(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定する非平面形状試料の複屈折測定装置であって、
光ビームを発する光源と、
前記光源からの光ビームを偏光とする偏光子と、
前記測定試料をセットされ、該測定試料の所望位置に前記偏光子を経由した光ビームが入射するように該測定試料の位置を変化させることができる試料ステージと、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持された検光子と、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持されており、前記測定試料から出射された光ビームを前記検光子を介して入射されると、該光を信号に変換する検知器と、
前記測定試料から出射された光ビームが前記検光子を介して前記検知器に入射するように前記検光子および前記検知器の位置を移動させることができる受光部位置駆動装置と、
前記測定試料から出射された光ビームが前記検知器に垂直に入射するように前記検光子および前記検知器の角度を変えることができる受光部角度駆動装置と、
前記検知器に入射する受光量が最大となるように前記受光部位置駆動装置および前記受光部角度駆動装置を介して前記検光子および前記検知器の位置および角度を制御する受光部制御装置とを有してなる非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項２】
前記試料ステージは、前記光源から出射される光ビームに対し垂直でかつ互いに直交する２つの直線方向に前記測定試料を移動可能、かつ前記光源から出射される光ビームに対し平行に延びる回転軸周りに前記測定試料を回転可能である請求項１記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項３】
前記検光子および前記検知器は、前記互いに直交する２つの直線方向のうちの１つの直線方向に移動可能とされている請求項２記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項４】
前記検光子および前記検知器は、前記互いに直交する２つの直線方向のうちの１つの直線方向に対し垂直な平面内の曲線軌道に沿って移動可能とされている請求項２記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項５】
光弾性変調法を用いて前記測定試料の複屈折特性を測定する複屈折測定装置であって、前記偏光子からの偏光ビームを変調する光弾性変調器を有し、この光弾性変調器により変調された変調光ビームが前記測定試料に入射されるようになっている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項６】
非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定する非平面形状試料の複屈折測定装置であって、
光ビームを発する光源と、
前記光源からの光ビームを偏光とする偏光子と、
前記測定試料をセットされ、該測定試料の所望位置に前記偏光子を経由した光ビームが入射するように該測定試料の位置を変化させることができる試料ステージと、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持された検光子と、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持されており、前記測定試料から出射された光ビームを前記検光子を介して入射されると、該光を信号に変換する検知器とを有してなり、
前記試料ステージは、前記光源から出射される光ビームに対し垂直でかつ互いに直交する２つの直線方向に前記測定試料を移動可能、かつ前記光源から出射される光ビームに対し平行に延びる回転軸周りに前記測定試料を回転可能であり、
前記検光子および前記検知器は、前記互いに直交する２つの直線方向のうちの１つの直線方向に対し垂直な平面内の曲線軌道に沿って移動可能とされている非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項７】
前記測定試料から出射された光ビームが前記検光子を介して前記検知器に入射するように前記検光子および前記検知器の位置を移動させることができる受光部位置駆動装置と、
前記測定試料から出射された光ビームが前記検知器に垂直に入射するように前記検光子および前記検知器の角度を変えることができる受光部角度駆動装置とを有する請求項６記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項８】
前記検知器に入射する受光量が最大となるように前記受光部位置駆動装置および前記受光部角度駆動装置を介して前記検光子および前記検知器の位置および角度を制御する受光部制御装置を有する請求項７記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【請求項９】
光弾性変調法を用いて前記測定試料の複屈折特性を測定する複屈折測定装置であって、前記偏光子からの偏光ビームを変調する光弾性変調器を有し、この光弾性変調器により変調された変調光ビームが前記測定試料に入射されるようになっている請求項６乃至８のいずれか１項に記載の非平面形状試料の複屈折測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定試料の複屈折特性を測定する複屈折測定装置、特に非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定可能な非平面形状試料の複屈折測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光弾性変調法、回転検光子法、液晶位相変調法、クロスニコル等を用いて測定試料の複屈折特性を測定する複屈折測定装置は、従来より多数開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５０４６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に従来の複屈折測定装置においては、測定試料を透過した光ビームを検知器で受光する装置構成となっているため、測定試料が例えばレンズのような非平面形状であると、試料の入射角度と出射角度によっては光ビームが大きく屈折してしまい、検知器に入射できないことから、非平面形状の測定試料の複屈折特性の測定は不可能であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定可能な非平面形状試料の複屈折測定装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置は、
非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定する非平面形状試料の複屈折測定装置であって、
光ビームを発する光源と、
前記光源からの光ビームを偏光とする偏光子と、
前記測定試料をセットされ、該測定試料の所望位置に前記偏光子を経由した光ビームが入射するように該測定試料の位置を変化させることができる試料ステージと、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持された検光子と、
前記測定試料への入射光ビームおよび前記試料ステージにセットされた前記測定試料に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変に支持されており、前記測定試料から出射された光ビームを前記検光子を介して入射されると、該光を信号に変換する検知器とを有してなるものである。
【０００８】
本発明においては、測定試料からの光ビームの出射角度に応じて、測定試料に対し検光子および検知器の位置および角度を変化することにより、測定試料によって光ビームが大きく屈折しても、測定試料を透過した光ビームを検知器に適正に入射させることができるので、非平面形状の測定試料の複屈折特性をも測定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の非平面形状試料の複屈折測定装置は、非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定できる等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置の実施例１の構成を簡略化して斜視図風に示した概略構成図である。
【図２】前記実施例１において、測定試料に対する変調光ビームの入射位置が変えられたとき、検光子および検知器の位置および角度がそれに追従する様子を示す説明図である（測定試料は凸レンズとされている）。
【図３】前記実施例１において、検知器の出力に基づき複屈折特性の演算並びに検光子および検知器の位置および角度の制御を行う部分のブロック図である。
【図４】前記実施例１において、測定試料が凹レンズである場合の、測定試料に対する変調光ビームの入射位置が変えられたとき、検光子および検知器の位置および角度がそれに追従する様子を示す説明図である。
【図５】本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置の実施例２の構成を簡略化して斜視図風に示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜４は、本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置の実施例１を示しており、本実施例は光弾性変調器（ＰＥＭ）を使用して偏光を変調する光弾性変調法を用いた複屈折測定装置に本発明を適用した例である。
【００１３】
筺体１（部分的にのみ示している）内には次のような構成が収容されている。レーザー光源等の光源２から鉛直方向下向きに発せられた光ビームは偏光子３に入射され、直線偏光とされた後、光弾性変調器（ＰＥＭ）４に入射されるようになっている。前記光弾性変調器４から出力された変調された円偏光である変調光ビームＡは、試料ステージ５のホルダ６（図１では図示を省略、図２，４参照）にセットされた透明な測定試料７に入射されるようになっている。
【００１４】
前記試料ステージ５は、ＸＹ移動装置８と回転装置９とを有している。前記ＸＹ移動装置８は、水平面（光源２から発せられる光ビームに対し垂直な面）上の互いに直交する２方向であるＸ方向およびＹ方向の移動を実現できるようになっている。すなわち、前記ＸＹ移動装置８は、Ｙ方向に移動可能なＹ方向移動部１０と、このＹ方向移動部１０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動装置１１と、前記Ｙ方向移動部１０上に搭載されており、Ｘ方向に移動可能なＸ方向移動部１２と、このＸ方向移動部１２をＸ方向に駆動するＸ方向駆動装置１３とを有している。前記回転装置９は、Ｘ方向移動部１２上に搭載されており、鉛直方向に延びる回転軸１４ａ周りに回転可能な回転台１４と、この回転台１４を回転駆動させる回転駆動装置１５とを有してなる。前記ホルダ６は回転台１４に取り付けられていて、測定試料７を支持するようになっている。このような構成を有することにより、前記試料ステージ５は、ホルダ６に支持された測定試料７をＸ方向およびＹ方向に移動できるとともに、鉛直な回転軸１４ａ周りに回転させることができるようになっている。
【００１５】
前記測定試料７から出射された楕円偏光ビームＢは、検光子１６を介して検知器１７に入射されるようになっている。前記検光子１６および検知器１７は、Ｘ方向に移動可能とされた受光部支持部１８に、Ｙ方向に延びる回転軸周りに一体的に回動可能に支持されている。前記受光部支持部１８は受光部位置駆動装置１９によりＸ方向に駆動されるようになっている。前記検光子１６および検知器１７は、受光部角度駆動装置２０により、受光部支持部１８に対し、Ｙ方向に延びる回転軸周りに一体的に回転駆動されるようになっている。このような構成により、検光子１６および検知器１７は、測定試料７に入射される変調光ビームＡおよびホルダ６に支持されることにより試料ステージ５にセットされた測定試料７に対し位置を可変、かつ傾斜角度を可変であって、受光部位置駆動装置１９により所望の位置に移動できるとともに受光部角度駆動装置２０により所望の角度に傾斜できるようになっている。
【００１６】
前記検知器１７は、検光子１６を介して入射された光を電気信号に変換する。図３に示されるように、前記検知器１７の出力は、ロックインアンプ２１を介しておよび演算回路２４を介して、コンピュータ２２に入力されるようになっている。前記コンピュータ２２は、ロックインアンプ２１および演算回路２４を介して入力される検知器１７の出力から測定試料７の複屈折特性および透過率を演算する複屈折特性および透過率演算処理装置として機能する（この機能は従来装置と同様である）のに加えて、検知器１７の出力から受光部位置駆動装置１９および受光部角度駆動装置２０を介して検光子１６および検知器１７の位置および角度を制御する受光部制御装置としても機能できるようになっている。
【００１７】
次に、本測定装置による複屈折特性の測定方法を説明する。
【００１８】
測定試料７（図１および２は、測定試料７が凸レンズである場合を示している）を、その光軸を試料ステージ５の回転台１４の回転軸１４ａに合致させるようにして、試料ステージ５のホルダ６に支持させた後、ＸＹ移動装置８のＸ方向駆動装置１３およびＹ方向駆動装置１１を駆動することにより、回転台１４およびホルダ６とともに測定試料７をＸ方向およびＹ方向に移動し、測定試料７の所望の位置（点）に光弾性変調器４から出力された変調光ビームＡが入射されるようにする。
【００１９】
すると、コンピュータ２２は、検知器１７の受光量が最大となるように、受光部位置駆動装置１９および受光部角度駆動装置２０を駆動して、検光子１６および検知器１７の位置および角度を変化させる。これにより、測定試料７から出射された光ビームＢが検光子１６を介して検知器１７の受光中心位置に垂直に入射するように、光ビームＢの出射角度に検光子１６および検知器１７の位置および角度が追従する。図２は、この追従の様子を示したもので、光弾性変調器４から出力された変調光ビームＡがそれぞれ測定試料７の光軸（回転台１４の回転軸１４ａ）から半径Ｒ1，Ｒ2，Ｒnの位置において測定試料７に入射されたとき、測定試料７から出射された光ビームＢを検知器１７が測定試料７の光軸からそれぞれ半径Ｄ1，Ｄ2，Ｄnの位置においてそれぞれ角度θ1，θ2，θn傾いた状態で受光する。
【００２０】
円周方向の位置に関しては、回転駆動装置１５を駆動し、回転台１４およびホルダ６とともに測定試料７を回転させることにより、測定試料７の所望の円周方向位置に光弾性変調器４から出力された変調光ビームＡが入射されるようにすることができる。
【００２１】
そして、検知器１７の出力を演算回路２４およびコンピュータ２２が従来と同様に演算することによって、各位置における測定試料７の複屈折特性および透過率を求めることができる。
【００２２】
図４は、測定試料７を凹レンズとした場合の、測定試料７に対する変調光ビームＡの入射位置が変えられたとき、検光子１６および検知器１７の位置および角度がそれに追従する様子を示したものである。
【００２３】
なお、上述のような複屈折特性の測定は、Ｘ方向駆動装置１３、Ｙ方向駆動装置１１および回転駆動装置１５を非連続的に駆動して、測定試料７上の離散した位置において行うこともできるし、測定試料７をＸＹ方向または（および）回転方向に連続的に移動しながら測定することにより、測定試料７上の連続した位置において行うこともできる。
【００２４】
また、前記実施例においては、検知器１７の受光量が最大になるように制御することにより、測定試料７からの光ビームＢの出射角度に検光子１６および検知器１７の位置および角度を追従させているが、測定試料７の形状および材質が既知で、測定試料７への変調光ビームＡの入射位置と測定試料７からの光ビームＢの出射角度との関係が既知の場合は、前述のような受光量による追従動作を行わせることなく、検光子１６および検知器１７の位置および角度を変化させて測定を行うこともできる。
【００２５】
以上のように本装置では、測定試料７からの光ビームＢの出射角度に応じて、測定試料７に対し検光子１６および検知器１７の位置および角度を変化することにより、測定試料７によって光ビームが大きく屈折しても、測定試料７を透過した光ビームを検知器１７に適正に入射させることができるので、非平面形状の測定試料７の複屈折特性を測定することができる。
【実施例２】
【００２６】
図５は、本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置の実施例２を示している。前記実施例１においては、測定試料７からの光ビームＢの出射角度の変化に対応するために、検光子１６および検知器１７を直線方向であるＸ方向に移動可能としていたが、本実施例では、検光子１６および検知器１７が、Ｙ方向に対し垂直な鉛直面内の円弧軌道２３に沿って移動可能とされている。他の構成は実施例１と同様である。
【００２７】
このように、本発明においては、測定試料７からの光ビームＢの出射角度の変化に対応するために、検光子１６および検知器１７を円弧軌道等の曲線軌道上を移動可能としても、検光子１６および検知器１７を直線方向に移動可能する場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
なお、前記各実施例は、本発明を光弾性変調法を用いた複屈折測定装置に適用した例であるが、本発明は回転検光子法、液晶位相変調法、クロスニコル等の他の測定法を用いる複屈折測定装置にも適用できるものである。
【００２９】
また、前記各実施例では、光学系を鉛直方向に配列しているが、本発明においては、光学系を水平方向や斜め方向に配列してもよい。
【００３０】
また、前記各実施例では、コンピュータ２２を、検知器１７の出力に基づいて演算回路２４とともに複屈折特性および透過率を演算する複屈折特性および透過率演算処理装置として使用するとともに、検知器１７の受光量が最大となるように受光部位置駆動装置１９および受光部角度駆動装置２０を介して検光子１６および検知器１７の位置および角度を制御する受光部制御装置として使用しているが、本発明においては、前記複屈折特性および透過率演算処理装置並びに受光部制御装置として、それぞれコンピュータではなく、その他の電子回路を用いてもよい。
【００３１】
また、前記各実施例では、単体のレンズを測定試料７としているが、本発明においては、組み合わせレンズを測定試料とすることもできるし、レンズ以外の単体の物体や複数組み合わされた物体を測定試料とすることもできる。
【００３２】
さらに、前記各実施例では、測定試料７が回転体形状とされているが、本発明においては、測定試料は回転体形状でなくてもよい。さらに、本発明の複屈折測定装置は、平面状の測定試料の複屈折特性も測定できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように本発明による非平面形状試料の複屈折測定装置は、非平面形状の測定試料の複屈折特性を測定する測定装置として有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１    筺体
２    光源
３    偏光子
４    光弾性変調器
５    試料ステージ
６    ホルダ
７    測定試料
８    ＸＹ移動装置
９    回転装置
１０    Ｙ方向移動部
１１    Ｙ方向駆動装置
１２    Ｘ方向移動部
１３    Ｘ方向駆動装置
１４    回転台
１５    回転駆動装置
１６    検光子
１７    検知器
１８    受光部支持部
１９    受光部位置駆動装置
２０    受光部角度駆動装置
２１    ロックインアンプ
２２    コンピュータ（複屈折特性および透過率演算処理装置並びに受光部制御装置）
２３    円弧軌道
２４    演算回路
Ａ    変調光ビーム（測定試料への入射光ビーム）
Ｂ    測定試料から出射された光ビーム
【図１】
0005433118.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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