JP2003194710A - 光散乱体の屈折率の測定方法およびその装置 - Google Patents
光散乱体の屈折率の測定方法およびその装置Info
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- JP2003194710A JP2003194710A JP2001390292A JP2001390292A JP2003194710A JP 2003194710 A JP2003194710 A JP 2003194710A JP 2001390292 A JP2001390292 A JP 2001390292A JP 2001390292 A JP2001390292 A JP 2001390292A JP 2003194710 A JP2003194710 A JP 2003194710A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 in situや分光条件においても好適に測定す
ることができる光散乱体の屈折率の測定方法および装置
を提供する。 【解決手段】 偏光分光光度計のモノクロメータ１０か
らの分光を光照射プローブ１４の偏光板２２でｐ偏光平
面波のみに偏光して入射角θｉを変えながら光散乱体
（測定対象物）Ａに照射する。反射光を受光プローブ１
６で受光し、光パワーメータ１２により電力を出力し、
反射率に換算する。各入射角度における反射率をプロッ
トとし、プロットした各点を繋ぐことにより、下方に凸
な反射率曲線が得られる、反射率曲線の変曲点、言い換
えれば反射率の最小値における入射角をブルースター角
と擬制し、擬制ブルースター角から光散乱体の屈折率が
求まる。
ることができる光散乱体の屈折率の測定方法および装置
を提供する。 【解決手段】 偏光分光光度計のモノクロメータ１０か
らの分光を光照射プローブ１４の偏光板２２でｐ偏光平
面波のみに偏光して入射角θｉを変えながら光散乱体
（測定対象物）Ａに照射する。反射光を受光プローブ１
６で受光し、光パワーメータ１２により電力を出力し、
反射率に換算する。各入射角度における反射率をプロッ
トとし、プロットした各点を繋ぐことにより、下方に凸
な反射率曲線が得られる、反射率曲線の変曲点、言い換
えれば反射率の最小値における入射角をブルースター角
と擬制し、擬制ブルースター角から光散乱体の屈折率が
求まる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、屈折率の測定方法
およびその装置に関し、より詳細には光散乱体の屈折率
の測定方法およびその装置に関する。
およびその装置に関し、より詳細には光散乱体の屈折率
の測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料の屈折率を測定する方法として、多
入射角法、偏光解析法、臨界角法等が知られている。
入射角法、偏光解析法、臨界角法等が知られている。
【０００３】多入射角法は、任意の複数の入射角に対す
る反射率を測定し、フレネル反射式の連立方程式を解く
ことにより試料の屈折率を求める方法である。
る反射率を測定し、フレネル反射式の連立方程式を解く
ことにより試料の屈折率を求める方法である。
【０００４】偏光解析法は直線偏光（平面偏光）した光
を入射して、反射光の位相変化を検出した結果に基づい
て屈折率を求める方法である。この方法によれば、多入
射角法と同様に、in situでの測定および分光条件での
測定が可能である。偏光解析法は、エリプソメトリを用
いて行われる。
を入射して、反射光の位相変化を検出した結果に基づい
て屈折率を求める方法である。この方法によれば、多入
射角法と同様に、in situでの測定および分光条件での
測定が可能である。偏光解析法は、エリプソメトリを用
いて行われる。
【０００５】臨界角法は、入射光の臨界角を測定し、そ
れぞれの媒質の屈折率を求める方法である。この方法に
よれば、in situで測定可能である。臨界角法は、アッ
ベ屈折計を用いて行われる。
れぞれの媒質の屈折率を求める方法である。この方法に
よれば、in situで測定可能である。臨界角法は、アッ
ベ屈折計を用いて行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の屈折率の測定方法は、いずれも、表面が平滑な
試料を測定対象とするものであり、表面が粗で反射光が
散乱する試料（光散乱体）については適用することがで
きない。
た従来の屈折率の測定方法は、いずれも、表面が平滑な
試料を測定対象とするものであり、表面が粗で反射光が
散乱する試料（光散乱体）については適用することがで
きない。
【０００７】一方、表面が粗で反射光が散乱する試料の
屈折率を測定可能な方法として液浸法がある。この方法
は、屈折率既知の液体に試料を浸漬し、透明となったと
きの屈折率から試料の屈折率を求める方法である。しか
しながら、この方法には、上記したin situでの測定や
分光条件での測定ができないという問題がある。
屈折率を測定可能な方法として液浸法がある。この方法
は、屈折率既知の液体に試料を浸漬し、透明となったと
きの屈折率から試料の屈折率を求める方法である。しか
しながら、この方法には、上記したin situでの測定や
分光条件での測定ができないという問題がある。
【０００８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、光散乱体の屈折率を好適に測定することがで
きる方法および装置を提供することを主な目的とする。
のであり、光散乱体の屈折率を好適に測定することがで
きる方法および装置を提供することを主な目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光散乱体の
屈折率の測定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度か
らｐ偏光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の
光に応じた反射光の反射率または反射光量を求め、該反
射率または該反射光量の最小値に対応する入射角をブル
ースター角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係
式より屈折率を得ることを特徴とする。
屈折率の測定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度か
らｐ偏光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の
光に応じた反射光の反射率または反射光量を求め、該反
射率または該反射光量の最小値に対応する入射角をブル
ースター角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係
式より屈折率を得ることを特徴とする。
【００１０】また、本発明に係る光散乱体の屈折率の測
定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光平
面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じた
透過光の透過率または透過光量を求め、該透過率または
該透過光量の最大値に対応する入射角をブルースター角
と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈折
率を得ることを特徴とする。
定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光平
面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じた
透過光の透過率または透過光量を求め、該透過率または
該透過光量の最大値に対応する入射角をブルースター角
と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈折
率を得ることを特徴とする。
【００１１】本発明は、ｐ偏光平面波の反射率が０、言
い換えれば透過率が１のときの入射角として定義される
ブルースター角θＢと屈折率ｎとの関係を示すｔａｎθ
Ｂ＝ｎの式を用い、反射率もしくは反射光量の最小値ま
たは透過率もしくは透過光量の最大値に対応する入射角
をブルースター角と擬制して屈折率を得るものである。
これにより、光散乱体の屈折率をin situや分光条件
においても好適に測定することができる。
い換えれば透過率が１のときの入射角として定義される
ブルースター角θＢと屈折率ｎとの関係を示すｔａｎθ
Ｂ＝ｎの式を用い、反射率もしくは反射光量の最小値ま
たは透過率もしくは透過光量の最大値に対応する入射角
をブルースター角と擬制して屈折率を得るものである。
これにより、光散乱体の屈折率をin situや分光条件
においても好適に測定することができる。
【００１２】この場合、前記反射光または透過光は、分
光された所定波長の光であると、好適である。分光は入
射光の側または反射光もしくは透過光の側のいずれの側
で行ってもよい。分光を反射光もしくは透過光の側で行
うときには、入射光として例えば白色光を用いる。
光された所定波長の光であると、好適である。分光は入
射光の側または反射光もしくは透過光の側のいずれの側
で行ってもよい。分光を反射光もしくは透過光の側で行
うときには、入射光として例えば白色光を用いる。
【００１３】また、この場合、前記入射角度を５°以
下、望ましくは１°以下、より望ましくは０．１°以下
のピッチで変更して測定すると、より高精度で屈折率を
求めることができる。
下、望ましくは１°以下、より望ましくは０．１°以下
のピッチで変更して測定すると、より高精度で屈折率を
求めることができる。
【００１４】また、この場合、前記反射率または前記反
射光量のデータを統計処理して反射率曲線または反射光
量曲線を得、該反射率曲線または該反射光量曲線より該
反射率または該反射光量の最小値に対応する入射角の値
を求め、あるいは、前記透過率または前記透過光量のデ
ータを統計処理して透過率曲線または透過光量曲線を
得、該透過率曲線または該透過光量曲線より該透過率ま
たは該透過光量の最大値に対応する入射角の値を求める
と、より高精度に屈折率を求めることができる。
射光量のデータを統計処理して反射率曲線または反射光
量曲線を得、該反射率曲線または該反射光量曲線より該
反射率または該反射光量の最小値に対応する入射角の値
を求め、あるいは、前記透過率または前記透過光量のデ
ータを統計処理して透過率曲線または透過光量曲線を
得、該透過率曲線または該透過光量曲線より該透過率ま
たは該透過光量の最大値に対応する入射角の値を求める
と、より高精度に屈折率を求めることができる。
【００１５】また、本発明に係る測定装置は、上記の光
散乱体の屈折率の測定方法に用いる測定装置であって、
入射光を発生する光源部と、反射光または透過光を受光
する受光部と、該受光部からの受光データを出力する出
力部と、入射光を測定対象物に導光して照射する光照射
プローブと、反射光または透過光を該受光部に導光する
光受光プローブと、該光照射プローブおよび該光受光プ
ローブの該測定対象物に向けた角度を変更する角度変更
部とを有することを特徴とする。ここで、受光データと
は、上記した反射率、反射光量、透過率または透過光量
のデータである。
散乱体の屈折率の測定方法に用いる測定装置であって、
入射光を発生する光源部と、反射光または透過光を受光
する受光部と、該受光部からの受光データを出力する出
力部と、入射光を測定対象物に導光して照射する光照射
プローブと、反射光または透過光を該受光部に導光する
光受光プローブと、該光照射プローブおよび該光受光プ
ローブの該測定対象物に向けた角度を変更する角度変更
部とを有することを特徴とする。ここで、受光データと
は、上記した反射率、反射光量、透過率または透過光量
のデータである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に係る光散乱体の屈折率の
測定方法および装置の好適な実施の形態（以下、本実施
の形態例という。）について、図を参照して、以下に説
明する。
測定方法および装置の好適な実施の形態（以下、本実施
の形態例という。）について、図を参照して、以下に説
明する。
【００１７】本実施の形態例に係る光散乱体の屈折率の
測定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光
平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じ
た反射光の反射率または反射光量を求め、反射率または
反射光量の最小値に対応する入射角をブルースター角と
擬制し、ブルースター角θＢと屈折率ｎとの関係式ｔａ
ｎθＢ＝ｎより屈折率を得るものである。この場合、反
射光に変えて透過光を用い、透過光の透過率または透過
光量を求め、透過率または透過光量の最大値に対応する
入射角をブルースター角と擬制してもよい。
測定方法は、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光
平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じ
た反射光の反射率または反射光量を求め、反射率または
反射光量の最小値に対応する入射角をブルースター角と
擬制し、ブルースター角θＢと屈折率ｎとの関係式ｔａ
ｎθＢ＝ｎより屈折率を得るものである。この場合、反
射光に変えて透過光を用い、透過光の透過率または透過
光量を求め、透過率または透過光量の最大値に対応する
入射角をブルースター角と擬制してもよい。
【００１８】以下、反射光の反射率を例にとって説明す
る。なお、以下の説明において、基本的に、反射光を透
過光に読み替え、また、反射率を透過率に読み替えるこ
とができる。
る。なお、以下の説明において、基本的に、反射光を透
過光に読み替え、また、反射率を透過率に読み替えるこ
とができる。
【００１９】ｔａｎθＢ＝ｎの式は、前記のとおり、ｐ
偏光平面波の反射率が０のときの入射角として定義され
るブルースター角と屈折率との関係を示すものである。
そして、本発明は、反射率の最小値に対応する入射角を
ブルースター角と擬制して屈折率を得るものである。
偏光平面波の反射率が０のときの入射角として定義され
るブルースター角と屈折率との関係を示すものである。
そして、本発明は、反射率の最小値に対応する入射角を
ブルースター角と擬制して屈折率を得るものである。
【００２０】上記のとおり、ブルースター角θＢとは、
境界面で全く反射しない条件で光を入射させたときの入
射角をいう。なお、ブルースター角θＢは、偏光角とも
呼ばれる。
境界面で全く反射しない条件で光を入射させたときの入
射角をいう。なお、ブルースター角θＢは、偏光角とも
呼ばれる。
【００２１】このブルースター角θＢからブルースター
の法則により上記の式ｔａｎθＢ＝ｎに基づいて試料の
屈折率ｎが与えられることは周知である。以下、ブルー
スターの法則について説明する。
の法則により上記の式ｔａｎθＢ＝ｎに基づいて試料の
屈折率ｎが与えられることは周知である。以下、ブルー
スターの法則について説明する。
【００２２】光の任意の平面波は、互いに垂直な２つの
直線偏光平面波の合成によってつくられている。この２
つの直線偏光平面波は、電界が入射面に垂直なｓ（senk
recht）偏光平面波および電界が入射面に平行なｐ（par
allel）偏光平面波である。
直線偏光平面波の合成によってつくられている。この２
つの直線偏光平面波は、電界が入射面に垂直なｓ（senk
recht）偏光平面波および電界が入射面に平行なｐ（par
allel）偏光平面波である。
【００２３】透明体等の一部の物質を除き、一般的に
は、図１に示すように、等振幅面と等位相面とが同一面
である平面波の光を物質に対して入射させたとき、物質
内で等振幅面と等位相面とにズレを生じる。このズレた
等振幅面と等位相面との挟角をψとすると、下記式
（１）で示す複素屈折率を定義することができる。
は、図１に示すように、等振幅面と等位相面とが同一面
である平面波の光を物質に対して入射させたとき、物質
内で等振幅面と等位相面とにズレを生じる。このズレた
等振幅面と等位相面との挟角をψとすると、下記式
（１）で示す複素屈折率を定義することができる。
【００２４】
【数１】
また、この複素屈折率は、測定対象物質の複素誘電率の
平方根で定義することもできる。
平方根で定義することもできる。
【００２５】式（１）において、測定対象物質が透明体
または誘電体のときは、ｋ＝０であり、複素屈折率は屈
折率と一致し、これに対して測定対象物質が吸収体また
は導電体のときはｋ≠０であり、複素屈折率は屈折率と
は一致しない。例えば、透明なガラスの場合が前者であ
り、金属の場合が後者である。ちなみにアルミニウムに
ついてはｋは７〜８程度である。
または誘電体のときは、ｋ＝０であり、複素屈折率は屈
折率と一致し、これに対して測定対象物質が吸収体また
は導電体のときはｋ≠０であり、複素屈折率は屈折率と
は一致しない。例えば、透明なガラスの場合が前者であ
り、金属の場合が後者である。ちなみにアルミニウムに
ついてはｋは７〜８程度である。
【００２６】そして、特殊な条件として、ｔａｎθ＝ｎ
となる入射角θで入射したｓ偏光平面波およびｐ偏光平
面波で合成された光の反射光は、ｓ偏光平面波のみの光
となる。このときの入射角θが上記したブルースター角
θＢである。したがって、一般的にまた本実施の形態例
においても、入射光としてｓ偏光平面波を取り除きｐ偏
光平面波のみを用い、そのｐ偏光平面波の反射光の反射
率を測定することになる。なお、反射光の反射角は、ブ
ルースター角θＢを求めるときは、入射光の入射角と同
一の角度である正反射角を用いるが、本発明において
は、この正反射角に限定するものではない。また、ブル
ースター角θＢでｐ偏光平面波が入射したときの透過光
（屈折光）と反射光との挟角は９０°である。
となる入射角θで入射したｓ偏光平面波およびｐ偏光平
面波で合成された光の反射光は、ｓ偏光平面波のみの光
となる。このときの入射角θが上記したブルースター角
θＢである。したがって、一般的にまた本実施の形態例
においても、入射光としてｓ偏光平面波を取り除きｐ偏
光平面波のみを用い、そのｐ偏光平面波の反射光の反射
率を測定することになる。なお、反射光の反射角は、ブ
ルースター角θＢを求めるときは、入射光の入射角と同
一の角度である正反射角を用いるが、本発明において
は、この正反射角に限定するものではない。また、ブル
ースター角θＢでｐ偏光平面波が入射したときの透過光
（屈折光）と反射光との挟角は９０°である。
【００２７】ブルースター角θＢは、物質の光学的性質
を表すものとして、学術研究において用いられるが、材
料物性の評価手段として実用的に用いられている例は少
ない。
を表すものとして、学術研究において用いられるが、材
料物性の評価手段として実用的に用いられている例は少
ない。
【００２８】ブルースター角θＢについて、さらに説明
する。
する。
【００２９】例えば、透明ガラスについて、ｐ偏光平面
波のみの白色光を入射角を変えながら入射させると、図
２に示す反射率曲線が得られる。この反射率曲線におい
て、反射率が０のときの入射角であるブルースター角θ
Ｂは、下向きに凸のシャープなピークとして容易に視認
される角５５．８°である。
波のみの白色光を入射角を変えながら入射させると、図
２に示す反射率曲線が得られる。この反射率曲線におい
て、反射率が０のときの入射角であるブルースター角θ
Ｂは、下向きに凸のシャープなピークとして容易に視認
される角５５．８°である。
【００３０】しかしながら、上記の透明ガラスの表面を
粗に加工して、粗な表面に光を入射させると、光散乱の
ために、得られる反射率曲線がブロードとなり、ブルー
スター角θＢを得ることはできない。また、透明ガラス
のような吸収率０の材料と異なり、例えば透明ガラスに
色材を添加したもののように一定の吸収率を有する材料
についても、反射率が０となる入射角が存在せず、光散
乱材料と同様に、得られる反射率曲線がブロードとな
り、ブルースター角θＢを得ることはできない。
粗に加工して、粗な表面に光を入射させると、光散乱の
ために、得られる反射率曲線がブロードとなり、ブルー
スター角θＢを得ることはできない。また、透明ガラス
のような吸収率０の材料と異なり、例えば透明ガラスに
色材を添加したもののように一定の吸収率を有する材料
についても、反射率が０となる入射角が存在せず、光散
乱材料と同様に、得られる反射率曲線がブロードとな
り、ブルースター角θＢを得ることはできない。
【００３１】このため、従来ブルースター角θＢを用い
て実際に評価されている材料は表面が平滑な材料に限ら
れており、しかも大半の材料は吸収率が０ではないた
め、屈折率を測定する手段として実用的に用いた例は聞
かない。
て実際に評価されている材料は表面が平滑な材料に限ら
れており、しかも大半の材料は吸収率が０ではないた
め、屈折率を測定する手段として実用的に用いた例は聞
かない。
【００３２】本発明は、光散乱材料（光散乱体）につい
て屈折率を得る方法として、基本的な測定原理として上
記のブルースター角θＢを算出する方法、言い換えれば
偏光角法を用い、この方法の上記の不具合点を解消して
光散乱材料について正確に屈折率を求める方法を見出し
たものである。
て屈折率を得る方法として、基本的な測定原理として上
記のブルースター角θＢを算出する方法、言い換えれば
偏光角法を用い、この方法の上記の不具合点を解消して
光散乱材料について正確に屈折率を求める方法を見出し
たものである。
【００３３】本実施の形態例に係る光散乱体の屈折率の
測定方法について、さらに説明する。
測定方法について、さらに説明する。
【００３４】まず、本実施の形態例に係る光散乱体の屈
折率の測定方法において使用する測定装置について説明
する。
折率の測定方法において使用する測定装置について説明
する。
【００３５】本実施の形態例に係る測定装置は偏光分光
光度計を使用する。この偏光分光光度計は、一般的に用
いられるゴニオメータと基本的には同じ構成の装置であ
る。
光度計を使用する。この偏光分光光度計は、一般的に用
いられるゴニオメータと基本的には同じ構成の装置であ
る。
【００３６】本実施の形態例に係る測定装置の概略構成
は、例えば図３に示すように、入射光を発生する光源部
としてのモノクロメータ１０と、反射光または透過光を
受光する受光部および受光部からの受光データを出力す
る出力部を備えた光パワーメータ１２と、入射光を測定
対象物Ａに導光するための光照射プローブ１４と、反射
光または透過光を該受光部に導光する受光プローブ（光
受光プローブ）１６とを有し、モノクロメータ１０と光
照射プローブ１４との間および光パワーメータ１２と受
光プローブ１６との間は、それぞれ光ファイバ１８、２
０で光学的に接続される。なお、光源部としてモノクロ
メータに変えて白色光源を用いてもよく、その場合は、
受光部にさらに分光器を設ける。
は、例えば図３に示すように、入射光を発生する光源部
としてのモノクロメータ１０と、反射光または透過光を
受光する受光部および受光部からの受光データを出力す
る出力部を備えた光パワーメータ１２と、入射光を測定
対象物Ａに導光するための光照射プローブ１４と、反射
光または透過光を該受光部に導光する受光プローブ（光
受光プローブ）１６とを有し、モノクロメータ１０と光
照射プローブ１４との間および光パワーメータ１２と受
光プローブ１６との間は、それぞれ光ファイバ１８、２
０で光学的に接続される。なお、光源部としてモノクロ
メータに変えて白色光源を用いてもよく、その場合は、
受光部にさらに分光器を設ける。
【００３７】本実施の形態例の偏光分光光度計は、光照
射プローブ１０の測定対象物（以下、光散乱体とい
う。）Ａに対する向きを自在に変更し、任意の入射角θ
ｉに逐次変更可能な、図示しない角度変更機構（角度変
更部）を備えている。このとき、角度変更機構は、反射
角θｒで反射光を受光するように受光プローブ１６の光
散乱体Ａに対する向きを変化させるように構成されてい
る。角度変更機構は、例えば市販のゴニオメータを改良
したものである。また、偏光分光光度計は、ｐ偏光平面
波のみを入射光とするための偏光板２２が光照射プロー
ブに設けられている。これら２点が、通常の偏光分光光
度計と相違する。
射プローブ１０の測定対象物（以下、光散乱体とい
う。）Ａに対する向きを自在に変更し、任意の入射角θ
ｉに逐次変更可能な、図示しない角度変更機構（角度変
更部）を備えている。このとき、角度変更機構は、反射
角θｒで反射光を受光するように受光プローブ１６の光
散乱体Ａに対する向きを変化させるように構成されてい
る。角度変更機構は、例えば市販のゴニオメータを改良
したものである。また、偏光分光光度計は、ｐ偏光平面
波のみを入射光とするための偏光板２２が光照射プロー
ブに設けられている。これら２点が、通常の偏光分光光
度計と相違する。
【００３８】モノクロメータ１０は、例えば５７９ｎｍ
の波長の光を発生させる。角度変更機構は、入射角θｉ
（および反射角θｒ）を例えば２５°〜６５°の範囲内
で例えば２．５°のピッチで変更させる。光照射プロー
ブ１４は照射径が例えば６ｍｍであり、受光プローブ１
６は受光径が例えば９ｍｍである。光パワーメータ１２
では、受光部としての光検出器で受光された反射光のエ
ネルギが電力として得られ（出力部）、この電力を反射
率に換算する。なお、このとき、電力をそのまま反射光
の光量データとして用いてもよい。
の波長の光を発生させる。角度変更機構は、入射角θｉ
（および反射角θｒ）を例えば２５°〜６５°の範囲内
で例えば２．５°のピッチで変更させる。光照射プロー
ブ１４は照射径が例えば６ｍｍであり、受光プローブ１
６は受光径が例えば９ｍｍである。光パワーメータ１２
では、受光部としての光検出器で受光された反射光のエ
ネルギが電力として得られ（出力部）、この電力を反射
率に換算する。なお、このとき、電力をそのまま反射光
の光量データとして用いてもよい。
【００３９】上記の測定装置を用い、以下の手順で光散
乱体の屈折率を測定する。
乱体の屈折率を測定する。
【００４０】所定の分光波長の光をさらに偏光したｐ偏
光平面波のみの入射光を２５°の入射角で光散乱体の粗
な表面に照射し、反射光を受光する。ついで、入射角を
２．５°のピッチで６５°まで変化させる。そして、そ
れぞれの入射角θｉに対する反射率を測定する。
光平面波のみの入射光を２５°の入射角で光散乱体の粗
な表面に照射し、反射光を受光する。ついで、入射角を
２．５°のピッチで６５°まで変化させる。そして、そ
れぞれの入射角θｉに対する反射率を測定する。
【００４１】上記の結果は、例えば図４のようにグラフ
化することができる。
化することができる。
【００４２】入射角θｉおよび反射率のデータから、例
えば最小二乗法によりフィッティングカーブ、すなわち
反射率曲線を近似的に求め、さらに下向きに凸な反射率
曲線の変曲点、言い換えれば反射率の最小値を求める。
この変曲点における入射角が、擬制ブルースター角であ
り、以下、便宜的にこれをブルースター角（偏光角）θ
Ｂとよぶ。なお、透過光の透過率または透過光量のデー
タを用いるときは、上向きに凸な透過率曲線または透過
光量曲線の変曲点、言い換えれば透過率または透過光量
の最大値を求めることになる。
えば最小二乗法によりフィッティングカーブ、すなわち
反射率曲線を近似的に求め、さらに下向きに凸な反射率
曲線の変曲点、言い換えれば反射率の最小値を求める。
この変曲点における入射角が、擬制ブルースター角であ
り、以下、便宜的にこれをブルースター角（偏光角）θ
Ｂとよぶ。なお、透過光の透過率または透過光量のデー
タを用いるときは、上向きに凸な透過率曲線または透過
光量曲線の変曲点、言い換えれば透過率または透過光量
の最大値を求めることになる。
【００４３】得られたブルースター角θＢをｔａｎθＢ
＝ｎの式に代入することにより、光散乱体の屈折率ｎが
求められる。
＝ｎの式に代入することにより、光散乱体の屈折率ｎが
求められる。
【００４４】本実施の形態例に係る光散乱体の屈折率の
測定方法の妥当性を以下の方法により検証した。
測定方法の妥当性を以下の方法により検証した。
【００４５】屈折率が既知のシリカ粉末およびポリメタ
クリル酸メチル（ＰＭＭＡ）粉末を準備し、これらの粉
末をそれぞれ個別に容器に充填して測定対象の光散乱体
を調製した。
クリル酸メチル（ＰＭＭＡ）粉末を準備し、これらの粉
末をそれぞれ個別に容器に充填して測定対象の光散乱体
を調製した。
【００４６】そして、それぞれの光散乱体についてＮ
（繰り返し回数）＝３で各入射角における反射率を測定
した。
（繰り返し回数）＝３で各入射角における反射率を測定
した。
【００４７】シリカ粉末（正確にはシリカ粉末の集合
体）についての反射率データをプロットしたものが、前
掲の図４であり、ポリメタクリル酸メチル（以下、ＰＭ
ＭＡと表記する。）粉末（正確にはＰＭＭＡ粉末の集合
体）についての反射率データをプロットしたものが図５
である。なお、図４中、縦軸の反射率は、拡散反射率を
１００％としたときの値を％表示したものであり、図５
は、反射率を元データである電力（ｎＷ）で表示してい
る。
体）についての反射率データをプロットしたものが、前
掲の図４であり、ポリメタクリル酸メチル（以下、ＰＭ
ＭＡと表記する。）粉末（正確にはＰＭＭＡ粉末の集合
体）についての反射率データをプロットしたものが図５
である。なお、図４中、縦軸の反射率は、拡散反射率を
１００％としたときの値を％表示したものであり、図５
は、反射率を元データである電力（ｎＷ）で表示してい
る。
【００４８】シリカ粉末については、ブルースター角θ
Ｂとして、５４．０１、５４．１５、５４．０７が得ら
れ、その3点の平均値が５４．０８であった。ＰＭＭＡ
粉末については、ブルースター角θＢとして、５６．２
２、５５．３９、５６．４６が得られ、その3点の平均
値が５６．０２であった。そして、それぞれの光散乱体
のブルースター角θＢの平均値からそれぞれの屈折率
１．３８０および１．４８３を求めた。この結果より、
本測定方法により得られるブルースター角θＢ、言い換
えれば屈折率は、バラツキが３％以内に収まっており、
精度（再現性）が良好であることがわかる。
Ｂとして、５４．０１、５４．１５、５４．０７が得ら
れ、その3点の平均値が５４．０８であった。ＰＭＭＡ
粉末については、ブルースター角θＢとして、５６．２
２、５５．３９、５６．４６が得られ、その3点の平均
値が５６．０２であった。そして、それぞれの光散乱体
のブルースター角θＢの平均値からそれぞれの屈折率
１．３８０および１．４８３を求めた。この結果より、
本測定方法により得られるブルースター角θＢ、言い換
えれば屈折率は、バラツキが３％以内に収まっており、
精度（再現性）が良好であることがわかる。
【００４９】シリカ粉末およびＰＭＭＡ粉末について測
定した上記屈折率と、シリカおよびＰＭＭＡの屈折率の
文献値とを図６に示した。ここで、文献値は、シリカお
よびＰＭＭＡの双方とも平滑な表面を有する材料につい
ての屈折率である。なお、本測定方法により、標準ガラ
ス、水およびアセトンについてブルースター角θＢ、ブ
ルースター角θＢから得られる屈折率および屈折率の文
献値についても、参考として示した。ここで、標準ガラ
スは、粗の程度が極微小であり略平滑な表面を有すると
ともに光の吸収がない固体物質の代表例として選んだも
のであり、水およびアセトンは、平滑な表面を有すると
ともに光の吸収がない液体物質の代表例として選んだも
のである。
定した上記屈折率と、シリカおよびＰＭＭＡの屈折率の
文献値とを図６に示した。ここで、文献値は、シリカお
よびＰＭＭＡの双方とも平滑な表面を有する材料につい
ての屈折率である。なお、本測定方法により、標準ガラ
ス、水およびアセトンについてブルースター角θＢ、ブ
ルースター角θＢから得られる屈折率および屈折率の文
献値についても、参考として示した。ここで、標準ガラ
スは、粗の程度が極微小であり略平滑な表面を有すると
ともに光の吸収がない固体物質の代表例として選んだも
のであり、水およびアセトンは、平滑な表面を有すると
ともに光の吸収がない液体物質の代表例として選んだも
のである。
【００５０】図６より、光散乱体であるシリカ粉末およ
びＰＭＭＡ粉末について、本測定方法により略文献値に
近い屈折率が得られていることがわかる。
びＰＭＭＡ粉末について、本測定方法により略文献値に
近い屈折率が得られていることがわかる。
【００５１】なお、図６を詳細に検討すると、本測定方
法によって得られる光散乱体の屈折率は、表面が粗なシ
リカ粉末およびＰＭＭＡ粉末の場合、表面が平滑な標準
ガラス等の他の物質に比べて、文献値よりも小さい。
法によって得られる光散乱体の屈折率は、表面が粗なシ
リカ粉末およびＰＭＭＡ粉末の場合、表面が平滑な標準
ガラス等の他の物質に比べて、文献値よりも小さい。
【００５２】この原因の一部が上述した測定原理の差に
あることは明らかであるとしても、さらにそれ以外に
も、粉末の集合体を調製するときの各粉体の充填密度や
粒度分布の違いが一因であると考えられる。また、上記
の測定結果については本測定方法の測定条件の最適化が
十分になされていないことも一因であると考えられる。
あることは明らかであるとしても、さらにそれ以外に
も、粉末の集合体を調製するときの各粉体の充填密度や
粒度分布の違いが一因であると考えられる。また、上記
の測定結果については本測定方法の測定条件の最適化が
十分になされていないことも一因であると考えられる。
【００５３】上記のうち、前者の粉体の充填密度や粒度
分布の違いは、本測定方法の妥当性を直接左右するもの
ではないが、本測定方法の妥当性を検証するときの前提
条件として粉末の集合体の性状のバラツキ等に基づく測
定値の変動要因を除去することを検討する必要がある。
分布の違いは、本測定方法の妥当性を直接左右するもの
ではないが、本測定方法の妥当性を検証するときの前提
条件として粉末の集合体の性状のバラツキ等に基づく測
定値の変動要因を除去することを検討する必要がある。
【００５４】一方、後者の測定条件の最適化について
は、直接的あるいはハード的には、まず、入射角の変更
ピッチを上記の２．５°から小さくしていくことにより
測定精度を向上しうることは測定原理上明らかであり、
角度変更機構を精密化して、入射角の変更ピッチを望ま
しくは１°以下、さらに望ましくは０．１°以下にする
ことにより、精度（再現精度）さらには正確度の向上を
実現する。なお、散乱する反射光を受光する受光プロー
ブの受光角度を反射角を中心として微小量変位させるこ
とにより、高感度の受光状態での反射率を求めることも
考えられる。また、データを統計的に好適に処理する観
点からは、反射率曲線をより近似精度良く得ることがで
きるような、例えば多項式等の近似式を用いる。
は、直接的あるいはハード的には、まず、入射角の変更
ピッチを上記の２．５°から小さくしていくことにより
測定精度を向上しうることは測定原理上明らかであり、
角度変更機構を精密化して、入射角の変更ピッチを望ま
しくは１°以下、さらに望ましくは０．１°以下にする
ことにより、精度（再現精度）さらには正確度の向上を
実現する。なお、散乱する反射光を受光する受光プロー
ブの受光角度を反射角を中心として微小量変位させるこ
とにより、高感度の受光状態での反射率を求めることも
考えられる。また、データを統計的に好適に処理する観
点からは、反射率曲線をより近似精度良く得ることがで
きるような、例えば多項式等の近似式を用いる。
【００５５】一方、測定条件を最適化するために、光学
的観点から、光照射プローブの照射径を相対的に小さく
しおよび受光プローブの受光径を相対的に大きくするこ
とが考えられる。また、光照射プローブおよび受光プロ
ーブと試料との間の距離を小さくすることも考えられ
る。また、入射光は分光せず、受光する反射光を分光す
ることも考えられる。
的観点から、光照射プローブの照射径を相対的に小さく
しおよび受光プローブの受光径を相対的に大きくするこ
とが考えられる。また、光照射プローブおよび受光プロ
ーブと試料との間の距離を小さくすることも考えられ
る。また、入射光は分光せず、受光する反射光を分光す
ることも考えられる。
【００５６】以上説明した本実施の形態例に係る光散乱
体の屈折率の測定方法により、光散乱体の屈折率をin
situや分光条件においても好適に測定することができ
る。
体の屈折率の測定方法により、光散乱体の屈折率をin
situや分光条件においても好適に測定することができ
る。
【００５７】この場合、測定対象物である光散乱体は、
例示した材料等の物質に限らず、例えば、皮膚を測定対
象とすることもできる。
例示した材料等の物質に限らず、例えば、皮膚を測定対
象とすることもできる。
【００５８】
【発明の効果】本発明に係る光散乱体の屈折率の測定方
法によれば、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光
平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じ
た反射光の反射率または反射光量を求め、反射率または
反射光量の最小値に対応する入射角をブルースター角と
擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈折率
を得る。
法によれば、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏光
平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応じ
た反射光の反射率または反射光量を求め、反射率または
反射光量の最小値に対応する入射角をブルースター角と
擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈折率
を得る。
【００５９】また、本発明に係る光散乱体の屈折率の測
定方法によれば、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ
偏光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に
応じた透過光の透過率または透過光量を求め、透過率ま
たは透過光量の最大値に対応する入射角をブルースター
角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈
折率を得る。
定方法によれば、粗な試料表面に複数の入射角度からｐ
偏光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に
応じた透過光の透過率または透過光量を求め、透過率ま
たは透過光量の最大値に対応する入射角をブルースター
角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より屈
折率を得る。
【００６０】これにより、光散乱体の屈折率をin situ
や分光条件においても好適に測定することができる。
や分光条件においても好適に測定することができる。
【図１】複素屈折率を説明するためのものであり、光を
入射したときの等振幅面と等位相面の変化を示す概念図
である。
入射したときの等振幅面と等位相面の変化を示す概念図
である。
【図２】ブルースター角を説明するためのものであり、
反射率曲線のグラフ図である。
反射率曲線のグラフ図である。
【図３】本実施の形態例に係る偏光分光光度計の概略構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図４】シリカ粉末の反射率曲線のグラフ図である。
【図５】ＰＭＭＡ粉末の反射率曲線のグラフ図である。
【図６】各材料のブルースター角および屈折率を示す表
図である。
図である。
１０ モノクロメータ
１２ 光パワーメータ
１４ 光照射プローブ
１６ 受光プローブ
１８、２０ 光ファイバ
２２ 偏光板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 秋本 眞喜雄
神奈川県横浜市都筑区早渕２−２−１ 株
式会社資生堂リサーチセンター（新横浜)
内
(72)発明者 高橋 元次
神奈川県横浜市都筑区早渕２−２−１ 株
式会社資生堂リサーチセンター（新横浜)
内
(72)発明者 舛田 勇二
神奈川県横浜市都筑区早渕２−２−１ 株
式会社資生堂リサーチセンター（新横浜)
内
(72)発明者 小川 克基
神奈川県横浜市都筑区早渕２−２−１ 株
式会社資生堂リサーチセンター（新横浜)
内
Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB08 BB09 CC20 EE01
EE02 EE05 GG04 GG10 HH02
HH06 JJ01 JJ17 JJ19 MM01
MM03
2H042 AA02 AA23 BA03 DA01
Claims (7)
- 【請求項１】 粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏
光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応
じた反射光の反射率または反射光量を求め、該反射率ま
たは該反射光量の最小値に対応する入射角をブルースタ
ー角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より
屈折率を得ることを特徴とする光散乱体の屈折率の測定
方法。 - 【請求項２】 粗な試料表面に複数の入射角度からｐ偏
光平面波の光を入射させ、それぞれの入射角度の光に応
じた透過光の透過率または透過光量を求め、該透過率ま
たは該透過光量の最大値に対応する入射角をブルースタ
ー角と擬制し、ブルースター角と屈折率との関係式より
屈折率を得ることを特徴とする光散乱体の屈折率の測定
方法。 - 【請求項３】 前記反射光または透過光は、分光された
所定波長の光であることを特徴とする請求項１または２
に記載の光散乱体の屈折率の測定方法。 - 【請求項４】 前記入射角度を５°以下のピッチで変更
することを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記
載の光散乱体の屈折率の測定方法。 - 【請求項５】 前記反射率または前記反射光量のデータ
を統計処理して反射率曲線または反射光量曲線を得、該
反射率曲線または該反射光量曲線より該反射率または該
反射光量の最小値に対応する入射角の値を求めることを
特徴とする請求項1記載の光散乱体の屈折率の測定方
法。 - 【請求項６】 前記透過率または前記透過光量のデータ
を統計処理して透過率曲線または透過光量曲線を得、該
透過率曲線または該透過光量曲線より該透過率または該
透過光量の最大値に対応する入射角の値を求めることを
特徴とする請求項２記載の光散乱体の屈折率の測定方
法。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光
散乱体の屈折率の測定方法に用いる測定装置であって、 入射光を発生する光源部と、反射光または透過光を受光
する受光部と、該受光部からの受光データを出力する出
力部と、入射光を測定対象物に導光して照射する光照射
プローブと、反射光または透過光を該受光部に導光する
光受光プローブと、該光照射プローブおよび該光受光プ
ローブの該測定対象物に向けた角度を変更する角度変更
部とを有することを特徴とする測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001390292A JP3885998B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 光散乱体の屈折率の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001390292A JP3885998B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 光散乱体の屈折率の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003194710A true JP2003194710A (ja) | 2003-07-09 |
| JP3885998B2 JP3885998B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=27598262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001390292A Expired - Fee Related JP3885998B2 (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 光散乱体の屈折率の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3885998B2 (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012141311A (ja) * | 2010-12-30 | 2012-07-26 | Samsung Corning Precision Materials Co Ltd | パターンドガラス基板の透過率測定装置 |
| US9265457B2 (en) | 2010-06-03 | 2016-02-23 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method for measuring a tissue analyte such as bilirubin using the Brewster's angle |
| CN109580182A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-05 | 北京理工大学 | 基于布儒斯特定律的曲面光学元件折射率测量方法和装置 |
| JP2019120519A (ja) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 日立造船株式会社 | 撹拌状態検出装置、撹拌制御装置、および撹拌状態検出方法 |
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| JPH109955A (ja) * | 1996-06-26 | 1998-01-16 | Shimadzu Corp | 分光器 |
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-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001390292A patent/JP3885998B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| 日置隆一編, 「光用語辞典」, vol. 第１版、第５刷, JPN4006020823, 20 August 1990 (1990-08-20), JP, pages 243, ISSN: 0000787647 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3885998B2 (ja) | 2007-02-28 |
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