JPH10267831A - 複屈折測定光学系および高空間分解能偏光解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空間分解能を高めつつ、対象物の複屈折量を正
確に測定する。 【解決手段】複屈折測定光学系は、対象物ＯＢに向けて
所定の偏光状態となるレーザ光を出射する周波数安定化
横ゼーマンレーザ１０およびλ／２波長板２０（偏光出
射光学系）と、このレーザ光を対象物ＯＢを介してその
対象物ＯＢの複屈折位相差、主軸方向および旋光角の情
報を偏光解析可能な光信号として検出する直線偏光子３
０（偏光検出光学系）と、この直線偏光子３０からの光
信号を電気信号に変換して検出する光検出器４とを備え
る。光検出器４と対象物ＯＢとの間にその対象物ＯＢ側
から光検出器４側に向けて光信号の光束の一部を取り出
して光伝送する光ファイバ５（光伝送路）を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＤＶＤディスク
や液晶ディスプレイ等の対象物の複屈折量を測定する複
屈折測定光学系および高空間分解能偏光解析装置に係
り、特に高空間分解能で偏光解析可能な光学構成の工夫
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、急速に発展しつつあるマルチメデ
ィア産業では、その要素技術として記録媒体の高密度化
や表示機器の高精度化等が強く要求されている。例えば
ＤＶＤディスクでは、素材の低複屈折化および高均質化
により記録信号の高密度化を図ること、また液晶ディス
プレイでは、ＳＶＧＡからＸＧＡへの移行により高精細
化を図ること等が課題となっている。

【０００３】そこで、このような課題を達成するのに必
要な材料評価技術として、例えばＤＶＤディスクの場合
の信号ピット近傍における複屈折の様子や液晶ディスプ
レイの場合の画素単位の複屈折情報等といった顕微スケ
ールでの定量的な複屈折計測技術が特に注目されてい
る。

【０００４】このような複屈折計測装置としては、従
来、偏光顕微鏡や偏光解析装置などが知られている。し
かしながら、偏光顕微鏡は、偏光子や位相子を組込んだ
光学顕微鏡を使用し、その対物レンズと接眼レンズの組
み合わせに応じた倍率で複屈折分布の様子を定性的かつ
直観的に観察するものであり、上述のような定量測定で
は殆ど使用できない。

【０００５】また偏光解析装置は、回転検光子法、位相
補償法、セナルモン法、位相変調法、光ヘテロダイン法
等を適用したものであるが、試料を通過する光束全体を
光検出器で受ける構成であったために空間分解能が光束
の大きさや太さで決定され、例えば計測上の位置分解能
が０．５ｍｍ程度であるといった制約があるため、その
ままでは上述の顕微計測で用いることが難しい。

【０００６】そこで、複屈折の定量的な顕微計測を行う
試みの１つとして、上述の偏光解析装置の光学系に収束
レンズを加え、このレンズを用いて光信号を試料上に収
束させる方法等が期待されている。この方法では試料の
極く限られた領域にビームを通過させることができるた
め、空間分解能をより高めることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た収束レンズを用いた偏光解析装置では、試料面上での
空間分解能が向上するものの、光ビーム内の光束が試料
に対して異なった入射角を有するため、以下のような問
題があった。

【０００８】図３２（ａ）〜（ｃ）は、入射角度の違い
による複屈折変化の様子を説明するものである。ここ
で、光学的異方性を示す結晶や高分子材料などの試料の
複屈折量は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸上の屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ
で定まる三次元の屈折率楕円体を用いて考えれば、その
観察方向で異なり、即ち屈折率楕円体の原点を通って観
察方向に垂直な面内の楕円長軸とその短軸との間の屈折
率差となる。

【０００９】即ち、このような試料に対して平行光を図
３２（ａ）に示すように垂直に入射させる場合と、図３
２（ｂ）及び（ｃ）に示すように斜めに入射させる場合
とでは屈折率楕円体の向きが異なるため、上述の観察方
向が異なる場合と同様に光が受ける複屈折位相差に違い
が生じる。

【００１０】そこで、図３３に示すようにレンズ系を用
いて収束光を入射させた場合を考えれば、例えば収束光
の内の入射角が異なる位置にある光束Ａ、Ｂでは試料か
ら異なった複屈折位相差を受けるため、収束光全体が受
ける複屈折位相差量は、光束を微小部分に分けたときの
各微小光束がそれぞれ受ける位相差を積算したものとな
る。従って、収束光を試料に入射させる場合には、厳密
な意味で光の入射角を規定できず、試料の複屈折量を正
確に測定できないといった問題があった。

【００１１】この発明は、このような従来の問題を考慮
してなされたものであり、空間分解能を高めつつ、対象
物の複屈折量を正確に測定することを、目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、試料に対して平行光を入射した場合で
の複屈折の顕微計測法について各種の検討・考察を行っ
てきた。

【００１３】例えば、レーザ光のビーム径を平行光のま
まで細くする方法としては、光検出器の入射側にピンホ
ールを配置する場合が想定される。しかしながら、この
場合にはピンホールのエッジ部分で光の進行方向が屈折
し、干渉や回折といった現象が生じやすい。その結果、
位相情報の異なる干渉縞パターンを光検出器の受光面上
に投影する可能性があるため、光の位相成分が一定とは
ならず、正確な複屈折量を求めることは困難であること
が分かった。

【００１４】そこで、ピンホールのように光の干渉や回
折現象等の外乱を殆ど受けずにレーザ光のビーム径を平
行光のままで細くする方法として、光ファイバを用いて
光束の一部を取り出して光伝送させるアイデアに着目し
た。

【００１５】この発明に係る複屈折測定光学系は、上述
の着目点に基づいて完成されたものであり、対象物に向
けて所定の偏光状態となる光信号を出射する光源側光学
系と、この光源側光学系からの光信号を上記対象物を介
してその対象物の複屈折情報を偏光解析可能な光信号と
して検出する偏光検出光学系と、この検出側光学系から
の光信号を電気信号に変換して検出する光検出器とを備
えると共に、この光検出器と対象物との間にその対象物
側から光検出器側に向けて光信号の光束の一部を取り出
して光伝送する光伝送路、好ましくは光ファイバを配置
したことを特徴とする。

【００１６】この発明の好ましい態様としては、１）：
光ファイバを偏光検出光学系と光検出器との間に配置す
る、２）：光ファイバは所定の光弾性定数をもつ材料で
構成したコアを備える、３）：光ファイバを対象物と偏
光検出光学系との間に配置する、４）：光ファイバは対
象物側に向けて尖鋭化させた先端部を備える、５）：光
ファイバに偏光検出光学系の少なくとも一部を一体に取
り付ける、６）：光ファイバの少なくとも対象物側の先
端部を光信号の光束内で自在にスキャンさせる機構を備
える、７）：光ファイバは複数本の光ファイバであり、
この複数本の光ファイバを並列状に配置する場合等の少
なくとも１つを採用する。

【００１７】ここで、光ファイバの種類は、特に限定さ
れるものではなく、各種コア径をもつ市販品等のいずれ
であってもよい。例えばコア径が異なる複数の光ファイ
バを並べて配置すれば、同時に異なる空間分解能で複屈
折測定を実施できる。また、市販品のコア径よりも細い
開口径の光ファイバが必要であれば、例えば光ファイバ
を延伸加工する等の方法により先端部を尖鋭化させて開
口を細くしたものを用いてもよい。

【００１８】この発明に係る高空間分解能偏光解析装置
は、上記の光伝送路を用いた複屈折測定光学系を備えた
ことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る複屈折測定
光学系および高空間分解能偏光解析装置の具体的な実施
形態を図面を参照して説明する。

【００２０】（第１実施形態）図１に示す複屈折測定光
学系は、例えば複屈折の測定ダイナミックレンジを広く
確保するために特開平８−３２７４９８号公報で提案さ
れている複屈折測定装置を適用したものである。

【００２１】この測定光学系は、周波数安定化横ゼーマ
ンレーザ（以下「ＳＴＺＬ（Stabi-lized Transverse Z
eeman Laser）」）１０で生成される２周波直交直線偏
光をλ／２波長板（ＨＷＰ）２０を介して対象物ＯＢに
入射し、その透過光を対象物ＯＢの複屈折位相差、主軸
方位および旋光角の情報を偏光解析可能な光信号として
直線偏光子（ＬＰ）３０を介してフォトダイオード等の
光検出器４で検出するようになっている。この光学系に
は、直線偏光子３０と光検出器４との間に光ファイバ５
が配置されている。

【００２２】ここで、この光ファイバ５を用いた複屈折
計測の原理を説明する。

【００２３】まず、光ファイバ５を配置しない場合で
は、図２及び図３に示すようにレーザビームの全領域に
相当する部分が光検出器４に直接入射するため、複屈折
計測上の空間分解能は、図３に示す如くレーザ光のビー
ム幅で定まる領域Ｂとなる。この場合には、ビーム内の
微小エリアの複屈折分布については計測困難である。

【００２４】次いで、光ファイバ５を配置した場合で
は、図４に示すようにレーザビーム中に挿入配置した光
ファイバ５の開口部により直線偏光子３０からのレーザ
光の一部が取り出され、光検出器４で検出される。ここ
で計測される光信号は、光ファイバ５の開口径とほぼ同
じ太さで取り出された光束の一部であり、例えばレーザ
ビームが平行であれば、試料ＯＢの計測領域も光ファイ
バ５の開口径と等しく、図示の如く領域Ａとなる。

【００２５】従って、この実施形態によれば光ファイバ
５を配置したため、その開口径を利用して複屈折計測上
の空間分解能を高めるように制限しつつ、そこから取り
出した光信号の光強度のみを回折や干渉現象等の外乱を
殆ど受けずに光検出器側に伝搬させることができる。な
お、光ファイバ５には偏光状態を変化させる性質もある
が、この光学系配置の場合では複屈折計測上の偏光状態
を考慮すべき構成要素は図中のＳＴＺＬ１０、λ／２波
長板２０、および直線偏光子３０であるため、殆ど無視
できる。

【００２６】この実施形態では、計測すべき試料の複屈
折情報が直線偏光子を通過した後の光信号の光強度変化
のみに含まれているために光ファイバを複屈折測定原理
に基づいて機能する最も光検出器側の偏光素子と光検出
器との間に配置してあるが、この発明は必ずしもこれに
限定されるものではない。また光の集光特性上で特に必
要がある場合や光強度が弱く検出感度が上がらない場合
には光ファイバと光検出器との間にレンズ系を挿入して
も構わない。

【００２７】この実施形態では、光ファイバを配置すべ
き複屈折測定光学系としてＳＴＺＬ、λ／２波長板、お
よび直線偏光子を採用してあるが、この発明は必ずしも
これに限定されるものではない。

【００２８】例えば図５に示す複屈折測定光学系は、こ
の発明の複屈折測定原理に基づく基本構成を上位概念化
したものであり、光検出器４、光ファイバ５のほか、レ
ーザ、白色光源、白色光源と分光器の組み合わせ、白色
光源と波長選択フィルタの組み合わせ等で構成される光
源部１と、この光源部１と試料ＯＢとの間に載置される
全ての光学素子を含む光源側光学系２と、試料ＯＢと光
検出器４との間に載置される全ての光学素子を含む検出
側光学系３とを備えている。ここで、光源部１と光源側
光学系２とが本発明の偏光出射光学系に、また検出側光
学系３が本発明の偏光検出光学系にそれぞれ相当する。

【００２９】この光源部１、光源側光学系２、および検
出側光学系３の具体的な適用例としては、上記構成（Ｓ
ＴＺＬ１０、λ／２波長板２０、および直線偏光子３
０）のほか、例えば以下の図６〜図１３のいずれか１つ
又はこれらの組み合わせ等であってもよい。

【００３０】図６に示す測定光学系は、光源部１にＳＴ
ＺＬ１０、光源側光学系２にλ／４板２１、検出側光学
系３にλ／４板３１および直線偏光子３０をそれぞれ採
用した高速複屈折測定法（例えば特開平８−２５４４９
５号公報）を適用したものである。

【００３１】図７に示す測定光学系は、光源部１にレー
ザ１１、光源側光学系２に周波数シフタ（直線偏光子、
ビームスプリッタ、音響光学素子（ＡＯＭ）、反射ミラ
ー等で構成）２２およびλ／４板２１、検出側光学系３
にλ／４板３１、直線偏光子３０をそれぞれ採用したも
のであり、図６に示す光学系と比べると、そのＳＴＺＬ
１０の代わりに音響光学素子を組み合わせた周波数シフ
タ２２と通常のレーザ１１とを用いた点が相違する。

【００３２】図８に示す測定光学系は、光源部１にレー
ザ１１、光源側光学系２に直線偏光子２３および光弾性
変調素子（ＰＥＭ）２４、検出側光学系３に直線偏光子
３０をそれぞれ採用したものである。この場合では、図
９に示すように、レーザ１１に代えて光源部１に白色光
源１２と分光器１３との組み合わせを採用した構成でも
よい。

【００３３】図１０に示す測定光学系は、光源側光学系
２に直線偏光子２３、検出側光学系３に直線偏光子３０
をそれぞれ採用した、例えば回転検光子法や回転偏光子
法などを適用したものである。この場合の変形例とし
て、図１１に示す試料ＯＢと直線偏光子３０との間に位
相子３２を配置した場合、図１２に示す試料ＯＢと直線
偏光子２３との間に位相子２５を配置した場合、同様の
２つの位相子２５、３２を配置した場合（図１３参照）
等も適用可能である。

【００３４】なお、この実施形態では、試料の透過光を
計測する光学配置を採用してあるが、この発明は必ずし
もこれに限定されるものではなく、例えば図１４に示す
ように、試料の反射光を計測する位置に検出側光学系
３、光ファイバ４、および光検出器５を配置してもよ
い。このように反射光を計測する構成では、特に光を殆
ど透過しない試料等の場合により有効となる。

【００３５】（第２実施形態）図１５に示す高空間分解
能偏光解析装置は、上記と同様の特開平８−３２７４９
８号公報で提案されている複屈折測定装置を適用したも
のであり、上述の複屈折測定光学系（レーザ光源（ＳＴ
ＺＬ１０）、λ／２波長板２０、および直線偏光子３
０）のほか、λ／２波長板２０及び直線偏光子３０の回
転駆動に関するモータドライバ６、信号処理用のロック
インアンプ７、データ演算用のコンピュータ８、試料搭
載用のＸＹステージ９、およびＳＴＺＬ用のレーザコン
トローラ１０ａを搭載したものである。

【００３６】この偏光解析装置は、ロックインアンプ７
の信号処理により光検出器４による検出信号からレーザ
コントローラ１０ａによる参照信号と同じ周波数の交流
成分の正弦波信号と余弦波信号を取り出し、その処理信
号に基づくコンピュータ８の演算処理により試料ＯＢの
複屈折位相差、主軸方位および旋光角を求めるようにな
っている。

【００３７】次に、この光ファイバ５を用いた偏光解析
装置の有効性を確認する検証実験を試みた。この測定実
験では、試料ＯＢとして複屈折量可変の光学素子である
バビネソレイユ補償子（以下「ＢＳＣ」）を使用し、こ
のＢＳＣの複屈折量と主軸方位のいずれか１つの設定値
を一次関数的に変化させたときの測定値との間の相関関
係を調べたものである。

【００３８】図１６は、ＢＳＣの複屈折量を変化させた
場合を説明するものである。この場合には、ＢＳＣの設
定値に対して測定値が直線状に変化し、両者の相関性が
高いことが確認された。ここで、複屈折量は１８０度で
折り返しているが、主軸方位が反転、即ち９０度変化し
ているものとして計測されているため、物理的にはほぼ
正しい値が得られた。図１７に示すＢＳＣの主軸方位を
変化させた場合についても、同様にＢＳＣの設定値と測
定値とが良い相関を示すことが確認された。

【００３９】この測定実験により、光ファイバ５を用い
た高空間分解能の複屈折計測法が原理だけでなく実際に
も有効であり、例えば試料面上のレーザビームの照射ス
ポットを２次元的にスキャンさせることにより、複屈折
分布も高空間分解能で計測できることが実証された。

【００４０】そこで、この高空間分解能の複屈折計測の
有効性を調べる実験を行った。この測定実験では、試料
ＯＢとしては、図１８に示すアクリル製のフロッピーデ
ィスクのケース（以下「ＦＤケース」）を使用し、その
ＦＤケースの測定部としてケース内側の縁部に成形され
た突起状のノッチ部を選定した。

【００４１】このようなノッチ部では、その成形時に高
分子配向での複屈折が急峻に変化している。このこと
は、従来から簡便な複屈折観察法として知られている鋭
敏色板法を用いた観察装置により色合いの変化として明
瞭に確認された。この鋭敏色板法によれば、複屈折を殆
ど示さない部分は赤紫色、複屈折を示す部分はその赤紫
色からの色合いが変化した色で観察される。このような
複屈折を示すＦＤケースノッチ部を測定場所（図１８参
照）として、複屈折計測を行った。比較のため、同様の
計測を従来例でも行った。その結果を図１９及び図２０
に示す。

【００４２】図１９は光ファイバ検出法の場合、図２０
は従来例の場合をそれぞれ説明するものである。ここ
で、試料の複屈折が大きく且つ試料内で分子がねじれた
ような配向をしていれば、一般に複屈折だけでなく旋光
性も示す。その結果、測定値（複屈折位相差、主軸方
位、および施光角）に関しては、図２０に示す従来法の
場合と比べて、図１９に示す光ファイバを用いた場合で
は起伏が多く、複屈折変化の様子がより細かい精度で計
測されていることが確認された。同様の実験を数回繰り
返して行ったが、いずれの場合も同様の傾向を示してい
た。

【００４３】この実施形態では、ＸＹステージで試料を
走査させる方法を採用してあるが、この発明はこれに限
定されるものではなく、ビーム中で光ファイバを走査さ
せる方法でもよい。特に微小範囲をスキャンさせる場合
には、大きな試料を精密に駆動させるには比較的高価な
走査ステージが必要になるため、例えば図２１に示すよ
うに光ファイバ５を走査させる方法が望ましく、これに
より、二次的にはＸＹステージの小型化を図って位置決
め精度をより向上させる等の利点もある。

【００４４】（第３実施形態）一般の光ファイバでは、
その湾曲等により内部応力が発生し、それに伴う光弾性
効果で光ファイバ内を光信号が通過する際に偏光状態が
変化してしまうため、その配置位置は上述のように検出
側光学系と光検出器との間に実質的に限定されてしま
う。この実施形態では、光ファイバの材質を工夫するこ
とにより、その配置位置の選択枝を広げるものである。

【００４５】即ち、図２２に示す複屈折測定光学系は、
光ファイバ５に光弾性定数が０または偏光状態に大きな
影響を与えないほど小さな材料、例えば鉛高含有ガラス
等で構成されたコアを有するものを使用したため、その
光ファイバ５を試料ＯＢと検出側光学系３との間に配置
可能としたものである。

【００４６】この実施形態によれば、光ファイバを試料
に近接配置できることから、目視や光学顕微鏡により試
料面上を観察することで、測定位置をより正確に決定し
やすいといった利点もある。

【００４７】なお別の態様として、図２３に示す複屈折
測定光学系は、光源側光学系２と試料ＯＢとの間にも同
様の光ファイバ５を載置したものである。この場合に
は、上記効果に加え、複屈折測定用の光学素子と試料と
の互いの位置関係をより一層フレキシブルに変化させる
ことができ、その結果、例えば真空装置、加熱処理装
置、オイルバス等のチャンバー１００内に試料ＯＢを設
置した状態でも複屈折測定が可能となり、複屈折の温度
依存性等の様々な特性測定もより一層容易に実施できる
といった利点もある。

【００４８】（第４実施形態）一般に、レンズを用いて
試料上に光ビームを集光させれば、試料面上での空間分
解能は向上するものの、試料に対してビーム内の光束が
それぞれ異なる入射角をもつために正確な複屈折量を求
めることができないが、この実施形態では、このような
集束レンズを用いた場合でも、光ファイバを用いた複屈
折計測が可能となるように工夫したものである。

【００４９】図２４に示す複屈折測定光学系は、光源側
光学系２と試料ＯＢとの間に集束レンズ６０を、また試
料ＯＢと検出側光学系３との間にコリメータレンズ６１
を配置した構成で、試料を通過後の光束をコリメータレ
ンズ６１で平行光とし、その光軸上に載置した光ファイ
バ５により、試料ＯＢ内を直進した光速のみを選択して
取り出すようになっている。

【００５０】この実施形態によれば、光ビームを試料上
の限られた領域にのみ照射可能となるため、特に試料に
屈折率などの構造が存在して光の回折等を起こすような
場合に有効である。平行光を試料に入射させれば、計測
範囲外の領域にも光ビームが照射され、その照射領域か
らの回折光が信号のノイズ源として光ファイバに入射す
る可能性があるためである。即ち、光ビームの小さな照
射スポットを試料上に形成すれば、計測範囲外の領域か
らの余分な光信号の計測を未然に防ぐ効果がある。また
試料上に光スポットを形成することで、計測位置をより
容易に観察できる等の利点もある。

【００５１】なお図２５に示す複屈折測定光学系は、上
述のコリメータレンズを除いて集束レンズ６０のみを用
いたものであるが、試料ＯＢからの光信号の広がりの中
心部、即ち光軸上の光束のみは直進すること、従って光
軸上の微小領域については平行光と見做すことができる
ことから、この場合でも上記と同様の効果が得られる。

【００５２】（第５実施形態）図２６に示す複屈折測定
光学系は、光源部１と光源側光学系２との間に入射光の
ビーム幅を拡大して平行光束として出射させる等の機能
を有するビームエキスパンダ７０を配置し、ＸＹステー
ジ９により光ファイバ５を２次元状にスキャンさせて試
料ＯＢの複屈折の２次元分布を求めるものである。

【００５３】このビームエキスパンダ７０を用いれば、
試料面上の光の照射面積をより大きくして、一度の走査
で計測できる領域を広くできるといった利点がある。

【００５４】この実施形態では、ビームエキスパンダを
光源部と光源側光学系との間に配置してあるが、この発
明はこれに限定されるものではなく、例えば図２７に示
すように、光源側光学系２と試料ＯＢとの間に配置して
も同様の効果が得られる。

【００５５】（第６実施形態）この実施形態では、上記
複屈折計測で用いる光ファイバとして、例えば近年、光
の回折限界を超える顕微鏡として研究開発が進められて
いる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）に代表される走査
型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の内の近接場光学顕微鏡用
の走査プローブに採用されているものを適用している。

【００５６】即ち、図２８（ａ）および（ｂ）に示すコ
ア５１とこれを覆うクラッド５２を有する二重円筒状の
光ファイバ５は、図示の如く、例えば一部に熱を加えて
軟化させてその両側から引っ張る溶融延伸法等の製造法
を用いて先端部を先鋭化させたものである。このような
光ファイバ５を用いれば、その開口を元のサイズよりも
一層小さくできるため、複屈折計測上の空間分解能をよ
り一層高めるといった利点がある。

【００５７】（第７実施形態）図２９に示す光ファイバ
５は、偏光子や位相子等の高分子薄膜、蒸着膜（位相子
と偏光子の多層膜（合成膜）も含む）または蒸着後の着
色加工法等を用いて製作された光学素子で構成した検出
側光学系３を、蒸着やスパッタリング法等を用いて開口
部に一体に貼り付けたものである。

【００５８】この実施形態によれば、光ファイバと検出
側光学系（偏光素子）とを一体化する構成としたため、
光弾性定数が０に近い特殊な光ファイバを使用しなくて
も、比較的簡素な構成で試料に近接する位置に光ファイ
バを配置できるため、第３実施形態と同様の効果が得ら
れる。

【００５９】なお、検出側光学系の偏光子等を複屈折原
理に基づいて回転させる必要がある場合には、光ファイ
バ自体を光軸を中心に回転させる構成を追加すればよ
い。

【００６０】この実施形態では、光ファイバに検出側光
学系を一体に取り付けてあるが、これに加えて、例えば
前述の図２３に示す光学系の場合には光源側光学系を一
体に取り付けることも可能である。

【００６１】（第８実施形態）図３０に示す偏光解析装
置は、検出側光学系３の出射側に複数本の光ファイバ５
ａ…５ａを並列状に配置し、この各光ファイバ５ａ…５
ａの出力側に個別に光検出器４ａ…４ａを割り当て、そ
の複数の光検出器４ａ…４ａにより検出された光電流信
号を交換器４１で切り替えながら１台のロックインアン
プ７や図示しないＡ／Ｄ変換器等の信号処理装置で処理
するものである。

【００６２】この実施形態では、交換器を用いてチャン
ネル切り替えを行う構成としてあるが、これに限定され
るものではなく、例えば図３１に示すように各光検出器
４ａ…４ａに複数のロックインアンプ７ａ…７ａを個別
に接続して並列処理を行う構成であってもよい。

【００６３】また光ファイバの開口径は同じものに限定
されず、例えば互いに異なる開口径の光ファイバを用い
れば、複数の空間分解能で同時に複屈折を計測できる利
点もある。光ファイバの配列形態は、１次元状でも２次
元状でもよい。

【００６４】なお上記第１〜第８実施形態は独立した構
成として限定されるものではなく、この発明の範囲内で
適宜に組み合わせた構成としてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、試料の複屈折やその面内分布特性の顕微測定を従来
例の偏光顕微鏡を用いた定性的な観察ではなく、定量的
に測定できる。特にレンズを用いて収束光を試料に透過
させ、その透過光の全てを検出する従来例の場合と比べ
ると、平行光をそのまま通過させ、または平行光と見な
せる部分のみを光ファイバに代表される光伝送路を介し
て選択して取り出す構成が可能であるため、空間分解能
を高めつつ、試料に対する斜入射複屈折の影響等を未然
に回避でき、複屈折量をより正確に計測できるといった
利点がある。

【００６６】従って、この発明に係る光学系および装置
は、光ディスクのピット近傍の複屈折分布の様子や液晶
ディスプレイの画素毎の動作状況または光学結晶に形成
される光導波路の様子等を観測でき、これらの研究開
発、品質評価・管理に広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る複屈折測定光学
系の全体構成を示す概念図。

【図２】複屈折計測の原理を説明する従来例の複屈折測
定光学系の概念図。

【図３】従来例の場合の空間分解能を説明する概念図。

【図４】光ファイバを用いた場合の空間分解能を説明す
る概念図。

【図５】上位概念化した複屈折測定光学系の概要図。

【図６】λ／４板等を用いた場合の複屈折測定光学系の
概念図。

【図７】周波数シフタ等を用いた場合の複屈折測定光学
系の概念図。

【図８】光弾性変調素子等を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。

【図９】白色光源等を用いた場合の複屈折測定光学系の
概念図。

【図１０】両側に直線偏光子を用いた場合の複屈折測定
光学系の概念図。

【図１１】検出側に位相子を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。

【図１２】光源側に位相子を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。

【図１３】両側に位相子を用いた場合の複屈折測定光学
系の概念図。

【図１４】反射光を検出する場合の複屈折測定光学系の
概念図。

【図１５】この発明の第２実施形態に係る高空間分解能
偏光解析装置の全体構成を示す概念図。

【図１６】ＢＳＣの複屈折量を変化させた場合の実験結
果を説明するグラフ。

【図１７】ＢＳＣの主軸方位を変化させた場合の実験結
果を説明するグラフ。

【図１８】検証実験に用いたＦＤケースの概要図。

【図１９】光ファイバを用いた本発明の場合の実験結果
を説明するグラフ。

【図２０】従来例の場合の実験結果を説明するグラフ。

【図２１】光ファイバを走査させる場合の光学系の要部
を説明する概念図。

【図２２】試料と検出側光学系との間に光ファイバを配
置した場合の複屈折測定光学系の概念図。

【図２３】試料と光源側光学系との間にも光ファイバを
配置した場合の複屈折測定光学系の概念図。

【図２４】集束レンズを用いた場合の複屈折測定光学系
の概念図。

【図２５】集束レンズを用いた場合の別の複屈折測定光
学系の概念図。

【図２６】ビームエキスパンダを用いた場合の複屈折測
定光学系の概念図。

【図２７】ビームエキスパンダの配置位置を変えた場合
の概念図。

【図２８】（ａ）及び（ｂ）は、先端部を先鋭化させた
光ファイバの説明図。

【図２９】検出側光学系を一体に貼り付けた光ファイバ
の説明図。

【図３０】複数本の光ファイバを用いた場合の高空間偏
光解析装置の概念図。

【図３１】複数本の光ファイバを用いた場合の別の高空
間偏光解析装置の概念図。

【図３２】従来例の入射角度の違いによる複屈折変化の
様子を説明する図で、（ａ）は垂直入射の場合の概念
図。（ｂ）および（ｃ）は斜入射の場合の概念図。

【図３３】従来例の試料に対して収束光が入射する場合
を説明する概念図。

【符号の説明】

１ 光源部 ２ 光源側光学系 ３ 検出側光学系 ４、４ａ 光検出器 ５、５ａ 光ファイバ ６ モータドライバ ７、７ａ ロックインアンプ ８ コンピュータ ９ Ｘ−Ｙステージ １０ 周波数安定化横ゼーマンレーザ（ＳＴＺＬ） １０ａ レーザコントローラ ２０ λ／２波長板（ＨＷＰ） ３０ 直線偏光子（ＬＰ） ４１ 交換器 ５１ コア ５２ クラッド ６０ 集束レンズ ６１ コリメータレンズ ７０ ビームエキスパンダ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に向けて所定の偏光状態となる光
   信号を出射する偏光出射光学系と、この偏光出射光学系
   からの光信号を上記対象物を介してその対象物の複屈折
   情報を偏光解析可能な光信号として検出する偏光検出光
   学系と、この偏光検出光学系からの光信号を電気信号に
   変換して検出する光検出器とを備え、この光検出器と上
   記対象物との間にその対象物側から上記光検出器側に向
   けて上記光信号の光束の一部を取り出して光伝送する光
   伝送路を配置したことを特徴とする複屈折測定光学系。
2. 【請求項２】 前記光伝送路を光ファイバで構成した請
   求項１記載の複屈折測定光学系。
3. 【請求項３】 前記光ファイバを前記偏光検出光学系と
   前記光検出器との間に配置した請求項２記載の複屈折測
   定光学系。
4. 【請求項４】 前記光ファイバは所定の光弾性定数をも
   つ材料で構成したコアを備えた請求項２記載の複屈折測
   定光学系。
5. 【請求項５】 前記光ファイバを前記対象物と前記偏光
   検出光学系との間に配置した請求項４記載の複屈折測定
   光学系。
6. 【請求項６】 前記光ファイバは前記対象物側に向けて
   尖鋭化させた先端部を備えた請求項２記載の複屈折測定
   光学系。
7. 【請求項７】 前記光ファイバに前記偏光検出光学系の
   少なくとも一部を一体に取り付けた請求項２記載の複屈
   折測定光学系。
8. 【請求項８】 前記光ファイバの少なくとも前記対象物
   側の先端部を前記光信号の光束内で自在にスキャンさせ
   る機構を備えた請求項２記載の複屈折測定光学系。
9. 【請求項９】 前記光ファイバは複数本の光ファイバで
   あり、この複数本の光ファイバを並列状に配置した請求
   項２記載の複屈折測定光学系。
10. 【請求項１０】 請求項１から９までのいずれか１項記
    載の複屈折測定光学系を備えたことを特徴とする高空間
    分解能偏光解析装置。