JPH1130583A - 偏光解析装置 - Google Patents
偏光解析装置Info
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- JPH1130583A JPH1130583A JP9199253A JP19925397A JPH1130583A JP H1130583 A JPH1130583 A JP H1130583A JP 9199253 A JP9199253 A JP 9199253A JP 19925397 A JP19925397 A JP 19925397A JP H1130583 A JPH1130583 A JP H1130583A
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短い測定時間で高精度の測定が可能な偏光解
析装置。 【解決手段】 所定の偏光状態を有する光を試料に照射
し、試料から射出された光から検光子（４）を介して取
り出された直線偏光を検出する。検光子（４）は、入射
光の中心軸線（ＡＸ０）に対して所定の角度で傾いた軸
線（ＡＸ１）に沿って直線偏光を取り出すように構成さ
れ、中心軸線（ＡＸ０）を中心として検光子（４）を回
転させたときの上記傾いた軸線（ＡＸ１）の方向変化と
直線偏光の強度変化とに基づいて試料の偏光特性を測定
する。
析装置。 【解決手段】 所定の偏光状態を有する光を試料に照射
し、試料から射出された光から検光子（４）を介して取
り出された直線偏光を検出する。検光子（４）は、入射
光の中心軸線（ＡＸ０）に対して所定の角度で傾いた軸
線（ＡＸ１）に沿って直線偏光を取り出すように構成さ
れ、中心軸線（ＡＸ０）を中心として検光子（４）を回
転させたときの上記傾いた軸線（ＡＸ１）の方向変化と
直線偏光の強度変化とに基づいて試料の偏光特性を測定
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は偏光解析装置に関
し、特に所定の偏光状態の光を試料に照射しその反射光
または透過光の偏光状態を解析することによって試料の
偏光特性を測定する装置に関するものである。
し、特に所定の偏光状態の光を試料に照射しその反射光
または透過光の偏光状態を解析することによって試料の
偏光特性を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、試料の偏光特性の解析には、
エリプソメーターのような偏光解析装置が広く用いられ
ている。この種の偏光解析装置には様々なタイプがある
が、一般に広く用いられているタイプの偏光解析装置で
は、偏光子を介して形成した所定偏光状態の光を試料に
入射させ、その透過光または反射光を回転する検光子を
介して検出器で受光し、回転検光子を透過した直線偏光
の強度を検出する。そして、検光子の回転角と各回転角
における検出器の出力とに基づいて、試料からの光の偏
光状態を解析し、ひいては試料の偏光特性を測定する。
エリプソメーターのような偏光解析装置が広く用いられ
ている。この種の偏光解析装置には様々なタイプがある
が、一般に広く用いられているタイプの偏光解析装置で
は、偏光子を介して形成した所定偏光状態の光を試料に
入射させ、その透過光または反射光を回転する検光子を
介して検出器で受光し、回転検光子を透過した直線偏光
の強度を検出する。そして、検光子の回転角と各回転角
における検出器の出力とに基づいて、試料からの光の偏
光状態を解析し、ひいては試料の偏光特性を測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような回転検光
子型の従来の偏光解析装置において測定時間を短縮する
には、検光子を速く回転させながらその回転角をたとえ
ばエンコーダで正確にモニターするとともに、各回転角
における光強度を迅速にサンプリングする必要がある。
検光子の回転速度を大きくすること自体はそれほど難し
くないが、高速回転する検光子の回転角を正確にモニタ
ーすること、および各回転角における光強度を迅速にサ
ンプリングすることには困難が伴う。特に、光強度のサ
ンプリングに際しては、検出器からの出力信号をアンプ
で増幅し、増幅した信号をデジタル化して保存するとい
う作業が必要である。このため、光強度のサンプリング
の速度を向上させることには自ずと限界がある。
子型の従来の偏光解析装置において測定時間を短縮する
には、検光子を速く回転させながらその回転角をたとえ
ばエンコーダで正確にモニターするとともに、各回転角
における光強度を迅速にサンプリングする必要がある。
検光子の回転速度を大きくすること自体はそれほど難し
くないが、高速回転する検光子の回転角を正確にモニタ
ーすること、および各回転角における光強度を迅速にサ
ンプリングすることには困難が伴う。特に、光強度のサ
ンプリングに際しては、検出器からの出力信号をアンプ
で増幅し、増幅した信号をデジタル化して保存するとい
う作業が必要である。このため、光強度のサンプリング
の速度を向上させることには自ずと限界がある。
【０００４】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、短い測定時間で高精度の測定が可能な偏光解
析装置を提供することを目的とする。
のであり、短い測定時間で高精度の測定が可能な偏光解
析装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定の偏光状態を有する光を試
料に照射するための照射系と、前記所定の偏光状態の光
に対して前記試料から射出された光から直線偏光を取り
出すための検光子と、該検光子を介して取り出された直
線偏光を検出するための検出器とを備えた偏光解析装置
において、前記検光子は、該検光子への入射光の中心軸
線に対して所定の角度で傾いた軸線に沿って前記直線偏
光を取り出すように構成され、前記中心軸線を中心とし
て前記検光子を回転させたときの前記傾いた軸線の方向
変化と前記直線偏光の強度変化とに基づいて、前記試料
の偏光特性を測定することを特徴とする偏光解析装置を
提供する。
に、本発明においては、所定の偏光状態を有する光を試
料に照射するための照射系と、前記所定の偏光状態の光
に対して前記試料から射出された光から直線偏光を取り
出すための検光子と、該検光子を介して取り出された直
線偏光を検出するための検出器とを備えた偏光解析装置
において、前記検光子は、該検光子への入射光の中心軸
線に対して所定の角度で傾いた軸線に沿って前記直線偏
光を取り出すように構成され、前記中心軸線を中心とし
て前記検光子を回転させたときの前記傾いた軸線の方向
変化と前記直線偏光の強度変化とに基づいて、前記試料
の偏光特性を測定することを特徴とする偏光解析装置を
提供する。
【０００６】本発明の好ましい態様によれば、前記検出
器は、前記中心軸線を中心として前記検光子を回転させ
たときに前記検光子を介して入射する前記直線偏光を受
けるように配置された複数の受光素子を有し、前記中心
軸線を中心として前記検光子を回転させたときの前記検
出器の各受光素子の出力に基づいて、前記試料の偏光特
性を測定する。この場合、前記検光子は、ウォラストン
プリズムを有し、該ウォラストンプリズムへの入射光を
互いに直交する方位を有する２つの直線偏光に分割し、
少なくとも一方の直線偏光を前記検出器へ導くように構
成されていることが好ましい。さらにこの場合、前記検
光子は、前記２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を
前記検出器へ導くとともに、他方の直線偏光の前記検出
器への伝搬を遮るように構成されていることが好まし
い。
器は、前記中心軸線を中心として前記検光子を回転させ
たときに前記検光子を介して入射する前記直線偏光を受
けるように配置された複数の受光素子を有し、前記中心
軸線を中心として前記検光子を回転させたときの前記検
出器の各受光素子の出力に基づいて、前記試料の偏光特
性を測定する。この場合、前記検光子は、ウォラストン
プリズムを有し、該ウォラストンプリズムへの入射光を
互いに直交する方位を有する２つの直線偏光に分割し、
少なくとも一方の直線偏光を前記検出器へ導くように構
成されていることが好ましい。さらにこの場合、前記検
光子は、前記２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を
前記検出器へ導くとともに、他方の直線偏光の前記検出
器への伝搬を遮るように構成されていることが好まし
い。
【０００７】本発明の別の好ましい態様によれば、前記
中心軸線を中心として前記検光子を回転させたときに前
記検光子を介した前記直線偏光が通過するように間隔を
隔てて配置された複数の光透過部を有する光透過手段
と、前記光透過手段の各光透過部を通過した前記直線偏
光を前記検出器上に集光するための集光レンズとをさら
に備え、前記中心軸線を中心として前記検光子を回転さ
せたときの前記検出器の出力タイミングと前記検出器の
出力信号とに基づいて、前記試料の偏光特性を測定す
る。この場合、前記光透過手段は、円周状に所定の間隔
を隔てて配置された複数の光透過部を有することが好ま
しい。
中心軸線を中心として前記検光子を回転させたときに前
記検光子を介した前記直線偏光が通過するように間隔を
隔てて配置された複数の光透過部を有する光透過手段
と、前記光透過手段の各光透過部を通過した前記直線偏
光を前記検出器上に集光するための集光レンズとをさら
に備え、前記中心軸線を中心として前記検光子を回転さ
せたときの前記検出器の出力タイミングと前記検出器の
出力信号とに基づいて、前記試料の偏光特性を測定す
る。この場合、前記光透過手段は、円周状に所定の間隔
を隔てて配置された複数の光透過部を有することが好ま
しい。
【０００８】
【発明の実施の形態】回転検光子型の偏光解析装置の原
理については、ピー．エス．ホージおよびエフ．エイ
チ．ディルによる１９７３年のＩＢＭジャーナルのリサ
ーチ・デヴェロープ（P.S. Hauge and F.H. Dill, IBM
Journal, Research, Develop(1973)）や、川端による１
９８９年の第２７巻第３号の光技術コンタクトのページ
１３５や、ダヴリュ．ブッドによる１９６２年の第１巻
第３号のアプライドオプティクスのページ２０１（W. B
udde, Applied Optics, Vol.1, No.3(1962), p201 ）な
どを参照することができる。
理については、ピー．エス．ホージおよびエフ．エイ
チ．ディルによる１９７３年のＩＢＭジャーナルのリサ
ーチ・デヴェロープ（P.S. Hauge and F.H. Dill, IBM
Journal, Research, Develop(1973)）や、川端による１
９８９年の第２７巻第３号の光技術コンタクトのページ
１３５や、ダヴリュ．ブッドによる１９６２年の第１巻
第３号のアプライドオプティクスのページ２０１（W. B
udde, Applied Optics, Vol.1, No.3(1962), p201 ）な
どを参照することができる。
【０００９】以下、回転検光子型の偏光解析装置の一例
として、試料の表面に直線偏光を入射させその反射光の
偏光状態を解析することより試料表面の偏光特性を測定
する場合について説明する。このタイプの偏光解析装置
では、光源からの光が偏光子を介して直線偏光となり、
試料の表面に入射する。ここで、光の進む方向をｚ軸、
試料ｐ偏光の方向をｘ軸、試料ｓ偏光の方向をｙ軸と
し、偏光子の透過軸の方向すなわち直線偏光の方位をｘ
軸に対して４５°に設定する。この場合、試料に入射す
る直線偏光の偏光状態を表すジョーンズベクトルＡは、
次の式（１）で与えられる。
として、試料の表面に直線偏光を入射させその反射光の
偏光状態を解析することより試料表面の偏光特性を測定
する場合について説明する。このタイプの偏光解析装置
では、光源からの光が偏光子を介して直線偏光となり、
試料の表面に入射する。ここで、光の進む方向をｚ軸、
試料ｐ偏光の方向をｘ軸、試料ｓ偏光の方向をｙ軸と
し、偏光子の透過軸の方向すなわち直線偏光の方位をｘ
軸に対して４５°に設定する。この場合、試料に入射す
る直線偏光の偏光状態を表すジョーンズベクトルＡは、
次の式（１）で与えられる。
【数１】
【００１０】このとき、試料表面に入射したｘ軸方向の
直線偏光（ｐ偏光）およびｙ軸方向の直線偏光（ｓ偏
光）は、試料表面で反射しても偏光状態が変化しない。
したがって、試料表面の反射作用を表すジョーンズ行列
Ｂは、次の式（２）で与えられる。
直線偏光（ｐ偏光）およびｙ軸方向の直線偏光（ｓ偏
光）は、試料表面で反射しても偏光状態が変化しない。
したがって、試料表面の反射作用を表すジョーンズ行列
Ｂは、次の式（２）で与えられる。
【数２】 ここで、ρは、ｐ偏光の振幅反射率ｒｐとｓ偏光の振幅
反射率ｒｓとの比の絶対値、すなわち｜ｒｐ／ｒｓ｜で
ある。また、Δは、反射の際に発生するｐ偏光とｓ偏光
との位相差である。
反射率ｒｓとの比の絶対値、すなわち｜ｒｐ／ｒｓ｜で
ある。また、Δは、反射の際に発生するｐ偏光とｓ偏光
との位相差である。
【００１１】式（１）および式（２）より、試料表面か
らの反射光の偏光状態を表すジョーンズベクトルＣは、
次の式（３）で与えられる。
らの反射光の偏光状態を表すジョーンズベクトルＣは、
次の式（３）で与えられる。
【数３】 式（３）のジョーンズベクトルＣで表される偏光状態を
有する反射光から回転角θの検光子を介して取り出され
る直線偏光の強度Ｉ（θ）は、次の式（４）で与えられ
る。
有する反射光から回転角θの検光子を介して取り出され
る直線偏光の強度Ｉ（θ）は、次の式（４）で与えられ
る。
【００１２】
【数４】 ここで、検光子の回転角θは、検光子の透過軸がｘ軸と
重なるときにθ＝０となるように初期状態が設定されて
いる。
重なるときにθ＝０となるように初期状態が設定されて
いる。
【００１３】式（４）を参照すると、定数項の係数
Ｓ0 、 cos(2θ) の係数Ｓ1 、およびsin (2θ) の係数
Ｓ2 は、式（５）〜（７）で表される。 Ｓ0 ＝（ρ2 ＋１）／２ （５） Ｓ1 ＝（ρ2 −１）／２ （６） Ｓ2 ＝ρ・cos(Δ) （７）
Ｓ0 、 cos(2θ) の係数Ｓ1 、およびsin (2θ) の係数
Ｓ2 は、式（５）〜（７）で表される。 Ｓ0 ＝（ρ2 ＋１）／２ （５） Ｓ1 ＝（ρ2 −１）／２ （６） Ｓ2 ＝ρ・cos(Δ) （７）
【００１４】また、式（４）を参照すると、回転検光子
を透過する直線偏光の強度Ｉ（θ）は、検光子の回転角
θに対して正弦波状に変化することがわかる。したがっ
て、式（４）の強度Ｉ（θ）をθに関してフーリエ変換
することにより、定数項の係数Ｓ0 、 cos(2θ) の係数
Ｓ1 およびsin (2θ) の係数Ｓ2 が求まる。そして、求
められた係数Ｓ0 〜Ｓ2 より、ｐ偏光とｓ偏光との振幅
反射率の比ρおよび反射におけるｐ偏光とｓ偏光との位
相差Δを、次の式（８）および（９）にしたがってそれ
ぞれ求めることができる。
を透過する直線偏光の強度Ｉ（θ）は、検光子の回転角
θに対して正弦波状に変化することがわかる。したがっ
て、式（４）の強度Ｉ（θ）をθに関してフーリエ変換
することにより、定数項の係数Ｓ0 、 cos(2θ) の係数
Ｓ1 およびsin (2θ) の係数Ｓ2 が求まる。そして、求
められた係数Ｓ0 〜Ｓ2 より、ｐ偏光とｓ偏光との振幅
反射率の比ρおよび反射におけるｐ偏光とｓ偏光との位
相差Δを、次の式（８）および（９）にしたがってそれ
ぞれ求めることができる。
【００１５】 ρ＝｛（Ｓ0 ＋Ｓ1 ）／（Ｓ0 −Ｓ1 ）｝1/2 （８） cos(Δ) ＝Ｓ2 ／｛（Ｓ0 ＋Ｓ1 ）（Ｓ0 −Ｓ1 ）｝1/2 （９） このように、回転検光子型の偏光解析装置では、検光子
の回転角θに対する光強度Ｉ（θ）に基づいて、試料か
らの光の偏光状態を解析し、ひいては振幅反射率の比ρ
や位相差Δのような試料の偏光特性を測定することがで
きる。
の回転角θに対する光強度Ｉ（θ）に基づいて、試料か
らの光の偏光状態を解析し、ひいては振幅反射率の比ρ
や位相差Δのような試料の偏光特性を測定することがで
きる。
【００１６】上述のような動作原理を有する偏光解析装
置において、従来技術では回転検光子としてグラントム
ソンプリズム等を用いていたが、本発明では回転検光子
としてたとえばウォラストンプリズムを用いている。換
言すれば、従来技術では検光子への入射光の中心軸線に
沿って直線偏光を取り出していたが、本発明では検光子
への入射光の中心軸線に対して所定の角度で傾いた軸線
に沿って直線偏光を取り出す構成を採用している。した
がって、検光子を回転させたときの上記傾いた軸線の方
向変化に基づいて、エンコーダなどの計測手段でモニタ
ーすることなく、検光子の回転角を検知することができ
る。
置において、従来技術では回転検光子としてグラントム
ソンプリズム等を用いていたが、本発明では回転検光子
としてたとえばウォラストンプリズムを用いている。換
言すれば、従来技術では検光子への入射光の中心軸線に
沿って直線偏光を取り出していたが、本発明では検光子
への入射光の中心軸線に対して所定の角度で傾いた軸線
に沿って直線偏光を取り出す構成を採用している。した
がって、検光子を回転させたときの上記傾いた軸線の方
向変化に基づいて、エンコーダなどの計測手段でモニタ
ーすることなく、検光子の回転角を検知することができ
る。
【００１７】具体的には、従来技術では１つの受光素子
からなる検出器を用いていたが、本発明では検出器の構
成として回転検光子を介して入射する直線偏光を受ける
ように配置された複数の受光素子を有する構成を採用す
ることができる。この構成の場合、直線偏光を受ける受
光素子の位置と検光子の回転角とが対応するので、検出
器の各受光素子の出力に基づいて検光子の回転角を検知
することができる。また、検出器の各受光素子について
それぞれ独立に且つ並列に信号処理を行うことができ
る。したがって、検光子を高速で回転させても、検出器
の各受光素子の出力に基づいて、検光子の回転角を高精
度にモニターするとともに、各回転角における光強度の
サンプリングを迅速に行うことができる。その結果、本
発明の偏光解析装置では、短い測定時間で高精度の測定
が可能となる。
からなる検出器を用いていたが、本発明では検出器の構
成として回転検光子を介して入射する直線偏光を受ける
ように配置された複数の受光素子を有する構成を採用す
ることができる。この構成の場合、直線偏光を受ける受
光素子の位置と検光子の回転角とが対応するので、検出
器の各受光素子の出力に基づいて検光子の回転角を検知
することができる。また、検出器の各受光素子について
それぞれ独立に且つ並列に信号処理を行うことができ
る。したがって、検光子を高速で回転させても、検出器
の各受光素子の出力に基づいて、検光子の回転角を高精
度にモニターするとともに、各回転角における光強度の
サンプリングを迅速に行うことができる。その結果、本
発明の偏光解析装置では、短い測定時間で高精度の測定
が可能となる。
【００１８】また、本発明の別の具体的態様によれば、
回転検光子を介した直線偏光が通過するようにたとえば
円周状に間隔を隔てて配置された複数の光透過部を設
け、各光透過部を通過した直線偏光を検出器上に集光す
る構成を採用することもできる。この構成の場合、直線
偏光が通過する光透過部の位置と検光子の回転角とが対
応するので、検光子を回転させたときの検出器の出力タ
イミングに基づいて検光子の回転角を検知することがで
きる。したがって、検光子を高速で回転させても、検出
器の出力タイミングに基づいて、検光子の回転角を高精
度にモニターすることができる。
回転検光子を介した直線偏光が通過するようにたとえば
円周状に間隔を隔てて配置された複数の光透過部を設
け、各光透過部を通過した直線偏光を検出器上に集光す
る構成を採用することもできる。この構成の場合、直線
偏光が通過する光透過部の位置と検光子の回転角とが対
応するので、検光子を回転させたときの検出器の出力タ
イミングに基づいて検光子の回転角を検知することがで
きる。したがって、検光子を高速で回転させても、検出
器の出力タイミングに基づいて、検光子の回転角を高精
度にモニターすることができる。
【００１９】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる偏
光解析装置の全体構成を概略的に示す図である。また、
図２は、図１の偏光解析装置の要部構成を示す拡大図で
ある。図１および図２において、光の進む方向（図中水
平方向）をｚ軸、試料ｐ偏光の方向（紙面に垂直な方
向）をｘ軸、試料ｓ偏光の方向（図中鉛直方向）をｙ軸
としている。
いて説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる偏
光解析装置の全体構成を概略的に示す図である。また、
図２は、図１の偏光解析装置の要部構成を示す拡大図で
ある。図１および図２において、光の進む方向（図中水
平方向）をｚ軸、試料ｐ偏光の方向（紙面に垂直な方
向）をｘ軸、試料ｓ偏光の方向（図中鉛直方向）をｙ軸
としている。
【００２０】図１の偏光解析装置は、測定光を供給する
ための光源１を備えている。光源１からの光は、偏光子
２を介して所定の偏光状態を有する光１０となり、試料
３に入射する。図２においてさらに明瞭に示すように、
試料３を透過した光または試料３で反射された光１１
は、ウォラストンプリズムからなる検光子４に入射す
る。複屈折性の結晶からなるウォラストンプリズム４に
入射した光１１は、互いに直交する偏光方位を有する２
つの直線偏光に分割される。そして、一方の直線偏光１
２は軸線ＡＸ１に沿って集光レンズ５に入射し、他方の
直線偏光１３はウォラストンプリズム４の射出面に取り
付けられた遮蔽板６によって集光レンズ５への伝搬が遮
られる。
ための光源１を備えている。光源１からの光は、偏光子
２を介して所定の偏光状態を有する光１０となり、試料
３に入射する。図２においてさらに明瞭に示すように、
試料３を透過した光または試料３で反射された光１１
は、ウォラストンプリズムからなる検光子４に入射す
る。複屈折性の結晶からなるウォラストンプリズム４に
入射した光１１は、互いに直交する偏光方位を有する２
つの直線偏光に分割される。そして、一方の直線偏光１
２は軸線ＡＸ１に沿って集光レンズ５に入射し、他方の
直線偏光１３はウォラストンプリズム４の射出面に取り
付けられた遮蔽板６によって集光レンズ５への伝搬が遮
られる。
【００２１】軸線ＡＸ１に沿ってウォラストンプリズム
４から射出された直線偏光１２は、集光レンズ５を介し
て、検出器７に達する。検出器７は、図３に示すよう
に、円周状に配置された複数の受光素子７ａから構成さ
れている。したがって、集光レンズ５を介して集光され
た直線偏光１２は、検出器７の複数の受光素子のうちの
１つの受光素子上にスポット光を形成する。ここで、ウ
ォラストンプリズム４は、入射光１１の中心軸線ＡＸ０
を中心として回転可能に構成されている。また、軸線Ａ
Ｘ１は中心軸線ＡＸ０に対して所定の角度だけ傾いてい
る。そして、中心軸線ＡＸ０を中心としてウォラストン
プリズム４を回転させると、検出器７上に形成されるス
ポット光が円を描いて各受光素子上を移動するように構
成されている。
４から射出された直線偏光１２は、集光レンズ５を介し
て、検出器７に達する。検出器７は、図３に示すよう
に、円周状に配置された複数の受光素子７ａから構成さ
れている。したがって、集光レンズ５を介して集光され
た直線偏光１２は、検出器７の複数の受光素子のうちの
１つの受光素子上にスポット光を形成する。ここで、ウ
ォラストンプリズム４は、入射光１１の中心軸線ＡＸ０
を中心として回転可能に構成されている。また、軸線Ａ
Ｘ１は中心軸線ＡＸ０に対して所定の角度だけ傾いてい
る。そして、中心軸線ＡＸ０を中心としてウォラストン
プリズム４を回転させると、検出器７上に形成されるス
ポット光が円を描いて各受光素子上を移動するように構
成されている。
【００２２】したがって、中心軸線ＡＸ０を中心として
ウォラストンプリズム４を回転させると、ウォラストン
プリズム４の回転角に対応して、検出器７上に形成され
るスポット光の位置が、ひいてはスポット光を受光する
素子の位置が変化する。換言すれば、検出器７において
スポット光を受光した素子の位置に基づいて、すなわち
検出器７の各受光素子の出力に基づいて、エンコーダの
ような他の計測手段を用いることなく、ウォラストンプ
リズム４の回転角を高精度に検出することができる。
ウォラストンプリズム４を回転させると、ウォラストン
プリズム４の回転角に対応して、検出器７上に形成され
るスポット光の位置が、ひいてはスポット光を受光する
素子の位置が変化する。換言すれば、検出器７において
スポット光を受光した素子の位置に基づいて、すなわち
検出器７の各受光素子の出力に基づいて、エンコーダの
ような他の計測手段を用いることなく、ウォラストンプ
リズム４の回転角を高精度に検出することができる。
【００２３】こうして、検出器７の各受光素子の出力に
基づいて、検光子であるウォラストンプリズム４の各回
転角θにおける直線偏光１２の強度Ｉ（θ）を得ること
ができる。したがって、本発明の作用説明において詳述
したように、得られた光強度Ｉ（θ）をθに関してフー
リエ変換することにより、たとえばｐ偏光とｓ偏光との
振幅反射率の比ρや反射におけるｐ偏光とｓ偏光との位
相差Δのような試料３の偏光特性を測定することができ
る。
基づいて、検光子であるウォラストンプリズム４の各回
転角θにおける直線偏光１２の強度Ｉ（θ）を得ること
ができる。したがって、本発明の作用説明において詳述
したように、得られた光強度Ｉ（θ）をθに関してフー
リエ変換することにより、たとえばｐ偏光とｓ偏光との
振幅反射率の比ρや反射におけるｐ偏光とｓ偏光との位
相差Δのような試料３の偏光特性を測定することができ
る。
【００２４】以上のように、第１実施例の構成では、検
出器７において直線偏光１２を受光する素子の位置とウ
ォラストンプリズム４の回転角とが対応している。した
がって、エンコーダなどの計測手段でモニターすること
なく、検出器７の各受光素子の出力に基づいてウォラス
トンプリズム４の回転角を検知することができる。ま
た、検出器が１つの受光素子から構成されている従来技
術では、検光子の各回転角に応じて信号処理を順次行う
ので、検光子の回転速度を上げることが困難であった。
しかしながら、第１実施例の構成では、検出器７の各受
光素子についてそれぞれ独立に且つ並列に信号処理を行
うことができる。したがって、ウォラストンプリズム４
を高速で回転させても、検出器７の各受光素子の出力に
基づいて、ウォラストンプリズム４の回転角を高精度に
モニターするとともに、各回転角における光強度のサン
プリングを迅速に行うことができる。
出器７において直線偏光１２を受光する素子の位置とウ
ォラストンプリズム４の回転角とが対応している。した
がって、エンコーダなどの計測手段でモニターすること
なく、検出器７の各受光素子の出力に基づいてウォラス
トンプリズム４の回転角を検知することができる。ま
た、検出器が１つの受光素子から構成されている従来技
術では、検光子の各回転角に応じて信号処理を順次行う
ので、検光子の回転速度を上げることが困難であった。
しかしながら、第１実施例の構成では、検出器７の各受
光素子についてそれぞれ独立に且つ並列に信号処理を行
うことができる。したがって、ウォラストンプリズム４
を高速で回転させても、検出器７の各受光素子の出力に
基づいて、ウォラストンプリズム４の回転角を高精度に
モニターするとともに、各回転角における光強度のサン
プリングを迅速に行うことができる。
【００２５】また、上述のように、光強度のサンプリン
グに際して信号処理を並列に行うので、ウォラストンプ
リズム４を高速回転させることができる。したがって、
ウォラストンプリズム４を複数回回転させた後に光強度
のサンプリングを行うようにしても、測定時間をそれほ
ど要することなく、測定データの平均化をすることがで
き、さらに高い精度の測定を行うことが可能となる。
グに際して信号処理を並列に行うので、ウォラストンプ
リズム４を高速回転させることができる。したがって、
ウォラストンプリズム４を複数回回転させた後に光強度
のサンプリングを行うようにしても、測定時間をそれほ
ど要することなく、測定データの平均化をすることがで
き、さらに高い精度の測定を行うことが可能となる。
【００２６】さらに、検出器７のレスポンスに比べて十
分大きい速度でウォラストンプリズム４を連続回転させ
れば、円周状に配置された受光素子上を移動するスポッ
ト光の残像効果により、各受光素子にとっては１つの円
形の光領域が形成されるのと等価な状態になる。その結
果、各受光素子からの出力信号が時間的に定常状態にな
り、各受光素子のレスポンスに比べて十分大きい時間間
隔を隔てて光強度をサンプリングすれば、受光素子のレ
スポンスの影響を受けることなく信号を随時サンプリン
グすることができる。このとき、光強度のサンプリング
に際してウォラストンプリズム４を連続回転させている
ので、ウォラストンプリズム４の回転ムラなどの影響を
受けることなく、測定データの平均化をすることがで
き、さらに高い精度の測定を行うことが可能となる。
分大きい速度でウォラストンプリズム４を連続回転させ
れば、円周状に配置された受光素子上を移動するスポッ
ト光の残像効果により、各受光素子にとっては１つの円
形の光領域が形成されるのと等価な状態になる。その結
果、各受光素子からの出力信号が時間的に定常状態にな
り、各受光素子のレスポンスに比べて十分大きい時間間
隔を隔てて光強度をサンプリングすれば、受光素子のレ
スポンスの影響を受けることなく信号を随時サンプリン
グすることができる。このとき、光強度のサンプリング
に際してウォラストンプリズム４を連続回転させている
ので、ウォラストンプリズム４の回転ムラなどの影響を
受けることなく、測定データの平均化をすることがで
き、さらに高い精度の測定を行うことが可能となる。
【００２７】さらに、ウォラストンプリズム４を連続回
転させて残像効果を利用する場合、各受光素子への入射
光の光量が不足するときには、検出器７を構成する受光
素子の数を少なくし、各受光素子の受光面を大きくして
各受光素子が光を受ける時間を長くすることによって測
定を可能にすることができる。この場合、受光素子のレ
スポンスに比べて十分大きい速度でウォラストンプリズ
ム４を連続回転させると、ｉ番目の受光素子で検出され
る光強度Ｉi は、次の式（10）で表される。
転させて残像効果を利用する場合、各受光素子への入射
光の光量が不足するときには、検出器７を構成する受光
素子の数を少なくし、各受光素子の受光面を大きくして
各受光素子が光を受ける時間を長くすることによって測
定を可能にすることができる。この場合、受光素子のレ
スポンスに比べて十分大きい速度でウォラストンプリズ
ム４を連続回転させると、ｉ番目の受光素子で検出され
る光強度Ｉi は、次の式（10）で表される。
【００２８】
【数５】 ここで、θi は、図４に示すように、ｘ軸を基準とした
ｉ番目の受光素子の角度位置である。また、２εは、図
４に示すように、各受光素子の円弧状に延びる受光面の
拡がり角（円の中心Ｏと各受光素子の一端とを結ぶ線
と、円の中心Ｏと各受光素子の他端とを結ぶ線とがなす
角度）である。
ｉ番目の受光素子の角度位置である。また、２εは、図
４に示すように、各受光素子の円弧状に延びる受光面の
拡がり角（円の中心Ｏと各受光素子の一端とを結ぶ線
と、円の中心Ｏと各受光素子の他端とを結ぶ線とがなす
角度）である。
【００２９】式（10）を参照すると、検出器７を構成す
る受光素子の数を少なくした影響により、係数Ｓ1 およ
びＳ2 に補正係数｛ sin(2ε) ／２ε｝がかかってくる
ことがわかる。したがって、光強度Ｉi をθi に関して
フーリエ変換して得られた cos(2θi ) の係数Ｓ1'およ
びsin (2θi ) の係数Ｓ2'を補正係数｛ sin(2ε) ／２
ε｝で割れば、検出器７を構成する受光素子の数を少な
くした影響を補正した正確な測定が可能となる。
る受光素子の数を少なくした影響により、係数Ｓ1 およ
びＳ2 に補正係数｛ sin(2ε) ／２ε｝がかかってくる
ことがわかる。したがって、光強度Ｉi をθi に関して
フーリエ変換して得られた cos(2θi ) の係数Ｓ1'およ
びsin (2θi ) の係数Ｓ2'を補正係数｛ sin(2ε) ／２
ε｝で割れば、検出器７を構成する受光素子の数を少な
くした影響を補正した正確な測定が可能となる。
【００３０】なお、上述の第１実施例では、図２に示す
ように、遮蔽板６を用いて他方の直線偏光１３の検出器
７への伝搬を遮っている。しかしながら、遮蔽板６を取
り外し、他方の直線偏光１３を検出器７と同様の構成を
有する別の検出器で検出することもできる。また、遮蔽
板６を取り外し、他方の直線偏光１３を検出器７で直線
偏光１２と同様に検出することもできる。これらの構成
によれば、２つの直線偏光に基づいてより高精度の測定
が可能となる。また、上述の第１実施例では、検光子と
してウォラストンプリズム４を用いているが、入射光の
中心軸線に対して所定の角度で傾いた軸線に沿って直線
偏光を取り出すことのできる他の光学素子を用いること
もできる。
ように、遮蔽板６を用いて他方の直線偏光１３の検出器
７への伝搬を遮っている。しかしながら、遮蔽板６を取
り外し、他方の直線偏光１３を検出器７と同様の構成を
有する別の検出器で検出することもできる。また、遮蔽
板６を取り外し、他方の直線偏光１３を検出器７で直線
偏光１２と同様に検出することもできる。これらの構成
によれば、２つの直線偏光に基づいてより高精度の測定
が可能となる。また、上述の第１実施例では、検光子と
してウォラストンプリズム４を用いているが、入射光の
中心軸線に対して所定の角度で傾いた軸線に沿って直線
偏光を取り出すことのできる他の光学素子を用いること
もできる。
【００３１】さらに、上述の第１実施例では、図３およ
び図４に示すように、受光素子が円周状に配置された検
出器を用いている。しかしながら、このような構成の検
出器に代えて、たとえばＣＣＤなどのように画素が十分
小さい二次元撮像素子を用いることができる。この場
合、二次元撮像素子の撮像面上の光強度分布に基づい
て、検光子の回転角と各回転角における直線偏光の強度
を検出することができる。すなわち、検光子の各回転角
におけるスポット光の強度に基づく測定ばかりでなく、
検光子を連続回転させて残像効果により撮像面上に形成
される円形状の光領域の強度分布に基づく測定も同様に
可能となる。
び図４に示すように、受光素子が円周状に配置された検
出器を用いている。しかしながら、このような構成の検
出器に代えて、たとえばＣＣＤなどのように画素が十分
小さい二次元撮像素子を用いることができる。この場
合、二次元撮像素子の撮像面上の光強度分布に基づい
て、検光子の回転角と各回転角における直線偏光の強度
を検出することができる。すなわち、検光子の各回転角
におけるスポット光の強度に基づく測定ばかりでなく、
検光子を連続回転させて残像効果により撮像面上に形成
される円形状の光領域の強度分布に基づく測定も同様に
可能となる。
【００３２】図５は、本発明の第２実施例にかかる偏光
解析装置の要部構成を概略的に示す図である。図５に示
す要部構成以外の構成は、図１の第１実施例に示すとお
りである。第２実施例は、第１実施例と類似の構成を有
する。しかしながら、第２実施例では、回転検光子を介
した直線偏光が通過するように配置された複数の光透過
部を設け、各光透過部を通過した直線偏光を１つの受光
素子からなる検出器上に集光する点が第１実施例と基本
的に相違する。以下、第１実施例との相違点に着目し
て、第２実施例を説明する。
解析装置の要部構成を概略的に示す図である。図５に示
す要部構成以外の構成は、図１の第１実施例に示すとお
りである。第２実施例は、第１実施例と類似の構成を有
する。しかしながら、第２実施例では、回転検光子を介
した直線偏光が通過するように配置された複数の光透過
部を設け、各光透過部を通過した直線偏光を１つの受光
素子からなる検出器上に集光する点が第１実施例と基本
的に相違する。以下、第１実施例との相違点に着目し
て、第２実施例を説明する。
【００３３】第２実施例において、ウォラストンプリズ
ム４から射出された直線偏光は、光透過板８に入射す
る。光透過板８は、図５に示すように、円周状に間隔を
隔てて配置された複数の開口部を有する。そして、ウォ
ラストンプリズム４を回転させると、光透過板８に入射
した直線偏光が円を描いて各開口部上を移動するように
構成されている。こうして、光透過板８の複数の開口部
のうちの１つの開口部を通過した直線偏光は、集光レン
ズ９を介して、１つの受光素子からなる検出器１７上に
集光する。
ム４から射出された直線偏光は、光透過板８に入射す
る。光透過板８は、図５に示すように、円周状に間隔を
隔てて配置された複数の開口部を有する。そして、ウォ
ラストンプリズム４を回転させると、光透過板８に入射
した直線偏光が円を描いて各開口部上を移動するように
構成されている。こうして、光透過板８の複数の開口部
のうちの１つの開口部を通過した直線偏光は、集光レン
ズ９を介して、１つの受光素子からなる検出器１７上に
集光する。
【００３４】したがって、ウォラストンプリズム４を回
転させると、ウォラストンプリズム４の回転角に対応し
て、直線偏光が通過する光透過板８の開口部の位置が、
ひいては検出器１７の出力タイミングが変化する。換言
すれば、検出器１７の出力タイミングに基づいて、エン
コーダのような他の計測手段を用いることなく、ウォラ
ストンプリズム４の回転角を高精度に検出することがで
きる。
転させると、ウォラストンプリズム４の回転角に対応し
て、直線偏光が通過する光透過板８の開口部の位置が、
ひいては検出器１７の出力タイミングが変化する。換言
すれば、検出器１７の出力タイミングに基づいて、エン
コーダのような他の計測手段を用いることなく、ウォラ
ストンプリズム４の回転角を高精度に検出することがで
きる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検光子を高速で回転させても、検出器の各受光素子の出
力に基づいて、検光子の回転角を高精度にモニターする
とともに、各回転角における光強度のサンプリングを迅
速に行うことができる。その結果、本発明の偏光解析装
置では、短い測定時間で高精度の測定が可能となる。ま
た、本発明の別の局面によれば、検光子を高速で回転さ
せても、検出器の出力タイミングに基づいて、検光子の
回転角を高精度にモニターすることができるので、短い
測定時間で高精度の測定が可能となる。
検光子を高速で回転させても、検出器の各受光素子の出
力に基づいて、検光子の回転角を高精度にモニターする
とともに、各回転角における光強度のサンプリングを迅
速に行うことができる。その結果、本発明の偏光解析装
置では、短い測定時間で高精度の測定が可能となる。ま
た、本発明の別の局面によれば、検光子を高速で回転さ
せても、検出器の出力タイミングに基づいて、検光子の
回転角を高精度にモニターすることができるので、短い
測定時間で高精度の測定が可能となる。
【図１】本発明の第１実施例にかかる偏光解析装置の全
体構成を概略的に示す図である。
体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の偏光解析装置の要部構成を示す拡大図で
ある。
ある。
【図３】図１の検出器７を構成する複数の受光素子の配
置を示す図である。
置を示す図である。
【図４】図１の検出器７において受光素子の数を少なく
した構成を示す図である。
した構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例にかかる偏光解析装置の要
部構成を概略的に示す図である。
部構成を概略的に示す図である。
１ 光源 ２ 偏光子 ３ 試料 ４ ウォラストンプリズム（検光子） ５ 集光レンズ ６ 遮蔽板 ７、１７ 検出器 ８ 光透過板 ９ 集光レンズ
Claims (9)
- 【請求項１】 所定の偏光状態を有する光を試料に照射
するための照射系と、前記所定の偏光状態の光に対して
前記試料から射出された光から直線偏光を取り出すため
の検光子と、該検光子を介して取り出された直線偏光を
検出するための検出器とを備えた偏光解析装置におい
て、 前記検光子は、該検光子への入射光の中心軸線に対して
所定の角度で傾いた軸線に沿って前記直線偏光を取り出
すように構成され、 前記中心軸線を中心として前記検光子を回転させたとき
の前記傾いた軸線の方向変化と前記直線偏光の強度変化
とに基づいて、前記試料の偏光特性を測定することを特
徴とする偏光解析装置。 - 【請求項２】 前記検出器は、前記中心軸線を中心とし
て前記検光子を回転させたときに前記検光子を介して入
射する前記直線偏光を受けるように配置された複数の受
光素子を有し、 前記中心軸線を中心として前記検光子を回転させたとき
の前記検出器の各受光素子の出力に基づいて、前記試料
の偏光特性を測定することを特徴とする請求項１に記載
の偏光解析装置。 - 【請求項３】 前記検光子は、ウォラストンプリズムを
有し、該ウォラストンプリズムへの入射光を互いに直交
する方位を有する２つの直線偏光に分割し、少なくとも
一方の直線偏光を前記検出器へ導くように構成されてい
ることを特徴とする請求項２に記載の偏光解析装置。 - 【請求項４】 前記検光子は、前記２つの直線偏光のう
ちの一方の直線偏光を前記検出器へ導くとともに、他方
の直線偏光の前記検出器への伝搬を遮るように構成され
ていることを特徴とする請求項３に記載の偏光解析装
置。 - 【請求項５】 前記検出器は、第１の検出器と、第２の
検出器とを有し、 前記検光子は、前記２つの直線偏光のうちの一方の直線
偏光を前記第１の検出器へ導くとともに、他方の直線偏
光を前記第２の検出器へ導くように構成されていること
を特徴とする請求項２に記載の偏光解析装置。 - 【請求項６】 前記検出器は、円周状に配置された複数
の受光素子を有することを特徴とする請求項２乃至５の
いずれか１項に記載の偏光解析装置。 - 【請求項７】 前記検出器は、二次元的に配置された複
数の受光素子を有することを特徴とする請求項２乃至５
のいずれか１項に記載の偏光解析装置。 - 【請求項８】 前記中心軸線を中心として前記検光子を
回転させたときに前記検光子を介した前記直線偏光が通
過するように間隔を隔てて配置された複数の光透過部を
有する光透過手段と、 前記光透過手段の各光透過部を通過した前記直線偏光を
前記検出器上に集光するための集光レンズとをさらに備
え、 前記中心軸線を中心として前記検光子を回転させたとき
の前記検出器の出力タイミングと前記検出器の出力信号
とに基づいて、前記試料の偏光特性を測定することを特
徴とする請求項１に記載の偏光解析装置。 - 【請求項９】 前記光透過手段は、円周状に所定の間隔
を隔てて配置された複数の光透過部を有することを特徴
とする請求項８に記載の偏光解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9199253A JPH1130583A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 偏光解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9199253A JPH1130583A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 偏光解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1130583A true JPH1130583A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16404719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9199253A Pending JPH1130583A (ja) | 1997-07-09 | 1997-07-09 | 偏光解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1130583A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113574433A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-10-29 | 脸谱科技有限责任公司 | 使用空间变化偏振元件使偏振设备调准 |
| CN113588216A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种偏振片光学零位快速高精度定标装置和方法 |
-
1997
- 1997-07-09 JP JP9199253A patent/JPH1130583A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113574433A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-10-29 | 脸谱科技有限责任公司 | 使用空间变化偏振元件使偏振设备调准 |
| CN113574433B (zh) * | 2019-03-28 | 2023-07-04 | 元平台技术有限公司 | 使用空间变化偏振元件使偏振设备调准 |
| CN113588216A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种偏振片光学零位快速高精度定标装置和方法 |
| CN113588216B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-09-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种偏振片光学零位快速高精度定标装置和方法 |
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