(57)【要約】      （修正有）【課題】微小複屈折位相差の測定誤差を少なくし、高い精度で測定でき測定に要する時間の短縮、測定精度の向上等を達成できるようにする。【解決手段】光源から出射された光束が偏光子、光弾性変調器、試料、検光子及び検知器の順に投射される光学系において、試料と検光子の間にチョッパ−ミラ−を配置し、入射光束をこのチョッパ−ミラ−の回転により、複屈折位相差を求める透過光束と、進相軸の方向を決める反射光束の二光束に分離した複屈折測定装置であって、複屈折測定方法は、光源から出射された光束が、偏光子及び光弾性変調器を通り、試料に入射する。試料と検光子の間に２枚から４枚羽を持ったチョッパ−ミラ−が置かれ、チョッパ−の回転により、一部の光束は透過し、一部の光束は反射され、検光子及び検知器の順に投射されるようになっている。【選択図】図３
2005283552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源１８から出射された光束が、偏光子１９、光弾性変調器２０、試料２１、検光子２３，２５および検知器２４，２６の順に投射される光学系において、試料２１と検光子２３，２５の間ににチョッパ−ミラ−２２を配置し、入射光束をこのチョッパ−ミラ−２２の回転により、複屈折位相差を求める透過光束と、進相軸の方向を決める反射光束の二光束に分離し、複屈折位相差を求める透過光束側には、入射光束が直接的に検光子２５および検知器２６に入射するように配置し、進相軸の方向を決める反射光束側には、チョッパ−による反射が検光子２２に入射し、検知器２４により電気信号に変換されるように配置されていることを特徴とする複屈折測定装置。
【請求項２】
光源１８から出射された光束が、偏光子１９及び光弾性変調器２０を通り、試料２１に入射する。試料２１と検光子２３，２５の間に２枚から４枚羽を持ったチョッパ−ミラ−２２が置かれ、入射光束をこのチョッパ−ミラ−２２の回転により、複屈折位相差を求める透過光束と、進相軸の方向を決める反射光束の二光束に分離され、一部の光束は透過して検光子２５に入射し、検知器２６により電気信号に変換される。また、一部の光束は反射され、検光子２３及び検知器２４の順に投射され、検知器２４により電気信号に変換され、検知器２４及び２６により検知された電気信号は、数学的な解析をすることにより、検知器２４及び２６からの信号を、複屈折位相差値に、検知器２４及び２６からの信号を、進相軸の方向を求めるのに用いる。複屈折位相差を求める透過光束側には、入射光束が直接的に検光子２５及び検知器２６に入射するように配置し、二光束を分離させるための半透明鏡など、光学素子透過による測定誤差の原因となる偏光状態の擾乱を発生させることのないようにしていることを特徴とする複屈折測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、偏光を利用した複屈折測定装置の測定系に関し、光源から出射された光束が偏光子、光弾性変調器、試料、検光子及び検知器の順に投射される光学系において、その光学素子及びその配置を改善することにより、測定に要する時間の短縮、測定精度の向上等を達成できる複屈折測定装置および複屈折測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  複屈折の測定は、異方性をもつ物体の、異方性の状態を測定する手段として古くから実施されてきたが、最も簡単なものとして、２枚の偏光フイルムの間に被測定物を挟んで、目視して実施するものがあり、人間の視覚の感度の良さを頼りに手軽な手法として知られているが、技術の進歩により、非常に微小な複屈折を精度よく測定したいという要求も大きくなってきたこともあり、位相変調法による測定法も極微小な複屈折を精度よく測定することができるようになってきた。【０００３】  複屈折を高感度、且つ高精度で測定する方法の一つとして、ポッケルセルまたは光弾性変調素子などの位相変調素子を用いた位相変調法があり、位相変調法による測定法では、これまでに二つの測定方法が知られていた。【０００４】  第一の方法は、試料を回転して測定する方法で、第二の方法は、試料を回転することなく、試料の後に半透明鏡を置いて、透過光と反射光をそれぞれ測定することにより、複屈折位相差を求める方法である。ここで二つの方法の概要を述べる。【０００５】  第一の方法の基本光学系として、図１に示すように試料を回転する位相変調法による複屈折測定系について詳細に説明すると、半導体レ−ザなどの光源１からの光は、偏光子２（Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）により直線偏光となって、光弾性変調器３（Ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）に入射する。その偏光状態は連続的に、直線偏光から円偏光、続いて直線偏光と言うように変化する光束となって、試料４に入射する。試料４から出た光束は、検光子５（Ａｎａｌｙｚｅｒ）を通り、検知器６（Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により電気信号に変換され、測定に際しては、試料４を入射光束を中心に回転させながら、波形のピ−クの位置を見つけ、その時の振幅を測定することによって、進相軸の方向と、複屈折位相差の大きさを求めるもので、検知器６はアンプ７を介してコンピュ−タ８に連結している。【０００６】  第二の方法は、図２に示すように半透明鏡１３を用いた位相変調法による複屈折測定光学系について詳細に説明すると、半導体レ−ザなどの光源９から出た光が試料１２から出射されるまでは光学系の配置など、第一の方法と全く同じで、偏光子１０により直線偏光となって、光弾性変調器１１に入射するもので、その偏光状態は連続的に、直線偏光から円偏光、続いて直線偏光と言うように変化する光束となって、試料１２に入射する。試料１２出射後の光束は、試料１２の後に置かれた半透明鏡１３により透過光及び反射光に分けられて、透過光側は、光路中の検光子１６を通り検知器１７により光電変換されて複屈折位相差が求められる。また、反射光側は、光路中の検光子１４を通り、検知器１５により光電変換されて進相軸の方向が求められる。【０００７】  第一の方法において、試料を回転する位相変調法による複屈折測定系については、試料を回転させて測定するために、回転に要する時間および解析に要する時間含めて３〜４秒程度必要とするのに対し、第二の方法において、半透明鏡１３を用いた位相変調法による複屈折測定光学系については、信号解析に要する時間のみなので、測定時間は１秒程度と早い。【０００８】  しかしながら、この第二の方法の欠点は、透過光束及び反射光束��もに、半透明鏡１３を、透過または反射する際に、それぞれの光束は、この半透明鏡１３の材質による偏光の楕円率への変化に対する影響を無視できないこととしている。このとき反射光側の光束を、進相軸（または遅相軸）を決定するために用いれば、４〜５°程度の微小反射角によって生ずる偏光楕円率の変化が進相軸の方向の測定精度に与える影響は実用上は問題にならない程度である。しかしながら、透過光側を微小複屈折位相差を持つ試料の測定に用いると、位相変調法では、測定可能な複屈折位相差は最大感度で１０−１１ｍにも達することから、透過光中の偏光の楕円率に影響を与えることにより、測定誤差を生ずる原因となることから半透明鏡１３を使うことは避けたいとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
【００１０】  本発明は、ハ−フミラ−を用いて光束を分割している従来の製品の欠点を改良したもので、従来の製品に用いられるハ−フミラ−を透過する際に、透過光の半透明鏡の材質による偏光面の擾乱、即ち偏光の楕円率の変化への影響を全くなくし、本発明による偏光を利用した複屈折測定装置の測定系において、その光学系に関して試料２１と検光子２３，２５の間にチョッパ−ミラ−２２を配置し、回転させ、その光学素子及びその配置を改善することにより、反射効率をあげるとともに、微小複屈折位相差の測定誤差を少なくし、高い精度で測定でき、測定に要する時間の短縮、測定精度の向上等を達成できるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
【００１２】  本発明は、従来の複屈折測定装置の欠点を解消し、上記課題を解決するためになされたもので、図３に示すようにチョッパ−ミラ−２２を用いた位相変調法による複屈折測定光学系について、ブロックダイアグラムについて詳細に説明すると、本発明の複屈折測定装置２７は、光源１８から出射された光束が偏光子１９、光弾性変調器２０、試料２１、検光子２３，２５及び検知器２４，２６の順に投射される光学系において、試料２１と検光子２３，２５の間にチョッパ−ミラ−２２を配置し、入射光束をこのチョッパ−ミラ−２２の回転により、複屈折位相差を求める透過光束と、進相軸の方向を決める反射光束の二光束に分離したことを特徴とする複屈折測定装置である。【００１３】  複屈折位相差を求める透過光束側には、入射光束が直接的に検光子２５及び検波器２６に入射するように配置している。【００１４】  また、進相軸の方向を決める反射光束側には、チョッパ−による反射が検光子２２に入射し、検知器２４により電気信号に変換されるように配置されている。【００１５】  本発明の複屈折測定方法は、光源１８から出射された光束が、偏光子１９及び光弾性変調器２０を通り、試料２１に入射する。試料２１と検光子２３，２５の間に２枚から４枚羽を持ったチョッパ−ミラ−２２が置かれ、チョッパ−の回転により、一部の光束は透過し、一部の光束は反射され、検光子２３，２５及び検知器２４，２６の順に投射されるようになっている。【００１６】  本発明の複屈折測定方法では、入射光束をこのチョッパ−ミラ−２２の回転により、複屈折位相差を求める透過光束と、進相軸の方向を決める反射光束の二光束に分離し、透過した光束は、検光子２５に入射し、検知器２６により電気信号に変換される。チョッパ−による反射光は、検光子２３に入射し、検知器２４により電気信号に変換される。検知器２４及び２６により検知された電気信号を、数学的な解析をすることにより、検知器２６からの信号を、複屈折位相差値に、検知器２４からの信号を、進相軸の方向を求めるのに用いる。複屈折位相差を求める透過光束側には、入射光束が直接的に検光子２５及び検知器２６に入射するように配置し、二光束を分離させるための半透明鏡など、光学素子透過による測定誤差の原因となる偏光状態の擾乱を発生させることのないようにしている。
【発明の効果】
【００１７】
【００１８】  この方法によるチョッパ−ミラ−からの透過光は、直接検知器に入射し、複屈折位相差値に変換されるので、半透明鏡を利用して二つの光路は分ける方法に比較して、透過光の半透明鏡の材質による擾乱、即ち偏光の楕円率の変化への影響が全くないので、微小複屈折位相差を誤差なく、高い精度で測定できるのが特徴である。【００１９】  本発明は、偏光を利用した複屈折測定装置の測定系に関するもので、その光学素子及びその配置を改善することにより、測定に要する時間の短縮、測定精度の向上などを達成できるようになった。【００２０】  また、本発明は、二光束を分離させるための半透明鏡など、光学素子透過による測定誤差の原因となる偏光状態の擾乱を発生させることがないようになった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
【００２２】  本発明は、光磁気ディスク、相変化型光ディスク、有機色素型光ディスクなどの光ディスクやポリカ−ボネ−ト位相フイルムなどの高分子フイルムばかりか、液晶ディスプレイパネル用の配向膜や分子電子デバイス用の薄膜としての有機超薄膜への利用可能性も考えられている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【００２４】
【図１】  試料を回転する従来の位相変調法による複屈折測定系
【図２】  半透明鏡を用いた従来の位相変調法による複屈折測定光学系
【図３】  チョッパ−ミラ−を用いた位相変調法による複屈折測定光学系
【符号の説明】
【００２５】  １：光      源
２：偏  光  子
３：光弾性変調器
４：試      料
５：検  光  子
６：検  知  器
７：ア  ン  プ
８：コンビュ−タ
９：光      源
１０：偏  光  子
１１：光弾性変調器
１２：試      料
１３：半透明鏡
１４：検  光  子
１５：検  知  器
１６：検  光  子
１７：検  知  器
１８：光      源
１９：偏  光  子
２０：光弾性変調器
２１：試      料
２２：チョッパ−ミラ−
２３：検  光  子
２４：検  知  器
２５：検  光  子
２６：検  知  器
２７：複屈折測定装置
【図１】
2005283552.tif 000003
【図２】
2005283552.tif 000004
【図３】
2005283552.tif 000005