JP3762420B2 - 屈折率分布の測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
ΔW(x)=W(x)−Wo(x)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求める(請求項1)。
ΔW(x)=W(x)−W(0)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求める(請求項2)。
δn(x)≒n0+n1x+n2x2+………+nmxm
が、上記により求めたΔn(x)にフィットするように、各係数n0,n1,n2,………nm を求めることにより、測定断面についての屈折率差Δn(x)を多項式近似として求めることとしてもよい。
上記演算装置は、被検物の設計値から上記基準となる透過波面を算出する構成としたり、あるいは、前記多項式:δn(x)の係数を、Δn(x)にフィットさせるように算出する構成としたりすることができる。
即ち、請求項5記載の測定装置は、請求項1の測定方法を実施するものであって、上記透過波面:W(x)、Wo(x)、厚さ:d(x)、可干渉光の波長:λを用いて、上記屈折率差:Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−Wo(x)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求める。この場合、演算装置が、被検物の設計値から上記基準となる透過波面を算出するようにしてもよい(請求項6)。
請求項7記載の測定装置は、請求項2の測定方法を実施するものであって、上記透過波面:W(x)、W(0)、厚さ:d(x)、可干渉光の波長:λを用いて、上記屈折率差:Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−W(0)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求める。
初めに、干渉縞像による透過波面の計測を、マッハツェンダ型の干渉計を用いる測定装置を参考例として説明する。
図1に示す測定装置は、マハツェンダ型の干渉計を基本構成としており、可干渉光としてのレーザ光を射出する光源1と、ビームエキスパンダ3と、光束分割用のビームスプリッタ5と、2つの反射ミラー7、9と、光束重畳用のビームスプリッタ11と、結像レンズ13と、CCDなどからなる干渉縞検出器15と、高速画像処理装置、マイクロコンピュータなどからなる演算処理装置17とを備えている。以上の構成のうち、光源1から結像レンズ13までで干渉計を構成している。
ΔW(x)=W(x)−Wo(x)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
ここで、λは光源から射出される光線の波長である。また、Δn(x)は被検物Aの光軸方向の平均屈折率となる。
外形形状データにより予め光軸方向肉厚d(x)を計算する。この計算は、演算装置17により上述の方法と同様にして求めることができる。そして、被検物Aに光束を透過して干渉縞検出器15上に干渉縞像を結像させる。干渉縞検出器15のリニアCCDの出力から透過波面計測部18が透過波面W(x)を計測する。そして、リニアCCDの任意の位置をx=0として基準の透過波面W(0)を求め、次式によりΔn(x)を算出する。
Δn(x)=(W(x)−W(o))・λ/d(x)
こうして測定断面について、相対屈折率差Δn(x)を算出することができる。
δn(x)≒n0+n1x+n2x2+………+nmxm
で近似する。この近似は、多項式:δn(x)の各係数:n0,n1,n2,………nm を、多項式:δn(x)がΔn(x)にフィットするように求めることにより行われる。このようにして得られる近似多項式:Δn(x)は、変数:xについての解析関数であるので、x軸上の位置の座標が決まれば、その位置における屈折率分布を直ちに算出することができるので、光学設計シミュレーションなどにフィードバックしやすくなり、開発効率の向上につながる。
この測定装置は、シアリング干渉計を基本構成としている。すなわち、光源1から射出された光線はビームエキスパンダ3で広げられ、平行光束となってセル21内の試液Bに浸った被検物Aを透過する。被検物Aを透過した光線はハーフミラー31と反射ミラー32とで反射される。反射ミラー32には、電気−変位変換素子33が設けられ、反射ミラー32を矢印の方向に微小な距離だけ移動できるようになっている。
電気−変位変換素子33で反射ミラー32を動かすと、反射ミラー32で反射される光束(点線)と、ハーフミラー31で反射される光束(実線)との間には、光軸と垂直な方向に微小な距離のずれ(このずれを「シア」という)が生じる。これによってシアリング干渉を起こすことができる。シアを増減することによって、干渉縞の本数を増減でき、干渉縞検出器15の分解能の範囲内の干渉縞像を結像させることが可能となるものである。
さらに、被検物AがラジアルGRINレンズの場合には、被検物Aを図3のように設置することにより予想される透過波面Wo(x)の計算がしやすくΔW(x)が算出しやすくなる。
B 試液
1 光源
15 干渉縞検出器
17 演算装置
18 透過波面計測部
21 セル
Claims (8)
- 光源からの可干渉光を、屈折率がほぼ一致している試液中に浸した被検物に透過させたのち2つに分け、分けられた2光束を、光軸と直交する方向にわずかに横ずらししてシアリング干渉させることにより、干渉縞検出器上に干渉縞像を結像させ、該干渉縞像から透過波面を求め、基準となる透過波面及び被検物の設計値から求めた光軸方向の厚さから、上記光軸に直交する方向における被検物の測定断面についての屈折率差を求める屈折率分布の測定方法であって、
上記光軸に直交する方向にx座標をとり、上記干渉縞像を計測して得た透過波面をW(x)、被検物の設計値から求めた基準透過波面をWo(x)、被検物の設計値から求めた測定断面についての光軸方向の厚さをd(x)、可干渉光の波長をλとしたとき、上記測定断面における屈折率差:Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−Wo(x)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求めることを特徴とする屈折率分布の測定方法。 - 光源からの可干渉光を、屈折率がほぼ一致している試液中に浸した被検物に透過させたのち2つに分け、分けられた2光束を、光軸と直交する方向にわずかに横ずらししてシアリング干渉させることにより、干渉縞検出器上に干渉縞像を結像させ、該干渉縞像から透過波面を求め、基準となる透過波面及び被検物の設計値から求めた光軸方向の厚さから、上記光軸に直交する方向における被検物の測定断面についての屈折率差を求める屈折率分布の測定方法であって、
上記光軸と直交する方向にx座標をとり、上記干渉縞縞像を計測して得た透過波面をW(x)、x軸上の任意の位置を基準x=0として上記透過波面から求めた基準透過波面をW(0)、被検物の設計値から求めた測定断面についての光軸方向の厚さをd(x)、可干渉光の波長をλとしたとき、上記測定断面における屈折率差Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−W(0)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求めることを特徴とする屈折率分布の測定方法。 - 多項式:
δn(x)≒n 0 +n 1 x+n 2 x 2 +………+n m x m
が、上記により求めたΔn(x)にフィットするように、各係数n 0 ,n 1 ,n 2 ,………n m を求めることにより、測定断面についての屈折率差Δn(x)を多項式近似として求めることを特徴とする請求項1または2記載の屈折率分布の測定方法。 - 設計上、軸対称な屈折率分布を有する被検物を測定する際に、該軸を上記可干渉光の光軸方向に配置することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の屈折率分布の測定方法。
- 請求項1記載の屈折率分布の測定方法を実施する装置であって、
光源からの可干渉光を2光束に分割して重畳する干渉計と、該干渉計内に設けられ被検物及び被検物とほぼ同一の屈折率の試液を充填するためのセルと、上記干渉計が形成する干渉縞像が結像される位置に配置された干渉縞検出器と、干渉縞検出器に結像した干渉縞像から透過波面:W(x)を計測する透過波面計測部と、被検物の基準となる透過波面:Wo(x)を算出するとともに、光軸方向に直交するx軸方向の被検物の測定断面における光軸方向の厚さ:d(x)を算出し、これらと上記計測された透過波面:W(x)とから、上記測定断面における被検物の屈折率差:Δn(x)を算出する演算装置とを有し、
上記干渉計は、上記被検物を透過した光束を2つに分け、分けられた2光束を、光軸と直交する方向にわずかに横ずらししてシアリング干渉させるものであり、
上記演算装置は、上記透過波面:W(x)、Wo(x)、厚さ:d(x)、可干渉光の波長:λを用いて、上記屈折率差:Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−Wo(x)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求めることを特徴とする屈折率分布の測定装置。 - 上記演算装置が、被検物の設計値から上記基準となる透過波面を算出することを特徴とする請求項5記載の屈折率分布の測定装置。
- 請求項2記載の屈折率分布の測定方法を実施する装置であって、
光源からの可干渉光を2光束に分割して重畳する干渉計と、該干渉計内に設けられ被検物及び被検物とほぼ同一の屈折率の試液を充填するためのセルと、上記干渉計が形成する干渉縞像が結像される位置に配置された干渉縞検出器と、干渉縞検出器に結像した干渉縞像から透過波面:W(x)を計測する透過波面計測部と、被検物の基準となる透過波面:W(0)を算出するとともに、光軸方向に直交するx軸方向の被検物の測定断面における光軸方向の厚さ:d(x)を算出し、これらと上記計測された透過波面:W(x)とから、上記測定断面における被検物の屈折率差:Δn(x)を算出する演算装置とを有し、
上記干渉計は、上記被検物を透過した光束を2つに分け、分けられた2光束を、光軸と直交する方向にわずかに横ずらししてシアリング干渉させるものであり、
上記演算装置は、上記透過波面:W(x)、W(0)、厚さ:d(x)、可干渉光の波長:λを用いて、上記屈折率差:Δn(x)を次式
ΔW(x)=W(x)−W(0)
Δn(x)=ΔW(x)・λ/d(x)
から求めることを特徴とする屈折率分布の測定装置。 - 上記演算装置が、
算出したΔn(x)を、多項式:
δn(x)≒n 0 +n 1 x+n 2 x 2 +………+n m x m
にフィットさせるように、各係数n 0 ,n 1 ,n 2 ,………n m を求めることにより、測定断面についての屈折率差:Δn(x)を多項式近似として求めることを特徴とする請求項5または6または7に記載の屈折率分布の測定装置。
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