JP2011013170A - Refractive index measuring device - Google Patents

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Yusuke Kusaka
雄介 日下
Seiji Hamano
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure accurately and nondestructively a refractive index of a transparent object (specimen) such as glass or plastics.SOLUTION: By two probe optical systems 106, 108 utilizing a polarization maintaining fiber, an optical path length of light transmitted through the specimen 107 specified locally is calculated by utilizing an interference signal, and a geometric thickness of the part is calculated by measuring the position of the probe optical systems 106, 108, and the refractive index of the specimen 107 is determined from both calculated values. Hereby, highly-accurate and nondestructive refractive index measurement can be achieved.

Description

本発明は、硝子及びプラスチック製のレンズの屈折率及び屈折率分布を測定するのに適した、屈折率測定装置に関するものである。   The present invention relates to a refractive index measuring apparatus suitable for measuring the refractive index and refractive index distribution of glass and plastic lenses.

近年、デジタルコピーやデジタルカメラ等に使用される光学素子として、成型レンズが普及している。   In recent years, molded lenses have become widespread as optical elements used in digital copying and digital cameras.

この成型レンズは、硝子研磨レンズに比べて非球面レンズの製作性に優れ、低コストであるが、一方で成型条件如何によって、レンズ内部の屈折率分布に不均一性を生じやすいという不安定な面もある。   This molded lens is superior to a glass-polished lens in terms of manufacturability of an aspherical lens and is low in cost. On the other hand, depending on the molding conditions, it is unstable that the refractive index distribution inside the lens tends to be uneven. There are also aspects.

レンズ内部の屈折率の不均一性は、レンズの光学特性に大きな影響を及ぼし、結像性能を劣化させる原因となる恐れがある。   The non-uniformity of the refractive index inside the lens has a great influence on the optical characteristics of the lens and may cause a deterioration in imaging performance.

このようなことから、成型レンズの品質安定化のためには、屈折率の分布を高精度に測定する必要がある。   For this reason, it is necessary to measure the refractive index distribution with high accuracy in order to stabilize the quality of the molded lens.

屈折率を測定する従来技術としては、最小偏角法などにより、偏角を測定して求める方法があり、高精度で測定できることが知られている。   As a conventional technique for measuring the refractive index, there is a method of measuring and obtaining a declination by a minimum declination method or the like, and it is known that measurement can be performed with high accuracy.

また、ダイヤモンドや鉱石などの被検物は、被検物を屈折率が既知の溶液に浸し、その境界線に現れるベッケ線を観察し、線が見えなくなるまで溶液を交換して、溶液の屈折率から間接的に被検物の屈折率を測定する方法が知られている。   In addition, for specimens such as diamond and ore, immerse the specimen in a solution with a known refractive index, observe the Becke line appearing at the boundary line, and replace the solution until the line disappears. A method is known in which the refractive index of a test object is indirectly measured from the rate.

一方で、干渉計を利用した計測方法も知られている。   On the other hand, a measurement method using an interferometer is also known.

図11に示したものは、全体としてマッハツェンダーの干渉計になっており、レーザ1からハーフミラー2で分岐させた一光束を平面波の参照光3として補償板4を通過させて使い、もう一方の光束を検査光5として、被検物6をその屈折率とほぼ等しい屈折率既知の液侵槽7のマッチング液に液浸させて、両光束に生じる干渉縞8を撮像素子9で観察するものである。   The one shown in FIG. 11 is a Mach-Zehnder interferometer as a whole, and uses one light beam branched from the laser 1 by the half mirror 2 as a plane wave reference light 3 that passes through the compensation plate 4 and uses the other. The inspection light 5 is used as the inspection light 5, and the test object 6 is immersed in the matching liquid of the immersion tank 7 whose refractive index is almost equal to the refractive index, and the interference fringes 8 generated in both the light beams are observed by the image sensor 9. Is.

図12に示したものは、全体としてマイケルソン型の干渉計となっており、低コヒーレントの光源10を用い、透明な板状の被検物11の空気との境界部分における干渉光の強度を光検出器12で観察することで、屈折率及び厚みを同時測定して屈折率を求めているものである。   FIG. 12 shows a Michelson interferometer as a whole, which uses a low-coherent light source 10 to measure the intensity of interference light at the boundary between the transparent plate-like test object 11 and air. By observing with the photodetector 12, the refractive index and the thickness are simultaneously measured to obtain the refractive index.

これらの測定装置として、特許文献1〜3に開示されたものがある。   As these measuring apparatuses, there are those disclosed in Patent Documents 1 to 3.

特許文献1には、近接場顕微鏡を利用し、測定物の表面の屈折率分布を測定する装置が開示されている。この特許文献1では、測定物を、近接場プローブの反対側から照射してエバネッセント波を発生させて、これを測定物表面とプローブの距離に変調をかけ、この光の強度変調を測定することで、屈折率を測定している。   Patent Document 1 discloses an apparatus for measuring a refractive index distribution on the surface of a measurement object using a near-field microscope. In this Patent Document 1, an object is irradiated from the opposite side of the near-field probe to generate an evanescent wave, which modulates the distance between the surface of the object to be measured and the probe, and measures the intensity modulation of this light. The refractive index is measured.

また、光の波長の値より小さな領域における偏光度を測定するために、顕微鏡のプローブを、偏波面保存ファイバの先端を先鋭化し、その開口を楕円状、またはスリット状にした偏光近接場プローブがある。   In addition, in order to measure the degree of polarization in a region smaller than the value of the light wavelength, a polarizing near-field probe with a sharpened tip of the polarization-preserving fiber and an elliptical or slit-shaped opening is used. is there.

特許文献2には、偏光近接場プローブの製法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a polarization near-field probe.

特許文献3には、有機性物質などの光学的に旋光性のある測定物に対し、偏光近接場プローブから直線偏光した近接場光を照射し、測定物を透過し、検光子を通った光を、分光器で検出する系において、検光子の角度依存性から測定物の旋光分散を測定している。この特許文献3では、逆に、測定物に対し直線偏光した光を照射し、透過した光を、上記偏光近接場プローブでもって集光し、プローブそのものが持つ偏波面の選択性を利用して、測定物の旋光分散を測定している。ここで用いられている、偏波面保存ファイバとは、偏波面を保存する特徴のある光ファイバであり、円偏波を保持する円偏波保持ファイバと、直線偏波を保持する直線偏波保持ファイバに分類される。   In Patent Document 3, a measurement object having an optical rotation, such as an organic substance, is irradiated with near-field light linearly polarized from a polarization near-field probe, transmitted through the measurement object, and passed through an analyzer. Is measured by the spectroscope from the angle dependence of the analyzer. In Patent Document 3, conversely, the object to be measured is irradiated with linearly polarized light, and the transmitted light is collected by the polarized near-field probe, and the polarization plane selectivity of the probe itself is used. The optical rotation dispersion of the measurement object is measured. As used herein, a polarization-maintaining fiber is an optical fiber that preserves the polarization plane, and maintains a circularly polarized wave and a circularly polarized wave holding fiber that maintains a linearly polarized wave. Classified as fiber.

特開平11−51863号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-51863 特開2002−162333号公報JP 2002-162333 A 特開2006−300708号公報JP 2006-300708 A

しかしながら、干渉信号のピークを測定することで、光学的厚みを算出する測定では、光ファイバ中の導波による位相の乱れにより、干渉信号のコントラスト低下が発生し、屈折率の測定精度に大きく影響することがある。   However, in the measurement that calculates the optical thickness by measuring the peak of the interference signal, the contrast of the interference signal is reduced due to the phase disturbance caused by the wave guide in the optical fiber, which greatly affects the measurement accuracy of the refractive index. There are things to do.

この干渉信号のコントラスト低下の大きな原因の一つに、光ファイバ中の導波による、位相の乱れがある。これは、一般に、光ファイバは、張力、温度、振動などの変化が生じると、光ファイバ内を伝播する光のモード間に結合がおこり、結果として偏波面が保存せず、偏波特性が生じてしまうためである。また、シングルモードファイバにおいても、製造時における、内部の応力の偏在などから、上と同じように偏波面が保存せず、結果として波面に乱れを生じさせ、位相の乱れが大きくなってしまう課題がある。   One of the major causes of the decrease in the contrast of the interference signal is a phase disturbance due to the wave guide in the optical fiber. In general, when a change in tension, temperature, vibration, etc. occurs in an optical fiber, coupling occurs between modes of light propagating in the optical fiber. As a result, the polarization plane is not preserved and the polarization characteristics are reduced. This is because it will occur. Also in single-mode fiber, due to the uneven distribution of internal stress at the time of manufacture, the polarization plane is not preserved in the same way as above, and as a result, the wave front is disturbed, resulting in a large phase disturbance. There is.

光学測定に近接場プローブを用いる場合は、この近接場プローブそのものも光ファイバを加工して製造するものであるので、上記のような課題があり、さらに開口の形状も偏波面の乱れに与える影響も無視できない。   When using a near-field probe for optical measurement, the near-field probe itself is manufactured by processing an optical fiber, so there are the above-mentioned problems, and the influence of the shape of the aperture on the polarization plane disturbance. Cannot be ignored.

特許文献1にある、近接場顕微鏡を用いた屈折率顕微鏡は、被検物の表面の屈折率のみ測定することができ、また被検物の厚みが大きいものの測定には適さない。   The refractive index microscope using the near-field microscope in Patent Document 1 can measure only the refractive index of the surface of the test object, and is not suitable for measuring a test object having a large thickness.

特許文献2及び3にある、偏光近接場プローブを用いた計測装置では、光学的異方性をもつ測定物の、旋光分散を測定することができるものの、屈折率を測定できるものではない。   In the measurement apparatus using the polarization near-field probe described in Patent Documents 2 and 3, the optical rotation dispersion of a measurement object having optical anisotropy can be measured, but the refractive index cannot be measured.

また、一般的なプローブ光学系の中に、この偏光近接場プローブを用いるだけでは、光量が少なくなり、全く測定できない状態に陥る。   Further, if this polarization near-field probe is simply used in a general probe optical system, the amount of light is reduced, and the measurement cannot be performed at all.

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであって、非破壊かつ精度の高い屈折率測定を実現することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to realize non-destructive and highly accurate refractive index measurement.

上記課題を解決するための本発明の屈折率測定装置は、直線偏光のコヒーレント光を出射する光源と、前記光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分離する光学部材と、前記検査光を、被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、前記第1プローブ光学系から照射され前記被検物を透過した前記検査光を集光する第2プローブ光学系と、前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる干渉光の強度分布を検知する受光素子と、前記被検物を前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系との間に固定するステージと、屈折率および厚みが既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておき、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスした場合の前記各プローブ光学系の基準位置からの差分の合計ΔDを測定し、前記光源の波長を異なる複数の波長に設定し、波長ごとに前記受光素子において観測される干渉光の干渉縞の位相Δiを測定し、前記差分の合計ΔDと複数の異なる波長による前記干渉縞の位相Δiとに基づいて前記被検物の屈折率を計算する演算部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a refractive index measuring device of the present invention includes a light source that emits linearly polarized coherent light, an optical member that separates the coherent light from the light source into inspection light and reference light, and the inspection light. A first probe optical system for condensing and irradiating the surface of the test object, and a second probe optical system for condensing the inspection light irradiated from the first probe optical system and transmitted through the test object; Driving means for coaxially adjusting the optical axis of the first probe optical system and the optical axis of the second probe optical system; and positions of the first probe optical system and the second probe optical system from a reference position A distance measuring means for measuring a distance as a difference between the reference light and a light receiving element for detecting an intensity distribution of interference light generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system, The test object is the first probe optical The position of each probe optical system when the probe optical system is focused on the surface of a flat transparent reference object having a known refractive index and thickness, and a stage fixed between the probe optical system and the second probe optical system. Recording in advance as a reference position of each probe optical system, measuring the total difference ΔD from the reference position of each probe optical system when the probe optical system is focused on the surface of the test object, The wavelength of the light source is set to a plurality of different wavelengths, and the interference fringe phase Δi of the interference light observed in the light receiving element is measured for each wavelength, and the sum of the differences ΔD and the phases of the interference fringes due to a plurality of different wavelengths are measured. An arithmetic unit that calculates the refractive index of the test object based on Δi.

また、上記課題を解決するための本発明の別の屈折率測定装置は、低コヒーレント光を出射する光源と、前記光源からの低コヒーレント光を検査光と参照光とに分離する光学部材と、前記検査光を被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、前記検査光が前記被検物を透過した光を集光する第2プローブ光学系と、前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる干渉光の強度分布を検知する受光素子と、前記参照光の光路中に配置された参照光ミラーと、前記参照光ミラーを移動することで前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、前記参照光ミラーの移動量を前記参照光ミラーの基準位置からの差分として測距する測長手段と、前記被検物を前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の間に固定するステージと、前記第2プローブ光学系から前記受光素子まで前記検査光を導波する偏波面保存ファイバと、屈折率N0および厚みD0が既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておき、前記受光素子での干渉信号強度が最大になる位置を前記参照光ミラーの基準位置として予め記録しておき、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスしつつ前記参照光ミラーを前記受光素子での干渉信号強度が最大になるように調整した時の前記プローブ光学系の基準位置からの差分の合計をΔD、前記参照光ミラーの基準位置からの差分をΔNDと置いた場合に、前記被検物の屈折率Nを下記(式1)で計算する演算部と、を備えることを特徴とする。
N=(2ΔND+N0×D0)/(ΔD+D0) …(式1)
Further, another refractive index measuring apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems is a light source that emits low coherent light, an optical member that separates the low coherent light from the light source into inspection light and reference light, A first probe optical system for condensing and irradiating the inspection light onto the surface of the test object, a second probe optical system for condensing light transmitted through the test object by the inspection light, and the first probe Driving means for coaxially adjusting the optical axis of the optical system and the optical axis of the second probe optical system, and ranging with the positions of the first probe optical system and the second probe optical system as a difference from a reference position Measuring means, a light receiving element for detecting an intensity distribution of interference light generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system, and an optical path of the reference light A reference light mirror disposed on the reference light mirror, and the reference light mirror An optical path length adjusting means for adjusting the optical path length of the reference light by moving the reference light, a length measuring means for measuring the distance of the reference light mirror as a difference from a reference position of the reference light mirror, and the test object A stage for fixing an object between the first probe optical system and the second probe optical system, a polarization-preserving fiber for guiding the inspection light from the second probe optical system to the light receiving element, and a refractive index N0 And the position of each probe optical system when each probe optical system is focused on the surface of a flat transparent reference object having a known thickness D0 is recorded in advance as the reference position of each probe optical system, The position where the interference signal intensity at the maximum is recorded in advance as the reference position of the reference light mirror, and the reference light mirror is focused while focusing each probe optical system on the surface of the test object. Is adjusted to maximize the interference signal intensity at the light receiving element, and the difference from the reference position of the probe optical system is ΔD, and the difference from the reference position of the reference light mirror is ΔND. A calculation unit that calculates the refractive index N of the test object according to the following (Equation 1).
N = (2ΔND + N0 × D0) / (ΔD + D0) (Formula 1)

また、上記課題を解決するための本発明の別の屈折率測定装置は、異なる2つの周波数を含むコヒーレント光を出射する光源と、前記光源からのコヒーレント光を2光束に分岐させる第1光学部材と、前記2光束の内の一方の光束において波長差による第1ビート信号の位相を検出する第1カウンタと、前記2光束の内の他方の光束をさらに波長が異なる検査光と参照光の2つの光束に分岐させる第2光学部材と、前記検査光を被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、前記検査光が前記被検物を透過した光を集光する第2プローブ光学系と、前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる第2ビート信号の位相を検知する第2カウンタと、前記第1プローブ光学系及び前記第2プローブ光学系の間に前記被検物を固定するステージと、屈折率および厚みが既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておくと共に、前記第1および第2カウンタにおいて観測される前記第1および第2ビート信号の位相を観測して予め記録しておき、前記第1プローブ光学系と第2プローブ光学系との間隔をその光軸方向に変位させることで広げると同時に、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスし、両プローブ光学系の前記基準位置からの差分の合計ΔDを測定すると同時に前記第1および第2カウンタにおいて観測される前記第1および第2ビート信号の位相を測定し、前記差分の合計ΔDと前記基準物測定時の前記第1および第2ビート信号の位相変化と前記被検物測定時の前記第1および第2ビート信号の位相変化とに基づいて前記被検物の屈折率を計算する演算部と、を備えることを特徴とする。   In addition, another refractive index measuring apparatus of the present invention for solving the above-described problems includes a light source that emits coherent light including two different frequencies, and a first optical member that branches the coherent light from the light source into two light beams. A first counter that detects a phase of a first beat signal due to a wavelength difference in one of the two light beams, and two of the two light beams, inspection light and reference light, having different wavelengths. A second optical member for branching into two light beams, a first probe optical system for condensing and irradiating the inspection light on the surface of the test object, and condensing the light transmitted through the test object by the test light A second probe optical system; drive means for coaxially adjusting an optical axis of the first probe optical system and an optical axis of the second probe optical system; the first probe optical system and the second probe optical system; From the reference position A length measuring means for measuring distance as a minute; a second counter for detecting a phase of a second beat signal generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system; Focus each probe optical system on a surface of a flat transparent reference object having a known refractive index and thickness, and a stage for fixing the test object between the first probe optical system and the second probe optical system The position of each probe optical system in this case is recorded in advance as a reference position of each probe optical system, and the phases of the first and second beat signals observed in the first and second counters are observed. The distance between the first probe optical system and the second probe optical system is increased by displacing the first probe optical system and the second probe optical system in the optical axis direction, and at the same time, each probe optical system is applied to the surface of the object to be tested. Measuring the phase difference of the first and second beat signals observed in the first and second counters simultaneously with measuring the difference ΔD from the reference position of both probe optical systems, and summing the difference Based on ΔD, the phase change of the first and second beat signals when measuring the reference object, and the phase change of the first and second beat signals when measuring the test object, the refractive index of the test object is determined. And an arithmetic unit for calculating.

本発明により、非破壊かつ精度の高い屈折率測定を実現することができる。   According to the present invention, non-destructive and highly accurate refractive index measurement can be realized.

本発明の実施の形態1における屈折率測定装置の構成図Configuration diagram of a refractive index measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention (a)同実施の形態1におけるプローブ先端を上から見た図、(b)同実施の形態1におけるプローブ先端の斜視図(A) The figure which looked at the probe tip in the first embodiment from the top, (b) The perspective view of the probe tip in the first embodiment 同実施の形態1におけるプローブによる照射を示す図The figure which shows the irradiation by the probe in Embodiment 1 同実施の形態1におけるフローチャートFlowchart in the first embodiment (a)同実施の形態1における原理説明のための基準物測定時を示す図、(b)同実施の形態1における原理説明のための被検物測定時を示す図(A) The figure which shows the time of the reference | standard measurement for the principle explanation in the Embodiment 1 and (b) The figure which shows the time of the test object for the principle explanation in the Embodiment 1 同実施の形態1における原理説明のための干渉光強度を示す図The figure which shows the interference light intensity for the principle explanation in the first embodiment 本発明の実施の形態2における屈折率測定装置の構成図Configuration diagram of a refractive index measuring apparatus in Embodiment 2 of the present invention 同実施の形態2におけるフローチャートFlowchart in the second embodiment 本発明の実施の形態3における屈折率測定装置の構成図Configuration diagram of a refractive index measuring apparatus in Embodiment 3 of the present invention 同実施の形態3におけるフローチャートFlowchart in the third embodiment 従来例を説明するための図Diagram for explaining a conventional example 従来例を説明するための図Diagram for explaining a conventional example

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における屈折率測定装置の概念構成図である。また、図4は、本発明の実施の形態1における屈折率測定のフローチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a refractive index measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a flowchart of refractive index measurement in Embodiment 1 of the present invention.

図1において、SLDに代表される低コヒーレント光を発する光源101から出射された光束は、ビームスプリッタ102によって、検査光と参照光に分割される。   In FIG. 1, a light beam emitted from a light source 101 that emits low-coherent light typified by SLD is divided into inspection light and reference light by a beam splitter 102.

検査光は、NDフィルタ103を透過後、対物レンズ104によって、偏波面保存ファイバ105にカップリングされる。偏波面保存ファイバ105内部を伝播した検査光は、プローブ光学系106に入射し、被検物107に照射される。被検物107に照射された検査光は、被検物107内を透過し、プローブ光学系108によって集光される。プローブ光学系108によって集光された検査光は、偏波面保存ファイバ109内を伝播し、レンズ110によって拡大され、1/4波長板111を透過し、ビームスプリッタ112を透過した後、受光素子113に達する。   The inspection light passes through the ND filter 103 and is then coupled to the polarization-maintaining fiber 105 by the objective lens 104. The inspection light propagated through the polarization plane preserving fiber 105 enters the probe optical system 106 and is irradiated to the object 107. The inspection light irradiated on the test object 107 passes through the test object 107 and is collected by the probe optical system 108. The inspection light collected by the probe optical system 108 propagates through the polarization plane preserving fiber 109, is enlarged by the lens 110, passes through the quarter-wave plate 111, passes through the beam splitter 112, and then receives the light receiving element 113. To reach.

プローブ光学系106,108は、それぞれの光学系の成す光軸が同軸になるように配置され、各々駆動部114,115により、その同軸性を保つように変位し、その変位量は測長器116,117により計測され、記録される。   The probe optical systems 106 and 108 are arranged so that the optical axes of the respective optical systems are coaxial, and are displaced by the drive units 114 and 115 so as to maintain the coaxiality. 116 and 117 are measured and recorded.

また、プローブ光学系106,108は、光軸を軸として回転する機構を備えている。プローブ光学系106,108は、回転駆動部118,119によって、光軸を中心に回転し、その回転角度は、各々変位センサ120,121によって計測される。   The probe optical systems 106 and 108 are provided with a mechanism that rotates about the optical axis. The probe optical systems 106 and 108 are rotated around the optical axis by the rotation driving units 118 and 119, and the rotation angles thereof are measured by the displacement sensors 120 and 121, respectively.

プローブ光学系106,108は、偏波面保存ファイバの先端部分を加工した光学素子を含み、これは、偏波面保存ファイバ105,109の一部、あるいは、ファイバカプラーを介して接続されている。   The probe optical systems 106 and 108 include an optical element obtained by processing the tip portion of the polarization-maintaining fiber, which is connected through a part of the polarization-maintaining fibers 105 and 109 or a fiber coupler.

プローブ光学系106,108を光軸を中心に回転駆動させる回転駆動部118,119は、回転する際に、各々のプローブ光学系の偏波方向に対する偏波面保存ファイバ105,109の偏波面方向が変化しないように、両者の接続部ごと回転する機構をとる。   When the rotation driving units 118 and 119 that rotate the probe optical systems 106 and 108 around the optical axis rotate, the polarization plane directions of the polarization plane preserving fibers 105 and 109 with respect to the polarization directions of the respective probe optical systems are changed. In order not to change, a mechanism for rotating both connecting portions is adopted.

被検物107は、ホルダ122によって固定され、このホルダ122は、駆動部123aにより、プローブ光学系106,108の成す光軸と垂直な平面上に披検物を変位させることができる。   The test object 107 is fixed by a holder 122, and the holder 122 can displace the test object on a plane perpendicular to the optical axis formed by the probe optical systems 106 and 108 by the driving unit 123a.

また、プローブ光学系106,108は、プローブ光学系106,108を、被検物107表面に一定の距離でフォーカスできるフォーカス判定機構123b,123cを備えている。   The probe optical systems 106 and 108 include focus determination mechanisms 123b and 123c that can focus the probe optical systems 106 and 108 on the surface of the test object 107 at a certain distance.

プローブ光学系106,108の被検物107表面へのフォーカスは、プローブ光学系106,108の近接場プローブと被検物107表面との間に発生する力学的相互作用であるせん断応力を測定し、その値が一定になるように駆動部114,115をフォーカス判定機構が制御することでなされる。あるいは、検査光の光路に、フォーカス光学系124,134を介在させて、干渉信号でもってフォーカス判定を行う形式でも、可能である。   The focus of the probe optical systems 106 and 108 on the surface of the test object 107 is measured by measuring a shear stress that is a mechanical interaction generated between the near-field probe of the probe optical systems 106 and 108 and the surface of the test object 107. The focus determination mechanism controls the drive units 114 and 115 so that the value becomes constant. Alternatively, it is possible to adopt a form in which focus determination is performed using an interference signal by interposing the focus optical systems 124 and 134 in the optical path of the inspection light.

フォーカス光学系124は、検査光が被検物107を透過し、偏波面保存ファイバ109で受光素子113に達するまでの光路中に、ビームスプリッタ127によって分岐された光学系である。フォーカス光学系124内には、コヒーレントな光を発する光源125があり、光源125から発した光は、ハーフミラー126によって、ビームスプリッタ127に導かれ、2光束に分けられる。一つの光束は、ミラー129に直進し、反射して、ビームスプリッタ127,126を透過し、受光部128に導かれる。   The focus optical system 124 is an optical system branched by a beam splitter 127 in the optical path from the inspection light passing through the test object 107 and reaching the light receiving element 113 by the polarization plane preserving fiber 109. The focus optical system 124 includes a light source 125 that emits coherent light. The light emitted from the light source 125 is guided to the beam splitter 127 by the half mirror 126 and divided into two light beams. One light beam travels straight to the mirror 129, is reflected, passes through the beam splitters 127 and 126, and is guided to the light receiving unit 128.

もう一方の光束は、ビームスプリッタ127によってプローブ光学系108に導かれ、被検物107の表面で反射した光は、プローブ光学系108に戻り、ビームスプリッタ127で反射し、ハーフミラー126を透過した後、受光部128に達する。   The other light beam is guided to the probe optical system 108 by the beam splitter 127, and the light reflected by the surface of the test object 107 returns to the probe optical system 108, reflected by the beam splitter 127, and transmitted through the half mirror 126. Thereafter, the light reaches the light receiving unit 128.

これらの両光束は、受光部128において、干渉し、合焦信号を得る。この合焦信号は、例えば入射光と反射光の強度の比を判定信号にし、その比を一定にすることで、ナノスケールで一定に保つことが出来る。   These two light beams interfere with each other at the light receiving unit 128 to obtain a focus signal. This focusing signal can be kept constant at the nanoscale by using, for example, the ratio of the intensity of incident light and reflected light as a determination signal and making the ratio constant.

さらに、ミラー129を光軸方向に微小変位させ、位相変調干渉法によって、受光部128にあらわれる干渉縞を解析し、位相分布を計算することで、被検面の形状を測定することができ、精度よくフォーカスすることができる。   Furthermore, the shape of the test surface can be measured by finely displacing the mirror 129 in the optical axis direction, analyzing the interference fringes appearing on the light receiving unit 128 by phase modulation interferometry, and calculating the phase distribution. Focus can be made with high accuracy.

フォーカス光学系134はフォーカス光学系124と同様の構成をとり、検査光が被検物107表面に達するまでの光路中で、ビームスプリッタ131によって分岐された光学系である。フォーカス光学系134において、光源101から射出された低コヒーレント光がビームスプリッタ131により、二つの光束に分岐される。   The focus optical system 134 has the same configuration as the focus optical system 124 and is an optical system branched by the beam splitter 131 in the optical path until the inspection light reaches the surface of the test object 107. In the focus optical system 134, the low coherent light emitted from the light source 101 is branched into two light beams by the beam splitter 131.

一つの光束は、ビームスプリッタ131で反射し、ミラー132に導かれて反射し、ビームスプリッタ131を透過し、ミラー133で反射して受光部130に導かれる。   One light beam is reflected by the beam splitter 131, guided to the mirror 132, reflected, transmitted through the beam splitter 131, reflected by the mirror 133, and guided to the light receiving unit 130.

もう一方の光束は、ビームスプリッタ131を透過し、偏波面保存ファイバ105を伝播し、プローブ光学系106に導かれ、被検物107の表面に達したのち、表面で反射してビームスプリッタ131に戻り、ミラー133で反射して、受光部130に導かれる。   The other light beam passes through the beam splitter 131, propagates through the polarization-maintaining fiber 105, is guided to the probe optical system 106, reaches the surface of the test object 107, is reflected on the surface, and is reflected on the beam splitter 131. Then, the light is reflected by the mirror 133 and guided to the light receiving unit 130.

これら両光束の光路長の差分が光源のコヒーレンス長以下だと、受光部130において両光束が干渉し、この干渉信号の強度を合焦信号とすれば、被検物107表面とプローブ光学系106との間隔が一定に保つことができる。   If the difference between the optical path lengths of these two light beams is less than or equal to the coherence length of the light source, both light beams interfere with each other in the light receiving unit 130, and if the intensity of this interference signal is set as a focus signal, the surface of the object 107 and the probe optical system 106 The interval between and can be kept constant.

さらに、受光部130において、分光器を組み合わせて、波長ごとに干渉信号の強度を測定することで、プローブと表面との間隔をより正確にコントロールすることが出来る。   Further, in the light receiving unit 130, the distance between the probe and the surface can be controlled more accurately by combining the spectroscope and measuring the intensity of the interference signal for each wavelength.

また、このフォーカス光学系134において、フォーカス光学系124と同様に、フォーカス用の別光源を用いて、同様の手法で合焦信号を得ることも可能である。   Further, in the focus optical system 134, as in the focus optical system 124, it is possible to obtain a focus signal by a similar method using another light source for focus.

ビームスプリッタ102によって分岐された参照光は、光量を調整するNDフィルタ135を透過後、ミラー136によってその光路が折り返され、参照平面であるコーナーキューブ137に達し、この反射光はミラー136に戻り、ビームスプリッタ112に入射し、反射して受光素子113に達する。   The reference light branched by the beam splitter 102 passes through the ND filter 135 that adjusts the amount of light, and then its optical path is turned back by the mirror 136 to reach the corner cube 137 that is the reference plane. This reflected light returns to the mirror 136. The light enters the beam splitter 112, is reflected, and reaches the light receiving element 113.

コーナーキューブ137は、駆動部138によって、光軸と同方向に変位することができ、その変位量によって、参照光の光路長を調整することができる。また、このコーナーキューブ137の変位量は、測長器139により計測され、記録される。   The corner cube 137 can be displaced in the same direction as the optical axis by the drive unit 138, and the optical path length of the reference light can be adjusted by the amount of displacement. Further, the displacement amount of the corner cube 137 is measured and recorded by the length measuring device 139.

ビームスプリッタ112において、参照光と検査光とが重なり合い、両者の光路長差が光源から発せられる光のコヒーレンス長の範囲内であれば干渉が生じ、干渉信号が受光素子113において観測される。   In the beam splitter 112, the reference light and the inspection light overlap each other, and interference occurs when the difference in optical path length is within the range of the coherence length of the light emitted from the light source, and the interference signal is observed at the light receiving element 113.

受光素子113において観測された干渉光は、A/D変換器143によって電気信号に直され、干渉信号計算部144によってその干渉強度が判定される。   The interference light observed in the light receiving element 113 is converted into an electric signal by the A / D converter 143, and the interference intensity is determined by the interference signal calculation unit 144.

測長器116,117によって計測された、プローブ光学系106,108の位置情報は、計算部140に送られ、そこで被検物107の幾何的厚みが計算される。   The positional information of the probe optical systems 106 and 108 measured by the length measuring devices 116 and 117 is sent to the calculation unit 140 where the geometric thickness of the test object 107 is calculated.

また、測長器139によって計測された、コーナーキューブ137の位置情報は、計算部141に送られ、ここで被検物107の光学的厚みが計算される。   Further, the position information of the corner cube 137 measured by the length measuring device 139 is sent to the calculation unit 141 where the optical thickness of the test object 107 is calculated.

計算部140で計算された幾何学的厚みの値、及び計算部141で計算された光学的厚みの値を元に、屈折率算出部142によって屈折率が計算される。   Based on the geometric thickness value calculated by the calculation unit 140 and the optical thickness value calculated by the calculation unit 141, the refractive index calculation unit 142 calculates the refractive index.

一方、旋光記録部145は、回転変位センサ120,121からプローブ光学系106,108の回転角度、及び干渉信号計算部144から、この状態の時の光強度を記録する。   On the other hand, the optical rotation recording unit 145 records the rotation angles of the probe optical systems 106 and 108 from the rotational displacement sensors 120 and 121 and the light intensity in this state from the interference signal calculation unit 144.

旋光計算部146は、旋光記録部145で記録されたプローブ光学系106,108の回転角度、及び干渉信号強度情報、さらに屈折率計算部142で計算された屈折率、さらに計算部140で計算された幾何学的厚みの値により、旋光度が計算される。   The optical rotation calculation unit 146 calculates the rotation angle of the probe optical systems 106 and 108 recorded by the optical rotation recording unit 145 and the interference signal intensity information, the refractive index calculated by the refractive index calculation unit 142, and the calculation unit 140. The optical rotation is calculated from the geometric thickness value.

図2に本実施の形態1において用いられる、近接場プローブの先端形状を示す。図2(a)は近接場プローブの先端を上から見た図であり、図2(b)は近接場プローブの先端の斜視図である。これは、偏波面保存ファイバの先端を先鋭化したものである。   FIG. 2 shows the tip shape of the near-field probe used in the first embodiment. FIG. 2A is a top view of the tip of the near-field probe, and FIG. 2B is a perspective view of the tip of the near-field probe. This is a sharpened tip of a polarization-maintaining fiber.

図2(a),(b)において、21はクラッド、22はコアの先鋭化している部分であり、金等で表面を覆われている。23は、開口であり、楕円状または、スリット状をしており、ファイバの偏波面の軸と開口の長軸の方向は一致している。ここでは、光ファイバのコアそのものが、楕円形状をしているものを使用している。   2 (a) and 2 (b), 21 is a clad, 22 is a sharpened portion of the core, and the surface is covered with gold or the like. Reference numeral 23 denotes an opening, which has an elliptical shape or a slit shape, and the axis of polarization of the fiber coincides with the direction of the long axis of the opening. Here, the optical fiber core itself has an elliptical shape.

図3は、プローブ光学系から近接場光が被検物表面に照射されている図である。   FIG. 3 is a diagram in which near-field light is irradiated from the probe optical system onto the surface of the test object.

図3において、31は入射光であり、光源101から伝播された光であり、シングルモードの偏波面保存ファイバ105のコア32内において、偏波面34を保ち、伝播する。33は光ファイバのクラッドである。プローブ先端39は、光ファイバのコアの先が先鋭化された部分であり、金などの不透明な膜で被覆されている。   In FIG. 3, reference numeral 31 denotes incident light, which is light propagated from the light source 101 and propagates while maintaining the polarization plane 34 in the core 32 of the single-mode polarization plane preserving fiber 105. Reference numeral 33 denotes an optical fiber cladding. The probe tip 39 is a portion where the tip of the core of the optical fiber is sharpened, and is covered with an opaque film such as gold.

光ファイバのコアの先鋭化されたプローブ先端39において、光の波長オーダーより小さな楕円またはスリット状の開口35があり、近接場光36が発生する。この時、近接場光は、所定の振動方向の直線偏光となっており、プローブ先端39から開口35の大きさ程度の範囲に滞留している。   At the sharpened probe tip 39 of the core of the optical fiber, there is an elliptical or slit-shaped opening 35 smaller than the wavelength order of the light, and near-field light 36 is generated. At this time, the near-field light is linearly polarized light in a predetermined vibration direction and stays in a range of the size of the opening 35 from the probe tip 39.

また、この開口35からは、近接場光のほかに伝播光も存在し、所定の振動方向の直線偏光となっている。この開口35の大きさが小さいほど、近接場光の割合が伝播光に比べ大きくなり、また逆に開口35の大きさが波長オーダーに近づき大きくなると、近接場光の量が減り、伝播光の割合が増す。   In addition to the near-field light, there is also propagating light from the opening 35, which is linearly polarized light in a predetermined vibration direction. As the size of the opening 35 is smaller, the proportion of the near-field light is larger than that of the propagating light. Conversely, when the size of the opening 35 is increased toward the wavelength order, the amount of the near-field light decreases, The proportion increases.

プローブ先端39を被検物38に波長以下の大きさの領域に近づけると、伝播光が被検物38内に透過すると同時に、近接場光が作る場が乱されて散乱が生じ、一部が伝播光と一緒になり、透過光37として被検物内を透過する。この透過光37の偏波面は、被検物38内の硝材の複屈折の状態によって変化するが、複屈折が全くない状態のときは、偏波面は保持される。   When the probe tip 39 is brought close to a region of a wavelength less than or equal to the wavelength of the test object 38, the propagation light is transmitted into the test object 38, and at the same time, the field created by the near-field light is disturbed to cause scattering. Together with the propagating light, it passes through the specimen as transmitted light 37. The polarization plane of the transmitted light 37 changes depending on the birefringence state of the glass material in the test object 38, but the polarization plane is maintained when there is no birefringence.

また、被検物38表面による、近接場光の後方散乱光、または伝播光の反射光の一部が、開口を通り、光ファイバを通って逆の経路を通る。この被検物表面で反射した後方散乱光が、光ファイバを通って逆の経路をたどる。この後方散乱光の強度を検知することにより、プローブ先端と、被検物38表面の距離をナノオーダーで制御することができる。   Further, a part of the backscattered light of the near-field light or the reflected light of the propagating light from the surface of the test object 38 passes through the opening and the reverse path through the optical fiber. The backscattered light reflected from the surface of the test object follows the reverse path through the optical fiber. By detecting the intensity of this backscattered light, the distance between the probe tip and the surface of the test object 38 can be controlled in nano order.

また、この時、プローブ先端39と被検物38表面の間に、せん断応力が発生し、この力をモニターすることでも、プローブ先端と被検物表面の距離を制御することができる。   At this time, a shear stress is generated between the probe tip 39 and the surface of the test object 38, and the distance between the probe tip and the test object surface can be controlled by monitoring this force.

なお、プローブ光学系108は、プローブ光学系106と同様の構成であることが望ましい。ただし、プローブ光学系108は、被検物107から出射する微弱な透過光を集光する必要があるため、プローブ光学系106よりも、開口が大きいことが望ましい。   Note that the probe optical system 108 preferably has the same configuration as the probe optical system 106. However, it is desirable that the probe optical system 108 has a larger opening than the probe optical system 106 because it is necessary to collect weak transmitted light emitted from the test object 107.

また、同様の理由で、プローブ光学系108の楕円またはスリット状の開口において、プローブ光学系106に比べ、アスペクト比が小さいことが望ましい。プローブ光学系108の開口の形状において、アスペクト比が大きいほど、出射する伝播光及び近接場光の偏光の消光比が大きくなり、位相が保持されやすいというメリットがある反面、光量が少なくなるというデメリットがある。また、開口の大きさは、大きいほど光量は増えるが、近接場光の発生量が少なくなり、位置精度が開口の大きさに比例して悪くなるというデメリットがある。   For the same reason, it is desirable that the aspect ratio is smaller in the elliptical or slit-like opening of the probe optical system 108 than in the probe optical system 106. In the shape of the aperture of the probe optical system 108, the larger the aspect ratio is, the larger the extinction ratio of the polarized light of the outgoing propagation light and the near-field light is. There is. Further, although the amount of light increases as the size of the opening increases, there is a demerit that the amount of generated near-field light decreases and the positional accuracy deteriorates in proportion to the size of the opening.

これを鑑み、プローブ光学系106の開口に関しては、長軸と短軸の比率であるアスペクト比が、3:1から10:1、短軸方向の大きさは、光源の中心波長をλとおくと、λ/5からλ/2の大きさが望ましい。   In view of this, with respect to the aperture of the probe optical system 106, the aspect ratio that is the ratio of the major axis to the minor axis is 3: 1 to 10: 1, and the size in the minor axis direction is the center wavelength of the light source as λ. A size of λ / 5 to λ / 2 is desirable.

また、プローブ光学系108の開口に関しては、長軸と短軸の比率であるアスペクト比が、2:1から8:1、短軸方向の大きさは、光源の中心波長をλとおくと、λ/5からλの大きさが望ましい。   As for the aperture of the probe optical system 108, the aspect ratio, which is the ratio of the major axis to the minor axis, is 2: 1 to 8: 1, and the size in the minor axis direction is λ as the center wavelength of the light source. A size of λ / 5 to λ is desirable.

また、プローブ光学系106,108の変位量、及び参照平面の変位量を測距する測長器123b,123cは、レーザー測長器であり、ナノオーダーの精度で測定できることが望ましい。これにより、被検物の幾何学的厚みを、ナノオーダーの精度で測定することができる。   The length measuring devices 123b and 123c for measuring the displacement amount of the probe optical systems 106 and 108 and the displacement amount of the reference plane are preferably laser length measuring devices and can be measured with nano-order accuracy. Thereby, the geometric thickness of the test object can be measured with nano-order accuracy.

プローブ光学系106,108に共に近接場プローブを用いることにより、被検物107表面とプローブ光学系106,108との距離がナノオーダーで制御でき、さらに開口が小さいことから、被検物107中を透過する光線の始点と終点を特定できるという利点がある。   By using a near-field probe for both the probe optical systems 106 and 108, the distance between the surface of the test object 107 and the probe optical systems 106 and 108 can be controlled in nano order, and the aperture is small. There is an advantage that the start point and the end point of the light beam passing through can be specified.

ここで、以上の構成による面間隔計測装置による被検鏡筒内のレンズ面間隔の計測方法について、図4のフローチャートに基づき説明する。   Here, a method for measuring the distance between the lens surfaces in the lens barrel by the surface distance measuring apparatus having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.

(ステップS0)初期状態において、プローブ光学系106とプローブ光学系108は、それぞれの光学系の光軸が同軸になるように配置され、初期位置にある。   (Step S0) In the initial state, the probe optical system 106 and the probe optical system 108 are arranged so that the optical axes of the respective optical systems are coaxial, and are in the initial position.

(ステップS1)ホルダ122に、基準物として、厚さ(D0)と屈折率(N0)が既知であり、かつ複屈折が存在しない一様な平面上の板である基準物150が保持され、ステージ123aによって、プローブ光学系106,108の間にあるように設置される。この時、この基準物150の平行度は、プローブ光学系106とプローブ光学系108の成す光軸に対して、垂直となるように調整する。この調整方法については、後述する。   (Step S1) The reference object 150 which is a plate on a uniform plane having a known thickness (D0) and refractive index (N0) and no birefringence is held in the holder 122 as a reference object. The stage 123a is installed so as to be between the probe optical systems 106 and 108. At this time, the parallelism of the reference object 150 is adjusted to be perpendicular to the optical axis formed by the probe optical system 106 and the probe optical system 108. This adjustment method will be described later.

(ステップS2)プローブ光学系106,108は、各々光学系内のフォーカス機構によって、基準物150の表面にフォーカスされる。フォーカスの方法は、フォーカス判定機構である測長器123b,123cの合焦判定信号に従い、駆動部114,115により、同軸上にあるプローブ光学系106,108が動くことで行われる。この合焦判定信号は、フォーカス光学系124,134による、光強度信号および干渉信号、あるいは、プローブ光学系106,108が基準物150表面に近づくことで生じる、力学的なせん断応力である。   (Step S2) Each of the probe optical systems 106 and 108 is focused on the surface of the reference object 150 by a focusing mechanism in the optical system. The focusing method is performed by moving the probe optical systems 106 and 108 on the same axis by the driving units 114 and 115 in accordance with the focus determination signals of the length measuring devices 123b and 123c which are focus determination mechanisms. This focus determination signal is a light intensity signal and an interference signal by the focus optical systems 124 and 134, or a mechanical shear stress generated when the probe optical systems 106 and 108 approach the surface of the reference object 150.

尚、プローブ光学系106,108をフォーカスさせる際は、同時に行うのではなく、個別に行うことが望ましい。これは、各々のプローブ光学系から射出される光が、基準物150(被検物)を透過し、フォーカスに際しては、結果として雑音成分の要因になるからである。   It should be noted that it is desirable to focus the probe optical systems 106 and 108 individually, not simultaneously. This is because the light emitted from each probe optical system passes through the reference object 150 (test object) and results in a noise component during focusing.

(ステップS3)干渉信号計算部144において、プローブ光学系106から射出し、基準物150を透過し、プローブ光学系108によって集光された光の光量を測定する。この段階では、干渉信号計算部144においては、参照光と検査光の光路長がコヒーレンス長より小さくなるような調整をまだされていないため、干渉信号は現れておらず、単純に光量のみが計測される。干渉信号が現れた場合でも、その光量のみを値として返す。   (Step S <b> 3) In the interference signal calculation unit 144, the amount of light emitted from the probe optical system 106, transmitted through the reference object 150, and collected by the probe optical system 108 is measured. At this stage, the interference signal calculation unit 144 has not yet adjusted so that the optical path lengths of the reference light and the inspection light are smaller than the coherence length, so that no interference signal appears, and only the light quantity is measured. Is done. Even when an interference signal appears, only the amount of light is returned as a value.

(ステップS4)プローブ光学系108を、光軸を中心に微小回転させる。ここで行っているのは、プローブ光学系106,108の回転方向に関するアラインメントである。   (Step S4) The probe optical system 108 is slightly rotated around the optical axis. What is being performed here is alignment with respect to the rotation direction of the probe optical systems 106 and 108.

(ステップS5)プローブ光学系108の光軸回転角度を測定する。回転角度は、回転角度センサ120,121で測定する。   (Step S5) The optical axis rotation angle of the probe optical system 108 is measured. The rotation angle is measured by the rotation angle sensors 120 and 121.

(ステップS6)ステップS5の状態における干渉信号計算部144における光強度を計測し、光量が最大かどうかを判断する。   (Step S6) The light intensity in the interference signal calculation unit 144 in the state of Step S5 is measured to determine whether or not the light amount is maximum.

プローブ光学系106,108は、偏波面保存ファイバからなり、さらにその先端の開口が楕円状あるいはスリット状になっているため、検光子の役割を果たし、出射あるいは集光し伝播される光は、長軸方向に偏波されている光に限定される。今、基準物が複屈折を持たず一様であるので、測定される光量が最大となるのは、両プローブ光学系の開口の長軸が一致した配置のときであり、光量が最小となるのは、長軸が90度ずれている配置のときである。この最大と最小の配置をステップS4〜S6で測定し、光量が最大となる配置を最終的に返す。   The probe optical systems 106 and 108 are made of a polarization-maintaining fiber, and further, the opening at the tip thereof is elliptical or slit-shaped, so that it plays the role of an analyzer, and the light that is emitted or collected and propagated is Limited to light polarized in the long axis direction. Now, since the reference object is uniform without birefringence, the measured light quantity is maximized when the major axes of the apertures of both probe optical systems are aligned, and the light quantity is minimized. This is when the major axis is shifted 90 degrees. The maximum and minimum arrangements are measured in steps S4 to S6, and the arrangement with the maximum amount of light is finally returned.

尚、ステップS4からS6にかけて、プローブ光学系106は不動で、プローブ光学系108のみ回転していたが、ステップS6において、最大光量をもたらす配置を認識したのち、プローブ光学系106を回転させ、ステップS4〜S6を繰り返しても良い。これにより、測定物である基準物以外の要因、例えば測定系を構成しているファイバの力学的ひずみや、測定物の表面へのフォーカス精度及び回転による影響を分析することができる。   In step S4 to S6, the probe optical system 106 did not move and only the probe optical system 108 was rotated. However, in step S6, the probe optical system 106 is rotated after recognizing the arrangement that provides the maximum light amount. S4 to S6 may be repeated. This makes it possible to analyze factors other than the reference object that is the object to be measured, for example, the mechanical strain of the fiber constituting the measurement system, the focus accuracy on the surface of the object to be measured, and the influence of rotation.

ステップS4からS6にかけて、光量が最大となる角度配置を、プローブ光学系106に関してR10、プローブ光学系108に関してR20とおき、これがそれぞれ初期位置であり、旋光記録部145に記録される。   From step S4 to S6, the angular arrangement that maximizes the amount of light is set as R10 for the probe optical system 106 and R20 for the probe optical system 108, which are the initial positions and recorded in the optical rotation recording unit 145.

(ステップS7)干渉信号計算部144で干渉信号の強度が評価される。   (Step S7) The interference signal calculator 144 evaluates the strength of the interference signal.

(ステップS8)ステップS7での干渉信号が最大になるように、参照平面であるコーナーキューブ137が変位する。ここで干渉信号が最大となるのは、検査光及び参照光の光路差が、一致したときである。   (Step S8) The corner cube 137, which is the reference plane, is displaced so that the interference signal in step S7 is maximized. Here, the interference signal is maximized when the optical path differences between the inspection light and the reference light coincide.

(ステップS9)干渉信号が最大と判断された時のコーナーキューブ137の位置は、測長器139によって測距され、記録される(ZR0)。この値が、測長器139の基準値である。この時、測長器から、コーナーキューブに向かう方向を、正の値とする。   (Step S9) The position of the corner cube 137 when the interference signal is determined to be maximum is measured by the length measuring device 139 and recorded (ZR0). This value is the reference value of the length measuring device 139. At this time, the direction from the measuring instrument to the corner cube is set to a positive value.

(ステップS10)プローブ光学系106,108の位置が、測長器116,117によって、それぞれ測距される(Z10,Z20)。この値が、測長器116,117の基準値である。この時、両プローブ光学系の成す光軸(z軸)において、各測長器から、各プローブ光学系に向かう方向を、正の値とする。   (Step S10) The positions of the probe optical systems 106 and 108 are measured by the length measuring devices 116 and 117, respectively (Z10 and Z20). This value is a reference value for the length measuring devices 116 and 117. At this time, on the optical axis (z axis) formed by both probe optical systems, the direction from each length measuring device to each probe optical system is set to a positive value.

また、被検物のホルダ122と、両プローブ光学系との相対位置(XY軸)は、別の測定手段において測定されている。   Further, the relative position (XY axis) between the holder 122 of the test object and both probe optical systems is measured by another measuring means.

(ステップS11)プローブ光学系106,108が、測定者の指令に従い、駆動部114,115によってその間隔が開き、基準物150がホルダーから外される。   (Step S11) The probe optical systems 106 and 108 are spaced apart by the drive units 114 and 115 in accordance with the instructions of the measurer, and the reference object 150 is removed from the holder.

(ステップS12)ホルダ122に、被測定物107が保持され、ステージ123によって、プローブ光学系106,108の間にくるように設置される。   (Step S12) The object 107 to be measured is held on the holder 122, and is placed by the stage 123 so as to be between the probe optical systems 106 and 108.

(ステップS13)プローブ光学系106,108は、ステップS2と同様な方法で、披検物107の表面にフォーカスされる。この被検物107のどの部分の屈折率を測定するかは、このフォーカス位置によって決まり、このフォーカス位置は、ステージ123aによって制御される。   (Step S13) The probe optical systems 106 and 108 are focused on the surface of the specimen 107 in the same manner as in step S2. Which portion of the test object 107 is measured for the refractive index is determined by the focus position, and the focus position is controlled by the stage 123a.

(ステップS14〜S17)は、ステップS3〜S6まで同様の操作であり、プローブ光学系106,108のアラインメントである。今、被検物107が、複屈折が存在しない場合は、ステップS6と全く同じ配置が光量が最大の時であり、また光量が最小のところも同じである。しかし、被検物に複屈折が存在するときは、偏波面が回転し、その複屈折量、及び軸方向によって、値が異なる。   (Steps S14 to S17) are similar operations from Steps S3 to S6, and are alignments of the probe optical systems 106 and 108. If the test object 107 has no birefringence, the same arrangement as in step S6 is when the light amount is maximum, and the same is true for the case where the light amount is minimum. However, when birefringence exists in the test object, the plane of polarization rotates, and the value varies depending on the amount of birefringence and the axial direction.

ステップS14からS17にかけて、光量が最大となる角度配置を、プローブ光学系106に関してR11、プローブ光学系108に関してR21とおき、これが旋光記録部145に記録され、ステップS18の配置に返される。   From step S14 to step S17, the angular arrangement that maximizes the amount of light is R11 for the probe optical system 106 and R21 for the probe optical system 108, which is recorded in the optical rotation recording unit 145 and returned to the arrangement of step S18.

(ステップS18)干渉信号計算部144で干渉信号の強度が評価される。   (Step S18) The interference signal calculation unit 144 evaluates the intensity of the interference signal.

(ステップS19)ステップS18の干渉信号が最大になるように、コーナーキューブ137が変位する。   (Step S19) The corner cube 137 is displaced so that the interference signal in step S18 is maximized.

(ステップS20)干渉信号が最大と判断された時のコーナーキューブ137の位置は、測長器139によって測距され、記録される(ZR1)。   (Step S20) The position of the corner cube 137 when the interference signal is determined to be maximum is measured by the length measuring device 139 and recorded (ZR1).

(ステップS21)プローブ光学系106及びプローブ光学系108の位置が、測長器116および測長器117によって、それぞれ測距される(Z11,Z21)。   (Step S21) The positions of the probe optical system 106 and the probe optical system 108 are measured by the length measuring device 116 and the length measuring device 117, respectively (Z11, Z21).

(ステップS22)この測定位置における幾何学的厚みDが、以下の(式2)によって算出される。
D=−(Z11+Z21)+(Z10+Z20)+D0 …(式2)
(Step S22) The geometric thickness D at this measurement position is calculated by the following (Formula 2).
D = − (Z11 + Z21) + (Z10 + Z20) + D0 (Formula 2)

これは、プローブ光学系106,108は、被検物107表面から、常に一定の距離を保つので、基準物150測定時と被検物107測定時のプローブ光学系106,108の位置の差分は、被検物107と基準物150の幾何学的厚みの差分に相当するからである。このことは、図5(a)の基準物を測定しているときの図、及び図5(b)の被検物測定時の図を比べると理解される。   This is because the probe optical systems 106 and 108 always maintain a certain distance from the surface of the test object 107, so that the difference in position between the probe optical systems 106 and 108 when the reference object 150 is measured and the test object 107 is measured. This is because this corresponds to the difference in geometric thickness between the test object 107 and the reference object 150. This can be understood by comparing the figure when measuring the reference object of FIG. 5A and the figure when measuring the test object of FIG. 5B.

(ステップS23)この測定位置における幾何学的厚みNDは、以下の(式3)によって算出される。
ND=−2×(ZR1−ZR0)+N0×D0 …(式3)
(Step S23) The geometric thickness ND at this measurement position is calculated by the following (Equation 3).
ND = −2 × (ZR1−ZR0) + N0 × D0 (Formula 3)

光源101は、SLDに代表される、低コヒーレント光源であり、参照光および検査光の光路長差が、コヒーレント長以下になったときに、干渉信号が生じ、ちょうど最大になった時に、その差分がゼロとなると考えてよい。ゆえに、基準物測定時及び披検物測定時の参照平面であるコーナーキューブの位置の差分は、披検物と基準物の光路長の差分に相当するものである。これらのことは、図5(a)基準物測定時、図5(b)被検物測定時の図を比べると理解される。   The light source 101 is a low-coherent light source typified by SLD, and an interference signal is generated when the optical path length difference between the reference light and the inspection light is equal to or less than the coherent length. Can be considered to be zero. Therefore, the difference in the position of the corner cube, which is the reference plane at the time of measuring the reference object and the measurement of the test object, corresponds to the difference between the optical path lengths of the test object and the reference object. These are understood by comparing FIG. 5 (a) when measuring the reference object and FIG. 5 (b) when measuring the test object.

また、合わせて図6に撮像素子における干渉光の強度のグラフを図示している。図6は、横軸に参照平面の移動量、縦軸に干渉光の強度をとっており、干渉光は、検査光と参照光の光路差が光源のコヒーレンズ長以下になったときのみ存在し、強度の半値幅は光源が含む波長の半値幅にほぼ等しい。   In addition, FIG. 6 shows a graph of the intensity of interference light in the image sensor. In FIG. 6, the horizontal axis represents the amount of movement of the reference plane, and the vertical axis represents the intensity of the interference light. The interference light exists only when the optical path difference between the inspection light and the reference light is less than or equal to the coherence lens length of the light source. The half width of the intensity is almost equal to the half width of the wavelength included in the light source.

(式4)で光路長の値がコーナーキューブの位置の差分の2倍になっているのは、折り返し光学系のため、コーナーキューブの移動は、参照光の光路差の変位量の半分に相当するためである。   In (Equation 4), the optical path length value is twice the difference in the position of the corner cube, because of the folding optical system, the movement of the corner cube is equivalent to half the displacement of the optical path difference of the reference light. It is to do.

(ステップS24)ステップS22及びステップS23で求めた、幾何学的厚み及び光路長をつかって、次の(式4)のように、測定点における局所的屈折率Nが求まる。
N=ND/D …(式4)
(Step S24) Using the geometric thickness and optical path length obtained in steps S22 and S23, the local refractive index N at the measurement point is obtained as in the following (Expression 4).
N = ND / D (Formula 4)

この(式5)は、プローブ光学系106の基準位置からの差分の合計をΔD、参照ミラーの前記基準位置からの差分をΔNDと置きなおすと、次の(式5)のように表される。
N=(2ΔND+N0×D0)/(ΔD +D0) …(式5)
This (Expression 5) is expressed as the following (Expression 5) when the total difference from the reference position of the probe optical system 106 is replaced with ΔD, and the difference from the reference position of the reference mirror is replaced with ΔND. .
N = (2ΔND + N0 × D0) / (ΔD + D0) (Formula 5)

ステップS25〜S28は、被検物107の旋光度を測定するためのフローである。   Steps S25 to S28 are a flow for measuring the optical rotation of the test object 107.

(ステップS25)ステップS15と同様、プローブ光学系108は、光軸を中心に、設定角度回転する。   (Step S25) Similar to step S15, the probe optical system 108 rotates by a set angle about the optical axis.

(ステップS26)その光軸回転角度(R2i)を測定する。回転角度は、回転角度センサ120及び121で測定し、その位置情報及び光強度を旋光度記録部145に記録する。   (Step S26) The optical axis rotation angle (R2i) is measured. The rotation angle is measured by the rotation angle sensors 120 and 121, and the position information and the light intensity are recorded in the optical rotation recording unit 145.

(ステップS27)ステップS26の状態における干渉信号計算部144の光強度を計測する。   (Step S27) The light intensity of the interference signal calculation unit 144 in the state of step S26 is measured.

(ステップS28)旋光計算部146は、旋光記録部145で蓄積された回転角度情報及び光強度情報、またステップS24で計算した局所的な屈折率をもとに、局所的な旋光度を計算することができる。   (Step S28) The optical rotation calculation unit 146 calculates the local optical rotation based on the rotation angle information and the light intensity information accumulated in the optical rotation recording unit 145 and the local refractive index calculated in Step S24. be able to.

今、被検物107を一軸性の光軸をもつ結晶性物質だとする。常光腺に対する屈折率をNo、異常光線に対する屈折率をNeとおき、プローブ光学系106の長軸と被検物107の結晶の主軸との角度をθ、被検物107の厚みをD、波長をλとおくと、透過後に次の(式6)で表される位相差Δを生じる。
Δ=2πD(Ne−N0)/λ …(式6)
Now, it is assumed that the test object 107 is a crystalline substance having a uniaxial optical axis. The refractive index for the normal light gland is No, the refractive index for the extraordinary ray is Ne, the angle between the major axis of the probe optical system 106 and the principal axis of the crystal of the test object 107 is θ, the thickness of the test object 107 is D, the wavelength Is set to λ, a phase difference Δ expressed by the following (formula 6) is generated after transmission.
Δ = 2πD (Ne−N0) / λ (Expression 6)

この時、透過光の強度(I)は、次の(式7)で表される。
I=Isin(2θ)sin(Δ/2) …(式7)
At this time, the intensity (I) of the transmitted light is expressed by the following (formula 7).
I = I 0 sin 2 (2θ) sin 2 (Δ / 2) (Expression 7)

このように、被検物107に複屈折が存在するとき、透過光強度は角度によって強度変化が存在する。この回転角度に対する、強度変化の具合をプロットすることで、局所的な複屈折の存在の指標を作ることができる。   Thus, when birefringence exists in the test object 107, the transmitted light intensity varies with angle. By plotting the intensity change against the rotation angle, an indicator of the presence of local birefringence can be created.

(ステップS29)プローブ光学系106,108は、被検物107へのフォーカス状態から外れ、被検物107は、ステージ123aによって、先に測定した部位とは異なる部分に移動する。   (Step S29) The probe optical systems 106 and 108 are out of focus with respect to the test object 107, and the test object 107 is moved to a part different from the previously measured site by the stage 123a.

(ステップS30)その後、ステップS11〜S26を繰り返し、異なる部位における局所的屈折率及び、旋光度を求め、これを元に、屈折率、及び旋光度のXY分布を作成する。   (Step S30) Thereafter, Steps S11 to S26 are repeated to obtain local refractive indexes and optical rotations at different sites, and based on these, XY distributions of refractive indexes and optical rotations are created.

なお、各プローブ光学系の光軸方向の変位量は、各々の箇所で、測長器の値を読むことで求まり、その値が複数個所で一定になるように、ホルダーによって基準物の向きを調整すれば、基準物とプローブ光学系の軸の平行度は一致する。そのため、平板の基準物とプローブ光学系の軸との平行度との調整は、この関係を用いて調整可能である。ただし、この場合、基準物は完全平行の物体としている。   The amount of displacement in the optical axis direction of each probe optical system is obtained by reading the value of the length measuring device at each location, and the orientation of the reference object is adjusted by the holder so that the value is constant at multiple locations. If adjusted, the parallelism of the axis of the reference object and the probe optical system coincides. Therefore, the adjustment of the parallelism between the flat reference object and the axis of the probe optical system can be adjusted using this relationship. However, in this case, the reference object is a completely parallel object.

また、ステップS2においては、プローブ光学系をフォーカスし、プローブ光学系の変位量を測定する場所を、XY平面上の複数個所にして、その測定数値を比べればよい。   Further, in step S2, the probe optical system is focused, and the positions where the displacement amount of the probe optical system is measured are set at a plurality of locations on the XY plane, and the measured numerical values may be compared.

以上、本実施の形態1では、被検物107の屈折率は、屈折率及び厚みが既知である基準物との差分を求めることにより、算出される。   As described above, in the first embodiment, the refractive index of the test object 107 is calculated by obtaining the difference from the reference object whose refractive index and thickness are known.

以下、本実施の形態1を構成する、構成要素の具体的構成、及びより望ましい構成について述べる。   Hereinafter, a specific configuration of the constituent elements constituting the first embodiment and a more desirable configuration will be described.

低コヒーレンズ光源101の具体例として、スーパールミネッセントダイオード(SLD),白色光源(ハロゲンランプやキセノンランプ)からの光をモノクロメータにより特定波長域のみ分光したもの、レーザー発光ダイオードなどを利用することができる。波長は、特に限定されるものではなく、紫外から赤外光まで使用することができるがコヒーレンス長は、短いほど望ましく、具体的には10μm程度、また光源の波長は、被検物の透過率が下がらない程度に短波長側が望ましい。光源のコヒーレンス長は、参照平面の位置精度に影響し、位相シフト干渉法と合わせることにより、干渉強度信号の幅は約10μm、参照平面の位置精度としては、1μm以下の精度で計測ができる。   As a specific example of the low coherence lens light source 101, a super luminescent diode (SLD), a light emitted from a white light source (halogen lamp or xenon lamp) using a monochromator only in a specific wavelength region, a laser light emitting diode, or the like is used. be able to. The wavelength is not particularly limited and can be used from ultraviolet to infrared light. However, the shorter the coherence length, the more desirable, specifically about 10 μm. The wavelength of the light source is the transmittance of the test object. The short wavelength side is desirable to the extent that does not decrease. The coherence length of the light source affects the positional accuracy of the reference plane. By combining with the phase shift interferometry, the interference intensity signal width can be measured with an accuracy of about 10 μm and the positional accuracy of the reference plane can be 1 μm or less.

受光素子113の撮像素子としては、干渉信号の強度を上げるため、光電子増倍管やAPDなどの、感度が大きい検出器を利用したものが望ましい。   As the image pickup element of the light receiving element 113, it is desirable to use a detector having a high sensitivity such as a photomultiplier tube or an APD in order to increase the intensity of the interference signal.

以上の構成により、被検物の局所的な屈折率は、基準物の屈折率との差分を測定することによって求まり、その精度は小数点下4桁以下の精度となる。   With the above configuration, the local refractive index of the test object is obtained by measuring the difference from the refractive index of the reference object, and the accuracy is the precision of the last four digits or less.

尚、本実施の形態1における屈折率とは、波長分散を考慮した群屈折率のことであって、単波長の屈折率(位相屈折率)のことではない。   The refractive index in the first embodiment is a group refractive index in consideration of wavelength dispersion, and is not a single-wavelength refractive index (phase refractive index).

(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2における、屈折率測定装置の概念構成図である。図7において、図1と同じ番号の構成素子は、前述の実施の形態1と同様の働きをするものである。また、プローブ光学系106,108の被検物107表面に対するフォーカス方法は、実施の形態1と同様とする。また、プローブ光学系の先端の構成は、実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a conceptual configuration diagram of a refractive index measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 7, the constituent elements having the same numbers as those in FIG. 1 function in the same manner as in the first embodiment. Further, the focusing method of the probe optical systems 106 and 108 with respect to the surface of the object 107 is the same as in the first embodiment. The configuration of the tip of the probe optical system is the same as that of the first embodiment.

図7において、201は、コヒーレントな光を出射する光源であり、波長を変化させることができるものである。202は、光源201から出射する波長を変化させるコントローラである。204は、受光素子113で観察される干渉縞の位相差を計算する計算部である。   In FIG. 7, reference numeral 201 denotes a light source that emits coherent light and can change the wavelength. Reference numeral 202 denotes a controller that changes the wavelength emitted from the light source 201. Reference numeral 204 denotes a calculation unit that calculates the phase difference of interference fringes observed by the light receiving element 113.

光源201から、ある波長λ0で出射した光は、実施の形態1と同様、ビームスプリッタ102によって、検査光と参照光に分けられる。実施の形態1において、光源101はSLDなどの低コヒーレントで出射波長域に幅があったものであったが、本実施の形態2では、コヒーレントな単波長の光源201である。実施の形態1と同様、検査光と参照光は、受光素子113において合波され、干渉信号を出す。本実施の形態2では、光源201はコヒーレント光であるため、受光素子113においては、常に干渉信号を出している。   Light emitted from the light source 201 at a certain wavelength λ0 is divided into inspection light and reference light by the beam splitter 102 as in the first embodiment. In the first embodiment, the light source 101 has a low coherent emission wavelength range such as an SLD. In the second embodiment, the light source 101 is a coherent single wavelength light source 201. As in the first embodiment, the inspection light and the reference light are combined at the light receiving element 113 and output an interference signal. In the second embodiment, since the light source 201 is coherent light, the light receiving element 113 always outputs an interference signal.

今、検査光の受光素子までの光路長をL1(λ)とおき、参照光の受光素子までの光路長をL2(λ)とおくと、受光素子における、干渉光の強度Iは次の(式8),(式9)で表される。
I=I0〔1+γcosφ〕 …(式8)
φ=2π/λ((L2(λ)−L1(λ)) …(式9)
Now, if the optical path length to the light receiving element of the inspection light is L1 (λ) and the optical path length to the light receiving element of the reference light is L2 (λ), the intensity I of the interference light in the light receiving element is It is expressed by equations (8) and (9).
I = I0 [1 + γcosφ] (Equation 8)
φ = 2π / λ ((L2 (λ) −L1 (λ)) (Equation 9)

(式8),(式9)において、φは干渉光の位相である。I0、γは比例定数である。   In (Expression 8) and (Expression 9), φ is the phase of the interference light. I0 and γ are proportional constants.

また、検査光の光路長は、被検物内を透過する光路長Lt(λ)と、それ以外の部分Lo(λ)に分けられる。   The optical path length of the inspection light is divided into an optical path length Lt (λ) that passes through the test object and a portion Lo (λ) other than that.

今、光源の波長λを微小に変化させていくと、上の式により干渉光の位相が波長に依存して変化する。波長を変化させると、媒質に分散がある場合、屈折率も変化するが、それが無視できるほど小さいと仮定すると、波長変化による干渉光の位相変化は、光路差に逆比例する。これから、逆に波長変化することによる、干渉光の位相変化を観測することで、光路長差を求めることができる。   Now, when the wavelength λ of the light source is changed minutely, the phase of the interference light changes depending on the wavelength according to the above equation. When the wavelength is changed, if the medium has dispersion, the refractive index also changes. However, assuming that it is negligibly small, the phase change of the interference light due to the wavelength change is inversely proportional to the optical path difference. From this, the optical path length difference can be obtained by observing the phase change of the interference light caused by the wavelength change.

さらに、検査光の光路長L1は、未知の屈折率で構成される被検物によって変化する部分(Lt)と、変化しない部分(Lo)とに分けられるため、被検物を、屈折率及び厚みが既知である基準物を利用することにより、両者を分離することができ、被検物の光学的厚み、即ち被検物中を透過する光路を計算することができる。   Further, since the optical path length L1 of the inspection light is divided into a portion (Lt) that changes depending on the test object having an unknown refractive index and a portion (Lo) that does not change, the test object is divided into the refractive index and the refractive index. By using a reference object having a known thickness, both can be separated, and the optical thickness of the test object, that is, the optical path transmitted through the test object can be calculated.

今、波長の変化Δλが小さいとすると、波長が変わることによる干渉縞の位相変化は、(式10)と表される。
Δφ(λ)=−2π(L2−Lt−Lo)Δλ/λ …(式10)
Now, assuming that the wavelength change Δλ is small, the phase change of the interference fringes due to the wavelength change is expressed as (Equation 10).
Δφ (λ) = - 2π ( L2-Lt-Lo) Δλ / λ 2 ... ( Equation 10)

光学厚みND0の基準物及び、光学厚みNDの被検物を挿入したときの、この波長変化Δλによる干渉縞の位相変化は、それぞれ順に、(式11),(式12)と表される。
Δφ(λ)0=−2π(L2−Lt−ND0)Δλ/λ …(式11)
Δφ(λ)1=−2π(L2−Lt−ND)Δλ/λ …(式12)
When the reference object having the optical thickness ND0 and the test object having the optical thickness ND are inserted, the phase change of the interference fringes due to the wavelength change Δλ is expressed as (Expression 11) and (Expression 12), respectively.
Δφ (λ) 0 = -2π ( L2-Lt-ND0) Δλ / λ 2 ... ( Equation 11)
Δφ (λ) 1 = −2π (L2−Lt−ND) Δλ / λ 2 (Equation 12)

この位相の変化率の差分をみることで、被検物の光学的厚みを基準物の光学的厚みとの差分として、求めることができる。   By looking at the difference in the change rate of the phase, the optical thickness of the test object can be obtained as the difference from the optical thickness of the reference object.

実際には、媒質の屈折率には波長分散があり、これは、次の(式12)のセルマイヤーの分散公式などで波長を変数とした数式として表される。
−1=A1λ/(λ−B1)+A2λ/(λ−B2)+A3λ/(λ−B3) …(式13)
Actually, there is chromatic dispersion in the refractive index of the medium, and this is expressed as an equation using the wavelength as a variable in the following (Mechanical Dispersion Formula) of (Equation 12).
N 2 −1 = A1λ 2 / (λ 2 −B 1) + A 2 λ 2 / (λ 2 −B 2 ) + A 3 λ 2 / (λ 2 −B 3) (Equation 13)

この場合、係数を未知変数として、複数波長によるフィッティングにより、光路差を計算することができる。   In this case, the optical path difference can be calculated by fitting with a plurality of wavelengths using the coefficient as an unknown variable.

図8が、本実施の形態2における屈折率測定のフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart of the refractive index measurement in the second embodiment.

(ステップS207〜S209)、及び(ステップS218〜S220)が、実施の形態1と異なる、上述した光路長差を測定するステップである。   (Steps S207 to S209) and (Steps S218 to S220) are steps for measuring the above-described optical path length difference, which is different from the first embodiment.

撮像素子としては、干渉信号の強度を上げるため、光電子増倍管やAPDなどの、感度が大きい検出器を利用したものが望ましい。   As the imaging device, in order to increase the intensity of the interference signal, it is desirable to use a detector having high sensitivity such as a photomultiplier tube or APD.

尚、本実施の形態2で測定される屈折率は、単波長での屈折率、位相屈折率である。   The refractive index measured in the second embodiment is a refractive index at a single wavelength and a phase refractive index.

本実施の形態2では、干渉によるビート信号の位相の波長による変位量を用いて光学的厚みを計算している。ゆえに、光の導波路は、光の位相が導波によって極力乱されること無く保存されてなければならず、ファイバ光学系は、すべて偏波面保存ファイバからなることが求められ、さらにプローブ光学系においても、同様である。   In the second embodiment, the optical thickness is calculated using the amount of displacement due to the wavelength of the phase of the beat signal due to interference. Therefore, the optical waveguide must be preserved so that the phase of the light is not disturbed as much as possible by the waveguide, and the fiber optical system is required to be composed of all polarization-preserving fibers, and the probe optical system. The same applies to.

(実施の形態3)
図9は、本発明の実施の形態3における、屈折率測定装置の概念構成図である。また、図10は、本発明の実施の形態3における、屈折率測定のフローチャートである。図9において、図1と同じ番号の構成素子は、実施の形態1と同様の働きをするものである。また、プローブ光学系106及びプローブ光学系108の被検物表面に対するフォーカスは、実施の形態1と同様とする。プローブ光学系の構造も、実施例1と同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a conceptual configuration diagram of a refractive index measuring device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 10 is a flowchart of refractive index measurement in the third embodiment of the present invention. 9, components having the same numbers as in FIG. 1 is for the same function as in the first embodiment. The focus of the probe optical system 106 and the probe optical system 108 on the surface of the test object is the same as in the first embodiment. The structure of the probe optical system is the same as that of the first embodiment.

図9において、301は、周波数が僅かに異なる2つのコヒーレントな光を出射する光源である。302は、光源の周波数の制御部である。303及び306は、ビート信号の位相を検出するビート信号カウンタである。305は、偏光ビームスプリッタであり、偏光方向が異なる2つの僅かに異なる周波数を持つ光路に分けるものである。307、310は、偏波面保存ファイバである。308は、偏波面保存ファイバ307に参照光をカップリングさせる対物レンズである。304は、偏波面保存ファイバ307とファイバ109をファイバ310へ合波させる光学コネクタである。309は、NDフィルタである。311は、ビート信号カウンタ303,306の差分から、光路長を算出する演算部である。   In FIG. 9, reference numeral 301 denotes a light source that emits two coherent lights having slightly different frequencies. Reference numeral 302 denotes a light source frequency control unit. 303 and 306 are beat signal counters for detecting the phase of the beat signal. Reference numeral 305 denotes a polarization beam splitter, which divides the light path into two slightly different optical paths having different polarization directions. Reference numerals 307 and 310 denote polarization plane preserving fibers. Reference numeral 308 denotes an objective lens that couples the reference light to the polarization plane preserving fiber 307. Reference numeral 304 denotes an optical connector that combines the polarization-maintaining fiber 307 and the fiber 109 into the fiber 310. Reference numeral 309 denotes an ND filter. Reference numeral 311 denotes an arithmetic unit that calculates the optical path length from the difference between the beat signal counters 303 and 306.

実施の形態1において、光源はSLDなどの低コヒーレントで出射波長域に幅があったものであったが、本実施の形態2では、ゼーマンレーザーなどの、周波数が僅かに異なるコヒーレントな光を出射する光源301である。あるいは、音響光学素子を用いて、この周波数が僅かにシフトさせる光路を作ってもよい。   In the first embodiment, the light source is a low coherent light source such as an SLD and has a wide emission wavelength range, but in the second embodiment, coherent light such as a Zeeman laser is emitted with slightly different frequencies. The light source 301 to be used. Alternatively, an optical path in which this frequency is slightly shifted may be created using an acousto-optic element.

異なる周波数の光は、異なる偏光特性を持ち、偏光特性の違いを利用した光学素子である、偏光ビームスプリッタ305で2つに分けることができる。   Lights of different frequencies can be divided into two by a polarizing beam splitter 305, which is an optical element having different polarization characteristics and utilizing the difference in polarization characteristics.

光源301から出射した光は、ビームスプリッタ102で2つの光束に分けられる。   The light emitted from the light source 301 is divided into two light beams by the beam splitter 102.

一方の光束は、ビート信号カウンタ303に導かれ、ビート信号の位相が観測される(ビート信号1)。   One light beam is guided to the beat signal counter 303, and the phase of the beat signal is observed (beat signal 1).

もう一方の光束は、偏光ビームスプリッタ305によって、さらに周波数が異なる2つの光束に分けられ、一方が被検物107を透過する検査光、一方が参照光になる。   The other light beam is further divided into two light beams having different frequencies by the polarization beam splitter 305, one of which is inspection light that passes through the test object 107 and one of which is reference light.

参照光は、NDフィルタ309に入った後、対物レンズ308によってファイバ307にカップリングされる。   The reference light enters the ND filter 309 and is then coupled to the fiber 307 by the objective lens 308.

ファイバ307を伝播する参照光は、コネクタ304によってファイバ109からの被検物を透過した検査光と合波されて干渉を生じ、ファイバ310を伝わりビート信号カウンタ306に導かれる(ビート信号2)。   The reference light propagating through the fiber 307 is combined with the inspection light transmitted through the test object from the fiber 109 by the connector 304 to cause interference, and is transmitted through the fiber 310 and guided to the beat signal counter 306 (beat signal 2).

今、2つの僅かに異なる周波数Δωを持つ光は、合波されると、時間的に周波数の差分で振動するビート信号が生じ、これを直接観測することをヘテロダイン検波という。   Now, when light having two slightly different frequencies Δω are combined, a beat signal that oscillates with a frequency difference in time is generated, and the direct observation of this is called heterodyne detection.

実施の形態2と同様に、光源からの検査光の光路長をL1、参照光の光路長をL2と置くと、ビート信号カウンタ306で観測されるビート信号強度は、(式14),(式15)で次のように表される。
I=I0(1+γcos(Δω(t−φ/Δω)) …(式14)
φ=2π/λ((L1−L2) …(式15)
As in the second embodiment, when the optical path length of the inspection light from the light source is L1 and the optical path length of the reference light is L2, the beat signal intensity observed by the beat signal counter 306 is (Equation 14) and (Equation). 15) is expressed as follows.
I = I0 (1 + γcos (Δω (t−φ / Δω)) (Expression 14)
φ = 2π / λ ((L1-L2) (Equation 15)

実施の形態2では、波長を変化させて、被検物107の光学的厚みを求める方式であった。   In the second embodiment, the optical thickness of the test object 107 is obtained by changing the wavelength.

本実施の形態3では、ビート信号カウンタ303で観測される光源301のビート信号の時間位相を基準として、ビート信号カウンタ306での検査光と参照光の干渉で観測されるビート信号の時間位相から、被検物107の光学的厚みを測定するものである。   In the third embodiment, based on the time phase of the beat signal of the light source 301 observed by the beat signal counter 303, the time phase of the beat signal observed by the interference between the inspection light and the reference light by the beat signal counter 306 is used. The optical thickness of the test object 107 is measured.

ビート信号は、干渉が起こって初めて生じるので、ヘテロダイン検波法は、原理的により雑音が入りにくい機構となる。   Since the beat signal is generated only after interference occurs, the heterodyne detection method is a mechanism that is less susceptible to noise in principle.

被検物107を置いたときに、ビート信号カウンタ306で観測されるビート信号I0の位相と、ビート信号カウンタ303の位相の差分をTとおく。   Let T be the difference between the phase of the beat signal I 0 observed by the beat signal counter 306 and the phase of the beat signal counter 303 when the test object 107 is placed.

実施の形態2と同様、検査光の光路長L1は、未知の屈折率で構成される被検物によって変化する部分(Lt)と、変化しない部分(Lo)とに分けられる。   Similar to the second embodiment, the optical path length L1 of the inspection light is divided into a portion (Lt) that varies depending on the test object having an unknown refractive index and a portion (Lo) that does not vary.

このとき、ビート信号カウンタ306で観測されるビート信号の強度は、次の(式16),(式17)で表される。
I=I01(1+γ1cos(Δω(t−φo1/Δω))) …(式16)
φo1=2π/λ((Lt+Lo−L2))+φ0 …(式17)
At this time, the intensity of the beat signal observed by the beat signal counter 306 is expressed by the following (Expression 16) and (Expression 17).
I = I01 (1 + γ1cos (Δω (t−φo1 / Δω))) (Expression 16)
φo1 = 2π / λ ((Lt + Lo−L2)) + φ0 (Expression 17)

ただし、(式17),(式18)において、φ0は光源での初期位相である。   However, in (Expression 17) and (Expression 18), φ0 is the initial phase of the light source.

また、ビート信号カウンタ303で観測されるビート信号の強度は、検出器(カウンタ)までのビート信号を作る異なる周波数の光の光路が同じであるため、ビート信号の強度は、次の(式18),(式19)で表される。
I=I02(1+γ2cos(Δω(t−φoo/Δω))) …(式18)
φo2=φ0 …(式19)
Further, since the intensity of the beat signal observed by the beat signal counter 303 is the same in the optical path of light having different frequencies for producing the beat signal up to the detector (counter), the intensity of the beat signal is expressed by the following equation (18). ), (Equation 19).
I = I02 (1 + γ2cos (Δω (t−φoo / Δω))) (Expression 18)
φo2 = φ0 (Equation 19)

ゆえに、位相時間差Tは次の(式20)で表される。
T=2π/λ・(Lt+Lo−L2)/Δω …(式20)
Therefore, the phase time difference T is expressed by the following (Equation 20).
T = 2π / λ · (Lt + Lo−L2) / Δω (Equation 20)

測定物が基準物150の時の位相時間差をT1、被検物107の時の位相時間差をT2とおき、基準物150の光学厚みをND0、被検物107の光学厚みをNDとおくと、それぞれ次の(式21),(式22)で表される。
T1=2π/λ・(Lt+ND0−L2)/Δω …(式21)
T2=2π/λ・(Lt+ND−L2)/Δω …(式22)
The phase time difference when the measurement object is the reference object 150 is T1, the phase time difference when the measurement object 107 is T2, the optical thickness of the reference object 150 is ND0, and the optical thickness of the test object 107 is ND. They are represented by the following (formula 21) and (formula 22), respectively.
T1 = 2π / λ · (Lt + ND0−L2) / Δω (Formula 21)
T2 = 2π / λ · (Lt + ND−L2) / Δω (Formula 22)

これから、基準物と位相時間の差分ΔTは、次の(式23)で表される。
ΔT=T2−T1=2π/λ(ND−ND0)/Δω …(式23)
From this, the difference ΔT between the reference object and the phase time is expressed by the following (Equation 23).
ΔT = T2−T1 = 2π / λ (ND−ND0) / Δω (Equation 23)

T1とT2の差分は、基準物150中を透過する光路長と、被検物107を透過する光路長の差分に相当するものである。ゆえに、基準物150の光学的厚みとの差分という形で、被検物107の光学的厚みNDを求めることができる。   The difference between T1 and T2 corresponds to the difference between the optical path length transmitted through the reference object 150 and the optical path length transmitted through the test object 107. Therefore, the optical thickness ND of the test object 107 can be obtained in the form of a difference from the optical thickness of the reference object 150.

図9が、本実施の形態3における屈折率測定のフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart of the refractive index measurement in the third embodiment.

被検物107の物理的厚みは、実施の形態1或いは実施の形態2と同様の方法で測定する。   The physical thickness of the test object 107 is measured by the same method as in the first embodiment or the second embodiment.

また、ビート信号カウンタ303,306において、偏波方向が異なる2つの光を干渉させるために、1/4λ波長板などの偏光方向、偏光種類を変換する光学素子がカウンタ内に含まれている。   In addition, in the beat signal counters 303 and 306, in order to cause interference between two lights having different polarization directions, an optical element that converts a polarization direction and a polarization type, such as a quarter-wave plate, is included in the counter.

また、媒質の屈折率は波長が異なると、分散の影響で変化するが、本実施例では、ヘテロダイン検波で用いる2周波数の差分は、1KHz程度であり、屈折率の変化が無視しうるほど、十分に小さい範囲である。   Also, the refractive index of the medium changes due to the influence of dispersion when the wavelength is different. In this embodiment, the difference between the two frequencies used in the heterodyne detection is about 1 KHz, and the change in the refractive index can be ignored. It is a sufficiently small range.

厳密に測定するには、実施の形態2で用いた分散式でもって、係数部分をフィッティングして計算することが必要になる。   In order to perform the exact measurement, it is necessary to fit and calculate the coefficient part using the dispersion formula used in the second embodiment.

本実施の形態3では、ヘテロダイン干渉のビート信号の位相の時間差を用いて、光学的厚みを計算している。   In the third embodiment, the optical thickness is calculated using the time difference of the phase of the beat signal of the heterodyne interference.

ゆえに、光の導波路は、光の位相が導波によって極力乱されること無く保存されてなければならず、ファイバの光学系は、すべて偏波面保存ファイバからなることが求められる。   Therefore, the optical waveguide must be preserved so that the phase of the light is not disturbed as much as possible, and the optical system of the fiber is required to be composed of a polarization-maintaining fiber.

本実施の形態3では、参照光はレンズ308によって空中より偏波面保存ファイバ307にカップリングされて、コネクタ304で、偏波面保存ファイバ109から伝播される被検光と合波し、偏波面保存ファイバ310を伝播してビート信号カウンタ306に到達する形式をとっている。   In the third embodiment, the reference light is coupled from the air to the polarization preserving fiber 307 by the lens 308, and is combined with the test light propagated from the polarization preserving fiber 109 by the connector 304 to preserve the polarization plane. It takes the form of propagating through the fiber 310 and reaching the beat signal counter 306.

(ステップS307〜S309)、及び(ステップS318〜S320)が、実施の形態1と異なる、上述した光路長差を測定するステップである。   (Steps S <b> 307 to S <b> 309) and (Steps S <b> 318 to S <b> 320) are steps for measuring the above-described optical path length difference that is different from the first embodiment.

偏波面保存ファイバ307,310は、実施の形態2のように、空中導波の形式にしてもよい。   Polarization plane preserving fibers 307 and 310 may be in the form of aerial waveguides as in the second embodiment.

また、本実施の形態3では、偏波面保存ファイバ109は、被検物から透過する光を集光する役割を果たしている。これを、偏波面ファイバ109が偏波面保存ファイバ307とコネクタ304において合波し、参照光を被検物表面に照射し、表面からの反射光及び検査光の透過光を共に集光し、カウンタ306に導波するという形式でもよい。   Further, in the third embodiment, the polarization plane preserving fiber 109 plays a role of collecting light transmitted from the test object. This is combined by the polarization plane fiber 109 at the polarization plane preserving fiber 307 and the connector 304, irradiates the reference light onto the surface of the test object, condenses the reflected light from the surface and the transmitted light of the inspection light, and It may be in the form of being guided to 306.

また、検査光として被検物から透過して出てくる光は、非常に微弱であるので、ビート信号カウンタ306でビート信号を検出する前に、信号を増倍する機構を設けることが望ましい。   Further, since the light transmitted through the test object as the inspection light is very weak, it is desirable to provide a mechanism for multiplying the signal before the beat signal counter 306 detects the beat signal.

本実施の形態3においては、ゼーマンレーザーなど、僅かに異なる2周波数を出射する光源301が用いられたが、光コムレーザーなど、複数の安定した周波数が存在する光源を用いても、同様の方法で屈折率を測定することができる。   In the third embodiment, the light source 301 that emits two slightly different frequencies, such as a Zeeman laser, is used, but the same method can be used even if a light source having a plurality of stable frequencies, such as an optical comb laser, is used. Can be used to measure the refractive index.

なお、本実施の形態3において、測定される屈折率は、位相屈折率である。   In the third embodiment, the measured refractive index is a phase refractive index.

本発明に記載の屈折率測定装置を用いれば、任意の形状の被検物の屈折率を、測定物の屈折率の範囲によらず、光の干渉を利用して精度よく、簡易に測定することができる。これにより、たとえばカメラなどに用いられる、成型レンズの屈折率分布測定器が提供できる。   By using the refractive index measuring apparatus according to the present invention, the refractive index of an object having an arbitrary shape can be measured accurately and easily using light interference regardless of the refractive index range of the measured object. be able to. Thereby, a refractive index distribution measuring device for a molded lens used for a camera or the like can be provided.

21、33 クラッド
22、32 コア
23、35 開口
31 入射光
34 偏波面
36 近接場光
37 透過光
38、107 被検物
29 先鋭化部分
33 応力付与材
39 プローブ先端
101、125、201、301 光源
102、112、127、131 ビームスプリッタ
103、135、309 NDフィルタ
104、308 対物レンズ
105、109、307、310 偏波面保存ファイバ
106、108 プローブ光学系
110 レンズ
111 1/4波長板
113 受光素子
114、115、123a、138 駆動部
116、117 測長器
118、119 回転駆動部
120、121 変位センサ
122 ホルダ
123b、123c、139 測長器
124、134 フォーカス光学系
126 ハーフミラー
128、130 受光部
129、132、133、136 ミラー
137 コーナーキューブ
140、141、203 計算部
142 屈折率計算部
143 A/D変換器
144 干渉信号計算部
145 旋光記録部
146 旋光計算部
150 基準物
202 コントローラ
302 制御部
303、306 ビート信号カウンタ
304 コネクタ
305 偏光ビームスプリッタ
311 演算部
21, 33 Clad 22, 32 Core 23, 35 Aperture 31 Incident light 34 Polarization plane 36 Near field light 37 Transmitted light 38, 107 Test object 29 Sharpened portion 33 Stress applying material 39 Probe tip 101, 125, 201, 301 Light source 102, 112, 127, 131 Beam splitter 103, 135, 309 ND filter 104, 308 Objective lens 105, 109, 307, 310 Polarization plane preserving fiber 106, 108 Probe optical system 110 Lens 111 1/4 wavelength plate 113 Light receiving element 114 115, 123a, 138 Drive unit 116, 117 Length measuring device 118, 119 Rotation drive unit 120, 121 Displacement sensor 122 Holder 123b, 123c, 139 Length measuring device 124, 134 Focus optical system 126 Half mirror 128, 130 Light receiving unit 1 29, 132, 133, 136 Mirror 137 Corner cube 140, 141, 203 Calculation unit 142 Refractive index calculation unit 143 A / D converter 144 Interference signal calculation unit 145 Optical rotation recording unit 146 Optical rotation calculation unit 150 Reference object 202 Controller 302 Control unit 303, 306 Beat signal counter 304 Connector 305 Polarizing beam splitter 311 Calculation unit

Claims (12)

直線偏光のコヒーレント光を出射する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を検査光と参照光とに分離する光学部材と、
前記検査光を、被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、
前記第1プローブ光学系から照射され前記被検物を透過した前記検査光を集光する第2プローブ光学系と、
前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、
前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、
前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる干渉光の強度分布を検知する受光素子と、
前記被検物を前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系との間に固定するステージと、
屈折率および厚みが既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておき、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスした場合の前記各プローブ光学系の基準位置からの差分の合計ΔDを測定し、前記光源の波長を異なる複数の波長に設定し、波長ごとに前記受光素子において観測される干渉光の干渉縞の位相Δiを測定し、前記差分の合計ΔDと複数の異なる波長による前記干渉縞の位相Δiとに基づいて前記被検物の屈折率を計算する演算部と、を備える
ことを特徴とする屈折率測定装置。
A light source that emits linearly polarized coherent light;
An optical member for separating coherent light from the light source into inspection light and reference light;
A first probe optical system for condensing and irradiating the inspection light on the surface of the object;
A second probe optical system that collects the inspection light irradiated from the first probe optical system and transmitted through the test object;
Driving means for coaxially adjusting the optical axis of the first probe optical system and the optical axis of the second probe optical system;
A length measuring means for measuring the distance of the positions of the first probe optical system and the second probe optical system as a difference from a reference position;
A light receiving element that detects an intensity distribution of interference light generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system;
A stage for fixing the test object between the first probe optical system and the second probe optical system;
The position of each probe optical system when each probe optical system is focused on the surface of a flat transparent reference object having a known refractive index and thickness is recorded in advance as the reference position of each probe optical system, Measure the total difference ΔD from the reference position of each probe optical system when the probe optical system is focused on the surface of the test object, set the wavelength of the light source to a plurality of different wavelengths, for each wavelength An operation for measuring a phase Δi of interference fringes observed in the light receiving element and calculating a refractive index of the test object based on the sum ΔD of the differences and the phases Δi of the interference fringes with a plurality of different wavelengths. And a refractive index measuring device.
低コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源からの低コヒーレント光を検査光と参照光とに分離する光学部材と、
前記検査光を被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、
前記検査光が前記被検物を透過した光を集光する第2プローブ光学系と、
前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、
前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、
前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる干渉光の強度分布を検知する受光素子と、
前記参照光の光路中に配置された参照光ミラーと、
前記参照光ミラーを移動することで前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、
前記参照光ミラーの移動量を前記参照光ミラーの基準位置からの差分として測距する測長手段と、
前記被検物を前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の間に固定するステージと、
前記第2プローブ光学系から前記受光素子まで前記検査光を導波する偏波面保存ファイバと、
屈折率N0および厚みD0が既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておき、前記受光素子での干渉信号強度が最大になる位置を前記参照光ミラーの基準位置として予め記録しておき、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスしつつ前記参照光ミラーを前記受光素子での干渉信号強度が最大になるように調整した時の前記プローブ光学系の基準位置からの差分の合計をΔD、前記参照光ミラーの基準位置からの差分をΔNDと置いた場合に、前記被検物の屈折率Nを下記(式1)で計算する演算部と、を備える
ことを特徴とする屈折率測定装置。
N=(2ΔND+N0×D0)/(ΔD+D0) …(式1)
A light source that emits low coherent light;
An optical member for separating low-coherent light from the light source into inspection light and reference light;
A first probe optical system for focusing and irradiating the inspection light on the surface of the object;
A second probe optical system for condensing the light transmitted through the test object by the inspection light;
Driving means for coaxially adjusting the optical axis of the first probe optical system and the optical axis of the second probe optical system;
A length measuring means for measuring the distance of the positions of the first probe optical system and the second probe optical system as a difference from a reference position;
A light receiving element that detects an intensity distribution of interference light generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system;
A reference light mirror disposed in the optical path of the reference light;
An optical path length adjusting means for adjusting an optical path length of the reference light by moving the reference light mirror;
A length measuring means for ranging the movement amount of the reference light mirror as a difference from a reference position of the reference mirror,
A stage for fixing the test object between the first probe optical system and the second probe optical system;
A polarization maintaining fiber that guides the inspection light from the second probe optical system to the light receiving element;
The position of each probe optical system when the probe optical system is focused on the surface of a flat transparent reference object having a known refractive index N0 and thickness D0 is recorded in advance as the reference position of each probe optical system, The position at which the interference signal intensity at the light receiving element is maximized is recorded in advance as a reference position of the reference light mirror, and the reference light mirror is moved while focusing each probe optical system on the surface of the test object. When the total difference from the reference position of the probe optical system when adjusted so that the interference signal intensity at the light receiving element is maximized is ΔD, and the difference from the reference position of the reference light mirror is ΔND, A refractive index measuring apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a refractive index N of the test object according to (Equation 1) below.
N = (2ΔND + N0 × D0) / (ΔD + D0) (Formula 1)
異なる2つの周波数を含むコヒーレント光を出射する光源と、
前記光源からのコヒーレント光を2光束に分岐させる第1光学部材と、
前記2光束の内の一方の光束において波長差による第1ビート信号の位相を検出する第1カウンタと、
前記2光束の内の他方の光束をさらに波長が異なる検査光と参照光の2つの光束に分岐させる第2光学部材と、
前記検査光を被検物の表面に集光させて照射する第1プローブ光学系と、
前記検査光が前記被検物を透過した光を集光する第2プローブ光学系と、
前記第1プローブ光学系の光軸と前記第2プローブ光学系の光軸とを同軸上に調整する駆動手段と、
前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系の位置を基準位置からの差分として測距する測長手段と、
前記参照光と前記第2プローブ光学系で集光された前記検査光とを合波することで生じる第2ビート信号の位相を検知する第2カウンタと、
前記第1プローブ光学系及び前記第2プローブ光学系の間に前記被検物を固定するステージと、
屈折率および厚みが既知である平面状の透明な基準物体の表面に各プローブ光学系をフォーカスした場合の各プローブ光学系の位置を各プローブ光学系の基準位置として予め記録しておくと共に、前記第1および第2カウンタにおいて観測される前記第1および第2ビート信号の位相を観測して予め記録しておき、前記第1プローブ光学系と第2プローブ光学系との間隔をその光軸方向に変位させることで広げると同時に、前記各プローブ光学系を前記被検物の表面にフォーカスし、両プローブ光学系の前記基準位置からの差分の合計ΔDを測定すると同時に前記第1および第2カウンタにおいて観測される前記第1および第2ビート信号の位相を測定し、前記差分の合計ΔDと前記基準物測定時の前記第1および第2ビート信号の位相変化と前記被検物測定時の前記第1および第2ビート信号の位相変化とに基づいて前記被検物の屈折率を計算する演算部と、を備える
ことを特徴とする屈折率測定装置。
A light source that emits coherent light including two different frequencies;
A first optical member that splits coherent light from the light source into two light fluxes;
A first counter for detecting a phase of a first beat signal due to a wavelength difference in one of the two light beams;
A second optical member that splits the other of the two light beams into two light beams of inspection light and reference light having different wavelengths;
A first probe optical system for focusing and irradiating the inspection light on the surface of the object;
A second probe optical system for condensing the light transmitted through the test object by the inspection light;
Driving means for coaxially adjusting the optical axis of the first probe optical system and the optical axis of the second probe optical system;
A length measuring means for measuring the distance of the positions of the first probe optical system and the second probe optical system as a difference from a reference position;
A second counter for detecting a phase of a second beat signal generated by combining the reference light and the inspection light collected by the second probe optical system;
A stage for fixing the test object between the first probe optical system and the second probe optical system;
The position of each probe optical system when the probe optical system is focused on the surface of a flat transparent reference object having a known refractive index and thickness is recorded in advance as the reference position of each probe optical system, and The phases of the first and second beat signals observed in the first and second counters are observed and recorded in advance, and the interval between the first probe optical system and the second probe optical system is set in the direction of the optical axis. The first and second counters are simultaneously measured by focusing each probe optical system on the surface of the object and measuring the total difference ΔD from the reference position of both probe optical systems. Measuring the phase of the first and second beat signals observed in step, and calculating the total ΔD of the difference and the phase change of the first and second beat signals when measuring the reference object A refractive index measuring apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a refractive index of the test object based on phase changes of the first and second beat signals at the time of the test object measurement.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系の少なくとも1つが、先端が研磨されたシングルモードの偏波面保存ファイバである
ことを特徴とする請求項1または2記載の屈折率測定装置。
3. The refractive index measuring apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first probe optical system and the second probe optical system is a single-mode polarization-maintaining fiber having a polished tip.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系の少なくとも1つに用いられている前記シングルモードの偏波面保存ファイバの先端が、コアの部分の照射光の波長よりも小さな範囲内のみ露出し、他の部分は被覆層で覆われている
ことを特徴とする請求項4記載の屈折率測定装置。
The tip of the single-mode polarization-maintaining fiber used in at least one of the first probe optical system and the second probe optical system is exposed only within a range smaller than the wavelength of the irradiation light of the core portion. , the refractive index measuring apparatus according to claim 4, wherein the other portions are covered with a coating layer.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系の少なくとも1つの先端の露出部分が回転非対称であり、スリット状あるいは楕円状になっている
ことを特徴とする請求項1または2記載の記載の屈折率測定装置。
The exposed portion of at least one tip of the first probe optical system and the second probe optical system is rotationally asymmetric and has a slit shape or an ellipse shape. Refractive index measuring device.
前記第1プローブ光学系の光軸および前記第2プローブ光学系の光軸が同軸上の状態のまま連動して移動させる移動機構と、
前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系が前記被検物の表面を走査して局所的な屈折率を測定し、それを積算することで前記被検物の2次元的な屈折率分布を測定する測定部と、を備える
ことを特徴とする請求項1または2記載の屈折率測定装置。
A moving mechanism that moves the optical axis of the first probe optical system and the optical axis of the second probe optical system in an interlocked state while being in a coaxial state;
The first probe optical system and the second probe optical system scan the surface of the test object, measure the local refractive index, and integrate the two to determine the two-dimensional refractive index of the test object. The refractive index measuring device according to claim 1, further comprising a measuring unit that measures the distribution.
前記第1プローブ光学系および前記第2プローブ光学系のフォーカス機構の光源と、前記検査光および前記参照光の光源とが、同一光源から分岐されたものである
ことを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載の屈折率測定装置。
The light source of the focusing mechanism of the first probe optical system and the second probe optical system, and the light source of the inspection light and the reference light are branched from the same light source. 7. The refractive index measuring apparatus according to any one of 7 above.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系の少なくとも1つが、その光軸を中心に回転する機構を備える
ことを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載の屈折率測定装置。
The refractive index measurement apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first probe optical system and the second probe optical system includes a mechanism that rotates about an optical axis thereof.
前記第1プローブ光学系または前記第2プローブ光学系がその光軸を中心に回転させながら測定した前記検査光の光量に基づいて、前記第1プローブ光学系または前記第2プローブ光学系の少なくとも1つの回転角度を調整する手段を備える
ことを特徴とする請求項9記載の屈折率測定装置。
At least one of the first probe optical system or the second probe optical system based on the light quantity of the inspection light measured while the first probe optical system or the second probe optical system is rotated about its optical axis. The refractive index measuring apparatus according to claim 9, further comprising means for adjusting two rotation angles.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系が、その光軸を中心に連動して回転する機構を備える
ことを特徴とする請求項1〜10いずれか記載の屈折率測定装置。
The refractive index measuring apparatus according to claim 1, wherein the first probe optical system and the second probe optical system include a mechanism that rotates in association with the optical axis thereof.
前記第1プローブ光学系と前記第2プローブ光学系がその光軸を中心に連動して回転させながら測定した前記検査光の光量と、その回転角度とに基づいて、前記被検物の複屈折の分布を測定する測定部を備える
ことを特徴とする請求項11記載の屈折率測定装置。
The birefringence of the test object is determined based on the amount of the inspection light measured while the first probe optical system and the second probe optical system are rotated around the optical axis and the rotation angle. The refractive index measuring apparatus according to claim 11, further comprising a measuring unit that measures the distribution of the refractive index.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109593A (en) * 2014-12-08 2016-06-20 キヤノン株式会社 Refractive index distribution measurement method, refractive index distribution measurement device, and optical element manufacturing method

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