(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定装置において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系と、受光素子により検出された反射光強度に基づいて光学異方性パラメータを算出する演算処理装置を備え、
前記測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配され、
前記演算処理装置は、１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（＋δ）と、１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（−δ）との差分ΔＲを算出し、前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき試料の光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定することを特徴とする光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項２】
前記測定光学系の前記レーザとハーフミラーとの間に、前記入射光を測定エリアに応じた大きさの光束径を有する平行光束とするビームエキスパンダが介装された請求項１記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項３】
前記測定光学系の前記レーザとハーフミラーとの間に、その照射光を所定の光束径を有する平行光束とするビームエキスパンダが介装され、
前記１／４波長板と前記試料の間に、当該試料の表面上に焦点を結ぶように前記入射光を集光させる対物側集光レンズがその光軸方向に相対移動可能に設けられ、
前記検光子と受光素子との間には、前記反射光を焦点位置に収束させた後、拡散しながら受光素子に導く検出側集光レンズが設けられると共に、その焦点位置にはピンホールが設けられた請求項１記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項４】
前記測定エリアが前記各波長板の直径より大きく設定されている場合に、
前記測定光学系の前記レーザとハーフミラーとの間に、その照射光を所定の光束径を有する平行光束とするビームエキスパンダが介装され、
前記１／４波長板と前記試料の間に、前記入射光を測定エリアに応じた大きさの光束径を有する平行光束に拡径するビームエキスパンダが介装された請求項１記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項５】
試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系を備え、
当該測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成り、
前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ（−δ）を測定する反射光強度測定工程と、
検出された反射光強度Ｒ（＋δ）及びＲ（−δ）に基づき、差分ΔＲを、
ΔＲ＝Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）
により算出する差分算出工程と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析工程と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項６】
試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系を備え、
当該測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４：ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成り、
前記試料をセットし、前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ（−δ）を測定する反射光強度測定工程と、
前記試料に替えて光学異方性のない参照板をセットして、前記反射光強度測定工程同様に参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）を測定する参照反射光強度測定工程と、
前記反射光強度Ｒ（＋δ）及びＲ（−δ）と、前記参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲを
ΔＲ＝［Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する差分算出工程と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析工程と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項７】
試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系を備え、
当該測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成り、
前記試料を任意の方向にセットした状態で、前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（−δ）を測定する第一反射光強度測定工程と、
前記試料を入射光の光軸を中心に９０°回転させた状態で、前記第一反射光強度測定工程同様に反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）を測定する第二反射光強度測定工程と、
前記第一反射光強度測定工程で測定された反射光強度Ｒ０（＋δ）及びＲ０（−δ）と第二反射光強度測定工程で測定された反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）に基づき、差分ΔＲを
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］
により算出する第一差分算出工程と、
前記直線偏光の回転角と前記再差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析工程と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項８】
試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系を備え、
当該測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成り、
前記試料を任意の方向にセットした状態で、前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（−δ）を測定する第一反射光強度測定工程と、
前記試料を入射光の光軸を中心に９０°回転させた状態で、前記第一反射光強度測定工程同様に反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）を測定する第二反射光強度測定工程と、
前記試料に替えて光学異方性のない参照板をセットして、前記第一反射光強度測定工程同様に参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）を測定する参照反射光強度測定工程と、
前記第一反射光強度測定工程で測定された反射光強度Ｒ０（＋δ）及びＲ０（−δ）と、参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲ０を
ΔＲ０＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する第一差分算出工程と、
前記第二反射光強度測定工程で測定された反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）と参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲ９０を
ΔＲ９０＝［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する第二差分算出工程と、
前記各差分ΔＲ０及びΔＲ９０に基づき、差分ΔＲを、
ΔＲ＝ΔＲ０−ΔＲ９０
により算出する第三差分算出工程と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析工程と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項９】
光源となるレーザからハーフミラーを介して試料の測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く光路が形成され、
前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成る測定光学系をコンピュータにより操作して、前記受光素子により検出された反射光の強度に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定するための光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
前記１／４波長板を初期位置＋δに設定し、１／２波長板と同期的に回転駆動させながら、前記受光素子で反射光強度Ｒ（＋δ）を測定し、前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶し、
前記１／４波長板を初期位置−δに設定し、１／２波長板と同期的に回転駆動させながら、前記受光素子で反射光強度Ｒ（−δ）を測定し、前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する反射光強度測定手段と、
記憶された反射光強度Ｒ（＋δ）及びＲ（−δ）に基づき、差分ΔＲを、
ΔＲ＝Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）
により算出する差分算出手段と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１０】
光源となるレーザからハーフミラーを介して試料の測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く光路が形成され、
前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成る測定光学系をコンピュータにより操作して、前記受光素子により検出された反射光の強度に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定するための光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
前記１／４波長板を初期位置＋δに設定し、１／２波長板と同期的に回転駆動させながら、前記受光素子で反射光強度Ｒ（＋δ）を測定し、前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶し、
前記１／４波長板を初期位置−δに設定し、１／２波長板と同期的に回転駆動させながら、前記受光素子で反射光強度Ｒ（−δ）を測定し、前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する反射光強度測定手段と、
光学異方性のない参照板について、前記反射光強度測定手段と同様に参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）を測定する参照反射光強度測定手段と、
前記反射光強度Ｒ（＋δ）及びＲ（−δ）と、前記参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲを
ΔＲ＝［Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する差分算出手段と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１１】
光源となるレーザからハーフミラーを介して試料の測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く光路が形成され、
前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成る測定光学系をコンピュータにより操作して、前記受光素子により検出された反射光の強度に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定するための光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
任意の方向にセットされた前記試料について、前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（−δ）を測定し、各反射光強度を前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する第一反射光強度測定手段と、
前記試料を入射光の光軸を中心に９０°回転させた状態で、前記第一反射光強度測定手段と同様に反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）を測定し、各反射光強度を前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する第二反射光強度測定手段と、
前記第一反射光強度測定手段で測定された反射光強度Ｒ０（＋δ）及びＲ０（−δ）と第二反射光強度測定手段で測定された反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）に基づき、差分ΔＲを
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］
により算出する差分算出手段と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定プログラム。
【請求項１２】
光源となるレーザからハーフミラーを介して試料の測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く光路が形成され、
前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されて成る測定光学系をコンピュータにより操作して、前記受光素子により検出された反射光の強度に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定するための光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
任意の方向にセットされた前記試料について、前記１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（＋δ）を測定し、前記１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させながら反射光強度Ｒ０（−δ）を測定し、各反射光強度を前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する第一反射光強度測定手段と、
前記試料を入射光の光軸を中心に９０°回転させた状態で、前記第一反射光強度測定手段と同様に反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）を測定し、各反射光強度を前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する第二反射光強度測定手段と、
前記試料に替えてセットされた光学異方性のない参照板について、前記第一反射光強度測定手段同様に参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）を測定し、各反射光強度を前記直線偏光の回転角と関連付けて予め設定された記憶領域に記憶する第二反射光強度測定手段と、
前記第一反射光強度測定手段で測定された反射光強度Ｒ０（＋δ）及びＲ０（−δ）と、参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲ０を
ΔＲ０＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する第一差分算出手段と、
前記第二反射光強度測定手段で測定された反射光強度Ｒ９０（＋δ）及びＲ９０（−δ）と参照反射光強度ＲＥ（＋δ）及びＲＥ（−δ）に基づき、差分ΔＲ９０を
ΔＲ９０＝［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
により算出する第二差分算出手段と、
前記各差分ΔＲ０及びΔＲ９０に基づき、差分ΔＲを、
ΔＲ＝ΔＲ０−ΔＲ９０
により算出する第三差分算出手段と、
前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する異方性分析手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学異方性を有する試料の光学軸の方位及び異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定装置、測定方法及び測定用プログラムに関し、特に、液晶配向膜の検査等に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、表面に透明電極及び配向膜を積層した裏側ガラス基板と、表面にカラーフィルタ、透明電極及び配向膜を積層形成した表側ガラス基板が、スペーサを介して配向膜同士を向かい合わせ、その配向膜の隙間に液晶を封入した状態で封止されると共に、その表裏両側に偏光フィルタが積層された構造と成っている。
【０００３】
ここで、液晶ディスプレイが正常に動作するためには液晶分子が均一に同一方向に配列されている必要があり、配向膜が液晶分子の方向性を決定する。
この配向膜が液晶分子を整列させることができるのは、分子配向を有しているからであり、配向膜がその全面にわたって均一な分子配向を有していれば液晶ディスプレイに欠陥を生じにくく、分子配向の不均一な部分が存在すれば液晶分子の方向が乱れるため液晶ディスプレイが不良品となる。
すなわち、配向膜の品質はそのまま液晶ディスプレイの品質に影響し、配向膜に欠陥があれば液晶分子の方向性が乱れるため、液晶ディスプレイにも欠陥を生ずることになる。
【０００４】
したがって、液晶ディスプレイを組み立てる際に、予め配向膜の欠陥の有無を検査して品質の安定した配向膜のみを使用するようにすれば、液晶ディスプレイの歩留りが向上し、生産効率が向上する。
そのため、配向膜の分子配向による光学異方性の光学軸の方向や異方性の大きさを簡便に測定したいと言う要請があり、本出願人は、分子配向による光学異方性を高速に測定する方法を提案した（特許文献１参照）。
【０００５】
この方法は、液晶配向膜等の試料に対して入射光を斜めに照射し、その反射光の偏光状態を検出するもので、光学系あるいは試料ステージを回転して得られた反射光強度に基づいて、その測定点における光学軸の方向、異方性の大きさを測定しようとするものであり、異方性に対する感度が高く、測定時間も短いというメリットがある。
【０００６】
しかしながら、斜め方向から所定の入射角で光を照射する光学系では、反射光が入射角と同じ反射角で反射されるので、入射光及び反射光の光路を測定中心に対して両側に確保しなければならず、そのため測定装置が大型化するという問題があった。
しかも、光学系を回転させる場合には、その回転半径に応じた稼動域となる円形空間も確保しなければならないため、さらに、大型の設置空間が必要となる。
特に、液晶ディスプレイのマザーガラスの大きさは中小型液晶ディスプレイ用のものでも１辺２ｍ程度、大型液晶ディスプレイ用のものでは１辺３ｍを超えるため、マザーガラスの状態で限定された時間内に測定を行うためには、複数の測定装置を一次元又はマトリクス状に配置する必要があるため、測定装置を小型化したいという要請がある。
【０００７】
このため、試料の測定面に対して垂直に光を照射して光学異方性パラメータを測定することができれば、装置の小型化が可能となり、そのような測定装置も提案されている（特許文献２参照）。
図１１はこの測定装置３１を示す説明図で、光源となるレーザ３２からハーフミラー３３で反射された入射光を試料３４に対し垂直方向に照射すると共に、試料３４から垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラー３３を透過させて受光素子３５に導く光路が形成されており、入射光を斜めに照射しなくて良いので、装置３１の小型化が可能である。
【０００８】
この測定装置３１では、レーザ３２とハーフミラー３３の間に固定偏光子Ｐが配されると共に、ハーフミラー３３と受光素子３５との間に検光子Ａが回転可能に配され、ハーフミラー３３と試料３４との間には、偏光子Ｐにより生成された直線偏光を回転させる１／２波長板３６が回動可能に設けられている。
【０００９】
この場合、１／２波長板３６を１８０°回転させれば、試料３４に照射される直線偏光の入射方位が３６０°回転するので、１／２波長板を例えば５°ずつ停止させながら、検光子Ａを３６０°回転すれば、試料に照射される直線偏光の入射方位を１０°ずつ変化させたときの反射光の偏光状態を検出することができる。
そして、例えば、検光子Ａを１０°回転するごとに反射光強度測定すれば、検光子Ａの回転角θと反射光強度Ｒの関係に３６のデータが得られ、このデータに基づいてフーリエ解析を行うことにより、このときの直線偏光の入射方位φに対するひとつの位相差データを得ることができる。
【００１０】
しかしながら、直線偏光の入射方位０〜３６０°に対する位相差データを得るためには、１／２波長板３６を例えば５°ずつ停止させながら０〜１８０°までの３６点について測定を行う必要があり、そのひとつの角度に対して検光子Ａを３６０°回転させて１０°ごとに３６のデータをとらなければならないので、検光子Ａを３６回転させて合計で３６×３６＝１２９６点のデータを取る必要があり、測定に時間がかかるだけでなく、その後の計算処理にも時間がかかり、実ラインに組み込めるようなものではない。
１／２波長板３６を１０°ずつ停止させ、検光子Ａの１０°ごとにデータを取れば、データ数は１８×１８＝３２４と１／４に減少するが、検光子Ａは結局１８回転させなければならないので、測定時間は１／２程度にしかならず、しかも、データ数が減った分、測定精度が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−７６３２４号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明は、入射光を試料に対して垂直に照射させることにより装置全体の小型化を図ると同時に、きわめて短時間で光学軸の向き及び異方性の大きさを測定できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題を解決するために、本発明は、試料の測定エリアに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいて当該試料の光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定する光学異方性パラメータ測定装置において、
光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系と、受光素子により検出された反射光強度に基づいて光学異方性パラメータを算出する演算処理装置を備え、
前記測定光学系は、前記レーザと前記ハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、前記偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配され、
前記演算処理装置は、１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（＋δ）と、１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（−δ）との差分ΔＲを算出し、前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき試料の光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学異方性測定装置は、光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系を備えている。
したがって、試料に対して垂直方向に入射光が照射されることとなり、斜めから入射光を照射する場合に比して、装置を小型化することができるだけでなく、光学系を回転させる必要がないので、そのスペースを確保する必要もない。
【００１５】
レーザから照射された光は偏光子で直線偏光となり、１／２波長板でその直線偏光の偏光軸が回転され、遅相軸が±δずれて配された１／４波長板により楕円偏光に変換されて、試料に対して垂直方向に照射される。
その反射光に含まれる偏光成分のうち、偏光状態が変化していない偏光成分は、再び１／４波長板を通る際に直線偏光に戻され、１／２波長板を通過した時点で偏光子により生成された直線偏光と偏光軸が等しい直線編光に戻されるので、偏光子に対して直交ニコルの関係にある検光子でカットされるのに対し、偏光状態が変化した偏光成分は、元の直線偏光と異なる偏光状態になるので、検光子を透過して受光素子に達することとなり、光強度の変化として検出することができる。
光学異方性を有する試料表面からの反射光は、偏光成分が変化するため、その異方性に応じて光強度変化が検出されることとなる。
【００１６】
実際の測定に際しては、１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（＋δ）と、１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（−δ）とを測定する。
すなわち、ひとつの測定点について、１／４波長板の初期位置を＋δとしたときと、−δとしたときの２回について、１／２波長板を１８０°回転すると同時に、１／４波長板を３６０°回転させるだけで測定が完了する。
【００１７】
次いで、反射光強度の差分ΔＲ＝Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）を算出する。
すなわち、対称関係にある二つの楕円偏光の反射光に含まれる偏光状態の差分をとることにより、試料の光学異方性に起因する偏光状態の変化のみを抽出することができる。
そして、直線偏光の回転角と差分ΔＲの関係に基づき、試料の光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定することができる。
【００１８】
例えば、直線偏光の回転角をＸ軸とし、差分をＹ軸とするグラフを書けば、回転角が試料の光学軸の方向では差分ΔＲが０となるので、その回転角を読めば試料の光学軸の方向がわかる。
また、異方性が大きさは、差分ΔＲの高さ方向の振幅に反映されるので、差分の極大値又は極小値の大きさに基づいて光学異方性の大きさを判断することができ、これら光学異方性パラメータを極めて簡単に且つ短時間で測定することができる。
【００１９】
なお、このとき差分は、１８０°を１周期とするサインカーブに近似した変化を呈し、９０°ごとに０の値をとる。これは、試料の光学軸の方向を０°としたときに、０°と１８０°で反射光強度が等しく、９０°と２７０°で反射光強度が等しくなるからである。
したがって、このデータのみからは光学軸の方向を特定できないことになる。
しかし、例えば、液晶配向膜の製品試験は、複数の測定点における配向方位（光学軸の方向）の分布状態や、配向処理の方向からのずれを確認するものであり、配向処理によりおよその配向方向は既知であって、そのずれは大きくても２０°程度であるので、光学軸の方向を９０°間違うことはない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る光学異方性パラメータ測定装置の一例を示す説明図。
【図２】その処理手順を示す説明図。
【図３】本発明方法による測定結果を示すグラフ。
【図４】光学軸の方向の分布を示すグラフ。
【図５】異方性の大きさの分布を示すグラフ。
【図６】本発明に係る他の方法による測定結果を示すグラフ。
【図７】本発明に係る他の方法による測定結果を示すグラフ。
【図８】本発明に係る他の方法による測定結果を示すグラフ。
【図９】本発明に係る他の光学異方性パラメータ測定装置を示す説明図。
【図１０】本発明に係るさらに他の光学異方性パラメータ測定装置を示す説明図。
【図１１】従来装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、入射光を試料に対して垂直に照射させることにより装置全体の小型化を図ると同時に、きわめて短時間で光学軸の向き及び異方性の大きさを測定できるようにするという目的を達成するために、光源となるレーザからハーフミラーを介して前記測定エリアに対し垂直方向に入射光を照射すると共に、当該測定エリアから垂直方向に反射された反射光を前記ハーフミラーを介して受光素子に導く測定光学系と、受光素子により検出された反射光強度に基づいて光学異方性パラメータを算出する演算処理装置を備えている。
測定光学系は、レーザとハーフミラーの間に偏光子が配されると共に、ハーフミラーと受光素子との間に検光子が配され、ハーフミラーと試料との間には、偏光子により生成される直線偏光を回転させるために回転駆動される１／２波長板と、遅相軸の向きを前記１／２波長板の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板に対して回転角度が２倍となるように同期的に回転駆動される１／４波長板が配されている。
演算処理装置は、１／４波長板を初期位置＋δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（＋δ）と、１／４波長板を初期位置−δから１／２波長板と同期的に回転させたときに検出される反射光強度Ｒ（−δ）との差分ΔＲを算出し、前記直線偏光の回転角と前記差分ΔＲの関係に基づき試料の光学軸の方向及び光学異方性の大きさを決定する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示す本例の光学異方性パラメータ測定装置１は、ステージ２に置かれた試料３上の測定点（点状の測定エリア）Ｓの光学異方性パラメータを検出するものである。
この光学異方性パラメータ測定装置１は、測定点Ｓに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいてその測定点Ｓにおける光学軸の方向と光学異方性の大きさを測定するためのもので、その偏光解析を行う測定光学系４とコンピュータなどの演算処理装置５を備えている。
【００２３】
測定光学系４には、光源となるレーザ６からハーフミラー７を介して測定エリアＳに対し垂直方向に入射光を照射する入射光路Ｌ１と、測定エリアＳから垂直方向に反射された反射光をハーフミラー７を介して分岐させ、さらにハーフミラー８で分岐させて受光素子９に導く反射光路Ｌ２と、ハーフミラー８を透過した光を二次元光位置検出素子１０に導くあおり検出光路Ｌ３が形成されている。
【００２４】
入射光路Ｌ１には、レーザ６とハーフミラー７の間に、その照射光を拡大して平行光束にするビームエキスパンダ１１と偏光子Ｐが配され、ハーフミラー７とステージ２との間に、偏光子Ｐにより生成された直線偏光を回転させるためにモータＭ１で回転駆動される１／２波長板１２と、遅相軸の向きを前記１／２波長板１２の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした初期位置から当該１／２波長板１２に対して回転角度が２倍となるようにモータＭ２で同期的に回転駆動される１／４波長板１３が配されている。
【００２５】
なお、１／４波長板１３とステージ２の間には、入射光を集光させる対物側集光レンズ１４を備えると共に、入射光を平行光のまま透過させる透孔１５が形成されたレボルバ１６が、モータＭ３により回動可能に、且つ、対物側集光レンズ１４により入射光が試料３の表面上に焦点を結ぶようにモータＭ４により上下動可能に配されている。
【００２６】
本例では、レーザ６は波長５３２ｎｍ、光強度１０ｍＷの半導体レーザが使用され、拡大率１０倍のビームエキスパンダ１１で直径５ｍｍの平行光束に拡大され、消光比１０−６のグラントムソンプリズムを用いた偏光子Ｐを透過し、対物側集光レンズ（オリンパス製：倍率５０倍）を透過して、試料に照射される。
このとき、試料への照射スポット系は約１ミクロンとなる。
【００２７】
反射光路Ｌ２には、ハーフミラー７及び８間に検光子Ａが配され、ハーフミラー８と受光素子９との間には、反射光を焦点位置に収束させた後、拡散させながら受光素子９に導く検出側集光レンズ１７が設けられると共に、その焦点位置にはピンホール１８が設けられており、これにより、対物側集光レンズ１４の焦点位置以外から反射されたノイズ光（例えば試料の裏面反射光）を除去できるようになっている。
本例では、焦点距離２５ｍｍの検出側集光レンズ１７を用い、孔径２０μｍのピンホール１８を透過させ、光電子増倍管でなる受光素子９で反射光の光強度を検出する。
【００２８】
なお、ステージ２は、入射光の光軸Ｚに対して直交するＸ軸及びＹ軸方向に移動可能なＸテーブル１９ｘ、Ｙテーブル１９ｙと、試料２のあおり調整するためθｘ及びθｙ方向に傾動可能なθｘテーブル２０ｘ及びθｙテーブル２０ｙを備え、各テーブルがモータＭ５〜Ｍ８により駆動されるようになっている。
【００２９】
また、本例では、偏光子Ｐの偏光軸がＸ軸方向と平行に向けられ、１／２波長板１２の遅相軸が初期位置において偏光軸一致する方向に向けられ、１／４波長板１３の遅相軸は１／２波長板１２の遅相軸に対して±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずらした位置が初期位置として設定され、検光子Ａの偏光軸がＹ軸と平行に向けられることとなる。
すなわち、初期状態で、偏光子Ｐの偏光軸及び１／２波長板１２の遅相軸がＸ軸方向に向けられ、１／４波長板１３の遅相軸がＸ軸に対して＋δあるいは−δに向けられる。
【００３０】
ここで、偏光子Ｐ及び検光子Ａを固定したまま、１／２波長板１２を０〜１８０°まで回転させると、１／４波長板１３に入射される直線偏光がＸ軸方向を０°としてＺ軸の周りに０〜３６０°まで回転することになる。
このとき、直線偏光の回転角は、その偏光軸の回転角で定義され、１／２波長板１２の回転角度をφとすると、１／２波長板１２を透過して１／４波長板１３に入射される直線偏光の偏光軸の回転角は２φで表される。
また、１／４波長板１３は初期位置±δから１／２波長板１２の２倍の回転角度となるように回転されるのでその回転角は２φ±δで表され、入射される直線偏光の偏光軸に対し遅相軸が常に±δ（δ≠ｎπ／４，ｎは整数）ずれているので、１／４波長板１３を透過した光は楕円偏光となる。
これによって、楕円偏光は、その楕円率を一定に維持したまま、楕円の長軸に相当する方位角を３６０°回転させて試料に照射されることとなる。
【００３１】
なお、１／４波長板１３とレボルバ１６の間には、光軸上に進退可能な観察用ハーフミラー２１が配され、その反射光軸上に試料３を観察する照明付き撮像カメラ２２が配されている。
また、この測定光学系４は、直径約１００ｍｍのハウジング（図示せず）に収めることができ、従来の光学系は、稼動範囲も含めて直径６００ｍｍを必要としていたので、面積比にして約３６分の１に小型化することができた。
【００３２】
演算処理装置５は、その入力ポートに受光素子９、二次元光位置検出素子１０、撮像カメラ２２が接続されると共に、出力ポートに各モータＭ１〜Ｍ８が接続されており、所定のプログラムに従い、試料３のあおり調整、測定点ＳのＸＹ面内の位置決め、測定点ＳのＺ軸方向位置の測定、１／２波長板１２及び１／４波長板１３の初期位置設定と駆動、受光素子９により測定された反射光強度データの記憶、光学異方性パラメータの算出などを行う。
【００３３】
図２は演算処理装置５による一連の処理手順を示すフローチャートである。
光学異方性を測定しようとする試料をステージ２にセットして、メインスイッチをオンすると、演算処理装置５、レーザ６、受光素子９、各モータＭ１〜Ｍ８などに電源が供給されて、以下の処理が実行開始される。
【００３４】
まず、ステップＳＴＰ１で測定点ＳのＸＹ座標が入力されると、ステップＳＴＰ２でモータＭ５、Ｍ６が駆動されて、ＸＹテーブル１９ｘ、１９ｙにより測定点Ｓを入射光軸Ｚに一致させる。
【００３５】
［あおり調整手段］
次いで、ステップＳＴＰ３でモータＭ３によりレボルバ１６を回転させて透孔１５を入射光軸Ｚに進出させ、ステップＳＴＰ４で二次元光位置検出素子１０により試料３からの反射光の光軸があおり検出光路Ｌ３の光軸と一致するか否かを判断し、一致しない場合は、ステップＳＴＰ５でモータＭ７、Ｍ８を駆動してθｘ、θｙテーブル２０ｘ、２０ｙにより試料３のあおりを調整してステップＳＴＰ４に戻り、あおりがない場合はステップＳＴＰ６に移行する。
【００３６】
［対物側集光レンズ焦点位置調整手段］
ステップＳＴＰ６ではモータＭ３によりレボルバ１６を回転させて対物側集光レンズ１４を入射光軸Ｚに進出させ、ステップＳＴＰ７で集光レンズ１４を入射光軸Ｚ方向に走査し、ステップＳＴＰ８で受光素子９の受光強度が最大となる位置に集光レンズ１４の位置を固定し、そのときのＺ座標を記憶して、ステップＳＴＰ９に移行する。
【００３７】
［測定点検出手段］
ステップＳＴＰ９では、観察用ハーフミラー２１を光軸Ｚ上に進出させ、ステップＳＴＰ１０で撮像カメラ２２の画像解析を行って入射光軸Ｚが測定点Ｓに一致するか否かを判断し、一致していなければステップＳＴＰ１１でＸＹテーブル１９ｘ、１９ｙを微調整してステップＳＴＰ１０に戻り、照射されていればステップＳＴＰ１２でそのＸＹＺ座標を記憶して、観察用ハーフミラー２１を退避させ、ステップＳＴＰ１３に移行する。
【００３８】
［反射光強度測定手段］
ステップＳＴＰ１３ではモータＭ１により１／２波長板１２の遅相軸をＸ軸と平行にし、モータＭ２により１／４波長板１３の遅相軸をＸ軸に対して＋δに向けて初期位置を設定する。
その後、ステップＳＴＰ１４で、モータＭ１、Ｍ２により１／２波長板１２の回転角度φに対して１／４波長板１３の回転角度が２倍となるように同期的に駆動し、ステップＳＴＰ１５では１／２波長板１２が所定角度回転するごとに受光素子９で反射光強度を測定し、１／２波長板１２を透過した直線偏光の回転角、すなわち１／２波長板１２の回転角の２倍の角度と対応させて反射光強度Ｒ（＋δ）を記憶する。
そして、ステップＳＴＰ１６で１／２波長板１２が１８０°回転した時点で測定を中断する。
【００３９】
次いで、ステップＳＴＰ１７でモータＭ１により１／２波長板１２の遅相軸をＸ軸と平行にし、モータＭ２により１／４波長板１３の遅相軸をＸ軸に対して−δに向けて初期位置を設定し直す。
その後、ステップＳＴＰ１８で、モータＭ１、Ｍ２により１／２波長板１２の回転角度φに対して１／４波長板１３の回転角度が２倍となるように同期的に駆動し、ステップＳＴＰ１９では１／２波長板１２が１８０°回転するまで所定角度回転するごとに受光素子９で反射光強度を測定し、１／２波長板１２を透過した直線偏光の回転角、すなわち１／２波長板１２の回転角の２倍の角度と対応させて反射光強度Ｒ（−δ）を記憶する。
【００４０】
［差分算出手段］
次いで、ステップＳＴＰ２０に移行して、測定された反射光強度Ｒ（＋δ）及びＲ（−δ）に基づき、これらの差分ΔＲ＝Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）を算出する。
【００４１】
なお、光学系４に起因するノイズを除去するため、必要に応じて、試料３を０°方向に向けてステージ２にセットした場合と、試料３を９０°方向に向けてステージ２にセットした場合と、光学異方性のないガラスなどの等方性材料をステージ２にセットした場合についてステップＳＴＰ１３〜２０の処理を行うことも有効である。
【００４２】
この場合のそれぞれの反射光強度Ｒを以下のように表す。
Ｒ０（＋δ）：試料３を０°に向け、１／４波長板１３の初期位置を＋δとした場合
Ｒ０（−δ）：試料３を０°に向け、１／４波長板１３の初期位置を−δとした場合
Ｒ９０（＋δ）：試料３を９０°に向け、１／４波長板１３の初期位置を＋δとした場合
Ｒ９０（−δ）：試料３を９０°に向け、１／４波長板１３の初期位置を−δとした場合
ＲＥ（＋δ）：等方性材料をセットし、１／４波長板１３の初期位置を＋δとした場合
ＲＥ（−δ）：等方性材料をセットし、１／４波長板１３の初期位置を−δとした場合
【００４３】
差分ΔＲは、上述の他、下記式で算出しても良い
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］
ΔＲ＝ΔＲ０−ΔＲ９０
ΔＲ０＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
ΔＲ９０＝［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
【００４４】
［異方性分析手段］
ステップＳＴＰ２１では、直線偏光の回転角２φに対する差分ΔＲをグラフ上にプロットし、ステップＳＴＰ２２でフィッティング処理を行って、２φ−ΔＲ線図のグラフを描く。
ステップＳＴＰ２３でΔＲ＝０となる角度を読み取り、このうちのひとつが試料３の測定点Ｓにおける光学軸の方向である。
また、測定点Ｓ内の光学軸の方向が揃っていれば、異方性が大きいと言うことができ、ΔＲの高さ方向の振幅により評価することができる。したがって、ステップＳＴＰ２４では、ΔＲの極大値と極小値の差、０から極大値までの高さなど、ΔＲの高さ方向の振幅を反映した値を算出することにより、異方性の大きさが評価される。
【００４５】
以上が本発明の一構成例であって、次に本発明方法について説明する。
例えば、試料３として、配向処理を施した液晶配向膜を塗布したＬＣＤ用ＴＦＴ基板（１画素あたり３０ミクロン）をその配向処理の方向をＸ軸と平行にしてステージ２にセットし、対物レンズ用自動回転レボルバを回転し、対物レンズを光路から外した状態で光位置検出素子の信号を基にあおり調整を行う。
【００４６】
あおり調整の後、対物側集光レンズ１４を入射光軸Ｚに挿入し、集光レンズ１４をＺ方向に走査する。受光素子９での強度が最大となる位置に集光レンズ１４の位置を固定し、そのときのＺ座標を記憶すれば、測定点ＳのＺ方向位置を測定することができる。
次いで、撮像カメラ２２の画像により、入射光がＴＦＴ基板の画素内に照射されるようＸＹテーブル１９ｘ、１９ｙを調整したのち、反射光強度を測定する。
【００４７】
まず、１／２波長板１２について遅相軸がＸ軸と平行になるように初期位置を設定し、１／４波長板１３について遅相軸がＸ軸に対して＋δ（＋２°）ずれた初期位置に設定する。
次いで、１／２波長板１２及び１／４波長板１３を、１／２波長板１２に対して１／４波長板の回転角度が２倍となるように、それぞれ回転速度２０ｒｐｍ及び４０ｒｐｍで回転させ、１／２波長板１２が０〜１８０°まで５°回転するたびに、受光素子９により反射光強度Ｒ（＋δ）を読み取っていく。
【００４８】
このとき、レーザ６から照射された光は入射光路Ｌ１に沿って進行し、偏光子Ｐで偏光軸がＸ軸方向と平行な直線偏光となり、１／２波長板１２でその直線偏光の偏光軸が回転され、遅相軸が＋２°ずれて配された１／４波長板１３により楕円偏光に変換されて、対物側集光レンズ１４により直径１ミクロンのスポットに絞られて試料３に対して垂直方向に照射される。
【００４９】
そして、試料３の測定点Ｓから拡散される反射光は反射光路Ｌ２に沿って進行し、対物側集光レンズ１４で平行化され、再び１／４波長板１３及び１／２波長板１２を透過して直線偏光に変換され、ハーフミラー７で反射され、検光子Ａを透過した後、ハーフミラー８で反射され、検出側集光レンズ１７の焦点位置に置かれた孔径２０μｍのピンホール１８により、対物側集光レンズ１４の焦点位置以外から反射されたノイズ光（例えば試料の裏面反射光）が除去されて、測定点Ｓから反射された反射光のみが受光素子９に達する。
【００５０】
このとき反射光に含まれる偏光成分のうち、偏光状態が変化していない偏光成分は、再び１／４波長板１３を通る際に直線偏光に戻され、１／２波長板１２を通過した時点で偏光軸がＸ軸と平行な直線編光に戻されるので、偏光軸がＹ軸と平行な検光子Ａでカットされるのに対し、偏光状態が変化した偏光成分は、元の直線偏光と異なる偏光状態になるので、検光子Ａを透過して受光素子９に達することとなり、光強度の変化として検出することができる。
【００５１】
次いで、１／２波長板１２について遅相軸がＸ軸と平行になるように初期位置を設定し、１／４波長板１３について遅相軸がＸ軸に対して−δ（−２°）ずれた初期位置に設定した後、同様に受光素子９により反射光強度Ｒ（−δ）を測定する。
【００５２】
そして、これらの反射光強度Ｒ（＋δ）、Ｒ（−δ）の差分ΔＲを次式にて算出する。
ΔＲ＝Ｒ（＋δ）−Ｒ（−δ）
図３（ａ）〜（ｃ）はこのときの測定結果を示すグラフであり、以下グラフはいずれも横軸が１／２波長板１２により回転される直線偏光の回転角２φ、縦軸は、図３（ａ）が反射光強度Ｒ（＋δ）であり、図３（ｂ）が反射光強度Ｒ（−δ）であり、図３（ｃ）が差分ΔＲである。
【００５３】
そして、図３（ｃ）のデータにフィッティング処理を行い、ΔＲ＝０となる偏光軸の角度２φを読み取ると、１０°、１００°１９０°２８０°であった。
ステージ２に置いた試料３の配向処理方向はＸ軸と平行（０°）であるから、０°に最も近い１０°（１９０°）がこの測定点Ｓの光学軸の方向（配向方向）であることがわかる。
【００５４】
異方性の大きさＨは、例えば、次式で求めることができる。
Ｈ＝ΔＲmax−ΔＲmin
このとき、予め測定された良品について、異方性の大きさＨ０を測定しておき、これとの比Ｈ／Ｈ０に基づいて、例えば０.９以上であれば異方性の大きさが適正であると判断すればよい。
【００５５】
図４は、試料３の表面上にマトリクス上に設定した多数の測定点について光学軸の方向を測定した結果を示すグラフ、図５は異方性の大きさについてその分布状態を示すグラフである。
【実施例２】
【００５６】
なお、測定光学系４に起因するノイズが大きい場合は、これを除去するため、必要に応じて、試料３を０°方向に向けてステージ２にセットした場合と、試料３を９０°方向に向けてステージ２にセットした場合と、光学異方性のないガラスなどの光学等方性材料をステージ２にセットした場合について反射光強度を測定し、以下のように差分を算出すれば、より高精度に光学異方性パラメータを測定することができる。
【００５７】
図６は、配向処理方向をＸ軸と平行（０°方向）に向けてステージ２にセットした試料３からの反射光強度Ｒ０（＋δ）、Ｒ０（−δ）と、ステージ２に光学等方性材料であるガラスをセットしたときの反射光強度ＲＥ（＋δ）、ＲＥ（−δ）に基づいて、差分ΔＲを次式にて算出したときの測定結果である。
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
【００５８】
図６（ａ）は反射光強度Ｒ０（＋δ）、図６（ｂ）は反射光強度Ｒ０（−δ）、図６（ｃ）はその差［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］、図６（ｄ）は反射光強度ＲＥ（＋δ）、図６（ｅ）は反射光強度ＲＥ（−δ）、図６（ｆ）その差［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］、図６（ｇ）は差分ΔＲである。
そして、図６（ｇ）のデータにフィッティング処理を行い、ΔＲ＝０となる偏光軸の角度２φを読み取ると、１２°、１０２°１９２°２８２°であった。
ステージ２に置いた試料３の配向処理方向はＸ軸と平行（０°）であるから、０°に最も近い１２°（１９２°）がこの測定点Ｓの光学軸の方向（配向方向）であることがわかる。
【実施例３】
【００５９】
図７は、配向処理方向をＸ軸と平行（０°方向）に向けてステージ２にセットした試料３からの反射光強度Ｒ０（＋δ）、Ｒ０（−δ）と、配向処理方向をＸ軸と平行（９０°方向）に向けてステージ２にセットした試料３からの反射光強度Ｒ９０（＋δ）、Ｒ９０（−δ）と、に基づいて、差分ΔＲを次式にて算出したときの測定結果である。
ΔＲ＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］
これによれば、光学系固有の異方性が除去され、さらに異方性の大きさが２倍となるため、より精度の高い測定を行うことができる。
【００６０】
反射光強度Ｒ０（＋δ）及びＲ０（−δ）については、図６（ａ）及び（ｂ）のデータを用いた。
図７（ａ）は反射光強度Ｒ９０（＋δ）、図７（ｂ）は反射光強度Ｒ９０（−δ）、図７（ｃ）はその差［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］を示し、図７（ｄ）が差分ΔＲである。
そして、図７（ｄ）のデータにフィッティング処理を行い、ΔＲ＝０となる偏光軸の角度２φを読み取ると、１５°、１０５°１９５°２８５°であった。
ステージ２に置いた試料３の配向処理方向はＸ軸と平行（０°）であるから、０°に最も近い１５°（１９５°）がこの測定点Ｓの光学軸の方向（配向方向）であることがわかる。
【実施例４】
【００６１】
ここで、中間データ［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］及び［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］を利用する必要があり、それぞれについて予め光学系４に起因するノイズを除去しておく必要があれば、差分ΔＲ０及びΔＲ９０を次式で求めておき、
ΔＲ０＝［Ｒ０（＋δ）−Ｒ０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
ΔＲ９０＝［Ｒ９０（＋δ）−Ｒ９０（−δ）］−［ＲＥ（＋δ）−ＲＥ（−δ）］
これらのデータに基づき、差分ΔＲを次式で求めればよい。
ΔＲ＝ΔＲ０−ΔＲ９０
【００６２】
反射光強度Ｒ０（＋δ）、Ｒ０（−δ）、ＲＥ（＋δ）、ＲＥ（−δ）は図６（ａ）（ｂ）（ｄ）（ｅ）のデータを用い、反射光強度Ｒ９０（＋δ）、Ｒ９０（−δ）は図７（ａ）（ｂ）のデータを用いた。
図８（ａ）が差分ΔＲ０、図８（ｂ）が差分ΔＲ９０であり、その差分ΔＲ＝ΔＲ０−ΔＲ９０は図７（ｄ）の結果と同じであった。
【実施例５】
【００６３】
図９は本発明に係る他の光学異方性パラメータ測定装置を示す説明図である。
本例の光学異方性パラメータ測定装置２５は、ある程度の広さをもった測定エリアＳ２（例えば直径１０ｍｍ）全体について光学異方性の評価を行うことができる。なお、図１と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００６４】
本例では、測定光学系４のレーザ６とハーフミラー７との間に介装されたビームエキスパンダ１１により、入射光が測定エリアＳ２に応じた大きさの光束径（例えば直径１０ｍｍ）を有する平行光束となるようにその倍率が設定されている。
また、図１の対物側集光レンズ１４、検出側集光レンズ１７、ピンホール１８は設けられていない。
【００６５】
これによれば、ビームエキスパンダ１１で直径１０ｍｍの平行光束となった入射光は、偏光子Ｐ、１／２波長板１２、１／４波長板１３を透過して楕円偏光となって試料３の測定エリアＳ２全体に照射される。
その反射光は、直径１０ｍｍの平行光束のまま１／４波長板１３、１／２波長板１２を透過し、反射光路Ｌ２に沿って検光子Ａを透過して、受光素子９に達し、その光強度が測定される。
このとき、測定エリアＳ２内の光学軸の方向はその平均的な方向が検出され、光学軸の方向が揃っていれば異方性の大きさを示す値Ｈが大きく、光学軸の方向にばらつきがあれば異方性の大きさを示す値Ｈが小さくなる。
【実施例６】
【００６６】
図１０は本発明に係るさらに他の光学異方性パラメータ測定装置を示す説明図であって、図１と重複する部分は同一符号を付して詳細説明を省略する。
本例の光学異方性パラメータ測定装置２６は、測定エリアＳ３が波長板１２、１３の直径より大きく設定されている場合（例えば直径１ｍ程度）でも、その測定エリアＳ３全体について一回の測定で光学異方性の評価を行うことができる。
【００６７】
本例では、測定光学系４のレーザ６とハーフミラー７との間に、その照射光を所定の光束径（例えば５ｍｍ）の平行光束とするビームエキスパンダ１１が介装され、１／４波長板１３と試料３を置くステージ２の間に、入射光を測定エリアＳ３に応じた大きさの光束径を有する平行光束に拡径するビームエキスパンダ２７が介装されている。
また、図１の対物側集光レンズ１４、検出側集光レンズ１７、ピンホール１８は設けられていない。
【００６８】
これによれば、最初のビームエキスパンダ１１で５ｍｍの平行光束となった入射光は、偏光子Ｐ、１／２波長板１２、１／４波長板１３を透過して楕円偏光となり、ビームエキスパンダ２７で直径１ｍの平行光束に拡径されて、試料３の測定エリアＳ２全体に照射される。
その反射光は、直径１ｍの平行光束となって、ビームエキスパンダ２７に逆方向に進行し、直径５ｍｍの平行光束となって１／４波長板１３、１／２波長板１２を透過し、反射光路Ｌ２に沿って検光子Ａを透過して、受光素子９に達し、その光強度が測定される。
このとき、測定エリアＳ２内の光学軸の方向はその平均的な方向が検出され、光学軸の方向が揃っていれば異方性の大きさを示す値Ｈが大きく、ばらつきがあれば異方性の大きさを示す値Ｈが小さくなる点は前述の実施例と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光学異方性を有する製品、特に、液晶配向膜の品質検査などに適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１    光学異方性パラメータ測定装置
２    ステージ
３    試料
Ｓ    測定点（測定エリア）
４    測定光学系
５    演算処理装置
６    レーザ
７    ハーフミラー
９    受光素子
Ｐ    偏光子
Ａ    検光子
１０  二次元光位置検出素子
１２  １／２波長板
１３  １／４波長板
１４  対物側集光レンズ
１７  検出側集光レンズ
１８  ピンホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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