JPH10274622A

JPH10274622A - 光ディスク基板の複屈折測定装置

Info

Publication number: JPH10274622A
Application number: JP3201598A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakagawa; 栄治中川
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】透明基板表面からの反射光があっても、透明
基板の複屈折量を正確に測定できる光ディスク基板の複
屈折測定装置を提供する。【解決手段】透明基板Ｄ１上に少なくとも反射層Ｄ２
を設けてなる光ディスクＤにおいて、透明基板側から測
定用光ビームｌ１を入射角度αで入射させて、透明基板
Ｄ１を透過して反射層Ｄ２で反射した反射光ｌ２２に基
づいて透明基板Ｄ１の複屈折量を測定する複屈折測定装
置Ａであって、測定用光ビームｌ１の光源１は、測定用
光ビームｌ１が透明基板Ｄ１を透過して反射層Ｄ２に至
る第１の光路長Ｌ１及び反射層Ｄ２から透明基板Ｄ１を
透過してその表面に至る反射光ｌ２２の第２の光路長Ｌ
２を合わせた光路長Ｌより短い可干渉距離を有する光ビ
ームを出力するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク基板の
複屈折（光学的異方性）を測定する光ディスク基板の複
屈折測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの透明基板は、主にポリカー
ボネート等の樹脂が用いられている。このために、この
樹脂で透明基板をディスク状に射出して成型する際、溶
融した樹脂を中心部から周囲へ放射状に押し出すときの
押出方向、押出速度がばらつくことにより、成型後の透
明基板には光学的異方性、即ち複屈折が発生する。

【０００３】そこで、成型後の透明基板の複屈折量を測
定して、光ディスクにおける記録再生に悪影響が生じな
い程度の複屈折量を有する透明基板のみを、光ディスク
の透明基板として用いることが求められる。勿論、再生
専用（ＲＯＭ）型光ディスクの構造はこの透明基板上に
反射層、保護層等が順次積層されてあり、また透明基板
にはスパイラルあるいは螺旋状に凹凸状の情報信号トラ
ックが形成されている。一方、記録再生用（ＲＡＭ）型
光ディスクの構造はこの透明基板上に記録層、反射層、
保護層等が順次積層されてあり、また透明基板にはグル
ーブ（溝）がスパイラルあるいは螺旋状に形成されてい
る。

【０００４】さて、こうした構造の光ディスクの透明基
板における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、反射層をもたない透明
基板単体に対して測定用レーザ光を垂直入射して、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、透過法は透明基板単体の複屈折量を正確
に測定することができるが、被測定透明基板上に反射層
等を張り合わせた光ディスクとして形成した後の、透明
基板の複屈折量を測定することはできない。

【０００５】一方、反射法は、光ディスクとして形成し
た後の透明基板の複屈折量を測定するものである。即
ち、測定用レーザ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。

【０００６】ところで、この反射法には、測定用レーザ
光を透明基板表面へ斜め照射した場合に、透明基板の表
面で反射した反射光と、透明基板を透過して反射層で反
射した反射光とが生じてしまい、これら２つの反射光は
測定用レーザ光の強い可干渉性のために容易に干渉して
しまうことになる。こうして、２つの反射光が干渉した
反射光が光検出器で検出されると、ここに干渉縞が生じ
てしまう問題がある。

【０００７】干渉縞は２つの反射光の振幅と位相差で決
定される。各反射光の振幅は反射層や透明基板の屈折率
から求めることが可能であり、また、２つの反射光の位
相差は主として透明基板の基板厚で決定されてしまう。

【０００８】この反射法で用いられる測定用レーザ光の
波長は、約６００〜約８００ｎｍである。従って、透明
基板が全面にわたってｎｍのオーダで管理されているな
らば、２つの反射光の干渉の影響は、正確に推定でき
る。しかし、実際の厚さ測定においては、測定した個所
の厚さは、例えば０．６ｍｍの厚さであって、その厚さ
のばらつきは、通常μｍの単位となり、レーザの波長よ
り大きくなる。よって、２つの反射光の干渉の大きさが
測定場所によって大きく変化し、全く推定できない。従
って、２つの光の干渉による光量の増加、または減少に
よる変動分を検出光から正確に排除することができず、
反射光が互いに干渉するような測定系を用いる従来法に
おいては、基板の複屈折を正しく測定できない。

【０００９】一方、前記したように、反射法を用いて複
屈折を測定する場合には、透明基板に対して垂直方向に
光源と光検出器を配置することが理想であるが、この状
態は物理的に困難であるので、完全な垂直入射の測定は
出来ない。このため、測定用レーザ光と反射光とが物理
的に分離できるように、測定用レーザ光の入射角度を垂
直から傾けたり、あるいは何点か入射角度を変えた測定
を行い、垂直入射時の複屈折量を近似する反射法がとら
れてきた。

【００１０】しかしながら、こうした反射法により複屈
折を測定する場合は、前述したように、２つの反射光の
干渉による悪影響（干渉縞）が発生する。そして、この
干渉光から、基板表面から反射する不要な反射光を分離
するためには、測定用レーザ光のビーム径を小さくする
か、その入射角度を大きくするしかない。ビーム径は通
常数ｍｍであり、この径をあまり小さくすることは難し
い。また、複屈折は入射角度依存性が強いため、あまり
入射角度を大きくしてしまうと、垂直入射時の複屈折量
を近似することが困難になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した反
射法において、２つの反射光が干渉することによって干
渉縞が発生し、透明基板の複屈折量を正確に求めること
ができない課題を解消するためのものであり、光ビーム
を出射する光源として、２つの反射光が干渉しないよう
なものを用いることによって、透明基板の複屈折量を精
度良く測定することが可能な光ディスク基板の複屈折測
定装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明は下記（１）〜（４）の構成になる光デ
ィスク基板の複屈折測定装置を提供する。

【００１３】（１）図１，図２に示すように、透明基
板Ｄ１上に少なくとも反射層Ｄ２を設けてなる光ディス
クＤにおいて、透明基板側から測定用光ビームｌ１を所
定の入射角度αで入射させて、透明基板Ｄ１を透過して
反射層Ｄ２で反射した反射光ｌ２２に基づいて前記透明
基板Ｄ１の複屈折量を測定する複屈折測定装置Ａであっ
て、前記測定用光ビームｌ１の光源１は、前記測定用光
ビームｌ１が前記透明基板Ｄ１を透過して反射層Ｄ２に
至る第１の光路長Ｌ１及び反射層Ｄ２から前記透明基板
Ｄ１を透過してその表面に至る前記反射光ｌ２２の第２
の光路長Ｌ２を合わせた光路長Ｌより短い可干渉距離を
有するのとしたことを特徴とする光ディスク基板の複屈
折測定装置。

【００１４】上記した（１）に記載の光ディスク基板の
複屈折測定装置Ａは、次の理由によって成立している。
即ち、一般に、可干渉性のある２つの光の振幅をａ₁，
ａ₂としたとき、この２つの光の振幅を合わせたときの
光の強度Ｉは、Ｉ＝ａ₁ ²＋ａ₂ ²＋２ａ₁・ａ₂・ｃｏｓΔ …………… （式１）で示される。ここで、ａ₁：第１の反射光ｌ２１を光検出したときの
振幅ａ₂：第２の反射光ｌ２２を光検出したときの振幅 Δ：第１，第２の反射光ｌ２１，ｌ２２の光路差によっ
て生じる光学的位相差この（式１）から分かるように、位相差Δの値によっ
て、光の強度Ｉは、±２ａ₁・ａ₂値が変化する。

【００１５】一般に、光ディスクＤの透明基板Ｄ１はポ
リカーボネート樹脂基板で形成されており、この透明基
板Ｄ１は射出成形等の手段によって形成されるため、透
明基板Ｄ１の厚みのむらを光の波長（ｎｍ単位）で制御
することは困難である。従って、干渉項（２ａ₁・ａ₂
・ｃｏｓΔ）の影響は全くランダムに発生すると考えて
良い。もし、この干渉項がなければ、光の強度Ｉは、第
１，第２の反射光ｌ２１，ｌ２２の光の強度の和（ａ₁
²＋ａ₂ ²）だけで表されることになる。発明者は透明
基板Ｄ１の厚さがｍｍ単位の精度であることに着目し、
測定用光ビームｌ１の可干渉距離がこれ以下になれば、
上記した干渉項が消去できるとしたのである。

【００１６】（２）反射光の光量を検出する検出器６
と、この検出器６の出力から、前記透明基板の表面から
の反射光の光量の出力分を差し引く回路７とを有するこ
とを特徴とする請求項１記載の光ディスク基板の複屈折
測定装置。

【００１７】（３）前記光源として、マルチモードレ
ーザ光源を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載
の光ディスク基板の複屈折測定装置。

【００１８】このように、可干渉距離の短い測定用光ビ
ームｌ１を照射する光源として、多数波長のレーザ光を
出射するマルチモードレーザを用いたことによって、こ
のレーザの縦モード（各波長のレベル）が増すにつれて
可干渉距離も次第に短くなるために、上記した干渉項
（２ａ₁・ａ₂・ｃｏｓΔ）が消去できるのである。

【００１９】（４）前記光源として、単一波長のレー
ザ光を出射するシングルモードレーザ光の駆動電流に高
周波信号を重畳してマルチモード化した光源１を用いた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光ディスク基板
の複屈折測定装置。

【００２０】このように、レーザの駆動電流に高周波電
流を重畳することでレーザの可干渉距離が短くなるか
ら、上記した干渉項（２ａ₁・ａ₂・ｃｏｓΔ）が消去
できるのである。

【００２１】

【発明の実施の態様】以下、本発明の光ディスク基板の
複屈折測定装置について、図１〜図５を参照して説明す
る。図１，図２はそれぞれ本発明の光ディスク基板の複
屈折測定装置を用いて複屈折の測定を説明するための
図、図３は複屈折量の異なる光ディスク基板を測定した
ときに理想的に得られる複屈折測定検出出力波形図、図
４は複屈折量の同じ光ディスク基板を従来の光ディスク
基板の複屈折測定装置を用いて実測した結果得られた複
屈折測定検出出力波形図、図５は複屈折量の同じ光ディ
スク基板を本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置を
用いて実測した結果得られた複屈折測定検出出力波形図
である。

【００２２】本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置
は、大略、周知の反射法を用いるものであり、その光源
として、測定用光ビームが透明基板を透過して反射層に
至る光路長及び反射層から透明基板を透過してその表面
に至る反射光の光路長を合わせた光路長より短い可干渉
距離を有する光ビームを出力するものを用いたことに特
徴があるものであり、これ以外の構成は反射法と同様な
ものである。これにより、透明基板の表面から反射する
反射光と透明基板を透過して反射層で反射する反射光と
を合わせても干渉縞が発生ぜず、透明基板を透過して反
射層で反射する反射光の複屈折量を正確に測定すること
が可能となる利点を有するものである。以下、本発明の
光ディスク基板の複屈折測定装置について、複屈折測定
装置Ａの構成及びその動作の順に説明する。

【００２３】［複屈折測定装置Ａの構成］本発明の光デ
ィスク基板の複屈折測定装置Ａは、図１，図２に示すよ
うに、被測定光ディスクＤを構成する透明基板Ｄ１表面
上の垂線ｃを中心として、その両側に入射光学系１０と
反射光学系２０とが設けられている。入射光学系１０は
反射光学系２０を中心として、光ディスクＤの半径方向
ａａ、円周方向ａｂの所定の測定位置に移動可能であ
る。

【００２４】この入射光学系１０は、測定用光ビームｌ
１を被測定光ディスクＤの表面の透明基板Ｄ１に対し
て、所定の入射角度αをもって斜めに照射する。この照
射によって、透明基板Ｄ１の表面から反射した反射光ｌ
２１及び透明基板Ｄ１を透過して反射層Ｄ２で反射した
反射光ｌ２２は１本の反射ビームｌ２として反射光学系
２０に入射する。

【００２５】図２に示すように、この入射光学系１０
は、光源１、偏光子２、λ／４波長板３から主に構成さ
れ、また、前記した反射光学系２０は、検光子４、集光
レンズ５、検出器６、回路７から主に構成される。回路
７は、検出器６の出力から、前記透明基板の表面からの
反射光の光量の出力分を差し引く回路である。この光源
１は、測定用光ビームｌ１が透明基板Ｄ１を透過して反
射層Ｄ２に至る光路長Ｌ１及び反射層Ｄ２から透明基板
Ｄ１を透過してその表面に至る第２の反射光ｌ２２の光
路長Ｌ２を合わせた光路長Ｌより短い可干渉距離を有す
る測定用光ビームを出力するものである。

【００２６】［複屈折測定装置Ａの動作］次に、上述し
た構成の複屈折測定装置Ａを用いて、実際に、光ディス
クＤの透明基板Ｄ１の複屈折量を測定することについて
説明する。

【００２７】まず、光源１から出射する測定用光ビーム
ｌ１は偏光子２、λ／４波長板３を介した後、円偏光状
態で被測定光ディスクＤの透明基板Ｄ１に照射される。
この照射によって、透明基板Ｄ１の表面から反射した反
射光ｌ２１及び複屈折により楕円偏光状態となった反射
層Ｄ２から反射した反射光ｌ２２は反射ビームｌ２とし
て、検光子４、集光レンズ５を介した後に、検出器６に
入射される。

【００２８】ここで、検光子４を反射光Ｌ２の光軸の回
りに０°〜３６０°回転して、検出器６でこの時の検出
器出力を測定する。この検出器出力は、反射光ｌ２１及
び反射ビームｌ２を合わせたものである。反射光ｌ２１
と反射ビームｌ２の間には干渉は生じないので反射光ｌ
２１を評価することができる。そして、回路７に検出器
６の出力から反射光ｌ２１を計算により差し引き、反射
光ｌ２２を得る。反射光ｌ２２の検出器６の角度による
変化により、最大値Ｉmax 、および最小値Ｉmin が求ま
る。これにより、複屈折量ｂr は、

【数１】 …………… （式２）で求められる。

【００２９】検光子４を回転させて得られる検出器６の
出力は楕円偏光した光の電気ベクトルの振動の軌跡に他
ならない。一般に、楕円偏光した光の電気ベクトルの振
動の軌跡は、

【数２】 …………… （式３）で表される。但し、ａ_x，ａ_yは、電気ベクトルＥ_x、
Ｅ_yの振幅。

【００３０】ところで、本発明装置を用いた複屈折量の
測定では、ａ_x＝ａ_yとなるような測定用光ビームｌ１
を使っている。こうして、ａ_x＝ａ_y＝１とすれば、上
記した（式３）は、

【数３】 …………… （式４）となる。

【００３１】この楕円は１辺の長さ２の正方形に内接
し、楕円の長軸ａと短軸ｂは、

【数４】 …………… （式５）の関係を満たしている。

【００３２】従って、本発明装置を用いて測定される複
屈折量の値は、Ｉmax ＝ａ²，Ｉmin ＝ｂ²であるか
ら、Ｉmax ＋Ｉmin ＝const.という条件が付加される。

【００３３】図３は、それぞれ異なる複屈折を持つ３つ
のサンプルに対する検出器６の出力結果を示す。ここ
で、干渉の項は、ゼロとして理想化されている。図３に
おいて、横軸は、検光子４の回転角、縦軸は、検出器６
の出力である。図３は、複屈折の計算結果を示し、干渉
の項をゼロとしたので、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ
の各複屈折値は、第１、第２の反射光Ｌ２１、Ｌ２２の
干渉による直流分の変動がない。従って、各特性値のピ
ーク値は相違するが、それらの基準レベルは同一であ
る。

【００３４】図4は、従来技術の複屈折測定装置による
測定結果を示す。本発明と、従来技術の複屈折測定装置
を比較するために、Ｈｅ−Ｎｅレーザを光源とする従来
技術の複屈折測定装置で、光ディスクの測定を行った。
Ｈｅ−Ｎｅレーザの可干渉距離は約３００ｍｍ〜６００
ｍｍであり、光路差Ｐより大きい。ここで第１、第２の
反射光Ｌ２１，Ｌ２２の間に干渉が生じる。かくして、
光ディスクの複屈折は、正確に測定できない。

【００３５】図４において、横軸は、検光子４の回転
角、縦軸は検出器６の出力である。複屈折測定は、おお
よそ同一の複屈折を示す、光ディスクの円周方向に沿っ
た３点で行った。図４に示すように、測定値は、６０ｎ
ｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍと互いに異なる値となり、大き
い直流変動分を持っている。これは、第１、第２の反射
光Ｌ２１，Ｌ２２の間の干渉に、更に透明基板Ｄ１の厚
さのばらつきの影響が、重なったものと考えられる。従
って、この場合、複屈折の正しい値が得られない。

【００３６】一方、本発明において、複屈折測定装置３
０は、透明基板Ｄ１に厚さのむらがあっても、反射光Ｌ
２１，Ｌ２２の間に干渉がなければ、光ディスクの複屈
折を正確に測定できる。次にそれを述べる。

【００３７】本発明の複屈折測定装置３０は、多数の発
光波長を持ち、可干渉距離が１ｍｍであるマルチモード
の半導体レーザを光源１に用いる。透明基板Ｄ１の厚さ
が０．６ｍｍのとき、光路差は、約１．９ｍｍである。
これは、透明基板Ｄ１の厚さを２倍し、その屈折率１．
５８を掛けることで得られる。すなわち、可干渉距離１
ｍｍは、光路差１．９ｍｍより小さい。従って、第１、
第２の反射光Ｌ２１，Ｌ２２は互いに干渉しない。検出
器６により検出される反射光Ｌ２は、第１、第２の反射
光Ｌ２１，Ｌ２２の単なる混合である。第１の反射光Ｌ
２１は、透明基板Ｄ１の表面反射を用いて、正確に算出
できるから、反射光Ｌ２から第１反射光Ｌ２１を差し引
けば、透明基板Ｄ１の厚さばらつきは、複屈折の値に影
響しないから、複屈折の正確な値が得られる。

【００３８】シングルモードの半導体レーザの発振を、
駆動電流に約４００Ｍｈｚの高周波を重畳することによ
って、マルチモード発振に変えることができる。この方
法によって、第１、第２反射光Ｌ２１，Ｌ２２の間の干
渉は生じない。即ち、複屈折を正確に測定できる。

【００３９】図５において、本発明の複屈折測定装置３
０を用いて、光ディスクＤの円周に沿って３回場所を変
えて測定した。測定に用いたディスクは、図４にて用い
たものと同一である。図５において、測定された複屈折
の曲線は、互いに一致している。複屈折値は７５ｎｍが
得られた。これは、第１、第２反射光Ｌ２１，Ｌ２２間
の干渉がないので、測定場所において、光ディスクＤの
厚さが異なるにも拘らず、複屈折測定が正確に行われた
ことの証明である。このように、光源１を改良すること
により、複屈折の測定が正確に行われる。

【００４０】

【発明の効果】上述した構成を有する本発明の光ディス
ク基板の複屈折測定装置によれば、特に、その光源とし
て、測定用光ビームが透明基板を透過して反射層に至る
光路長及び反射層から透明基板を透過してその表面に至
る反射光の光路長を合わせた光路長より短い可干渉距離
を有する光ビームを出力するものを用いたので、従来の
反射法を用いた測定の大きな誤差要因となっていた２つ
の反射光の干渉の影響を除去することができ、透明基板
表面からの反射光があっても、透明基板の複屈折量を正
確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置を用
いて複屈折の測定を説明するための図である。

【図２】本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置を用
いて複屈折の測定を説明するための図である。

【図３】本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置を用
いて理想的に得られる複屈折測定検出出力波形図であ
る。

【図４】従来の複屈折測定装置を用いた実測の結果得ら
れた複屈折測定検出出力波形図である。

【図５】本発明の光ディスク基板の複屈折測定装置を用
いた実測の結果得られた複屈折測定検出出力波形図であ
る。

【符号の説明】

１光源６検出器７回路ｌ２１，ｌ２２反射光Ａ複屈折測定装置Ｄ光ディスクＤ１透明基板Ｄ２反射層Ｌ光路長Ｌ１第１の光路長ｌ１測定用光ビームＬ２第２の光路長 α 入射角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に少なくとも反射層を設けてな
る光ディスクにおいて、透明基板側から測定用光ビーム
を所定の入射角度で入射させて、透明基板を透過して反
射層で反射した反射光に基づいて前記透明基板の複屈折
量を測定する複屈折測定装置であって、前記測定用光ビームの光源は、前記測定用光ビームが前
記透明基板を透過して反射層に至る第１の光路長及び反
射層から前記透明基板を透過してその表面に至る前記反
射光の第２の光路長を合わせた光路長より短い可干渉距
離を有するものとしたことを特徴とする光ディスク基板
の複屈折測定装置。
【請求項２】反射光の光量を検出する検出器と、この検出器の出力から、前記透明基板の表面からの反射
光の光量の出力分を差し引く回路とを有することを特徴
とする請求項１記載の光ディスク基板の複屈折測定装
置。
【請求項３】前記光源として、マルチモードレーザ光源
を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の光ディ
スク基板の複屈折測定装置。
【請求項４】前記光源として、シングルモードレーザ光
の駆動電流に高周波信号を重畳してマルチモード化した
光源を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の光
ディスク基板の複屈折測定装置。