KR101928610B1 - 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 편광광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

광원으로부터의 광에 시간마다의 조도 변동이 있는 경우에도, 편광광의 편광축을 고정밀도로 검출할 수 있는 편광축 검출기, 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 편광광 조사 장치를 제공하는 것으로서, 편광축 검출기는, 편광축을 검출하기 위한 회전 가능한 검출용 편광자(311a)와, 검출용 편광자(311a)를 통과한 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 검출하는 제1의 조도 센서(311b)를 가지는 제1의 편광광 검출부(311)와, 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 직접 검출하는 제2의 조도 센서(312a)를 가지고, 제1의 편광광 검출부(311)에 병설되는 제2의 편광광 검출부(312)를 구비한다. 편광 측정 장치는, 제1의 편광광 검출부(311)에서 검출한 조도 정보와, 제2의 편광광 검출부(312)에서 검출한 조도 정보에 의거하여, 광원으로부터의 편광광의 편광 특성을 연산한다.

Description

편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 편광광 조사 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING POLARIZATION, AND APPARATUS FOR IRRADIATING POLARIZED LIGHT}

본 발명은, 편광광의 편광축을 측정하기 위한 편광축 검출기, 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 편광광 조사 장치에 관한 것이다.

최근, 액정 패널을 비롯한 액정 표시 소자의 배향막이나, 시야각 보상 필름의 배향층 등의 배향 처리에 관하여, 소정 파장의 편광광을 조사하여 배향을 행하는, 광 배향으로 불리는 기술이 채용되고 있다.

광 배향에 이용하는 조사 장치는, 일반적으로, 광원과 편광자를 구비하고, 광원의 광을 편광자에 통과시켜 얻어지는 편광광을 조사한다. 광 배향 기술에 있어서는, 조사 장치로부터 조사된 편광광의 편광축(광 조사면에 있어서의 편광광의 축)이, 원하는 편광축으로 되어 있는지 여부가 매우 중요하다. 이 때문에, 편광자의 각도를 소정의 각도로 세팅한 후, 실제로 편광광 조사를 행하여 편광축을 측정하여, 원하는 편광축으로 되어 있지 않으면 편광자의 각도를 수정하는 작업이 필요해진다.

종래의 편광축 측정 방법으로는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 기술이 있다. 이 기술은, 조사 장치가 구비하는 제1의 편광자와는 별도로, 편광축을 검출하기 위한 제2의 편광자를 설치하고, 제1의 편광자 및 제2의 편광자를 순서대로 통과한 광을 제2의 편광자를 회전시키면서 검출하고, 그 검출 결과에 의거하여 편광광의 편광 특성을 측정하는 것이다. 구체적으로는, 제2의 편광자가 회전했을 때의 검출광의 광량의 주기적인 변화를 나타내는 변화 곡선을 구하여, 그 변화 곡선으로부터 상기 편광 특성으로서 편광축 및 소광비를 측정한다.

일본국 특허공개 2014－20890호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 광원으로서 방전 램프를 이용하고 있다. 방전 램프에는, 아크의 흔들림에 기인하는 광량의 경시 변화가 존재하고, 제2의 편광자를 회전시키고 있는 동안에도, 광량은 시시각각으로 변화한다. 그러나 상기 특허 문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 이 방전 램프의 아크의 흔들림을 고려하고 있지 않으므로, 편광광의 편광축의 측정 정밀도가 낮다.

여기서, 본 발명은, 광원으로부터의 광에 시간마다의 조도 변동이 있는 경우에도, 편광광의 편광축을 고정밀도로 검출할 수 있는 편광축 검출기, 편광 측정 장치, 편광 측정 방법 및 편광광 조사 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 편광축 검출기의 일양태는, 광원으로부터 조사되는 편광광의 편광축을 검출하는 편광축 검출기로서, 상기 편광축을 검출하기 위한 회전 가능한 검출용 편광자와, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 검출하는 제1의 조도 센서를 가지는 제1의 편광광 검출부와, 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 직접 검출하는 제2의 조도 센서를 가지고, 상기 제1의 편광광 검출부에 병설되는 제2의 편광광 검출부를 구비한다.

이와 같이, 검출용 편광자를 통과하지 않은 광원으로부터의 편광광을 검출하는 제2의 편광광 검출부를 제1의 편광광 검출부에 병설한다. 이 때문에, 2개의 편광광 검출부에서 동일한 편광광의 흔들림을 볼 수 있어, 제2의 편광광 검출부에서 검출한 편광광의 조도 정보를, 제1의 편광광 검출부에서 검출한 편광광의 조도 정보의 기준치로 할 수 있다. 따라서, 광원의 출력의 편차나 깜박거림 등에 의해 광원으로부터의 편광광의 조도가 시간마다 변동하는 경우에도, 그 조도 변동을 고려한 편광축의 검출이 가능해진다.

또한, 상기의 편광축 검출기에 있어서, 상기 광원은 선상 광원이며, 상기 제1의 조도 센서와 상기 제2의 조도 센서는, 상기 선상 광원이 연장되는 방향을 따라서 나란히 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 광원을 선형 광원으로 했을 때, 2개의 조도 센서를 선형 광원의 조도 변화가 적은 방향으로 나란히 배치하므로, 장소마다의 의존성을 줄일 수 있어, 신뢰성이 있는 측정 결과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 관련된 편광 측정 장치의 일양태는, 상기의 어느 하나의 편광축 검출기와, 상기 편광축 검출기로 검출한 조도 정보에 의거하여 상기 편광광을 측정하는 편광광 측정부를 구비하고, 상기 편광광 측정부는, 상기 검출용 편광자를 복수의 지정 각도로 회전시키는 회전 제어부와, 상기 복수의 지정 각도에 있어서 상기 제1의 조도 센서로 검출한 조도 정보인 검출 조도치와, 상기 제1의 조도 센서에 의한 상기 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 조도 정보인 참조 조도치에 의거하여, 상기 검출 조도치에 포함되는 상기 광원으로부터 조사되는 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 보정 후 조도치를 연산하는 조도 정보 보정부와, 상기 검출용 편광자의 회전 각도와 상기 조도 정보 보정부에서 연산한 보정 후 조도치의 관계를 나타내는 편광광 각도 특성을 연산하고, 해당 편광광 각도 특성을 기초로 상기 광원으로부터의 편광광의 편광 특성을 연산하는 편광 특성 연산부를 구비한다.

이와 같이, 제2의 편광광 검출부에서 검출한 참조 조도치를 이용하여, 제1의 편광광 검출부에서 검출한 검출 조도치에 포함되는 광원으로부터의 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정하므로, 상기 오차를 보정한 편광광 각도 특성을 연산할 수 있다. 따라서, 검출용 편광자를 회전하고 있는 동안에 광원으로부터의 편광광이 변동한 경우에도, 해당 편광광의 편광 특성을 좋은 정밀도로 연산할 수 있다.

또한, 상기의 편광 측정 장치에 있어서, 상기 조도 정보 보정부는, 상기 제1의 조도 센서로 검출한 상기 검출 조도치를, 해당 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 상기 참조 조도치로 나눔으로써, 상기 보정 후 조도치를 연산하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 나눗셈만의 비교적 용이한 수법으로, 적절히 검출 조도치에 포함되는 광원으로부터의 편광광의 조도 변동에 의한 오차를 보정할 수 있다.

또한, 상기의 편광 측정 장치에 있어서, 상기 조도 정보 보정부는, 상기 제1의 조도 센서로 검출한 상기 검출 조도치로부터, 상기 복수의 지정 각도에 있어서 상기 제2의 조도 센서로 검출한 각 참조 조도치의 평균치와 상기 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 상기 참조 조도치와의 차분을 뺌으로써, 상기 보정 후 조도치를 연산하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 뺄셈과 평균치 산출만의 비교적 용이한 수법으로, 적절히 검출 조도치에 포함되는 광원으로부터의 편광광의 조도 변동에 의한 오차를 보정할 수 있다.

또한, 상기의 편광 측정 장치에 있어서, 상기 편광 특성 연산부는, 상기 편광광 각도 특성을 기초로, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도가 극치가 되는 상기 검출용 편광자의 회전 각도를 특정하고, 특정한 회전 각도에 의거하여 상기 편광 특성으로서 상기 편광광의 편광축 각도를 연산하는 편광축 각도 연산부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 좋은 정밀도로 편광축 각도를 연산할 수 있다.

또한, 상기의 편광 측정 장치에 있어서, 상기 편광 특성 연산부는, 상기 편광광 각도 특성을 기초로, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도의 최대치와 최소치를 특정하고, 특정한 최대치와 최소치에 의거하여 상기 편광 특성으로서 상기 편광광의 소광비를 연산하는 소광비 연산부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 좋은 정밀도로 소광비를 연산할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 편광 측정 방법의 일양태는, 광원으로부터 조사되는 편광광을 측정하는 편광 측정 방법으로서, 상기 편광축을 검출하기 위한 검출용 편광자를 복수의 지정 각도로 회전하고, 각 지정 각도에 있어서 해당 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보인 검출 조도치를 검출하는 단계와, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 검출하는 타이밍과 동기하여, 상기 검출용 편광자를 통과하지 않는 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보인 참조 조도치를 직접 검출하는 단계를 구비한다.

이와 같이, 검출용 편광자를 통과한 광원으로부터의 편광광과, 검출용 편광자를 통과하지 않는 광원으로부터의 편광광을 동일한 타이밍에서 검출한다. 이 때문에, 참조 조도치를, 검출 조도치의 기준치로 하여, 광원으로부터의 편광광의 조도가 시간마다 변동하는 경우에도, 그 조도 변동을 고려한 편광축의 검출이 가능해진다.

또한, 상기의 편광 측정 방법에 있어서, 상기 복수의 지정 각도에 있어서 검출한 상기 검출 조도치와 상기 참조 조도치에 의거하여, 상기 검출 조도치에 포함되는 상기 광원으로부터 조사되는 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 보정 후 조도치를 연산하는 단계와, 상기 검출용 편광자의 회전 각도와 상기 보정 후 조도치의 관계를 나타내는 편광광 각도 특성을 연산하는 단계와, 상기 편광광 각도 특성을 기초로 상기 광원으로부터의 편광광의 편광 특성을 연산하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 참조 조도치를 이용하여 검출 조도치에 포함되는 광원으로부터의 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정할 수 있다. 이 때문에, 상기 오차를 보정한 편광광 각도 특성을 연산할 수 있다. 따라서, 검출용 편광자를 회전하고 있는 동안에 광원으로부터의 편광광이 변동한 경우에도, 상기 편광광의 편광 특성을 좋은 정밀도로 연산할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 편광광 조사 장치의 일양태는, 배향막에 편광광을 조사하여 광 배향을 행하는 편광광 조사 장치로서, 선형 광원과, 상기 선형 광원의 연장되는 방향을 따라서 설치된 복수의 편광자를 가지고, 상기 선형 광원의 광을 상기 편광자에 의해서 편광한 편광광을 조사하는 광 조사부와, 상기 광 조사부가 조사하는 편광광을 측정하는 상기의 어느 하나의 편광 측정 장치를 구비한다.

이에 따라, 편광 측정 장치가 광 조사부로부터 조사되는 편광광의 편광 특성을 좋은 정밀도로 측정할 수 있다. 따라서, 광 조사부로부터 조사되는 편광광의 편광축이 원하는 편광축으로 되어 있는지 여부를 적절히 판단할 수 있다.

본 발명의 편광축 검출기에서는, 검출용 편광자를 통과한 광원으로부터의 편광광을 검출하는 제1의 편광광 검출부에, 검출용 편광자를 통과하지 않는 광원으로부터의 편광광을 검출하는 제2의 편광광 검출부를 병설한다. 이 때문에, 광원으로부터의 편광광의 조도가 시간마다 변동하는 경우에도, 그 조도 변동을 고려한 편광축의 검출이 가능해진다.

또한, 해당 편광축 검출기를 구비하는 편광 측정 장치에서는, 제2의 편광광 검출부에서 검출한 참조 조도치를 이용하여, 제1의 편광광 검출부에서 검출한 검출 조도치를 보정할 수 있으므로, 검출용 편광자를 회전하고 있는 동안에 광원으로부터의 편광광이 변동한 경우에도, 해당 편광광의 편광 특성을 좋은 정밀도로 연산할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 편광 광 조사 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 광 조사부의 길이 방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
도 3은 광 조사부의 길이 방향의 단면도이다.
도 4는 편광자의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 5는 편광축 검출기의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 편광축 검출기의 주요부를 나타내는 단면 사시도이다.
도 7은 제1의 편광광 검출부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 편광 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 제어부에서 실행하는 편광 측정 처리 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 편광광의 각도 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 실시 형태의 효과를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 편광광 조사 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

편광광 조사 장치(100)는, 광 조사부(10A 및 10B)와, 워크(W)를 반송하는 반송부(20)를 구비한다. 여기서, 워크(W)는, 광 배향막이 형성된, 예를 들면 액정 패널의 크기로 정형된 직사각형상의 기판이다.

편광광 조사 장치(100)는, 광 조사부(10A 및 10B)로부터 소정 파장의 편광광(편광한 광)을 조사하면서, 반송부(20)에 의해서 워크(W)를 직선 이동시켜, 워크(W)의 광 배향막에 상기 편광광을 조사하여 광 배향 처리를 하는 것이다.

광 조사부(10A 및 10B)는, 선형의 광원인 방전 램프(11)와, 방전 램프(11)의 광을 반사하는 미러(12)를 각각 구비한다. 또한, 광 조사부(10A)는, 그 광 출사측에 배치된 편광자 유닛(13A)을 구비하고, 광 조사부(10B)는, 그 광 출사측에 배치된 편광자 유닛(13B)을 구비한다. 또한, 광 조사부(10A 및 10B)는, 각각 램프 하우스(14)를 구비한다. 방전 램프(11), 미러(12) 및 편광자 유닛(13A)(또는 13B)은, 램프 하우스(14)에 수용되어 있다.

광 조사부(10A) 및 광 조사부(10B)는, 방전 램프(11)의 길이 방향을 워크(W)의 반송 방향(X방향)에 직교하는 방향(Y방향)에 일치시킨 상태에서, 워크(W)의 반송 방향(X방향)을 따라서 병설되어 있다.

여기서, 광 조사부(10A)의 구체적 구성에 대하여 설명한다.

도 2는, 광 조사부(10A)의 길이 방향에 직교하는 방향의 단면도이며, 도 3은, 광 조사부(10A)의 길이 방향의 단면도이다. 광 조사부(10A)와 광 조사부(10B)는 동일한 구성을 가지므로, 여기서는 광 조사부(10A)의 구성에 대하여 설명한다.

방전 램프(11)는, 장척상의 롱 아크형 방전 램프이다. 방전 램프(11)는, 예를 들면, 파장 200nm~400nm의 자외광을 조사한다.

광 배향막의 재료로는, 파장 254nm의 광으로 배향되는 것, 파장 313nm의 광으로 배향되는 것, 파장 365nm의 광으로 배향되는 것 등이 알려져 있고, 광원의 종류는 필요한 파장에 따라서 적절히 선택한다.

또한, 광원으로는, 자외광을 방사하는 LED나 LD를 직선형으로 나란히 배치한 선상 광원을 이용할 수도 있다. 그 경우, LED나 LD를 배열하는 방향이 램프의 길이 방향에 상당한다.

미러(12)는, 방전 램프(11)로부터의 방사광을 소정의 방향으로 반사하는 것이며, 도 2에 나타내는 바와 같이 단면이 타원형의 홈통형상 집광경이다. 미러(12)는, 그 길이 방향이 방전 램프(11)의 길이 방향과 일치하도록 배치되어 있다.

램프 하우스(14)는, 그 저면에, 광 조사부(10A)로부터 조사되는 광이 통과하는 광 출사구(14a)를 가진다. 광 출사구(14a)에는, 여기를 통과하는 광을 편광하기 위한 편광자를 가지는 편광자 유닛(13A)이 부착되어 있다.

편광자 유닛(13A)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 복수의 편광자(13Aa)를 프레임(13Ab) 내에 나란히 배치하여 구성되어 있다. 이와 같이, 방전 램프(11)의 바로 아래에, 복수의 편광자(13Aa)가 해당 방전 램프(11)의 길이 방향을 따라서 나란히 배치되어 있다.

편광자(13Aa)는, 와이어 그리드형 편광 소자이며, 편광자(13Aa)의 개수는, 편광광을 조사하는 영역의 크기에 맞추어 적절히 선택한다. 또한, 각 편광자(13Aa)는, 각각 투과축이 동일 방향을 향하도록 배치되어 있다.

편광자 유닛(13B)도, 편광자 유닛(13A)과 동일한 구성을 가진다.

다만, 광 조사부를 2단으로 배열한 2등(燈)식의 경우, 편광자 유닛(13B)의 편광자(13Ba)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 편광자(13Aa)의 이음매와 편광자(13Ba)의 이음매가, 워크(W)의 반송 방향(X방향)에 있어서 서로 겹치지 않도록, 반송 방향에 직교하는 방향(Y방향)으로 위치를 어긋나게 하여 배치한다. 이에 따라, 광 조사부(10A 및 10B)는 균일한 에너지 분포로 편광광을 조사할 수 있다.

도 1로 돌아가, 반송부(20)는, 진공 흡착 등의 방법에 의해 워크(W)를 흡착 유지하는 평판형상의 워크 스테이지(21)와, 워크 스테이지(21)의 이동 방향을 따라서 연장되는 2개의 가이드(22)와, 워크 스테이지(21)의 이동 기구를 일례로서 구성하는 전자석(23)을 구비한다.

여기서는, 상기 이동 기구로서, 예를 들면, 리니어 모터 스테이지를 채용한다. 리니어 모터 스테이지는, 바둑판 형상으로 강자성체의 볼록극이 설치된 평면상의 플래튼 위에 이동체(워크 스테이지)를 에어에 의해 부상시키고, 이동체에 자력을 인가하여, 이동체와 플래튼의 볼록극과의 사이의 자력을 변화시킴으로써 이동체(워크 스테이지)를 이동하는 기구이다.

워크 스테이지(21)는, 그 1변의 방향이 스테이지 이동 방향(X방향)을 향하도록 배치됨과 더불어, 가이드(22)에 의해서 진직도를 보상한 상태로 왕복 이동 가능하게 지지되어 있다.

본 명세서에 있어서, 워크 스테이지(21)의 이동 방향이 X방향이며, X방향에 수직인 수평 방향이 Y방향, 연직 방향이 Z방향이다. 또한, 워크(W)는 직사각형상이며, 1변의 방향이 X방향을 향하고, 다른쪽의 변이 Y방향을 향한 자세로 워크 스테이지(21) 상에 유지되어 있는 것으로 한다.

워크 스테이지(21)의 이동 경로는, 광 조사부(10A 및 10B)의 바로 아래를 통과하도록 설계되어 있다. 그리고 반송부(20)는, 워크(W)를 광 조사부(10A 및 10B)에 의한 편광광의 조사 위치에 반송하고, 또한 그 조사 위치를 통과시키도록 구성되어 있다. 이 통과 과정에서, 워크(W)의 광 배향막이 광 배향 처리된다.

또한, 편광광 조사 장치(100)는, 편광 측정 장치(30)를 구비한다. 편광 측정 장치(30)는, 편광축 검출기(31)와, 편광축 검출기(31)를 가이드(22)에 따라서 X방향으로 반송하기 위한 X방향 반송부(32)와, 편광축 검출기(31)를 Y방향으로 반송하기 위한 Y방향 반송부(33)를 구비한다. 또한, 이 편광 측정 장치(30)는, 편광축 검출기(31), X방향 반송부(32), Y방향 반송부(33) 외에, 후술하는 제어부(34) 및 모니터(35)도 구비하고 있다.

편광축 검출기(31)는, 광 조사부(10A 및 10B)로부터 조사되는 편광광의 편광축(광 조사면에 있어서의 편광광의 축)을 검출한다.

X방향 반송부(32)는, 편광축 검출기(31)를 X방향으로 이동시키는 이동 기구이며, 예를 들면, 상술한 반송부(20)와 동일한 구성을 가진다. 즉, 편광축 검출기(31)의 이동 경로는, 광 조사부(10A 및 10B)의 바로 아래를 통과하도록 설계되어 있다. X방향 반송부(32)는, X방향에 있어서, 편광축 검출기(31)를 광 조사부(10A 및 10B)에 의한 편광광의 조사 위치에 반송한다.

Y방향 반송부(33)는, 편광축 검출기(31)를 Y방향으로 이동시키는 이동 기구이다. Y방향 반송부(33)는, 편광축 검출기(31)가 광 조사부(10A 및 10B)에 의한 편광광의 조사 위치에 있는 상태에서, 편광축 검출기(31)를 Y방향(편광자 유닛(13A 및 13B)의 편광자의 배열 방향)으로 이동한다.

본 실시 형태에서는, 편광자 유닛(13A 및 13B)의 각 편광자의 바로 아래(각 편광자의 중앙 위치)를, 각각 편광축을 측정하는 위치(이하, 「편광 측정 위치」라고도 한다)로 하고, 편광축 검출기(31)는, 각 편광 측정 위치에 있어서 편광축을 측정하는 것으로 한다.

이하, 편광축 검출기(31)의 구체적 구성에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 편광축 검출기(31)는, 제1의 편광광 검출부(311)와, 제2의 편광광 검출부(312)를 구비한다.

제1의 편광광 검출부(311)는, 편광축을 검출하기 위한 검출용 편광자(이하, 「검광자 」라고도 한다)(311a)와, 검출용 편광자(311a)를 통과한 편광광을 검출하기 위한 제1의 조도 센서(311b)를 구비한다. 제1의 조도 센서(311b)는, 검출용 편광자(311a)를 통과한 편광광을 수광하는 수광부(311c)(도 6)를 구비한다. 수광부(311c)는 지지 부재(311d)에 의해서 편광축 검출기(31)의 케이스에 고정되어 있다.

도 7은, 제1의 편광광 검출부(311)의 구성을 나타내는 모식도이다. 이 도 7에서는, 제1의 편광광 검출부(311)가 광 조사부(10A)로부터 조사되는 편광광을 검출하는 경우의 구성을 나타내고 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 광 조사부(10A)의 방전 램프(11)로부터의 광(방사광(L1))은 편광자 유닛(13A)을 통과하여 직선 편광되고, 이 편광광(L2)이 검출용 편광자(311a)에 입사된다. 수광부(311c)는, 이때 검출용 편광자(311a)를 통과한 광을 검출광(L3)으로서 수광한다.

검출용 편광자(311a)는, 예를 들면 와이어 그리드형 편광 소자이다. 또한, 검출용 편광자(311a)는, 직선 편광자이면 임의의 편광자를 이용할 수 있다.

또한, 검출용 편광자(311a)는, 그 법선 방향 S를 회전축으로 하여, 180° 이상의 검출 측정 범위 내에 걸쳐 회전가능하게 구성되어 있다. 검출용 편광자(311a)의 회전은, 미리 설정한 기준 위치(P0)로부터의 회전 각도(θ)에 의해서 규정한다.

검출용 편광자(311a)의 회전 각도(θ)가, 편광자 유닛(13A)을 구성하는 편광자(13Aa)의 투과축(T1)의 방향과 검출용 편광자(311a)의 투과축(T2)의 방향이 일치하는 각도일 때, 수광부(311c)에서 수광하는 광의 조도는 최대가 된다. 또한, 검출용 편광자(311a)의 회전 각도(θ)가, 투과축(T2)이 투과축(T1)에 직교하는 각도일 때, 수광부(311c)에서 수광하는 광의 조도는 최소가 된다.

즉, 수광부(311c)가 수광하는 광의 조도는, 검출용 편광자(311a)의 회전 각도에 따라 주기적으로 변동한다. 따라서, 검출용 편광자(311a)를 회전시키면서 수광부(311c)가 수광하는 광의 조도를 감시함으로써, 광 조사부(10A, 10B)로부터 조사되는 편광광의 편광축 각도를 측정할 수 있다.

검출용 편광자(311a)를 회전 가능하게 구성하기 위해서, 제1의 편광광 검출부(311)는, 검출용 편광자(311a)를 회전하기 위한 회전 기구를 구비한다. 해당 회전 기구는, 예를 들면, 도 5 및 도 6에 나타내는 로터리 액츄에이터(311e)와, 로터리 액츄에이터(311e)에 고정된 회전자(311f)를 구비한다.

로터리 액추에이터(311e)는, 후술하는 제어부(34)에 의해서 구동 제어된다. 검출용 편광자(311a)는 회전자(311f)에 고정되어 있고, 제어부(34)가, 로터리 액추에이터(311e)를 구동 제어하여 회전자(311f)를 회전시킴으로써, 검출용 편광자(311a)가 회전한다. 이에 따라, 검출용 편광자(311a)와 제1의 조도 센서(311b)(수광부(311c))가 상대적으로 회전한다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1의 조도 센서(311b)는, 수광부(311c)로의 입사광을 제한하는 개구부(311g)를 가진다. 개구부(311g)는, 광 조사부(10A, 10B)의 편광자 유닛(13A, 13B)이 비스듬히 입사하는 광도 통과시켜 편광광을 생성하는 것에 맞추어, 이들 비스듬한 입사 성분에 의한 편광광을 집어넣도록, 입사각이 예를 들면 0°~65° 범위의 편광광을 수광부(311c)에 입사하는 형상으로 되어 있다.

또한, 제1의 편광광 검출부(311)는, 제1의 조도 센서(311b)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 구비한다. 해당 냉각 기구는, 예를 들면 공냉 방식에 의한 것이며, 외부로부터 냉기를 집어넣는 냉기 공급부(311h)를 구비한다.

또한, 냉각 기구는, 수냉 방식에 의한 것을 채용할 수도 있다. 다만, 수냉 밸브가 파손된 경우의 영향 등을 감안하면, 공냉 방식을 채용하는 것이 바람직하다.

또한, 제2의 편광광 검출부(312)는, 제1의 편광광 검출부(311)에 있어서 검출용 편광자(311a)와, 이 검출용 편광자(311a)를 회전시키기 위한 회전 기구를 구비하지 않는 것을 제외하고는, 제1의 편광광 검출부(311)와 동일한 구성을 가진다.

즉, 제2의 편광광 검출부(312)는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 광 조사부(10A, 10B)로부터의 편광광을 그대로 입사하고, 해당 편광광의 조도를 검출하는 제2의 조도 센서(312a)를 구비한다. 제2의 조도 센서(312a)는, 광 조사부(10A, 10B)로부터의 편광광을 직접 수광하는 수광부(312b)(도 6)를 구비한다.

제2의 조도 센서(312a)는, 지지 부재(312c)에 의해서, 수광부(312b)의 높이 위치가 제1의 조도 센서(311b)의 수광부(311c)의 높이 위치와 동등해지도록 지지되어 있다. 지지 부재(312c)는, 편광광 검출기(31)의 케이스에 고정되어 있다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2의 조도 센서(312a)는, 수광부(312b)로의 입사광을 제한하는 개구부(312d)를 가진다. 개구부(312d)는, 상술한 개구부(311f)와 마찬가지로, 입사각이 예를 들면 0°~65° 범위의 편광광을 수광부(312b)에 입사하는 형상으로 되어 있다.

또한, 제2의 편광광 검출부(312)는, 제2의 조도 센서(312a)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 구비한다. 해당 냉각 기구는, 예를 들면 공냉 방식에 의한 것이며, 외부로부터 냉기를 집어넣는 냉기 공급부(312e)를 구비한다.

또한, 냉각 기구는 수냉 방식에 의한 것을 채용할 수도 있다. 다만, 수냉 밸브가 파손된 경우의 영향 등을 감안하면, 공냉 방식을 채용하는 것이 바람직하다.

제2의 조도 센서(312a)는, 제1의 조도 센서(311b)와 동일한 파장역에 감도를 가지는 것임이 바람직하다. 다만, 방전 램프(11)의 방사광을 동시에 검출할 수 있으면, 상이한 파장역에 감도를 가지는 것이어도 된다.

구체적으로는, 제1의 조도 센서(311b) 및 제2의 조도 센서(312a)는, 예를 들면 200nm~400nm의 파장역에 감도를 가지는 것임이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 제1의 조도 센서(311b) 및 제2의 조도 센서(312a)는, 예를 들면, 파장 254nm, 313nm, 365nm의 조도가 측정하기 쉬운 것이 바람직하다.

또한, 제1의 조도 센서(311b)의 수광부(311c)와 제2의 조도 센서(312a)의 수광부(312b)는, 방전 램프(11)의 관축 방향(길이 방향)을 따라서 병설된다. 방전 램프(11)의 관축 방향은, 편광축 검출기(31)를 이동시키는 Y방향과 동일한 방향이다.

이는, 방전 램프(11)로부터 방사되는 광은, 관경 방향에서는 조도 변화가 크고, 관축 방향에서는 조도 변화가 작기 때문이다. 이와 같이, 수광부(311c)와 수광부(312b)를 방전 램프(11)의 관축 방향(길이 방향)을 따라서 병설함으로써, 제1의 조도 센서(311b)와 제2의 조도 센서(312a)가 검출하는 광의 조도의 차를 줄일 수 있다.

또한, 제1의 편광광 검출부(311) 및 제2의 편광광 검출부(312)가, 각각 수광부를 냉각하기 위한 냉각 기구를 가지는 경우에 대하여 설명했는데, 방전 램프(11)로부터 방사되는 열은, Y방향 반송부(32) 등을 통하여 편광축 검출부(31)의 하측으로부터도 전달된다. 이 때문에, 편광축 검출부(31)의 케이스의 저부에 단열 부재를 설치하거나, 회전 기구를 부상시켜도 된다.

다음에, 편광 측정 장치(30)를 구성하는 제어부(34)에 대하여 설명한다.

도 8은, 편광 측정 장치(30)의 구성을 나타내는 블록도이다.

상술한 것처럼, 편광 측정 장치(30)는, 편광축 검출기(31), X방향 반송부(32), Y방향 반송부(33), 제어부(34) 및 모니터(35)를 구비한다.

제어부(34)는, 회전자 제어부(34a)와, 입력 신호 변환부(34b)와, 편광 특성 연산부(34c)와, 화상 표시부(34d)와, 반송 제어부(34e)를 구비한다.

회전자 제어부(34a)는, 제1의 편광광 검출부(311)에 대하여 로터리 액추에이터(311d)를 구동 제어하기 위한 구동 지령을 출력한다. 본 실시 형태에서는, 각 편광 측정 위치에 있어서, 검광자(311a)를 미리 설정한 회전 각도 범위 θ1≤θ≤θ2 내에서 복수의 지정 각도로 회전하고, 각 지정 각도로 제1의 조도 센서(311b)가 편광광을 측정한다. 회전 각도 범위는, 제1의 조도 센서(311b)가 검출하는 편광광의 조도가 최소가 되는 검광자(311a)의 각도(설정 기준치 θa)를 넘어, 예를 들면 ±20°의 범위로 설정한다.

예를 들면, 설정 기준치 θa가 120°로 설정되어 있는 경우에는, 회전 각도 범위는 100°≤θ≤140°가 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기 회전 각도 범위에 있어서, 예를 들면, θ=θa를 제외하고 10°씩 편광광을 측정하는 각도 위치를 설정한다. 즉, 회전 각도 범위가 100°≤θ≤140°인 경우,θ＝θ1＝100°, θ＝110°,θ＝130°, θ＝θ2＝140°에서 편광광을 측정한다. 회전자 제어부(34a)는, 검광자(311a)를 상기 4개의 각도 위치 중 어느 하나로 하기 위해서, 로터리 액츄에이터(311d)에 대하여 구동 지령을 출력한다.

입력 신호 변환부(34b)는, 제1의 조도 센서(311b)가 검출한 조도 정보인 검출 조도치(조도 카운트치)(Cd), 및 제2의 조도 센서(312a)가 검출한 조도 정보인 참조 조도치(조도 카운트치)(Cr)를 입력하고, 이들의 검출 신호를 증폭하여 편광 특성 연산부(34c)에 출력한다.

여기서, 제1의 조도 센서(311b)와 제2의 조도 센서(312a)는, 동일한 타이밍에서 수광광의 조도를 검출하는 것이며, 입력 신호 변환부(34b)는, 2개의 센서에서 동시에 검출된 2개의 검출 신호를 입력하도록 구성되어 있다.

편광 특성 연산부(34c)는, 입력 신호 변환부(34b)로부터 입력된 조도 정보에 의거하여, 광 조사부(10A, 10B)로부터 조사되는 편광광의 편광 특성을 연산한다. 본 실시 형태에서는, 편광 특성 연산부(34c)는, 상기 편광 특성으로서 편광축 각도와 소광비를 측정한다.

화상 표시부(34d)는, 편광 특성 연산부(34c)에서 연산한 편광 특성을 모니터(35)에 출력한다.

반송 제어부(34e)는, X방향 반송부(32) 및 Y방향 반송부(33)를 구동 제어하고, 편광축 검출기(31)를 XY 방향으로 이동하여 소정의 편광 측정 위치로 이동한다.

제어부(34) 및 모니터(35)는, 방전 램프(11)로부터 방사되는 자외광의 영향(주로 열의 영향)을 받지 않도록, 편광축 검출기(31), X 방향 반송부(32) 및 Y 방향 반송부(33)와는 떨어진 위치에 설치되어 있다. 제어부(34)는, 편광축 검출기(31)로의 구동 지령의 출력이나 편광축 검출기(31)로부터의 검출 신호의 취득 등을, 도시하지 않은 케이블을 통하여 행한다.

도 9는, 제어부(34)에서 실행하는 편광 측정 처리 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 편광 측정 처리는, 소정의 편광 측정 위치에 있어서의 편광광의 측정 순서를 나타내는 것이다.

먼저 단계 S1에서, 제어부(34)는, 회전자 제어부(34a)로부터 로터리 액츄에이터(311d)에 대하여 구동 지령을 출력하여, 검광자(311a)를 지정 각도까지 회전한다. 여기서, 지정 각도의 초기치는 θ=θ1로 한다.

다음에 단계 S2에서, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 검출 조도치(Cd), 제2의 조도 센서(312a)로부터 참조 조도치(Cr)를 취득하여, 단계 S3으로 이행한다.

단계 S3에서는, 상기 단계 S2에서 취득한 검출 조도치(Cd)로 참조 조도치(Cr)를 나누어, 보정 후 조도치(Cc)를 산출한다(Cc＝Cr/Cd). 이 보정 후 조도치(Cc)는, 검출 조도치(Cd)에 포함되는 방전 램프(11)로부터의 광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를, 참조 조도치(Cr)로 보정한 것이다.

다음에 단계 S4에서, 제어부(34)는, 미리 설정한 모든 각도 위치에서 조도 측정이 완료되었는지 여부를 판정한다. 그리고 조도 측정이 완료하지 않았다고 판단한 경우에는, 지정 각도를 새롭게 설정하여 상기 단계 S1로 이행하고, 조도 측정이 완료했다고 판단한 경우에는 단계 S5로 이행한다.

단계 S5에서, 제어부(34)는, 상기 단계 S3에서 산출한 각 각도 위치에 있어서의 보정 후 조도치(Cc)에 의거하여, 편광광의 편광축을 산출한다.

본 실시 형태에서는, 각 보정 후 조도치(Cc)를 기초로 커브 피팅을 행하여, 검광자(311a)의 회전 각도와 보정 후 조도치(Cc)의 관계를 나타내는 편광광 각도 특성(이하, 간단히 「각도 특성」이라고도 한다)을 구한다. 이 편광광 각도 특성은, 검광자(311a)를 회전시켰을 때의 검광자(311a)를 통과한 편광광 조도의 주기적인 변화를 나타내는 것이며, 상술한 조도 변동에 의한 오차가 보정된 적절한 특성이다. 그리고 구한 각도 특성으로부터 편광축 각도를 산출한다.

여기서는, 피팅 함수로서, 예를 들면 Acos²(θ＋B)＋C의 함수를 이용한다. 또한, 피팅 함수로는, 다른 함수를 이용할 수도 있다.

도 10은, 상기 각도 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 여기서, 편광광을 측정하는 각도 위치는 θ＝120°±10°, θ＝120°±20°의 4점으로 하고 있다.

이 도 10에 있어서, 세로축은 모니터 조도 카운트치［%］, 가로축은 검광자(311a)의 회전 각도 θ［도］이다. 도면 중 파선은 참조 조도치(Cr)이며, 점 a~d는, 각 각도 위치에서 산출한 보정 후 조도치(Cc)를 플롯한 것이다. 또한, 곡선 F는, 이들 4개의 측정점(a~d)의 값을 기초로, 최소 이승법 및 뉴턴법에 의해 커브 피팅을 행하여 정수 A, B, C를 구함으로써 얻어진 곡선이며, 상기 편광광 각도 특성에 상당한다.

이 각도 특성(F)에 있어서, 모니터 조도 카운트치가 최소가 되는 각도가, 검광자(311a)의 투과축이 편광자(13Aa)(또는 13Ba)의 투과축과 실제로 직교하는 검광자(311a)의 회전 각도이다. 또한, 모니터 조도 카운트치가 최소가 되는 각도로부터 90°를 뺀 각도가, 모니터 조도 카운트치가 최대가 되는 각도이며, 검광자(311a)의 투과축이 편광자(13Aa)(또는 13Ba)의 투과축과 실제로 일치하는 검광자(311a)의 회전 각도이다.

여기서, 모니터 조도 카운트치가 최소가 되는 각도는, 상술한 커브 피팅에 의해 구한 파라미터(B)이며, 설정 기준치(θa)에 대하여 소정의 어긋남각(θb)을 포함하는 것이 된다(B＝θa＋θb). 여기서, 제어부(34)는, 각도(θa＋θb)를 기초로, 실제의 편광축 각도(편광자(13Aa, 13Ba)의 투과축의 방향)를 출력한다.

검광자(311a)의 회전 각도는, 상술한 것처럼, 기준 위치(PO)에 대한 각도(θ)에 의해서 규정되어 있다. 여기서, 편광축 각도가, 검광자(311a)와 마찬가지로 기준 위치(P0)에 대한 각도에 의해서 규정되어 있는 경우에는, 제어부(34)는, 각도(θa＋θb)로부터 90°를 뺀 각도를 실제의 편광축 각도로서 출력한다. 또한, 편광축 각도가, 기준 위치(P0)로부터 90° 어긋난 위치에 대한 각도에 의해서 규정되어 있는 경우에는, 제어부(34)는, 각도(θa＋θb)를 그대로 실제의 편광축 각도로서 출력한다.

다음에 단계 S6에서, 제어부(34)는, 상기 단계 S5에서 산출한, 모니터 조도 카운트치가 최소가 되는 각도(θa＋θb)까지 검광자(311a)를 회전하여, 단계 S7로 이행한다.

단계 S7에서는, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 검출 조도치(Cd)를 취득하고(도 10의 측정점 e), 이를 편광광의 최소 조도로서 단계 S8로 이행한다.

단계 S8에서는, 제어부(34)는, 상기 단계 S5에서 산출한, 모니터 조도 카운트치가 최소가 되는 각도(θa＋θb－90°)까지 검광자(311a)를 회전하여, 단계 S9로 이행한다.

단계 S9에서는, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 검출 조도치(Cd)를 취득하고(도 10의 측정점 f), 이를 편광광의 최대 조도로서 단계 S10로 이행한다.

단계 S10에서는, 제어부(34)는, 상기 단계 S7에서 취득한 최소 조도와, 상기 단계 S9에서 취득한 최대 조도의 비(최대 조도/최소 조도)에 의거하여 소광비를 산출한다.

단계 S11에서는, 제어부(34)는, 화상 표시부(34d)로부터 모니터(35)에 대하여, 상기 단계 S5에서 연산한 편광축 각도와 상기 단계 S10에서 연산한 소광비를 출력한다. 이에 따라, 모니터(35)에 편광 특성의 측정 결과가 표시된다.

또한, 도 9의 단계 S1~S4가 회전 제어부에 대응하여, 단계 S5~S10이 편광 특성 연산부에 대응하고 있다. 또한, 단계 S5가 편광축 각도 연산부에 대응하고, 단계 S6~S10이 소광비 연산부에 대응하고 있다.

다음에, 본 실시 형태의 동작 및 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 제어부(34)는, X방향 반송부(32) 및 Y방향 반송부(33)를 구동 제어하고, 편광광 검출기(31)를, 편광자 유닛(13A)의 복수의 편광자(13Aa) 중 Y방향의 최단에 위치하는 편광자(13Aa)의 바로 아래에 배치한다. 이와 같이, 제어부(34)는, 편광광 검출기(31)를, 편광 특성의 측정 대상인 편광자(13Aa)를 통과한 편광광의 조사 영역에 배치한다.

설정 기준치 θa＝120°인 경우, 검광자(311a)가 θ＝120°일 때, 제1의 조도 센서(311b)가 검출하는 편광광의 조도가 최소가 될 것이다. 이 때문에, 처음에, 제어부(34)는, 로터리 액추에이터(311d)를 구동 제어하고, 검광자(311a)를 θ＝θa－20°＝100°가 되도록 회전한다.

그리고 이 상태에서, 제1의 조도 센서(311b)와 제2의 조도 센서(312a)에서, 동시에 편광광의 조도를 측정하고, 제어부(34)는 이들 2개의 센서에서 측정한 조도 정보를 취득한다. 즉, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터, 검광자(311a)를 통과한 편광광의 조도 정보인 검출 조도치(Cd)를 취득하고, 제2의 조도 센서(312a)로부터, 검광자(311a)를 통과하지 않는 편광광의 조도 정보인 참조 조도치(Cr)를 취득한다.

다음에, 제어부(34)는, 로터리 액추에이터(311d)를 구동 제어하고, 검광자(311a)를 θ＝100°의 위치로부터 θ＝110°가 되도록 회전한다. 그리고 이 위치에서, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)와 제2의 조도 센서(312a)로 측정한 검출 조도치(Cd)와 참조 조도치(Cr)를 취득한다.

그 후는, 제어부(34)는, 검광자(311a)를 θ＝130°와 θ＝140°로 각각 회전하고, 동일하게 제1의 조도 센서(311b)와 제2의 조도 센서(312a)로 측정한 검출 조도치(Cd)와 참조 조도치(Cr)를 취득한다.

그리고 제어부(34)는, 각 각도 위치에서 얻어진 검출 조도치(Cd)와 참조 조도치(Cr)에 의거하여, 도 10에 나타내는 각도 특성을 산출한다.

검출 조도치(Cd)는, 검광자(311a)를 통과한 편광광의 조도치이므로, 편광자(13Aa)의 투과축과 검광자(311a)의 투과축이 이루는 각에 따라 값이 변동한다. 따라서, 검광자(311a)의 회전 각도(θ)를 변화시키면서 검출 조도치(Cd)의 변동을 감시함으로써, 검광자(311a)의 회전 각도와 검광자(311a)를 통과한 편광광의 조도 정보의 관계를 나타내는 각도 특성을 산출할 수 있다.

그러나 광원인 방전 램프(11)는, 아크의 흔들림에 의해 광량이 시시 각각으로 변화하고 있어, 검광자(311a)의 회전 각도(θ)가 변화하고 있는 동안에 방전 램프(11)로부터의 방사광의 광량이 변화한다고 하는 현상이 생긴다.

이 때문에, 이 방전 램프의 아크의 흔들림을 고려하지 않고, 검출 조도치(Cd)를 그대로 이용하여 각도 특성을 산출하면, 방전 램프(11)로부터 조사되는 광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 포함한 각도 특성이 산출되어 버려, 편광 측정 정밀도가 현저하게 저하한다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 제1의 조도 센서(311b)에서 검광자(311a)를 통한 광 조사부로부터의 편광광의 조도를 측정하고, 이에 동기하여, 제2의 조도 센서(312a)에서 검광자(311a)를 통하지 않은 광 조사부로부터의 편광광의 조도를 측정한다. 즉, 양자에서 동일한 아크의 흔들림을 봄으로써, 제2의 조도 센서(312a)에서 얻어진 참조 조도치(Cr)를, 제1의 조도 센서(311b)에서 얻어진 검출 조도치(Cd)의 기준치로서 이용하도록 한다.

제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 얻어진 검출 조도치(Cd)를, 제2의 조도 센서(312a)로부터 얻어진 참조 조도치(Cr)로 나눔으로써, 검출 조도치(Cd)에 포함되는 아크의 흔들림에 기인하는 조도 변동에 의한 오차를 보정한다. 그리고 보정 후의 조도치(보정 후 조도치(Cc))를 기초로 커브 피팅의 수법을 이용해 도 10에 나타내는 각도 특성(F)을 산출한다.

상술한 것처럼, 동시에 측정한 검출 조도치(Cd) 및 참조 조도치(Cr)는, 아크의 흔들림 조건이 같다. 따라서, 보정 후 조도치(Cc)를 이용함으로써, 검광자(311a)를 회전시키고 있는 중에 아크가 변화했다고 해도 좋은 정밀도로 각도 특성을 산출할 수 있다.

제어부(34)는, 도 10에 나타내는 각도 특성(F)을 산출하면, 해당 각도 특성(F)에 의거하여 편광축 각도를 산출한다. 구체적으로는, 각도 특성(F)을 기초로, 검광자(311a)를 통과한 편광광의 조도가 최소가 되는 검광자(311a)의 회전 각도(θa＋θb)를 특정하고, 이를 기초로 실제의 편광축 각도를 출력한다.

다음에, 제어부(34)는, 각도 특성(F)을 이용하여, 편광광의 소광비를 산출한다. 먼저, 제어부(34)는, 편광광의 최소 조도를 검출하기 위해서, 로터리 액추에이터(311d)를 구동 제어하여 검광자(311a)를 θ＝(θa＋θb)로 회전한다. 그 상태에서, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 최소 조도치인 검출 조도치(Cd)를 취득한다(도 10의 측정점 e).

이어서, 제어부(34)는, 편광광의 최대 조도를 검출하기 위해서, 로터리 액추에이터(311d)를 구동 제어하여 검광자(311a)를 θ=(θa＋θb－90°)로 회전한다. 그 상태에서, 제어부(34)는, 제1의 조도 센서(311b)로부터 최대 조도치인 검출 조도치(Cd)를 취득한다(도 10의 측정점 f).

그리고 제어부(34)는, 최소 조도치와 최대 조도치의 비(최대 조도치/최소 조도치)에 의거하여 소광비를 산출한다.

이상에 의해, 편광자 유닛(13A)의 복수의 편광자(13Aa) 중 Y방향의 최단에 위치하는 편광자(13Aa)를 통과한 편광광의 편광 특성이 얻어진다. 다음에, 제어부(34)는, Y방향 반송부(33)를 구동 제어하여, 편광광 검출기(31)를 직전에 편광 특성을 측정한 편광자(13Aa)에 인접하는 편광자(13Aa)의 바로 아래에 배치한다. 이와 같이, 편광 특성의 측정 대상을 순차적으로 전환하여 편광 특성을 측정한다.

편광자 유닛(13A)의 모든 편광자(13Aa)에 대한 편광 특성 측정이 완료하면, 제어부(34)는, X방향 반송부(33) 및 Y방향 반송부(33)를 구동 제어하고, 편광광 검출기(31)를, 편광자 유닛(13B)의 복수의 편광자(13Ba) 중 Y방향의 최단에 위치하는 편광자(13Ba)의 바로 아래에 배치한다. 그리고 편광자 유닛(13A)의 경우와 마찬가지로, 각 편광자(13Ba)에 대하여 각각 편광 특성을 측정한다.

정점에 있어서, 이상과 같이 검출 조도치(Cd)와 참조 조도치(Cr)를 검출하고, 참조 조도치(Cr)를 검출 조도치(Cd)로 보정한 데이터를 기초로 편광축 각도를 측정한 결과를 도 11의 α에 나타낸다. 여기서, 도 11의 세로축은 편광축 각도, 가로축은 편광축 각도의 측정 회수이다. 실험 결과 α에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 측정된 편광축 각도에 거의 편차가 없고, 표준 편차 3σ은 0.004였다. 즉, 측정된 편광축 각도는, ±0.004°라는 매우 편차가 적은 범위에 99.7%가 포함된다는 것이다.

비교예로서, 본 실시 형태와 같이 참조 조도치(Cr)에 의한 보정을 행하지 않고, 검출 조도치(Cd)만을 이용하여 편광축 각도를 측정했다. 그 결과를 도 11의 β에 나타낸다.

실험 결과 β에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는 항상 측정 결과가 변동하고 있고, 때때로 강한 돌출치도 곳곳에 보여진다. 이는, 검광자(311a)를 회전시켜 각도가 상이한 4점에서 편광광을 측정하고 있는 동안에 아크의 흔들림이 생겨, 편광축 각도를 안정되게 측정할 수 없기 때문이다. 이와 같이, 아크의 흔들림에 의해서 측정 결과가 달라지는 것을 시각적으로도 이해할 수 있다.

또한, 비교예의 측정 결과를 통계한 결과, 측정된 편광축 각도의 표준 편차 3σ은 0.035였다. 즉, 측정된 편광축 각도는, ±0.035°라고 하는 편차를 갖는 것이다.

편광광 조사 장치(100)에 있어서는, 광 배광 처리의 요구 정밀도의 관점에서, 편광축 각도를 설정치에 대하여 ±0.05°이내로 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 편광 측정의 요구 정밀도는 ±0.01°정도인 것이 바람직하다. 그러나 상기 비교예에서는, 편광 측정의 요구 정밀도를 만족할 수 없다.

본 실시 형태에서는, 검광자를 가지는 제1의 편광광 검출부(311)와는 별도로, 검광자를 통하지 않고 직접 편광광을 검출하는 제2의 편광광 검출부(312)를 구비하고, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)에서, 동시에 동일한 편광광을 검출한다.

따라서, 제2의 편광광 검출부(312)에서 검출한 조도 정보를 편광광의 기준 조도 정보로 하여, 제1의 편광광 검출부(311)에서 검출한 조도 정보에 포함되는 방전 램프(11)의 아크의 흔들림에 기인하는 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정할 수 있다. 이 때문에, 제1의 편광광 검출부(311)의 검광자(311a)를 회전시켰을 때의 검출광의 조도의 주기적인 변화를 나타내는 각도 특성을 좋은 정밀도로 산출할 수 있어, 편광축 각도 및 소광비를 좋은 정밀도로 산출할 수 있다.

또한, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)는, 방전 램프(11)의 길이 방향으로 나란히 배치한다. 이와 같이, 방전 램프(11)의 조도 변화가 적은 방향으로 나란히 배치하므로, 장소마다의 의존성을 줄일 수 있어, 신뢰성이 있는 측정 결과가 얻어진다.

특히, 광원으로서 2등식 이상의 램프를 적용한 경우, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)가 램프의 관경 방향으로 나란히 배치되어 있으면, 측정 대상의 램프에 인접하는 램프로부터 방사되는 광의 영향을 받기 쉬워져 버려, 신뢰성이 있는 측정 결과를 얻을 수 없다. 본 실시 형태에서는, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)를 방전 램프(11)의 길이 방향으로 나란히 배치하므로, 광원으로서 2등식 이상의 램프를 적용한 경우에도, 신뢰성이 있는 측정 결과를 얻을 수 있다.

또한, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)는, 방전 램프(11)의 바로 아래에 배치된 상태로 사용되어, 열적인 조건이 엄격하다. 예를 들면, 검광자(311a)를 유지하는 유지 부재를 알루미늄 등으로 형성한 경우, 방전 램프(11)에서 방사되는 자외광(열)의 영향에 의해 상기 유지 부재가 열 팽창하여, 검광자(311a)와 수광부(311c)의 상대 위치가 어긋나, 수광부(311c)에서 검출하는 광의 조도가 변화할 우려가 있다.

본 실시 형태에서는, 제1의 편광광 검출부(311)와 제2의 편광광 검출부(312)에, 각각 제1의 조도 센서(311b), 제2의 조도 센서(312a)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 설치하므로, 안정되게 편광광을 검출할 수 있다.

또한, 제2의 편광광 검출부(312)에서 검출한 조도 정보(참조 조도치(Cr))를 기초로, 제1의 편광광 검출부(311)에서 검출한 조도 정보(검출 조도치(Cd))를 보정할 때, 검출 조도치(Cd)를 참조 조도치(Cr)로 나눔으로써, 방전 램프(11)의 아크의 흔들림에 기인하는 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 보정 후 조도치(Cc)를 산출한다. 이와 같이, 비교적 용이한 수법으로, 상기 오차를 보정할 수 있다.

또한, 편광광의 측정점은, 제1의 편광광 검출부(311)의 검광자(311a)를 회전시켰을 때의 검출광의 조도가 최소가 되도록 설정된 설정 기준치(θa)를 넘은 소정의 회전 각도 범위 내의 4점으로 한다. 그리고 이들 4점의 측정점에서의 조도 정보에 의거하여, 제1의 편광광 검출부(311)의 검광자(311a)를 회전시켰을 때의 검출광의 조도의 주기적인 변화를 나타내는 각도 특성을 산출한다.

이와 같이, 검출광의 조도가 최소가 되는 각도의 근방에서 측정한 조도 정보를 각도 특성의 산출에 이용하므로, 노이즈 성분의 영향을 억제한 각도 특성을 산출할 수 있다.

또한, 광 조사부(10A, 10B)로부터의 편광광을 직접 검출하는 제2의 편광광 검출부를 설치하므로, 편광광의 편광축 각도 및 소광비를 측정하면서, 편광광의 조도를 측정할 수도 있다. 이와 같이, 편광광의 편광 특성의 측정과 편광광의 조도의 측정을 동시에 행할 수 있어, 효율이 좋다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 시간마다의 조도 변동을 가지는 광원을 이용한 경우에도, 해당 조도 변동의 영향을 받지 않고 편광광의 편광축 각도 및 소광비를 간편하고 또한 고정밀도로 측정할 수 있다.

따라서, 광 조사부로부터 조사되는 편광광의 편광축이 원하는 편광축으로 되어 있는지 여부 등을 적절히 판단할 수 있다. 그리고 원하는 편광축으로 되어 있지 않은 경우에는, 원하는 편광축으로 할 수 있도록 광 조사부의 편광자의 배치 각도를 조정하는 등의 처리가 가능하여, 적절한 광 배향 처리를 행할 수 있다.

(변형예)

상기 실시 형태에 있어서는, 검출 조도치(Cd)를 참조 조도치(Cr)로 나눔으로써 보정 후 조도치(Cc)를 산출하는 경우에 대하여 설명했는데, 예를 들면, 다른 방식을 적용할 수도 있다.

이하, 다른 방식으로서, 뺄셈과 평균치를 이용하여 보정하는 방식에 대하여 설명한다.

먼저, θ＝θa±20°, θ＝θa±10°의 합계 4점에서, 제1의 편광광 검출부(311) 및 제2의 편광광 검출부(312)는 검출 조도치(Cd) 및 참조 조도치(Cr)를 각각 측정한다. 여기서, 각 지정 각도로 측정한 검출 조도치(Cd)를 Cd1, Cd2, Cd3, Cd4로 하고, 각 지정 각도로 측정한 참조 조도치(Cr)를 Cr1, Cr2, Cr3, Cr4로 한다.

그리고 제어부(34)는, 각 지정 각도로 측정한 참조 조도치(Cr1~Cr4)의 평균치(Cra)를 산출하고, 검출 조도치(Cdn)로부터 평균치(Cra)와 참조 조도치(Crn)의 차분을 뺀 값을 보정 후 조도치(Cc)로서 산출한다. 즉, 보정 후 조도치(Cc)는, Cc1＝Cd1－(Cra－Cr1), Cc2＝Cd2－(Cra－Cr2), Cc3＝Cd3－(Cra－Cr3), Cc4＝Cd4－(Cra－Cr4)이다.

이후의 처리는, 도 9의 단계 S5 이후의 처리와 동일하다. 즉, 제어부(34)는, 보정 후 조도치(Cc1~Cc4)를 기초로, 최소 이승법 및 뉴턴법에 의해 커브 피팅을 행하여 피팅 함수 Acos²(θ＋B)＋C의 정수 A, B, C를 구한다. 제어부(34)는, 이와 같이 하여 편광광 각도 특성을 산출한다.

이 경우에도, 검출 조도치(Cd)에 포함되는 방전 램프(11)의 아크의 흔들림에 기인하는 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 조도치를 기초로, 편광광 각도 특성을 구할 수 있어, 좋은 정밀도로 편광축 각도 및 소광비를 측정할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, θ＝θa±20°와 θ＝θa±10°에서 각각 1회씩 계 4회, 제1의 편광광 검출부(311)에서 조도를 측정하는 경우에 대하여 설명했는데, 측정 회수는 허용 측정 시간에 따라서 적절히 설정 가능하다. 최소 이승법에 의한 산출은 측정점이 3점에서도 행할 수 있으므로, 측정 회수는 3회여도 된다. 4점 측정한 경우는, 3점의 조합을 4개 이용하여, 각각에 대하여 각도 특성을 산출하는 등에 의해, 측정 결과의 정밀도를 높이도록 해도 된다. 또한, 당연히, 측정 회수는 5회 이상이어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 조도 측정에 있어, 10°씩 검광자(311a)를 회전시키는 경우에 대하여 설명했는데, 피치 각도도 적절히 설정 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서, 편광 측정 위치를 각 편광자(13Aa, 13Ba)의 중앙의 1개소에만 설정하는 경우에 대하여 설명했는데, 1매의 편광자 내에서 편광축 각도의 편차가 있는 것을 고려하여, 각 편광자에 대하여 편광 측정 위치를 복수 개소 설정할 수도 있다. 이 경우, 각 편광 측정 위치에 있어서의 측정 결과를 가중 평균하는 등에 의해, 최종적인 편광 특성을 산출하면 된다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 편광 측정 장치(30)에서 측정한 편광축 각도를 기초로, 편광자(13Aa)나 편광자(13Ba)의 편광축 각도가 원하는 편광축 각도가 되도록, 편광자(13Aa)나 편광자(13Ba)의 각도를 자동적으로 조정하는 기구를 설치해도 된다. 또한, 편광자(13Aa)나 편광자(13Ba)의 각도 조정은, 작업자가 수동으로 행해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 제1의 조도 센서(311b)의 수광부(311c)를, 지지 부재(311d)에 의해서 편광축 검출기(31)의 케이스에 고정하는 경우에 대하여 설명했는데, 수광부(311c)는 검광자(311a)와 함께 회전 가능한 구성이어도 된다. 다만, 조도를 안정되게 측정하기 위해서는, 상기 실시 형태와 같이 수광부(311c)를 고정하고, 검광자(311a)와 수광부(311c)를 상대적으로 회전시키는 구성인 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 광원으로서 2등식의 방전 램프(11)를 적용하는 경우에 대하여 설명했는데, 1등식이어도 되고, 3등식 이상이어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 워크(W)로서 광 배향막이 형성된 액정 패널을 이용하는 경우에 대하여 설명했는데, 예를 들면, 시야각 보상 필름과 같은, 롤에 감겨진 장척 띠형상의 워크여도 된다.

10A, 10B: 광 조사부 11: 방전 램프
12: 미러 13A, 13B: 편광자 유닛
13Aa, 13Ba: 편광자 13Ab, 13Bb: 프레임
14: 램프 하우스 20: 반송부
21: 워크 스테이지 22: 가이드
23: 전자석 30: 편광 측정 장치
31: 편광축 검출기 311: 제1의 편광광 검출부
311a: 검출용 편광자(검광자) 311b: 제1의 조도 센서
311c: 수광부 311d: 지지 부재
311e: 로터리 액추에이터 311f: 회전자
311g: 개구부 311h: 냉기 공급부
312: 제2의 편광광 검출부 312a: 제2의 조도 센서
312b: 수광부 312c: 지지 부재
312d: 개구부 312e: 냉기 공급부
32: X 방향 반송부 33: Y방향 반송부
34: 제어부 34a: 회전자 제어부
34b: 입력 신호 변환부 34c: 편광 특성 연산부
34d: 화상 표시부 34e: 반송 제어부
35: 모니터 100: 편광광 조사 장치

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 광원으로부터 조사되는 편광광의 편광축을 검출하기 위한 회전 가능한 검출용 편광자와, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 검출하는 제1의 조도 센서를 가지는 제1의 편광광 검출부와, 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 직접 검출하는 제2의 조도 센서를 가지고, 상기 제1의 편광광 검출부에 병설되는 제2의 편광광 검출부를 구비하는 편광축 검출기와,
   상기 편광축 검출기로 검출한 조도 정보에 의거하여 상기 편광광을 측정하는 편광광 측정부를 구비하고,
   상기 편광광 측정부는,
   상기 검출용 편광자를 복수의 지정 각도로 회전시키는 회전 제어부와,
   상기 복수의 지정 각도에 있어서 상기 제1의 조도 센서로 검출한 조도 정보인 검출 조도치와, 상기 제1의 조도 센서에 의한 상기 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 조도 정보인 참조 조도치에 의거하여, 상기 검출 조도치에 포함되는 상기 광원으로부터 조사되는 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 보정 후 조도치를 연산하는 조도 정보 보정부와,
   상기 검출용 편광자의 회전 각도와 상기 조도 정보 보정부에서 연산한 보정 후 조도치의 관계를 나타내는 편광광 각도 특성을 연산하고, 상기 편광광 각도 특성을 기초로 상기 광원으로부터의 편광광의 편광 특성을 연산하는 편광 특성 연산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 조도 정보 보정부는,
   상기 제1의 조도 센서로 검출한 상기 검출 조도치를, 상기 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 상기 참조 조도치로 나눔으로써, 상기 보정 후 조도치를 연산하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 조도 정보 보정부는,
   상기 제1의 조도 센서로 검출한 상기 검출 조도치로부터, 상기 복수의 지정 각도에 있어서 상기 제2의 조도 센서로 검출한 각 참조 조도치의 평균치와 상기 검출 조도치의 검출에 동기하여 상기 제2의 조도 센서로 검출한 상기 참조 조도치의 차분을 뺌으로써, 상기 보정 후 조도치를 연산하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 편광 특성 연산부는,
   상기 편광광 각도 특성을 기초로, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도가 극치로 되는 상기 검출용 편광자의 회전 각도를 특정하고, 특정한 회전 각도에 의거하여 상기 편광 특성으로서 상기 편광광의 편광축 각도를 연산하는 편광축 각도 연산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 장치.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 편광 특성 연산부는,
   상기 편광광 각도 특성을 기초로, 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도의 최대치와 최소치를 특정하고, 특정한 최대치와 최소치에 의거하여 상기 편광 특성으로서 상기 편광광의 소광비를 연산하는 소광비 연산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 장치.
8. 삭제
9. 광원으로부터 조사되는 편광광을 측정하는 편광 측정 방법으로서,
   상기 편광광의 편광축을 검출하기 위한 검출용 편광자를 복수의 지정 각도로 회전시키고, 각 지정 각도에 있어서 상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보인 검출 조도치를 검출하는 단계와,
   상기 검출용 편광자를 통과한 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보를 검출하는 타이밍과 동기하여, 상기 검출용 편광자를 통과하지 않는 상기 광원으로부터의 편광광의 조도 정보인 참조 조도치를 직접 검출하는 단계와,
   상기 복수의 지정 각도에 있어서 검출한 상기 검출 조도치와 상기 참조 조도치에 의거하여, 상기 검출 조도치에 포함되는 상기 광원으로부터 조사되는 편광광의 시간마다의 조도 변동에 의한 오차를 보정한 보정 후 조도치를 연산하는 단계와,
   상기 검출용 편광자의 회전 각도와 상기 보정 후 조도치의 관계를 나타내는 편광광 각도 특성을 연산하는 단계와,
   상기 편광광 각도 특성을 기초로 상기 광원으로부터의 편광광의 편광 특성을 연산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광 측정 방법.
10. 배향막에 편광광을 조사하여 광 배향을 행하는 편광광 조사 장치로서,
    선형 광원과, 상기 선형 광원이 연장되는 방향을 따라서 설치된 복수의 편광자를 가지고, 상기 선형 광원의 광을 상기 편광자에 의해서 편광한 편광광을 조사하는 광 조사부와,
    상기 광 조사부가 조사하는 편광광을 측정하는 청구항 3 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 편광 측정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광광 조사 장치.
    

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