TWI542863B - 光學特性測量方法以及裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種測量透明膜的光學特性的光學特性測量方法以及裝置。
近年來,作為電視機或個人電腦用的監控器等,而使用利用了液晶的顯示裝置(以下稱作液晶顯示裝置)。液晶顯示裝置中,偏光板、視野角補償膜、抗反射膜等具有各種光學特性的功能性塑膠膜(以下稱作光學膜)被貼附在液晶面板上。液晶顯示裝置因利用液晶所具有的雙折射特性而獲得對比度,故液晶顯示裝置的顯示特性會受到所使用的各種光學膜的雙折射特性的影響。例如,在光學膜的雙折射特性遍及液晶面板的整個顯示畫面不均一的情況下,顯示圖像中會產生不均。因此,對液晶顯示裝置中使用的光學膜是否具有規定的光學特性(尤其雙折射特性)進行檢查。
在雙折射特性等的光學特性的測量中,例如使用對光學膜照射規定的測量光的光源、接收已透過光學膜的測量光的電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)相機等的受光器、波長板、偏光板等。而且,為了對雙折射特性等進行測量,必須使用偏光狀態不同的測量光來對同一部位進行多次測量。
作為此種對光學膜的雙折射特性進行測量的裝置,如下的光學特性測量裝置已為人所知,即,例如在光源與
CCD相機之間設置旋轉自如的波長板,藉由使該波長板旋轉而在各種偏光狀態下對光學膜的圖像進行攝像,根據所獲得的圖像群的各圖像的亮度值變化來針對每個畫素算出雙折射特性(日本專利特開2009-229279號公報)。而且,如下的光學特性測量裝置已為人所知,即,在攝像裝置的各畫素設置進相軸方向各不相同的微細的波長板,一邊使光學膜向固定的方向移動一邊依次攝影,藉此獲得使用偏光狀態不同的測量光來對光學膜的某測量點進行多次測量所得的資料(日本專利特開2007-263593號公報)。
近年來,伴隨著液晶顯示裝置的大畫面化,對用於該大畫面化的光學膜亦要求大面積且均一的光學特性。例如,20英吋的液晶顯示裝置中需要A3程度的大小的光學膜。因此,尋求一種可對大面積的光學膜進行測量的測量裝置。而且,在對光學膜進行攝像來測量光學特性的情況下,為了獲得高測量精度,而使用遠心透鏡(telecentric lens)來作為攝像透鏡。這是因為可將焦點偏移或視差所引起的像的變形的影響抑制得小。然而,遠心透鏡的四邊形的視野中的1邊至多為5 cm左右,因而難以在一個視野中對A3尺寸等的大面積的光學膜進行檢查。因此,光學膜的光學特性測量裝置中,必須設法一邊使測量位置移動,一邊無遺漏且高精度地對光學特性進行測量。
如日本專利特開2009-229279號公報的光學特性測量裝置般,在藉由使波長板旋轉,一邊使測量光的偏光狀態變化,一邊對某測量位置的光學特性進行測量的情況下,
必須在將光學膜與測量系統(光源或受光器等)的位置固定後,一邊使波長板旋轉,一邊對相同的測量位置進行多次攝像。因此,因測量位置的移動,而必須重複進行光學膜(或測量系統)的移動與停止,在對大面積的光學膜的光學特性進行測量的情況下,存在需要大量時間的問題。
另一方面,日本專利特開2007-263593號公報的光學特性測量裝置可一邊使光學膜(或測量系統)移動一邊對光學膜的光學特性進行測量。然而,為了針對每個畫素而設置進相軸方向不同的波長板,進行1畫素單位的測量。因此,讀取雜訊或暗電流雜訊等的對於每個畫素而言無規的雜訊直接作為誤差而包含於測量值(畫素值)中。這會使得高精度的光學特性的測量變得困難,並且,測量值的再現性亦劣化。而且,為了消除上述雜訊的影響而提高測量精度,則必須對同一部位進行多次測量,且加以平均,因而與日本專利特開2009-229279號公報的光學特性測量裝置同樣地,在大面積的光學膜的測量中需要大量時間。
本發明的目的在於無須使光學膜與測量系統停止而使他們一邊相對地移動,一邊高精度地對光學特性進行測量。
本發明的光學特性測量裝置包括投光部、受光部、搬送部、穆勒矩陣算出部、及光學特性算出部。投光部將規定偏光狀態的光作為測量光而照射至透明光學膜。受光部包括在規定方向上排列的多種波長板,以與多種波長板的各個相對應的方式,使以獲得一個測量值為單位的單位受
光區沿著規定方向排列多個。各單位受光區以由波長板規定的多種偏光狀態來接收已透過光學膜的測量光。搬送部當將與光學膜上單位受光區相對應的尺寸的區域設為單位測量區時,使受光部與光學膜沿規定方向相對移動,藉此使單位測量區沿規定方向移動。該移動中,多個單位受光區對已透過單位測量區的測量光進行測量。穆勒矩陣算出部根據針對同一單位測量區而獲得的多個測量值,算出單位測量區的穆勒矩陣。光學特性算出部使用單位測量區的穆勒矩陣的要素來算出單位測量區的光學特性。
較佳為當將與單位受光區相對應的投光部上的區域設為單位投光區時,入射至單位測量區的測量光的司托克士參數是按每個單位投光區而進行預先測量,並且,將透過單位測量區後的測量光的司托克士參數與測量值建立對應關係的偏光傳遞矩陣是按每個單位受光區而進行預先測量。而且,較佳為穆勒矩陣算出部根據入射至單位測量區的測量光的司托克士參數、與偏光傳遞矩陣,來預先算出試樣測量矩陣,所述試樣測量矩陣是將同一單位測量區所獲得的多個測量值與穆勒矩陣的要素建立對應關係的矩陣,在獲得測量值時使用試樣測量矩陣來分別算出穆勒矩陣的要素。
較佳為投光部沿著規定方向移動自如地設置,入射至單位測量區的測量光的司托克士參數是在無光學膜的狀態下,一邊使投光部沿上述規定方向移動,一邊由受光部接收測量光而測量。
較佳為投光部在與受光部的視野大致相同大小的範圍內照射測量光。而且,較佳為投光部將作為測量光的圓偏光照射至光學膜。
較佳為投光部包括:從平面狀的發光面發出無偏光狀態的光的面光源,將從面光源入射的光整形為直線偏光的偏光板,以及將從偏光板入射的直線偏光轉換為圓偏光並照射至光學膜的1/4波長板。較佳為該1/4波長板繞測量光的照射光軸旋轉自如地設置。
較佳為受光部包括透鏡,該透鏡使已透過多種波長板的測量光成像在攝像裝置;該透鏡為在物體側將光軸與主光線視作平行的物體側遠心透鏡。透鏡亦可為在物體側以及像側將光軸與主光線視作平行的兩側遠心透鏡。受光部較佳為包括4種以上40種以下的波長板作為多種波長板。
較佳為受光部所包括的多種波長板以相對於規定方向而各自的主軸方向不同的方式配置。較佳為受光部所包括的多種波長板的遲相量為70度以上170度以下或190度以上290度以下。
較佳為單位受光區為結合畫素,該結合畫素由鄰接的多個畫素構成,且該結合畫素將對所屬的多個畫素的輸出值平均後所得的值設為一個測量值。較佳為構成結合畫素的畫素數為2以上的自然數的2次方個,且縱橫包含相同數量的畫素數。
較佳為在相對於規定方向垂直的方向上包括多個投光部與受光部的組。較佳為藉由使設於該垂直方向的投光部
與受光部的組移動,對光學膜的整個面進行測量。
本發明的光學特性測量方法包括測量步驟、穆勒矩陣算出步驟、及光學特性算出步驟。測量步驟從投光部將規定偏光狀態的光作為測量光而照射至透明的光學膜,在每個成為獲得一個測量值的單位的單位受光區以多種偏光狀態來接收已透過光學膜的測量光,從而在與單位受光區相對應的光學膜上的每個單位測量區獲得測量值。此時,一邊使包括單位受光區的受光部與光學膜相對移動一邊受光,藉此針對一個單位測量區,獲得以多種偏光狀態而測量的多個測量值。穆勒矩陣算出步驟根據測量步驟中所獲得的多個測量值,按每個單位測量區來算出單位測量區的穆勒矩陣。光學特性算出步驟使用穆勒矩陣的要素來算出單位測量區的光學特性。
穆勒矩陣算出步驟中,使用將多個測量值與穆勒矩陣的要素建立對應關係的試樣測量矩陣並根據測量值來算出穆勒矩陣。試樣測量矩陣為將透過單位測量區後的測量光的司托克士參數與測量值建立對應關係的矩陣,且所述試樣測量矩陣是使用按每個單位投光區而預先測量的偏光傳遞矩陣、及按與單位受光區所對應的投光部上的每個單位投光區而預先測量的司托克士參數來預先算出。
根據本發明,無須使光學膜與測量系統停止而使他們一邊相對移動,一邊高精度地測量光學膜的光學特性。
如圖1所示,光學特性測量裝置10對作為光學膜11
的光學特性的主軸(進相軸)的方位α或延遲(遲相量)δ等關於偏光的光學特性(以下稱作偏光特性)來進行測量。該測量裝置10包括投光部12、受光部13、搬送輥14(搬送部)、及控制裝置16等。
光學膜11為透明樹脂製。而且,光學膜11藉由延伸等而形成,但只要正常形成則於面內具有均一的偏光特性。就光學膜11的偏光特性而言,藉由投光部12使圓偏光的測量光入射,且藉由受光部13來測量該透過光,由此針對每個單位測量區E(參照圖6)來進行測量。而且,光學膜11在Y方向上具有固定的寬度,且在與Y方向垂直的X方向上連續,藉由多個搬送輥14沿X方向保持平坦狀態而搬送。一邊一直連續地搬送光學膜11一邊進行光學特性測量裝置10對光學膜11的偏光特性的測量。光學膜11在由光學特性測量裝置10測量了偏光特性後,沿X方向以及Y方向以規定的寬度切斷為片狀,並用於液晶顯示裝置等中。搬送輥14構成光學膜11的搬送部。另外,亦可由搬送輥與搬送輥來夾持光學膜而進行搬送。
投光部12是至少在受光部13的視野13a內將大致固定條件的光作為測量光而照射的面狀光源,以投光面12a與光學膜11平行且與受光部13相對向的方式,設置在光學膜11的下方。投光部12對光學膜11照射的測量光為規定波長的單色光,並且為在視野13a內具有大致固定的強度及偏光狀態的光。具體的測量光的偏光狀態為圓偏光。
而且,投光部12配置在光源移動部12b上。光源移動
部12b將投光部12沿X方向以可移動規定距離地加以保持著。光源移動部12b如後述般在投光部12的校準時使投光部12移動,且在對光學膜11的偏光特性進行測量時,將投光部12如上述般保持在與受光部13相對向的規定位置處。
受光部13是用於接收已透過光學膜11的測量光且對其偏光狀態的變化進行測量的構件,以與投光部12相對向的方式設置在光學膜11的上方。自受光部13測量的測量值被輸入至控制裝置16。而且,受光部13安裝在臂部17,臂部17安裝在以跨越光學膜11的方式而設置的支持台18上,使受光部13在相對於光學膜11垂直的方向上移動自如。因此,受光部13在與投光部12相對向的狀態下沿Z方向移動。由臂部17實現的受光部13的移動藉由控制裝置16而控制,控制裝置16為了調節焦點而使受光部13沿Z方向移動。而且,受光部13的移動可藉由在臂部17上設置進給螺桿或設置無端皮帶來實現。
控制裝置16是統一地對光學特性測量裝置10的各部進行控制的控制裝置,例如包括控制用電腦16a、監控器16b、及鍵盤等的輸入輸出裝置(未圖示)。控制裝置16以規定的旋轉速度來對搬送輥14進行控制,藉此將光學膜11沿X方向以固定的速度搬送。此時,藉由脈衝計數器(未圖示)對搬送輥14的驅動脈衝進行計數,而檢測光學膜11的移動量以及光學膜11內的視野13a的位置。而且,控制裝置16對受光部13的測量的時序進行控制。具體而
言,光學膜11的搬送量以及搬送的時序與受光部13的測量同步進行。進而,控制裝置16在投光部12的校準時,對由光源移動部12b實現的投光部12的移動與受光部13對測量光的計測來進行控制。
而且,控制用電腦16a作為用以根據由受光部13測量的資料來算出光學膜11的偏光特性的穆勒矩陣算出部19a以及光學特性算出部19b而發揮功能。光學膜11的偏光特性針對每個單位測量區E而算出。
如圖2所示,投光部12包括面光源21、偏光板22、及1/4波長板23。面光源21具有平面狀的發光面21a,且在發光面21a內以大致均一的強度從發光面21a發出無偏光狀態的平行光(以下稱作無偏光L1)。偏光板22將面光源21所發出的無偏光L1整形為直線偏光L2後入射至1/4波長板23。1/4波長板23以遲相軸(進相軸)相對於直線偏光L2的偏光方向成為45度的角度的方式,配置在偏光板22的光學膜11側。因此,1/4波長板23將從偏光板22入射的直線偏光L2整形為圓偏光L3後出射。因此,投光部12將圓偏光L3作為測量光(以下稱作測量光L3)而投向光學膜11。
投光部12照射測量光L3的範圍與受光部13的視野13a大致一致。其中,只要投光部12對測量光L3的照射範圍為至少包含整個視野13a的範圍,則亦可比受光部13的視野13a大。
如圖3所示,受光部13包括分割波長板31、偏光板
32、遠心透鏡33、及攝像裝置34。
分割波長板31具有第1波長板31a、第2波長板31b、第3波長板31c、及第4波長板31d此4種波長板。構成分割波長板31的該些各波長板31a~31d在受光部13的最前面(光學膜11側),沿著作為光學膜11的搬送方向的X方向,按照第1波長板31a、第2波長板31b、第3波長板31c、第4波長板31d的順序無間隙地排列著。從投光部12照射的測量光L3透過光學膜11,藉此成為承擔著所透過的部位的偏光特性的測量光L4而入射至分割波長板31,且根據入射位置而透過第1波長板31a~第4波長板31d中的任一個波長板後入射至偏光板32。
偏光板32使已透過分割波長板31的測量光L4中的與進相軸(或遲相軸)相應的規定方向的直線偏光成分入射至遠心透鏡33。
遠心透鏡33使透過分割波長板31以及偏光板32而成為直線偏光的測量光L4入射至攝像裝置34的攝像面34a。遠心透鏡33為至少在物體側(光學膜11側)將光軸與主光線視作平行的物體側遠心透鏡,進而亦可為在像側(攝像裝置34側)將光軸與主光線亦視作平行的兩側遠心透鏡。而且,遠心透鏡33的倍率具有使視野13a的像成像在攝像面34a的規定的倍率(例如1倍~1/3倍左右)。另外,作為遠心透鏡33,可使用使倒立像成像的遠心透鏡,以下,為了簡化則為使視野13a的正立像成像在攝像面34a的遠心透鏡。亦即,藉由遠心透鏡33,分別透過第1波長
板31a~第4波長板31d的測量光L4的對攝像面34a的入射位置,分別在攝像面34a上亦成為從上游側(X方向負側)朝向下游側(X方向正側),與第1波長板31a~第4波長板31d的配置順序相同的順序。
攝像裝置34例如為CCD型的影像感測器,藉由測量光L4對光學膜11進行攝像。攝像面34a中將多個畫素P按照規定的排列而設置多個。各畫素P藉由光電轉換而產生與入射光量相應的信號電荷。攝像裝置34如後述般將多個畫素P作為1單位的畫素(單位受光區,以下稱作結合畫素CP)來處理。亦即,攝像裝置34針對每個結合畫素CP,將對各畫素P中產生的各信號電荷加以平均所得的值作為測量值D而輸出至控制裝置16。
而且,受光部13包括用以對準調節的旋轉機構(未圖示)。旋轉機構是使攝像裝置34、遠心透鏡33、偏光板32、分割波長板31一體地繞光軸旋轉的機構。旋轉機構為了使受光部13的視野13a的朝向與光學膜11的搬送方向X或寬度方向Y準確地一致而使受光部13旋轉。因此,以下,利用由旋轉機構進行的受光部13的朝向的調節,使分割波長板31的各波長板31a~31d的邊界線與所搬送的光學膜11的寬度方向Y準確地一致,且使各畫素P(或者結合畫素CP)的邊與光學膜11的搬送方向X及寬度方向Y準確地一致。
如圖4箭頭所示,偏光板32的透過軸以與光學膜11的搬送方向X平行(0度)的方式配置。另一方面,構成
分割波長板31的第1波長板31a~第4波長板31d的主軸(進相軸)方位各不相同,第2波長板~第4波長板31b~31d的主軸方向成為相對於第1波長板31a的主軸方向而偏離約36度旋轉的方向。第1波長板31a的主軸方位例如為相對於光學膜11的搬送方向X約為20度的方向。該情況下,第2波長板31b的主軸方向相對於搬送方向X約為56度,第3波長板31c的主軸方向相對於搬送方向X約為92度。第4波長板31d的主軸方向相對於搬送方向X約為118度。第1波長板31a~第4波長板31d的遲相量均為135度。
另外,第1波長板31a~第4波長板31d的主軸方向可互不相同,並非必須為上述方向。這是因為,在如後述般校準時藉由實測而針對每個結合畫素CP求出受光部13的偏光傳遞矩陣,各波長板31a~31d的主軸方向與配置的偏離等一併被反應在該偏光傳遞矩陣中。
如圖5所示,就攝像裝置34的畫素P而言,若著眼於比第1波長板31a~第4波長板31d充分小且例如與第1波長板31a相對應的區域A,則在區域A內將多個畫素P沿光學膜11的搬送方向X以及寬度方向Y排列。攝像裝置34如粗線以及影線所示,以3×3畫素作為1單位的結合畫素CP而進行處理,將結合畫素CP內基於各畫素P的信號電荷的信號的平均值作為結合畫素CP整體的測量值D而輸出。如圖5所示,在將3×3畫素設為一個結合畫素CP的情況下,其中所包含的全部9個畫素的平均成為
測量值。另外,此處由影線覆蓋一個結合畫素CP,而於X方向以及Y方向上形成多個結合畫素CP。
如此,攝像裝置34以結合畫素CP為單位而輸出測量值,因而光學膜11的偏光特性以結合畫素CP為單位進行測量。因此,對光學膜11的偏光特性進行測量的空間解析度大致由作為畫素P的大小與結合畫素CP而處理的畫素數(結合畫素CP的大小)來決定。以下,在獲得對於光學膜11的偏光特性的測量而言必要的空間解析度的範圍內,規定畫素P的大小以及結合畫素CP的大小。
如上述般,光學特性測量裝置10中,因以結合畫素CP為單位而對光學膜11的偏光特性進行測量,故如圖6所示,光學膜11中劃分為與結合畫素CP相對應的大小的區域(以下稱作單位測量區)E。光學特性測量裝置10中,每當將光學膜11以相當於單位測量區E的長度而在X方向上搬送時,由受光部13對視野13a內的光學膜11進行攝像。因此,某一個單位測量區E由X方向上排列的多個結合畫素CP逐次進行測量,在從藉由光學膜11的搬送而進入視野13a後直至從視野13a出來為止的期間內,進行與X方向上排列的結合畫素CP的數量相等次數的測量。此時,單位測量區E將分割波長板31的各波長板31a~31d橫切,相對於各個波長板31a~31d在X方向上有多個結合畫素CP,因而某一個單位測量區E由各波長板31a~31d分別進行多次測量。
而且,如圖7所示,關於投光部12,可將投光面12a
劃分為與結合畫素CP相對應的大小的區域(以下稱作單位投光區)F。單位投光區F與結合畫素CP一對一相對應,從某單位投光區F出射的測量光L3透過光學膜11,在成為承擔透過位置的偏光特性的測量光L4後,入射至對應的結合畫素CP中。而且,如後述般藉由投光部12的校準,對投光部12照射至光學膜11的測量光L3的司托克士參數(Stokes parameter)(以下稱作S參數)進行測量,但此處測量的S參數針對每個單位投光區F而算出。
其次,說明光學特性測量裝置10對光學膜11的偏光特性的測量。如圖8所示,針對每個結合畫素CP來預先測量偏光傳遞矩陣(步驟S01)。偏光傳遞矩陣為將入射光的S參數與結合畫素CP的測量值D建立對應關係的矩陣。亦即,在使用S參數並由(S0'、S1'、S2'、S3')T來表示朝向結合畫素CP的入射光時,滿足測量值D=(A1、A2、A3、A4).(S0'、S1'、S2'、S3')T的矩陣A=(A1、A2、A3、A4)為偏光傳遞矩陣。偏光傳遞矩陣A中反映了構成結合畫素CP的各畫素P的光電轉換特性,或遠心透鏡33、偏光板32、分割波長板31(與結合畫素CP相對應的波長板)的特性。
另外,S0'為光強度,S1'為水平直線偏光強度,S2'為45度直線偏光強度,S3'為右旋偏光強度。而且,偏光傳遞矩陣A與表示受光部13的偏光傳遞特性的穆勒矩陣的第1行的要素(表示各種變更狀態的強度變化的要素)相對應,根據結合畫素CP作為測量值D而獲得的值,只要說是S
參數則是光強度S0的值。
此處進行的針對每個結合畫素CP的偏光傳遞矩陣的測量相當於受光部13的校準,只要受光部13的構成不因修理等而變更,則在開始使用光學特性測量裝置10時只進行1次即可。測量出的偏光傳遞矩陣A記憶於控制裝置16中,且在根據各結合畫素CP的測量值來算出光學膜11的偏光特性時使用。
其次,在對光學膜11的偏光特性進行測量前,針對每個單位投光區F來對測量光L3的S參數進行測量(步驟S02)。這相當於投光部12的校準,只要投光部12的特性無變化則只進行一次即可,但較佳為大約在光學特性測量裝置10的使用開始時(1天的最初等)進行。
光學膜11的偏光特性的測量在藉由上述受光部13以及投光部12的校準,而每個結合畫素CP的偏光傳遞矩陣A為已知,且針對每個單位投光區F而測量光L3的S參數為已知的狀態下進行。
此時,包含透過光學膜11的某單位測量區E後的測量光L4的S參數的向量(司托克士向量)S'=(S0'、S1'、S2'、S3')使用透過前的測量光L3的S參數S=(S0、S1、S2、S3)及單位測量區E的穆勒矩陣(以下稱作M矩陣),而成為S'=M.S的關係。而且,測量值D如上述般,若使用偏光傳遞矩陣A,則D=A.S'。因此,D=A.(M.S),偏光傳遞矩陣A以及測量光L3的司托克士向量S為已知,因而在算出單位測量區E的偏光特性的情況下,若根據測
量值D而求出M矩陣的要素Mij(i,j=1~4),則可根據M矩陣要素Mij而算出單位測量區E的主軸方向α或延遲δ等的偏光特性。
然而,M矩陣為4×4矩陣,全部具有16個要素,但D=M.S等同於1個方程式,因而僅在進行1次(1種)測量而獲得的該式中,無法決定M矩陣的要素Mij。為了決定M矩陣的所有要素,必須有16個獨立的方程式。
因此,光學特性測量裝置10預先算出將多個結合畫素CP(n)、n=1~N的多次(N次)測量值Dn=(D1、D2、…、Dn、…DN)與M矩陣的各要素Mij建立對應關係的轉換矩陣(以下稱作試樣測量矩陣)T+(步驟S03)。該試樣測量矩陣T+使用藉由校準而為已知的各結合畫素CP(n)的偏光傳遞矩陣An=(A1n、A2n、A3n、A4n)、及對應的單位投光區F(n)所照射的測量光L3的司托克士向量Sn=(S0n、S1n、S2n、S3n)T而算出。另外,如上述般測量光L3的司托克士向量Sn在開始使用裝置時得到校正,因而與此對應地在開始使用裝置時重新算出試樣測量矩陣T+。
若這樣算出試樣測量矩陣T+,則開始進行光學膜11的偏光特性的測量。光學膜11的偏光特性的測量藉由如下而進行:一邊將光學膜11在X方向上搬送,一邊從投光部12照射測量光L3,並利用由受光部13透過光學膜11的測量光L4來對光學膜11進行攝像(步驟S04)。
此時,控制裝置16根據由各結合畫素CP(n)而獲得的測量值Dn並使用試樣測量矩陣T+,針對每個單位測量
區E算出M矩陣要素Mij(步驟S05)。而且,使用所算出的M矩陣要素Mij,算出主軸方向α或延遲δ來作為單位測量區E的偏光特性(步驟S06)。
以下,對各步驟的態樣進行詳細說明。
如圖9所示,受光部13的校準(步驟S01)中使用基準投光部41。基準投光部41是發出S參數為已知的基準光41a的光源,包括面光源42、1/4波長板43、及偏光板44。而且,基準投光部41與投光部12大致同樣地構成,基準光41a為圓偏光,1/4波長板43設置成以規定速度旋轉。偏光板44的透過軸方向ε為固定,但1/4波長板43的主軸(進相軸)方向γ隨時間變化。偏光板44的透過軸方向ε與1/4波長板的主軸方向γ藉由基準投光部41相對於受光部13的配置而為已知。
受光部13的校準中,基準光41a不經由光學膜11而直接入射至受光部13,受光部13輸出基於針對每個結合畫素CP而入射的基準光41a的信號值(測量值)D。
若將基準光41a的S參數設為P0、P1、P2、P3,基準光41a的司托克士向量P設為P=(P0、P1、P2、P3)T,則測量值D使用結合畫素CP的偏光傳遞矩陣A與司托克士向量P,且由D=A.P=A1.P0+A2.P1+A3.P2+A4.P3來表示。
另一方面,基準光41a的司托克士向量P使用1/4波長板43的主軸方向γ、偏光板44的透過軸方向ε,而由下
述數式1的式來表示。其中,為基準光41a的光強度K、C=cos2γ、S=sin2γ。而且,若使用其來表示上述的測量值D,則成為下述數式2的式。規定係數K'是由基準光41a的光強度K、與攝像裝置34的感度或增益等預先規定的係數。
如上述般1/4波長板的主軸方向γ朝固定的方向旋轉,因而測量值D相對於所旋轉的主軸方向γ而按照時間序列獲得。而且,規定係數K是根據基準光41a的光強度、攝像裝置34的感度或增益等而獲得的已知數,因而將所獲得的測量值D以規定係數K'而標準化所得的值D/K',關
於主軸方向γ進行離散傅立葉變換(discrete Fourier transform,DFT),藉此可分別求出直流(DC)成分FDC、cos4γ成分Fcos4γ、sin4γ成分Fsin4γ、及sin2γ成分Fsin2γ。
根據數式2的式可知,藉由DFT所獲得的各成分FDC、Fcos4γ、Fsin4γ、Fsin2γ使用偏光傳遞矩陣A的要素與係數K,由下述數式3的式表示。
偏光板44的透過軸方向ε為已知(例如為0度),根據數式3的式可算出偏光傳遞矩陣A=(A1、A2、A3、A4)。
另外,直流成分FDC中重疊著攝像裝置34的暗電流所引起的雜訊來作為背景(background)BG。因此,藉由將攝像裝置34遮光而進行攝像,預先測量出暗電流雜訊所引起的背景BG,從根據DFT而求出的FDC中減去背景BG所得的FDC為真正的直流成分FDC,使用該真正的直流成分FDC來算出偏光傳遞矩陣A。
而且,圖9中,已對基準投光部41包括面光源42且使基準光41a入射至受光部13的整體的例進行了說明,但並不限於此。基準投光部41只要為可使S參數為已知的
基準光入射到至少一個結合畫素CP的基準投光部即可。
如圖10所示,投光部12的校準(步驟S02)藉由一邊從投光部12照射測量光L3,一邊利用光源移動部12b從X方向的上游側向下游側移動來進行。上述校準在投光部12與受光部13之間無光學膜11的狀態下進行,受光部13對從投光部12照射的測量光L3進行測量。
如圖11所示,若將在X方向的某行上排列的結合畫素CP從上游側到下游側設為CP(1)、CP(2)、…、CP(N),則以與該些各結合畫素CP(n)相對應的方式,在投光部12中的X方向上排列單位投光區F(1)、F(2)、…、F(N)。因此,若藉由光源移動部12b使投光部12從X方向的上游側向下游側移動,則投光部12開始進入至受光部13的下方後,到從受光部13的下方全部穿過為止,從各單位投光區F(n)分別出射的測量光L3(n)在所有結合畫素CP(1)~CP(N)中分別各測量1次。
例如,若著眼於位於最下游側的單位投光區F(N),則從單位投光區F(N)出射的測量光L3(N)按照結合畫素CP(1)、CP(2)、…、CP(N)的順序由各結合畫素CP(n)測量。若此時將各結合畫素CP(n)測量的測量值設為D1、D2、…、DN,則針對從一個單位投光區F(N)出射的測量光L3(N)而獲得N個測量值。
在如此測量的N個測量值D1~DN中,包含通過分割波長板31中的第1波長板31a而測量的測量值、通過第2
波長板31b而測量的測量值、通過第3波長板31c而測量的測量值、及通過第4波長板31d而測量的測量值。
在沿X方向具有N個的結合畫素CP(n)中,在各波長板31a~31d的每個區域中各有k個結合畫素CP,則N=4k,各波長板31a~31d中分別獲得k個測量值。針對每個結合畫素CP(n),偏光傳遞矩陣A各不相同,因而基本上該些為各不相同的值。
因此,在投光部12的校準時,對在X方向上排列的結合畫素CP(1)~CP(N)的所有測量值D1~DN加以記憶。因此,如圖12所示,以分割波長板31中所包含的波長板的數(此處為4)、與各波長板內在X方向上排列的結合畫素CP的個數(此處為k個)作為指標的2維記憶區域46得以確保。該2維記憶區域46例如針對一個單位投光區F(n)而各確保1個,由各結合畫素CP(n)獲得的測量值Dn將結合畫素CP(n)的位置與所通過的波長板31a~31d建立對應關係來加以記憶。
根據如上述般獲得的測量值D1~DN,測量光L3的S參數以如下方式算出。首先,算出由第1波長板31a所獲得的測量值的合計Da、由第2波長板31b所獲得的測量值的合計Db、由第3波長板31c所獲得的測量值的合計Dc、及由第2波長板31d所獲得的測量值的合計Dd。各波長板31a~31d中的各自的測量值的合計Da~Dd由下述數式4的式表示。
[數式4]
Da=D 1+D 2+Λ+D k Db=D k+1+D k+2+Λ+D 2k Dc=D 2k+1+D 2k+2+Λ+D 3k Dd=D 3k+1+D 3k+2+Λ+D N
另一方面,藉由受光部13的校準,各結合畫素CP(n)的偏光傳遞矩陣An=(A1n、A2n、A3n、A4n)為已知,因而若將從單位投光區F(j)、j=1~N出射的測量光L3(j)的司托克士向量Sj設為Sj=(S0j,S1j、S2j、S3j)T,則Dn=An.Sj。若使用其則上述的數式4的式由下述數式5的式表示。
[數式5]Da=(A11+A12+Λ+A1 k )S0 j +(A21+A22+Λ+A2 k )S1 j +(A31+A32+Λ+A3 k )S2 j +(A41+A42+Λ+A4 k )S3 j Db=(A1 k+1+A1 k+2+Λ+A12k )S0 j +(A2 k+1+A2 k+2+Λ+A22k )S1 j +(A3 k+1+A3 k+2+Λ+A32k )S2 j +(A4 k+1+A4 k+2+Λ+A42k )S3 j Dc=(A12k+1+A12k+2+Λ+A13k )S0 j +(A22k+1+A22k+2+Λ+A23k )S1 j +(A32k+1+A32k+2+Λ+A33k )S2 j +(A42k+1+A42k+2+Λ+A43k )S3 j Dd=(A13k+1+A13k+2+Λ+A1 N )S0 j +(A23k+1+A23k+2+Λ+A2 N )S1 j +(A33k+1+A33k+2+Λ+A3 N )S2 j +(A43k+1+A43k+2+Λ+A4 N )S3 j
在數式5的式中,S參數S0j~S3j的係數僅由全部已知的偏光傳遞矩陣An的要素所構成,因而藉由對數式5
的4個方程式求解,而可決定從單位投光區F(j)出射的測量光L3(j)的S參數S0j~S3j。此處,是以某單位投光區F(j)為例,但關於其他單位投光區F亦同樣。而且,已例示X方向的某行的單位投光區F,但其他行亦同樣。因此,控制裝置16利用上述方法針對投光部12的所有單位投光區F,來決定所出射的測量光L3的S參數。
如圖13所示,在執行光學膜11的偏光特性的測量(步驟S04)的情況下,以在光學膜11的搬送方向X的方向上排列的結合畫素CP(1)~CP(N)、與對應的單位投光區F(1)~F(N)分別對向的方式,將投光部12與受光部13對向配置。亦即,從單位投光區F(n)出射的測量光L3(n)在透過光學膜11後,入射至結合畫素CP(n)。
如此,在結合畫素CP(n)與單位投光區F(n)以一對一相對應的方式配置的狀態下,光學膜11在投光部12與受光部13之間在X方向上搬送。此時,投光部12將測量光L3照射至光學膜11,受光部13藉由已透過光學膜11的測量光L4,以與光學膜11的搬送量同步的固定的時序對光學膜11進行攝像。
例如,若著眼於光學膜11上的某單位測量區E,則在任意的時間點,單位測量區E被照射從單位投光區F(1)所照射的測量光L3(1),已透過單位測量區E的測量光L4(1)由結合畫素CP(1)攝像。然後,搬送光學膜11,單位測量區E移動至與結合畫素CP(2)相對應的位置。
此時,從單位投光區F(2)照射測量光L3(2),受光器13藉由已透過單位測量區E的測量光L4(2)而由結合畫素CP(2)對單位測量區E進行攝像。
同樣地,光學膜11在與結合畫素CP相對應的步驟中在X方向上搬送,藉此,光學膜11依次接收來自對應的單位投光區F(1)、F(2)、…的測量光L3的照射,且由對應的位置的結合畫素CP(1)、CP(2)、…而攝像。因此,在與分割波長板31的各波長板31a~31d相對應的各區中分別各k次地統計而攝像N(=4k)次。
此處,為了簡化而著眼於某單位測量區E進行說明,但因受光部13對視野13a的整個面進行攝像,故多個單位測量區E同時被攝像。例如,位於與所著眼的單位測量區E同行的N個單位測量區由結合畫素CP(1)~CP(N)而分別攝像。同樣地,N個結合畫素CP排列的行在光學膜11的寬度方向Y上也有多行,關於這些亦同樣。
其中,光學特性測量裝置10與上述投光部12的校準時同樣地,對一個單位測量區E確保2維記憶區域46(參照圖12),在每個單位測量區E中集中地記憶n次所有測量值D1~DN。
針對如上述般獲得的單位測量區E的N個測量值D1~DN在控制裝置16中,使用預先算出的試樣測量矩陣T+而轉換為單位測量區E的M矩陣要素Mij。然後,控制裝置16使用所算出的單位測量區E的M矩陣要素Mij,將單位測量區E的主軸方位α或延遲δ作為偏光特性而算出。
考慮如上述般進行光學膜11的偏光特性的測量,試樣測量矩陣T+如下述般算出(步驟S03)。首先,若將從單位投光區F(n)照射的測量光L3(n)的司托克士向量設為Sn,將透過某單位測量區E的M矩陣、單位測量區E後的測量光L4(n)的司托克士向量設為S'n,則存在S'n=M.Sn的關係,若具體來說由下述數式6的式表示。
而且,透過單位測量區E後的測量光L4(n)入射至位於與單位投光區F(n)相對應的位置的結合畫素CP(n)。此時由結合畫素CP(n)獲得的測量值Dn使用將測量光L4(n)的司托克士向量設為S'n,結合畫素CP(n)的偏光傳遞矩陣An,為Dn=An.S'n,若具體表述則由下述數式7的式表示。
[數式7]D n =A1 n .S'0 n +A2 n .S'1 n +A3 n .S'2 n +A4 n .S'3 n
而且,若將上述的數式6代入數式7的式中,則測量
值Dn將測量光L3(n)的司托克士向量表述為Sn,且藉由單位測量區E的M矩陣表述為Dn=An.(M.Sn),若具體表述則由下述數式8的式表示。
[數式8]D n =A1 n .(M 11.S0 n +M 12.S1 n +M 13.S2 n +M 14.S3 n )+A2 n .(M 21.S0 n +M 22.S1 n +M 23.S2 n +M 24.S3 n )+A3 n .(M 31.S0 n +M 32.S1 n +M 33.S2 n +M 34.S3 n )+A4 n .(M 41.S0 n +M 42.S1 n +M 43.S2 n +M 44.S3 n )
上述的數式8的式為結合畫素CP(n)的測量值Dn,單位測量區E由結合畫素CP(1)~CP(N)而攝像,藉此相對於一個測量值E獲得測量值D1~DN。這意味著針對一個單位測量區E而獲得N個方程式。
而且,數式8的式中,偏光傳遞矩陣A的要素以及測量光L3的S參數藉由校準而全部為已知量,未知量為單位測量區E的M矩陣要素Mij。因此,若將上述的數式8的式按照測量值D1~DN的順序排列,將排列著測量值D1~DN的測量值向量D作為D=(D1、D2、…、DN)、重新排列著單位測量區E的M矩陣要素Mij的向量M'(以下稱作M要素向量)作為M'=(M11、…、M14、M21、…、M24、M31、…、M34、M41、…、M44)T且以矩陣格式集中書寫,則由D=T.M'來表示。若具體表述,則成為下述數式9。測量值向量D包含N個要素,M要素向量M'包含16個要素。而且,矩陣T為將M矩陣要素Mij與測量值D1~DN建立
對應關係的轉換矩陣,為N×16矩陣。
根據數式9的式可知,將M要素向量M'與測量值向量D建立對應關係的轉換矩陣T的要素,包含作為已知量的偏光傳遞矩陣A的要素以及測量光L3的S參數。因此,控制裝置16在受光部13與投光部12的校準結束的階段,使用針對各結合畫素CP以及各單位投光區F而獲得的偏光傳遞矩陣A以及測量光L3的S參數,來預先算出轉換矩陣T。
另一方面,藉由測量而獲得的資料為測量值D1~DN(測量值向量D),因而與數式9的式相反地將測量值向量D以與M要素向量M'建立對應關係的方式,算出轉換矩陣T的逆矩陣T+。如此算出的轉換矩陣T的逆矩陣為試樣測量矩陣T+。
轉換矩陣T如上述般為N×16矩陣,藉由在X方向上
排列的結合畫素CP的數N而不為正方矩陣,準確而言轉換矩陣T的模擬逆矩陣為試樣測量矩陣T+。而且,也有不存在轉換矩陣T的逆矩陣(模擬逆矩陣)的情況,但在將試樣限定為直線雙折射試樣,在對應特定的M要素加以限定的情況下可避免該問題。以下,光學特性測量裝置10中,設為可算出試樣測量矩陣T+的構成。
控制裝置16在光學膜11的偏光特性的測量開始前,如上述般根據由受光部13以及投光部12的校準所獲得的偏光傳遞矩陣A以及測量光L3的S參數而預先算出試樣測量矩陣T+,並加以保持。而且,此處以在X方向的某行上排列的結合畫素CP(1)~CP(N)以及單位投光區F(1)~F(N)為例進行了說明,但關於其他行亦同樣地預先算出試樣測量矩陣T+。因此,控制裝置16在與由X方向上排列的所有結合畫素CP(1)~CP(N)來對單位測量區E進行測量的同時,使用所獲得的測量值D1~DN與試樣測量矩陣T+,而算出單位測量區E的M矩陣要素Mij。
單位測量區E的偏光特性根據如上述般算出的單位測量區E的M矩陣要素Mij,而如下述般算出(步驟S06)。單位測量區E的M矩陣要素Mij全部被特定,藉此可算出直線雙折射、直線2色性、圓雙折射、圓2色性、偏光消除等的偏光特性,以下,為了簡化,以將光學膜11的偏光特性視作直線雙折射,算出該直線雙折射的主軸方位α與
延遲δ為例進行說明。
在將光學膜11的偏光特性視作直線雙折射的情況下,單位測量區E的M矩陣由下述數式10的式表示。而且,Q1~Q5是使用單位測量區E的主軸方位α與延遲δ並由數式11來表示的量。其中,K1=cos2α,K2=sin2α。
[數式11]Q 1=K 1 2+K 2 2cosδ Q 2=K 1 K 2(1-cosδ) Q 3=K 2 2+K 1 2cosδ Q 4=K 2sinδ Q 5=K 1cosδ
因此,控制裝置16使用單位測量區E的M矩陣要素Mij,例如藉由tan2α=Q4/Q5算出主軸方位α,且藉由sinδ=Q4/Q2算出延遲δ。
如上述般,光學特性測量裝置10利用由分割波長板31而在光學膜11的搬送方向X上排列著4種波長板31a~31d的受光部13對光學膜11進行攝像,進行偏光特性
的算出所需的多個偏光狀態下的測量。因此,光學特性測量裝置10可不停止光學膜11的搬送,而一直在X方向上搬送且迅速地進行偏光特性的測量。例如,在空間解析度1 mm、軸方位測量精度0.1度的條件下測量規定尺寸的光學膜11的情況下,如先前般每次使受光部13移動時一邊停止光學膜11的搬送一邊進行測量則需要約10分鐘。與此相對,本發明中不停止光學膜11的搬送因而在約2分半鐘內便可完成偏光特性的測量。
而且,光學特性測量裝置10並非將攝像裝置34的各畫素P中取得的資料設為測量值,而是以將多個畫素P集中的結合畫素CP為單位而進行光學膜11的偏光特性的測量,因而可降低攝像裝置34的雜訊,進行高精度的偏光特性的測量。
進而,結合畫素CP相對於分割波長板31內的各波長板31a~31d的各個而為多個,使用從該些所有結合畫素CP獲得的測量值D1~DN算出光學膜11的偏光特性。這具有與進行多次的測量並加以平均同等的作用,能夠比利用一個波長板進行1次測量算出偏光特性的情況更提高S/N比。因此,光學特性測量裝置10中可進行特別高精度的偏光特性的測量。
而且,光學特性測量裝置10中,藉由受光部13的校準而分別求出多個結合畫素CP的偏光傳遞矩陣A,而且,藉由投光部12的校準而算出從與各結合畫素CP相對應的單位投光區F出射的測量光L3的S參數。根據所獲得的
偏光傳遞矩陣A與測量光L3的S參數,在光學膜11的偏光特性的測量前預先算出試樣測量矩陣T+。而且,在光學膜11的偏光特性的測量時,使用由各結合畫素CP獲得的測量值D1~DN與試樣測量矩陣T+,算出光學膜11(單位測量區E)的M矩陣要素Mij,使用所算出的M矩陣要素Mij算出偏光特性。因此,根據光學特性測量裝置10,可迅速且準確地算出直線雙折射、直線2色性、圓雙折射、圓2色性、偏光消除等的各種偏光特性。
另外,如上述般,光學特性測量裝置10包括對受光部13的視野13a以大致一致的方式照射測量光L3的投光部12。藉此,光學特性測量裝置10可迅速地進行投光部12的校準。例如,在使用照射至受光部13的視野13a外的測量光L3的大面積的投光部,一邊使受光部13移動一邊測量光學膜11的偏光特性的情況下,必須在光學膜11的偏光特性的測量開始前,針對投光部12對測量光L3的整個照射範圍(投光面12a)的,藉由校準而決定測量光L3的S參數。若與該情況相比,則光學特性測量裝置10中因必須決定S參數的面積小,故校準所需的時間短。而且,因投光部12的尺寸亦為必要最小限度,因而投光部12花費的成本少即可。
另外,上述實施形態中,投光部12所照射的測量光L3的S參數針對每個單位投光區F而不同,但亦可代替其,而使用照射所有單位投光區F中S參數均一的測量光L3的投光部12。該情況下,每個單位投光區F的S參數
均為同一值,上述實施形態中單位投光區F(1)~F(N)中分別加以區別的司托克士向量Sn可設為單一的S=(S0、S1、S2、S3)。因此,與上述的數式8相對應的結合畫素CP(n)的測量值Dn不需要針對S參數而區分單位投光區F(n)的下標n,而由下述數式12表示。
[數式12]D n =A1 n .(M 11.S0+M 12.S1+M 13.S2+M 14.S3)+A2 n .(M 21.S0+M 22.S1+M 23.S2+M 24.S3)+A3 n .(M 31.S0+M 32.S1+M 33.S2+M 34.S3)+A4 n .(M 41.S0+M 42.S1+M 43.S2+M 44.S3)
因此,與上述的數式9同樣地,合併測量值D1~DN的式,使用測量值向量D、M要素向量M',若表述將M要素向量M'與測量值向量D建立對應關係的矩陣式,則為下述數式13。
[數式13]
進而,在光學膜11的偏光特性視作直線雙折射的情況下,單位測量區E的M矩陣由上述的數式10表示,因而若使用其來整理上述的數式13,則寫成下述數式14。而且,若刪除M矩陣要素為0的行則成為下述數式15,若進一步進行整理,則為下述數式16。
因此,數式16中,若將包含各結合畫素CP(1)~CP(N)的偏光傳遞矩陣A的要素的矩陣設為T',其逆矩陣設為T'+,則為下述數式17。其中,Φ、ψ、ξ由下述數式18表示。
[數式17]
[數式18]Φ=Q 1.S1+Q 2.S2-Q 4.S3 Ψ=Q 2.S1+Q 3.S2+Q 5.S3 ξ=Q 4.S1-Q 5.S2-cosδ.S3
而且,只要可根據測量值D1~DN(測量值向量D)算出數式18的左邊的要素(S0、Φ、ψ、ξ),則可使用該些各要素,主軸方位α以及延遲δ由下述數式19的式而求出。
控制裝置16算出矩陣T'+作為試樣測量矩陣,且根據測量值D1~DN算出數式18的左邊的要素(S0、Φ、ψ、ξ),亦可根據數式19算出主軸方位α以及延遲δ。
另外,上述實施形態中,在分割波長板31設置第1
波長板31a~第4波長板31d此4種波長板,例如,為了高精度地測量偏光特性,設置於分割波長板31的波長板的種類(種類由主軸方向與遲相量決定)亦可為4以上。如此,若增加分割波長板31內的波長板的種類,則提高各結合畫素CP的測量值D中所包含的雜訊的遮斷頻率,且可更高精度地測量光學膜11的偏光特性。
其中,若分割波長板31內的波長板的種類只是過度增加,則因一個波長板的面積減小,而上述平均效果減小,測量值的可靠度降低。而且,跨越分割波長板31內的波長板的邊界的結合畫素CP無法用於測量,因而分割波長板31內的波長板的種類越多,則無法使用的結合畫素CP的數越大,攝像裝置34的實質受光面積越小。這意味著S/N比的降低。如此,分割波長板31內的波長板的種類只要為偏光特性的算出所需的最小限度的4種以上即可,較佳至多為40種以下。
另外,上述實施形態中,第1波長板31a~第4波長板31d的主軸方向設為以第1波長板31a的主軸方向為基準而每隔36度旋轉所得的方向,這是以第1波長板31a~第4波長板31d的各主軸方向最遠離的方式將180度均等分割的角度。因此,在由N(4以上)個波長板構成分割波長板31的情況下,較佳為以一個波長板的主軸方向為基準,其他波長板的主軸方向每隔180/(N+1)度旋轉所得的方向。其中,如上述般,校準時進行實測而求出受光部13的偏光傳遞矩陣,因而不需要嚴密性,例如,在上述值
的大致±0.5度的範圍內即可。
而且,上述實施形態中,第1波長板31a~第4波長板31d的遲相量均為135度。如此,各波長板31a~31d的主軸方向以成為彼此最遠離的角度的方式來配置,且,遲相量為約135度,藉此在算出試樣測量矩陣T+(以及偏光特性)時可使誤差最小。
上述的各波長板31a~31d的遲相量為藉由模擬的結果而規定的值。具體而言,如圖14以及圖15所示可知,算出試樣測量矩陣T+時的計算誤差無關於波長板的種類數(4種表示為4分割),在波長板的遲相量約為120度~140度的情況下,以及220度~240度的情況下為最小。根據更詳細的模擬可知,在遲相量為約135度或約225度的情況下採用計算誤差。因此,分割波長板31內的波長板只要遲相量為70度以上170度以下或190度以上290度以下的範圍(圖15中相對誤差設為約20以下的範圍)即可,較佳為100度以上160度以下或200度以上260度以下的範圍(圖15中相對誤差限制在2位數的範圍),更佳為如上述般誤差約為最小的120度以上140度以下或220度以上240度以下,尤佳為約135度或約225度。
另外,上述實施形態中,分割波長板31與偏光板32配置在遠心透鏡33前(光學膜11側),例如,如圖16所示,亦可在攝像裝置34與遠心透鏡33之間配置分割波長板31與偏光板32。該情況下,與設置在遠心透鏡33前的情況相比較,可減小分割波長板31或偏光板32,因而可
相應於面積減小的量而使分割波長板31以及偏光板32的成本降低。然而,結合畫素CP的偏光傳遞矩陣A的誤差容易增大。
另外,上述實施形態中,將3×3畫素設為一個結合畫素CP,但如圖17所示,構成結合畫素CP的畫素數(以下稱作結合數)越大,則每個結合畫素CP的輸出值(測量值)的差異越小。因此,若不一定程度地加大結合數來進行測量,則若不對相同的單位測量區E增加測量次數(攝像次數)而平均化等,由於攝像裝置34的雜訊,會導致無法高精度地對單位測量區E的偏光特性進行測量。因此,如上述實施形態所說明,並非將每個畫素P的輸出值用作測量要素,較佳為將由至少2以上的畫素形成的結合畫素CP用作測量的單位。尤其,構成結合畫素CP的畫素P的個數如4(縱2×橫2)、9(縱3×橫3)、16(縱4×橫4)、…般,為自然數(2以上)的2次方,較佳為包含縱橫為相同數量的畫素P。
圖17的曲線圖是藉由如下作圖(黑圓點)而成,即,使用12位元輸出的CCD型攝像裝置(1/1.8英吋,200萬畫素,畫素P的尺寸是一邊為4.4 μm的四邊形)來作為攝像裝置34,使相對明亮的固定的光(輸出值為3740左右的光)入射,將從一邊改變結合數(x)一邊進行256次的測量而獲得的所有輸出值中的最大值減去最小值所得的值作為差異(y)而作圖。由各點獲得的近似曲線(虛線)為y=171.68x-0.5006,相對於結合數x以大致-1/2次方成比例,
因而重疊於攝像裝置34的輸出的雜訊具有無規雜訊的性質。
另外,上述實施形態中,投光部12或受光部13不移動,將光學膜11一邊於X方向上搬送一邊進行偏光特性的測量,但光學膜11的偏光特性的測量中,投光部12以及受光部13的組與光學膜11在規定方向(X方向)上相對移動即可,因而亦可例如將光學膜11固定,一邊使投光部12或受光部13一體移動一邊進行偏光特性的測量。而且,亦可一邊使光學膜11與投光部12以及受光部13均相對移動一邊進行偏光特性的測量。
另外,上述實施形態中,受光部13的視野13a為光學膜11的寬度方向(Y方向)的一部分,光學膜11的偏光特性得到測量的區域為將視野13a向光學膜11的搬送方向X延伸的帶狀的區域。這是光學膜11的一部分,但在對整個面的偏光特性進行測量的情況下,例如,如圖18所示,較佳為在光學膜11的寬度方向上設置多組投光部12A~12D、受光部13A~13D。該情況下,投光部以及受光部的各組無須在寬度方向上排成1列而配置,為如下配置亦可,即,在搬送光學膜11時,藉由投光部以及受光部的各組而對光學膜11的整個面無間隙地測量。
而且,圖18中,在光學膜11的寬度方向上設置多組投光部12A~12D、受光部13A~13D,如圖19所示,亦可將1組投光部12以及受光部13在寬度方向上掃描,而無遺漏地對光學膜11的整個面進行測量。
另外,上述實施形態中,為如下的變形例:投光部12對視野13a內照射大致均一的圓偏光的測量光L3,而且,投光部12照射的測量光L3在視野13a內完全均一,各單位投光區F中S參數之間無區別。然而,投光部12所照射的測量光L3在視野13a內完全均一,此外,受光部13中各結合畫素CP越沒有區別則受光部13越精密地形成,在此情況下,仍有時無法算出試樣測量矩陣T+。
這相當於針對每個單位投光區F而測量光L3的S參數之間無區別,且,偏光傳遞矩陣A中各每個結合畫素CP亦無區別的情況。具體而言,例如上述數式9中,有時S0n~S3n與A1n~A4n的下標n無區別。該情況下,各測量值D1~DN亦根據波長板31a~31d的數而為4種值。因此,數式9的式與未知數全部有16個(M矩陣要素Mij)無關,與4個方程式實質相同,無法算出試樣測量矩陣T+,M矩陣要素Mij亦無法決定(或者誤差極大),因而亦無法算出偏光特性。
考慮到上述情況,藉由隨時間調變測量光L3,使測量光L3的S參數中積極地產生每個單位投光區F的區別,可不會發生如上述般的不良。該情況下,進行至此的直線雙折射試樣的限定被解除,存在數式13的模擬逆矩陣,可對試樣的M要素的全部進行測量。
為了隨時間調變測量光L3,例如,如圖20所示,由面光源21、偏光板22、1/4波長板51構成投光部12。面光源21以及偏光板22與1/4波長板51的形狀吻合,示意
性地形成為圓形,為與上述實施形態的面光源21、偏光板22相同。另一方面,1/4波長板51以藉由馬達52而繞測量光L3的照射光軸53的周圍旋轉的方式來設置。1/4波長板51的旋轉藉由控制裝置16而控制,向右或向左地以與光學膜11的搬送量或受光部13的攝像時序同步的規定速度而旋轉。藉此,1/4波長板的主軸方位γ發生變化。
在如此使1/4波長板51旋轉的情況下,如圖21所示,若著眼於某單位測量區E,則第1次測量藉由結合畫素CP(1)來進行,此時照射的測量光L3成為與1/4波長板51的主軸方位γ相應的S參數的測量光。然後,若將光學膜11按照結合畫素CP的寬度來搬送,並入射至與結合畫素CP(2)相對應的位置,則進行第2次測量。第2次測量中,1/4波長板51旋轉,因而主軸方位γ的方向發生變化,照射至單位測量區E的測量光L3的S參數從結合畫素CP(1)的第1次測量時開始變化。因此,結合畫素CP(1)與結合畫素CP(2)中,偏光傳遞矩陣A中即便無差別,分別所獲得的測量值D1、D2亦不同,由上述數式8的式表示的式彼此獨立。而且,第3次測量以後亦同樣。
因此,如上述般,藉由使投光部12的1/4波長板旋轉,隨時間調變測量光L3,從而使上述數式9中所包含的N個方程式彼此獨立。藉此,可穩定地算出試樣測量矩陣T+、M矩陣要素Mij、各種偏光特性。
另外,在如上述般使投光部12的1/4波長板旋轉的情況下,測量光L3的S參數主要根據旋轉角而變化。因此,
若一次便求出旋轉角與S參數的對應關係,則測量開始時的投光部12的校準並非每次必須進行。因此,在使投光部12的1/4波長板或偏光板旋轉而對測量光L3進行時間調變的情況下,可削減投光部12的校準所需的時間,可迅速地開始光學膜11的偏光測量。
另外,亦可代替隨時間調變測量光L3,而積極地對測量光L3進行空間調變。如此,在測量光L3進行空間調變的情況下,例如圖22所示,將投光部12的1/4波長板設為在X方向上排列多種1/4波長板的分割波長板61即可。其中,較佳為將投光部12的分割波長板61的分割數比受光部13的分割波長板31的分割數更細,且至少在各波長板31a~31d中包含多個1/4波長板61a、61b…。
形成投光部12的分割波長板61的各1/4波長板61a、61b…的主軸方向γ的排列為任意,可配置成以與時間調變的例相對應的方式週期地變化,亦可無規地變化。
另外,上述實施形態中,光學膜11的搬送量與受光部13的測量時序同步,單位測量區E在各結合畫素CP中進行1次測量、合計進行N次測量,但例如為了進一步提高測量精度,較佳為進一步增加測量次數。
該情況下,如圖23所示,相對於光學膜11的搬送量,以例如2倍的次數來進行測量。針對某單位測量區E,在結合畫素CP(n-1)中進行第2n-2次測量後,在將光學膜11以單位測量區E的一半的長度搬送時受光部13對光學膜11進行攝像。在該第2n-2次測量中,單位測量區E的
資料由結合畫素CP(n-1)與結合畫素CP(n)測量。然後,以單位測量區E的一半的長度來搬送光學膜11時,受光部13對光學膜11進行攝像。
如此,由(a)、(c)、(d)表示的第2n-2次、第2n次、第2n+2次的測量而獲得的測量值與上述實施形態中獲得的值相同,如由(b)、(d)所示的第2n-1次、第2n+1次測量般,獲得與單位測量區E跨越2個結合畫素CP而測量的量相應的多的測量值。
單位測量區E跨越2個結合畫素CP而測量的情況下的測量值的處理按照如下所示來進行即可。例如,如圖24所示,在單位測量區E跨越結合畫素CP(n-1)與結合畫素CP(n)而測量的情況下,將由結合畫素CP(n-1)獲得的測量值Dn-1與由結合畫素CP(n)獲得的測量值Dn,根據單位測量區E重複於兩結合畫素CP(n-1)、CP(n)的比例混合所得的值,設為該次測量中的單位測量區E的測量值。例如,在圖24的情況下,重複的比例在結合畫素CP(n-1)中為1/2,在結合畫素CP(n)中為1/2,因而將1/2.Dn-1+1/2.Dn設為該測量中的單位測量區E的測量值即可。因此,在單位測量區E位於結合畫素CP(n-1)的3/10的位置、且結合畫素CP(n)的7/10的位置時進行測量的情況下,將3/10.Dn-1+7/10.Dn設為該測量中的單位測量區E的測量值即可。
另外,上述實施形態中,在受光部13的校準時,算出各波長板31a~31d中的各自的測量值的合計Da~Dd,使
用該合計而算出單位投光區F的S參數,但例如若由各波長板31a~31d來規定以任意者為代表的結合畫素CP,則針對各波長板31a~31d逐個地獲得D代表=A代表.Sj的式。因此,即便對該些4個方程式求解亦可算出測量光L3的司托克士向量Sj。其中,如上述實施形態般利用各波長板31a~31d的各自的測量值的合計Da~Dd,可高精度地算出測量光L3的司托克士向量Sj。
另外,上述實施形態中,使用CCD型的攝像裝置來作為攝像裝置34,亦可使用互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)型的攝像裝置。該情況下,亦與上述CCD的情況同樣,將結合畫素CP設為測量單位。而且,對於結合畫素CP的結合數等而言決定法亦與CCD的情況相同。
另外,上述實施形態中,對與寬度方向Y相比而搬送方向X上具有大致無限的長度的光學膜11的偏光特性進行了測量,但亦可進行切斷為適合尺寸的光學膜的偏光特性的測量。
而且,光學膜11中除具有可撓性的片狀膜之外,亦可包含具有一些厚度的板狀膜。表面亦可實施凹凸等的加工。
進而,上述實施形態中,光學膜11設為具有均一偏光特性的膜,但本發明亦可對偏光特性不均一的膜進行測量。例如,即便為局部地偏光特性不同的膜或者週期性地偏光特性不同的膜,亦可較佳地對偏光特性進行測量。
10‧‧‧光學特性測量裝置
11‧‧‧光學膜
12‧‧‧投光部
12a‧‧‧投光面
12A~12D‧‧‧投光部
12b‧‧‧光源移動部
13‧‧‧受光部
13a‧‧‧視野
13A~13D‧‧‧受光部
14‧‧‧搬送輥
16‧‧‧控制裝置
16a‧‧‧控制用電腦
16b‧‧‧監控器
17‧‧‧臂部
18‧‧‧支持台
19a‧‧‧穆勒矩陣算出部
19b‧‧‧光學特性算出部
21、42‧‧‧面光源
21a‧‧‧發光面
22、32、44‧‧‧偏光板
23、43、51‧‧‧1/4波長板
31、61‧‧‧分割波長板
31a‧‧‧第1波長板
31b‧‧‧第2波長板
31c‧‧‧第3波長板
31d‧‧‧第4波長板
33‧‧‧遠心透鏡
34‧‧‧攝像裝置
34a‧‧‧攝像面
41‧‧‧基準投光部
41a‧‧‧基準光
42‧‧‧面光源
52‧‧‧馬達
61a~61d‧‧‧1/4波長板
A‧‧‧區域
CP、CP(1)、CP(2)、CP(3)、CP(N)、CP(n)、
CP(n-1)、CP(n+1)‧‧‧結合畫素
D1、D2、...、Dn、…DN‧‧‧測量值
E‧‧‧單位測量區
F、F(1)、F(2)、F(3)、F(N)‧‧‧單位投光區
L1‧‧‧無偏光
L2‧‧‧直線偏光
L3‧‧‧圓偏光
L4‧‧‧測量光
P‧‧‧畫素
S01~S06‧‧‧步驟
圖1是示意性地表示光學特性測量裝置的立體圖。
圖2是表示投光部的說明圖。
圖3是表示受光部的說明圖。
圖4是表示分割波長板的各波長板以及偏光板的軸方向的說明圖。
圖5是表示結合畫素CP的態樣的說明圖。
圖6是表示單位測量區E的態樣的說明圖。
圖7是表示單位投光區F的態樣的說明圖。
圖8是表示利用光學特性測量裝置求出偏光特性的態樣的流程圖。
圖9是表示受光部的校準的態樣的說明圖。
圖10是表示投光部的校準的態樣的說明圖。
圖11是表示藉由校準測量各單位投光區F的態樣的說明圖。
圖12是表示每個單位測量區E中確保之記憶區域的態樣的說明圖。
圖13是表示測量光學膜的偏光特性的態樣的說明圖。
圖14是表示波長板的遲相量與計算誤差的關係的曲線圖。
圖15是表示波長板的遲相量與計算誤差的關係的資料表。
圖16是表示受光部的另一構成的說明圖。
圖17是表示結合數與輸出值的差異的曲線圖。
圖18是表示將投光部與受光部的組在光學膜的寬度
方向上設置多個的例的說明圖。
圖19是表示將1組投光部以及受光部在光學膜的寬度方向上掃描的例的說明圖。
圖20是表示1/4波長板旋轉的投光部的說明圖。
圖21是表示對測量光進行時間調變的情況下的偏光特性的測量態樣的說明圖。
圖22是表示對測量光進行空間調變的情況下的投光部的說明圖。
圖23是表示使測量次數增加的態樣的說明圖。
圖24是表示跨越2個結合畫素對單位測量區的特性進行測量的情況下的測量值的處理方法的說明圖。
11‧‧‧光學膜
12‧‧‧投光部
12a‧‧‧投光面
12b‧‧‧光源移動部
13‧‧‧受光部
13a‧‧‧視野
14‧‧‧搬送輥
16‧‧‧控制裝置
16a‧‧‧控制用電腦
16b‧‧‧監控器
17‧‧‧臂部
18‧‧‧支持台
19a‧‧‧穆勒矩陣算出部
19b‧‧‧光學特性算出部
Claims (18)
- 一種光學特性測量裝置,其特徵在於包括:投光部,將規定偏光狀態的光作為測量光而照射至透明光學膜;受光部,包括在規定方向上排列的多種波長板,以與上述多種波長板的各個相對應的方式,使以獲得一個測量值為單位的單位受光區沿著上述規定方向排列多個,在每個上述單位受光區以由上述波長板規定的多種偏光狀態來接收已透過上述光學膜的上述測量光;搬送部,當將與上述單位受光區相對應的尺寸的上述光學膜上的區域設為單位測量區時,使上述受光部與上述光學膜沿上述規定方向相對移動,藉此使上述單位測量區沿上述規定方向移動;穆勒矩陣算出部,一邊藉由上述搬送部將上述單位測量區沿上述規定方向移動,一邊在多個上述單位受光區接收已透過上述單位測量區的上述測量光,藉此根據針對同一上述單位測量區所獲得的多個測量值來算出上述單位測量區的穆勒矩陣;以及光學特性算出部,使用上述單位測量區的穆勒矩陣的要素來算出上述單位測量區的光學特性。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中當將與上述單位受光區相對應的尺寸的上述投光部上的區域設為單位投光區時,入射至上述單位測量區的上述 測量光的司托克士參數是按每個上述單位投光區而進行預先測量,並且,將透過上述單位測量區後的上述測量光的司托克士參數與上述測量值建立對應關係的偏光傳遞矩陣是按每個上述單位受光區而進行預光測量;上述穆勒矩陣算出部根據入射至上述單位測量區的上述測量光的司托克士參數、與上述偏光傳遞矩陣,來預先算出試樣測量矩陣,所述試樣測量矩陣是將同一上述單位測量區所獲得的多個上述測量值與上述穆勒矩陣的要素建立對應關係的矩陣,在獲得上述測量值時,使用上述試樣測量矩陣來分別算出上述穆勒矩陣的要素。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學特性測量裝置,其中上述投光部沿著上述規定方向移動自如地設置;入射至上述單位測量區的上述測量光的司托克士參數是在無上述光學膜的狀態下,一邊使上述投光部沿上述規定方向移動,一邊由上述受光部接收上述測量光而測量。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述投光部在與上述受光部的視野大致相同大小的範圍內照射上述測量光。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述投光部將作為上述測量光的圓偏光照射至上述光學膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述投光部包括:從平面狀的發光面發出無偏光狀態的光的面光源;將從上述面光源入射的光整形為直線偏光的偏光板;以及將從上述偏光板入射的直線偏光轉換為圓偏光並照射至上述光學膜的1/4波長板。
- 如申請專利範圍第6項所述之光學特性測量裝置,其中上述1/4波長板繞上述測量光的照射光軸旋轉自如地設置。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述受光部包括透鏡,該透鏡使已透過上述多種波長板的上述測量光成像在攝像裝置;上述透鏡為在物體側將光軸與主光線視作平行的物體側遠心透鏡。
- 如申請專利範圍第8項所述之光學特性測量裝置,其中上述透鏡為在物體側以及像側將光軸與主光線視作平行的兩側遠心透鏡。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述受光部包括4種以上40種以下的波長板作為上述 多種波長板。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述受光部所包括的上述多種波長板以相對於上述規定方向而各自的主軸方向不同的方式配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述受光部所包括的上述多種波長板的遲相量為70度以上170度以下或190度以上290度以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中上述單位受光區為結合畫素,該結合畫素由鄰接的多個畫素構成,且該結合畫素將對所屬的多個畫素的輸出值平均後所得的值設為一個測量值。
- 如申請專利範圍第13項所述之光學特性測量裝置,其中構成上述結合畫素的畫素數為2以上的自然數的2次方個,且縱橫包含相同數量的畫素數。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中在相對於上述規定方向垂直的方向上包括多個上述投光部與上述受光部的組。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學特性測量裝置,其中 藉由使上述投光部與上述受光部的組向相對於上述規定方向垂直的方向移動,對上述光學膜的整個面進行測量。
- 一種光學特性測量方法,其特徵在於包括:測量步驟,從投光部將規定偏光狀態的光作為測量光而照射至透明的光學膜,在受光部內的每個單位受光區以多種偏光狀態接收已透過上述光學膜的上述測量光,當與上述單位受光區相對應的上述光學膜上的每個單位測量區獲得上述測量值時,一邊使上述光學膜與上述受光部相對移動一邊受光,藉此針對一個上述單位測量區,獲得以多種偏光狀態而測量的多個上述測量值;穆勒矩陣算出步驟,根據上述測量步驟中所獲得的多個上述測量值,按每個上述單位測量區來算出上述單位測量區的穆勒矩陣;以及光學特性算出步驟,使用上述穆勒矩陣的要素來算出上述單位測量區的光學特性。
- 如申請專利範圍第17項所述之光學特性測量方法,其中上述穆勒矩陣算出步驟使用將多個上述測量值與上述穆勒矩陣的要素建立對應關係的試樣測量矩陣,根據上述測量值來算出上述穆勒矩陣;上述試樣測量矩陣為將透過上述單位測量區後的上述測量光的司托克士參數與上述測量值建立對應關係的矩陣,且所述試樣測量矩陣是使用按每個上述單位投光區而預先測量的偏光傳遞矩陣、及按與上述單位受光區所對應 的上述投光部上的每個單位投光區而預先測量的司托克士參數來預先算出。
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