WO2008067938A1 - Method for measuring birefringence and/or retardation, in particular on at least partially transparent films, and associated apparatus - Google Patents

Method for measuring birefringence and/or retardation, in particular on at least partially transparent films, and associated apparatus Download PDF

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WO2008067938A1
WO2008067938A1 PCT/EP2007/010330 EP2007010330W WO2008067938A1 WO 2008067938 A1 WO2008067938 A1 WO 2008067938A1 EP 2007010330 W EP2007010330 W EP 2007010330W WO 2008067938 A1 WO2008067938 A1 WO 2008067938A1
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light beams
analyzer
sample
light
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PCT/EP2007/010330
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Wolfram Aumeier
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Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • GPHYSICS
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/23Bi-refringence
    • GPHYSICS
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    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/86Investigating moving sheets

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the birefringence and / or the retardation, in particular at least partially transparent films according to the preamble of claim 1 and an associated apparatus according to the preamble of claim 27.
  • a corresponding measuring method or a corresponding device is primarily used for the fast interference-insensitive real-time measurement of samples by means of electromagnetic radiation, i. in particular radiation in the visible range.
  • the field of application of the invention is therefore not limited.
  • One of the possible applications preferred in the context of the present invention relates to the online measurement (real-time measurement) of the double-billing or the retardation of transparent or at least partially transparent, ie optical plastic films and films during the production process.
  • a quality or process control for example in the production of plastic films, can be carried out online.
  • the measured values are used to calibrate specific film properties and process settings.
  • the costs can be saved by complex offline measurements or misalignments.
  • a partial aspect of the device is u.a. in that during the production process, the film properties can be adjusted in a targeted manner by changing the process and in particular the stretching parameters by means of the measured birefringence properties.
  • the retardation properties of e.g. optical films are adjusted by changing the stretching parameters targeted.
  • the final film property can be adjusted during the production process. The same applies to the adjustment of the process parameters and final film properties, e.g. for shrink films or the minimization of the so-called bowing behavior u.a.
  • a corresponding film thickness measurement in the online or real-time method which can take place externally but can also be an integral part of the claimed measuring device, thus serves to calculate the birefringence values.
  • Birefringence in electromagnetic waves, ie particular in the visible range of light rays, means that a polarized light beam is split into two components and passes through the medium to be examined at different speeds through the film.
  • the birefringence is a value inherent to the material of the sample under investigation or its inherent size, which allows conclusions to be drawn about the material properties of the sample to be investigated. It is often spoken of "retardation”.
  • the two normal and extraordinary beam polarization components pass through the sample to be examined (for example, the film to be examined) at a different speed, namely along a so-called “fast axis” and a so-called “slow axis", which according to the " slow axis "extending polarized light beam quasi” delayed "passes through the sample to be examined, so here is experiencing a" retardation ".
  • the magnitude of the "retardation” is a measure of length, usually in the nanometer range "nm".
  • retardation is often used and understood as an equivalent term to "birefringence", since the retardation corresponds to the birefringence value multiplied by the thickness of the specimen.
  • the measurement of the retardation or birefringence is usually based on the so-called “Senarmont method", in which the phase angle of the polarized light beams is obtained by time-resolved rotation of one of the polarization components.
  • These methods require at least one rotation by a value ⁇ of a polarization component and are therefore for on-line or real-time measurement -A -
  • Senarmont methods have been developed and proposed in which the polarization optics; be replaced by fast-rotating electro- or mechanical-optical elements, so as to enable a timely measurement of retardation or birefringence.
  • Such processes have become known, for example, from WO 99/42796 A1 and within the scope of a further development based thereon from WO 03/040671 A1.
  • the refractive index is known to be the refraction of the electromagnetic wave in The sample to be examined (film), ie the change in direction of the wave due to a local change in its propagation velocity, which is sometimes referred to as "refractive index", which is important in all three spatial axes.
  • US Pat. No. 5,864,403 A for measuring the absolute biaxial refraction values of a plastic material proposes using a white light source with a different wave spectrum, by means of which two light beams are irradiated onto a sample which passes through the sample at the same position both light beams are aligned at a different angle to each other.
  • the beams first pass through polarizers before they hit the sample at the same point.
  • the beams strike another polarizer before hitting a detector after wavelength separation by a spectrograph to measure the beam intensity as a function of wavelength for the angles of incidence of the two beams at different times. From this, the birefringence value or the retardation is ultimately determined.
  • the in-plane value and the out-of-plane value (IP OP value) for the wavelength range should then be calculated according to this prior publication.
  • One way of estimating the retardation or birefringence values online (ie in real time) for fast-moving for- To measure the railway, is to convert the time-resolved signal from the rotating polarization component in a spatially separated polarization information.
  • a polarization-maintaining diffractive optical element ie a diffraction structure
  • Each of these pattern areas is then assigned a single analyzer and a detection unit, wherein the individual analyzers are arranged with respect to their polarization plane in different directions to each other, as can be seen from the prior publication DE 195 37 706 Al.
  • the light beam to be analyzed is multiplied by means of a synthetically generated two-dimensional diffraction structure in a large number of sub-beams same beam profile and the same intensity, the plurality of beams then a corresponding number of linearpolari- sations administraten elements with different angular directions through, then to a ent - Meet a number of detectors whose signals can be Fourieranalysiert with respect to the angle.
  • the object of the present invention is to provide an improved measuring method and an improved apparatus for a real-time birefringence measurement, with which the values that are to be examined are as accurate as possible on-line (that is, in the real-time method) with comparatively little equipment complexity and high resolution Sample, in particular with respect to fast moving foil webs can be determined.
  • the quality and, above all, the process control for example in the production of plastic films and films, which are transparent or partially transparent, can be improved in real time, ie online.
  • the measured values obtained can be used for the calibration of specific film properties and for process engineering settings.
  • the costs are saved by complex online measurements and mishaps.
  • process control here is the targeted influencing of the final film properties by means of the measurement of birefringence (DB) values.
  • the retardation and the birefringence values can be determined on rapidly moving plastic film webs, which are moved, for example, at a speed of up to 600 m / min.
  • the following results can be determined within the scope of the invention:
  • the thickness of the sample (film) can be determined, which can then be used to determine the birefringence values
  • the refractive values can be determined.
  • the corresponding refractive values exist in the thickness direction of the test sample, that is, for example, in thickness direction of the to be investigated film which briefly as out-of-plane birefringence values (n z -n x), (n z -n ⁇ ) denotes advertising the , where the term "out-of-plane” is abbreviated hereafter also abbreviated as "OP". Since these are optical films, of course, the birefringence values in the visible range (from, for example, 400 to 700 nm) of particular interest.
  • the so-called out-of-plane birefringence values are greater than the in-plane birefringence values.
  • the optical films are usually only zeroth or first order (R ⁇ , R ⁇ 2 ⁇ ) is used.
  • birefringence values of higher order generally occur which can not be determined with standard measuring devices. In the case of these devices, order leaps occur which nullify a clear interpretation of the measurement.
  • a remedy here can only be provided by superimposing at least a second measuring beam with a slightly different wavelength collinearly with the main beam. Due to the resulting path differences at different wavelengths, the order of the birefringent foil can then be deduced with the aid of a minimization procedure. For example, e.g. Also, the measurement of previously unclear determinable high-stretched polypropylene films (PP films) possible.
  • PP films polypropylene films
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of a measuring device according to the invention for carrying out the measuring method according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment variant for illustrating a possible beam coupling for the in-plane and the out-of-plane excitation
  • FIG. 3 shows an embodiment deviating from FIG. 2 according to a second variant for in-plane and out-of-plane excitation, in particular for optical films;
  • FIG. 4 a schematic representation of a detection unit for detecting the incident light beam with respect to the in-plane or the out-of-plane light beam evaluation;
  • FIG. 5 is an illustration of the light beam split into a plurality of partial beams to produce a different one Intensity distribution after passing through a polarization-dependent analyzer configuration according to a prior art embodiment
  • FIG. 6 shows a corresponding illustration according to FIG. 5, however, for carrying out a measuring method according to the invention
  • FIG. 7 shows a first schematic illustration of a diffraction pattern of a light beam obtained in the context of the measuring method according to the invention, after the light beam has passed through a wavelength-dependent diffractive element generating a multiplicity of partial beams;
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment, deviating from FIG. 7, of a different analyzer arrangement with a correspondingly differently obtained diffraction structure pattern
  • FIG. 9 shows a diagram for explaining the determination of the phase angle and thus the retardation of the birefringent medium in accordance with the examined sample.
  • FIG. 1 a basic schematic representation of an in-plane and an out-of-plane measurement by means of two light beams is explained.
  • a fast-moving transparent or at least partially transparent (optical) plastic film 3 is shown transversely to the film plane.
  • two light beam generating means 5a and 5b are provided, wherein by means of the light beam generating means 5a a falling perpendicular to the plane of the sample to be examined 3 light beam and by means of the light beam generating means 5b an angularly aligned second light beam is generated , the X (or in a closely as possible circumscribed same sample area X) at the same location in a different from 90 ° angle of, for example, ⁇ op incident on the plane of the sample 3, wherein the angle ⁇ 0P smaller than the polarization reflection angle, Thus, preferably less than 50 °, in particular 30 °.
  • Each of the two light beams LS1 and LS2 is generated by means of a light source LQ1 and LQ2, which may for example consist of a white light source such as a lamp or one or more lasers with fixed or tunable wavelengths.
  • a light source LQ1 and LQ2 which may for example consist of a white light source such as a lamp or one or more lasers with fixed or tunable wavelengths.
  • the light beam thus generated is passed through a wavelength separator WS1 or WS2; this can be a monochromator, an edge filter or an acoustically optically transparent be tuneable filter (AOTF).
  • a wavelength separator WS1 or WS2 this can be a monochromator, an edge filter or an acoustically optically transparent be tuneable filter (AOTF).
  • AOTF acoustically optically transparent be tuneable filter
  • the light beams with respect to the in-plane and with respect to the out-of-plane branch can be optically coupled to each other. This is indicated by means of the coupler Cl or C2 in FIG.
  • This coupling can also be used in optical films (samples 3) with zeroth-order measurements to manage with only one light source.
  • the light source LQ2 and the wavelength separator WS2 omitted.
  • the so-called second light beam in the out-of-plane branch is then supplied by the light source LQ1 and by the wavelength separator WS1 alone.
  • the respective light beam LS1 or LS2 is widened with an expander lens CU1 or CU2, in which case the respective light beam LS1 and LS2 first a polarization optics PO1 and PO2 and retardation plates ( ⁇ / 2). passes through and then radiates through the film 3.
  • the optional optical coupling of the two light sources or light beams can serve the following purposes:
  • At least a second wavelength is necessary (as discussed above for example with respect to the multi-wavelength method), which is collinearly irradiated by the approximately equal sample volume.
  • this can be done by using at least one second light beam with a wavelength offset from the first light beam or by using a light beam having a wavelength range.
  • An analogous procedure is possible for several wavelengths.
  • the light source LQ1 having a wavelength of 635 nm and the second light source LQ2 having a wavelength of, for example, 685 nm are collinearly irradiated in the approximately same sample area X
  • higher orders up to the ninth order may be used the sample to be examined are determined.
  • Such values can thus generally vary between 10 to 100 nm, in particular between 10 to 80 nm or 10 to 60 nm or 10 to 50 nm. As stated, values of about 20 nm to 40 nm are often suitable.
  • two light sources LQ1 and LQ2 are used, the light beams generated above each being supplied to a wavelength separator WS1 or WS2, as explained with reference to FIG.
  • the two light beams LS1 and LS2 generated above are coupled to one another via a beam splitter optics SK1 or SK2.
  • the wavelength of the light source LQ1 can be, for example
  • ⁇ 2 (400 + ⁇ ) - 700 nm
  • Switching devices Sl for the first light beam LSl and the switching device S2 for the second light beam LS2 the possibility to control the light source LQ2 controlled in a wavelength ⁇ l + ⁇ and then to determine the order. This principle works analogously when different discrete laser sources are used instead of a broadband light source.
  • the two light sources LQ1 and LQ2 generate light beams which, after passing through the wavelength separators WS1 and WS2 for the in-plane and out-of-plane beam path in a splitting unit SU1 and SU2 in FIG Rays with the same intensity are split unpolarized.
  • These splitting units SU1 and SU2 can consist, for example, of one non-polarizing broadband beam splitter BS1 and BS2 and one each of a 100% mirror M1 or M2.
  • the splitting units can also be realized by all other suitable measures, for example also in the form of an optical waveguide multiplexer.
  • the light beam LS1 is divided via the beam splitter BS1 into the passing light beam LS1_1 and into the light beam LS1_2 branching off from it.
  • the second light beam LS2 is split into the light beam LS2_1 and L2_2 via the second beam splitter BS2.
  • the light beam LS1_1 radiating with the wavelength X 1 is fed to a collimation unit CU1_1 (widening optics CU1_1) and the second part beam LS1_2 to the widening optics CU1_2, thereby widened and subsequently fed to a further beam splitter BS1_1 or BS2_1.
  • a portion of the light beam LS1_1 or LS1_2 emitting with the wavelength X 1 passes through the beam splitter BS1_1 or BS2_1.
  • the second light beam LS2 which is split into two light beams LS2_1 and LS2_2 via the splitting unit SU2 mentioned above, the one light beam LS2_1 likewise being fed to the mentioned beam splitter BS1_1 via an expander optic CU2_1 and the second beam splitter LS2_2 to the further beam splitter BS2_1 a portion of the light beam is deflected parallel to the respective other light beam LS1_1 or LS1_2, so that both on the in-plane branch and on the out-of-plane branch portions of both light beams LS1 or LS2 spread.
  • ⁇ / 2 (often realized in the form of a so-called retardation plate with effecting a ⁇ / 2 phase shift), to then the mentioned polarization optics POl or PO2 and then then the sample 3, for example in the form of a transparent To film.
  • the light beams with the wavelength X 1 and ⁇ 2 each have half the intensity.
  • each of the two split light beams in the two other beam splitters BS1_1 and BS2_1 partially reflected in a 90 ° angle, so that this beam portion with Detectors DETl or DET2 can be used to determine the transmission as a reference.
  • Detectors DETl or DET2 can be used to determine the transmission as a reference.
  • These measurements can also be used to determine the film thickness over the Lambert-Beersche law.
  • switches S1 and S2 (which are arranged in front of the widening optics CU1_2 and CU2_1) serve, as mentioned, for determining the order, but also for calibrating the respective retardation at different wavelengths.
  • FIG. 3 shows a variant embodiment in deviation from FIG.
  • the embodiment according to FIG. 3 is used in particular for the simultaneous determination of the retardation values for optical films in the visible wavelength range.
  • a light beam having a wavelength range X 1 X is thus generated in the light source LQ 1 and the following wavelength range separator WS 1 and subsequently a beam splitter unit SU with a beam splitter BSl and a mirror Ml arranged offset thereto, whereby the light beam LS1 is split into two light beams LS1_1 and LS1_2.
  • the two beam branches produced in this way are fed to each other in-plane and out-of-plane at different angles, ie the beam is perpendicular to the film and the other at an acute angle.
  • a separate second light source LQ2 and a further wavelength range separator WS2 can alternatively be provided for the second beam path, which is delimited in dashed lines in FIG. In this case, the beam splitter SU would then be omitted.
  • the above-mentioned wavelength range separator WSL thus serves to filter out a certain wavelength range in the X 1 X from the one light source LQL generated light beam and transmitting.
  • two light sources LQL and LQ2 used each having a downstream wavelength band separator WSL or WS2 may be that a certain wavelength range X 1 X or X 2 X produced from the in the two light sources LQL and LQ2 filter out light beams and to transmit, wherein X 1 X 2 X and X is the same wavelength ranges, at least overlapping wavelength ranges or can represent mutually offset wavelength ranges.
  • X 1 X 2 X and X is the same wavelength ranges, at least overlapping wavelength ranges or can represent mutually offset wavelength ranges.
  • discrete wavelengths are used instead of a wavelength range.
  • wavelength ranges X 1 X discrete wavelengths X n can also be set, as in the exemplary embodiment according to FIG.
  • Wavelength separators WSl and WS2 (for light beam selection) used for calibration.
  • a monochromator or various edge filters can be used for calibration.
  • the calibrator may be removed or continue to serve as a wavelength range selection unit.
  • the remaining units and their functionality basically correspond to the construction according to FIG. 2, wherein in each wave the beam of light LS1_1 radiating in a wavelength range passes through a beam splitter BS1_1 or BS2_1, as well as the polarization optics, in order then to the sample to be examined, for example in shape of the movie to fall.
  • These measured quantities in the transmitting and receiving part can be used to determine the transmission and for direct determination the film thickness be used over the Lambert-Beersche law.
  • the thickness measurement then serves to calculate the birefringence values via the phase angle or the retardation.
  • the detection units 9 (namely the detection unit 9a for determining the IP values and the detection unit 9b for determining the operating theater values) are explained in more detail below with reference to FIG. 4, as can already be seen from the principle of FIG. With reference to Figure 4, this structure is shown in greater detail, being preceded that the detection units as well as the light beam generating devices in the in-plane and in the out-of-plane beam path are constructed analogously, which is why with reference to Figure 4 only Detection part for the IP or the OP components is described, this detection part 9, 9a for the in-plane branch and in another embodiment as a detection part 9, 9b for the out-of-Plane branch is used (said Detection parts 9, 9a hereinafter also partially referred to as D 1 and D 2 ).
  • the light beam LS either from the in-plane or the out-of-plane branch emerging from the sample and subsequently referred to briefly as LS is elliptically polarized and contains after passing through the sample 3 (in the form of the transparent or partially transparent film 3) after passing through the film 3, the required polarization information in the form of a phase angle, which can be converted into a corresponding value for the retardation and for the birefringence.
  • the light beam in the in-plane as well as in the out-of-plane beam consists of the superimposition of the respectively emitted wavelengths, ie of either the discrete wavelengths irradiated and / or the at least one wavelength range.
  • the light wave beam LS strikes a splitting unit SPLIT in which both the light beam in the in-plane and in the out-of-plane branch is detected by means of a Beam splitter D-BSl is split into a detection light beam D-LSl and D-LS2.
  • the partial beam D-LS1 is fed to a separator D-SEP1 and the further light beam D-LS2 is fed to a second separator D-SEP2.
  • the light beam emerging from the two separators D-SEPl or D-SEP2 is then split into a spatial pattern as a function of the wavelength ⁇ and transferred to a diffractive element DOE (DOE1 or DOE2), which will be explained in detail later a lens Ll or L2 to an analyzer element A arranged thereafter, which in the exemplary embodiment shown comprises an analyzer element Al with respect to one sub-beam D-LS1 and an analyzer element A2 with respect to the second sub-beam D-LS2.
  • Information about the phase angle, the order, etc. of the light beam can be obtained from this image pattern - which will be explained below - with the spatial and intensity information and possibly the color (wavelength) information being determined by means of a downstream camera DETl or DET2 can be recorded and used in a computer.
  • splitting unit SPLIT ultimately serves to achieve a further improved resolution by the splitting.
  • This unit (SPLIT) is shown on the one hand in FIG. 4 using the unit Shift shown there, around which the second detection unit D 2 is formed in a punctiform manner.
  • the "Shift 1" unit also again constitutes a delay element (for example in the form of a retarder plate), for example producing a ⁇ / 4 or ⁇ / 2 or similar phase shift in the branched light beam, thus providing better separation between slower and faster components in the incident light beam LS allows becomes .
  • a delay element for example in the form of a retarder plate
  • a so-called shift unit is arranged between the coupled-out light beam D-LS1 and D-LS2, ie between the beam splitter D-BS1, which is permeable to the first light beam D-LS1 and one Partial beam decouples, which then after passing through the shift unit to the mirror RT, Ml falls and in the illustrated embodiment is deflected accordingly and thereby passes through the other wavelength separator or edge filter (in particular edge filter) D-SEP2.
  • SPLIT IP SPLIT IP
  • SPLIT OP SPLIT OP
  • further detection branches D 1 to D N are coupled via beam splitter BS, as indicated in FIG. 4 by the dotted outline. If, for example, one wants to detect the entire visible region with the highest resolution, for example, only a partial region of the spectrum can be radiated onto the respective diffractive element DOE and detected via an edge filter D-SEP.
  • the respective separator D-sepl or D-SEP2 is, for example for a certain wavelength X 1, X 2, etc. throughout to ⁇ N or a wavelength range A 1 X, but blocking for a different wavelength range A 1 X + ⁇ X.
  • this procedure is exactly reversed. Thus, it is possible to separate the respective excitation wavelengths and ranges.
  • a partial beam is transmitted, which then falls on the detector unit DT3, that is, a detection unit, which, as stated, is required for determining the transmission and the thickness of the film.
  • the detection units will be described below in more detail with reference to FIG. 1 and in particular also with reference to FIG. 5 et seq.
  • the detection units 9 i. the detection units 9a and 9b, constructed analogously for the two beam paths in-plane and out-of-plane, which is why only one detection component for a beam branch is described below.
  • these detection units 9 or 9a and 9b comprise the diffractive element DOE, the lens L1 or L2, the analyzer element A1 or A2 and finally the measuring unit or sensors DET1 or DET2 used for the detection, which preferably consist of a camera.
  • the basic components of the detection unit 9 are based on the aforementioned diffractive element DOE and a downstream analyzer unit A.
  • the detection principle is first explained with reference to FIG. 5 with regard to its basic principle of operation with reference to a method known from the prior art.
  • fractal element DOE in a Pope-maintaining diffuser, ie, a predetermined diffraction pattern pattern BM imaged.
  • the light beam LS is split or fanned out into N partial beams by the diffractive element DOE, which form an image in circular areas 15 on an analyzer arrangement A to be discussed below, these circular areas 15 and so that the diffraction pattern BM are symmetrical around a pitch circle.
  • each individual analyzer 19 is rotated with its plane of polarization by 15 ° with respect to the polarization plane of an adjacent individual analyzer.
  • a light beam LS is split by the mentioned diffractive element DOE into N partial beams.
  • the polarization orientations of the individual analyzers are in angles of
  • N 1, 2, 3, ..., N are the natural integers, and N is the number of particle beams and thus the number of individual analyzers corresponds.
  • an intensity pattern BS arises behind the analyzer arrangement, which can be detected, for example, with individual diodes, line arrays or full-area sensors.
  • LCD cells or, for example, CCD cameras, etc. are suitable for this purpose.
  • the spatial structure may be arbitrary.
  • the measuring method for the conversion of a temporal polarization information into a spatial one explained so far is basically known from the above-mentioned prior publication DE 195 37 706 A1.
  • the wavelength-dependent diffractive properties of the diffractive element DOE are used for the simultaneous detection of the polarization properties (retardation) of a plurality of discrete wavelengths and / or at least one wavelength range.
  • analogous patterns ie analog diffraction pattern B, are generated as a function of the wavelength, depending on the design of the diffractive element used DOE Lich are separated or may be spatially separated and are polarization-preserving at each sample location.
  • FIG. 6 shows the principle representation according to the invention of the wavelength selectivity of a diffractive element DOE with an analyzer arrangement using the example of three discrete wavelengths X 1 , ⁇ 2 and X 3 . If, unlike FIG. 6, no analyzers, ie no polarizers, were used, the same image pattern reproduced in FIG. 6 would result, but then the intensities at all image positions would be the same on the respective pitch circles.
  • a diffraction pattern BM is generated whose individual components also all contain the same polarization information for the respective wavelength. If, as explained, an analyzer A with defined but mutually different polarization angles is brought before each individual pattern (in FIG. 5 or 6 the respective circular area 15 at the relevant imaging position 115), then the phase angle of the birefringent medium can be at different wavelengths or wavelength ranges be detected at the same time. So you can capture the polarization properties in a wide wavelength range and at higher orders at the same time.
  • the diffraction pattern BN reproduced in a spatial representation in FIG. 6 is reproduced once again in a planar view in FIG. 7, whereby at each image position 115 (with the circular surfaces 15 in the exemplary embodiment shown). Then, an analyzer A is positioned in the form of a single analyzer 19, which, as explained above, in the embodiment shown has an orientation of the polarization plane deviating by 15 °.
  • a diffraction pattern is reproduced as an example, depending on the diffractive element DOE used.
  • the image function according to FIGS. 6 and 7 shows an image or diffraction pattern for the case in which a light beam having a plurality of discrete wavelengths (which therefore differ from one another) is used for the sample to be examined. If, instead of discrete wavelengths for the sample to be examined, a light beam is used which comprises a wavelength range, the patterns merge into one another, as is reproduced, for example, in FIG. 7 by the oval borders 115 '.
  • FIG. 7 along the double-arrow representation WW, it is indicated which image points are generated as a function of the wavelength change.
  • the discrete polarization imaging points or areas are indicated, ie those areas in which the light beam is imaged at different locations as a function of the polarization.
  • an analyzer arrangement A that has been appropriately matched must therefore also be used or an analyzer arrangement must be designed accordingly. If these are a few discrete wavelengths, an analyzer arrangement A also be produced using discrete analyzer elements 19. At each pattern position, a single analyzer 19 is then attached to the analyzer element at a defined angle, as already described above. Otherwise, an entire analyzer arrangement with corresponding sections and areas must be generated or adapted accordingly, these areas having to have, for example, 115 'for the evaluation of the corresponding polarization information correspondingly aligned polarization areas.
  • FIG. 8 another example is shown with reference to FIG. 8 if another diffractive element DOE is used, which leads to a different image function. Also in this case, one of the individual image position 115 (which in each case consists of a square area in FIG. 8) must be positioned corresponding to analyzer individual elements 19, or else a common analyzer comprising individual structured analyzer sections 19 is used, which are adapted for detection of a particular polarization orientation according to the arrow representation. This is only intended to show that the most varied image positions and arrangement of analyzers are conceivable and possible, depending on the diffractive element DOE used.
  • the analyzer element provided according to the invention is provided in the form of the individual analyzers 19, for which three paths are available: i) it is possible to use discrete single analyzers 19 in the form of single polarizers 19a, as described above,
  • lithographic or holographic Analysa- tor elements lends itself to the use of lithographically or holographically produced polarization grating arrays on.
  • Each pattern element which is arranged in dependence on the DOE pattern, then has a defined polarization position.
  • the analyzer elements are arranged rotated in relation to each other at least in the range from 0 to ⁇ . The more single analyzers arranged in this area, the higher the resolution of the phase angle becomes.
  • each LCD cell having a certain polarization angle can be adjusted.
  • a calibration method therefore, light of a wavelength can be imaged by the diffractive element DOE on the LCD screen.
  • a defined polarization orientation is then impressed on the individual LCD cells and stored in the computer. puts. The so-called calibration procedure is then repeated for any other wavelengths.
  • the detector is wavelength selective. Depending on the wavelength, a defined spatial pattern is formed according to the DOE structure. The pattern scattered by the DOE is polarization-preserving. The spatial structure defines the wavelength.
  • the generated pattern allows the individual analyzer elements to determine the phase angle and thus the retardation of the birefringent medium.
  • the order of birefringence can be determined online and time synchronously.
  • the retardation in a wide wavelength range can be determined online and synchronously.
  • the transmission can additionally be determined for each wavelength, since the irradiated intensity is also measured in each excitation.
  • the thickness of the sample can be determined via the Lambert-Beersche law.
  • the sample to be examined in particular in the form of a film web to be examined, moves forward at 600 m / min, then with a measuring beam diameter of, for example, 10 mm for the light beams, the pole angles could be determined every 10 ms become.
  • averaging over several measuring points is appropriate or necessary.
  • the thickness of the sample can also be determined by the Lambert-Beersche law are determined, which in turn is used to calculate the birefringence values.
  • the thickness information from external measuring devices of the thickness can also be used for this determination.
  • a monochromator or other discrete wavelengths are used for calibration.
  • the location on the analyzer unit and its imaging on the camera, that is to say in the detection device DET1 or DET2 is then determined.
  • Another calibration method is the use of spectral lines of white light sources (spectral lamps). These allow continuous self-calibration during operation.
  • the spectrum of the excitation LSl with the wavelength ⁇ l are continuously passed through with the maximum sampling rate of the detection unit or detection camera DETl.
  • the average intensity of ⁇ 1 is measured by means of the detector DT3 (shown in FIG. 4) and the intensity of ⁇ 2 is accordingly adjusted, which results in a higher signal level at the detectors, which differs from the signal of ⁇ 1 allows.
  • this probing pulse can also be used with a different polarization.

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Abstract

An improved method and an improved apparatus for measuring birefringence and/or retardation on samples (3) are distinguished, inter alia, by the following measures: with a radiation arrangement having at least one light source (LQ1, LQ2) or having at least two light sources (LQ1, LQ2) for generating two light beams (LS1, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) - provision is made of a polarization-maintaining diffractive element (DO; DO1, DO2) and a detector device (9; 9a, 9b) with polarization-sensitive analysers (A; A1, A2; 19), which can be used to measure the intensity of the diffraction structure sample (BM) generated by the component beams.

Description

Verfahren zur Messung der Doppelbrechung und/oder der Retardation, insbesondere an zumindest teiltransparenten Folien sowie zugehörige VorrichtungMethod for measuring the birefringence and / or the retardation, in particular on at least partially transparent films and associated apparatus
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Doppelbrechung und/oder der Retardation, insbesondere an zumindest teiltransparenten Folien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine zugehörige Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 27.The invention relates to a method for measuring the birefringence and / or the retardation, in particular at least partially transparent films according to the preamble of claim 1 and an associated apparatus according to the preamble of claim 27.
Ein entsprechendes Messverfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung dient vor allem zur schnellen störunempfindlichen Echtzeit-Messung an Proben mittels elektromagnetischer Strahlung, d.h. insbesondere Strahlung im sichtbaren Bereich.A corresponding measuring method or a corresponding device is primarily used for the fast interference-insensitive real-time measurement of samples by means of electromagnetic radiation, i. in particular radiation in the visible range.
Das Einsatzgebiet der Erfindung ist von daher nicht beschränkt. Eine der möglichen, im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugten Anwendungsfälle betrifft die Online- Messung (Echtzeit-Messung) der Doppeibrechnung bzw. der Retardation von transparenten oder zumindest teil-trans- parenten, also optischen Kunststofffolien und -filmen während des Herstellungsprozesses. Mit einem derartigen Messverfahren bzw. mit einem derartigen Messgerät kann online eine Qualitäts- bzw. Prozesskontrolle beispielsweise bei der Herstellung von Kunststofffolien durchgeführt werden. Die gewonnenen Mess- werte dienen dabei der Kalibrierung spezifischer Folieneigenschaften und verfahrenstechnischer Einstellungen. Dadurch lassen sich die Kosten durch aufwendige Offline- Messungen oder Fehlläufe einsparen. Durch die Messung können weiterhin online, also in Echtzeit, wichtige Quali- tätsmerkmale vor allem im sichtbaren Wellenlängenbereich sowie weitere Eigenschaften wie die der Transmission beispielsweise an durchsichtigen Folien gemessen werden.The field of application of the invention is therefore not limited. One of the possible applications preferred in the context of the present invention relates to the online measurement (real-time measurement) of the double-billing or the retardation of transparent or at least partially transparent, ie optical plastic films and films during the production process. With such a measuring method or with such a measuring device, a quality or process control, for example in the production of plastic films, can be carried out online. The measured values are used to calibrate specific film properties and process settings. As a result, the costs can be saved by complex offline measurements or misalignments. As a result of the measurement, it is also possible to measure important quality features online, ie in real time, above all in the visible wavelength range, as well as other properties such as transmission, for example on transparent films.
Ein Teilaspekt der Vorrichtung besteht u.a. darin, dass während des Produktionsprozesses die Folieneigenschaften durch Änderung der Prozess- und insbesondere der Reckparameter mittels der gemessenen Doppelbrechungseigenschaften gezielt eingestellt werden können. So können beispielsweise die Retardationseigenschaften von z.B. optischen Filmen durch Änderung der Reckparameter gezielt eingestellt werden. Somit kann die Endfolieneigenschaft während des Produktionsprozesses eingestellt werden. Ähnliches gilt für die Einstellung der Prozessparamenter und Endfilmeigenschaften z.B. für Schrumpffolien oder der Mini- mierung des sog. Bowing Verhaltens u.a.A partial aspect of the device is u.a. in that during the production process, the film properties can be adjusted in a targeted manner by changing the process and in particular the stretching parameters by means of the measured birefringence properties. For example, the retardation properties of e.g. optical films are adjusted by changing the stretching parameters targeted. Thus, the final film property can be adjusted during the production process. The same applies to the adjustment of the process parameters and final film properties, e.g. for shrink films or the minimization of the so-called bowing behavior u.a.
Eine entsprechende Foliendicken-Messung im Online- oder Echtzeitverfahren, die extern erfolgen kann aber auch integraler Bestandteil der beanspruchten Messvorrichtung sein kann, dient somit zur Berechnung der Doppelbrechungs- Werte .A corresponding film thickness measurement in the online or real-time method, which can take place externally but can also be an integral part of the claimed measuring device, thus serves to calculate the birefringence values.
"Doppelbrechung" bei elektromagnetischen Wellen, d.h. ins- besondere bei im sichtbaren Bereich liegenden Lichtstrahlen, bedeutet, dass ein polarisierter Lichtstrahl in zwei Komponenten aufgespaltet wird und durch das zu untersuchende Medium mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch die Folie hindurch läuft. Die Doppelbrechung ist dabei ein dem Material der untersuchten Probe inhärenter Wert oder inhärente Größe, die Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften der zu untersuchenden Probe erlaubt. Dabei wird häufig auch von "Retardation" gesprochen. Die beiden or- dentlicher und außerordentlicher Strahl genannten Polarisationskomponenten durchlaufen die zu untersuchende Probe (beispielsweise den zu untersuchenden Folienfilm) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, nämlich längs einer sogenannten "schnellen Achse" und einer sogenannten "lang- samen Achse", wobei der entsprechend auf der "langsamen Achse" verlaufende polarisierte Lichtstrahl quasi "verzögert" die zu untersuchende Probe durchläuft, hier also eine "Retardation" erfährt. Die Größenordnung der "Retardation" ist dabei ein Längenmaß, üblicherweise im Nano- meterbereich "nm"."Birefringence" in electromagnetic waves, ie particular in the visible range of light rays, means that a polarized light beam is split into two components and passes through the medium to be examined at different speeds through the film. The birefringence is a value inherent to the material of the sample under investigation or its inherent size, which allows conclusions to be drawn about the material properties of the sample to be investigated. It is often spoken of "retardation". The two normal and extraordinary beam polarization components pass through the sample to be examined (for example, the film to be examined) at a different speed, namely along a so-called "fast axis" and a so-called "slow axis", which according to the " slow axis "extending polarized light beam quasi" delayed "passes through the sample to be examined, so here is experiencing a" retardation ". The magnitude of the "retardation" is a measure of length, usually in the nanometer range "nm".
Von daher wird häufig der Begriff "Retardation" als äquivalenter Begriff zu "Doppelbrechung" verwendet und verstanden, da die Retardation dem Doppelbrechungswert multi- pliziert mit der Dicke der Probe entspricht.Therefore, the term "retardation" is often used and understood as an equivalent term to "birefringence", since the retardation corresponds to the birefringence value multiplied by the thickness of the specimen.
Die Messung der Retardation bzw. der Doppelbrechung beruht meist auf dem sogenannten "Senarmont-Verfahren", bei dem der Phasenwinkel der polarisierten Lichtstrahlen durch zeitaufgelöste Drehung einer der Polarisationskomponenten gewonnen wird. Diese Verfahren erfordern zumindest eine Drehung um einen Wert π einer Polarisationskomponente und sind deshalb für die Online- oder Echtzeitmessung an -A -The measurement of the retardation or birefringence is usually based on the so-called "Senarmont method", in which the phase angle of the polarized light beams is obtained by time-resolved rotation of one of the polarization components. These methods require at least one rotation by a value π of a polarization component and are therefore for on-line or real-time measurement -A -
schnell laufenden Folien nicht geeignet.fast running films not suitable.
Es sind darüber hinaus auch schon modifizierte Senarmont- Verfahren entwickelt und vorgeschlagen worden, bei denen die Polarisationsoptik; durch schnell drehende elektro- oder mechanisch-optische Elemente ersetzt werden, um so eine zeitnahe Messung der Retardation bzw. der Doppelbrechung zu ermöglichen. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der WO 99/42796 Al und im Rahmen einer darauf aufbauenden Weiterentwicklung aus der WO 03/040671 Al bekannt geworden.In addition, already modified Senarmont methods have been developed and proposed in which the polarization optics; be replaced by fast-rotating electro- or mechanical-optical elements, so as to enable a timely measurement of retardation or birefringence. Such processes have become known, for example, from WO 99/42796 A1 and within the scope of a further development based thereon from WO 03/040671 A1.
Nachteilig an diesen Verfahren ist jedoch, dass sie eine sehr hohe Rechenleistung benötigen und aufgrund der Takt- raten der Messwerterfassung bei schnell laufenden Folien über eine bestimmte Wegstrecke der Folie quasi nur einen "verschmierten" oder "integrierten" Durchschnittswert erfassen können, also keine Echtzeit-Auflösung in ausreichender Größenordnung zulassen.However, a disadvantage of these methods is that they require a very high computing power and, because of the clock rates of the measured value acquisition, can almost only detect a "smeared" or "integrated" average value over a certain distance of the film in the case of high-speed films, ie no real-time Allow resolution of sufficient magnitude.
Insbesondere bei uniaxial und biaxial verstreckten Folien treten zudem meist höhere Ordnungen (R > λ) auf, die mit dem gängigen Senarmont-Verfahren nicht gemessen werden können. In der Literatur sind hierzu Beispiele bekannt, bei denen über zwei eng beieinander liegende Wellenlängen und ein Minimierungsverfahren höhere Ordnungen ermittelt werden können.In particular, in uniaxially and biaxially stretched films also usually higher orders occur (R> λ), which can not be measured with the usual Senarmont method. Examples in the literature are known in which higher orders can be determined by means of two closely spaced wavelengths and a minimization method.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei optischen Fo- lien alle drei Brechungsindizes nx, nγ, nz bzw. die Doppelbrechungswerte Δnxy, Δnx2, oder Δnyz zur Qualitätskontrolle notwendig sind. Bei der Brechzahl handelt es sich bekanntermaßen um die Brechung der elektromagnetischen Welle in der zu untersuchenden Probe (Folie), also die Richtungsänderung der Welle aufgrund einer lokalen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die teilweise auch als "Brechungsindex" bezeichnet wird, der in allen drei räumlichen Achsen von Bedeutung ist.It has been shown that in particular with optical of foils all three refractive indices n x, n γ, n z and the birefringence values .DELTA.n xy, x2 .DELTA.n or .DELTA.n yz for quality control are required. The refractive index is known to be the refraction of the electromagnetic wave in The sample to be examined (film), ie the change in direction of the wave due to a local change in its propagation velocity, which is sometimes referred to as "refractive index", which is important in all three spatial axes.
Hier ist es die Unterscheidung zum eigentlichen Messverfahren notwendig, bei dem die Doppelbrechungsmesswerte bestimmt werden, und zunächst nicht die Brechungsindizes.Here it is necessary to distinguish it from the actual measuring method, in which the birefringence measured values are determined, and not at first the refractive indices.
So wird gemäß der US 5 864 403 A zur Messung der absoluten biaxialen Brechungswerte eines plastischen Materials vorgeschlagen, eine Weißlichtquelle mit einem unterschiedlichen Wellenspektrum zu verwenden, worüber zwei Lichtstrah- len auf eine Probe gestrahlt werden, die die Probe an der gleichen Stelle durchlaufen, wobei beide Lichtstrahlen in einem unterschiedlichen Winkel zueinander ausgerichtet sind. Die Strahlen laufen dabei zunächst durch Polarisatoren, bevor sie an gleicher Stelle auf die Probe treffen. Nach Durchlaufen der Probe treffen die Strahlen auf einen weiteren Polarisator, bevor sie nach der Wellenlängentrennung durch einen Spektrographen auf einen Detektor treffen, um die Strahlintensität als Funktion der Wellenlänge für die Einfallswinkel der beiden Strahlen zu ver- schiedenen Zeitpunkten zu messen. Hieraus wird letztlich der Doppelbrechungswert bzw. die Retardation ermittelt. Aus der Kenntnis der Dicke der Folie soll dann gemäß dieser Vorveröffentlichung der In-Plane-Wert und der Out-of- Plane-Wert (IP-OP-Wert) für den Wellenlängenbereich be- rechnet werden.For example, US Pat. No. 5,864,403 A for measuring the absolute biaxial refraction values of a plastic material proposes using a white light source with a different wave spectrum, by means of which two light beams are irradiated onto a sample which passes through the sample at the same position both light beams are aligned at a different angle to each other. The beams first pass through polarizers before they hit the sample at the same point. After passing through the sample, the beams strike another polarizer before hitting a detector after wavelength separation by a spectrograph to measure the beam intensity as a function of wavelength for the angles of incidence of the two beams at different times. From this, the birefringence value or the retardation is ultimately determined. From the knowledge of the thickness of the film, the in-plane value and the out-of-plane value (IP OP value) for the wavelength range should then be calculated according to this prior publication.
Eine Möglichkeit, die Retardation oder Doppelbrechungs- Werte online (also in Echtzeit) für schnell laufende Fo- lienbahn zu messen, besteht darin, das zeitaufgelöste Signal aus der drehenden Polarisationskomponente in eine räumlich getrennte Polarisationsinformation umzuwandeln. Dabei wird ein polarisationserhaltendes diffraktives opti- sches Element (also eine Beugungsstruktur) dazu verwendet, die Drehung eines Polarisationselementes in ein räumlich verteiltes Muster abzubilden. Jeder dieser Musterflächen wird dann ein Einzelanalysator und eine Detektionseinheit zugeordnet, wobei die Einzelanalysatoren bezüglich ihrer Polarisationsebene in unterschiedlicher Richtung zueinander angeordnet sind, wie dies aus der Vorveröffentlichung DE 195 37 706 Al zu entnehmen ist. Dabei wird der zu analysierende Lichtstrahl mit Hilfe einer synthetisch erzeugten zweidimensionalen Beugungsstruktur in eine große Anzahl von Teilstrahlen gleichen Strahlprofils und gleicher Intensität vervielfacht, wobei die Vielzahl der Strahlen dann eine entsprechende Anzahl von linearpolari- sationsempfindlichen Elementen mit unterschiedlichen Winkelrichtungen durchlaufen, um anschließend auf eine ent- sprechende Anzahl von Detektoren aufzutreffen, deren Signale bezüglich der Winkel fourieranalysiert werden können.One way of estimating the retardation or birefringence values online (ie in real time) for fast-moving for- To measure the railway, is to convert the time-resolved signal from the rotating polarization component in a spatially separated polarization information. In this case, a polarization-maintaining diffractive optical element (ie a diffraction structure) is used to image the rotation of a polarization element into a spatially distributed pattern. Each of these pattern areas is then assigned a single analyzer and a detection unit, wherein the individual analyzers are arranged with respect to their polarization plane in different directions to each other, as can be seen from the prior publication DE 195 37 706 Al. In this case, the light beam to be analyzed is multiplied by means of a synthetically generated two-dimensional diffraction structure in a large number of sub-beams same beam profile and the same intensity, the plurality of beams then a corresponding number of linearpolari- sationsempfindlichen elements with different angular directions through, then to a ent - Meet a number of detectors whose signals can be Fourieranalysiert with respect to the angle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein verbessertes Messverfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung für eine Echtzeit-Doppelbrechungs-Messung zu schaffen, mit der online (also im Echtzeit-Verfahren) mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand mit hoher Auflösung möglichst exakte Werte über die zu untersuchende Probe, insbesondere bezüglich schnell bewegten Folienbah- nen ermittelt werden können.In contrast, the object of the present invention is to provide an improved measuring method and an improved apparatus for a real-time birefringence measurement, with which the values that are to be examined are as accurate as possible on-line (that is, in the real-time method) with comparatively little equipment complexity and high resolution Sample, in particular with respect to fast moving foil webs can be determined.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 27 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with respect to the method according to the claim 1 and with respect to the device accordingly solved the features specified in claim 27.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Messvorrichtung kann in Echtzeit, also online, die Qualitäts- und vor allem auch die Prozesskontrolle beispielsweise bei der Herstellung von Kunststofffolien und -filmen verbessert werden, die transparent oder teiltransparent sind. Die gewonnenen Messwerte können dabei zur Kalibrierung spezifischer Folieneigenschaften und für verfahrenstechnische Einstellungen herangezogen werden. Damit werden die Kosten durch aufwendige Online-Messungen und Fehlläufe eingespart. Schließlich lassen sich im Rahmen der Erfindung auch online wichtige Qualitätsmerkmale aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich und damit weitere Eigenschaften bezüglich der Proben vor allem bei transparenten bzw. teil-transparenten Kunststofffolien messen. Ein Beispiel der Prozesskontrolle ist hier die gezielte Beeinflussung der Endfilmeigenschaften mittels der Messung der Doppelbrechungs (DB) -Werte .By means of the method according to the invention and the associated measuring device, the quality and, above all, the process control, for example in the production of plastic films and films, which are transparent or partially transparent, can be improved in real time, ie online. The measured values obtained can be used for the calibration of specific film properties and for process engineering settings. Thus, the costs are saved by complex online measurements and mishaps. Finally, within the scope of the invention, it is also possible to measure important quality features from the visible wavelength range and thus further properties with respect to the samples, especially in the case of transparent or partially transparent plastic films. An example of process control here is the targeted influencing of the final film properties by means of the measurement of birefringence (DB) values.
Vor allem lässt sich im Rahmen der Erfindung die Retarda- tion und die Doppelbrechungs-Werte an schnell laufenden Kunststofffolienbahnen ermitteln, die beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von bis zu 600 m/min fortbewegt werden. Dabei lassen sich im Rahmen der Erfindung folgende Ergebnisse ermitteln:Above all, within the scope of the invention, the retardation and the birefringence values can be determined on rapidly moving plastic film webs, which are moved, for example, at a speed of up to 600 m / min. The following results can be determined within the scope of the invention:
a) Es können die Werte für die Retardation und die Doppelbrechungswerte bezüglich der zu untersuchenden Proben nullter und höherer Ordnungen bestimmt werden; b) es lassen sich die Retardations- und Doppelbrechungswerte in allen drei Raumrichtungen ermitteln;a) It is possible to determine the values for the retardation and the birefringence values with respect to the samples of zeroth and higher orders to be examined; b) it is possible to determine the retardation and birefringence values in all three spatial directions;
c) es lässt sich die Wellenlängenabhängigkeit bezüglich der Retardations- und Doppelbrechungswerte ermitteln;c) it is possible to determine the wavelength dependence with respect to the retardation and birefringence values;
d) es kann die wellenlängenabhängige Transmission bestimmt werden;d) the wavelength-dependent transmission can be determined;
e) bei der Detektion über mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche kann zusammen mit der Bestimmung der Transmission über das Lambert-Beersche-Gesetz die Dicke der Probe (Folie) bestimmt werden, die dann zur Ermittlung der Doppelbrechungswerte herangezogen wer- den kann; unde) in the detection over several wavelengths or wavelength ranges, together with the determination of the transmission via the Lambert-Beersche law, the thickness of the sample (film) can be determined, which can then be used to determine the birefringence values; and
f) es lassen sich die Brechungswerte bestimmen.f) the refractive values can be determined.
Insbesondere bei optischen Folien ist ein entscheidendes Qualitätskriterium das Verhältnis der Brechungswerte zueinander. Dabei wird unterschieden bezüglich der Doppelbrechungswerte (nx-nγ) , die in der Folienebene liegen und die als sog. In-Plane-Brechungswerte (nx-nγ) bezeichnet werden, wobei nachfolgend der Begriff "In-Plane" teilweise auch als "IP" abgekürzt bekannt wird. Daneben existieren die entsprechenden Brechungswerte in Dickenrichtung der zu untersuchenden Probe, also beispielsweise in Dickenrichtung der zu untersuchenden Folie, die kurz als Out-of- Plane-Doppelbrechungswerte (nz-nx) , (nz-nγ) bezeichnet wer- den, wobei die Bezeichnung "Out-of-Plane" nachfolgend kurz auch als "OP" abgekürzt benannt wird. Da es sich um optische Folien handelt, sind natürlich die Doppelbrechungswerte im sichtbaren Bereich (von beispielsweise 400 bis 700 nm) von besonderem Interesse.Particularly in the case of optical films, a decisive quality criterion is the ratio of the refractive values to one another. A distinction is made with respect to the birefringence values (n x -n γ), which lie in the film plane, and as so-called. In-plane refractive values are referred to (n x -n γ), wherein below the term "in-plane" in some cases abbreviated as "IP". In addition, the corresponding refractive values exist in the thickness direction of the test sample, that is, for example, in thickness direction of the to be investigated film which briefly as out-of-plane birefringence values (n z -n x), (n z -n γ) denotes advertising the , where the term "out-of-plane" is abbreviated hereafter also abbreviated as "OP". Since these are optical films, of course, the birefringence values in the visible range (from, for example, 400 to 700 nm) of particular interest.
In der Regel sind die sog. Out-of-Plane-Doppelbrechungs- werte größer als die In-Plane-Doppelbrechungswerte . Zu beachten ist hierbei ferner, dass die optischen Folien meist nur nullter oder erster Ordnung (R < λ, R < 2λ) zur Anwendung kommt. Bei der Konzeption eines universellen Doppelbrechungs-Messgerätes ist zudem die Wellenlängenabhängigkeit über den sichtbaren Bereich zu berϋcksichti- gen.As a rule, the so-called out-of-plane birefringence values are greater than the in-plane birefringence values. It should also be noted that the optical films are usually only zeroth or first order (R <λ, R <2λ) is used. When designing a universal birefringence measuring device, the wavelength dependence over the visible range must also be taken into account.
Bei uniaxial wie aber auch bei biaxial verstreckten Folien treten in der Regel Doppelbrechungs-Werte höherer Ordnung auf, die mit Standardmessgeräten nicht zu bestimmen sind. Bei diesen Geräten treten Ordnungssprünge auf, die eine eindeutige Interpretation der Messung zunichte machen.In uniaxial as well as in biaxially stretched films, birefringence values of higher order generally occur which can not be determined with standard measuring devices. In the case of these devices, order leaps occur which nullify a clear interpretation of the measurement.
Abhilfe kann hier nur dadurch geschaffen werden, dass zumindest ein zweiter Messstrahl mit geringfügig anderer Wellenlänge kollinear zum Hauptstrahl überlagert wird. Durch die entstehenden Gangunterschiede bei verschiedenen Wellenlängen lässt sich dann mit Hilfe eines Minimierungs- verfahrens auf die Ordnung der doppelbrechenden Folie schließen. So ist z.B. auch die Messung an bisher nicht eindeutig bestimmbaren hoch-verstreckten Polypropylen- Folien (PP-Folien) möglich.A remedy here can only be provided by superimposing at least a second measuring beam with a slightly different wavelength collinearly with the main beam. Due to the resulting path differences at different wavelengths, the order of the birefringent foil can then be deduced with the aid of a minimization procedure. For example, e.g. Also, the measurement of previously unclear determinable high-stretched polypropylene films (PP films) possible.
Insbesondere dann, wenn ein weiter Spektralbereich durchmessen werden soll, hat es sich im Rahmen der Erfindung ebenfalls als günstig erwiesen, die entsprechende Ordnungsbestimmung nicht nur mit z.B. zwei diskreten Wellenlängen auszuführen, die einen Wellenlängenversatz Δλ zueinander aufweisen, sondern eine Messung basierend auf einem Mehrwellenlängenverfahren durchzuführen, bei der gleichzeitig mehr als zwei Wellenlängen zur Messung verwendet werden. Die Ordnungsbestimmung ist für den IP- und OP-Strahlengang möglich.In particular, when a broad spectral range is to be measured, it has also proved to be favorable in the context of the invention not only to carry out the corresponding order determination with, for example, two discrete wavelengths having a wavelength offset Δλ to one another, but a measurement based on To perform a multi-wavelength method in which more than two wavelengths are used for the measurement simultaneously. The order determination is possible for the IP and OP beam path.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:These and other advantages of the invention will become apparent from the following explained in more detail with reference to drawings embodiments. In detail:
Figur 1 : eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens;FIG. 1 shows a schematic arrangement of a measuring device according to the invention for carrying out the measuring method according to the invention;
Figur 2 eine erste Ausführungsvariante zur Verdeutlichung einer möglichen Strahlkopplung für die In-Plane- und die Out-of-Plane- Anregung;FIG. 2 shows a first embodiment variant for illustrating a possible beam coupling for the in-plane and the out-of-plane excitation;
Figur 3 eine zu Figur 2 abweichende Ausführungsform gemäß einer zweiten Variante für die In-Plane- und die Out-of-Plane-Anregung insbesondere für optische Filme;FIG. 3 shows an embodiment deviating from FIG. 2 according to a second variant for in-plane and out-of-plane excitation, in particular for optical films;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Detek- tionseinheit zur Detektion des einfallenden Lichtstrahles bezüglich der In-Plane- bzw. der Out-of-Plane-Lichtstrahl-Auswer- tung;FIG. 4 a schematic representation of a detection unit for detecting the incident light beam with respect to the in-plane or the out-of-plane light beam evaluation;
Figur 5 eine Darstellung des in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufgespaltenen Lichtstrahls unter Erzeugung einer unterschiedlichen Intensitätsverteilung nach Durchlaufen einer polarisationsabhängigen Analysator- Konfiguration gemäß einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik;FIG. 5 is an illustration of the light beam split into a plurality of partial beams to produce a different one Intensity distribution after passing through a polarization-dependent analyzer configuration according to a prior art embodiment;
Figur 6 eine entsprechende Darstellung gemäß Figur 5 jedoch für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Messverfahrens;FIG. 6 shows a corresponding illustration according to FIG. 5, however, for carrying out a measuring method according to the invention;
Figur 7 eine erste schematische Darstellung eines im Rahmen des erfindungsgemäßen Messverfahrens erhaltenen Beugungsstruktur-Musters eines Lichtstrahles, nachdem der Lichtstrahl ein wellenlängenabhängiges diffraktives Element unter Erzeugung einer Vielzahl von Teilstrahlen durchlaufen hat;FIG. 7 shows a first schematic illustration of a diffraction pattern of a light beam obtained in the context of the measuring method according to the invention, after the light beam has passed through a wavelength-dependent diffractive element generating a multiplicity of partial beams;
Figur 8 ein zu Figur 7 abweichendes Ausführungsbeispiel einer unterschiedlichen Analysa- toranordnung mit entsprechend unterschiedlich erhaltenem Beugungsstruktur-Muster; undFIG. 8 shows an exemplary embodiment, deviating from FIG. 7, of a different analyzer arrangement with a correspondingly differently obtained diffraction structure pattern; and
Figur 9 : eine Darstellung zur Erläuterung der Bestimmung des Phasenwinkels und damit der Retardation des doppelbrechenden Mediums entsprechend der untersuchten Probe.FIG. 9 shows a diagram for explaining the determination of the phase angle and thus the retardation of the birefringent medium in accordance with the examined sample.
Nachfolgend wird zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, in der eine grundsätzliche Prinzipdarstellung einer In-Plane- und einer Out-of-Plane-Messung mittels zweier Lichtstrahlen erläutert wird. Dazu ist in Figur 1 beispielsweise längs der Pfeildarstellung ein schnell vorwärts bewegter transparenter oder zumindest teil-transparenter (optischer) Kunststofffilm 3 quer zur Folienebene gezeigt.In the following, reference will first be made to FIG. 1, in which a basic schematic representation of an in-plane and an out-of-plane measurement by means of two light beams is explained. For this purpose, in FIG. 1, for example, along the arrow depiction, a fast-moving transparent or at least partially transparent (optical) plastic film 3 is shown transversely to the film plane.
Auf der einen Seite des Kunststofffilms 3, im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der linken Seite, ist eine Anordnung mit einer Lichtstrahl-Erzeugungseinrichtung 5 gezeigt, mittels der ein erster Lichtstrahl LSl und ein zweiter Lichtstrahl LS2 erzeugt werden.On the one side of the plastic film 3, in the illustrated embodiment on the left side, an arrangement with a light beam generating device 5 is shown, by means of which a first light beam LS1 and a second light beam LS2 are generated.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind zwei Lichtstrahl-Erzeugungseinrichtungen 5a und 5b vorgesehen, wobei mittels der Lichtstrahl-Erzeugungseinrichtung 5a ein senkrecht auf die Ebene der zu untersuchenden Probe 3 fallender Lichtstrahl und mittels der Lichtstrahl-Erzeugungseinrichtung 5b ein dazu winkelig ausgerichteter zweiter Lichtstrahl erzeugt wird, der an gleicher Stelle X (oder in einem möglichst eng umgrenzten gleichen Proben- bereich X) in einem von 90° abweichenden Winkel von beispielsweise αop auf die Ebene der Probe 3 fällt, wobei der Winkel α0P kleiner als der polarisierende Reflexionswinkel ist, also bevorzugt kleiner als 50°, insbesondere 30° ist.According to the embodiment of Figure 1, two light beam generating means 5a and 5b are provided, wherein by means of the light beam generating means 5a a falling perpendicular to the plane of the sample to be examined 3 light beam and by means of the light beam generating means 5b an angularly aligned second light beam is generated , the X (or in a closely as possible circumscribed same sample area X) at the same location in a different from 90 ° angle of, for example, α op incident on the plane of the sample 3, wherein the angle α 0P smaller than the polarization reflection angle, Thus, preferably less than 50 °, in particular 30 °.
Jeder der beiden Lichtstrahlen LSl und LS2 wird mittels einer Lichtquelle LQl und LQ2 erzeugt, die beispielsweise aus einer Weißlichtquelle wie einer Lampe oder einem oder mehreren Lasern mit festen oder durchstimmbaren Wellenlängen bestehen kann.Each of the two light beams LS1 and LS2 is generated by means of a light source LQ1 and LQ2, which may for example consist of a white light source such as a lamp or one or more lasers with fixed or tunable wavelengths.
Der so erzeugte Lichtstrahl wird durch einen Wellenlängen- Separator WSl bzw. WS2 geleitet, dies kann ein Monochromator, ein Kantenfilter oder ein akustisch optisch durch- stimmbarer Filter (AOTF) sein. Die Wellenlängenseparatoren sind notwendig, wenn:The light beam thus generated is passed through a wavelength separator WS1 or WS2; this can be a monochromator, an edge filter or an acoustically optically transparent be tuneable filter (AOTF). The wavelength separators are necessary if:
a) nur über einen bestimmten Wellenlängenbereich oder nur mit bestimmen Wellenlängen gemessen werden soll,a) only over a certain wavelength range or only with certain wavelengths to be measured,
b) in einem Zwei- oder Mehrwellenlängenverfahren höhere Ordnungen bestimmt werden sollen,b) higher orders are to be determined in a two- or multi-wavelength method,
c) eine Kalibrierung der Detektionseinheit durchgeführt werden soll,c) a calibration of the detection unit is to be carried out,
d) integral die Dicke der Probe bestimmt werden soll.d) integrally the thickness of the sample is to be determined.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 können die Lichtstrahlen bezüglich des In-Plane- und bezüglich des Out-of-Plane-Zweiges miteinander optisch gekoppelt sein. Dies ist mittels des Kopplers Cl bzw. C2 in Figur 1 angedeutet .According to the embodiment of Figure 1, the light beams with respect to the in-plane and with respect to the out-of-plane branch can be optically coupled to each other. This is indicated by means of the coupler Cl or C2 in FIG.
Diese Kopplung kann bei optischen Folien (Proben 3) mit Messungen nullter Ordnung auch dazu verwendet werden, mit nur einer Lichtquelle auszukommen. Dazu kann beispielsweise die Lichtquelle LQ2 und der Wellenlängen-Separator WS2 entfallen. Der sog. zweite Lichtstrahl in dem Out-of- Plane-Zweig wird dann durch die Lichtquelle LQl und durch den Wellenlängen-Separator WSl alleine versorgt. Nach der Strahlkopplung, die später noch detailliert erläutert wird, wird dann der jeweilige Lichtstrahl LSl bzw. LS2 mit einer Aufweiteoptik CUl bzw. CU2 aufgeweitet, wobei dann der jeweilige Lichtstrahl LSl und LS2 zunächst eine Polarisationsoptik POl und P02 sowie Verzögerungsplatten (λ/2) durchläuft und dann durch die Folie 3 strahlt. Die optionale optische Kopplung der beiden Lichtquellen bzw. Lichtstrahlen kann den folgenden Zwecken dienen:This coupling can also be used in optical films (samples 3) with zeroth-order measurements to manage with only one light source. For this purpose, for example, the light source LQ2 and the wavelength separator WS2 omitted. The so-called second light beam in the out-of-plane branch is then supplied by the light source LQ1 and by the wavelength separator WS1 alone. After the beam coupling, which will be explained in detail later, then the respective light beam LS1 or LS2 is widened with an expander lens CU1 or CU2, in which case the respective light beam LS1 and LS2 first a polarization optics PO1 and PO2 and retardation plates (λ / 2). passes through and then radiates through the film 3. The optional optical coupling of the two light sources or light beams can serve the following purposes:
a) der Bestimmung der Retardations- und damit der Doppelbrechungs-Werte höherer Ordnungen;a) the determination of the retardation and thus the birefringence values of higher orders;
b) der zeitsynchronen Erfassung der In-Plane- und Out-of- Plane-Messwerte für die Folie 3 nullter Ordnung;b) the time-synchronous detection of the in-plane and out-of-plane measured values for the film 3 of zero order;
c) die Erfassung von In-Plane- und Out-of-Plane-Mess- werten für Folien höherer Ordnung;c) the acquisition of in-plane and out-of-plane measurements for higher-order films;
d) dem selektiven Erfassen bestimmter Wellenlängen und - bereiche;d) selectively detecting certain wavelengths and ranges;
e) der Referenzerfassung zur Transmissions- und Dickenermittlung; unde) the reference acquisition for transmission and thickness determination; and
f) der Eichung der Detektionseinheiten.f) the calibration of the detection units.
Wird - worauf vorstehend hingewiesen wurde - anstelle zweier getrennter Lichtquellen und zweier Wellenlängen- Separatoren nur eine Lichtquelle LQ und nur ein Wellenlängen-Separator WS verwendet und der Lichtstrahl dann in zwei Lichtstrahlen LSl und LS2 aufgespalten, so lässt sich darüber hinaus auch noch eine Kosteneinsparung durch die gekoppelte Verwendung der Lichtquellen für die In-Plane- und Out-of-Plane-Messung erzielen.If, as pointed out above, instead of two separate light sources and two wavelength separators, only one light source LQ and only one wavelength separator WS are used and the light beam is then split into two light beams LS1 and LS2, then a cost saving can also be achieved achieve the coupled use of light sources for in-plane and out-of-plane measurement.
Bevor auf die weitere Auswertung der in die Folie in dem Folienbereich X einstrahlenden Lichtstrahlen LSl und LS2 eingegangen wird, soll zunächst Bezug nehmend auf Figur 2 eine erste Variante der Strahlkopplung für die In-Plane- und die Out-of-Plane-Anregung erläutert werden.Before discussing the further evaluation of the light beams LS1 and LS2 radiating into the film in the film region X, reference will first be made, with reference to FIG. 2, to a first variant of the beam coupling for the in-plane process. and explain the out-of-plane suggestion.
In Figur 2 ist der Messaufbau in größerem Detail erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in Figur 1 betreffen.In Figure 2, the measurement setup is explained in greater detail, wherein like reference numerals refer to the same parts as in Figure 1.
Zur Bestimmung der Retardations- und Doppelbrechungs-Werte höherer als der ersten Ordnung ist zumindest eine zweite Wellenlänge notwendig (wie oben z.B. auch bezüglich des Mehrwellenlängenverfahrens ausgeführt ist) , die kollinear durch das annähernd gleiche Probevolumen gestrahlt wird. Dies kann in einer Variante der Erfindung unter Verwendung zumindest eines zweiten Lichtstrahls mit zum ersten Lichtstrahl versetzter Wellenlänge oder durch Verwendung eines Lichtstrahls mit einem Wellenlängenbereich erfolgen. Eine analoge Vorgehensweise ist für mehrere Wellenlängen möglich.To determine the retardation and birefringence values higher than the first order, at least a second wavelength is necessary (as discussed above for example with respect to the multi-wavelength method), which is collinearly irradiated by the approximately equal sample volume. In a variant of the invention, this can be done by using at least one second light beam with a wavelength offset from the first light beam or by using a light beam having a wavelength range. An analogous procedure is possible for several wavelengths.
Geht man beispielsweise davon aus, dass die Lichtquelle LQl mit einer Wellenlänge von 635 nm und die zweite Lichtquelle LQ2 mit einer Wellenlänge von beispielsweise 685 nm kollinear in dem annähernd gleichen Probenbereich X eingestrahlt wird, so können in der Praxis höhere Ordnungen bis zur neunten Ordnung bezüglich der zu untersuchenden Probe ermittelt werden. Je näher diese beiden vorstehend genannten Wellenlängen zueinander liegen, desto höher ist die theoretisch zu ermittelnde Ordnung. In der Praxis müssen allerdings Wellenlängen noch sauber separiert werden, weshalb häufig ein Wellenlängen-UnterschiedFor example, assuming that the light source LQ1 having a wavelength of 635 nm and the second light source LQ2 having a wavelength of, for example, 685 nm are collinearly irradiated in the approximately same sample area X, in practice higher orders up to the ninth order may be used the sample to be examined are determined. The closer these two aforementioned wavelengths are to one another, the higher the order to be determined theoretically. In practice, however, wavelengths still need to be separated cleanly, which is why there is often a wavelength difference
Δ λ > 10 nmΔλ> 10 nm
notwendig ist. Für viele Einsatzfälle ist ein Wert von Δ λ s 30 nmnecessary is. For many applications, a value of Δλ s 30 nm
sinnvoll. Derartige Werte können also allgemein zwischen 10 bis 100 nm, insbesondere zwischen 10 bis 80 nm oder 10 bis 60 nm bzw. 10 bis 50 nm variieren. Wie ausgeführt, sind Werte von etwa 20 nm bis 40 nm häufig geeignet.meaningful. Such values can thus generally vary between 10 to 100 nm, in particular between 10 to 80 nm or 10 to 60 nm or 10 to 50 nm. As stated, values of about 20 nm to 40 nm are often suitable.
Bei der nachfolgend erläuterten Variante gemäß Figur 2 werden zwei Lichtquellen LQl und LQ2 verwendet, wobei die darüber erzeugten Lichtstrahlen jeweils einem Wellenlängen-Separator WSl bzw. WS2, wie anhand von Figur 1 erläutert, zugeführt werden.2, two light sources LQ1 and LQ2 are used, the light beams generated above each being supplied to a wavelength separator WS1 or WS2, as explained with reference to FIG.
Die darüber erzeugten beiden Lichtstrahlen LSl und LS2 werden über eine Strahlteiler-Optik SKl bzw. SK2 miteinander gekoppelt.The two light beams LS1 and LS2 generated above are coupled to one another via a beam splitter optics SK1 or SK2.
Wird beispielsweise eine Breitbandlichtquelle mit Monochromator verwendet, dann lässt sich mit der Lichtquelle LQl ein Wellenlängenbereich von beispielsweiseIf, for example, a broadband light source with a monochromator is used, the wavelength of the light source LQ1 can be, for example
λl = 400 - 700 nmλl = 400-700 nm
durchfahren, während mittels der Lichtquelle LQ2 bei- spielsweise ein Wellenlängenbereich vonpass through, while by means of the light source LQ2, for example, a wavelength range of
λ2 = (400 + Δλ) - 700 nmλ2 = (400 + Δλ) - 700 nm
zeitsynchron mit gleichbleibendem Δλ eingestrahlt wird. Es besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, im sog. Probebetrieb die Ordnung zu bestimmen. Nimmt man dazu an, dass die Lichtquelle LQl im sichtbaren Bereich durchgescannt wird, dann besteht über die nachfolgend noch erläu- terten Schalteinrichtungen Sl für den ersten Lichtstrahl LSl bzw. die Schalteinrichtung S2 für den zweiten Lichtstrahl LS2 die Möglichkeit, die Lichtquelle LQ2 in einer Wellenlänge λl + Δλ gesteuert einzustrahlen und dann die Ordnung zu bestimmen. Dieses Prinzip funktioniert analog, wenn verschiedene diskrete Laserquellen statt einer Breitbandlichtquelle verwendet werden.is irradiated time-synchronous with constant Δλ. There is also the possibility to determine the order in so-called trial operation. Assuming that the light source LQ1 is scanned in the visible range, then the following is still to be explained. Switching devices Sl for the first light beam LSl and the switching device S2 for the second light beam LS2 the possibility to control the light source LQ2 controlled in a wavelength λl + Δλ and then to determine the order. This principle works analogously when different discrete laser sources are used instead of a broadband light source.
Gemäß Figur 2 ist zu ersehen, dass die beiden Lichtquellen LQl und LQ2 Lichtstrahlen erzeugen, die nach Durchlaufen der Wellenlängen-Separatoren WSl und WS2 für den In-Plane- und Out-of-Plane-Strahlengang in einer Aufspaltungs-Einheit SUl und SU2 in Strahlen mit gleicher Intensität un- polarisiert aufgespalten werden. Diese Aufspaltungsein- heiten SUl und SU2 können beispielsweise aus je einem nicht polarisierenden Breitband-Strahlteiler BSl und BS2 und je einem 100 %igen Spiegel Ml bzw. M2 bestehen. Die Aufspaltungseinheiten können auch durch alle anderen geeigneten Maßnahmen realisiert werden, beispielsweise auch in Form eines Lichtleiter-Multiplexers .According to FIG. 2, it can be seen that the two light sources LQ1 and LQ2 generate light beams which, after passing through the wavelength separators WS1 and WS2 for the in-plane and out-of-plane beam path in a splitting unit SU1 and SU2 in FIG Rays with the same intensity are split unpolarized. These splitting units SU1 and SU2 can consist, for example, of one non-polarizing broadband beam splitter BS1 and BS2 and one each of a 100% mirror M1 or M2. The splitting units can also be realized by all other suitable measures, for example also in the form of an optical waveguide multiplexer.
Somit wird der Lichtstrahl LSl über den Strahlteiler BSl in den durchlaufenden Lichtstrahl LS1_1 und in den davon abzweigenden Lichtstrahl LS1_2 geteilt. Ebenso wird der zweite Lichtstrahl LS2 über den zweiten Strahlteiler BS2 in den Lichtstrahl LS2_1 und L2_2 aufgeteilt.Thus, the light beam LS1 is divided via the beam splitter BS1 into the passing light beam LS1_1 and into the light beam LS1_2 branching off from it. Likewise, the second light beam LS2 is split into the light beam LS2_1 and L2_2 via the second beam splitter BS2.
Der mit der Wellenlänge X1 strahlende Lichtstrahl LS1_1 wird einer Kollimationseinheit CU1_1 (Aufweitungs-Optik CU1_1) und der zweite Teilstrahl LS1_2 der Aufweitungs- Optik CU1_2 zugeführt, dadurch aufgeweitet und anschließend einem weiteren Strahlteiler BS1_1 bzw. BS2_1 zugeführt. In diesen vorstehend erwähnten Strahlteilern wird jeweils ein Anteil des mit der Wellenlänge X1 strahlenden Lichtstrahles LS1_1 bzw. LS1_2 durch den Strahlteiler BS1_1 bzw. BS2_1 hindurchgeleitet.The light beam LS1_1 radiating with the wavelength X 1 is fed to a collimation unit CU1_1 (widening optics CU1_1) and the second part beam LS1_2 to the widening optics CU1_2, thereby widened and subsequently fed to a further beam splitter BS1_1 or BS2_1. In these beam splitters mentioned above in each case, a portion of the light beam LS1_1 or LS1_2 emitting with the wavelength X 1 passes through the beam splitter BS1_1 or BS2_1.
Entsprechendes gilt für den zweiten Lichtstrahl LS2, der über die erwähnte Aufspaltungseinheit SU2 in zwei Lichtstrahlen LS2_1 und LS2_2 aufgespalten wird, wobei der eine Lichtstrahl LS2_1 über eine Aufweit-Optik CU2_1 ebenfalls dem erwähnten Strahlteiler BS1_1 und der zweiten Licht- strahl LS2_2 dem weiteren Strahlteiler BS2_1 zugeführt wird, worüber ein Teil des Lichtstrahls parallel zu dem jeweils anderen Lichtstrahl LS1_1 bzw. LS1_2 umgelenkt wird, so dass sich sowohl auf dem In-Plane-Zweig als auch auf dem Out-of-Plane-Zweig jeweils Anteile beider Licht- strahlen LSl bzw. LS2 ausbreiten.The same applies to the second light beam LS2, which is split into two light beams LS2_1 and LS2_2 via the splitting unit SU2 mentioned above, the one light beam LS2_1 likewise being fed to the mentioned beam splitter BS1_1 via an expander optic CU2_1 and the second beam splitter LS2_2 to the further beam splitter BS2_1 a portion of the light beam is deflected parallel to the respective other light beam LS1_1 or LS1_2, so that both on the in-plane branch and on the out-of-plane branch portions of both light beams LS1 or LS2 spread.
Diese Lichtstrahlen verlaufen dann bevorzugt zunächst durch ein Verzögerungsglied λ/2 (häufig realisiert in Form einer sog. Verzögerungsplatte unter Bewirkung einer λ/2 Phasenverschiebung) , um anschließend die erwähnte Polarisationsoptik POl bzw. PO2 und danach dann die Probe 3 beispielsweise in Form eines transparenten Filmes zu durchstrahlen.These light beams then preferably run first by a delay element λ / 2 (often realized in the form of a so-called retardation plate with effecting a λ / 2 phase shift), to then the mentioned polarization optics POl or PO2 and then then the sample 3, for example in the form of a transparent To film.
In den erwähnten In-Plane- und Out-of-Plane-Strahlengängen (die kurz auch als IP- bzw. OP-Strahlengänge bezeichnet werden) stehen also jeweils die Lichtstrahlen mit der Wellenlänge X1 und λ2 mit je der halben Intensität an.In the mentioned in-plane and out-of-plane beam paths (which are also referred to as IP or OP beam paths for short), in each case the light beams with the wavelength X 1 and λ 2 each have half the intensity.
Wie aus Figur 2 auch hervorgeht, wird jeder der beiden aufgespaltenen Lichtstrahlen in den beiden weiteren Strahlteilern BS1_1 und BS2_1 teilweise auch in einen 90° Winkel reflektiert, so dass dieser Strahlenanteil mit Detektoren DETl bzw. DET2 zur Bestimmung der Transmission als Referenz herangezogen werden kann. Diese Messwerte können ferner zur Ermittlung der Foliendicke über das Lambert-Beersche-Gesetz herangezogen werden.As is apparent from Figure 2, each of the two split light beams in the two other beam splitters BS1_1 and BS2_1 partially reflected in a 90 ° angle, so that this beam portion with Detectors DETl or DET2 can be used to determine the transmission as a reference. These measurements can also be used to determine the film thickness over the Lambert-Beersche law.
Die erwähnten Schalter Sl und S2 (die vor der Aufweitungs- Optik CU1_2 bzw. CU2_1 angeordnet sind) dienen, wie erwähnt, zur Bestimmung der Ordnung, allerdings auch zur Eichung der jeweiligen Retardation bei unterschiedlichen Wellenlängen.The aforementioned switches S1 and S2 (which are arranged in front of the widening optics CU1_2 and CU2_1) serve, as mentioned, for determining the order, but also for calibrating the respective retardation at different wavelengths.
Mittels der Ausführungsform gemäß Figuren 1 und 2 ist also eine diskrete Detektion von definierten Wellenlängen oder -bereichen mittels der nachfolgend noch erörterten Detek- tionseinheit möglich. Bei diskreten eingestrahlten Wellenlängen A1 A2 kann eine entsprechende Eichung der Detek- tionseinheit entfallen.Thus, by means of the embodiment according to FIGS. 1 and 2, a discrete detection of defined wavelengths or ranges is possible by means of the detection unit which will be discussed below. With discrete irradiated wavelengths A 1 A 2 , a corresponding calibration of the detection unit can be dispensed with.
Nachfolgend wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 eingegangen, welches eine Ausführungsvariante in Abweichung zu Figur 2 zeigt.The following is an explanation of the exemplary embodiment according to FIG. 3, which shows a variant embodiment in deviation from FIG.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 besteht die Möglichkeit, dass die beiden Lichtstrahlen LSl und LS2 dis- krete Wellenlängen A1 und A2, A3 ... , An umfassen, wobei n = 1, 2, 3 ..., n, also die natürlichen Zahlen bis n betreffen, oder aber es besteht die Möglichkeit, dass die beiden Lichtstrahlen jeweils in einem Wellenlängenbereich Ax strahlen. Allerdings ist in diesem Falle dann die Ei- chung der nachfolgend erläuterten Detektionseinheit für die jeweilige Wellenlänge notwendig.In the embodiment according to FIG. 3, there is the possibility that the two light beams LS1 and LS2 comprise discrete wavelengths A 1 and A 2 , A 3 ..., A n , where n = 1, 2, 3..., N , that is, the natural numbers up to n, or it is possible that the two light beams each radiate in a wavelength range A x . However, in this case it is then necessary to calibrate the detection unit explained below for the respective wavelength.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 dient insbesondere zur zeitgleichen Bestimmung der Retardations-Werte für optische Folien im sichtbaren Wellenlängenbereich.The embodiment according to FIG. 3 is used in particular for the simultaneous determination of the retardation values for optical films in the visible wavelength range.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3, bei welchem gleiche Bezugszeichen und gleiche Benennungen gleiche Teile betreffen, wird also ein Lichtstrahl mit einem Wellenlängenbereich X1X in der Lichtquelle LQl erzeugt und dem nachfolgenden Wellenlängenbereichs-Separator WSl und nachfolgend einer Strahlteiler-Einheit SU mit einem Strahlteiler BSl und einem versetzt dazu angeordneten Spiegel Ml zugeführt, wodurch der Lichtstrahl LSl in zwei Lichtstrahlen LS1_1 und LS1_2 aufgeteilt wird. Die so erzeugten beiden Strahlenzweige werden In-Plane- und Out- of-Plane der zu untersuchenden Probe mit unterschiedlichem Winkel einander zugeführt, also der Strahl rechtwinkelig zur Folie und der andere in einem spitzen Winkel.In the embodiment according to FIG. 3, in which the same reference numerals and the same designations refer to the same parts, a light beam having a wavelength range X 1 X is thus generated in the light source LQ 1 and the following wavelength range separator WS 1 and subsequently a beam splitter unit SU with a beam splitter BSl and a mirror Ml arranged offset thereto, whereby the light beam LS1 is split into two light beams LS1_1 and LS1_2. The two beam branches produced in this way are fed to each other in-plane and out-of-plane at different angles, ie the beam is perpendicular to the film and the other at an acute angle.
Wie in Figur 3 angedeutet ist, kann alternativ dazu für den zweiten Strahlengang eine separate zweite Lichtquelle LQ2 und ein weiterer Wellenlängenbereich-Separator WS2 vorgesehen sein, der in Figur 3 strichliert umgrenzt ist. In diesem Falle würden dann der Strahlteiler SU wegfallen. Der erwähnte Wellenlängenbereichs-Separator WSl dient also dazu, einen bestimmten Wellenlängenbereich X1X aus dem in der einen Lichtquelle LQl erzeugten Lichtstrahl herauszu- filtern und durchzulassen. In der erwähnten Variante können aber auch zwei Lichtquellen LQl und LQ2 mit jeweils einem nachgeordneten Wellenlängenbereichs-Separator WSl bzw. WS2 verwendet werden, die einen bestimmten Wellenlän- genbereich X1X bzw. X2X aus den in den beiden Lichtquellen LQl und LQ2 erzeugten Lichtstrahlen herauszufiltern und durchzulassen, wobei X1X und X2X gleiche Wellenlängenbereiche, sich zumindest überlappende Wellenlängenbereiche oder versetzt zueinander liegende Wellenlängenbereiche darstellen können. Analoges gilt für den Fall, dass diskrete Wellenlängen anstelle eines Wellenlängenbereiches verwendet werden.As indicated in FIG. 3, a separate second light source LQ2 and a further wavelength range separator WS2 can alternatively be provided for the second beam path, which is delimited in dashed lines in FIG. In this case, the beam splitter SU would then be omitted. The above-mentioned wavelength range separator WSL thus serves to filter out a certain wavelength range in the X 1 X from the one light source LQL generated light beam and transmitting. In the above-mentioned variant, however, two light sources LQL and LQ2 used, each having a downstream wavelength band separator WSL or WS2 may be that a certain wavelength range X 1 X or X 2 X produced from the in the two light sources LQL and LQ2 filter out light beams and to transmit, wherein X 1 X 2 X and X is the same wavelength ranges, at least overlapping wavelength ranges or can represent mutually offset wavelength ranges. The same applies to the case in which discrete wavelengths are used instead of a wavelength range.
Anstelle der erwähnten Wellenlängenbereiche X1X können natürlich auch, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, diskrete Wellenlängen Xn eingestellt werden.Of course, instead of the mentioned wavelength ranges X 1 X, discrete wavelengths X n can also be set, as in the exemplary embodiment according to FIG.
Um die später noch beschriebenen Detektionseinheiten mit bestimmten Wellenlängen eichen zu können, werden dieIn order to be able to calibrate the detection units to be described later with specific wavelengths, the
Wellenlängen-Separatoren WSl und WS2 (zur Selektion der Lichtstrahlen) zur Eichung verwendet.Wavelength separators WSl and WS2 (for light beam selection) used for calibration.
Wie oben beschrieben, können zur Eichung ein Monochromator oder verschiedene Kantenfilter verwendet werden.As described above, a monochromator or various edge filters can be used for calibration.
Nach der Eichung kann die Eicheinrichtung entfernt werden oder sie dient weiterhin als Einheit zur Wellenlängenbe- reichs-Selektion. Die übrigen Einheiten und deren Funktionalität entsprechen grundsätzlich dem Aufbau nach Figur 2, wobei in jedem Wellengang der in einem Wellenlängenbereich strahlende Lichtstrahl LS1_1 einen Strahlteiler BS1_1 bzw. BS2_1 durchläuft, ebenso wie die Polarisations- optik, um dann auf die zu untersuchende Probe beispielsweise in Form des Filmes zu fallen.After calibration, the calibrator may be removed or continue to serve as a wavelength range selection unit. The remaining units and their functionality basically correspond to the construction according to FIG. 2, wherein in each wave the beam of light LS1_1 radiating in a wavelength range passes through a beam splitter BS1_1 or BS2_1, as well as the polarization optics, in order then to the sample to be examined, for example in shape of the movie to fall.
Bei den beiden vorstehend erwähnten Strahlteilern wird jeweils ein Anteil des betreffenden Lichtstrahles ausge- koppelt und der Detektoreinheit DETl bzw. DET2 zugeführt.In the case of the two beam splitters mentioned above, in each case a portion of the respective light beam is decoupled and fed to the detector unit DET1 or DET2.
Diese Messgrößen im Sende- und Empfangsteil können zur Ermittlung der Transmission und zur direkten Bestimmung der Foliendicke über das Lambert-Beersche-Gesetz herangezogen werden. Die Dickenmessung dient dann zur Berechnung der Doppelbrechungswerte über den Phasenwinkel bzw. die Retardation.These measured quantities in the transmitting and receiving part can be used to determine the transmission and for direct determination the film thickness be used over the Lambert-Beersche law. The thickness measurement then serves to calculate the birefringence values via the phase angle or the retardation.
Nachfolgend werden anhand von Figur 4 die Detektionsein- heiten 9 (nämlich die Detektionseinheit 9a zur Ermittlung der IP-Werte sowie der Detektionseinheit 9b für die Ermittlung der OP-Werte) näher erläutert, wie sie vom Prin- zipaufbau bereits aus Figur 1 ersichtlich sind. Anhand von Figur 4 ist dieser Aufbau im größeren Detail dargestellt, wobei vorausgeschickt wird, dass die Detektionseinheiten ebenso wie die Lichtstrahl-Erzeugungseinrichtungen im In- Plane- und im Out-of-Plane-Strahlengang analog aufgebaut sind, weshalb anhand von Figur 4 nur ein Detektionsteil für die IP- bzw. die OP-Komponenten beschrieben wird, wobei dieses Detektionsteil 9, 9a für den In-Plane-Zweig und in weiterer Ausführungsform als Detektionsteil 9, 9b für den Out-of-Plane-Zweig verwendet wird (wobei diese Detektionsteile 9, 9a nachfolgend teilweise auch als D1 bzw. D2 bezeichnet werden) .The detection units 9 (namely the detection unit 9a for determining the IP values and the detection unit 9b for determining the operating theater values) are explained in more detail below with reference to FIG. 4, as can already be seen from the principle of FIG. With reference to Figure 4, this structure is shown in greater detail, being preceded that the detection units as well as the light beam generating devices in the in-plane and in the out-of-plane beam path are constructed analogously, which is why with reference to Figure 4 only Detection part for the IP or the OP components is described, this detection part 9, 9a for the in-plane branch and in another embodiment as a detection part 9, 9b for the out-of-Plane branch is used (said Detection parts 9, 9a hereinafter also partially referred to as D 1 and D 2 ).
Dabei wird bereits an dieser Stelle angemerkt, dass zur Ermittlung der IP- wie aber auch der OP-Werte nur jeweils ein Detektionszweig notwendig ist. Nur dann, wenn das Ergebnis mit einer höheren Auflösung erzielt werden soll (worauf nachfolgend noch eingegangen wird) , können weitere Detektionszweige DN angebracht sein.It is already noted at this point that to determine the IP as well as the OP values only one detection branch is necessary. Only if the result is to be achieved with a higher resolution (which will be discussed later), can further detection branches D N be appropriate.
Dabei soll bereits an dieser Stelle angemerkt werden, dass mittels der erläuterten Detektionseinheit eine Mehrwellenlängen-Auswertung und -Detektion zeitgleich erfolgen kann und dass zudem eine kontinuierliche Auswertung zur Bestimmung höherer Ordnungen (zum Ausschluss von Dispersionsfehlern) ebenso ermöglicht wird.It should already be noted at this point that by means of the described detection unit, a multi-wavelength evaluation and detection can take place at the same time and that also a continuous evaluation of Determination of higher orders (to exclude dispersion errors) is also made possible.
Der aus der Probe austretende und nachfolgend kurz als LS bezeichnete Lichtstrahl LS entweder des In-Plane- oder des Out-of-Plane-Zweiges ist nach Durchlaufen der Probe 3 (in Form des transparenten oder teil-transparenten Films 3) elliptisch polarisiert und beinhaltet nach dem Durchgang durch die Folie 3 die benötigte Polarisationsinformation in Form eines Phasenwinkels, der in einen entsprechenden Wert für die Retardation und für die Doppelbrechung umgerechnet werden kann. Ferner besteht der Lichtstrahl im In- Plane- wie aber auch im Out-of-Plane-Strahl aus der Überlagerung aus den jeweils ausgestrahlten Wellenlängen, also aus den entweder eingestrahlten diskreten Wellenlängen und/oder dem zumindest einen Wellenlängenbereich.The light beam LS either from the in-plane or the out-of-plane branch emerging from the sample and subsequently referred to briefly as LS is elliptically polarized and contains after passing through the sample 3 (in the form of the transparent or partially transparent film 3) after passing through the film 3, the required polarization information in the form of a phase angle, which can be converted into a corresponding value for the retardation and for the birefringence. Furthermore, the light beam in the in-plane as well as in the out-of-plane beam consists of the superimposition of the respectively emitted wavelengths, ie of either the discrete wavelengths irradiated and / or the at least one wavelength range.
Wie bereits anhand von Figur 1 gezeigt, trifft also nach Austritt aus der zu untersuchenden Probe 3 der Lichtwel- lenstrahl LS auf eine Splitteinheit SPLIT, in der sowohl der Lichtstrahl im In-Plane- als auch im Out-of-Plane- Zweig mittels eines Strahlteilers D-BSl in einen Detek- tions-Lichtstrahl D-LSl und D-LS2 aufgespalten wird.As already shown with reference to FIG. 1, after the exit from the sample 3 to be examined, the light wave beam LS strikes a splitting unit SPLIT in which both the light beam in the in-plane and in the out-of-plane branch is detected by means of a Beam splitter D-BSl is split into a detection light beam D-LSl and D-LS2.
Der Teilstrahl D-LSl wird einem Separator D-SEPl und der weitere Lichtstrahl D-LS2 einem zweiten Separator D-SEP2 zugeführt.The partial beam D-LS1 is fed to a separator D-SEP1 and the further light beam D-LS2 is fed to a second separator D-SEP2.
Der aus den beiden Separatoren D-SEPl bzw. D-SEP2 aus- tretende Lichtstrahl wird dann auf ein diffraktives Element DOE (DOEl bzw. DOE2) - welches später detailliert erläutert wird - in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in ein räumliches Muster aufgespalten und über eine Linse Ll bzw. L2 auf ein danach angeordnetes Analysator-Element A abgebildet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Analysator-Element Al bezüglich des einen Teilstrahles D- LSl und auf ein Analysator-Element A2 bezüglich des zwei- ten Teilstrahles D-LS2 umfasst. Aus diesem Abbild-Muster - das nachfolgend noch erläutert wird - lassen sich Informationen über den Phasenwinkel, die Ordnung usw. des Lichtstrahles gewinnen, wobei die räumlichen und die Intensitäts-Informationen und eventuell die farblichen (Wellen- längen-) Informationen mittels einer nachgeschalteten Kamera DETl bzw. DET2 aufgenommen und in einem Rechner verwertet werden können.The light beam emerging from the two separators D-SEPl or D-SEP2 is then split into a spatial pattern as a function of the wavelength λ and transferred to a diffractive element DOE (DOE1 or DOE2), which will be explained in detail later a lens Ll or L2 to an analyzer element A arranged thereafter, which in the exemplary embodiment shown comprises an analyzer element Al with respect to one sub-beam D-LS1 and an analyzer element A2 with respect to the second sub-beam D-LS2. Information about the phase angle, the order, etc. of the light beam can be obtained from this image pattern - which will be explained below - with the spatial and intensity information and possibly the color (wavelength) information being determined by means of a downstream camera DETl or DET2 can be recorded and used in a computer.
Abweichend zu dem vorstehend erläuterten Ausführungsbei- spiel wäre es grundsätzlich ausreichend, den Lichtstrahl LS des In-Plane- oder des Out-of-Plane-Zweiges (also des IP- oder des OP-Zweiges) nur durch das diffraktive Element DOEl und die nachfolgende Linse Ll auf den Analysator Al einstrahlen zu lassen, um die darüber erhaltene Informati- on dann über den Empfangssensor, in der Regel die Kamera DETl, aufzunehmen und entsprechend auszuwerten. Die Verwendung der Splitteinheit SPLIT dient letztlich dazu, durch die Aufspaltung eine nochmals verbesserte Auflösung zu erzielen. Diese Einheit (SPLIT) ist zum einen in Figur 4 unter Verwendung der dort wiedergegebenen Einheit Shift eingezeichnet, um die punktiert umgrenzte zweite Detek- tionseinheit D2 gebildet ist. Die "Shift 1"-Einheit stellt ebenfalls wieder ein Verzögerungsglied (beispielsweise in Form einer Verzögerungsplatte) dar, wodurch beispielsweise eine λ/4 oder λ/2 oder dergleichen Phasenverschiebung in dem abgezweigten Lichtstrahl erzeugt wird, wodurch eine bessere Trennung zwischen langsameren und schnelleren Komponenten in dem einfallenden Lichtstrahl LS ermöglicht wird .In contrast to the exemplary embodiment explained above, it would in principle be sufficient to use the light beam LS of the in-plane or the out-of-plane branch (that is, the IP branch or the OP branch) only by the diffractive element DOE1 and the following Lens Ll can be irradiated to the analyzer Al, then the information about it received via the reception sensor, usually the camera DETl, record and evaluate accordingly. The use of splitting unit SPLIT ultimately serves to achieve a further improved resolution by the splitting. This unit (SPLIT) is shown on the one hand in FIG. 4 using the unit Shift shown there, around which the second detection unit D 2 is formed in a punctiform manner. The "Shift 1" unit also again constitutes a delay element (for example in the form of a retarder plate), for example producing a λ / 4 or λ / 2 or similar phase shift in the branched light beam, thus providing better separation between slower and faster components in the incident light beam LS allows becomes .
Dabei ist aus Figur 4 ferner zu ersehen, dass eine sog. Shift-Einheit zwischen dem ausgekoppelten Lichtstrahl D- LSl und D-LS2 angeordnet ist, also zwischen dem Strahlteiler D-BSl, der für den ersten Lichtstrahl D-LSl durchlässig ist und einen Teilstrahl auskoppelt, der dann nach Durchlaufen der Shift-Einheit auf den Spiegel RT,Ml fällt und im gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechend umge- lenkt wird und dabei den weiteren Wellenlängen-Separator oder Kantenfilter (insbesondere Kantenfilter) D-SEP2 durchläuft .It can also be seen from FIG. 4 that a so-called shift unit is arranged between the coupled-out light beam D-LS1 and D-LS2, ie between the beam splitter D-BS1, which is permeable to the first light beam D-LS1 and one Partial beam decouples, which then after passing through the shift unit to the mirror RT, Ml falls and in the illustrated embodiment is deflected accordingly and thereby passes through the other wavelength separator or edge filter (in particular edge filter) D-SEP2.
Die erwähnten SPLIT-Einheiten sind in Figur 1 als "SPLIT IP" und "SPLIT OP" für den IP- und den OP-Strahl dargestellt, wenn eine Aufspaltung in jeweils zwei Strahlengänge zur Erhöhung der Auflösung beabsichtigt is.tThe mentioned SPLIT units are shown in FIG. 1 as "SPLIT IP" and "SPLIT OP" for the IP and OP beams, if a splitting into respectively two optical paths is intended to increase the resolution
Bei extremen Anforderungen an die Auflösung kann es not- wendig sein, den Messbereich noch weiter zu erweitern. Dazu werden weitere Detektionszweige D1 bis DN über Strahlteiler BS angekoppelt, wie dies in Figur 4 durch die punktierte Umrisslinie angedeutet ist. Will man z.B. den gesamten sichtbaren Bereich mit höchster Auflösung erfassen, kann beispielsweise über einen Kantenfilter D-SEP nur ein Teilbereich des Spektrums auf das jeweilige diffraktive Element DOE eingestrahlt und detektiert werden.In the case of extreme resolution requirements, it may be necessary to extend the measuring range even further. For this purpose, further detection branches D 1 to D N are coupled via beam splitter BS, as indicated in FIG. 4 by the dotted outline. If, for example, one wants to detect the entire visible region with the highest resolution, for example, only a partial region of the spectrum can be radiated onto the respective diffractive element DOE and detected via an edge filter D-SEP.
Der jeweilige Separator D-SEPl bzw. D-SEP2 ist z.B. für eine bestimmte Wellenlänge X1, X2 etc. bis λN bzw. einen Wellenlängenbereich A1X durchgängig, für einen anderen Wellenlängenbereich A1X + ΔλX aber sperrend. Beim weiteren Separator oder Kantenfilter D-SEP2 ist dieses Verfahren genau umgekehrt. Somit ist es möglich, die jeweiligen Anregungswellenlängen und -bereiche zu trennen.The respective separator D-sepl or D-SEP2 is, for example for a certain wavelength X 1, X 2, etc. throughout to λ N or a wavelength range A 1 X, but blocking for a different wavelength range A 1 X + ΔλX. For the further separator or edge filter D-SEP2 this procedure is exactly reversed. Thus, it is possible to separate the respective excitation wavelengths and ranges.
An dem Spiegel RT,Ml wird ein Teilstrahl durchgelassen, der dann auf die Detektoreinheit DT3 fällt, also eine Detektionseinheit, die, wie ausgeführt, zur Bestimmung der Transmission und der Dicke der Folie benötigt wird.At the mirror RT, M1, a partial beam is transmitted, which then falls on the detector unit DT3, that is, a detection unit, which, as stated, is required for determining the transmission and the thickness of the film.
Nachfolgend wird auf die Detektionseinheiten anhand von Figur 1 und insbesondere auch anhand von Figur 5 ff. näher eingegangen.The detection units will be described below in more detail with reference to FIG. 1 and in particular also with reference to FIG. 5 et seq.
Dabei sind die Detektionseinheiten 9, d.h. die Detektionseinheiten 9a und 9b, für die beiden Strahlengänge In-Plane und Out-of-Plane analog aufgebaut, weshalb nachfolgend nur ein Detektionsanteil für einen Strahlenzweig beschrieben wird. Diese Detektionseinheiten 9 bzw. 9a und 9b umfassen grundsätzlich das diffraktive Element DOE, die Linse Ll bzw. L2, das Analysatorelement Al bzw. A2 und letztlich die der Detektion dienende Messeinheit oder Sensoren DETl bzw. DET2, die bevorzugt aus einer Kamera bestehen.In this case, the detection units 9, i. the detection units 9a and 9b, constructed analogously for the two beam paths in-plane and out-of-plane, which is why only one detection component for a beam branch is described below. Basically, these detection units 9 or 9a and 9b comprise the diffractive element DOE, the lens L1 or L2, the analyzer element A1 or A2 and finally the measuring unit or sensors DET1 or DET2 used for the detection, which preferably consist of a camera.
Die Grundkomponenten der Detektionseinheit 9 basieren auf dem erwähnten diffraktiven Element DOE und einer nach- geordneten Analysatoreinheit A. Das Detektionsprinzip wird dabei zunächst anhand von Figur 5 bezüglich seines grundsätzlichen Wirkungsprinzips unter Bezugnahme auf ein nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren erläutert.The basic components of the detection unit 9 are based on the aforementioned diffractive element DOE and a downstream analyzer unit A. The detection principle is first explained with reference to FIG. 5 with regard to its basic principle of operation with reference to a method known from the prior art.
Wird davon ausgegangen, dass beispielsweise ein Lichtstrahl LS mit nur einer Wellenlänge X1 in eine zu untersuchende Probe 3 eingestrahlt wird, so wird der Lichtstrahl LS nach Durchgang durch das polarisationserhaltende dif- fraktive Element DOE in ein vorbestiramtes Muster, d.h. ein vorbestimmtes Beugungsstruktur-Muster BM abgebildet. In dem anhand von Figur 5 gezeigten Beispiel wird der Lichtstrahl LS durch das diffraktive Element DOE in N-Teil- strahlen aufgespalten bzw. aufgefächert, die auf einer nachfolgend noch erörterten Analysator-Anordnung A eine Abbildung in Kreisflächen 15 ergeben, wobei diese Kreisflächen 15 und damit das Beugungsstruktur-Muster BM symmetrisch um einen Teilkreis herum liegen.If it is assumed that, for example, a light beam LS having only one wavelength X 1 is irradiated into a sample 3 to be examined, then the light beam LS, after passing through the polarization-maintaining diffuser, is irradiated. fractal element DOE in a vorbestiramtes pattern, ie, a predetermined diffraction pattern pattern BM imaged. In the example shown with reference to FIG. 5, the light beam LS is split or fanned out into N partial beams by the diffractive element DOE, which form an image in circular areas 15 on an analyzer arrangement A to be discussed below, these circular areas 15 and so that the diffraction pattern BM are symmetrical around a pitch circle.
Dieses Beugungsstruktur-Muster wird also auf die erwähnte Analysator-Anordnung A gestrahlt, wobei die Analysator- Anordnung A an jeder Abbildungsposition 115 (in Figur 5 also im Bereich jedes Einzelkreises 15) Einzel-Analysato- ren in Form von Polarisatoren umfassen, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Im erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist dabei jeder Einzel- Analysator 19 mit seiner Polarisationsebene um 15° gegenüber der Polarisationsebene eines benachbarten Einzel- Analysators gedreht.This diffraction structure pattern is thus irradiated to the mentioned analyzer arrangement A, the analyzer arrangement A comprising individual analyzers in the form of polarizers at each imaging position 115 (ie in the region of each individual circle 15 in FIG. 5) are arranged at certain angles to each other. In the illustrated exemplary embodiment according to FIG. 5, each individual analyzer 19 is rotated with its plane of polarization by 15 ° with respect to the polarization plane of an adjacent individual analyzer.
Allgemein wird also ein Lichtstrahl LS durch das erwähnte diffraktive Element DOE in N-Teilstrahlen aufgespalten. Die Polarisationsausrichtungen der einzelnen Analysatoren sind in Winkeln vonIn general, therefore, a light beam LS is split by the mentioned diffractive element DOE into N partial beams. The polarization orientations of the individual analyzers are in angles of
a - • ia - • i
~N ~ N
angeordnet, wobei i = 1, 2, 3, ..., N die natürlichen ganzen Zahlen sind und dabei N der Anzahl der Teilchenstrahlen und damit der Anzahl der Einzel-Analysatoren entspricht .where i = 1, 2, 3, ..., N are the natural integers, and N is the number of particle beams and thus the number of individual analyzers corresponds.
Je nach Phasenwinkel des doppelbrechenden Mediums entsteht so ein Intensitätsmuster BS hinter der Analysator-Anord- nung, das beispielsweise mit Einzeldioden, Zeilenarrays oder Vollflächensensoren erfasst werden kann. Insbesondere eignen sich hierfür LCD-Zellen oder beispielsweise CCD- Kameras etc.Depending on the phase angle of the birefringent medium, an intensity pattern BS arises behind the analyzer arrangement, which can be detected, for example, with individual diodes, line arrays or full-area sensors. In particular, LCD cells or, for example, CCD cameras, etc. are suitable for this purpose.
Mittels der vorstehenden, anhand von Figur 5 erläuterten Analysator-Anordnung lässt sich also der Phasenwinkel ermitteln, wobei der räumliche Aufbau beliebig sein kann. Das insoweit erläuterte Messverfahren zur Umwandlung einer zeitlichen Polarisationsinformation in eine räumliche ist dabei grundsätzlich aus der eingangs bereits erwähnten Vorveröffentlichung DE 195 37 706 Al bekannt.By means of the above, explained with reference to Figure 5 analyzer arrangement can therefore determine the phase angle, the spatial structure may be arbitrary. The measuring method for the conversion of a temporal polarization information into a spatial one explained so far is basically known from the above-mentioned prior publication DE 195 37 706 A1.
Anhand von Figur 6 wird nunmehr in Abweichung zu Figur 5 das erfindungsgemäße Messverfahren näher erläutert.With reference to FIG. 6, in contrast to FIG. 5, the measuring method according to the invention will now be explained in more detail.
Erfindungsgemäß ist nämlich nunmehr vorgesehen, dass die wellenlängenabhängigen, diffraktiven Eigenschaften des diffraktiven Elementes DOE zur zeitgleichen Erfasssung der Polarisationseigenschaften (Retardation) mehrerer dis- kreter Wellenlängen und/oder zumindest eines Wellenlängenbereiches genutzt werden.In accordance with the invention, it is now provided that the wavelength-dependent diffractive properties of the diffractive element DOE are used for the simultaneous detection of the polarization properties (retardation) of a plurality of discrete wavelengths and / or at least one wavelength range.
Trifft nämlich ein Lichtstrahl auf das diffraktive Element DOE, welcher in mehreren diskreten Wellenlängen und/oder in zumindest einem Wellenlängenbereich strahlt, dann werden in Abhängigkeit der Wellenlänge analoge Muster, d.h. analoge Beugungsstruktur-Muster B, erzeugt, die je nach Auslegung des verwendeten diffraktiven Elementes DOE räum- lich getrennt sind oder räumlich getrennt sein können und an jedem Musterort polarisationserhaltend sind.If a light beam hits the diffractive element DOE, which radiates in a plurality of discrete wavelengths and / or in at least one wavelength range, analogous patterns, ie analog diffraction pattern B, are generated as a function of the wavelength, depending on the design of the diffractive element used DOE Lich are separated or may be spatially separated and are polarization-preserving at each sample location.
Figur 6 zeigt dabei die erfindungsgemäße Prinzipdarstel- lung der Wellenlängenselektivität eines diffraktiven Elementes DOE mit einer Analysatoranordnung am Beispiel von drei diskreten Wellenlängen X1, λ2 und X3. Würden in Abweichung zu Figur 6 keine Analysatoren, also keine Polarisatoren verwendet werden, so würde sich das gleiche in Figur 6 wiedergegebene Abbildmuster ergeben, allerdings wären dann die Intensitäten an allen Abbildpositionen auf den jeweiligen Teilkreisen gleich.FIG. 6 shows the principle representation according to the invention of the wavelength selectivity of a diffractive element DOE with an analyzer arrangement using the example of three discrete wavelengths X 1 , λ 2 and X 3 . If, unlike FIG. 6, no analyzers, ie no polarizers, were used, the same image pattern reproduced in FIG. 6 would result, but then the intensities at all image positions would be the same on the respective pitch circles.
Mit der Wellenlängenselektivität des diffraktiven Elemen- tes DOE ist also eine räumliche Trennung in Abhängigkeit der Wellenlänge möglich. Es wird ein Beugungsmuster BM erzeugt, dessen Einzelkomponenten zudem alle die gleiche Polarisationsinformation für die jeweilige Wellenlänge enthalten. Wird, wie erläutert, vor jedes Einzelmuster (in Figur 5 bzw. 6 die jeweilige Kreisfläche 15 an der betreffenden Abbildungsposition 115) ein Analysator A mit definiertem, aber voneinander verschiedenen Polarisationswinkeln gebracht, dann kann der Phasenwinkel des doppelbrechenden Mediums bei verschiedenen Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereichen zeitgleich detektiert werden. Man kann also die Polarisationseigenschaften in einem breiten Wellenlängenbereich und bei höheren Ordnungen zeitgleich erfassen.With the wavelength selectivity of the diffractive element DOE, a spatial separation as a function of the wavelength is thus possible. A diffraction pattern BM is generated whose individual components also all contain the same polarization information for the respective wavelength. If, as explained, an analyzer A with defined but mutually different polarization angles is brought before each individual pattern (in FIG. 5 or 6 the respective circular area 15 at the relevant imaging position 115), then the phase angle of the birefringent medium can be at different wavelengths or wavelength ranges be detected at the same time. So you can capture the polarization properties in a wide wavelength range and at higher orders at the same time.
Das in Figur 6 in räumlicher Darstellung wiedergegebene Beugungsmuster BN ist in ebener Betrachtung in Figur 7 nochmals wiedergegeben, wobei an jeder Abbildposition 115 (im gezeigten Ausführungsbeispiel mit den Kreisflächen 15) dann ein Analysator A in Form eines Einzel-Analysators 19 positioniert ist, der, wie oben erläutert, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine um 15° abweichende Ausrichtung der Polarisationsebene aufweist.The diffraction pattern BN reproduced in a spatial representation in FIG. 6 is reproduced once again in a planar view in FIG. 7, whereby at each image position 115 (with the circular surfaces 15 in the exemplary embodiment shown). Then, an analyzer A is positioned in the form of a single analyzer 19, which, as explained above, in the embodiment shown has an orientation of the polarization plane deviating by 15 °.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 6 und 7 ist dabei ein Beugungsmuster in Abhängigkeit von dem verwendeten diffraktiven Element DOE als ein Beispiel wiedergegeben. Dabei zeigt die Abbildfunktion gemäß Figuren 6 und 7 ein Abbild- oder Beugungsmuster für den Fall, dass für die zu ■ zu untersuchende Probe ein Lichtstrahl mit mehreren diskreten Wellenlängen (die sich also voneinander unterscheiden) verwendet wird. Werden anstelle von diskreten Wellenlängen für die zu untersuchende Probe ein Lichtstrahl verwendet, der einen Wellenlängenbereich umfasst, so gehen die Muster ineinander über, wie dies beispielsweise in Figur 7 durch die ovalen Umrandungen 115' wiedergegeben ist .In the embodiment according to FIGS. 6 and 7, a diffraction pattern is reproduced as an example, depending on the diffractive element DOE used. The image function according to FIGS. 6 and 7 shows an image or diffraction pattern for the case in which a light beam having a plurality of discrete wavelengths (which therefore differ from one another) is used for the sample to be examined. If, instead of discrete wavelengths for the sample to be examined, a light beam is used which comprises a wavelength range, the patterns merge into one another, as is reproduced, for example, in FIG. 7 by the oval borders 115 '.
Mit anderen Worten ist also in Figur 7 längs der Doppelpfeildarstellung WW angegeben, welche Abbildpunkte in Abhängigkeit von dem Wellenlängenwechsel erzeugt werden. Gemäß der Pfeildarstellung DisP sind die diskreten Polari- sationsabbildungs-Punkte oder Flächen angegeben, also jene Bereiche, in welchen der Lichtstrahl in Abhängigkeit der Polarisation an unterschiedlichen Orten abgebildet wird.In other words, in FIG. 7, along the double-arrow representation WW, it is indicated which image points are generated as a function of the wavelength change. According to the arrow diagram DisP, the discrete polarization imaging points or areas are indicated, ie those areas in which the light beam is imaged at different locations as a function of the polarization.
Entsprechend des in Abhängigkeit des verwendeten diffrak- tiven Elementes DOE erzeugten Beugungsmusters BM muss also auch eine entsprechend abgestimmt abgepasste Analysator- Anordnung A verwendet oder eine Analysatoranordnung entsprechend ausgelegt werden. Handelt es sich dabei um wenige diskrete Wellenlängen, kann eine Analysatoranordnung A auch unter Verwendung von diskreten Analysatorelementen 19 hergestellt werden. An jeder Muster-Position wird dann am Analysatorelement ein Einzelanalysator 19 in einem definierten Winkel angebracht, wie dies bereits oben be- schrieben wurde. Andernfalls muss eine gesamte Analysator- Anordnung mit entsprechenden Abschnitten und Bereichen erzeugt bzw. entsprechend angepasst werden, wobei diese Bereiche beispielsweise 115' zur Auswertung der entsprechenden Polarisationsinformationen entsprechend ausgerichtete Polarisationsbereiche aufweisen müssen.In accordance with the diffraction pattern BM generated as a function of the diffractive element DOE used, an analyzer arrangement A that has been appropriately matched must therefore also be used or an analyzer arrangement must be designed accordingly. If these are a few discrete wavelengths, an analyzer arrangement A also be produced using discrete analyzer elements 19. At each pattern position, a single analyzer 19 is then attached to the analyzer element at a defined angle, as already described above. Otherwise, an entire analyzer arrangement with corresponding sections and areas must be generated or adapted accordingly, these areas having to have, for example, 115 'for the evaluation of the corresponding polarization information correspondingly aligned polarization areas.
Anhand von Figur 8 ist nur abweichend von Figur 7 ein anderes Beispiel gezeigt, wenn ein anderes diffraktives Element DOE verwendet wird, das zu einer anderen Abbildfunk- tion führt. Auch in diesem Falle muss ein der einzelnen Abbildposition 115 (die in Figur 8 jeweils aus einer quadratischen Fläche besteht) entsprechendes Analysator-Ein- zelelemente 19 positioniert werden, oder aber es wird ein gemeinsamer Analysator verwendet, der einzelne gegliederte Analysator-Abschnitte 19 umfasst, die für eine Detektion einer bestimmten Polarisationsausrichtung entsprechend der Pfeildarstellung angepasst sind. Dies soll nur zeigen, dass unterschiedlichste Abbildpositionen und Anordnung von Analysatoren denkbar und möglich sind, in Abhängigkeit des verwendeten diffraktiven Elementes DOE.With the exception of FIG. 7, another example is shown with reference to FIG. 8 if another diffractive element DOE is used, which leads to a different image function. Also in this case, one of the individual image position 115 (which in each case consists of a square area in FIG. 8) must be positioned corresponding to analyzer individual elements 19, or else a common analyzer comprising individual structured analyzer sections 19 is used, which are adapted for detection of a particular polarization orientation according to the arrow representation. This is only intended to show that the most varied image positions and arrangement of analyzers are conceivable and possible, depending on the diffractive element DOE used.
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, dass bei mehreren diskreten Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen das Analysator-Muster dann aber praktisch nicht mehr her- stellbar ist. Von daher ist das erfindungsgemäß vorgesehene Analysator-Element in Form der Einzel-Analysatoren 19 vorgesehen, für die sich drei Wege anbieten: i) Es ist die Verwendung bzw. die Herstellung diskreter Einzel-Analysatoren 19 in Form von Einzel-Polarisatoren 19a möglich, wie dies oben beschrieben wurde,From the above explanation, it follows that at several discrete wavelengths or wavelength ranges, however, the analyzer pattern is then practically no longer producible. Therefore, the analyzer element provided according to the invention is provided in the form of the individual analyzers 19, for which three paths are available: i) it is possible to use discrete single analyzers 19 in the form of single polarizers 19a, as described above,
ii) es ist die lithographische oder holographische Verwendung und Herstellung eines Analysator-Elementes möglich, oderii) lithographic or holographic use and preparation of an analyzer element is possible, or
iii) es ist die Verwendung eines Analysator-Elementes un- ter Verwendung der Struktur einer LCD-Anordnung möglich.iii) it is possible to use an analyzer element using the structure of an LCD device.
Bezüglich der vorstehend an zweiter Stelle genannten Verwendung von lithographischen oder holographischen Analysa- tor-Elementen bietet sich die Verwendung lithographisch oder holographisch hergestellter Polarisations-Gitter- Arrays an. Jedes Musterelement, das in Abhängigkeit von dem DOE-Muster angeordnet ist, weist dann eine definierte Polarisationsstellung aus. Wie in den Figuren 6 bis 8 angedeutet ist, werden die Analysator-Elemente zumindest im Bereich von 0 bis π zueinander verdreht angeordnet. Je mehr Einzel-Analysatoren in diesem Bereich angeordnet sind, desto höher wird die Auflösung des Phasenwinkels.With regard to the above-mentioned use of lithographic or holographic Analysa- tor elements lends itself to the use of lithographically or holographically produced polarization grating arrays on. Each pattern element, which is arranged in dependence on the DOE pattern, then has a defined polarization position. As indicated in FIGS. 6 to 8, the analyzer elements are arranged rotated in relation to each other at least in the range from 0 to π. The more single analyzers arranged in this area, the higher the resolution of the phase angle becomes.
Da die Drehung der Polarisation in einer LCD-Zelle spannungsabhängig ist, kann bezüglich der oben genannten dritten Variante innerhalb der Auflösung eines LCD-Schirmes jede LCD-Zelle mit einem bestimmten Polarisationswinkel eingestellt werden. In einem Eichverfahren kann also Licht einer Wellenlänge durch das diffraktive Element DOE auf den LCD-Schirm abgebildet werden. Für jedes angestrahlte Muster wird dann auf den Einzel-LCD-Zellen eine definierte Polarisationsausrichtung aufgeprägt und im Rechner hinter- legt . Das sog. Eich-Verfahren wird dann für beliebige anderen Wellenlängen wiederholt. Somit ist es also möglich, eine hoch auflösende Polarisationsanordnung mit der Auflösung eines LCD-Bildschirmes zu schaffen.Since the rotation of the polarization in an LCD cell is voltage-dependent, with respect to the above-mentioned third variant, within the resolution of an LCD screen, each LCD cell having a certain polarization angle can be adjusted. In a calibration method, therefore, light of a wavelength can be imaged by the diffractive element DOE on the LCD screen. For each illuminated pattern, a defined polarization orientation is then impressed on the individual LCD cells and stored in the computer. puts. The so-called calibration procedure is then repeated for any other wavelengths. Thus, it is thus possible to provide a high resolution polarization arrangement with the resolution of an LCD screen.
Mittels des erläuterten Messverfahrens und des erläuterten Messaufbaus lassen sich im Zusammenhang mit der geschilderten Detektionseinheit eine Reihe von Informationen ermitteln, nämlichBy means of the illustrated measuring method and the described measuring structure can be determined in connection with the described detection unit, a series of information, namely
1) Der Detektor ist wellenlängenselektiv. In Abhängigkeit von der Wellenlänge bildet sich entsprechend der DOE-Struktur ein definiertes räumliches Muster ab. Das vom DOE gestreute Muster ist polarisationserhal- tend. Die räumliche Struktur definiert also die Wellenlänge .1) The detector is wavelength selective. Depending on the wavelength, a defined spatial pattern is formed according to the DOE structure. The pattern scattered by the DOE is polarization-preserving. The spatial structure defines the wavelength.
2) Das generierte Muster erlaubt durch die einzelnen Analysatorelemente die Bestimmung des Phasenwinkels und damit die Retardation des doppelbrechenden Mediums. Schematisch sind z.B. in Figur 9 die Polarisationsellipsen dreier diskreter Wellenlängen mit ihren Phasenwinkeln dargestellt. Da die Detektion zeitgleich erfolgt, liegt also für jede Wellenlänge wegen der Wellenlängenabhängigkeit der Retardation ein unterschiedlicher Phasenwinkel an (Δφ = 2πR/λ) . In der Praxis treten Ordnungssprünge (R > nλ, n = 1..N) auf und Δφ - 0,nπ. Da es mit der Anordnung möglich ist, bei quasi diskreten Wellenlängen jeweils den Phasenwinkel zu bestimmen und sich der Phasenwinkel mit der Wellenlänge invers ändert, ist es möglich, den wellenlängenabhängigen Ordnungssprung direkt über ein Minimierungsverfahren zu detektieren. 3) Da die Stellung der Polarisationselemente bekannt ist und der Phasenwinkel aus der Intensitätsmessung bestimmt werden kann, ist auch die Bestimmung der Hauptachsen und der Amplitude der Doppelberechnung bekannt, was wiederum für die Ermittlung der Müller Matrix verwendet werden kann.2) The generated pattern allows the individual analyzer elements to determine the phase angle and thus the retardation of the birefringent medium. Schematically, for example, the polarization ellipses of three discrete wavelengths with their phase angles are shown in FIG. Since the detection takes place at the same time, a different phase angle is therefore present for each wavelength (Δφ = 2πR / λ) because of the wavelength dependence of the retardation. In practice order jumps (R> nλ, n = 1..N) occur and Δφ - 0, nπ. Since it is possible with the arrangement to determine the phase angle at quasi-discrete wavelengths in each case and the phase angle changes inversely with the wavelength, it is possible to detect the wavelength-dependent order jump directly via a minimization method. 3) Since the position of the polarization elements is known and the phase angle can be determined from the intensity measurement, the determination of the principal axes and the amplitude of the double calculation is also known, which in turn can be used for the determination of the Mueller matrix.
4) Mit der Anwendung von mindestens zwei nahe beieinander liegenden Wellenlängen kann die Ordnung der Doppelbrechung online und zeitsynchron bestimmt werden.4) With the application of at least two closely spaced wavelengths, the order of birefringence can be determined online and time synchronously.
5) Für optische Filme kann online und zeitsynchron die Retardation in einem großen Wellenlängenbereich be- stimmt werden.5) For optical films, the retardation in a wide wavelength range can be determined online and synchronously.
6) Wird über die Intensitäten (I ~ cos2 (πR/λ f (λ) ) ) eines Wellenlängenmusters integriert, kann also die Retardation zusätzlich zur Phasenwinkelinformation bestimmt werden, was die Auflösung höher treibt.6) Is the intensities (I ~ cos 2 (πR / λ f (λ)) are integrated) of a wavelength pattern, so the retardation can be determined in addition to the phase angle information, which increases the resolution higher.
7) Wie vorstehend unter Punkt 6) ausgeführt ist, kann zusätzlich für jede Wellenlänge auch die Transmission bestimmt werden, da ja in jeder Anregung auch die eingestrahlte Intensität gemessen wird.7) As stated above under point 6), the transmission can additionally be determined for each wavelength, since the irradiated intensity is also measured in each excitation.
8) Über die Bestimmung der Transmission bei mehreren Wellenlängen kann über das Lambert-Beersche-Gesetz die Dicke der Probe bestimmt werden.8) Through the determination of the transmission at several wavelengths, the thickness of the sample can be determined via the Lambert-Beersche law.
Die Detektion und Auswertung dieser vorstehend erläuterten Informationen geschieht dann bevorzugt in einer Vollformat-CCD-Kamera, die in Figur 1 bzw. Figur 5 als DETl und DET2 gekennzeichnet ist. Diese Kameras sind dann aber nicht nur für den In-Plane-Strahlungszweig IP, sondern auch für den Out-of-Plane-Strahlungszweig OP vorgesehen, so dass dann insgesamt vier derartige Kameras DET verwen- det werden.The detection and evaluation of this information explained above is then preferably done in a full-frame CCD camera, which in Figure 1 and Figure 5 as DETl and DET2. These cameras are then not only provided for the in-plane radiation branch IP, but also for the out-of-plane radiation branch OP, so that a total of four such cameras DET are then used.
Nimmt man also an, dass sich beispielsweise die zu untersuchende Probe, vor allem in Form einer zu untersuchenden Folienbahn, mit 600 m/min vorwärts bewegt, dann könnte bei einem Messtrahldurchmesser von beispielsweise 10 mm für die Lichtstrahlen alle 10 ms die Bestimmung der Polwinkel vorgenommen werden. Da sich pro Messpunktvolumen allerdings unterschiedliche Polarisationseigenschaften zeigen können, ist eine Mittelung über mehrere Messpunkte ange- bracht oder notwendig.Assuming, for example, that the sample to be examined, in particular in the form of a film web to be examined, moves forward at 600 m / min, then with a measuring beam diameter of, for example, 10 mm for the light beams, the pole angles could be determined every 10 ms become. However, since different polarization properties can show per measuring point volume, averaging over several measuring points is appropriate or necessary.
Schließlich soll noch darauf hingewiesen werden, dass eine Grundvoraussetzung zur aufgelösten Detektion der Transmissionen durch die zu untersuchende Probe hindurch darin besteht, die Intensitäten der Anregungen der Lichtstrahlen zu kennen bzw. zu erfassen. Bei der Anregung wird dies dadurch gewährleistet, dass die eingestrahlten Intensitäten in den Detektoreinrichtungen DETl, DET2 erfasst werden können, wie dies anhand von Figuren 2 bzw. 3 gezeigt ist. Denn bei den dort wiedergegebenen Strahlteilern kann aus jedem der ausgekoppelten Strahlen für die erste oder die zweite Wellenlänge bzw. den ersten oder zweiten Wellenlängenbereich jeweils ein der Intensitätsanpassung dienender Teilstrahl ausgekoppelt werden, der über die erwähnten Detektoreinrichtungen DETl und DET2 gemessen werden kann.Finally, it should be pointed out that a basic prerequisite for the resolved detection of the transmissions through the sample to be examined is to know or detect the intensities of the excitations of the light beams. In the case of excitation, this is ensured by the fact that the irradiated intensities can be detected in the detector devices DET1, DET2, as shown with reference to FIGS. 2 and 3, respectively. Because in the case of the beam splitters reproduced there, one respective sub-beam serving for the intensity adjustment can be coupled out of each of the coupled-out beams for the first or the second wavelength or the first or second wavelength range, which can be measured via the mentioned detector devices DET1 and DET2.
Nachdem das Transmissionsspektrum gemessen wurde, kann über das Lambert-Beersche-Gesetz auch die Dicke der Probe bestimmt werden, die wiederum zur Berechnung der Doppelbrechungswerte verwendet wird. Natürlich kann auch für diese Bestimmung die Dickeninformation aus externen Messvorrichtungen der Dicke herangezogen werden.After the transmission spectrum has been measured, the thickness of the sample can also be determined by the Lambert-Beersche law are determined, which in turn is used to calculate the birefringence values. Of course, the thickness information from external measuring devices of the thickness can also be used for this determination.
Abschließend wird noch auf die Eichung und Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen.Finally, the calibration and calibration of the device according to the invention will be discussed.
Zur Eichung werden ein Monochromator oder andere diskrete Wellenlängen eingesetzt. Für eine diskrete Wellenlänge wird dann der Ort auf der Analysatoreinheit und deren Abbildung auf der Kamera, also in der Detektionseinrich- tung DETl bzw. DET2 ermittelt.For calibration, a monochromator or other discrete wavelengths are used. For a discrete wavelength, the location on the analyzer unit and its imaging on the camera, that is to say in the detection device DET1 or DET2, is then determined.
Eine weitere Kalibrierungsmethode besteht in der Verwendung von Spektrallinien von Weißlichtquellen (Spektrallampen) . Diese ermöglichen eine kontinuierliche Selbstkal- brierung während des Betriebes.Another calibration method is the use of spectral lines of white light sources (spectral lamps). These allow continuous self-calibration during operation.
Ähnlich dazu könnten der Weißlichtquelle überlagerte diskrete Laserwellenlängen oder durch Notch-Filter erzeugte diskrete Auslöschungen als Kalibrierpunkte herangezogen werden.Similarly, discrete laser wavelengths superimposed on the white light source or discrete erasures generated by notch filters could be used as calibration points.
Durch dieses Eichverfahren lassen sich also die wellenlängenabhängigen Auftreffpunkte bei dem Abbildmuster auf der Analysatoreinrichtung bestimmen, und zwar auch dann, wenn die Abbildmuster beispielsweise sich oval oder länglich erstreckende Abbildpositionen ergeben, die sich über einen Wellenlängenbereich hinweg erstrecken.By means of this calibration method, it is therefore possible to determine the wavelength-dependent impingement points in the image pattern on the analyzer device, even if the image patterns result, for example, in oval or elongated image positions which extend over a wavelength range.
Für Proben insbesondere in Form von transparenten oder teiltransparenten Kunststofffolien, für die R < λ gilt, treten bei einer Verdrehung der Polarisationsellipse umd π maximale Retardationsunterschiede bei R (700 nm) bis R(400 nm) von maximal 150 nm auf. Bei diesen Folien ist es nicht notwendig, eine zweite Wellenlänge zu verwenden. Vielmehr kann der gesamte Wellenlängenbereich mit einer vereinfachten Anordnung gemessen und geeicht werden.For samples, in particular in the form of transparent or semi-transparent plastic films, for which R <λ, occur at a rotation of the polarization ellipse umd π maximum Retardationsunterschiede at R (700 nm) to R (400 nm) of a maximum of 150 nm. With these films, it is not necessary to use a second wavelength. Rather, the entire wavelength range can be measured and calibrated with a simplified arrangement.
Im Prinzip reicht es hier aus, mit wenigen Wellenlängen eine entsprechende Eichmessung durchzuführen. Der Rest des Spektrumverlaufes kann mathematisch angepasst werden.In principle, it is sufficient here to carry out a corresponding calibration measurement with a few wavelengths. The rest of the spectrum can be adjusted mathematically.
Bei Folien höherer Ordnung kann z.B. das Spektrum der Anregung LSl mit der Wellenlänge λl kontinuierlich mit der maximalen Abtastrate der Detektionseinheit oder Detek- tionskamera DETl durchfahren werden. Bei definierten Wellenlängen von λl wird ein sog. Probing Puls der Wellenlänge λ2 = λl + Δλ eingespeist, der eventuell eine höhere Intensität als λl haben kann. Um die höhere Intensität sicherzustellen, wird mittels des Detektors DT3 (gezeigt in Figur 4) die Durchschnittsintensität von λl gemessen und dementsprechend die Intensität von λ2 angepasst, was dazu führt, dass an den Detektoren ein höherer Signalpegel entsteht, der eine Unterscheidung zum Signal von λl ermöglicht. Eventuell kann dieser Probing Puls auch mit einer anderen Polarisation verwendet werden. For higher order films, e.g. the spectrum of the excitation LSl with the wavelength λl are continuously passed through with the maximum sampling rate of the detection unit or detection camera DETl. At defined wavelengths of λl, a so-called probing pulse of wavelength λ2 = λl + Δλ is fed, which may possibly have a higher intensity than λl. In order to ensure the higher intensity, the average intensity of λ1 is measured by means of the detector DT3 (shown in FIG. 4) and the intensity of λ2 is accordingly adjusted, which results in a higher signal level at the detectors, which differs from the signal of λ1 allows. Eventually, this probing pulse can also be used with a different polarization.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Messung der Doppelbrechung und/oder der Retardation an Proben (3) , insbesondere in Form von laufenden Folienbahnen bestehend aus ein- oder mehrschichtigen transparenten oder teiltransparenten Kunststofffilmen, mit folgenden Merkmalen mittels zumindest einer Lichtquelle (LQl, LQ2 ) oder mittels zwei Lichtquellen (LQl, LQ2) werden zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugt,1. A method for measuring the birefringence and / or the retardation of samples (3), in particular in the form of running film webs consisting of single or multi-layer transparent or partially transparent plastic films, with the following features by means of at least one light source (LQL, LQ2) or by means of two Light sources (LQ1, LQ2), two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) are generated,
- die beiden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) werden in unterschiedlichem Winkel zuein- ander auf die Probe (3) gerichtet und durchstrahlen die zu analysierende Probe (3) in unterschiedlichen Winkeln,- The two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) are directed at different angles to each other on the sample (3) and irradiate the sample to be analyzed (3) at different angles,
- die beiden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) durchstrahlen die Probe (3) an gleicher Position (X) oder einen bezogen auf die Probengröße und/oder Probenbreite eng umgrenzten Probenbereich (X) ,the two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) pass through the sample (3) at the same position (X) or a sample area (X) narrowly bounded with respect to the sample size and / or sample width,
- die beiden durch die zu analysierende Probe (3) hindurchlaufenden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) treffen auf eine Detektoreinrichtung (9; 9a, 9b), gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmalethe two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) passing through the sample (3) to be analyzed encounter a detector device (9; 9a, 9b), characterized by the following further features
- die zumindest beiden die zu analysierende Probe (3) durchlaufenden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2 1, LS2 2) werden so erzeugt, dass sie Lichtwellen mit zumindest zwei diskreten Wellenlängen (λ1( λ2, ... ) und/oder mit zumindest einem Wellenlängenbereich (λx) umfassen,the light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2 1, LS2 2) passing through the at least two sample (3) to be analyzed are generated in such a way that they produce light waves comprising at least two discrete wavelengths (λ 1 ( λ 2 , ...) and / or at least one wavelength range (λ x ),
- beide Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) durchlaufen ein polarisationserhaltendes, dif- fraktives Element (DOE; DOEl, D0E2), wodurch der durch das diffraktive Element (DOE; DOEl, D0E2) hindurch fallende Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in eine Vielzahl von Teilstrahlen mit einem vom diffraktiven Element (DOE; DOEl, D0E2) und von der Wellenlänge des Lichtstrahls (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) abhängigen Beugungsstruktur-Muster (BM) aufgespalten und/oder abgebildet wird, undBoth light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) pass through a polarization-maintaining, diffractive element (DOE, DOE1, DO2), whereby the light beam (LS1) passing through the diffractive element (DOE, DOE1, DO2E2) passes through , LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) into a plurality of partial beams with a diffraction structure dependent on the diffractive element (DOE, DOE1, D0E2) and on the wavelength of the light beam (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2). Pattern (BM) is split and / or mapped, and
- es wird eine Detektoreinrichtung (9; 9a, 9b) mit pola- risationsempfindlichen Analysatoren (A; Al, A2 ; 19) verwendet, wobei mittels der Detektoreinrichtung (9; 9a, 9b) die polarisationsabhängige Intensität an den Abbildungspositionen (115, 115') des von den Teilstrahlen erzeugten Beugungsstruktur-Musters (BM) und in Ab- hängigkeit davon der Phasenwinkel und damit die Retar- dation der doppelbrechenden Probe (3) bestimmt wird.a detector device (9; 9a, 9b) with polarization-sensitive analyzers (A; Al, A2; 19) is used, wherein the polarization-dependent intensity at the imaging positions (115, 115 ') is detected by means of the detector device (9; 9a, 9b). ) of the diffraction pattern (BM) generated by the partial beams and, depending thereon, the phase angle and thus the retardation of the birefringent sample (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) ein polarisationserhaltendes diffraktives Element (DOE; DOEl, DOE2) durchlaufen, worüber ein lichtwellenlänge- abhängiges Beugungsstruktur-Muster erzeugt wird.2. Method according to claim 1, characterized in that both light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) pass through a polarization-maintaining diffractive element (DOE, DOE1, DOE2), by way of which a light-wave length-dependent diffraction pattern is generated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- nβt, dass mittels der Wellenlängenselektivität des diffraktiven Elements (DOE; DOEl, D0E2) eine räumliche Trennung der Teilstrahlen in Abhängigkeit der Wellenlänge oder des Wellenlängenbereiches erzeugt wird, wobei die in die gleiche Richtung abgelenkten Teilstrahlen mit unterschiedlichen diskreten Wellenlängen (X1, A2, ... , AN) oder mit zumindest einem Wellenlängenbereich ((A1X) die jeweilige Polarisationsinformation enthalten .3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that, by means of the wavelength selectivity of the diffractive element (DOE, DOE1, D0E2), a spatial separation of the partial beams is produced as a function of the wavelength or the wavelength range, wherein the wavelengths in the The same direction deflected partial beams with different discrete wavelengths (X 1 , A 2 , ..., A N ) or at least one wavelength range ((A 1 X) containing the respective polarization information.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein wellenlängenabhängiges diffrakti- ves Element (DOE; DOEl, DOE2) verwendet wird, worüber ein von der Wellenlänge der Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2), die die zu untersuchende Probe (3) durchlaufen, abhängiges analoges Beugungsstruktur-Muster (BM) für die beiden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugt wird, wobei a) bei Verwendung von Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2), die in verschiedenen diskreten4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a wavelength-dependent diffractive element (DOE, DOE1, DOE2) is used, over which one of the wavelengths of the light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2 ), which run through the sample to be examined (3), dependent analog diffraction pattern (BM) for the two light beams (LSl, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) is generated, wherein a) when using light beams (LSl, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2), which are in different discrete
Wellenlängen (A1, A2, ... , AN) strahlen, ein Beugungsmuster (BM) mit voneinander getrennten Abbildungspositionen (115), oder b) bei Verwendung von Lichstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2), die in zumindest einem Wellenlängenbereich (A1X) strahlen, ein Beugungsmuster (BM) mit zusammenhängenden Abbildungspositionen (115') auf dem Analysator (A; Al, A2; 19) erzeugt wird.Wavelengths (A 1 , A 2 , ..., A N ) radiate, a diffraction pattern (BM) with separate imaging positions (115), or b) when using light beams (LS 1, LS 2, LS 1_1, LS 1_ 2, LS 2_1, LS 2_2) emitting in at least one wavelength range (A 1 X), a diffraction pattern (BM) having contiguous imaging positions (115 ') is generated on the analyzer (A; Al, A2; 19).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass N-unterschiedlich polarisierte Analy- sator-Elemente (A; Al, A2 ; 19) oder ein oder mehrere Analysator-Elemente verwendet werden, die insgesamt N- unterschiedlich polarisierte Analysator-Abschnitte umfas- sen, nämlich für N Teilstrahlen, für deren Polarisationsausrichtung 1805. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that N differently polarized analyzer elements (A; Al, A2; 19) or one or more analyzer elements are used, the total N differently polarized analyzer Sections, namely for N partial beams, for their polarization orientation 180
i = 1, 2, ... , N gilt.i = 1, 2, ..., N holds.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Analysatoranordnung (A; Al, A2; 19) nachgeordnete Detektoreinrichtung (DET; DETl, DET2) verwendet wird, die Einzeldioden, Zeilenarrays und/oder vollflächige Sensoren, insbesondere in Form von CCD-Kameras etc. umfasst.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one of the analyzer assembly (A; Al, A2; 19) downstream detector means (DET; DETl, DET2) is used, the individual diodes, line arrays and / or full-surface sensors, in particular in the form of CCD cameras, etc.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel der doppelbrechenden7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the phase angle of the birefringent
Probe (3) bei verschiedenen Wellenlängen bzw. zumindest einem Wellenlängenbereich der verwendeten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) zeitgleich detek- tiert wird.Sample (3) at different wavelengths or at least one wavelength range of the light beams used (LSl, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) is detected at the same time.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion des Phasenwinkels der doppelbrechenden Probe (3) mittels zumindest einer und vorzugsweise zwei Lichtquellen (LQl, LQ2) Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugt werden, die einen Wellenlängen-Separator (WSl, WS2) durchlaufen, der der zumindest einen oder den beiden Lichtquellen (LQl, LQ2) nachgeordnet ist, wobei die erzeugten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in zwei zueinander versetzt liegenden Wellenlängenbereichen, in einem sich überschneidenden Wellenlängenbereich und/oder in einem sich überdeckenden oder gleich großen Wellenlängenbereich strahlen. 8. Method according to claim 1, characterized in that light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2 ), which pass through a wavelength separator (WS1, WS2) arranged downstream of the at least one or both light sources (LQ1, LQ2), wherein the generated light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) in two mutually offset wavelength ranges, in an overlapping wavelength range and / or radiate in an overlapping or equal wavelength range.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet:, dass ein diffraktives Element (DOE; DOEl, D0E2 ) verwendet wird, mittels dessen die Teilstrahlen vorzugsweise jeweils diskrete kreisförmige oder ovale oder sonstige Abbildpositionen (115, 115') erzeugen, die durch den polarisationsselektiven Analysator fallen und auf die Detektoreinrichtung (DIT; DITl, DIT2) treffen.9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that: a diffractive element (DOE, DOE1, D0E2) is used, by means of which the partial beams preferably generate discrete circular or oval or other image positions (115, 115 '), which fall through the polarization-selective analyzer and strike the detector device (DIT, DIT1, DIT2).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A; Al, A2; 19) verwendet wird, welcher aus einem lithographischen oder holographischen Analysatorelement besteht.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that an analyzer (A; Al, A2; 19) is used which consists of a lithographic or holographic analyzer element.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A; Al, A2 ; 19) verwendet wird, dessen Struktur aus einer LCD-Anordnung besteht.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that an analyzer (A, Al, A2, 19) is used, whose structure consists of an LCD arrangement.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise farbselektiver Analysator (A, Al, A2 ; 19) verwendet wird, der aus einer CCD- Kamera, insbesondere einer Vollformat-CCD-Kamera besteht.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that a preferably color-selective analyzer (A, Al, A2, 19) is used, which consists of a CCD camera, in particular a full-frame CCD camera.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A, Al, A2 ; 19) verwendet wird, der mehrere einzelne Analysatorelemente (19) umfasst, deren Polarisations-Ebenen unterschiedlich ausgerichtet sind, oder der aus einer Analysator-Anordnung (A; Al, A2) besteht, die mehrere Bereiche mit unterschiedli- eher Ausrichtung der Polarisationen entsprechend der Abbildpositionen (115, 115') des Beugungsmusters (BM) in Abhängigkeit des verwendeten diffraktiven Elementes (DOE; DOEl, DOE2) umfasst. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that an analyzer (A, Al, A2, 19) is used, which comprises a plurality of individual analyzer elements (19) whose polarization planes are oriented differently, or from a Analyzer arrangement (A; Al, A2) which comprises a plurality of regions with different polarization orientations corresponding to the image positions (115, 115 ') of the diffraction pattern (BM), depending on the diffractive element (DOE, DOE1, DOE2) used ,
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet:, dass der eine Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1; LS2_1) senkrecht die zu untersuchende Probe (3) vorzugsweise in Form eines Films und der zweite Licht- strahl (LSl, LS2; LS1_2; LS2_2) dazu winkelig die zu untersuchende Probe (3) vorzugsweise in Form eines Filmes durchstrahlt .14. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the one light beam (LS1, LS2, LS1_1, LS2_1) perpendicularly intersects the sample (3) to be examined, preferably in the form of a film, and the second light beam (LS1, LS2). LS2, LS1_2, LS2_2) at an angle to the sample to be examined (3), preferably in the form of a film.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei getrennte Lichtquellen (LQl,15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that two separate light sources (LQl,
LQ2) verwendet werden, um die zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) zu erzeugen.LQ2) are used to generate the two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Lichtquelle (LQl) verwendet wird, aus der ein Teilstrahl abgezweigt wird, so dass die beiden winkelig zueinander ausgerichteten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) die zu untersuchende Probe (3) in einem Winkel zueinander durchstrahlen.16. Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that only one light source (LQ1) is used, from which a partial beam is branched off, so that the two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) through the sample to be examined (3) at an angle to each other.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) verwendet werden, deren Wellenlängenbereich sich in einem Bereich von 2 bis 20 %, vorzugsweise 4 bis 16 %, insbesondere 8 bis 12 % unterscheidet.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) are used whose wavelength range is in a range of 2 to 20%, preferably 4 to 16% , especially 8 to 12%.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlänge für die verwendeten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) ver- wendet wird, deren Wellenlängenunterschied Δλ größer ist als 4 nm, insbesondere größer ist als 6, 8 oder 10 nm.18. Method according to claim 1, characterized in that a wavelength is used for the light beams used (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) whose wavelength difference Δλ is greater than 4 nm, in particular larger is as 6, 8 or 10 nm.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) verwendet werden, deren Wellenlängen sich um weniger als 100 nm, insbesondere weniger als 80, 60, und insbesondere weniger als 40 nm unterscheiden.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) are used whose wavelengths differ by less than 100 nm, in particular less than 80, 60, and in particular less than 40 nm.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet:, dass mittels der Analysator-Elemente (A; Al, A2; 19) und der nachgeordneten Detektoreinrichtung (DET; DETl, DET2) der Phasenwinkel des Lichtstrahls (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) und damit die Retardation und/oder der Doppelbrechungswert und mittelbar die Brechungsindizes der zu untersuchenden Probe (3) ermittelt wird.20. Method according to one of claims 1 to 19, characterized in that by means of the analyzer elements (A; Al, A2; 19) and the downstream detector device (DET; DET1, DET2) the phase angle of the light beam (LS1, LS2; LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) and thus the retardation and / or the birefringence value and indirectly the refractive indices of the sample to be examined (3) is determined.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionsbereich der die zu untersuchende Probe (3) durchstrahlende Lichtstrahl (D-LSl, D-LS2, ..., D-LSN) in N Strahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge oder unterschiedlichem Wellenlängenbereich aufgeteilt wird, wobei N = I, 2, ... eine natürliche Zahl ist, und die wellenlängenabhängigen Lichtstrahlen jeweils einem diffraktivem Elemente (DOE; DOEl, DOE2) zugeführt werden.21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that in the detection range of the sample to be examined (3) radiating light beam (D-LSL, D-LS2, ..., D-LSN) in N beams with different wavelengths or a different wavelength range, where N = I, 2, ... is a natural number, and the wavelength-dependent light beams are each supplied to a diffractive element (DOE, DOE1, DOE2).
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (D-LSl, D-LS2, ..., D-LSN) vor dem Auftreffen auf dem Analysator (A; Al, A2; 19) eine Linse (Ll, L2, ..., N) durchlaufen.22. The method according to claim 21, characterized in that the light beams (D-LS1, D-LS2, ..., D-LSN) before impinging on the analyzer (A; Al, A2, 19) a lens (Ll, L2, ..., N).
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängenabhängig getrennten Lichtstrahlen (D- LSl, D-LS2, ..., D-LSN) jeweils einen Wellen-, Wellenlängen-Separator oder Filter (D-SEPl, D-SEP2, ..., D-SEPN) durchlaufen, bevor sie auf das jeweils nachgeordnete dif- fraktive Element (DOE; DOEl, D0E2, ..., DOEN) durchstrahlen.23. The method according to claim 22, characterized in that the wavelength-dependent separated light beams (D-LSL, D-LS2, ..., D-LSN) each have a wave, wavelength separator or filter (D-SEPL, D-SEP2 , ..., D-SEPN) before passing through the respective downstream diffractive element (DOE, DOE1, DO2, ..., DOEN).
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionsbereich in jedem Teil-Wellenstrahl ein Wellenlängen-Separator oder Filter (D-SEPl, D-SEP2, ..., D-SEPN) verwendet wird, der so aufgebaut ist, dass der eine Wellenlängen-Separator oder Filter (D-SEPl) für eine bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässig ist und für einen anderen versetzt liegenden Wellenbereich sperrt, wohingegen der ausgekoppelte zweite Lichtstrahl (D-LS2) genau umgekehrt dazu sperrt oder durchlässig ist.24. Method according to claim 23, characterized in that a wavelength separator or filter (D-SEPL, D-SEP2,..., D-SEPN) is used in the detection area in each partial wave beam, which is constructed such that a wavelength separator or filter (D-SEPL) is transparent for a certain wavelength or a certain wavelength range and blocks for another shifted wave range, whereas the decoupled second light beam (D-LS2) is just inversely blocked or permeable.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet:, dass zwischen den ausgekoppelten Lichtstrahlen (D-LSl, D-LS2, ... D-LSN) jeweils eine Shift- Einheit (SHIFT) verwendet wird, mittels derer eine Phasen- Verschiebung von vorzugsweise λ/4 oder λ/2 durchgeführt wird.25. The method according to any one of claims 21 to 24, characterized in that between the coupled-out light beams (D-LSL, D-LS2, ... D-LSN) in each case a shift unit (SHIFT) is used, by means of which a Phase shift of preferably λ / 4 or λ / 2 is performed.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlteiler vorgesehen sind, mittels denen jeweils ein Teilstrahl ausgekoppelt werden kann, der auf nachgeordnete Detektoren (DTl, DT2, DT3, ..., DTN) fällt, wobei die ausgekoppelten Lichtstrahlen verwendet werden, wenn der Lichtstrahl mittels eines Monochromators erzeugt werden.26. The method according to any one of claims 1 to 26, characterized in that beam splitters are provided, by means of which in each case a partial beam can be coupled, which falls on downstream detectors (DTl, DT2, DT3, ..., DTN), wherein the decoupled Light beams are used when the light beam generated by a monochromator.
27. Vorrichtung zur Messung der Doppelbrechung und/oder der Retardation an Proben (3), insbesondere in Form von laufenden Folienbahnen bestehend aus ein- oder mehrschich- tigen transparenten oder teiltransparenten Kunststofffilmen, mit folgenden Merkmalen mit einer Strahlungsanordnung mit zumindest einer Lichtquelle (LQl, LQ2 ) oder mit zumindest zwei Licht- quellen (LQl, LQ2) zur Erzeugung von zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LSl-I, LS1_2; LS2_1, LS2_2), die Strahlenanordnung ist derart, dass die beiden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in unterschiedlichem Winkel zueinander auf die zu un- tersuchende Probe (3) gerichtet sind und in unterschiedlichem Winkel durchstrahlen können, die Strahlenanordnung ist so aufgebaut, dass die beiden Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) die Probe (3) an gleicher Position (X) oder einen bezogen auf die Probengröße und/oder Probenbreite eng umgrenzten Probenbereich (X) durchstrahlen, es ist ferner eine Detektoreinrichtung (9; 9a, 9b) vorgesehen, in der die Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) messbar sind, die die zu analy- sierende Probe (3) durchlaufen haben, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale es ist zumindest eine und vorzugsweise sind zumindest zwei Lichtquellen (LQl, LQ2 ) und gegebenenfalls zumindest ein oder vorzugsweise zwei Wellenlängen-Sepa- ratoren (WSl, WS2) vorgesehen, worüber zumindest zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugbar sind, deren Lichtwellen zumindest zwei diskrete Wellenlängen (λ1# λ2, ... ) und/oder zumindest einen Wellenlängenbereich (λx) umfassen, - es ist ein polarisationserhaltendes, diffraktives Element (DOE; DOEl, DOE2) vorgesehen, worüber der durch das diffraktive Element hindurch fallende Lichtstrahl (LSl, LS2; LSl 1, LSl 2; LS2 1, LS2 2) in eine Viel- zahl von Teilstrahlen mit einem vom diffraktiven Element (DOE; DOEl, D0E2) und von der Wellenlänge des Lichtstrahls (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) abhängigen Beugungsstruktur-Muster (BM) aufgespalten und/oder abgebildet wird, und es ist eine Detektoreinrichtung (9; 9a, 9b) mit polarisationsempfindlichen Analysatoren (A; Al, A2; 19) vorgesehen, mittels der die Intensität des von den Teilstrahlen erzeugten Beugungsstruktur-Musters (BM) zur Bestimmung des Phasenwinkels und damit der Retar- dation der doppelbrechenden Probe (3) messbar ist.27. Device for measuring the birefringence and / or the retardation of samples (3), in particular in the form of running film webs consisting of one or more layers transparent or partially transparent plastic films with the following features having a radiation arrangement with at least one light source (LQ1, LQ2) or with at least two light sources (LQ1, LQ2) for generating two light beams (LS1, LS2, LS1-I, LS1_2, LS2_1 , LS2_2), the beam arrangement is such that the two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) are directed at different angles to each other onto the sample (3) to be examined and can radiate through at different angles Arrangement of the beam is constructed in such a way that the two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) pass through the sample (3) at the same position (X) or a narrowly bounded sample area (X) with respect to the sample size and / or sample width Furthermore, a detector device (9; 9a, 9b) is provided, in which the light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) can be measured, which have passed through the sample (3) to be analyzed It is at least one and preferably at least two light sources (LQ1, LQ2) and optionally at least one or preferably two wavelength separators (WS1, WS2) are provided, via which at least two light beams (LS1, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) whose light waves comprise at least two discrete wavelengths (λ 1 # λ 2 , ...) and / or at least one wavelength range (λ x ), - a polarization-maintaining, diffractive element (DOE, DOE1, DOE2 ), over which the light beam (LS1, LS2, LS1, LS1, LS2, LS2) falling through the diffractive element is divided into a plurality of light beams. the number of partial beams is split and / or imaged with a diffraction pattern (BM) dependent on the diffractive element (DOE; DOE1, D0E2) and on the wavelength of the light beam (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2); a detector device (9; 9a, 9b) with polarization-sensitive analyzers (A; Al, A2; 19) is provided by means of which the intensity of the diffraction pattern (BM) generated by the partial beams is used to determine the phase angle and thus the retardation of the diffraction pattern birefringent sample (3) is measurable.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwei polarisationserhaltende diffraktive Elemente (DOE; DOEl, D0E2) vorgesehen sind, nämlich jeweils ein diffraktives Element (DOEl, D0E2) für einen Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) .28. Device according to claim 27, characterized in that two polarization-maintaining diffractive elements (DOE, DOE1, D0E2) are provided, namely in each case a diffractive element (DOE1, DO2) for a light beam (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) ).
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn- zeichnet:, dass zur Erzeugung eines von der Wellenlänge abhängigen analogen Beugungsstruktur-Musters (BM) ein wellenlängenabhängiges diffraktives Element (DOE; DOEl, D0E2 ) vorgesehen ist, worüber voneinander getrennte Abbildpositionen (115) auf dem Analysator (A; Al, A2 ; 19) erzeugbar sind, wenn der verwendete Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in diskreten Wellenlängen (X1, λ2, ..., λN) strahlt.29. Device according to claim 27 or 28, characterized in that a wavelength-dependent diffractive diffraction pattern (BM) is provided for generating a wavelength-dependent diffractive element (DOE, DOE1, DO2), by way of which separate image positions (115 ) on the analyzer (A, can be generated 19) when the light beam used (LSI, LS2; Al, A2 LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) (in discrete wavelengths X 1, λ 2, ..., λ N) shine.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28. dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Erzeugung eines von der Wellenlänge abhängigen analogen Beugungsstruktur-Musters (BM) ein wellenlängenabhängiges diffraktives Element (DOE; DOEl, D0E2) vorgesehen ist, worüber wellenlängenabhängig zu- sainmenhängende Abbildpositionen (115?) auf dem Analysator (A; Al, A2; 19) erzeugbar sind, wenn der verwendete Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in einem Wellenlängenbereich (X1X) strahlt.30. Apparatus according to claim 27 or 28, characterized in that a wavelength-dependent diffractive structure pattern (BM) is provided for generating a wavelength-dependent diffractive element (DOE; DOE1, D0E2), which is dependent on the wavelength. sainmenhängende image positions on the analyzer (A 19; Al, A2) (115?) can be generated when the light beam used (LSI, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in a wavelength range (X 1 X) irradiated.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass N-unterschiedlich polarisierte Analysator-Elemente (A; Al, A2; 19) oder ein oder mehrere Analysator-Elemente vorgesehen sind, die insgesamt N-un- terschiedlich polarisierte Analysator-Abschnitte umfassen, nämlich für N Teilstrahlen, für deren Polarisationsausrichtung31. Device according to one of claims 27 to 30, characterized in that N-differently polarized analyzer elements (A; Al, A2, 19) or one or more analyzer elements are provided, the total N-differently polarized analyzer Comprise sections, namely for N partial beams, for their polarization orientation
^80 a = • i^ 80 a = • i
NN
gilt, wobei i = 1, 2,..., N ist.where i = 1, 2, ..., N.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Analysatoranordnung (A; Al, A2; 19) nachgeordnete Detektoreinrichtung (DET; DETl, DET2) vorgesehen ist, die Einzeldioden, Zeilenarrays und/oder vollflächige Sensoren, insbesondere in Form von CCD-Kameras etc. umfasst.32. Method according to claim 27, characterized in that a detector device (DET, DET1, DET2) arranged downstream of the analyzer arrangement (A; Al, A2; 19) is provided, the individual diodes, line arrays and / or full-area sensors, in particular in the form of CCD cameras, etc.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung zur Mes- sung und Auswertung der Phasenwinkel der doppelbrechenden Probe (3) vorgesehen ist, mittels der die Phasenwinkel bei verschiedenen Wellenlängen oder zumindest einem Wellenlängenbereich der Lichtstrahlen (LSl, LS2; LSl 1, LSl 2; LS2_1, LS2_2) zeitgleich detektierbar sind.33. Device according to one of claims 27 to 32, characterized in that a measuring device for measuring and evaluation of the phase angle of the birefringent sample (3) is provided by means of the phase angle at different wavelengths or at least one wavelength range of the light beams (LSl, LS2, LS1, LS1 2; LS2_1, LS2_2) can be detected at the same time.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel der doppel- brechenden Probe (3) unter Verwendung zweier Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) zeitgleich detektierbar ist, wobei die zumindest beiden verwendeten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) in zwei zueinander versetzt liegenden Wellenlängenbereichen, in einem sich überschneidenden Wellenlängenbereich und/oder in einem sich überdeckenden oder gleich großen Wellenlängenbereich strahlen.34. Device according to one of claims 27 to 33, characterized in that the phase angle of the birefringent sample (3) using two light beams (LSl, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) is simultaneously detectable, wherein the at least two used light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) radiate in two mutually offset wavelength ranges, in an overlapping wavelength range and / or in an overlapping or equal wavelength range.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, da- durch gekennzeichnet, dass ein diffraktives Element (DOE;35. Device according to one of claims 27 to 34, character- ized in that a diffractive element (DOE;
DOEl, DOE2) vorgesehen ist, mittels dessen die Teilstrahlen jeweils diskrete kreisförmige oder ovale Abbildungspositionen (115, 115') bilden, die durch den polarisationsselektiven Analysator fallen und auf die Detektorein- richtung (DIT; DITl, DIT2) treffen.DOE1, DOE2) is provided, by means of which the partial beams respectively form discrete circular or oval imaging positions (115, 115 '), which pass through the polarization-selective analyzer and hit the detector device (DIT, DIT1, DIT2).
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A; Al, A2 ; 19) vorgesehen ist, welcher aus einem lithographischen oder holographischen Analysatorelement besteht.36. Device according to one of claims 27 to 35, characterized in that an analyzer (A; Al, A2; 19) is provided which consists of a lithographic or holographic analyzer element.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A; Al, A2 ; 19) vorgesehen ist, dessen Struktur aus einer LCD-Anordnung besteht.37. Device according to one of claims 27 to 36, characterized in that an analyzer (A; Al, A2, 19) is provided, whose structure consists of an LCD arrangement.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 37, dadurch gekennzeichnet, das ein Analysator (A, Al, A2; 19) vorgesehen ist, der aus einer CCD-Kamera, insbesondere einer Vollformat-CCD-Kamera besteht.38. Device according to one of claims 27 to 37, characterized in that an analyzer (A, Al, A2, 19) is provided, which consists of a CCD camera, in particular a full-frame CCD camera.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 38, da- durch gekennzeichnet, dass ein Analysator (A, Al, A2; 19) vorgesehen ist, der mehrere einzelne Analysatorelemente (19) umfasst, deren Polarisations-Ebenen unterschiedlich ausgerichtet sind, oder aus einer Analysator-Anordnung (A; Al, A2) besteht, die mehrere Bereiche mit unterschiedli- eher Ausrichtung der Polarisationen entsprechend der Abbildpositionen (115, 115') des Beugungsmusters (BM) in Abhängigkeit des verwendeten diffraktiven Elementes (DOE; DOEl, DOE2) umfasst.39. Device according to one of claims 27 to 38, characterized in that an analyzer (A, Al, A2, 19) is provided, which comprises a plurality of individual analyzer elements (19) whose polarization planes are oriented differently, or from an analyzer arrangement (A; Al, A2) which has a plurality of regions with different orientations of the polarizations corresponding to the image positions (115, 115 ') of the diffraction pattern (BM) as a function of the diffractive element (DOE, DOE1, DOE2) used. includes.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtanordnung derart ist, dass der eine Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_1; LS2_1) senkrecht die zu untersuchende Probe (3) vorzugsweise in Form eines Films und der zweite Lichtstrahl (LSl, LS2; LS1_2; LS2_2) dazu winkelig die zu untersuchende Probe (3) vorzugsweise in Form eines Filmes durchstrahlt.40. Device according to one of claims 27 to 39, characterized in that the overall arrangement is such that one light beam (LS1, LS2, LS1_1, LS2_1) perpendicular to the sample to be examined (3), preferably in the form of a film and the second light beam (LS1, LS2, LS1_2, LS2_2) at an angle to the sample to be examined (3), preferably in the form of a film.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass zwei getrennte Lichtquellen (LQl, LQ2 ) vorgesehen sind, mittels denen zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugbar sind.41. Device according to one of claims 27 to 40, characterized in that two separate light sources (LQL, LQ2) are provided, by means of which two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) can be generated.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Lichtquelle (LQl) vorgesehen ist, aus der ein Teilstrahl abzweigbar ist, worüber zwei winkelig zueinander ausgerichteten Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) zum Durchstrahlen der zu untersuchenden Probe (3) in winkeliger Ausrichtung zueinander erzeugbar sind.42. Device according to one of claims 27 to 41, characterized in that only one light source (LQI) is provided, from which a partial beam can be branched off, about which two angularly aligned light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) for irradiating the sample to be examined (3) in angled Orientation can be generated to each other.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugbar sind, deren Wellenlängenbereich sich von zwei 2 bis 20 %, vorzugsweise 4 bis 16 %, insbesondere 8 bis 12 % unterscheiden.43. Device according to one of claims 27 to 42, characterized in that two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) can be generated, the wavelength range of two 2 to 20%, preferably 4 to 16%, in particular 8 to 12% different.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 43, da- durch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (LSl, LS2;44. Device according to one of claims 27 to 43, characterized in that the light beams (LS1, LS2;
LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge umfassen, deren Wellenlängenunterschied Δλ größer ist als 4 nm, insbesondere größer ist als 6, 8 oder 10 nm.LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) comprise light beams with different wavelength whose wavelength difference Δλ is greater than 4 nm, in particular greater than 6, 8 or 10 nm.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtstrahlen (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) erzeugbar sind, deren Wellenlängen sich um weniger als 100 nm, insbesondere weniger als 80, 60, und insbesondere weniger als 40 nm unterscheiden.45. Device according to one of claims 27 to 44, characterized in that two light beams (LS1, LS2, LS1_1, LS1_2, LS2_1, LS2_2) can be generated whose wavelengths are less than 100 nm, in particular less than 80, 60, and especially less than 40 nm.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Analysator-Elemente (A; Al, A2 ; 19) und der nachgeordneten Detektoreinrichtung (DET; DETl, DET2) der Phasenwinkel des Lichtstrahls (LSl, LS2; LS1_1, LS1_2; LS2_1, LS2_2) und damit die Retardation und/oder der Doppelbrechungsindex der zu untersuchenden Probe (3) ermittelbar ist.46. Device according to one of claims 27 to 45, characterized in that by means of the analyzer elements (A; Al, A2, 19) and the downstream detector means (DET; DETl, DET2), the phase angle of the light beam (LSl, LS2, LS1_1 , LS1_2, LS2_1, LS2_2) and thus the retardation and / or the birefringence index of the sample to be examined (3) can be determined.
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionsbereich für die zu untersuchende Probe (3) N diffraktive Elemente (DOE; DOEl, D0E2, ..., DOEN) vorgesehen sind, die von in N Teilstrahlen aufgeteilten, die zu untersuchende Probe (3) durchlaufenden Lichtstrahlen (D-LSl, D-LS2, ..., D-LSN) durchstrahlt werden.47. Device according to one of claims 27 to 46, characterized in that in the detection region for the sample to be examined (3) N diffractive elements (DOE, DOEl, D0E2, ..., DOEN) are provided, which are irradiated by light beams (D-LS1, D-LS2, ..., D-LSN) divided into N partial beams and passing through the sample (3) to be examined.
48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass dem diffraktiven Element (DOE; DOEl, D0E2, ..., DOEN) eine Linse (Ll, L2, ..., N) nachgeordnet bzw. dem Analysator (A; Al, A2, ..., AN; 19) eine Linse (LSl) vorgeordnet ist.48. Apparatus according to claim 47, characterized in that the diffractive element (DOE, DOE1, DO2, ..., DOEN) is followed by a lens (L1, L2, ..., N) or the analyzer (A1; A2, ..., AN; 19) is preceded by a lens (LS1).
49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass N Wellenlängen-Separatoren oder Filter (D-SEPl, D- SEP2, ..., D-SEPN) vorgesehen sind, die von jeweils einem wellenlängenabhängig getrennten Lichtstrahl (D-LSl, D-LS2, ... , D-LSN) vor dem Auftreffen auf einem nachgeordneten diffraktive Element (DOE; DOEl, D0E2, ..., DOEN) durchlaufen werden.49. Apparatus according to claim 48, characterized in that N wavelength separators or filters (D-SEPl, D-SEP2, ..., D-SEPN) are provided, each of a wavelength-dependent separate light beam (D-LSL, D -LS2, ..., D-LSN) before hitting a downstream diffractive element (DOE, DOE1, D0E2, ..., DOEN).
50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionsbereich in jedem Teil-Wellenstrahl ein Wellenlängen-Separator oder Filter (D-SEPl, D-SEP2, ..., D-SEPN) vorgesehen ist, der so aufgebaut ist, dass der eine Wellenlängen-Separator oder Filter (D-SEPl) für eine bestimmte Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässig ist und für einen anderen versetzt liegenden Wellenbereich sperrt, wohingegen der ausgekoppelte zweite Lichtstrahl (D-LS2) genau umgekehrt dazu sperrt oder durchlässig ist.50. Apparatus according to claim 49, characterized in that in the detection area in each sub-wave beam, a wavelength separator or filter (D-SEPl, D-SEP2, ..., D-SEPN) is provided, which is constructed so that a wavelength separator or filter (D-SEPL) is transparent for a certain wavelength or a certain wavelength range and blocks for another shifted wave range, whereas the decoupled second light beam (D-LS2) is just inversely blocked or permeable.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ausgekoppelten Lichtstrahlen (D-LSl, D-LS2, ..., D-LSN) jeweils eine Shift-Einheit (SHIFT) angeordnet ist, mittels derer eine Phasenverschiebung von vorzugsweise λ/2 oder λ/4 durchführbar ist.51. Device according to one of claims 47 to 50, characterized in that between the decoupled light beams (D-LSL, D-LS2, ..., D-LSN) each have a Shift unit (SHIFT) is arranged, by means of which a phase shift of preferably λ / 2 or λ / 4 is feasible.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass bei mittels eines Monochromators erzeugtem Lichtstrahl (LS) Strahlteiler (D-BSl, D- BS2, ..., D-BSN) vorgesehen sind, mittels denen jeweils ein Teilstrahl (D-LSl, D-LS2, ..., D-LSN) auskoppelbar ist, der auf nachgeordnete Detektoren (DTl, DT2, ..., DTN) fällt. 52. Device according to one of claims 27 to 51, characterized in that when generated by means of a monochromator light beam (LS) beam splitter (D-BSl, D-BS2, ..., D-BSN) are provided, by means of which in each case a partial beam (D-LS1, D-LS2, ..., D-LSN) can be decoupled, which falls on downstream detectors (DTl, DT2, ..., DTN).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010011864A1 (en) 2010-03-18 2011-09-22 Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG Method for online determination of mechanical and/or optical properties of shrinking film in food industry, involves using direction values of refraction indexes as control parameter for changing film stretch conditions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027161A (en) * 1976-04-05 1977-05-31 Industrial Nucleonics Corporation Minimizing wave interference effects on the measurement of thin films having specular surfaces using infrared radiation
DE3106818A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-09 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Method of continuously determining multiaxial orientation states of stretched films or panels
US5864403A (en) * 1998-02-23 1999-01-26 National Research Council Of Canada Method and apparatus for measurement of absolute biaxial birefringence in monolayer and multilayer films, sheets and shapes
EP0917945A2 (en) * 1997-11-21 1999-05-26 Kalle Pentaplast GmbH Method and device for continuous shrinkage control of an amorphous film
WO2004023071A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-18 Zygo Corporation Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4668086A (en) * 1985-05-20 1987-05-26 Salomon Redner Stress and strain measuring apparatus and method
DE19537706A1 (en) * 1995-10-11 1997-04-17 Lorenz Diener Analysing fault insensitive real time polarimetry of electromagnetic beam
AU3299399A (en) * 1998-02-20 1999-09-06 Hinds Instruments, Inc. Birefringence measurement system
US5936735A (en) * 1998-03-31 1999-08-10 Eastman Kodak Company Apparatus and method for determining the optical retardation of a material
CN100541149C (en) * 2001-10-16 2009-09-16 海因兹仪器公司 The precision calibration of birefringence measurement system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4027161A (en) * 1976-04-05 1977-05-31 Industrial Nucleonics Corporation Minimizing wave interference effects on the measurement of thin films having specular surfaces using infrared radiation
DE3106818A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-09 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Method of continuously determining multiaxial orientation states of stretched films or panels
EP0917945A2 (en) * 1997-11-21 1999-05-26 Kalle Pentaplast GmbH Method and device for continuous shrinkage control of an amorphous film
US5864403A (en) * 1998-02-23 1999-01-26 National Research Council Of Canada Method and apparatus for measurement of absolute biaxial birefringence in monolayer and multilayer films, sheets and shapes
WO2004023071A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-18 Zygo Corporation Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010011864A1 (en) 2010-03-18 2011-09-22 Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG Method for online determination of mechanical and/or optical properties of shrinking film in food industry, involves using direction values of refraction indexes as control parameter for changing film stretch conditions
DE102010011864B4 (en) 2010-03-18 2022-12-22 Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG Process for online determination of mechanical and/or optical properties of a plastic film

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