DE2453424A1

DE2453424A1 - Tragbares polarisations-analysegeraet

Info

Publication number: DE2453424A1
Application number: DE19742453424
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kasai
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-11
Publication date: 1975-05-15
Also published as: JPS5246827B2; DE2453424B2; JPS5083071A; DE2453424C3; US3927947A

Description

BLUM BACH ■ WESER · BERGEN & KRAMER

PATENTANWALTS !N WiESCADEN UND MÜNCHEN D1PL-!NG. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. BR. W. WESER ■ DlPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN ' DIPL-ING. R. KRAMER WIESBADEN . SONNENBERGER STRASSE 43 . TEL (06121) 5629«, 561998 MÖNCHEN

Nippon K ogaku Case 253

Tragbares Polarisations-Ana lysegerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein tragbares Polarisations-Analysegerät mii einer Lichtquelle_/ mit einer Kondenserlinse zur Bildung eines parallelen Lichtstrahlenbündels, mit einem monochromatischen Filter zur Erzielung von Licht vorbestimmter Längenwelle des Lichtstrahlenbündels, mit einem Polarisator zur Umwandlung des monochromatischen Lichtes in linear polarisiertes Licht, mit einem Lichtmodulator, dessen Hauptachse einen Azimuthwinkel von 45° mit Bezug auf den Azimuthwinkel der Hauptachse des Polarisator (Bezugsazimuth) einnimmt, mit einem Oszillator zur Anlage einer vorbestimmten Wechselstromfrequenz an den Lichtmodulator, damit dieser dem durchtretenden Licht eine Phasendifferenzmodulation aufprägt, mit einem ersten, im Strahlengang hinter dem Lichtmodulator angeordneten ersten Viertelwellenlängenplättchen, dessen axialer Azimuth mit dem Bezugsazimuth übereinstimmt, mit einem dem ersten Viertelwellenlängenpläffchen nachgeordneten HaIb-

Achse wellenlängenplättchen, welches um die optische drehbar angeordnet ist, mit einem dem Haibwellenlängenplättchen nachgeordneten zweiten Viertelwellenlfngenplattchen, dessen axialer Azimuth auf 45 mit Bezug auf den Bezugsazimuth gehalten ist.

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Bekannte Polarisationsanalysegeräte besitzen einen relativ großen Aufbau, und zwar weil das Beleuchtungssystem und das Lichtempfangssystem voneinander getrennt sind, was für die Anwendung in Labors verträglich ist, aber nicht bei der Anwendung für Messungen während Herstellungsprozessen gut geeignet ist.

Polarisationsanalysegeräte sind oft für Dickenmessungen und der Analyse von Häuten oder Filmschichten auf Metalloberflächen angewendet worden. Die Messung beruht auf der Kenntnis zweier Polarisationsvariablen, nämlich der Phasendifferenz -—λ und des Azimuthwinkels '"-'"' einer Substanz.

Während der Herstellung von Stahlblechen oder dergleichen muß die Dicke des Stahlbleches oder die Dicke einer Haut oder einer an einem großen Körper in Folge Hitze haftenden Schicht gemessen und über einen weiten Bereich analysiert werden, und es ist zur Messung unmöglich, diesen Körper selbst zu bewegen, so daß stattdessen das Analysegerät bewegt werden muß« Trotzdem ist es schwierig, ein derartiges Gerät als Ganzes zu bewegen, selbst wenn es klein gebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Polarisationsanalysegerät zu schaffen, welches hin und her bewegbar ist. Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst.

Bei dem neuen Polarisationsanalysegerät ist das Beleuchtungssystem und das Lichtempfangssystem wenigstens teilweise gemeinsam. Zur Erzielung der Messung im weiten

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Bereich kann das Gerät so aufgebaut sein, daß nur ein Teil, nämlich der Meßteil, hin und her bewegbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

FIG. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in schematisierter Darstellung,

FIG. 2 eine vereinfachte Ausführungsform, bei der gegenüber FIG. 1 einige Elemente fortgelassen sind,

FIG. 3a bis 3g Darstellungen zur Wirkungsweise der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung,

FIG. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und FIG. 5 eine dritte Ausführungsform.

Die erste Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren 1 und 3a bis 3g erläutert.

Das von einer Lichtquelle S ausgehende Licht wird durch eine Kondensorlinse Ll in ein paralleles Lichtstrahlenbündel umgewandelt. Hinter der Kondensorlirise Ll ist ein monochromatisches Filter F zur Umwandlung des durchtretenden Lichtes in Licht von einer bestimmten Wellenlänge vorgesehen. Das so monochromatisierte Licht gelangt durch einen halbdurchlässigen Spiegel Ml zu einem Polarisator P, dessen

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Azimuth in einem Winkel von 90° mit Bezug auf die Einfalloberfläche des hcsSbdureh-Dässigen Spiegels MI angeordnet' ist» Der Azimuth des Polarisafors stellt den Bezugsazimuth für andere noch zu beschreibende Elemente dar= Sm weiteren Strahlengang Ist ein Lichtmcdulator XI beispielsweise aus KDP oder dergleichen angeordnet,, des= 3en Hauptcjchsenazimuth bei 45° mit Bezug den Bezugsazimuth gehalten wird_o An den Moduleitor liegt eine Wechselspannung einer gewissen Frequenz an_f die von einem Oszillator KDI erzeugt ist, wodurch eine Phasendifferenz-Modulation einer gewissen Frequenz dem linear polarisierten Licht aufgeprägt wird, welches den Modulator durchsetzt«

Ein Viertelwellemlängenpiätfehen QI ist so ausgerichtet, daß der axiale Azimuth auf 0 mit Bezug auf den Bezugsazimuth gehalten ist„ Ein zweiter Lichtrnodulator 4%2_e beispielsweise aus KDP oder dergleichen besitzt einen hauptsächlichen axialen AzimuthwSnkel von 45 mit Bezug auf den Bezugsazimuth. Eine Wechselspannung der gleichen Frequenz wie die dem Lichtmodulator Xl zugeführte Spannung, jedoch unterschiedlicher Phase wird dem Lichtrnodulator X2 über einen Oszillator KD2 zugeführt und erteilt dem durch den Modulator X2 durchtretenden Licht eine Modula= Hon einer gewissen Frequenz (Azimuthwinkelmodulation) auf» Demnach erteilen der Lichtmodulator XI aus KDP, das Viertelwellenlängenptättchen QI und der Lichtmodulator X2 aus KDP dem linear polarisierten Licht mit dem Azimuthwinkel 0 , welches durch den Polarisator gelangt ISt₄, eine Phasendifferenzmodulation und eine Azimuthwinkeimodutationa Ein Halbwellenlängenplättcben H ist drehbar zur

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optischen Achse angeordnet und mit Bezug auf den Bezugsazimuth ah Nullstelle angeordnet. Ein weiteres Viertelweüenlängenplättchen Q2 ist mit einem axialen Azimuth von 45 mit Bezug auf den Bezugsazimuth angeordnet. Ein Probengegenstand O weist einen Azimuth von 45 mit Bezug auf den Bezugsazimuth auf und ist senkrecht zur optischen Achse angeordnet. Ein Spiegel M2 steht senkrecht zur optischen Achse, so daß das auftreffende Lichfstf ahlenbünde! entlang der optischen Achse zurückgeworfen wird ο

Der halbdurchlässige Spiegel Ml reflektiert wenigstens einen Teil des von dem Spiegel MI zurückgeworfenen Lichtes und lenkt dieses Licht zu einer Kondensorlinse L2. Ein photoelektrischer Wandler PM dient zur Umwandlung des vom Kondensor L2 gebündelten Lichtes in ein "elektrisches Signal_o Ein© synchrone Gleichrichterschaltung PSl ist mit dem Ausgang des photoelektrischen Wandlers PM verbunden und leitet von dem Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers PM lediglich eine Phasendifferenzmodulation-Komponente ab, die zu dem Nachweis der Phasendifferenz .-„_\ der Probe in Beziehung steht, die von dem SCDP Lichtmodulator XI aufmoduliert worden ist. Ein Servoverstärker SA ist an den Ausgang der synchronen Gleichrichterschaltung PSI angeschlossen und verstärkt das Signal dieser Schaltung und führt das verstärkte Signal einem Servomotor M zu, der in Abhängigkeit von diesem Signal betätigt wird und das Halbwellenlängenplättchen H dreht. Mit dem Servomotor M steht ein Potentiometer PT in Verbindung, um den Betrag der Drehung des Servomotors festzustellen. Eine Wiedergabeeinrichtung DSI ist mit dem

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Potentiometer PT verbunden und empfängt dessen Äusgangsslgnal, um dieses als Phasendifferenz .U₁. der Probe sichtbar zu machen» Eine weitere synchrone Gleich-= rfchierschaliung PS2 ist ebenfalls am Ausgang des photoelektrischen Wandlers PM angeschlossen und leitet lediglich eine Azimuthwinkelmodulation-Komponente ab, die zu der Feststellung des Azimuthwinkelsr'' der Probe In Beziehung sieht, der durch den KDPUchtmodulator X2 aufmoduliert wurde» Die Wiedergabeeinrichtung DS2 Ist mit des* synchronen Gleichrichterschaltung PS2 in Verbindung und empfängt deren Ausgangssignal und gibt den Äzimuthwinke!,"" ^:der Probe wieder»

Die Wirkungsweise der ersten Ausführungsform wird nunmehr unter Zuhilfenahme ebrPoincare'schers. Kugel erläutert_? die in den FIG, 3a bis"3g dargestellt ?st„ Die dort dargestellten Ansichten der Poinear®'sehen Kugel stellen einen Weg von ober= halb des Nordpols dieserfKugel dar«, -.·--

in FIG« 3a stellt d©r--Punkt A auf dem Äquator linear polarisiertes Licht mit dem Azimuthwinkel O dar<- wie dieses nach dem Durchgang durch, die Kondensor!inse LI^ das monochromatische Filter F, dem halbdurchlässigen Spiegel MI und dem Polarisator P erhalten wird» Das linear polarisierte Licht gelangt durch den ICDP-Lichttnodulator Xl, wo es eine Phasendlfferenzmodulatlon erfährt, was am Punkt A durch den Pfeil auf dem Meridian in F!G„ 3a angedeutet Ist«

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Diese Phasendifferenzmodulation-Komponente steht mit der Feststellung der Phasen™ differenz λλ der Probe in Beziehung. Wenn das so modulierte Licht durch das Vier™ telwellenlängenplättchen Ql gelangt, wird die Schwingung auf dem Meridian um den Punkt A in eine Schwingung auf dem Äquator um den Punkt A umgewandelt. Die dem linear polarisierten Licht aufgeprägte Fhasendifferenzmodulotion wird demnach in eine Azimuthwinkelmodulai-ion umgewandelt, wie dies am Punkt A angedeutet ist, (Das Licht ist also in Richtung des Pfeils in FIG. 3a verschoben worden»)

Die Pfeile mit dem einfachen Kopf in den FIG. 3a bis 3g stellen die Phasendifferenzmodulations-Komponente dar, die mit der Feststellung der Phasendifferenz -Δ der Probe in Beziehung stehen, und die Pfeile mit denn Doppelkopf stellen die AzimuthwinkelmoduIations-Kompönente dar, die mit der Feststellung des Azimuthwinkels der Probe in Beziehung stehen.

Wenn das vom Viertelwellenlängenplättchen Ql kommende Licht durch den KDP-Modulator X2 hindurchgelangt ist, wird die Phasendifferenzmodulations-Komponente (doppe I köpf iger Pfeil in FIG. 3b) mit der Komponente infolge der Azimuthwinkeimodulation überlagert (die Komponente ist als einfachköpf iger Pfeil in FIG. 3b angedeutet). Diese Phasendifferenzmodulations-Komponente (doppelköpfiger Pfeil in FIG. 3b) steht mit der Feststellung des Azimuthwinkels ./ der Probe in Beziehung, wie bereits erwähnt. Demnach ist dem linear polarisierten Licht am Punkt A die Phasendifferenzmodulation durch den KDP-Lichtmodulator und die Azimuthwinkel-

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modulation durch den KDP-Lichtmodulator X2 aufgeprägt worden.

Wenn das durch den KDP-Lichtmodu!ator X2 hindurch gelangte Licht durch das Halbwellenlängenplättchen H hindurch gelangt, wird es in linear polarisiertes Licht mit einem Azimuth umgewandelt, der symmetrisch zum Punkt A mit Bezug auf den Azimuth des Halbwellenlängenplättchens H ist (siehe das linear polarisierte Licht am Punkt B in FiG. 3c). Das so modulierte linear polarisierte Licht gemäß Punkt B tritt in das Viertelwellenlängenplättchen Q2 ein, und wird dort in elliptisch polarisiertes Licht gemäß Punkt C umgewandelt. Das elliptisch polarisierte Licht gemäß Punkt C tritt senkrecht durch die Probe O, aber wenn die Probe keinen linearen Dichroismus aufweist, d«, h. wenn der Amplituden-Übertragungsfaktor als Verhältnis tan / = \y/\y gleich 1 ist (wobei tx die Durchlässigkeit in Richtung der X-Achse und ty die Durchlässigkeit'in Richtung der y-Achse ist), dann wird das elliptisch polarisierte Licht gemäß Punkt C bezüglich der Phasendifferenz ,cS. der Probe beeinflußt, aber in keiner Weise bezüglich des Azimurhwinkels der Probe, weil das Licht senkrecht durch die Probe O hindurchgeht. Demnach wird das elliptisch polarisierte Licht gemäß Punkt C beim Durchgang durch die Probe O in Richtung des Poles D der Poincar6'sehen Kugel um einen Betrag entsprechend der Phasendifferenz χ1_ verschoben, wie aus FIG. 3c ersichtlich.

Das zirkulär polarisierte Licht gemäß Punkt D wird vom Spiegel M2 rückgeworfen und nach erneutem Durchgang durch die Probe O erfolgt eine Verschiebung vom

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Punkt D zum Punkt E um einen Betrag entsprechend der Phasendifferenz ,^\ . Das elliptisch polarisierte Licht gemäß Punkt E wird durch erneuten Durchgang durch das Viertelwellenlängenplättchen Q2 vom Punkt e zum Punkt F verschoben, bei dem linear polarisiertes Licht angedeutet ist, und durch erneuten Durchgang durch das Halbwellenlängenplättchen H erfolgt eine Verschiebung vom Punkt F zum Punkt G, wobei wiederum linear polarisiertes Licht erhalten wird. Wenn dieses linear polarisierte Licht gemäß Punkt G durch den KDP-Lichtmodulator X2 hindurchtritt, wird eine weitere Phasendifferenzmodulation der Phasendifferenzmodulations-Komponente gemäß Punkt G aufgedrückt, so daß die Phasendifferenzmodulations-Komponente verdoppelt wird (siehe FIG. 3d). Wenn das Licht gemäß FlG. 3d erneut durch das Vierfelwellenlängenplättchen Ql hindurchtritf, wird es in einen Zustand gemäß FIG. 3e versetzt, d. h. die Azimufhmodulations-Komponente und die Phasendifferenzmodulations-Komponente werden gegeneinander vertauscht. In Vorwärtsrichtung gelangt demnach das durch den KDP-Lichtmodulator Xl hindurchfretende Licht durch das Viertelwellenlängenplättchen Ql bei gleichzeitiger Umwandlung der Phasendifferenzmodulations-Komponente in eine Azimuthmodulations-Komponente (FIG. 3a), und in der Rückwärtsrichtung gelangt das durch den KDP-Lichtmodulator X2 hindurchtretende Licht erneut durch das Viertelwellenlängenplättchen Ql, wobei das Licht seinen ursprünglichen Zustand wieder einnimmt. Ferner wird beim Durchgang des durch das · Viertelwellenlängenplättchen Xl durchsetzende Licht (FIG. 3e) durch den KDP-Lichfmodulator Xl eine weitere Phasendifferenzmodulation der Phasendifferenzmodulations-Komponente hinzugefügt, so daß die Phasendifferenzrnodulations-Komponente verdoppelt wird.

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Das so modulierte linear polarisierte Licht gemäß FlG. 3g tritt erneut in den Polarisator P, wo es ausgelöscht wird, so daß das elektrische Signal des photoelektrischen Wandlers PM zu Null wird und der Servomotor M stromlos wird. Dabei wird das Haibweilenlängenpiättchen H angehalten. Wenn, mit anderen Worten, das Haibweilenlängenpiättchen H nach Drehung um einen Winkel h aus dem Azimuthwinkel 0 angehalten worden ist, ist die Phasendifferenz <£\ der Probe gegeben durch *.!\ = 4h und der Wert von Awird von der Wiedergabeeinrichtung DSI angezeigt. Wenn demnach, wie zuvor beschrieben, die Probe keinen linearen Dichroismus aufweist, zeigt die Wiedergabeeinrichtung DS2, daß der Winkel .-' ,welcher das Amplituden-Übertragungsfaktorverhälrnis darstellt, immer 45 ist.

FIG. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei Messungen mit hoher Genauigkeit und über einen weiten Bereich durchführbar sind, indem solche Faktoren wie Unregelmäßigkeit der Strahlung der Lichtquelle, innere Reflexionen im optischen System usw. in Betracht gezogen sind. Der FIG. 1 entsprechende Bezugszeichen bezeichnen gleichartige Teile. Im optischen Teil der Vorrichtung ist ein Prisma Pl für Totalreflexion angeordnet und derart ausgelegt, daß jede Totalreflexion zu einer Phasenverschiebung über 45 führt, und daß innere Reflexionen zweimal vorkommen. Ein gleichartiges Prisma P2 für totale Reflexion ist symmetrisch zum ersten mit Bezug auf die Einfalloberfläche der Probe O angeordnet.

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Die Austrittsoberfläche P2' des Prismas P2 für totale Reflexion ist als Spiegeloberfläche gestaltet. Diese Spiegeloberfläche P2 dient zur Reflexion des von der Probe O reflektierten Lichtes, und wenn deshalb ein getrennter Spiegel hinter der Austrittsoberfläche des total reflektierenden Prismas P2 angeordnet wird, braucht die spiegelnde Oberfläche P2' nicht an dem Prisma P2 angebracht werden. Die Totalreflexionsprismen Pl und P2 und die Spiegel oberfläche P2' sind in vorbestimmter Weise zueinander ausgebildet und angeordnet und stellen zusammen ein Meßteil U dar, das in Richtung des Pfeiles bewegt werden kann. Das elektrische Teil des Geräts umfaßt einen Vorstufenverstärker HA zu Verstärkung des elektrischen Signals des photoelektrischen Wandlers PM und einen Abstimmverstärker TA, der zur Ableitung nur des Frequenzsignals dient, welches mit der A4_O dulationsfrequenzkomponente infolge der KDP-Lichtmodulatoren Xl und X2 übereinstimmt und jedes andere elektrische Signal unterdrückt, welches auf innere Reflexionen im optischen System zurückzuführen ist_β Vorgesehen sind ferner noch eine Operationsschaltung AA und eine Korrekturschaltung CC.

Das polarisierte Licht gemäß Punkt C in FIG. 3c wird durch den Durchgang durch die Probe bzw. durch die zweifache Reflexion an der Probe bezüglich des Azimuthwinkels / als auch der Phasendifferenz .'Λ der Probe beeinflußt, und in der ersten Ausführungsform wurde der Zustand des polarisierten Lichtes

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nach Durchgang durch das Halbwellenlängenplättchen H beim Rückwärtslauf durch den Punkt G kenntlich gemacht, während bei der Ausführungsform nach FIG. 4 der Zustand durch den Punkt G" gekennzeichnet ist, der um 0l vom Punkt G entfernt ist, wie sich aus FIG. 3g ergibt. Auch in diesem Fall ist das Verhältnis des Amplituden-Reflexions-Faktors der Probe durch folgenden Ausdruck gegeben:

r
tan y = —°—

Dabei stellt r den Reflexionsfaktor der horizontalen Komponente auf die Einfal!oberfläche der Probe O und r den Reflexionsfaktor der vertikalen Komponente auf die Einfalloberfläche der Probe O dar. Demnach kann der Azimuthwinkel, eine der beiden Polarisationsvariablen, durch folgenden Ausdruck wiedergegeben werden:

,/· -ι ⁹⁰°"^θι

-- = tan (tan ).

Dies bedeutet, daß der Azimuthwinkel bestimmt werden kann, wenn θ 1 bekannt ist. Ein elektrisches Signal für die Azimuthwinkel modulations-Komponente infolge Reflexion zu Bestimmung des Azimuthwinkels in der Probe wird durch die synchrone Gleichrichterschaltung PS^ erhalten, und das diesen Azimuth darstellende elektrische Signal U ist wie folgt darstellbar:

^V0
U = —£— (sin 2O₁ )

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^2U = sin 2Q₁ .'

sin 2Q₀

Demnach kann Θ1 wie folgt ausgedrückt werden:

' 1 . -1 2U
θ, = -χ- sin

1 2 ^Vo^sin2öO

dabei ist \Λ. die maximale Spannung für den Drehwinkel des Halbwellenlängenplättchens H und Θ- ist die Phasendifferenz, welche proportional zur Wechselspannung am KDP-Lichtmodulator X2 ist. Die Operationsschaltung AA errech^: net 9. aus dem den Azimuth darstellenden elektrischen Signal U, welches von der synchronen Gleichrichterschaltung erhalten wird.

Die Korrekturschaltung CC ist gegen intensitätsschwankungen der Lichtquelle S vorgesehen, weil diese Lichtschwankungen zu entsprechenden Schwankungen des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers PM führen. Zur Vermeidung von Meßfehlern liefert die Korrekturschaltung C ein entsprechendes Korrektursignal an die Operationsschalfung AA, wodurch die Schwankungen ausgeglichen werden.

Die Wiedergabeeinrichtung DS2 empfängt als Eingangsgröße das_Sjjjnal für_9,

_j j' "9b°-9 . von der Operationsschaltung AA, welche den Wert tan ( j tan -—ny )

errechnet und den Wert des Azimuthwinkels V" anzeigt.

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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Phasendifferenz der Probe dargestellt durch

wobei 2<\_ die Phasenverschiebung darstellt, nachdem das Licht zwischen den total reflektierenden Prismen PI und P2 hin und her gegangen ist₀ In der vorliegenden Ausführungsform ist 2 .Δ» = 360 and deshalb tritt keine Phasenschwankung auf, selbst wenn das Licht durch diese Prismen PI und P2 hindurch getreten ist. Deshalb wird wie in der ersten Ausführungsform der Wert der Phasendifferenz ^-X von der Wiedergabeeinrichtung DS, angezeigt, und zwar aufgrund des Signals des Potentiometers PT für den Drehwinkel h des Halbwellenlängenplättchens H aus dessen Azimuthwinkeis 0 .

In der vorliegenden Ausführungsform nach FIG. 4 ist es ferner möglich, die Probe über einen weiten Bereich dadurch auszumessen, daß der Meßteil U in Richtung des Pfeiles bewegt wird.

FIG. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Es soll eine Probe mit linearem Dichroismus wie bei der ersten Ausführungform nach FIG. 1 zugrunde gelegt werden. Die dritte Ausführungsform ermöglicht den Erhalt des Azimuthwinkeis ^v aus der Phasendifferenz und dem Verhältnis des Amplituden-Übertragungsfaktors der Probe (tan ,, = -— , wobei tx die Durchlässigkeit der Probe in Richtung der x-Achse und ty in Richtung der y-Achse bezeichnen).

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In der vorliegenden Ausführungsform nach FlG. 5 ist wie in der zweiten Ausführungsform nach FlG. 4 der Zustand des polarisierten Lichtes nach'Durchgang durch das Halbwellenlängenplättchen H beim Rücklauf durch den Punkt G" zu kennzeichnen, der von dem Punkt G um Θ1 entfernt liegt (siehe FIG. 3g), und zwar in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der Lichtdurchlässigkeit tx der Probe in x-Achsrichtung und der Durchlässigkeit ty in y-Achsrichtung.

Nach Kenntnis von Θ.. kann der Winkel .aus der Gleichung

■*/' ~ tan ( 1 tan ~ ) ermittelt werden und der Wert von )~"

wird von der Wiedergabeeinrichtung DS2 aufgezeigt. Das elektrische System der dritten Ausführungsform ist im übrigen mit dem der zweiten Ausführungsform identisch.

Wenn in der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß FIG. 1 die Probe O keinen linearen Dichroismus aufweist, wird der Wert des Winkels V--, der das Verhältnis des Amplituden-Übertragungsfaktors darstellt, immer als 45 durch die Wiedergabeeinrichtung DS2 dargestellt, wie zuvor beschrieben. Wenn demnach eine Probe ohne linearen Dichroismus genutzt wird, können der KDP-Lichtmodulator X2 zur Aufprägung der Azimuthwinkelmodulation, der Oszillator KD2, die synchrone Gleichrichterschaltung PS2 und die Wiedergabeeinrichtung DS ohne Schaden aus der Ausführungsform nach FlG. 1 fortgelassen werden, was in FIG. 2 gezeigt ist.

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Claims

BLUMBACH · WESER . BERGEN & KRAMER

PATENTANVvALT₁I IN WIESB/aDEN UND MÜNCHEN

JIPL.-ING. P. G. BLUMBACH · DIPl.-PHYS. DR. W. WESER · DIPL.-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL. (06121) 5629«, 561998 MÜNCHEN

Nippon Kogaku Case 253

Patentansprüche

( 1. J Tragbares Polarisations-Analysegerät mit einer Lichtquelle,

mit einer Kondensorlinse zur Bildung eines parallelen Lichtstrahlenbündels, mit einem monochromatischen Filter zur Erzielung von Licht vorbestimmter Wellenlänge des Lichtstrahlenbündels, mit einem Polarisator zur Umwandlung des monochromatischen Lichtes in linear polarisiertes Licht, mit einem Lichtmodulator, dessen Hauptachse einen Azimuthwinkei von 45 mit Bezug auf den Azimuthwinkel der Hauptachse des Polarisators (Bezugsazimuth) einnimmt, mit einem Oszillator zur Anlage einer vorbestimmten Wechselstromfrequenz an den Lichtmodulator, damit dieser dem durchtretenden Licht eine Phasendifferenzmodulation aufprägt, mit einem im Strahlengang hinter dem Lichtmodulator angeordneten ersten Viertelwellenlängenplättchen, dessen axialer Azimuth mit dem Bezugsazimuth übereinstimmt, mit einem dem ersten Viertelwellenlängenplättchen nachgeordneten Halbwellenlängenplättchen, welches um die optische Achse drehbar angeordnet ist, mit einem dem Halbwellenlängenplättchen nachgeordneten zweiten Viertelwellenlängenplättchen, dessen axialer Δ ' tU f AK ^m'* B^ezu9 ^a<jf den Bezugsazimuth gehalten ist,

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dadurch gekennzeichnet, daß

eine Rück lenkeinrichtung (M2, PI, P2, P2^f) zur Rück lenkung des Lichtes entlang des optischen Weges dient, nachdem dieses das zu messende Objekt (O) beaufschlagt hat, daß ein hatbdurchlässiger Spiegel (Ml) zwischen dem monochromatischen Filter (F) und dem Polarisator (P) angeordnet ist und von der Rücklenkeinrichtung und dem Polarisator herkommendes Licht auf einen photoelektrischen Wandler (PM); lenkt, daß eine Abstimmeinrtchtung (PSl, SA) aus dem elektrischen Signal des photoelektrischen Wandlers (PM) ein Signal der gleichen; Frequenz wie die Frequenzkomponente der Phasendifferenzmodulation durcbden Lichtmodeitator (Xl) ableitet, und dieses Signal einem Servomotor (M) zuführt, und daß eine Phasendifferenzwiedergabeeinrichtung (PT, DSi) zur Feststellung des Drehbetrages des Servomotors (M7 vorgesehen ist und den Wert der Phasendifferenz ( <£ ) des Probenobjektes (Q) aufgrund des, Drehbefrages anzeigt.
2. Polarisations-ÄnalysegeFat nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

das zu messende Probeobfekt (O) senkrecht auf der optischen Achse mit .

einem Azimuth bei 45 mit Bezug auf den Bezugsazimuth angeordnet ist, und daß die Rücklenkeinrichtung aus einem Spiegel (M2) besteht, der das durch die Probe (O) hindurch getretene Licht reflektiert und auf dem gleichen

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optischen Weg durch die Probe zurückschickt.
3» Polarisation}-Ana iysegerät nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein zweiter Lichtmodulator (X2) zwischen dem ersten Vierrelwellenlängenplätfchen (QI) und dem Halbwellenlängenplättchen (H) mit einem hauptsächlichen axialen Azimuth bei 45 mit Bezug auf den Bezugsazimufh angeordnet ist, daß ein zweiter Oszillator (KD2) zur Anlage einer Wechselspannung der gleichen Frequenz aber unterschiedlicher Phase gegenüber der Wechselspannung des ersten Oszialltors an den zweiten Lichtmodulator (X2) vorgesehen ist und in Zusammenwirken mit diesem zweiten Lichtmodulator (X2) dem von den ersten Viertelweltenlängenplärtchen stammenden Licht eine Azimuthwinkelmodulation erteilt, daß eine zweite Abstimmeinrichtung (PS2) zur Herauslösung aus dem elektrischen Signal des photoeiektrischen Wandlers nur eines Singlas der gleichen Frequenz und der gleichen Phase wie die Frequenzkomponente der Azimuthwinkelmodulation durch den zweiten Lichtmodulator (X2) vorgesehen ist, und daß eine Azimuthwinkel-Wiedergabeeinrichtung (AA, DS2) zur Errechnung des Azimuthwinkels der Probe aus dem Signal der Abstimmeinrichtung und zur Wiedergabe des Wertes dient.

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4. Polarisations-Analysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Korrekturschaltung (CG) zum Empfang des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers und zur Lieferung eines Signals an die Azimuthwinkel-Wiedergabeeinrichtung vorgesehen ist, um Schwankungen des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers infolge Unregelmäßigkeiten der Lichtabgabe durch die Lichtquelle (S) auszugleichen, und daß ein Abstimmverstärker (TA) zur Ableitung aus dem elektrischen Signal des photoelektrischen Wandlers nur eines Signals der gleichen Freqyenzkomponente, wie des der von dem ersten und zweiten Lichtmodulator modulierten Frequenz entspricht, und zur Lieferung dieses Signals an die ersten und zweite Abstimmeinrichtung vorgesehen ist.
5. Polarisations-Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Rücklenkeinrichtung aus einem die Richtung des optischen Weges ändernden System (Pl, P2, P2') besteht, welches das von dem Viertelwellenlängenplättchen (Q2) kommende Licht schräg auf die Oberfläche der Probe (O) auftreffen läßt und nach mehrfacher Reflektion auf dem gleichen optischen · Weg zur Reflektionssteile zurücklenkt, wo das Licht erneut reflektiert wird

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und schließlich das Viertelwellenlängenplättchen erreicht und auf dem gleichen optischen Weg zurückwandert, wobei die Oberfläche an der Auftreffläche der Probe in Übereinstimmung mit dem Bezugsazimuth ist, daß das optische System '(Pl, P2, P2') parallel zur Oberfläche der Probe und in der Ebene des Einfalls verschiebbar ist, daß eine zweite Abstimmeinrichtung (PS2) zur Feststellung aus dem elektrischen Signal des photoelektrischen Wandlers nur eines Signals der gleichen Frequenz und der gleichen Phase wie die Frequenzkomponente der Azimuthwinkelmodulation infolge des zweiten Lichtmodulators (X2) vorgesehen ist, und daß eine Azimuthwinkel-Wiedergabeeinrichtung (AA, DS2) zur Errechnung des Azimuthwinkels der Probe aus dem Signal der zweiten Abstimmeinrichtung und zur Wiedergabe des jeweiligen Wertes vorgesehen ist.
6. Polarisations -Analysegerät nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Korrekturschaltung (CC) zum Empfang des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers und zur Lieferung eines Korrektursignals an die Azimuthwinkel-Wiedergabevorrichtung zur Korrektur von Schwankungen des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlers infolge Lichtschwankungen der Lichtquelle vorgesehen ist, und daß ein Abstimmverstärker (TA) zur Ableitung aus dem elektrischen Signal des photoelektrischen Wandlers nur eines Signals

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der gleichen Frequenzkomponente wie es der von dem ersten und zweiten Lichtmodulator (Xl, X2) modulierten Frequenz entspricht, und zur Lieferung dieses Signals an die erste und zweite Abstimmeinrichtung dient.
7. Polarisations-Analysegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

das optische System zur Änderung der Richtung des optischen Weges ein erstes Totalreflektionsprisma (Pl) für zweifache innere Reflektion des von dem zweiten Viertelwellenlängenplättchen stammenden Lichtes und zur Lenkung dieses Lichtes schräg auf die Oberfläche der Probe, ferner ein zweites Totalreflektionsprisma (P2) für zweifache innere Reflektion des an der Oberfläche der Probe reflektierten Lichtes und eine Einrichtung (P2') zur Reflektion des durch das zweite Totalreflektionsprisma gelangenden Lichtes aufweist, um das reflektierte Licht auf dem gleichen optischen Weg zurückzuleiten, wobei die beiden Totalreflektionsprismen (Pl, P2) und die reflektierende Eirrichtung (P2') als eine Einheit parallel zur Oberfläche der Probe bewegbar sind.
8. Polarisations-Analysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Phasenverschiebung, unter welcher das Licht zweimal durch die beiden Totalreflektionsprismen hindurch gelangt, 2 '·.·'. beträgt.

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