JPH0623689B2 - 複屈折測定方法 - Google Patents
複屈折測定方法Info
- Publication number
- JPH0623689B2 JPH0623689B2 JP31336088A JP31336088A JPH0623689B2 JP H0623689 B2 JPH0623689 B2 JP H0623689B2 JP 31336088 A JP31336088 A JP 31336088A JP 31336088 A JP31336088 A JP 31336088A JP H0623689 B2 JPH0623689 B2 JP H0623689B2
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- JP
- Japan
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- phase difference
- measurement
- light
- sample
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定試料の複屈折を測定する方法、特に試料
の屈折率の大小及び厚みの制約を受けることなく広い測
定領域の全域に亘って複屈折位相差を高精度で測定し得
る複屈折測定方法に関するものである。
の屈折率の大小及び厚みの制約を受けることなく広い測
定領域の全域に亘って複屈折位相差を高精度で測定し得
る複屈折測定方法に関するものである。
光学的異方体の複屈折を測定する方法の１つに位相変調
法と呼ばれる測定方法がある〔詳細は本願発明と同一の
発明者によって提案された特開昭６３−８２３４５号
（特願昭６１−２２８８１４号を参照）〕。
法と呼ばれる測定方法がある〔詳細は本願発明と同一の
発明者によって提案された特開昭６３−８２３４５号
（特願昭６１−２２８８１４号を参照）〕。
この測定方法を第２図を参照して説明すると、図中、１
は測定用の光源（例えばHe−Neレーザー光）、２はフィ
ルタ（モノクロメータ）、３は該フィルタ２を通過した
光を直線偏光に変える偏光子（例えば４分の１波長
板）、４は該偏光子３から入射した直線偏光を円偏光
に、更に円偏光を直線偏光へと連続的に且つ周期的に変
化させ、位相が変調した測定用の光をつくる光弾性変調
器(photoelastic modulator)、５は被測定試料６（以下
試料と略記する）の内部で複屈折した光を受光して直線
偏光に変える検光子、７は該検光子５から入射した光を
交流信号の光電流に変換する光検知器（光電子増倍
管）、８は該光検知器７から送られた光電流信号を復調
して解析し、式(1)，式(2)で規定される複屈折位相差Δ
ｎｄ（以下位相差と略記する）を測定値として算出する
解析装置、９は測定した位相差Δｎｄを例えば試料６の
方位角θ（装置の軸線１０の周りの回転角）の関数とし
て極座標表示する表示装置である。
は測定用の光源（例えばHe−Neレーザー光）、２はフィ
ルタ（モノクロメータ）、３は該フィルタ２を通過した
光を直線偏光に変える偏光子（例えば４分の１波長
板）、４は該偏光子３から入射した直線偏光を円偏光
に、更に円偏光を直線偏光へと連続的に且つ周期的に変
化させ、位相が変調した測定用の光をつくる光弾性変調
器(photoelastic modulator)、５は被測定試料６（以下
試料と略記する）の内部で複屈折した光を受光して直線
偏光に変える検光子、７は該検光子５から入射した光を
交流信号の光電流に変換する光検知器（光電子増倍
管）、８は該光検知器７から送られた光電流信号を復調
して解析し、式(1)，式(2)で規定される複屈折位相差Δ
ｎｄ（以下位相差と略記する）を測定値として算出する
解析装置、９は測定した位相差Δｎｄを例えば試料６の
方位角θ（装置の軸線１０の周りの回転角）の関数とし
て極座標表示する表示装置である。
Δｎｄ＝｜ｎｅ−ｎｏ｜・ｄ（ｎｍ） 式(1) Δｎｄ＝δ・λ／２π（ｎｍ） 式(2) ここに、ｎｅは異常光線に対する屈折率、ｎｏは正常光
線に対する屈折率、ｄは試料の厚み、δはｎｅとｎｏの
位相角の差、λは測定用の光の波長であり、この測定方
法によると、従来の測定方法（検光子回転法，位相補償
法等）が試料を透過した光の偏光状態（楕円率の変化）
を光強度の変化とし測定するのに対し、位相変調した正
常光線と異常光線の位相差の絶対値を直接測定するの
で、ノイズに妨げられることがなく、0.01ｎｍまでの微
小な位相差の測定が可能になり（従来の測定方法による
測定可能な最小複屈折位相差Δｎｄは約２ｎｍ）、更に
試料６を軸線１０に対し種々の角度Ｂで傾斜させて測定
を行うことにより、試料６内部における厚み方向の分子
の配向状態を測定できるという利点がある。
線に対する屈折率、ｄは試料の厚み、δはｎｅとｎｏの
位相角の差、λは測定用の光の波長であり、この測定方
法によると、従来の測定方法（検光子回転法，位相補償
法等）が試料を透過した光の偏光状態（楕円率の変化）
を光強度の変化とし測定するのに対し、位相変調した正
常光線と異常光線の位相差の絶対値を直接測定するの
で、ノイズに妨げられることがなく、0.01ｎｍまでの微
小な位相差の測定が可能になり（従来の測定方法による
測定可能な最小複屈折位相差Δｎｄは約２ｎｍ）、更に
試料６を軸線１０に対し種々の角度Ｂで傾斜させて測定
を行うことにより、試料６内部における厚み方向の分子
の配向状態を測定できるという利点がある。
しかし、この測定方法には、試料６の有する位相差が測
定用の光の波長の４分の１（λ＝ 632.8ｎｍのHe−Neレ
ーザー光を使用する場合、約 150ｎｍ）を越えると、測
定値が従来の測定方法（検光子回転法，位相補償法等）
による測定値と一致しないという問題点があった。
定用の光の波長の４分の１（λ＝ 632.8ｎｍのHe−Neレ
ーザー光を使用する場合、約 150ｎｍ）を越えると、測
定値が従来の測定方法（検光子回転法，位相補償法等）
による測定値と一致しないという問題点があった。
この問題点は、位相速度を異にする２つ波が同じ方向に
進行するとき、位相速度の速い波の波頭が遅い波の波頭
を次々に追い越してゆくため、位相差の絶対値が一定の
周期で増減するという一般的な現象に起因するもので、
例えば第３図に示すようにλ／２＋ｒｎｍの位相差を有
する試料６を測定光が透過する際、区間１２では測定光
の位相差が曲線１３で示すように逐次増大し、測定光が
λ／４ｎｍのところに到達したときに最大値λ／４ｎｍ
を示し、更に測定光が進行すると今度は逐次減少してゆ
き、測定光がλ／２ｎｍところに到達すると測定光の位
相差はゼロになり、区間１４では再び増大し、測定光の
位相差がｒｎｍになったときに試料６を出射し、この位
相差ｒｎｍが測定値とし検出される。従って測定値は見
掛け上の値であって試料６が有する位相差、すなわち真
の位相差を表わしていないことになる。又、第４図に示
すように真の位相差がλ／２−ｒｎｍである試料６につ
いても同様に測定値は見掛け上ｒｎｍとして測定され
る。
進行するとき、位相速度の速い波の波頭が遅い波の波頭
を次々に追い越してゆくため、位相差の絶対値が一定の
周期で増減するという一般的な現象に起因するもので、
例えば第３図に示すようにλ／２＋ｒｎｍの位相差を有
する試料６を測定光が透過する際、区間１２では測定光
の位相差が曲線１３で示すように逐次増大し、測定光が
λ／４ｎｍのところに到達したときに最大値λ／４ｎｍ
を示し、更に測定光が進行すると今度は逐次減少してゆ
き、測定光がλ／２ｎｍところに到達すると測定光の位
相差はゼロになり、区間１４では再び増大し、測定光の
位相差がｒｎｍになったときに試料６を出射し、この位
相差ｒｎｍが測定値とし検出される。従って測定値は見
掛け上の値であって試料６が有する位相差、すなわち真
の位相差を表わしていないことになる。又、第４図に示
すように真の位相差がλ／２−ｒｎｍである試料６につ
いても同様に測定値は見掛け上ｒｎｍとして測定され
る。
真の位相差が更に大きい試料にも適用できるように、前
記の事情を一般化して考えると、真の位相差と測定値と
の間に式(3)、又は第５図に示す関係があることが分か
る。
記の事情を一般化して考えると、真の位相差と測定値と
の間に式(3)、又は第５図に示す関係があることが分か
る。
Ｒ＝ｍλ／２±ｒ 式(3) ここに、Ｒは演算値，ｍはゼロ及び自然数，λは波長，
ｒは測定値である。
ｒは測定値である。
従って、或る測定値ｒから真の位相差を求めるには、式
(3)で示される一連の演算値Ｒの中から真の位相差に相
当する演算値を抽出する必要がある。
(3)で示される一連の演算値Ｒの中から真の位相差に相
当する演算値を抽出する必要がある。
本発明は前記の問題点に鑑み、式(3)で示される演算値
のうちから真の位相差を抽出して測定光の波長の４分の
１を越えるすべての測定を可能にし、その結果、微小な
位相差の測定を含む全測定領域に亘って高い精度で複屈
折位相差を測定し得る複屈折測定方法を提供することを
技術的課題とする。
のうちから真の位相差を抽出して測定光の波長の４分の
１を越えるすべての測定を可能にし、その結果、微小な
位相差の測定を含む全測定領域に亘って高い精度で複屈
折位相差を測定し得る複屈折測定方法を提供することを
技術的課題とする。
前記の課題を達成する本発明の構成は、位相を変調させ
た測定用の光を被測定試料に照射し、前記試料を透過し
た光の偏光状態を検出して前記試料の複屈折位相差を測
定する複屈折測定方法において、波長が異なる複数の光
を個別に被測定試料に照射してそれぞれ複屈折位相差を
測定し、各測定ごとにそれぞれ演算式ｍλ／２±ｒ（こ
こにλは測定用の光の波長，ｒは測定値，ｍはゼロ及び
自然数）を適用してｍの異なる値に対応する一連の演算
値を求め、すべての測定について得られた前記一連の演
算値相互間で演算値の大小を比較し、最も接近した演算
値を複屈折位相差の真の値として採用するものである。
た測定用の光を被測定試料に照射し、前記試料を透過し
た光の偏光状態を検出して前記試料の複屈折位相差を測
定する複屈折測定方法において、波長が異なる複数の光
を個別に被測定試料に照射してそれぞれ複屈折位相差を
測定し、各測定ごとにそれぞれ演算式ｍλ／２±ｒ（こ
こにλは測定用の光の波長，ｒは測定値，ｍはゼロ及び
自然数）を適用してｍの異なる値に対応する一連の演算
値を求め、すべての測定について得られた前記一連の演
算値相互間で演算値の大小を比較し、最も接近した演算
値を複屈折位相差の真の値として採用するものである。
複数の光源から照射される測定光は、波長が相違しても
同一試料に対し同程度に複屈折する。従って、各測定ご
とに式(3)を適用して一連の演算値を求めると、各一連
の演算値の中に、相互に接近した真の位相差に相当する
データがそれぞれ含まれている。そこで、一連の演算値
相互間で演算値の大小を比較し、尤も接近した演算値を
抽出することにより真の位相差を求めることができる。
同一試料に対し同程度に複屈折する。従って、各測定ご
とに式(3)を適用して一連の演算値を求めると、各一連
の演算値の中に、相互に接近した真の位相差に相当する
データがそれぞれ含まれている。そこで、一連の演算値
相互間で演算値の大小を比較し、尤も接近した演算値を
抽出することにより真の位相差を求めることができる。
先ず、本発明の構成を説明し、次いで本発明の実施例を
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
本発明の測定方法は、次に述べる３つのプロセスによっ
て構成される。
て構成される。
〔ｉ〕複数の測定用の光（又は光源）を予め準備してお
き、各測定光ごとに従来と同じ要領で別個に測定を行
い、各測定ごとに測定値ｒ（ｎｍ）を求める。この測定
値が測定光の波長λの 1/4以下の場合、この測定値は真
の位相差を示す。又、測定値が 1/4λを越える場合は次
のプロセスに移る。
き、各測定光ごとに従来と同じ要領で別個に測定を行
い、各測定ごとに測定値ｒ（ｎｍ）を求める。この測定
値が測定光の波長λの 1/4以下の場合、この測定値は真
の位相差を示す。又、測定値が 1/4λを越える場合は次
のプロセスに移る。
〔ii〕各測定値ごとに前述の式(3)を用いて一連の演算
値Ｒを求める（この一連の演算値Ｒの中に真の位相差が
含まれている）。
値Ｒを求める（この一連の演算値Ｒの中に真の位相差が
含まれている）。
〔iii〕各測定ごとに得られた一連の演算値相互間で演
算値の大小を比較し、最も接近した演算値を抽出する
と、この演算値が真の位相差である。
算値の大小を比較し、最も接近した演算値を抽出する
と、この演算値が真の位相差である。
単一の測定光では一連の演算値の中から真の位相差を抽
出できないが、可視領域内にある複数の測定光を用いる
と、波長が相違していても、位相差はほぼ同一の値を示
すので、真の位相差を容易に求めることができる。
出できないが、可視領域内にある複数の測定光を用いる
と、波長が相違していても、位相差はほぼ同一の値を示
すので、真の位相差を容易に求めることができる。
次に実施例について説明する。尚、図中の符号及び記号
については、従来の技術を説明した際の測定装置各部と
同じ機能を果たす部分に同じ符号及び記号を付して示
し、説明を省略する。
については、従来の技術を説明した際の測定装置各部と
同じ機能を果たす部分に同じ符号及び記号を付して示
し、説明を省略する。
第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
すもので、この装置には２種類の測定光、すなわちHe−
Neレーザー光（λ＝ 632.8ｎｍ）及び半導体レーザー光
（λ＝ 780ｎｍ）を照射するための２つの光源１ａ，１
ｂが配置されており、各光源１ａ，１ｂから照射された
測定光は半透明の鏡２１を介して偏光子３に入射するよ
うになっており、前記以外は従来の装置と変わるところ
はない。
すもので、この装置には２種類の測定光、すなわちHe−
Neレーザー光（λ＝ 632.8ｎｍ）及び半導体レーザー光
（λ＝ 780ｎｍ）を照射するための２つの光源１ａ，１
ｂが配置されており、各光源１ａ，１ｂから照射された
測定光は半透明の鏡２１を介して偏光子３に入射するよ
うになっており、前記以外は従来の装置と変わるところ
はない。
次に、この装置を用いて複屈折位相差Δｎｄを測定した
具体例について説明する。先ず、光源１ａを用いてHe−
Neレーザー光を照射し、従来と同じ要領で測定値ｒを求
め、いま、ｒ＝50ｎｍが得られたとする。
具体例について説明する。先ず、光源１ａを用いてHe−
Neレーザー光を照射し、従来と同じ要領で測定値ｒを求
め、いま、ｒ＝50ｎｍが得られたとする。
ここで、式(3)において、λ＝ 632.8ｎｍ、ｒ＝50ｎｍ
と置き、ｍ＝０，１，２，３，４，５，６…として演算
を行うとＲの値として次の一連の演算値が得られる。
尚、各演算値は便宜上、添字を付して示す。
と置き、ｍ＝０，１，２，３，４，５，６…として演算
を行うとＲの値として次の一連の演算値が得られる。
尚、各演算値は便宜上、添字を付して示す。
次に、光源１ｂを用いて半導体レーザー光を照射し、前
回と同じ要領で測定値を求め、いま、測定値としてｒ＝
80ｎｍが得られたとする。
回と同じ要領で測定値を求め、いま、測定値としてｒ＝
80ｎｍが得られたとする。
ここで、式(3)においてλ＝ 780ｎｍ，ｒ＝80ｎｍと置
き、第１回目の測定と同様に、ｍ＝０，１，２，３，
４，５，６…として演算を行うと、Ｒの値として次の一
連の演算値が得られる。
き、第１回目の測定と同様に、ｍ＝０，１，２，３，
４，５，６…として演算を行うと、Ｒの値として次の一
連の演算値が得られる。
ｍ＝０； Ｒ0+80＝80ｎｍ ｍ＝０； Ｒ0-80＝−80ｎｍ ｍ＝１； Ｒ1+80＝470ｎｍ ｍ＝１； Ｒ1-80＝310ｎｍ ｍ＝２； Ｒ2+80＝860ｎｍ ｍ＝２； Ｒ2-80＝700ｎｍ ｍ＝３； Ｒ3+80＝1250ｎｍ ｍ＝３； Ｒ3-80＝1090ｎｍ ◎ｍ＝４； Ｒ4+80＝1640ｎｍ ｍ＝４； Ｒ4-80＝1480ｎｍ ｍ＝５； Ｒ5+80＝2030ｎｍ ｍ＝５； Ｒ5-80＝1870ｎｍ ｍ＝６； Ｒ6+80＝2420ｎｍ ｍ＝６； Ｒ6-80＝2260ｎｍ 以上の演算を行ったのち、ｒ＝50ｎｍに対する一連の演
算値とｒ＝80ｎｍに対する一連の演算値を相互に比較す
るとＲ5+50＝1632ｎｍ，Ｒ4+80＝1640ｎｍ（各行の左欄
に◎印を付してある）が最も接近しているので、試料の
真の位相差は1640〜1632ｎｍであることが分かる。
算値とｒ＝80ｎｍに対する一連の演算値を相互に比較す
るとＲ5+50＝1632ｎｍ，Ｒ4+80＝1640ｎｍ（各行の左欄
に◎印を付してある）が最も接近しているので、試料の
真の位相差は1640〜1632ｎｍであることが分かる。
もし、被測定試料の複屈折位相差に波長分散特性がある
場合は、この波長分散特性に相当する係数を掛けて補正
をすればよい。
場合は、この波長分散特性に相当する係数を掛けて補正
をすればよい。
尚、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、例えば２種類の光源を使用する代りに３種類以上の
光源を使用してもよいこと、又、光源としてHe−Neレー
ザー光，半導体レーザー光を用いる代りに可視領域内に
ある別の種類の光源を使用してもよいこと等、その他本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得る
ことは勿論である。
く、例えば２種類の光源を使用する代りに３種類以上の
光源を使用してもよいこと、又、光源としてHe−Neレー
ザー光，半導体レーザー光を用いる代りに可視領域内に
ある別の種類の光源を使用してもよいこと等、その他本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得る
ことは勿論である。
以上に述べたごとく本発明は次の優れた効果を発揮す
る。
る。
〔ｉ〕複数の測定光を使用して各測定ごとに測定値を求
め、各測定値に対し所定の演算式を用いて真の値を含む
一連の演算値を求め、各演算値相互間で演算値の大小を
比較し、最も接近した演算値を採用するので、試料の複
屈折位相差の大小に関係なく測定領域の全域に亘って高
精度で測定を行うことができる。
め、各測定値に対し所定の演算式を用いて真の値を含む
一連の演算値を求め、各演算値相互間で演算値の大小を
比較し、最も接近した演算値を採用するので、試料の複
屈折位相差の大小に関係なく測定領域の全域に亘って高
精度で測定を行うことができる。
〔ii〕第〔ｉ〕項の結果、例えばL.B.膜（光コンピュー
タの光メモリー用），蒸着膜等複屈折位相差の小さいも
のから複屈折位相差の大きいもの、例えば液晶テレビ用
配向膜〔Δｎｄが約 800オングストローム〕，ガラス，
石英，Langumur-Blozet〔Δｎｄが約50オングストロー
ム〕等を含め、広範囲の材料に対する測定を行うことが
できる。
タの光メモリー用），蒸着膜等複屈折位相差の小さいも
のから複屈折位相差の大きいもの、例えば液晶テレビ用
配向膜〔Δｎｄが約 800オングストローム〕，ガラス，
石英，Langumur-Blozet〔Δｎｄが約50オングストロー
ム〕等を含め、広範囲の材料に対する測定を行うことが
できる。
〔iii〕この方法を実施するための装置を１台設置する
ことにより、従来のように測定領域に対応させて複数の
測定装置を併置する必要がなくなり、設備費を大幅に節
約することができる。
ことにより、従来のように測定領域に対応させて複数の
測定装置を併置する必要がなくなり、設備費を大幅に節
約することができる。
第１図は本発明の方法を実施するための複屈折測定装置
の一例を示すブロック図、第２図は従来の位相変調法に
よる複屈折測定装置の構成を示すブロック図、第３図，
第４図，第５図はいずれも真の位相差と測定値との関係
を示す説明図である。 １ａ，１ｂ……光源、３……偏光子 ４……光弾性変調器、５……検光子 ６……被測定試料、７……光検知器 ８……解析装置、９……表示装置 ２１……半透明の鏡
の一例を示すブロック図、第２図は従来の位相変調法に
よる複屈折測定装置の構成を示すブロック図、第３図，
第４図，第５図はいずれも真の位相差と測定値との関係
を示す説明図である。 １ａ，１ｂ……光源、３……偏光子 ４……光弾性変調器、５……検光子 ６……被測定試料、７……光検知器 ８……解析装置、９……表示装置 ２１……半透明の鏡
Claims (1)
- 【請求項１】位相を変調させた測定用の光を被測定試料
に照射し、前記試料を透過した光の偏光状態を検出して
前記試料の複屈折位相差を測定する複屈折測定方法にお
いて、波長が異なる複数の光を個別に被測定試料に照射
してそれぞれ複屈折位相差を測定し、各測定ごとにそれ
ぞれ演算式ｍλ／２±ｒ（ここにλは測定用の光の波
長，ｒは測定値，ｍはゼロ及び自然数）を適用してｍの
異なる値に対応する一連の演算値を求め、すべての測定
について得られた前記一連の演算値相互間で演算値の大
小を比較し、最も接近した演算値を複屈折位相差の真の
値として採用することを特徴とする複屈折測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31336088A JPH0623689B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 複屈折測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31336088A JPH0623689B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 複屈折測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159540A JPH02159540A (ja) | 1990-06-19 |
| JPH0623689B2 true JPH0623689B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=18040321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31336088A Expired - Lifetime JPH0623689B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 複屈折測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623689B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4657105B2 (ja) * | 2002-12-20 | 2011-03-23 | ハインズ インスツルメンツ インコーポレイテッド | 面外複屈折の測定 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP31336088A patent/JPH0623689B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02159540A (ja) | 1990-06-19 |
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