JPH10111244A - 屈折率分布の測定方法及び装置 - Google Patents
屈折率分布の測定方法及び装置Info
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- JPH10111244A JPH10111244A JP28128196A JP28128196A JPH10111244A JP H10111244 A JPH10111244 A JP H10111244A JP 28128196 A JP28128196 A JP 28128196A JP 28128196 A JP28128196 A JP 28128196A JP H10111244 A JPH10111244 A JP H10111244A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 干渉縞計測により被検物の屈折率分布を測定
するに際し、予め結像倍率を正確に把握し、高精度に測
定できる方法、測定装置を提供する。 【解決手段】 同一光源１からの可干渉光を基準となる
参照波と被検物Ｏを透過する被検波とに光分割器５で分
割し、参照波と被検波とを重畳して光重畳器１１で重畳
し、検出器１５上に干渉縞を形成し、演算装置１６によ
り干渉縞を解析することにより被検物Ｏの屈折率分布を
測定する方法において、上記干渉縞の解析に先だって、
上記被検物Ｏの近傍に既知の径の開口２７を挿入し、上
記検出器１５上に生じる開口像により結像倍率を測定す
る。検出器１５上の被検物Ｏの大きさを正確に把握でき
るので、測定精度が向上する。
するに際し、予め結像倍率を正確に把握し、高精度に測
定できる方法、測定装置を提供する。 【解決手段】 同一光源１からの可干渉光を基準となる
参照波と被検物Ｏを透過する被検波とに光分割器５で分
割し、参照波と被検波とを重畳して光重畳器１１で重畳
し、検出器１５上に干渉縞を形成し、演算装置１６によ
り干渉縞を解析することにより被検物Ｏの屈折率分布を
測定する方法において、上記干渉縞の解析に先だって、
上記被検物Ｏの近傍に既知の径の開口２７を挿入し、上
記検出器１５上に生じる開口像により結像倍率を測定す
る。検出器１５上の被検物Ｏの大きさを正確に把握でき
るので、測定精度が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子、液体、
又は気体などの位相物体の測定方法及び装置に関するも
ので、特に、干渉縞の解析により位相物体における屈折
率分布を測定できるものに関する。
又は気体などの位相物体の測定方法及び装置に関するも
ので、特に、干渉縞の解析により位相物体における屈折
率分布を測定できるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザプリンタやカメラなどの光
学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチッ
クを用いることが多くなっている。プラスチック成形レ
ンズはガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球
面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットが
ある。
学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチッ
クを用いることが多くなっている。プラスチック成形レ
ンズはガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球
面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットが
ある。
【０００３】しかし、その反面、ガラスレンズに比べ製
造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を
生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光
学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといっ
た原因につながる。従って、レンズ内部の屈折率分布を
３次元的に高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価
する必要がある。
造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を
生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光
学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといっ
た原因につながる。従って、レンズ内部の屈折率分布を
３次元的に高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価
する必要がある。
【０００４】光学レンズの屈折率を測定する方法として
は、精密示差屈折計などを使用してＶブロック法等によ
り屈折角を計測して屈折率を求める方法や、トワイマン
・グリーン干渉計などの干渉計を使用して干渉縞より屈
折率を測定する方法などがあり、また、光学的均質性の
測定方法として、フィゾー干渉計、マハツェンダ干渉計
などの干渉計を使用して干渉縞像の解析より透過波面を
計測し、屈折率分布から光学的均質性を求める方法が知
られている。なお、これらについては、光学第２０巻第
２号（１９９１年２月）の第６３から６８頁の「光学素
材の屈折率及び光学的均質性の測定」に詳細が記載され
ている。
は、精密示差屈折計などを使用してＶブロック法等によ
り屈折角を計測して屈折率を求める方法や、トワイマン
・グリーン干渉計などの干渉計を使用して干渉縞より屈
折率を測定する方法などがあり、また、光学的均質性の
測定方法として、フィゾー干渉計、マハツェンダ干渉計
などの干渉計を使用して干渉縞像の解析より透過波面を
計測し、屈折率分布から光学的均質性を求める方法が知
られている。なお、これらについては、光学第２０巻第
２号（１９９１年２月）の第６３から６８頁の「光学素
材の屈折率及び光学的均質性の測定」に詳細が記載され
ている。
【０００５】しかしながら、上記のいずれの方法におい
ても、被検物は、所定形状に加工する必要があり、測定
対象の光学素子を破壊しなければならない。また、透過
波面より求められる屈折率分布は、光路進行方向に積算
された平均値となり、３次元空間的な屈折率分布を測定
し、屈折率の不均一部分を３次元空間的に特定すること
ができない。
ても、被検物は、所定形状に加工する必要があり、測定
対象の光学素子を破壊しなければならない。また、透過
波面より求められる屈折率分布は、光路進行方向に積算
された平均値となり、３次元空間的な屈折率分布を測定
し、屈折率の不均一部分を３次元空間的に特定すること
ができない。
【０００６】そこで、本発明の出願人は、先願の特願平
６−２０３５０２号において、ＣＴ（コンピュータトモ
グラフィ）法を利用した屈折率分布の測定方法を提案し
た。これは、被検物を試液中に浸した状態で光軸と直交
する軸を中心に回転させ、複数の回転位置で干渉縞の解
析を行い、これらの干渉縞から透過波面量を算出し、こ
れを１次フーリエ変換し、さらに、２次元逆フーリエ変
換を行って３次元的な屈折率の分布を求めるものであ
る。
６−２０３５０２号において、ＣＴ（コンピュータトモ
グラフィ）法を利用した屈折率分布の測定方法を提案し
た。これは、被検物を試液中に浸した状態で光軸と直交
する軸を中心に回転させ、複数の回転位置で干渉縞の解
析を行い、これらの干渉縞から透過波面量を算出し、こ
れを１次フーリエ変換し、さらに、２次元逆フーリエ変
換を行って３次元的な屈折率の分布を求めるものであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の出願による屈折
率分布の測定方法及び装置によれば、被検物を破壊する
ことなく、その３次元的な屈折率の分布を測定すること
ができる。また、試液との屈折率差がわずかでも、高精
度で計測が可能であるという利点を有している。しかし
ながら、その前提として、透過波面を検出する検出器上
の被検物（干渉縞像）の大きさを正確に把握しておく必
要がある。もし、この大きさの把握に誤差があると、屈
折率の測定の根本部分に誤差を含むことになってしまう
からである。
率分布の測定方法及び装置によれば、被検物を破壊する
ことなく、その３次元的な屈折率の分布を測定すること
ができる。また、試液との屈折率差がわずかでも、高精
度で計測が可能であるという利点を有している。しかし
ながら、その前提として、透過波面を検出する検出器上
の被検物（干渉縞像）の大きさを正確に把握しておく必
要がある。もし、この大きさの把握に誤差があると、屈
折率の測定の根本部分に誤差を含むことになってしまう
からである。
【０００８】従来の測定方法によれば、干渉縞を検出器
上に結像させるための結像レンズ（ズームレンズ）の焦
点距離と位置から結像倍率を算出し、これから検出器上
の被検物の大きさを求めていた。しかし、結像レンズの
加工上の誤差や、設置誤差が避けられず、３％程度ある
いはそれ以上の誤差を生じていた。
上に結像させるための結像レンズ（ズームレンズ）の焦
点距離と位置から結像倍率を算出し、これから検出器上
の被検物の大きさを求めていた。しかし、結像レンズの
加工上の誤差や、設置誤差が避けられず、３％程度ある
いはそれ以上の誤差を生じていた。
【０００９】本発明は、このような事実から考えられた
もので、干渉縞計測により被検物の屈折率分布を測定す
るに際し、結像倍率を正確に把握し、高精度に屈折率分
布が測定できる測定方法、測定装置を提供することを目
的としている。
もので、干渉縞計測により被検物の屈折率分布を測定す
るに際し、結像倍率を正確に把握し、高精度に屈折率分
布が測定できる測定方法、測定装置を提供することを目
的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の測定方法は、同一光源からの可干渉光を基
準となる参照波と被検物を透過する被検波とに分割し、
参照波と被検波とを重畳して検出器上に干渉縞を形成
し、該干渉縞を解析することにより被検物の屈折率分布
を測定する方法において、上記干渉縞の解析に先だっ
て、上記被検物の近傍に既知の径の開口を挿入し、上記
検出器上に生じる開口像により結像倍率を測定すること
を特徴としている。
めに本発明の測定方法は、同一光源からの可干渉光を基
準となる参照波と被検物を透過する被検波とに分割し、
参照波と被検波とを重畳して検出器上に干渉縞を形成
し、該干渉縞を解析することにより被検物の屈折率分布
を測定する方法において、上記干渉縞の解析に先だっ
て、上記被検物の近傍に既知の径の開口を挿入し、上記
検出器上に生じる開口像により結像倍率を測定すること
を特徴としている。
【００１１】上記開口像は、参照波と被検波とが重畳し
た干渉縞像でも、被検波のみから結像された回折像でも
よい。上記開口像の明部についての強度を複数個所で測
定して平均強度を求め、該平均強度からスレッシュレベ
ルを算出して開口像の周縁位置を決定することが望まし
い。この場合、上記平均強度を開口像の回折像から求
め、該平均強度の１／４を上記スレッシュレベルとして
開口像の周縁位置を求めることができる。
た干渉縞像でも、被検波のみから結像された回折像でも
よい。上記開口像の明部についての強度を複数個所で測
定して平均強度を求め、該平均強度からスレッシュレベ
ルを算出して開口像の周縁位置を決定することが望まし
い。この場合、上記平均強度を開口像の回折像から求
め、該平均強度の１／４を上記スレッシュレベルとして
開口像の周縁位置を求めることができる。
【００１２】また、上記のいずれかの方法により結像倍
率を求める工程と、上記被検物を光軸と直交する軸を中
心に回転し、被検物を透過した透過波面を回転角の異な
る複数個所で測定し、ＣＴ法により再構成して被検物の
屈折率分布を求めると、被検物の３次元的な屈折率分布
を測定できる。
率を求める工程と、上記被検物を光軸と直交する軸を中
心に回転し、被検物を透過した透過波面を回転角の異な
る複数個所で測定し、ＣＴ法により再構成して被検物の
屈折率分布を求めると、被検物の３次元的な屈折率分布
を測定できる。
【００１３】本発明の装置は、同一光源からの可干渉光
を参照波と被検波とに分割し、被検波が被検物を透過し
た後参照波と重量する干渉計と、上記干渉計の結像位置
に設けられた検出器と、上記被検物の近傍に着脱自在に
設けられ開口径が既知の開口とを有する構成を特徴とし
ている。上記検出器の出力を処理する演算装置を有し、
該演算装置が、開口像の平均強度を演算し、該平均強度
から開口像の大きさを算出して結像倍率を求める構成と
することができる。
を参照波と被検波とに分割し、被検波が被検物を透過し
た後参照波と重量する干渉計と、上記干渉計の結像位置
に設けられた検出器と、上記被検物の近傍に着脱自在に
設けられ開口径が既知の開口とを有する構成を特徴とし
ている。上記検出器の出力を処理する演算装置を有し、
該演算装置が、開口像の平均強度を演算し、該平均強度
から開口像の大きさを算出して結像倍率を求める構成と
することができる。
【００１４】また、上記干渉計が被検物を保持するセル
を有し、該セルが上記被検波の入射側と出射側とにオプ
ティカルフラットを有し、内部に被検物を保持して被検
波の光軸と直交する軸回りに回転する回転台を備え、セ
ル内部に屈折率が被検物の屈折率とほぼ同一の試液を充
填されている構成としてもよい。
を有し、該セルが上記被検波の入射側と出射側とにオプ
ティカルフラットを有し、内部に被検物を保持して被検
波の光軸と直交する軸回りに回転する回転台を備え、セ
ル内部に屈折率が被検物の屈折率とほぼ同一の試液を充
填されている構成としてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面によ
って詳細に説明する。図１は、本発明の屈折率分布測定
装置の一実施例を示す図である。同図に示す装置は、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、偏光ビームスプリッタからなる光分割器５
と、参照波の光路内に置かれたミラーからなる反射装置
７と、被検波を被検物Ｏに向けて反射させる反射装置９
と、光重畳器１１としてのビームスプリッタとを備えて
いる。光重畳器１１に入射した光は２方向に分割され
る。すなわち、一方は、偏光子１７と、結像レンズ１３
とを介して検出器１５に達し、他方は、これらと直角に
配置された偏光子２１と第２結像レンズ２３とを経てモ
ニター２５に達する。検出器１５には、ＣＣＤのリニア
センサ、あるいはアレイ状のセンサを使用する。モニタ
ー２５には、ＣＣＤなどからなるエリアセンサが使用さ
れている。被検物Ｏの近傍には、径Ｄが既知の開口２７
が着脱自在に設けられている。検出器１５の出力は、コ
ンピュータからなる演算装置１６に入力される。演算装
置１６には入力装置、出力装置、ＣＰＵ及び記憶手段な
どを有し、予め記憶手段としてのハードディスクなどに
インストールされたコンピュータプログラムに沿って、
透過波面の処理を行う。
って詳細に説明する。図１は、本発明の屈折率分布測定
装置の一実施例を示す図である。同図に示す装置は、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、偏光ビームスプリッタからなる光分割器５
と、参照波の光路内に置かれたミラーからなる反射装置
７と、被検波を被検物Ｏに向けて反射させる反射装置９
と、光重畳器１１としてのビームスプリッタとを備えて
いる。光重畳器１１に入射した光は２方向に分割され
る。すなわち、一方は、偏光子１７と、結像レンズ１３
とを介して検出器１５に達し、他方は、これらと直角に
配置された偏光子２１と第２結像レンズ２３とを経てモ
ニター２５に達する。検出器１５には、ＣＣＤのリニア
センサ、あるいはアレイ状のセンサを使用する。モニタ
ー２５には、ＣＣＤなどからなるエリアセンサが使用さ
れている。被検物Ｏの近傍には、径Ｄが既知の開口２７
が着脱自在に設けられている。検出器１５の出力は、コ
ンピュータからなる演算装置１６に入力される。演算装
置１６には入力装置、出力装置、ＣＰＵ及び記憶手段な
どを有し、予め記憶手段としてのハードディスクなどに
インストールされたコンピュータプログラムに沿って、
透過波面の処理を行う。
【００１６】光源１より射出されたレーザ光は、ビーム
エキスパンダ３によって光束径を拡大され、光分割器５
によって紙面に垂直な成分が直角に屈折して参照波とな
り、紙面と平行な成分が直進して被検物Ｏとしての位相
物体を透過する被検波となる。
エキスパンダ３によって光束径を拡大され、光分割器５
によって紙面に垂直な成分が直角に屈折して参照波とな
り、紙面と平行な成分が直進して被検物Ｏとしての位相
物体を透過する被検波となる。
【００１７】反射装置７は、ピエゾ素子などによる電気
−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法によ
る干渉縞解析を行うために、参照波の光路長を波長のオ
ーダで変更できるように配置されている。
−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法によ
る干渉縞解析を行うために、参照波の光路長を波長のオ
ーダで変更できるように配置されている。
【００１８】参照波は反射装置７で反射され、光重畳器
１１に達し、他方の被検波は、被検物Ｏを透過して光重
畳器１１に達して参照波と重なり合うが、電気−変位変
換素子１９により参照波と被検波との光路長には、ｎπ
／２の位相の差ができるように調整される。
１１に達し、他方の被検波は、被検物Ｏを透過して光重
畳器１１に達して参照波と重なり合うが、電気−変位変
換素子１９により参照波と被検波との光路長には、ｎπ
／２の位相の差ができるように調整される。
【００１９】参照波と被検波は重畳され、光重畳器１１
で２方向に分割されて、一方は、偏光子１７に他方は偏
光子２１に向かう。偏光子１７を透過した光束は、結像
レンズ１３に入射し、検出器１５の撮像面に干渉縞を結
像する。検出器１５のリニアセンサは、紙面に平行な方
向に配置されている。そして、演算装置１６がこの検出
器１５から干渉縞像のデータを取ることによって、被検
物Ｏを透過した透過波面の測定ができ、被検物の１断面
についての屈折率分布を測定することができる。
で２方向に分割されて、一方は、偏光子１７に他方は偏
光子２１に向かう。偏光子１７を透過した光束は、結像
レンズ１３に入射し、検出器１５の撮像面に干渉縞を結
像する。検出器１５のリニアセンサは、紙面に平行な方
向に配置されている。そして、演算装置１６がこの検出
器１５から干渉縞像のデータを取ることによって、被検
物Ｏを透過した透過波面の測定ができ、被検物の１断面
についての屈折率分布を測定することができる。
【００２０】一方、光重畳器１１から偏光子２１に射出
された光束も、第２結像レンズ２３を経てモニター２５
に干渉縞の像を結像する。モニター２５と検出器１５と
は、光重畳器１１からの距離が等しく、結像レンズ１３
及び第２結像レンズ２３の焦点距離も等しく、検出器１
５とモニター２５に結像される干渉縞像は等しくなるよ
うにしている。さらに、検出器１５とモニター２５と
は、光軸上を同時に同じ距離だけ移動できるように図示
しない機構により結合されている。
された光束も、第２結像レンズ２３を経てモニター２５
に干渉縞の像を結像する。モニター２５と検出器１５と
は、光重畳器１１からの距離が等しく、結像レンズ１３
及び第２結像レンズ２３の焦点距離も等しく、検出器１
５とモニター２５に結像される干渉縞像は等しくなるよ
うにしている。さらに、検出器１５とモニター２５と
は、光軸上を同時に同じ距離だけ移動できるように図示
しない機構により結合されている。
【００２１】以上のように図１の装置によれば、干渉縞
像をモニター２５で観測しながら測定できる。しかし、
一度の測定で得られる結果は、被検物Ｏの厚み方向（ｘ
方向）に積算された透過波面である。すなわち、図２に
示すように、一度の測定では、被検物Ｏに対してφの角
度から被検波を透過させ、Ｐ（ｙ，φ）の曲線を得たに
過ぎず、被検物Ｏの屈折率分布はφの方向に積算された
ものしか求められない。したがって、不均一部分の空間
的な位置を決定するためには被検物を回転させ、同様の
縞解析を複数回行う必要がある。すなわち、被検物Ｏを
干渉計の光軸に対して直交する軸のまわりに回転し、入
射方向１８０度（あるいは３６０度）にわたる範囲で測
定し、演算装置１６（コンピュータ）上で再合成するこ
とにより被検物の３次元屈折率分布を測定することがで
きる。コンピュータ上の処理方法としてはＸ線ＣＴ（Co
mputed Tomography）解析の手法を用いる。
像をモニター２５で観測しながら測定できる。しかし、
一度の測定で得られる結果は、被検物Ｏの厚み方向（ｘ
方向）に積算された透過波面である。すなわち、図２に
示すように、一度の測定では、被検物Ｏに対してφの角
度から被検波を透過させ、Ｐ（ｙ，φ）の曲線を得たに
過ぎず、被検物Ｏの屈折率分布はφの方向に積算された
ものしか求められない。したがって、不均一部分の空間
的な位置を決定するためには被検物を回転させ、同様の
縞解析を複数回行う必要がある。すなわち、被検物Ｏを
干渉計の光軸に対して直交する軸のまわりに回転し、入
射方向１８０度（あるいは３６０度）にわたる範囲で測
定し、演算装置１６（コンピュータ）上で再合成するこ
とにより被検物の３次元屈折率分布を測定することがで
きる。コンピュータ上の処理方法としてはＸ線ＣＴ（Co
mputed Tomography）解析の手法を用いる。
【００２２】図３にその演算の手順を示す。まず、角度
φの方向から入射した透過波面データＰ（ｙ，φ）を算
出し（ステップ１０１）、１次元フーリエ変換する（ス
テップ１０３）。フーリエ変換された各断面の極座標の
データを直交座標に変換（ステップ１０５）した後、２
次元逆フーリエ変換を施す（ステップ１０７）。これを
屈折率に変換し（ステップ１０９）、角度０≦φ≦１８
０゜又は０≦φ≦３６０゜に渡って複数回行い、それぞ
れを結合する事により、被検物の２次元屈折率分布を再
構成する事が可能である。この再構成された２次元屈折
率分布をディスプレイなどの出力させて表示し、あるい
は適宜の出力手段を用いて出力させて被検物Ｏの屈折率
分布を目視できるようにすることができる（ステップ１
１１）。
φの方向から入射した透過波面データＰ（ｙ，φ）を算
出し（ステップ１０１）、１次元フーリエ変換する（ス
テップ１０３）。フーリエ変換された各断面の極座標の
データを直交座標に変換（ステップ１０５）した後、２
次元逆フーリエ変換を施す（ステップ１０７）。これを
屈折率に変換し（ステップ１０９）、角度０≦φ≦１８
０゜又は０≦φ≦３６０゜に渡って複数回行い、それぞ
れを結合する事により、被検物の２次元屈折率分布を再
構成する事が可能である。この再構成された２次元屈折
率分布をディスプレイなどの出力させて表示し、あるい
は適宜の出力手段を用いて出力させて被検物Ｏの屈折率
分布を目視できるようにすることができる（ステップ１
１１）。
【００２３】以上のＣＴ解析においては、検出器１５上
に結像される被検物Ｏの大きさ、つまり干渉縞の大きさ
を正確に識別する必要がある。仮に、検出器１５上の被
検物の大きさが１０ｍｍであるにかかわらず１１ｍｍで
あるとして上記のＣＴ法を実行してしまうと、屈折率分
布の測定に大きな誤差が含まれることになるからであ
る。
に結像される被検物Ｏの大きさ、つまり干渉縞の大きさ
を正確に識別する必要がある。仮に、検出器１５上の被
検物の大きさが１０ｍｍであるにかかわらず１１ｍｍで
あるとして上記のＣＴ法を実行してしまうと、屈折率分
布の測定に大きな誤差が含まれることになるからであ
る。
【００２４】そこで、本発明では、被検物Ｏの近傍に、
径Ｄが既知の開口２７を着脱自在に設けている。そし
て、上記の測定に先だって、以下のようにして結像倍率
を予め求めておく。
径Ｄが既知の開口２７を着脱自在に設けている。そし
て、上記の測定に先だって、以下のようにして結像倍率
を予め求めておく。
【００２５】開口２７を取り付けた状態で、上記の測定
と同様に光源１から可干渉光を照射する。可干渉光は光
分割器５で参照波と被検波とに分割され、被検波は反射
装置９により反射され、被検物Ｏ及び開口２７を透過し
て光重畳器１１に達する。参照波は反射装置７を経て光
重畳器１１に達し、ここで被検波と重なって偏光子１７
から結像レンズ１３を経て検出器１５上に干渉縞像を結
像する。演算装置１６が検出器１５の出力から干渉縞像
のデータをとる。このときの干渉縞像の大きさは、当然
に開口２７の径Ｄに対応した大きさとなっている。そこ
で、検出器１５で検知した干渉縞像の大きさを演算装置
１６で測定し、演算装置１６が次式 結像倍率＝干渉縞像の大きさ／開口径の大きさ（Ｄ） （１） から結像倍率を求める。
と同様に光源１から可干渉光を照射する。可干渉光は光
分割器５で参照波と被検波とに分割され、被検波は反射
装置９により反射され、被検物Ｏ及び開口２７を透過し
て光重畳器１１に達する。参照波は反射装置７を経て光
重畳器１１に達し、ここで被検波と重なって偏光子１７
から結像レンズ１３を経て検出器１５上に干渉縞像を結
像する。演算装置１６が検出器１５の出力から干渉縞像
のデータをとる。このときの干渉縞像の大きさは、当然
に開口２７の径Ｄに対応した大きさとなっている。そこ
で、検出器１５で検知した干渉縞像の大きさを演算装置
１６で測定し、演算装置１６が次式 結像倍率＝干渉縞像の大きさ／開口径の大きさ（Ｄ） （１） から結像倍率を求める。
【００２６】この後、開口２７を取り外して被検物Ｏの
干渉縞像を結像して図２に示すＣＴ解析を行うが、被検
物Ｏの大きさは既知であり、結像倍率も求められている
ので、検出器１５上での被検物の大きさは正確に把握で
きることになる。以上の結像倍率の求め方は、開口像と
して干渉縞像を結像させることで説明したが、図４に示
すように参照波の光路に反射鏡８を設け、参照波を遮っ
て被検波のみで開口２７の回折像を検出器に結像させ、
回折像の大きさを検出器で検出して結像倍率を求めるこ
ともできる。
干渉縞像を結像して図２に示すＣＴ解析を行うが、被検
物Ｏの大きさは既知であり、結像倍率も求められている
ので、検出器１５上での被検物の大きさは正確に把握で
きることになる。以上の結像倍率の求め方は、開口像と
して干渉縞像を結像させることで説明したが、図４に示
すように参照波の光路に反射鏡８を設け、参照波を遮っ
て被検波のみで開口２７の回折像を検出器に結像させ、
回折像の大きさを検出器で検出して結像倍率を求めるこ
ともできる。
【００２７】ところで、上記の結像倍率を求める方法
は、開口２７と検出器１５とが完全共役関係にある場合
に有効である。しかし、実際には、開口２７と検出器１
５との位置関係が共役関係からわずかにずれている場合
もあり、その場合には、開口像（干渉像であるか回折像
であるかを問わず）の周辺がぼやけ、開口像の大きさを
正確に把握することができない。
は、開口２７と検出器１５とが完全共役関係にある場合
に有効である。しかし、実際には、開口２７と検出器１
５との位置関係が共役関係からわずかにずれている場合
もあり、その場合には、開口像（干渉像であるか回折像
であるかを問わず）の周辺がぼやけ、開口像の大きさを
正確に把握することができない。
【００２８】このように像の周辺が若干ぼやけた場合
を、回折像を例として、図５に示す。検出器１５として
のＣＣＤリニアセンサの各素子からは、回折像の直径に
沿って出力が図５に示すような強度信号が検出される。
すなわち、回折像の外側のＡ点から検出器（ＣＣＤ）の
出力はすこしづつ上がりだし、回折像の内側Ｂ点で開口
の本来の明るさ（平均の明るさ）に達する。Ｂ点からＢ
´点までの間はいわゆる回折像の明部で、多少の凹凸は
あるが、高原状態が続く。そして回折像の内側のＢ´点
から低下し始めて像の外側のＡ´点で０に戻る。Ａ点か
らＢ点またはＡ´点からＢ´点の間のどこに回折像の境
界を定めるかが重要である。
を、回折像を例として、図５に示す。検出器１５として
のＣＣＤリニアセンサの各素子からは、回折像の直径に
沿って出力が図５に示すような強度信号が検出される。
すなわち、回折像の外側のＡ点から検出器（ＣＣＤ）の
出力はすこしづつ上がりだし、回折像の内側Ｂ点で開口
の本来の明るさ（平均の明るさ）に達する。Ｂ点からＢ
´点までの間はいわゆる回折像の明部で、多少の凹凸は
あるが、高原状態が続く。そして回折像の内側のＢ´点
から低下し始めて像の外側のＡ´点で０に戻る。Ａ点か
らＢ点またはＡ´点からＢ´点の間のどこに回折像の境
界を定めるかが重要である。
【００２９】本発明では、フレネル回折の公式を利用し
て演算装置１６が、図６に示すフローチャートから次の
ようにして境界を定めている。まず、回折像の明部（Ｂ
からＢ´間）における平均強度を算出する（ステップ２
０１）。そして、求めた平均値の１／４（０．２５）を
スレッシュレベルとする（ステップ２０３）。そして、
２値化処理をして（ステップ２０５）図５のＣ，Ｃ´点
を求めこれらの間の距離を算出して開口の検出器上の大
きさとする（ステップ２０７）。この値から上記式
（１）により結像倍率を求める（ステップ２０９）。
て演算装置１６が、図６に示すフローチャートから次の
ようにして境界を定めている。まず、回折像の明部（Ｂ
からＢ´間）における平均強度を算出する（ステップ２
０１）。そして、求めた平均値の１／４（０．２５）を
スレッシュレベルとする（ステップ２０３）。そして、
２値化処理をして（ステップ２０５）図５のＣ，Ｃ´点
を求めこれらの間の距離を算出して開口の検出器上の大
きさとする（ステップ２０７）。この値から上記式
（１）により結像倍率を求める（ステップ２０９）。
【００３０】開口像として干渉縞像を形成した場合に
は、たとえば、干渉縞の明部の平均強度と縞間隔とを求
め、適当なスレッシュレベルを決めることによって、回
折像の場合と同様に求めることが可能となる。
は、たとえば、干渉縞の明部の平均強度と縞間隔とを求
め、適当なスレッシュレベルを決めることによって、回
折像の場合と同様に求めることが可能となる。
【００３１】図７は本発明のまた別の実施例を示す図で
ある。基本的には、図１の実施例と同じであるが、この
装置では、被検物Ｏの屈折率を絶対値で測定できるもの
である。被検物０は屈折率が被検物とほぼ一致した試液
Ｓの中に浸されたセル３１中にあり、光束の入射窓３３
及び出射窓３５には面精度の良いオプティカルフラット
３７，３９を用いている。被検物Ｏは光軸に対して直交
する回転軸Ｒを持つ回転台４１上に設置されておりセル
３１は固定された状態で被検物Ｏが回転軸Ｒを中心とし
て回転可能な構造になっている。
ある。基本的には、図１の実施例と同じであるが、この
装置では、被検物Ｏの屈折率を絶対値で測定できるもの
である。被検物０は屈折率が被検物とほぼ一致した試液
Ｓの中に浸されたセル３１中にあり、光束の入射窓３３
及び出射窓３５には面精度の良いオプティカルフラット
３７，３９を用いている。被検物Ｏは光軸に対して直交
する回転軸Ｒを持つ回転台４１上に設置されておりセル
３１は固定された状態で被検物Ｏが回転軸Ｒを中心とし
て回転可能な構造になっている。
【００３２】あらかじめ被検物Ｏをセットしない状態で
透過波面を測定し装置自身の定常的な誤差成分を排除す
る。次に被検物Ｏを回転台４１にセットし透過波面を測
定する。このとき被検物Ｏの屈折率が完全に均一で試液
Ｓの屈折率と等しい場合、縞解析結果は０となる。しか
し、被検物Ｏが試液Ｓの屈折率よりわずかにずれている
場合、以下の関係式が成り立つ。
透過波面を測定し装置自身の定常的な誤差成分を排除す
る。次に被検物Ｏを回転台４１にセットし透過波面を測
定する。このとき被検物Ｏの屈折率が完全に均一で試液
Ｓの屈折率と等しい場合、縞解析結果は０となる。しか
し、被検物Ｏが試液Ｓの屈折率よりわずかにずれている
場合、以下の関係式が成り立つ。
【００３３】 φ（ｙ）＝（２π／λ）∫Δｎ（ｘ，ｙ）ｄｘ （３） ただし、 φ（ｙ） ： 透過波面（ｒａｄ） Δｎ（ｘ，ｙ）：被検物Ｏと試液Ｓとの屈折率差 λ ： レーザ光の波長
【００３４】屈折率分布が一様でない被検物Ｏに光源１
のレーザ光を透過し、検出器１５上に生じた干渉縞を演
算装置１６で取り込み縞解析を行うことで、得られた透
過波面から屈折率分布を求めることができる。この方法
であれば、試液Ｓの屈折率が既知であるから、被検物の
屈折率を絶対値で求めることが可能となる。この実施例
においても、上記の測定に先だって開口２７を配置し、
結像倍率を測定しておけば、正確な屈折率の測定が可能
である。図８は、参照波を反射装置８で遮断し、検出器
１５上に回折像を結像させる場合の図である。
のレーザ光を透過し、検出器１５上に生じた干渉縞を演
算装置１６で取り込み縞解析を行うことで、得られた透
過波面から屈折率分布を求めることができる。この方法
であれば、試液Ｓの屈折率が既知であるから、被検物の
屈折率を絶対値で求めることが可能となる。この実施例
においても、上記の測定に先だって開口２７を配置し、
結像倍率を測定しておけば、正確な屈折率の測定が可能
である。図８は、参照波を反射装置８で遮断し、検出器
１５上に回折像を結像させる場合の図である。
【００３５】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
同一光源からの可干渉光を基準となる参照波と被検物を
透過する被検波とに分割し、参照波と被検波とを重畳し
て検出器上に干渉縞を形成し、該干渉縞を解析すること
により被検物の屈折率分布を測定する方法において、上
記干渉縞の解析に先だって、上記被検物の近傍に既知の
径の開口を挿入し、上記検出器上に生じる開口像により
結像倍率を測定するようにしたので、被検物の３次元的
な屈折率を分布するに際し、被検物の検出器上の大きさ
を正確に求めることができ、正確な屈折率分布を測定す
ることができる。
同一光源からの可干渉光を基準となる参照波と被検物を
透過する被検波とに分割し、参照波と被検波とを重畳し
て検出器上に干渉縞を形成し、該干渉縞を解析すること
により被検物の屈折率分布を測定する方法において、上
記干渉縞の解析に先だって、上記被検物の近傍に既知の
径の開口を挿入し、上記検出器上に生じる開口像により
結像倍率を測定するようにしたので、被検物の３次元的
な屈折率を分布するに際し、被検物の検出器上の大きさ
を正確に求めることができ、正確な屈折率分布を測定す
ることができる。
【００３６】上記開口像の明部についての強度を複数個
所で測定して平均強度を求め、該平均強度からスレッシ
ュレベルを決めて開口像の周縁位置を決定することとす
れば、開口と開口像とが共役関係から若干ずれている場
合でも、結像倍率を正確に求めることができる。開口像
を回折像とした場合、回折像の明部の平均強度の１／４
の値をスレッシュレベルとすればよい。
所で測定して平均強度を求め、該平均強度からスレッシ
ュレベルを決めて開口像の周縁位置を決定することとす
れば、開口と開口像とが共役関係から若干ずれている場
合でも、結像倍率を正確に求めることができる。開口像
を回折像とした場合、回折像の明部の平均強度の１／４
の値をスレッシュレベルとすればよい。
【００３７】上記の方法により結像倍率を求めてから、
上記被検物を光軸と直交する軸を中心に回転し、被検物
を透過した透過波面を回転角の異なる複数個所で測定
し、ＣＴ法により再構成して被検物の屈折率分布を求め
ると、被検物の３次元的な屈折率の分布を正確に測定す
ることができる。
上記被検物を光軸と直交する軸を中心に回転し、被検物
を透過した透過波面を回転角の異なる複数個所で測定
し、ＣＴ法により再構成して被検物の屈折率分布を求め
ると、被検物の３次元的な屈折率の分布を正確に測定す
ることができる。
【図１】本発明の屈折率分布を測定する装置の第１実施
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
【図２】ＣＴ解析の原理を説明する図である。
【図３】ＣＴ解析の方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の屈折率分布を測定する装置で開口の回
折像を形成する実施例の構成を示す図である。
折像を形成する実施例の構成を示す図である。
【図５】開口と検出器とが完全共役位置にない場合の結
像倍率を求める方法を説明する図である。
像倍率を求める方法を説明する図である。
【図６】図５の方法により結像倍率を求めるフローチャ
ートである。
ートである。
【図７】本発明の屈折率分布を測定する装置の他の実施
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
【図８】図７の装置で開口の回折像を形成する実施例の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
１ 光源 ５ 光分割器 １１ 光重畳器 １５ 検出器 １６ 演算装置 ２７ 開口 ３７，３９ オプティカルフラット ４１ 回転台 Ｏ 被検物 Ｓ 試液 Ｒ 光軸と直交する軸
Claims (9)
- 【請求項１】 同一光源からの可干渉光を基準となる参
照波と被検物を透過する被検波とに分割し、参照波と被
検波とを重畳して検出器上に干渉縞を形成し、該干渉縞
を解析することにより被検物の屈折率分布を測定する方
法において、上記干渉縞の解析に先だって、上記被検物
の近傍に既知の径の開口を挿入し、上記検出器上に生じ
る開口像により結像倍率を測定することを特徴とする屈
折率分布の測定方法。 - 【請求項２】 上記開口像が参照波と被検波とが重畳し
た干渉縞像であることを特徴とする請求項１記載の屈折
率分布の測定方法。 - 【請求項３】 上記開口像が、被検波のみから結像され
た回折像であることを特徴とする請求項１記載の屈折率
分布の測定方法。 - 【請求項４】 上記開口像の明部についての強度を複数
個所で測定して平均強度を求め、該平均強度からスレッ
シュレベルを算出して開口像の周縁位置を決定すること
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５】 上記平均強度を開口像の回折像から求
め、該平均強度の１／４を上記スレッシュレベルとして
開口像の周縁位置を求めることを特徴とする請求項４記
載の屈折率分布の測定方法。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかの方法により
結像倍率を求める工程と、上記被検物を光軸と直交する
軸を中心に回転し、被検物を透過した透過波面を回転角
の異なる複数個所で測定し、ＣＴ法により再構成して被
検物の屈折率分布を求める工程とを有することを特徴と
する屈折率分布の測定方法。 - 【請求項７】 同一光源からの可干渉光を参照波と被検
波とに分割し、被検波が被検物を透過した後参照波と重
量する干渉計と、上記干渉計の結像位置に設けられた検
出器と、上記被検物の近傍に着脱自在に設けられ開口径
が既知の開口とを有することを特徴とする屈折率分布の
測定装置。 - 【請求項８】 上記検出器の出力を処理する演算装置を
有し、該演算装置が、開口像の平均強度を演算し、該平
均強度から開口像の大きさを算出して結像倍率を求める
ことを特徴とする請求項７記載の屈折率分布の測定装
置。 - 【請求項９】 上記干渉計が被検物を保持するセルを有
し、該セルが上記被検波の入射側と出射側とにオプティ
カルフラットを有し、内部に被検物を保持して被検波の
光軸と直交する軸回りに回転する回転台を備え、セル内
部に屈折率が被検物の屈折率とほぼ同一の試液を充填さ
れていることを特徴とする請求項８記載の屈折率分布の
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28128196A JP3599921B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 屈折率分布の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28128196A JP3599921B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 屈折率分布の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10111244A true JPH10111244A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3599921B2 JP3599921B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=17636893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28128196A Expired - Lifetime JP3599921B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 屈折率分布の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3599921B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102216736A (zh) * | 2008-08-26 | 2011-10-12 | 格拉斯哥大学理事会 | 电磁干涉图案的应用 |
| CN102749303A (zh) * | 2012-07-14 | 2012-10-24 | 浙江师范大学 | 一种测量平板型透明介质折射率的装置和方法 |
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
-
1996
- 1996-10-03 JP JP28128196A patent/JP3599921B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102216736A (zh) * | 2008-08-26 | 2011-10-12 | 格拉斯哥大学理事会 | 电磁干涉图案的应用 |
| JP2012500989A (ja) * | 2008-08-26 | 2012-01-12 | ザ ユニバーシティー コート オブ ザ ユニバーシティー オブ グラスゴー | 電磁干渉パターンの使用 |
| US9618369B2 (en) | 2008-08-26 | 2017-04-11 | The University Court Of The University Of Glasgow | Uses of electromagnetic interference patterns |
| JP2012208012A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Canon Inc | 面形状計測装置および面形状計測方法 |
| CN102749303A (zh) * | 2012-07-14 | 2012-10-24 | 浙江师范大学 | 一种测量平板型透明介质折射率的装置和方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3599921B2 (ja) | 2004-12-08 |
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