KR101650226B1 - 광학 특성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

광면적의 광학 필름의 광학 특성을 신속하고 또한 고정밀도로 측정한다. 측정 대상인 광학 필름 (12) 은 면 조명부 (14) 상에 놓여져 있다. 면 조명부 (14) 로부터는 광학 필름 (12) 을 향하여 원 편광이 투광된다. 광학 필름 (12) 이 X 방향으로 이동함으로써, 광학 필름 (12) 상의 측정 화소 (E) 는, 촬상부 (15) 내의 CCD 카메라의 제 1 ∼ 제 4 촬상 에어리어를 순서대로 통과한다. CCD 카메라는, 측정 화소 (E) 가 각 촬상 에어리어를 통과할 때에, 측정 화소 (E) 를 복수 회 촬상한다. 이 복수 회의 촬상에 의해 얻어지는 출력값을 가산한 것을 그 촬상 에어리어에서의 측정값으로 한다. 측정 화소 (E) 의 스토크스 파라미터는, 4 개의 촬상 에어리어의 측정값으로부터 산출한다. 광학 필름 (12) 상의 모든 측정 화소 (E) 에 대하여 스토크스 파라미터를 취득한다.

Description

광학 특성 측정 장치 및 방법{OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING DEVICE AND METHOD}

본 발명은, 광학 필름의 편광 특성을 측정하는 광학 특성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치에는, 편광판, 시야각 보정 필름, 반사 방지 필름 등의 각종의 광학 특성을 갖는 기능성 플라스틱 수지 필름 (이하, 「광학 필름」이라고 한다) 이 사용되고 있다. 액정 표시 장치는, 액정이 갖는 복굴절 특성을 이용하여 콘트라스트를 얻고 있기 때문에, 사용하는 광학 필름에도 소정의 복굴절 특성을 갖게 할 필요가 있다. 이 광학 필름의 복굴절 특성이 면 전체에 걸쳐 균일성을 갖고 있지 않은 경우에는, 액정 표시 장치에 있어서의 화상 표시에 불균일이 생겨 버리게 된다.

따라서, 액정 표시 장치에 광학 필름을 삽입하기 전에는, 필름이 원하는 복굴절 특성을 갖고 있는지 여부를 측정할 필요가 있다. 복굴절 특성의 측정은, 측정 대상이 되는 광학 필름에 대해 측정광을 조사하는 광원과, 광학 필름으로부터 나온 광을 수광하는 수광기와, 광학 필름의 편광 특성 등을 측정하기 위한 위상차판이나 편광판 등의 각종 광학 부재를 사용하여 행해진다.

예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 광원과 수광기인 CCD 카메라 사이에 둔 위상차판을 광축 둘레로 회전시킴으로써 여러 가지의 편광 상태를 만들어내고 있다. 그리고, 상이한 편광 상태의 화상을 CCD 카메라로 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상군의 각 화소의 휘도값 변화로부터 화소마다 복굴절 특성을 산출하고 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 소정 방향으로 반송 중인 광학 필름의 복굴절 특성을 온라인으로 측정하는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3 에서는, 필름을 이동시키면서 측정을 실시할 때에, CCD 카메라의 시야 사이즈와 광학 필름의 이동 속도를 고려하여 촬상을 반복함으로써, 넓은 면적의 광학 필름의 복굴절 분포를 측정하는 장치가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-229279호 일본 공개특허공보 평5-346397호 일본 공개특허공보 2007-263593호

최근에는, 액정 표시 장치가 대형화되고 있는 점에서, 그것에 삽입되는 광학 필름도 넓은 면적을 가진 광학 필름이 사용되게 되었다. 이에 수반하여, 넓은 면적을 갖는 광학 필름의 복굴절 특성을 측정할 수 있는 장치나 방법이 요구되고 있다. 예를 들어, 20 인치 정도의 액정 표시 장치에는, A3 정도 크기의 광학 필름의 검사가 필요해진다.

이 점에서, 상기의 특허문헌 1 ∼ 3 에 나타내는 바와 같은 종래 기술에서는, 이하와 같은 이유로, 광면적의 광학 필름의 복굴절 특성을 신속하고 또한 고정밀도로 측정할 수 없는 문제가 있다. 특허문헌 1 의 경우에는, 촬상 렌즈로서 텔레센트릭 렌즈를 사용하는 것이 바람직하지만, 렌즈의 시야는 겨우 1 변이 5 ㎝ 전후이기 때문에, A3 사이즈를 1 시야에서 검사할 수 없다.

따라서, CCD 카메라의 시야에 맞춰 광학 필름을 복수의 측정 에어리어로 나누고, 그 측정 에어리어마다 복굴절 측정을 실시함으로써, 전체를 검사할 필요가 있다. 이 때, 각 측정 에어리어에 있어서, 광학 필름의 편광 상태를 측정하기 위해 CCD 카메라를 정지시킨 상태에서 위상차판의 각도를 회전시키면서 촬상할 필요가 있다. 그 때문에, 소정의 측정 에어리어에서 촬상 (정지) → 다른 측정 에어리어로 CCD 카메라를 이동 → 다른 측정 에어리어에서 촬상 (정지) → … 를 반복하기 때문에, 측정이 좀처럼 진행되지 않아 시간이 걸린다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2 에서는, 광학 필름 상의 한 점을 반송 방향을 따라 측정하고 있다. 특별한 위상차판의 회전이 없기 때문에, 카메라 또는 필름을 정지시키지 않고 측정이 가능하다. 그래서, 한 점 측정을 면 측정으로 확장하기 위해, 이 측정 장치를 광학 필름의 폭 방향에 늘어놓는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 특허문헌 2 에서 나타내는 측정 장치의 측정 공간 분해능이 예를 들어 1 ㎜ 평방 인 경우에는, 이 측정 장치를 A3 사이즈인 광학 필름의 폭 방향에 배치하려고 하면, 전부 294 대의 장치가 필요해지기 때문에 실현성은 없다고 할 수 있다. 여기서 사용한 「측정 공간 분해능」이라는 말은, 측정 대상 상의 한 측정점의 사이즈를 의미하고 있으며, 최종적으로 측정 결과의 분포를 화상화했을 때에는, 그 화상의 화소 사이즈가 된다.

또, 특허문헌 3 에서 사용하는 CCD 카메라에는, 각 수광 소자에 광학 필름의 편광 상태의 측정에 필요한 편광자가 형성되어 있기 때문에, 특허문헌 1 과 같이 촬상마다 위상차판을 회전시킬 필요는 없다. 그러나, 이 특허문헌 3 에서는, CCD 카메라가 갖는 노이즈의 문제를 해결하지 못하고 있기 때문에, 고정밀의 측정을 실시할 수 없다.

특허문헌 3 에서는, 1 시야 사이즈의 측정은, CCD 카메라의 1 회의 촬상으로 얻어지는 1 장의 화상에 기초하여 행해지고 있다. CCD 카메라에서는, 동일 조건에서 연속 촬상한 경우에도, CCD 의 노이즈에 의한 휘도의 편차로 인하여, 매회 얻어지는 출력값에는 값의 변동이 발생한다. 즉, 특허문헌 3 에서는 측정의 재현이 불충분하다고 하지 않을 수 없다.

본 발명은, 2 차원 이미지 센서를 사용하여 그 촬상 시야보다 넓은 면적을 갖는 광학 필름의 편광 특성을 측정하는 경우에, 복수의 편광 상태의 촬상을 위해 이미지 센서를 광학 필름 상에 정지시킬 필요성을 없앰과 함께, 측정 정밀도를 높이기 위해 실시하는 동일 화상의 복수 회 촬상에 대해서도 이미지 센서를 정지시키지 않고 실시하는 것을 가능하게 하는, 신속하고 높은 측정 정밀도를 갖는 편광 특성 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 광학 특성 측정 장치는, 측정 대상에 특정 편광 조명을 조사하는 투광 수단과, 제 1 방향에 파장판을 정렬하여 배열하여, 제 1 방향에 적어도 4 종류의 편광 특성을 구현화하고, 또한, 상기 파장판을 투과한 광을 개별적으로 촬상하는 촬상 에어리어로 구획된 이미지 센서를 구비한 촬상 수단과, 측정 대상에 대해 촬상 수단을 상대적으로 상기 제 1 방향으로 이동시키는 주사 수단을 구비하고, 상기 주사 수단에 의한 촬상 수단의 상대 이동에 수반하여, 측정 대상의 각 측정 화소가 각 촬상 에어리어에서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 측정 화소마다 가산하여 그 촬상 에어리어에서의 측정값을 산출하고, 각 촬상 에어리어로부터 모인 측정값으로부터, 측정 화소마다의 광의 스토크스 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 한다. 상기 이미지 센서는, 다수의 화소를 갖는 촬상 소자로 촬상을 실시하고, 촬상시에는, 인접하는 복수의 화소를 결합한 결합셀마다 1 개의 출력값을 출력하는 것이 바람직하다. 측정 대상으로부터 나온 광과 이미지 센서의 각 촬상 에어리어로부터 출력되는 출력값의 관계를 나타내는 편광 전달 행렬을, 측정 전에 결합셀 단위로 구해 두고, 상기 편광 전달 행렬과 상기 각 촬상 에어리어로부터 출력되는 출력값을 사용하여, 측정 대상의 스토크스 파라미터를 구하는 것이 바람직하다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상인 광학 필름 (12) 의 측정에는 측정 공간 분해능이 여건으로서 정해지기 때문에, 최종적인 측정 결과는 광학 필름 (12) 을 측정 공간 분해능의 크기로 세분화한 미소 에어리어마다의 측정 결과의 집합, 즉 광학 특성의 면 분포 정보이다. 측정 대상인 광학 필름 (12) 상에는, 측정 공간 분해능에 의해 가상적으로 세분화된 에어리어가 있는 것으로 간주하고, 이 하나하나의 에어리어를 총칭해서, 이 이후에 「측정 화소 (E)」라고 부른다.

상기 이미지 센서는, 촬상에 의해 얻어지는 출력값을 결합셀 단위로 출력하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 「결합셀」이란, 인접하는 이미지 센서의 촬상 셀을 종횡으로 소정 개수 합쳐 1 개의 큰 셀 (결합셀) 로 하고, 그 셀의 출력값은, 결합셀에 포함되는 모든 촬상 셀의 출력값을 평균한 값으로 하는 것이다. 이 하나하나의 결합셀을 총칭해서, 이 이후에 「결합셀 (CP)」이라고 부른다.

이와 같이 결합셀 (CP) 단위로 촬상을 실시하는 이유는, 이하와 같다. 도 2 의 그래프는, 이미지 센서로서 12 비트 출력의 CCD 카메라를 사용했을 때의 출력값의 편차를 나타낸 것이다. 이 그래프는, 소정 수의 화소를 결합한 결합셀에 대해 비교적 밝은 광 (출력값이 3740 부근이 되는 광) 을 입력하고, 단순히 256 회 측정을 실시하여 전체 출력값 중 최대값에서 최소값을 뺀 편차폭을 플롯한 것이다. 이 그래프에서는, 세로축은 CCD 카메라의 출력값의 편차를, 가로축은 화소의 결합수를 나타내는 결합셀 수를 나타내고 있다. 여기서, 예를 들어, 결합셀 수가 4 인 결합셀은, 세로 2 화소, 가로 2 화소를 갖고 있다. 또한, 도 2 에 있어서, 검은 동그라미는 CCD 카메라의 출력값의 편차폭 (측정 결과) 을, 점선은 검은 동그라미로부터 얻은 근사 곡선을 나타내고 있다. 이 결과로부터, CCD 카메라의 출력에 수반되는 노이즈는, 결합셀 수의 거의 -1/2 승에 비례하고 있어, 랜덤 노이즈의 성질이 있는 것을 알 수 있다.

이 그래프가 나타내는 바와 같이 1 셀, 4 셀, 9 셀, 16 셀, … 로 셀 사이즈 (결합셀 수) 를 크게 할 때마다, CCD 카메라의 출력값의 편차가 낮아지고 있다. 따라서, 결합셀 수를 어느 정도 크게 하여 촬상을 실시하지 않으면, CCD 카메라의 출력값의 편차가 크기 때문에, 촬상수를 늘려 평균화 등을 하지 않는 한 고정밀도로 측정할 수 없다. 또한, 이 그래프를 얻기 위해 사용한 CCD 는, 1/1.8 인치, 200 만 화소, 촬상 셀 사이즈는 4.4 ㎛ 사방인 것이다.

결합셀 (CP) 을 구성하는 화소의 개수는, 1, 4, 9 … 와 같이 1 부터 시작되는 N² (N 은 자연수) 의 수열의 수가 바람직하고, 최대값은 상기 이미지 센서 상에 결상되는 측정 대상의 측정 공간 분해능 (즉, 측정 화소 (E) 의 크기) 이 결합셀의 크기가 되는 수로 한다.

도 3 에 촬상부 (15) 를 나타낸다. 여기서는, 이미지 센서로서 CCD 를 사용한 예를 나타내지만, 이미지 센서로서는 CMOS 여도 된다. 파장판은 1 장에 대하여 1 종류의 편광 특성을 구현화하는 것으로 하여 4 장 사용한 예를 나타내고 있다. 파장판의 수도, 이후에서 서술하는 바와 같이 4 종류만으로 한정되지 않는다. 촬상부 (15) 의 구조는, 카메라 케이스 (40) 와, CCD 카메라 (41) 와, 텔레센트릭 렌즈 (42) 와, CCD 카메라 회전 기구 (43) 와, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 과, 편광판 (49) 을 구비하고 있다. 카메라 케이스 (40) 는 대략 직육면체 형상을 갖고 있으며, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 및 편광판 (49) 을 장착하기 위한 개구 (40a) (도 4 참조) 가 1 개 형성되어 있다. 이 카메라 케이스 (40) 내에 CCD 카메라 (41), 텔레센트릭 렌즈 (42), CCD 카메라 회전 기구 (43) 가 형성되어 있다. 또한, CCD 카메라 회전 기구 (43) 는, 결합셀의 2 차원 배열의 한 방향을 주사 수단의 주사 방향과 일치시키는 조정 목적을 위해 있다. 또한, 도 3 에 있어서의 화살표 X 는, 측정 대상의 상대 이동 방향 (측정 대상 또는 촬상부 중 어느 쪽이 이동해도 된다) 을 나타내고 있다.

텔레센트릭 렌즈 (42) 는, 양측 텔레센트릭 렌즈나 물체측 텔레센트릭 렌즈를 사용한다. 텔레센트릭 렌즈 (42) 는, 측정 대상의 이미지를 CCD 상에 그 렌즈 배율을 곱한 크기로 결상한다 (배율로는 1 배 ∼ 1/3 배인 것이 사용된다). 텔레센트릭 렌즈의 깊은 초점 심도와 광축에 평행한 광속을 포착하는 능력 때문에, 각 파장판을 투과한 광은, 서로 섞이지 않고 이미지 센서에 도달하여, 각각의 파장판에 대응한 개별의 에어리어를 형성한다. 이 각 파장판을 통과한 광속으로 생기는, 실질적으로 파장판에 의해 구획된 CCD 상의 각 에어리어를, 이후에 총칭해서 「촬상 에어리어」라고 부른다.

광학 필름 (12) 상의 임의의 1 개의 측정 화소 (E) 가, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 을 통과하여, 촬상부 (15) 에서 어떻게 측정되는지를 도 4 를 이용하여 설명한다. 또한, 도 4 에 있어서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 텔레센트릭 렌즈 (42) 에 있어서의 축소 또는 확대 효과, 또한 도치 (倒置) 결상 효과를 도면에 포함시키지 않았으며, 광학 필름 (12) 상의 한 점이 CCD (55) 상에 등배이며 정립으로 결상되도록 그려져 있다.

먼저, 광학 필름 (12) 상의 임의의 측정 화소 (E) 가 주사 수단에 의해 촬상부 (15) 의 시야 내에 들어왔을 때, 측정 화소 (E) 로부터 나온 광은, 맨 처음에 제 1 파장판 (45) 의 구획으로 들어가 잠깐 동안 이 구획을 횡단한다. 제 1 파장판 (45) 은 텔레센트릭 렌즈 (42) 의 작용으로, CCD (55) 상에 대응하는 촬상 에어리어 (50) 에 결상되기 때문에, 측정 화소 (E) 가 제 1 파장판 (45) 의 구획을 횡단하는 동안에, 측정 화소 (E) 의 이미지는 촬상 에어리어 (50) 의 구획을 횡단하여, 측정 화소 (E) 의 일정 거리의 이동에 맞춰 복수 회의 촬상이 행해진다. 마찬가지로, 제 2 ∼ 제 4 파장판 (46 ∼ 48) 은, 촬상 에어리어 (51 ∼ 53) 에 결상되고, 측정 화소 (E) 는 여기에서도 복수 회의 촬상이 행해진다.

촬상 수단에 입사된 광의 스토크스 파라미터와 이미지 센서로부터 출력되는 출력값의 관계를 나타내는 편광 전달 행렬을, 사전에 CCD 의 결합셀 (CP) 단위로 구해 둔다.

촬상에 의해 얻어진 측정 화소 (E) 에 관한 CCD 의 출력값은, 측정 화소 (E) 로부터 나온 광의 스토크스 파라미터와 그것을 촬상한 결합셀이 갖는 편광 전달 행렬의 행렬곱이다.

촬상에 의해 얻어진 측정 화소 (E) 에 관한 CCD 의 각 출력값은 촬상 에어리어마다 가산하여, 그 촬상 에어리어에 있어서의 측정값으로서 취출한다. 동시에, 측정 화소 (E) 의 촬상시에 사용되는 결합셀 (CP) 의 편광 전달 행렬의 행렬합도 촬상 에어리어마다 실시해 둔다. 이렇게 하여, 측정 화소 (E) 에 관한, 측정값과 광의 스토크스 파라미터와 편광 전달 행렬의 관계식이, 촬상 에어리어의 수 (또는 구현화한 편광 상태의 종류의 수) 만큼 얻어진다. 측정값은 촬상 에어리어의 수인 4 종류 있기 때문에, 이것으로부터 스토크스 파라미터를 산출할 수 있다. 이 공정을, 측정 화소 (E) 마다 실시함으로써, 측정 대상의 스토크스 파라미터의 면 분포 정보를 산출한다.

상기 이미지 센서는, 소정의 측정 화소가 인접하는 2 개의 결합셀에 걸쳐 촬상되는 것이 바람직하다. 상기 소정의 측정 화소의 출력값은, 일방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것과, 타방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 주사 수단은, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 촬상 수단에 의한 측정 대상의 제 1 방향의 촬상이 완료될 때마다, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향에 직각이고 측정 대상과는 평행한 제 2 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.

상기 주사 수단이, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향에 직각이고 측정 대상과는 평행한 제 2 방향으로 이동시키는 경우에는, 촬상 수단과 투광 수단의 제 2 방향에 있어서의 위치 관계를 유지하면서 이동시켜, 즉 위치 관계에 변화가 생기지 않도록 이동시켜, 투광 수단의 편광 조사폭을 촬상 수단의 제 2 방향의 시야폭을 조사할 수 있을 정도로 좁게 한 것이 바람직하다.

상기 파장판에 의해 구현화되는 편광 종류의 수가, 4 내지 40 인 것이 바람직하다. 상기 파장판은, 지상량이 70°내지 170°또는 190°내지 290°중 어느 것인 파장판과 동일한 지상 효과를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 광학 특성 측정 방법은, 제 1 방향에 파장판을 정렬하여 배열하여, 제 1 방향에 적어도 4 종류의 편광 특성을 구현화하고, 또한, 상기 파장판을 투과한 광을 개별적으로 촬상하는 촬상 에어리어로 구획된 이미지 센서를 구비한 촬상 수단을 사용하여, 측정 대상에 대해 촬상 수단을 상대적으로 상기 제 1 방향으로 이동시켜, 측정 대상의 각 측정 화소가 각 촬상 에어리어에서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 가산하여 측정 화소마다 그 촬상 에어리어에서의 측정값을 산출하고, 각 촬상 에어리어로부터 동일하게 하여 모인 측정값으로부터 측정 화소마다, 측정 대상으로부터 나온 광의 스토크스 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 편광 특성이 상이한 적어도 4 종류의 파장판이 제 1 방향에 정렬하여 배열되고, 상기 파장판 각각을 투과한 광을 개별적으로 촬상하는 파장판의 4 개의 촬상 에어리어로 구성되어 있는 촬상 수단을 사용하고 있기 때문에, 측정 대상의 촬상 수단에 대한 제 1 방향으로의 이동에 수반하여, 측정 대상 상의 각 측정 화소는 4 종류 이상의 편광 측정 촬상이 상기 상대 이동 중에 연속해서 행해진다. 또한, 1 개의 촬상 에어리어 내에서는, 각 측정 화소는 상이한 측정 화소로 복수 회 촬상되고, 그 각각의 측정 화소의 편광 전달 행렬이 사전에 측정되고 있기 때문에, 동일 측정의 복수 회 측정으로서 실질 평균 처리가 가능하여 S/N 비를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 촬상 수단을 측정 대상에 대해 멈추지 않고 상대 이동시키면서, 4 종 이상의 편광 상태 측정과 복수 회 촬상을 동시에 달성할 수 있다. 측정 대상의 제 1 방향으로의 이동 완료 (즉, 측정 완료) 후에는, 촬상 대상을 시야폭분 제 2 방향으로 이동시킴으로써, 측정면을 넓힐 수 있어, 제 1 방향으로의 이동 촬상과 제 2 방향으로의 이동의 반복으로 측정 대상의 전체면 측정이 가능해진다. 4 종류 이상의 편광 상태의 측정을 실시하고 있기 때문에, 측정 스토크스 파라미터를 결정할 수 있다. 광원의 스토크스 파라미터와 측정 스토크스 파라미터의 비교를 함으로써, 측정 대상의 편광 특성을 산출할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 광면적의 광학 필름의 편광 특성을 신속하고 또한 고정밀도로 측정할 수 있다. 예를 들어, 공간 분해능 1 ㎜ 사방, 축 방위 측정 정밀도 0.1°의 조건에서 종래 방법으로 약 10 분을 필요로 하였던 것이, 본 발명에 있어서는 약 2 분 반에 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 종래 방법과 비교하여, 약 4 배의 고속화를 달성할 수 있다.

도 1 은 시료인 광학 필름의 측정 화소를 설명하는 설명도이다.
도 2 는 결합셀 수와 CDD 카메라의 출력값의 편차 (출력값 12 비트의 카메라에 있어서 고휘도인 3740/4096 부근의 데이터) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 촬상부의 개략도이다.
도 4 는 CCD 카메라의 제 1 ∼ 제 4 촬상 에어리어에서 측정 화소 (E) 를 촬상하는 것을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5 는 본 발명의 광학 특성 측정 장치의 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 작용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 7 은 면 조명부의 투광 화소를 설명하는 설명도이다.
도 8 은 편광 전달 행렬을 구하기 위해 사용하는 광 및 촬상부를 나타내는 개략도이다.
도 9 는 캘리브레이션 측정과 측정에서 사용되는 XY 어드레스를 갖는 기억 영역에 있어서의 1 요소의 2 차원 배열 구조를 나타내는 개략도이다.
도 10 은 CCD 카메라의 제 1 촬상 에어리어 내의 각 결합셀에 의해 측정 화소 (E1) 를 촬상하는 것을 설명하기 위한 설명도이다.
도 11 은 CCD 카메라의 제 2 ∼ 제 4 촬상 에어리어 내의 각 결합셀에 의해 측정 화소 (E1) 를 촬상하는 것을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12 는 측정 화소 (E1 ∼ En) 의 촬상에 의해 얻어지는 출력값을 제 1 ∼ 제 4 기억부 (E11 ∼ En4) 에 기억하는 것을 설명하기 위한 설명도이다.
도 13 은 결합셀 (CP11 및 CP12) 이 7：3 의 비율로 측정 화소 (E1) 를 촬상하는 경우를 설명하기 위한 설명도이다.
도 14 는 측정 화소 (E1) 가 결합셀 (CP11 ∼ CP15) 에서 11 회 촬상되는 것을 설명하기 위한 설명도이다.
도 15 는 결합셀 (CP11 및 CP12) 이 5：5 의 비율로 측정 화소 (E1) 를 촬상하는 경우를 설명하기 위한 설명도이다.
도 16 은 사용하는 파장판의 지상량과 계산 오차량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17 은 사용하는 파장판의 지상량과 계산 오차량의 관계를 나타내는 표이다.
도 18 은 제 1 ∼ 제 4 파장판이 CCD 카메라 바로 앞에 형성된 촬상부를 나타내는 개략도이다.
도 19 는 조명부를 가늘게 하여 제작한 측정 장치의 개략도이다.
도 20 은 2 대의 CCD 카메라를 구비하는 측정 장치를 나타내는 개략도이다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광학 특성 측정 장치 (10) 는, 소정의 복굴절 특성을 갖는 광학 필름 (12) 을 측정 대상으로 하여 측정한다. 광학 특성 측정 장치 (10) 에 있어서는, 시료 스테이지 (13) 에 장착된 면 조명부 (14) 상에, 측정 대상인 광학 필름 (12) 이 놓여진다. 그리고, 면 조명부 (14) 로부터 발해진 원 편광의 조명광으로 광학 필름 (12) 을 조명하고, 이 광학 필름 (12) 으로부터 나온 광을 촬상부 (15) 에서 시료 스테이지 (13) 를 X 방향으로 이동시키면서 촬상한다. 그리고, 컴퓨터 (16) 는, 촬상부 (15) 에서 얻어진 출력값에 기초하여 각종 해석을 실시함으로써, 광학 필름 (12) 의 광학 특성을 구한다. 또한, 편광 조명으로서 타원 편광을 사용해도 된다.

시료 스테이지 (13) 는, X 방향 이동 기구 (20) 에 의해, 기대 (22) 상의 2 개의 레일 (22a, 22b) 을 따라 X 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또, X 방향 이동 기구 (20) 는, X 모터 드라이버 (24) 로부터 출력되는 구동 펄스에 기초하여 구동하는 서보 모터로 구성된다.

마찬가지로, 촬상부 (15) 는, 지지대 (30) 에 형성된 아암 (31) 에 장착되어 있다. 아암 (31) 은, Y 방향 이동 기구 (33) 에 의해, X 방향과 직교하는 Y 방향으로 이동 가능하게 되어 있음과 함께, Z 방향 이동 기구 (34) 에 의해, X 방향 또는 Y 방향에 직교하는 Z 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 이와 같이 아암 (31) 이 Y 방향 또는 Z 방향으로 이동함으로써, 촬상부 (15) 도 Y 방향 또는 Z 방향으로 이동 가능하게 된다. 또한, Z 방향으로의 이동 목적은, 촬상부 (15) 의 핀트 조정을 위해서이다. Y 방향 이동 기구 (33) 는, Y 모터 드라이버 (도시 생략) 로부터 출력되는 구동 펄스에 기초하여 구동한다.

X 모터 드라이버 (24) 와 Y 모터 드라이버로부터의 구동 펄스는, 각각 X 펄스 카운터 (26) 와 Y 펄스 카운터 (도시 생략) 에도 송신된다. 각 펄스 카운터는, 수신한 구동 펄스를 카운트한다. 펄스 카운터에 의해 카운트된 값은, 컴퓨터 (16) 에 보내진다. 컴퓨터 (16) 에서는, 1 펄스당 시료 스테이지 (13) 의 이동량과 촬상부 (15) 의 이동량을 기억하고 있기 때문에, 양 펄스 카운터의 카운트값으로부터 촬상부 (15) 의 시야가 시료 스테이지 (13) 상의 어느 위치에 있는지를 파악할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 작용에 대하여 도 6 의 플로우 차트를 따라 설명한다. 먼저, 맨 처음에 실시하는 것이 측정 준비이며, 여기서는, CCD 카메라 (41) 의 결합셀 (CP) 단위로 촬상부 (15) 의 편광 전달 행렬을 특정한다. 이 작업은, 초기 설정으로서 1 회만 행해진다. 구한 편광 전달 행렬은 컴퓨터 (16) 내에 기억되고, 초기 설정 이후에는, 그 구한 편광 전달 행렬을 사용한다.

측정 준비 다음에 실시하는 것이 캘리브레이션 측정이다. 여기서는 면 조명부 (14) 로부터 발해지는 광의 스토크스 파라미터 (이후, S 파라미터라고 기재한다) 를 면 조명부 (14) 의 전체면에 걸쳐 측정 해상도의 단위로 측정한다.

투광 수단으로서의 면 조명부 (14) 에는, 도 7 에 나타내는 바와 같은, 가상적으로 측정 해상도의 단위로 세분화된 에어리어가 있는 것으로 간주하고, 이 하나하나의 에어리어를 총칭해서, 이 이후에 「투광 화소 (L)」라고 부른다. 따라서, 캘리브레이션 측정이란, 투광 화소 단위 L 로 S 파라미터를 구하는 공정이다.

캘리브레이션 측정은, 광원 변동이 없는 한 실시할 필요가 없지만, 대체로 1 일의 최초의 측정시에 실시하는 것이 바람직하다.

캘리브레이션 측정 다음에 실시하는 것이 실측정이며, 여기서는, 면 조명부 (14) 상에 광학 필름 (12) 을 놓고 광학 필름 (12) 을 투과해 오는 광의 S 파라미터를 광학 필름 (12) 의 전체면에 걸쳐 측정 대상 측정 해상도 (즉, 측정 대상 E) 단위로 측정한다.

마지막으로, 실측정으로 얻은 S 파라미터와 조명부의 S 파라미터를 비교하여 측정 대상의 복굴절 특성을 산출한다. 여기서 중요한 것은, 실측정에서의 각 측정 화소 (E) 의 위치와 캘리브레이션 측정에서의 각 투광 화소 (L) 의 위치를 일치시킴으로써, 여기에는 측정 대상 스테이지가 갖는 카운터가 사용된다. 카운터의 현재값에 의해 카메라의 각 결합셀이 측정 대상 스테이지의 어느 장소를 포착하고 있는지 알 수 있기 때문에, 측정시에 얻어지는 각 결합셀의 출력값을 적확하게 각 투광 화소 (L), 또는 각 측정 화소 (E) 에 배분할 수 있다.

이하에, 측정 준비 공정부터 상세하게 서술한다. 측정 준비 공정은, 본 장치의 촬상부 (15) 에 사용되는 CCD 카메라의 각 결합셀의 편광 전달 행렬을 실측정에 앞서 특정해 두는 공정이다. 이 특정에 사용하는 측정 기구 자체를 본 장치 안에 삽입해도 되고, 본 장치와는 분리하여 외부에서 편광 전달 행렬 측정을 실시하고, 데이터만을 USB 메모리 등의 수단을 사용하여 컴퓨터 (16) 에 입력해도 된다.

CCD 카메라 (41) 의 결합셀 단위로 촬상부 (15) 의 편광 전달 행렬을 구하는 이유는, 동일 파장판 구획 내에 있는 복수 개의 측정 화소 (E) 에서 얻어진 측정값을 평균하여 그 파장판에서의 1 개의 신뢰성이 높은 대표 측정값을 얻기 위해서이다. 동일 파장판 구획을 통과한 광이라 하더라도, 파장판, 편광판, 텔레센트릭 렌즈의 상이한 부분, CCD 의 상이한 측정 화소를 사용한 측정값이기 때문에 동일하게 취급할 수는 없다. 그것은, 각각에 국소적인 편광 전달 특성의 편차 (로컬리티) 가 있기 때문이다. 그러나, 사전에 결합셀 단위마다 편광 전달 행렬을 구해 두면, 복수의 측정값으로부터 로컬리티의 영향을 보정하여 신뢰성이 높은 대표 측정값 1 개로 정리할 수 있다.

편광 전달 행렬은, 촬상부 (15) 에 입사되는 광의 S 파라미터와 CCD 카메라 (41) 로부터 출력되는 출력값의 관계를 나타내는 행렬이다. 이 편광 전달 행렬은, 촬상부 (15) 를 형성하는 광학 부재 등의 뮐러 매트릭스 (이후, M 행렬이라고 기재한다) 의 곱으로부터 결정할 수 있다. CCD 상의 임의의 결합셀에 관련지어지는 M 행렬은, 그 결합셀에 입사되는 광속이 통과한 파장판 (45 ∼ 48) 중 어느 것의 광속 통과 부분의 M 행렬과, 편광판 (49) 의 광속 통과 부분의 M 행렬과, 텔레센트릭 렌즈의 광속 통과 부분의 M 행렬과, CCD 의 그 결합셀의 M 행렬을 곱한 것이다. [수학식 1] 에, 이 M 행렬의 일반적인 형태를 나타낸다. × 표시는 이후의 계산에 관계하지 않기 때문에 특정할 필요가 없는 요소이다.

이 M 행렬의 제 1 행만을 취출하여, M₁₁ 요소로 규격화하면, [수학식 2] 가 된다. 이 행렬을 그 결합셀에서의 편광 전달 행렬이라고 정의한다.

또, 다시 M₁₂/M₁₁, M₁₃/M₁₁, M₁₄/M₁₁ 을 M 행렬에 친숙한 기호 M₁₂, M₁₃, M₁₄ 로 다시 치환하고, M₁₁ 을 계수 K 로 치환하여 [수학식 3] 을 얻는다.

[수학식 3] 에 나타낸 형식의 행렬을, 결합셀에 있어서의 편광 전달 행렬을 표현하는 일반적인 기호로 한다. 여기서, K 는 편광 전달 행렬의 비례 계수이지만, 이 값에는, CCD 카메라의 셰이딩 효과 (CCD 카메라 (41) 의 각 결합셀의 양자 (量子) 효율이나 게인 계수의 편차) 도 포함되어 있다.

측정 준비 공정에서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, S 파라미터가 기지인 광 (70) 을 사용하여 촬상부 (15) 의 모든 결합셀마다 개별적으로 편광 전달 행렬을 구한다. 여기서, S 파라미터가 기지인 광 (70) 은, 기준 투광기 (71) 내에서 평행 단색 광원 (72) 으로부터의 평행광을, 편광판 (PL1) 및 1/4 파장판 (QWP1) 에 투과시킴으로써 얻어진다. 편광판 (PL1) 은 방위가 고정되어 투과축이 촬상부 (15) 에 있어서의 방위의 기준 방향을 0°로 하고, 0°에 배치되어 있다. 1/4 파장판 (QWP1) 은 모터 구동의 연속 회전 기구 (도시 생략) 를 가지며, 편광 전달 행렬의 측정에 있어서 이것을 연속 회전시켜 사용한다. 파장판 (QWP1) 의 실제 지상량과 축 방위는 기지의 것을 사용하고, 진상축 방위도 촬상부 (15) 에 있어서의 기준 방위를 0°로 하여 정의한다.

기지의 광 (70) 은, 기준 투광기 (71) 의 광축 중심 주변의 광속이다. 1 회의 측정으로 결합셀 1 개의 편광 전달 행렬을 측정한다. 기준 투광기 (71) 의 광속의 광축 중심이, 촬상부 (15) 의 측정 대상으로 되어 있는 결합셀의 중심을 통과하도록, 기준 투광기 (71) 의 XY 이동 기구 (71a) 를 사용하여 기준 투광기 (71) 와 촬상부 (15) 를 상대시킨다. 1 개의 결합셀의 편광 전달 행렬 측정이 종료되면, XY 이동 기구 (71a) 를 사용하여 옆 측정 화소의 편광 전달 행렬 측정을 실시한다. 이렇게 하여, 촬상부 (15) 의 모든 결합셀의 편광 전달 행렬을 측정한다.

여기서, 광 (70) 의 기지의 S 파라미터를 ｜P₀ P₁ P₂ P₃｜^T 로 하여, 임의의 1 개의 결합셀의 편광 전달 행렬의 측정 방법을 설명한다. 이 결합셀의 신호 출력값과 측정에 사용한 광 (70) 의 S 파라미터에는, 이 결합셀의 편광 전달 행렬을 [수학식 3] 으로 기술한 경우에, [수학식 4] 의 관계가 있다.

광 (70) 의 S 파라미터의 각 요소를 QWP1 의 상수를 사용하여 상세하게 기술하면, [수학식 5] 로 나타내어진다.

여기서는, QWP1 의 방위를 γ, 위상차를 ε, C=cos2γ, S=sin2γ 로 하고 있다.

K' 는 실제 CCD 카메라 (41) 의 출력값과의 정합을 취하기 위한 계수이며, 이 측정 중에 정해지는 실수이다.

이상으로부터, P₀, P₁, P₂, P₃ 은, 이하의 [수학식 6] 이 된다.

[수학식 6] 을 [수학식 4] 에 대입하면, [수학식 7] 이 얻어진다.

이 [수학식 7] 에 대하여 QWP1 의 방위 γ 에서 DFT (Discrete Fourier Transformation) 를 실시하면, [수학식 8] 에 나타내는 바와 같이, 직류 성분 및 하기 주파수 성분의 출력값을 나타내는 4 개의 관계식이 얻어진다. 여기서, Fdc 는 직류 성분, Fcos4 는 cos4γ 성분, Fsin4 는 sin4γ 성분, Fsin2 는 sin2γ 성분의 측정된 진폭을 나타낸다.

여기서, Fdc 에는 CCD 의 암전류 (광량 제로에서도 임의의 CCD 는 임의의 값을 출력한다) 분이 더해져 있는 것에 주의가 필요하다. 이 수치를 BG 로 했을 때, [수학식 8] 에 있어서의 Fdc 에서 BG 를 뺀 것이 이후의 계산에 사용할 직류 성분이며, [수학식 8] 의 4 식은 [수학식 9] 로 수정된다. 또한, BG 는 CCD 카메라의 광을 완전히 차단함으로써 특정할 수 있어, 사전에 이 값을 얻어 둔다.

[수학식 9] 에 나타내는 4 개의 식에 있어서, 미지수는 KㆍK', M₁₂, M₁₃, M₁₄ 의 4 개이기 때문에 값이 구해진다. 예를 들어, (1)÷(2) 로부터 M₁₂ 를 특정할 수 있고, 계속해서 KㆍK' 를 특정할 수 있으며, 그 후 M₁₃, M₁₄ 를 특정할 수 있다.

이렇게 해서, 1 개의 결합셀의 편광 전달 행렬의 모든 요소와 KㆍK' 의 값을 특정할 수 있다. 이것을 전체 결합셀 (CP) 에서 반복함으로써, 촬상부 (15) 의 모든 결합셀 (CP) 에 있어서의 편광 전달 행렬과 KㆍK' 의 값을 특정할 수 있다. KㆍK' 의 값 중, K 는 결합셀마다 상이한 값이지만, K' 는 본 측정 준비에서 사용한 광의 강도에 관계하는 값으로 이 측정 동안에 일정했던 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 여기서 특정된 KㆍK' 의 값은, 이후의 측정 (캘리브레이션 측정, 실측정) 에서 각 결합셀 사이에서의 상대적인 신호 강도비로서 사용할 수 있다. 또한, 이후의 측정에 있어서, 광의 강도가 이번 측정 준비의 측정과 상이한 경우가 있었다 하더라도, 각 결합셀 사이에서의 상대적인 신호 강도비로서는 이 값을 사용할 수 있다.

여기서, 특정한 각 결합셀 (CP) 에 있어서의 편광 전달 행렬의 각 요소는, 컴퓨터 (16) 내에 기억해 둔다. 이 때, 여기서 특정된 KㆍK' 의 값은, 이후의 설명에서는 다시 K 라는 기호로 참조한다.

이와 같이, 파장판, 편광판, 렌즈, CCD 를, 다 짜여진 후에 일괄로 편광 전달 행렬로서 측정하기 때문에, 하나하나를 특정할 필요가 없다. 이것은, 측정의 부하를 줄이는 큰 장점을 낳는다.

다음으로, 캘리브레이션 측정과 실측정의 상세에 대하여 서술한다 (도 6 의 플로우 차트 참조). 동작은 양쪽 모두 완전히 동일하며, 측정 대상이 캘리브레이션 측정에서는 면 조명부 (14) 이고, 실측정에서는 광학 필름 (12) 이 되는 점이 상이하다. 이하에서는, 실측정을 예로 하여 설명을 한다.

캘리브레이션 측정도 실측정도, 컴퓨터 (16) 내에 일시적인 출력값 기억 영역을 형성하여 CCD 의 출력값을 기억한다. 이 출력값 기억 영역은, 측정 화소 (E) 의 측정 스테이지에 있어서의 XY 의 2 차원 어드레스에 의해 구별되는 배열이고, 1 개의 배열 요소가 도 9 에 나타내는 바와 같은 파장판의 수와 1 개의 파장판에 있어서의 측정수에 의해 구별되는 2 차원 구조이며, 전체적으로는 4 차원 구조로 되어 있다.

캘리브레이션 측정 및 실측정에서는, 먼저 촬상부 (15) 를 Y 방향의 소정 위치에 정지시킨 상태에서, 시료 스테이지 (13) 를 X 방향으로 그 일단부터 타단까지 이동시킨다. 시료 스테이지 (13) 가 이동하면 촬상 트리거가 발행되어 자동적으로 촬상이 행해진다. 시료 스테이지 (13) 상에는 면 조명부 (14) 와 광학 필름 (12) (이하, 간단히 「광학 필름 (12) 등」이라고 한다) 가 있으며, 촬상부 (15) 가 광학 필름 (12) 등의 타단까지 촬상하면, 카메라의 시야폭분의 측정이 종료된 상태이기 때문에, 카메라 시야를 변경하기 위해 이번에는 촬상부 (15) 를 Y 방향으로 시야폭분 이동시킨다. 그 후 다시 광학 필름 (12) 등의 타단부터 일단까지 이동시켜, 광학 필름 (12) 등의 미촬상 부분을 촬상한다. 상기 순서를 반복하여, 광학 필름 (12) 등 전체의 촬상을 실시한다.

이하에 촬상부터 S 파라미터가 산출될 때까지의 과정을 나타낸다. 또한, CCD 는 촬상 타이밍에 전체 화소 동시에 촬상이 행해지기 때문에, 1 회의 촬상으로 전체 결합셀로부터 데이터를 취득하지만, 이하의 설명에서는, 대표예로서 1 개의 측정 화소 (E) 에 주목하여 설명한다. 또, 설명을 간단히 하기 위해, CCD 카메라 (41) 의 각 촬상 에어리어 (50 ∼ 53) 에는, X 방향으로 5 개의 결합셀 (CP) 이 배열되어 있는 것으로 하여, 대상인 측정 화소 (E) 의 이미지가 통과하는 X 방향의 임의의 1 개의 단면으로 설명을 한다. 또한, 여기서는 측정 화소 (E) 가 CCD 상에서 결합셀 (CP) 의 사이즈와 동일해지도록 설정되어 있다. 이 설정은, 텔레센트릭 렌즈의 배율 설정 또는 결합셀 수로 조정할 수 있다.

도 10(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 촬상 에어리어 (50) 에 형성된 5 개의 제 1 결합셀을 CP11 ∼ CP15 로 하고, 제 2 촬상 에어리어 (51) 에 형성된 5 개의 제 2 결합셀을 CP21 ∼ CP25 로 하고, 제 3 촬상 에어리어 (52) 에 형성된 5 개의 제 3 결합셀을 CP31 ∼ CP35 로 하고, 제 4 촬상 에어리어 (53) 에 형성된 5 개의 제 4 결합셀을 CP41 ∼ CP45 로 한다. 또, 광학 필름 (12) 의 측정 화소를 E1 ∼ En (n 은 2 이상의 자연수) 으로 한다. 그리고, 광학 필름 (12) 을 X 방향으로 이동시킬 때에 발하는 촬상 트리거의 간격은, 측정 화소 (E) 가 CCD 상에서 결합셀의 X 방향의 길이 (L) (=1 개의 측정 화소에 있어서의 X 방향의 길이) 만큼 진행되는 거리로 설정한다. CCD 의 각 촬상 에어리어에는 X 방향에 5 개의 결합셀이 배열되어 있기 때문에, 1 개의 측정 화소 (E) 가 각 촬상 에어리어를 통과하면, 각 촬상 에어리어에서 5 회의 촬상이 행해지게 된다.

먼저, 광학 필름이 X 방향으로 이동함으로써, 임의의 타이밍에 측정 화소 (E1) 의 이미지가 제 1 촬상 에어리어의 제 1 결합셀 (CP11) 상에 도달한다. 그리고, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 측정 화소 (E1) 의 이미지가 제 1 결합셀 (CP11) 상에 위치했을 때에, 제 1 결합셀 (CP11) 은 측정 화소 (E1) 를 촬상한다. 이 촬상에 의해 얻어진 출력값은, 컴퓨터 (16) 내의 측정 화소 (E1) 용의 출력값 기억 영역 (EM1) 에 기억된다. EM1 은 도 9 에 나타낸 바와 같은 2 차원 배열이고, 행 방향이 촬상 에어리어수, 열 방향이 측정값의 개수이다. 이 출력값은, 출력값 기억 영역 (EM1) 의 제 1 촬상 에어리어용의 행 EM11 에 저장된다.

다음으로, 광학 필름 (12) 이 X 방향으로 1 촬상 트리거의 이동량분만큼 이동하면, 광학 필름 (12) 의 측정 화소 (E1) 의 이미지는 제 1 결합셀 에어리어 (CP12) 상에 위치한다. 그리고, 제 1 결합셀 에어리어 (CP12) 가 측정 화소 (E1) 를 촬상한다. 이 촬상에 의해 얻어진 출력값은, 측정 화소 (E1) 용의 출력값 기억 영역 (EM1) 의 제 1 촬상 에어리어용의 행 EM11 의 다른 영역에 기억된다. 그리고, 동일하게 하여, 제 1 결합셀 에어리어 (CP13 ∼ CP15) 에서 측정 화소 (E1) 를 촬상하고, 이 촬상에 의해 얻어지는 출력값을 EM11 에 기억한다. 따라서, 측정 화소 (E1) 가 제 1 촬상 에어리어를 통과함으로써, 합계 5 회의 촬상이 행해진다.

다음으로, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 측정 화소 (E1) 가 제 2 촬상 에어리어 (51) 내의 결합셀 (CP21) 상에 도달하면, 결합셀 (CP21) 은 측정 화소 (E1) 를 촬상한다. 이 촬상에 의해 얻어진 출력값은, 컴퓨터 (16) 내의 출력값 기억 영역 (EM1) 의 제 2 촬상 에어리어용행 EM12 에 기억된다. 그리고, 동일하게 하여, 측정 화소 (E1) 가 제 2 결합셀 (CP22 ∼ CP25) 을 통과할 때마다 촬상을 실시하고, 촬상에 의해 얻어진 출력값은 EM12 에 순서대로 기억된다.

그리고, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 측정 화소 (E1) 가 제 3 촬상 에어리어 (52) 내의 제 3 결합셀 (CP31 ∼ CP35) 을 통과했을 때에도, 동일하게 하여 촬상을 실시한다. 이들 제 3 결합셀 (CP31 ∼ CP35) 에서 측정 화소 (E1) 를 촬상했을 때의 출력값은, 출력값 기억 영역 (EM1) 의 제 3 촬상 에어리어용행 EM13 에 기억된다. 또, 도 11(c) 에 나타내는 바와 같이, 측정 화소 (E1) 가 제 4 촬상 에어리어 (53) 내의 제 4 결합셀 (CP41 ∼ CP45) 을 통과했을 때에도, 동일하게 하여 촬상을 실시하고, 출력값은 출력값 기억 영역 (EM1) 의 제 4 촬상용 에어리어용행 EM14 에 기억된다.

그리고, 측정 화소 (E1) 가 제 4 촬상 에어리어 (53) 내의 제 4 결합셀 (CP45) 을 통과함으로써, 측정 화소 (E1) 에 대한 측정은 완료된다. 측정 화소 (E1) 의 진행 방향에 대해 1 개 후방에 위치하는 측정 화소 (E2) 는, 측정 동작이 측정 화소 (E1) 에 대해 촬상 트리거 1 회분 늦게 시작되고, 늦게 종료되긴 하지만, 동일한 내용이 행해진다. 더욱 후방에 위치하는 측정 화소 (E3, E4, E5, … En) 도 각각 추가로 촬상 트리거 1 회분씩 어긋나면서 촬상이 행해져 종료된다. 그들의 각 출력값은, 도 10 ∼ 도 11 에서 나타낸 출력값 기억 영역 (EM11 ∼ EM14) 에 상당하는 측정 화소 (E2 ∼ En) 용의 출력값 기억 영역 (EM21 ∼ EMn4) 에 기억된다. 그 대응 관계를 도 12 에 나타낸다.

다음으로, 출력값 기억 영역 (EM1) 에 기억된 측정 화소 (E1) 의 출력값과, 측정 준비 공정에서 특정된 결합셀의 편광 전달 행렬로부터, 측정 화소 (E1) 에 있어서의 S 파라미터를 구하는 방법을 나타낸다.

측정 화소 (E1) 에 있어서의 S 파라미터를 구할 때에, 먼저, 이하의 [수학식 10] 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 4 촬상 에어리어에서의 촬상에 의해 얻어진 출력값의 합계, 즉 EM11 ∼ EM14 각각에 기억된 5 개의 출력값의 합계 S11_-Σ ∼ S14_-Σ 를 구한다. 본 발명에 있어서는, 이와 같은 출력값의 합계를 측정값이라고 부르고, S 에 _Σ 의 첨자를 붙여 나타낸다. 또, S11 ∼ S14 라고 하는 S 에 붙인 최초의 숫자 1 은 측정 화소를 식별하는 번호로, 엄밀하게 말하자면 2 차원 어드레스에 대응하는 숫자군이 되겠지만, 이 예의 경우에서는 E1 의 1 에 상당한다. 2 번째 숫자 1 및 4 는 촬상 에어리어 1 ∼ 4 에 대응하고 있으며, 측정에 사용된 파장판의 번호이다. _A1 ∼ _A5 의 첨자는, 1 개의 촬상 에어리어에 있어서의 측정 순서, 즉 1 번째의 측정 ∼ 5 번째의 측정 결과인 것을 나타내고 있다.

한편, 결합셀 (CP11 ∼ CP45) 에는, 각각 고유의 편광 전달 행렬이 있으며, 이 값은 측정 준비 공정에 의해 특정되고 있다. CP11 ∼ CP45 의 편광 전달 행렬을, 정의에 따라 순서대로 써 내려가면, [수학식 11] 이 된다.

여기서, 첨자 _CP11 등의 번호는, 결합셀을 구별하는 번호이다.

본 예에서는, 출력값 S11_{_ CP11} ∼ S14_{_ CP45} 는, 결합셀 (CP11 ∼ CP45) 에서 개별적으로 측정된 것이기 때문에, 이하의 [수학식 12] 에 나타내는 바와 같이, 그 결합셀의 편광 전달 행렬과 측정 화소 (E1) 의 S 파라미터 ｜S0_{_ E1} S1_{_ E1} S2_{_ E1} S3_{_ E1}｜^T 의 행렬곱으로 정의되는 것으로 되어 있을 것이다. 여기서, 첨자 _E1 은, 측정 화소 (E1) 의 S 파라미터인 것을 나타내고 있다.

여기서, [수학식 10] 의 측정값 S11_{_Σ} 에, [수학식 12] 의 출력값의 정의를 대입하여 S 파라미터로 정리하면, [수학식 13] 이 얻어진다.

이 [수학식 13] 에서 측정값 S11_{_Σ} 는, 각 S 파라미터 요소에, 각각 어떠한 계수가 곱해진 형태로 되어 있다. 이들 계수는, 측정 준비 공정에서 이미 특정된 기지의 값을 곱ㆍ합한 것으로 되어 있다. 여기서, [수학식 14] 에 나타내는 바와 같이, 이 계수군을 기지량이라는 이름으로 정의한다. 기지량은, 사전 계산이 가능하고, 이후 1 개의 수치로서 취급할 수 있다.

기지량의 첨자의 최초의 수는, 계수가 되는 S 파라미터의 요소 번호를 나타내고, 2 번째 숫자는 파장판을 구별하는 번호이다. _N 은, 결합셀의 Y 방향에서의 위치를 구별하는 첨자이지만, 이 예에서는 X 방향의 1 개의 단면을 취급하고 있기 때문에, 임의의 단면 위치를 나타내는 값이 된다. [수학식 14] 를 [수학식 13] 에 대입함으로써, 이하의 [수학식 15] 가 얻어진다.

[수학식 10] 의 측정값 S12_{_Σ} ∼ 측정값 S14_{_Σ} 에도 동일한 처리를 적용할 수 있어, [수학식 16] 이 얻어진다.

[수학식 15] 와 [수학식 16] 을 합친 4 개의 식은, 미지수가 S 파라미터의 4 개이고, 식의 수가 4 개이기 때문에 풀 수 있다. 이로써, 측정 화소 (E1) 에 있어서의 S 파라미터가 구해진다.

이상과 같이, 1 개의 측정 화소 (E1) 가 결상되는 CCD 상의 X 방향에 나열된 결합셀에 의해 순차적으로 촬상되어, 최종적으로 S 파라미터가 산출되는 모습을 서술하였다. CCD 는, 전체 화소 동시에 촬상이 행해지기 때문에, 상기의 처리가 행해지는 동안에도, 전부의 결합셀이 광학 필름 (12) 상의 어딘가의 측정 화소 (E) 를 포착하여 동시 진행으로 동일한 처리가 행해진다. CCD 전체로 보면, 시야 내의 결합셀분의 처리 능력을 갖고 있다.

이렇게 해서, 측정 화소 (E1) 에 있어서의 S 파라미터의 구하는 방법과 동일하게 하여, 모든 측정 화소 (E) 에 있어서의 S 파라미터를 구할 수 있다. 구해진 S 파라미터는, 측정 화소 (E) 의 XY 어드레스에 따라 컴퓨터 (16) 내의 실측정용 S 파라미터 기억 영역에 기억된다.

상기 측정이 캘리브레이션 측정인 경우에는, 측정 화소 (E) 대신에 면 조명부 (14) 의 전체 투광 화소 (L) 의 S 파라미터가 측정된다. 이 전체 투광 화소 (L) 의 S 파라미터는, 컴퓨터 (16) 내의 캘리브레이션 측정용의 S 파라미터 기억 영역에 기억된다.

또, 측정 화소 (E) 의 XY 어드레스와 투광 화소 (L) 의 XY 어드레스는, 촬상 트리거가 발행될 때의 시료 스테이지의 위치에서 정해지기 때문에, 결과적으로 XY 어드레스가 동일한 측정 화소 (E) 와 투광 화소 (L) 는, 상하로 겹친 위치 관계가 된다. 또, 텔레센트릭 렌즈의 깊은 초점 심도와 광축과 평행한 광의 성분을 선별 보충하는 기능에 의해, 측정 화소 (E) 를 비추는 광은 동일한 XY 어드레스의 투광 화소 (L) 로부터 조사된 것으로 간주할 수 있다.

또한, 시료 스테이지 (13) 의 어느 위치에서 촬상 트리거를 발행할지는 사전에 컴퓨터 (16) 로 지정할 수 있기 때문에, 기지량이라고 하는 수치는 사전에 계산할 수 있다. 이것은, 2 차원 측정이라는 대량의 측정 데이터를 처리할 필요가 있는 용도에서 처리의 고속화에 매우 유리하게 작용한다는 효과가 있다.

마지막으로, 광학 필름 (12) 의 편광 특성의 산출 방법을 나타낸다. 컴퓨터 (16) 는, 캘리브레이션 측정으로 구한 면 조명부 (14) 전체면의 S 파라미터와, 실측정으로 구한 광학 필름 (12) 전체면의 S 파라미터에 기초하여, 광학 필름 전체면의 주축 방위와 리타데이션을 산출한다. 광학 필름 (12) 의 임의의 측정 화소 (E) 로부터 투과한 광의 S 파라미터를 ｜1 Φ Ψ ξ｜^T 로 하고, E 바로 아래에 있는 투광 화소 (L) 가 발하는 광의 S 파라미터를 ｜1 X Y Z｜^T 로 할 때, 측정 화소 (E) 에 해당하는 광학 필름 (12) 의 복굴절의 주축 방위 α 와 지상량 δ 는, [수학식 17] 로 나타낼 수 있다.

여기서, S=sin2α, C=cos2α 이다. 이 관계식을 이용하여, 광학 필름 (12) 의 모든 측정 화소 (E) 의 복굴절의 주축 방위 α 와 지상량 δ 를 계산함으로써, 광학 필름 (12) 의 편광 특성 분포를 시료 해상도로 측정할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 설명에서는, 각 촬상 에어리어에서 합계 5 회의 촬상을 실시하도록 하였지만, 측정 정밀도를 높이기 위해 5 회 이상, 예를 들어 10 회의 촬상을 실시해도 된다. 이 경우에는, 이하에 나타내는 바와 같이 오버랩 촬상 (1 회의 촬상 시야와 다음의 촬상 시야가 일부 겹치는 것) 함으로써 행해진다.

오버랩 촬상은, 1 촬상 트리거 사이의 시료 스테이지의 이동량을 측정 화소의 X 방향의 길이 (L) 이하로 함으로써 실시한다. 이와 같은 이동량으로 설정한 경우에는, 1 개의 측정 화소가 인접하는 2 개의 결합셀에 걸쳐 촬상되기 때문에, 출력값의 배분이 필요해진다. 예를 들어, 도 13 은 1 촬상 트리거 사이의 이동량을 L 의 3/10 으로 설정한 경우의, 도 10 의 예에서의 제 2 회째 촬상의 모습이다. 이 촬상 타이밍에서는, 측정 화소 (E1) 가, 결합셀 (CP11) 중 7/10 의 영역 상에 위치함과 함께, 결합셀 (CP12) 중 3/10 의 영역 상에 위치하고 있다. 이와 같은 경우에는, SUB 결합셀이 정의된다. SUB 결합셀은, X 방향이 결합셀 (CP) 의 1/10 의 정수배, Y 방향이 결합셀과 동일한 크기의 것으로, SUB 결합셀 중에 포함되는 CCD 의 촬상 셀의 출력 평균을 그 SUB 결합셀의 출력값으로 한다. 도 13 에서는 7 의 에어리어 (사선으로 나타낸다) 에서 CP11 의 SUB 결합셀이 형성되고 그 출력값으로서 SUB 출력값 S11_{_ CP11} 을 만들고, CP12 의 3 의 에어리어 (사선으로 나타낸다) 에서 CP12 의 SUB 결합셀이 형성되고 그 출력값으로서 SUB 출력값 S11_{_CP12} 가 만들어져, 각각을 EM11 에 기억한다. 또, 이 때의 출력값은, [수학식 18] 에 나타내는 내용으로 구성되어 있는 것으로서 취급한다.

도 14 에, 1 촬상 트리거 사이의 이동량을 L 의 5/10 로 설정한 경우의, 촬상 에어리어 (50) 에 있어서의 모습, 도 15 에 제 3 회째 촬상시의 SUB 결합셀의 모습을 나타낸다. 측정 화소 (E1) 는 CP11 ∼ CP15 에서 합계 11 회의 촬상이 행해진다. 11 회의 출력값의 정의는, [수학식 19] 가 된다.

' 기호와 " 기호는, 측정 타이밍의 차이를 명시하기 위해 붙인 기호로 다른 뜻은 없다. 이 결과에 있어서의 기지량을 계산하면, [수학식 20] 이 된다. 이것은, [수학식 14] 의 2 배이며, 촬상이 2 배로 증가한 결과라고 해석할 수 있다.

[수학식 18], [수학식 19] 등의 배분의 관계식에 의해 기지량을 수정한다. 촬상 타이밍은 시료 스테이지의 위치로 정해지기 때문에, 전부의 촬상 타이밍에 측정 화소 (E) 가 어느 결합셀 (CP) 또는 SUB 결합셀에서 촬상될지는 사전에 설계할 수 있다. 전부의 촬상 타이밍에 있어서의 결합셀의 크기와 기지량을 사전에 계산해 둘 수 있다.

이와 같이, 각 측정 화소 (E) 에는, 1 회의 촬상에 대하여 2 개의 SUB 결합 화소로부터의 데이터가 배분되는 경우가 발생하지만, 1 개의 촬상 에어리어의 측정값은 여전히 그 촬상 에어리어에서 얻어진 전체 출력값의 가산으로 취급할 수 있다. 이 결과, 측정값의 식이, 파장판 종류의 수만큼 합쳐져, 이후, 상기 설명과 동일한 방법으로 측정 대상의 복굴절 분포가 구해진다.

본 실시예에서는, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 은, 지상량 대략 135°의 파장판이고, 주축 방위 (진상축 방위) 는, 제 1 파장판 (45) 이, 도 3 에서 수평 방향을 0°로 했을 때에 대략 20°의 축 방위가 되도록 배치하고, 제 2 파장판 (46) 은 제 1 파장판 (45) 에 대해 축 방위가 대략 36°더해진 방위에 배치하고, 제 3 파장판 (47) 은 제 2 파장판 (46) 에 대해 추가로 축 방위가 대략 36°더해진 방위에 배치하고, 제 4 파장판 (48) 은 제 3 파장판 (47) 에 대해 추가로 축 방위가 대략 36°더해진 방위에 배치하였다. 또한, 편광판 (49) 은, 투과축이 0°의 방위가 되도록 배치하였다. 여기서 「대략」이라는 말이 사용되고 있는 이유는, 도 6 의 플로우 차트에 나타내는 측정 준비 공정에 있어서, 촬상부를 결합셀 (CP) 단위로 편광 전달 행렬을 특정하고, 이후 편광 전달 행렬쪽을 사용하기 때문에, 여기서는 엄밀함이 불필요해지기 때문이다. 대개 ±0.5°의 범위에 있으면 된다.

본 예에서는, 파장판의 종류는 4 종류로 하였지만, 파장판의 종류는 4 종류 이상이면 된다. 예를 들어, N 종류 (N 은 5 이상의 자연수) 의 파장판을 사용하는 경우에는, N 개의 파장판은 주축 방위가 180°를 균등하게 배분하는 형태로 배치하는 것이 바람직하다. 또, 각각의 파장판의 지상량은 대략 135°가 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 제 1 파장판의 주축 방위는 임의의 방향이면 된다.

이와 같이 배치한 이유는, [수학식 15], [수학식 16] 을 연립 방정식으로 풀 때의 오차가 최소가 되기 때문이다. [수학식 15], [수학식 16] 으로부터 광의 S 파라미터를 구할 때, 각 식의 측정값 (좌변) 에는 CCD 의 출력값에 수반되는 노이즈가 포함되어 있다. 이들은 다중 촬상에 의한 평균 효과에 의해 삭감되고 있기는 하지만 제로는 아니기 때문에, 결과적으로 산출한 S 파라미터에 오차로서 포함된다. [수학식 15], [수학식 16] 의 좌변에 수반된 노이즈가, 컴퓨터 (16) 에 의한 계산 과정에서 S 파라미터에 오차로서 반영되는 그 양은, [수학식 15], [수학식 16] 의 변수 (S 파라미터) 에 곱해지는 계수로 정해진다. 즉, 적절한 계수가 되도록 계를 짜면, 이 CCD 의 계산 오차 (CCD 의 노이즈의 영향) 를 최소로 할 수 있다. 이 계수의 선택이야말로 파장판의 사양 (지상량과 주축 방위의 선택) 이나 다름없다.

필자들이 시뮬레이션을 반복한 결과, 이하의 것을 알 수 있었다. 먼저, 지상량이 동일한 파장판을 사용하여 설치의 주축 방위를 바꾸어 편광 상태의 변화를 구현화하는 경우에, 파장판의 수를 많게 해도 계산 정밀도에 큰 개선 효과를 주지 않는 것을 알 수 있었다. 이것은, 파장판의 수가 증가해도, 1 장의 파장판의 면적은 작아지기 때문에 1 장의 파장판에서의 측정값의 신뢰도가 낮아져 버리기 때문이다. 또한, 파장판의 종류를 늘리면, 파장판의 경계선에 해당하는 결합셀은 사용할 수 없기 때문에, 실질적으로 CCD 의 수광 면적이 줄어들어 버리게 된다. 수광 면적의 감소는 S/N 비의 저하를 의미한다. 한편, 파장판의 수가 많으면 신호에 포함되는 노이즈의 차단 주파수를 높일 수 있는 효과도 있다. 양자를 고려하여, 파장판의 수의 최소값은 S 파라미터를 결정하는 데에 필요한 4 종, 최대값은 40 정도까지라고 할 수 있다.

파장판의 종류는, 지상량이 동일한 파장판을 사용하여 주축 방위의 배치로 차이를 두는 것이 바람직하고, 180°를 파장판의 수로 나눈 각도만큼 서로 방위에 차이를 두고 배치했을 때, 계산 오차가 제일 작아졌다. 이와 같은 설치 파장판의 설치 방법을 이후에 균등 할당이라고 부르고, 파장판의 개수를 분할수라고 한다.

한편, 파장판의 간격 각도차가 45°인 경우에서는, 파장판 종류의 수를 몇 개로 해도 계산 오차가 커졌다. 파장판이 4 종에서는, 균등 할당 각도가 45°가 되기 때문에, 계산 오차가 제일 작아지는 균등 할당 각도를 사용할 수 없었다. 이 때문에, 본 실시예의 배치를 선택하였다.

한편, 파장판의 지상량은, 도 16 및 도 17 에 나타내는 바와 같이, 모든 파장판의 수에서 135°당 계산 오차가 최소가 되는 영역이 있는 것을 알 수 있었다. 파장판 방위의 각도 분할은 균등 할당 (단, 4 분할만은 36°차) 으로 설정하고 있다. 4 ∼ 40 분할 전부에서 이 경향이 있는 것이 확인되었다.

파장판의 위치에 대해서는, 본 실시형태에서는, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 을 텔레센트릭 렌즈의 물체측에 형성하였지만, 이 대신에, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 을 CCD 카메라 바로 앞에 형성해도 된다. 여기서, 제 1 ∼ 제 4 파장판 (45 ∼ 48) 과 CCD 카메라 (41) 사이에는 편광판 (49) 이 형성되어 있다.

이와 같이 한 경우에는, 파장판을 작게 할 수 있어 비용이 낮아지는 장점이 있다. 그 한편, 텔레센트릭 렌즈가 편광판 밖에 오기 때문에, 복굴절 전달 함수를 구할 때의 오차가 커지는 단점이 있다.

또, 본 실시형태에서는, 광학 필름 (12) 전체면을 조명하는 크기의 면 조명부 (14) 를 사용하여, 촬상부 (15) 를 X 방향과 Y 방향으로 이동시키는 방식을 나타냈지만, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 면 조명부 (14) 대신에, 폭을 촬상부 (15) 의 Y 방향의 시야폭을 조명할 만하게 가늘게 하여, 촬상부 (15) 가 Y 이동할 때에 조명부 (14) 도 Y 방향으로 이동시키도록 한 조명부 (101) 를 사용해도 된다. 이와 같이 구성한 경우에서는, 면 조명부 (14) 의 비용을 낮춤과 함께 스토크스 파라미터의 취득 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 얻어진다. 또한, 조명부 (101) 를 사용한 경우에는, 시료 스테이지 (13) 대신에, 광학 필름 (12) 이 재치 (載置) 되는 부분에 개구가 형성된 시료 스테이지 (102) 가 사용된다.

또, 본 실시형태에서는, 1 대의 CCD 카메라 (41) 를 X 방향과 Y 방향으로 이동시킴으로써, 광학 필름 (12) 전체의 광학 특성의 측정을 실시하였지만, 측정 시간을 더욱 단축시키기 위해서는, 복수 대의 CCD 카메라로 측정을 실시해도 된다. 그 때에는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 카메라 1 대에 대하여 1 대의 전용 카메라 CPU 를 설치하고, 추가로, 복수 대의 카메라 CPU 를 통합하는 메인 CPU 를 상위에 설치한다. 카메라의 각 결합셀의 편광 전달 행렬은 메인 CPU 측에 두어, 각 기지량도 사전에 산출해 둔다. 캘리브레이션 측정용 및 실측정용 S 파라미터 기억 영역도 메인 CPU 내에 둔다. 각 카메라에서의 측정 결과를 저장하는 출력값 기억 영역도 메인 CPU 측에 놓아 두지만, 카메라 CPU 측에는 출력값 기억 영역의 복제 (레플리카) 를 준비해 둔다. 그리고, 측정 스테이지의 X 방향으로의 이동에 수반하여, 각 CCD 카메라는 촬상을 반복한다. 카메라 CPU 는 결합셀 단위 (경우에 따라 SUB 결합셀) 로 출력값을 계산하고, 출력값 기억 영역의 복제 (레플리카) 쪽으로 저장해 간다. X 방향으로의 촬상이 주사단 (走査端) 에 도달하면 각 카메라의 시야폭분의 Y 이동과 시료 스테이지의 X 방향의 주사 개시단 (開始端) 으로의 이동이 행해지지만, 이 이동 동안에는 촬상이 행해지지 않기 때문에, 카메라 CPU 는 촬상 부하가 없어진다. 이 부하의 사이를 이용하여 카메라 CPU 는, 출력값 기억 영역의 복제로부터 메인 CPU 측의 출력값 기억 영역으로의 데이터 카피를 실시한다. 메인 CPU 는, 출력값 기억 영역으로의 데이터의 카피를 검출하여, S 파라미터의 산출과 기억, 또한 광학 필름의 편광 특성의 계산을 실시한다. 메인 CPU 는, CCD 카메라의 촬상 중에도 촬상 부하로부터 벗어나 있기 때문에, CPU 파워 대부분을 이 계산에 나누어 줄 수 있다. 이상과 같이, 카메라 CPU 도 메인 CPU 도 효율적으로 동작시킬 수 있어, 카메라 대수를 늘림에 따른 처리의 고속화 효과가 얻어진다.

본 실시형태에서는, 캘리브레이션 측정 및 실측정에 있어서, 촬상 개시와 종료에 대하여 상세하게 서술하지 않았지만, 촬상 개시와 마지막은 CCD 카메라의 시야 전부가 유효하지는 않기 때문에, 이 때의 촬상에 의해 얻어진 출력값은 사후의 계산에서는 사용하지 않게 한다. 또, 제 1 ∼ 제 4 파장판의 경계선에 대하여 상세하게 서술하지 않았지만, 측정 화소 (E) 의 촬상이 제 1 ∼ 제 4 파장판의 경계선 상에서 행해졌을 때에는, 이 촬상에 의해 얻어진 출력값은 사후의 계산에서 사용하지 않게 한다. 이것은, CCD 의 각 결합셀이 시료 스테이지 (13) 의 어디를 포착하고 있는지 위치 검출 수단에 의해 항상 특정되어 있기 때문에, 시료 스테이지의 불필요한 위치에 있어서의 정보를 제외시키는 것이 가능하기 때문이다. 또한, 파장판의 이음매가 결상되는 위치에 있는 결합셀도 사전에 알 수 있기 때문에, 이 부분을 사용하지 않는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 인접하는 복수의 촬상 셀을 결합한 결합셀 단위로 촬상을 실시하였지만, 촬상 셀 사이즈가 충분히 커 노이즈의 문제가 없을 것 같으면 촬상 셀 단위로 촬상을 실시해도 된다.

10 : 광학 특성 측정 장치
12 : 광학 필름
13 : 시료 스테이지
14 : 면 조명부
15 : 촬상부
16 : 컴퓨터
20 : X 방향 이동 기구
33 : Y 방향 이동 기구
41 : CCD 카메라
45 ∼ 48 : 제 1 ∼ 제 4 파장판
50 ∼ 53 : 제 1 ∼ 제 4 촬상 에어리어
55 : CCD
CP1 ∼ CP4 : 제 1 ∼ 제 4 결합셀

Claims (12)

1. 측정 대상에 특정 편광 조명을 조사하는 투광 수단과, 제 1 방향에 파장판을 정렬하여 배열하여, 제 1 방향에 적어도 4 종류의 편광 특성을 구현화하고, 또한, 상기 파장판을 투과한 광을 개별적으로 촬상하는 촬상 에어리어로 구획된 이미지 센서를 구비한 촬상 수단과, 측정 대상에 대해 촬상 수단을 상대적으로 상기 제 1 방향으로 이동시키는 주사 수단을 구비하고, 상기 주사 수단에 의한 촬상 수단의 상대 이동에 수반하여, 측정 대상의 각 측정 화소가 각 촬상 에어리어에서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 측정 화소마다 가산하여 그 촬상 에어리어에서의 측정값을 산출하고, 각 촬상 에어리어로부터 모인 측정값으로부터, 측정 화소마다의 광의 스토크스 파라미터를 산출하고, 상기 측정 대상의 각 측정 화소에 대하여 복수 회 촬상되어 얻어지는 상기 출력값은, 동일한 촬상 에어리어에 있어서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는, 다수의 화소를 갖는 촬상 소자로 촬상을 실시하고, 촬상시에는, 인접하는 복수의 화소를 결합한 결합셀마다 1 개의 출력값을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   측정 대상으로부터 나온 광과 이미지 센서의 각 촬상 에어리어로부터 출력되는 출력값의 관계를 나타내는 편광 전달 행렬을, 측정 전에 결합셀 단위로 구해 두고, 상기 편광 전달 행렬과 상기 각 촬상 에어리어로부터 출력되는 출력값을 사용하여, 측정 대상의 스토크스 파라미터를 구하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는, 소정의 측정 화소가 인접하는 2 개의 결합셀에 걸쳐 촬상되는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 이미지 센서는, 소정의 측정 화소가 인접하는 2 개의 결합셀에 걸쳐 촬상되는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 소정의 측정 화소의 출력값은, 일방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것과, 타방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 소정의 측정 화소의 출력값은, 일방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것과, 타방의 결합셀 중 소정의 측정 화소를 촬상한 화소가 차지하는 비율과 그 화소의 출력 평균값을 곱한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 주사 수단은, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향으로 이동시킴과 함께, 상기 촬상 수단에 의한 측정 대상의 제 1 방향의 촬상이 완료될 때마다, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향에 직각이고 측정 대상과는 평행한 제 2 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 주사 수단이, 측정 대상 또는 촬상 수단 중 적어도 어느 일방을 제 1 방향에 직각이고 측정 대상과는 평행한 제 2 방향으로 이동시키는 경우에는, 촬상 수단과 투광 수단의 제 2 방향에 있어서의 위치 관계를 유지하면서 이동시켜, 투광 수단의 편광 조사폭을 촬상 수단의 제 2 방향의 시야폭을 조사할 수 있을 정도로 좁게 한 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장판에 의해 구현화되는 편광 종류의 수가, 4 내지 40 인 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장판은, 지상량 (遲相量) 이 70°내지 170°또는 190°내지 290°중 어느 것인 파장판과 동일한 지상 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 장치.
12. 제 1 방향에 파장판을 정렬하여 배열하여, 제 1 방향에 적어도 4 종류의 편광 특성을 구현화하고, 또한, 상기 파장판을 투과한 광을 개별적으로 촬상하는 촬상 에어리어로 구획된 이미지 센서를 구비한 촬상 수단을 사용하여, 측정 대상에 대해 촬상 수단을 상대적으로 상기 제 1 방향으로 이동시켜, 측정 대상의 각 측정 화소가 각 촬상 에어리어에서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 가산하여 측정 화소마다 그 촬상 에어리어에서의 측정값을 산출함과 함께, 각 촬상 에어리어로부터 동일하게 하여 모인 측정값으로부터 측정 화소마다, 측정 대상으로부터 나온 광의 스토크스 파라미터를 산출하고, 상기 측정 대상의 각 측정 화소에 대하여 복수 회 촬상되어 얻어지는 상기 출력값은, 동일한 촬상 에어리어에 있어서 복수 회 촬상되어 얻어지는 출력값을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 측정 방법.

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