JPH06109623A - 複屈折量測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セナルモン法の原理を応用した複屈折量測定
方法の測定精度を向上させる。 【構成】 光源１から出た光を第１直線偏光子２で直線
偏光にして、回転ステージ６に回転自在に保持した複屈
折性の被測定試料３、１／４波長板４及び回転ステージ
７に回転自在に保持した第２直線偏光子５を順次通過さ
せて光検出器１０で光量変化を測定する。被測定試料３
又は第２直線偏光子５を連続回転させながら周期的光量
変化を測定して演算処理装置１２によってそのフーリエ
解析し、その位相情報から被測定試料３を通過したこと
による位相ズレ量、すなわち、複屈折量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の透明体の複
屈折量を測定する複屈折量測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の透明体試料の複屈折量を測定
する複屈折量測定方法としては、セナルモン法がある。
この方法は，日本光学ガラス工業会規格の「光学ガラス
のひずみの測定方法」として採用され、また、ＪＩＳ、
ＡＳＴＭ等でも標準の方法として採用されている方法で
ある．以下、ＡＳＴＭで標準の方法として採用されてい
る方法（以下ＡＳＴＭ法という）を例にしてセナルモン
法を説明する。

【０００３】図１６はＡＳＴＭ法を実施する装置の構成
を示す図である。図１６において、光源１から射出され
た測定光は、単色フィルター１３で単一波長の光にさ
れ、拡散板１４を通された後、順次、第１直線偏光子
２、被測定試料３、１／４波長板４及び第２直線偏光子
５を通過して望遠鏡１１によって観測されるようになっ
ている。なお、１／４波長板４の主軸方位は第１直線偏
光子２の偏光軸方位に対して０°又は９０°をなすよう
に設定しておく。

【０００４】この装置によって以下の手順により被測定
試料３の複屈折量を測定する。まず、第１直線偏光子２
と第２直線偏光子５とを直交ニコルの関係になるように
設定する。これは、被測定試料３を取り除いた状態で、
望遠鏡１１によって光の明るさを観測しながら、第２偏
光子５を測定光の進行方向に平行な測定光の中心軸を回
転軸として回転調整し、観測される光の明るさが最小に
なるように設定すればよい。

【０００５】次に、試料３を元にセットし直し、被測定
試料３の複屈折の主軸方位が第１直線偏光子２の偏光軸
方位に対して４５°なすように被測定試料３を設定す
る。これは、望遠鏡１１によって光の明るさを観測しな
がら、被測定試料３を測定光の中心軸の回りに回転調整
し、観測される光の明るさが最大になるように設定すれ
ばよい。

【０００６】次に、この状態で、第２直線偏光子５を測
定光の中心軸の回りに回転調整し、望遠鏡１１によって
観測される光の明るさが最小になる角度位置を求める。
このときの第２直線偏光子５の回転角度をθ(deg.)とす
ると、次の(1) 式から被測定試料３の複屈折量Δ(deg.)
を求めることができる。

【０００７】Δ(deg.)＝２θ‥‥‥ (1) なお、複屈折量Δを光の波長の単位(nm)で求める場合
は、測定に使用する光の波長をλ(nm)としたとき、次の
(2) 式によって求めることができる。

【０００８】 Δ(nm)＝（λ(nm)・θ(deg.)）／（１８０(deg.)）‥‥‥(2)

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
の方法による測定精度は±１〜３ｎｍが限度であり、光
学機器の高精密化が著しい近年の要請に十分応えること
ができなくなってきた。

【００１０】これは、上記従来の方法が、望遠鏡１１を
覗きながら被測定試料３を手動で回転させ、光の強度が
最大となる方位を見つけ、次に望遠鏡１１を覗きなが
ら、第２直線偏光子５を手動で回転させて光の強度が最
小となる方位を見つけるという手順を踏むものであり、
回転操作及び観測を人間が行っている。それゆえ、手動
操作時の誤差や読取り誤差を含むためであると考えられ
た。そこで、被測定試料３や第２直線偏光子５の回転操
作を自動化し、また、望遠鏡１１を通じての観測を光検
出器による測定に置き換えることによって、人間が関与
することによる誤差を取り除く方法が考えられた。

【００１１】しかしながら、このように従来の方法を単
に自動化しただけでは、測定精度を予期したほどには向
上できないことが判明した。すなわち、上記自動化によ
れば、個人差等による測定値のばらつきは軽減できる
が、測定の絶対的精度という観点では熟練者が手動で測
定した場合の測定精度と大差がないことが判明した。こ
のため、上記従来の方法の測定精度の限界は、その測定
の原理的要因によって規制されているものであると推定
された。すなわち、この従来の測定方法は、原理的には
「観測光の明るさが最大又は最小となる位置を求めて方
位を決定する」ものである。つまり、光強度がピークを
示す位置をその近傍の前後の光強度との比較から決定し
て方位を決定している。このような方法によるピーク位
置の決定は、ピークが十分に鋭い場合は、そのピーク位
置を正確に決定できるが、ピークがブロードになるにし
たがって測定誤差が大きくなる。上記従来の方法の場
合、各方位を決定するために観測される光強度（明暗）
のピークが、上述した不十分な精度を確保する程度の鋭
さしか有しないものであると推定された。しかも、ピー
クの前後の光強度からピーク位置を求めるためには、被
測定試料３や第２偏光子５等を往復回転させる必要があ
るが、往復回転機構のバックラッシュ等による誤差を生
ずるおそれもある。さらには、光強度の比較という方法
では、光検出器で電気的信号に変換した場合、これに種
々のノイズが重畳され、このノイズによる誤差を生ずる
おそれもある。

【００１２】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、測定精度を十分に向上させることができる複屈
折量測定方法及びその装置を提供することを目的とした
ものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる複屈折量測定方法は、（１） 測定
用直線偏光の光路軸上に、複屈折性の試料、１／４波長
板、直線偏光子及び光測定手段を順次配置し、前記測定
用直線偏光の偏光軸方位に対して前記１／４波長板の複
屈折の主軸方位を一致させるとともに、前記直線偏光子
の偏光軸方位を前記測定用直線偏光の偏光方位に直交さ
せておき、次に、前記光路軸の回りに、前記複屈折性の
試料を回転させるか、又は、該試料は固定しておいて前
記測定用直線偏光の偏光方位、１／４波長板及び直線偏
光子を同一角度回転させながら、前記光測定手段で光量
を測定してその測定光量が最大を示すまでに回転した角
度量を求めて、前記複屈折性試料の複屈折の主軸方位が
前記測定用直線偏光の偏光軸方位及び前記直線偏光子の
偏光軸方位に対して４５°をなすように設定し、次に、
前記直線偏光子を前記光路軸の回りに回転させながら、
前記光測定手段で光量を測定してその測定光量が最小に
なる角度を求め、このときに回転開始から測定光量が最
小を示すまでに回転した前記直線偏光子の回転角度量を
求め、この回転角度量から前記複屈折性試料の複屈折量
を求める複屈折量測定方法であって、前記光測定手段に
よる測定光量が最大又は最小を示すときの光学部材の回
転角度を求める方法として、前記光学部材を連続回転さ
せ、そのときに前記光測定手段から得られる周期的信号
の位相情報から前記測定光量の最大又は最小を示す角度
を求める方法を用いることを特徴とした構成とした。

【００１４】また、この構成１の態様として、（２）
構成１の複屈折量測定方法において、前記光測定手段に
よる測定光量が最大又は最小を示すときの光学部材の回
転角度を求める方法として、前記光学部材を連続回転さ
せ、そのときに前記光測定手段から得られる周期的信号
の実測値からフーリエ解析によって回転角度に対する光
量変化を示す曲線を求め、この曲線の位相情報から前記
測定光量の最大又は最小を示す角度を求める方法を用い
ることを特徴とした構成、及び、（３） 構成１の複屈
折量測定方法において、前記光測定手段による測定光量
が最大又は最小を示すときの光学部材の回転角度を求め
る方法として、前記光学部材を連続回転させるととも
に、該光学部材の既知の回転角度に対応した周期的な基
準交流信号を発生させ、この基準交流信号と、前記光測
定手段から得られる周期的信号すなわち交流信号とを位
相計に入力してその位相差を求め、この位相差から前記
測定光量が最大又は最小を示す角度を求める方法を用い
ることを特徴とした構成とした。

【００１５】また、本発明にかかる複屈折量測定装置
は、（４） 測定用直線偏光を発生させる光学装置と、
この測定用直線偏光の光路軸上に順次配置される複屈折
性の試料、１／４波長板、直線偏光子及び光測定手段
と、前記光路軸の回りに、前記複屈折性の試料を回転さ
せるか又は該試料は固定しておいて前記測定用直線偏光
の偏光方位、１／４波長板及び直線偏光子を同一角度回
転させる機構、並びに、前記直線偏光子を独立に回転駆
動する機構を備えた回転駆動装置と、前記光測定手段か
ら送出される光量変化情報を入力して回転角度に対する
光量変化を示す周期的変化曲線の位相情報から前記回転
駆動装置による回転角度を求めて前記試料の複屈折量を
求める処理装置とを有する構成とした。

【００１６】また、この構成４の態様として、（５）
構成４の複屈折量測定装置において、前記処理装置は前
記光測定手段から送出される光量変化情報をフーリエ解
析することによって前記回転角度に対する光量変化を示
す周期的変化曲線を求めてその位相情報から前記回転駆
動装置による回転角度を求めて前記試料の複屈折量を求
めるものであることを特徴とした構成、及び、（６）
構成４の複屈折量測定装置において、前記回転駆動装置
によって回転駆動される光学部材の既知の回転角度に対
応した周期的な基準交流信号を発生させる基準交流信号
発生装置を付加し、前記処理装置として、前記光測定手
段から送出される光量変化を示す交流信号及び前記基準
交流信号発生装置から送出される基準交流信号を入力し
てこれらの位相差を送出する位相計を備え、この位相計
から送出される情報に基づいて前記回転駆動装置による
回転角度を求めて前記試料の複屈折量を求める処理機能
を有するものを用いることを特徴とした構成とした。

【００１７】

【作用】構成１の方法によれば、光測定手段による測定
光量が最大又は最小を示すときの光学部材の回転角度を
求める方法として、光学部材を連続回転させ、そのとき
に前記光測定手段から得られる周期的信号の位相情報か
ら前記測定光量の最大又は最小を示す角度を求める方法
を用いている。すなわち、従来の方法のように、光強度
がピークを示す位置をその近傍の前後の光強度との比較
から決定して方位を決定しているのではなく、位相情報
から決定するようにしている。このため、従来の強度比
較によるピーク位置の決定方法における場合に比較して
その測定精度を著しく向上させることが可能となった。
しかも、位相情報を求める回転走査は往復回転である必
要はないので、往復回転機構によるバックラッシュの問
題を生ずるおそれを防止できるとともに、位相情報から
ピーク位置あるいは位相差等を決定するものであるか
ら、部分的強度の変動があってもそれが直接誤差に結び
付く確率を著しく軽減でき、したがって、測定系のノイ
ズの影響を実質的に排除することもできる。

【００１８】構成１の方法の具体的態様としては、構成
２のように、フーリエ解析手法を用いたものや、構成３
のように、位相計を利用したものがある。フーリエ解析
手法を用いたものでは、測定機構を比較的単純にでき、
また、位相計を利用したものでは測定時間を短縮でき
る。

【００１９】さらに、構成４ないし６によれば、それぞ
れ、構成１ないし３の方法を実施できる装置を得ること
ができる。

【００２０】

【実施例】第１実施例 図１は本発明の第１実施例にかかる複屈折量測定装置の
構成を示す図である。以下、図１を参照にしながら第１
実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明する。

【００２１】図１において、符号１は光源であり、この
光源１から射出された測定光の光路軸上に、順次、第１
直線偏光子２、被測定試料３、１／４波長板４、第２直
線偏光子５及び光検出器１０が配置される。

【００２２】また、被測定試料３及び第２直線偏光子５
は、それぞれ回転ステージ６及び回転ステージ７に回転
自在に取り付けられる。回転ステージ６及び回転ステー
ジ７は、それぞれ被測定試料３及び第２直線偏光子５を
回転自在に保持する回転機構やこの回転機構を駆動する
パルスモータ等が内蔵され、モータドライバ９によって
それぞれ独立に回転制御されるようになっている。モー
タドライバ９は、演算処理装置１２の指令によって制御
され、被測定試料３及び第２直線偏光子５に所定の回転
を与える。

【００２３】この演算処理装置１２は、所定のプログラ
ムを格納して実行するもので、モータドライバ９の制御
の他に光検出器１０で検出された光強度信号を入力し、
所定の変換して後述するフーリエ解析処理その他の演算
処理を実行する機能を備えている。

【００２４】光源１としては、単色光を発生するもの
（例えば，レーザー、ＬＥＤ、白色光源から発する光に
単色フィルターを透過させるなど）が好ましいが、波長
方向に幅を持つ光を使用することもできる。この場合に
は、１／４波長板４の基準波長を使用光の中心波長（ま
たは、重心波長）とすれば良い。本実施例では、光源１
として出力安定化He-Ne レーザー（波長６３３ｎｍ）を
用いた。

【００２５】また、第１直線偏光子及び第２直線偏光子
５としては、グラントムソンプリズムを用い、光検出器
１０としては、シリコンフォトダイオードを用いた。さ
らに、被測定試料３としては、通常、ガラス等が対象と
なるが、本実施例では基準の試料として、製品保証値が
位相差４７．５゜±２゜の水晶波長板を用いた。

【００２６】上述の構成の装置によって複屈折量を測定
するには次のようにして行う。まず、第１直線偏光子２
と第２直線偏光子５とを直交ニコルの関係に設定し、か
つ、１／４波長板４の２つの主軸方位（進相軸方位と遅
相軸方位の２つで、これらは互いに直交している）が第
１直線偏光子２及び第２直線偏光子５の偏光方位と一致
するように設定する（初期設定の状態）。

【００２７】次に、被測定試料３を回転ステージ６にセ
ットし、被測定試料３を光路軸の回りに回転させ、その
ときに光検出器１０で検出される光強度信号を演算処理
装置１２に連続的に取り込む（回転ステージ７は静
止）。そうすると、光検出器１０で得られる光強度信号
が余弦波状の変化曲線を描く。これは、被測定試料３の
回転によって被測定試料３に対する入射直線偏光の偏光
方位と被測定試料３の複屈折の主軸の一方の方位とが一
致したとき、１／４波長板４を通り抜けた光の偏光状態
は、第１直線偏光子２の偏光方位と一致する直線偏光と
なり、その結果、第２直線偏光子５を通過する光強度は
最小となる。一方、被測定試料３に対する入射直線偏光
の偏光方位と被測定試料３の複屈折の主軸の方位とが４
５°をなしたとき、１／４波長板４を通り抜けた光の偏
光状態は、第１直線偏光子２の偏光方位に対して被測定
試料３の持つ複屈折量に相当する分だけ偏光方位が傾い
た直線偏光となる。その結果、第２直線偏光子５を通過
する光強度は最大となる。ここで、偏光方位の０度と１
８０度は同じ方位角を表しているので、第２直線偏光子
５を通り抜ける光強度は、被測定試料３が一回転したと
き、４周期の余弦的変化を繰り返すことになる。被測定
試料３を０度方位から回転させて、最初に光強度が最大
になったときの被測定試料３の方位角が複屈折の主軸方
位である。

【００２８】いま、光検出器得られる光強度をＳ0 、被
測定試料３の回転角をβ、被測定試料３の複屈折の主軸
方位をγ、被測定試料３の複屈折量をΔとすると、上記
変化曲線は次の(3) 式によってあらわすことができる。

【００２９】 Ｓ0 ＝１／２（１−ｃｏｓΔ）｛１−ｃｏｓ（４β＋４γ）｝…(3) 図２は、実際に被測定試料３を回転したときに光検出器
１０で得られた光強度の変化の様子を示したものであ
る。光強度が余弦波上に４周期変化していることが解
る。ここでは、０°から３６０°まで５°ピッチで光強
度を取り込んでいる（７２点の測定をした）。回転角０
°を基準として、光強度が最初に極大になる位置までの
角度が初期位相である。

【００３０】演算処理装置１２はこれら取り込んだ７２
個の測定値をフーリエ解析する演算処理を行い、４周期
成分の初期位相の１／４を計算することにより被測定試
料３の複屈折の主軸方位を自動的に算出する。

【００３１】この試料３の複屈折の主軸方位は、演算処
理の結果６９．７度と求められた。なお、フーリエ解析
を使わずに、グラフから直読して求めることもできる
が、測定点は間欠的にあるために読み取り精度が悪くな
るとともに、各測定値はそれぞれ不規則な誤差を含んで
いるので、主軸方位を求める精度が低下する。

【００３２】次に、こうして求まった被測定試料３の複
屈折の主軸方位を第１直線偏光子２の偏光方位に対して
４５°になるように、回転ステージ６を駆動して被測定
試料３を１５５．３°（＝１８０°−（６９．７°−４
５．０°））回転する。

【００３３】次いで、第２直線偏光子５の偏光方位角を
回転させると、第２直線偏光子５を通過した後の光強度
は以下のように変化する（回転ステージ６は静止）。前
述のように、被測定試料３に対する入射直線偏光の偏光
方位と被測定試料３の複屈折の主軸の方位とが４５°に
セットされたとき、１／４波長板４を通過した光の偏光
状態は、第１直線偏光子２の偏光方位に対して被測定試
料３の持つ複屈折量に相当する分だけ偏光方位が傾いた
直線偏光となる。その結果、第２直線偏光子５の偏光方
位と、１／４波長板４から出射される直線偏光の偏光方
位とが一致したとき、光検出器１０で得られる光強度は
最大となり、第２直線偏光子５の偏光方位と、１／４波
長板４から出射される直線偏光の偏光方位とが直交した
とき、光強度は最小となる。偏光方位の０°と１８０°
は同じ方位角を表しているので、第２直線偏光子５を通
り抜けた後の光の強度は、第２直線偏光子２（だけ）が
一回転するのに対して、２周期の余弦的変化を繰り返す
ことになる。第２直線偏光子２を０°方位から回転させ
て、最初に光強度が最大になったときの第２直線偏光子
２の方位角の２倍が被測定試料３の複屈折量（Δ）であ
る。

【００３４】いま、光検出器得られる光強度をＳ1 、第
２偏光子５の回転角をθ、被測定試料３の複屈折量をΔ
とすると、上記変化曲線は次の(4) 式によってあらわす
ことができる。

【００３５】Ｓ1 ＝１＋ｃｏｓ（２θ−Δ）…(4) そこで、第２直線偏光子５を回転ステージ７によって回
転させ（回転ステージ６は静止）、第２直線偏光子５の
一回転に対して光検出器１０で検出される光強度信号を
演算処理装置１２に連続的に取り込む。図３は、実際に
第２直線偏光子５を回転したときに光検出器１０で得ら
れた光強度の変化の様子を示したものである。光強度が
余弦波上に２周期変化していることが解る。ここでは、
０°から３６０°まで５°ピッチで光強度を取り込んで
いる（７２点の測定をした）。回転角０°を基準とし
て、光強度が最初に極大になる位置までの角度が初期位
相である。これら７２個の測定値をフーリエ解析して、
２周期成分の初期位相を計算することにより被測定試料
３の複屈折量（Δ）が自動的に求められる。この試料の
複屈折量は、演算の結果４６．３°と求められた。な
お、フーリエ解析を使わずに、グラフから直読して求め
ることもできるが、測定点は間欠的にあるために読み取
り精度が悪くなるとともに、各測定値はそれぞれ不規則
な誤差を含んでいるために主軸方位を求める精度が低下
する。

【００３６】同じ試料を、市販の複屈折測定装置で測定
した結果は、４６．９°であり、良い一致を示してい
る。しかしながら、それぞれ２０回ずつの測定における
測定値のばらつきは、本実施例による測定ほうでは±
０．２°であり、市販の装置を用いた場合では±１．１
°であった。複屈折の主軸を求めるときの測定値のばら
つきも同様に±０．２°であった。これにより、本実施
例による測定精度は、市販の装置に比べて約０．５桁良
いということができる。

【００３７】第２実施例 図４は本発明の第２実施例にかかる複屈折量測定装置の
構成を示す図である。以下、図４を参照にしながら第２
実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明する。
なお、この実施例は、上述の第１実施例において、被測
定試料３を回転させるのではなく、被測定試料３に入射
させる直線偏光の偏光方位と、１／４波長板４と、第２
直線偏光子５とを同期して回転させるようにしたほかは
第１実施例と同一の構成を有するので、以下の説明では
共通する部分には同一の符号を付して詳細説明を省略
し、第１実施例と異なる部分を中心に説明する。

【００３８】図４において、この実施例では、上述の第
１実施例において被測定試料３を回転するのに代えて、
逆に被測定試料３を固定し、その代わりに、第１直線偏
光子２と、１／４波長板４と、第２直線偏光子５との３
つをそれぞれに回転ステージ６，８，７に取り付けて、
これらを回転比率を１：１：１で同期して回転させる構
成としたものである。回転ステージ６，８，７は、第１
実施例における回転ステージ６，８，７と同様の構造・
機能を備えており、同じように、モータドライバ９によ
って駆動されるようになっている。

【００３９】この実施例の測定原理は、第１実施例と同
一である。すなわち、第１実施例とは、被測定試料３の
複屈折の主軸を求めるときに、被測定試料３を回転させ
るかわりに、測定光学系の各偏光素子の偏光方位（主軸
方位）を回転させる、つまり、第１直線偏光２と、１／
４波長板４と、第２直線偏光子５とを同期して回転させ
るところが異なる。しかし、被測定試料３の複屈折の主
軸方位と被測定試料３へ入射する光の偏光方位との相対
的な位置関係は第１実施例と同じであることから、得ら
れる結果も全く同様となる。

【００４０】この実施例の特徴は、例えば、被測定試料
３が大きくて回転ステージに載置して回転できないよう
なものでも測定できるようになることである。

【００４１】なお、光源１としては、第１実施例で述べ
た条件を備えているほかに、さらに、非偏光または、円
偏光が出射されるものでなければならないという条件が
必要である。これは、第１直線偏光子２が回転するとき
に、これを通過する光強度に変化を与えないようにする
ためである。本実施例では、光源１として波長６３３ｎ
ｍで円偏光を出射する出力安定化He-Ne レーザ（直線偏
光を出射するレーザー管の出射窓の直後に１／４波長板
が組み込まれ、円偏光が出射されるようになったタイ
プ）を用い、被測定試料３には製品保証値が４７．５゜
±２゜の水晶波長板を用いた。

【００４２】図５は、実際に第１直線偏光子２と１／４
波長板４と第２直線偏光子５とを回転比１：１：１で同
期して回転したときに光検出器１０で得られるた光強度
の変化の様子を示したものである。光強度が余弦波状に
４周期変化していることが解る。ここでは、０°から３
６０°まで５°ピッチで光強度を測定した（７２点の測
定をした）。回転角０°を基準として、光強度が最初に
極大になる位置までの角度が初期位相である。これら７
２個の測定値をフーリエ解析して、４周期成分の初期位
相の１／４を計算することにより被測定試料３の複屈折
の主軸方位が自動的に求められる。この試料の複屈折の
主軸方位は、計算の結果３０．８°と求められた。

【００４３】次に、こうして求まった被測定試料３の複
屈折の主軸方位を第１直線偏光子２の偏光方位に対して
４５°になるように、回転ステージ６を駆動して被測定
試料３を１４．２°（＝４５．０°−３０．８°）回転
する。

【００４４】次に、第２直線偏光子５を回転ステージ７
によって回転させ（回転ステージ６は静止）、第２直線
偏光子５の一回転に対して光検出器１０で検出される光
強度信号を演算処理装置１２に連続的に取り込む。ここ
では、０°から３６０°まで５°ピッチで光強度を取り
込んだ（７２点の測定をした）。回転角０°を基準とし
て、光強度が最初に極大になる位置までの角度が初期位
相である。これら７２個の測定値をフーリエ解析して、
２周期成分の初期位相を計算することにより被測定試料
３の複屈折量（Δ）が自動的に求められる。この試料の
複屈折量は、演算の結果４６．１°と求められ、その測
定精度はほぼ第１実施例と同じであった。

【００４５】第３実施例 図６は本発明の第３実施例にかかる複屈折量測定装置の
構成を示す図である。以下、図６を参照にしながら第３
実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明する。
なお、この実施例は、上述の第２実施例において、第１
直線偏光子２を回転駆動させるかわりに、光路軸上にお
ける第１直線偏光子２と被測定試料３との間に光路軸の
回りに回転可能な１／２波長板１５を新たに配置し、１
／２波長板１５と、１／４波長板４と、第２直線偏光子
５との回転比率がそれぞれ１：２：２になるように同期
し回転駆動させるようにしたほかは第２実施例と同一の
構成を有するので、以下の説明では共通する部分には同
一の符号を付して詳細説明を省略し、第１実施例と異な
る部分を中心に説明する。

【００４６】図４において、この実施例では、上述の第
２実施例において第１直線偏光子２を回転するのに代え
て、第１直線偏光子２を固定し、その代わりに、新たに
配置した１／２波長板１５を回転ステージ６にセット
し、この１／２波長板１５と、１／４波長板４と、第２
直線偏光子５との回転比率がそれぞれ１：２：２になる
ように同期して回転駆動させるようにした。すなわち、
この実施例は、上記第２実施例とは、被測定試料３の複
屈折の主軸を求めるときに、第１直線偏光子２を回転さ
せるかわりに、１／２波長板１５と１／４波長板４と第
２直線偏光子５とを同期して回転させるところが異な
る。なお、回転ステージ６，７，８は第２実施例におけ
る場合と同様の構造・機能を有し、同様にモータドライ
バ９によって駆動されるようになっている。

【００４７】この実施例の特徴は、被測定試料３が大き
くて回転ステージに載置して回転できないようなもので
も測定できる点は上記第２実施例と同じであるが、これ
に加えて、本実施例では、光源１から発する光の偏光状
態が任意でかまわないところにある。なお、本実施例で
は、光源１に出力安定化He-Ne レーザー（波長６３３ｎ
ｍ）を用い、被測定試料３には製品保証値が４７．５゜
±２゜の水晶波長板を用いた。

【００４８】まず、１／２波長板１５から出射する直線
偏光の方位と第２直線偏光子５の偏光軸方位とが直交す
るようにセットし、かつ１／４波長板４の二つの主軸方
位が上記直交する二つの偏光方位に重なるようにセット
して、初期設定を行う。ここで、１／２波長板１５は、
その進相軸を基準としてその相対方位角の２倍だけ入射
直線偏光方位を回転する機能を持っている。例えば、１
／２波長板１５の進相軸方位に対して１５°傾いた直線
偏光を入射すると、出射される直線偏光方位は、１／２
波長板１５の進相軸に対して３０°傾けられる。従っ
て、図６の１／２波長板１５を出射した直線偏光の偏光
方位は、１／２波長板１５が３６０°回転すると、７２
０°だけ回転することになる。したがって、この実施例
においては、第２実施例において第１直線偏光子２を回
転させる場合と同様の作用を得るために、１／２波長板
１５と、１／４波長板４と、第２直線偏光子５とをそれ
ぞれ１：２：２の回転比率で同期回転させる必要があ
る。

【００４９】次に、１／２波長板１５と１／４波長板４
と第２直線偏光子５とを同期（回転比１：２：２）して
光軸の回りに回転させ、１／２波長板１５の一回転に対
して光検出器１０で検出される光強度信号を演算処理装
置１２に連続的に取り込む。いま、光検出器得られる光
強度をＳ0 ´、１／２波長板１５の回転角をβ´、被測
定試料３の複屈折の主軸方位をγ、被測定試料３の複屈
折量をΔとすると、この場合の変化曲線は次の(5) 式に
よってあらわすことができる。

【００５０】 Ｓ0 ´＝２−１／２（１−ｃｏｓΔ）｛１−ｃｏｓ（８β´−４γ）｝…(5) 図７は、実際に１／２波長板１５と１／４波長板４と第
２直線偏光子５とを回転比１：２：２で同期して回転し
たときに、光検出器１０で得られる光強度の変化の様子
を示したものである。光強度が余弦波上に８周期変化し
ていることが解る。ここでは、０°から３６０°まで２
°ピッチで光強度を測定した（１８０点の測定をし
た）。回転角０°を基準として、光強度が最初に極大に
なる位置までの角度が初期位相である。これら１８０個
の測定値をフーリエ解析して、８周期成分の初期位相の
１／４倍を計算することにより被測定試料３の複屈折の
主軸方位が自動的に求められる。この試料の複屈折の主
軸方位は、演算の結果１６．３°と求められた。

【００５１】なお、図７の曲線は、正確な余弦波状の変
化を示していない。これは、１／２波長板１５が正しく
作成されていないためのもので、この誤差が２周期成
分、４周期成分として重なった形で現れている。しかし
この誤差は、フーリエ解析で８周期成分だけを取り出し
ているために、複屈折の主軸の方位を求めることに対す
る誤差とはならない。

【００５２】次に、いま求めた被測定試料３の主軸方位
に対し、１／２波長板１５を通過した直線偏光の偏光方
位を４５°に、１／４波長板４の主軸方位を被測定試料
３の主軸方位に対して４５°に、第２直線偏光子５の偏
光軸方位を被測定試料３の主軸方位に対して４５°でか
つ１／２波長板１５から出射される直線偏光の偏光軸方
位に対して直交するように配置し、しかる後に、第２実
施例と同様に第２直線偏光子５を光軸の回りに回転さ
せ、そのときに光検出器１０で得られる光強度信号の余
弦波状の変化曲線をフーリエ解析してその初期位相から
被測定試料３の複屈折量を求める。この試料の複屈折量
は、演算の結果４６．４°と求められ、その測定精度は
ほぼ第２実施例と同じであった。

【００５３】第４実施例 図８は本発明の第４実施例にかかる複屈折量測定装置の
構成を示す図である。以下、図８を参照にしながら第４
実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明する。

【００５４】この実施例の基本構成は第１実施例と同じ
である。すなわち、図８において、光源１から出た光
は、第１直線偏光子２、被測定試料３、１／４波長板
４、第２直線偏光子５を通過して光検出器１０によって
検出されるようになっている。この実施例が第１実施例
と異なる点は、第１実施例では被測定試料３の主軸方位
や第２直線偏光子５の回転角等を求めるのに、フーリエ
解析の手法を用いたのに対し、この実施例では、回転さ
せるべき光学部材の既知の回転角度に対応した周期的な
基準交流信号を発生させ、この基準交流信号と、光検出
器から得られる周期的信号すなわち交流信号とを位相計
に入力してその位相差を求め、この位相差から求めるよ
うにした点が異なる。

【００５５】この実施例では、基準交流信号を発生させ
る手段を、図９に示したように、円環状の板体の円環部
に交互に光遮断部２７ａと光透過部２７ｂとを等間隔で
形成した光学的なチョッパー２７及び該チョッパー２７
と同様の基本構成を有するチョッパー２８と、これら各
チョッパーの円環部を挾んで対向してそれぞれ配置され
る第１参照光源１８及び第１参照光検出器１９、並び
に、第２参照光源３０及び第２参照光検出器３１とで構
成するようにした。

【００５６】これらチョッパー２７，２８の中心孔部に
は、それぞれ被測定試料３及び第２直線偏光子５が固定
できるようになっているとともに、チョッパー２７，２
８は回転ステージ６及び８に組み込まれている。すなわ
ち、回転ステージ６を回転駆動すると、この回転ステー
ジ６に組み込まれたチョッパー２７及びこのチョッパー
２７に取り付けられた被測定試料３が一体になって回転
し、また、回転ステージ８を回転駆動すると、この回転
ステージ８に組み込まれたチョッパー２８及びこのチョ
ッパー２８に取り付けられた第２直線偏光子５が一体に
なって回転するようになっている。したがって、回転ス
テージ６，８によって、チョッパー２７（被測定試料
３），２８（第２直線偏光子５）を回転させると、第１
参照光源１８及び第２参照光源３０から出た光は交互に
遮断と通過を繰り返す。それゆえ、第１参照光検出器１
９及び第２参照光検出器３１からは、チョッパー２７
（被測定試料３），２８（第２直線偏光子５）の回転に
対応した基準交流信号が送出される。

【００５７】第１参照光検出器１９から送出される信号
は、第１位相計１７に送られ、また、第２参照光検出器
３１から送出される信号は第２位相計２６に送られるよ
うになっている。

【００５８】第１位相計１７は、第１参照光検出器１９
から送出される交流信号と、光検出器１０から送出され
て２つに分岐された一方の信号を入力し、これら２つの
交流信号の位相差を計測してその結果を演算処理装置１
２に送る。同様に、第２位相計２６は、第２参照光検出
器３１から送出される交流信号と、光検出器１０から送
出されて２つに分岐された他方の信号を入力し、これら
２つの交流信号の位相差を計測してその結果を演算処理
装置１２に送るものである。

【００５９】この実施例による測定手順は次のようにな
る。まず、被測定試料３を回転ステージ６に組み込まれ
た光学チョッパー２７に取り付ける。そして、回転ステ
ージ６を回転駆動して被測定試料３と光学チョッパー２
７とを一体に回転させる（ここでは、回転ステージ７は
静止状態）。光検出器１０で得られる光強度が上述の
(3) 式に従い、被測定試料３が一回転するのに対して４
周期で変化することは、先の例と同じである。光学チョ
ッパー２７に４枚羽のもの（図９参照）を用いると、第
１参照光検出器１９で得られる光強度も同じく４周期で
変化する。

【００６０】ここで、回転ステージ６を連続駆動して被
測定試料３と光学チョッパー２７とを連続回転させる
（回転ステージ７は静止）と、光検出器１０と第１参照
光検出器１９で得られる信号は、交流信号として扱うこ
とができるようになる。光検出器１０で得られる交流信
号（以下、交流Ａ信号という）は、余弦波状の交流信号
となり、第１参照光検出器１９で得られる信号（以下、
交流Ｂ信号という）は、矩形波状の交流信号となる。

【００６１】これら交流Ａ信号と交流Ｂ信号とを第１位
相計１７に入力し、交流Ｂ信号を参照信号として位相検
出を行うと、得られた位相量の１／４倍が複屈折の主軸
方位として求まる（図１０参照）。第１実施例と同じ試
料を被測定試料３として用いた結果、位相計の出力は、
３５．２ｄｅｇとなり、これより複屈折主軸の方位は、
８．８ｄｅｇと求められた。

【００６２】そして、いま求められた被測定試料３の主
軸方位を第１直線偏光子２の偏光軸方位に対して４５°
になるように配置する。

【００６３】次に、第２直線偏光子５を回転させて、被
測定試料３の複屈折量を求める。この場合、光検出器１
０で得られる光強度信号は(4) 式に従い、回転ステージ
７が一回転するのに対して２周期で変化する（これも先
の例と全く同様である）。故に、回転ステージ７に組み
込まれる光学チョッパー２８は、二枚羽のものを用い
る。

【００６４】ここで、回転ステージ７を連続して回転さ
せると、光検出器１０と第２参照光検出器３１で得られ
る信号は、交流信号として扱うことができるようにな
る。光検出器１０で得られる交流信号（以下、交流Ｃ信
号という）は、余弦波状の交流信号となり、第２参照光
検出器３１で得られる信号（以下、交流Ｄ信号という）
は、矩形波状の交流信号となる。

【００６５】この、交流Ｃ信号と、交流Ｄ信号とを第２
位相形２６に入力し、交流Ｄ信号を参照信号として位相
検出を行うと、得られた位相量が被測定試料３に等しい
ことから被測定試料３の複屈折量が求まる。実測の結
果、位相計の出力＝複屈折量は４６．０ｄｅｇと求まっ
た。この結果は、第１実施例で得た値と良く一致してい
る。測定時間は、約１０秒であった。

【００６６】この実施例の特徴は、測定時間を前述のフ
ーリエ解析を用いた方法に比べて短くできることであ
る。これは、回転ステージの回転速度をより高速にでき
ることと、フーリエ解析のための演算時間が不要になる
ためである。

【００６７】第５実施例 図１１は本発明の第５実施例にかかる複屈折量測定装置
の構成を示す図である。以下、図１１を参照にしながら
第５実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明す
る。

【００６８】この実施例の基本構成は第２実施例と同じ
であるが、第２実施例では被測定試料３の主軸方位や第
２直線偏光子５の回転角等を求めるのに、フーリエ解析
の手法を用いたのに対し、この実施例では、回転させる
べき光学部材の既知の回転角度に対応した周期的な基準
交流信号を発生させ、この基準交流信号と、光検出器か
ら得られる周期的信号すなわち交流信号とを位相計に入
力してその位相差を求め、この位相差から求めるように
した点が異なる。

【００６９】この実施例では、基準交流信号を発生させ
る手段として、上述の第４実施例と同様の手段を用いて
おり、したがって、この実施例の構成は第４実施例と極
めて類似した構成を有している。そこで、以下では、第
４実施例と同一の構成には同一の符号を付してその詳細
説明を省略し、第４実施例と異なる点を中心に説明す
る。

【００７０】この実施例が第４実施例と異なる点は、第
４実施例では回転ステージ６に組み込まれたチョッパー
２７に試料３を取り付けて回転するようにしたが、この
実施例では第１直線偏光子２を回転ステージ６に組み込
まれたチョッパー２７に取り付けて回転するようにした
点が異なる。その外の構成は第４実施例と同じである。

【００７１】この構成による測定手順は、次のようにな
る。まず、回転ステージ６を駆動して第１直線偏光子２
と光学チョッパー２７と一体に回転させ、これに同期し
て１／４波長板４を取り付けた回転ステージ８及び第２
直線偏光子５を取り付けた回転ステージ７とを駆動して
これらの回転比が１：１：１になるように回転させる。
このとき、光検出器１０で得られる光強度が(3) 式に従
い、回転ステージ６が一回転するのに対して４周期で変
化することは、先の例と同じである。光チョッパー２７
に４枚羽のもの（図９参照）を用いると、第一の参照光
検出器１９で得られる光強度も同じく４周期で変化す
る。

【００７２】ここで、回転ステージ６、７、８を連続し
て回転させると、光検出器１０と第１参照光検出器１９
で得られる信号は、交流信号として扱うことができるよ
うになる。光検出器１０で得られる交流信号（以下、交
流Ｅ信号という）は、余弦波状の交流信号となり、第１
参照光検出器１９で得られる信号（以下、交流Ｆ信号と
いう）は、矩形波状の交流信号となる。

【００７３】この、交流Ｅ信号と、交流Ｆ信号とを第１
位相形１７に入力し、交流Ｆ信号を参照信号として位相
検出を行うと、得られた位相量の１／４倍が複屈折の主
軸方位として求まる。実測した結果、位相計の出力＝８
６．１ｄｅｇ、複屈折の主軸の方位は２１．５ｄｅｇで
あった。

【００７４】そして、今求められた被測定試料３の主軸
方位が第１直線偏光子２の偏光軸方位に対して４５°に
なるように回転ステージ６、７、８の方位角を調整・配
置し、次いで、第２直線偏光子５を回転させて、被測定
試料３の複屈折量を求める手順は、上述の第４実施例と
全く同じであるので説明を省略する。実測の結果、位相
計の出力＝複屈折量は４６．０ｄｅｇと求まった。この
結果は、第１実施例で得た値と良く一致している。測定
時間は、約１０秒であった。

【００７５】なお、この実施例では、光学チョッパー２
７を回転ステージ６に配置してあるが、これは、回転ス
テージ８に配置してもかまわない。さらに、回転ステー
ジ７に光学チョッパー２８と共に配置する事もできる。

【００７６】この方法の特徴は、測定時間を短くでき、
かつ、被測定試料３が大きくて回転ステージに載置し一
体に回転できないようなものでも測定できるようになる
ことである。

【００７７】第６実施例 図１２は本発明の第６実施例にかかる複屈折量測定装置
の構成を示す図である。以下、図１２を参照にしながら
第６実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明す
る。

【００７８】この実施例の基本構成は上述の第３実施例
と同じであるが、第３実施例では被測定試料３の主軸方
位や第２直線偏光子５の回転角等を求めるのに、フーリ
エ解析の手法を用いたのに対し、この実施例では、回転
させるべき光学部材の既知の回転角度に対応した周期的
な基準交流信号を発生させ、この基準交流信号と、光検
出器から得られる周期的信号すなわち交流信号とを位相
計に入力してその位相差を求め、この位相差から求める
ようにした点が異なる。

【００７９】この実施例では、基準交流信号を発生させ
る手段として、上述の第５実施例と同様の手段を用いて
おり、したがって、この実施例の構成は第５実施例と極
めて類似した構成を有している。そこで、以下では、第
５実施例と同一の構成には同一の符号を付してその詳細
説明を省略し、第５実施例と異なる点を中心に説明す
る。

【００８０】この実施例が第５実施例と異なる点は、第
５実施例では回転ステージ６に組み込まれたチョッパー
２７に第１直線偏光子２を取り付けて回転するようにし
たが、この実施例では、被測定試料３及び第１直線偏光
子２を固定し、その代わりに、これらの間に新たに配置
した１／２波長板１５を回転ステージ６に組み込まれた
チョッパー２７にセットし、この１／２波長板１５と、
１／４波長板４と、第２直線偏光子５との回転比率がそ
れぞれ１：２：２になるように同期して回転駆動させる
ようにした。すなわち、この実施例は、上記第５実施例
とは、被測定試料３の複屈折の主軸を求めるときに、第
１直線偏光子２を回転させるかわりに、１／２波長板１
５と１／４波長板４と第２直線偏光子５とを同期して回
転させるところが異なる。

【００８１】この構成による測定手順は次のようにな
る。まず、回転ステージ６を駆動して１／２波長板１５
と光学チョッパー２７とを一体に回転させ、さらに、こ
れに同期して１／４波長板４を取り付けた回転ステージ
８と第２直線偏光子５を取り付けた回転ステージ７とを
回転比が１：２：２になるように回転させる。このと
き、光検出器１０で得られる光強度が(5) 式に従い、回
転ステージ６が一回転するのに対して８周期で変化する
ことは、先の例と同じである。光チョッパー２７に８枚
羽のものを用いると、第一の参照光検出器１９で得られ
る光強度も同じく８周期で変化する。

【００８２】ここで、回転ステージ６、７、８を連続し
て回転させると、光検出器１０と第一の参照光検出器１
９で得られる信号は、交流信号として扱うことができる
ようになる。光検出器１０で得られる交流信号（以下、
交流Ｇ信号という）は、余弦波状の交流信号となり、第
一の参照光検出器１９で得られる信号（以下、交流Ｈ信
号という）は、矩形波状の交流信号となる。

【００８３】この、交流Ｇ信号と、交流Ｈ信号とを第一
の位相形１７に入力し、交流Ｈ信号を参照信号として位
相検出を行うと、得られた位相量の１／４倍が複屈折の
主軸方位として求まる。実測した結果位相計の出力＝５
５．９ｄｅｇとなり、この結果、被測定試料３の複屈折
の主軸の方位は、１４．０ｄｅｇと求まった。

【００８４】次に、いま求められた被測定試料３の主軸
方位が１／２波長板１５を出射した直線偏光の偏光方位
に対して４５°になるように回転ステージ６、７、８の
方位角を調整・配置し、次いで、第２直線偏光子５を回
転させて、被測定試料３の複屈折量を求める手順は、上
述の第５実施例と全く同じであるので説明を省略する。
実測の結果、位相計の出力＝複屈折量は４６．０ｄｅｇ
と求まった。この結果は、第１実施例で得た値と良く一
致している。測定時間は、約１０秒であった。

【００８５】なお、この実施例では、光学チョッパー２
７を回転ステージ６に配置してあるが、これは、回転ス
テージ８に配置してもかまわない。さらに、回転ステー
ジ７に光学チョッパー２８と共に配置する事もできる。
しかし、回転ステージ７、８に配置した場合には、回転
比が回転ステージ６と異なるので、光学チョッパーには
４枚羽のものを使用しなければならない。

【００８６】この方法の特徴は、測定時間を短くでき、
かつ、被測定試料３が大きくて回転ステージに載置し一
体に回転できないようなものでも測定でき、さらに、光
源１から発する光の偏光状態が任意でかまわないところ
にある。

【００８７】第７実施例 図１３は本発明の第７実施例にかかる複屈折量測定装置
の構成を示す図である。以下、図１３を参照にしながら
第７実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明す
る。なお、この実施例の基本構成は上述の第１実施例と
同じであるが、具体的構成において相違する。

【００８８】図１３において、光源１から出た光は、光
学チョッパー１６を通り、レンズ２０で拡散され、拡散
板１４に照射される。この光学チョッパー１６の回転に
同期した信号を得るために、第３参照光源３２と、第３
参照光検出器３３とを光学チョッパー１６を挟んで対向
して配置する。これによって、拡散板１４に照射される
光は、光学チョッパー１６に同期した周波数で点滅す
る、すなわち強度変調された光（以下、強度変調光と呼
ぶ）となる。拡散板１４は、光源１に可干渉性の強い光
源、例えばレーザーなどを用いたときには、スペックル
を防止するために、光軸の回りに回転させる。本実施例
では、拡散板１４から出射される光が二次的な光源とな
る。

【００８９】拡散板１４から出た光は、第１直線偏光子
２、回転ステージ６に載置された被測定試料３を通り観
測望遠鏡２１に入射する。観測望遠鏡２１は、１／４波
長板４と、対物レンズ２２と、ビームスプリッター２３
と、接眼鏡２４と、回転ステージ７に載置された第２直
線偏光子５と、リレーレンズ２５とで構成されている。

【００９０】１／４波長板４を通過した光は、対物レン
ズ２２によって集束光となり、さらに、ビームスプリッ
ター２３で二つに分割される。ビームスプリッター２３
で分割された一方の集束光は、第２直線偏光子５を通過
し、一旦焦点を結んだ後に再び発散光となり、リレーレ
ンズ２５で、再び集束され光検出器１０で検出される。

【００９１】一方、ビームスプリッター２３で分割され
た他方の集束光は、接眼レンズを通り、その背後から肉
眼によって被測定試料３が観察可能となる。

【００９２】光検出器１０により検出される光は、対物
レンズ２２とリレーレンズ２５とによって、被測定試料
３の任意の一点（測定点；この点は、回転ステージ６の
回転中心と一致する必要がある。）から出た光となるよ
うに構成されている。接眼レンズ２４は、この測定点を
肉眼で観察し、調整するために使われる。なお、接眼レ
ンズ２４は、撮像素子に置き換えることが可能であり、
この場合には撮像素子から出力される信号をモニターで
受け、モニター上で観察する。

【００９３】光検出器１０で検出された光は、ロックイ
ンアンプ２９に入力される。ロックインアンプ２９は、
第３参照光検出器３３で得られる信号を参照信号とし
て、強度変調光の同期検出を行い、その強度に比例した
信号を出力し、演算処理装置１２へ送る。この結果、演
算処理装置１２に入力される信号は、第１実施例におけ
る演算処理装置１２に入力される信号と全く同様なもの
となる。したがって、被測定試料３を回転させて、複屈
折の主軸を求め、第２直線偏光子５を回転させて、複屈
折量を求めるのは、第１実施例と全く同じ方法を用いれ
ば良いのでその説明は省略する。

【００９４】この実施例の特徴は、例えば、被測定試料
３の表面が光学研磨のようになめらかな面ではなく、ス
リガラス状の面であったり、面形状が不規則であった
り、または、外乱光の強度が強く、光検出器１０に届く
光量が少なくなる場合（信号のＳ／Ｎ比が悪い状態）で
も測定できることである。これは、ロックインアンプ２
９（による同期検出）が、参照光検出器３３で得られる
参照信号と同じ周波数を持つ信号、すなわち、強度変調
信号だけを選択的に増幅して出力する機能を持つからで
ある。なお、この実施例の構成は、第２実施例や第３実
施例を基本構成とする方法及び装置にも適用できる。

【００９５】第８実施例 図１４は本発明の第８実施例にかかる複屈折量測定装置
の構成を示す図である。以下、図１４を参照にしながら
第８実施例にかかる複屈折量測定方法及び装置を説明す
る。なお、この実施例の基本構成は上述の第４実施例と
同じであるが、具体的構成は上記第７実施例の構成を応
用した構成を有する。したがって、第７実施例と共通す
る部分には同一の符号を付して説明する。

【００９６】図１４において、光源１から出た光は、光
学チョッパー１６を通り、レンズ２０で拡散され、拡散
板１４に照射される。この光学チョッパー１６の回転に
同期した信号を得るために、第３参照光源３２と、第３
参照光検出器３３とを光学チョッパー１６を挟んで対向
して配置する。これによって、拡散板１４に照射される
光は、光学チョッパー１６に同期した周波数で点滅す
る、すなわち強度変調された光（以下、強度変調光と呼
ぶ）となる。拡散板１４は、光源１に可干渉性の強い光
源、例えばレーザーなどを用いたときには、スペックル
を防止するために、光軸の回りに回転させる。本構成で
は、拡散板１４から出射される光が二次的な光源とな
る。

【００９７】拡散板１４からでた光は、第１直線偏光子
２、回転ステージ６に載置された被測定試料３を通り観
測望遠鏡２１に入射する。回転ステージ６には、光学チ
ョッパー２７が配置され、この光学チョッパー２７の回
転に同期した信号を得るために、第一の参照光源１８
と、第一の参照光検出器１９とを光学チョッパーを挟ん
で対向して配置する。

【００９８】さらに、第２直線偏光子５と回転ステージ
７と一体になって回転する光学チョッパー２８を回転ス
テージ７に配置し、この光学チョッパー２８の回転に同
期した信号を得るために、第２参照光源３０と、第２参
照光検出器３１とを光学チョッパー２８を挟んで対向し
て配置する。

【００９９】観測望遠鏡２１は、１／４波長板４と、対
物レンズ２２と、ビームスプリッター２３と、接眼鏡２
４と、回転ステージ７に載置された第２直線偏光子５
と、リレーレンズ２５と、回転ステージ７に、第２直線
偏光子５と一体になって回転する光学チョッパー２８
と、この光学チョッパー２８の回転に同期した信号を得
るための第２参照光源３０と、光学チョッパー２８を挟
んで対向して配置されている第２参照光検出器３１と、
から構成されている。

【０１００】１／４波長板４を通過した光は、対物レン
ズ２２によって集束光となり、さらに、ビームスプリッ
ター２３で二つに分割される。ビームスプリッター２３
で分割された一方の集束光は、第２直線偏光子５を通過
し、一旦焦点を結んだ後に再び発散光となり、リレーレ
ンズ２５で、再び集束され光検出器１０で検出される。

【０１０１】一方、ビームスプリッター２３で分割され
た他方の集束光は、接眼レンズを通り、その背後から肉
眼によって被測定試料３が観察可能となる。

【０１０２】光検出器１０により検出される光は、対物
レンズ２２とリレーレンズ２５とによって、被測定試料
３の任意の一点（測定点；この点は、回転ステージ６の
回転中心と一致する必要がある。）から出た光となるよ
うに構成されている。接眼レンズ２４は、この測定点を
肉眼で観察し、調整するために使われる。なお、接眼レ
ンズ２４は、撮像素子に置き換えることが可能であり、
この場合には撮像素子から出力される信号をモニターで
受け、モニター上で観察する。

【０１０３】光検出器１０で検出された光は、ロックイ
ンアンプ２９に入力される、ロックインアンプ２９は、
第３参照光検出器３３で得られる信号を参照信号とし
て、強度変調光の同期検出を行い、その強度に比例した
信号を出力し、その信号は二つに分割され、一方は第１
位相計１７に、他方は第２位相計２６に入力される。

【０１０４】第１位相計１７は、第１参照光検出器１９
で得られた信号を参照信号として、位相検出を行い演算
処理装置１２へその結果を出力する。第２位相計２６
は、第２参照光検出器３１で得られた信号を参照信号と
して、位相検出を行い演算処理装置１２へその結果を出
力する。

【０１０５】光学チョッパー１６と光学チョッパー２７
との回転比を、光学チョッパー１６の周波数が高くなる
ように適当に設定し、被測定試料３を回転すると、光検
出器１０で得られる光強度は、光学チョッパー１６によ
り強度変調を受けながら、被測定試料３が一回転するの
に対して４周期変化する余弦波状に変化する。この様子
を模式的に表したのが図１５である。

【０１０６】このように変調された信号を、第３参照光
検出器３３からの参照信号と共にロックインアンプ２９
に入力すると、ロックインアンプ２９からの出力信号
は、図１５に示された信号の包絡線、すなわち、余弦波
状に変化する信号のみを表すものとなる。

【０１０７】この結果、演算処理装置１２に入力される
信号は、第４実施例の構成における演算処理装置１２に
入力される信号と全く同様なものとなる。したがって、
被測定試料３を回転させて、複屈折の主軸を求め、第２
直線偏光子５を回転させて、複屈折量を求めるのは、第
４実施例と全く同じ方法を用いれば良いのでその説明は
省略する。

【０１０８】この構成の特徴は、例えば、被測定試料３
の表面が光学研磨のようになめらかな面ではなく、スリ
ガラス状の面であったり、面形状が不規則であったり、
または、外乱光の強度が強く、光検出器１０に届く光量
が少なくなる場合（信号のＳ／Ｎ比が悪い状態）でも測
定でき、さらに、測定時間を短くできることである。こ
れは、ロックインアンプ２９（による同期検出）が、参
照光検出器３３で得られる参照信号と同じ周波数を持つ
信号、すなわち、強度変調信号だけを選択的に増幅して
出力する機能を持つからである。

【０１０９】なお、この実施例の構成は、上述の第５実
施例及び第６実施例を基本構成とする方法及び装置にも
適用できる。また、以上の各実施例は、例えば、第１実
施例の方法及び装置を用いて複屈折の主軸方位を求め、
第４実施例の方法及び装置を用いて複屈折量を求めると
いうような組み合わせも可能であり、さらには、第５実
施例の方法及び装置を用いて複屈折の主軸方位を求め、
第１実施例の方法及び装置を用いて複屈折量を求めると
いうような組み合わせも可能である。すなわち、上述し
た各実施例は、これらを種々組み合わせた応用が可能な
ものである。

【０１１０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、いわゆ
るセナルモン法の原理を応用した複屈折量測定方法及び
装置において、光測定手段による測定光量が最大又は最
小を示す角度を求める方法として、測定光の光路軸回り
に回転させるべき光学部材を連続回転させ、そのときに
光測定手段から得られる周期的信号の位相情報から前記
測定光量の最大又は最小を示す角度を求めるようにした
もので、これにより、測定精度を十分に向上させること
ができる複屈折量測定方法及び装置を得ているものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる複屈折量測定装置の構成を
示す図である。

【図２】第１実施例の試料の回転角に対する光強度変化
の曲線を示す図である。

【図３】第２直線偏光子の回転角に対する光強度変化の
曲線を示す図である。

【図４】第２実施例にかかる複屈折量測定装置の構成を
示す図である。

【図５】第２実施例の光学部材の回転角に対する光強度
変化の曲線を示す図である。

【図６】第３実施例にかかる複屈折量測定装置の構成を
示す図である。

【図７】第３実施例の１／２波長板の回転角に対する光
強度変化の曲線を示す図である。

【図８】第４実施例にかかる複屈折量測定装置の構成を
示す図である。

【図９】光学チョッパーを示す図である。

【図１０】位相計に入力される交流信号の説明図であ
る。

【図１１】第５実施例にかかる複屈折量測定装置の構成
を示す図である。

【図１２】第６実施例にかかる複屈折量測定装置の構成
を示す図である。

【図１３】第７実施例にかかる複屈折量測定装置の構成
を示す図である。

【図１４】第８実施例にかかる複屈折量測定装置の構成
を示す図である。

【図１５】第８実施例における光検出器の出力信号を模
式的に示した図である。

【図１６】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１…光源、２…第１直線偏光子、３…被測定試料、４…
1/4 波長板、５…第２直線偏光子、６，７，８…回転ス
テージ９…モータードライバ、１０…光検出器、１１…
望遠鏡、１２…演算処理装置（ＣＰＵ）、１３…単色フ
ィルター、１４…拡散板、１５…1/2 波長板、１６…光
学チョッパー、１７…第１位相計、１８…第１参照光
源、１９…第１参照光検出器、２０…レンズ、２１…観
察望遠鏡、２２…対物レンズ、２３…ビームスプリッタ
ー、２４…接眼レンズ、２５…リレーレンズ、２６…第
２位相計、２７…光学チョッパー、２８…光学チョッパ
ー、２９：ロックインアンプ、３０…第２参照光源、３
１…第２参照光検出器、３２…第３参照光源、３３…第
３参照光検出器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定用直線偏光の光路軸上に、複屈折性
   の試料、１／４波長板、直線偏光子及び光測定手段を順
   次配置し、 前記測定用直線偏光の偏光方位に対して前記１／４波長
   板の複屈折の主軸方位を一致させるとともに、前記直線
   偏光子の偏光軸方位を前記測定用直線偏光の偏光方位に
   直交させておき、 次に、前記光路軸の回りに、前記複屈折性の試料を回転
   させるか、又は、該試料は固定しておいて前記測定用直
   線偏光の偏光方位、１／４波長板及び直線偏光子を同一
   角度回転させながら、前記光測定手段で光量を測定して
   その測定光量が最大を示すまでに回転した角度量を求め
   て、前記複屈折性試料の複屈折の主軸方位が前記測定用
   直線偏光の偏光軸方位及び前記直線偏光子の偏光軸方位
   に対して４５°をなすように設定し、 次に、前記直線偏光子を前記光路軸の回りに回転させな
   がら、前記光測定手段で光量を測定してその測定光量が
   最小になる角度を求め、このときに回転開始から測定光
   量が最小を示すまでに回転した前記直線偏光子の回転角
   度量を求め、この回転角度量から前記複屈折性試料の複
   屈折量を求める複屈折量測定方法であって、 前記光測定手段による測定光量が最大又は最小を示すと
   きの光学部材の回転角度を求める方法として、前記光学
   部材を連続回転させ、そのときに前記光測定手段から得
   られる周期的信号の位相情報から前記測定光量の最大又
   は最小を示す角度を求める方法を用いることを特徴とし
   た複屈折量測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複屈折量測定方法にお
   いて、 前記光測定手段による測定光量が最大又は最小を示すと
   きの光学部材の回転角度を求める方法として、前記光学
   部材を連続回転させ、そのときに前記光測定手段から得
   られる周期的信号の実測値からフーリエ解析によって回
   転角度に対する光量変化を示す曲線を求め、この曲線の
   位相情報から前記測定光量の最大又は最小を示す角度を
   求める方法を用いることを特徴とした複屈折量測定方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の複屈折量測定方法にお
   いて、 前記光測定手段による測定光量が最大又は最小を示すと
   きの光学部材の回転角度を求める方法として、前記光学
   部材を連続回転させるとともに、該光学部材の既知の回
   転角度に対応した周期的な基準交流信号を発生させ、こ
   の基準交流信号と、前記光測定手段から得られる周期的
   信号すなわち交流信号とを位相計に入力してその位相差
   を求め、この位相差から前記測定光量が最大又は最小を
   示す角度を求める方法を用いることを特徴とした複屈折
   量測定方法。
4. 【請求項４】 測定用直線偏光を発生させる光学装置
   と、 この測定用直線偏光の光路軸上に順次配置される複屈折
   性の試料、１／４波長板、直線偏光子及び光測定手段
   と、 前記光路軸の回りに、前記複屈折性の試料を回転させる
   か又は該試料は固定しておいて前記測定用直線偏光の偏
   光方位、１／４波長板及び直線偏光子を同一角度回転さ
   せる機構、並びに、前記直線偏光子を独立に回転駆動す
   る機構を備えた回転駆動装置と、 前記光測定手段から送出される光量変化情報を入力して
   回転角度に対する光量変化を示す周期的変化曲線の位相
   情報から前記回転駆動装置による回転角度を求めて前記
   試料の複屈折量を求める処理装置とを有する複屈折量測
   定装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の複屈折量測定装置にお
   いて、 前記処理装置は前記光測定手段から送出される光量変化
   情報をフーリエ解析することによって前記回転角度に対
   する光量変化を示す周期的変化曲線を求めてその位相情
   報から前記回転駆動装置による回転角度を求めて前記試
   料の複屈折量を求める処理機能を備えたものであること
   を特徴とした複屈折量測定装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の複屈折量測定装置にお
   いて、 前記回転駆動装置によって回転駆動される光学部材の既
   知の回転角度に対応した周期的な基準交流信号を発生さ
   せる基準交流信号発生装置を付加し、 前記処理装置として、前記光測定手段から送出される光
   量変化を示す交流信号及び前記基準交流信号発生装置か
   ら送出される基準交流信号を入力してこれらの位相差を
   送出する位相計を備え、この位相計から送出される情報
   に基づいて前記回転駆動装置による回転角度を求めて前
   記試料の複屈折量を求める処理機能を有するものを用い
   ることを特徴とした複屈折量測定装置。