JPH04366751A - レターデーション測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，液晶用配向処理膜など
の薄膜あるいは光ディスクのように厚みはあるが，複屈
折が非常に小さいもの等の，高分子材料よりなるフィル
ムあるいはシートで微小なレターデーションをもつもの
の主屈折率の方向およびレターデーションを測定する装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来，微小レターデーション測定法とし
て，単一波長の円偏光を試料に入射し，回転する検光子
を通過した光の強度から求める方法（特開昭５２−６５
４８９）が提案されているが，この方法の場合，レター
デーションを求めることは可能であるが，主屈折率の方
向を知ることができないという欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，微小なレタ
ーデーションをもつ高分子材料からなるフィルム，シー
ト等のレターデーションを求め，同時にその主屈折率の
方向を求めることを可能にすることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は，単一波長の光
を用い，偏光子と検光子を一定の偏光方位関係，例えば
平行ニコルの状態に保ち，それらの間にレターデーショ
ン既知の板．たとえば１／４波長板および試料を順次保
持し，かつレターデーション既知板の主屈折率の方向と
偏光子の偏光方向が一定角度をなす状態で，試料に対し
て偏光子，検光子及びレターデーション既知板を入射光
軸を中心として回転させ，その回転角と検光子透過光強
度との関係から，試料のレターデーションと主屈折率の
方向を求める。

【０００５】

【作用】本発明では，単一波長の光を用い，偏光子と検
光子を一定の偏光方位関係，例えば平行ニコルの状態に
保ち，それらの間にレターデーション既知の板．たとえ
ば１／４波長板および試料を順次保持し，かつレターデ
ーション既知板の主屈折率の方向と偏光子の偏光方向が
一定角度をなす状態で，試料に対して偏光子，検光子及
びレターデーション既知板を入射光軸を中心として回転
させ，その回転角と検光子透過光強度との関係から，試
料のレターデーションと主屈折率の方向を求めることが
できる。なおこの具体的な過程については，実施例の説
明において詳述する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明のレターデーション測定装置の
１実施例の概略構成図であり，（１）は所要の光を発生
する光源，（２）は単一波長フィルターで，透過波長を
適宜選択切り替えする機構を設けてもよい。（３）は偏
光子，（４）はレターデーション既知の板であり，１／
４波長板が最も望ましいが，既知であれば多少ずれてい
てもよい。（５）は測定試料，（６）は検光子である。 偏光子（３）と検光子は平行ニコルの関係とし，レター
デーション既知板（４）の主屈折率の方向（直交する２
方向がある）は偏光子（３），検光子（６）の偏光方向
と４５°をなす方向とするのが望ましいが，必ずしもこ
れに限定されない。

【０００７】（７）は検光子透過光の強度を検出するデ
テクタ，（８）は偏光子（３），検光子（６）とともに
レターデーション既知板（４）を，ベルト駆動等により
，同期回転させるモータ，（９）は回転部（３），（４
），（６）の回転角を検出するエンコーダー，（１０）
はデテクタ出力の増幅およびＡ／Ｄ変換のほか，モータ
（８）の駆動制御等を行う入力データ処理・駆動制御部
である。（１１）はコンピュータであり，本発明の各種
の演算に必要な演算ブログラム及び装置全体の動作を制
御する制御プログラムをそのメモリに内蔵しており，（
１０）で処理した測定データを処理し，また（１０）に
モータ制御等のための指令を与える。（１２）はコンピ
ュータ（１１）で処理した測定結果等を表示するＣＲＴ
，（１３）はプリンタ，（１４）はキーボードである。

【０００８】次に本発明は発明装置の動作について，説
明を簡単にするため，試料を固定し．偏光子，検光子及
び１／４波長板を入射光軸を中心に回転する場合につい
て，図を参照しながら説明する。図２は試料及び１／４
波長板それぞれの主屈折率の方向と装置の座標軸との関
係図であり，ＯＸ，ＯＹは装置の座標軸，ＰＰ′は偏光
子および検光子の偏光方向，ａａ′，ｂｂ′は試料の主
屈折率の方向，ＯＱ，ＯＲは１／４波長板の主屈折率の
方向，Ａは偏光子通過後の直線偏光波の振幅，Ａ１　，
Ａ２　は１／４波長板通過後の２つの直線偏光波の振幅
，Ａ１　′，Ａ１　″は振幅Ａ１　の直線偏光波が試料
を通過した後の２つの直線偏光波の振幅，Ａ２　′，Ａ
２　″は振幅Ａ２　の直線偏光波が試料を通過した後の
２つの直線偏光波の振幅，Ａ１ｐ′，Ａ１Ｐ″，Ａ２ｐ
′，Ａ２Ｐ″は，振幅Ａ１　′，Ａ１　″，Ａ２　′，
Ａ２　″の各直線偏光波が検光子を通過した後のそれぞ
れの振幅，θは偏光子，検光子および１／４波長板の回
転角，φ１　（０＜φ１　＜π／２）はＰＰ′とＯＱの
なす角，φ２　はＯＹとａａ′のなす角である。

【０００９】さらに１／４波長板ではＯＱの方向に振動
する偏光波よりも，ＯＲの方向に振動する偏光波の方が
π／２だけ位相が遅れ，試料ではａａ′の方向に振動す
る偏光波よりもｂｂ′の方向に振動する偏光波の方がδ
Ｓ　だけ位相が遅れると仮定すると，上記の各振幅は次
のように表わされる。但し，「ＡＢＳ　」は絶対値記号
に代わるものとする。

【００１０】 　　Ａ１　＝Ａｃｏｓφ１　，Ａ２　＝Ａｓｉｎφ１　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）　　Ａ１　′＝Ａ１　　ＡＢＳ｛ｃｏｓ（φ１　＋φ
２　−θ）｝　　　　　　　　　　　　・・・（２）−
１　　Ａ１　″＝Ａ１　　ＡＢＳ｛ｓｉｎ（φ１　＋φ
２　−θ）｝　　　　　　　　　　　　・・・（２）−
２　　Ａ２　′＝Ａ２　　ＡＢＳ｛ｓｉｎ（φ１　＋φ
２　−θ）｝　　　　　　　　　　　　・・・（３）−
１　　Ａ２　″＝Ａ２　　ＡＢＳ｛ｃｏｓ（φ１　＋φ
２　−θ）｝　　　　　　　　　　　　・・・（３）−
２　　Ａ１ｐ′＝Ａ１　′　ＡＢＳ｛　　ｃｏｓ（θ−
φ２　）｝　　　　　　　　＝Ａｃｏｓφ１　　ＡＢＳ
｛ｃｏｓ（φ１　＋φ２　−θ）ｃｏｓ（θ−φ２　）
｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（４）−１　　Ａ１ｐ″＝Ａ
１　″　ＡＢＳ　　ｓｉｎ（θ−φ２　）｝　　　　　
　　　＝Ａｃｏｓφ１　　ＡＢＳ｛ｓｉｎ（φ１　＋φ
２　−θ）ｓｉｎ（θ−φ２　）｝　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（４）−２　　Ａ２ｐ′＝Ａ２　′　ＡＢＳ｛ｃｏ
ｓ（θ−φ２　）｝　　　　　　　　＝Ａｓｉｎφ１　
　ＡＢＳ｛ｓｉｎ（φ１　＋φ２　−θ）ｃｏｓ（θ−
φ２　）｝，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（５）−１　　Ａ２ｐ
″＝Ａ２　″　ＡＢＳ｛ｓｉｎ（θ−φ２　）｝　　　
　　　　　＝Ａｓｉｎφ１　　ＡＢＳ｛ｃｏｓ（φ１　
＋φ２　−θ）ｓｉｎ（θ−φ２　）｝　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（５）−２一般に同一直線上に振動する２つの
単色直線偏光波の合成の場合，２つの単色直線偏光波の
振動を，　　ｙ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ），ｙ′＝Ａ′
ｓｉｎ｛（２πｔ／Ｔ）−δ｝　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（６）とし，両振動の合成によって得られる振動を
，　　ｙ″＝Ａ″ｓｉｎ｛（２πｔ／Ｔ）−η｝　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（７）とす
ると，Ａ″およびηは次のように表わされる。

【００１１】 　　Ａ″２　＝Ａ２　＋Ａ′２　＋２ＡＡ′ｃｏｓδ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（８）
　　ｔａｎη＝Ａ′ｓｉｎδ／（Ａ＋Ａ′ｃｏｓδ）　
　　　　　　　　　　　　　・・・（９）従って，Ａ１
ｐ′とＡ１Ｐ″およびＡ２ｐ′とＡ２ｐ″の合成後の振
幅および位相をそれぞれＡ１ｐ　　，η１　およびＡ２
ｐ　　，η２　とすると，次のようになる。 　　Ａ１ｐ２　＝Ａ１ｐ′２　＋　　Ａ１ｐ″２　＋２
Ａ１ｐ′Ａ１ｐ″ｃｏｓδ１　　　・・（１０）−１　
　Ａ２ｐ２　＝Ａ２ｐ′２　＋　　Ａ２Ｐ″２　＋２Ａ
２Ｐ′Ａ２Ｐ″ｃｏｓδ２　　　・・（１０）−２ｔａ
ｎη１　＝Ａ１ｐ″ｓｉｎδ１　／（Ａ１ｐ′＋Ａ１ｐ
″ｃｏｓδ１　）・・（１１）−１ｔａｎη２　＝Ａ２
ｐ″ｓｉｎδ２　／（Ａ２ｐ′＋Ａ２ｐ″ｃｏｓδ２　
）・・（１１）−２ここで，δ１　，δ２　はそれぞれ
Ａ１ｐ′とＡ１ｐ″およびＡ２ｐ′とＡ２ｐ″の位相差
である。さらにＡ１ｐとＡ２ｐの合成波の振幅をＡｐ　
，位相差をδとし，検光子透過光強度をＩ（θ）とする
と， 　　Ｉ（θ）＝Ａｐ　２　＝Ａ１ｐ２　＋Ａ２ｐ２　＋
２Ａ１ｐＡ２ｐｃｏｓδ　　　　・・・（１２）　　δ
＝π／２＋η２　−η１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１３）と表される。Ａ１　，Ａ２　，Ａ１　′，・・・
・，Ａ２ｐ″の各振幅をもつ光波の位相はθによって変
化する。

【００１２】したがって，δ１　，δ２　およびδの各
位相もθによって異なる値となる。振幅Ａの光波の位相
を基準として各振幅の光波の位相を調べ，位相差δ１　
，δ２　およびδの各値を求めると，次の表１のように
なる。

【００１３】

【表１】

【００１４】以上は１／４波長板を用いた場合について
の説明であるが，１／４波長板の代わりに，レターデー
ションＲ≠λ／４（λは波長）の波長板を用いた場合に
は，表１の中のπ／２の代わりにδ０　（＝２πＲ０　
／λ）と置き，式（１３）の代わりに次の式（１４）の
ようにおけばよい。

【００１５】 　　　　　　　　δ＝δ０　＋η２　−η１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（１４）まず試料の主屈折率の方向φ２　を求
める方法について述べる。試料の置き方は無作為である
ので，Ａ，φ１　，φ２　ＲＳ　，Ｒ０　，λに適当な
値を代入し，θを０から２πまで変化させて，上述の各
式により計算を行い，Ｉ（θ）の分布を求めると，一般
に試料の屈折率楕円とＩ（θ）の分布の関係は図３に示
すようになる。この図において，θｍａｘ　，θｍｉｎ
　は，０≦θ＜πの範囲でＩ（θ）の最大値及び最小値
に対応するθの値である。

【００１６】φ１　＝π／４のときは，計算結果よりφ
２　はＡ，ＲＳ　，Ｒ０　，λに関係なく，　　　　　
　　　φ２　＝θｍａｘ　−３π／４　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
５）となることがわかる。上式によりＩ（θ）の分布か
らφ２　がわかるが，　測定時のノイズを考慮すると，
実用的には， 　　θｍａｘ　≧θｍｉｎ　　　のとき　　　　φ　２
　　＝（θｍａｘ　＋θ　ｍｉｎ）／２−π／２　　θ
ｍａｘ　＜θｍｉｎ　　　のとき　　　　φ　２　　＝
（θｍａｘ　＋θ　ｍｉｎ）／２　　・・（１６）とす
るのがよい。

【００１７】次にφ２　が求められたとして，試料のレ
ターデーションＲＳ　を求める方法を述べる。φ１　＝
π／４の場合，表１からθ＝φ２　，φ１　＋φ２　，
φ１　＋φ２　＋π／２のときの位相差δは，それぞれ
δ０　，δ０＋δＳ　，δ０　−δＳ　であり，また，
θ＝φ１　＋φ２　，φ１　＋φ２　＋π／２において
，Ｉ（θ）は最小値およひ最大値となるから，それらの
値をＩｍｉｎ　，Ｉｍａｘ　と表すと，　　Ｉ（φ２　
）＝Ａ２　（１＋ｃｏｓδ０　）／２　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・（１７）　　Ｉ（φ１　＋
φ２　）＝Ｉｍｉｎ　＝Ａ２　｛１＋ｃｏｓ（δ０　＋
δＳ　）｝／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１８）　　Ｉ
（φ１　＋φ２　＋π／２）＝Ｉｍａｘ　＝Ａ２　｛１
＋ｃｏｓ（δ０　−δＳ　）｝／２　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（１９）となる。式（１７）より， 　　Ａ２　＝２Ｉ（φ２　）／（１＋ｃｏｓδ０　）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２０）と
なり，また式（１８），（１９）より，　　ｓｉｎδＳ
　＝（Ｉｍａｘ　−Ｉｍｉｎ　）／Ａ２　／ｓｉｎδ０
　　　　　　　　　・・・（２１）が得られ，また， 　　δＳ　＝２πＲＳ　／λ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（２２）であるから，０≦ＲＳ　≦λ／４　　
の範囲では，式（２１）より一義的に， 　　ＲＳ　＝λ／２π・Ｓｉｎ−１｛（Ｉｍａｘ　−Ｉ
　ｍｉｎ）／Ａ２　／ｓｉｎδ０　｝・・・　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（２３）と表され，試料のレターデーショ
ンをＩ（θ）の分布から求めることができる。

【００１８】（測定例）光ディスク（ＰＣ），ポリエチ
レンフィルム（ＰＥＴ），液晶用配向膜（ＰＩ）の３種
類，４試料を対象に，波長５９０ｎｍの光を用いて，本
発明装置により，レターデーションＲｓ　と主屈折率の
方向φ２　を求めた結果を図４及び次の表２に示す。（
なお表２の試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．２は，それぞれ図４の
（ａ），（ｂ）に対応している。）このように，１０ｎ
ｍ以下の微小なレターデーションを効率よく測定するこ
とができた。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【発明の効果】以上のように，本発明により次の効果が
得られ，材料評価手段として複屈折測定の効率化と適用
範囲の拡大をもたらしている。 １）レターデーションの値と主屈折率の方向を同時に求
めることができ，効率的な測定ができる。

【００２１】２）微小なレターデーションをもつ材料に
ついても１）の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は，本発明の実施例のレターデーション測
定装置の概略構成図である。

【図２】図２は，本発明の動作原理説明用図である。

【図３】図３は，屈折率楕円と透過光強度との関係の説
明図である。

【図４】図４は，本発明装置によるレターデーション及
び主屈折率方向の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　光源 ２　　　　フィルタ ３　　　　偏光子 ４　　　　１／４波長板 ５　　　　試料 ６　　　　検光子 ７　　　　検出器 ８　　　　モータ ９　　　　回転部 １０　　　　入力データ処理・駆動制御部１１　　　　
コンピュータ １２　　　　ＣＲＴ １３　　　　プリンタ １４　　　　キーボード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏光方向を一定の関係に保った偏光子と検
   光子の間に試料を保持し，光束を偏光子に照射して試料
   ，検光子を透過した光を検出し，試料に対して偏光子お
   よび検光子を光軸のまわりに相対的に回転させ，検光子
   透過光強度と回転角の関係を求める装置において，偏光
   子と試料との間にレターデーション既知の板を配置し，
   この主屈折率の方向と偏光子，検光子の偏光方向を一定
   の角度関係を保つように構成したことを特徴とするレタ
   ーデーション測定装置。
2. 【請求項２】単一波長を発生する光源部と，それぞれの
   偏光方向を同一に保った偏光子および検光子と，該検光
   子を通過した光の強度を検出する手段とを有し，偏光子
   と検光子との間に１／４波長板と試料を保持しかつ１／
   ４波長板の主屈折率の方向と偏光子の偏光方向とが一定
   の角度を保つ状態にし，試料を固定して偏光子，検光子
   および１／４波長板を入射光軸を中心に同期回転し，そ
   のときの検光子透過光強度と回転角との関係から試料の
   主屈折率の方向及びレターデーションを求めることを特
   徴とするレターデーション測定装置。