(57)【要約】【課題】それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を光学軸の方向が一致するように積層して構成された透明試料について、光学軸同士のずれを精度良く検査することが可能な光学特性検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料４０を光共振光学系２０の光路内に配置し、透明試料４０の積層方向と光路の向きとがほぼ一致するように光軸を調整し、所定のレーザ光源１０から出射される照明光を光共振光学系２０に供給し、光共振光学系２０に含まれている少なくとも１つの反射鏡２２の位置を、光路の方向に向かって移動することにより光路長を周期的に変更し、光共振光学系２０から出射する光を光強度検出手段３０で光強度検出し、この光強度に基づいて所定の演算処理を行い透明試料の光学特性を算出する。【選択図】図１
2007256197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料の光学特性を検出する光学特性検査装置であって、
光路の途中に前記透明試料の少なくとも一部分が配置され、前記透明試料の積層方向と前記光路の向きとがほぼ一致するように光軸が調整された光共振光学系と、
前記光共振光学系に対して照明光を供給するレーザ光源と、
前記光共振光学系に含まれている少なくとも１つの反射鏡の位置を、前記光路の方向に向かって移動する光路長変更手段と、
前記光共振光学系から出射する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段と、
前記光強度検出手段の検出した光強度に基づいて前記透明試料の光学特性を算出する演算手段と、
を設けたことを特徴とする光学特性検査装置。
【請求項２】
前記光路長変更手段として、周期的な機械振動を発生する振動素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学特性検査装置。
【請求項３】
前記透明試料を支持すると共に、前記光路の軸に対して垂直な平面内で前記透明試料を移動可能な材料載置台を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学特性検査装置。
【請求項４】
前記レーザ光源は、直線偏光されたレーザ光を前記光共振光学系に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光学特性検査装置。
【請求項５】
前記光共振光学系は、３個以上の反射鏡の組み合わせを用いて、３個以上の前記反射鏡の間を周回する光路を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学特性検査装置。
【請求項６】
それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料の光学特性を検出する光学特性検査方法であって、
光共振光学系の光路内に、前記透明試料の少なくとも一部分を配置すると共に、前記透明試料の積層方向と前記光路の向きとがほぼ一致するように光軸を調整し、
所定のレーザ光源から出射される照明光を前記光共振光学系に供給し、
前記光共振光学系に含まれている少なくとも１つの反射鏡の位置を、前記光路の方向に向かって移動することにより光路長を周期的に変更し、
前記光共振光学系から出射する光を所定の光強度検出手段で受光して光強度を検出し、
前記光強度検出手段で検出された光強度に基づいて所定の演算処理を行い前記透明試料の光学特性を算出する、
ことを特徴とする光学特性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料の光学特性を検出する光学特性検査装置及び光学特性検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な表示装置に用いられる液晶パネルの表示性能（例えば視野角）を改善するために、従来より積層された光学フィルム部品が用いられている。例えば液晶パネル業界では、部材メーカが位相差フイルムや光学補償フイルムのように、一定の方向に光学軸を持つ光学フイルムを偏光板と貼りあわせた光学部材を生産し、液晶パネルセットメーカに販売している。
【０００３】
このような光学部材を製造する際には、実際には光学フイルムの光学軸と偏光板の透過軸とが重なり合うような状態に位置決めして張り合わせている。しかし、現実には製造工程上の問題から、光学フイルムの光学軸と偏光板の透過軸とがぴったり重なり合わず、微小にずれること起こることがある。
【０００４】
このような軸ずれの生じた光学部材、すなわち不良個所を有する部材を液晶パネルに使用すると、液晶パネルの黒表示状態のときに光がその不良個所から漏れて輝度ムラが発生し、パネル品質の低下を招くので大きな問題になっていた。
従って、品質劣化のない液晶パネルを提供するためには、光学フイルムのような材料について不良の有無を検査しなければならない。積層された光学フイルムのような光学材料における軸ずれ量を定量的に測定する方法としては、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。特許文献１の技術では積層された複合試料を１回だけ透過した光を検出することにより前記軸ずれ量を測定している。
【特許文献１】特開平８−１５２３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を用いて検出できるのは、発見できる最低光量に限界が生じ、比較的大きな軸ずれ量の検出に限られる。従って、積層された複合試料に微少な軸ずれが発生していたとしても、それを検出するのは困難であった。積層された複合試料に発生した軸ずれ量がわずかであったとしても、液晶パネルの表示性能に悪影響を及ぼすのは避けられないので、微少な軸ずれをも検出可能にすることが望まれていた。
本発明は、それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を光学軸の方向が一致するように積層して構成された透明試料について、光学軸同士のずれを精度良く検査することが可能な光学特性検査装置及び光学特性検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題は以下の構成である検査装置及び方法により達成される。
（１）それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料の光学特性を検出する光学特性検査装置であって、光路の途中に前記透明試料の少なくとも一部分が配置され、前記透明試料の積層方向と前記光路の向きとがほぼ一致するように光軸が調整された光共振光学系と、前記光共振光学系に対して照明光を供給するレーザ光源と、前記光共振光学系に含まれている少なくとも１つの反射鏡の位置を、前記光路の方向に向かって移動する光路長変更手段と、前記光共振光学系から出射する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段と、前記光強度検出手段の検出した光強度に基づいて前記透明試料の光学特性を算出する演算手段とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によると、検査対象となる前記透明試料を透過する光は、前記光共振光学系の光路中で反射を繰り返し、前記透明試料を複数回透過した光によって生じる、前記透明試料で反射した光、前記透明試料を透過した光、前記透明試料から漏れた光のいずれかを光強度検出手段で検出することになる。前記光共振光学系の光路中で反射を繰り返す光については、光路長の整数倍の波長の光に対して共振し、増幅されることになるので、前記透明試料の光学特性を高精度で検出することが可能になる。
【０００８】
例えば、前記透明試料が偏光板と光学フィルムとを積層したものである場合に、直線偏光の照明光を前記光共振光学系に供給すると、前記透明試料に光学軸のずれがない場合には光路長とは無関係の光強度が検出されるが、光学軸のずれがある場合には、光路長に応じて検出される光強度に変化が生じる。そこで、光路長変更手段を用いて光路長を変化させながら光強度を検出することで、前記透明試料における光学軸のずれを検出できる。
【０００９】
（２）前記光路長変更手段として、周期的な機械振動を発生する振動素子を設けたことを特徴とする（１）に記載の光学特性検査装置。
このような構成によると、振動素子を用いて前記光共振光学系における光路長を周期的に変化させることができるので、光路長の違いに対する光強度の変化を連続的に検出することができる。
【００１０】
（３）前記透明試料を支持すると共に、前記光路の軸に対して垂直な平面内で前記透明試料を移動可能な材料載置台を設けたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の光学特性検査装置。
このような構成によると、材料載置台により前記透明試料を移動できるので、前記光共振光学系の光路と前記透明試料との相対的な位置関係を変更することができ、前記透明試料における検査対象部位を必要に応じて変えることができる。
【００１１】
（４）前記レーザ光源は、直線偏光されたレーザ光を前記光共振光学系に供給することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の光学特性検査装置。
このような構成によると、直線偏光されたレーザ光を前記光共振光学系に供給するので、前記透明試料が偏光板を含む場合に、光軸のずれを検出できる。
【００１２】
（５）前記光共振光学系は、３個以上の反射鏡の組み合わせを用いて、３個以上の前記反射鏡の間を周回する光路を形成することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の光学特性検査装置。
このような構成によると、前記光共振光学系が周回する光路を形成するので、前記透明試料を繰り返し透過する光は常に同じ方向に透過することになる。従って、透過方向の違いによって特性に違いの生じるような透明試料についても検査可能である。
【００１３】
（６）それぞれが光学軸を有する複数の透明材料を積層して構成された透明試料の光学特性を検出する光学特性検査方法であって、光共振光学系の光路内に、前記透明試料の少なくとも一部分を配置すると共に、前記透明試料の積層方向と前記光路の向きとがほぼ一致するように光軸を調整し、所定のレーザ光源から出射される照明光を前記光共振光学系に供給し、前記光共振光学系に含まれている少なくとも１つの反射鏡の位置を、前記光路の方向に向かって移動することにより光路長を周期的に変更し、前記光共振光学系から出射する光を所定の光強度検出手段で受光して光強度を検出し、前記光強度検出手段で検出された光強度に基づいて所定の演算処理を行い前記透明試料の光学特性を算出することを特徴とする光学特性検査方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検査対象となる前記透明試料を透過する光は、前記光共振光学系の光路中で反射を繰り返し、前記透明試料を複数回透過した光によって生じる、前記透明試料で反射した光、前記透明試料を透過した光、前記透明試料から漏れた光のいずれかを光強度検出手段で検出することになる。前記光共振光学系の光路中で反射を繰り返す光については、光路長の整数倍の波長の光に対して共振し、増幅されることになるので、前記透明試料の光学特性を高精度で検出することが可能になる。
【００１５】
例えば、前記透明試料が偏光板と光学フィルムとを積層したものである場合に、直線偏光の照明光を前記光共振光学系に供給すると、前記透明試料に光学軸のずれがない場合には光路長とは無関係の光強度が検出されるが、光学軸のずれがある場合には、光路長に応じて検出される光強度に変化が生じる。そこで、光路長変更手段を用いて光路長を変化させながら光強度を検出することで、前記透明試料における光学軸のずれを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の光学特性検査装置及び光学特性検査方法に関する１つの実施の形態について、図１、図２及び図５を参照しながら以下に説明する。
図１は第１の実施の形態の光学特性検査装置の主要な構成を示すブロック図である。図２は図１に示す光学特性検査装置で検出される信号の特性例を示すグラフである。図５は図１に示す光学特性検査装置に設けられた試料支持機構の構成例を示す正面図である。
【００１７】
この形態の光学特性検査装置は、図１に示すように、レーザ光源１０と、光共振光学系２０と、光検出器３０と、被検査フィルム４０と、演算回路６０と、ドライバ７０とを備えている。また、被検査フィルム４０を支持するために図５に示すような試料支持機構５０を備えている。
検査対象の試料である被検査フィルム４０としては、ここでは偏光板４１と光学補償フィルム４２とを積層して貼り合わせた透明な光学フィルムを想定している。
【００１８】
光共振光学系２０は、「bow-tie 共振器光学系」と呼ばれる構造になっており、図１に示すようにカップリングミラー２１と３つの反射鏡２２、２３、２４とで構成されている。カップリングミラー２１は、入射光の一部を透過し残りの一部を反射するような光学特性を有している。図中の矢印Ａ１方向から入射する光は、カップリングミラー２１を透過して光共振光学系２０の光路内に入り、更に矢印Ａ２方向に進行して光路中の被検査フィルム４０を透過し、更に反射鏡２２の表面で反射して矢印Ａ３方向に進み、更に反射鏡２３の表面で反射して矢印Ａ４方向に進み、更に反射鏡２４の表面で反射して矢印Ａ５方向に進み、更にカップリングミラー２１の表面で反射して矢印Ａ２方向に進む。
【００１９】
つまり、光共振光学系２０においては、カップリングミラー２１、反射鏡２２、反射鏡２３、反射鏡２４、カップリングミラー２１、・・・を順番に通り、同じ経路を周回するような光路が形成される。そのため、この光路を通過する光に関しては、光路長の整数倍の波長に対して共振するように、すなわち他の波長成分に比べて減衰が小さくなるような機能を果たす。また、光路中に配置される被検査フィルム４０を同じ光が何回も繰り返し透過することになる。従って、被検査フィルム４０の光軸ずれに関する光学特性を高感度で検出することが可能になる。
レーザ光源１０については、ヤグの２倍波レーザ波長532 nmのレーザ光を直線偏光した状態で出射するように構成した。また、偏光については、レーザ光源１０から光共振光学系２０に入射する光の偏光と、被検査フィルム４０における偏光板４１の透過軸とが一致するように向きを揃えてある。
【００２０】
また、光共振光学系２０の反射鏡２２については、光路長を変えるためにピエゾ振動素子２５に貼り付けてある。ピエゾ振動素子２５は圧電素子であり、所定の電気信号を与えることにより厚み方向に伸縮する。ドライバ７０は、ピエゾ振動素子２５が一定の周期で厚み方向に振動するような交流の電気信号をピエゾ振動素子２５に与える。これにより、反射鏡２２がその厚み方向（光路の方向）に振動し、光共振光学系２０の光路長が周期的に変化する。
【００２１】
光検出器３０は、特定の方向（図中のＡ６方向）から入射する光の強度を検出する光電変換装置である。つまり、光検出器３０は光共振光学系２０の光路からの反射光の強度を検出する。
演算回路６０は、光検出器３０が検出した反射光の強度に基づいて、被検査フィルム４０に関する光軸のずれ量を算出する。
被検査フィルム４０を支持する試料支持機構５０については、光共振光学系２０の光路の方向と直交する面内で被検査フィルム４０を移動可能に支持するための機構であり、図５に示すように、縦方向移動機構５１と、横方向移動機構５２と、支持フレーム５３とを備えている。
支持フレーム５３は、被検査フィルム４０が撓まないようにそれを周辺部で支持する。
【００２２】
横方向移動機構５２は、矢印Ｘ方向に移動可能な状態で被検査フィルム４０を支持フレーム５３と共に支持する。縦方向移動機構５１は、矢印Ｙ方向に移動可能な状態で被検査フィルム４０を支持フレーム５３及び横方向移動機構５２と共に支持する。従って、被検査フィルム４０上の任意の箇所が光共振光学系２０の光路に面するように位置決めすることができる。被検査フィルム４０は、試料支持機構５０によって支持され、光共振光学系２０の光路の向きと直交する面とほぼ平行な状態で光路中に配置される。
【００２３】
図示していないが、この試料支持機構５０を光軸中心に回転できる構成とすることもできる。これにより、入射光の偏光軸を一定にして、光学軸の回転角度の設定が可能となる。
次に、被検査フィルム４０に関する光軸のずれ量を算出するための具体的な方法について説明する。光検出器３０によって検出される共振器反射光信号の強度Ｉref は、次式で表される。
【数１】
2007256197.tif 000003
【００２４】
但し、
Ｉo：入射光強度
ｒ：カップリングミラー２１の電場振幅反射率
ｋ：波数
ｋ＝２π／λ（λ：入射光の波長）
Ｌ：光共振光学系２０の光路長
ａ：光共振光学系２０中の光の効率
【００２５】
光共振光学系２０中の光の効率ａについては、被検査フィルム４０の偏光板４１と光学補償フィルム４２との間の光軸の相対角度の関数として表すと、次式が成立する。
【数２】
2007256197.tif 000004
但し、
δ：光学補償フィルム４２のリタデーション
θ：偏光板４１の透過軸と光学補償フィルム４２の遅相軸もしくは進相軸の間の角度
【００２６】
偏光板４１の透過軸と光学補償フィルム４２の遅相軸もしくは進相軸とが一致している(θ＝０度)場合には、（ａ＝０）となり、共振器の光路長Ｌの大きさに関わらず入射光が全反射する。一方、両者が不一致の場合（ａ＜１）には、共振器反射光信号の強度Ｉref は（Sin(ｋＬ)＝−１）の時に次式に示すような最小値Ｉref(min)になり（Sin(ｋＬ)＝＋１）の時に最大値Ｉref(max)になる。
【数３】
2007256197.tif 000005
【００２７】
そこで、光共振光学系２０の光路長を変化させて共振器反射光信号の強度Ｉrefの最大値及び最小値を読み取りれば、光共振光学系２０中の光の効率ａ、すなわち光軸ずれ量を算出することができる。また、光学補償フィルム４２のリタデーションδが既知であれば、偏光板４１の透過軸と光学補償フィルム４２の遅相軸もしくは進相軸の間の角度θを見積もることも可能である。
【００２８】
図１に示す光学特性検査装置においては、ピエゾ振動素子２５に交流電圧を印加することにより、電圧の大きさに応じてピエゾ振動素子２５がその厚み方向に伸縮し、光共振光学系２０の光路長Ｌが周期的に変化する。
そこで、光検出器３０によって検出される反射光信号の強度を様々な（ｋＬ）に対してプロットすると、例えば図２に示すような特性が実際に得られる。図２に示す特性は（ｒ＝０．９８，ａ＝０．９）の場合を想定している。
【００２９】
図２中に示す最小値のピーク間距離ΔｋＬと谷深さ半分での谷の幅Δφとの比はフィネスと呼ばれており、次式で表される。
【数４】
2007256197.tif 000006
【００３０】
従って、この比から光共振光学系２０中の光の効率ａを求めることもできる。理論的には、（ａ＝ｒ）の条件が成り立つ時に最も最小値の谷が深くなるため、ａが微小つまりθが微小でもそれに対応するオーダーを持つ反射率のカップリングミラー２１を準備すれば感度良くθを計測することが出来る。これは、反射率を高めることで被検査フイルムをレーザ光が通過する回数が増え、光学軸ズレ量を増幅して検査できることと同意である。なお、精度を高めるために、整流器や直線偏光子を共振器中に配置しても良い。
【００３１】
次に、本発明の光学特性検査装置及び光学特性検査方法に関するもう１つの実施の形態について、図３及び図４を参照しながら以下に説明する。図３は第２の実施の形態の光学特性検査装置の主要な構成を示すブロック図である。図４は図３に示す光学特性検査装置で検出される信号の特性例を示すグラフである。
この形態は第１の実施の形態の変形例である。また、図３及び図４において第１の実施の形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態と異なる構成や動作について以下に説明する。
【００３２】
この形態の光学特性検査装置は、図３に示すように、レーザ光源１０と、光共振光学系２０と、光検出器３０と、被検査フィルム４０と、演算回路６０と、ドライバ７０とを備えている。また、検査対象の試料である被検査フィルム４０としては、ここでは偏光板４１と光学補償フィルム４２とを積層して貼り合わせた透明な光学フィルムを想定している。
【００３３】
図３に示す光学特性検査装置の構成は第１の実施の形態とほとんど同じである。但し、光検出器３０が検出する光の成分は第１の実施の形態と異なっている。すなわち、この形態の光学特性検査装置においては、光共振光学系２０の光路中に配置された被検査フィルム４０から漏れる光信号の強度を読み取る。従って、図３中の光検出器３０が読み取る信号Ｉcavは次式で表される。
【数５】
2007256197.tif 000007
【００３４】
但し、
Ｉo：入射光強度
ｒ：カップリングミラー２１の電場振幅反射率
ｔ：カップリングミラー２１の電場振幅透過率
ｋ：波数
ｋ＝２π／λ（λ：入射光の波長）
Ｌ：光共振光学系２０の光路長
ａ：光共振光学系２０中の光の効率
【００３５】
（ａ＜１）である場合には、（Sin(ｋＬ)＝−１）の条件を満たす時に、信号Ｉcavは最大値（Ｉcav(max)）になる。
【数６】
2007256197.tif 000008
【００３６】
図３に示す光学特性検査装置においては、ピエゾ振動素子２５に交流電圧を印加することにより、電圧の大きさに応じてピエゾ振動素子２５がその厚み方向に伸縮し、光共振光学系２０の光路長Ｌが周期的に変化する。
【００３７】
そこで、光検出器３０によって検出されるもれ光信号をの強度を様々な（ｋＬ）に対してプロットすると、例えば図４に示すような特性が実際に得られる。図４に示す特性は（ｒ＝０．９８，ａ＝０．９）の場合を想定している。図４に示す特性における最大値のピーク間距離ΔkL'と山の高さ半分での山の幅Δφ'との比はフィネスと呼ばれており、次式で表される。
【数７】
2007256197.tif 000009
【００３８】
従って、この比から「ａ」を求めることができる。理論的には、（ａ＝ｒ）の条件が成り立つ時に最も最小値の谷が深くなるため、ａが微小つまりθが微小でもそれに対応するオーダーを持つ反射率のカップリングミラー２１を準備すれば感度良くθを計測することができる。これは、反射率を高めることで被検査フイルムをレーザ光が通過する回数が増え、光学軸ズレ量を増幅して検査できることと同意である。なお、精度を高めるために、整流器や直線偏光子を共振器中に配置しても良い。
【００３９】
なお、上記２つの実施の形態では、光学フィルムを検査対象とする場合を想定しているが、フィルムに限らず、光学軸を有する複数の透明な物質を積層したものであれば検査対象として利用できる。
また、照明として利用する光源については、必ずしも直線偏光の光を出射するでなくても良い。また、直線偏光の光を用いる場合には、検査対象物の偏光軸と直交しないように偏光方向を調整する必要がある。
【００４０】
以上のように、本発明の光学特性検査装置及び光学特性検査方法は、表示装置の液晶パネルなどに用いられる位相差フイルムや光学補償フイルムのように、一定の方向に光学軸を持つ光学フイルムを偏光板と貼りあわせた光学部材などを検査する場合に適用することにより、光学軸ずれの検出感度を大幅に改善することができ、表示装置の表示性能の改善に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態の光学特性検査装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光学特性検査装置で検出される信号の特性例を示すグラフである。
【図３】第２の実施の形態の光学特性検査装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す光学特性検査装置で検出される信号の特性例を示すグラフである。
【図５】図１に示す光学特性検査装置に設けられた試料支持機構の構成例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  レーザ光源
２０  光共振光学系
２１  カップリングミラー
２２，２３，２４  反射鏡
２５  ピエゾ振動素子
３０  光検出器
４０  被検査フィルム
４１  偏光板
４２  光学補償フィルム
５０  試料支持機構
５１  縦方向移動機構
５２  横方向移動機構
５３  支持フレーム
６０  演算回路
７０  ドライバ
【図１】
2007256197.tif 000010
【図２】
2007256197.tif 000011
【図３】
2007256197.tif 000012
【図４】
2007256197.tif 000013
【図５】
2007256197.tif 000014