JPS63289429A - 複屈折測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は複屈折測定器に関し、特に光ディスクなどの透
明基板の複屈折量を簡単に検出できる複屈折測定器に関
する。

（従来の技術） 従来、第４図に示す如き構成の複屈折測定器が提案され
ている。

同図に於いて、１は半導体レーザ等のレーザ、４はλ／
４板　、８は光ディスクの透明基板等の被測定物で、所
定の厚さを有している。９は被測定物８からの光束の偏
光状態を検出する為に使用する検光子、７は検光子９を
通過した光を検出する受光器、１０はコリメータレンズ
を示している″。

レーザ１から射出した所定の偏光面を有する光は、コリ
メータレンズ１０により平行光束に変換され、この光束
はλ／４板４を通過することによりほぼ円偏光した光束
になる。

λ／４板４を介して得られた円偏光光束は、被測定物８
に斜め人射し、被測定物８内を通過することにより被測
定物８の複屈折性に応じて偏光状態が変化する。被測定
物８の裏面で反射され、被測定物８から出射した光束は
、検光子９を介して受光器７で受光される。この時、被
測定物８からの反射光束の内、特定の偏光成分の光のみ
が受光器７で検出されるのであるが、被測定物８の複屈
折を測定する為に、検光子９を光軸を回転軸として１回
転させて各偏光成分の光の光量を検出する必要がある。

この為、従来の測定器では、検光子９を回転させる駆動
機構が必要となり、装置構成が複雑で、製作コストも高
くなるという欠点を有していた。

又、検光子９の回転に従って、受光器７からの、　出力
信号をデータとして随時読み込まなければならない為、
測定が煩雑となり、且つ測定時間も長くなるという問題
点も生じていた。

（発明か解決しようとする問題点） 本発明は上記従来の測定器の問題点に鑑みてなされたも
のであり、構成が簡便で、簡単な方法により被測定物の
複屈折を測定できる複屈折測定器を提案することを目的
としている。

（問題点を解決するための手段） 被測定物に円偏光した光束を指向する光学手段と前記被
測定物からの被検光束を受ける１７４波長板と該１７４
波長板を通過し−た被検光束の中から特定の偏光成分の
光を選択的に取出す偏光分離手段と前記特定の偏光成分
の光を受光する受光手段と該受光手段からの出力信号に
基づいて前記被測定物の複屈折を測定する測定手段とを
有することである。

特に本発明は光源と該光源から射出した光束を直線偏光
光束に変換する偏光ビームスプリッタ−と前記直線偏光
光束を円偏光光束に変換する１／４波長板と前記円偏光
光束の光路中に被測定物を設置する為の支持手段と前記
被測定物を通過した光束を反射し、再度前記被測定物に
入射させる反射手段と前記被測定物を再度通過した光束
を前記１７４波長板と偏光ビームスプリッタ−を介して
検出する受光手段と該受光手段からの出力信号に基づい
て前記被測定物の複屈折を測定する測定手段とを有して
いることを特徴としている。

本発明の更なる特徴、異なる形態は以下に示す実施例よ
り明らかになるであろう。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す概略図である。同図に
於いて、１は半導体レーザ、２は半導体レーザ１から出
射した光束の断面形状な略円形にする為のビーム整形プ
リズム、３は偏光ビームスプリッタ−１４は１７４波長
板、５は集光レンズ、６は反射鏡で反射鏡６の鏡面は光
軸に対して垂直である。７は光電変換器等を有する受光
器、８は光ディスクの透明基板などの被測定物で、不図
示の支持手段により集光レンズ５と反射鏡６の間の光路
中に置かれている。又、５０は１７４波長板４を光軸の
回りに回転させる為の駆動機構、１００は測定手段で、
受光器７からの出力信号なＡ／Ｄ変換器等を介してデー
タとして取り込むものである。

半導体レーザ１から出射したレーザ光はビーム整形プリ
ズムにより光束断面な略円形となれ、偏光ビームスプリ
ッタ−３に入射する。

レーザ光は偏光ビームスプリッタ−３によってＰ−偏光
成分とＳ−偏光成分とに分離され、Ｐ−偏光成分は偏光
ビームスプリッタ−３を透過し、Ｓ−偏光成分は偏光ビ
ームスプリッタ−３で反射される。

従って、半導体レーザ１から出射したレーザ光の一部は
Ｐ−偏光成分のみの光として、即ち完全な直線偏光光束
として、被測定物８へ向かう。このＰ−偏光成分の光は
１７４波長板４を通過することにより円偏光光束に変換
され、集光レンズ５によって被測定物８に集光される。

被測定物８に入射した円偏光光束は被測定物８の複屈折
性の程度に応じて、所定の楕円率の楕円偏光光束となる
。

そして被測定物８を通過し、一旦被測定物８から出射し
た光束は反射鏡６により反射されて、同一光路を逆進し
て再度被測定物８に入射する。この再入射した光束は被
測定物８により再度偏光状態を変化せしめられる。

そして被測定物８から出射して元の光路を逆方向に進行
する光束（以下、被検光束と称す）は、再び集光レンズ
５．１７４波長板４を通過し、偏光ビームスプリッタ−
３に入射する。

被検光束は偏光ビームスプリッタ−３によりＰ−偏光成
分とＳ−偏光成分とに分離され、Ｓ−偏光成分の光のみ
が偏光ビームスプリッタ−３で反射されて光路を折り曲
げられることにより、受光器７へと指向される。

そして、受光器７では被検光束の内のＳ−偏光成分の光
を受光して、この光の光量を検出する。

この光量は周知の光電変換により電気信号とじて受光器
７から出力される。

受光器７で得られる電気信号（通常アナログ信号）は、
測定手段１００に久方されて、測定手段１００ではこの
信号に基づいて、例えばＡ／Ｄ変換等を行うことにより
データとして光電出力値をえる。このデータが後述する
様に被測定物８の複屈折を表わすものである。

光が単位時間あたりに単位面積の媒質を垂直に通過する
際の平均のエネルギーを光の強度と言う。この光強度を
Ｉ。とじ、媒質である空気の屈折率をｎ、レーザの光の
波としての最大振幅なＥとすると、偏光ビームスプリッ
タ−３に入射する光の強度Ｉ。は次式で表わされる。

１ｏ＝　　　　Ｅ２　　　　＝・・・・・・・（１）こ
こで、ＥＥＥ＝±Ｅｏとおくと（１）式はＩｏ　　＝　
ｌ　Ｅ　ＯＩ　２−−−−−−−−−　（２）となる。

又、被測定物８の複屈折による位相差をδ８と゛すると
、被測定物８を通過した後、偏光ビームスプリッタ−３
を介して受光器７に入射する光の強度■は次式で表わさ
れる。

従って、偏光ど一ムスプリッターへ入射する光の強度を
夏。とすれば、偏光ビームスプリッタ−３へ入射する光
と偏光ビームスプリッタ−３で反射した反射光との強度
比はＩ／Ｉｏで表わされる。

例えば、第１図に示す複屈折測定器に於いて、被測定物
８を設置する前の状態で反射鏡６で直接反射したレーザ
光を受光器７により受光し、その光強度Ｉ。を測定して
おく。続いて、被測定物８を測定器の光路中（予め定め
た測定位置）に設置し、被測定物８を通過して受光器７
で受光した光の強度■を測定する。そして、この２つの
データ１、Ｉｏから１／Ｉｏを求めることにより既知の
第２図に示す関係に基づいて位相差δ３が簡単に算出出
来る。

さて、第２図において曲線１はλ／４板のｆａｓｔ軸と
偏光ビームスプリッタ−３のＰ軸とのなす各θをθ＝π
／４に設けたときの強度変化である。

このとき２δ、＝６．００の位相ズレな有しているとす
るとＩ　／　Ｉ　ｏ　＝　０．７５であるが、単純に強
度からδ３を求めるときには、２δ８＝６００ｏｒ　３
０００ｏｒ−６０°等のいずれの値であるかは判別不能
である。

しかし、６００であるか３００°であるかは測定に使用
する光の波長を変化させることで区別がつく。

例えばＩ／ｌ０＝０．７５の測定値を与えた波長λ、の
光に対してλ２くλ１なる波長λ２の光を用いると、２
δ８の絶対値は必ず大きくなるから、このときＩ／Ｉｏ
が減少すれば第２図曲線１より２δ８＝６０°ｏｒ−６
０°である。一方、λ１の波長に対してλ／４板のｆａ
ｓｔ軸をθ＝π／６に設けたときの強度変化を第２図曲
線２としてしめす。これは、θ＝π／６に回転したとき
２δ８＝６０°と一６０°での強度変化の向きが逆であ
ることを示してあり、λ／４板４を回転させた時の強度
比■／Ｉ０が減少すれば、２δ３＝６０°で逆にＩ／１
．が増加すれば、２δ５＝−６０°であり、位相差２δ
８の正負が容易に判別できる。

この様に本実施例の測定器によれば、従来の如く駆動機
構が実質的に必要とならず、単に受光器７からの出力信
号を求めるだけで、被測定物８の複屈折を測定出来る。

従って図示する様に構成も簡便で、又、測定の高速化も
図れる。

第１図の実施例による複屈折測定器を用い、被測定物８
として厚さ１．２ｎ＋ｕ＋の光デイスク用ポリカーボネ
イト基板をＨｅ−Ｎ　、レーザにより測定したところ、
検出器７において強度比０．８５の値が得られた。

又、８３０ｎｍの半導体レーザで求めるとＩ／Ｉ。

＝　０．９２であった。よって第２図よりδｓ−２３ｏ
ｒ−２３であることがわかった。又、λ／４板４のｆ軸
をθ＝３０°とすることにより、Ｉ　／　Ｉ　Ｏが大き
く減少したのでδ５−２３であることが確認できた。

これによりディスク用ポリカーボネイト基板の位相差は
距離に直すと４０ｎＩＩ＋であることが算出された。

第３図は本発明の他の一実施例を示す概略図で本実施例
は第１図の実施例の機能向上を図ったものである。同図
において第１図と同じ部材には同じ番号が付してあり、
１１はモニター用検出器で、入射光の強度モニターとし
て用いる。偏光ビームスプリッタ−３によって偏光分離
された半導体レーザ１からの光束のＳ−偏光成分を、受
光器７とは別のモニター用検出器１１にて検知している
。一般に半導体レーザ１の光出力には微少な変動があり
、この光源出力の変動に依って、被測定物８からの反射
光の強度に変化が生じる。この為に本実施例では反射光
の強度変化に起因する測定誤差を無くす為に、モニター
用検出器１１により光源出力の変動を検出し、前述のデ
ータを求める際にモニター用検出器１１からの信号によ
りデータの規格化、又は補正を行なっている。

従って、第２図に示したグラフからも明らかなように、
前記被測定物８への入射光と反射光の強度比が０．０付
近及び１．０付近のときの要求される高精度の測定も可
能となる。

以上示した実施例では、所謂反射光検出タイプの複屈折
測定器を示しているが、例えば第１図に於いて反射鏡６
を用いずに被測定物を透過した透過光を直接１／４波長
板と偏光ビームスプリッタ−を介して受光しても良い。

この特注じる位相差はδ８であり、上記各実施例の同様
の方法によりＩ／１．を求めてδ８を算出することが出
来る。

但し、構成部品数の削減及び構成を簡便化する為には、
第１図や第３図に示す様な反射光検出タイプの系を構成
することが好ましい。　　・上記実施例では光束（厳密
には主光線）を被測定物８に垂直入射させている為、従
来の斜め入射（第４図参照）させる方式に於いて、被測
定物８での表面反射による光束の楕円率の変化が生じる
ことがなくなり、被測定物８の複屈折による楕円率変化
を正確に検出することが可能となった。

又、集光レンズ５により収斂光束を被測定物８に指向し
ている為、種々の入射角で被測定物８に入射した光線に
夫々位相差が生じた状態で、被検光束として受光器７で
受光される為、光線の入射角に依存しない平均的な複屈
折（或は位相差）率を検出することになり、実用上好ま
しい。

尚、集光レンズ５を使用せず、平行光束として被測定物
８に光束を入射させても構わないが、上記効果は得るこ
とは出来ない。

又、第１図と第３図に示す測定器に於いては、集光レン
ズ５による光束の集光位置と反射鏡６の鏡面位置とが一
致させてあり、この為、反射鏡６により反射された光束
を完全に同一光路を逆行する様な形態とすることが可能
となっている。

第１図と第３図に示す測定器に於いて、受光器７の前に
集光レンズを配し、光束を集光する形態とすれば、受光
器の光電変換面を小さく出来る。

又、集光レンズ５としてＮＡの小さいもの使用し、焦点
深度が深い光学系を構成することにより、被測定物８の
厚さが変化した場合にも、集光レンズ５による光束の集
光位置を反射鏡６の鏡面近傍に常に維持することが出来
る。

又、測定用光束の波長を変える為の構成とじては、光源
を例えばＨｅ−Ｎｅレーザ（λ−６３３ｒ＋ｍ）と半導
体レーザ（λ−８３０ｎｍ）とで交換可能な様に装置を
構成したり、或は光源として白色光源を用い、交換可能
な波長フィルタや分光器等を光路中に配置して行っても
良い。

更に、以上述べた実施例におけるように半導体レーザ１
等の光源の波長を変化させることにより、被測定物８の
位相差δ８を変化させて、そのときの強度比を検出し、
位相差量（δ、　ｏｒ　２π−δ３か）を求めることが
できる。

又、λ／４板のｆ軸を回転することにより位相差の正負
が判定できる。この他、前記位相差δ８の符号及び概略
値がわかっている場合には単波長光源で容易に測定がで
きる為、光デイスク用基板の製造過程に本発明を用いる
ことができる。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、被測定物を通過した被検光束を
１／４波長板と偏光ビームスプリッタ−等の偏光分離手
段を介して受光器で受光することにより、駆動機構を何
ら必要とせずに被測定物の複屈折を測定することが出来
る。

従って、装置構成が簡便となり、又、測定時の計算処理
も極めて容易であり、光ディスクの透明基板等の複屈折
を調べる際に、オンラインで高速測定を行うことも可能
となる。

又、測定用光束として異る波長の光を使用出来る様に構
成すれば、正確な位相差量を知ることも出来、一方、１
／４波長板を光軸回りに回転可能とすることにより位相
差量の正負の判別も容易に行える。

更に、上記実施例で示した様に光束を被測定物に垂直入
射させると共に反射鏡を用いて被検光束として被測定物
を２度通過したものを検出する様に構成すれば、測定感
度が向上し、又、測定器の系が光ディスクの記録再生光
学系と類似の構成となる為、被測定物として光ディスク
の透明基板を選ぶ場合、測定値の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は本発
明に係る位相差δ８と強度比１／Ｉｏの関係を示すグラ
フ、第３図は第１図の実施例を発展させた他の一実施例
を示す概略図、第４図は従来例の複屈折測定器を示す概
略図である。 図中、１は半導体レーザ、２はビーム整形プリズム、３
は偏光ビームスプリッタ−１４はλ／４板、５は集光レ
ンズ、６はミラー等の反射鏡、７は受光器、８は被測定
物、１１はモニター用検出器、５０はλ／４板を駆動す
る駆動機構、１００は測定手段である。 鵬　　　３　　　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に円偏光した光束を指向する光学手段と
   前記被測定物からの被検光束を受ける１／４波長板と該
   １／４波長板を通過した被検光束の中から特定の偏光成
   分の光を選択的に取出す偏光分離手段と前記特定の偏光
   成分の光を受光する受光手段と該受光手段からの出力信
   号に基づいて前記被測定物の複屈折を測定する測定手段
   とを有することを特徴とする複屈折測定器。
2. （２）前記円偏光の光束は前記被測定物の光入射面に対
   して垂直に入射することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の複屈折測定器。
3. （３）前記被測定物を透過した光束を反射せしめ、該反
   射した光束を再度被測定物に指向する反射手段を有し、
   且つ前記光学手段が前記１／４波長板と前記偏光分離手
   段を共有していることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の複屈折測定器。
4. （４）前記光学手段が、波長が異なる複数の光を選択的
   に前記被測定物に指向する手段を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の複屈折測定器。
5. （５）前記１／４波長板が、光軸を回転軸として回転可
   能に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の複屈折測定器。