JP2011133428A - Retardation measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a retardation measuring device suitable for on-line measurement, which solves the problem wherein the retardation measuring device for measuring retardation of a measurement object sample from a white-light spectrum transmitted through a polarizing plate, the measurement object sample, and an analyzing plate, has a complicated configuration in the on-line measurement in which the measurement object sample moves since the polarizing plate and the analyzing plate are to be disposed on both sides of the measurement object sample. <P>SOLUTION: The retardation measuring device irradiates the measurement object sample with the white light via the polarizing plate, makes the same polarizing plate transmit the light returned from this measurement object sample again, and disperses this transmitted light to measure the retardation. The device requires only the polarizing plate to be disposed on one side of the measurement object sample, facilitating rotation control and causing no angle deviation between the polarizing plate and the analyzing plate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、複屈折性を有するフィルム等のリタデーションを測定する装置に関し、オンライン測定に用いて好適なリタデーション測定装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for measuring retardation of a birefringent film or the like, and relates to a retardation measuring apparatus suitable for use in on-line measurement.

複屈折性を有するフィルム等の特性を評価する指標としてリタデーションが用いられる。リタデーションは下記（１）式によって定義される物理量である。なお、δｎは屈折率の差、ｄはフィルムの膜厚である。複屈折の向きやリタデーション値はフィルムの延伸率によって変わるので、リタデーションを管理することにより、フィルムの製造工程における品質を保つことができる。
リタデーション＝δｎ×ｄ ・・・・・・ （１） Retardation is used as an index for evaluating the characteristics of a film having birefringence. Retardation is a physical quantity defined by the following formula (1). Here, δn is the difference in refractive index and d is the film thickness. Since the direction of birefringence and the retardation value vary depending on the stretch ratio of the film, the quality in the film production process can be maintained by managing the retardation.
Retardation = δn × d (1)

図４に、従来のリタデーション測定装置の構成を示す。図４において、偏光板（偏光フィルタ）１１、リタデーションを測定する試料１２、検光板（検光フィルタ）１３がこの順に配置されている。光源１０から出射した白色光は偏光板１１、試料１２、検光板１３を透過し、分光器１４に入射される。なお、検光板１３の光軸は偏光板１１の光軸と平行になるように配置される。   FIG. 4 shows the configuration of a conventional retardation measuring device. In FIG. 4, a polarizing plate (polarizing filter) 11, a sample 12 for measuring retardation, and a light detecting plate (light detecting filter) 13 are arranged in this order. White light emitted from the light source 10 passes through the polarizing plate 11, the sample 12, and the analyzer plate 13 and enters the spectroscope 14. The optical axis of the analyzer plate 13 is arranged so as to be parallel to the optical axis of the polarizing plate 11.

分光器１４は入射された光を分光して分光スペクトル演算し、この分光スペクトルを演算部１５に出力する。演算部１５は入力された分光スペクトルからリタデーションを算出して出力する。   The spectroscope 14 splits the incident light to calculate a spectral spectrum, and outputs the spectral spectrum to the calculation unit 15. The calculation unit 15 calculates retardation from the input spectrum and outputs it.

分光器１４が演算する分光スペクトルは山谷のある周期性の干渉波形になり、この干渉波形の周期はリタデーションに比例する。演算部１５は、入力された分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを演算し、このパワースペクトル中に表れるピークを検索して、このピークの位置からリタデーション値を算出する。   The spectroscopic spectrum calculated by the spectroscope 14 has a periodic interference waveform with peaks and valleys, and the period of this interference waveform is proportional to the retardation. The computing unit 15 computes a power spectrum by performing Fourier transform on the input spectral spectrum, searches for a peak appearing in the power spectrum, and calculates a retardation value from the position of this peak.

リタデーションを測定するためには、分光スペクトル中に１周期以上の干渉縞が含まれる必要がある。１周期の干渉縞が含まれる分光スペクトルから算出したリタデーション値は最小のリタデーション値になる。光源１０として可視光源を用いると、測定下限は１μｍ程度である。   In order to measure retardation, it is necessary to include interference fringes of one period or more in the spectrum. The retardation value calculated from the spectral spectrum including one period of interference fringes is the minimum retardation value. When a visible light source is used as the light source 10, the measurement lower limit is about 1 μm.

干渉縞の振幅は、偏光板１１の光軸と試料１２の光軸がなす角度によって変化する。すなわち、偏光板１１と試料１２の光軸の角度が０度または９０度のときに振幅が０になり、４５度のときに最大になる。   The amplitude of the interference fringes varies depending on the angle formed by the optical axis of the polarizing plate 11 and the optical axis of the sample 12. That is, the amplitude becomes 0 when the angle of the optical axis of the polarizing plate 11 and the sample 12 is 0 degree or 90 degrees, and becomes maximum when the angle is 45 degrees.

干渉縞の振幅が０または９０度になるとリタデーションを測定することができない。このため、試料１２を回転ステージに固定し、この回転ステージを回転させて振幅が最大になる点を選んで測定する。   When the amplitude of the interference fringes becomes 0 or 90 degrees, the retardation cannot be measured. For this reason, the sample 12 is fixed to the rotary stage, and the rotary stage is rotated to select and measure the point where the amplitude becomes maximum.

特許文献１には、リタデーションを測定することができる複屈折評価装置が記載されている。特許文献１による複屈折評価装置は、図４と同様な構成で偏光板、試料、検光板を並べ、白色光を照射して、偏光板、試料、検光板を透過した透過光の分光スペクトルを分光器で作成する。透過光の強度はリタデーションの余弦波状に変化するので、この余弦波の周期を求めることにより、リタデーション値を算出する。   Patent Document 1 describes a birefringence evaluation apparatus that can measure retardation. The birefringence evaluation apparatus according to Patent Document 1 has a configuration similar to that shown in FIG. Create with a spectroscope. Since the intensity of the transmitted light changes in the form of a cosine wave of retardation, the retardation value is calculated by obtaining the period of the cosine wave.

特許文献２には、光を多層薄膜に照射し、この多層薄膜の反射光からその膜厚を測定する膜厚測定装置が記載されている。この膜厚測定装置では、多層薄膜からの反射光から反射分光スペクトルを求め、この反射分光スペクトルにフーリエ変換を施してパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルのピーク位置から多層薄膜を構成する各層の膜厚を測定する。   Patent Document 2 describes a film thickness measuring apparatus that irradiates a multilayer thin film with light and measures the film thickness from the reflected light of the multilayer thin film. In this film thickness measurement apparatus, a reflection spectrum is obtained from the reflected light from the multilayer thin film, a power spectrum is calculated by performing Fourier transform on the reflection spectrum, and each layer constituting the multilayer thin film is calculated from the peak position of the power spectrum. Measure the film thickness.

特開２００１−１４１６０２号公報JP 2001-141602 A 特開２００８−２９２４７３号公報JP 2008-292473 A

しかしながら、このようなリタデーション測定装置には、次のような課題があった。
図４のリタデーション測定装置は、偏光板１１と試料１２の光軸を合わせるために試料１２を回転しなければならないが、フィルム製造工程でオンライン測定する場合は、フィルムが移動しているので、試料を回転することができない。このため、測定するフィルムの光軸と偏光板１１の光軸が一致したときには、リタデーションを測定することができないという課題があった。 However, such a retardation measuring apparatus has the following problems.
The retardation measuring apparatus in FIG. 4 has to rotate the sample 12 in order to align the optical axes of the polarizing plate 11 and the sample 12. However, when measuring online in the film manufacturing process, the film is moving, so the sample is moved. Can not rotate. For this reason, when the optical axis of the film to measure and the optical axis of the polarizing plate 11 correspond, there existed a subject that retardation could not be measured.

試料１２を回転する代わりに偏光板１１と検光板１３を同期して回転しても同様の効果を得ることができる。しかし、オンライン測定では試料であるフィルムが移動しているので、フィルムに対して互いに反対側にある偏光板１１と検光板１３を同期して回転させるためには高度な制御が必要になり、測定装置の構成が複雑になってしまうという課題があった。また、偏光板１１と検光板１３の同期制御の精度が低いとこれらの光軸がずれ、測定誤差が増大してしまうという課題もあった。   The same effect can be obtained by rotating the polarizing plate 11 and the analyzing plate 13 in synchronism instead of rotating the sample 12. However, in the on-line measurement, since the film as the sample is moving, a high degree of control is required to rotate the polarizing plate 11 and the analyzer plate 13 on the opposite sides of the film in synchronization with each other. There has been a problem that the configuration of the apparatus becomes complicated. In addition, if the accuracy of the synchronization control between the polarizing plate 11 and the light detection plate 13 is low, there is a problem that these optical axes are shifted and the measurement error increases.

特許文献１の複屈折評価装置の偏光板、試料、検光板の配置は図４のリタデーション測定装置と同じであるので、やはり試料あるいは偏光板と検光板を回転しなければならない。このため、オンライン測定に用いることは困難であるという課題があった。   Since the arrangement of the polarizing plate, the sample, and the analyzer plate of the birefringence evaluation apparatus of Patent Document 1 is the same as that of the retardation measuring apparatus of FIG. 4, the sample or the polarizer and the analyzer plate must also be rotated. For this reason, there existed a subject that it was difficult to use for online measurement.

また、特許文献２は多層薄膜の膜厚測定装置であり、リタデーションを測定する装置ではない。   Patent Document 2 is an apparatus for measuring the thickness of a multilayer thin film, not an apparatus for measuring retardation.

本発明の目的は、複雑な同期機構が不要で、かつ測定精度を低下させることがない、オンライン測定に用いて好適なリタデーション測定装置を実現することにある。   An object of the present invention is to realize a retardation measuring apparatus suitable for online measurement, which does not require a complicated synchronization mechanism and does not reduce the measurement accuracy.

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
偏光された光を被測定物に照射し、この被測定物から戻ってきた光を用いて前記被測定部のリタデーションを測定するリタデーション測定装置において、
被測定物に照射する白色光を出力する光源と、
前記光源の出力光を偏光すると共に、前記被測定物から戻ってきた光が入射される偏光板と、
前記被測定物から戻り、かつ前記偏光板を透過した光が入射され、この光の分光スペクトルを生成する分光部と、
前記分光部が生成した分光スペクトルが入力され、この分光スペクトルからリタデーションを演算して出力する演算部と、
を備えたものである。偏光板で検光板を兼ねることができるので、被測定物の反対側に検光板を設置しなくてもよい。 In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In the retardation measuring apparatus that irradiates the object to be measured with polarized light and measures the retardation of the part to be measured using the light returned from the object to be measured.
A light source that outputs white light to irradiate the object to be measured;
Polarizing the output light of the light source, and a polarizing plate on which the light returned from the object to be measured is incident,
A light returning from the object to be measured and transmitted through the polarizing plate is incident, and a spectroscopic unit that generates a spectral spectrum of the light;
A spectroscopic spectrum generated by the spectroscopic unit is input, an arithmetic unit that calculates and outputs retardation from the spectroscopic spectrum, and
It is equipped with. Since the polarizing plate can also serve as the analyzer, it is not necessary to install the analyzer on the opposite side of the object to be measured.

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記偏光板を、被測定物に照射される光に対して斜めに配置したものである。偏光板の表面で反射した光が被測定物を透過した光と混合しないので、測定精度を高めることができる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,
The polarizing plate is disposed obliquely with respect to the light irradiated to the object to be measured. Since the light reflected on the surface of the polarizing plate is not mixed with the light transmitted through the object to be measured, the measurement accuracy can be improved.

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
被測定物に対して前記偏光板と反対側に配置され、この被測定物を透過した光を反射する反射鏡を備えたものである。被測定物を透過した光が全て反射されるので、高精度でリタデーションを測定できる。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2,
A reflection mirror is provided on the side opposite to the polarizing plate with respect to the object to be measured, and reflects the light transmitted through the object to be measured. Since all the light transmitted through the object to be measured is reflected, the retardation can be measured with high accuracy.

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記偏光板を回転する回転機構を備えたものである。光軸が変化する被測定物でも、リタデーションを測定することができる。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3,
A rotating mechanism for rotating the polarizing plate is provided. Retardation can be measured even for a measurement object whose optical axis changes.

請求項５記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記分光スペクトルからパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルの膜厚に起因するピークの高さが同じになるように、前記回転機構を制御するようにしたものである。偏光板の角度を常に最適な状態に保つことができるので、高精度でリタデーションを測定することができる。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4,
A power spectrum is calculated from the spectral spectrum, and the rotation mechanism is controlled so that the heights of peaks caused by the film thickness of the power spectrum are the same. Since the angle of the polarizing plate can always be kept in an optimum state, the retardation can be measured with high accuracy.

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、３、４、および５の発明によれば、偏光板を介して白色光を被測定物に照射し、前記被測定物から戻ってきた光で前記偏光板を透過した光の分光スペクトルを作成し、この分光スペクトルから前記被測定物のリタデーションを演算するようにした。 The present invention has the following effects.
According to invention of Claim 1, 2, 3, 4, and 5, the light which irradiated white light to the to-be-measured object through the polarizing plate, and permeate | transmitted the said polarizing plate with the light which returned from the said to-be-measured object Then, the retardation of the object to be measured is calculated from the spectrum.

偏光板で検光板を兼ねることができるので、被測定物の片側に偏光板を配置するだけでリタデーションを測定することができる。このため、偏光板と検光板の角度がずれて測定精度が低下することがないという効果がある。   Since the polarizing plate can also serve as the analyzer, the retardation can be measured only by arranging the polarizing plate on one side of the object to be measured. For this reason, there is an effect that the angle between the polarizing plate and the analyzer plate is not shifted and the measurement accuracy is not lowered.

また、被測定物の片側に配置した偏光板を回転するだけで、偏光板の光軸と被測定物の光軸の関係を合わせることができる。このため、偏光板と検光板を同期させて回転させる必要がなくなるので、被測定物が動くオンライン測定に用いても複雑な同期制御が不要になるという効果もある。   Moreover, the relationship between the optical axis of a polarizing plate and the optical axis of a to-be-measured object can be united only by rotating the polarizing plate arrange | positioned at the one side of a to-be-measured object. For this reason, there is no need to rotate the polarizing plate and the light detecting plate in synchronization, so that there is an effect that complicated synchronous control is not required even when used for on-line measurement in which the object to be measured moves.

また、光が被測定物を２回透過するので、従来に比べて２倍の感度を持たせることができる。このため、測定できるリタデーションの下限を広げることができるという効果もある。   In addition, since the light passes through the object to be measured twice, the sensitivity can be doubled compared to the conventional case. For this reason, there also exists an effect that the lower limit of the retardation which can be measured can be extended.

また、偏光板を被測定物に照射する光に対して斜めに配置することにより、偏光板の表面から反射した光は被測定物を透過した光とは違う方向に反射される。このため、偏光板の表面から反射した光と被測定物を透過した光が混合しないので、測定のＳ／Ｎ比を高めることができるという効果もある。   Further, by disposing the polarizing plate obliquely with respect to the light irradiating the object to be measured, the light reflected from the surface of the polarizing plate is reflected in a direction different from the light transmitted through the object to be measured. For this reason, since the light reflected from the surface of the polarizing plate and the light transmitted through the object to be measured are not mixed, there is also an effect that the S / N ratio of the measurement can be increased.

また、被測定物に対して偏光板と反対側に反射鏡を設けることにより、被測定物を透過した光のほぼ全てが反射されて再度被測定物を透過するので、測定精度を更に高めることができるという効果もある。   In addition, by providing a reflecting mirror on the opposite side of the polarizing plate with respect to the measured object, almost all of the light transmitted through the measured object is reflected and transmitted again through the measured object, further increasing the measurement accuracy. There is also an effect that can be done.

また、偏光板を回転させる回転機構を設けることにより、被測定物の光軸が変化しても偏光板の光軸を合わせて測定することができるという効果もある。   In addition, by providing a rotation mechanism for rotating the polarizing plate, there is an effect that even if the optical axis of the object to be measured changes, the optical axis of the polarizing plate can be adjusted to be measured.

また、パワースペクトルにおけるフィルムの膜厚に起因する２つのピークが同じ高さになるように偏光板の角度を制御することにより、偏光板の回転角を常に最適の状態に保つことができるという効果もある。   In addition, by controlling the angle of the polarizing plate so that the two peaks caused by the film thickness in the power spectrum have the same height, the rotation angle of the polarizing plate can always be kept in an optimum state. There is also.

さらに、フィルムの光軸の向きやリタデーションの大きさをオンラインで測定することができるので、製造中のフィルムにおける樹脂の分子の配向の向きや揃い具合を知ることができ、フィルムの強度などの特性を知ったり、調整（品質制御）を行なうのに有効である。   In addition, since the direction of the optical axis of the film and the size of the retardation can be measured online, it is possible to know the orientation and alignment of the resin molecules in the film being manufactured, and characteristics such as film strength. This is useful for knowing and adjusting (quality control).

本発明の一実施例を示した構成図である。It is the block diagram which showed one Example of this invention. 演算部の構成図である。It is a block diagram of a calculating part. 反射光の特性図である。It is a characteristic view of reflected light. 従来のリタデーション測定装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional retardation measuring apparatus.

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るリタデーション測定装置の一実施例を示した構成図である。図１において、リタデーション測定装置は白色光を出射する光源２０、光ファイバ２１および２７、光ファイバプローブ２２、偏光板２３、偏光板回転部２４、反射鏡２６、分光部２８、演算部２９で構成される。２５はリタデーションを測定するフィルムであり、複屈折性を有している。フィルム２５は被測定物に相当する。なお、被測定物は必ずしもフィルム状のものでなくてもよい。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the retardation measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the retardation measuring apparatus includes a light source 20 that emits white light, optical fibers 21 and 27, an optical fiber probe 22, a polarizing plate 23, a polarizing plate rotating unit 24, a reflecting mirror 26, a spectroscopic unit 28, and a calculating unit 29. Is done. 25 is a film for measuring retardation and has birefringence. The film 25 corresponds to an object to be measured. The object to be measured does not necessarily have to be a film.

フィルム２５と反射鏡２６は並行に配置され、偏光板２３はフィルム２５に対して斜めに配置される。また、偏光板２３は偏光板回転部２４によって回転される。これによって、偏光板２３の光軸の角度を変化させることができる。   The film 25 and the reflecting mirror 26 are disposed in parallel, and the polarizing plate 23 is disposed obliquely with respect to the film 25. The polarizing plate 23 is rotated by the polarizing plate rotating unit 24. Thereby, the angle of the optical axis of the polarizing plate 23 can be changed.

なお、偏光板回転部２４は、光ファイバプローブ２２が出射する光の光軸と平行な軸を中心として偏光板２３を回転してもよく、また偏光板２３の法線方向を軸として回転してもよい。   The polarizing plate rotating unit 24 may rotate the polarizing plate 23 around an axis parallel to the optical axis of the light emitted from the optical fiber probe 22, and rotate about the normal direction of the polarizing plate 23. May be.

光源２０から出射された白色光は光ファイバ２１を経由して光ファイバプローブ２２に導かれ、この光ファイバプローブ２２からフィルム２５に向けて出射される。この光は偏光板２３、フィルム２５を透過して反射鏡２６で反射され、再びフィルム２５、偏光板２３を透過して光ファイバプローブ２２に入射される。すなわち、光ファイバプローブ２２には、反射鏡２６で反射され、フィルム２５から戻ってきて、偏光板２３を透過した光が入射される。   White light emitted from the light source 20 is guided to the optical fiber probe 22 via the optical fiber 21, and is emitted from the optical fiber probe 22 toward the film 25. The light passes through the polarizing plate 23 and the film 25 and is reflected by the reflecting mirror 26, and then passes through the film 25 and the polarizing plate 23 again to enter the optical fiber probe 22. That is, light that has been reflected by the reflecting mirror 26, returned from the film 25, and transmitted through the polarizing plate 23 is incident on the optical fiber probe 22.

光ファイバプローブ２２に入射した反射光は光ファイバ２７を経由して分光部２８に入射される。分光部２８は入射された光を分光、電気信号に変換して反射分光スペクトルを生成する。この反射分光スペクトルは、分光スペクトルに相当する。   The reflected light incident on the optical fiber probe 22 enters the spectroscopic unit 28 via the optical fiber 27. The spectroscopic unit 28 converts the incident light into spectroscopic and electrical signals to generate a reflection spectroscopic spectrum. This reflection spectrum is equivalent to the spectrum.

分光部２８が生成した反射分光スペクトルは演算部２９に入力される。演算部２９は入力された反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルのピークからフィルム２５のリタデーションおよび光軸の角度を測定する。   The reflection spectrum generated by the spectroscopic unit 28 is input to the arithmetic unit 29. The calculation unit 29 calculates a power spectrum by Fourier-transforming the input reflection spectrum and measures the retardation of the film 25 and the angle of the optical axis from the peak of the power spectrum.

図２に演算部２９の構成を示す。図２において、３０は反射分光スペクトル取得部であり、分光部２８が生成した反射分光スペクトルを取得する。３１はパワースペクトル演算部であり、反射分光スペクトル取得部３０が取得した反射分光スペクトルが入力される。パワースペクトル演算部３１は、入力された反射分光スペクトルをフーリエ変換し、パワースペクトルを演算する。   FIG. 2 shows the configuration of the calculation unit 29. In FIG. 2, reference numeral 30 denotes a reflection spectrum acquisition unit that acquires the reflection spectrum generated by the spectrum unit 28. Reference numeral 31 denotes a power spectrum calculation unit, to which the reflection spectrum acquired by the reflection spectrum acquisition unit 30 is input. The power spectrum calculation unit 31 performs Fourier transform on the input reflection spectrum and calculates the power spectrum.

３２はリタデーションピーク検出部であり、パワースペクトル演算部３１が演算したパワースペクトルが入力される。リタデーションピーク検出部３２は、入力されたパワースペクトルを検索し、リタデーションに起因するピークを検索する。３３はリタデーション出力部であり、リタデーションピーク検出部３２が検出したピークの位置からリタデーション値を算出し、このリタデーション値を出力する。   Reference numeral 32 denotes a retardation peak detection unit, to which the power spectrum calculated by the power spectrum calculation unit 31 is input. The retardation peak detection unit 32 searches the input power spectrum and searches for a peak due to retardation. Reference numeral 33 denotes a retardation output unit, which calculates a retardation value from the position of the peak detected by the retardation peak detection unit 32, and outputs this retardation value.

３４は膜厚ピーク検出部であり、パワースペクトル演算部３１が演算したパワースペクトルが入力される。膜厚ピーク検出部３４は入力されたパワースペクトルのピークを検索し、フィルム２５の膜厚に起因するピークを検出する。フィルム２５の表面と裏面から反射した光は干渉し、干渉縞が生じる。このため、パワースペクトルにはこの干渉縞に対応するピークが表れる。膜厚ピーク検出部３４はこのピークを検出する。   Reference numeral 34 denotes a film thickness peak detection unit to which a power spectrum calculated by the power spectrum calculation unit 31 is input. The film thickness peak detector 34 searches for the peak of the input power spectrum and detects the peak due to the film thickness of the film 25. The light reflected from the front surface and the back surface of the film 25 interferes to generate interference fringes. For this reason, a peak corresponding to this interference fringe appears in the power spectrum. The film thickness peak detector 34 detects this peak.

３５は偏光板調整部であり、膜厚ピーク検出部３４が検出したピークのデータが入力される。偏光板調整部３５は偏光板回転部２４を制御し、入力されたピークが適正になるように、偏光板２３の角度を調整する。偏光板調整部３５と偏光板回転部２４で、偏光板の回転機構を構成している。   Reference numeral 35 denotes a polarizing plate adjustment unit, to which peak data detected by the film thickness peak detection unit 34 is input. The polarizing plate adjusting unit 35 controls the polarizing plate rotating unit 24 and adjusts the angle of the polarizing plate 23 so that the input peak is appropriate. The polarizing plate adjusting unit 35 and the polarizing plate rotating unit 24 constitute a polarizing plate rotating mechanism.

３６は複屈折角演算・出力部であり、偏光板調整部３５の出力が入力される。複屈折角演算・出力部３６は、入力されたデータからフィルム２５の複屈折軸の角度を演算し、出力する。   Reference numeral 36 denotes a birefringence angle calculation / output unit to which the output of the polarizing plate adjustment unit 35 is input. The birefringence angle calculation / output unit 36 calculates the angle of the birefringence axis of the film 25 from the input data and outputs it.

次に、図３に基づいて演算部２９の動作を説明する。図３（Ａ）は反射分光スペクトル取得部３０が取得した反射分光スペクトルのグラフであり、横軸は反射光の波長、縦軸は反射率である。この反射分光スペクトルには、周期が長い変動と、周期が短い変動が含まれている。   Next, the operation of the calculation unit 29 will be described based on FIG. FIG. 3A is a graph of the reflection spectrum acquired by the reflection spectrum acquisition unit 30, where the horizontal axis represents the wavelength of the reflected light and the vertical axis represents the reflectance. This reflection spectrum includes fluctuations with a long period and fluctuations with a short period.

図３（Ｂ）は（Ａ）の反射分光スペクトルをフーリエ変換して算出したパワースペクトルであり、横軸は光学膜厚、縦軸は強度である。このパワースペクトルには、４０〜４２の３つのピークが含まれている。   FIG. 3B is a power spectrum calculated by Fourier transforming the reflection spectrum of FIG. 3A. The horizontal axis represents the optical film thickness, and the vertical axis represents the intensity. This power spectrum includes three peaks 40 to 42.

４０はリタデーションに起因するピークである。前記（１）式からわかるように、リタデーションは屈折率差δｎとフィルム２５の膜厚の積で表される。屈折率差δｎは通常屈折率より小さいので、ピーク４０は光学膜厚が小さいところに表れる。ピーク４０の位置（光学膜厚）がリタデーション値である。   40 is a peak due to retardation. As can be seen from the equation (1), the retardation is expressed by the product of the refractive index difference δn and the film thickness of the film 25. Since the refractive index difference δn is usually smaller than the refractive index, the peak 40 appears where the optical film thickness is small. The position of the peak 40 (optical film thickness) is the retardation value.

４１と４２はフィルム２５の表面から反射した光と裏面から反射した光が干渉した結果表れるピークである。フィルム２５は複屈折性を有しているので、入射光のうち、フィルム２５の光軸に平行な偏光成分が感じる屈折率と、フィルム２５の光軸に垂直な偏光成分が感じる屈折率が異なる。このため、４１と４２の２つのピークに分離する。なお、光学膜厚は、屈折率と物理膜厚の積である。   41 and 42 are peaks that appear as a result of interference between the light reflected from the front surface of the film 25 and the light reflected from the back surface. Since the film 25 has birefringence, the refractive index felt by the polarized component parallel to the optical axis of the film 25 and the refractive index felt by the polarized component perpendicular to the optical axis of the film 25 are different. . For this reason, it is separated into two peaks 41 and 42. The optical film thickness is the product of the refractive index and the physical film thickness.

フィルム２５に入射する光のうち、フィルム２５の光軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分の割合は、偏光板２３を回転することによって変えることができる。このため、偏光板２３を回転させると、ピーク４１と４２の高さの比が変化する。   Of the light incident on the film 25, the ratio of the polarization component parallel to the optical axis of the film 25 and the polarization component perpendicular to the optical axis of the film 25 can be changed by rotating the polarizing plate 23. For this reason, when the polarizing plate 23 is rotated, the ratio of the heights of the peaks 41 and 42 changes.

偏光板調整部３５によって偏光板２３を回転させ、ピーク４１と４２の高さが同じになるようにすると、フィルム２５と偏光板２３の光軸の差が４５度になる。前述したように、この状態ではリタデーションに起因するピーク４０の高さが最大になり、高精度でリタデーション値を測定することができる。   When the polarizing plate 23 is rotated by the polarizing plate adjustment unit 35 so that the peaks 41 and 42 have the same height, the difference between the optical axes of the film 25 and the polarizing plate 23 becomes 45 degrees. As described above, in this state, the height of the peak 40 resulting from retardation is maximized, and the retardation value can be measured with high accuracy.

このため、偏光板調整部３５でピーク４１と４２の高さが同じになるように偏光板２３の角度を調整するようにすると、常に最適な状態でリタデーションを測定することができる。例えば、光学膜厚が小さい方のピーク（ピーク４１）の高さが他方のピーク（ピーク４２）の高さに比べて高いときは偏光板２３を右方向に回転し、逆のときは左方向に回転するようにすると、常にフィルム２５と偏光板２３の光軸の差を４５度に保つことができる。   For this reason, when the angle of the polarizing plate 23 is adjusted so that the heights of the peaks 41 and 42 are the same in the polarizing plate adjustment unit 35, the retardation can always be measured in an optimum state. For example, when the height of the peak with the smaller optical film thickness (peak 41) is higher than the height of the other peak (peak 42), the polarizing plate 23 is rotated to the right, and vice versa. When the rotation is rotated to, the difference between the optical axes of the film 25 and the polarizing plate 23 can always be maintained at 45 degrees.

このとき、下記（２）式が成立する。偏光板２３の回転角度から偏光板２３の光軸の方向はわかっているので、下記（２）式からフィルム２５の光軸の角度を算出することができる。複屈折角演算・出力部３６は、下記（２）式からフィルム２５の光軸の角度を算出し、出力する。
フィルム２５の光軸の角度＝偏光板２３の光軸の角度＋４５度 ・・・・ （２） At this time, the following equation (2) is established. Since the direction of the optical axis of the polarizing plate 23 is known from the rotation angle of the polarizing plate 23, the angle of the optical axis of the film 25 can be calculated from the following equation (2). The birefringence angle calculation / output unit 36 calculates and outputs the angle of the optical axis of the film 25 from the following equation (2).
Angle of optical axis of film 25 = angle of optical axis of polarizing plate 23 + 45 degrees (2)

また、フィルム２５の屈折率が既知であると、ピーク４１または４２の位置から算出した光学膜厚を用いて、フィルム２５の物理膜厚を算出することもできる。これは、例えば特許文献２に記載された手法で行うことができる。   If the refractive index of the film 25 is known, the physical film thickness of the film 25 can be calculated using the optical film thickness calculated from the position of the peak 41 or 42. This can be performed, for example, by the method described in Patent Document 2.

図４従来例では偏光板１１と検光板１３でリタデーションを測定する試料１２を挟む構成であった。オンライン測定では試料１２を回転させることができず、かつ偏光板１１と検光板１３を同期して回転させることが難しいので、このリタデーション測定装置をオンライン測定に用いることは困難であるという課題があった。   In the conventional example of FIG. 4, the sample 12 for measuring retardation is sandwiched between the polarizing plate 11 and the analyzer plate 13. In the online measurement, the sample 12 cannot be rotated, and it is difficult to rotate the polarizing plate 11 and the analyzer plate 13 in synchronization. Therefore, there is a problem that it is difficult to use this retardation measuring apparatus for online measurement. It was.

図１実施例では偏光板２３およびフィルム２５を透過した光を反射鏡２６で反射させ、再びフィルム２５、偏光板２３を透過させる構成とした。偏光板２３は検光板としても動作するので、検光板が不要になる。   In the embodiment of FIG. 1, the light transmitted through the polarizing plate 23 and the film 25 is reflected by the reflecting mirror 26 and transmitted through the film 25 and the polarizing plate 23 again. Since the polarizing plate 23 also operates as an analyzer plate, the analyzer plate is not necessary.

このため、フィルム２５の片側に偏光板２３を配置するだけで、フィルム２５のリタデーションを測定することができる。フィルム２５を回転させる必要がなく、また検光板が不要なので、同期制御などの高度な制御は必要なく、かつ構成も簡単になる。このような特性を有するために、オンライン測定に用いることができ、かつ偏光板と検光板の角度ずれも発生しない。   For this reason, the retardation of the film 25 can be measured only by disposing the polarizing plate 23 on one side of the film 25. Since there is no need to rotate the film 25 and no analyzer plate is required, advanced control such as synchronous control is not necessary, and the configuration is simplified. Since it has such characteristics, it can be used for on-line measurement, and an angle deviation between the polarizing plate and the analyzer plate does not occur.

また、光ファイバプローブ２２から出射した光は２度フィルム２５を透過するので、図４従来例と比較してリタデーションの値を２倍に拡大して測定することができる。このため、高精度でリタデーションを測定することができる。図４従来例に比べて２倍の感度を有するので、可視光を用いた場合、測定下限を従来の半分である０．５μｍ程度にすることができる。   Since the light emitted from the optical fiber probe 22 passes through the film 25 twice, the retardation value can be doubled and measured as compared with the conventional example of FIG. For this reason, retardation can be measured with high accuracy. 4 has twice the sensitivity as compared with the conventional example, so when using visible light, the lower limit of measurement can be reduced to about 0.5 μm, which is half of the conventional one.

また、偏光板２３をフィルム２５に対して傾けて配置したので、偏光板２３の表面で反射された光は斜め方向に反射され、光ファイバプローブ２２に入射されることはない。このため、フィルム２５を透過した光と偏光板２３の表面で反射された光が混合して測定のＳ／Ｎ比を低下させることがなくなる。   In addition, since the polarizing plate 23 is inclined with respect to the film 25, the light reflected by the surface of the polarizing plate 23 is reflected in an oblique direction and is not incident on the optical fiber probe 22. For this reason, the light transmitted through the film 25 and the light reflected by the surface of the polarizing plate 23 are not mixed and the S / N ratio of the measurement is not lowered.

なお、フィルム２５の膜厚が厚いと、膜厚に起因するピーク４１、４２が表れないことがある。このような場合には、リタデーションに起因するピーク４０の高さが最大になるように、偏光板２３の角度を制御するようにすればよい。図２の構成では、膜厚ピーク検出部３４と複屈折角演算・出力部３６を省略し、リタデーションピーク検出部３２の出力を偏光板調整部３５に入力する。この場合、フィルム２５の光軸および膜厚を測定することはできない。   When the film 25 is thick, the peaks 41 and 42 due to the film thickness may not appear. In such a case, the angle of the polarizing plate 23 may be controlled so that the height of the peak 40 resulting from retardation is maximized. In the configuration of FIG. 2, the film thickness peak detection unit 34 and the birefringence angle calculation / output unit 36 are omitted, and the output of the retardation peak detection unit 32 is input to the polarizing plate adjustment unit 35. In this case, the optical axis and film thickness of the film 25 cannot be measured.

また、反射鏡２６を省略することもできる。この場合フィルム２５の裏面から反射した反射光によって干渉が発生し、ピーク４０が生じる。フィルム２５の裏面の反射率は低いために干渉信号の強度が弱くなり、ピーク４０の高さは低くなる。しかし、膜厚に起因するピーク４１、４２と同程度の高さは確保できるので、リタデーションと膜厚の両方を測定する場合にはむしろ好都合になる。この場合も、光ファイバプローブ２２には、フィルム２５から戻り、偏光板２３を透過した光が入射される。   Further, the reflecting mirror 26 can be omitted. In this case, interference occurs due to the reflected light reflected from the back surface of the film 25, and a peak 40 is generated. Since the reflectance of the back surface of the film 25 is low, the intensity of the interference signal becomes weak and the height of the peak 40 becomes low. However, since the same height as the peaks 41 and 42 due to the film thickness can be secured, it is rather convenient when measuring both retardation and film thickness. Also in this case, light that has returned from the film 25 and transmitted through the polarizing plate 23 enters the optical fiber probe 22.

また、一軸延伸フィルム等予め複屈折の軸の角度が予想できる場合には、予め偏光板２３を最適な角度に固定することができる。この場合、偏光板２３を回転する機構（偏光板調整部３５および偏光板回転部２４）は不要になる。   Further, when the birefringence axis angle can be predicted in advance, such as a uniaxially stretched film, the polarizing plate 23 can be fixed at an optimal angle in advance. In this case, a mechanism for rotating the polarizing plate 23 (the polarizing plate adjusting unit 35 and the polarizing plate rotating unit 24) is unnecessary.

また、偏光板２３の表面から反射した反射光が測定に影響することがない場合には、偏光板２３をフィルム２５と平行に配置することもできる。   Further, when the reflected light reflected from the surface of the polarizing plate 23 does not affect the measurement, the polarizing plate 23 can be arranged in parallel with the film 25.

さらに、これらの実施例では反射分光スペクトルをフーリエ変換してパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルのピーク位置からリタデーション値を算出したが、これに限定されることはなく、反射分光スペクトルを用いて他の手法でリタデーション値を算出してもよい。   Further, in these examples, the reflection spectrum was Fourier-transformed to calculate the power spectrum, and the retardation value was calculated from the peak position of the power spectrum. However, the present invention is not limited to this, and the reflection spectrum is used. The retardation value may be calculated by other methods.

２０ 光源
２１、２７ 光ファイバ
２２ 光ファイバプローブ
２３ 偏光板
２４ 偏光板回転部
２５ フィルム
２６ 反射鏡
２８ 分光部
２９ 演算部
３０ 反射分光スペクトル取得部
３１ パワースペクトル演算部
３２ リタデーションピーク検出部
３３ リタデーション出力部
３４ 膜厚ピーク検出部
３５ 偏光板調整部
３６ 複屈折角演算・出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Light source 21, 27 Optical fiber 22 Optical fiber probe 23 Polarizing plate 24 Polarizing plate rotating part 25 Film 26 Reflecting mirror 28 Spectroscopic part 29 Calculation part 30 Reflection spectral spectrum acquisition part 31 Power spectrum calculation part 32 Retardation peak detection part 33 Retardation output part 34 Film thickness peak detection unit 35 Polarizing plate adjustment unit 36 Birefringence angle calculation / output unit

Claims (5)

偏光された光を被測定物に照射し、前記被測定物から戻ってきた光を用いて前記被測定部のリタデーションを測定するリタデーション測定装置において、
被測定物に照射する白色光を出力する光源と、
前記光源の出力光を偏光すると共に、前記被測定物から戻ってきた光が入射される偏光板と、
前記被測定物から戻り、かつ前記偏光板を透過した光が入射され、この光の分光スペクトルを生成する分光部と、
前記分光部が生成した分光スペクトルが入力され、この分光スペクトルからリタデーションを演算して出力する演算部と、
を備えたことを特徴とするリタデーション測定装置。 In the retardation measuring apparatus that irradiates the object to be measured with polarized light and measures the retardation of the part to be measured using the light returned from the object to be measured.
A light source that outputs white light to irradiate the object to be measured;
Polarizing the output light of the light source, and a polarizing plate on which the light returned from the object to be measured is incident,
A light returning from the object to be measured and transmitted through the polarizing plate is incident, and a spectroscopic unit that generates a spectral spectrum of the light;
A spectroscopic spectrum generated by the spectroscopic unit is input, an arithmetic unit that calculates and outputs retardation from the spectroscopic spectrum, and
A retardation measuring apparatus comprising: 前記偏光板を、被測定物に照射される光に対して斜めに配置したことを特徴とする請求項１記載のリタデーション測定装置。   The retardation measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarizing plate is disposed obliquely with respect to the light irradiated to the object to be measured. 被測定物に対して前記偏光板と反対側に配置され、この被測定物を透過した光を反射する反射鏡を備えたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のリタデーション測定装置。   The retardation measuring apparatus according to claim 1, further comprising a reflecting mirror that is disposed on the opposite side of the polarizing plate with respect to the object to be measured and reflects light transmitted through the object to be measured. 前記偏光板を回転する回転機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載のリタデーション測定装置。   The retardation measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a rotation mechanism that rotates the polarizing plate. 前記分光スペクトルからパワースペクトルを演算し、このパワースペクトルの膜厚に起因するピークの高さが同じになるように、前記回転機構を制御するようにしたことを特徴とする請求項４記載のリタデーション測定装置。   5. The retardation according to claim 4, wherein a power spectrum is calculated from the spectrum and the rotation mechanism is controlled so that the heights of peaks caused by the film thickness of the power spectrum are the same. measuring device.
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