JPH10232204A - Device for measuring refractive index - Google Patents

Device for measuring refractive index

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JPH10232204A
JPH10232204A JP33718997A JP33718997A JPH10232204A JP H10232204 A JPH10232204 A JP H10232204A JP 33718997 A JP33718997 A JP 33718997A JP 33718997 A JP33718997 A JP 33718997A JP H10232204 A JPH10232204 A JP H10232204A
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JP
Japan
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light beam
refractive index
sample
object light
optical path
Prior art date
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Application number
JP33718997A
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Japanese (ja)
Inventor
Shiro Oikawa
四郎 及川
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SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
Original Assignee
SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To exactly measure a distribution of refractive indexes even a medium of high scattering and large refractive index change, by relatively adjusting optical paths of an object light-beam and a reference light-beam. SOLUTION: A light beam 11a is divided into an object light-beam 11b and reference light-beam 11c with a beam splitter 12. The beam 11b is transmitted through a measured sample 10 on an X-Y stage 13 movable in X-Y directions, and reflected by a reflector 14 and further by the splitter 12. On the other hand, the beam 11c is reflected by a reflector 16 on a Z stage 15 movable in a Z direction. An interfering light-beam 11d, consisting of beam 11c and 11b superposed each other, is inputted to a data processing part 19 as digital data through a light-reception element 17 and a signal processing part 18. The processing part 19 scans the beam 11b by moving the stage 13, and finds the phase zero point of each scanning point. The stage 15 is moved then, the optical paths of both beams 11b and 11c are relatively changed, the phase zero point of each scanning point of the sample 10 is found, and the distribution of refractive indexes within the X-Y plane is fond on the basis of the distribution of the point.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の屈折率分布
もしくは屈折率を測定する屈折率測定装置に関する。
The present invention relates to a refractive index measuring device for measuring a refractive index distribution or a refractive index of a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】干渉計測は、参照光路と、試料が配置さ
れた試料光路との光路長の差、すなわちそれら2つの光
路を通る光の位相差を光強度の差として観測することの
できる技術であり、位相物体の、試料光路に交わる直線
もしくは平面内の屈折率分布を光強度分布として観測す
ることができ、透過率分布をあらわす単なる光強度像と
は異なる有意義な情報を得ることができる。位相差顕微
鏡や微分干渉顕微鏡はこのような原理を応用した装置で
ある。
2. Description of the Related Art Interferometry is a technique capable of observing a difference in optical path length between a reference optical path and a sample optical path on which a sample is placed, that is, a phase difference between lights passing through these two optical paths as a difference in light intensity. It is possible to observe a refractive index distribution of a phase object in a straight line or a plane intersecting the sample optical path as a light intensity distribution, and to obtain meaningful information different from a simple light intensity image representing a transmittance distribution. . A phase contrast microscope and a differential interference microscope are devices that apply such a principle.

【0003】また、上記の屈折率分布を試料を回転させ
ながら計測し、いわゆるCT再構成アルゴリズムを用い
ることにより、その試料の三次元的な屈折率分布を計測
する技術も知られている。図20は、従来の屈折率測定
装置の一例を示す構成図である。レーザ光源100から
出射したレーザ光100aをミラー101で反射させて
ケスタプリズム102に入射し、ケスタプリズム102
で物体光100bと参照光100cに二分し、物体光1
00bのみ試料セル103内の試料10を経由させ、も
う1つのケスタプリズム104で物体光100bと参照
光100cを重畳させ、その重畳した光をミラー105
で反射させてCCDカメラ106で撮影する。この撮影
により得られた画像は、イメージメモリ107を経由し
てビデオレコーダ108に録画される。試料セル103
は、所定のゆっくりとした回転速度で回転し、その回転
の間CCDカメ106により繰り返し撮像されビデオレ
コーダ108に多数の画像が録画される。このようにし
てビデオレコーダ108に録画された画像はイメージメ
モリ107を経由してワークステーション109に読み
出され、ワークステーション109では、CT再構成ア
ルゴリズムを用いて、試料セル103内の試料10の三
次元的な屈折率分布が演算される。CCDカメラ106
で得られた画像や、ワークステーション109で求めら
れた屈折率分布はCRTディスプレイ110に表示され
る。
There is also known a technique of measuring the above-mentioned refractive index distribution while rotating the sample, and measuring the three-dimensional refractive index distribution of the sample by using a so-called CT reconstruction algorithm. FIG. 20 is a configuration diagram showing an example of a conventional refractive index measuring device. The laser light 100a emitted from the laser light source 100 is reflected by the mirror 101 and is incident on the Kesta prism 102,
Is divided into object light 100b and reference light 100c, and object light 1
Only the light beam 00b passes through the sample 10 in the sample cell 103, the object light 100b and the reference light 100c are superimposed by another Kester prism 104, and the superimposed light is
And is photographed by the CCD camera 106. The image obtained by this shooting is recorded on the video recorder 108 via the image memory 107. Sample cell 103
Rotates at a predetermined slow rotation speed, and during that rotation, images are repeatedly picked up by the CCD turtle 106, and a number of images are recorded on the video recorder 108. The image recorded in the video recorder 108 in this manner is read out to the workstation 109 via the image memory 107, and the workstation 109 uses the CT reconstruction algorithm to perform the tertiary ordering of the sample 10 in the sample cell 103. The original refractive index distribution is calculated. CCD camera 106
And the refractive index distribution obtained by the workstation 109 are displayed on the CRT display 110.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、比
較的理想に近い「位相物体」がとりあげられており、空
間的な屈折率変化も極微小であるような試料が用いられ
ている。ところが近年、内部での散乱が極めて大きく、
かつ空間的な屈折率変化も大きい生体試料等に干渉計測
を応用することが考えられており、この応用を可能にす
るためには、 (a)生体試料のような高散乱媒質中をほぼ直線的に透
過した、散乱の少ない光のみを選択収集する必要があ
る。
In the above-mentioned prior art, a "phase object" which is relatively ideal is used, and a sample whose spatial refractive index change is extremely small is used. However, in recent years, the scattering inside is extremely large,
It is considered to apply the interference measurement to a biological sample or the like having a large spatial refractive index change. To make this application possible, it is necessary to: (a) use a substantially linear medium in a high scattering medium such as a biological sample; It is necessary to selectively collect only the light that has been transmitted and has low scattering.

【0005】(b)空間的な屈折率変化の大きい場合に
も正確な位相計測を行なう必要がある。 本発明は、上記事情に鑑み、生体試料等の高散乱媒質で
あって、かつ屈折率変化の大きい媒質であっても、屈折
率分布を正確に計測することのできる屈折率測定装置を
提供することを目的とする。
(B) It is necessary to perform accurate phase measurement even when the spatial refractive index change is large. In view of the above circumstances, the present invention provides a refractive index measuring device that can accurately measure a refractive index distribution even in a highly scattering medium such as a biological sample and a medium having a large refractive index change. The purpose is to:

【0006】また、屈折率分布だけでなく高散乱媒質等
の試料の絶対的な屈折率を測定する必要が生じる場合が
生じる場合もある。本発明は、この点に鑑み、高散乱媒
質等の試料であっても屈折率を容易に測定することので
きる屈折率測定装置を提供することも目的の1つとする
ものである。
In some cases, it is necessary to measure not only the refractive index distribution but also the absolute refractive index of a sample such as a high scattering medium. In view of this point, an object of the present invention is to provide a refractive index measuring device capable of easily measuring a refractive index even for a sample such as a high scattering medium.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の屈折率測定装置のうちの第1の屈折率測定装置は、 (1_1)所定の低干渉性光ビームを出射する光源 (1_2)光源から出射された光ビームを物体光ビーム
と参照光ビームとに分割するビーム分割手段 (1_3)被測定対象試料が物体光ビームの光路上に着
脱自在に配置される試料配置部 (1_4)物体光ビームにより、試料配置部に配置され
た試料を、その物体光ビームの光路に交わる方向に走査
させる走査手段 (1_5)参照光ビームと、試料配置部を通過した物体
光ビームとを互いに重畳することにより、干渉光ビーム
を生成するビーム重畳手段 (1_6)ビーム重畳手段により互いに重畳される前の
物体光ビームおよび参照光ビームの光路長を相対的に調
整する光路長調整手段 (1_7)上記干渉光ビームを受光することにより、物
体光ビームと参照光ビームとの干渉状態をあらわす第1
の干渉信号を得る受光手段 (1_8)上記光路長可変手段により、上記第1の干渉
信号が同一の位相状態に保たれるように光路長が調整さ
れたときの、上記走査手段による走査の間の光路長の調
整量に基づいて、試料配置部に配置された試料の屈折率
分布もしくは屈折率を求める屈折率演算手段を備えたこ
とを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a refractive index measuring apparatus comprising: (1_1) a light source for emitting a predetermined low coherence light beam (1_2) Beam splitting means for splitting a light beam emitted from a light source into an object light beam and a reference light beam. (1_3) Sample placement section in which a sample to be measured is detachably arranged on the optical path of the object light beam. (1_4) Object Scanning means for scanning the sample placed on the sample placement unit with the light beam in a direction intersecting the optical path of the object light beam. (1_5) The reference light beam and the object light beam passing through the sample placement unit are superimposed on each other. (1_6) Optical path for relatively adjusting the optical path lengths of the object light beam and the reference light beam before being superimposed on each other by the beam superimposing means By receiving the adjusting means (1_7) the interference light beam, a represents the state of interference between the reference light beam and object light beam 1
(1_8) During scanning by the scanning unit when the optical path length is adjusted by the optical path length varying unit so that the first interference signal is kept in the same phase state And a refractive index calculating means for calculating a refractive index distribution or a refractive index of the sample placed in the sample placement section based on the adjustment amount of the optical path length.

【0008】ここで、上記第1の屈折率測定装置におい
て、上記(1_4)の走査手段は、試料配置部に配置さ
れた試料を、物体光ビームの光路に交わる方向に移動さ
せるものであってもよいが、上記走査手段が、試料配置
部に配置された試料に入射する物体光ビームを、その物
体光ビームの光路に交わる方向に移動させるものであ
り、この屈折率測定装置が、試料配置部を通過した物体
光ビームを往路と同一の光路上に折り返す反射手段を備
え、上記走査手段が、物体光ビームが反射手段により折
り返されてなる復路においてデスキャンを構成してなる
ものであることが好ましい。
Here, in the first refractive index measuring device, the scanning means (1_4) moves the sample placed in the sample placement section in a direction crossing the optical path of the object light beam. The scanning means may move the object light beam incident on the sample placed in the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam. Reflecting means for returning the object light beam passing through the portion on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes a descan on the return path where the object light beam is returned by the reflecting means. preferable.

【0009】また、上記第1の屈折率測定装置におい
て、物体光ビームの周波数と参照光ビームの周波数を相
対的に異ならせる周波数シフト手段を備え、上記(1_
6)の光路長調整手段が、上記(1_4)の走査手段に
よる走査の間所定の位相状態に保たれた干渉信号が得ら
れるように光路長を調整するものであることが好まし
い。
In the first refractive index measuring apparatus, there is provided a frequency shift means for making the frequency of the object light beam and the frequency of the reference light beam relatively different from each other.
It is preferable that the optical path length adjusting means of (6) adjusts the optical path length so as to obtain an interference signal maintained in a predetermined phase state during scanning by the scanning means of (1_4).

【0010】さらに上記第1の屈折率測定装置におい
て、上記(1_1)の光源が、互いに交わる方向に偏光
するとともに互いの周波数が異なる所定の低干渉性の2
つの光が重畳されてなる光ビームを出射する光源であ
り、上記(1_2)のビーム分割手段が、光源から出射
された光ビームを、互いに周波数の異なる物体光ビーム
と参照光ビームとに分割するものであって、上記(1_
6)の光路長調整手段が、上記(1_4)の走査手段に
よる走査の間所定の位相状態に保たれた干渉信号が得ら
れるように光路長を調整するものであることも好ましい
態様である。
Further, in the first refractive index measuring device, the (1_1) light source may be polarized in a direction intersecting with each other and have a predetermined low coherence of 2 different in frequency from each other.
A light source that emits a light beam formed by superimposing two light beams, wherein the beam splitting unit (1_2) splits the light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam having different frequencies from each other. And (1_
It is also a preferable embodiment that the optical path length adjusting means of (6) adjusts the optical path length so as to obtain an interference signal maintained in a predetermined phase state during scanning by the scanning means of (1_4).

【0011】さらに、上記(1_1)〜(1_8)の各
構成要素を備えた第1の屈折率測定装置において、さら
に、 (1_9)物体光ビームから、試料配置部を通過する際
の物体光ビームの周波数と同一の周波数の比較光ビーム
を分割する第2のビーム分割手段 (1_10)参照光ビームから、上記第1のビーム重畳
手段により物体光ビームに重畳される際の参照光ビーム
の周波数と同一の周波数の第2の参照光ビームを分割す
る第3のビーム分割手段 (1_11)比較光ビームと第2の参照光ビームとを重
畳することにより、第2の干渉光ビームを生成する第2
のビーム重畳手段 (1_12)上記第2の干渉光ビームを受光することに
より、比較光ビームと第2の参照光ビームとの干渉状態
をあらわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段を備
え、上記(1_8)の屈折率演算手段が、走査手段によ
る走査の間の、上記第2の干渉信号に対する上記第1の
干渉信号が同一の位相状態に保たれる、光路長可変手段
による光路長の調整量に基づいて、試料配置部に配置さ
れた試料の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものであ
ることがさらに好ましい形態である。
Further, in the first refractive index measuring device provided with each of the above-mentioned constituent elements (1_1) to (1_8), further: (1_9) the object light beam when passing through the sample placement part from the object light beam; Second beam splitting means for splitting the comparison light beam having the same frequency as the frequency of the reference light beam. (1_10) The frequency of the reference light beam when superimposed on the object light beam by the first beam superimposing means from the reference light beam Third beam splitting means for splitting a second reference light beam having the same frequency. (1_11) A second beam splitting means for generating a second interference light beam by superimposing the comparison light beam and the second reference light beam.
(1_12) a second light receiving means for receiving the second interference light beam to obtain a second interference signal indicating an interference state between the comparison light beam and the second reference light beam Wherein the refractive index calculating means according to (1_8) maintains the same phase state of the first interference signal with respect to the second interference signal during scanning by the scanning means; It is a more preferable embodiment that the refractive index distribution or the refractive index of the sample placed in the sample placement section is obtained based on the adjustment amount of.

【0012】この形態の場合においても、上記(1_
4)の走査手段が、試料配置部に配置された試料に入射
する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に交わる
方向に移動させるものであり、この屈折率測定装置が、
試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の光路
上に折り返す第1の反射手段を備え、上記走査手段が、
物体光ビームが上記第1の反射手段により折り返されて
なる復路においてデスキャンを構成してなることが好ま
しい。
In the case of this embodiment, the above (1_)
The scanning means of 4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam.
A first reflection unit that turns the object light beam that has passed through the sample placement unit onto the same optical path as the outward path, and the scanning unit includes:
It is preferable that a descan is formed on the return path where the object light beam is turned back by the first reflecting means.

【0013】この場合さらに、上記(1_10)の第2
のビーム分割手段が、試料配置部に入射する物体光ビー
ムを透過光ビームと反射光ビームとに分割する光学板を
含むものであってもよい。また、上記形態において、上
記(1_4)の走査手段が、試料配置部に配置された試
料に入射する物体光ビームを、その物体光ビームの光路
に交わる方向に移動させるものであるとともに、上記第
2のビーム分割手段により物体光ビームから分割されて
なる比較光ビームをその比較光ビームの光路に交わる方
向に移動するものであり、上記走査手段を通過した比較
光ビームを往路と同一の光路上に折り返す第2の反射手
段を備え、上記走査手段が、物体光ビームが上記第1の
反射手段により折り返されて成るその物体光ビームの復
路においてデスキャンを構成するとともに、比較光ビー
ムが第2の反射手段により折り返されてなるその比較光
ビームの復路においてデスキャンを構成するものである
ことがさらに好ましい。
[0013] In this case, further, in the above (1_10), the second
May include an optical plate that divides the object light beam incident on the sample placement part into a transmitted light beam and a reflected light beam. In the above aspect, the scanning means (1_4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam. A comparison light beam split from the object light beam by the second beam splitting means in a direction intersecting the optical path of the comparison light beam. The comparison light beam passing through the scanning means is moved on the same optical path as the forward path. A second reflecting means turned back to the scanning means, and the scanning means constitutes a descan on the return path of the object light beam obtained by turning the object light beam back by the first reflecting means, and the comparison light beam is turned to a second light. It is further preferable that a descan is formed on the return path of the comparison light beam folded by the reflection means.

【0014】また、上記(1_1)〜(1_8)の構成
要素を備えた本発明の第1の屈折率測定装置において、
上記(1_1)の光源が、互いに交わる方向に偏光する
とともに互いの周波数が異なる所定の低干渉性の2つの
光が重畳されてなる光ビームを出射する光源であって、
上記(1_2)のビーム分割手段が、光源から出射され
た光ビームを、互いに周波数の異なる物体光ビームと参
照光ビームとに分割するとともに、さらに、物体光ビー
ムの周波数と同一の周波数の比較光ビームと参照光ビー
ムの周波数と同一の周波数の第2の参照光ビームとに分
割するものであり、(1_3)比較光ビームと第2の参
照光ビームとを重畳することにより、第2の干渉光ビー
ムを生成する第2のビーム重畳手段、および(1_4)
第2の干渉光ビームを受光することにより、比較光ビー
ムと第2の参照光ビームとの干渉状態をあらわす第2の
干渉信号を得る第2の受光手段を備え、上記(1_8)
の屈折率演算手段が、走査手段による走査の間の、上記
第2の干渉信号に対する上記第1の干渉信号が同一の位
相状態に保たれる、光路長可変手段による光路長の調整
量に基づいて、試料配置部に配置された試料の屈折率分
布もしくは屈折率を求めるものであることも好ましい形
態である。
Further, in the first refractive index measuring apparatus of the present invention comprising the above components (1_1) to (1_8),
The light source (1_1) is a light source that emits a light beam that is polarized in two directions that intersect with each other and is formed by superimposing two lights of predetermined low coherence having different frequencies from each other,
The beam splitting means (1_2) splits the light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam having different frequencies from each other, and further includes a comparison light having the same frequency as the frequency of the object light beam. The first and second reference light beams are split into a second reference light beam having the same frequency as the frequency of the reference light beam and the reference light beam. Second beam superimposing means for generating a light beam, and (1_4)
(1_8) a second light receiving means for receiving a second interference light beam to obtain a second interference signal indicating an interference state between the comparison light beam and the second reference light beam;
Is based on the amount of adjustment of the optical path length by the optical path length varying means during which the first interference signal with respect to the second interference signal is kept in the same phase during scanning by the scanning means. It is also a preferable embodiment to obtain the refractive index distribution or the refractive index of the sample placed in the sample placement section.

【0015】また、この形態においても、上記(1_
4)の走査手段が、試料配置部に配置された試料に入射
する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に交わる
方向に移動させるものであり、この屈折率測定装置が、
試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の光路
上に折り返す第1の反射手段を備え、上記走査手段が、
物体光ビームが上記第1の反射手段により折り返されて
なる復路においてデスキャンを構成してなることが好ま
しい。
In this embodiment, the above (1_)
The scanning means of 4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam.
A first reflection unit that turns the object light beam that has passed through the sample placement unit onto the same optical path as the outward path, and the scanning unit includes:
It is preferable that a descan is formed on the return path where the object light beam is turned back by the first reflecting means.

【0016】この場合に、上記(1_4)の走査手段
が、試料配置部に配置された試料に入射する物体光ビー
ムを、その物体光ビームの光路に交わる方向に移動させ
るものであるとともに、上記第2のビーム分割手段によ
り物体光ビームから分割されてなる比較光ビームをその
比較光ビームの光路に交わる方向に移動するものであ
り、上記走査手段を通過した比較光ビームを往路と同一
の光路上に折り返す第2の反射手段を備え、上記走査手
段が、物体光ビームが上記第1の反射手段により折り返
されて成るその物体光ビームの復路においてデスキャン
を構成するとともに、比較光ビームが上記第2の反射手
段により折り返されてなるその比較光ビームの復路にお
いてデスキャンを構成するものであることも、さらに好
ましい形態である。
In this case, the scanning means (1_4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction crossing the optical path of the object light beam. The comparison light beam split from the object light beam by the second beam splitting means is moved in a direction intersecting the optical path of the comparison light beam. A second reflecting means for turning back on the road, wherein the scanning means constitutes a descan on the return path of the object light beam obtained by folding the object light beam by the first reflecting means, and the comparison light beam is provided for the second light means; It is a further preferable embodiment that the descanning is configured on the return path of the comparison light beam folded back by the second reflection means.

【0017】また、上記目的を達成する本発明の屈折率
測定装置のうちの第2の屈折率測定装置は、 (2_1)所定の低干渉性光ビームを出射する光源 (2_2)光源から出射された光ビームを物体光ビーム
と参照光ビームとに分割するビーム分割手段 (2_3)被測定対象試料が物体光ビームの光路上に着
脱自在に配置される試料配置部 (2_4)物体光ビームにより、試料配置部に配置され
た試料を、その物体光ビームの光路に交わる方向に走査
させる走査手段 (2_5)参照光ビームと、試料配置部を通過した物体
光ビームとを互いに重畳することにより、干渉光ビーム
を生成するビーム重畳手段 (2_6)上記干渉光ビームを受光することにより、物
体光ビームと参照光ビームとの干渉状態をあらわす第1
の干渉信号を得る受光手段 (2_7)上記走査手段による走査の間の、上記第1の
干渉信号の位相変化に基づいて、試料配置部に配置され
た試料の屈折率分布もしくは屈折率を求める屈折率演算
手段を備えたことを特徴とする。
The second refractive index measuring device of the refractive index measuring device of the present invention that achieves the above object is: (2_1) a light source that emits a predetermined low coherence light beam; Beam splitting means for splitting the light beam into an object light beam and a reference light beam. (2_3) a sample placement section in which a sample to be measured is detachably disposed on the optical path of the object light beam; (2_4) the object light beam Scanning means for scanning the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam. (2_5) Interference by overlapping the reference light beam and the object light beam passing through the sample placement section with each other Beam superimposing means for generating a light beam (2_6) A first light beam representing the interference state between an object light beam and a reference light beam by receiving the interference light beam.
(2_7) Refraction for obtaining a refractive index distribution or a refractive index of a sample placed in the sample placement section based on a phase change of the first interference signal during scanning by the scanning means. It is characterized by having a rate calculating means.

【0018】ここで、上記第2の屈折率測定装置におい
て、上記第1の屈折率測定装置と同様、上記(2_4)
の走査手段は、試料配置部に配置された試料を、物体光
ビームの光路に交わる方向に移動させるものであっても
よいが、上記走査手段が、試料配置部に配置された試料
に入射する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に
交わる方向に移動させるものであり、この屈折率測定装
置が、試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一
の光路上に折り返す反射手段を備え、上記走査手段が、
物体光ビームが反射手段により折り返されてなる復路に
おいてデスキャンを構成してなるものであることが好ま
しい。
Here, in the second refractive index measuring device, as in the first refractive index measuring device, (2_4)
The scanning means may move the sample placed in the sample placement section in a direction crossing the optical path of the object light beam, but the scanning means enters the sample placed in the sample placement section. The object light beam is moved in a direction intersecting the optical path of the object light beam, and the refraction index measuring device includes a reflection unit that folds the object light beam that has passed through the sample placement unit on the same optical path as the outward path. The scanning means comprises:
It is preferable that a descan is formed on the return path where the object light beam is turned back by the reflection means.

【0019】また、上記第2の屈折率測定装置におい
て、物体光ビームの周波数と参照光ビームの周波数を相
対的に異ならせる周波数シフト手段を備えることが好ま
しい。あるいは、上記光源が、互いに交わる方向に偏光
するとともに互いの周波数が異なる所定の低干渉性の2
つの光が重畳されてなる光ビームを出射する光源であ
り、上記(2_2)のビーム分割手段が、光源から出射
された光ビームを、互いに周波数の異なる物体光ビーム
と参照光ビームとに分割するものであることも好ましい
形態である。
In the second refractive index measuring apparatus, it is preferable that the apparatus further comprises a frequency shift means for making the frequency of the object light beam and the frequency of the reference light beam relatively different. Alternatively, the light sources are polarized in directions intersecting each other and have predetermined low coherence 2 different in frequency from each other.
A light source that emits a light beam formed by superimposing two light beams, wherein the beam splitting unit (2_2) splits the light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam having different frequencies from each other. Is also a preferred embodiment.

【0020】さらに上記(2_1)〜(2_7)の各構
成要素を備えた第2の屈折率測定装置において、さら
に、 (2_8)物体光ビームから、試料配置部を通過する際
の物体光ビームの周波数と同一の周波数の比較光ビーム
を分割する第2のビーム分割手段 (2_9)参照光ビームから、上記第1のビーム重畳手
段により物体光ビームに重畳される際の参照光ビームの
周波数と同一の周波数の第2の参照光ビームを分割する
第3のビーム分割手段 (2_10)比較光ビームと第2の参照光ビームとを重
畳することにより、第2の干渉光ビームを生成する第2
のビーム重畳手段 (2_11)第2の干渉光ビームを受光することによ
り、比較光ビームと第2の参照光ビームとの干渉状態を
あらわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段を備え、
上記(2_7)の屈折率演算手段が、走査手段による走
査の間の、上記第2の干渉信号に対する上記第1の干渉
信号の位相変化に基づいて、試料配置部に配置された試
料の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものであること
がさらに好ましい形態である。
Further, in the second refractive index measuring apparatus provided with each of the above-mentioned components (2_1) to (2_7), the apparatus further comprises: (2_8) converting the object light beam from the object light beam when passing through the sample placement section Second beam splitting means for splitting the comparison light beam having the same frequency as the frequency. (2_9) The same frequency as the frequency of the reference light beam when being superimposed on the object light beam by the first beam superimposing means from the reference light beam A third beam splitting unit that splits a second reference light beam having a frequency of (2_10). A second interference light beam that is generated by superimposing the comparison light beam and the second reference light beam.
(2_11) a second light receiving means for receiving a second interference light beam to obtain a second interference signal representing an interference state between the comparison light beam and the second reference light beam;
The refractive index calculating means according to (2_7), based on a phase change of the first interference signal with respect to the second interference signal during scanning by the scanning means, a refractive index of the sample placed in the sample placement part. It is a more preferable embodiment to obtain the distribution or the refractive index.

【0021】この形態の場合においても、上記(2_
4)の走査手段が、試料配置部に配置された試料に入射
する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に交わる
方向に移動させるものであり、この屈折率測定装置が、
試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の光路
上に折り返す第1の反射手段を備え、上記走査手段が、
物体光ビームが上記第1の反射手段により折り返されて
なる復路においてデスキャンを構成してなることが好ま
しい。
In the case of this embodiment, the above (2_)
The scanning means of 4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam.
A first reflection unit that turns the object light beam that has passed through the sample placement unit onto the same optical path as the outward path, and the scanning unit includes:
It is preferable that a descan is formed on the return path where the object light beam is turned back by the first reflecting means.

【0022】この場合さらに上記(2_8)の第2のビ
ーム分割手段が、試料配置部に入射する物体光ビームを
透過光ビームと反射光ビームとに分割する光学板を含む
ものであってもよい。また、上記形態において、上記
(2_4)の走査手段が、試料配置部に配置された試料
に入射する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に
交わる方向に移動させるものであるとともに、上記第2
のビーム分割手段により物体光ビームから分割されてな
る比較光ビームをその比較光ビームの光路に交わる方向
に移動するものであり、上記走査手段を通過した比較光
ビームを往路と同一の光路上に折り返す第2の反射手段
を備え、上記走査手段が、物体光ビームが上記第1の反
射手段により折り返されて成るその物体光ビームの復路
においてデスキャンを構成するとともに、比較光ビーム
が上記第2の反射手段により折り返されてなるその比較
光ビームの復路においてデスキャンを構成するものであ
ることがさらに好ましい。
In this case, the second beam splitting means of (2_8) may further include an optical plate for splitting the object light beam incident on the sample placement portion into a transmitted light beam and a reflected light beam. . In the above aspect, the scanning means (2_4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam. 2
The comparison light beam split from the object light beam by the beam splitting means is moved in a direction intersecting the optical path of the comparison light beam, and the comparison light beam passing through the scanning means is placed on the same optical path as the outward path. A second reflecting unit that is turned back, wherein the scanning unit forms a descan on the return path of the object light beam obtained by turning the object light beam back by the first reflecting unit; It is further preferable that a descan is formed on the return path of the comparison light beam folded by the reflection means.

【0023】また、上記(2_1)〜(2_7)の構成
要素を備えた本発明の第2の屈折率測定装置において、
上記(2_1)の光源が、互いに交わる方向に偏光する
とともに互いの周波数が異なる所定の低干渉性の2つの
光が重畳されてなる光ビームを出射する光源であって、
上記(2_2)のビーム分割手段が、光源から出射され
た光ビームを、互いに周波数の異なる物体光ビームと参
照光ビームとに分割するとともに、さらに、物体光ビー
ムの周波数と同一の周波数の比較光ビームと参照光ビー
ムの周波数と同一の周波数の第2の参照光ビームとに分
割するものであり、 (2_12)比較光ビームと第2の参照光ビームとを重
畳することにより、第2の干渉光ビームを生成する第2
のビーム重畳手段、および (2_13)第2の干渉光ビームを受光することによ
り、比較光ビームと第2の参照光ビームとの干渉状態を
あらわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段を備え、
上記(2_7)の屈折率演算手段が、走査手段による走
査の間の、上記第2の干渉信号に対する上記第1の干渉
信号の位相変化に基づいて、試料配置部に配置された試
料の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものであること
も好ましい形態である。
Further, in the second refractive index measuring apparatus of the present invention comprising the above components (2_1) to (2_7),
The light source (2_1) is a light source that emits a light beam that is polarized in two directions that intersect with each other and is superimposed with two lights of predetermined low coherence having different frequencies.
The beam splitting means of (2_2) splits the light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam having different frequencies from each other, and furthermore, a comparison light having the same frequency as the frequency of the object light beam. And (2_12) superimposing the comparison light beam and the second reference light beam to form the second interference light beam. Second to generate light beam
And (2_13) second light receiving means for receiving a second interference light beam to obtain a second interference signal indicating an interference state between the comparison light beam and the second reference light beam. Prepared,
The refractive index calculating means according to (2_7), based on a phase change of the first interference signal with respect to the second interference signal during scanning by the scanning means, a refractive index of the sample placed in the sample placement part. It is also a preferable embodiment to obtain the distribution or the refractive index.

【0024】また、この形態においても、上記(2_
4)の走査手段が、試料配置部に配置された試料に入射
する物体光ビームを、その物体光ビームの光路に交わる
方向に移動させるものであり、この屈折率測定装置が、
試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の光路
上に折り返す第1の反射手段を備え、上記走査手段が、
物体光ビームが前記第1の反射手段により折り返されて
なる復路においてデスキャンを構成してなることが好ま
しい。
Also in this embodiment, the above (2_)
The scanning means of 4) moves the object light beam incident on the sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam.
A first reflection unit that turns the object light beam that has passed through the sample placement unit onto the same optical path as the outward path, and the scanning unit includes:
It is preferable that a descan is formed on the return path where the object light beam is turned back by the first reflection means.

【0025】この場合、上記(2_4)の走査手段が、
試料配置部に配置された試料に入射する物体光ビーム
を、その物体光ビームの光路に交わる方向に移動させる
ものであるとともに、上記第2のビーム分割手段により
物体光ビームから分割されてなる比較光ビームをその比
較光ビームの光路に交わる方向に移動するものであり、
上記走査手段を通過した比較光ビームを往路と同一の光
路上に折り返す第2の反射手段を備え、上記走査手段
が、物体光ビームが上記第1の反射手段により折り返さ
れて成るその物体光ビームの復路においてデスキャンを
構成するとともに、比較光ビームが上記第2の反射手段
により折り返されてなるその比較光ビームの復路におい
てデスキャンを構成するものであることもさらに好まし
い形態である。
In this case, the scanning means (2_4) is
The object light beam incident on the sample placed on the sample placement part is moved in a direction intersecting the optical path of the object light beam, and the object light beam is split from the object light beam by the second beam splitting means. Moving the light beam in a direction intersecting the optical path of the comparison light beam,
A second reflecting means for returning the comparative light beam having passed through the scanning means on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means comprises an object light beam obtained by returning the object light beam by the first reflecting means; It is a further preferred embodiment that the descanning is configured on the return path of the above and that the descanning is configured on the return path of the comparison light beam that is folded back by the second reflection means.

【0026】本発明の屈折率測定装置では、所定の低干
渉性光ビームを出射する光源、例えばSLD、LSD等
を備え、その光源から出射される低干渉性光ビームを用
いるため、生体試料のような高散乱媒質中をほぼ直線的
に透過した光のみを、その媒質内で散乱した光から分離
して干渉計測に用いることができる。また、本発明の屈
折率測定装置のうちの第1の屈折率測定装置では、試料
を走査しながら光路長可変手段により光路長を調整し、
干渉信号の位相が一定に保たれる光路長調整量に基づい
て屈折率分布を求めるものであるため、また、本発明の
屈折率測定装置のうちの第2の屈折率測定装置では、試
料を走査しながら干渉信号の位相の変化量を求めるもの
であるため、いずれの場合も、隣接する走査点どうしの
位相の変化がある程度小さい範囲内(例えば、波長λの
1/20以内)となるように走査間隔を定めることによ
り、走査範囲全域で波長の何倍にも及ぶ大きな位相変化
があっても、例えば波長の数分の1以下の高精度で屈折
率分布を求めることができる。したがって屈折率を求め
るにあたっても屈折率を高精度に求めることができる。
The refractive index measuring apparatus of the present invention includes a light source for emitting a predetermined low coherence light beam, for example, an SLD or an LSD, and uses a low coherence light beam emitted from the light source. Only light that has transmitted almost linearly in such a high scattering medium can be separated from light scattered in the medium and used for interference measurement. Further, in the first refractive index measuring device of the refractive index measuring device of the present invention, the optical path length is adjusted by the optical path length varying means while scanning the sample,
Since the refractive index distribution is obtained based on the optical path length adjustment amount in which the phase of the interference signal is kept constant, the second refractive index measuring device of the refractive index measuring device according to the present invention uses a sample. Since the amount of change in the phase of the interference signal is determined while scanning, in any case, the change in the phase between adjacent scanning points is within a small range (for example, within 1/20 of the wavelength λ). By defining the scanning interval, even if there is a large phase change that is many times the wavelength over the entire scanning range, the refractive index distribution can be obtained with high accuracy, for example, a fraction of the wavelength or less. Therefore, the refractive index can be determined with high accuracy even when the refractive index is determined.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。尚、以下では、先ず試料の各部分の相対的な
屈折率分布を求めるための各種光学系を中心に説明し、
その後、その相対的な屈折率分布から試料の絶対的な屈
折率の求め方について説明する。図1は、本発明の屈折
率測定装置の第1実施形態の構成を示すブロック図、図
2は、図1に示す第1実施形態における信号処理部の一
構成例を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below. Hereinafter, first, various optical systems for obtaining the relative refractive index distribution of each part of the sample will be mainly described,
Then, a method of obtaining the absolute refractive index of the sample from the relative refractive index distribution will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the refractive index measuring device of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing one configuration example of a signal processing unit in the first embodiment shown in FIG.

【0028】この第1実施形態はマイケルソン型の干渉
計を採用した例であり、かつ、光学系を静止させたとき
に干渉信号強度が時間的に変化しない、いわゆるホモダ
イン型の例である。低干渉性光源の一種であるSLD
(Super Luminescent Diode)
11から出射した光ビーム11aは、ビームスプリッタ
12により物体光ビーム11bと参照光ビーム11cと
に分割され、物体光ビーム11bは、物体光ビーム11
bの光軸方向(z方向)に対し垂直な、x方向とy方向
との2方向に移動自在なX−Yステージ13上に配置さ
れた被測定用試料10を透過し、反射ミラー14で反射
され、もう一度試料10を透過し、ビームスプリッタ1
2で反射されて受光素子17に向かう。一方、ハーフミ
ラー12で分割されたもう一方の参照光ビーム11c
は、参照光ビーム11cの光軸方向(z方向)に移動自
在なZステージ15に固定された反射ミラー16で反射
されビームスプリッタ12を透過して受光素子17に向
かう。
The first embodiment is an example in which a Michelson-type interferometer is employed, and a so-called homodyne type in which the interference signal intensity does not change with time when the optical system is stopped. SLD, a type of low coherence light source
(Super Luminescent Diode)
The light beam 11a emitted from the light beam 11 is split into an object light beam 11b and a reference light beam 11c by a beam splitter 12, and the object light beam 11b is
The light passes through the sample to be measured 10 placed on an XY stage 13 movable in two directions, x and y, perpendicular to the optical axis direction b (z direction) of b. The reflected light is transmitted through the sample 10 again, and the beam splitter 1
The light is reflected by 2 and goes to the light receiving element 17. On the other hand, the other reference light beam 11c split by the half mirror 12
Is reflected by a reflection mirror 16 fixed to a Z stage 15 movable in the optical axis direction (z direction) of the reference light beam 11c, passes through the beam splitter 12, and travels toward the light receiving element 17.

【0029】このようにして、ビームスプリッタ12か
らは、参照光ビーム11cと、試料10を透過した後の
物体光ビーム11bとが重畳された干渉光ビーム11d
が受光素子17に向かいその受光素子17で受光され
る。尚、本実施形態においては、ビームスプリッタ12
が本発明にいうビーム分割手段とビーム重畳手段との双
方を兼ねている。
In this way, the beam splitter 12 outputs the interference light beam 11d in which the reference light beam 11c and the object light beam 11b transmitted through the sample 10 are superimposed.
Goes to the light receiving element 17 and is received by the light receiving element 17. In the present embodiment, the beam splitter 12
Serve both as a beam splitting means and a beam superimposing means according to the present invention.

【0030】信号処理部18では、図2に示すように、
ローパスフィルタ18_1により高周波ノイズがカット
され、DCアンプ18_2により増幅され、A/D変換
器18_3によりディジタルデータに変換されて、デー
タ処理部19に入力される。データ処理部19では、ス
テージドライバ20を制御してX−Yステージ13をx
方向,y方向に移動させることにより物体光ビーム11
bにより試料10を走査させながら、各走査点の位相零
点が求められる。
In the signal processing section 18, as shown in FIG.
High-frequency noise is cut by the low-pass filter 18_1, amplified by the DC amplifier 18_2, converted into digital data by the A / D converter 18_3, and input to the data processing unit 19. The data processing unit 19 controls the stage driver 20 to set the XY stage 13 to x
The object light beam 11 by moving in the
While scanning the sample 10 by b, the phase zero of each scanning point is obtained.

【0031】図3は、試料10を透過する物体光ビーム
11bの振舞いを示した模式図である。試料10を透過
した物体光には光線aに示すように試料10内であまり
散乱されずに透過した光や、光線bに示すように、試料
10内部で多重散乱した後前方に出射された透過後の物
体光ビーム11bに含まれる光や、さらには、光線cの
ように、散乱された結果物体光ビーム11bから外れて
しまった光が存在する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the behavior of the object light beam 11b passing through the sample 10. The object light transmitted through the sample 10 is light transmitted through the sample 10 without being scattered much as shown by the light ray a, or transmitted light emitted forward after being multiply scattered inside the sample 10 as shown by the light ray b. There is light included in the later object light beam 11b, and further light such as the light ray c that has deviated from the object light beam 11b as a result of being scattered.

【0032】ここでは、光線cは論外とし、光線aのみ
を光線bから区別して検出する必要があり、そのため
に、本実施形態では,光源として、低干渉性の光ビーム
を発するSLD11が採用されている。すなわち、SL
D11から出射した光は可干渉距離が短いため、光線b
のように多重散乱の後、試料透過後の物体光ビーム11
bに混入した光は、干渉には寄与せず、干渉を生じる光
線aのみを信号として抽出することができる。
Here, it is necessary to make the light ray c out of the question and to detect only the light ray a from the light ray b. Therefore, in this embodiment, the SLD 11 which emits a light beam with low coherence is adopted as the light source. ing. That is, SL
Since the light emitted from D11 has a short coherence distance, the light beam b
The object light beam 11 after multiple scattering as shown in FIG.
The light mixed in b does not contribute to the interference, and only the light a that causes the interference can be extracted as a signal.

【0033】図4は、図1に示す第1実施形態における
測定原理説明図である。図4の横軸は、Zステージ15
上の反射ミラー16の位置(右側がビームスプリッタ1
2から遠ざかる方向)、縦軸は干渉信号を示している。
図中の破線は、干渉信号の包絡線である。ここでは、先
ず試料のある一点(測定開始点)に物体光ビーム11b
が照射された状態において、Zステージ15上の反射ミ
ラー16を、その反射ミラー16を移動しても干渉信号
の振幅が変化しない位置(図4の横軸のZ0 の位置)ま
でビームスプリッタ12に近づけ、その後反射ミラー1
6をビームスプリッタ12から遠ざけていく。すると、
干渉信号は、振幅が変化しながらその変化分(包絡線ど
うしの幅)が徐々に大きくなっていく。そこでその変化
分が所定の値At を越えた以降の最初の、その変化分の
中間点(位相零点)(図4の横軸のZlo)に配置する。
データ処理部19では、この位置Zloを記憶しておく。
FIG. 4 is an explanatory view of the measurement principle in the first embodiment shown in FIG. The horizontal axis in FIG.
Position of upper reflecting mirror 16 (right side is beam splitter 1)
2, the vertical axis indicates the interference signal.
The broken line in the figure is the envelope of the interference signal. Here, first, the object light beam 11b is set at one point (measurement start point) of the sample.
In the state but irradiated, the beam splitter 12 to the reflecting mirror 16 on the Z stage 15, the position at which the amplitude does not change in the interference signal even move the reflecting mirror 16 (the position of the Z 0 on the horizontal axis in FIG. 4) And then the reflection mirror 1
6 is moved away from the beam splitter 12. Then
The change (the width between envelopes) of the interference signal gradually increases while the amplitude changes. Therefore the variation is placed in the first after exceeding the predetermined value A t, the midpoint of the change amount (phase zero) (Z lo the horizontal axis in FIG. 4).
The data processing unit 19 stores this position Zlo .

【0034】次に、ステージドライバ20を制御して、
試料10をx方向もしくはy方向に、1走査点間隔分だ
け移動させる。すると、干渉信号は、図4に点線で示す
ように位相がずれる。そこで、Zステージ15を位置Z
loを中心として光ビーム11aの波長λの半分程度(±
λ/4程度)移動させて新たな位相零点Zl1を求める。
データ処理部19では、その新たな位相零点Zl1を記録
する。
Next, the stage driver 20 is controlled to
The sample 10 is moved in the x direction or y direction by one scanning point interval. Then, the phase of the interference signal is shifted as shown by a dotted line in FIG. Therefore, the Z stage 15 is moved to the position Z.
About half of the wavelength λ of the light beam 11a with respect to lo
(approximately λ / 4) to obtain a new phase zero Z 11 .
The data processing unit 19 records the new phase zero Z11 .

【0035】次に、ステージドライバ20を制御して、
試料10を、x方向もしくはy方向に、さらに1走査点
間隔分だけ移動させ、今度はZステージを、位置Zl1
中心として±λ/4程度移動させて新たな位相零点を求
めて記録する。これを繰り返すことにより試料10の各
走査点についての位相零点を求め、データ処理部19で
は、これらの位相零点の分布、すなわち測定開始点を基
準としたときの光路長調整量分布に基づいて、試料10
の、x方向ないしy方向の、あるいはx−y平面内の屈
折率分布が求められる。尚、上記のようにして位相零点
を求めるとともに、各走査点毎に干渉信号の交流成分の
振幅(包絡線どうしの幅)を求め、試料の屈折率分布と
ともに、振幅分布に基づいて試料の透過率分布を求めて
もよい。
Next, the stage driver 20 is controlled to
The sample 10 is further moved in the x direction or y direction by one scanning point interval, and then the Z stage is moved about ± λ / 4 about the position Z l1 to obtain and record a new phase zero. . By repeating this, the phase zero for each scanning point of the sample 10 is obtained, and the data processing unit 19 calculates the phase zero based on the distribution of these phase zeros, that is, the optical path length adjustment amount distribution based on the measurement start point. Sample 10
, The refractive index distribution in the x or y direction or in the xy plane is determined. In addition, the phase zero point is obtained as described above, and the amplitude (width between envelopes) of the AC component of the interference signal is obtained for each scanning point, and the transmission of the sample is determined based on the amplitude distribution along with the refractive index distribution of the sample. The rate distribution may be obtained.

【0036】上記の第1実施形態は、マイケルソン型の
干渉計を採用した例であるが、後の実施形態に示すよう
にマッハツェンダ型の干渉計を採用してもよい。また、
上記実施形態では、試料の各走査点における位相零点を
求めたが、試料の各走査点における干渉信号の、固定さ
れた位置Zl0での位相を求めてもよい。ただし、この場
合、例えば2π変化した位相はもとの位相と同一ではな
く2π変化した位相として取り扱う必要がある。そのよ
うにして位相分布を求めた場合、データ処理部19で
は、その位相分布に基づいて屈折率分布が求められる。
この態様は、本発明の第2の屈折率測定装置の一実施形
態に相当する。
The first embodiment is an example in which a Michelson-type interferometer is employed, but a Mach-Zehnder interferometer may be employed as shown in a later embodiment. Also,
In the above embodiment, the phase zero at each scanning point of the sample is obtained, but the phase of the interference signal at each scanning point of the sample at the fixed position Z10 may be obtained. However, in this case, for example, the phase changed by 2π is not the same as the original phase, and needs to be handled as a phase changed by 2π. When the phase distribution is obtained in this manner, the data processing unit 19 obtains the refractive index distribution based on the phase distribution.
This aspect corresponds to an embodiment of the second refractive index measuring device of the present invention.

【0037】図5は、本発明の屈折率測定装置の第2実
施形態の構成を示すブロック図、図6は、図5に示す第
2実施形態における信号処理部の一構成例を示すブロッ
ク図である。この第2実施形態は、マッハツェンダ型の
干渉計を採用した例であり、かつX−YステージやZス
テージを静止させておいても干渉信号が時間的に繰り返
し変化する、いわゆるヘテロダイン型の例である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the refractive index measuring device of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing an example of a configuration of a signal processing unit in the second embodiment shown in FIG. It is. The second embodiment is an example in which a Mach-Zehnder interferometer is employed, and a so-called heterodyne type in which an interference signal repeatedly changes with time even when an XY stage or a Z stage is stationary. is there.

【0038】SLD11から出射した光ビーム11a
は、ビームスプリッタ12により物体光ビーム11bと
参照光ビーム11cに分割される。物体光ビーム11b
は、音響光学的変調器(AOM)24により周波数シフ
トを受け、ビームスプリッタ26により、その物体光ビ
ーム11bの一部が比較光ビーム11eとして分割され
る。ビームスプリッタ26で反射した物体光ビーム11
bは、Zステージ15に固定された反射ミラー16で反
射され、ビームスプリッタ26を透過し、X−Yステー
ジ13上に配置された、試料10を透過し、ビームスプ
リッタ29を透過し受光素子17に入射する。
Light beam 11a emitted from SLD 11
Is split by the beam splitter 12 into an object light beam 11b and a reference light beam 11c. Object light beam 11b
Is subjected to a frequency shift by an acousto-optic modulator (AOM) 24, and a part of the object light beam 11b is split by a beam splitter 26 as a comparison light beam 11e. Object light beam 11 reflected by beam splitter 26
b is reflected by the reflection mirror 16 fixed to the Z stage 15, passes through the beam splitter 26, passes through the sample 10 disposed on the XY stage 13, passes through the beam splitter 29, and passes through the light receiving element 17 Incident on.

【0039】一方ビームスプリッタ26により物体光ビ
ーム11bから分割した比較光ビーム11eは、ビーム
スプリッタ27を透過し、反射ミラー28で反射され、
ビームスプリッタ30を透過して受光素子31に入射す
る。さらに、ビームスプリッタ12で分割されたもう一
方の参照光ビーム11cは、ビームスプリッタ22で反
射し、反射ミラー23で反射し、ビームスプリッタ22
を透過し、AOM25で周波数シフトを受ける。このA
OM25は、AOM24とは若干異なる周波数の駆動信
号で駆動されており、したがってAOM25で周波数シ
フトを受けた後の参照光ビーム11cはAOM24で周
波数シフトを受けた後の物体光ビーム11bと比べ周波
数が若干異なっている。
On the other hand, the comparison light beam 11e split from the object light beam 11b by the beam splitter 26 passes through the beam splitter 27, is reflected by the reflection mirror 28,
The light passes through the beam splitter 30 and enters the light receiving element 31. Further, the other reference light beam 11c split by the beam splitter 12 is reflected by the beam splitter 22, reflected by the reflection mirror 23, and reflected by the beam splitter 22.
, And undergoes a frequency shift in the AOM 25. This A
The OM 25 is driven by a drive signal having a frequency slightly different from that of the AOM 24. Therefore, the frequency of the reference light beam 11c subjected to the frequency shift by the AOM 25 is lower than that of the object light beam 11b subjected to the frequency shift by the AOM 24. Somewhat different.

【0040】AOM25を経由した参照光ビーム11c
は、ビームスプリッタ29に達し、その参照光ビーム1
1cの一部が第2の参照光ビーム11fとして分割され
る。ビームスプリッタ29で反射した参照光ビーム11
cは、物体光ビーム29と重畳されて第1の干渉光ビー
ム11dを形成し、その第1の干渉光ビーム11dが受
光素子17に入射して受光され、第1の干渉信号が生成
される。この第1の干渉信号は信号処理部18に入力さ
れる。
The reference light beam 11c having passed through the AOM 25
Reaches the beam splitter 29 and its reference light beam 1
Part of 1c is split as the second reference light beam 11f. Reference light beam 11 reflected by beam splitter 29
c forms a first interference light beam 11d by being superimposed on the object light beam 29, and the first interference light beam 11d enters the light receiving element 17 and is received to generate a first interference signal. . This first interference signal is input to the signal processing unit 18.

【0041】また、ビームスプリッタ29により参照光
ビーム11cから分割された第2の参照光ビームは、ビ
ームスプリッタ30で反射され比較光ビーム11eと重
畳されて第2の干渉光ビーム11gを生成し、その第2
の干渉光ビーム11gが受光素子31に入射して受光さ
れ、第2の干渉信号が生成される。この第2の干渉信号
も信号処理部18に入力される。
The second reference light beam split from the reference light beam 11c by the beam splitter 29 is reflected by the beam splitter 30 and superimposed on the comparison light beam 11e to generate a second interference light beam 11g. The second
Is incident on the light receiving element 31 and is received, and a second interference signal is generated. This second interference signal is also input to the signal processing unit 18.

【0042】信号処理部18では、以下に説明するよう
にして、第2の干渉信号に対する第1の干渉信号の位相
および振幅が求められる。図6に示すプリアンプ18_
1,18_5には、それぞれ、受光素子17,31で得
られた第1の干渉信号,第2の干渉信号が入力されて増
幅され、さらに各バンドパスフィルタ18_2,18_
6により、AOM24とAOM25の各駆動信号の周波
数どうしの差分に相当する周波数成分のみが抽出され
る。
In the signal processing section 18, the phase and the amplitude of the first interference signal with respect to the second interference signal are obtained as described below. Preamplifier 18_ shown in FIG.
The first interference signal and the second interference signal obtained by the light receiving elements 17 and 31 are input to and amplified by the light-receiving elements 17 and 31, respectively.
6, only the frequency components corresponding to the difference between the frequencies of the drive signals of the AOM 24 and the AOM 25 are extracted.

【0043】バンドパスフィルタ18_2の出力は、各
乗算器18_3,18_4に入力され、バンドパスフィ
ルタ18_6の出力は乗算器18_4に入力されるとと
もに、その信号の位相をπ/2だけ進めるπ/2移相器
18_7を経由した後乗算器18_3に入力される。各
乗算器18_3,18_4の出力は、各ローパスフィル
タ18_8,18_10に入力されて不要な高周波成分
がカットされる。すると、これらの各ローパスフィルタ
18_8,18_10の出力は、第2の干渉信号の振幅
に対する第1の干渉信号の振幅の比率をA、第2の干渉
信号の位相に対する第1の干渉信号の位相をθとしたと
き、それぞれAsinθ,Acosθに比例した信号と
なる。
The output of the band-pass filter 18_2 is input to each of the multipliers 18_3 and 18_4. The output of the band-pass filter 18_6 is input to the multiplier 18_4, and the phase of the signal is advanced by π / 2. After passing through the phase shifter 18_7, it is input to the multiplier 18_3. The outputs of the multipliers 18_3 and 18_4 are input to the low-pass filters 18_8 and 18_10, and unnecessary high-frequency components are cut. Then, the output of each of these low-pass filters 18_8 and 18_10 indicates the ratio of the amplitude of the first interference signal to the amplitude of the second interference signal as A, and the phase of the first interference signal with respect to the phase of the second interference signal. When θ is set, the signals are proportional to Asin θ and Acos θ, respectively.

【0044】これら各ローパスフィルタ18_8,18
_10の出力は、それぞれA/D変換器18_9,18
_11によりディジタルデータに変換されて、ディジタ
ル演算器18_12に入力され、ディジタル演算器18
_12では、振幅Aと位相θが求められる。図7は、図
5に示す第2実施形態における測定原理説明図である。
Each of these low-pass filters 18_8, 18
_10 are output from A / D converters 18_9, 18
_11, is converted into digital data, input to the digital operation unit 18_12,
In _12, the amplitude A and the phase θ are obtained. FIG. 7 is an explanatory view of the measurement principle in the second embodiment shown in FIG.

【0045】図7の横軸は、Zステージ15上の反射ミ
ラー16の位置(右側がビームスプリッタ26から遠ざ
かる方向)、縦軸は、干渉信号の振幅(上述した第2の
干渉信号の振幅に対する第1の干渉信号の振幅の比)A
と、位相(第2の干渉信号の位相に対する第1の干渉信
号の位相)θを示している。ここでは、前述した第1実
施形態の場合と同様にして、先ず、試料のある1点(測
定開始点)に物体光ビーム11bが照射された状態にお
いて、Zステージ15上の反射ミラー16を移動させて
振幅Aが十分小さい位置(図7の横軸のZ0の位置)ま
でビームスプリッタ26に近づけ、その後反射ミラー1
6をビームスプリッタ26から遠ざけていく。すると、
振幅が徐々に大きくなっていく。そこで、その振幅Aが
所定の値At に達した点以降の最初の位相ゼロ点(θ=
0の点)zl0に反射ミラー16を配置する。データ処理
部19では、この位置Zl0、およびその位置Zl0での振
幅A0 を記憶しておく。
The horizontal axis in FIG. 7 is the position of the reflection mirror 16 on the Z stage 15 (the right side is away from the beam splitter 26), and the vertical axis is the amplitude of the interference signal (relative to the amplitude of the above-mentioned second interference signal). Ratio of amplitude of first interference signal) A
And the phase (the phase of the first interference signal with respect to the phase of the second interference signal) θ. Here, similarly to the case of the first embodiment described above, first, the reflecting mirror 16 on the Z stage 15 is moved while a certain point (measurement start point) of the sample is irradiated with the object light beam 11b. Then, the beam A is brought close to the beam splitter 26 to a position where the amplitude A is sufficiently small (the position of Z 0 on the horizontal axis in FIG. 7).
6 is moved away from the beam splitter 26. Then
The amplitude gradually increases. Therefore, the initial phase zero of the amplitude A later point reaches a predetermined value A t (theta =
The reflection mirror 16 is arranged at (point 0) z 10 . The data processing unit 19 stores the amplitude A 0 at this position Z l0, and its position Z l0.

【0046】次に、ステージドライバ20を制御して、
試料10をx方向もしくはy方向に、1走査点間隔分だ
け移動させる。すると図に点線で示すように位相θがず
れる。そこでZステージ15を、新たな位相零点の位置
l1に移動させる、データ処理部19では、その新たな
位置Zl1およびその新たな位置Zl1における振幅A1
記憶する。
Next, the stage driver 20 is controlled to
The sample 10 is moved in the x direction or y direction by one scanning point interval. Then, the phase θ shifts as shown by the dotted line in the figure. Therefore, the data processing unit 19 that moves the Z stage 15 to the new phase zero position Z 11 stores the new position Z 11 and the amplitude A 1 at the new position Z 11 .

【0047】次に、ステージドライバ20を制御して、
試料10を、x方向もしくはy方向に、さらに1走査点
間隔分だけ移動させ、上記と同様にしてZステージ15
を新たな位相零点に移動させる。これを繰り返すことに
より、試料10の各走査点についての位相零点と振幅を
求め、データ処理部19では、位相零点の分布、すなわ
ち測定開始点でのZステージ15の位置を基準としたと
きの光路長調整量分布に基づいて試料10の屈折率分布
が求められ、振幅分布に基づいて、試料10の透過率分
布が求められる。
Next, by controlling the stage driver 20,
The sample 10 is moved in the x direction or y direction by one scanning point interval, and the Z stage 15 is moved in the same manner as described above.
To a new phase zero. By repeating this, the phase zero and the amplitude for each scanning point of the sample 10 are obtained, and the data processing unit 19 determines the distribution of the phase zero, that is, the optical path based on the position of the Z stage 15 at the measurement start point. The refractive index distribution of the sample 10 is obtained based on the length adjustment amount distribution, and the transmittance distribution of the sample 10 is obtained based on the amplitude distribution.

【0048】図8は、図5に示す第2実施形態のもう1
つの測定方法の説明図である。この場合も、上記と同様
にして、先ず、試料のある1点(測定開始点)に物体光
ビーム11bが照射された状態において、Zステージ1
5上の反射ミラー16を移動させて振幅Aが十分小さい
位置Z0 までビームスプリッタ26に近づけ、その後、
反射ミラー16をビームスプリッタ26から遠ざけ、振
幅Aが所定の値At に達した点以降の最初の位相零点
(θ=0の点)Zl0に反射ミラー16を配置する。ここ
までは、図7を参照して説明した測定方法と同様である
が、この測定方法では、反射ミラー16は、以後固定し
たまま移動させない。その状態でX−Yステージ13を
移動すると振幅Aおよび位相θが変化する。振幅Aはそ
のまま記録される。位相θは、図7(a)に示すように
π近傍から−π近傍、あるいは−π近傍からπ近傍への
遷移があったか否かをモニタしておき、図8(b)に示
すように、π近傍から−π近傍への遷移が生じる毎に2
πが加算され、−π近傍からπ近傍への遷移が生じる毎
に−2πが加算される。これにより、図8(c)に示す
ように、光ビームの波長分の位相変化のある試料10の
位相分布が求められ、その位相分布に基づいてその試料
10の屈折率分布が求められる。
FIG. 8 shows another example of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of one measurement method. Also in this case, similarly to the above, first, in a state where one point (measurement start point) of the sample is irradiated with the object light beam 11b, the Z stage 1
5 is moved close to the beam splitter 26 to a position Z 0 where the amplitude A is sufficiently small.
Away the reflecting mirror 16 from the beam splitter 26, the amplitude A is disposed a predetermined (point theta = 0) value first phase zero after the point has been reached A t reflected Z l0 mirror 16. Up to this point, the measurement method is the same as the measurement method described with reference to FIG. 7, but in this measurement method, the reflecting mirror 16 is not moved while being fixed thereafter. When the XY stage 13 is moved in this state, the amplitude A and the phase θ change. The amplitude A is recorded as it is. The phase θ is monitored as to whether there is a transition from near π to near −π or from near −π to near π as shown in FIG. 7A, and as shown in FIG. 2 for every transition from near π to near −π
π is added, and −2π is added each time a transition from near −π to near π occurs. Thus, as shown in FIG. 8C, the phase distribution of the sample 10 having a phase change corresponding to the wavelength of the light beam is obtained, and the refractive index distribution of the sample 10 is obtained based on the phase distribution.

【0049】図9は、本発明の屈折率測定装置の第3実
施形態の構成を示すブロック図である。図5に示す第2
実施形態との相違点について説明する。この図9に示す
第3実施形態には、図5に示す第2の実施形態と比べ、
比較光ビーム用の光路や第2の参照光ビーム用の光路は
備えられておらず、したがって基準となるべき第2の干
渉信号は生成されない。それに代わり、この第3実施形
態では、明示的に示したAOMドライバ32から、2つ
のAOM24,25の各駆動信号の周波数f1 ,f2
うしの差周波数Δf=f1 −f2 の信号が信号処理部1
8に入力される。あるいは、各周波数f1 ,f2 の信号
双方を信号処理部18に入力して信号処理部18の内部
でΔf=f1 −f2 の信号を生成してもよい。信号処理
部18では、この差の周波数Δfの信号を、受光素子1
6で得られた干渉信号の振幅および位相の基準として用
いている。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the refractive index measuring apparatus according to the present invention. The second shown in FIG.
The differences from the embodiment will be described. The third embodiment shown in FIG. 9 differs from the second embodiment shown in FIG.
No optical path for the comparison light beam or an optical path for the second reference light beam is provided, so that no second interference signal to be used as a reference is generated. Instead, in the third embodiment, the signal of the difference frequency Δf = f 1 −f 2 between the frequencies f 1 and f 2 of the drive signals of the two AOMs 24 and 25 is output from the explicitly illustrated AOM driver 32. Signal processing unit 1
8 is input. Alternatively, both signals of the frequencies f 1 and f 2 may be input to the signal processing unit 18 to generate a signal of Δf = f 1 −f 2 inside the signal processing unit 18. The signal processing unit 18 converts the signal of the frequency Δf of the difference into the light receiving element 1
6 is used as a reference for the amplitude and phase of the interference signal obtained.

【0050】図10は、本発明の屈折率測定装置の第4
実施形態の構成を示すブロック図である。図9に示す第
3実施形態との相違点について説明する。図10に示す
第4実施形態は、図9に示す第3実施形態と比べ、物体
光ビーム11bの光路上のAOMが省かれている。ヘロ
ダイン方式においては物体光ビームの周波数と参照光ビ
ームの周波数を相対的に異ならせる必要があるが、相対
的に異なっていればよいのであって、AOMは、物体光
ビーム11bの光路と参照光ビーム11cの光路との双
方に備える必要はなく、一方の光路(図10の例では参
照光ビーム11cの光路)にのみ備えてもよい。
FIG. 10 shows a fourth example of the refractive index measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the embodiment. The difference from the third embodiment shown in FIG. 9 will be described. The fourth embodiment shown in FIG. 10 is different from the third embodiment shown in FIG. 9 in that AOM on the optical path of the object light beam 11b is omitted. In the herodyne method, the frequency of the object light beam and the frequency of the reference light beam need to be relatively different, but it is sufficient if they are relatively different. The AOM is based on the optical path of the object light beam 11b and the reference light beam. It is not necessary to provide both in the optical path of the beam 11c, and it may be provided in only one optical path (in the example of FIG. 10, the optical path of the reference light beam 11c).

【0051】但し、このときには、AOM25を駆動す
る駆動信号の周波数fがそのまま、受光素子17で得ら
れる干渉信号の周波数となるため、信号処理部18で極
端に高周波の信号を処理する必要をなくすために、AO
M25を駆動する駆動信号はできるだけ周波数の低い信
号であることが望ましい。図10に示す第4実施形態で
は、その駆動信号の周波数fと同じ周波数の信号が信号
処理部18に入力され、受光素子17で得られた干渉信
号の振幅および位相の基準として用いられる。
However, at this time, since the frequency f of the drive signal for driving the AOM 25 becomes the frequency of the interference signal obtained by the light receiving element 17, the signal processing unit 18 does not need to process an extremely high frequency signal. AO
It is desirable that the drive signal for driving M25 is a signal with a frequency as low as possible. In the fourth embodiment shown in FIG. 10, a signal having the same frequency as the frequency f of the drive signal is input to the signal processing unit 18 and used as a reference for the amplitude and phase of the interference signal obtained by the light receiving element 17.

【0052】図11は、本発明の屈折率測定装置の第5
実施形態の構成を示すブロック図である。この図11に
示す第5実施形態以降の各実施形態は光学系の構成に特
徴を有する実施形態であるため、信号処理系のブロック
は図示を省略する。これまでの各実施形態は、試料が配
置されるX−Yステージを備え、そのX−Yステージを
移動することによって、その試料の走査を行なう実施形
態であるが、この図11に示す第5実施形態は、物体光
ビームの方を動かすことにより試料を走査する実施形態
である。
FIG. 11 shows a fifth embodiment of the refractive index measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the embodiment. Each of the fifth and subsequent embodiments shown in FIG. 11 is an embodiment having a feature in the configuration of the optical system, and therefore, the block of the signal processing system is not shown. Each of the embodiments described so far includes an XY stage on which a sample is placed, and scans the sample by moving the XY stage. The fifth embodiment shown in FIG. The embodiment is an embodiment in which the sample is scanned by moving the object light beam.

【0053】SLD11から出射した光ビーム11a
は、ビームスプリッタ12により物体光ビーム11bと
参照光ビーム11cとに分割される。物体光ビーム11
bは、AOM24により周波数シフトを受け、ビームス
プリッタ26により、その物体光ビーム11bの一部が
比較光ビーム11eとして分割される。ビームスプリッ
タ26で反射した物体光ビーム11bは、物体光ビーム
11bを、その物体光ビーム11bの光軸方向(z方
向)に垂直なx方向に偏向させる、例えばガルバノメー
タミラーあるいはポリゴンミラー等で構成されたx軸ス
キャナ35、および物体光11bをz方向およびx方向
の双方に垂直なy方向に偏向させる、やはりガルバノメ
ータミラーやあるいはポリゴンミラー等で構成されたy
軸スキャナ36を経由して試料10に入射する。これに
より、試料10はx方向およびy方向に走査される。試
料10に透過した物体光ビーム11bはZ軸ステージ1
5に固定された反射ミラー16により反射され、試料1
0を再度透過し、往路と同一の光路を経由してビームス
プリッタ26に至る。すなわち、この物体光ビーム11
bの復路ではx軸スキャナ35、y軸スキャナ36によ
る物体光ビームの偏向に拘らず、往路と同一の光路を通
って戻る、いわゆるデスキャンが構成されている。
Light beam 11a emitted from SLD 11
Is split by the beam splitter 12 into an object light beam 11b and a reference light beam 11c. Object light beam 11
b is frequency-shifted by the AOM 24, and a part of the object light beam 11b is split by the beam splitter 26 as a comparison light beam 11e. The object light beam 11b reflected by the beam splitter 26 deflects the object light beam 11b in the x direction perpendicular to the optical axis direction (z direction) of the object light beam 11b, for example, a galvanometer mirror or a polygon mirror. The x-axis scanner 35 deflects the object light 11b in the y-direction perpendicular to both the z-direction and the x-direction, and also includes a galvanometer mirror or a polygon mirror.
The light enters the sample 10 via the axis scanner 36. Thus, the sample 10 is scanned in the x direction and the y direction. The object light beam 11b transmitted through the sample 10 is
The sample 1 is reflected by the reflecting mirror 16 fixed to
0 is transmitted again, and reaches the beam splitter 26 via the same optical path as the outward path. That is, this object light beam 11
In the return path b, a so-called descan is configured, in which the light returns through the same optical path as the outward path regardless of the deflection of the object light beam by the x-axis scanner 35 and the y-axis scanner 36.

【0054】ビームスプリッタ26に戻った物体光ビー
ム11bは、そのビームスプリッタ26を透過し、さら
にビームスプリッタ29を透過して受光素子17に達す
る。一方、ビームスプリッタ26により物体光ビーム1
1bから分離した比較光ビーム11eには、全反射プリ
ズム37で折り返され、反射ミラー38で反射され、ビ
ームスプリッタ30を透過して受光素子31に入射され
る。
The object light beam 11b returned to the beam splitter 26 passes through the beam splitter 26, further passes through the beam splitter 29, and reaches the light receiving element 17. On the other hand, the object light beam 1 is
The comparison light beam 11e separated from 1b is reflected by the total reflection prism 37, reflected by the reflection mirror 38, transmitted through the beam splitter 30, and enters the light receiving element 31.

【0055】さらに、ビームスプリッタ12で分割され
たもう一方の参照光ビーム11cは全反射プリズム33
で折り返され、反射ミラー34で反射され、AOM25
により周波数シフトを受け、ビームスプリッタ29に達
する。ビームスプリッタ29では、その参照光ビーム1
1cの一部が第2の参照光ビーム11fとして分割され
る。ビームスプリッタ29で反射した参照光ビーム11
cは、試料10を透過した物体光ビーム11bと重畳さ
れて第1の干渉光ビーム11dを形成し、その第1の干
渉光ビーム11dが受光素子17に入射して受光され、
第1の干渉信号が生成される。この第1の干渉信号は、
図示しない信号処理部(例えば図5に示す信号処理部1
8を参照)に入力される。
Further, the other reference light beam 11c split by the beam splitter 12 is
And reflected by the reflection mirror 34, and the AOM 25
, And reaches the beam splitter 29. In the beam splitter 29, the reference light beam 1
Part of 1c is split as the second reference light beam 11f. Reference light beam 11 reflected by beam splitter 29
c is superimposed on the object light beam 11b transmitted through the sample 10 to form a first interference light beam 11d, and the first interference light beam 11d enters the light receiving element 17 and is received,
A first interference signal is generated. This first interference signal is
A signal processing unit (not shown) (for example, the signal processing unit 1 shown in FIG. 5)
8).

【0056】また、ビームスプリッタ29により参照光
ビーム11cから分割された第2の参照光ビーム11f
は、ビームスプリッタ30を透過した比較光ビーム11
eと重畳されて第2の干渉光ビーム11gを生成し、そ
の第2の干渉光ビーム11gが受光素子31に入射して
受光され、第2の干渉信号が生成される。この第2の干
渉信号も信号処理部に入力される。
The second reference light beam 11f split from the reference light beam 11c by the beam splitter 29.
Is the comparison light beam 11 transmitted through the beam splitter 30
A second interference light beam 11g is generated by being superimposed on e, and the second interference light beam 11g is incident on the light receiving element 31 and received, and a second interference signal is generated. This second interference signal is also input to the signal processing unit.

【0057】この図11に示す第5実施形態のように物
体光ビームを偏向させることにより試料10を走査する
と、高速な走査が可能となる。図12は、本発明の屈折
率測定装置の第6実施形態の構成を示すブロック図であ
る。図11に示す第5実施形態との相違点について説明
する。この図12に示す第6実施形態では、ビームスプ
リッタ26では物体光ビーム11bから比較光ビーム1
1eは分割されず、x軸スキャナ35およびy軸スキャ
ナ36で偏向された後の物体光ビーム11bの一部が光
学板39で反射され、この光学板で反射された光が比較
光ビーム11eとして用いられる。光学板39で反射さ
れた物体光ビームも試料を透過して反射ミラー16で反
射された物体光ビームも、往路と同一の光路を通ってビ
ームスプリッタ26に戻り、そのビームスプリッタ26
を透過し、ビームスプリッタ40でその物体光ビーム1
1bの一部が比較光ビーム11eとして分割される。
When the sample 10 is scanned by deflecting the object light beam as in the fifth embodiment shown in FIG. 11, high-speed scanning becomes possible. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention. The differences from the fifth embodiment shown in FIG. 11 will be described. In the sixth embodiment shown in FIG. 12, the beam splitter 26 converts the comparison light beam 1 from the object light beam 11b.
1e is not divided, a part of the object light beam 11b deflected by the x-axis scanner 35 and the y-axis scanner 36 is reflected by the optical plate 39, and the light reflected by this optical plate is used as a comparison light beam 11e. Used. Both the object light beam reflected by the optical plate 39 and the object light beam transmitted through the sample and reflected by the reflection mirror 16 return to the beam splitter 26 through the same optical path as the outward path, and the beam splitter 26
And the beam splitter 40 transmits the object light beam 1
A part of 1b is split as a comparison light beam 11e.

【0058】このビームスプリッタ40で物体光ビーム
11bから分割された比較光ビーム11eには、光学板
39で反射した物体光のみでなく試料10を透過し反射
ミラー16で反射した物体光も含まれているが、比較光
ビーム11eの光路長を適切に調整することにより、光
学板39で反射した光のみを干渉に寄与させることがで
きる。また、ビームスプリッタ40を透過した物体光ビ
ーム11bについても同様であり、ビームスプリッタ4
0を透過した物体光ビーム11bにも、光学板19で反
射した物体光も含まれるが、試料10を透過し反射ミラ
ー16で反射した物体光のみを干渉に寄与させることが
できる。
The comparison light beam 11 e split from the object light beam 11 b by the beam splitter 40 includes not only the object light reflected by the optical plate 39 but also the object light transmitted through the sample 10 and reflected by the reflection mirror 16. However, by appropriately adjusting the optical path length of the comparison light beam 11e, only light reflected by the optical plate 39 can contribute to interference. The same applies to the object light beam 11b transmitted through the beam splitter 40.
Although the object light beam 11b that has passed through 0 includes the object light reflected by the optical plate 19, only the object light that has passed through the sample 10 and has been reflected by the reflection mirror 16 can contribute to interference.

【0059】ここで、図12に示すように、物体光ビー
ム11bが試料10を透過した後反射ミラー16で反射
され再び試料10を透過して戻る場合の、物体光ビーム
の振舞いについて説明する。図13は、試料10を透過
する物体光ビーム11bの振舞いを示した模式図であ
る。
Here, as shown in FIG. 12, the behavior of the object light beam when the object light beam 11b transmits through the sample 10 and is reflected by the reflection mirror 16 and again passes through the sample 10 will be described. FIG. 13 is a schematic diagram showing the behavior of the object light beam 11b passing through the sample 10.

【0060】ここでは、説明の都合上、極めて短い物体
光のパルスビームが試料10に照射されたものとし、そ
の場合の反射物体光の強度の時間的変化を図13(B)
に示す。先ず図13(a)の光線aに示すように、光学
板39で反射した光が最初に反射光として観察される。
次に試料10を入れたケースの表面10Aで反射した光
線bが観察され、その後、しばらくの間試料10内で多
重反射して戻ってきた光cが続く。その後、試料10で
ほとんど散乱されずに透過した反射ミラー16で反射さ
れ、試料10を再びほとんど散乱されずに透過した光d
が観測され、その後、往路で散乱し反射ミラー16で反
射して戻ってきた光、あるいは反射ミラー16で反射し
た後の復路で散乱された光eが観察される。
Here, for the sake of explanation, it is assumed that an extremely short pulse beam of the object light is applied to the sample 10, and the temporal change of the intensity of the reflected object light in that case is shown in FIG.
Shown in First, as shown by a ray a in FIG. 13A, light reflected by the optical plate 39 is first observed as reflected light.
Next, the light beam b reflected on the surface 10A of the case in which the sample 10 is placed is observed, and thereafter, the light c that has been reflected multiple times within the sample 10 and returned has continued. Thereafter, the light d that is reflected by the reflecting mirror 16 that is transmitted through the sample 10 without being scattered, and that is transmitted through the sample 10 again without being scattered.
Then, the light scattered on the outward path and reflected by the reflection mirror 16 and returned, or the light e scattered on the return path after reflection on the reflection mirror 16 is observed.

【0061】ここで、光aは、前述したように比較光と
して用いられ、物体光としては、光b〜光eのうち、光
dのみが抽出される。したがって光cと光dとが重なら
ないように、図12に示す試料10と反射ミラー16と
の間の距離はある程度以上の長い距離にしておく必要が
ある。図14は、本発明の屈折率測定装置の第7実施形
態の構成を示すブロック図である。図11に示す第5実
施形態との相違点について説明する。
Here, the light a is used as the comparison light as described above, and only the light d among the light b to the light e is extracted as the object light. Therefore, the distance between the sample 10 and the reflection mirror 16 shown in FIG. 12 needs to be longer than a certain distance so that the light c and the light d do not overlap. FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the seventh embodiment of the refractive index measuring device of the present invention. The differences from the fifth embodiment shown in FIG. 11 will be described.

【0062】ビームスプリッタ26で物体光ビーム11
bから分割された比較光ビーム11eは、光を一方向に
のみ伝播させるオプティカルダイオード41を経由し、
ビームスプリッタ42で反射され、x軸スキャナ35,
y軸スキャナ36により、物体光ビーム11bとともに
偏向され、反射ミラー43で反射されて往路と同一の光
路を経て再びビームスプリッタ42に戻る。この場合、
x軸スキャナ35,y軸スキャナ36は、物体光ビーム
11bと比較光ビーム11eの復路において、それら物
体光ビーム11bと比較光ビーム11eとの双方につい
てデスキャンを構成している。
The object light beam 11 is output from the beam splitter 26.
The comparison light beam 11e split from b passes through an optical diode 41 that propagates light only in one direction,
The x-axis scanner 35, which is reflected by the beam splitter 42,
The light is deflected by the y-axis scanner 36 together with the object light beam 11b, reflected by the reflection mirror 43, and returns to the beam splitter 42 again through the same optical path as the outward path. in this case,
The x-axis scanner 35 and the y-axis scanner 36 descan both the object light beam 11b and the comparison light beam 11e on the return path of the object light beam 11b and the comparison light beam 11e.

【0063】ビームスプリッタ42に戻った比較光ビー
ム11eはビームスプリッタ42を透過しビームスプリ
ッタ30により第2の参照光11fと重畳され第2の干
渉光ビーム11gとして受光素子31に入射する。この
第7実施形態では、物体光ビームの光路内にx軸スキャ
ナ35およびy軸スキャナ36が含まれるとともに、比
較光ビームの光路内にも同一のx軸スキャナ35および
y軸スキャナ36が含まれるため、より安定した信号を
得ることができる。
The comparison light beam 11e returned to the beam splitter 42 passes through the beam splitter 42, is superimposed on the second reference light 11f by the beam splitter 30, and enters the light receiving element 31 as a second interference light beam 11g. In the seventh embodiment, the x-axis scanner 35 and the y-axis scanner 36 are included in the optical path of the object light beam, and the same x-axis scanner 35 and y-axis scanner 36 are also included in the optical path of the comparison light beam. Therefore, a more stable signal can be obtained.

【0064】図15は、本発明の屈折率測定装置の第8
実施形態の構成を示すブロックである。この図15に示
す第8実施形態では、光源50として、互いに交わる方
向にそれぞれ偏光するとともに互いの周波数が異なる所
定の低干渉性の2つの光が重畳されてなる光ビーム50
aを出射する光源(以下、「2周波直交偏光光源」と称
する)が用いられる。
FIG. 15 shows an eighth embodiment of the refractive index measuring apparatus according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a configuration of the embodiment. In the eighth embodiment shown in FIG. 15, as a light source 50, a light beam 50 is formed by superimposing two predetermined low-coherence lights that are polarized in mutually intersecting directions and have different frequencies.
A light source that emits a (hereinafter, referred to as a “two-frequency orthogonally polarized light source”) is used.

【0065】図16は、図15に示す光源50の一構成
例を示すブロック図である。この光源50には、SLD
501が備えられており、このSLD501から出射し
た光ビーム501aが偏光ビームスプリッタ502によ
り互いに直交する偏光成分からなる2本の光ビーム50
1b,501cに分割される。これら2本の光ビーム5
01b,501cは、それぞれAOM503,504に
より、互いに異なる周波数シフト量だけ周波数シフトを
受けた後、偏光ビームスプリッタ505により重畳さ
れ、1本の光ビーム50aとして光源50から出射され
る。図15に示す第8実施形態では、例えば図16に示
す要素がモジュール化されてなる光源50が用いられ
る。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of the light source 50 shown in FIG. The light source 50 includes an SLD
The polarization beam splitter 502 converts a light beam 501a emitted from the SLD 501 into two light beams 50 having polarization components orthogonal to each other.
1b and 501c. These two light beams 5
01b and 501c undergo frequency shifts different from each other by the AOMs 503 and 504, respectively, are superimposed by the polarization beam splitter 505, and are emitted from the light source 50 as one light beam 50a. In the eighth embodiment shown in FIG. 15, for example, a light source 50 in which the elements shown in FIG. 16 are modularized is used.

【0066】尚、光源50は、図16に示す構造のもの
に限られるものではなく、要するに互いに交わる方向に
それぞれ偏光すると共に互いの周波数が異なる低干渉性
の2つの光が重畳されてなる光ビームを出射する光源で
あればよい。図15に戻って第8実施形態についての説
明を続行する。光源50から出射した光ビーム50a
は、ビームスプリッタ51により一部が強度的に分割さ
れて反射され、方位45°に配置された検光子58を経
由することによりS偏光成分とP偏光成分とが干渉した
干渉光が生成され、受光素子31で受光される。
The light source 50 is not limited to the light source having the structure shown in FIG. 16. In short, the light source 50 is a light obtained by superimposing two low-interfering light beams which are polarized in mutually intersecting directions and have different frequencies. Any light source that emits a beam may be used. Returning to FIG. 15, the description of the eighth embodiment will be continued. Light beam 50a emitted from light source 50
Is partially split by the beam splitter 51 in intensity and reflected, and passes through an analyzer 58 arranged at an azimuth of 45 ° to generate interference light in which an S-polarized component and a P-polarized component interfere with each other, The light is received by the light receiving element 31.

【0067】一方ビームスプリッタ51を透過した光ビ
ーム50aは、偏光ビームスプリッタ52により、物体
光ビーム11bと参照光ビーム11cとに分離される。
ここでは、物体光ビーム11bと参照光ビーム11cは
互いに周波数の異なった光であり、かつ互いに直交する
方向に偏光した光である。物体光ビーム11bは、Zス
テージ15に固定された全反射プリズム54によりその
光路が折り返され、X−Yステージ13上に置かれた試
料10を透過して偏光ビームスプリッタ52に戻る。
On the other hand, the light beam 50a transmitted through the beam splitter 51 is split by the polarizing beam splitter 52 into an object light beam 11b and a reference light beam 11c.
Here, the object light beam 11b and the reference light beam 11c are lights having different frequencies from each other, and are lights polarized in directions orthogonal to each other. The optical path of the object light beam 11 b is turned back by the total reflection prism 54 fixed to the Z stage 15, passes through the sample 10 placed on the XY stage 13, and returns to the polarization beam splitter 52.

【0068】一方、偏光ビームスプリッタ52から出射
した参照光ビーム11cは、全反射プリズム55でその
光路を折り返して偏光ビームスプリッタ52に戻る。偏
光ビームスプリッタ52に戻った物体光ビーム11bお
よび参照光ビーム11cは、互いに重畳されてこの偏光
ビームスプリッタ52から出射され、反射ミラー56で
反射し、方位45°に配置された検光子57を経由して
互いに干渉し、受光素子17で受光されて干渉信号が生
成される。
On the other hand, the reference light beam 11c emitted from the polarizing beam splitter 52 returns its optical path by the total reflection prism 55 and returns to the polarizing beam splitter 52. The object light beam 11b and the reference light beam 11c that have returned to the polarization beam splitter 52 are superimposed on each other, emitted from the polarization beam splitter 52, reflected by the reflection mirror 56, and passed through an analyzer 57 arranged at an azimuth of 45 °. Then, they interfere with each other and are received by the light receiving element 17 to generate an interference signal.

【0069】この第8実施形態に示すように、2周波直
交偏光光源を用い、偏光ビームスプリッタと組み合わせ
ることにより、光学系を簡単化することができる。図1
7は、本発明の屈折率測定装置の第9実施形態の構成を
示すブロック図である。2周波直交偏光光源50から出
射した光ビーム50aは、ケスタプリズム59により強
度的に2本の光ビーム50b,50cに分割されて偏光
ビームスプリッタ52に入射する。光ビーム50bは偏
光ビームスプリッタ52により、その偏光方向に応じ
て、物体光ビーム11bと参照光ビーム11cに分割さ
れ、光ビーム50cは偏光ビームスプリッタ52によ
り、その偏光方向に応じて、比較光ビーム11eと第2
の参照光ビーム11fとに分割される。
As shown in the eighth embodiment, the optical system can be simplified by using a two-frequency orthogonally polarized light source and combining it with a polarizing beam splitter. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a ninth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention. The light beam 50a emitted from the two-frequency orthogonally polarized light source 50 is intensity-divided into two light beams 50b and 50c by the Kester prism 59 and enters the polarization beam splitter 52. The light beam 50b is split by the polarization beam splitter 52 into an object light beam 11b and a reference light beam 11c according to its polarization direction, and the light beam 50c is split by the polarization beam splitter 52 into a comparison light beam according to its polarization direction. 11e and 2nd
And the reference light beam 11f.

【0070】偏光ビームスプリッタ52から出射した物
体光ビーム11bおよび比較光ビーム11eは、λ/4
板60を経過した後、x軸スキャナ35に入射する。図
17のx軸スキャナ35よりも右側の部分の光学系は、
図14に示すx軸スキャナ35よりも下側の部分の光学
系と同様であり、ここでは重複説明は省略する。各反射
ミラー16,43で反射して戻ってきた物体光ビーム1
1bおよび比較光ビーム11fは、再びλ/4板60を
経由することにより、偏光ビームスプリッタ52から出
射したときの偏光状態と比べ90°回転した偏光状態で
偏光ビームスプリッタ52に戻る。
The object light beam 11b and the comparison light beam 11e emitted from the polarization beam splitter 52 are λ / 4
After passing through the plate 60, the light enters the x-axis scanner 35. The optical system on the right side of the x-axis scanner 35 in FIG.
This is the same as the optical system in the lower part of the x-axis scanner 35 shown in FIG. 14, and the duplicated description is omitted here. The object light beam 1 reflected by each of the reflecting mirrors 16 and 43 and returned
The light beam 1b and the comparative light beam 11f pass through the λ / 4 plate 60 again, and return to the polarization beam splitter 52 in a polarization state rotated by 90 ° as compared with the polarization state when emitted from the polarization beam splitter 52.

【0071】一方、偏光ビームスプリッタ52から出射
した参照光ビーム11cおよび第2の参照光ビーム11
fは、λ/4板61を経由し、反射ミラー62で反射
し、再びλ/4板61を経由して偏光ビームスプリッタ
52に戻る。偏光ビームスプリッタ52に戻った参照光
ビーム11cおよび第2の参照光ビーム11fも、λ/
4板61を2回経由することにより、偏光ビームスプリ
ッタ52からの出射時と比べその偏光方向が90°回転
している。
On the other hand, the reference light beam 11c and the second reference light beam 11c emitted from the polarization beam splitter 52
f is reflected by the reflection mirror 62 via the λ / 4 plate 61, and returns to the polarization beam splitter 52 again via the λ / 4 plate 61. The reference light beam 11c and the second reference light beam 11f that have returned to the polarization beam splitter 52 are also λ /
By passing through the four plates 61 twice, the polarization direction is rotated by 90 ° as compared with that at the time of emission from the polarization beam splitter 52.

【0072】偏光ビームスプリッタ52に戻った物体光
11bと参照光ビーム11cは、互いに重畳されて偏光
ビームスプリッタ52から出射し、方位45°に配置さ
れ検光子63を経由することにより互いに干渉し、第1
の干渉光ビーム11dが生成され、受光素子17により
受光される。一方、偏光ビームスプリッタ52に戻った
比較光ビーム11eと第2の参照光11fも互いに重畳
されて偏光ビームスプリッタ52から出射し、検光子6
3を経由することにより互いに干渉し、第2の干渉ビー
ム11gとなって受光素子31に入射し、その受光素子
31により受光される。この図7に示す第9実施形態の
ように2周波直交偏光光源50を用いた場合であって
も、光ビームの方を走査することもできる。
The object light 11b and the reference light beam 11c returning to the polarization beam splitter 52 are superimposed on each other and exit from the polarization beam splitter 52, and are arranged at an azimuth of 45 ° and interfere with each other by passing through an analyzer 63. First
Is generated and received by the light receiving element 17. On the other hand, the comparison light beam 11e and the second reference light 11f that have returned to the polarization beam splitter 52 are also superimposed on each other and output from the polarization beam splitter 52, and
3, the light beams interfere with each other, become a second interference beam 11g, enter the light receiving element 31, and are received by the light receiving element 31. Even when the two-frequency orthogonally polarized light source 50 is used as in the ninth embodiment shown in FIG. 7, the light beam can be scanned.

【0073】尚、以上の各実施形態では試料10を回転
させることについては言及されていないが、試料10を
回転可能に構成し公知のCT再構成アルゴリズムを採
用、試料の3次元的な屈折率分布を求めてもよい。以上
では、試料の各部分の相対的な屈折率分布の求め方につ
いて説明したが、次に、試料の絶対的な屈折率の求め方
について説明する。
In each of the above embodiments, the rotation of the sample 10 is not mentioned. However, the sample 10 is configured to be rotatable, a known CT reconstruction algorithm is employed, and the three-dimensional refractive index of the sample is used. The distribution may be determined. The method for obtaining the relative refractive index distribution of each part of the sample has been described above. Next, the method for obtaining the absolute refractive index of the sample will be described.

【0074】屈折率を求めるにあたっては、これまで説
明した各実施形態のいずれをも採用することができる
が、試料は均質(部分によらず屈折率は一定)であると
みなすことのできる試料に限定される。図18は、測定
容器の各例を示す図である。ここでは、均質な試料とし
て液体試料を例に挙げて説明する。
To determine the refractive index, any of the above-described embodiments can be employed. However, the sample is a homogeneous sample (the refractive index is constant regardless of the portion). Limited. FIG. 18 is a diagram showing each example of the measurement container. Here, a liquid sample will be described as an example of a homogeneous sample.

【0075】図18(A)に示す測定容器100Aは物
体光ビームの進行方向に対し垂直な方向にテーパ状に形
成された測定容器であり、内部に液体試料101が充填
され、図18(A)に示す光線Aと光線Bのように液体
試料101を通過する経路の長さが異なる方向に、物体
光ビームが試料に対し相対的に走査される。図18
(B)に示す測定容器100Bは、測定試料101が充
填される部屋と標準試料102が充填される部屋とに分
かれており、それらの部屋の境界の仕切りは、物体光ビ
ームの走査方向(図の上下方向)に斜めに配置されてい
る。
The measurement container 100A shown in FIG. 18A is a measurement container formed in a tapered shape in a direction perpendicular to the traveling direction of the object light beam, and is filled with a liquid sample 101. The object light beam is scanned relative to the sample in directions in which the lengths of the paths passing through the liquid sample 101 are different, such as the light beam A and the light beam B shown in FIG. FIG.
The measurement container 100B shown in (B) is divided into a room filled with the measurement sample 101 and a room filled with the standard sample 102, and the boundary between these rooms is defined by the scanning direction of the object light beam (FIG. (Up and down direction).

【0076】図19は、図18(A)に示す測定容器を
通過する物体光ビームの、光路に沿った波形を示す模式
図である。図19(A),(B)は、図18(A)の、
それぞれ光線A,光線Bの波形を示しており、実線は、
測定容器100Aが配置された場合の波形、破線は測定
容器を取り外した場合の波形である。
FIG. 19 is a schematic diagram showing the waveform of the object light beam passing through the measurement container shown in FIG. 18A along the optical path. FIGS. 19A and 19B are diagrams of FIG.
The waveforms of the light beams A and B are shown, and the solid line is
The waveform when the measurement container 100A is arranged, and the broken line is the waveform when the measurement container is removed.

【0077】光線Aと光線Bとでは、測定容器100A
の中での液体試料を通過する距離が異なり、したがって
相互に位相がずれている。周囲(空気)の屈折率をn
0 、物体光ビームの空気中での波長をλ0 、測定容器1
00Aの内部の液体試料の屈折率をn1 とし、さらに光
線Aと光線Bとの間での液体試料を通過する距離の差分
をΔdとしたとき、光線Aと光線Bとの間の位相差θ
は、 θ=(2π・n1 ・Δd)/(n0 λ0 ) となる。
The light beam A and the light beam B correspond to the measurement container 100A
Have different distances through the liquid sample and are therefore out of phase with each other. The refractive index of the surrounding (air) is n
0 , the wavelength of the object light beam in the air is λ 0 , the measurement container 1
When the refractive index of the liquid sample inside 00A is n 1, and the difference between the distances of light A and light B passing through the liquid sample is Δd, the phase difference between light A and light B is θ
Is θ = (2π · n 1 Δd) / (n 0 λ 0 ).

【0078】また、図18(B)の測定容器100Bの
場合、標準試料の屈折率をn2 としたとき、 θ={2π・(n1 −n2 )・Δd}/(n0 λ0 ) となる。従って、各実施形態において説明したようにし
て、位相差θ、あるいは、位相が一定となる光路長の調
整量を求め、そのようにして求めた液体試料の相対的な
屈折率分布から絶対的な屈折率を求めることができる。
In the case of the measuring container 100B shown in FIG. 18B, when the refractive index of the standard sample is n 2 , θ = {2π · (n 1 −n 2 ) · Δd} / (n 0 λ 0) ). Therefore, as described in each embodiment, the phase difference θ, or the adjustment amount of the optical path length at which the phase is constant is obtained, and the absolute refractive index distribution of the liquid sample thus obtained is used as the absolute value. The refractive index can be determined.

【0079】尚、ここでは、均質な試料の例として液体
試料を取り上げて説明したが、液体試料でなくても均質
な試料であればよく、例えば流動体であってもよく、あ
るいは、例えば図18(A)のようにくさび状に加工で
きるものであれば固体もしくは凝固した試料であっても
よい。
Although a liquid sample has been described above as an example of a homogeneous sample, the invention is not limited to a liquid sample, but any other homogeneous sample may be used. For example, a fluid may be used. A solid or solidified sample may be used as long as it can be processed into a wedge shape as in 18 (A).

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生体試料等の高散乱かつ屈折率変化の大きい媒質であっ
ても、屈折率分布を正確に計測することができ、また、
均質な媒質であればその媒質の絶対的な屈折率を正確に
計測することができる。
As described above, according to the present invention,
Even in a medium having high scattering and a large refractive index change such as a biological sample, the refractive index distribution can be accurately measured.
If the medium is a homogeneous medium, the absolute refractive index of the medium can be accurately measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の屈折率測定装置の第1実施形態の構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a refractive index measuring device of the present invention.

【図2】図1に示す第1実施形態における信号処理部の
一構成例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing unit according to the first embodiment illustrated in FIG.

【図3】試料を透過する物体光ビームの振舞いを示した
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the behavior of an object light beam transmitted through a sample.

【図4】図1に示す第1実施形態における測定原理説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory view of a measurement principle in the first embodiment shown in FIG. 1;

【図5】本発明の屈折率測定装置の第2実施形態の構成
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図6】図5に示す第2実施形態における信号処理部の
一構成例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing unit according to the second embodiment illustrated in FIG. 5;

【図7】図5に示す第2実施形態における測定原理説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory view of a measurement principle in the second embodiment shown in FIG.

【図8】図5に示す第2実施形態のもう1つの測定方法
の説明図である。
8 is an explanatory diagram of another measurement method according to the second embodiment shown in FIG.

【図9】本発明の屈折率測定装置の第3実施形態の構成
を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図10】本発明の屈折率測定装置の第4実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図11】本発明の屈折率測定装置の第5実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図12】本発明の屈折率測定装置の第6実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図13】試料を透過する物体光ビームの振舞いを示し
た模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the behavior of an object light beam transmitted through a sample.

【図14】本発明の屈折率測定装置の第7実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a seventh embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図15】本発明の屈折率測定装置の第8実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図16】図15に示す第8実施形態における光源の一
構成例を示すブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of a light source according to the eighth embodiment shown in FIG.

【図17】本発明の屈折率測定装置の第9実施形態の構
成を示すブロック図である。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a ninth embodiment of the refractive index measuring device of the present invention.

【図18】測定容器の各例を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing each example of a measurement container.

【図19】図18(A)に示す測定容器を通過する物体
光ビームの、光路に沿った波形を示す模式図である。
19 is a schematic diagram showing a waveform of an object light beam passing through the measurement container shown in FIG. 18A along an optical path.

【図20】従来の屈折率測定装置の一例を示す構成図で
ある。
FIG. 20 is a configuration diagram showing an example of a conventional refractive index measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 被測定用試料 11 SLD 11a 光ビーム 11b 物体光ビーム 11c 参照光ビーム 11d 干渉光ビーム 11e 比較光ビーム 11f 参照光ビーム 12,22,26,27,29,30,40,42
ビームスプリッタ 13 X−Yステージ 14 反射ミラー 15 Zステージ 16 反射ミラー 17 受光素子 18 信号処理部 19 データ処理部 20,21 ステージドライバ 24,25 AOM 31 受光素子 32 AOMドライバ 35 x軸スキャナ 36 y軸スキャナ 39 光学板 41 オプティカルダイオード 52 ビームスプリッタ 57,58 検光子 59 ケスタプリズム 60,61 λ/4板 63 検光子 100A,100B 測定容器 101 液体試料 102 標準試料
10 Sample to be measured 11 SLD 11a Light beam 11b Object light beam 11c Reference light beam 11d Interference light beam 11e Comparative light beam 11f Reference light beam 12,22,26,27,29,30,40,42
Beam splitter 13 XY stage 14 Reflecting mirror 15 Z stage 16 Reflecting mirror 17 Light receiving element 18 Signal processing section 19 Data processing section 20, 21 Stage driver 24, 25 AOM 31 Light receiving element 32 AOM driver 35 x-axis scanner 36 y-axis scanner Reference Signs List 39 optical plate 41 optical diode 52 beam splitter 57, 58 analyzer 59 Kester prism 60, 61 λ / 4 plate 63 analyzer 100A, 100B measuring container 101 liquid sample 102 standard sample

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の低干渉性光ビームを出射する光源
と、 前記光源から出射された光ビームを物体光ビームと参照
光ビームとに分割するビーム分割手段と、 被測定対象試料が前記物体光ビームの光路上に着脱自在
に配置される試料配置部と、 前記物体光ビームにより、前記試料配置部に配置された
試料を、該物体光ビームの光路に交わる方向に走査させ
る走査手段と、 前記参照光ビームと、前記試料配置部を通過した物体光
ビームとを互いに重畳することにより、干渉光ビームを
生成するビーム重畳手段と、 前記ビーム重畳手段により互いに重畳される前の物体光
ビームおよび参照光ビームの光路長を相対的に調整する
光路長調整手段と、 前記干渉光ビームを受光することにより、前記物体光ビ
ームと前記参照光ビームとの干渉状態をあらわす第1の
干渉信号を得る受光手段と、 前記光路長可変手段により前記第1の干渉信号が同一の
位相状態に保たれるように光路長が調整されたときの、
前記走査手段による走査の間の光路長の調整量に基づい
て、前記試料配置部に配置された試料の屈折率分布もし
くは屈折率を求める屈折率演算手段とを備えたことを特
徴とする屈折率測定装置。
A light source for emitting a predetermined low coherence light beam; a beam splitting unit for splitting a light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam; A sample placement unit detachably disposed on an optical path of a light beam, and a scanning unit configured to scan, by the object light beam, a sample disposed on the sample placement unit in a direction intersecting the optical path of the object light beam; By superimposing the reference light beam and the object light beam that has passed through the sample placement unit on each other, a beam superimposing unit that generates an interference light beam, An optical path length adjusting means for relatively adjusting the optical path length of the reference light beam; and receiving the interference light beam to detect an interference state between the object light beam and the reference light beam. A light receiving unit that obtains a first interference signal to be passed, and an optical path length adjusted by the optical path length varying unit so that the first interference signal is kept in the same phase state.
A refractive index calculating means for calculating a refractive index distribution or a refractive index of a sample placed in the sample placement section based on an adjustment amount of an optical path length during scanning by the scanning means. measuring device.
【請求項2】 前記走査手段が、前記試料配置部に配置
された試料を、前記物体光ビームの光路に交わる方向に
移動させるものであることを特徴とする請求項1記載の
屈折率測定装置。
2. The refractive index measuring apparatus according to claim 1, wherein said scanning means moves the sample placed on said sample placement section in a direction crossing the optical path of said object light beam. .
【請求項3】 前記走査手段が、前記試料配置部に配置
された試料に入射する物体光ビームを、該物体光ビーム
の光路に交わる方向に移動させるものであり、 前記試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の
光路上に折り返す反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記反射手段によ
り折り返されてなる復路においてデスキャンを構成して
なることを特徴とする請求項1記載の屈折率測定装置。
3. The scanning unit moves an object light beam incident on a sample placed on the sample placement unit in a direction crossing an optical path of the object light beam, and passes through the sample placement unit. Reflecting means for turning the object light beam back on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes descanning on the return path where the object light beam is turned back by the reflecting means. 2. The refractive index measuring device according to 1.
【請求項4】 前記物体光ビームの周波数と前記参照光
ビームの周波数を相対的に異ならせる周波数シフト手段
を備え、 前記光路長調整手段が、前記走査手段による走査の間所
定の位相状態に保たれた干渉信号が得られるように光路
長を調整するものであることを特徴とする請求項1記載
の屈折率測定装置。
4. A frequency shift means for relatively varying the frequency of the object light beam and the frequency of the reference light beam, wherein the optical path length adjusting means maintains a predetermined phase state during scanning by the scanning means. 2. The refractive index measuring device according to claim 1, wherein the optical path length is adjusted so as to obtain a tilted interference signal.
【請求項5】 前記物体光ビームから、前記試料配置部
を通過する際の物体光ビームの周波数と同一の周波数の
比較光ビームを分割する第2のビーム分割手段と、 前記参照光ビームから、前記第1のビーム重畳手段によ
り前記物体光ビームに重畳される際の参照光ビームの周
波数と同一の周波数の第2の参照光ビームを分割する第
3のビーム分割手段と、 前記比較光ビームと前記第2の参照光ビームとを重畳す
ることにより、第2の干渉光ビームを生成する第2のビ
ーム重畳手段と、 前記第2の干渉光ビームを受光することにより、前記比
較光ビームと前記第2の参照光ビームとの干渉状態をあ
らわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段とを備え、 前記屈折率演算手段が、前記走査手段による走査の間
の、前記第2の干渉信号に対する前記第1の干渉信号が
同一の位相状態に保たれる、前記光路長可変手段による
光路長の調整量に基づいて、前記試料配置部に配置され
た試料の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものである
ことを特徴とする請求項1記載の屈折率測定装置。
5. A second beam splitting unit for splitting, from the object light beam, a comparison light beam having the same frequency as the frequency of the object light beam when passing through the sample placement unit, Third beam splitting means for splitting a second reference light beam having the same frequency as the frequency of the reference light beam when being superimposed on the object light beam by the first beam superimposing means; A second beam superimposing unit configured to generate a second interference light beam by superimposing the second reference light beam; and receiving the second interference light beam, the comparison light beam and the second light beam. A second light receiving unit that obtains a second interference signal indicating an interference state with the second reference light beam, wherein the refractive index calculation unit performs the second interference signal during scanning by the scanning unit. Before The first interference signal is maintained in the same phase state, and the refractive index distribution or the refractive index of the sample placed in the sample placement section is obtained based on the adjustment amount of the optical path length by the optical path length variable unit. 2. The refractive index measuring device according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記走査手段が、前記試料配置部に配置
された試料に入射する物体光ビームを、該物体光ビーム
の光路に交わる方向に移動させるものであり、 前記試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の
光路上に折り返す第1の反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記第1の反射手
段により折り返されてなる復路においてデスキャンを構
成してなることを特徴とする請求項5記載の屈折率測定
装置。
6. The scanning unit moves an object light beam incident on a sample placed on the sample placement unit in a direction intersecting the optical path of the object light beam, and passes through the sample placement unit. A first reflecting means for returning the object light beam on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes a descan on a return path in which the object light beam is returned by the first reflecting means. The refractive index measuring device according to claim 5, characterized in that:
【請求項7】 前記第2のビーム分割手段が、前記試料
配置部に入射する物体光ビームを透過光ビームと反射光
ビームとに分割する光学板を含むものであることを特徴
とする請求項6記載の屈折率測定装置。
7. The apparatus according to claim 6, wherein the second beam splitting means includes an optical plate for splitting the object light beam incident on the sample placement portion into a transmitted light beam and a reflected light beam. Refractive index measuring device.
【請求項8】 前記光源が、互いに交わる方向に偏光す
るとともに互いの周波数が異なる所定の低干渉性の2つ
の光が重畳されてなる光ビームを出射する光源であっ
て、 前記ビーム分割手段が、前記光源から出射された光ビー
ムを、互いに周波数の異なる前記物体光ビームと前記参
照光ビームとに分割するとともに、さらに、前記物体光
ビームの周波数と同一の周波数の比較光ビームと前記参
照光ビームの周波数と同一の周波数の第2の参照光ビー
ムとに分割するものであり、 前記比較光ビームと前記第2の参照光ビームとを重畳す
ることにより、第2の干渉光ビームを生成する第2のビ
ーム重畳手段と、 前記第2の干渉光ビームを受光することにより、前記比
較光ビームと前記第2の参照光ビームとの干渉状態をあ
らわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段とを備え、 前記屈折率演算手段が、前記走査手段による走査の間
の、前記第2の干渉信号に対する前記第1の干渉信号が
同一の位相状態に保たれる、前記光路長可変手段による
光路長の調整量に基づいて、前記試料配置部に配置され
た試料の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものである
ことを特徴とする請求項1記載の屈折率測定装置。
8. The light source, wherein the light source emits a light beam that is polarized in a direction intersecting with each other and superimposes two predetermined low-coherence lights having different frequencies from each other. Dividing the light beam emitted from the light source into the object light beam and the reference light beam having different frequencies from each other, and further, comparing the reference light beam and the reference light beam having the same frequency as the frequency of the object light beam. Splitting into a second reference light beam having the same frequency as the frequency of the beam, and generating a second interference light beam by superimposing the comparison light beam and the second reference light beam. A second beam superimposing means, and receiving a second interference light beam to generate a second interference signal indicating an interference state between the comparison light beam and the second reference light beam. A second light receiving means for obtaining, wherein the refractive index calculating means maintains the same phase state of the first interference signal with respect to the second interference signal during scanning by the scanning means, 2. The refractive index measuring device according to claim 1, wherein a refractive index distribution or a refractive index of a sample placed in the sample placement section is obtained based on an adjustment amount of an optical path length by an optical path length varying unit.
【請求項9】 前記走査手段が、前記試料配置部に配置
された試料に入射する物体光ビームを、該物体光ビーム
の光路に交わる方向に移動させるものであり、 前記試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の
光路上に折り返す第1の反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記第1の反射手
段により折り返されてなる復路においてデスキャンを構
成してなることを特徴とする請求項8記載の屈折率測定
装置。
9. The scanning means for moving an object light beam incident on a sample placed on the sample placement section in a direction crossing an optical path of the object light beam, wherein the scanning means has passed the sample placement section. A first reflecting means for returning the object light beam on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes a descan on a return path in which the object light beam is returned by the first reflecting means. The refractive index measuring device according to claim 8, wherein:
【請求項10】 前記走査手段が、前記試料配置部に配
置された試料に入射する物体光ビームを該物体光ビーム
の光路に交わる方向に移動させるものであるとともに、
前記第2のビーム分割手段により前記物体光ビームから
分割されてなる比較光ビームを該比較光ビームの光路に
交わる方向に移動するものであり、 前記走査手段を通過した比較光ビームを往路と同一の光
路上に折り返す第2の反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記第1の反射手
段により折り返されて成る該物体光ビームの復路におい
てデスキャンを構成するとともに、前記比較光ビームが
前記第2の反射手段により折り返されてなる該比較光ビ
ームの復路においてデスキャンを構成するものであるこ
とを特徴とする請求項6又は9記載の屈折率測定装置。
10. The scanning means for moving an object light beam incident on a sample placed on the sample placement section in a direction crossing an optical path of the object light beam,
Moving the comparison light beam split from the object light beam by the second beam splitting means in a direction intersecting the optical path of the comparison light beam; A second reflecting means which is turned back on the optical path of the object light beam scanning means, wherein the scanning means constitutes a descan on the return path of the object light beam obtained by turning the object light beam back by the first reflecting means, and the comparison light 10. The refractive index measuring device according to claim 6, wherein a descan is formed on the return path of the comparison light beam obtained by folding the beam by the second reflection means.
【請求項11】 所定の低干渉性光ビームを出射する光
源と、 前記光源から出射された光ビームを物体光ビームと参照
光ビームとに分割するビーム分割手段と、 被測定対象試料が前記物体光ビームの光路上に着脱自在
に配置される試料配置部と、 前記物体光ビームにより、前記試料配置部に配置された
試料を、該物体光ビームの光路に交わる方向に走査させ
る走査手段と、 前記参照光ビームと、前記試料配置部を通過した物体光
ビームとを互いに重畳することにより、干渉光ビームを
生成するビーム重畳手段と、 前記干渉光ビームを受光することにより、前記物体光ビ
ームと前記参照光ビームとの干渉状態をあらわす第1の
干渉信号を得る受光手段と、 前記走査手段による走査の間の、前記第1の干渉信号の
位相変化に基づいて、前記試料配置部に配置された試料
の屈折率分布もしくは屈折率を求める屈折率演算手段と
を備えたことを特徴とする屈折率測定装置。
11. A light source for emitting a predetermined low coherence light beam, beam splitting means for splitting a light beam emitted from the light source into an object light beam and a reference light beam, and the sample to be measured is the object A sample placement unit detachably disposed on an optical path of a light beam, and a scanning unit configured to scan, by the object light beam, a sample disposed on the sample placement unit in a direction intersecting the optical path of the object light beam; By superimposing the reference light beam and the object light beam that has passed through the sample placement unit on each other, a beam superimposing unit that generates an interference light beam, and by receiving the interference light beam, the object light beam A light receiving unit that obtains a first interference signal representing an interference state with the reference light beam; and the sample based on a phase change of the first interference signal during scanning by the scanning unit. A refractive index calculating device for calculating a refractive index distribution or a refractive index of the sample disposed in the disposing portion.
【請求項12】 前記走査手段が、前記試料配置部に配
置された試料に入射する物体光ビームを、該物体光ビー
ムの光路に交わる方向に移動させるものであり、 前記試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の
光路上に折り返す反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記反射手段によ
り折り返されてなる復路においてデスキャンを構成して
なることを特徴とする請求項11記載の屈折率測定装
置。
12. The scanning unit moves an object light beam incident on a sample placed on the sample placement unit in a direction crossing an optical path of the object light beam, and passes through the sample placement unit. Reflecting means for turning the object light beam back on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes descanning on the return path where the object light beam is turned back by the reflecting means. 12. The refractive index measuring device according to item 11.
【請求項13】 前記物体光ビームから、前記試料配置
部を通過する際の物体光ビームの周波数と同一の周波数
の比較光ビームを分割する第2のビーム分割手段と、 前記参照光ビームから、前記第1のビーム重畳手段によ
り前記物体光ビームに重畳される際の参照光ビームの周
波数と同一の周波数の第2の参照光ビームを分割する第
3のビーム分割手段と、 前記比較光ビームと前記第2の参照光ビームとを重畳す
ることにより、第2の干渉光ビームを生成する第2のビ
ーム重畳手段と、 前記第2の干渉光ビームを受光することにより、前記比
較光ビームと前記第2の参照光ビームとの干渉状態をあ
らわす第2の干渉信号を得る第2の受光手段とを備え、 前記屈折率演算手段が、前記走査手段による走査の間
の、前記第2の干渉信号に対する前記第1の干渉信号の
位相変化に基づいて、前記試料配置部に配置された試料
の屈折率分布もしくは屈折率を求めるものであることを
特徴とする請求項11記載の屈折率測定装置。
13. A second beam splitting unit for splitting, from the object light beam, a comparison light beam having the same frequency as the frequency of the object light beam when passing through the sample placement unit, Third beam splitting means for splitting a second reference light beam having the same frequency as the frequency of the reference light beam when being superimposed on the object light beam by the first beam superimposing means; A second beam superimposing unit configured to generate a second interference light beam by superimposing the second reference light beam; and receiving the second interference light beam, the comparison light beam and the second light beam. A second light receiving unit that obtains a second interference signal indicating an interference state with the second reference light beam, wherein the refractive index calculation unit performs the second interference signal during scanning by the scanning unit. Against Serial based on a phase change of the first interference signal, the refractive index measuring apparatus according to claim 11, characterized in that to determine the refractive index distribution or a refractive index of the sample disposed in the sample placement part.
【請求項14】 前記走査手段が、前記試料配置部に配
置された試料に入射する物体光ビームを、該物体光ビー
ムの光路に交わる方向に移動させるものであり、 前記試料配置部を通過した物体光ビームを往路と同一の
光路上に折り返す第1の反射手段を備え、 前記走査手段が、前記物体光ビームが前記第1の反射手
段により折り返されてなる復路においてデスキャンを構
成してなることを特徴とする請求項13記載の屈折率測
定装置。
14. The scanning means moves an object light beam incident on a sample placed on the sample placement section in a direction intersecting the optical path of the object light beam, and passes through the sample placement section. A first reflecting means for returning the object light beam on the same optical path as the outward path, wherein the scanning means constitutes a descan on a return path in which the object light beam is returned by the first reflecting means. 14. The refractive index measuring device according to claim 13, wherein:
【請求項15】 前記第2のビーム分割手段が、前記試
料配置部に入射する物体光ビームを透過光ビームと反射
光ビームとに分割する光学板を含むものであることを特
徴とする請求項14記載の屈折率測定装置。
15. The apparatus according to claim 14, wherein the second beam splitting means includes an optical plate for splitting the object light beam incident on the sample placement portion into a transmitted light beam and a reflected light beam. Refractive index measuring device.
JP33718997A 1996-12-16 1997-12-08 Device for measuring refractive index Pending JPH10232204A (en)

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