JP2789575B2 - 複屈折測定装置 - Google Patents
複屈折測定装置Info
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- JP2789575B2 JP2789575B2 JP9317691A JP9317691A JP2789575B2 JP 2789575 B2 JP2789575 B2 JP 2789575B2 JP 9317691 A JP9317691 A JP 9317691A JP 9317691 A JP9317691 A JP 9317691A JP 2789575 B2 JP2789575 B2 JP 2789575B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はわずかに複屈折を起こす
試料の複屈折を測定するのに適した複屈折測定装置に関
する。
試料の複屈折を測定するのに適した複屈折測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】材料は内部歪とか延伸加工により複屈折
を起こすようになる。逆に複屈折の測定によって材料の
内部歪とか材料の延伸の度合いをしらべることができ
る。複屈折の測定は試料に直線偏光を入射させ、その直
交２成分偏光の試料透過時の位相差（レターデーショ
ン）を検出することにより行われる。今試料は薄板或は
シート状物で、光学軸が試料面と平行である場合を考え
て、試料の厚さをｄ、光軸方向と、それと直角の方向の
各偏光に対する屈折率をｎ１，ｎ２とし、使用する光の
波長をλとすると、直線偏光を入射させた場合、その光
学軸と光学軸に直角な二方向の偏光成分の試料出射時の
位相差δはδ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ／λである。こゝ
でδはレターデーションと呼ばれる。試料の厚さｄが予
め分かっているときはδの測定からｎ１−ｎ２が求ま
り、ｎ１−ｎ２が予め分かっているときはδから厚さｄ
を求めることができる。レターデーションの測定は次の
ようにして行われる。偏光子と検光子を平行に配置し、
その間に試料を挿入して回転させ、波長λの光を通し
て、試料の回転角と透過光強度との関係グラフを求め
る。試料の光学軸が偏光子，検光子と平行或はそれらと
直交しているときは試料に入射した直線偏光はそのまゝ
直線偏光として試料を出射するから、試料が２色性を有
しないときはこの二方向では透過光の強さは同じにな
り、今これを光強度の基準値にする。試料の光学軸が偏
光子，検光子と平行或は直角でないときは、一般に試料
透過光は楕円偏光となっていて、測定されるのはこの楕
円偏光の検光子方向の成分だけとなる。今試料の光学軸
が偏光子，検光子と４５°の方向である場合を考える
と、試料への入射光の光学軸方向とそれと直角の方向の
両成分の振幅は等しい。偏光子出射光の振幅を１とする
と、これら両成分の振幅１／√２であり、これら両成分
の夫々の検光子方向の成分が検光子を通過することにな
るが、試料出射時に上記両成分間にはδなる位相差があ
るので、検光子透過光は（１／２）ｓｉｎ（ωｔ＋δ／
２）＋（１／２）ｓｉｎ（ωｔ−δ／２）で表される。
上式はｃｏｓ（δ／２）ｓｉｎωｔとなり、検光子透過
光強度は基準値の｛ｃｏｓ（δ／２）｝2 になってい
る。以上の関係はグラフで画くと第２図のように十字花
形になる。この図で光強度の最大値と最小値の比が｛ｃ
ｏｓ（δ／２）｝2 となる。このようにして測定によっ
てｃｏｓ（δ／２）が求められ、これからδが算出され
る。上述した方法によるときはレターデーションδが或
る程度以上大きいときはｃｏｓ（δ／２）からδを正確
に求めることができるがδが小さいときは、ｃｏｓ（δ
／２）のδの変化に対する変化率はδの２乗に比例して
いて大へん小さく｛ｃｏｓ（δ／２）｝2のわずかな測
定誤差によってδには大きな誤差が現れることになる。
このため、異方性のきわめて小さい試料の異方性を偏光
によって測定することは困難であった。他方シート状材
料のわずかな異方性によって後日温度変化とか単なる経
時変化によって材料に反りが生じることがあり、このよ
うな反りの発生が甚だ不都合な場合がある。このためシ
ート状材料のきわめて軽度の異方性を正確に測定できる
方法が要求されている。
を起こすようになる。逆に複屈折の測定によって材料の
内部歪とか材料の延伸の度合いをしらべることができ
る。複屈折の測定は試料に直線偏光を入射させ、その直
交２成分偏光の試料透過時の位相差（レターデーショ
ン）を検出することにより行われる。今試料は薄板或は
シート状物で、光学軸が試料面と平行である場合を考え
て、試料の厚さをｄ、光軸方向と、それと直角の方向の
各偏光に対する屈折率をｎ１，ｎ２とし、使用する光の
波長をλとすると、直線偏光を入射させた場合、その光
学軸と光学軸に直角な二方向の偏光成分の試料出射時の
位相差δはδ＝２π（ｎ１−ｎ２）ｄ／λである。こゝ
でδはレターデーションと呼ばれる。試料の厚さｄが予
め分かっているときはδの測定からｎ１−ｎ２が求ま
り、ｎ１−ｎ２が予め分かっているときはδから厚さｄ
を求めることができる。レターデーションの測定は次の
ようにして行われる。偏光子と検光子を平行に配置し、
その間に試料を挿入して回転させ、波長λの光を通し
て、試料の回転角と透過光強度との関係グラフを求め
る。試料の光学軸が偏光子，検光子と平行或はそれらと
直交しているときは試料に入射した直線偏光はそのまゝ
直線偏光として試料を出射するから、試料が２色性を有
しないときはこの二方向では透過光の強さは同じにな
り、今これを光強度の基準値にする。試料の光学軸が偏
光子，検光子と平行或は直角でないときは、一般に試料
透過光は楕円偏光となっていて、測定されるのはこの楕
円偏光の検光子方向の成分だけとなる。今試料の光学軸
が偏光子，検光子と４５°の方向である場合を考える
と、試料への入射光の光学軸方向とそれと直角の方向の
両成分の振幅は等しい。偏光子出射光の振幅を１とする
と、これら両成分の振幅１／√２であり、これら両成分
の夫々の検光子方向の成分が検光子を通過することにな
るが、試料出射時に上記両成分間にはδなる位相差があ
るので、検光子透過光は（１／２）ｓｉｎ（ωｔ＋δ／
２）＋（１／２）ｓｉｎ（ωｔ−δ／２）で表される。
上式はｃｏｓ（δ／２）ｓｉｎωｔとなり、検光子透過
光強度は基準値の｛ｃｏｓ（δ／２）｝2 になってい
る。以上の関係はグラフで画くと第２図のように十字花
形になる。この図で光強度の最大値と最小値の比が｛ｃ
ｏｓ（δ／２）｝2 となる。このようにして測定によっ
てｃｏｓ（δ／２）が求められ、これからδが算出され
る。上述した方法によるときはレターデーションδが或
る程度以上大きいときはｃｏｓ（δ／２）からδを正確
に求めることができるがδが小さいときは、ｃｏｓ（δ
／２）のδの変化に対する変化率はδの２乗に比例して
いて大へん小さく｛ｃｏｓ（δ／２）｝2のわずかな測
定誤差によってδには大きな誤差が現れることになる。
このため、異方性のきわめて小さい試料の異方性を偏光
によって測定することは困難であった。他方シート状材
料のわずかな異方性によって後日温度変化とか単なる経
時変化によって材料に反りが生じることがあり、このよ
うな反りの発生が甚だ不都合な場合がある。このためシ
ート状材料のきわめて軽度の異方性を正確に測定できる
方法が要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はレターデーシ
ョンが小さい試料のレターデーションを簡単に精度良く
測定できる装置を提供しようとするものである。
ョンが小さい試料のレターデーションを簡単に精度良く
測定できる装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】従来のレターデーション
測定方法で試料にレターデーションが既知の板を重ね、
試料とこの板を重ねた物全体のレターデーションを求
め、それから上記既知レターデーションの値を引き算す
ることによって試料のレターデーションを算出するよう
にした。
測定方法で試料にレターデーションが既知の板を重ね、
試料とこの板を重ねた物全体のレターデーションを求
め、それから上記既知レターデーションの値を引き算す
ることによって試料のレターデーションを算出するよう
にした。
【０００５】
【作用】レターデーション既知の板として例えば１／２
波長板を考えると、１／２波長板のレターデーションで
はπである。試料のレターデーションをδとし、両者を
重ねた全体のレターデーションをΔとすると、直接測定
されるのは透過光強度の最大と最小との比であって、こ
れはｃｏｓ2 （Δ／２）である。これはｃｏｓ｛（δ＋
π）／２｝＝ｃｏｓ（δ／２＋π／２｝＝ｓｉｎ（δ／
２）δが小さい範囲を考えているので、直接測定される
のは｛ｓｉｎ（δ／２）｝2 ＝（δ／２）2 であり、
｛ｃｏｓ（δ／２）｝2 からδを求めるより測定誤差が
δに及ぼす影響が著しく小さくなる。
波長板を考えると、１／２波長板のレターデーションで
はπである。試料のレターデーションをδとし、両者を
重ねた全体のレターデーションをΔとすると、直接測定
されるのは透過光強度の最大と最小との比であって、こ
れはｃｏｓ2 （Δ／２）である。これはｃｏｓ｛（δ＋
π）／２｝＝ｃｏｓ（δ／２＋π／２｝＝ｓｉｎ（δ／
２）δが小さい範囲を考えているので、直接測定される
のは｛ｓｉｎ（δ／２）｝2 ＝（δ／２）2 であり、
｛ｃｏｓ（δ／２）｝2 からδを求めるより測定誤差が
δに及ぼす影響が著しく小さくなる。
【０００６】一般の場合、挿入する板のレターデーショ
ンが既知でこれをｄとし、かつこれが１／２波長に近い
（と云っても位相角で１８０°±９０°位の範囲であれ
ばよい）とする。このように選択できる範囲は広いか
ら、挿入する板の選択は容易である。試料とこの板を重
ねた場合の全体のレターデーションδはδ＋ｄで、透過
光強度の最大と最小の比Ｒは Ｒ＝｛ｃｏｓ（Δ／２）｝2 であるから、Ｒの平方根として
ンが既知でこれをｄとし、かつこれが１／２波長に近い
（と云っても位相角で１８０°±９０°位の範囲であれ
ばよい）とする。このように選択できる範囲は広いか
ら、挿入する板の選択は容易である。試料とこの板を重
ねた場合の全体のレターデーションδはδ＋ｄで、透過
光強度の最大と最小の比Ｒは Ｒ＝｛ｃｏｓ（Δ／２）｝2 であるから、Ｒの平方根として
【数３】 が求まる。こゝでδは小さいから、上の値はｃｏｓ（ｄ
／２）に近く、これは角度で４５°から１３５°の範囲
であり、この辺ではｃｏｓの値は正から負へ略直線的に
変化しており、従って、
／２）に近く、これは角度で４５°から１３５°の範囲
であり、この辺ではｃｏｓの値は正から負へ略直線的に
変化しており、従って、
【数４】 として精度良く（δ＋ｄ）を求めることができ、これか
ら既知レターデーションを引き算すればδが求まる。
ら既知レターデーションを引き算すればδが求まる。
【０００７】
【実施例】第１図に本発明の一実施例装置を示す。この
実施例では試料を回す代わりに偏光子と検光子とを一体
的に回転させるようになっている。この構成によると帯
状の連続試料に対して、長さ方向に連続的に異方性を検
査するのが容易である。図で１が偏光子，２が検光子
で、これらは同一軸線Ａ上に上下に配置された回転台１
１，１２上に取り付けられており、各回転台１１，１２
はベルト３を介してパルスモータ４により同時に同じ角
速度で回転せしめられるようになっている。偏光子１，
検光子２は相互に偏光方向が平行であるように各回転台
上に取り付けられている。Ｓは試料のシートで上下の回
転台１１，１２の間を通過せしめられる。偏光子１の上
方で５はフィルタであり、特定の波長の光を透過する。
６は光源のハロゲンランプで光ファイバー７を通してフ
ィルタ５上に導かれ、フィルタ透過光が偏光子１，試料
Ｓ，検光子２を透過して受光素子８で検出されるように
なっている。受光素子８の出力は増幅器９を通してデー
タ処理装置１０に送られる。データ処理装置１０からは
パルス信号が発せられ、モータ駆動回路１３に入力さ
れ、モータ駆動パルスに変換されてモータ４に入力され
る。データ処理装置はこのパルスを計数して偏光子，検
光子の回転角を検知している。回転台１１と試料Ｓとの
間に１／２波長板１４が固定的に挿入されている。１／
２波長板１４の光学軸は試料Ｓの光学軸と平行或は直交
にしてある。試料の光学軸はその延伸方向と一致してい
るから、１／２波長板の光学軸は試料Ｓの長手方向と一
致させておけばよい。一般の試料でその光学軸の方向が
予め判明していない場合、例えば試料が既にシート材か
ら所定の形に打抜かれた半製品であるような場合は、１
／２波長板１４を外し、偏光子１，検光子２を回転させ
て各偏光子回転角に対する受光素子８の出力を求め、こ
の出力から角度で４５°隔てた２つの出力の差を偏光子
の各回転角について算出すると、偏光子の一回転のの間
にこの差が０（正負反転する位置）になる角が８個所あ
り、その中間に差が最大になる角が４個所ある。この４
個所の角位置は互いに９０°離れていて、この方向が試
料の光学軸或はそれと直角の方向である。こゝで差の最
大の角位置を直接求めてもよいが、差が最大の近辺では
差の変化が小さく角位置が正確に求められないから、差
が正負反転する角位置から求める方が良い。試料の光学
軸の検出方法はこれに限らないが、これらの方法によ
り、試料の光学的異方性の存在は分かっても、異方性の
程度を定量的に測定しようとするとき、レターデーショ
ンが小さいと従来は精度の良い測定ができなかったので
あり、本発明はこゝで異方性を高精度で定量化できるの
である。第１図で１／２波長板は支柱１５に回転可能に
保持された腕１６に取り付けられ腕１６を回すことによ
り、測定光路上に出入せられるようにしてある。この装
置で１／２波長板１４を測定光路上に挿入し、偏光子，
検光子１，２を回転させながら、例えば角度１°飛びに
受光素子８の出力をデータ処理装置に取り込ませる。こ
の結果を図示したものが第２図であるが、異方性の小さ
な試料では、この第２図の花形は円に近くなり、最大径
とそれと４５°離れた最小径との比Ｒからレターデーシ
ョンδは
実施例では試料を回す代わりに偏光子と検光子とを一体
的に回転させるようになっている。この構成によると帯
状の連続試料に対して、長さ方向に連続的に異方性を検
査するのが容易である。図で１が偏光子，２が検光子
で、これらは同一軸線Ａ上に上下に配置された回転台１
１，１２上に取り付けられており、各回転台１１，１２
はベルト３を介してパルスモータ４により同時に同じ角
速度で回転せしめられるようになっている。偏光子１，
検光子２は相互に偏光方向が平行であるように各回転台
上に取り付けられている。Ｓは試料のシートで上下の回
転台１１，１２の間を通過せしめられる。偏光子１の上
方で５はフィルタであり、特定の波長の光を透過する。
６は光源のハロゲンランプで光ファイバー７を通してフ
ィルタ５上に導かれ、フィルタ透過光が偏光子１，試料
Ｓ，検光子２を透過して受光素子８で検出されるように
なっている。受光素子８の出力は増幅器９を通してデー
タ処理装置１０に送られる。データ処理装置１０からは
パルス信号が発せられ、モータ駆動回路１３に入力さ
れ、モータ駆動パルスに変換されてモータ４に入力され
る。データ処理装置はこのパルスを計数して偏光子，検
光子の回転角を検知している。回転台１１と試料Ｓとの
間に１／２波長板１４が固定的に挿入されている。１／
２波長板１４の光学軸は試料Ｓの光学軸と平行或は直交
にしてある。試料の光学軸はその延伸方向と一致してい
るから、１／２波長板の光学軸は試料Ｓの長手方向と一
致させておけばよい。一般の試料でその光学軸の方向が
予め判明していない場合、例えば試料が既にシート材か
ら所定の形に打抜かれた半製品であるような場合は、１
／２波長板１４を外し、偏光子１，検光子２を回転させ
て各偏光子回転角に対する受光素子８の出力を求め、こ
の出力から角度で４５°隔てた２つの出力の差を偏光子
の各回転角について算出すると、偏光子の一回転のの間
にこの差が０（正負反転する位置）になる角が８個所あ
り、その中間に差が最大になる角が４個所ある。この４
個所の角位置は互いに９０°離れていて、この方向が試
料の光学軸或はそれと直角の方向である。こゝで差の最
大の角位置を直接求めてもよいが、差が最大の近辺では
差の変化が小さく角位置が正確に求められないから、差
が正負反転する角位置から求める方が良い。試料の光学
軸の検出方法はこれに限らないが、これらの方法によ
り、試料の光学的異方性の存在は分かっても、異方性の
程度を定量的に測定しようとするとき、レターデーショ
ンが小さいと従来は精度の良い測定ができなかったので
あり、本発明はこゝで異方性を高精度で定量化できるの
である。第１図で１／２波長板は支柱１５に回転可能に
保持された腕１６に取り付けられ腕１６を回すことによ
り、測定光路上に出入せられるようにしてある。この装
置で１／２波長板１４を測定光路上に挿入し、偏光子，
検光子１，２を回転させながら、例えば角度１°飛びに
受光素子８の出力をデータ処理装置に取り込ませる。こ
の結果を図示したものが第２図であるが、異方性の小さ
な試料では、この第２図の花形は円に近くなり、最大径
とそれと４５°離れた最小径との比Ｒからレターデーシ
ョンδは
【数５】 によって算出される。
【０００８】図１の装置で１／２波長板１４の代わり
に、レターデーション既知のシート１７を取り付けて測
定を行うこともできる。この場合シート１７は光学軸を
試料Ｓと平行にしておく。シート１７は測定を行う者が
身近な試料のレターデーションを測って適当な値のもの
を選べばよい。レターデーションの値は試料のレターデ
ーションと合わせた値が角度で１８０°前後になるよう
に選ぶ。測光出力の最大最小の比Ｒを求め、試料のレタ
ーデーションをδ、シート１７のレターデーションをｄ
として、
に、レターデーション既知のシート１７を取り付けて測
定を行うこともできる。この場合シート１７は光学軸を
試料Ｓと平行にしておく。シート１７は測定を行う者が
身近な試料のレターデーションを測って適当な値のもの
を選べばよい。レターデーションの値は試料のレターデ
ーションと合わせた値が角度で１８０°前後になるよう
に選ぶ。測光出力の最大最小の比Ｒを求め、試料のレタ
ーデーションをδ、シート１７のレターデーションをｄ
として、
【数６】 でδ＋ｄを算出し、これからｄを引き算すればδが求ま
る。このようにすると１／２波長板がないときでも、レ
ターデーションの変化に対するｃｏｓの値の変化が比例
的であるから、直接ｃｏｓδ／２＝√Ｒによってδを求
めるより精度が上がることは１／２波長板を使う場合と
同じである。
る。このようにすると１／２波長板がないときでも、レ
ターデーションの変化に対するｃｏｓの値の変化が比例
的であるから、直接ｃｏｓδ／２＝√Ｒによってδを求
めるより精度が上がることは１／２波長板を使う場合と
同じである。
【０００９】
【発明の効果】従来方法ではレターデーションδの測定
が（測定出力）＝（ｃｏｓδ／２）の関係で求められて
いたので、δの小さな所ではδの変化に対する測定出力
の変化率が小さくて正確なδの測定ができなかった所
が、本発明ではｃｏｓδの所をｓｉｎδに変換したの
で、δの変化と測定出力の変化とが同率となり、異方性
が小さい材料の異方性を精度良く定量化できるようにな
った。また請求項１の発明は１／２波長板が入手できな
くても、手近な試料からレターデーションがπに近いも
のを探して使えばよいので実行が容易である。
が（測定出力）＝（ｃｏｓδ／２）の関係で求められて
いたので、δの小さな所ではδの変化に対する測定出力
の変化率が小さくて正確なδの測定ができなかった所
が、本発明ではｃｏｓδの所をｓｉｎδに変換したの
で、δの変化と測定出力の変化とが同率となり、異方性
が小さい材料の異方性を精度良く定量化できるようにな
った。また請求項１の発明は１／２波長板が入手できな
くても、手近な試料からレターデーションがπに近いも
のを探して使えばよいので実行が容易である。
【図１】 本発明の一実施例装置の斜視図
【図２】 図は測定出力の極座標によるグラフである
１ 偏光子 ２ 検光子 ３ ベルト ４ パルスモータ ５ フィルタ ６ 光源 ７ オプチカルファイバー ８ 受光系 ９ 増幅器 １０ データ処理装置 １１，１２回転台 １３ モータ駆動回路 １４ １／２波長板 １５ 支柱 １６ 回転腕 １７ レターデーション既知のシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−111726（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−159540（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−242137（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/00,21/01,21/17 - 21/61
Claims (2)
- 【請求項１】偏光子と検光子とを偏光面を平行に配置
し、偏光子と検光子との間に試料とレターデーション既
知の板を重ねて挿入して、これら試料とレターデーショ
ン既知の板と偏光子および検光子の組との相対角位置を
変えたときの偏光子，レターデーション既知の板，試
料，検光子を透過した光の強度の最大，最小の比Ｒを測
定し、試料とレターデーション既知の板とを合わせた全
体のレターデーションΔを 【数１】 で算出し、これから既知レターデーションを引き算し
て、試料のレターデーションを算出するようにしたこと
を特徴とする複屈折測定装置。 - 【請求項２】偏光子と検光子とを偏光面を平行に配置
し、偏光子と検光子との間に試料と１／２波長板を重ね
て挿入して、これら試料と１／２波長板と偏光子および
検光子の組との相対的角位置を変えたときの偏光子，１
／２波長板，試料，検光子を透過した光の強度の最大と
最小の比Ｒを測定し、試料のレターデーションδを 【数２】 で算出するようにしたことを特徴とする複屈折測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9317691A JP2789575B2 (ja) | 1990-07-31 | 1991-03-30 | 複屈折測定装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-204453 | 1990-07-31 | ||
| JP20445390 | 1990-07-31 | ||
| JP9317691A JP2789575B2 (ja) | 1990-07-31 | 1991-03-30 | 複屈折測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04218751A JPH04218751A (ja) | 1992-08-10 |
| JP2789575B2 true JP2789575B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=26434599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9317691A Expired - Fee Related JP2789575B2 (ja) | 1990-07-31 | 1991-03-30 | 複屈折測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789575B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5223081B2 (ja) * | 2009-07-03 | 2013-06-26 | 王子計測機器株式会社 | 偏光板用オンライン位相差測定装置 |
-
1991
- 1991-03-30 JP JP9317691A patent/JP2789575B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04218751A (ja) | 1992-08-10 |
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