JP2003247934A - 複屈折測定方法及び複屈折測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面内複屈折における主軸方位が未知の光透過
層に関しても、これを正確に把握し、面内及び垂直複屈
折を測定することを可能とする。 【解決手段】 光透過層を測定点を中心として回転させ
ながら、偏光子により偏光方向を揃えたレーザ光を測定
点に対して斜めに照射し、クロスニコル系光学系を介し
て反射光を検出し、反射光の光強度変化に基づいて屈折
率楕円体の面内方向における主軸方向を求める。次い
で、光透過層を主軸方向に対して４５度となる方向から
レーザ光が照射されるように固定し、偏光方向を揃えた
レーザ光を１／４波長板を介して測定点に対して斜めに
照射するとともに、反射光の位相差を検出することによ
り光透過層の面内及び垂直複屈折を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光透過層の屈折率
楕円体主軸を確実に把握し得る複屈折測定方法及び複屈
折測定装置に関するものであり、さらには、光透過層の
面内及び垂直複屈折を簡単に求めることが可能な複屈折
測定方法及び複屈折測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの大容量化は、主に光源の短
波長化と高開口のレンズを採用により、焦点面でのスポ
ットサイズを小さくすることで実現されている。例え
ば、ＣＤではレーザー波長７８０ｎｍ、対物レンズのＮ
Ａ（開口数）０．４５とすることで６５０ＭＢの容量が
達成され、いわゆるＤＶＤ−ＲＯＭでは波長６５０ｎ
ｍ、対物レンズのＮＡ０．６とすることで４．７ＧＢに
大容量化されている。

【０００３】また、さらなる高容量化を目指して、厚さ
１０〜１７７μｍのカバー層を介して記録再生を行う光
ディスク（以下、ＤＶＲと称する。）が既に本願出願人
によって提案されている。このＤＶＲにおいては、レー
ザー波長を４５０ｎｍ以下、対物レンズのＮＡを０．７
８以上とすることで２２ＧＢ以上の大容量化が達成可能
である。

【０００４】ところで、上述の光ディスクにおいては、
通常、記録情報層の上に光透過層が形成されており、こ
の光透過層を介して情報の記録や再生が行われている。
例えば、いわゆるＣＤやＤＶＤにおいては透明基板が光
透過層に相当し、この透明基板側からレーザ光を照射す
ることで記録・再生が行われる。上記ＤＶＲにおいて
は、透明フィルムからなるカバー層が上記光透過層に相
当し、このカバー層側からレーザ光を照射することで記
録・再生が行われる。

【０００５】これらの光ディスクでは、いずれの場合に
も、光透過層に例えばポリカーボネートのような光学的
に透明な樹脂が使用されており、その光学的異方性，す
なわち複屈折が問題になってくる。例えば、従来のＣＤ
若しくはＤＶＤにおいては、ポリカーボネート等のプラ
スチック素材からなる射出成型基板を用い、当該基板を
光透過層として用いてきたことから、射出成型時におけ
る複屈折の発生が問題となる。１００μｍ程度の薄いカ
バー層を持つＤＶＲにおいては、このカバー層を光透過
層として用いているため、カバー層の構成部材の持つ複
屈折が問題となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】樹脂基板の光学異方性
（複屈折）に関わる問題点としては、以下の２点が挙げ
られる［I.Prikryl, Applied Optics, 31(1992), p185
3、戸田他、光メモリシンポジウム予稿集（１９８
６）、ｐ１９、吉沢他、光メモリシンポジウム予稿集
（１９８６）、ｐ３３］。

【０００７】１）基板を光ビームが通過する際に生じる
位相差。 上記ＤＶＲのような高ＮＡの対物レンズを用いた光ディ
スクフォーマットでは、特に垂直方向の屈折率差により
生じる位相差が戻り光の強度分布の変動をもたらす。

【０００８】位相差は、光線の入射方向によって決ま
り、また、基板の複屈折を△ｎ、基板厚をｄ、波長をλ
とすると、 △ｎ・ｄ／λ で決まるから、記録再生に用いる波長が短くなれば、実
質的に位相差は増加する。

【０００９】２）複屈折による非点収差の問題。 集束光ビームで基板に対して垂直ではなく斜めに光線が
基板に入射する際、屈折が生じるが、光学的異方性を有
する基板では、入射光線の方位によって屈折率が異なる
［吉沢、光学、１５（１９８６）、ｐ４１４］。このた
め、本来、基板の記録層側の面で直径１μｍ程度に集束
すべきビームに非点収差が生じる。

【００１０】非点収差が生じた場合、焦点面をどこで合
わせるかという光学ヘッドの機差により、記録再生特性
にばらつきが生じる。また、ビームがトラック横断方向
に長軸をもつ楕円ビームとなった場合、隣接トラックか
らのクロストークが問題となる。短波長光源を用いた高
密度光ディスクでは、トラックピッチも狭くなるから、
クロストークの問題はより一層厳しくなる。

【００１１】このように、複屈折による影響が生じるた
め、複屈折の値を評価する手法が必要となる。通常、光
透過層に生じる複屈折を議論する際には、概ね波長の２
０％程度の位相ずれを判別する必要がある。例えば、通
常使用されるポリカーボネート材料では、複屈折値がお
よそ１×１０^−３程度である。そのため、複屈折による
影響が問題となる波長の２０％程度の複屈折値を測定す
る必要があり、例えば波長４１３ｎｍのレーザーを光源
として用いた場合には、０ｎｍから４０ｎｍの間の複屈
折値が測定可能でなければならない。

【００１２】また、特に上記ＤＶＲのように高ＮＡの集
光レンズを用い光ディスクにおいては、光透過層の面内
方向に近い斜め入射光成分が増え、面内方向成分に対す
る屈折率差、すなわち光透過層の垂直方向の屈折率差が
大きな問題となるため、これを測定可能とすることも必
要である。高ＮＡの対物レンズを用いた光学系では、垂
直方向の屈折率差が大きいと、非点収差や光強度分布の
変動等が起こる。加えて、上記ＤＶＲにおけるカバー層
では、例えばディスク基板に貼り付けた後、屈折率楕円
体の主軸の方向を的確に把握することが難しい。ＤＶＲ
における光透過層の形成は、従来の射出成型法とは異な
り、薄い光透過シートを信号面の上に張り合わせる方法
や、スピンコート及びＵＶ硬化による光透過層の形成が
主に使用されている。これらの形成法では、射出成型法
の場合と異なり、面内方向の光軸の向きがディスク中心
から放射状に広がっていない。

【００１３】上述のように、光ディスクにおいては、光
透過層の面内方向及び垂直方向の複屈折量を精度良く測
定し得る測定方法が望まれ、さらには屈折率楕円体の主
軸の方向を割り出すことのできる測定方法が必要であ
る。

【００１４】複屈折を測定する方法としては、主に、透
過法及び反射法がある。透過法は、反射層を持たない透
明基板単体に対して測定用レーザー光を垂直入射して、
その透過光を検出することにより複屈折量を測定するも
のである。しかしながら、透過法は、透明基板単体の複
屈折量であれば測定することができるが、被測定透明基
板上に反射層等を張り合わせ光ディスクとして形成した
後には、透明基板の複屈折量を測定することはできな
い。また、上述のＤＶＲでは、カバー単体を取り出して
測定を行う必要があるが、ポリカーボネートのように光
弾性定数の大きな素材を用いた場合には、成膜ないしは
カバー形成時に応力を加えるとその複屈折量が変化する
ため、カバー単体を取り出して測定したのではディスク
形態での複屈折量を測っていることにはならないという
欠点がある。

【００１５】さらに、通常の透過法では、基板内の被測
定点における屈折率楕円体の各軸の大きさ、すなわち複
屈折を決定するために、入射光ビームの入射角θと入射
面の方位角φを何点か変化させ、基板通過により透過光
に生じた位相差を測定するが、少なくとも入射角θを２
点変化させることが必要である［吉沢、光学、１５（１
９８６）、ｐ４１４−４２１、戸田他、光メモリシンポ
ジウム予稿集、ｐ１９］。したがって、測定操作が煩雑
であるという不都合も有する。

【００１６】一方、反射法は、測定用レーザー光を透明
基板側から基板内へ斜め入射させた後に反射層で反射
し、回転可能な検光子を介してこの反射光を光検出器で
検出して反射光の偏光状態を測定し、複屈折量を算出す
るものである。したがって、光ディスクとして形成した
後の光透過層の複屈折量を測定することが可能である。

【００１７】そこで、従来、複屈折の測定方法として、
反射法が広く採用されており、光透過層の主軸方向が既
知の光透過層に対して、入射角θを変化させることなく
一点のみで測定する測定法も提案されている(特開２０
００−８１３８７参照)。

【００１８】しかしながら、この方法では、測定におい
て主軸方向が既知であるということが前提条件であるた
め、例えばＤＶＲの光透過層のような、従来の光ディス
クで一般的な光透過層とは主軸の方向が異なる光ディス
クに対してはこの手法は適用が困難である。主軸方位を
正確に決定しなければ、ＤＶＲに用いられる光透過層は
複屈折の値が非常に小さいため、測定される複屈折値が
大きな誤差を持ってしまう。そのため、面内及び垂直方
向の複屈折測定には、面内複屈折の主軸方向の測定法が
不可欠となる。

【００１９】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、測定点における面内複屈折の正
確な主軸方向を測定することができ、面内複屈折におけ
る主軸方位が未知の光透過層に関しても面内及び垂直複
屈折を測定し得る複屈折測定方法及び複屈折測定装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、簡単な系
で例えば複屈折の自動測定、高速測定が可能で、測定
時、レーザ光の入射角を変える必要のない複屈折測定方
法及び複屈折測定装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の複屈折測定方法は、光透過層を測定点を
中心として回転させながら偏光子により偏光方向を揃え
たレーザ光を当該測定点に対して斜めに照射するととも
に、前記偏光子と偏光方向が直交関係にある検光子を介
して反射光を検出し、前記反射光の光強度変化に基づい
て屈折率楕円体の面内方向における主軸方向を検出する
ことを特徴とするものであり、さらには、光透過層を屈
折率楕円体の主軸方向に対して４５度となる方向からレ
ーザ光が照射されるように固定し、偏光子により偏光方
向を揃えたレーザ光を１／４波長板を介して測定点に対
して斜めに照射するとともに、前記レーザ光の入射角度
を固定したまま反射光の位相差を検出することにより上
記光透過層の面内及び垂直複屈折を測定することを特徴
とするものである。

【００２１】また、本発明の複屈折測定装置は、光透過
層を固定する手段を有し、これを回転する回転機構と、
上記光透過層に対してレーザ光を斜めに照射するレーザ
光源と、上記レーザ光源と光透過層の間に配置されレー
ザ光の偏光方向を揃える偏光子と、上記偏光子と光透過
層に配され、回転によりその機能がオン・オフされる１
／４波長板と、反射光の光軸上に配され、反射光強度を
検出する光強度検出器と、上記光強度検出器と光透過層
の間に配され、回転機構を有する検光子とを備えること
を特徴とするものである。

【００２２】本発明は、ディスク形態での複屈折測定が
可能な反射法を用い、且つ、屈折率楕円体の面内の主軸
方向が未知の光透過層に関して、入射角度を変化させる
ことなく面内及び垂直複屈折を測定する方法及び装置で
ある。すなわち、ある一点の測定点に対して、光透過層
面に対する入射光の入射角θを一定にしたまま、光ディ
スクを測定点を中心に回転させて面内複屈折の主軸方向
を測定し、割り出された主軸方向より、入射光ビームを
含む入射面と主軸方向の角度を４５度にし、その角度か
ら位相差を測定し測定点の複屈折を測定する。

【００２３】クロスニコル光学系を用い、測定点を中心
として光透過層を回転させながらレーザ光を斜め入射
し、光透過層を透過した反射光を観察すると、検出光の
光強度が周期的に変化する。これは、屈折率楕円体に基
づく複屈折量の変化によるものであり、したがって上記
光強度の周期的な変化から屈折率楕円体の主軸方向を割
り出すことができる。また、屈折率楕円体の主軸方向を
割り出した後に、主軸方向に対して４５度をなす角度に
光透過層を固定し、検光子を回転させながら反射光を測
定すると、角度によって光強度が変化する。このときの
光強度の最大値、最小値、及び光強度が最大になる検光
子角度より、面内複屈折及び垂直複屈折が算出される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した複屈折測
定方法、複屈折測定装置について、図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００２５】先ず、複屈折測定装置の装置構成について
説明する。本発明の複屈折測定装置は、図１に示すよう
に、光透過層を有する光ディスク１を測定点を中心に回
転する回転機構２を備え、光透過層の測定点に対してレ
ーザ光を斜めに照射するレーザ光源３と、反射光を検知
する光強度検出器４とが、反射面（測定点）を介してレ
ーザ光の光軸上で互いに対向するように配置されてい
る。

【００２６】上記回転機構２は、光ディスク１を載置す
るためのテーブル２ａと、これを回転するモータ２ｂと
を有し、図示しないチャッキング機構により光ディスク
１の中心孔を固定して、これを回転するものである。し
たがって、モータ２ｂの回転軸２ｃが光ディスク１の回
転中心となり、測定点となる。また、上記テーブル２ａ
は、装着された光ディスク１を水平方向の一方向に移動
できる自動スライド機構を有しており、光ディスク１の
テーブル２ａへの取り付け方向を選び、前記水平方向に
移動することで、光ディスク１の任意の点を測定点とす
ることが可能である。

【００２７】上記レーザ光源３の光軸上には、レーザ光
源３からのレーザ光の偏光方向を一定の方向に揃える偏
光子５と、１／４波長板６が順次配置され、したがっ
て、レーザ光源３から発せされたレーザ光は、偏光子５
や１／４波長板６を介して光ディスク１の光透過層に照
射される。ここで、１／４波長板６は、特定の偏光方向
のレーザ光に対して１／４波長板として機能するもので
あり、回転により向きを変えることで、上記偏光子５を
透過したレーザ光に対して１／４波長板として機能する
状態（オン状態）、及び偏光子５を透過したレーザ光に
対して１／４波長板として機能せず通常に透過する状態
（オフ状態）に切り替え可能である。

【００２８】一方、反射光の光軸上には、検光子７が配
されており、光透過層を透過した反射光は、この検光子
７を介して光強度検出器４によって光強度が測定され
る。なお、この検光子７は回転機構を有しており、必要
に応じて回転させることができ、任意の角度に固定する
ことも可能である。

【００２９】また、上記の光学系において、レーザ光源
３としては、例えば波長λ＝４１３ｎｍのレーザー光源
を用いる。偏光子５及び検光子７は、高い消光比が求め
られるため、１０^−５程度の消光比を持つグラントムソ
ンプリズムを用いることが望ましい。

【００３０】レーザ光源３からのレーザビームの入射角
αは、適度に傾けた斜め角度一点のみを用いる。具体的
には、１５度から６０度程度が望ましい。これは、理論
的に求められる測定精度に基づくものであり、１５度以
下であると垂直方向の複屈折の誤差が大きくなり、６０
度以上では面内方向の複屈折の誤差が大きくなるためで
ある。

【００３１】測定対象となる光透過層は、複屈折の値が
面内方向で概ね１．５×１０^−４以下，垂直方向で１．
２×１０^−３程度であり非常に小さく、そのために光透
過層を反射する間に常光成分と異常光成分は分離しな
い。例えば、入射ビームの光透過層におけるスポットの
サイズが１ｍｍの時、光透過層の厚みが０．１ｍｍであ
る場合、光透過層を通過したレーザー光が分離する距離
は１０μｍ以下であり、無視できる。

【００３２】以上が本発明の複屈折測定装置の概略構成
であり、上記構成により、光ディスク１の光透過層の任
意の測定点における複屈折を自動的に測定し得る自動測
定法を実現することができる。また、本発明の複屈折測
定装置では、レーザー光の直径は１mm程度で十分であ
る。すなわち、レーザー光をレンズやビームエキスパン
ダー等で集光，拡大する必要がなく、簡便な光学系とす
ることができる。

【００３３】次に、複屈折の測定方法について述べる。
光透過層の複屈折を測定するには、先ず、面内複屈折に
おける屈折率楕円体の主軸方向を把握する必要がある。
そこで、最初に面内方向複屈折の主軸方向を割り出すた
めの方法について述べる。

【００３４】上記主軸方向を求めるには、図２に示すよ
うに、レーザ光源３から射出されるレーザ光を回転角γ
の偏光子５に通して偏光面をγに揃える。１／４波長板
６は、その回転角を０度とし、直線偏光がそのまま透過
するよう（オフ状態）にする。

【００３５】１／４波長板６を透過したレーザ光を測定
点に照射し、光ディスク１から反射されたレーザ光を検
光子７に通し、光強度検出器４で光強度を測定する。検
光子７自身の回転角は、光ディスク１に入射するレーザ
光の偏光方向γと垂直になるようにし、偏光子５と合わ
せてクロスニコル光学系とする。

【００３６】この状態で、光透過層（光ディスク１）を
測定点を中心に０度から３６０度まで回転させ、理論的
に求められる光強度の主軸回転角βへの依存性とフィッ
ティングさせて主軸方向を割り出す。

【００３７】すなわち、入射光の偏光方向をγとし、検
光子７の回転角をφ，面内複屈折の主軸回転角をβ，リ
タデーションをR，波長をλ，入射光を含む入射平面と
異常光の偏向角とのなす角度をχとすると，光強度測定
器４で検出される光強度Iは下記の数１で表される。

【００３８】

【数１】 ここで，入射光の偏光方向γと検光子角度φを直交させ
る，すなわちφ＝γ＋９０とすると、検出器で検出され
る光強度Iは下記数２のようになる。

【００３９】

【数２】 複屈折の値が小さいときには近似的にχ＝βとなる。例
えばχ＝０°の時、主軸回転角β＝０°となり、χ＝４
５°の時、主軸回転角β＝４５°となる。この関数を実
際に測定されたデータとフィッティングさせて面内複屈
折の主軸方向βを測定する。

【００４０】なお、上記フィッティングは次のようにし
て行う。先ず、上記に従って位相０のフィッティング関
数を用意する（手順１）。そして、各角度におけるフィ
ッティング関数と測定データの差の自乗を計算し、その
和Ａを求める（手順２）。位相をずらした後、再度手順
１，２を行い、和Ａが最小になる位相を求める。ここで
は０．１°単位で位相をずらしながら上記手順を繰り返
した。これにより求められた位相（和Ａが最小となる位
相）のフィッティング関数に基づいて上記主軸方向βを
決定する。

【００４１】上記面内複屈折の主軸方向βを割り出す際
には、偏光子５と検光子７とをクロスニコル光学系とす
ることが好ましいが、これは次のような理由による。

【００４２】光透過層の持つ複屈折は非常に小さく、例
えば面内方向で１．５×１０^−４以下，垂直方向で１．
２×１０^−３程度であり、光透過層の厚みが０．１ｍｍ
程度の場合、位相差が小さくなり光透過層に入射した直
線偏光レーザ光が楕円偏光に変わる割合は僅かなもので
ある。したがって、例えば偏光子５と検光子７の方向を
一致させた場合、光ディスク１を回転させても光強度変
動は５％以下となりＳ／Ｎが極めて低くなる。これに対
し、クロスニコル光学系とした場合には、直線偏光は検
光子７を透過しないために、微小な位相ずれによる僅か
な偏光率変動を検出することが可能となり、Ｓ／Ｎが向
上する。

【００４３】また、主軸方向βを測定するために、測定
データを理論式によりフィッティングする方法を用いる
が、これは次のような理由による。主軸方向βは、クロ
スニコル光学系では光強度が最も小さい時の角度とな
る。しかしながら、測定された光強度のみを基にして、
光強度が最も小さい時の角度を決定すると、ノイズ等の
誤差を生じる。また、厳密な角度決定を行うためには測
定を無限回行わなければならないが、現実には不可能で
ある。それに対し、光ディスク１（測定点）を０度から
３６０度まで回転させ、その際の光強度を測定し、理論
式によりフィッティングして角度の決定を行えば、精度
良く角度を決定することができる。

【００４４】次に、面内及び垂直複屈折の値を算出する
方法について述べる。複屈折の値を測定するためには、
図３に示すように、上記により測定した主軸方向に対し
て４５°の方向からレーザ光が入射するように光ディス
ク１（光透過層）の向きを固定する。この状態でレーザ
光源３からのレーザ光を偏光子５を介して光ディスク１
の測定点に照射するが、このとき、１／４波長板６をオ
ン状態とする。これにより、偏光方向が揃えられたレー
ザ光は、さらに円偏光とされ光透過層に照射される。

【００４５】一方、光強度検出器４側においては、検光
子７を回転させながら、反射光強度を検出する。光透過
層を透過した光（円偏光）は、光透過層の複屈折により
楕円偏光に変換される。この楕円偏光を検光子７を回転
させながら測定すると、検光子７の方向によって光強度
が周期的に変化する。これを測定することで、光透過層
の複屈折値を算出することができる。

【００４６】すなわち、入射角θにおける位相差R及び
光強度が最大となるまでに検光子を回転させた角度Δφ
を測定する。位相差Rおよび角度Δφは、円偏光を光透
過層に入射し，光透過層から射出されたレーザ光の強度
を、検光子７を３６０度回転させた後、理論式とフィッ
ティングを行うことにより求める。検光子を回転させた
際の光強度の最大値をＴmax，光強度の最小値をＴmin，
レーザ光の波長をλとしたときに、位相差Rは下記の数
３で表される。

【００４７】

【数３】 この位相差Rより、垂直複屈折値Δｎ_⊥及び面内複屈折
値Δｎ_//を求める。上記位相差Ｒを求める際、光強度が
最初にＴmaxとなるまでの検光子７の回転角をΔφ，光
透過層の厚みをｄ，位相差をＲ，レーザ光の光透過層内
部における光透過層表面とのなす角をθとすると、垂直
複屈折値Δｎ_⊥及び面内複屈折値Δｎ_//はそれぞれ下記
の数４で表される。

【００４８】

【数４】 ただし、式中θ＝arcsin(θ₀)／ｎであり、θ_０は光透
過層面に対するレーザー光の入射角、ｎは光透過層の面
内方向における平均屈折率である。

【００４９】以下、具体的な測定例により上記測定法に
ついて説明する。面内複屈折における屈折率楕円体の主
軸方向の測定に際し、光強度変化のディスク回転角β依
存性を解析したのが図４である。上記のように、面内複
屈折の主軸方向を求めるためには、直線偏光レーザ光を
光ディスク（光透過層）に入射し、光ディスクを回転さ
せる。そして、検光子７を光ディスクに入射するビーム
の偏光方向と直交させ、光強度を光強度検出器４で測定
する。 図４は、実際に測定した光強度のディスク回転
角依存性を示し、図５は理論値のβ依存性の計算結果を
示す。

【００５０】光強度のディスク回転角β依存性において
は、回転角が９０度毎に対称性が見られる。また、図５
と比較すると相似性が見られ、理論値をフィッティング
することにより正確な主軸方向を求めることができる。
なお、ここではポリカーボネートを材料とする厚み０．
１ｍｍの光透過層について測定を行った。ビームの入射
角は３０度であり、屈折率の平均値ｎは１．６３とし
た。また、レーザ光の波長λは４１３ｎｍである。

【００５１】上記主軸方向を求める際には、偏光子５と
検光子７とをクロスニコル光学系とすることが好まし
く、クロスニコル光学系を用いずに、例えば偏光子５と
検光子７の偏光方向を平行にした状態でディスクを回転
させると、主軸方向を測定することが困難である。図６
は、検光子７と偏光子５を平行にした状態での光強度の
ディスク回転角β依存性を示すものであるが、この図か
らは上記特徴的な光強度変化がほとんど見い出せないこ
とがわかる。

【００５２】測定した光透過層は、厚み０．１ｍｍのポ
リカーボネートで成型されており、面内方向の屈折率差
が１．０×１０^−４以下、垂直方向の屈折率差が１．５
×１０^−３以下である。偏光子５と検光子７の偏光方向
を平行にした状態では、このような小さな複屈折を持つ
面内複屈折の光軸方向を決定することはほとんど不可能
である。

【００５３】ところで、上記主軸方向の測定は、複屈折
の測定値に大きな影響を与える。図７に面内方向複屈折
値のβ誤差依存性を示す。βの誤差が５度以上になる
と、複屈折の測定結果が２０％以上ずれる。このため、
複屈折値の測定には、正確な主軸方向の決定が必要であ
る。なお、計算値は、上記面内屈折率差を求める式にお
いてΔφをずらすことにより求めた。

【００５４】複屈折の測定値は、主軸方向βとレーザ光
を含む入射面の間に４５度の角度を付けた後、測定点で
の位相差を一回だけ測定し、当該測定値を計算して求め
る。図８に光強度の検光子回転角依存性を示している
が、この図より角度変化Δφ＝１６１°であることがわ
かり、さらに図から光強度の最大値Ｔmax，及び光強度
の最小値Ｔminを求め数３に示す式に従ってリタデーシ
ョンＲを算出すると、Ｒ＝９．５ｎｍとなる。Δφはカ
ーブフィッティングにより求めた。これらの結果より、
垂直の屈折率差Δｎ_⊥は６．０２×１０^−４，面内の屈
折率差Δｎ_//は７．４６×１０^−５と測定することがで
きた。

【００５５】なお、Δφを求めるためにカーブフィッテ
ィングを行ったが、これは次のような理由による。Δφ
は、光強度が最も大きい時の角度であるが、図８に示す
測定結果において光強度が最も強い時の角度をそのまま
Δφとすると、光強度の変動や検出ノイズなどの影響に
より測定誤差を生じる。また、厳密な角度決定を行うた
めには測定点を無限回行わなければならないが、現実に
は不可能である。そのため、検光子７を０度から３６０
度まで回転させ、その際の光強度を測定し、理論式によ
りフィッティングし角度の決定を行うと精度よく角度が
決定できる。なお、検光子を回転させた際の光強度は、
以下の数５で表される。

【００５６】

【数５】 表１に、面内方向の主軸に対するレーザ光入射を４５度
に設定した後、その角度を９０度単位で変化させた時の
複屈折測定結果を示す。この表１から、いずれの角度に
設定した場合にも、多少の誤差はあるものの、複屈折値
が測定できていることがわかる。

【００５７】

【表１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の複屈折測定方法、複屈折測定装置によれば、面内複
屈折における主軸方位が未知の光透過層に関しても、こ
れを正確に把握し、垂直及び面内複屈折を測定すること
が可能である。

【００５８】また、本発明によれば、測定時，レーザ光
入射角を変えることなく測定できる等、簡単な系で複屈
折の測定を行うことができ、例えば測定の自動化等も容
易である。さらに、主軸方位がわかれば、垂直及び面内
複屈折の測定は一点あたり一回のみで済むため、高速測
定も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した複屈折測定装置の構成例を示
す模式図である。

【図２】屈折率楕円体主軸方向の測定状態を示す模式図
である。

【図３】面内及び垂直複屈折値の測定状態を示す模式図
である。

【図４】クロスニコル光学系で測定した光強度のディス
ク回転角依存性を示す特性図である。

【図５】フィッティング元関数のディスク回転角依存性
を示す特性図である。

【図６】偏光子と検光子の偏光方向を平行にした状態で
測定した光強度のディスク回転角依存性を示す特性図で
ある。

【図７】面内屈折率差のΔφ誤差による値の変化を示す
特性図である。

【図８】回転検光子法による光強度の検光子回転角依存
性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 光ディスク、２ 回転機構、３ レーザ光源、４
光強度検出器、５ 偏光子、６ １／４波長板、７ 検
光子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB10 BB15 BB16 CC20 DD13 EE02 EE05 GG01 GG04 HH02 HH06 JJ11 JJ12 JJ19 JJ20 KK01 MM01 MM03 2G086 EE02 5D121 HH12

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過層を測定点を中心として回転させ
   ながら偏光子により偏光方向を揃えたレーザ光を当該測
   定点に対して斜めに照射するとともに、前記偏光子と偏
   光方向が直交関係にある検光子を介して反射光を検出
   し、前記反射光の光強度変化に基づいて屈折率楕円体の
   面内方向における主軸方向を検出することを特徴とする
   複屈折測定方法。
2. 【請求項２】 上記偏光子及び検光子として、グラント
   ムソンプリズムを用いることを特徴とする請求項１記載
   の複屈折測定方法。
3. 【請求項３】 上記光強度変化を理論的に導き出した関
   数とフィッティングし、上記主軸方向を同定することを
   特徴とする請求項１記載の複屈折測定方法。
4. 【請求項４】 上記光透過層を円盤体に貼り付けた状態
   で上記測定を行うことを特徴とする請求項１記載の複屈
   折測定方法。
5. 【請求項５】 上記光透過層を貼り付けた円盤体は、光
   ディスクであることを特徴とする請求項４記載の複屈折
   測定方法。
6. 【請求項６】 光透過層を屈折率楕円体の主軸方向に対
   して４５度となる方向からレーザ光が照射されるように
   固定し、偏光子により偏光方向を揃えたレーザ光を１／
   ４波長板を介して測定点に対して斜めに照射するととも
   に、前記レーザ光の入射角度を固定したまま反射光の位
   相差を検出することにより上記光透過層の面内及び垂直
   複屈折を測定することを特徴とする複屈折測定方法。
7. 【請求項７】 上記位相差は、検光子を回転させながら
   反射光の光強度変化を検出することにより測定すること
   を特徴とする請求項６記載の複屈折測定方法。
8. 【請求項８】 上記反射光の光強度の最小値、最大値、
   及び光強度が最大値となる検光子角度を測定し、上記面
   内及び垂直屈折率を算出することを特徴とする請求項７
   記載の複屈折測定方法。
9. 【請求項９】 上記反射光の光強度変化を検出した後、
   理論的に導き出した関数とフィッティングを行うことを
   特徴とする請求項８記載の複屈折測定方法。
10. 【請求項１０】 光透過層を固定する手段を有し、これ
    を回転する回転機構と、 上記光透過層に対してレーザ光を斜めに照射するレーザ
    光源と、 上記レーザ光源と光透過層の間に配置されレーザ光の偏
    光方向を揃える偏光子と、 上記偏光子と光透過層に配され、回転によりその機能が
    オン・オフされる１／４波長板と、 反射光の光軸上に配され、反射光強度を検出する光強度
    検出器と、 上記光強度検出器と光透過層の間に配され、回転機構を
    有する検光子とを備えることを特徴とする複屈折測定装
    置。
11. 【請求項１１】 上記光透過層の屈折率楕円体の主軸方
    向を測定する際には、上記回転機構により光透過層が回
    転され、上記１／４波長板がオフ状態とされるととも
    に、上記偏光子と検光子は偏光方向が直交関係となるク
    ロスニコル光学系とされることを特徴とする請求項１０
    記載の複屈折測定装置。
12. 【請求項１２】 上記光透過層の面内及び垂直屈折率を
    測定する際には、上記回転機構が停止し、屈折率楕円体
    の主軸方向に対して４５度となる方向からレーザ光が照
    射されるように光透過層が固定され、上記１／４波長板
    がオン状態とされるとともに、上記検光子が回転される
    ことを特徴とする請求項１０記載の複屈折測定装置。