JP2011013170A - Refractive index measuring device - Google Patents
Refractive index measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011013170A JP2011013170A JP2009159520A JP2009159520A JP2011013170A JP 2011013170 A JP2011013170 A JP 2011013170A JP 2009159520 A JP2009159520 A JP 2009159520A JP 2009159520 A JP2009159520 A JP 2009159520A JP 2011013170 A JP2011013170 A JP 2011013170A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light
- probe optical
- probe
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 0 O*1CCCC1 Chemical compound O*1CCCC1 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N c1ccccc1 Chemical compound c1ccccc1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
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
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
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
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。
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。
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
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
(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
(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
(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
(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
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
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
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
(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
(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
(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
(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
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
(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
(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
(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
(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
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
(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
(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
(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
(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
(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
(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
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
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
(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
(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
(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
(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
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
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=I0sin2(2θ)sin2(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
(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
(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
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
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
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
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,
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
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/λ2 …(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 /
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/λ2 …(式11)
Δφ(λ)1=−2π(L2−Lt−ND)Δλ/λ2 …(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 /
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。
N2−1=A1λ2/(λ2−B1)+A2λ2/(λ2−B2)+A3λ2/(λ2−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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
Claims (12)
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.
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009159520A JP2011013170A (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Refractive index measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009159520A JP2011013170A (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Refractive index measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011013170A true JP2011013170A (en) | 2011-01-20 |
Family
ID=43592214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009159520A Pending JP2011013170A (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Refractive index measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011013170A (en) |
Cited By (1)
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 |
-
2009
- 2009-07-06 JP JP2009159520A patent/JP2011013170A/en active Pending
Cited By (1)
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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5168168B2 (en) | Refractive index measuring device | |
US6172752B1 (en) | Method and apparatus for simultaneously interferometrically measuring optical characteristics in a noncontact manner | |
JP3602925B2 (en) | Simultaneous measuring device of refractive index and thickness of measurement object by optical interferometry | |
US7177491B2 (en) | Fiber-based optical low coherence tomography | |
US5943134A (en) | Method of measuring thickness and refractive indices of component layers of laminated structure and measuring apparatus for carrying out the same | |
KR100326302B1 (en) | Apparatus and method for measuring residual stress and photoelastic effect of optical fiber | |
JP3582311B2 (en) | Medium measuring method and measuring device | |
US8325347B2 (en) | Integrated optical sensor | |
JP4151159B2 (en) | Medium measuring device | |
JP2010071989A (en) | Method and instrument for detecting movement of measuring probe | |
TWI279606B (en) | Method and device for automatic focusing of optical fiber type optical coherence tomography | |
US7180602B2 (en) | Agile spectral interferometric microscopy | |
JP2011528616A (en) | Method and apparatus for reducing optical interference and crosstalk of double optical tweezers using one laser light source | |
Lin et al. | Measurement of small displacement based on surface plasmon resonance heterodyne interferometry | |
Yu et al. | Distributed measurement of polarization characteristics for a multifunctional integrated optical chip: A review | |
Shabana | Determination of film thickness and refractive index by interferometry | |
JP4208069B2 (en) | Refractive index and thickness measuring apparatus and measuring method | |
US8305584B2 (en) | Measurement instrument of optical characteristics for sample flowing in passage | |
JP2015052537A (en) | Measuring device | |
JP2001228121A (en) | Measuring device for physical property of sample | |
JP2011013170A (en) | Refractive index measuring device | |
JP2005106706A (en) | Instrument and method for measuring refractive index and thickness | |
JPH08271337A (en) | Spectroscope | |
Yin et al. | New advance in confocal microscopy | |
Arumugam et al. | Methods of optical profiling surfaces |