JP2008111771A - 光学素子特性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求される仕様条件を満足するかどうかを容易に判定でき、しかも位相差と回折効率を一台の装置で測定することができる光学素子特性測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】 偏光された光を光学素子に透過させ、透過した光を受光素子で受光して光学素子の光学特性を測定する光学素子特性測定方法及び装置において、一方で、光学素子を透過した光の光路上に偏光素子を挿入しかつ回転させて光学素子の位相差を求め、他方で、光学素子を透過した光の光路上から偏光素子を外し、光路に応じて受光素子を移動させて光学素子の回折効率を求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＤ・ＤＶＤ・Ｂｌｕ−Ｒａｙ対応の光ピックアップ装置、液晶プロジェクタ等の投写画像表示装置、液晶パネル用露光装置、半導体検査装置、半導体製造装置などに用いられる光学素子（例えば、波長板、位相差板、偏光板、回折格子、回折格子付き波長板等）の位相差、回折効率その他の光学特性を測定するための光学素子測定方法及び装置に関する。

従来から、ＣＤ・ＤＶＤ・Ｂｌｕ−Ｒａｙ対応の光ピックアップ装置、液晶プロジェクタ等の投写画像表示装置、大型液晶パネル用露光装置、半導体検査装置、半導体製造装置、測量装置などの様々な装置において、波長板、位相差板、偏光板、回折格子、回折格子付き波長板等の光学素子が用いられている。それらの光学素子には、位相差、回折効率等の高精度な光学特性が求められている。

そのため、従来から、例えば特許文献１〜３に記載されているように、様々な光学素子の位相差、回折効率等の光学特性を高精度に測定する光学素子特性装置が開発されてきた。
特開２０００−２６５２号公報 特開平１０−２９３０６５号公報 特開平１０−６２２５３号公報

しかしながら、従来の光学素子特性測定装置は、波長板などの位相差、偏光の方位角・楕円率そのものを測定するのには適しているが、要求される仕様条件に適合するかどうかを判定するのには適しておらず、また理論的で複雑な計算を必要としていたため、作業時間が長く掛かってしまい、作業効率を低下させていた。

また、位相差、回折効率などの複数の光学特性の測定には、各々に異なる装置を必要としていた。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、要求される仕様条件を満足するかどうかを容易に判定でき、しかも位相差と回折効率を一台の装置で測定することができる光学素子特性測定方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１の発明は、偏光された光を光学素子に透過させ、透過した光を受光素子で受光して光学素子の光学特性を測定する光学素子特性測定方法において、光学素子を透過した光の光路上に偏光素子を挿入しかつ回転させて光学素子の位相差を求める工程と、光学素子を透過した光の光路上から偏光素子を外し、光路に応じて受光素子を移動させて光学素子の回折効率を求める工程とを含むことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子特性測定方法において、光学素子は波長板、回折格子又は回折格子付き波長板であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、光源と、光源から発光された光を偏光する第１偏光素子と、第１偏光素子で偏光した光を透過させる光学素子を配置するステージと、ステージに配置された光学素子を透過した光を受光する受光素子とを有する光学素子特性測定装置において、光学素子を透過した光の光路上に第２偏光素子を挿脱可能にするための第２偏光素子用の移動装置と、回折した光の光路に応じて受光素子を移動させるための受光素子用の移動装置と、第２偏光素子を回転させる第２偏向素子用の回転装置とを備え、第２偏光素子用の移動装置により第２偏光素子を移動させて、光学素子を透過した光の光路上に第２偏光素子を挿入し、第２偏光素子用の回転装置により第２偏光素子を回転させ、回転した第２偏光素子により光を偏光させて光学素子の位相差を測定し、第２偏光素子用の移動装置により第２偏光素子を移動させて、光学素子を透過した光の光路から第２偏光素子を外し、回折した光の光路に応じて受光素子用の移動装置により受光素子を移動させて、光学素子の回折効率を測定することを特徴とする光学素子特性測定装置である。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子特性測定装置において、第２偏光素子用の回転装置と第２偏光素子用の移動装置とを一体的に設けたことを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項３又は４に記載の光学素子特性測定装置において、光学素子は、波長板、回折格子、又は回折格子付き波長板であることを特徴とする。

以上の光学素子特性測定方法及び装置により、要求される仕様条件を満足するかどうかを容易に判定することができる。例えば、位相差と回折効率を一台の装置で測定することが容易にできる。

図１は、本発明に係る光学素子特性測定装置の装置全体の概要を示す。

図１において、光学素子特性測定装置は、光源１と、第１偏光素子２（例えば偏光プリズム）と、光学的な特性を測定するための光学素子（例えば、波長板、回折格子などの回折素子、回折格子付き波長板などの光学素子）を設置するステージ４（例えば複数の光学素子サンプルを載置するサンプルステージ）と、第２偏光素子５（例えば偏光プリズム）と、受光素子６を主な構成要素としている。

図２は、光学素子の一例として、例えば回折格子付き波長板を使用して、その回折効率を測定するときの様子を示す。

図２において、光学素子特性測定装置は、光源１と、光源１から発光された光を偏光する第１偏光素子２と、第１偏光素子２で偏光した光を透過させるたの複数の光学素子３を配置するステージ４と、ステージ４に配置された複数の光学素子３のうち選択された１つを透過した光を受光する受光素子６とを有する。とくに、光源１はレーザ光源であり、そのレーザ光は、光源１から、第１偏光素子２、ステージ４に設置された光学素子３、第２偏光素子５を経て、受光素子６に到る。符号１０は、レーザ光の光路を示す。

ステージ４には、最大で９個の光学素子３を配置することができ、迅速かつ作業効率良く順番に光学素子３の光学特性を検査試験するように構成されている。なお、逆方向にも順送りすることができるので、目的の光学素子３の光学特性の測定（検査、試験）を忘れて次の光学素子３に順送りしたような場合に、元の光学素子３の位置に戻すことができる。

図２に示す光学素子特性測定装置は、さらに、ステージ４に設置された複数の光学素子３の任意の１つを光路１０上に設置するためにステージ４を矢印方向に移動させるステージ用の移動装置（図示せず）と、光学素子３を透過した光の光路１０上に第２偏光素子５を挿脱可能にするための第２偏光素子用の移動装置１１と、回折した光の光路に応じて受光素子６を移動させるための受光素子用の移動装置１３と、第２偏光素子５を回転させるための、第２偏光素子用の回転装置１２とを備えている。

好ましくは、第２偏光素子５用の回転装置１２と第２偏光素子５用の移動装置１１とを一体的に設ける。例えば、移動装置１１に回転装置１２を一体的に設けるとは、移動装置１１と回転装置１２が一緒に移動できるようにすることを意味する。好ましくは、移動装置１１のステージ１１ａに回転装置１２が固定されていて、移動装置１１のステージ１１ａがレール１１ｂに沿って直線方向に移動し、所望位置で停止し、移動装置１１のステージ１１ａが停止している状態で、回転装置１２が第２偏光素子５を回転させる。

回転装置１２は、図２（Ｂ）に示すように、円板１２ａに第２偏光素子５が取り付けられ、その円板１２ａが移動装置１１のステージ１１ａ上に配置された駆動装置１２ｂから伸びる棒状部材１２ｃと係合して、棒状部材１２ｃが進退することで、円板１２ａが回転し、第２偏光素子５が光路１０を中心に９０°回転するように構成されている。そのように第２偏光素子５用の移動装置１１により第２偏光素子５を移動させて、光学素子３を透過した光の光路１０上に第２偏光素子５を挿入し、第２偏光素子５用の回転装置１２により第２偏光素子５を回転させ、回転した第２偏光素子５により光を偏光させて光学素子３の位相差を測定し、かつ、第２偏光素子５用の移動装置１１により第２偏光素子５を移動させて、光学素子３を透過した光の光路１０から第２偏光素子５を外し、回折した光の光路１０に応じて受光素子６用の移動装置１３により受光素子６を移動させて、光学素子３の回折効率を測定する。

また、演算処理部８は、光源１、ステージ４用の移動装置（図示せず）、第２偏光素子５用の移動装置１１、第２偏光素子５用の回転装置１２、受光素子６用の移動装置１３その他に電気的に接続されていて、これらの構成要素から電気的な諸信号を得て、これらの構成要素に対して電気的な諸信号を送って測定に必要な制御を実行するようになっている。

測定を実行する際には、ステージ４に複数（図示例では９個）の光学素子３を配置する。

まず、０次光の光量を受光素子６で測定する。

その際、第２偏光素子５用の移動装置１１を用いて第２偏光素子５（偏光プリズム）を光路１０内に移動させる。このとき、第２偏光素子５は第２偏光素子５用の回転装置１２により回転されておらず、０°の状態である。この状態、つまり０°の状態にある第２偏光素子５を透過した光の光量を受光素子６により測定する。

次に、第２偏光素子５用の回転装置１２を用いて第２偏光素子５を９０°回転させ、９０°の状態にある第２偏光素子５を透過した光の光量を受光素子６により測定する。

光学素子３として回折格子付き波長板を測定するときの測定手順を説明すると、次のとおりである。

（１）回折格子付き波長板３を装置のステージ４に配置する。

（２）移動装置１１により第２偏光素子５を光路１０内に挿入する。

（３）第２偏光素子５を回転させない状態（つまり０°の状態）で透過する光量を受光素子６で測定する。

（４）第２偏光素子５を回転装置１２により９０°回転させる。

（５）このように９０°回転した状態の第２偏光素子５を透過する光量を受光素子６で測定する。

（６）第２偏光素子５を移動装置１１により光路１０外に移動する。

（７）受光素子６を０次光検出位置（図３の６の位置）に移動し、波長板３の回折格子を透過した０次光の光量を受光素子６で測定する。

（８）受光素子６を１次光検出位置（図３の６ａの位置）に移動する。

（９）受光素子６を１次光検出位置（図３の６ａの位置）に配置した状態で、波長板３の回折格子を透過した１次光の光量を受光素子６で測定する。

（１０）受光素子６を−１次光検出位置（図３の６ｂの位置）に移動する。

（１１）受光素子６を−１次光検出位置（図３の６ｂの位置）に配置した状態で、波長板３の回折格子を透過した−１次光の光量を測定する。

（１２）上述した１次光の光量（Ｉ_１）および−１次光の光量（Ｉ_−１）のそれぞれの測定値と、０次光の光量（Ｉ_０）の比を求める。

回折効率で要求される仕様の一例は、次のとおりである。

Ｉ_０／Ｉ_１＝１８．５±３．０
Ｉ_０／Ｉ_−１＝１８．５±３．０
すなわち、１５．５≦Ｉ_０／Ｉ_１≦２１．５
１５．５≦Ｉ_０／Ｉ_−１≦２１．５
例えば、回折格子付き波長板（３）のサンプルを測定した結果、次のとおりであった。

Ｉ_０／Ｉ_１＝１７．６ Ｉ_０／Ｉ_−１＝１６．８
この場合、測定された回折格子付き波長板（３）のサンプルは、回折効率で要求される仕様を満足していることが容易に判定できる。

以上の演算は、全て演算処理部８にて所定のコンピュータプログラムを用いてなされ、演算処理部８は、要求される仕様を満足しているかどうかを自動的に判定し、その結果を表示する。

演算処理部８では、仕様を満足している場合、演算処理部８に設けられたモニター８ａ（表示部）に文字『ＯＫ』あるいは図形『○』などのキャラクター（例えば緑色の文字で『ＯＫ』あるいは『○』）を表示し、仕様を満足していない場合、モニター８ａ（表示部）に文字『ＮＧ』あるいは図形『×』などのキャラクター（例えば赤色の文字で『ＮＧ』あるいは『×』）を表示する。それゆえ、作業者は容易に回折効率で要求される仕様を満足しているかどうかをモニター８ａ上で視認することができる。

なお、前述の実施例では、回折効率で要求される仕様のみを判定したが、本発明は、これに限定されない。例えば、予め光学素子３を透過させない光源１からの光量（Ｉ_ｒｅｆ）を測定しておき、透過率（Ｉ_０＋Ｉ_±１）／Ｉ_ｒｅｆを求めることもできる。例えば透過率９５％以上が仕様を満足し、透過率９５％を下回った場合は、仕様を満足しないと演算処理部８にプログラミングし、モニター８ａ（表示部）に緑色の文字『ＯＫ』あるいは図形『○』などのキャラクターを表示させ、仕様を満足していない場合は、モニター８ａ（表示部）に赤色の文字『ＮＧ』あるいは図形『×』などのキャラクターを表示させることもできる。

また、例えば、第２偏光素子５が回転していない状態（つまり０°の状態）における透過率をＩ（０°）、回転装置により偏光素子を９０°回転した状態における透過率をＩ（９０°）とすると、
Ｉ（０°）／Ｉ（０°）＋Ｉ（９０°）
≦ ０．０１５（１．５％）
のとき、要求される位相差（リタデーション）の仕様（１８０°±７°）を満足しているので、演算処理部８は、上記透過率Ｉ（０°）、Ｉ（９０°）が測定値として得られた後、演算を行い、要求される仕様を満足しているかどうかを判定し、その判定結果をモニタ−８ａに表示する。

実際の検査では、１．５％以下の場合、仕様を満足しており、１．５％より大きい場合、仕様を満足していないと判定するのが好ましい。演算処理部８は、１．５％以下の場合、モニター８ａ（表示部）に文字『良』あるいは図形『○』などのキャラクターを表示させ、１．５％を超える場合、モニター８ａ（表示部）に文字『不良』あるいは図形『×』などのキャラクターを表示させる。それゆえ、作業者は容易に位相差で要求される仕様を満足しているかどうかをモニター８ａ上で視認することができる。

本発明に係る装置全体の概要を示す。 （Ａ）は、装置全体の概略の斜視構成を示す。（Ｂ）は、（Ａ）に示した装置のうち特に回転装置を示す概略斜視図。 回折効率測定時の装置全体の概略を示す。 位相差測定時の装置全体の概略を示す。

符号の説明

１ 光源
２ 第１偏光素子
３ 光学素子
４ ステージ
５ 第２偏光素子
６ 受光素子
６ａ １次光検出位置
６ｂ −１次光検出位置
８ 演算処理部
８ａ モニター
１０ 光路
１１ 第２偏光素子用の移動装置
１２ 第２偏光素子用の回転装置

Claims (5)

1. 偏光された光を光学素子に透過させ、透過した光を受光素子で受光して、光学素子の光学特性を測定する光学素子特性測定方法において、
   光学素子を透過した光の光路上に偏光素子を挿入しかつ回転させて光学素子の位相差を求める工程と、光学素子を透過した光の光路上から偏光素子を外し、光路に応じて受光素子を移動させて光学素子の回折効率を求める工程を含むことを特徴とする光学素子特性測定方法。
2. 請求項１に記載の光学素子特性測定方法において、光学素子は波長板、回折格子、又は回折格子付き波長板であることを特徴とする光学素子特性測定方法。
3. 光源と、光源から発光された光を偏光する第１偏光素子と、第１偏光素子で偏光した光を透過させる光学素子を配置するステージと、ステージに配置された光学素子を透過した光を受光する受光素子とを有する光学素子特性測定装置において、
   光学素子を透過した光の光路上に第２偏光素子を挿脱可能にするための第２偏光素子用の移動装置と、
   回折した光の光路に応じて受光素子を移動させるための受光素子用の移動装置と、
   第２偏光素子を回転させる第２偏向素子用の回転装置とを備え、
   第２偏光素子用の移動装置により第２偏光素子を移動させて、光学素子を透過した光の光路上に第２偏光素子を挿入し、第２偏光素子用の回転装置により第２偏光素子を回転させ、回転した第２偏光素子により光を偏光させて光学素子の位相差を測定し、
   第２偏光素子用の移動装置により第２偏光素子を移動させて、光学素子を透過した光の光路から第２偏光素子を外し、回折した光の光路に応じて受光素子用の移動装置により受光素子を移動させて、光学素子の回折効率を測定することを特徴とする光学素子特性測定装置。
4. 請求項３に記載の光学素子特性測定装置において、第２偏光素子用の回転装置と第２偏光素子用の移動装置とを一体的に設けたことを特徴とする光学素子特性測定装置。
5. 請求項３又は４に記載の光学素子特性測定装置において、光学素子は、波長板、回折格子、又は回折格子付き波長板であることを特徴とする光学素子特性測定装置。

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