JP2007292509A - 屈折率測定方法及び屈折率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みが小さい測定対象物の屈折率を非破壊により精度良く測定できるようにする。
【解決手段】第１段階としてベース層２０Ｃの第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を測定し、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形が当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と最も良く一致するときの格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）として同定した後、第２段階としてベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤの第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を測定し、実測格子形状ｄｓ（ｘ）を用いて算出した第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の波形が第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）と最も良く一致するときの屈折率ｎ２（ｒ）を実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）として同定するようにした。
【選択図】図１１

Description

本発明は屈折率測定方法及び屈折率測定装置に関し、例えば薄膜状に形成された試料の屈折率を測定する屈折率測定方法に適用して好適なものである。

従来、光を透過する物質の屈折率を測定する手法として、アッベの屈折率計を用いる手法（以下、これを第１の屈折率測定手法と呼ぶ）と、分光エリプソメトリーを利用する手法（以下、これを第２の屈折率測定手法と呼ぶ）との２種類の手法が主に利用されていた。

第１の屈折率測定手法では、屈折率が既知である半球プリズムとガラスプレートとの間に測定対象物を挟み込み、半球プリズム側から光ピームを入射させ、その反射光を観察することにより臨界角を検出し、これを基に屈折率を得るようになされている。

第２の屈折率測定手法では、ブリュースター角付近のｓ偏光とｐ偏光の反射係数比を測定し、解析モデルを介して屈折率を算出するようになされている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３４０８６９号公報（第２頁）

しかしながら、上述した第１の屈折率測定方法では、実際に測定物表面で反射した光を観測するため、ある程度の大きさと厚みを有する測定対象物しか測定することができなかった。

また第１の屈折率測定方法では、実際の測定において、反射効率を上げるために、ガラスプレートと測定物との間にガラスプレートと同等の屈折率を持つ屈折率液体を充填する必要がある。このため、測定物の表面がダメージを受ける、いわゆる破壊検査となってしまうという問題があった。

一方、第２の屈折率測定方法では、測定対象物が数十［μｍ］以上の厚みをもつ場合や表面の平滑性が悪い場合に、測定対象物の表面における反射光と、測定対象物及び基板間の界面における反射光との多重干渉を測定することができないため、測定精度を上げることができなかった。換言すれば、第２の屈折率測定方法では、測定対象物の表面における平滑度が高い場合（例えば数［ｎｍ］程度）以外、屈折率を精度良く測定することができないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、厚みが小さい測定対象物の屈折率を非破壊により精度良く測定し得る屈折率測定方法及び屈折率測定装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、屈折率が既知である測定用媒質中に屈折率が既知であり一面に回折格子が設けられた第１試料を設置し、当該第１試料の当該一面において所定波長の光ビームを回折させたときの０次回折効率である第１実測回折効率を測定し、第１試料における理論的な０次回折効率である第１理論回折効率と第１実測回折効率とを基に回折格子の格子形状を同定し、一面が第２試料により覆われた第１試料によって光ビームを回折させたときの０次回折効率である第２回折効率を測定し、第２試料により覆われた第１試料における理論的な回折効率であり同定した格子形状を用いて算出された第２理論回折効率と第２実測回折効率とを基に、第２試料の屈折率を同定するようにした。

これにより、実際の測定作業としては、第１試料の第１実測回折効率と第２試料により覆われた当該第１試料における第２実測回折効率とを測定するだけで、演算処理によって当該第１実測回折効率及び第１理論回折効率から回折格子の格子形状を高精度に同定でき、また当該第２実測回折効率、同定した格子形状及び第２理論回折効率から第２試料を破壊することなく屈折率を同定することができる。

本発明によれば、実際の測定作業としては、第１試料の第１実測回折効率と第２試料により覆われた当該第１試料における第２実測回折効率とを測定するだけで、演算処理によって当該第１実測回折効率及び第１理論回折効率から回折格子の格子形状を高精度に同定でき、また当該第２実測回折効率、同定した格子形状及び第２理論回折効率から第２試料を破壊することなく屈折率を同定することができ、かくして厚みが小さい測定対象物の屈折率を非破壊により精度良く測定し得る屈折率測定方法及び屈折率測定装置を実現できる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）光ディスク装置の構成
（１−１）光ディスク装置の全体構成
図１において、光ディスク装置１は、ＣＤ（Compact Disc）方式、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）方式又はＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）方式といった３方式のいずれかでなる光ディスク１００を再生し得るようになされている。

この光ディスク装置１は、制御部２によって全体を統括制御するようになされており、光ディスク１００が装填された状態で、図示しない外部機器からの再生指示等を受け付けると、当該制御部２から駆動部３及び信号処理部４を制御することにより当該光ディスク１００に記録された情報を読み出すようになされている。

実際上、信号処理部４は、制御部２の制御に基づき、光ピックアップ７により対物レンズユニット９から所定の光ビームを光ディスク１００の信号記録面に照射させる。

これと同時に駆動部３は、制御部２の制御に基づき、スピンドルモータ５により光ディスク１００を所定の回転速度で回転させ、スレッドモータ６により光ピックアップ７を光ディスク１００の径方向であるトラッキング方向へ大きく移動させ、さらに２軸アクチュエータ８により対物レンズユニット９を光ディスク１００に対して近接又は離隔させる方向であるフォーカス方向及びトラッキング方向の２方向へそれぞれ細かく移動させることにより、所望のトラックに対して光ビームを合焦させる。

これに応じて信号処理部４は、光ディスク１００の信号記録面において光ビームが反射されてなる反射光を検出し、その検出結果を基に再生信号を生成して、制御部２を介してこの再生信号を図示しない外部機器へ送出させる。

光ピックアップ７は、いわゆる３波長対応型となっており、対物レンズユニット９から、ＣＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＣＤ方式ディスク１００ｃと呼ぶ）に対して波長約７８０［ｎｍ］の光ビームを照射し、またＤＶＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＤＶＤ方式ディスク１００ｄと呼ぶ）に対して波長約６５０［ｎｍ］の光ビームを照射し、さらにＢＤ方式でなる光ディスク１００（以下、これをＢＤ方式ディスク１００ｂと呼ぶ）に対して波長約４０５［ｎｍ］の光ビームを照射するようになされている。

このように光ディスク装置１は、ＣＤ方式、ＤＶＤ方式、又はＢＤ方式でなる光ディスク１００に対してそれぞれの方式に適した光ビームを照射することにより、当該光ディスク１００を再生し得るようになされている。

（１−２）光ピックアップの構成
図２に示すように、光ピックアップ７は、光ビームの光源として、ＣＤ方式用の波長約７８０［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＣＤ用光ビームＬｃと呼ぶ）及びＤＶＤ方式用の波長約６５０［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＤＶＤ用光ビームＬｄと呼ぶ）を出射し得るレーザダイオード１１と、ＢＤ方式用の波長約４０５［ｎｍ］でなる光ビーム（以下、これをＢＤ用光ビームＬｂと呼ぶ）を出射し得るレーザダイオード１２とを有している。

カップリングレンズ１３は、レーザダイオード１１から出射された光ビームの光学倍率を変換するようになされている。

ビームスプリッタ１４は、反射透過面１４Ａにおいて、光ビームをその波長に応じて反射又は透過させるようになされており、当該反射透過面１４Ａにおいて、波長約７８０［ｎｍ］でなるＣＤ用光ビームＬｃ及び波長約６５０［ｎｍ］でなるＤＶＤ用光ビームＬｄを反射させ、また波長約４０５［ｎｍ］でなるＢＤ用光ビームＬｂを透過させるようになされている。

偏光ビームスプリッタ１５は、偏光面１５Ａにおいて、光ビームをその偏光方向により反射又は透過させるようになされており、ビームスプリッタ１４側から入射された光ビームを透過させ、また偏光方向が調整された上でコリメータレンズ１６側から入射された光ビームを反射させるようになされている。

コリメータレンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１５から入射され発散光でなる光ビームを平行光に変換し、また立ち上げミラー１７から入射され平行光でなる光ビームを収束光に変換するようになされている。

立ち上げミラー１７は、コリメータレンズ１６から入射される水平方向の光ビームを反射して垂直方向、すなわち光ディスク１００に対してほぼ垂直に入射させる方向に立ち上げ、また１／４波長板１８からほぼ垂直に入射された光ビームを水平方向に反射させるようになされている。

１／４波長板１８は、光ビームにおける一部成分の位相を１／４波長分遅延させることにより、立ち上げミラー１７から入射される光ビームを直線偏光から円偏光へ変換し、或いは対物レンズユニット９から入射される光ビームを円偏光から直線偏光に変換するようになされている。

対物レンズユニット９は、図３に斜視図を示すように、略筒状でなる鏡筒部１９（図３では一部切断面を示す）の下部に扁平な円盤状でなる回折素子２０が取り付けられていると共に、当該鏡筒部１９の上部から中央部にかけて、当該回折素子２０とほぼ同様の大きさでなる扁平な円盤状部の下面に当該円盤よりも若干小径の紡錘形部が一体に形成されたような形状でなる対物レンズ２１が取り付けられている。

対物レンズユニット９は、１／４波長板１８から入射され平行光でなる光ビームを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これを光ディスク１００の信号記録面に合焦させるようになされている。

また光ピックアップ７は、光ディスク１００の信号記録面において反射され発散光となった光ビームを、対物レンズユニット９の対物レンズ２１及び回折素子２０により平行光に変換し、１／４波長板１８により円偏光から直線偏光に変換し、立ち上げミラー１７により水平方向、すなわち偏光ビームスプリッタ１５が設けられている方向へ反射させ、コリメータレンズ１６により平行光から収束光に変換した後、偏光ビームスプリッタ１５へ入射させる。

この場合、偏光ビームスプリッタ１５は、光ビームの偏光方向に応じて偏光面１５Ａにおいて当該光ビームを反射し、これをコンバージョンレンズ２２へ入射させる。

コンバージョンレンズ２２は、ＣＤ用光ビームＬｃ及びＤＶＤ用光ビームＬｄとＢＤ用光ビームＬｂとの光学倍率の変換を行うようになされている。また光軸合成素子２３は、レーザダイオード１１から出射されたＣＤ用光ビームＬｃ及びＤＶＤ用光ビームＬｄの光軸とレーザダイオード１２から出射されたＢＤ用光ビームＬｂの光軸とを一致させるようになされている。

フォトディテクタ２４は、その上面（すなわちコンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３を通過した光ビームが照射される面）においてそれぞれ所定形状でなる複数の検出領域がそれぞれ所定の位置に形成されており、照射された光ビームの光量をそれぞれ検出して光電変換することにより複数の検出信号を生成し、これを信号処理部４（図１）へ供給するようになされている。

これに応じて信号処理部４は、フォトディテクタ２４（図２）からの検出信号を用いた所定の演算処理等を行うことにより再生ＲＦ信号を生成し、当該再生ＲＦ信号を基に所定の復号化処理や復調処理等を経て再生信号を生成するようになされている。

また信号処理部４（図１）は、フォトディテクタ２４（図２）からの検出信号を用いた所定の演算処理等を行うことにより、トラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成し、これらを制御部２へ供給するようになされている。これに応じて制御部２は、駆動部３を介してトラッキング制御やフォーカス制御等を行い、光ディスク１００に対する光ビームの照射状態を調整して所望のトラックに追従させ、再生信号を正常に生成し得るようになされている。

（１−２−１）ＣＤ方式ディスクの場合
実際上、制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＣＤ方式ディスク１００ｃであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１１の発光点１１Ａから発散光でなるＣＤ用光ビームＬｃを発射させ、カップリングレンズ１３を介してビームスプリッタ１４へ入射させる。

光ピックアップ７は、ビームスプリッタ１４によりＣＤ用光ビームＬｃを反射透過面１４Ａにおいて反射させ、偏光ビームスプリッタ１５を透過させて、コリメータレンズ１６により発散光から平行光に変換し、立ち上げミラー１７により水平方向から垂直方向に立ち上げ、１／４波長板１８により直線偏光から円偏光に変換した後、当該ＣＤ用光ビームＬｃを対物レンズユニット９へ入射させる。

対物レンズユニット９は、１／４波長板１８から入射されたＣＤ用光ビームＬｃを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面に合焦させる。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面において反射され発散光となったＣＤ用光ビームＬｃを、対物レンズ２１及び回折素子２０により平行光に変換し、１／４波長板１８へ入射させる。

その後光ピックアップ７は、１／４波長板１８に入射されたＣＤ用光ビームＬｃを円偏光から直線偏光に変換させ、立ち上げミラー１８により水平方向へ反射させ、コリメータレンズ１６により平行光から収束光に変換させた後、偏光ビームスプリッタ１５により偏光面１５Ａにおいて反射させ、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３を順次通過させてフォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、照射されたＣＤ用光ビームＬｃの光量を複数の検出領域によりそれぞれ検出して複数の検出信号を生成し、これを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、複数の検出信号を基に再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

（１−２−２）ＤＶＤ方式ディスクの場合
制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＤＶＤ方式ディスク１００ｄであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１１の発光点１１Ｂから発散光でなるＤＶＤ用光ビームＬｄを発射させ、カップリングレンズ１３を介してビームスプリッタ１４へ入射させる。

その後、光ピックアップ７は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＤＶＤ用光ビームＬｄをカップリングレンズ１３、ビームスプリッタ１４、偏光ビームスプリッタ１５、コリメータレンズ１６、立ち上げミラー１７及び１／４波長板１８の順に通過又は反射させ、対物レンズユニット９において当該ＤＶＤ用光ビームＬｄを回折素子２０及び対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面に合焦させる。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面において反射され発散光となったＤＶＤ用光ビームＬｄを、対物レンズ２１、回折素子２０により平行光に変換した後、１／４波長板１８、立ち上げミラー１７、コリメータレンズ１６、偏光ビームスプリッタ１５、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３の順に通過又は反射させ、フォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、照射されたＤＶＤ用光ビームＬｄの光量を複数の検出領域によって検出することにより複数の検出信号を生成し、これらを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

（１−２−３）ＢＤ方式ディスクの場合
制御部２（図１）は、所定のディスク種別判定手法により光ディスク１００がＢＤ方式ディスク１００ｂであることを認識した場合、光ピックアップ７（図２）におけるレーザダイオード１２の発光点１２Ａから発散光でなるＢＤ用光ビームＬｂを発射させ、ビームスプリッタ１４へ入射させる。

この場合、ビームスプリッタ１４は、ＢＤ用光ビームＬｂを反射透過面１３Ａにおいて透過させ、これを偏光ビームスプリッタ１５へ入射させる。

その後光ピックアップ７は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＢＤ用光ビームＬｂを偏光ビームスプリッタ１５、コリメータレンズ１６、立ち上げミラー１７及び１／４波長板１８の順に通過又は反射させ、対物レンズユニット９において当該ＢＤ用光ビームＬｂを対物レンズ２１により収束光に変換し、これをＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面に合焦させる。

因みに対物レンズユニット９の回折素子２０は、ＢＤ用光ビームＬｂを回折せずそのまま透過させるようになされている（詳しくは後述する）。

また対物レンズユニット９は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、ＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面において反射され発散光となったＢＤ用光ビームＬｂを、対物レンズ２１により平行光に変換した後、１／４波長板１８、立ち上げミラー１７、コリメータレンズ１６、偏光ビームスプリッタ１５、コンバージョンレンズ２２及び光軸合成素子２３の順に通過又は反射させ、フォトディテクタ２４へ照射させる。

フォトディテクタ２４は、ＣＤ方式ディスク１００ｃの場合と同様、照射されたＢＤ用光ビームＬｂの光量を複数の検出領域によって検出することにより複数の検出信号を生成し、これらを信号処理部４（図１）へ供給する。

これに応じて信号処理部４は、再生ＲＦ信号を生成した上で再生信号を生成し、またトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号等といった駆動制御用の信号を生成するようになされている。

このように光ピックアップ７は、光ディスク１００がＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ或いはＢＤ方式ディスク１００ｂのいずれであっても、対物レンズユニット９により、ＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ又はＢＤ用光ビームＬｂを当該光ディスク１００の信号記録面に合焦させ得ると共に、その反射光をフォトディテクタ２４により検出し得るようになされている。

（１−３）対物レンズユニットの構成
次に、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ及びＢＤ方式ディスク１００ｂと、対物レンズユニット９との拡大断面図を図４に示す。

因みに、対物レンズユニット９には２軸アクチュエータ８（図１）が取り付けられているものの、図４では省略している。

一般に、ＣＤ方式、ＤＶＤ方式及びＢＤ方式では、互換性等の観点から、情報を読み出すための光ビームの波長、当該光ビームを集光する際の開口数、及び各光ディスク１００における下面から信号記録面までの部分（いわゆるカバー層）の厚みがそれぞれ規格により規定されている。

具体的にＣＤ方式では、波長が約７８０［ｎｍ］、開口数が約０．４５、カバー層の厚みが１．２［ｍｍ］と規定されており、またＤＶＤ方式では、波長が約６５０［ｎｍ］、開口数が約０．６、カバー層の厚みが０．６［ｍｍ］と規定されており、さらにＢＤ方式では、波長が約４０５［ｎｍ］、開口数が約０．８５、カバー層の厚みが０．１［ｍｍ］と規定されている。

また対物レンズユニット９では、対物レンズ２１の特性上、当該対物レンズ２１からＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂがそれぞれ照射される場合の焦点距離がそれぞれ異なっている。

このため光ディスク装置１では、実際には光ディスク１００の高さを固定したまま２軸アクチュエータ８（図１）を介して対物レンズユニット９の高さ（すなわち光ディスク１００との間隔）を調整することにより、各光ビームを各光ディスクの信号記録面に合焦させるようになされている。

因みに図４では、説明の都合上、対物レンズユニット９を固定し光ディスク１００の高さを変化させている。このため図４では、各光ディスクの下面の高さが異なっている。また図４では、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ及びＢＤ方式ディスク１００ｂについて、いずれもカバー層のみを表している。

ところで対物レンズ２１は、ＢＤ用光ビームＬｂの相対的な強度やＢＤ方式で規定されている開口数等の観点から、ＣＤ用光ビームＬｃやＤＶＤ用光ビームＬｄよりも優先して当該ＢＤ用光ビームＬｂに最適化された設計となっている。

このため対物レンズユニット９の対物レンズ２１は、当該対物レンズ２１の下側からＢＤ用光ビームＬｂが平行光として入射されると、当該ＢＤ用光ビームＬｂを収束光に変換し、ＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面に合焦させることができる。

しかしながら対物レンズ２１は、ＢＤ用光ビームＬｂに最適化されているため、仮にＣＤ用光ビームＬｃ又はＤＶＤ用光ビームＬｄが対物レンズ２１の下側から平行光として入射された場合、収束光に変換することはできるものの、収差が発生してしまうため光ディスク１００の信号記録層に正しく合焦させることができない。

そこで対物レンズユニット９は、回折素子２０によりＣＤ用光ビームＬｃ又はＤＶＤ用光ビームＬｄのみを選択的に回折させ非平行光として対物レンズ２１に入射させると共に、ＢＤ用光ビームＬｂを平行光のまま当該対物レンズ２１に入射させるようになされている。

具体的に回折素子２０は、ＣＤ用光ビームＬｃを回折すると共にＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂを回折しないようなホログラムでなるＣＤ用回折格子ＤＧｃが上層部２０Ａに形成されており、図４に示したように、当該ＣＤ用回折格子ＤＧｃによってＣＤ用光ビームＬｃをやや外方へ回折させるようになされている。

すなわち回折素子２０の上層部２０Ａは、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂをそのまま透過させてＣＤ用光ビームＬｃのみを選択的に回折させることができ、換言すれば、ＣＤ用光ビームＬｃの収差のみを補正するレンズとして機能することになる。

これに応じて対物レンズ２１は、図４に示したように、回折素子２０から入射されるＣＤ用光ビームＬｃをその下面及び上面においてそれぞれ屈折させ、収束光に変換する。この結果、対物レンズユニット９は、ＣＤ用光ビームＬｃの収差を補正することができ、対物レンズ２１から照射するＣＤ用光ビームＬｃをＣＤ方式ディスク１００ｃの信号記録面に合焦させることができる。

また回折素子２０は、ＤＶＤ用光ビームＬｄを回折すると共にＣＤ用光ビームＬｃ及びＢＤ用光ビームＬｂを回折しないようなホログラムでなるＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが下層部２０Ｂに形成されており、図４に示したように、当該ＤＶＤ用回折格子ＤＧｄによってＤＶＤ用光ビームＬｄをわずかに外方へ回折させるようになされている。

すなわち回折素子２０の下層部２０Ｂは、ＣＤ用光ビームＬｃ及びＢＤ用光ビームＬｂをそのまま透過させ、ＤＶＤ用光ビームＬｄのみを選択的に回折させることができ、換言すれば、ＤＶＤ用光ビームＬｄの収差のみを補正するレンズとして機能することになる。

これに応じて対物レンズ２１は、図４に示したように、回折素子２０から入射されるＤＶＤ用光ビームＬｄをその下面及び上面においてそれぞれ屈折させ、収束光に変換する。この結果、対物レンズユニット９は、ＤＶＤ用光ビームＬｄの収差を補正することができ、対物レンズ２１から照射するＤＶＤ用光ビームＬｄをＤＶＤ方式ディスク１００ｄの信号記録面に合焦させることができる。

このように対物レンズユニット９は、回折素子２０の上層部２０ＡによりＣＤ用光ビームＬｃのみを回折させて収差を補正し、また回折素子２０の下層部２０ＢによりＤＶＤ用光ビームＬｄのみを回折させて収差を補正することにより、ＢＤ用光ビームＬｂに最適化された対物レンズ２１から照射するＣＤ用光ビームＬｃ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＢＤ用光ビームＬｂを、ＣＤ方式ディスク１００ｃ、ＤＶＤ方式ディスク１００ｄ、及びＢＤ方式ディスク１００ｂの信号記録面にそれぞれ合焦させ得るようになされている。

（１−４）回折素子の構成
回折素子２０は、図５（Ａ）に示すように、全体的に扁平な円盤状に形成されたベース層２０Ｃを中心に構成されており、上述したように上層部２０ＡにＣＤ用回折格子ＤＧｃが形成され、また下層部２０ＢにＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが形成されている。

ベース層２０Ｃは、所定の屈折率を有する透明な樹脂材料でなり、屈折率の異なる他の物質や空気との境界面において、光ビームを屈折させるようになされている。

上層部２０Ａは、図５（Ｂ）に部分拡大断面図を示すように、ベース層２０Ｃの上面に階段状でなるＣＤ用回折パターンＰＴｃが周期的に形成されており、その上側に透明な樹脂材料でなるカバー層２０Ｄが接合されている。

ＣＤ用回折パターンＰＴｃは、３段の階段状に形成されており、全体の高さ、すなわち１段目と３段目との距離は１２［μｍ］とされ、またＣＤ用回折パターンＰＴｃごとの周期は最短１８［μｍ］とされている。またＣＤ用回折パターンＰＴｃは、図３に示したように、回折素子２０の上面における、中心から外径の半分程度までの範囲に同心円状に形成されている。

カバー層２０Ｄは、ベース層２０Ｃと異なる屈折率を有する透明な材料によって構成されており、その下面がＣＤ用回折パターンＰＴｃと隙間無く接合するように形成されると共に、その上面が平面状に形成されている。因みに、カバー層２０Ｄの厚さ、すなわちカバー層２０Ｄの上面からＣＤ用回折パターンＰＴｃの最上段までの間隔が、約２０［μｍ］となるようになされている。

このように回折素子２０の上層部２０Ａは、ベース層２０Ｃの上面に階段状でなるＣＤ用回折パターンＰＴｃが周期的に形成され、その上側に当該ベース層２０Ｃと異なる屈折率を有するカバー層２０Ｄが接合されており、これにより光ビームをその波長に応じて回折又は透過させ、結果的にＣＤ用光ビームＬｃのみを回折させるＣＤ用回折格子ＤＧｃとして機能するようになされている。

一方、下層部２０Ｂは、図５（Ｃ）に部分拡大断面図を示すように、平面状に形成されたベース層２０Ｃの下面に、ＤＶＤ用回折格子ＤＧｄが形成された回折パターン層２０Ｅが接合されている。

回折パターン層２０Ｅは、透明な樹脂材料でなると共にベース層２０Ｃとほぼ同等の屈折率を有しており、階段状でなるＤＶＤ用回折パターンＰＴｄが下面側に周期的に形成されている。なお回折パターン層２０Ｅの下面は、他の物質に覆われていないため、直接空気に触れるようになされている。

ＤＶＤ用回折パターンＰＴｄは、５段の階段状に形成されており、全体の高さ、すなわち１段目と５段目との距離は６［μｍ］となされ、またＤＶＤ用回折パターンＰＴｄごとの周期は１７０［μｍ］となされている。またＤＶＤ用回折パターンＰＴｄは、図３に示したように、回折素子２０の下面における、中心から外径の２／３程度までの範囲に同心円状に形成されている。

このように回折素子２０の下層部２０Ｂは、ベース層２０Ｃの下面に接合された回折パターン層２０Ｅに階段状でなるＤＶＤ用回折パターンＰＴｄが周期的に形成されており、これにより光ビームをその波長に応じて回折又は透過させ、結果的にＤＶＤ用光ビームＬｄのみを回折させるＤＶＤ用回折格子ＤＧｄとして機能するようになされている。

（２）回折素子の屈折率の測定
ところで、上述した回折素子２０のカバー層２０Ｄにおける屈折率を測定する場合、上述したように厚さが約２０［μｍ］と薄く、且つ一般に塗布面が平滑ではないため、上述した第２の屈折率測定手法（分光エリプソメトリーを利用する手法）を用いることができず、また温度変化時における屈折率の変化を測定する場合のように非破壊による複数回の測定を行うことを考慮すると、上述した第１の屈折率測定手法（アッベの屈折率計を用いる手法）を用いることもできない。

そこで本発明では、図６に示すような屈折率測定装置３０を用いることにより、カバー層２０Ｄのように薄い測定対象物の屈折率を非破壊により測定するようになされている。

（２−１）屈折率測定装置の構成
屈折率測定装置３０は、大きく分けて、演算処理や制御処理を行う測定制御装置３１と、当該測定制御装置３１の制御に基づき測定対象物の光量を検出する光量測定部３２とによって構成されている。

測定制御装置３１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）構成でなる制御部４１によって統括制御されている。制御部４１は、バス４２を介して接続された記憶部４３から基本プログラムや屈折率測定プログラム等の各種プログラムを読み出して実行することにより、屈折率の測定処理を行うようになされている。

また測定制御装置３１は、通信インタフェース４４を介して光量測定部３２の各機器を制御すると共に、当該回折効率測定部３２の各機器から送出される測定データを通信インタフェース４４経由で取得し記憶部４３に記憶させるようになされている。

光量測定部３２は、測定制御装置３１の制御に基づき、当該測定制御装置３１により指示された波長ｒの光ビームＬＭを分光器５１から出射し、レンズ５２へ入射させる。

レンズ５２は、入射された光ビームＬＭを集光し、当該光ビームＬＭの焦点位置近傍に所定形状の孔部が設けられたアイリス５３により当該光ビームＬＭの中心部分のみを通過させ、当該光ビームＬＭを発散光としてコリメータレンズ５４へ入射させる。

コリメータレンズ５４は、発散光でなる光ビームＬＭを平行光に変換して測定対象物５５を通過させた後、レンズ５６へ入射させる。

レンズ５６は、平行光でなり測定対象物５５を通過した光ビームＬＭを集光し、当該光ビームＬＭの焦点位置近傍に所定形状の孔部が設けられたアイリス５７により当該光ビームＬＭの中心部分のみを通過させて受光器５８へ入射させる。

このとき、測定対象物５５が回折格子を有する回折素子であれば、光ビームＬＭのうち当該測定対象物５５により回折されなかった０次光でなる０次光ビームＬＭ０のみがアイリス５７の孔部を通過され、当該測定対象物５５により回折された±１次光、±２次光等でなる光ビームは当該アイリス５７により遮断されることになる。

受光器５８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）でなる撮像素子を有しており、入射された光ビームＬＭ（測定対象物５５が回折素子であれば０次光ビームＬＭ０）の光量を検出し、この光量に応じた受光信号ＳＲを生成して測定制御装置３１へ送出する。

このように光量測定部３２は、測定制御装置３１から指示された波長ｒの光ビームＬＭを分光器５１から出射し、測定対象物５５が回折素子であれば０次光ビームＬＭ０の光量を受光器５８により検出し、このときの光量を基に光量信号ＳＲを生成して測定制御装置３１へ送出するようになされている。

実際上、測定制御装置３１は、ある波長ｒを選定した上で、光量測定部３２において測定対象物５５を設けなかったときの光ビームＬＭの光量を表す基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）を予め測定しておき、次に光量測定部３２において測定対象物５５を設けたときの０次光ビームＬＭ０の光量ＳＲ０（ｒ）を測定し、当該光量ＳＲ０（ｒ）を基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）によって除算することにより、波長ｒにおける測定対象物５５の０次回折効率ｙ（ｒ）を算出することができる。

（２−２）屈折率の測定
次に、屈折率測定装置３０によって回折素子２０（図５）のカバー層２０Ｄにおける屈折率を測定する場合について説明する。便宜上、以下ではベース層２０Ｃの上面に複数の回折パターンＰＴでなる回折格子ＤＧが形成されると共に、当該ベース層２０Ｃの下面に回折パターン層２０Ｅが設けられない場合を例に説明する。

（２−２−１）事前準備及びベース層の作成
まず屈折率測定装置３０（図６）は、事前準備として、光量測定部３２において測定対象物５５が設けられていない状態における、波長ｒ毎の光ビームＬＭの光量を検出することにより、波長ｒ毎の基準となる光量を測定しておく。このときの光量は、光ビームＬＭを透過効率１００［％］の光学素子に透過させたときの光量に相当するものである。

因みに光量測定部３２では、分光器５１の特性上、波長ｒによって光ビームＬＭの出射光量が変化してしまう。このため屈折率測定装置３０は、上述したように波長ｒ毎に光量を測定するようになされている。

このとき屈折率測定装置３０は、分光器５１から出射させる光ビームＬＭにおける波長ｒの変動範囲ＲＡを３５０［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］としており、当該変動範囲ＲＡ内で波長ｒを５［ｎｍ］単位で変化させるようになされている。ここで波長ｒの変動範囲ＲＡは、光ディスク装置１の光ピックアップ７（図２）においてＢＤ用光ビームＬｂ、ＤＶＤ用光ビームＬｄ及びＣＤ用光ビームＬｃの波長である約４０５［ｎｍ］、約６５０［ｎｍ］及び約７８０［ｎｍ］を含むようになされている。

実際上、屈折率測定装置３０は、測定対象物５５を設けずに、分光器５１から出射する波長ｒを順次変化させ、このときの光ビームＬＭの光量を受光器５８によってそれぞれ検出することにより、波長ｒ毎の基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）それぞれ測定させ、当該基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）を記憶部４３に記憶させておく。

一方、回折素子２０を製造する回折素子製造装置６０は、図７（Ａ）に示すように、予め複数の回折パターンＰＴでなる回折格子ＤＧを形成し得るように構成された金型６１に対して、第１試料としての所定の透明な樹脂材料（例えばポリオレフィン系樹脂）を充填し射出成型することにより、図７（Ｂ）に示すようなベース層２０Ｃを製造する。因みにベース層２０Ｃの材料は、波長ｒ毎の屈折率ｎ（ｒ）が予め知られている。

（２−２−２）第１段階
次に屈折率測定装置３０は、第１段階として、回折素子製造装置５０により製造されたベース層２０Ｃが測定対象物５５として設置された状態で、波長ｒを順次変化させたときの光ビームＬＭの光量、すなわち０次光ビームの光量信号ＳＲ０（ｒ）をそれぞれ測定する。

このとき屈折率測定装置３０は、測定制御装置３１の制御部４１において、次式に従い各光量信号ＳＲ０（ｒ）を同一波長ｒの基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）によって除算することにより、ベース層２０Ｃの実測による０次回折効率である実測回折効率ｙｓ（ｒ）を算出する。因みに、以下では第１段階における実測回折効率ｙｓ（ｒ）を第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と呼ぶ。

ここで第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）は、図８に実線で示すように、波長に対する０次回折効率のグラフとして表すことができる。

ところで、ベース層２０Ｃを構成する材料の波長ｒにおける屈折率ｎ１（ｒ）、当該ベース層２０Ｃにおける回折格子ＤＧの境界面に接する溶媒の屈折率ｎ２（ｒ）、回折パターンＰＴにおける格子形状ｄ（ｘ）及び周期ｐが定まると、次式を用いることにより、ベース層２０Ｃの理論的な０次回折効率である理論回折効率ｙｔ（ｒ）を算出することができる。因みに、以下では第１段階における理論回折効率ｙｔ（ｒ）を第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と呼ぶ。

ここで変数ｘは、図７（Ｂ）に示したように、ベース層２０Ｃの回折パターンＰＴを横切る方向に設定されたｘ軸と対応するものであり、（３）式における分子の積分は、この変数ｘに関して行われるものとなっている。

またベース層２０Ｃの上面は、回折格子ＤＧを形成しているため、このｘ軸に沿って高さが周期的に変動することになる。これに応じて（２）式では、図示しない基準高さに対する相対的な高さを変数ｘの関数である格子形状ｄ（ｘ）として表している。

因みにベース層２０Ｃでは、製造上の理由等により、各回折パターンＰＴにおける階段全体の高さ、各段の高さの比率、及び上面とほぼ垂直な部分が当該上面となす角度等が、本来の設計値から変動している可能性があり、このような変動の様子が格子形状ｄ（ｘ）として数値化されて表されることになる。

またこの第１段階では、ベース層２０Ｃが空気中に設置されているため、屈折率ｎ２（ｒ）は波長ｒによらず常に値「１」となる。

実際上、屈折率測定装置３０の制御部４１は、（３）式に暫定的な格子形状ｄ（ｘ）として回折格子ＤＧの設計上の値を代入し、各回折パターンＰＴの周期ｐを代入し、さらに波長ｒを変動範囲ＲＡ内で順次変化させ当該波長ｒに応じた屈折率ｎ（ｒ）を代入することにより、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出する。

この場合、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）は、第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と同様、図８に破線で示すように、波長ｒに対する０次回折効率のグラフとして表すことができる。

ところで、（３）式において屈折率ｎ１（ｒ）、ｎ２（ｒ）及び周期ｐが既に確定しているものとすると、制御部４１は、格子形状ｄ（ｘ）を変化させることにより、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形を変化させることができる。

ここで、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の算出に用いる格子形状ｄ（ｘ）、周期ｐ及び屈折率ｎ１（ｒ）の精度が高ければ、図８において第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形（実線）と第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形（破線）との一致する度合いが高まることになる。

これを換言すれば、図８において第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形（実線）と第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形（破線）との一致する度合いが高い場合、当該第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の算出に用いた格子形状ｄ（ｘ）が回折素子２０の回折格子ＤＧにおける実際の格子形状に極めて近い値となっている、すなわち格子形状ｄ（ｘ）の精度が高いことになる。

そこで制御部４１は、（３）式において格子形状ｄ（ｘ）を様々に変化させた場合の第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出し、当該第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形が第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形と最も良く一致するような格子形状ｄ（ｘ）を探索して、このときの格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）とする。

因みに屈折率測定装置３０の制御部４１は、第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）においてピークとなる波長ｒをいくつか選定し、当該選定した波長ｒ毎に第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）との差分値を算出し、これらを加算した累積差分値の小ささによって、当該第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形と第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形との一致度合いの高さを判断するようになされている。

また、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形が第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形と最も良く一致するような格子形状ｄ（ｘ）を探索する作業は、制御部４１に代えて作業者が行うようにしても良い。

この場合、制御部４１は、図８に示したグラフを図示しない表示部に表示し、作業者に格子形状ｄ（ｘ）が指示されると当該格子形状ｄ（ｘ）を用いて第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出し、表示中のグラフを更新するようになされている。

このように屈折率測定装置３０の制御部４１は、第１段階において、ベース層２０Ｃの第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を測定し、当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と波形が最も良く一致するような第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を形成する格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）とすることにより、当該実測格子形状ｄｓ（ｘ）を高精度に同定するようになされている。

これを換言すれば、屈折率測定装置３０の制御部４１は、第１段階において、ベース層２０Ｃにおける０次回折効率の測定結果から回折格子ＤＧの格子形状ｄ（ｘ）を算出することになる。

（２−２−３）カバー層の接合
第１段階における実測格子形状ｄｓ（ｘ）の同定が終了した後、回折素子製造装置６０は、ベース層２０Ｃの上面にカバー層２０Ｄを接合させるようになされている。

実際上、回折素子製造装置６０は、まず図９（Ａ）に示すように、台６２の上にベース層２０Ｃを置載し、その周囲に所定高さを有する支柱６３Ａ及び６３Ｂを設け、ベース層２０Ｃの上面側に、第２試料としての硬化前の紫外線硬化樹脂でなるカバー材料ＲＤを滴下する。

次に回折素子製造装置６０は、平板状でなり離形剤が塗布されたガラス板６４を上側から支柱６３Ａ及び６３Ｂの上面に当接させた状態で、紫外線を上側から所定時間照射することにより（いわゆるＵＶ（Ultra Violet ray）レプリカ法）、カバー材料ＲＤを硬化させてカバー層２０Ｄとする。

ここで支柱６３Ａ及び６３Ｂは、ベース層２０Ｃの下面から回折パターンの最上面までの高さ（すなわちベース層２０Ｃの全高）よりも約１０〜２０［μｍ］高くなるようになされており、成型されるカバー層２０Ｄの厚みを約１０〜２０［μｍ］とするようになされている。

その後回折素子製造装置６０は、ガラス板６４、支柱６３Ａ及び６３Ｂを取り除くことにより、ベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤの作成を完了する。

このように回折素子製造装置６０は、ベース層２０Ｃの上面にカバー材料ＲＤを滴下し、ガラス板６３を当接させた状態で当該カバー材料ＲＤを硬化させることにより、厚みが約１０〜２０［μｍ］でなるカバー層２０Ｄが当該ベース層２０Ｃの回折格子ＤＧと接合された回折素子２０ＣＤを作成するようになされている。

（２−２−４）第２段階
次に屈折率測定装置３０は、第２段階として、回折素子製造装置６０により製造された回折素子２０ＣＤが測定対象物５５として設置された状態で、波長ｒを順次変化させたときの光ビームＬＭの光量、すなわち０次光ビームの光量信号ＳＲ０（ｒ）をそれぞれ測定する。

このとき屈折率測定装置３０は、第１段階と同様、測定制御装置３１の制御部４１において、（２）式に従い、各光量信号ＳＲ０（ｒ）を同一波長ｒの基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）によって除算することにより、第２段階における回折素子２０ＣＤの実測による０次回折効率である第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を算出する。

ここで第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）は、図８と対応する図１０に実線で示すように、第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と同様、波長に対する０次回折効率のグラフとして表すことができる。

ところで、この第２段階において（３）式を用いた理論的な０次回折効率を算出する場合、ベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤを測定対象物５５としているため、屈折率ｎ２（ｒ）が定数「１」ではなくカバー材料ＲＤの屈折率となる。

一方、この（３）式においては、第１段階と同様にベース層２０Ｃの屈折率ｎ１（ｒ）及び周期ｐが既に確定されており、さらに上述した第１段階において当該ベース層２０Ｃに形成された回折格子ＤＧの格子形状ｄ（ｘ）が実測格子形状ｄｓ（ｘ）として高精度に同定されている。

すなわち屈折率測定装置３０の制御部４１は、この（３）式を用いる場合、屈折率ｎ１（ｒ）、周期ｐ及び格子形状ｄ（ｘ）としての実測格子形状ｄｓ（ｘ）を代入することに加え、カバー材料ＲＤの屈折率ｎ２（ｒ）を代入することにより、第２段階における回折素子２０ＣＤの理論的な０次回折効率である第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）を算出できることになる。

この場合、第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）は、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と同様、図１０に破線で示すように、波長ｒに対する０次回折効率のグラフとして表すことができる。

ここで、図１０において第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）の波形（実線）と第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の波形（破線）との一致する度合いが高い場合、当該第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の算出に用いたカバー材料ＲＤの屈折率ｎ２（ｒ）の精度が高いことになる。

そこで制御部４１は、（３）式においてカバー材料ＲＤの屈折率ｎ２（ｒ）を様々に変化させた場合の第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）を算出し、当該第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の波形が第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）の波形と最も良く一致するような屈折率ｎ２（ｒ）を波長ｒ毎に探索して、このような屈折率ｎ２（ｒ）をカバー材料ＲＤの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）とする。

このように屈折率測定装置３０の制御部４１は、第２段階において、回折素子２０ＣＤの第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を測定し、当該第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）と波形が最も良く一致するような第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）を形成する屈折率ｎ２（ｒ）をカバー材料ＲＤの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）とすることにより、当該カバー材料ＲＤの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を高精度に同定するようになされている。

これを換言すれば、屈折率測定装置３０の制御部４１は、第２段階において、回折素子２０ＣＤにおける０次回折効率の測定結果と、第１段階において算出した回折パターンＰＴの格子形状ｄ（ｘ）とから、カバー材料ＲＤの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を算出することになる。

因みに屈折率測定装置３０は、受光器５８において光ビームＬＭの光量を検出する際、当該光ビームＬＭにより撮像素子上に形成される円形の結像面全体の光量を検出する以外に、当該結像をその中心から同心円状に形成される複数の領域に分割し、当該領域毎に光量を検出し得るようにもなされている。特に受光器５８における撮像素子の分解能が高い場合、例えば回折パターンＰＴ毎の光量を検出することもできる。

このため屈折率測定装置３０は、上述した第１段階における回折格子ＤＧの実測格子形状ｄｓ（ｘ）の同定及び第２段階におけるカバー材料ＲＤの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）の同定を、受光器５８における光ビームＬＭの検出領域毎に行うようにしても良い。

これにより屈折率測定装置３０は、例えば同心円状に形成されている回折パターンＰＴ毎に、格子形状ｄ（ｘ）を高精度に同定し、当該回折パターンＰＴ毎にカバー層２０Ｄにおける実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を同定することができる。

このように屈折率測定装置３０は、回折素子の回折効率を測定するための光量測定部３２を用いて、回折格子が形成されたベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄを設ける前後における０次回折効率を測定し、その測定結果を用いた演算処理を行うことにより、当該カバー層２０Ｄの屈折率ｎ２（ｒ）を測定するようになされている。

（２−３）屈折率測定処理手順
次に、屈折率測定装置３０における屈折率の測定手順をまとめて、フローチャートとして図１１に示す。すなわち屈折率測定装置３０は、屈折率測定処理ＲＴ１を開始すると、ステップＳＰ１へ移り、事前準備として、測定対象物５５を設けずに波長ｒ毎の光量を測定して基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）とし、次のステップＳＰ２へ移る。

ステップＳＰ２において屈折率測定装置３０は、第１段階として、ベース層２０Ｃを測定対象物５５として波長ｒ毎に０次光ビームＬＭ０の回折効率を測定することにより光量信号ＳＲ０（ｒ）を取得し、次のステップＳＰ３へ移る。

ステップＳＰ３において屈折率測定装置３０は、（２）式に従い光量信号ＳＲ０（ｒ）を基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）で除算することにより第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を算出し、次のステップＳＰ４へ移る。

ステップＳＰ４において屈折率測定装置３０は、格子形状ｄ（ｘ）を変化させながら（３）式に従ってそれぞれの第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出し、次のステップＳＰ５へ移る。

ステップＳＰ５において屈折率測定装置３０は、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）との一致度合いが最も高くなる格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）として同定し、次のステップＳＰ６へ移る。

ステップＳＰ６において屈折率測定装置３０は、第２段階として、ベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤを測定対象物５５とし、波長ｒ毎に０次光ビームＬＭ０の回折効率を測定することにより光量信号ＳＲ０（ｒ）を取得し、次のステップＳＰ７へ移る。

ステップＳＰ７において屈折率測定装置３０は、（２）式に従い光量信号ＳＲ０（ｒ）を基準光量信号ＳＲＳ（ｒ）で除算することにより第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を算出し、次のステップＳＰ８へ移る。

ステップＳＰ８において屈折率測定装置３０は、実測格子形状ｄｓ（ｘ）を用いて、屈折率ｎ２（ｒ）を変化させながら（３）式に従ってそれぞれの第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）を算出し、次のステップＳＰ９へ移る。

ステップＳＰ９において屈折率測定装置３０は、第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）と第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）との一致度合いが最も高くなる屈折率ｎ２（ｒ）をカバー層２０Ｄの実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）として同定し、次のステップＳＰ１０へ移って屈折率測定処理ＲＴ１を終了する。

（３）動作及び効果
以上の構成において、屈折率測定装置３０は、第１段階として、ベース層２０Ｃのみを測定対象物５５とし、当該ベース層２０Ｃの第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を測定する。続いて屈折率測定装置３０は、（３）式において格子形状ｄ（ｘ）を変化させながら第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出し、当該第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形が第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と最も良く一致する格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）として同定する（図８）。

次に屈折率測定装置３０は、第２段階として、ベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤを測定対象物５５とし、当該回折素子２０ＣＤの第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を測定する。続いて屈折率測定装置３０は、実測格子形状ｄｓ（ｘ）を用い、（３）式において屈折率ｎ２（ｒ）を変化させながら第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）を算出し、当該第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の波形が第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）と最も良く一致する屈折率ｎ２（ｒ）を実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）として同定する（図１０）。

従って屈折率測定装置３０は、実測格子形状ｄｓ（ｘ）を高精度に同定してから実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を同定するため、極めて薄く形成されるカバー層２０Ｄの屈折率を高精度に測定することができる。

これにより屈折率測定装置３０は、例えばカバー層２０Ｄの材料であるカバー材料ＲＤの一般的な屈折率ｎ２（ｒ）が既に知られていたとしても、当該カバー層２０Ｄのように極めて薄く形成された場合における実際の屈折率ｎ２（ｒ）や、当該カバー層２０Ｄの製造過程における紫外線の照射時間を変化させたときの実際の屈折率ｎ２（ｒ）等を、高精度な実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）として得ることができ、このとき所望の波長ｒを特定することもできる。

このとき屈折率測定装置３０は、製造上の理由等により、仮にベース層２０Ｃに形成される回折格子ＤＧの精度が低く格子形状ｄ（ｘ）が設計値と異なる可能性があったとしても、当該格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）として高精度に同定してから実測格子形状ｄｓ（ｘ）を同定するため、実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）の精度を低下させずに済む。

また屈折率測定装置３０は、実際の測定作業として、ベース層２０Ｃを測定対象物５５としたときの０次回折効率ｙ（ｒ）と回折素子２０ＣＤを測定対象物５５としたときの０次回折効率ｙ（ｒ）とを波長ｒ毎に測定すれば良いため、屈折率液体を充填することによりカバー層２０Ｄを破壊することがなく、非破壊によって実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を得ることができる。

このため屈折率測定装置３０は、同一の試料（カバー層２０Ｄ）を用いて実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を複数回測定することができる。例えば屈折率測定装置３０は、カバー層２０Ｄにおける温度を変化させた場合における実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）の変化の様子を、同様に作成された異なる試料を破壊しながら測定していく場合と比較して、試料毎の個体差によるばらつきを生じることなく、高精度に測定することができる。

また屈折率測定装置３０は、非破壊によって実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を測定するため、回折素子２０の製造過程において、当該回折素子２０の製品検査として当該実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）を測定することもできる。

以上の構成によれば、屈折率測定装置３０は、第１段階としてベース層２０Ｃの第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を測定し、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形が当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）と最も良く一致するときの格子形状ｄ（ｘ）を実測格子形状ｄｓ（ｘ）として同定した後、第２段階としてベース層２０Ｃにカバー層２０Ｄが接合された回折素子２０ＣＤの第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）を測定し、実測格子形状ｄｓ（ｘ）を用いて算出した第２理論回折効率ｙｔ２（ｒ）の波形が第２実測回折効率ｙｓ２（ｒ）と最も良く一致するときの屈折率ｎ２（ｒ）を実測屈折率ｎ２ｓ（ｒ）として同定することにより、極めて薄く形成されるカバー層２０Ｄの屈折率を非破壊によって高精度に測定することができる。

（４）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、第１段階においてベース層２０Ｃを空気中に設置して第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）を測定すると共に第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば波長ｒ毎の屈折率が既知でありベース層２０Ｃを破壊しないような溶媒を用いて、当該ベース層２０Ｃを当該溶媒中に浸したときの０次回折効率を第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）として測定するようにしても良い。

この場合、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出する際には、（３）式における屈折率ｎ２（ｒ）を定数「１」とする代わりに溶媒の屈折率を用いればよい。

また上述した実施の形態においては、図５（Ｂ）に示したようにベース層２０Ｃに形成される回折パターンＰＴが全３段の階段状でなる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該回折パターンＰＴが全２段や全５段等の様々な段数、或いは鋸波状等の他の形状であっても良く、要は関数である格子形状ｄ（ｘ）によってその形状が数値的に表されれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、第１段階において、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）の波形と第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）の波形との一致度合いの高さを判断する際、当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）においてピークとなる波長ｒをいくつか選定し、当該選定した波長ｒ毎の第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）との差分値を加算した累積差分値を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば変動範囲ＲＡ内の全ての波長ｒについて、第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）と当該第１実測回折効率ｙｓ１（ｒ）との差分値を加算した累積差分値を用いるようにしたり、或いは累積差分値ではなく差分値を二乗した値の加算値を用いる等しても良い。第２段階についても同様である。

さらに上述した実施の形態においては、カバー層２０Ｄのカバー材料ＲＤが紫外線硬化樹脂でなるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該カバー材料ＲＤが熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、或いはガラスなど、光を透過する種々の材料でなるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、ベース層２０Ｃがポリオレフィン系樹脂でなり回折素子製造装置６０において射出成型されることにより製造されるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該ベース層２０Ｃが他の種々の透明な材料でなり、また他の種々の製造手法によって製造されるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、厚さが約１０〜２０［μｍ］程度でなるカバー層２０Ｄの屈折率を測定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば５００［ｎｍ］〜１０［ｍｍ］程度等、様々な厚さでなるカバー層２０Ｄの屈折率を測定するようにしても良い。この場合、カバー層２０Ｄがベース層２０Ｃの回折パターンＰＴと隙間無く接合し、その反対面が光散乱の影響が無視できる程度に平坦に形成されていれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、光ピックアップ７（図２）の回折素子２０におけるカバー層２０Ｄの屈折率を測定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、屈折率が既知である透明な材料によって構成された回折素子の回折格子を覆う種々の材料における屈折率を測定するようにしても良い。

本発明は、様々な光学機器において用いられる回折素子の回折格子を他の材料で覆う場合に、回折素子の屈折率が既知であり当該他の材料の屈折率を測定するときに利用できる。

光ディスク装置の全体構成を示すブロック図である。 光ピックアップの構成を示す略線図である。 対物レンズユニットの構成を示す略線的斜視図である。 対物レンズユニット内の光路を示す略線図である。 回折素子の構成を示す略線図である。 屈折率測定装置の構成を示す略線図である。 ベース層の作成の様子を示す略線図である。 波長と０次回折効率との関係（１）を示す略線図である。 カバー層の作成の様子を示す略線図である。 波長と０次回折効率との関係（２）を示す略線図である。 屈折率測定処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１……光ディスク装置、７……光ピックアップ、９……対物レンズユニット、１９……鏡筒部、２０……回折素子、２０Ａ……上層部、２０Ｂ……下層部、２０Ｃ……ベース層、２０Ｄ……カバー層、２０Ｅ……回折パターン層、２１……対物レンズ、３０……屈折率測定装置、３１……測定制御装置、３２……光量測定部、４１……制御部、４３……記憶部、５１……分光器、５５……測定対象物、５８……受光器、６０……回折素子製造装置、６４……ガラス板、ｒ……波長、ｄ（ｘ）……格子形状、ｙｓ１（ｒ）……第１実測回折効率、ｙｔ１（ｒ）……第１理論回折効率、ｙｓ２（ｒ）……第２実測回折効率、ｙｔ２（ｒ）……第２理論回折効率。

Claims (7)

1. 屈折率が既知である測定用媒質中に屈折率が既知であり一面に回折格子が設けられた第１試料を設置し、当該第１試料の当該一面において所定波長の光ビームを回折させたときの０次回折効率である第１実測回折効率を測定する第１回折効率測定ステップと、
   上記第１試料における理論的な０次回折効率である第１理論回折効率と上記第１実測回折効率とを基に上記回折格子の格子形状を同定する格子形状同定ステップと、
   上記一面が第２試料により覆われた上記第１試料によって上記光ビームを回折させたときの０次回折効率である第２実測回折効率を測定する第２実測回折効率測定ステップと、
   上記第２試料により覆われた上記第１試料における理論的な回折効率であり上記同定した格子形状を用いて算出された第２理論回折効率と上記第２実測回折効率とを基に、上記第２試料の屈折率を同定する屈折率同定ステップと
   を具えることを特徴とする屈折率測定方法。
2. 上記格子形状同定ステップは、
   上記第１試料の屈折率、上記測定用媒質の屈折率及び上記回折格子における回折パターンの周期と、当該回折格子の暫定的な格子形状とを基に上記第１理論回折効率を算出し、当該第１理論回折効率と上記第１実測回折効率とが一致する度合いを高めるような当該格子形状を探索することにより当該格子形状を同定し、
   上記屈折率同定ステップは、
   上記第１試料の屈折率、上記測定用媒質の屈折率、上記回折格子における回折パターンの周期及び上記同定された格子形状と、上記第２試料の暫定的な屈折率とを基に上記第２理論回折効率を算出し、当該第２理論回折効率と上記第２実測回折効率とが一致する度合いを高めるような上記第２試料の屈折率を探索することにより当該第２試料の屈折率を同定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定方法。
3. 上記格子形状同定ステップは、
   波長ｒにおける上記第１試料の屈折率ｎ１（ｒ）、上記測定用媒質の屈折率ｎ２（ｒ）及び上記回折パターンの周期ｐと、位置ｘの関数でなる格子形状ｄ（ｘ）とを用いた次式
   

   

   に従い上記第１理論回折効率ｙｔ１（ｒ）を算出し、
   上記屈折率同定ステップは、
   上記（１）式における上記屈折率ｎ２（ｒ）を上記第２試料の屈折率として上記第２理論解析効率ｙｔ２（ｒ）を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の屈折率測定方法。
4. 上記第１回折効率測定ステップは、
   予め選定された複数の波長について上記第１実測回折効率を測定し、
   上記格子形状同定ステップは、
   上記複数の波長における上記第１理論回折効率と上記第１実測回折効率とを基に上記格子形状を同定し、
   第２実測回折効率測定ステップは、
   上記複数の波長について上記第２実測回折効率を測定し、
   上記屈折率同定ステップは、
   上記複数の波長における上記第２理論回折効率と上記第２実測回折効率とを基に上記第２試料の屈折率を同定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定方法。
5. 上記測定用媒質は、空気でなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定方法。
6. 上記第２試料は、
   上記第１試料の上記一面を約１０〜２０［μｍ］の厚さとなるよう覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定方法。
7. 屈折率が既知である測定用媒質中に屈折率が既知であり一面に回折格子が設けられた第１試料を設置し、当該第１試料の当該一面において所定波長の光ビームを回折させたときの０次回折効率である第１実測回折効率を測定する第１回折効率測定手段と、
   上記第１試料における理論的な０次回折効率である第１理論回折効率と上記第１実測回折効率とを基に上記回折格子の格子形状を同定する格子形状同定手段と、
   上記一面が第２試料により覆われた上記第１試料によって上記光ビームを回折させたときの０次回折効率である第２実測回折効率を測定する第２実測回折効率測定手段と、
   上記第２試料により覆われた上記第１試料における理論的な回折効率であり上記同定した格子形状を用いて算出された第２理論回折効率と上記第２実測回折効率とを基に、上記第２試料の屈折率を同定する屈折率同定手段と
   を具えることを特徴とする屈折率測定装置。

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