependency in which the transmittance changes according to the wavelength of light, when light passing through the backlight and the polarizing filter passes through the liquid crystal cell, a phase difference is generated in the transmitted light. The phase difference of the transmitted light is compensated with a phase difference film. Therefore, in order to reliably compensate for the phase difference of transmitted light, the birefringence characteristics such as the main axis direction (fast axis direction or slow axis direction) and phase difference (retardation) of the phase difference film must be measured with high accuracy. Is required.
これまで、複屈折特性を測定する方法としては、回転検光子法、位相変調子法、回転位相子法などの様々な方法が提案されている(特許文献1〜3参照)。例えば、回転検光子法を用いる複屈折測定装置では、光源、分光器、偏光子、回転検光子、受光器を、光源の光軸に沿って順に配置し、偏光子と回転検光子との間に位相差フイルムなどの測定対象を入れて、測定対象の主軸方位とレタデーションとを測定する(特許文献1参照)。
So far, various methods such as a rotational analyzer method, a phase modulator method, and a rotational phaser method have been proposed as methods for measuring birefringence characteristics (see
特許文献1の複屈折測定装置では、以下の手順により、位相差フイルムの主軸方位とレタデーションとを求める。まず、回転検光子を一定の角速度で回転させ、その回転検光子から出た光を受光器で検出する。そして、回転検光子の回転角度と、その回転角度のときに受光器で検出した受光光の強度とを対応付けてメモリに記憶する。そして、メモリに記憶した回転角度及びその回転角度のときの受光光の強度に基づいて、位相差フイルムの主軸方位及びレタデーションを求める。
In the birefringence measuring apparatus of
また、位相変調法を用いる複屈折測定装置では、上述の複屈折測定装置の位相子の代わりに、位相差フイルムに入る前の光の位相を周期的に変化させる光弾性変調器が設けられている(特許文献2参照)。また、回転位相子法を用いる複屈折測定装置では、上述の複屈折測定装置で固定していた位相子を回転させて、測定を行う(特許文献3参照)。
しかしながら、特許文献2の複屈折測定装置で用いられる光弾性変調器は高価であるとともに、この光弾性変調器は温度による影響を受けやすいという問題がある。加えて、特許文献2では、測定可能なレタデーションの範囲が「0〜λ/2(λ:光源の波長)」に限定されている。また、特許文献3の複屈折測定装置については、測定対象に対して光源側だけでなく受光器側にも位相子を設けるため、装置の構成が複雑になり、複屈折特性の測定にコストがかかってしまうという問題がある。 However, the photoelastic modulator used in the birefringence measuring apparatus of Patent Document 2 is expensive, and this photoelastic modulator has a problem that it is easily affected by temperature. In addition, in Patent Document 2, the measurable retardation range is limited to “0 to λ / 2 (λ: wavelength of light source)”. In addition, the birefringence measuring apparatus of Patent Document 3 is provided with a retarder not only on the light source side but also on the light receiver side with respect to the measurement target, so that the configuration of the apparatus becomes complicated and the cost for measuring the birefringence characteristics is high. There is a problem that it takes.
これに対して、特許文献1の複屈折測定装置は、特許文献2及び3のものと比較して、コストをかけることなく、簡素に複屈折特性を測定することができるが、次のような問題がある。特許文献1の複屈折測定装置では、予め理論的に得られるレタデーション算出式に基づいて、位相差フイルムのレタデーションを求める。レタデーション算出式は、回転検光子の回転角度及びその回転角度のときの受光光の強度から得られる観測値とレタデーションとの関係を余弦関数で表した式である。レタデーション算出式では、観測値は「−1」〜「+1」の範囲にあり、観測値が「±1」または「±1の近傍」にある場合には、その観測値に対応するレタデーションの測定精度が極めて低くなるという問題がある。
On the other hand, the birefringence measuring apparatus of
この問題に対して、特許文献1では、観測値が「±1」または「±1の近傍」の場合には、偏光子と位相差フイルムの間に位相子を挿入することにより、レタデーションの測定精度の低下を防いでいた。しかしながら、位相子を挿入または離脱させるための装置が別途必要になるため、コストがかかってしまう。また、位相子を挿入する際には位相子の主軸の位置合わせを行う必要があるため、測定に手間及び時間がかかってしまう。
With respect to this problem, in
本発明は、コスト、手間、及び時間などかけることなく且つ簡単な構成で、主軸方位やレタデーションなどの複屈折特性を精度良く測定する複屈折測定方法及び装置並びにプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a birefringence measurement method, apparatus, and program for accurately measuring birefringence characteristics such as principal axis orientation and retardation with a simple configuration without cost, labor, and time. .
上記目的を達成するために、本発明は、光源と、偏光子と、位相子と、透過軸方位が一定の回転角度で変化する回転検光子と、受光器とを用い、前記位相子と前記回転検光子との間に測定対象を入れて、前記測定対象のレタデーションを求める複屈折測定方法において、前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する第1光検出ステップと、前記第1光検出ステップ後に、前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて第1光強度データを作成する第1光強度データ作成ステップと、前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位から前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位に変更する透過軸方位変更ステップと、前記偏光子の透過軸を前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記第1光検出ステップと同様のステップを行う第2光検出ステップと、前記第2光検出ステップ後に、前記第1光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2光強度データを作成する第2光強度データ作成ステップと、前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める主軸方位算出ステップと、前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めるレタデーション算出ステップとを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention uses a light source, a polarizer, a phaser, a rotation analyzer whose transmission axis direction changes at a constant rotation angle, and a light receiver, and the phaser and the phaser In a birefringence measurement method for obtaining a retardation of the measurement object by inserting a measurement object between the rotation analyzer and the light from the light source in a state where the transmission axis of the polarizer is fixed in the first transmission axis direction. A first light detection step detected by the light receiver via the polarizer, the phaser, the measurement object, the rotation analyzer, and a transmission axis direction of the rotation analyzer after the first light detection step. And a first light intensity data creating step for creating first light intensity data by associating the light intensity detected by the light receiver with the transmission axis direction, and the transmission axis of the polarizer as the first transmission The direction different from the first transmission axis direction from the axis direction A second transmission light that performs the same step as the first light detection step in a state in which the transmission axis direction is changed to the second transmission axis direction and the transmission axis of the polarizer is fixed to the second transmission axis direction. After the detection step and the second light detection step, the same step as the first light intensity data creation step is performed to create second light intensity data, and the first or second light intensity data creation step. Based on the light intensity data, the main axis direction calculating step for obtaining the main axis direction of the measurement object, the main axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data, And a retardation calculating step for obtaining a retardation.
前記第1光検出ステップの前に、前記測定対象を除いた状態で、前記第1光検出ステップ及び第1光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第1測定前光強度データを作成する第1の測定前光強度データ作成ステップと、前記第1測定前光強度データに基づいて、前記測定対象に入射する前の光の偏光状態を示す第1ストークスパラメータを求める第1ストークスパラメータ算出ステップと、前記第2光検出ステップの前に、前記測定対象を除いた状態で、前記第2光検出ステップ及び第2光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2測定前光強度データを作成する第2の測定前光強度データ作成ステップと、前記第2測定前光強度データに基づいて、前記測定対象に入射する前の光の偏光状態を示す第2ストークスパラメータを求める第2ストークスパラメータ算出ステップとを有し、前記主軸方位算出ステップでは、前記第1又は第2光強度データに加え、前記第1又は第2ストークスパラメータに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求め、前記レタデーション算出ステップでは、前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び第2光強度データに加え、前記第1及び第2ストークスパラメータに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めることが好ましい。 Before the first light detection step, the same steps as the first light detection step and the first light intensity data creation step are performed in a state where the measurement object is excluded, and the first pre-measurement light intensity data is created. First pre-measurement light intensity data creation step, and first Stokes parameter calculation step for obtaining a first Stokes parameter indicating a polarization state of light before entering the measurement object based on the first pre-measurement light intensity data Before the second light detection step, the same steps as the second light detection step and the second light intensity data creation step are performed in a state where the measurement object is excluded, and the second pre-measurement light intensity data is obtained. A second pre-measurement light intensity data creation step to be created, and a second Stokes indicating the polarization state of the light before entering the measurement object based on the second pre-measurement light intensity data A second Stokes parameter calculation step for obtaining a parameter, and in the main axis direction calculation step, based on the first or second Stokes parameter, in addition to the first or second light intensity data, the main axis of the measurement object In the retardation calculating step, the retardation of the measurement target is calculated based on the first and second Stokes parameters in addition to the main axis direction of the measurement target, the first light intensity data, and the second light intensity data. Is preferably obtained.
前記第1の測定前光強度データ作成ステップ、前記第1ストークスパラメータ算出ステップ、前記第2の測定前光強度データ作成ステップ、及び前記第2ストークスパラメータ算出ステップにおける算出は、測定前に限らず予め事前に行っておくことが好ましい。こうすることで、測定対象の測定フロー中に前記測定対象を除く、またはセットすることが不要となる。また、同時に前記第1及び第2の測定前光強度データ作成ステップや第1及び第2ストークスパラメータ算出ステップは測定フロー上不要となり、測定時間を短縮することができる。 The calculation in the first pre-measurement light intensity data creation step, the first Stokes parameter calculation step, the second pre-measurement light intensity data creation step, and the second Stokes parameter calculation step is not limited to before the measurement. It is preferable to go in advance. By doing so, it becomes unnecessary to remove or set the measurement object during the measurement flow of the measurement object. At the same time, the first and second pre-measurement light intensity data creation steps and the first and second Stokes parameter calculation steps are unnecessary in the measurement flow, and the measurement time can be shortened.
前記レタデーション算出ステップは、前記第1ストークスパラメータ、前記第1光強度データ、及び前記測定対象の主軸方位から得られる第1観測値に基づいて、前記測定対象の第1レタデーション候補値を複数特定する第1レタデーション候補値特定ステップと、前記第2ストークスパラメータ、前記第2光強度データ、及び前記測定対象の主軸方位から得られる第2観測値から得られる第2観測値に基づいて、前記測定対象の第2レタデーション候補値を複数特定する第2レタデーション候補値特定ステップと、複数の前記第1及び第2レタデーション候補値のうち、値が一致またはほぼ一致するレタデーション候補値を前記測定対象のレタデーションとして決定するレタデーション決定ステップとを含むことが好ましい。 The retardation calculating step specifies a plurality of first retardation candidate values of the measurement target based on the first observed value obtained from the first Stokes parameter, the first light intensity data, and the main axis direction of the measurement target. The measurement target based on a second observation value obtained from a first retardation candidate value identification step, the second observation value obtained from the second Stokes parameter, the second light intensity data, and the principal axis direction of the measurement object The second retardation candidate value specifying step for specifying a plurality of second retardation candidate values, and among the plurality of first and second retardation candidate values, a retardation candidate value whose values match or substantially match is set as the measurement target retardation. It is preferable to include a retardation determining step for determining.
前記第1観測値と前記第1レタデーション候補値との関係及び前記第2観測値と前記第2レタデーション候補値との関係は正弦関数で表され、前記第1観測値と前記第1レタデーション候補値の関係から得られる正弦曲線は、前記第2観測値と前記第2レタデーション候補値から得られる正弦曲線と所定の位相分だけ離れていることが好ましい。 The relationship between the first observed value and the first retardation candidate value and the relationship between the second observed value and the second retardation candidate value are expressed by a sine function, and the first observed value and the first retardation candidate value The sine curve obtained from the relationship is preferably separated from the sine curve obtained from the second observed value and the second retardation candidate value by a predetermined phase.
前記第1または第2観測値は「−1」以上「1」以下であり、前記レタデーション決定ステップは、複数の前記第1及び第2レタデーション候補値のうち、値が一致またはほぼ一致するレタデーション候補値を特定するステップと、値が一致またはほぼ一致したレタデーション候補値に対応する観測値が「±1」または「±1の近傍」以外の範囲にあるか否かを判定するステップと、「±1」または「±1の近傍」以外の範囲にある観測値に対応するレタデーション候補値を前記測定対象のレタデーションとして決定するステップとを含むことが好ましい。 The first or second observation value is not less than “−1” and not more than “1”, and the retardation determining step includes a plurality of the first and second retardation candidate values whose values match or substantially match with each other. A step of specifying a value, a step of determining whether or not an observation value corresponding to a retardation candidate value that matches or substantially matches the value is in a range other than “± 1” or “near ± 1”, and “± It is preferable to include a step of determining a retardation candidate value corresponding to an observed value in a range other than “1” or “near ± 1” as the retardation of the measurement target.
前記透過軸方位変更ステップでは、前記偏光子の透過軸を、前記主軸方位に関して前記第1透過軸方位と対称の前記第2透過軸方位に変更することが好ましい。前記偏光子及び前記位相子を経た光は、円偏光、直線偏光、又は楕円偏光であることが好ましい。前記測定対象は位相差フイルムであることが好ましい。 In the transmission axis direction changing step, it is preferable that the transmission axis of the polarizer is changed to the second transmission axis direction symmetrical to the first transmission axis direction with respect to the main axis direction. The light that has passed through the polarizer and the phase shifter is preferably circularly polarized light, linearly polarized light, or elliptically polarized light. The measurement object is preferably a phase difference film.
本発明の複屈折測定装置は、前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位と前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位と間で変更する透過軸方位変更部と、前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位又は前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する光検出部と、前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて、前記偏光子の透過軸が前記第1透過軸方位にあるときの第1光強度データ及び前記偏光子の透過軸が前記第2透過軸にあるときの第2光強度データを作成する光強度データ作成部と、前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める主軸方位算出部と、前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めるレタデーション算出部とを有することを特徴とする。 The birefringence measuring apparatus of the present invention includes a transmission axis direction changing unit that changes the transmission axis of the polarizer between a first transmission axis direction and a second transmission axis direction different from the first transmission axis direction, With the transmission axis of the polarizer fixed to the first transmission axis direction or the second transmission axis direction, the light from the light source is passed through the polarizer, the phaser, the measurement object, and the rotating analyzer. The transmission axis of the polarizer by associating the light detection unit to be detected by the light receiver, the transmission axis direction of the rotating analyzer and the intensity of the light detected by the light receiver at the transmission axis direction. A first light intensity data when the first transmission axis is in the first transmission axis direction and a second light intensity data when the transmission axis of the polarizer is in the second transmission axis; A main axis for obtaining the main axis direction of the measurement object based on the first or second light intensity data A position calculating section, the principal axis direction of the measurement target, the first light intensity data, and based on the second light intensity data, and having a retardation calculation section for obtaining the retardation of the measurement target.
本発明の複屈折測定プログラムは、前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する手順と、前記第1光検出ステップ後に、前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて第1光強度データを作成する手順と、前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位から前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位に変更する手順と、前記偏光子の透過軸を前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記第1光検出ステップと同様のステップを行う手順と、前記第2光検出ステップ後に、前記第1光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2光強度データを作成する手順と、前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める手順と、前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求める手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。 In the birefringence measurement program of the present invention, in the state where the transmission axis of the polarizer is fixed in the first transmission axis direction, the light from the light source is converted into the polarizer, the phaser, the measurement object, and the rotation analyzer. The procedure of detecting by the light receiver via the first light detecting step is associated with the transmission axis direction of the rotating analyzer and the intensity of the light detected by the light receiver at the transmission axis direction. The first light intensity data is generated, the transmission axis of the polarizer is changed from the first transmission axis direction to a second transmission axis direction different from the first transmission axis direction, and the polarizer. The procedure of performing the same step as the first light detection step in the state where the transmission axis is fixed to the second transmission axis direction, and the same as the first light intensity data creation step after the second light detection step Perform the steps to create the second light intensity data The main axis direction of the measurement object based on the first or second light intensity data, the main axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data. And causing the computer to execute a procedure for obtaining the retardation of the measurement target.
本発明によれば、コスト、手間、及び時間などかけることなく且つ簡単な構成で、主軸方位やレタデーションなどの複屈折特性を精度良く測定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately measure birefringence characteristics such as the principal axis direction and retardation with a simple configuration without cost, labor, and time.
図1に示すように、本発明の複屈折測定装置10は、光源11、分光器12、光ファイバ13、レンズ14、偏光子15、位相子16、検光部17、受光器18を備えている。ここで、光源11、分光器12、光ファイバ13の入射部25は、光源の光軸LLに沿って順に設けられており、レンズ14、偏光子15、位相子16、検光部17、受光部18は、光ファイバ13の出射部27の光軸Lに沿って順に設けられている。また、複屈折測定装置10には各種制御及び演算を行うコントローラ20が設けられている。測定対象の位相差フイルム19は、位相子16と回転検光子17との間に挿入される。なお、分光器12は、検光部17と受光器18の間に光軸Lに沿って設けてもよい。
As shown in FIG. 1, the
光ファイバ13の出射部27、レンズ14、偏光子15、位相子16、位相差フイルム19、検光部17、及び受光器18の受光面18aの中心は、光軸Lに合わせられている。以下、光軸Lの方向をZ方向とし、光軸Lに直交する面において水平方向をX方向と、垂直方向をY方向とする。
The centers of the
光源11は単色光源もしくは白色光源から構成される。単色光源には、He−Neレーザ、レーザダイオード、及びLEDなどが用いられる。白色光源には、ハロゲンランプ、Xeランプなどが用いられる。なお、光源11からの光を効率よく光ファイバ13の入射部25まで導くために、光ファイバ13の入射部25手前の光軸LLに沿って、レンズや楕円鏡などの集光手段を取り付けてもよい。
The
分光器12は分光フィルタや回折格子から構成され、光源11からの光のうち、中心波長が590nmでその半値幅が10nmの光を取り出す。なお、分光器で取り出す光の中心波長を590nmとしたが、これに限る必要はなく、分光器により光源からの光の単色性を高めることができればよい。例えば、中心波長は、440nm、550nm、630nm、750nmであることが好ましい。また、半値幅を10nmとしたが、これに限る必要はない。
The
光ファイバ13は、分光器12からの光を取り入れる入射部25と、入射した光を3つに分岐する分岐部26と、各分岐された光を出射する出射部27とを有する。出射部27は、3個の出射部27a〜27cからなる。このように、光源11からの光を複数の出射部27a〜27cに分岐することで、位相差フイルム16の複数箇所の測定が可能となる。なお、出射部27a〜27cを3個としたが、2個または4個以上でもよい。
The
なお、光ファイバの種類としては、分光器からの光の波長が青または赤外の波長領域の光の場合には、光の減衰が大きくなるプラスチック製の光ファイバよりも、石英ガラス製の光ファイバが好ましい。また、光ファイバ13の出射部27からの光に対する、レンズ14による集光作用の効率を高めるために、光ファイバの素線径は細径が好ましく、具体的には、50〜800μmが好ましく、200〜400μmがより好ましい。
As for the type of optical fiber, when the wavelength of the light from the spectroscope is light in the blue or infrared wavelength region, the optical fiber made of quartz glass is used rather than the plastic optical fiber in which the light attenuation is large. Fiber is preferred. Further, in order to increase the efficiency of the condensing action by the
レンズ14はテレセントリックレンズなどから構成され、光ファイバ13の各出射部27a〜27cからの光を、光軸Lに対して平行な光にする。レンズ14の焦点は光ファイバの出射部27bの出射面に合わせられている。これにより、レンズ14から出射される光は、光軸Lに対して平行な光となる。光ファイバ13の素線径を使用し、レンズ14から出射される光のスポット径を数mmとする場合は、レンズの焦点距離は40mmであることが好ましい。また、レンズから出射される光は、スポット径が約4mmの平行光であることが好ましい。
The
偏光子15は直線偏光板から構成され、レンズ14からの光を直線偏光に変換する。偏光子15は消光比が10−6〜10−5オーダーのものが用いられ、例えば、ヨウ素吸収を利用した高分子型や光学結晶を利用したプリズム型が用いられる。
The
偏光子15の透過軸15aの透過軸方位はY方向に対する角度γで表され、透過軸が+Y方向にある場合には透過軸方位γを0°とし、透過軸15aが+Y方向に対して右半円側にある場合には透過軸方位γをプラスの方位と、透過軸15aが+Y方向に対して左半円側にある場合には透過軸方位γをマイナスの方位とする。偏光子15には方位変更部29が取り付けられており、この方位変更部29は、コントローラ20からの指示によって偏光子15を時計回りR1又は反時計回りR2に回転させ、透過軸方位γを変更する。透過軸方位の変更可能範囲は−π/2〜π/2(−90°〜90°)に設定されているが、これに限られない。
The transmission axis direction of the transmission axis 15a of the
位相子16は1/4波長板から構成され、偏光子15からの直線偏光を楕円偏光に変換する。位相子16には、複屈折がある水晶などの光学結晶を組み合わせたものが用いられる。位相子16の主軸16a(進相軸)は、+Y方向からR1方向の45°の方位に設定されている。位相子16は、偏光子15の透過軸方位γが0°以外にある場合に、偏光子15からの直線偏光を楕円偏光に変換し、偏光子15の透過軸方位γが0°にある場合には、偏光子15からの直線偏光を円偏光に変換する。
The
位相子16を出た直後の偏光状態はストークスパラメータS0,S1,S2,S3で表される。これらS1,S1,S2をS0で規格化したストークスパラメータを、以下、XP,YP,ZPとする。ストークスパラメータXP,YP,ZPは、位相差フイルムの複屈折特性を測定する前に、予めコントローラの演算により求められる。
The polarization state immediately after exiting the
位相差フイルム19は測定対象であり、この位相差フイルムの主軸方位αとレタデーションδ(位相差)を、コントローラ20の演算で求める。なお、測定対象は位相差フイルムに限らず、その他の光学部材であってもよい。
The
位相差フイルム19の主軸19a(進相軸)の主軸方位αはY方向に対する角度で表される。主軸19aが+Y方向にある場合に主軸方位αを0°とし、主軸19aが+Y方向に対して右半円側にある場合には主軸方位αをプラスの方位と、主軸19aが+Y方向に対して左半円側にある場合には主軸方位αをマイナスの方位としている。
The principal axis direction α of the
また、位相差フイルム19には方位変更部31が取り付けられており、この方位変更部31は位相差フイルム19をR1方向またはR2方向に回転させて、位相差フイルム19の主軸方位αを変更する。また、位相差フイルム19にはシフト部33が取り付けられており、このシフト部33は、位相差フイルム19をXY面内で移動させて、位相差フイルム19の所定の測定位置を光軸Lに合わせるとともに、位相差フイルム19をXY面内で移動させて、位相差フイルム19を光軸L上から離脱させる。
Further, an azimuth changing unit 31 is attached to the
検光部17は、回転検光子40と、回転体41と、回転駆動部42と、エンコーダ43とを備えている。回転検光子40は直線偏光板から構成され、位相子16または位相差フイルム19から出た光を直線偏光に変換する。回転検光子40の透過軸40aの透過軸方位θはY方向に対する角度で表され、透過軸40aが+Y方向にある場合には透過軸方位θを0°とする。回転体41には中空部が設けられており、この中空部に回転検光子40が嵌め込まれる。
The light analyzing unit 17 includes a rotating analyzer 40, a rotating body 41, a
回転駆動部42は、ブラシレスモータやステッピングモータなどの駆動源45と、駆動源45と回転体41とを連結するベルトや歯車などの連結部46を有している。駆動源45からの回転駆動は、連結部46を介して、回転体41に伝達される。これにより、回転体41は、一定の周期TでR1方向に回転する。この回転体41の回転に従って、回転検光子40の透過軸方位θが一定の周期Tで変更される。エンコーダ43は回転体41に取り付けられており、回転体41が一定の回転角度で回転する毎に、エンコーダパルス信号をコントローラ20に送信する。
The
受光器18は、回転検光子40から出た光を電気信号に変換する。この電気信号(以下「光強度信号」という)は、A/D変換器によりアナログからデジタルに変換されて、コントローラ20に送信される。受光器18の受光面18aには、例えば、ホトダイオード、光電子増倍管(PMT(Photo Multiplier Tube))、CCD(Charge Coupled Device)のいずれかが設けられる。なお、受光面18aの方式により、電流信号を電圧に変換する電流/電圧変換器や、受光感度を可変にするための感度調整器を設けることが好ましい。
The
コントローラ20は、光強度データ記憶部50と、ROM51と、RAM52とを備えている。コントローラ29は、エンコーダ43からのエンコーダパルス信号と受光器18からの光強度信号とに基づき、回転検光子40の透過軸方位θとその透過軸方位θのときに受光器18で検出した受光光の強度とを対応付けて光強度データを作成する。この光強度データは光強度データ記憶部50に記憶される。ROM51には、ストークスパラメータXP,YP,ZPを求める処理、位相差フイルムの主軸方位α及びレタデーションδを求める処理を行うプログラムが記憶されている。RAM52は、前述のプログラムの実行により得られる各種データを記憶する。
The
次に、複屈折測定装置の作用について、図2のフローチャートを参照しながら説明する。まず、位相差フイルム19を光軸L上にセットする前に、方位変更部29により偏光子15をR1方向に回転させて、透過軸方位γをプラスの方位γ1に変更する。そして、回転検光子40を一定の角速度(2π/T)で回転させた状態で、光源11から光を照射する。照射した光は、分光器12、光ファイバ13、レンズ14、偏光子15、位相子16、回転検光子40を介して、受光器18で検出される。また、エンコーダ43を用いて回転検光子40の透過軸方位θを検出し、検出した回転検光子40の透過軸方位θとその透過軸方位θのときの受光光の強度とを対応付けて光強度データSA1(θ)を作成する。この光強度データSA1(θ)は光強度データ記憶部50に記憶される。以下、光源から光を照射してから光強度データを作成するまでのステップを、光強度データ作成ステップという。なお、透過軸方位γ1は8°であることが好ましい。
Next, the operation of the birefringence measuring apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, before setting the
そして、光強度データ記憶部50に記憶した光強度データSA1(θ)に基づいて、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1を求める。求めたストークスパラメータXP1,YP1,ZP1はRAM52に記憶される。このストークスパラメータの算出方法については後述する。
Then, the Stokes parameters XP1, YP1, and ZP1 are obtained based on the light intensity data SA1 (θ) stored in the light intensity
次に、シフト部33を操作し、位相差フイルム19の所定の測定位置を光軸L上にセットする。位相差フイルム19の所定の測定位置が光軸L上にセットされると、光強度データ作成ステップが行われ、光強度データSB1(θ)が作成される。この光強度データSB1(θ)は光強度データ記憶部50に記憶される。
Next, the
次に、光強度データ記憶部50に記憶した光強度データSB1(θ)と、RAM52に記憶されたストークスパラメータXP1,YP1とに基づいて、以下の[数1]式により位相差フイルム19の主軸方位αを求める。
次に、光強度データSB1(θ)及びストークスパラメータXP1,YP1,ZP1に加え、位相差フイルムの主軸方位αに基づき、以下の[数2]式により、レタデーション候補値δ1j(j=1,2)を求める。これらレタデーション候補値のうちのいずれかを、後述の処理により、位相差フイルム19のレタデーションδとして特定する。
[数2]の右辺第1項の式は、光強度データSB1(θ)、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1、及び主軸方位αについての逆正弦関数である。ここで、[数2]のF1(XP1,YP1,ZP1,SB1(θ),α)の値を、以下、「観測値」という。また、[数2]の右辺第2項の式は、後述の[数21]に示すように、光強度データSB1(θ)、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1、及び主軸方位αについての逆正接関数である。そのため、一つの光強度データSB1(θ)、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1、及び主軸方位αから[数2]の右辺第2項の式の値は一意に決まるのに対し、[数2]の右辺第1項の式の値は一意に定まらない。したがって、一つの光強度データSB1(θ)、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1、及び主軸方位αからレタデーション候補値δ1jは一意に定まらない。 The expression of the first term on the right side of [Formula 2] is an inverse sine function with respect to the light intensity data SB1 (θ), the Stokes parameters XP1, YP1, ZP1, and the main axis direction α. Here, the value of F1 (XP1, YP1, ZP1, SB1 (θ), α) in [Expression 2] is hereinafter referred to as “observed value”. Further, the expression of the second term on the right side of [Equation 2] is obtained by calculating an arctangent with respect to the light intensity data SB1 (θ), the Stokes parameters XP1, YP1, ZP1, and the main axis direction α, as shown in [Equation 21] described later. It is a function. Therefore, the value of the expression in the second term on the right side of [Equation 2] is uniquely determined from one light intensity data SB1 (θ), Stokes parameters XP1, YP1, ZP1, and principal axis direction α, whereas [Equation 2] The value of the expression in the first term on the right side of is not uniquely determined. Therefore, the retardation candidate value δ1j is not uniquely determined from the single light intensity data SB1 (θ), the Stokes parameters XP1, YP1, ZP1, and the principal axis direction α.
一方、[数2]式をレタデーション候補値δ1jについての正弦関数に書き直すと、以下の[数3]式になる。
次に、シフト部33を操作し、位相差フイルム19を光軸L上から離脱させる。そして、方位変更部29により偏光子15をR2方向に回転させて、透過軸方位γをプラスの方位γ1からマイナスの方位γ2に変更する。このマイナスの方位γ2は、+Y方向に対してプラス方位γ1と対称の方位にある。透過軸方位γがマイナスの方位γ2に変更されると、光強度データ作成ステップが行われ、光強度データSA2(θ)が作成される。この光強度データSA2(θ)は光強度データ記憶部50に記憶される。なお、透過軸方位γ2は−8°であることが好ましい。
Next, the
そして、光強度データ記憶部50に記憶した光強度データSA2(θ)に基づき、ストークスパラメータXP1,YP1,ZP1を求めた場合と同様の方法で、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2を求める。ここで、偏光子の透過軸方位γ2はプラス方位γ1と対称の位置にあるマイナス方位であるため、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2とストークスパラメータXP1、YP1、ZP1との間には、XP2=XP1、YP2=−YP1、ZP2=ZP1の関係がある。
Then, the Stokes parameters XP2, YP2, and ZP2 are obtained in the same manner as when the Stokes parameters XP1, YP1, and ZP1 are obtained based on the light intensity data SA2 (θ) stored in the light intensity
次に、シフト部33を操作し、位相差フイルム19の中心を光軸L上にセットする。位相差フイルム19が光軸L上にセットされると、光強度データ作成ステップが行われ、光強度データSB2(θ)が作成される。作成された光強度データSB2(θ)は光強度データ記憶部50に記憶される。
Next, the
次に、前述の光強度データSB2(θ)、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2、及び位相差フイルムの主軸方位αに基づいて、以下の[数4]式により位相差フイルムのレタデーション候補値δ2j(j=1,2)を求める。
[数4]の右辺第1項の式は、光強度データSB2(θ)、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2、及び主軸方位αについての逆正弦関数である。ここで、[数4]のF2(XP2,YP1,ZP1,SB2(θ),α)の値についても、上述のF1と同様に、「観測値」という。また、「数4」の右辺第2項の式は、後述の[数21]式に示すように、光強度データSB2(θ)、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2、及び主軸方位αについての逆正接関数である。したがって、[数2]式と同様に、一つの光強度データSB2(θ)、ストークスパラメータXP2,YP2,ZP2、及び主軸方位αからレタデーション候補値δ2jは一意に決まらない。 The expression of the first term on the right side of [Expression 4] is an inverse sine function with respect to the light intensity data SB2 (θ), the Stokes parameters XP2, YP2, ZP2, and the main axis direction α. Here, the value of F2 (XP2, YP1, ZP1, SB2 (θ), α) in [Equation 4] is also referred to as “observed value” in the same manner as F1 described above. In addition, the expression of the second term on the right side of “Equation 4” is the inverse of the light intensity data SB2 (θ), the Stokes parameters XP2, YP2, ZP2, and the main axis direction α, as shown in [Equation 21] described later. Tangent function. Accordingly, the retardation candidate value δ2j is not uniquely determined from the single light intensity data SB2 (θ), the Stokes parameters XP2, YP2, ZP2, and the principal axis direction α, as in the equation (2).
一方、[数4]式をレタデーション候補値δ2jについての正弦関数に書き直すと、以下の[数5]式になる。
そして、観測値F2と、この観測値F2に対応するレタデーション候補値δ21、δ22とを関連付けてレタデーションデータを作成する。作成されたレタデーションデータはRAM52に記憶される。
Then, the observation value F2 and the retardation candidate values δ21 and δ22 corresponding to the observation value F2 are associated with each other to create retardation data. The created retardation data is stored in the
次に、RAM52に記憶されたレタデーションデータに基づき、4つのレタデーション候補値δ11、δ12、δ21、及びδ22の中から、値が一致又はほぼ一致するものを特定する。そして、値が一致又はほぼ一致したレタデーション候補値に対応する観測値が測定精度許容範囲内にあるか否かが判定される。測定精度許容範囲とはレタデーション候補値の精度が確保される観測値の範囲をいい、具体的には、レタデーション候補値の精度が低くなる観測値の範囲、即ち「±1」又は「±1の近傍」の範囲以外の範囲をいう。
Next, based on the retardation data stored in the
判定の結果、観測値F1及びF2の両方とも測定精度許容範囲内にある場合には、レタデーション候補値のいずれか一方が位相差フイルムのレタデーションδとして決定される。これに対して、観測値F1及びF2のいずれか一方のみが測定精度許容範囲内にある場合には、その測定精度許容範囲内にある観測値に対応するレタデーション候補値が位相差フイルムのレタデーションδとして決定される。 As a result of the determination, when both of the observed values F1 and F2 are within the measurement accuracy allowable range, one of the retardation candidate values is determined as the retardation δ of the phase difference film. On the other hand, if only one of the observed values F1 and F2 is within the measurement accuracy tolerance, the retardation candidate value corresponding to the observation within the measurement accuracy tolerance is the retardation δ of the phase difference film. As determined.
例えば、図5に示すように、レタデーション候補値δ1jと観測値との関係が正弦曲線63で、レタデーション候補値δ2jと観測値との関係が正弦曲線64で表される場合には、値が一致又はほぼ一致するレタデーション候補値は、レタデーション候補値δ12とδ22である。そして、レタデーション候補値δ12に対応する観測値F1及びレタデーション候補値δ22に対応する観測値F2の両方とも測定精度許容範囲内にあるため、レタデーション候補値δ12又はδ22のいずれか一方が位相差フイルム19のレタデーションδとして決定される。
For example, as shown in FIG. 5, when the relationship between the retardation candidate value δ1j and the observed value is represented by the
また、図6に示すように、レタデーション候補値δ1jと観測値との関係が正弦曲線66で、レタデーション候補値δ2jと観測値との関係が正弦曲線67で表される場合には、値が一致又はほぼ一致するレタデーション候補値は、レタデーション候補値δ12とδ22である。そして、レタデーション候補値δ12に対応する観測値F1は測定精度許容範囲内にあり、もう一方のレタデーション候補値δ22に対応する観測値F2は測定精度許容範囲外にあるため、レタデーション候補値δ12が位相差フイルム19のレタデーションδとして決定される。
In addition, as shown in FIG. 6, when the relationship between the retardation candidate value δ1j and the observed value is represented by the
従来の複屈折測定装置では、例えば、上記特許文献1の複屈折測定装置では、測定対象の位相差フイルムに入射させる光の波長を複数回変更し、その波長の変更ごとにレタデーション候補値と観測値の関係を求めている。これに対して、本発明の複屈折測定装置では、従来の複屈折測定装置のように、光の波長を変更する装置等を設けなくとも、単に、偏光子の透過軸方位を複数回(上記実施形態では2回)変更させるだけで、その透過軸方位の変更ごとにレタデーション候補値と観測値との関係を複数(上記実施形態では2つ)求めることができる。
In the conventional birefringence measuring apparatus, for example, in the birefringence measuring apparatus of
また、本発明の複屈折測定装置では、偏光子の透過軸方位を複数回(上記実施形態では2回)変更することにより、レタデーション候補値と観測値との関係を示す正弦曲線が複数(上記実施形態では2つ)得られる。各正弦曲線は、例えば、図4に示す正弦曲線60と正弦曲線61とが(K2−K1)分だけ位相が離れているように、一定の位相分だけ離間している。そのため、一方の正弦曲線の観測値が測定精度許容範囲外にある場合でも、少なくとも他方の正弦曲線の観測値は測定精度許容範囲内にある。その測定精度許容範囲内にある観測値に対応するレタデーション候補値を位相差フイルムの位相差として特定することで、特許文献1の複屈折測定装置ように、位相子を挿入または離脱させるための装置を別途設けなくとも、精度の高いレタデーションを得ることができる。
Further, in the birefringence measuring apparatus of the present invention, by changing the transmission axis direction of the polarizer a plurality of times (twice in the above embodiment), a plurality of sinusoidal curves showing the relationship between the retardation candidate value and the observed value (the above-mentioned) In the embodiment, two) are obtained. For example, the sine curves are separated by a certain phase such that the
また、複屈折測定装置の各部には、上記実施形態の場合であれば分光器、光ファイバ、レンズ、偏光子、位相子、検光部、受光部のアライメント誤差や、光学素子の光学特性、上記実施形態の場合であれば位相子、偏光子、回転偏光子、及び受光器の波長依存性が含まれており、これらアライメント誤差や波長依存性などが複屈折測定の精度に影響を与えているという問題がある。この問題に対して、本発明の複屈折測定装置では、位相差フイルムの主軸方位やレタデーションを測定する前に、アライメント誤差や波長依存性などを考慮したストークスパラメータを予め求めておく。このストークスパラメータを用いることで、アライメント誤差や波長依存性による影響を最低限に抑え、複屈折特性を精度よく測定することができる。 In addition, in each case of the birefringence measuring apparatus, in the case of the above-described embodiment, the spectroscope, the optical fiber, the lens, the polarizer, the phaser, the light detecting unit, the alignment error of the light receiving unit, the optical characteristics of the optical element, In the case of the above embodiment, the wavelength dependency of the phase shifter, the polarizer, the rotating polarizer, and the light receiver is included, and these alignment errors and wavelength dependency affect the accuracy of birefringence measurement. There is a problem that. In order to solve this problem, the birefringence measuring apparatus of the present invention obtains in advance Stokes parameters in consideration of alignment error and wavelength dependency before measuring the principal axis direction and retardation of the phase difference film. By using this Stokes parameter, it is possible to minimize the influence of alignment error and wavelength dependency and to measure the birefringence characteristics with high accuracy.
次に、位相差フイルム19の主軸方位αの算出式([数1]式)及びレタデーション候補値の算出式([数2]式及び[数4]式)の導出方法と、ストークスパラメータの実測値の算出方法とについて説明する。なお、以下の説明において、Sは受光器で得られる受光光の光強度の理論値を、XP,YP,ZPはストークスパラメータの理論値を示している。
Next, a method of deriving a calculation formula ([Formula 1]) and a retardation candidate value calculation formula ([Formula 2] and [Formula 4]) of the principal axis direction α of the
まず、位相差フイルム19の主軸方位αの算出式([数1]式)の導出方法を説明する。受光器18で受光する受光光の強度は理論的に表すことができ、この理論的に表すことができる受光光の強度S(以下「理論光強度」という)は、ストークスパラメータXP,YP,ZPと、位相差フイルム及び回転検光子の光学特性を表したミュラー行列とを用いて、以下の[数6]式で表される。
また、位相差フイルム19を光軸L上にセットしないときの理論光強度Sは、以下の[数9]式に示す、[数6]式でα=0,δ=0としたときの理論式で表される。
次に、位相差フイルム19を光軸L上から離脱させたときの光強度データSA1(θ),SA2(θ)を用いてフーリエ変換を行い、[数9]式のフーリエ係数、即ちストークスパラメータXPi,YPi(i=1,2)を求める。なお、フーリエ変換は、離散フーリエ変換(DFT)やFFT(高速フーリエ変換)などのフーリエ変換アルゴリズムなどを用いたフィルター処理により行われる。
Next, Fourier transform is performed using the light intensity data SA1 (θ) and SA2 (θ) when the
そして、ストークスパラメータXPi及びYPiに基づいて、以下の[数10]式によりストークスパラメータZPiを求める。
次に、位相差フイルム19を光軸L上にセットしたときの光強度データSB1(θ),SB2(θ)を用いてフーリエ変換を行い、[数6]式のフーリエ係数Ai,Bi(i=1,2)を求める。
Next, Fourier transform is performed using the light intensity data SB1 (θ), SB2 (θ) when the
次に、フーリエ変換で求めたストークスパラメータXPi,YPi,ZPi及びフーリエ係数Ai,Biを上述の[数7]及び[数8]に、代入すると、以下の[数11]及び[数12]式となる。
そして、[数11]と[数12]を連立して解くことにより、位相差フイルムの主軸方位αの算出式([数13])と、レタデーション候補値δij(i=1,2)の算出式([数14])とが得られる
なお、上記実施形態では、測定対象の位相差フイルムを装置にセットしない状態でストークスパラメータを求め、そのストークスパラメータに基づいて位相差フイルムの主軸方位及びレタデーションを算出したが、以下の[数18]式により、理論的にストークスパラメータを求め、その理論的に求めたストークスパラメータに基づいて位相差フイルムの主軸方位及びレタデーションを算出してもよい。
上記実施形態では、偏光子の透過軸方位を異なる方位に2回変更し、各変更ごとにストークスパラメータ及びレタデーション候補値の算出を行い、それらストークスパラメータ及びレタデーション候補値に基づいて位相差フイルムのレタデーションを決定したが、これに限らず、偏光子の透過軸方位を複数回(3回以上)異なる方位に変更して、上述同様の方法により、位相差フイルムのレタデーションを決定してもよい。 In the above embodiment, the transmission axis direction of the polarizer is changed twice to different directions, the Stokes parameter and the retardation candidate value are calculated for each change, and the retardation of the phase difference film is calculated based on the Stokes parameter and the retardation candidate value. However, the present invention is not limited to this, and the retardation of the retardation film may be determined by the same method as described above by changing the transmission axis direction of the polarizer to a different direction several times (three times or more).
実施例では、まず、測定対象物としてBSC補償子の複屈折位相差の測定を実施した。BSC補償子は、マイクロネジ送り量に対して連続的に複屈折位相差が変化する位相子である。第1検証では、複屈折位相差範囲0°〜360°において高い精度で測定可能であることを検証するために、BSCの位相差を0°〜360°で変化させ、測定絶対値と測定100回当たりの繰り返し再現性精度を確認した。マイクロネジ送り量に対して、測定される複屈折位相差の直線性が高いほど、測定精度が高いと判断できる。また、図7に示すように、繰り返し再現性を3σ(σは標準偏差)とした。本測定は、測定波長590nmで実施した。 In the example, first, the birefringence phase difference of the BSC compensator was measured as an object to be measured. The BSC compensator is a phaser whose birefringence phase difference changes continuously with respect to the micro screw feed amount. In the first verification, in order to verify that the measurement can be performed with high accuracy in the birefringence phase difference range of 0 ° to 360 °, the BSC phase difference is changed from 0 ° to 360 °, and the measurement absolute value and the measurement 100 are measured. The repeatability accuracy per round was confirmed. It can be determined that the higher the linearity of the measured birefringence phase difference with respect to the micro screw feed amount, the higher the measurement accuracy. Further, as shown in FIG. 7, the repeatability was set to 3σ (σ is a standard deviation). This measurement was performed at a measurement wavelength of 590 nm.
図8は第1検証の結果を示している。この図7によれば、BSCマイクロネジ送り量に対して、測定値(図7「○」)は非常に高い直線性を示しており、本発明による複屈折位相差の測定精度が高いことを示している。同時に、複屈折位相差が0°〜360°の範囲にわたり、0.06°以内という高い測定再現性を有しており、本発明による複屈折位相差の測定方法により、0°〜360°範囲の複屈折位相差を正確に測定することが可能となる。 FIG. 8 shows the result of the first verification. According to FIG. 7, the measured value (FIG. 7 “◯”) shows very high linearity with respect to the BSC micro screw feed amount, and the measurement accuracy of the birefringence phase difference according to the present invention is high. Show. At the same time, the birefringence phase difference has a high measurement reproducibility within 0.06 ° over the range of 0 ° to 360 °, and the birefringence phase difference measurement method according to the present invention provides a range of 0 ° to 360 °. It is possible to accurately measure the birefringence phase difference.
次に、本発明による複屈折位相差の波長依存性について、人工水晶製λ/8位相子により検証した(第2検証)。第2検証では、測定波長を450nm、550nm、590nm、630nm、750nmとした。複屈折位相差の理論値は、人工水晶の文献値で知られている常光屈折率no、異常光屈折率neに基づきsellmeierの分散式を用いて、算出した。 Next, the wavelength dependence of the birefringence phase difference according to the present invention was verified using a λ / 8 phase shifter made of artificial quartz (second verification). In the second verification, the measurement wavelengths were 450 nm, 550 nm, 590 nm, 630 nm, and 750 nm. The theoretical value of the birefringence phase difference was calculated using the sellmeier's dispersion formula based on the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne known from the literature values of artificial quartz.
図9は第2検証の結果を示している。この図9が示すように、測定波長の範囲全般に渡って、本発明の測定方法で測定した実測値(図9「□」)は、理論値(図9「○」)と良く一致しており、本発明による複屈折位相差の波長依存性(分散)の測定が高い精度で実現できていることが分かる。 FIG. 9 shows the result of the second verification. As shown in FIG. 9, the actual measurement value (FIG. 9 “□”) measured by the measurement method of the present invention is in good agreement with the theoretical value (FIG. 9 “◯”) over the entire measurement wavelength range. Thus, it can be seen that the wavelength dependence (dispersion) measurement of the birefringence phase difference according to the present invention can be realized with high accuracy.
10 複屈折測定装置
11 光源
15 偏光子
16 位相子
17 検光部
18 受光器
19 位相差フイルム
20 コントローラ
40 回転検光子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する第1光検出ステップと、
前記第1光検出ステップ後に、前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて第1光強度データを作成する第1光強度データ作成ステップと、
前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位から前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位に変更する透過軸方位変更ステップと、
前記偏光子の透過軸を前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記第1光検出ステップと同様のステップを行う第2光検出ステップと、
前記第2光検出ステップ後に、前記第1光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2光強度データを作成する第2光強度データ作成ステップと、
前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める主軸方位算出ステップと、
前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めるレタデーション算出ステップとを有することを特徴とする複屈折測定方法。 Using a light source, a polarizer, a phaser, a rotation analyzer whose transmission axis direction changes at a constant rotation angle, and a light receiver, a measurement object is inserted between the phaser and the rotation analyzer. In the birefringence measurement method for obtaining the retardation of the measurement object,
With the transmission axis of the polarizer fixed in the first transmission axis direction, the light from the light source is detected by the light receiver via the polarizer, the phaser, the measurement object, and the rotating analyzer. A first light detection step to:
After the first light detection step, a first light intensity data is created by associating the transmission axis direction of the rotating analyzer with the intensity of light detected by the light receiver at the transmission axis direction. A data creation step;
A transmission axis direction changing step of changing the transmission axis of the polarizer from the first transmission axis direction to a second transmission axis direction different from the first transmission axis direction;
A second light detection step for performing the same steps as the first light detection step in a state where the transmission axis of the polarizer is fixed in the second transmission axis direction;
After the second light detection step, the same step as the first light intensity data creation step is performed, and a second light intensity data creation step for creating second light intensity data;
A main axis direction calculating step for determining a main axis direction of the measurement object based on the first or second light intensity data;
A birefringence measurement method, comprising: a retardation calculation step for obtaining a retardation of the measurement object based on the principal axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data.
前記第1測定前光強度データに基づいて、前記測定対象に入射する前の光の偏光状態を示す第1ストークスパラメータを求める第1ストークスパラメータ算出ステップと、
前記第2光検出ステップの前に、前記測定対象を除いた状態で、前記第2光検出ステップ及び第2光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2測定前光強度データを作成する第2の測定前光強度データ作成ステップと、
前記第2測定前光強度データに基づいて、前記測定対象に入射する前の光の偏光状態を示す第2ストークスパラメータを求める第2ストークスパラメータ算出ステップとを有し、
前記主軸方位算出ステップでは、前記第1又は第2光強度データに加え、前記第1又は第2ストークスパラメータに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求め、
前記レタデーション算出ステップでは、前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び第2光強度データに加え、前記第1及び第2ストークスパラメータに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めることを特徴とする請求項1記載の複屈折測定方法。 Before the first light detection step, the same steps as the first light detection step and the first light intensity data creation step are performed in a state where the measurement object is excluded, and the first pre-measurement light intensity data is created. A first pre-measurement light intensity data creation step;
A first Stokes parameter calculation step for obtaining a first Stokes parameter indicating a polarization state of light before entering the measurement object based on the first pre-measurement light intensity data;
Before the second light detection step, the same steps as the second light detection step and the second light intensity data creation step are performed in a state where the measurement object is excluded, and second light intensity data before measurement is created. A second pre-measurement light intensity data creation step;
A second Stokes parameter calculation step for obtaining a second Stokes parameter indicating a polarization state of light before entering the measurement object based on the second pre-measurement light intensity data;
In the main axis direction calculating step, in addition to the first or second light intensity data, the main axis direction of the measurement object is obtained based on the first or second Stokes parameter,
In the retardation calculating step, the retardation of the measurement object is obtained based on the first and second Stokes parameters in addition to the main axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data. The birefringence measuring method according to claim 1, wherein:
前記第1ストークスパラメータ、前記第1光強度データ、及び前記測定対象の主軸方位から得られる第1観測値に基づいて、前記測定対象の第1レタデーション候補値を複数特定する第1レタデーション候補値特定ステップと、
前記第2ストークスパラメータ、前記第2光強度データ、及び前記測定対象の主軸方位から得られる第2観測値から得られる第2観測値に基づいて、前記測定対象の第2レタデーション候補値を複数特定する第2レタデーション候補値特定ステップと、
複数の前記第1及び第2レタデーション候補値のうち、値が一致またはほぼ一致するレタデーション候補値を前記測定対象のレタデーションとして決定するレタデーション決定ステップとを含むことを特徴とする請求項2記載の複屈折測定方法。 The retardation calculating step includes:
First retardation candidate value specification that specifies a plurality of first retardation candidate values of the measurement target based on the first observation value obtained from the first Stokes parameter, the first light intensity data, and the main axis direction of the measurement target Steps,
A plurality of second retardation candidate values for the measurement target are specified based on the second observation value obtained from the second observation value obtained from the second Stokes parameter, the second light intensity data, and the main axis direction of the measurement target. A second retardation candidate value identification step,
The retardation determination step of determining a retardation candidate value whose values match or substantially match among the plurality of first and second retardation candidate values as a retardation of the measurement object. Refraction measurement method.
前記レタデーション決定ステップは、
複数の前記第1及び第2レタデーション候補値のうち、値が一致またはほぼ一致するレタデーション候補値を特定するステップと、
値が一致またはほぼ一致したレタデーション候補値に対応する観測値が「±1」または「±1の近傍」以外の範囲にあるか否かを判定するステップと、
「±1」または「±1の近傍」以外の範囲にある観測値に対応するレタデーション候補値を前記測定対象のレタデーションとして決定するステップとを含むことを特徴とする請求項4記載の複屈折測定方法。 The first or second observation value is “−1” or more and “1” or less,
The retardation determining step includes:
Identifying a candidate retardation value whose values match or substantially match among the plurality of first and second retardation candidate values;
Determining whether the observed value corresponding to the retardation candidate value with which the values match or substantially match is in a range other than “± 1” or “in the vicinity of ± 1”;
The birefringence measurement according to claim 4, further comprising: determining a retardation candidate value corresponding to an observation value in a range other than “± 1” or “near ± 1” as the retardation of the measurement object. Method.
前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位と前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位と間で変更する透過軸方位変更部と、
前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位又は前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する光検出部と、
前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて、前記偏光子の透過軸が前記第1透過軸方位にあるときの第1光強度データ及び前記偏光子の透過軸が前記第2透過軸にあるときの第2光強度データを作成する光強度データ作成部と、
前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める主軸方位算出部と、
前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求めるレタデーション算出部とを有することを特徴とする複屈折測定装置。 Using a light source, a polarizer, a phaser, a rotation analyzer whose transmission axis direction changes at a constant rotation angle, and a light receiver, a measurement object is inserted between the phaser and the rotation analyzer. In the birefringence measuring device for obtaining the retardation of the measurement object,
A transmission axis direction changing unit that changes the transmission axis of the polarizer between a first transmission axis direction and a second transmission axis direction different from the first transmission axis direction;
With the transmission axis of the polarizer fixed to the first transmission axis direction or the second transmission axis direction, the light from the light source is changed to the polarizer, the phaser, the measurement object, and the rotation analyzer. A light detection unit that detects with the light receiver,
The transmission axis direction of the rotating analyzer is associated with the intensity of the light detected by the light receiver when the transmission axis direction is the first direction when the transmission axis of the polarizer is in the first transmission axis direction. A light intensity data creating unit that creates light intensity data and second light intensity data when the transmission axis of the polarizer is on the second transmission axis;
Based on the first or second light intensity data, a main axis direction calculation unit for determining a main axis direction of the measurement object;
A birefringence measurement apparatus comprising: a retardation calculation unit that obtains a retardation of the measurement object based on the principal axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data.
前記偏光子の透過軸を第1透過軸方位に固定した状態で、前記光源からの光を、前記偏光子、前記位相子、前記測定対象、前記回転検光子を介して、前記受光器で検出する手順と、
前記第1光検出ステップ後に、前記回転検光子の透過軸方位とその透過軸方位のときに前記受光器で検出した光の強度とを対応付けて第1光強度データを作成する手順と、
前記偏光子の透過軸を前記第1透過軸方位から前記第1透過軸方位と異なる方位の第2透過軸方位に変更する手順と、
前記偏光子の透過軸を前記第2透過軸方位に固定した状態で、前記第1光検出ステップと同様のステップを行う手順と、
前記第2光検出ステップ後に、前記第1光強度データ作成ステップと同様のステップを行い、第2光強度データを作成する手順と、
前記第1又は第2光強度データに基づいて、前記測定対象の主軸方位を求める手順と、
前記測定対象の主軸方位、前記第1光強度データ、及び前記第2光強度データに基づいて、前記測定対象のレタデーションを求める手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする複屈折測定プログラム。 Using a light source, a polarizer, a phaser, a rotation analyzer whose transmission axis direction changes at a constant rotation angle, and a light receiver, a measurement object is inserted between the phaser and the rotation analyzer. In the birefringence measurement program for obtaining the retardation of the measurement object,
With the transmission axis of the polarizer fixed in the first transmission axis direction, the light from the light source is detected by the light receiver via the polarizer, the phaser, the measurement object, and the rotating analyzer. And the steps to
After the first light detection step, a procedure for creating first light intensity data by associating the transmission axis direction of the rotating analyzer with the light intensity detected by the light receiver at the transmission axis direction;
Changing the transmission axis of the polarizer from the first transmission axis direction to a second transmission axis direction different from the first transmission axis direction;
A procedure of performing the same steps as the first light detection step in a state where the transmission axis of the polarizer is fixed in the second transmission axis direction;
After the second light detection step, the same step as the first light intensity data creation step is performed to create second light intensity data;
A procedure for obtaining a principal axis orientation of the measurement object based on the first or second light intensity data;
A birefringence measurement program for causing a computer to execute a procedure for obtaining a retardation of the measurement object based on the principal axis direction of the measurement object, the first light intensity data, and the second light intensity data.
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