(57)【要約】【課題】配向膜などの複屈折性膜の複屈折状態、例えば配向状態などを高速かつ正確に測定する測定装置及び方法を提供すること。【解決手段】    配向膜１００の配向状態を測定する装置である。この装置は、偏光子２０を介して入射する測定光を透過するとともに、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連付けて変化する光弾性変調器３０と、前記光弾性変調器を透過し前記配向膜１００で反射された測定光を検光子４０を介して受光し光強度を表す光強度情報に変換する受光手段５０とを含む。そして、基準成分抽出手段６０は、前記光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行ない、配向状態演算手段７０は、抽出された基準成分に基づき、前記配向膜の配向状態を表す物理量を求める。【選択図】図１
2009085887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性膜の複屈折状態を測定する装置において、
偏光子を介して入射する測定光を透過するとともに、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連付けて変化する光弾性変調手段と、
前記光弾性変調手段を透過し、前記複屈折性膜で反射された測定光を検光子を介して受光し、光強度を表す光強度情報に変換する受光手段と、
前記光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行う基準成分抽出手段と、
抽出された基準成分に基づき、前記複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求める複屈折状態演算手段と、
を含む測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記基準成分抽出手段は、
前記光強度情報からその直流成分を基準成分のひとつとして抽出する処理をさらに行ない、
前記複屈折状態演算手段は、
抽出された基準成分に基づき、前記物理量として複屈折性膜の位相差及び複素反射振幅比の少なくとも一方を求める測定装置。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかにおいて、
前記偏光子及び検光子の主軸方位は前記光弾性変調手段の主軸方位に対し所与の関係に設定された測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記測定光として、ＵＶ帯域のレーザ光を用いる測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記複屈折性膜で反射された測定光が受光手段に到達するまでの反射光路上に、前記複屈折性膜の表面側からの反射光を通過させ裏面側からの反射光を除去する開口部を設けた測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記測定光の前記複屈折性膜への入射方向を、複屈折性膜の反射光強度が顕著に現れる代表的な基準測定方位に設定する測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記複屈折性膜の同一測定ポイントに、
異なる少なくとも２方向から測定光を入射し、反射された各測定光を個別に受光し、前記物理量を個別に演算する測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
複屈折性膜の表面に透明弾性樹脂からなる半球状レンズを密着させ、これを介して測定光を複屈折性膜に導入させる測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記光弾性変調手段から透過した測定光を複数の入射光側ビームスプリッタにより複数の入射光路に分岐し、前記複屈折性膜表面の複数の測定スポットに入射し、
前記複数の測定スポットから反射された測定光を、複数の反射光側ビームスプリッタにより一の光路の測定光に合成し前記受光手段に入射し、
前記複数の入射光路にはそれぞれ測定光を選択的に遮光するシャッタ手段が設けられ、前記複数の測定スポットからの測定光を選択的に前記受光手段に入射する測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記光弾性変調手段は複数設けられ、各光弾性変調手段は異なる弾性周波数で駆動され、各光弾性変調手段を透過した測定光を前記複屈折性膜表面の複数の測定スポットに入射し、
前記複数の測定スポットから反射された測定光を、反射光側ビームスプリッタにより一の光路の測定光に合成し前記受光手段に入射する測定装置。
【請求項１１】
偏光子を介して入射する測定光を透過するとともに、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連付けて変化する光弾性変調手段と、
前記光弾性変調手段を透過し、前記複屈折性膜で反射された測定光を検光子を介して受光し、光強度を表す光強度情報に変換する受光手段と、
を用い、複屈折性膜の複屈折状態を測定する方法において、
前記光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行う基準成分抽出手順と、
抽出された基準成分に基づき、前記複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求める複屈折状態演算手段と、
を含む測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複屈折性膜の複屈折状態を測定する測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイの製造工程において、液晶を配向させるためにラビングは最も重要な処理である。
【０００３】
近年、高速で、任意の配向方向が可能かつクリーンな手法として、光配向が注目を集めている。
【０００４】
この光配向量の評価に、複屈折計測が着目されている。
【０００５】
従来このような測定を行うために、非特許文献１に記載のような、エリプソメータを用いる手法がある。この手法では位相板または偏光板を回転して偏光変調を与え、そのとき得られる光強度の変化から、楕円率と楕円率方位角を求めている。
【０００６】
また、他の手法としては、非特許文献２に記載のように、液晶配向膜の検査装置が知られている。この装置は、回転検光子型として形成され、配向サンプルを回転テーブル上に設置し、偏光解析を行っている。
【０００７】
また、他の手法として、光弾性変調器を用いた複屈折計測計等も知られている。
【非特許文献１】Azzam, Bashara:Ellipometry and Polarized(Elsevier,1986).
【非特許文献２】モリテクックス，月間ディスプレイ（2006,12）pp.55-59.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の測定手法では、以下の問題がある。
【０００９】
まず、光配向によって配向の強度に対して発生する複屈性位相差は、従来のメカニカルなラビング法に比べて非常に小さな値となる。このため従来の手法では配向膜の配向状態を正確に計測することが困難であった。
【００１０】
また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ガラス基板上に、カラーフィルタ、透明電極、配向膜等を順次積層する積層構造となっている。従って、測定光を配向膜に反射させて、その反射光を解析する従来の手法では、配向膜に入射した測定光は、配向膜表面で透過光と反射光に別れ、透過光は積層構造の境界面において順次反射され、裏面反射光として、配向膜表面からの反射光に重畳され、この裏面反射光が配向膜の配向状態の測定誤差を引き起こすという問題があった。
【００１１】
また、測定光をサンプルである配向膜を透過させる手法では、透過光に前記配向膜以外の積層情報がすべて含まれてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような配向膜などの複屈折性膜の複屈折状態、例えば配向状態などを高速かつ正確に測定する測定装置及び方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明は、
複屈折性膜の複屈折状態を測定する装置において、
偏光子を介して入射する測定光を透過するとともに、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連付けて変化する光弾性変調手段と、
前記光弾性変調手段を透過し、前記複屈折性膜で反射された測定光を検光子を介して受光し、光強度を表す光強度情報に変換する受光手段と、
前記光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行う基準成分抽出手段と、
抽出された基準成分に基づき、前記複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求める複屈折状態演算手段と、
を含む。
【００１４】
ここにおいて、光弾性変調器は、ピエゾ素子領域と光透過領域とを含んで構成される。そして、光弾性変調器は、所与の弾性周波数、所与の振幅を発生するための電気信号を外部からピエゾ素子領域に与られると伸縮し、光透過領域に光弾性効果によって複屈折を発生する。
【００１５】
そして、この光弾性変調手段を透過し複屈折性膜表面で反射された測定光は、検光子を介して受光手段で受光され、光強度を表す光強度情報に変化される。
【００１６】
この光強度を表す光強度情報には、前記光弾性変調手段を駆動する周波数、すなわち弾性周波数の振幅成分と、その２倍の周波数の振幅成分が含まれる。
【００１７】
本発明では、基準成分抽出回路が、光強度情報から、前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を、光強度情報の基準成分として抽出し、配向状態演算手段は、抽出されたピエゾ成分に基づき、前記複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求める。
【００１８】
このような一連の演算処理は、ほぼリアルタイムで実行することができるため、複屈折性膜の複屈折状態を、その複屈折状態（例えば配向状態）を表す物理量としてほぼリアルタイムに測定することができる。このため、例えば液晶ディスプレイ等の製造ラインにおいて、複屈折性膜の複屈折状態のリアルタイムかつ連続的な測定を行うことが可能となる。
【００１９】
加えて、本発明によれば、前記光強度情報から抽出される弾性波周波数及びその２倍の周波数の振幅成分は、複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求めるための情報を含んでおり、たとえば光配向による配向の強度に対して複屈折性膜に発生する配向状態の変化を、物理量として正確に求めることが可能となる。
【００２０】
（２）また本発明において、
前記基準成分抽出手段は、
前記光強度情報からその直流成分を基準成分のひとつとして抽出する処理をさらに行ない、
前記複屈折状態演算手段は、
抽出された基準成分に基づき、前記物理量として複屈折性膜の位相差及び複素反射振幅比の少なくとも一方を求める。
【００２１】
本発明の光強度情報に含まれる直流成分は、複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量、特に位相差を求めるための情報を含む。
【００２２】
従って、本発明によれば、複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量として、複屈折性膜（たとえば配向膜）の位相差及び複素反射振幅比の少なくとも一方をリアルタイムでかつ正確に求めることが可能となり、複屈折性膜の領域の良否判定を迅速に行うことが可能な測定装置を実現することができる。
【００２３】
（３）また本発明において、
前記偏光子及び検光子の主軸方位は前記光弾性変調手段の主軸方位に対し所与の関係に設定された。
【００２４】
ここにおいて、偏光子の主軸方位は、前記光強度変調手段の主軸方位に対して４５゜、またはこれに９０°の逓倍の角度を加えた角度に設定することが好ましい。
【００２５】
また検光子の主軸方位は、偏光子の主軸方位と同じ角度、またはそれに９０゜の逓倍の角度を加算した角度に設定することが好ましい。
【００２６】
これにより、測定に使用する測定光を効率よく使用し、受光手段にて受光させ、より精度の高い複屈折性膜の複屈折状態の測定が可能となる。
【００２７】
（４）また本発明において、
前記測定光として、ＵＶ帯域のレーザ光を用いる。
【００２８】
測定光としてＵＶ帯域のレーザ光を用いることにより、多層膜構造の表面に複屈折性膜が形成されている場合であっても、複屈折性膜表面からの反射光に重畳する裏面側からの反射光、特に基板表面からの反射光を減衰させることかでき、これにより裏面反射の影響を低減させ、より精度の高い測定を実現することが可能となる。
【００２９】
（５）また本発明において、
前記複屈折性膜で反射された測定光が受光手段に到達するまでの反射光路上に、前記複屈折性膜の表面側からの反射光を通過させ裏面側からの反射光を除去する開口部を設けた。
【００３０】
本発明によれば、複屈折性膜表面からの反射光に重畳する裏面側からの反射光の影響を、前記開口部で除去し、その影響を低減することが可能となる。
【００３１】
（６）また本発明において、
前記測定光の前記複屈折性膜への入射方向を、複屈折性膜の反射光強度が顕著に現れる代表的な基準測定方位に設定する。
【００３２】
基板上に形成された複屈折性膜の複屈折状態を測定する場合に、液晶分子の向いている方向に対してどの方向から測定光を入射させるかによって、得られる光強度の大きさが異なったものとなる。
【００３３】
本発明では、測定光を複屈折性膜表面に入射させる場合に、一番複屈折性膜の特性が表れる代表的な測定方向から測定光を入射させることにより、より精度の高い複屈折状態（たとえば配向状態）を測定することが可能となる。
【００３４】
（７）また本発明は、
前記複屈折性膜の同一測定ポイントに、
異なる少なくとも２方向から測定光を入射し、反射された各測定光を個別に受光し、前記物理量を個別に演算する。
【００３５】
このように２方向から測定光を入射し、反射された各測定光を個別に受光し前記物理量の演算を実行することにより、測定光の入射方向による影響を低減し、複屈折性膜の複屈折状態をより的確に測定することができる。
【００３６】
（８）また本発明は、
複屈折性膜の表面に透明弾性樹脂からなる半球状レンズを密着させ、これを介して測定光を複屈折性膜に導入させる。これにより、複屈折性膜表面の凸凹による散乱を防止することができ、測定における雑音を低下することができる。
【００３７】
（９）また本発明は、
前記光弾性変調手段から透過した測定光を複数の入射光側ビームスプリッタにより複数の入射光路に分岐し、前記複屈折性膜表面の複数の測定スポットに入射し、
前記複数の測定スポットから反射された測定光を、複数の反射光側ビームスプリッタにより一の光路の測定光に合成し前記受光手段に入射し、
前記複数の入射光路にはそれぞれ測定光を選択的に遮光するシャッタ手段が設けられ、前記複数の測定スポットからの測定光を選択的に前記受光手段に入射する。
【００３８】
本発明によれば、複屈折性膜表面の複数の測定スポットを、順次かつほぼ同時に測定することが可能となる。
【００３９】
（１０）また本発明は、
前記光弾性変調手段は複数設けられ、各光弾性変調手段は異なる弾性周波数で駆動され、各光弾性変調手段を透過した測定光を前記複屈折性膜表面の複数の測定スポットに入射し、
前記複数の測定スポットから反射された測定光を、反射光側ビームスプリッタにより一の光路の測定光に合成し前記受光手段に入射する。
【００４０】
本発によれば、複屈折性膜表面の複数の測定スポットの同時測定が可能となる。
【００４１】
（１１）また本発明は、
偏光子を介して入射する測定光を透過するとともに、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連付けて変化する光弾性変調手段と、
前記光弾性変調手段を透過し、前記複屈折性膜で反射された測定光を検光子を介して受光し、光強度を表す光強度情報に変換する受光手段と、
を用い、複屈折性膜の複屈折状態を測定する方法において、
前記光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行う基準成分抽出手順と、
抽出された基準成分に基づき、前記複屈折性膜の複屈折状態を表す物理量を求める複屈折状態演算手段と、
を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。又本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものをも含むものとする。
【００４３】
（１）装置構成
図１には、本実施の形態の計測装置の模式的な構成が示されている。
【００４４】
計測装置は、光学系２と、基準成分抽出手段６０と、配向状態演算手段として機能するコンピュータ７０とを含み、測定対象として複屈折性膜の複屈折状態を測定する。本実施の形態では、例えば基板あるいは基板フィルム上の配向膜１００の配向状態を表す物理量を測定する。
【００４５】
具体的には、光配向特性を計測する配向膜１００の配向方位角，配向傾斜角，配向の度合を表す屈折率異方性を、反射光の複素反射振幅比Ψ，位相差Δとして検出する。
【００４６】
なお、本実施の形態では、複屈折性膜の一例として、配向膜の配向状態を表す物理量を測定する場合を例にとり説明するが、本発明はこれ以外の複屈折膜、例えば１／４波長膜の複屈折性を表す物理量の測定にも適用することができる。
【００４７】
１−１：光学系２
光学系２は、光源１０と、偏光子２０と、光弾性変調器３０（「ＰＥＭ」ともいう）と、検光子４０と、検出器５０とを含む。
【００４８】
光源１０、偏光子Ｐ、光弾性変調器３０は、測定光Ｌを測定対象としての配向膜１００に入射する入射光路側に設けられている。
【００４９】
検光子４０及び検出器５０は、測定対象として配向膜１００の表面で反射された測定光の、反射光路側に設けられている。
【００５０】
前記光源１０は、測定光Ｌを供給するものであり、本実施の形態ではＵＶ帯域の光を測定光Ｌとして出射するように構成されている。
【００５１】
測定光として、ＵＶ帯域のレーザ光を使用することにより、配向膜１００の裏面反射の影響を低減し、より正確に配向膜１００の配向状態を測定することができる。すなわち、ＵＶ帯域の測定光を用いることにより、配向膜の裏面側から発射される発射光を低減することができ、特に配向膜１００が設けられている基板からの裏面反射を大幅に低減し、測定精度を高めることが可能となる。ここでは、光源１００として、Ｈｅ−Ｃｄレーザーが用いられ、３２５ｎｍのレーザー光が測定光Ｌとして用いられている。
【００５２】
偏光子２０は、検光子４０と対になり、光源１０から出射した測定光を直線偏光とする入射側の偏光子である。
【００５３】
検光子４０は、偏光子２０と対になり、配向膜１００の表面で反射された測定光を直線偏光とする出射側の偏光子である。
【００５４】
偏光子２０及び検光子４０は、互いにその主軸方位が光弾性変調器３０の主軸方位を基準として４５°になるように配置されている。偏光子２０及び検光子４０の主軸方位の角度は、必要に応じて適宜変更してもよく、また偏光子２０に対する検光子の主軸方位の角度も、例えば９０°の位相差を有するように設定してもよい。
【００５５】
１−２：光弾性変調器３０
光弾性変調器３０は、偏光子２０を介して入射する測定光を透過すると共に、所与の弾性周波数で駆動され、複屈折位相変調量が前記弾性周波数に関連づけて変化する変調器である。
【００５６】
図２には、光弾性変調器３０の具体的な構成が示されている。
【００５７】
この光弾性変調器３０は、等方性の透明物質（石英、ＣａＦ2等）の一方の領域に相対向するように水晶の圧電振動子３２ａ、３２ｂを貼り付けることによりピエゾ素子領域３０Ａを形成し、他方の領域には測定光を透過する透過領域３０Ｂを形成する。
【００５８】
本実施の形態では、ＰＥＭコントローラ３６が、弾性周波数として角周波数ω（ω＝２πｆ、ｆは周波数）、振幅δ０とする変調量を電気信号として前記光弾性変調器３０のピエゾ素子領域３０Ａに印加し、ピエゾ素子領域３０Ａ及び透過領域３０Ｂを構成する等方性の透明物質に光弾性効果によって複屈折を発生させる。
【００５９】
すなわち、ピエゾ抵抗領域３０Ａの圧電振動子３２ａ、３２ｂに所与の弾性周波数及び振幅を持つ駆動電圧を印加すると、前記弾性周波数に応じた圧電振動が図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように発生し、透過領域３０Ｂにも前記弾性周波数で振動する１軸異方性が生じ、この結果、透過領域３０Ｂの複屈折位相変調量δが変化する。
【００６０】
図４は、透過領域３０Ｂにおける位置と振幅の関係の一例を示す。
【００６１】
従って、図５に示すように、この透過領域３０Ｂを透過する測定光Ｌは、前記複屈折位相変調量δに関連づけて変調され出力されることになる。
【００６２】
そして、光弾性変調器３０で上述するように変調された測定光Ｌは、測定対象である配向膜１００表面の所定の測定スポットに向け入射される。
【００６３】
１−３：配向膜１００の配向状態
図６には、配向膜１００の表面に入射し反射される測定光と、配向膜１００の配向状態の模式図が示されている。
【００６４】
図６（Ａ）に示すように、この配向膜１００内にはポリマ１１０が所定の方向に向けて配向されている。ここでは、測定光Ｌの入射及び反射光を含む面を垂直面とし、この垂直面の垂直方向をｙ、水平方向をｚ、この垂直面と直交する方向をｘと仮定する。
【００６５】
図６（Ｂ）には、前記ｘ、ｙ、ｚ座標軸内におけるポリマ１１０の配向状態の一例が示されている。図中ｎ１、ｎ２、ｎ３は、各軸方向への主屈折率を表す。
【００６６】
図７には、図６（Ａ）に示す測定光Ｌの入反射面であるｙ、ｚ面と直交する、ｙ、ｘ面における、ポリマ１１０の配向方向が模式図として示されている。
【００６７】
ここにおいて、Ψは、反射された測定光の複素反射振幅比を表す。
【００６８】
そして、ａ、ｂは楕円の長軸、短軸を表し、その比であるｂ／ａが楕円率を表す。χは、楕円率角を表す。
【００６９】
本実施の形態では、位相差はΔとして検出される。
【００７０】
そして、配向膜１００の表面で反射された測定光Ｌは検光子４０を透過し受光手段として機能する検出器５０に入射される。
【００７１】
検出器５０で検出される測定光Ｌの光強度は、ａ２＋ｂ２と比例する。
【００７２】
そして、検出器５０は、入射された測定光の光強度を検出し、光強度を表す光強度情報としての電機信号に変換して出力する。
【００７３】
１−４：基準成分抽出手段６０及びコンピュータ７０
基準成分抽出手段６０は、検出器５０から出力される光強度情報から、少なくとも前記弾性周波数及びその２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出する処理を行う。
【００７４】
本実施の形態では、基準成分抽出手段６０は、ローパスフィルタ６２、第１及び第２のロックインアンプ６４、６６とを含んで構成される。
【００７５】
ローパスフィルタ６２は、検出器５０から出力される光強度情報Ｉから直流成分を基準成分の一つとして抽出する処理を行い、その出力をＡＤコンバータ６８へ向け出力する。
【００７６】
第１のロックインアンプ６４は、検出器５０から出力される光強度情報Ｉから、前記基準弾性周波数の振幅成分を基準成分の一つとして抽出し、ＡＤコンバータ６８へ向け出力する。
【００７７】
第２のロックインアンプ６６は、検出器５０から出力される光強度情報Ｉから、前記弾性周波数の２倍の周波数の振幅成分を基準成分として抽出し、ＡＤコンバータ６８へ向け出力する。
【００７８】
ＡＤコンバータ６８は、このようにして入力される光強度情報の直流成分、前記弾性周波数の振幅成分、弾性周波数の２倍の周波数の振幅成分からなる各基準成分をデジタル信号に変換しコンピュータ７０へ向け出力する。
【００７９】
コンピュータ７０は、抽出された前記基準成分に基づき、前記配向膜１００の複屈折状態（本実施の形態では、「配向状態」）を表す物理量を求める複屈折状態演算処理を実行する。その詳細は後述する。
【００８０】
（２）配向膜の測定原理
次に、本実施の形態の測定装置の測定原理を説明する。
【００８１】
２−１：光学系２の偏光マトリクス
本実施の形態の光学系２において、偏光子２０、光弾性変調器３０、配向膜１００、検光子４０の各ミュラー行列をＰ、ＰＥＭ、Ｘ、Ａとし、偏光子２０の入射前の測定光の偏光状態ｓｉｎ、検光子４０から検出器５０に入射される測定光の偏光状態をｓｏｕｔとすると、検光子５０に入射される測定光Ｌの偏光状態ｓｏｕｔ（ストークスパラメータ）は、（１０ａ）式で与えられる。（１０ａ）式は、（１０ｂ）式として表される。
【００８２】
そして、この（１０ｂ）式を演算することにより、当該（１０ｂ）式は（１０ｃ）式となる。
【数１】
2009085887.tif 000003
これより検出される光強度I(t)は、上記のストークスパラメータのS0成分であるから、その値は、（１ａ）式で与えられることになる。
【００８３】
【数２】
2009085887.tif 000004
【００８４】
２−２：光弾性変調器３０による変調と光強度I(t)との関係
前述したように、光弾性変調器３０のピエゾ素子領域３０Ａには、角周波数ω（ω＝2πf，ｆは周波数），振幅δ０とする変調量が電気信号として印加される。
【００８５】
これにより、光弾性変調器３０は、図３に示すように伸縮し、光の透過領域３０Ｂである石英などに光弾性効果によって複屈折を発生する。
このときの複屈折位相変調量δは、
【数３】
2009085887.tif 000005
と表せるので、
【数４】
2009085887.tif 000006
となり，(1ａ)式は
【数５】
2009085887.tif 000007
となる。
【００８６】
式(4)の第1項はバイアスであり、第3項，第4項はそれぞれ周波数1f，2fに変調された光強度の振幅である。
【００８７】
ここで，d0=2.405radと置くと，J0(d0)=0となり，式(4)の第2項が消える。
【００８８】
また本実施の形態では、式（４）の第２項が消えるように、ＰＥＭコントローラ３６から光弾性変調器３０へ印加される電圧により振幅δ０が設定される。
【００８９】
J1(d0)=0.519，J2(d0)=0.432となるので式（４）を書き換えると、
【数６】
2009085887.tif 000008
となる。
【００９０】
実際の測定では、光弾性変調器３０により変調された測定光Ｌは、検出器５０により光電変換され電圧信号として検出され、ローパスフィルタ６２と、第１及び第２のロックインアンプ６２、６６に入力される。
【００９１】
ローパスフィルタ６２では光強度のバイアスIdcを検出する。式（4b）の直流成分が検出できるので、
【数７】
2009085887.tif 000009
となる。
【００９２】
つぎに、2台のロックインアンプ６４、６６では、それぞれ周波数1f、2fの振幅I1f、I2fを測定する。
【００９３】
ロックインアンプＩ1f６４は、光弾性変調器３０の変調周波数であるｆを参照信号として、式（4b）の計測電気信号の中の周波数ｆの成分の振幅と位相を検出する（ここでは振幅のみ）。
【００９４】
検出されるI1fは、
【数８】
2009085887.tif 000010
となる。
【００９５】
同様に、ロックインアンプＩ2f６６は、PEMの周波数ｆの2倍の周波数2fに同期させて（ロックインアンプがこのような機能を持っている）、式（4b）の計測電気信号の中の周波数2fの成分の振幅と位相を検出する（ここでは振幅のみ）。
【００９６】
検出されるI2fは、
【数９】
2009085887.tif 000011
となる。
【００９７】
このようにして、ローパスフィルタ６２、ロックインアンプ６４、６６より検出され出力される信号はＡＤコンバータ６８によりデジタル信号に変換され、コンピュータ７０に入力される。
【００９８】
コンピュータ７０は、複屈折状態演算手段として機能し、前記式（５）〜（７）として検出出力された光強度Ｉ（ｔ）の基本成分から、配向膜１００の複素反射振幅比Ψ、位相差Δを次式に基づき求める。
【００９９】
【数１０】
2009085887.tif 000012
このようにして、本実施の形態では、配向膜１００の配向状態を示す物理量として、位相差Δ及び複素反射振幅比Ψをリアルタイムで求めることができる。
【０１００】
なお、本実施の形態では物理量として、位相差及び複素反射振幅比の双方を求める場合を例にとり説明したが、位相差Δのみを求める場合には、ローパスフィルタ６２を省略することができる。
【０１０１】
（３）裏面反射対策及び表面乱反射対策
図８には、配向膜１００に入射される測定光及び反射される測定光の模式図が示されている。
【０１０２】
図８（Ａ）に示すように、配向膜１００に測定光Ｌが入射されると、この測定光Ｌは配向膜１００の表面１００ａで反射されるだけではなく、その一部が配向膜１００中を透過し、その裏面１００ｂ側で反射され、その結果、図８（Ｃ）に示すように表面反射光Ｉ1と、裏面反射光Ｉ2が重畳された状態で検出器５０に入射されることになる。
【０１０３】
本実施の形態では、このような裏面反射の影響を低減するために、測定光の入射光路側に入射光を細い光ビームに絞る第１のピンポール８０ａ（開口部）を設けた第１の遮光板８０を設置し、さらに測定光の反射光路側、検出器５０の手前に配向膜１００の表面からの反射測定光Ｉ１のみを透過させ、裏面反射光Ｉ２を遮光する第２のピンホール８２ａ（開口部）が設けられた第２の遮光版８２を設置する。
【０１０４】
これにより、配向膜１００の裏面反射の影響を低減し、より高い精度で配向膜１００の物理量を測定することができる。
【０１０５】
又、図８（Ｂ）に示すように、配向膜１００の裏面側に、配向膜１００と屈折率が近い材料１０４を貼り付けることにより、配向膜１００の裏面１００ｂ側における裏面反射をより低減し、配向膜１００の物理量の測定精度を更に向上させることもできる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、表面乱反射対策として、複屈折性膜の表面に透明弾性樹脂からなる半球状レンズを密着させ、これを介して測定光を複屈折性膜に導入させる構成を採用してもよい。これにより、複屈折性膜表面の凸凹による散乱を防止することができ、測定における雑音を低下することができる。
【０１０７】
具体的には、図１４に示すように、基板１０２上に積層された光配向膜１００の表面に透明弾性樹脂からなる半球状レンズ１５０を設置することで，光配向膜１００の反射成分をより効率よく検出することができる。
【０１０８】
例えば、半球状レンズ１５０の屈折率を光配向膜１００より異なるようにしておけば、レンズ１５０との界面での反射が効率よく発生する。逆に、屈折率を同じにしておけば表面部分での反射を低減することができる。これにより基板層１０２と光配向膜１００の界面での反射情報を捉えることができ、光配向膜１００の偏光情報を捉えることができる。
【０１０９】
（４）配向膜１００の表面への測定光の入射方向
配向膜１００の表面１００ａへの測定光Ｌの入射方向が変化すると、検出される配向膜１００の配向状態を表す物理量も変化する。
【０１１０】
図９〜図１２にはその実験結果が示されている。
【０１１１】
この実験では、図９に示すように、光学系２を固定し配向膜１００をｘｚ面上において水平方向に０〜３６０°の範囲で回転させ、得られる配向膜１００の位相差Δがどのように変化するか検証した。
【０１１２】
図１０は、配向膜１００に代えて、測定サンプルとしてガラス基板の位相差Δを求めた場合のデータである。ガラス基板を３６０°回転させたときに得られる位相差Δはほぼ０であることが確認された。
【０１１３】
図１１は、配向膜１００として光配向膜を用い、これを０〜３６０°の範囲で回転させた時に得られる位相差Δのデータである。光配向膜を０〜３６０°の範囲で回転させた場合でも位相差Δを精度良く測定可能であることが確認された。
【０１１４】
図１２は、配向膜１００として機械ラビング膜を測定対象とした場合の測定結果が示されている。光ラビング膜を０〜３６０°回転した場合でも、光楕円膜の配向状態を示す位相差Δを精度良く測定可能であることが確認された。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態の測定装置では、配向膜１００の配向状態を示す物理量、特にその位相差Δを精度良く測定することが確認された。
【０１１６】
図１１、図１２からも明らかなように、配向膜１００を０〜３６０°回転すると、配向膜１００の偏光状態が顕著に現れる代表的な基準測定方位があることがわかる。例えば、図１２に示すように、配向膜１００として機械ラビング膜を測定対象とした場合、この機械ラビング膜は、０度と１２０度付近で、光楕円膜の配向状態を示す位相差Δが大きな値をとる。
【０１１７】
このように、基板上に形成された配向膜の配向状態を測定する場合に、液晶分子の向いている方向に対してどの方向から測定光を入射させるかによって、得られる配向状態を示す物理量の大きさが異なったものとなる。
【０１１８】
このため、測定光を配向膜表面に入射させる場合に、一番配向膜の特性が表れる代表的な測定方向が予め判明している場合には、代表的な測定方向から測定光を入射させることにより、より精度の高い配向状態を測定することが可能となる。
【０１１９】
また前記配向膜１００の同一測定ポイントに、異なる少なくとも２方向から測定光を入射し、反射された各測定光を個別に受光し、前記物理量を個別に演算してもよい。
【０１２０】
このように２方向から測定光を入射し、反射された各測定光を個別に受光し前記物理量の演算を実行することにより、測定光の入射方向による影響を低減し、配向膜の配向状態をより的確に測定することができる。
【０１２１】
（５）多点測定
図１３には、本実施の形態の測定装置を、光配向膜１００の多点測定用に形成した場合の一例が示されている。
【０１２２】
光入射光路側において、弾性変調器３０を通過した測定光から、２台のビームスプリッタ９０−１、９０−２と、ミラー９２により３つの入射光路を形成し、配向膜１００表面の３カ所の測定スポットに各入射光を入射させる。そして、３つの測定スポットで反射された測定光は、反射光路上に設けられた２台のビームスプリッタ９４−１、９４−２及びミラー９６により、１本の反射光路に合成され、検光子４０を介して検出器５０に入射されるように構成されている。
【０１２３】
そして、検出器５０側において、どの測定スポットから光を入射しているかを選択できるように、３つの入射光路上にはそれぞれシャッター９１−１、９１−２、９１−３が設けられ、これらシャッター９１−１〜９１−３はそのいずれか１つのみが光を透過するオン状態となり、他の２つは光を透過しないオフ状態となるように制御される。
【０１２４】
ここではシャッター９１−１、９１−２、９１−３の順で各シャッターは順次オン状態となるようにサイクリックに制御される。これにより、検出器５０で検出された測定光は、配向膜１００のどの測定スポットからの光であるかを判別でき、配向膜１００の複数の測定スポットにおける配向状態を個別にほぼリアルタイムで検出することができる。
【０１２５】
また図１３に示す実施例では、第１のロール１２０に巻かれたシート状の配向膜１００を第２のロール１３０で巻き取る際に、配向膜１００の幅方向に設けられた３つの測定スポットで、配向膜１００の配向状態をリアルタイムに測定し、その良否判定を行うように構成されている。
【０１２６】
本実施の形態の装置は、配向膜１００を図中矢印で示すロール方向に移動しながら、配向膜１００の配向状態をその移動方向に向けてリアルタイムに検査することができ、液晶ディスプレイの製造分野、特に今後実用化が期待される光配向膜の製造ラインにおける品質検査装置として極めて有効なものとなる。
【０１２７】
なお、配向膜１００を多点測定する他の実施例としては、例えば配向膜１００の複数の測定スポットに対する複数の入射光路上にそれぞれ個別に光弾性変調器３０を設け、各光弾性変調器３０をそれぞれ異なる弾性周波数で駆動する構成を採用してもよい。
【０１２８】
この場合には、各測定スポットから反射された測定光を、反射光側ビームスプリッタより１つの光路の測定光に合成し受光手段に受光した場合でも、各測定スポットからの測定光は異なる弾性周波数の振幅成分を持つことになる。
【０１２９】
すなわち、検出器５０から出力される光強度信号には、各測定スポットに対応した光弾性変調器３０の弾性周波数成分が含まれることとなる。
【０１３０】
従って、これらの各測定光における弾性周波数の振幅成分及びその２倍の周波数の振幅成分を抽出することにより、各測定スポットの配向状態を示す物理量、特に位相差Δを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明が適用された測定装置の概略説明図。
【図２】本実施の形態の計測装置に用いられる光弾性変調器の説明図。
【図３】光弾性変調器の動作の説明図。
【図４】光弾性変調器の圧電動作の説明図。
【図５】光弾性変調器を透過する測定光の説明図。
【図６】配向膜の配向状態を示す説明図。
【図７】配向膜の配向状態の説明図。
【図８】配向膜の裏面反射を除去するための構成の説明図。
【図９】光学系において配向膜の入射方向を０〜３６０°変化させる場合の説明図。
【図１０】ガラス基板を測定対象とした測定結果を示す図。
【図１１】光配向膜の測定結果を示す図。
【図１２】光ラビング膜の測定結果を示す図。
【図１３】本実施の形態のシステムを用いて、多点測定する場合の説明図。
【図１４】表面乱反射対策として複屈折性膜の表面に半球状レンズを設けた光学系の説明図。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…光源
２０…偏光子
３０…光弾性変調器
４０…検光子
５０…検出器
６０…基準成分抽出手段
６２…ローパスフィルタ
６４、６６…第１及び第２のロックインアンプ
６８…ＡＤコンバータ
７０…配向状態演算手段として機能するコンピュータ
１００…配向膜
【図１】
2009085887.tif 000013
【図２】
2009085887.tif 000014
【図３】
2009085887.tif 000015
【図４】
2009085887.tif 000016
【図６】
2009085887.tif 000017
【図７】
2009085887.tif 000018
【図８】
2009085887.tif 000019
【図９】
2009085887.tif 000020
【図１０】
2009085887.tif 000021
【図１１】
2009085887.tif 000022
【図１２】
2009085887.tif 000023
【図１３】
2009085887.tif 000024
【図１４】
2009085887.tif 000025
【図５】
2009085887.tif 000026