JPH08159956A

JPH08159956A - 複屈折測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH08159956A
Application number: JP29771194A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Sakai; 清和酒井; Kyoji Imagawa; 恭次今川; Hiroshi Tajima; 洋田島
Original assignee: New Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】微小面積に対するレターデーション測定を可能
とする。【構成】偏光方向を一定の関係に保ち、かつ入射光線の
軸まわりに同期回転可能な偏光子と検光子との間に試料
を保持し、偏光子側から測定光を照射し、試料を経て検
光子を透過した光をエリアセンサで検出して、任意の測
定点面積に対して、透過光強度と偏光方位角度との関係
式から試料のレターデーションを求めるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複屈折測定装置、特に
測定点の微小化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年複屈折を利用した表示装置として液
晶ディスプレイがあり、その発展には目覚ましいものが
ある。特にカラーの液晶表示パネルにおいては、液晶セ
ル内部にＲＧＢのマイクロカラーフィルタが設けられて
おり、ＲＧＢフィルタ毎の極く微小な面積でのセルギャ
ップの違いが液晶層の複屈折のばらつきとなって光学的
なコントラスト及び色再現性に影響を与える。

【０００３】また光ファイバーや高分子材料からなる糸
のようにその径が非常に小さいものの複屈折を測定する
場合も測定面積の微小化が必要になる。また測定点の大
きさは、測定精度や測定所要時間、その他の観点から試
料に応じて、また測定目的に応じて適当な大きさを選択
できることが好ましい。従来から、複屈折測定法には位
相補償板を用いる方法や１／４波長板を用いたセナルモ
ン法等の目視による方法や、分光器を用いる偏光干渉
法、光弾性変調器を用いる位相変調法あるいは２枚の偏
光板を回転する平行ニコル回転法等の自動化された方法
がある。

【０００４】これらにおいて、測定面積を決めるのは、
目視の場合はその視野であり、測定光としてレーザ光を
使用する場合には、その光束径であり、またその他の場
合には使用される光検出器の受光面積である。したがつ
て、従来の方法では微小な面積から任意の大きさの測定
点に対するレターデーションを正確に測定するのは困難
であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微小面積か
らの精確なレターデーション測定が可能な複屈折測定方
法及び装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、偏光方向の異
なる偏光光束に対する偏光子、試料及び検光子の透過光
強度と偏光方位角との関係からレターデーション及び主
屈折率方向を求める複屈折測定方法において、透過光強
度を画素毎に検出、読み出しできる２次元光センサで検
出し、検出視野内の所望測定点領域に対応する画素の検
出出力を選択してレターデーションを求めることを特徴
とする複屈折測定方法である。

【０００７】本発明は、また、偏光方向を一定の関係に
保って試料の両側に配置され、試料に対して相対的に、
入射光線の軸まわりに同期回転可能に構成した偏光子及
び検光子と、偏光子側から測定光を照射し試料を経て検
光子を透過した光を画素ごとに検出する２次元光センサ
と、該センサの検出出力の全体または特定領域部分をサ
ンプリングする手段と、２次元光センサの検出出力を画
素毎に記憶する画像メモリと、画像メモリに記憶された
透過光量データから所望の測定点領域に対応する１画素
または近接する所定数の複数画素集団を選択する手段
と、選択されたデータからレターデーション及び主屈折
率方向等の複屈折量を算出する手段とを備えたことを特
徴とする複屈折測定装置であり、さらにセンサの視野内
の測定点位置および測定点の大きさを指定する手段を設
けたこと、検光子と２次元センサとの間に測定光束断面
の倍率調節する収斂または発散光学系を設けて、１画素
に対する試料上の測定点面積を調節するように構成した
こと、上記光学倍率の調節と合わせて、または単独に、
１測定点に対応する画素数を変更して測定点面積を調節
するように構成したこと、Ｘ方向（巾方向）、Ｙ方向
（長さ方向）のまたは任意方向に対する複屈折量のプロ
ファイル、または複屈折量の２次元分布を画像表示する
手段を設けたこと、２次元光センサによる検出出力を検
出場所に応じて補正する手段を備えたこと、等の構成を
有するものである。

【０００８】なお、偏光子と検光子の変更方位関係は、
平行ニコルを基本とするがこれには限定されない。また
偏光子および検光子に対する試料の相対回転について
は、試料を固定化し、偏光子、検光子を同期回転するこ
とが好ましいが、偏光子および検光子を固定化し、試料
を回転するような構成も可能である。また測定点領域に
対応する画素の選択は、測定点領域の選択、その変更の
自由度の確保の観点からは、原則的には２次元光センサ
の検出出力全体を画素毎に読み出し、画像メモリに一応
格納しておき、測定点領域に対応する画素分のデータを
随時読みだ出して複屈折量の演算を行うことが好ましい
が、データ処理時間、画像メモリの容量の節減の点か
ら、ある程度限定した領域の画素の検出データを画像メ
モリに記憶して、この中から演算に使用する画素データ
を選択するか、あるいは、測定点領域に対応する画素の
データのみ画像メモリに入力するようにしてもよい。

【０００９】

【作用】本発明では、光検出器として画素ごとに検出、
読み出しできる２次元光センサを用い、エリアセンサは
１素子内に２０数万個程度の受光部部素子を持ってお
り、偏光子・検光子を試料に対して相対的に回転したと
きの透過光強度を個々の素子で検出して、画素毎にまた
は測定点領域に対応して任意数の画素集団を選択して、
その画素集団毎にレターデーション、主屈折率方向等の
複屈折量を求めるので、光学倍率を１倍としても、対象
試料の面積数ｍｍ角を約１０μｍ角の分解能で測定する
ことが可能となるとともに、測定点の位置及び測定点の
大きさを任意に選択して、測定目的に応じた測定の分解
能と精度を確保することができる。

【００１０】また、偏光子と２次元光センサとの間に光
学倍率調節用光学系を設けたことにより、１画素に対応
する試料上の測定光束の面積を調節することが可能とな
り、試料上の測定視野面積、１測定点領域の大きさの調
節可能範囲を拡大することができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の１実施例の複屈折測定装置
の概略構成図である。図１において、（１）は光源、
（２）は光ファイバー束等の光伝送系、（３）は平行な
測定用照射光を形成し、光軸（Ａ）を中心とした光路に
照射するための、投光部光学系（例えばコリメータレン
ズ等）、（４）は特定の波長範囲の光を選択透過させる
ための波長選択手段、例えば単一または狭帯域波長フィ
ルタ、（５）は偏光子、（Ｓ）は試料、（６）は検光子
である。試料（Ｓ）は、原則的には静止試料であるが、
長尺試料、大面積試料等の場合には試料をＸ方向或いは
Ｙ方向に間欠駆動し、駆動停止期間毎に測光を行うよう
に構成してもよい。

【００１２】偏光子（５）、検光子（６）は窓部を有す
る円形保持板（５Ａ），（５Ｂ）に保持され、保持板の
外周には回転駆動用のプーリ（５Ｂ），（５Ｃ）が設け
られている。（７）は、光学倍率調節用の光学系、
（８）は２次元領域の光強度を場所毎に、特に画素毎に
検出、読出できる２次元光センサ（光エリアセンサ）で
あり、検光子（６）を通過した光束を光学系（７）によ
り収束、発散して、またはそのまま検出素子（８）に導
く。２次元光センサ（８）は、例えば、２次元ＣＣＤセ
ンサであり、１個の素子に例えば数ｍｍ角のサイズと２
０万個程度の受光部素子を有している。

【００１３】光学倍率調節光学系（７）は、例えば多段
調節またはズーム式の複数枚のレンズ系等で構成され、
さらに倍率調節用の駆動機構（７Ａ）および制御系（７
Ｂ）をそなえる。光学倍率の調節は自動、手動のモード
切り替え可能に構成し、自動モードでは後述のデータ処
理装置（１７）内に内蔵されたプログラムにより調節さ
れ、また手動モードでも任意の倍率に調節できるように
構成される。た光学系（７）による光学倍率は、倍率１
を基準として、光束の面積比、直径比等により表示する
ようにしてもよい。

【００１４】（９）は偏光子・検光子を回転させるため
の駆動モータであり、駆動軸（１０）に設けられたプー
リ（１１），（１２）、ベルト（１３），（１４）を介
して、偏光子（５），検光子（７）の保持板にそれぞれ
設けられたプーリを駆動する。（１５）は偏光子・検光
子の回転角度を検出するエンコーダである。なお、偏光
子（５）、検光子（７）は独立した回転ステージに設置
し、各ステージに駆動モータ、エンコーダをそれぞれ設
けて、適当な制御部により電気的に同期駆動させるよう
に構成してもよい。偏光子（５），検光子（７）は特に
図示されていないが、保持円盤により光軸のまわりに回
転可能な状態に支承され、保持円盤の周縁部に形成され
たプーリを介して、後述のように回転される。

【００１５】（１６）は２次元光検出器（８）の検出出
力を走査し、全画素にわたって画素ごとに読み出し、ま
たは測定プログラムに応じて、読み出し必要な画素毎に
読出し増幅、Ａ／Ｄ変換してデータ処理部（１７）に導
入するデータ入力処理部である。本実施例では、２次元
光検出器（８）は、例えばＣＣＤカメラ用のものを用い
るが、画素毎に精細に検出できるものであれば、他の形
式の２次元センサであってもよい。偏光子・検光子を一
定角度、例えば３０°毎に回転し、それぞれの角度毎に
センサ（８）の２次元位置の出力を読み出し、Ａ／Ｄ変
換した後、データ処理部のメモリに取り込む。１／２イ
ンチサイズのＣＣＤカメラを用いて、１００ｂｉｔｓの
Ａ／Ｄ変換器で３０°毎の回転角度で半回転分の光量デ
ータを読み込んだ場合、必要な画像メモリは画素数×１
０ｂｉｔ×６＝７６８×４９４×１０ｂｉｔ×６＝２．
８５Ｍｂｙｔｅとなる。

【００１６】取り込んだ画素メモリのデータをデータ処
理装置に内蔵されたプログラムに従って、画素ごとにレ
ターデーションを算出・表示・プリントアウト出力その
他の処理を行う。上述のＣＣＤカメラを用いて、光学倍
率１倍で測定すれば、全視野約６．４ｍｍ×４．８ｍｍ
を面積分解能８．４μｍ×８μｍで測定できる。光学倍
率を大きくすれば、１画素に対応する面積はさらに小さ
くなる。また逆に光学倍率を小さくすると、１画素に対
応する試料上の測定点面積は大きくなるが、視野面積を
大きくすることができる。

【００１７】ＣＣＤカメラの各素子の入射直線偏光に対
する光量補正を行うために、試料のない状態で偏光子・
検光子を光量データ取り込み角度ごとに回転して、それ
ぞれの角度において、各素子ごとの光量データを取り込
んで、基準数値に対する光量補正係数を持つようにす
る。その後試料を測定する場合には、取り込んだ光量デ
ータにそれぞれ角度及び２次元位置が対応した補正係数
をかけた数値を用いて演算を行う。

【００１８】図２は、本発明の複屈折測定装置のデータ
処理部の概略構成図であり、（１６）は図１に示したデ
ータ入力処理部、（１８）はデータバスライン、（１
９）はＣＰＵ、（２０）はプログラム格納部、（２１）
はデータメモリ、（２２）は画像メモリ、（２３）はプ
リンタ、（２４）はＣＲＴその他の表示装置である。プ
ログラム格納部（２０）は、装置の全体的動作を制御す
る制御プログラム格納部（２０１），光学倍率の設定、
２次元センサから画像メモリに取り込まれた透過光強度
データから、指定された測定点に対応する画素のデータ
を選択等を行うサンプリングプログラム格納部（２０
２），測定モード選択プログラム格納部（２０３），検
出データに、回転角度、測定点位置に応じた或る補正を
加えるデータ補正プログラム格納部（２０４），主屈折
率方向及びレタデーション値等の算出を行う演算プログ
ラムを格納した演算プログラム格納部（２０５），処理
データの印字、表示等を行う出力プログラムの格納部
（２０６）を含む。

【００１９】データメモリ（２１）は、データ入力処理
部（１６）を通して入力された測定データを一時格納す
る入力バッファメモリ（２１１），各種の演算結果、基
礎データ等を記憶する処理データ格納部（２１２），印
字、印字出力用の出力バッファメモリ（２１３）、測定
データ補正用等のデータその他を格納する基礎データ格
納部（２１４）等を含む。データメモリ（２１）の各領
域は、画像メモリ（フレームメモリ）を主体とするが他
の形式のメモリを含んでいてもよい。

【００２０】（２２）は画像メモリであり、画素毎の検
出データ、これらの処理データの記憶を必要に応じて補
完するものである。測定点については、２次元センサ上
で画素（７０）単位で（画素の整数倍の任意の大きさ
で）読出し範囲を選択できるから、例えば図３のよう
に、１測定点の範囲を、１画素分（７０）、または複数
画素分（７ａ），（７ｂ），（７ｃ），（７ｄ）のよう
に任意に測定点の大きさと形状を変更することができ
る。また例えば図４のように、飛び飛びの１画素毎に検
出信号をサンプリングしてもよいし、また例えば図５の
ように複数画素単位で測定点を２次元に分布させてもよ
い。図６のように、測定視野を所定の複数画素ごとに区
切った隙間のない測定点としてもよい。またこれらの測
定点の検出信号を、濃度、色相などにより、２次元面画
像として表示させてもよい。さらに視野の全画素に対し
て２次元画像として、濃度分布として、あるいは色相で
区別して表示してもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、１）光検出器に画素ごとに検出、読み出しできる２次元
光センサを用いることにより、微小面積でのレターデー
ション測定から任意複数画素単位の大きさの測定点に対
応したレターデーション測定が可能となった。

【００２２】２）２次元光センサを用いて光学倍率を替
えることにより、対象試料の視野を数ｍｍ角から数十ｍ
ｍ角まで自由に変更することが可能となった。３）２次元光センサを用いて、例えば画素ごとにまたは
任意の複数画素単位でレターデーション等の演算を行う
ことにより、小さな測定視野内でのレターデーション等
の２次元分布を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の装置概略構成図である。

【図２】本発明の図１の装置におけるデータ処理装置の
概略システム構成図である。

【図３】本発明装置における測定点の大きさの変更を示
す説明図である。

【図４】本発明装置における測定点の分布の説明図であ
る。

【図５】本発明装置における測定点の分布の説明図であ
る。

【図６】本発明装置における測定点の分布の説明図であ
る。

【符号の説明】

１光源２光ファイバー３投光光学系４狭帯域波長フィルタ５偏光子Ｓ試料６検光子７光学倍率調節用光学系８２次元光センサ９モータ１０駆動軸１１駆動プーリ１２駆動プーリ１３駆動ベルト１４駆動ベルト１５エンコーダ１６データ入力処理部１７データ処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光方向の異なる偏光光束に対する偏光
子、試料及び検光子の透過光強度と偏光方位角との関係
からレターデーションを求める複屈折測定方法におい
て、透過光強度を画素毎に検出、読み出しできる２次元
光センサで検出し、検出視野内の所望測定点領域に対応
する画素の検出出力を選択してレターデーションを求め
ることを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項２】偏光方向を一定の関係に保って試料の両側
に配置され、試料に対して相対的に、入射光線の軸まわ
りに同期回転可能に構成した偏光子及び検光子と、偏光
子側から測定光を照射し試料を経て検光子を透過した光
を画素ごとに検出する２次元光センサと、該センサの検
出出力の全体または特定領域部分をサンプリングする手
段と、該センサの検出出力を画素毎に記憶する画像メモ
リと、画像メモリに記憶された透過光量データから所望
の測定点領域に対応する１画素または近接する所定数の
複数画素集団を選択する手段と、選択されたデータから
レターデーション及び主屈折率方向等の複屈折量を算出
する手段とを備えたことを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項３】２次元光センサの視野内の測定点位置およ
び測定点の大きさを指定する手段を設けたことを特徴と
する請求項２記載の複屈折測定装置。
【請求項４】検光子と２次元光センサとの間に測定光束
断面を倍率調節する収斂または発散光学系を設けて、１
画素に対する試料上の測定点面積を調節するように構成
したことを特徴とする請求項３記載の複屈折測定装置。
【請求項５】１測定点に対応する画素数を変更して測定
点面積を調節するように構成したことを特徴とする請求
項３または４記載の複屈折測定装置。
【請求項６】Ｘ方向、Ｙ方向のまたは任意方向に対する
複屈折量のプロファイル、または複屈折量の２次元分布
を画像表示する手段を設けたことを特徴とする請求項
２，３，４または５記載の複屈折測定装置。
【請求項７】２次元光センサによる検出出力を検出場所
に応じて補正する手段を備えたことを特徴とする請求項
２，３，４，５または６記載の複屈折測定装置。