(57)【要約】【課題】位相遅延の計測装置および計測方法の提供。【解決手段】一種の位相遅延の計測装置および計測方法で、この計測装置には、以下のものが含まれている。まずモノクロ光源部、これは連続発射の可能な光源である。光センサー、これはモノクロ光源部の側面に設置する。第一偏光板、これはモノクロ光源部と光センサーの間に設置する。第二偏光板、これは第一偏光板と光センサーの間に設置する。補償部、これは第一偏光板と第二偏光板の間に設置する。本発明には、更にもう一種の計測法が使われている。測定物を補償部と第二偏光板の間に設置し、連続発射した光源が第一偏光板、補償部、測定物から第二偏光板に至るまでに、一つの位相補償光となる。補償部の位相遅延値を調整すると、光センサー部による位相補償光強度の極限値測定が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相遅延測定装置において、
連続光源発射が可能なモノクロ光源部、
モノクロ光源部の側面に設置された光計測部、
モノクロ光源部と光計測部の間に設置された第一偏光板、
第一偏光板と光計測部の間に設置された、第二偏光板、
第一偏光板と第二偏光板の間に設置され、一定の調整方式により位相遅延値を変えることができる補償部、
を包含したことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の位相遅延測定装置において、その補償部は更に、
第一屈折率の第一補償体であって、該第一補償体は第一平面及び第二平面を含み、第一平面は第一偏光板と相互に平行で、第二平面は第一平面と一つの角度を成す、上記第１補償体、
第二屈折率の第二補償体であって、第二補償体は第一補償体と第二偏光板の間に設置され、第二補償体は第三平面及び第四平面を含む。第三平面は第一平面と互いに平行であり、第四平面は第三平面と一つの角度を成し、且つ第二平面とは隣接している、上記第２補償体、
を包含したことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の位相遅延測定装置において、その調整方式により第二平面と第四平面にすべり運動が生じ、第二平面と第四平面がそれぞれ隣接する第一平面と第三平面との距離を変えることを特徴とする位相遅延測定装置。
【請求項４】
測定物の位相遅延を測定する位相遅延測定方法において、この方法は、
位相遅延測定装置を提供し、それはモノクロ光源部を含み、連続光源発射が可能であり、光計測部はモノクロ光源部の側面に設置し、第一偏光板はモノクロ光源部と光計測部の間に設置し、第二偏光板は第一偏光板と光計測部の間に設置し、補償部は第一偏光板と第二偏光板の間に設置し、一定の調整方式により位相遅延値を変え、
測定物を補償部と第二偏光板の間に設置し、
連続光源は第一偏光板、補償部、測定物、第二偏光板の順に通り、補償光を形成し、
調整方式により補償部の位相遅延値を調整することにより、光計測部において位相補償光強度の極限値を測定する、位相遅延測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相遅延の計測装置および計測法に関するもので、特に位相遅延値相互補償の原理を利用し、一対の屈折物質の位相遅延を測量する一種の位相遅延の計測装置および計測法である。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な液晶モニターにおける液晶塗布の分野の中でも、液晶分子の回転角(twisted angle) や位相遅延量(retardation) を含む、表示の品質に多大な影響力を持つデータを持っている。
【０００３】
以上から、液晶の表示品質に影響を持つ重要指数を備えているため、関係研究あるいは専売特許も非常に多い。以下、現有の技術についての説明である。
(a) 特許文献１：測定物の液晶の前後にそれぞれ一基ずつ偏光板を設置、それからモノクロ光源を通過させ、測定物の液晶の回転角を調節することにより、測定物の液晶から検査片までの検査光の浸透度を測定し、方程式の演算により測定物の液晶の回転角度および位相遅延量を算出する。
(b) 特許文献２：光探知機(photodetector) 検査光でもって、液晶を通過させ、さらに一定角度回転可能の偏光板と四分の一の波板におよぶ強度を持つ。そしてストーク・パラメーター(Stokes parameters) の計算により、液晶の厚度および回転角を知ることができる。
(c) 特許文献３：光学電子計算システムを使用し、位相遅延量を測定する。この方法は、一対の結合位相差９０度の線性直線偏光を測定物に通過させ、光学干渉波を発生させ、様々な対象物からそれぞれ異なる波長図形を利用して、電子演算による対比を行ない、位相遅延量を算出する。
(d) 特許文献４：モノクロ光源を使用し、線性偏光板を通してインプットする光源を発生させ、測定物を通過させて、再び測定物を通過した出力光を利用し、この出力光に線性検査板(analyzer)を通過させ、測定物の応力分布での相対強度を備えた波形区域図(fringes map) を作成、電子解析を再利用して測定物の遅延数値を算出する。
【０００４】
しかし、以上をまとめると、これらの発明の操作方式では、操作上不便であり、簡単で迅速な液晶数値を得ることもできない。そこで、位相遅延の計測装置および計測法が必要であり、上述の技術的欠陥の解決が急務である。
【０００５】
【特許文献１】US.Pat.No.６,６３３,３５８
【特許文献２】US.Pat.No.６,３３０,９５４
【特許文献３】US.Pat.No.５,８２５,４５２
【特許文献４】US.Pat.No.５,４００,１３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、一種の位相遅延の計測装置および計測法を提供し、位相遅延計測の目的を達成することにある。
【０００７】
本発明の二次的な目的は一種の位相遅延の計測装置および計測法を提供し、位相遅延の相互補償方式を利用し、測定物の位相遅延の計測する目的を達成することにある。
【０００８】
本発明のその他の目的は、一種の位相遅延の計測装置および計測法を提供し、調整可能な位相遅延値の補償部を利用し、その補償部の位相遅延値と測定物との位相遅延値に相互補償させ、測定物の位相遅延値計測の目的を達成することにある。
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明は一種の位相遅延計測装置を提供する。その中には、モノクロ光源部、光計測部、第一偏光板、第二偏光板、補償部である。このモノクロ光源部は、連続発射ができる。光計測部は、モノクロ光源部の側面に設置する。第一偏光板は、モノクロ光源部と光計測部の間に設置する。第二偏光板は、第一偏光板と光計測部の間に設置する。補償部は、第一偏光板と第二偏光板の間に設置し、調整方式によってその位相遅延値を変更することができる。
【００１０】
比較的よいのは、その連続光源レーザー光源であること。
比較的よいのは、第一偏光板の偏光角は第二偏光板の偏光角度とともに夾角を呈する。その中で、夾角は９０度である。
比較的よいのは、第一偏光板の偏光角は第二偏光板の偏光角度とともに夾角を呈する。その中で、夾角は０ 度である。
比較的よいのは、その補償部には、更に、第一屈折率の第一補償物を備えられ、それには第一平面および第二平面が含まれる。第一平面は第一偏光板と互いに平行させ、第二平面は第一平面とひとつの角度をなす。第二屈折率の第二補償物については、第一補償物と第二偏光板の間に設置し、第二補償物には第三平面および第四平面が含まれる。第三平面は第一平面と互いに平行させ、第四平面は第三平面とは一つの角度をなし、また第二平面とは隣接させる。
【００１１】
以上の目的を達成するため、本発明は一種の位相遅延の計測法を提供する。以下の手順で進める。
位相遅延計測の装置を提供、それにはモノクロ光源部、これは連続発射のできる光源である。光センサー、これはモノクロ光源部の側面に設置する。第一偏光板、これはモノクロ光源部と光センサーの間に設置する。第二偏光板、これは第一偏光板と光センサーの間に設置する。補償部、これは第一偏光板と第二偏光板の間に設置する。この補償部は調整方式によりその位相遅延値の変更を行なうことができる。
測定物は補償部と第二偏光板の間に設置。
連続発射した光源が第一偏光板、補償部、測定物から第二偏光板に至るまでに、一つの位相補償光となる。補償部の位相遅延値を調整すると、光センサー部による位相補償光強度の極限値測定が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、位相遅延測定装置において、
連続光源発射が可能なモノクロ光源部、
モノクロ光源部の側面に設置された光計測部、
モノクロ光源部と光計測部の間に設置された第一偏光板、
第一偏光板と光計測部の間に設置された、第二偏光板、
第一偏光板と第二偏光板の間に設置され、一定の調整方式により位相遅延値を変えることができる補償部、
を包含したことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の位相遅延測定装置において、その補償部は更に、
第一屈折率の第一補償体であって、該第一補償体は第一平面及び第二平面を含み、第一平面は第一偏光板と相互に平行で、第二平面は第一平面と一つの角度を成す、上記第１補償体、
第二屈折率の第二補償体であって、第二補償体は第一補償体と第二偏光板の間に設置され、第二補償体は第三平面及び第四平面を含む。第三平面は第一平面と互いに平行であり、第四平面は第三平面と一つの角度を成し、且つ第二平面とは隣接している、上記第２補償体、
を包含したことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の位相遅延測定装置において、その調整方式により第二平面と第四平面にすべり運動が生じ、第二平面と第四平面がそれぞれ隣接する第一平面と第三平面との距離を変えることを特徴とする位相遅延測定装置としている。
請求項４の発明は、測定物の位相遅延を測定する位相遅延測定方法において、この方法は、
位相遅延測定装置を提供し、それはモノクロ光源部を含み、連続光源発射が可能であり、光計測部はモノクロ光源部の側面に設置し、第一偏光板はモノクロ光源部と光計測部の間に設置し、第二偏光板は第一偏光板と光計測部の間に設置し、補償部は第一偏光板と第二偏光板の間に設置し、一定の調整方式により位相遅延値を変え、
測定物を補償部と第二偏光板の間に設置し、
連続光源は第一偏光板、補償部、測定物、第二偏光板の順に通り、補償光を形成し、
調整方式により補償部の位相遅延値を調整することにより、光計測部において位相補償光強度の極限値を測定する、位相遅延測定方法としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の主な目的は、一種の位相遅延の計測装置および計測法を提供し、位相遅延計測の目的を達成することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、図１を参照していただきたい。この図は光源が複屈折率を備えた物質の光程図である。光源５０の直射は複屈折率を備えた測定物６ を通過（例：液晶）した時、その測定物６ の異向性(anisotropic) の特性により、直射の光源５０は測定物６ の内部で二つの速度率の異なる偏極化の光線にとなり、その中で非屈折の光線は、通常光(ordinary ray)であり、もう一つの屈折光は、非通常光５５(extraordinary ray) である。説明を簡単にするために、通常光の屈折率をno(ordinary index of fraction)と表示し、非通常光の屈折率をneと表示する。
【００１５】
複屈折率の関係で、通常光および非通常光の測定物内部を進む光程は一致していないため、その通常光および非通常光は互いに一つの位相差を持っており、位相遅延(phase retardation) の発生現象が起こる。すなわち、(ne −no)*d であり、d とはその測定物の厚度である。もし(ne −no) が０ より大きければ、それは正光学性材料であり、例えば層列型液晶(Smectic liquid crystal)、向列型液晶(Nematic liquid crystal)、石英材料(quartz)あるいは金紅石(rutile)などがある。もし(ne −no) が０ より小さければ、それは負光学性材料であり、例えばコレステロール液晶(Cholesteric liquid crystal)、方解石材料(calcite) 、硝酸ナトリウム材料(sodium nitrate)あるいは電気石(tourmaline)がある。
【００１６】
図２は、本発明の位相遅延量計測装置の良好な実施例の組立図である。この位相遅延装置２は、モノクロ光源部２１、光センサー２５、第一偏光板２２、第二偏光板２４、および補償部２３からなる。このモノクロ光源部２１は、これは連続発射のできる光源であり、この連続光源はレーザー光源である。光センサー２５は、モノクロ光源部の側面に設置する。第一偏光板２２は、モノクロ光源部２１と光センサー２５の間に設置する。第二偏光板２４は、第一偏光板２２と光センサー２５の間に設置する。第一偏光板２２の偏光角は第二偏光板２４の偏光角度とともに夾角を呈する。その中で、夾角は９０度または０度となる。補償部２３は、第一偏光板２２と第二偏光板２４の間に設置し、補償部２３は調整方式によってその位相遅延値を変更することができる。
【００１７】
図３および図４では、本発明における補償部の調整操作図である。図３で示しているように、本実施例では、補償部２３には、更に、第一補償物２３１および第二補償物２３２が含まれている。第一補償体２３１は、第一屈折率n１が備えられ、それには第一平面２３１１および第二平面２３１２が含まれる。第一平面２３１１は第一偏光板２２と互いに平行させ、第二平面２３１２は第一平面２３１１と角度閘をなす。第二補償体２３２は第二屈折率n２を備え、第三平面２３２１および第四平面２３２２が含まれる。第三平面２３２１は第一平面２３１１と互いに平行させ、第四平面２３２２は第三平面２３２１とは角度閘をなし、また第二平面２３１２とは互いに隣接させる。第一平面２３１１と第三平面２３２１の距離はD１とする。図４では、調整方式９２でもって、第二平面２３１２と第四平面２３２２に応対滑走運動９１を起こさせ、第二平面２３１２と第四平面２３２２との隣接区域中における第一平面２３１１と第三平面２３２１との距離D２を変更する。第一補償体２３１ は第一屈折率n１を備え、第二補償体２３２は第二屈折率n２を備えているため、補償部２３は一種の複屈折性の体質といえる。よって、連続光源が第一偏光板および補償部２３を通過した時、通過した光にも位相遅延の現象が発生する。この位相遅延値は、第一平面２３１１と第三平面２３２１との距離と、第一屈折率n１と第二屈折率n２との差の積である。図２を例にとると、位相遅延は(n１ −n２)*D と表される。この補償部は、正光学性材料および負光学性材料のうちから一つを選ぶことができる。そのうち、正光学材料では石英材料(quartz)および金紅石材料(rutile)の中から一つを選ぶことができる。負光学材料では方解石材料(calcite) 、硝酸ナトリウム材料(sodium nitrate)および電気石(tourmaline)から一つを選ぶことができる。
【００１８】
図５は、本発明における位相遅延計測法の工程図である。位相遅延の計測法の理解を進めるために、図６を参照していただきたい。図６は、本発明における位相遅延計測装置の良好な実施例での組立図である。位相遅延の計測法３ は、以下の手順で行なう。
ステップ３１：位相計測の装置４を提供、これにはモノクロ光源部４１が含まれ、これは連続発射のできる光源である。光センサー４６は、モノクロ光源部４１の側面に設置する。第一偏光板４２は、モノクロ光源部４１と光センサー４６の間に設置する。第二偏光板４５は、第一偏光板４２と光センサー４６の間に設置する。補償部４３は、第一偏光板４２と第二偏光板４５の間に設置し、補償部４３は調整方式によってその位相遅延値を変更することができる。
ステップ３２：測定物４４は補償部４３と第二偏光板４５の間に設置。本実施例においては、測定物４４は複屈折の正光学性（ne−noが０より大きい）であり、例えば向列型液晶材料がある。
ステップ３３：連続発射した光源が第一偏光板４２、補償部４３、測定物４４から第二偏光板４５に至るまでに、一つの位相補償光となる。位相補償の目的を達成するために、補償部の材料は複屈折の負光学性（ne−noが０より小さい）を選ぶ。
ステップ３４：この調整方式で補償部４３をの位相遅延値を調整し、光センサー４６に位相補償光強度の極限値を測定させる。
【００１９】
この中で、もし測定物が負光学性材料（ne−noが０より小さい）なら、補償部には正光学性材料（ne−noが０より大きい）を選び、もし測定物が正光学性材料（ne−noが０より大きい）なら、補償部には負光学性材料（ne−noが０より小さい）を選ぶ。正光学性材料には、石英材料(quartz)や金紅石材料(rutile)から選び、負光学性材料には、方解石材料(calcite) 、硝酸ナトリウム材料(sodium nitrate)および電気石(tourmaline)から選ぶ。位相遅延装置４は前述した装置２のことであり、ここでは詳しく述べない。
【００２０】
図７では、本発明における検査光源の第一偏光板通過により形成された偏極光図である。図中でモノクロ光源部４１が光源７１を連続発射しており、例えば、例えばレーザー光源ならば、第一偏光板４２を通過するとき、偏極光７２を形成する。第一偏光板４２は線性偏極光板であり、本実施例中では４５度の線性偏極光板となる。すべての偏極光７２は空間中においてxy平面分量及びyz平面分量の偏極光を擁するとみなされる。
【００２１】
図８は偏極光が補償部を通過し、位相遅延光を形成するのを示している。偏極光７２が補償部４３を通過するときに、補償部４３は一つの複屈折性体とみなされるため、補償部４３を通過する偏極光７２は位相偏移現象を起こす。図に示したように、その位相差は、Δλ１であり、位相遅延光７３を形成する。位相遅延光７３は非線性偏極光であり、円形偏極光または楕円形偏極光を例にとれば、偏極光が円形かそれとも楕円形となるかは、そのときの位相差の角度によって決定される。もしΔλ１が四分の一波長の位相差であれば、その非線性偏極光はすなわち円形偏極光となる。
【００２２】
図９は非線性偏極光が測定物を通過するときに位相補償光を形成するのを示している。
位相遅延光７３が測定物４４を通過するとき、その測定物は複屈折の正の光学性（ne−noは０より大）となる特性を持つため、光線が測定物４４を通過する際に生じる位相遅延の物理現象を利用し、位相遅延光７３の位相差を補償し、位相補償光７４が形成される。手順３３の方式で補償部４３の厚さを調整することにより、位相差Δλ１は測定物４４の位相遅延により完全に補償することができる。位相差Δλ１が完全に補償された場合、位相補償光７４は元のとおり線性偏極光となる。図１０は位相補償光の最小極限値を示している。位相補償光７４が線性偏極光ならば、位相補償光７４が第二偏光板４５を通過するとき、本実施例中では、第二偏光板４５の偏光角は第一偏光板の偏光角との間において直交する（九十度となる）。またそれによって光計測部４６は位相補償光７４が第二偏光板４５を通過するのを測定できなくなり、光計測部４６が測定するところの位相補償光７４の強度は最小値となる。
【００２３】
図１１は位相補償光の最大極限値を示している。位相補償光７４が線性偏極光の場合、位相補償光７４が第二偏光板４５を通過するとき、本実施例中では第二偏光板４５の偏光角は第一偏光板の偏光角との間において０度をなす。またそれによって光計測部４６は第二偏光板４５を通過する位相補償光７４を測定することができ、光計測部４６が測定する位相補償光７４の強度は最大値となる。
【００２４】
図１２は位相遅延光が測定物を通過するときに形成する不完全位相補償光を示している。手順３３の調整にしたがって補償部の厚さを調整すると、位相遅延光７３が測定物４４を通過するときには位相差Δλ１を完全に補償することができず、そこで位相補償光７４' が生まれ、図１２が示すような現象を形成する。位相補償光７４は位相差Δλ２を擁し、非線性偏極光の現象を生ずる。図１３は位相補償光が非線性偏極光であるとき、第二偏光板を通過するのを示している。図中に示されているとおり、位相補償光７４' が非線性偏極光であるため、位相補償光７４' の電場は空間中において時計回り、あるいは逆時計回りに旋回する（観察者の位置により決定される）現象が出現するのを示している。ゆえに位相補償光７４' が第二偏光板４５を通過するときに、部分的な位相補償光が通過し、光計測部はその部分光の強度を測定することができる。光の強度は図１０中の最小値と図１１中の最大値の間となる。
【００２５】
以上をまとめると、本発明の核心は、補償部の厚さを利用し光源の位相差を変え、その後測定物の位相遅延によって、光源が補償部を通過するときに生じる位相差を測定し補償するというものである。さらに光計測部が、通過する偏光板の強度を測定することを利用し、光計測部が強度の極限値（最大値あるいは最小値）を測定し、その補償部の位相遅延量は即ち測定物の位相遅延量となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光源が複屈折率を擁する物質を通過する光程を示している。
【図２】本発明の位相遅延測定装置の比較的よい実施例の組み合わせを示している。
【図３】本発明の補償部調整動作を示している。
【図４】本発明の補償部調整動作を示している。
【図５】本発明の位相遅延測定方法のプロセスを表示している。
【図６】本発明の位相遅延測定装置の比較的よい実施例と測定物の組み合わせを示している。
【図７】本発明の検測光源が第一偏光板を通過し偏極光を形成するのを示している。
【図８】偏極光が補償部を通過し、位相遅延光を形成するのを示している。
【図９】非線性偏極光が測定物を通過するとき位相補償光を形成するのを示している。
【図１０】位相補償光の最小極限値を示している。
【図１１】位相補償光の最大極限値を示している。
【図１２】位相遅延光が測定物を通過するときに不完全な位相補償光を形成するのを示している。
【図１３】不完全な位相補償光が第二偏光板を通過するのを示している。
【符号の説明】
【００２７】
２  位相遅延測定装置        ２１  モノクロ光源部
２２  第一偏光板            ２３  補償部
２３１  第一補償体          ２３１１  第一平面
２３１２  第二平面          ２３２  第二補償体
２３２１  第三平面          ２３２２  第四平面
２４  第二偏光板            ２５  光計測部
３  位相遅延測定方法のプロセス    ３１〜３４  手順
４  位相遅延測定装置        ４１  モノクロ光源部
４２  第一偏光板            ４３  補償部
４３１  第一補償体          ４３２  第二補償体
４４  測定物                ４５  第二偏光板
４６  光計測部              ５０  光源
５４  常光                  ５５  非常光
６  測定物                  ７１  連続光源
７２  偏極光                ７３  位相遅延光
７４、７４' 位相補償光      ９１  すべり運動
９２  調整方式              θ  角度
Δλ１、Δλ２  位相差      D 、D１、D２、ｄ  厚さ
ｎ１  第一屈折率            ｎ２  第二屈折率
【図１】
2006300919.tif 000003
【図２】
2006300919.tif 000004
【図３】
2006300919.tif 000005
【図４】
2006300919.tif 000006
【図５】
2006300919.tif 000007
【図６】
2006300919.tif 000008
【図７】
2006300919.tif 000009
【図８】
2006300919.tif 000010
【図９】
2006300919.tif 000011
【図１０】
2006300919.tif 000012
【図１１】
2006300919.tif 000013
【図１２】
2006300919.tif 000014
【図１３】
2006300919.tif 000015