JP2009250889A - 屈折率測定方法、分散測定方法、屈折率測定装置、及び分散測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、シンプルな構成で高精度な測定が可能な屈折率測定装置を提供する。
【解決手段】屈折率測定装置は、プリズム状の測定対象物（１６）へ測定光（ＬＭ）を投光する投光光学系（４、９、１１）と、測定光に対する測定対象物の配置角度を変化させる回転台（１５ａ）と、測定対象物からの戻り光と測定光との角度関係を検出する検出光学系（１１、１４）と、制御手段とを備え、制御手段は、斜面（ｓ_１）へ測定光を投光すると共に、斜面（ｓ_１）を通過してから斜面（ｓ_２）で裏面反射した戻り光と測定光との角度関係が所定の関係となるような回転台の回転位置θ_１を検出し、斜面（ｓ_１）へ測定光を投光すると共に、斜面（ｓ_１）で表面反射した戻り光と測定光との角度関係が所定の関係となるような回転台の回転位置θ_２を検出し、斜面（ｓ_２）へ測定光を投光すると共に、斜面（ｓ_２）で表面反射した戻り光と測定光との角度関係が所定の関係となるような回転台の回転位置θ_３を検出し、θ_１、θ_２、θ_３に基づき屈折率ｎを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学材料などの屈折率測定方法、分散測定方法、屈折率測定装置、及び分散測定装置に関する。

光学材料の屈折率測定方法の代表的なものに、最小偏角法がある（特許文献１等を参照）。この方法は、プリズム状の光学材料へ特定波長の測定光を投光して最小偏角と頂角とをそれぞれ測定し、それらを所定の算出式（特許文献１の式（１）等を参照）へ当てはめるものである。この方法によれば、10^−６オーダーの絶対的な屈折率測定が可能である。
特開平６−２６７４２０号公報

しかしながら、この方法には主として以下の問題がある。

（１）通常、最小偏角測定では、光学材料の通過前後における測定光の偏角が最小となるような光学材料の回転位置（最小偏角位置）を探索する必要があるので、特殊な光学系や機構を要する。

（２）その最小偏角位置の探索には、熟練した技術が必要なので、自動化が困難である。

そこで本発明は、シンプルな構成かつシンプルな手順で高精度な測定が可能な屈折率測定方法及び分散測定方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、シンプルな構成で高精度な測定を自動的に行うことのできる屈折率測定装置及び分散測定装置を提供することを目的とする。

本発明の屈折率測定方法の一態様は、プリズム状の測定対象物へ測定光を投光する投光光学系と、 前記測定光に対する前記測定対象物の配置角度を変化させる回転台と、前記測定対象物から戻る戻り光と前記測定光との角度関係を検出する検出光学系とを使用した屈折率測定方法であって、前記測定対象物の一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面を通過してから他方の斜面で裏面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第１関係となるような前記回転台の回転位置θ_１を検出する手順と、前記測定対象物の前記一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第２関係となるような前記回転台の回転位置θ_２を検出する手順と、前記測定対象物の前記他方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第３関係となるような前記回転台の回転位置θ_３を検出する手順と、前記回転位置θ_１と前記回転位置θ_２と前記回転位置θ_３とに基づき前記測定対象物の屈折率ｎを算出する手順とを含むことを特徴とする。

なお、前記態様において、前記第１関係、前記第２関係、前記第３関係は、互いに同じ関係であり、前記屈折率ｎの算出は、以下の式に基づき行われてもよい。

また、本発明の分散測定方法の一態様は、前記何れかの態様の屈折率測定方法を利用したことを特徴とする。

また、本発明の屈折率測定装置の一態様は、プリズム状の測定対象物へ測定光を投光する投光光学系と、前記測定光に対する前記測定対象物の配置角度を変化させる回転台と、前記測定対象物から戻る戻り光と前記測定光との角度関係を検出する検出光学系と、前記投光光学系、前記回転台、前記検出光学系を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記測定対象物の一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面を通過してから他方の斜面で裏面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第１関係となるような前記回転台の回転位置θ_１を検出する手段と、前記測定対象物の前記一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第２関係となるような前記回転台の回転位置θ_２を検出する手段と、前記測定対象物の前記他方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第３関係となるような前記回転台の回転位置θ_３を検出する手段と、前記回転位置θ_１と前記回転位置θ_２と前記回転位置θ_３とに基づき前記測定対象物の屈折率ｎを算出する手段とを有することを特徴とする。

なお、前記態様において、前記第１関係、前記第２関係、前記第３関係は、互いに同じ関係であり、前記屈折率ｎの算出は、以下の式に基づき行われてもよい。

また、本発明の分散測定装置の一態様は、前記何れかの態様の屈折率測定装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、シンプルな構成かつシンプルな手順で高精度な測定が可能な屈折率測定方法及び分散測定方法が実現する。

また、本発明によれば、シンプルな構成で高精度な測定を自動的に行うことのできる屈折率測定装置及び分散測定装置が実現する。

以下、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、屈折率・分散測定装置の実施形態である。

先ず、屈折率・分散測定装置の構成を説明する。

図１は、屈折率・分散測定装置の概略構成図である。図１に示すとおり、屈折率・分散測定装置には、複数種類の光源６と、光源の切替機構５と、波長選択板７と、選択波長の切替機構１７と、ピンホール板８と、コリメータミラー９と、絞り１０と、ビームスプリッタ１１と、撮像素子１４と、平面反射ミラー１２と、シャッター１３と、ステージ１５とが備えられる。なお、図示省略したが、屈折率・分散測定装置には制御部も備えられる。この制御部は、屈折率・分散測定装置内の各要素を制御する制御機能と、撮像素子１４が出力する画像を取り込んで処理する情報処理機能とを有する。

ステージ１５のテーブル１５ａには、光学材料などの試料１６が載置される。試料１６は、予めプリズム状に加工されており、その頂角αは、３０°〜４５°の範囲内の任意の値を有する。頂角を挟む２つの斜面ｓ_１，ｓ_２は、十分な精度で研磨されており、底面は研磨されていないものとする。これによって、斜面ｓ_１，ｓ_２の反射率は、底面の反射率よりも十分に高いとみなせる。

なお、図１では、２つの斜面ｓ_１，ｓ_２を区別し易くするために、斜面ｓ_１を太線で表し、斜面ｓ_２を細線で表した（他の図も同様）。テーブル１５ａにおける試料１６の姿勢は、図１に示すとおり、斜面ｓ_１，ｓ_２がテーブル１５ａの法線に対して略平行となるような姿勢である。

テーブル１５ａは、不図示の回転機構を介してステージ１５の基部へ取り付けられており、その回転機構にはモータが連結されている。そのモータが駆動されると、テーブル１５ａが法線の周りに回転する。

また、ステージ１５のうち、回転機構と基部との間にはロータリーエンコーダなどの角度センサも内蔵されている。その角度センサの出力信号により、テーブル１５ａの回転位置θが検知される。

また、テーブル１５ａと回転機構との間には、不図示のチルト機構も介設されており、そのチルト機構にはモータが連結されている。そのモータが駆動されると、テーブル１５ａ上で互いに直交する２軸の周りにテーブル１５ａがチルトする。なお、これら２軸の周りのチルト範囲は、例えば±３°程度である。

光源６、光源の切替機構５、波長選択板７、選択波長の切替機構１７の全体は、遮光壁４によって囲われており、その遮光壁４の開口部にピンホール板８が設けられている。

光源６より発した光は、波長選択板７を介してピンホール板８へ入射する。その光のうち、ピンホール板８のピンホールを通過した光のみが、遮光壁４の外部へ射出する。なお、遮光壁４から射出する光の波長は、光源の切替機構５及び選択波長の切替機構１７を駆動することにより切り替わる。

遮光壁４から射出した光は、コリメータミラー９により平行光に整形され、絞り１０より任意の開口を与えられたのち、ビームスプリッタ１１へ入射する。その光は、ビームスプリッタ１１の分離面において、ステージ１５へ向かう測定光ＬＭと、平面反射ミラー１２へ向かう参照光ＬＲとに分岐する。

測定光ＬＭは、試料１６へ向かう。因みに、図１に示すとおり試料１６の一方の斜面ｓ_１が正対していた場合、測定光ＬＭはその斜面ｓ_１へ入射する。その測定光ＬＭの一部は斜面ｓ_１で反射（表面反射）し、他の一部は試料１６の内部へ入射する。試料１６の内部へ入射した測定光ＬＭの一部は、斜面ｓ_２で反射（裏面反射）し、他の一部は斜面ｓ_２を通過する。よって、試料１６からビームスプリッタ１１側へ戻る光（戻り光）には、斜面ｓ_１で表面反射した戻り光と、斜面ｓ_２で裏面反射した戻り光との２種類がある。

因みに、図１に示すとおり、測定光ＬＭが斜面ｓ_１へ正面から入射した場合、斜面ｓ_１で表面反射した戻り光は、光路を折り返してビームスプリッタ１１へ入射する。その戻り光は、ビームスプリッタ１１の分離面により撮像素子１４の方向へ偏向され、撮像素子１４上にスポット（測定スポット）を形成する。なお、その測定スポットのサイズは、絞り１０の径に応じて変化し、試料１６がステージ１５に載置されていないときには、撮像素子１４上に測定スポットは現れない。

一方、参照光ＬＲは、平面反射ミラー１２へ略正面から入射する。その参照光ＬＲは、平面反射ミラー１２を反射すると光路を折り返し、ビームスプリッタ１１を透過して撮像素子１４へ入射し、撮像素子１４上にスポット（参照スポット）を形成する。

なお、その参照スポットのサイズは、絞り１０の径に応じて変化し、ビームスプリッタ１１と平面反射ミラー１２との間に配置されたシャッター１３が閉鎖されているときには、撮像素子１４上に参照スポットは現れない。

撮像素子１４が出力する画像は、制御部へ送出される。制御部は、必要に応じてその画像へ処理を施す。

ここで、本実施形態の屈折率・分散測定装置では、平面反射ミラー１２が若干傾斜していたとしても、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲの方位と、試料１６へ向かう測定光ＬＭの方位との角度関係は、不変である。

そこで、本実施形態の屈折率・分散測定装置では、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲの方位、すなわち撮像素子１４に形成される参照スポットの重心座標Ｐ_Ｒを、測定光ＬＭの方位の基準として使用する。

そのため、制御部は、屈折率・分散の測定に先立ち、試料１６がテーブル１５ａに載置されていない状態で、参照スポットの重心座標Ｐ_Ｒを測定する。重心座標Ｐ_Ｒの測定では、制御部は、シャッター１３を開放し、絞り１０の径を適当に絞り、任意の光源６を点灯する。これによって、撮像素子１４の撮像面には、十分に小さなサイズ（撮像面に完全に収まるサイズ）の参照スポットが現れる。そして、制御部は、撮像素子１４が出力する画像へ輪郭抽出処理を施し、参照スポットの外形を得ると、その外形の重心座標を、参照スポットの重心座標Ｐ_Ｒとして算出する。

次に、屈折率・分散の測定に関する制御部の動作を説明する。

図２は、制御部の動作フローである。以下、各ステップを順に説明する。

ステップＳ１１：制御部は、シャッター１３を閉鎖し、絞り１０の径を開放し、測定光ＬＭの波長を初期値に設定し、必要な光源６を点灯する。なお、絞り１０の径が開放されると、測定光ＬＭの径は、十分に大きなサイズ（撮像面を完全にカバーできるサイズ）となる。

ステップＳ１２：制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを基準位置に設定する。ここでは、基準位置を図３に示すような回転位置と仮定する。この状態では、研磨された斜面ｓ_１、ｓ_２の何れにも測定光ＬＭが入射しないので、戻り光は殆ど発生しない。

続いて、制御部は、テーブル１５ａを図３の矢印の方向へ回転させながら、撮像素子１４が出力する画像の輝度Ｉを監視する。これによって、制御部は、図４に示すようなθ−Ｉカーブを取得することができる。このθ−Ｉカーブには、ピークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが現れている。

このうち、最初のピークＡが出現するのは、図５（Ａ）に示すとおり、ステージ１５ａの回転位置θがθ_Ａにあるときであって、この状態では、斜面ｓ_２で裏面反射した戻り光と測定光ＬＭとの角度ずれが略ゼロとなるので、その戻り光がビームスプリッタ１１を介して撮像素子１４に入射する。

また、次のピークＢが出現するのは、図５（Ｂ）に示すとおり、ステージ１５ａの回転位置θがθ_Ｂにあるときであって、この状態では、斜面ｓ_１で表面反射した戻り光と測定光ＬＭとの角度ずれが略ゼロとなるので、その戻り光がビームスプリッタ１１を介して撮像素子１４に入射する。

また、次のピークＣが出現するのは、図５（Ｃ）に示すとおり、ステージ１５ａの回転位置θがθ_Ｃにあるときであって、この状態では、斜面ｓ_２で表面反射した戻り光と測定光ＬＭとの角度ずれが略ゼロとなるので、その戻り光がビームスプリッタ１１を介して撮像素子１４に入射する。

また、次のピークＤが出現するのは、図５（Ｄ）に示すとおり、ステージ１５ａの回転位置θがθ_Ｄにあるときであって、この状態では、斜面ｓ_１で裏面反射した戻り光と測定光ＬＭとの角度ずれが略ゼロとなるので、その戻り光がビームスプリッタ１１を介して撮像素子１４に入射する。

続いて、制御部は、このようなθ−Ｉカーブから、３つのピークＡ、Ｂ、Ｃを与える３つの回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃを認識する。

なお、本ステップにおける制御部は、回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃの認識を、θ−Ｉカーブの取得後に行ったが、θ−Ｉカーブの取得途中に行ってもよい。その場合、制御部は、テーブル１５ａの回転中に輝度Ｉをリアルタイムで閾値と比較し、閾値を超過した時点における回転位置を順に、回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃ、θ_Ｄとみなせばよい。

因みに、回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃ、θ_Ｄのうち、回転位置θ_Ａ、θ_Ｄ（図５（Ａ）、（Ｄ））が示しているのは、試料１６の内部へ入射してから裏面で反射した戻り光の方位であるのに対し、回転位置θ_Ｂ、θ_Ｃ（図５（Ｂ）、（Ｃ））が示しているのは、試料１６の表面で反射した戻り光の方位である。よって、ピークＡ、Ｄの輝度Ｉよりも、ピークＢ、Ｃの輝度Ｉの方が高い（図４参照）。

また、回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃ、θ_Ｄのうち、回転位置θ_Ａ、θ_Ｄ（図５（Ａ）、（Ｄ））が示しているのは、試料１６の内部へ入射した戻り光の方位であるのに対し、回転位置θ_Ｂ、θ_Ｃ（図５（Ｂ）、（Ｃ））が示しているのは、試料１６の内部へ入射しなかった戻り光の方位である。よって、測定光ＬＭの波長が変化すると回転位置θ_Ａ、θ_Ｄは多少ずれるが、測定光ＬＭの波長が変化しても回転位置θ_Ｂ、θ_Ｃは変化しない。

ステップＳ１３：制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを回転位置θ_Bに設定し、この状態で、テーブル１５ａを前記2軸の周りにチルトさせながら輝度Ｉを監視し、監視される輝度Ｉが最大となった時点で、テーブル１５ａのチルト角度を固定する。次に、制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを回転位置θ_Cに設定し、この状態で、テーブル１５ａを前記２軸の周りにチルトさせながら輝度Ｉを監視し、監視される輝度Ｉが最大となった時点で、テーブル１５ａのチルト角度を固定する。そして、制御部は、以上の手順を所定回数（例えば、数回）だけ繰り返す。これによって、テーブル１５ａのチルト調整が完了する。

ステップＳ１４：制御部は、絞り１０を適度に絞る。これによって、測定光ＬＭの径は、十分に小さなサイズ（撮像面に完全に収まるサイズ）となる。

続いて、制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを回転位置θ_Bに設定する。このとき、撮像素子１４の撮像面内の何れかの箇所に測定スポットが形成される。制御部は、この状態で撮像素子１４が出力する画像に基づき、測定スポットの重心座標Ｐ_Bを算出する。重心座標の算出方法は、前述したとおりである。そして、制御部は、重心座標Ｐ_Bと、予め測定された参照スポットの重心座標Ｐ_ＲとのずれΔＰ_Bを算出する。ずれΔＰ_Bがゼロであった場合、制御部は、回転位置θ_Bを回転位置θ_{B（ＴＲＵＥ）}とし、ずれΔＰ_Bがゼロでなかった場合、テーブル１５ａから画像素子１４までの光路長とずれΔＰ_Bとに応じて決まる角度補正量Δθ_Bで回転位置θ_Bを補正することにより、ずれΔＰ_Bがゼロとなるときのテーブル１５ａの回転位置を算出し、それを回転位置θ_{B（ＴＲＵＥ）}とする。この回転位置θ_{B（ＴＲＵＥ）}は、試料１６の斜面ｓ_１で表面反射してから撮像素子１４へ向かう戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとの角度ずれが完全にゼロとなるときのテーブル１５ａの回転位置である。

続いて、制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを回転位置θ_Ｃに設定する。このとき、撮像素子１４の撮像面内の何れかの箇所に測定スポットが形成される。制御部は、この状態で撮像素子１４が出力する画像に基づき、測定スポットの重心座標Ｐ_Ｃを算出する。重心座標の算出方法は、前述したとおりである。そして、制御部は、重心座標Ｐ_Ｃと、予め測定された参照スポットの重心座標Ｐ_ＲとのずれΔＰ_Ｃを算出する。ずれΔＰ_Ｃがゼロであった場合、制御部は、回転位置θ_Ｃを回転位置θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}とし、ずれΔＰ_Ｃがゼロでなかった場合、テーブル１５ａから画像素子１４までの光路長とずれΔＰ_Ｃとに応じて決まる角度補正量Δθ_Ｃで回転位置θ_Ｃを補正することにより、ずれΔＰ_Ｃがゼロとなるときのテーブル１５ａの回転位置を算出し、それを回転位置θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}とする。この回転位置θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}は、試料１６の斜面ｓ_２で表面反射してから撮像素子１４へ向かう戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとの角度ずれが完全にゼロとなるときのテーブル１５ａの回転位置である。

ステップＳ１５：制御部は、ステップＳ１４で取得した回転位置θ_{A（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}を式（１）へ当てはめることにより、試料１６の頂角αを算出する。

ステップＳ１６：制御部は、テーブル１５ａの回転位置θを回転位置θ_Ａに設定する。このとき、撮像素子１４の撮像面内の何れかの箇所に測定スポットが形成される。なお、測定スポットの形成位置は、測定光ＬＭの波長によって若干ずつずれるが、何れの場合も測定スポットは十分に小さいので、撮像面から外れることは無い。

続いて、制御部は、この状態で撮像素子１４が出力する画像に基づき、測定スポットの重心座標Ｐ_Ａを算出する。重心座標の算出方法は、前述したとおりである。そして、制御部は、重心座標Ｐ_Ａと、予め測定された参照スポットの重心座標Ｐ_ＲとのずれΔＰ_Ａを算出する。ずれΔＰ_Ａがゼロであった場合、制御部は、回転位置θ_Ａを回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}とし、ずれΔＰ_Ａがゼロでなかった場合、テーブル１５ａから画像素子１４までの光路長とずれΔＰ_Ａとに応じて決まる角度補正量Δθ_Ａで回転位置θ_Ａを補正することにより、ずれΔＰ_Ａがゼロとなるときの回転位置を算出し、それを回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}とする。この回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}は、試料１６の斜面ｓ_２で裏面反射してから撮像素子１４へ向かう戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとの角度ずれが完全にゼロとなるときのテーブル１５ａの回転位置である。

ステップＳ１７：制御部は、前のステップＳ１６で測定された回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}と、前のステップＳ１４で測定されたθ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}とを式（２）へ当てはめることにより、試料１６の最小偏角θ_ｍｉｎを算出する。

ステップＳ１８：制御部は、前のステップＳ１７で算出された最小偏角θ_ｍｉｎと、前のステップＳ１５で算出された頂角αとを式（３）へ当てはめることにより、試料１６の屈折率ｎを算出する。

ステップＳ１９：制御部は、ステップＳ１６〜ステップＳ１８の処理（屈折率の測定処理）が予め決められた全ての波長について実行済みであるか否かを判別し、実行済みであればステップＳ２１へ進み、実行済みでなければステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０：制御部は、測定光ＬＭの波長を変更してからステップＳ１６へ戻る。したがって、屈折率ｎは、各波長について順に測定されることになる。

ステップＳ２１：制御部は、順に測定された各波長の屈折率に基づき試料１６の分散を算出し、フローを終了する。

次に、上述した算出式（２）（最小偏角θ_ｍｉｎの算出式）を詳しく説明する。

図６は、試料１６の回転位置θが最小偏角位置にあるときの様子である。この回転位置は、図５（Ａ）に示した回転位置θ_Ａと図５（Ｂ）に示した回転位置θ_Ｂとの間の回転位置に相当する。

図６において、試料１６の頂点Ｘを起点とし、かつ頂角αを二等分する線分をＸＹとおき、試料１６を通過中の測定光ＬＭの光路と線分ＸＹとの交点をＷとおき、点Ｗを起点とし、かつ試料１６へ入射前の測定光ＬＭの光路と垂直な線分をＷＺとおくと、試料１６の最小偏角θ_ｍｉｎは、２×∠ＹＷＺに等しい。

そして、試料１６へ入射前の測定光ＬＭの光路に対して線分ＸＹが成す角度は、前述した回転位置θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}により、（θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}−θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}）で表される。

また、試料１６へ入射前の測定光ＬＭの光路に対して線分ＷＺが成す角度は、前述した回転位置θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}と前述した頂角αとにより、（θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}−α／２）で表される。

したがって、試料１６の最小偏角θ_ｍｉｎは、以下の式（４）で表される。

よって、最小偏角θ_ｍｉｎが算出式（２）によって算出できることは明らかである。

以上、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、最小偏角θ_ｍｉｎの測定に当たり、最小偏角位置を探索する代わりに、試料１６で裏面反射してから撮像素子１４へ向かう戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとの角度ずれがゼロとなるようなテーブル１５ａの回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}を測定する。故に、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、屈折率（及び分散）の測定に関する全手順を自動化することができた。

また、回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}の測定では、最小偏角位置を探索するときのような特殊な光学系や機構を要しないので、頂角αの算出に必要な回転位置θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}を測定するための光学系（図１のビームスプリッタ１１及びその上流側の光学系）を、そのまま使用することができる。

したがって、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}の関係を共通の光学系で高精度に求めることができる。よって、屈折率（及び分散）の測定精度も高い。

因みに、回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}、θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}を共通の光学系で測定する場合、試料１６における測定光ＬＭの投光位置も各測定間で略一致するので、斜面ｓ_１、ｓ_２の面精度が屈折率（及び分散）の測定精度に与える影響も少ないと考えられる。

また、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、前述したとおり特殊な光学系や機構を要しないので、装置内の誤差要因が抑えられるといった利点もある。

また、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、前述したとおり特殊な光学系や機構を要しないので、仮にＶＵＶ波長域の屈折率（及び分散）を測定する場合であっても、Ｎ２パージ容積を抑えつつ、Ｎ２揺らぎによる測定誤差を抑えることができる。

次に、本実施形態の補足を述べる。

上述した本実施形態の屈折率・分散測定装置は、遮光壁４の開口部にピンホール板８を設けたが、ピンホール板８の代わりにスリット板を設けても構わない。

また、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、光源を内蔵したタイプの測定装置であるが、光源を内蔵していないタイプの測定装置であってもよい。その場合は、測定装置の外部に配置された光源から、ファイバなどの導光手段で光源からの射出光を測定装置の内部へ導入すればよい。

また、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、測定スポットの重心座標と参照スポットの重心座標とのずれΔＰがゼロとなるようなテーブル１５ａの回転位置を、ずれΔＰに応じた補正演算により算出したが、そのような回転位置を実際に探索してもよいことは言うまでもない。

その場合、上述したステップＳ１４における制御部は、回転位置θ_Ｂの近傍でテーブル１５ａを微小角度ずつ回転させながらずれΔＰ_Ｂを監視し、ずれΔＰ_Ｂがゼロとなったときにおけるテーブル１５ａの回転位置を、回転位置θ_{Ｂ（ＴＲＵＥ）}とすればよい。また、上述したステップＳ１４における制御部は、回転位置θ_Ｃの近傍でテーブル１５ａを微小角度ずつ回転させながらずれΔＰ_Ｃを監視し、ずれΔＰ_Ｃがゼロとなったときにおけるテーブル１５ａの回転位置を、回転位置θ_{Ｃ（ＴＲＵＥ）}とすればよい。また、上述したステップＳ１６における制御部は、回転位置θ_Ａの近傍でテーブル１５ａを微小角度ずつ回転させながらずれΔＰ_Ａを監視し、ずれΔＰ_Ａがゼロとなったときにおけるテーブル１５ａの回転位置を、回転位置θ_{Ａ（ＴＲＵＥ）}とすればよい。

また、本実施形態の屈折率・分散測定装置は、試料１６からの戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとの角度関係を検出するために撮像素子１４を使用したが、ラインセンサや分割測光素子などの他の光検出素子を使用してもよい。

また、例えば、撮像素子１４の代わりに、図７に示すように、結像光学系１４１、スリット板１４２、光検出素子１４３の組み合わせからなる検出光学系を使用してもよい。この検出光学系において、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲは、ビームスプリッタ１１を介して結像光学系１４１へ入射し、その結像光学系１４１によってスリット板１４２のスリットの近傍へ集光する。そして、スリットを通過すると、光検出素子１４３に入射する。

ここで、スリット板１４２のスリットは、縦方向を向いている（なお、縦方向とは、測定光ＬＭの光路が形成される平面に対して垂直な方向のことである。）。そして、スリット板１４２の横位置は、結像光学系１４１の集光点にスリットが配置されるように、屈折率・分散の測定前に予め調整される。なお、この調整時には、シャッター１３は開放され、試料１６はテーブル１５ａから外される。また、調整が終了すると、シャッター１３は閉鎖される。

したがって、この光学系の光検出素子１４３は、試料１６からの戻り光と、平面反射ミラー１２で反射した参照光ＬＲとのスリット板１４２上の横ずれがゼロになったときにのみ、一定強度の信号を出力する。そして、この光学系を使用する場合、制御部が探索する対象は、その横ずれがゼロとなったときにおけるテーブル１５ａの回転位置である。

図１は、屈折率・分散測定装置の概略構成図である。 図２は、屈折率・分散の測定に関する制御部の動作フローである。 図３は、フローの開始時点における試料１６の状態を説明する図である。 図４は、θ−Ｉカーブの例を示す図である。 図５は、回転位置θ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃ、θ_Ｄを説明する図である。 図６は、試料１６の回転位置θが最小偏角位置にあるときの様子である。 図７は、試料１６からの戻り光と参照光ＬＲとの角度ずれの有無を検出する光学系の一例である。

符号の説明

６…光源、５…光源の切替機構、７…波長選択板、１７…選択波長の切替機構、８…ピンホール板、９…コリメータミラー、１０…絞り、１１…ビームスプリッタ、１４…撮像素子、１２…平面反射ミラー、１３…シャッター、１５…ステージ、１５ａ…テーブル

Claims (6)

1. プリズム状の測定対象物へ測定光を投光する投光光学系と、
   前記測定光に対する前記測定対象物の配置角度を変化させる回転台と、
   前記測定対象物から戻る戻り光と前記測定光との角度関係を検出する検出光学系と
   を使用した屈折率測定方法であって、
   前記測定対象物の一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面を通過してから他方の斜面で裏面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第１関係となるような前記回転台の回転位置θ_１を検出する手順と、
   前記測定対象物の前記一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第２関係となるような前記回転台の回転位置θ_２を検出する手順と、
   前記測定対象物の前記他方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第３関係となるような前記回転台の回転位置θ_３を検出する手順と、
   前記回転位置θ_１と前記回転位置θ_２と前記回転位置θ_３とに基づき前記測定対象物の屈折率ｎを算出する手順と、
   を含むことを特徴とする屈折率測定方法。
2. 請求項１に記載の屈折率測定方法において、
   前記第１関係、前記第２関係、前記第３関係は、互いに同じ関係であり、
   前記屈折率ｎの算出は、以下の式に基づき行われる
   ことを特徴とする屈折率測定方法。
   

   
3. 請求項１又は請求項２に記載の屈折率測定方法を利用した
   ことを特徴とする分散測定方法。
4. プリズム状の測定対象物へ測定光を投光する投光光学系と、
   前記測定光に対する前記測定対象物の配置角度を変化させる回転台と、
   前記測定対象物から戻る戻り光と前記測定光との角度関係を検出する検出光学系と、
   前記投光光学系、前記回転台、前記検出光学系を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記測定対象物の一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面を通過してから他方の斜面で裏面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第１関係となるような前記回転台の回転位置θ_１を検出する手段と、
   前記測定対象物の前記一方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第２関係となるような前記回転台の回転位置θ_２を検出する手段と、
   前記測定対象物の前記他方の斜面へ前記測定光を投光すると共に、その斜面で表面反射した戻り光と前記測定光との角度関係が所定の第３関係となるような前記回転台の回転位置θ_３を検出する手段と、
   前記回転位置θ_１と前記回転位置θ_２と前記回転位置θ_３とに基づき前記測定対象物の屈折率ｎを算出する手段と
   を有することを特徴とする屈折率測定装置。
5. 請求項４に記載の屈折率測定装置において、
   前記第１関係、前記第２関係、前記第３関係は、互いに同じ関係であり、
   前記屈折率ｎの算出は、以下の式に基づき行われる
   ことを特徴とする屈折率測定装置。
   

   
6. 請求項４又は請求項５に記載の屈折率測定装置を備えた
   ことを特徴とする分散測定装置。

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