JPH0366737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学素子のミユーラー行列を測定す
る装置に関し、特に光デイスク用のサブストレー
トの光学特性を測定する光ピツクアツプ装置に関
する。 （従来の技術） 従来、光デイスクの基板（サブストレート）等
の光学特性を測定するためには、エリプソメータ
（楕円偏光計）もしくはそれに準ずる装置が用い
られていた。 これらの装置に於いては、平行光束の既知の偏
光を被測定デイスクに照射し、透過又は反射した
光を、例えば回転状態にある検光子に通過させて
その偏光状態を測定することにより、被測定デイ
スクの基板の光学特性を求めていた。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、被測定デイスクが記録媒体として使用
される実使用状態に於いて、基板の入射光は、平
行光束ではなくて集束光が用いられる。従つて、
実際の再生信号に与える基板の光学特性の影響
を、エリプソメータによる測定結果から求めるこ
とは非常に面倒であつた。 また、エリプソメータの平行光束径は、デイス
クに形成された実際のトラツク幅程度に小さくす
ることはできないので、微細領域の光学特性の変
化が実際の再生信号に与える影響を求めることは
困難であつた。また、エリプソメータは光軸の精
度を上げるためにその形状が大きくなると共に、
被測定物の装着時の調整が難しく、これらの調整
に時間がかかる欠点があつた。 本発明は、これら問題点を解決する光ピツクア
ツプ装置を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 光ピツクアツプ装置において、光デイスクに集
束されたレーザー照射光を照射する手段と、駆動
信号を入力して前記照射光を選択的に４の偏光と
する偏光設定手段と、前記光デイスクからの反射
光に基づいて、前記レーザー照射光の照射ポイン
トのトラツキング誤差及びフオーカス誤差を検出
する制御情報検出手段と、前記反射光を４の偏光
成分に分ける偏光成分分割手段と、前記偏光成分
の光量をそれぞれ検出する４の光量検出手段とを
有する。 （作用） 以上の構成からなる本発明の光ピツクアツプ装
置を用いることにより、トラツキング制御、及び
フオーカス制御を懸けた状態で光デイスクの同一
の照射位置に４種類の偏光のレーザー光を照射
し、前記４の光量検出手段により検出される合計
16の光量データに基づいて光デイスクのミユーラ
ー行列を測定することが可能となる。 （実施例） 被測定光学素子のミユーラー行列を測定する場
合、測定系の光学素子の特性をミユーラー行列を
用いて表わし、出射或いは検出される光をストー
クスパラメータを用いて表わして行なわれる。こ
の場合、被測定光学素子のミユーラー行列を測定
する為には、予め定められた４種類の偏光の照射
光を順次被測定光学素子に照射し、それぞれの透
過光或いは反射光のストークスパラメータを測定
する方法がある。更にこのストークスパラメータ
を求めるには、光検出器に至る透過光或いは反射
光の光路上に偏光子とλ／４板を配置し、４種類
の配置条件のもとにこれ等を通過した透過光或い
は反射光の光量を光検出器でそれぞれ検出する必
要がある。 以下、その原理を第４図を用いて説明する。 レーザー１から出射された直線偏光のレーザー
光は、コリメータレンズ２を介して平行光とさ
れ、λ／４板３を通過することにより円偏光Pa
となる。４，５は、ある基準面に対しそれぞれ所
定の回転角θ₁、θ₂を有する偏光子及びλ／４板
で、これら回転角θ₁、θ₂を適当に選択することに
より、通過する円偏光Paを所望の偏光を有する
照射光Pbとして被測定光学素子６に照射する。
この被測定光学素子６から透過或いは反射した出
射光Pcは、前記基準面に対してそれぞれ回転角
θ₃、θ₄を有するλ／４板７及び検光子８を通過し
た後、光検出器９への入射光Pdとしてその光量
が検出される。 以上の構成に於いて、先ず被測定光学素子６か
らの出射光Pcのストークスパラメータを求める
方法を説明する。 出射光Pc、入射光Pdの各ストークパラメータ
をそれぞれ、とし、λ／４板７、検光子８
の各ミユーラー行列をそれぞれ7、8とする
と、 ＝8・7・ ……(1) となる。 光検出器９で検出される光量は、入射光Pdの
ストークスパラメータの第１成分を示す量で
あり、以下に示す各条件での入射光Pdのストー
クスパラメータを1、2、3、4とし、更
にこれらの第１成分をそれぞれPd1、Pd2、Pd3、
Pd4とすると、 λ／４板７、検光子８の各回転角をθ₃＝０、θ₄
＝０とした場合、(1)式は 1＝１／２１ １ ０ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０‐１ ０ Pc₁＋Pc₂ Pc₃ Pc₄＝１／２Pc₁＋Pc₂ Pc₁＋Pc₂ ０ ０
となり、 Pd1はPd1＝１／２（Pc₁＋Pc₂）……
(2) となる。 同様にθ₃＝０、θ₄＝π／２とした場合、 Pd2＝１／２（Pc₁−Pc₂） ……(3) となる。 同様にθ₃＝π／４、θ₄＝π／４とした場合、 Pd3＝１／２（Pc₁＋Pc₃） ……(4) となる。 同様にθ₃＝０、θ₄＝π／４とした場合、 Pd4＝１／２（Pc₁＋Pc₄） ……(5) となる。 上記(2)〜(5)式からPc₁〜Pc₄をそれぞれ求める
と、 Pc₁＝Pd1＋Pd2 Pc₂＝Pd1−Pd2 Pc₃＝2Pd3−（Pd1＋Pd2） Pc₄＝2Pd4−（Pd1＋Pd2） ……(6) となる。従つて、被測定光学素子６からの出射光
Pcのストークスパラメータを求めるには、
λ／４板７、検光子８の各回転角を上記した４つ
の条件に設定し、各設定のもとでの入射光Pdの
光量を測定することにより求めることが出来る。 次に被測定光学素子６のミユーラー行列を求め
る方法を説明する。 被測定光学素子６のミユーラー行列を6、照
射光Pdのストークスパラメータをとすると ＝6・ ……(7) となる。 照射光Pbは、以下に示すように偏光子４及び
λ／４板５の回転角θ₁、θ₂を適当に選択すること
により所望のストークスパラメータとなる。これ
らの照射光Pbを被測定光学素子６に照射して得
られる出射光Pcの各ストークスパラメータをそ
れぞれ1、2、3、4とすると上式(7)は
以
下のようになる。 偏光子４及びλ／４板５の回転角をそれぞれθ₁
＝０、θ₂＝０とした場合、照射光Pbは水平直線
偏光となり、(7)式は 1＝Pc1₁ Pc1₂ Pc1₃ Pc1₄＝M6₁₁M6₁₂M6₁₃M6₁₄ M6₂₁M6₂₂M6₂₃M6₂₄ M6₃₁M6₃₂M6₃₃M6₃₄ M6₄₁M6₄₂M6₄₃M6₄₄ １ １ ０ ０＝M6₁₁＋M6₁₂ M6₂₁＋M6₂₂ M6₃₁＋M6₃₂ M6₄₁＋M6₄₂ ……(8) となる。 同様にθ₁＝π／２、θ₂＝０とした場合、照射光
Pbは垂直直線偏光となり、(7)式は 2＝Pc2₁ Pc2₂ Pc2₃ Pc2₄＝M6₁₁M6₁₂M6₁₃M6₁₄ M6₂₁M6₂₂M6₂₃M6₂₄ M6₃₁M6₃₂M6₃₃M6₃₄ M6₄₁M6₄₂M6₄₃M6₄₄ １ −１ ０ ０＝M6₁₁−M6₁₂ M6₂₁−M6₂₂ M6₃₁−M6₃₂ M6₄₁−M6₄₂ ……(9) となる。 同様にθ₁＝π／４、θ₂＝π／４とした場合、照
射光Pbはπ／４の直線偏光となり、(7)式は 3＝Pc3₁ Pc3₂ Pc3₃ Pc3₄＝M6₁₁M6₁₂M6₁₃M6₁₄ M6₂₁M6₂₂M6₂₃M6₂₄ M6₃₁M6₃₂M6₃₃M6₃₄ M6₄₁M6₄₂M6₄₃M6₄₄ １ ０ １ ０＝M6₁₁＋M6₁₃ M6₂₁＋M6₂₃ M6₃₁＋M6₃₃ M6₄₁＋M6₄₃ ……(10) となる。 同様にθ₁＝０、θ₂＝π／４とした場合、照射光
Pbは右円偏光となり、(7)式は 4＝Pc4₁ Pc4₂ Pc4₃ Pc4₄＝M6₁₁M6₁₂M6₁₃M6₁₄ M6₂₁M6₂₂M6₂₃M6₂₄ M6₃₁M6₃₂M6₃₃M6₃₄ M6₄₁M6₄₂M6₄₃M6₄₄ １ ０ ０ １＝M6₁₁＋M6₁₄ M6₂₁＋M6₂₄ M6₃₁＋M6₃₄ M6₄₁＋M6₄₄ ……（11） となる。 以上の(8)〜（11）式から となる。 尚、上式中の出射光の各ストークスパラメータ
Pc1〜4は、前記した方法により求めるこどか
できる。 このように４種類の偏光の照射光Pbを順次被
測定光学素子６に照射し、被測定光学素子からの
出射光Pcの各ストークスパラメータ1〜4を
求めることにより、被測定光学素子６のミユーラ
ー行列を測定することが出来る。 本発明の光ピツクアツプ装置は上記した原理を
基に使用されるもので、以下その一実施例を第１
図を用いて説明する。 破線で示される本発明の光ピツクアツプ装置３
５内の所定位置に配置されたレーザー１０から出
力されるレーザー光は、コリメータレンズ１１で
平行光とされた後、λ／４板１２を通過して円偏
光Paとなる。この円偏光Paは、基準面に対しそ
れぞれの回転角θ₅、θ₆が可変可能に光ピツクアツ
プ装置３５内に保持された偏光子１３、λ／４板
１４を通過して所望の偏光の照射光Pbとなつた
後、更に分光ミラー１５₁，１５₂を通過して全反
射ミラー１６に至る。この全反射ミラー１６で反
射した照射光は、対物レンズ１７で集束光とされ
た後、実照射光Pb′としてトラツクが形成された
光デイスク２５の反射面２５₁上に照射される。 尚、この対物レンズ１７は、その近傍に配置さ
れたトラツキングコイル２３、フオーカシングコ
イル２４に流れる各駆動電流により光デイスク２
５上の照射ポイントの半径方向移動、及びフオー
カス調整が可能に光ピツクアツプ装置３５内に設
置されている。 この反射面２５₁で反射した反射光Pcは、再び
対物レンズ１７を通過して平行光となつた後、全
反射ミラー１６で反射されて分光ミラー１５₂に
至る。反射面２５₁は、第３図に示す様にポリカ
ーボネート等からなるサブストレート２５３で被
覆されており、光の反射時に発生する複屈折等の
光学的影響は、主にこのサブストレートの通過時
に起こる。 分光ミラー１５₂で反射された反射光は、分光
ミラー１５₃，１５₄，１５₅で分光され、被測定
反射光Pc₁、Pc₂、Pc₃、Pc₄としてそれぞれ光学
素子群１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを通過す
る。 これらの光学素子群は、それぞれ基準面に対し
て所望の回転角に設定されたλ／４板と検光子と
からなり、通過する被測定反射光を光学処理した
後、各光検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ
に入射する入射光Pd₁、Pd₂、Pd₃、Pd₄をそれぞ
れ出光する。 一方、分光ミラー１５₂を通過した反射光は、
分光ミラー１５₁で反射された後、この反射光か
ら反射面２５₁上の照射ポイントのトラツキング
及びフオーカシング情報を検出する制御情報検出
器２０に入射する。 ２１，２２はそれぞれ光ピツクアツプ装置３５
内に設けられた偏光子回転駆動装置、及びλ／４
板回転駆動装置で、信号処理装置３３からの回転
角指令信号S₄に基づいて回転駆動回路２７から出
力される駆動信号により偏光子１３、及びλ／４
板１４をそれぞれ所望の回転角θ₅、θ₆にセツトす
る。 ２６はスピンドルモータで、図示しない駆動手
段により所望の回転数で光デイスク２５を回転駆
動する。 各光検出器１９ａ〜１９ｄで検出された光量信
号は、Ａ／Ｄ変換器３２でデジタル信号に変換さ
れた後、信号処理装置３３に入力され、この信号
処理装置で種々の演算処理が行なわれる。またこ
の信号処理装置３３は、スピンドルモータ２６か
ら回転情報信号S₅を入力して光デイスク２５の回
転情報を検知すると共に、光ピツクアツプ装置３
５の移動位置を検出するポテンシオメータ３６の
位置信号S₆を入力して照射ポイントのトラツク位
置を検出し、更にトラツクジヤンプ指令信号S₃、
光ピツクアツプ装置３５内の偏光子１３とλ／４
板１４の各回転角θ₅、θ₆を設定する回転角指令信
号S₄をそれぞれ出力する。 ピツクアツプ制御回路２８は、制御情報検出器
２０から出力されるトラツキング及びフオーカシ
ングの各情報信号を入力し、これらの各制御を行
なうべくトラツキング制御信号S₁、フオーカス制
御信号S₂をそれぞれ出力する。 対物レンズ駆動回路３１は、フオーカス制御信
号S₂とフイルタ２９で選択されたトラツキング制
御信号S₁の高域周波数信号を入力し、これら信号
に基づく各駆動電流を光ピツクアツプ装置３５内
のフオーカシングコイル２４、トラツキングコイ
ル２３にそれぞれ出力して対物レンズ１７を駆動
する。またピツクアツプ駆動回路３０は、フイル
タ２９で選択されたトラツキング制御信号S₁の低
域信号を入力し、この信号に基づいて図示しない
ピツクアツプ駆動手段を駆動して光ピツクアツプ
装置３５全体の光デイスクの半径方向移動を行な
う。 更に、ピツクアツプ制御回路２８は、信号処理
装置３３からのトラツクジヤンプ指令信号S₃に基
づいたトラツキング制御信号S₁を出力し、照射ポ
イントのトラツクジヤンプ移動を可能にする。 これら一連のフオーカス制御、トラツキング制
御及びトラツクジヤンプ制御は、公知技術であ
り、詳細な説明を省略する。 以上の構成において、その動作を説明する。 尚、λ／４板１４の出力光である照射光Pbと
対物レンズ１７の出力光である実照射光Pb′の関
係、及び光デイスク２５の反射面２５₁からの反
射光Pcと各光学素子群１８ａ〜１８ｄの入射光
である被測定反射光Pc₁〜Pc₄の関係は、各間に
介在する分光ミラー、対物レンズ１７及び全反射
ミラー１６の各光学特性によりその特性を異にす
るものであるが、説明の簡単のため、Pb＝Pb′、
Pc＝Pc₁＝Pc₂＝Pc₃＝Pc₄であるものとする。 これらの設定条件は、適当な光学特性を有する
光学素子を光路内の所定位置に補正のために挿入
することにより可能となる。またこれら特性の差
を考慮した演算処理を行なうことにより、等価的
に補正が可能となるが、これらの補正方法の説明
は省略する。 反射光Pcのストークスパラメータは、前記
した(1)式を用いた方法で求める。 この場合、各光学素子群１８ａ〜１８ｄのλ／
４板と検光子の各ミユーラー行列が同式中の7、
M8に対応する。そして光学素子群１８ａのλ／
４板と検光子の回転角をそれぞれ０、０に、同じ
く光学素子群１８ｂのそれを０、π／２に、同じ
く光学素子群１８ｃのそれをπ／４、π／４に、
同じく光学素子群１８ｄのそれを０、π／４にそ
れぞれ設定することにより、光検出器１９ａ〜１
９ｄで検出される入射光Pd₁〜Pd₄の各光量が前
記した(2)〜(5)式中のPd1〜Pd4に相当する。従つ
て、反射光Pcのストークスパラメータは、前
記(6)式を演算することにより求められる。 一方、光デイスクの反射面２５₁のミユーラー
行列は、前記した(7)式を用いた方法で行なう。こ
の場合、反射面２５₁の照射位置のミユーラー行
列が同式中の6に相当する。そして偏光子１３、
λ／４板１４の各回転角θ₅、θ₆を (1) θ₅＝０、θ₆＝０ (2) θ₅＝π／２、θ₆＝０ (3) θ₅＝λ／４、θ₆＝λ／４ (4) θ₅＝０、θ₆＝λ／４ の各状態に順次設定する。θ₅、θ₆を(1)〜(4)の各設
定にしたとき得られる各照射光Pb₁〜Pb₄を反射
面の同一照射位置に照射して得られる反射光Pc
の各ストークスパラメータを1〜4とすると、
これらは前記した(8)〜（11）式中の各ストークス
パラメータ1〜4に相当する。 次に、実際の測定例を説明する。 光デイスク２５の反射面２５₁の所定領域には
螺旋状のトラツク２５₂が形成されており、その
一周分を第２図に示す。 信号処理装置３３は、回転情報信号S₅、位置信
号S₆をそれぞれ入力してトラツク２５₂に沿つて
トラツキング制御された照射ポイントのトラツク
位置及び回転角度等の位置情報を検出し、この照
射ポイントが照射位置A₀に至つたとき、回転角
指令信号S₄を出力して光ピツクアツプ装置３５内
の偏光子１３、λ／４板１４の各回転角θ₅、θ₆を
それぞれθ₅＝０、θ₆＝０にセツトする。そして照
射ポイントが予め設定された回転角に対応する各
照射位置A₁〜An−１に至つたとき、それらの各
位置で検出される光検出器１９ａ〜１９ｄの入射
光量データを、これらの位置情報と共に信号処理
装置内のメモリーに逐次記憶する。そして、照射
位置A₀と同回転角にあるAnに至つたとき、トラ
ツクジヤンプ指令信号S₃を出力して照射ポイント
を１トラツクジヤンプさせて再びA₀に戻す。こ
れと同時に、回転角指令信号S₄を出力して光ピツ
クアツプ装置３５内の偏光子１３、λ／４板１４
の各回転角θ₅、θ₆をそれぞれθ₅＝π／２、θ₆＝０
にセツトする。そして再び、照射ポイントが各照
射位置A₁〜An−１に至つたとき、それらの位置
で検出される光検出器１９ａ〜１９ｄの入射光量
データを位置情報と共に記憶する。同様にして、
偏光子とλ／４板の各回転角θ₅、θ₆をそれぞれθ₅
＝π／４、θ₆＝π／４の、またθ₅＝０、θ₆＝π／
４の各状態に設定した時の各照射位置A₁〜An−
１での入射光量データを位置情報と共それぞれ記
憶する。 以上の測定を行なうことにより、信号処理装置
３３内のメモリーは、偏光子１３、λ／４板１４
の各回転角θ₅、θ₆を、前記(1)〜(4)の条件に設定し
た時の各照射位置A₁〜An−１での入射光量デー
タを位置情報と共に記憶する。 以上の測定を行つた後、信号処理装置３３は、
更にこれら記憶された入射光量データを基に演算
処理を行ない、光デイスクの各照射位置A₁〜An
−１のミユーラー行列を算出する。 例えば、照射位置A₁のミユーラー行列は、以
下のように演算して求められる。 信号処理装置３３は、偏光子１３、λ／４板１
４の各回転角θ₅、θ₆を前記(1)の条件に設定したと
きの入射光Pd₁〜Pd₄の入射光量データをメモリ
ーから引出し、前記(6)式の演算を行つて、反射光
Pcのストークスパラメータ1を求める。同様に
して、上記各回転角θ₅、θ₆を前記(2)〜(4)の各状態
に設定したときの各入射光量データを順次メモリ
ーから引出し、そのときの反射光Pcの各ストー
クスパラメータ2、3、4をそれぞれ求め
る。次に、これら各ストークスパラメータをもと
に前記（12）式を演算して照射位置A₁のミユー
ラー行列₁を求める。 同様にして、各照射位置A₂〜An−１に対応す
る入射光量データを逐次メモリーから引出し、前
記(6)、（12）式の演算を行つてこれらの位置にお
けるミユーラー行列₂〜−１を求める。 ３４は、これらの測定結果を表示するデイスプ
レイで、表示方法として例えば、トラツク位置、
回転角情報と共にこれら測定結果をデジタル表示
する方法や、これら位置情報と測定結果に基づい
て光デイスク面を色分け表示するグラフイツク表
示など、種々の方法か考えられるがこれらの詳細
な説明は省略する。 尚、前記実施例ではトラツク１周分の各照射位
置でのミユーラー行列の測定方法を示したが、測
定順序はこれに限定されるものではない。トラツ
ク上の同一の照射位置に前記した４種類の偏光特
性を有する照射光を照射し、その時各光検出器で
検出される光量を求めることにより、ミユーラー
行列を求める演算が可能となるので、これらの光
量データを求める方法は、種々考えられることは
勿論である。 また、光ピツクアツプ装置３５内に回転可能に
保持された偏光子１３も、これに限定されるもの
ではなく、例えば、λ／４板１２、偏光子１３の
かわりに電圧により偏光面が回転するフアラデイ
素子を用いてもいなど、種々の態様が考えられ
る。 （発明の効果） 本発明の光ピツクアツプ装置を用いることによ
り、記録媒体としての光デイスクの実際の使用状
態で、サブストレート等のデイスクの光学特性を
完全に測定することができる。従つて、この測定
結果を分析することにより、光デイスクによる記
録、再生時に発生する種々のエラー原因の追求に
貢献する。また、サブストレートの性能チエツク
や、光デイスクの良、不良状態のチエツクなど、
種々の検査に用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図。第２
図、第３図、第４図は、本発明の説明に供する図
をそれぞれ示す。 １０……レーザー、１１……コリメータレン
ズ、１２，１４……λ／４板、１３……偏光子、
１５₁〜１５₅……分光ミラー、１６……全反射ミ
ラー、１７……対物レンズ、１８ａ〜１８ｄ……
光学素子群、１９ａ〜１９ｄ……光検出器、２０
……制御情報検出器、２１……偏光子回転駆動装
置、２２……λ／４板回転駆動装置、２５……光
デイスク、２６……スピンドルモータ、２７……
回転駆動回路、２８……ピツクアツプ制御回路、
２９……フイルタ、３０……ピツクアツプ駆動回
路、３１……対物レンズ駆動回路、３２……Ａ／
Ｄ変換器、３３……信号処理装置、３４……デイ
スプレイ、３５……光ピツクアツプ装置、３６…
…ポテンシオメータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光デイスクのミユーラー行列を測定する光ピ
   ツクアツプ装置であり、 前記光デイスクに集束されたレーザー照射光を
   照射する手段と、 前記照射光を選択的に４種類の偏光とする偏光
   設定手段と、 前記光デイスクからの反射光に基づいて、前記
   レーザー照射光の照射ポイントのトラツキング誤
   差及びフオーカス誤差を検出する制御情報検出手
   段と、 前記反射光を４の偏光成分に分ける偏光成分分
   割手段とを有する光ピツクアツプ装置。