JP2010230574A - 屈折率測定方法および屈折率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉計を用いて屈折率を測定する技術において、測定に用いる光源における波長の不確かさの影響を排除するための技術を提供する。
【解決手段】干渉計９および３１内に配置した被測定プリズム１を特定方向に移動させて、光源３から出射して被測定プリズム１を通過する第１の光の光路長と、同じ光源３から出射して被測定プリズム１によって反射される第２の光の光路長とをそれぞれ変化させ、それらの変化を測定し、測定した、上記第１の光の光路長の変化と上記第２の光の光路長の変化との関係に基づいて、被測定プリズム１の屈折率を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物質の屈折率を測定する技術に関するものであり、特に、干渉計を用いて物質の屈折率を測定する技術に関するものである。

光学ガラス産業、プラスチック産業、各種光学デバイスの製作産業等の光関連産業では、光学材料が有する種々の特性の一つである屈折率を正確に測定する技術が求められている。特に近年は、光学デバイスに求められる性能が高くなっており、それに伴い屈折率の測定においても、精密な測定を行うための技術が求められている。さらに、そのような光学デバイスの製造に用いる屈折率測定装置を管理するために必要となる標準の分野では、更に精密な屈折率の測定技術が必要となる。

そのため、様々な屈折率測定技術が開発されている。例えば、特許文献１には、波長の異なる複数のレーザ光を同一の出射口から選択的に出射し、出射レーザ光をビームスプリッタで二光束のレーザ光に分割した後、偏光干渉光学回路に入射し、各レーザ光から更に分割された基準レーザ光と、真空領域、サンプル領域の両領域を通過後の各レーザ光との干渉光をそれぞれ生成し、計数器で前記真空領域及びサンプル領域の光路長を変化させたときに光センサが検知する前記各干渉光の強度変化の波数を計数して屈折率を求める技術が記載されている。

また、特許文献２には、被測定プリズムの斜面と補償用プリズムの斜面とを近接対向配置してプリズム対を形成し、当該プリズム対を干渉計の中に配置し、前記被測定プリズムを、補償用プリズムに向かい合っている面内で平行移動させて、干渉計中の被測定プリズム中の光路長を変化させ、前記被測定プリズム中光路長変化と、別途計測した被測定プリズムの移動量の関係から、被測定プリズムの屈折率を求める技術が記載されている。

特開２００５−２９２０３３号公報（平成１７年１０月２０日公開） 特開２００９−１４４８７号公報（平成２１年１月２２日公開）

しかしながら、従来の屈折率測定技術では、測定に用いる光源における波長の不確かさ（ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ）が明確ではない場合、測定される屈折率の不確かさも不明確になるという問題がある。

光学産業界における屈折率測定の需要は、長い歴史の中で使われてきたスペクトルランプ波長に対する屈折率測定の方が圧倒的に多い。また、次世代半導体露光装置や天体観測装置等において、紫外域や赤外域への波長の拡大が求められているが、これらの波長域では必ずしも高性能で実用的なレーザが得られていないため、スペクトルランプを中心とした光源が使用されている。しかし、レーザに比して一般のスペクトルランプは高精度な波長の評価が困難であり、その不確かさが明確でない。

特にスペクトルランプについては、ランプのガス圧やランプ電流によってスペクトル線のシャープさや、自己吸収状態、波長シフトの変化や、発光体に含まれる同位元素による波長の不確かさがある。そのため、ランプの製造者や使用条件と波長の不確かさについてのデータが必須であるが、現状ではそのようなものはない。

干渉計測によって屈折率を測定する方法の場合、光源波長の不確かさは光路長あるいは光路長変化測定の不確かさに制限を与え、ひいては屈折率測定の不確かさに制限を与える。例えば１０^−６程度の不確かさで屈折率を測定したい場合、光路長変化測定に関して必要な光源波長の不確かさは、１０^−７程度である。

また、光源波長の不確かさは、被測定試料の屈折率分散を介して、屈折率測定の不確かさに制限を与える。例えば１０^−６程度の不確かさで屈折率を測定したい場合、屈折率分散に関して必要な光源波長の不確かさは、材料や波長帯域によって若干異なるが、通常１０^−５程度である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、干渉計を用いて屈折率を測定する技術において、測定に用いる光源における波長の不確かさの影響を排除するための技術を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る屈折率測定方法は、上記課題を解決するために、干渉計を用いて被測定プリズムの屈折率を測定する屈折率測定方法であって、上記干渉計内に配置した上記被測定プリズムを特定方向に移動させて、第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長と、同じ上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射される第２の光の光路長とをそれぞれ変化させ、それらの変化を測定し、測定した、上記第１の光の光路長の変化と上記第２の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記被測定プリズムの屈折率を算出することを特徴としている。

上記の構成によれば、上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長の変化は、第１の光が上記被測定プリズムを通過する距離の変化と上記被測定プリズムの屈折率から表され、上記被測定プリズムによって反射される第２の光の光路長の変化は、上記被測定プリズムの移動距離から表される。そして、用いる干渉計の光学系および上記被測定プリズムの移動方向（上記特定方向）によって、上記移動距離と、上記移動による被測定プリズムを通過する距離との関係は予め規定されている。よって、第１の光の光路長の変化と、第２の光の光路長の変化との関係に基づけば、上記被測定プリズムの屈折率を算出することができる。ここで、干渉計を用いた光路長の変化の測定値は、用いた光源の波長に依存するが、上記の構成によれば、第１の光の光路長の変化および第２の光の光路長の変化の測定を同じ光源を用いて行うため、例えば、第１の光の光路長の変化に対する第２の光の光路長の変化の比を用いて上記被測定プリズムの屈折率を算出するなどの数学的操作により、上記光源の波長の影響をキャンセルし、測定に用いる光源における波長の不確かさの影響を排除して屈折率を正確に測定することができる。

上記屈折率測定方法では、上記被測定プリズムおよび補償用プリズムの斜面同士を対向させてなるプリズム対が上記干渉計内に配置されており、上記特定方向は、上記被測定プリズムの上記斜面の面内方向であることが好ましい。

上記の構成によれば、上記被測定プリズムおよび補償用プリズムの斜面同士を対向させてなるプリズム対が形成され、上記被測定プリズムを上記斜面の面内方向に移動させるため、上記移動を円滑かつ正確に行うことができる。

上記屈折率測定方法では、上記第１の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過しない第３の光との干渉を検出することにより上記第１の光の光路長の変化を測定するとともに、上記第２の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射されない第４の光との干渉を検出することにより上記第２の光の光路長の変化を測定することが好ましい。

上記の構成によれば、上記被測定プリズムの移動により、上記被測定プリズム内の通過距離が変化する上記第１の光と、変化しない上記第３の光とを干渉させた合成波の干渉強度によれば、上記第１の光の光路長の変化を首尾よく測定することができる。また、上記被測定プリズムの移動により、上記被測定プリズムによる反射位置が変化して、全体的な光の経路の長さが変化する上記第２の光と、変化しない上記第４の光とを干渉させた合成波の干渉強度によれば、上記第２の光の光路長の変化を首尾よく測定することができる。

上記屈折率測定方法は、上記被測定プリズムを上記特定方向に移動させたときの、特定の波長の光を出射する第２の光源から出射して、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で上記被測定プリズムによって反射される第５の光の光路長の変化をさらに測定し、測定した、上記第２の光の光路長の変化と上記第５の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記第１の光源が出射する光の波長を算出することが好ましい。

上記の構成によれば、上記第５の光は、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で上記被測定プリズムによって反射されるため、上記被測定プリズムの移動に起因した上記被測定プリズムによる反射位置の変化も、上記第２の光と等しくなる。よって、特定の波長の光を出射する上記第２の光源から出射された、予め波長が判明している第５の光の光路長の変化と、上記第２の光の光路長の変化との関係は、それぞれの波長の差異に起因したものとなるため、測定した、上記第２の光の光路長の変化と上記第５の光の光路長の変化との関係に基づけば、上記第１の光源が出射する光の波長と、上記第２の光源が出射する光の波長との差異を検出して、上記第１の光源が出射する光の波長を算出することができる。これにより、さらに、測定に用いる光源における波長の不確かさの影響を排除することができる。

本発明に係る屈折率測定装置は、内部に配置された被測定プリズムの屈折率を測定する屈折率測定装置であって、第１の光源と、上記第１の光源から出射する光の経路を規定する光学系と、上記被測定プリズムを特定方向に移動させて、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長と、同じ上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射される第２の光の光路長とをそれぞれ変化させる被測定プリズム移動手段と、上記被測定プリズム移動手段が上記被測定プリズムを移動させたときの上記第１の光の光路長の変化を測定する第１光路長変化測定手段と、上記被測定プリズム移動手段が上記被測定プリズムを移動させたときの上記第２の光の光路長の変化を測定する第２光路長変化測定手段とを備えており、第１光路長変化測定手段が測定した上記第１の光の光路長の変化と、上記第２光路長変化測定手段が測定した上記第２の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記被測定プリズムの屈折率を算出することを特徴としている。

上記屈折率測定装置では、上記被測定プリズムおよび補償用プリズムの斜面同士を対向させてなるプリズム対が上記屈折率測定装置内に配置されており、上記特定方向は、上記被測定プリズムの上記斜面の面内方向であることが好ましい。

また、上記屈折率測定装置では、上記光学系は、上記第１の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過しない第３の光とを干渉させるとともに、上記第２の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射されない第４の光とを干渉させ、上記第１光路長変化測定手段は、上記第１の光と上記第３の光との上記干渉を検出することにより上記第１の光の光路長の変化を測定し、上記第２光路長変化測定手段は、上記第２の光と上記第４の光との上記干渉を検出することにより上記第２の光の光路長の変化を測定することが好ましい。

さらに、上記屈折率測定装置は、上記被測定プリズムを上記特定方向に移動させたときの、特定の波長の光を出射する第２の光源から出射して、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で上記被測定プリズムによって反射される第５の光の光路長の変化を測定する第３光路長変化測定手段をさらに備え、上記第２光路長変化測定手段が測定した上記第２の光の光路長の変化と、上記第３光路長変化測定手段が測定した上記第５の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記第１の光源が出射する光の波長を算出することがさらに好ましい。

上記の構成によれば、本発明に係る屈折率測定方法と同等の効果を奏することができる。

本発明によれば、被測定プリズムを干渉計内で移動させて、上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長の変化と、第２の光の光路長の変化とを測定し、それらの測定結果の関係に基づいて、上記被測定プリズムの屈折率を算出することができる。ここで、第１の光の光路長の変化および第２の光の光路長の変化の測定を同じ光源を用いて行うため、光路長の変化の測定における上記光源の波長の影響をキャンセルし、また、必要であれば、任意に、波長既知の別の光源を用いて測定された光路長の変化と比較することにより、上記光源の波長を校正し、被測定試料の屈折率分散を介した屈折率測定の不確かさを低減し、測定に用いる光源における波長の不確かさの影響を低減して屈折率を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る屈折率測定装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る屈折率測定装置の概略構成を示す模式図である。

〔第１実施形態〕
本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る屈折率測定装置１００の概略構成を示す模式図である。以下、図１を参照して屈折率測定装置１００の構成と、屈折率測定装置１００を用いて実施する一実施形態に係る屈折率測定方法の各工程とを説明する。

図１に示すように、屈折率測定装置１００は、光源３と、光源３から出射する光の経路を規定する光学系（第１ビームスプリッタ４、ミラー６、第２ビームスプリッタ７、ミラー８および部分反射鏡３０）と、光検出器５１および５２を備えており、これらにより、マイケルソン干渉計３１（第２光路長変化測定手段）およびマッハ・ツェンダー干渉計９（第１光路長変化測定手段）を構成している。

そして、屈折率測定装置１００の内部には、屈折率の測定対象である被測定プリズム１が、補償用プリズム２と対をなして配置されている（プリズム対を形成している）。図１に示すように、被測定プリズム１の斜面１１と、補償用プリズム２の斜面２１とが、平行に向かい合うように近接して配置されている。

被測定プリズム１は、被測定物体の全体またはその被測定物体の少なくとも上記光学系により規定される光の経路が通過する部分であり、プリズム状（すなわち、斜面１１と、底面１２とを有する形状であり、くさび状を含む）に形成されている。すなわち、干渉計による測定のために用いる光が通過する部分が、上述したようなプリズム状の形状であればよく、他の部分の形状は適宜改変し得る。なお、被測定プリズム１は固体に限定されず、当該部分がプリズム状の容器に被測定液体を満たしたものであってもよい。また、補償用プリズム２の材質は、後述するように特に限定されない。

図１に示すように、光源３から出射した光は、レンズ１０を介して、進行方向に対して斜め４５°に設けられた第１ビームスプリッタ４によって透過光と反射光とに２分される。第１ビームスプリッタ４を透過した光は、被測定プリズム１の底面１２に垂直に入射して、補償用プリズム２の底面２２から出射する。被測定プリズム１の底面１２とは、上記透過光を入射させる面であり、好ましくは、上記透過光の進行方向に対して垂直な面であり得る。これに対して、被測定プリズム１の斜面１１は、上記透過光の進行方向に対して斜めに設けられていることが好ましい。

なお、被測定プリズム１の斜面１１における全反射を避け、補償用プリズム２方向へ光を出射させるために、被測定プリズム１と補償用プリズム２の間に適当な屈折率ｎＬの屈折率マッチング液５を満たしておく。屈折率マッチング液５としては、例えば、カーギル標準屈折液を用いることができる。

補償用プリズム２の底面２２から出射した光は、進行方向に対して斜め４５°に設けられたミラー８によって反射され、さらに第２ビームスプリッタ７によって反射される。

一方、第１ビームスプリッタ４によって反射された光は、部分反射鏡３０を通過した後、進行方向に対して斜め４５°に設けられたミラー６によって反射され、第２ビームスプリッタ７に到達する。これにより、第１ビームスプリッタ４を透過して第２ビームスプリッタ７に到達した第１の光と第１ビームスプリッタ４を反射して第２ビームスプリッタ７に到達した第３の光とが干渉された合成波が生成される。

上述したように、上記第１の光は、被測定プリズム１内を通過しており、上記第３の光は、被測定プリズム１内を通過していない。よって、光検出器５１により上記合成波の干渉強度を測定することにより、全体としてマッハ・ツェンダー干渉計９を構成して、上記合成波による位相測定を行うことができる。

また、光源３から出射して第１ビームスプリッタ４を透過した光の一部は、図１の破線で示すように、被測定プリズム１の底面１２によって垂直に反射され、さらに第１ビームスプリッタ４によって反射される。一方、光源３から出射して第１ビームスプリッタ４によって反射された光の一部は、進行方向に垂直に設けられた部分反射鏡３０によって垂直に反射され、元の経路を戻り、第１ビームスプリッタ４を透過する。これにより、第１ビームスプリッタ４を透過して第１ビームスプリッタ４に戻った第２の光と第１ビームスプリッタ４を反射して第１ビームスプリッタ４に戻った第４の光とが干渉された合成波が生成される。

上述したように、上記第２の光は、被測定プリズム１によって反射されており、上記第３の光は、被測定プリズム１によって反射されていない。よって、光検出器５２により上記合成波の干渉強度を測定することにより、全体としてマイケルソン干渉計３１を構成して、上記合成波による位相測定を行うことができる。

ここで、屈折率測定装置１００が備える被測定物移動手段は、被測定プリズム１を光学系に対して相対的に、斜面１１の面内方向（例えば、図中、白矢印で示した方向）に移動させる。移動後の被測定プリズム１を、被測定プリズム１’として、図に破線で示す。上記被測定物移動手段としては、例えば、被測定プリズム１の下に設けられ、被測定プリズム１を載置する図示しない電動ステージを用いることができる。なお、斜面１１の面内方向とは、被測定プリズム１の、補償用プリズム２に対向する面（斜面１１）と平行な方向である。

なお、補償用プリズム２は、光学系に対して相対的に固定されている。上記プリズム対が形成されていることによって、被測定プリズム１を正確に斜面１１の面内方向に移動させることができる。

ここで、マッハ・ツェンダー干渉計９の測定干渉信号（光検出器５１の測定結果）の変化量から、第１の光の光路長変化Ｙを測定し、マイケルソン干渉計３１の測定干渉信号（光検出器５２の測定結果）の変化量から、第２の光の光路長変化を測定する。

被測定プリズム１の底面１２に垂直な方向の幾何学的変位量をＤとすると、マッハ・ツェンダー干渉計９内の光路長変化Ｙは、（ｎ_１−ｎ_ａ）Ｄとなる。なお、（ｎ_１）は被測定プリズム１の屈折率、（ｎ_ａ）は空気の屈折率である。また、マイケルソン干渉計３１内の光路長変化Ｘは、ｎ_ａＤとなる。マッハ・ツェンダー干渉計９の測定干渉信号の変化量から求められる光路長変化Ｙと、マイケルソン干渉計３１の測定干渉信号の変化量から求められる光路長変化Ｘを用いると、被測定プリズム１の屈折率ｎ_１は、下記式（１）
ｎ_１＝（Ｙ／Ｘ＋１）ｎ_ａ （１）
により求めることができる。なお、上記は、被測定プリズム１の移動に伴う変化を測定しているため、補償用プリズム２および屈折率マッチング液５の屈折率は、測定結果に影響を及ぼさない。

ここで、光源３の真空中波長をλ_３、マッハ・ツェンダー干渉計９で測定される位相変化量をφ_Ｙ、マイケルソン干渉計３１で測定される位相変化量をφ_Ｘとすると、
Ｙ＝λ_３φ_Ｙ／２π （２）
Ｘ＝λ_３φ_Ｘ／２π （３）
と表されるので、（１）式は、
ｎ_１＝（Ｙ／Ｘ＋１）ｎ_ａ＝（φ_Ｙ／φ_Ｘ＋１）ｎ_ａ （４）
と表すことができ、真空波長の絶対値λ_３はキャンセルされ、真空波長の絶対値λ_３の影響を受けることなく、被測定プリズム１の屈折率ｎ_１を算出することができる。

本発明に係る屈折率測定装置および屈折率測定方法は、例えば、上述のように構成することにより、上述のような簡単な構成で光路長変化量測定に関する光源波長の不確かさをキャンセルし、極めて高精度の屈折率の測定を可能とする。以下、本発明に係る屈折率測定装置および屈折率測定方法のさらなる改良について言及する。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る屈折率測定装置１１０の概略構成を示す模式図である。以下、図２を参照して屈折率測定装置１１０の構成と、屈折率測定装置１１０を用いて実施する一実施形態に係る屈折率測定方法の各工程とを説明する。なお、屈折率測定装置１００と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、屈折率測定装置１１０は、屈折率測定装置１００に対して、波長が既知の光源（第２の光源）４０が追加されており、マイケルソン干渉計３１（第２光路長変化測定手段、第３光路長変化測定手段）内に、第３ビームスプリッタ４１、ダイクロイックミラー４２および光検出器５３がさらに設けられている点で異なっている。

光源４０としては、予め判明している特定の波長の光を出射する光源であればよく、例えば、レーザを用いることができる。

光源４０から出射された光は、図２中の一点鎖線で示すように、進行方向に対して斜め４５°に設けられた第３ビームスプリッタ４１およびダイクロイックミラー４２をそれぞれ透過した後、第１ビームスプリッタ４において、透過光と反射光に２分される。ここで、光源４０から出射して第１ビームスプリッタ４によって反射された光（第５の光）は、光源３から出射して第１ビームスプリッタ４を透過した光と重なり、光源４０から出射して第１ビームスプリッタ４を透過した光（第６の光）は、光源３から出射して第１ビームスプリッタ４によって反射された光と重なる。よって、それぞれの光は、上述した第２の光および第４の光と同軸の経路をたどる。すなわち、上記第５の光は、被測定プリズム１の底面１２において、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で反射され、さらに第１ビームスプリッタ４において反射される。一方、上記第６の光は、部分反射鏡３０において垂直に反射され第１ビームスプリッタ４に戻る。これにより、第５の光と第６の光とが干渉された合成波が生成される。なお、光源３由来の合成波と、光源４０由来の合成波は、進行方向に対して斜め４５°に設けたダイクロイックミラー４２によって分離する。光検出器５２は、ダイクロイックミラー４２によって反射された光源３由来の合成波を検出し、光検出器５３は、ダイクロイックミラー４２を透過し、第３ビームスプリッタ４１により反射された光源４０由来の合成波を検出する。

上述したように、上記第５の光は、被測定プリズム１によって反射されており、上記第６の光は、被測定プリズム１によって反射されていない。よって、光検出器５３により上記光源４０由来の合成波の干渉強度を測定することにより、全体としてマイケルソン干渉計３１を構成して、上記合成波による位相測定を行うことができる。

ここで、第１の実施形態と同様に被測定プリズム１を特定方向に移動させ、それぞれの光の光路長の変化を測定する。

光源４０の真空波長をλ_４０、上記のように測定される位相変化量をφ_Ｘ４０とすると、光検出器５３で測定される、マイケルソン干渉計３１の光源４０の測定干渉信号の変化量Ｘ_４０は、
Ｘ_４０＝λ_４０φ_Ｘ４０／２π （５）
とも表される。（３）式はｎ_ａＤに等しく、（５）式はｎ_ａ４０Ｄと等しい。ここでｎ_ａ４０は、真空波長λ_４０における空気屈折率である。これらを比較することにより、
λ_３＝λ_４０φ_Ｘ４０ｎ_ａ／（φ_Ｘｎ_ａ４０） （６）
と、光源３の真空波長λ_３を求めることができる。

これにより、本発明に係る屈折率測定装置および屈折率測定方法は、光源３の波長を正確に求め、校正することにより、屈折率分散を介した屈折率の不確かさを明確にすることが可能となる。なお、光源３の波長の不確かさが、屈折率分散を介して屈折率測定に与える大きさが無視できる程度には既知の場合は、光源４０によるマイケルソン干渉計を併用せず、光源３のみで屈折率測定を行ってもよい。

また本発明で用いる干渉計については、任意の光（合成波）の光路長の変化を測定し得るものであればよく、上述のようなマッハ・ツェンダー干渉計以外にマイケルソン干渉計も用いることができ、更に通称二光束干渉計と呼ばれる種類の種々のその他の干渉計を用いることができる。

なお、本発明に係る屈折率測定方法では、上述したような光の経路を規定する光学系を形成する工程を含むことができる。

このように、本発明は、干渉計測における光源波長の不確かさの影響を低減させ、かつ光源波長を同時に校正することが可能な、高精度の屈折率の計測を行うことができるようにするために、被測定プリズム１と補償用プリズム２の斜面１１、２１を近接対向配置してプリズム対を形成し、これをマッハ・ツェンダー干渉計９の中に配置し、マイケルソン干渉計３１によって被測定プリズムの移動量を測定可能とする。被測定プリズム１を補償用プリズム２に向かい合っている面内で平行移動させ、干渉計中の被測定プリズム１中の光路長を変化させ、被測定プリズム１中の光路長変化と、マイケルソン干渉計３１で測定した、被測定プリズム１で反射された光の光路長変化から求められる被測定プリズム１の移動量との関係から、被測定プリズム１の屈折率を求める。ここで、二つの干渉計に同一光源を用いて波長の絶対値の影響をキャンセルする。さらに、波長既知の別の光源４０を、光源３からの光と同軸に導入し、被測定プリズム１の移動量を同時に測定することにより、屈折率測定用の光源３の波長を同時に校正することができる。

これにより、本発明は、光路長変化測定における波長の不確かさの影響をキャンセルして干渉計測の精度を向上させることができ、また、波長を同時に校正することにより波長の不確かさを明確にし、屈折率分散を介した屈折率測定の不確かさも明確にし、屈折率の標準測定装置としても使用可能な、高精度の屈折率の計測を行うことができるようになる。

本発明は上記のように構成したので、光路長変化測定における波長の不確かさの影響をキャンセルし、波長を同時に校正するという課題を、被測定プリズムと補償用プリズムの斜面を近接対向配置してプリズム対を形成し、前記プリズム対を干渉計の中に配置し、前記被測定プリズムを、補償用プリズムに向かい合っている面内で平行移動させて、干渉計中の被測定プリズム中の光路長を変化させ、前記被測定プリズム中光路長変化と、被測定プリズム移動量の測定に同一の光源を用い、被測定プリズム移動量測定用の干渉計に波長既知の別の光源を同軸に入射する屈折率測定方法、及び被測定プリズムと補償用プリズムの斜面を近接対向配置してプリズム対を構成し、前記プリズム対を干渉計の中に配置し、前記被測定プリズムを、補償用プリズムに向かい合っている面内で平行移動させて、干渉計中の被測定プリズム中の光路長を変化させる手段を備え、前記被測定プリズム中光路長変化と、被測定プリズム移動量の測定に同一の光源を用い、被測定プリズム移動量測定用の干渉計に波長既知の別の光源を同軸に入射する屈折率測定装置により実現した。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、屈折率標準、光学ガラス産業、プラスチック産業等において用いられる精密屈折率計測技術に利用することができる。

１、１’ 被測定プリズム（被測定プリズム）
２ 補償用プリズム
３ 光源（第１の光源）
４ 第１ビームスプリッタ
５ 屈折率マッチング液
６ ミラー
７ 第２ビームスプリッタ
８ ミラー
９ 干渉計（第１光路長変化測定手段）
１１、１３、２１、２３ 斜面
１２、２２ 底面
３０ 部分反射鏡
３１ 干渉計（第２光路長変化測定手段、第３光路長変化測定手段）
４０ 光源（第２の光源）
４１ 第３ビームスプリッタ
４２ ダイクロイックミラー
５１、５２、５３ 光検出器
１００、１１０ 屈折率測定装置

Claims (8)

1. 干渉計を用いて被測定プリズムの屈折率を測定する屈折率測定方法であって、
   上記干渉計内に配置した上記被測定プリズムを特定方向に移動させて、第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長と、同じ上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射される第２の光の光路長とをそれぞれ変化させ、それらの変化を測定し、
   測定した、上記第１の光の光路長の変化と上記第２の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記被測定プリズムの屈折率を算出することを特徴とする屈折率測定方法。
2. 上記被測定プリズムおよび補償用プリズムの斜面同士を対向させてなるプリズム対が上記干渉計内に配置されており、
   上記特定方向は、上記被測定プリズムの上記斜面の面内方向であることを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定方法。
3. 上記第１の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過しない第３の光との干渉を検出することにより上記第１の光の光路長の変化を測定するとともに、上記第２の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射されない第４の光との干渉を検出することにより上記第２の光の光路長の変化を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率測定方法。
4. 上記被測定プリズムを上記特定方向に移動させたときの、特定の波長の光を出射する第２の光源から出射して、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で上記被測定プリズムによって反射される第５の光の光路長の変化をさらに測定し、
   測定した、上記第２の光の光路長の変化と上記第５の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記第１の光源が出射する光の波長を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の屈折率測定方法。
5. 内部に配置された被測定プリズムの屈折率を測定する屈折率測定装置であって、
   第１の光源と、
   上記第１の光源から出射する光の経路を規定する光学系と、
   上記被測定プリズムを特定方向に移動させて、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過する第１の光の光路長と、同じ上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射される第２の光の光路長とをそれぞれ変化させる被測定プリズム移動手段と、
   上記被測定プリズム移動手段が上記被測定プリズムを移動させたときの上記第１の光の光路長の変化を測定する第１光路長変化測定手段と、
   上記被測定プリズム移動手段が上記被測定プリズムを移動させたときの上記第２の光の光路長の変化を測定する第２光路長変化測定手段とを備えており、
   上記第１光路長変化測定手段が測定した上記第１の光の光路長の変化と、上記第２光路長変化測定手段が測定した上記第２の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記被測定プリズムの屈折率を算出することを特徴とする屈折率測定装置。
6. 上記被測定プリズムおよび補償用プリズムの斜面同士を対向させてなるプリズム対が上記屈折率測定装置内に配置されており、
   上記特定方向は、上記被測定プリズムの上記斜面の面内方向であることを特徴とする請求項５に記載の屈折率測定装置。
7. 上記光学系は、上記第１の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムを通過しない第３の光とを干渉させるとともに、上記第２の光と、上記第１の光源から出射して上記被測定プリズムによって反射されない第４の光とを干渉させ、
   上記第１光路長変化測定手段は、上記第１の光と上記第３の光との上記干渉を検出することにより上記第１の光の光路長の変化を測定し、
   上記第２光路長変化測定手段は、上記第２の光と上記第４の光との上記干渉を検出することにより上記第２の光の光路長の変化を測定することを特徴とする請求項５または６に記載の屈折率測定装置。
8. 上記被測定プリズムを上記特定方向に移動させたときの、特定の波長の光を出射する第２の光源から出射して、上記第２の光と同じ位置かつ同じ反射角で上記被測定プリズムによって反射される第５の光の光路長の変化を測定する第３光路長変化測定手段をさらに備え、
   上記第２光路長変化測定手段が測定した上記第２の光の光路長の変化と、上記第３光路長変化測定手段が測定した上記第５の光の光路長の変化との関係に基づいて、上記第１の光源が出射する光の波長を算出することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の屈折率測定装置。

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