JPH0678949B2

JPH0678949B2 - ミユ−ラ−行列測定装置

Info

Publication number: JPH0678949B2
Application number: JP61250333A
Authority: JP
Inventors: 直道千田; 昭義渡辺
Original assignee: Nakamichi Corp
Current assignee: Nakamichi Corp
Priority date: 1986-10-21
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS63103927A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光学素子のミューラー行列を測定する装置に
関し、特に光ディスク用のサブストレートの光学特性を
測定する装置に関する。

（従来の技術と本発明の目的）従来、光ディスクの基板（サブストレート）等の光学特
性を測定するためには、エリプソメータ（楕円偏光計）
もしくはそれに準ずる装置が用いられていた。

また、トラッキングやフォーカシングを掛けた光ディス
クの実際の使用状態での光学特性の測定においては、種
々の光学特性のうちの一部の特性みを計測する装置が提
案されている。

本発明はディスクの実使用状態において、光ディスクの
光学的測定を表わすミューラー行列を測定する装置を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）光ディスクに集束されたレーザー照射光を照射する手段
と、この照射光を選択的に４種類の偏光とする偏光設定
手段と、前記光ディスクからの反射光に基づいて、前記
レーザー照射光の照射ポイントのトラッキングを制御す
るトラッキング制御手段と、前記反射光に基づいて前記
照射ポイントのフォーカスを制御するフォーカス制御手
段と、前記反射光を４の偏光成分に分ける偏光成分分割
手段と、前記偏光成分の光量をそれぞれ検出する４の光
量検出手段と、該４の光量検出手段で検出された光量デ
ータを記憶する記憶手段と少なくとも前記偏光設定手段
と記憶手段を制御し、前記光ディスクの同一の照射位置
において、前記偏光設定手段により選択された４種類の
偏光の前記レーザー照射光を照射し、各照射光毎に４
つ、合計16の前記光量データを得るための制御手段と、
前記16の前記光量データに基づいて前記光ディスクの前
記照射位置におけるミューラー行列を演算する演算手段
とからなる。

（作用）同一の照射位置で、上記した方法で合計16の光量データ
を得、光ディスクの実使用状態でのミューラー行列を演
算によって求める。

（実施例）被測定光学素子のミューラー行列を測定する場合、測定
系の光学素子の特性をミューラー行列を用いて表わし、
出射或いは検出される光をストークスパラメータを用い
て表わして行なわれる。この場合、被測定光学素子のミ
ューラー行列を測定する為には、予め定められた４種類
の偏光の照射光を順次被測定光学素子に照射し、それぞ
れの透過光或いは反射光のストークスパラメータを測定
する方法がある。更にこのストークスパラメータを求め
るには、光検出器に至る透過光或いは反射光の光路上に
偏光子とλ/4板を配置し、４種類の配置条件のもとにこ
れ等を通過した透過光或いは反射光の光量を光検出器で
それぞれ検出する必要がある。

以下、その原理を第４図を用いて説明する。

レーザー１から出射された直線偏光のレーザー光は、コ
リメータレンズ２を介して平行光とされ、λ/4板３を通
過することにより円偏光Paとなる。４、５は、ある基準
面に対してそれぞれ所定の回転角θ₁、θ₂を有する偏光
子及びλ/4板で、これら回転角θ₁、θ₂を適当に選択す
ることにより、通過する円偏光Paを所望の偏光を有する
照射光Pbとして被測定光学素子６に照射する。この被測
定光学素子６から透過或いは反射した出射光Pcは、前記
基準面に対してそれぞれ回転角θ₃、θ₄を有するλ/4板
７及び検光子８を通過した後、光検出器９への入射光Pd
としてその光量が検出される。

以上の構成に於いて、先ず被測定光学素子６からの出射
光Pcのストークスパラメータを求める方法を説明する。

出射光Pc、入射光Pdの各ストークスパラメータをそれぞ
れ▲▼、▲▼とし、λ/4板７、検光子８の各ミ
ューラー行列をそれぞれ▲▼、▲▼とすると、 ▲▼=▲▼・▲▼・▲▼……（１）と
なる。

光検出器９で検出される光量は、入射光Pdのストークス
パラメータ▲▼の第１成分を示す量であり、以下に
示す各条件での入射光Pdのストークスパラメータを▲
▼、▲▼、▲▼、▲▼とし、更
にこれらの第１成分をそれぞれPd1、Pd2、Pd3、Pd4とす
ると、 λ/4板７、検光子８の各回転角をθ₃=０、 θ₄=０とした場合、（１）式はとなり、Pd1はとなる。

同様にθ₃=０、θ₄=π/2とした場合、となる。

同様にθ₃=π/4、θ₄=π/4とした場合、となる。

同様にθ₃=０、θ₄=π/4とした場合、となる。

上記（２）〜（５）式からPc₁〜Pc₄をそれぞれ求める
と、となる。従って、被測定光学素子６からの出射光Pcのス
トークスパラメータ▲▼を求めるには、λ/4板７、
検光子８の各回転角を上記した４つの条件に設定し、各
設定のもとでの入射光Pdの光量を測定することにより求
めることが出来る。

次に被測定光学素子６のミューラー行列を求める方法を
説明する。

被測定光学素子６のミューラー行列をM6、照射光Pbのス
トークスパラメータをPbとすると ▲▼=▼・▲▼……（７）となる。

照射光Pbは、以下に示すように偏光子４及びλ/4板５の
回転角θ₁、θ₂を適当に選択することにより所望のスト
ークスパラメータとなる。これらの照射光Pbを被測定光
学素子６に照射して得られる出射光Pcの各ストークスパ
ラメータをそれぞれ▲▼、▲▼、▲
▼、▲▼とすると上式（７）は以下のようにな
る。

偏光子４及びλ/4板５の回転角をそれぞれθ₁=０、θ₂=
０とした場合、照射光Pbは水平直線偏光となり、（７）
式はとなる。

同様にθ₁=π/2、θ₂=０とした場合、照射光Pbは垂直直
線偏光となり、（７）式はとなる。

同様にθ₁=π/4、θ₂=π/4とした場合、照射光Pbはπ/4
の直線偏光となり、（７）式はとなる。

同様にθ₁=０、θ₂=π/4とした場合、照射光Pbは右円偏
光となり、（７）式はとなる。

以上の（８）〜（11）式からとなる。

尚、上式中の出射光の各ストークスパラメータ▲
▼〜▲▼は、前記した方法により求めるこどかで
きる。

このように４種類の偏光の照射光Pbを順次被測定光学素
子６に照射し、被測定光学素子からの出射光Pcの各スト
ークスパラメータ▲▼〜▲▼を求めること
により、被測定光学素子６のミューラー行列を測定する
ことが出来る。

本発明は上記した原理を基になされるもので、以下その
一実施例を第１図を用いて説明する。

破線で示されるピックアップ35内の所定位置に配置され
たレーザー10から出力されるレーザー光は、コリメータ
レンズ11で平行光とされた後、λ/4板12を通過して円偏
光Paとなる。この円偏光Paは、基準面に対しそれぞれの
回転角θ₅、θ₆が可変可能にピックアップ内に保持され
た偏光子13、λ/4板14を通過して所望の偏光の照射光Pb
となった後、更に分光ミラー15₁、15₂を通過して全反射
ミラー16に至る。この全反射ミラー16で反射した照射光
は、対物レンズ17で集束光とされた後、実照射光Pb′と
してトラックが形成された光ディスク25の反射面25₁上
に照射される。

尚、この対物レンズ17は、その近傍に配置されたトラッ
キングコイル23、フォーカシングコイルに24に流れる各
駆動電流により反射面25₁の照射ポイントの半径方向移
動、及びフォーカス調整が可能にピックアップ35内に設
置されている。

この反射面25₁で反射した反射光Pcは、再び対物レンズ1
7を通過して平行光となった後、全反射ミラー16で反射
されて分光ミラー15₂に至る。反射面25₁は、第３図に示
す様にポリカーボネート等からなるサブストレート25₃
で被覆されており、光の反射時に発生する複屈折等の光
学的影響は、主にこのサブストレートの通過時に起こ
る。

分光ミラー15₂で反射された反射光は、分光ミラー15₃、
15₄、15₅で分光され、被測定反射光Pc₁、Pc₂、Pc₃、Pc₄
としてそれぞれ光学素子群18a、18b、18c、18dを通過す
る。

これらの光学素子群は、それぞれ基準面に対して所望の
回転角に設定されたλ/4板と検光子とからなり、通過す
る被測定反射光を光学処理した後、各光検出器19a、19
b、19c、19dに入射する入射光Pd₁、Pd₂、Pd₃、Pd₄をそ
れぞれ出光する。

一方、分光ミラー15₂を通過した反射光は、分光ミラー1
5₁で反射された後、この反射光から反射面25₁上の照射
ポイントのトラッキング及びフォーカシング情報を検出
する制御情報検出器20に入射する。

21、22はそれぞれピックアップ内に設けられた偏光子回
転駆動装置、及びλ/4板回転駆動装置で、信号処理装置
33からの回転角指令信号S₄に基づいて回転駆動回路27か
ら出力される駆動信号により偏光子13、及びλ/4板14を
それぞれ所望の回転角θ₅、θ₆にセットする。

26はスピンドルモータで、図示しない駆動手段により所
望の回転数で光ディスク25を回転駆動する。

各光検出器19a〜19dで検出された光量信号は、A/D変換
器32でデジタル信号に変換された後、信号処理装置33に
入力され、この信号処理装置で種々の演算処理が行なわ
れる。またこの信号処理装置33は、スピンドルモータ26
から回転情報信号S₅を入力して光ディスク25の回転情報
を検知すると共に、ピックアップ35の移動位置を検出す
るポテンシオメータ36の位置信号S₆を入力して照射ポイ
ントのトラック位置を検出し、更にトラックジャンプ指
令信号S₃、ピックアップ35内の偏光子13とλ/4板14の各
回転角θ₅、θ₆を設定する回転角指令信号S₄をそれぞれ
出力する。

ピックアップ制御回路28は、制御情報検出器20から出力
されるトラッキング及びフォーカシングの各情報信号を
入力し、これらの各制御を行なうべくトラッキング制御
信号S₁、フォーカス制御信号S₂をそれぞれ出力する。

対物レンズ駆動回路31は、フォーカス制御信号S₂とフィ
ルタ29で選択されたトラッキング制御信号S₁の高域周波
数信号を入力し、これら信号に基づく各駆動電流をピッ
クアップ35内のフォーカシングコイル24、トラッキング
コイル23にそれぞれ出力して対物レンズ17を駆動する。
またピックアップ駆動回路30は、フィルタ29で選択され
たトラッキング制御信号S₁の低域信号を入力し、この信
号に基づいて図示しないピックアップ駆動手段を駆動し
てピックアップ35全体を光ディスク25の半径方向に移動
する。

更に、ピックアップ制御回路28は、信号処理装置33から
のトラックジャンプ指令信号S₃に基づいたトラッキング
制御信号S₁を出力し、照射ポイントのトラックジャンプ
移動を可能にする。

これら一連のフォーカス制御、トラッキング制御及びト
ラックジャンプ制御は、公知技術であり、詳細な説明を
省略する。

以上の構成による本発明装置の動作を説明する。

尚、λ/4板14の出力光である照射光Pbと対物レンズ17の
出力光である実照射光Pb′の関係、及び光ディスク25の
反射面25₁からの反射光Pcと各光学素子群18a〜18dの入
射光である被測定反射光Pc₁〜Pc₄の関係は、各間に介在
する分光ミラー、対物レンズ17及び全反射ミラー16の各
光学特性によりその特性を異にするものであるが、説明
の簡単のため、Pb=Pb′、Pc=Pc₁=Pc₂=Pc₃=Pc₄であるも
のとする。

これらの設定条件は、適当な光学特性を有する光学素子
を光路内の所定位置に補正のために挿入することにより
可能となる。またこれら特性の差を考慮した演算処理を
行なうことにより、等価的に補正が可能となるが、これ
らの補正方法の説明は省略する。

反射光Pcのストークスパラメータ▲▼は、前記した
（１）式を用いた方法で求める。

この場合、各光学素子群18a〜18dのλ/4板と検光子の各
ミューラー行列が同式中の▲▼、▲▼に対応す
る。そして光学素子群18aのλ/4板と検光子の回転角を
それぞれ０、０に、同じく光学素子群18bのそれを０、
π/2に、同じく光学素子群18cのそれをπ/4、π/4に、
同じく光学素子群18dのそれを０、π/4にそれぞれ設定
することにより、光検出器19a〜19dで検出される入射光
Pd₁〜Pd₄の各光量が前記した（２）〜（５）式中のPd₁
〜Pd₄に相当する。従って、反射光Pcのストークスパラ
メータ▲▼は、前記（６）式を演算することにより
求められる。

一方、光ディスクの反射面25₁のミューラー行列は、前
記した（７）式を用いた方法で行なう。この場合、反射
面25₁の照射位置のミューラー行列が同式中の▲▼
に相当する。そして偏光子13、λ/4板14の各回転角
θ₅、θ₆を１）θ₅=０、θ₆=０２）θ₅=π/2、θ₆=０３）θ₅=λ/4、θ₆=λ/4 ４）θ₅=０、θ₆=λ/4 の各状態に順次設定する。θ₅、θ₆を１）〜４）の各設
定にしたとき得られる各照射光Pb₁〜Pb₄を反射面の同一
照射位置に照射して得られる反射光Pcの各ストークスパ
ラメータを▲▼〜▲▼とすると、これらは
前記した（８）〜（11）式中の各ストークスパラメータ
▲▼〜▲▼に相当する。

次に、実際の測定例を説明する。

光ディスク25の反射面25₁の所定領域には螺旋状のトラ
ック25₂が形成されており、その一周分を第２図に示
す。

信号処理装置33は、回転情報信号S₅、位置信号S₆をそれ
ぞれ入力してトラック25₂に沿ってトラッキング制御さ
れた照射ポイントのトラッキング位置及び回転角度等の
位置情報を検出し、この照射ポイントが照射位置A₀に至
ったとき、回転角指令信号S₄を出力してピックアップ35
内の偏光子13、λ/4板14の各回転角θ₅、θ₆をそれぞれ
θ₅=０、θ₆=０にセットする。そして照射ポイントが予
め設定された回転角に対応する各照射位置A₁〜A_n-1に至
ったとき、それらの各位置で検出される光検出器19a〜1
9dの入射光量データを、これらの位置情報と共に信号処
理装置内のメモリーに逐次記憶する。そして、照射位置
A₀と同回転角にあるAnに至ったとき、トラックジャンプ
指令信号S₃を出力して照射ポイントを１トラツクジャン
プさせて再びA₀に戻す。これと同時に、回転角指令信号
S₄を出力してピックアップ35内の偏光子13、λ/4板14の
各回転角θ₅、θ₆をそれぞれθ₅=π/2、θ₆=０にセット
する。そして再び、照射ポイントが各照射位置A₁〜A_n-1
に至ったとき、それらの位置で検出される光検出器19a
〜19dの入射光量データを位置情報と共に記憶する。同
様にして、偏光子とλ/4板の各回転角θ₅、θ₆をそれぞ
れθ₅=π/4、θ₆=π/4の、またθ₅=０、θ₆=π/4の各状
態に設定した時の各照射位置A₁〜An_n-1での入射光量デ
ータを位置情報と共それぞれ記憶する。

以上の測定を行なうことにより、信号処理装置33内のメ
モリーは、偏光子13、λ/4板14の各回転角θ₅、θ₆を、
前記１）〜４）の条件に設定した時の各照射位置A₁〜A
_n-1での入射光量データを位置情報と共に記憶する。

以上の測定を行った後、信号処理装置33は、更にこれら
記憶された入射光量データを基に演算処理を行ない、光
ディスクの各照射位置A₁〜A_n-1のミューラー行列を算出
する。

例えば、照射位置A₁のミューラー行列は、以下のように
演算して求められる。

信号処理装置33は、偏光子13、λ/4板14の各回転角
θ₅、θ₆を前記１）の条件に設定したときの入射光Pd₁
〜Pd₄の入射光量データをメモリーから引出し、前記
（６）式の演算を行って、反射光Pcのストークスパラメ
ータ▲▼を求める。同様にして、上記各回転角θ
₅、θ₆を前記２）〜４）の各状態に設定したときの各入
射光量データを順次メモリーから引出し、そのときの反
射光Pcの各ストークスパラメータ▲▼、▲
▼、▲▼をそれぞれ求める。次に、これら各スト
ークスパラメータをもとに前記（12）式を演算して照射
位置A₁のミューラー行列▲_１▼を求める。

同様にして、各照射位置A₂〜A_n-1に対応する入射光量デ
ータを逐次メモリーから引出し、前記（６）、（12）式
の演算を行ってこれらの位置におけるミューラー行列を求める。

34は、これらの測定結果を表示するディスプレイで、表
示方法として例えば、トラック位置、回転角情報と共に
これら測定結果をデジタル表示する方法や、これら位置
情報と測定結果に基づいて光ディスク面を色分け表示す
るグラフイック表示など、種々の方法が考えられるがこ
れらの詳細な説明は省略する。

尚、前記実施例ではトラック１周分の各照射位置でのミ
ューラー行列の測定方法を示したが、測定順序はこれに
限定されるものではない。トラック上の同一の照射位置
に前記した４種類の偏光特性を有する照射光を照射し、
その時各光検出器で検出される光量を求めることによ
り、ミューラー行列を求める演算が可能となるので、こ
れらの光量データを求める方法は、種々考えられること
は勿論である。

また、ピックアップ内に回転可能に保持された偏光子13
も、これに限定されるものではなく、例えば、λ/4板1
2、偏光子13のかわりに電圧により偏光面が回転するフ
ァラディ素子を用いてもよいなど、種々の態様が考えら
れる。

（発明の効果）本発明によれば、記録媒体としての光ディスクの実際の
使用状態で、サブストレート等のディスクの光学特性を
完全に測定することができる。従って、この測定結果を
分析することにより、光ディスクによる記録、再生時に
発生する種々のエラーの原因の追求に貢献する。また、
サブストレートの性能チェックや、光ディスクの良、不
良状態のチェックなど、種々の検査に用いることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図。第２図、第３
図、第４図は、本発明の説明に供する図をそれぞれ示
す。 10…レーザー、11…コリメータレンズ、12、14…λ/4
板、13…偏光子、15₁〜15₅…分光ミラー、16…全反射ミ
ラー、17…対物レンズ、18a〜18d…光学素子群、19a〜1
9d…光検出器、20…制御情報検出器、21…偏光子回転駆
動装置、22…λ/4板回転駆動装置、25…光ディスク、26
…スピンドルモータ、27…回転駆動回路、28…ピックア
ップ制御回路、29…フィルタ、30…ピックアップ駆動回
路、31…対物レンズ駆動回路、32…A/D変換器、33…信
号処理装置、34…ディスプレイ、35…ピックアップ、36
…ポテンシオメータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ディスクのミューラー行列を測定する装
置であり、該光ディスクに集束されたレーザー照射光を照射する手
段と、該照射光を選択的に４種類の偏光とする偏光設定手段
と、前記光ディスクからの反射光に基づいて、前記レーザー
照射光の照射ポイントのトラッキングを制御するトラッ
キング制御手段と、前記反射光に基づいて前記照射ポイントのフォーカスを
制御するフォーカス制御手段と、前記反射光を４の偏光成分に分ける偏光成分分割手段
と、前記偏光成分の光量をそれぞれ検出する４の光量検出手
段と、該４の光量検出手段で検出された光量データを記憶する
記憶手段と、少なくとも前記偏光設定手段と記憶手段を制御し、前記
光ディスクの同一の照射位置において、前記偏光設定手
段により選択された４種類の偏光の前記レーザー照射光
を照射し、各照射光毎に４つ、合計16の前記光量データ
を得るための制御手段と、前記16の前記光量データに基づいて前記光ディスクの前
記照射位置におけるミューラー行列を演算する演算手段
とからなることを特徴とするミューラー行列測定装置。
【請求項２】前記偏光成分分割手段は、前記反射光を４
の光路に分割する分光ミラー15₃、15₄、15₅と、該４の
光路上にそれぞれ配置され、前記反射光からそれぞれ異
なる偏光成分を検出する光学素子群18_a、18_b、18_c、18_d
から構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のミューラー行列測定装置。