WO2015001650A1 - Ｖブロック方式の屈折率測定装置並びにこれに用いられる屈折率算出装置及び屈折率算出方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a V-block-type refractive index measuring device that measures the refractive index of a sample by irradiating the sample with measurement light via a V-block prism, and a refractive index calculating device and a refractive index calculating method used therefor. It is.
- V block type refractive index measuring device a sample is placed in a V-shaped groove formed in the V block prism, and the sample is transmitted through the V block prism by irradiating the sample with measurement light.
- the refractive index of the sample can be measured by detecting the measured light with a detector (see, for example, Patent Document 1 below).
- This type of refractive index measuring apparatus is provided with, for example, a helium lamp and a hydrogen lamp as a light source for measuring light. Thereby, the refractive index of the sample in each wavelength of helium d line, hydrogen C line, and hydrogen F line can be measured.
- a V-block type refractive index measuring apparatus that mainly measures the refractive index of a sample such as glass
- the wavelength of helium d line (587.6 nm) is generally used as a reference wavelength, and a sodium lamp is not provided. It is.
- the wavelength of the sodium D line (589.3 nm) is set as described in JIS K0062-1992, JIS K7105-1985, ISO 489-1983E, and the like.
- a reference wavelength the refractive index of a sample such as a chemical product or plastic can be measured mainly. Therefore, an Abbe-type refractive index measurement device is generally provided with a sodium lamp as a light source for measurement light.
- the V block type When comparing the V block type refractive index measuring device and the Abbe type refractive index measuring device, the V block type has higher refractive index measurement accuracy than the Abbe method. Accordingly, the inventors of the present application have studied whether the usable range of the V-block type refractive index measuring device can be expanded to the field of use of the Abbe type refractive index measuring device.
- V-block type refractive index measuring devices can increase the number of light sources. Therefore, in order to expand the usable range of the V-block type refractive index measuring apparatus to the field of use of the Abbe refractive index measuring apparatus, a sample at the wavelength of sodium D-line can be obtained by adding a sodium lamp as a light source. Can be measured. However, when a sodium lamp is added as a light source, there is a problem that the cost is increased.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and a V-block type refractive index measuring device capable of expanding the usable range to the field of use of the Abbe type refractive index measuring device without incurring costs. It is another object of the present invention to provide a refractive index calculation apparatus and a refractive index calculation method used for this.
- the inventors of the present application have found that the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be accurately calculated by an approximate expression when a light source generally provided in a V block type refractive index measuring device is used.
- a refractive index measuring apparatus is a V block type refractive index measuring apparatus that measures the refractive index of a sample by irradiating the sample with measurement light via a V block prism, and is at least other than the sodium D line.
- a light source unit capable of irradiating measurement light of three wavelengths, a detector for detecting measurement light transmitted through the sample, a refractive index measurement processing unit for measuring the refractive index of the sample based on the detection intensity in the detector, A coefficient calculation processing unit that calculates at least three coefficients included in a predetermined approximate expression representing a relationship between the wavelength and the refractive index, using the measured value of the refractive index measured with the measurement light of each wavelength; and the coefficient calculation process And a refractive index calculation processing unit that calculates an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line by the approximate expression based on the coefficient calculated by the unit and the wavelength of the sodium D line.
- At least three coefficients included in the approximate expression are calculated using measured values of the refractive index measured with measurement light having at least three wavelengths other than the sodium D line, and the calculated coefficients and Based on the wavelength of the sodium D line, an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be calculated by an approximate expression.
- the approximate expression may be a shot dispersion formula, a Selmeier dispersion formula, a Hertzburger dispersion formula, or a Conrady dispersion formula.
- the approximate expression may be a shot dispersion formula, a Hertzburger dispersion formula, or a Conrady dispersion formula.
- the above approximate expression may include the same number of coefficients as the number of wavelengths of the measurement light.
- an approximate expression in which some terms are omitted may be used so that the number of coefficients in the approximate expression is the same as the number of wavelengths of the measurement light.
- the light source unit may include a helium lamp.
- the coefficient calculation processing unit calculates the at least three coefficients by using a measured value of the refractive index at the wavelength of the helium d line measured using the measurement light from the helium lamp.
- the measured value of the refractive index at the wavelength of the helium d line is used to calculate at least three coefficients included in the approximate expression, and based on the calculated coefficient and the wavelength of the sodium D line,
- the approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be calculated by the approximate expression. Since the wavelengths of the helium d line and the sodium D line are approximate, it is possible to accurately calculate the approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line by using the measured value of the refractive index at the wavelength of the helium d line. it can.
- the light source unit may include a hydrogen lamp.
- the coefficient calculation processing unit measures the refractive index at the wavelength of the helium d-line measured using the measurement light from the helium lamp, and the hydrogen C measured using the measurement light from the hydrogen lamp.
- the at least three coefficients are calculated using measured values of the refractive index at each wavelength of the line and the hydrogen F line.
- At least three coefficients included in the approximate expression are calculated using the measured values of the refractive index at each wavelength of the helium d line, the hydrogen C line, and the hydrogen F line, and the calculated coefficient and Based on the wavelength of the sodium D line, an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be calculated by an approximate expression.
- an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be accurately calculated using a helium lamp and a hydrogen lamp that are generally provided in a V-block type refractive index measuring device, and thus the cost can be reduced. Therefore, the usable range can be expanded to the field of application of the Abbe's refractive index measuring device.
- a refractive index calculation apparatus is a refractive index calculation apparatus used in a V block type refractive index measurement apparatus that measures the refractive index of a sample by irradiating the sample with measurement light through a V block prism.
- a calculation processing unit, and a refractive index calculation processing unit that calculates an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D-line by the approximate expression based on the coefficient calculated by the coefficient calculation processing unit and the wavelength of the sodium D-line. It is characterized by having.
- a refractive index calculation method is a refractive index calculation method used in a V block type refractive index measurement apparatus that measures a refractive index of a sample by irradiating the sample with measurement light through a V block prism.
- the present invention it is possible to measure the refractive index of the sample at the wavelength of sodium D-line without adding a sodium lamp as a light source.
- the usable range can be expanded to the field of use.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration example of a V-block type refractive index measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
- This refractive index measurement device is a V block type refractive index measurement device that measures the refractive index of a sample by irradiating the sample with measurement light via a V block prism 1.
- sample examples include glass, plastic, and liquid.
- the sample is placed in a V-shaped groove 11 formed in the V block prism 1 (FIG. 1 shows the groove 11 viewed from directly above), and the measurement light transmitted through the sample is detected.
- the refractive index of the sample can be measured by detecting with the instrument 2.
- a light source unit 3 for irradiating measurement light in addition to the V block prism 1 and the detector 2 described above, a light source unit 3 for irradiating measurement light, and a first optical system for guiding the measurement light from the light source unit 3 to the V block prism 1 4 and a second optical system 5 for guiding the measurement light transmitted through the V block prism 1 to the detector 2.
- the light source unit 3 is provided with a plurality of light sources 31.
- the light source 31 for example, a helium lamp and a hydrogen lamp are used, and measurement light having different wavelengths such as a helium d line, a hydrogen C line, and a hydrogen F line can be emitted from the light source unit 3.
- Measurement light from the light source 31 is reflected by the mirror 32 and irradiated from the light source unit 3 in the horizontal direction.
- the mirror 32 is rotatable about a rotation shaft 321 extending in the vertical direction (the front-rear direction in FIG. 1), and the measurement light from the light source 31 corresponding to the rotation position of the mirror 32 is sent to the first optical system 4. Can lead.
- the light source 31 is not limited to the above type.
- a plurality of interference filters 45 are provided, and only the measurement light (monochromatic light) having a specific wavelength corresponding to the interference filter 45 is inserted by inserting the interference filter 45 selected according to the type of the light source 31 into the optical path. Is transmitted through the interference filter 45 and guided to the mirror 44 side. The measurement light reflected by the mirror 44 passes through the slit 46, is converted into parallel light by the collimator lens 47, and then enters the V block prism 1. The measurement light incident on the V block prism 1 from one end face 12 passes through the sample placed in the V-shaped groove 11, passes through the V block prism 1 again, and passes through the V block prism 1 and the sample. The light is emitted from the other end face 13 at an angle corresponding to the difference in refractive index.
- the second optical system 5 includes mirrors 51 and 52, a telemeter lens 53, a beam splitter 54, and the like.
- the second optical system 5 is fixed to a disc 7 attached to a rotating shaft 61 of the motor 6.
- the mirrors 51 and 52 and the telemeter lens 53 are arranged in parallel to the rotation shaft 61 at a position eccentric with respect to the rotation shaft 61, and the mirror 52 and the beam splitter 54 are perpendicular to the rotation shaft 61.
- Each is fixed to the disc 7 so as to be lined up.
- the mirror 51 is arranged so that the reflection surface is inclined by 45 ° with respect to the incident direction of the measurement light, so that the measurement light reflected by the mirror 51 is converted into the traveling direction by 90 ° and guided to the telemeter lens 53. It is burned.
- the telemeter lens 53 condenses the measurement light from the V block prism 1 and guides it to the mirror 52, and the measurement light reflected by the mirror 52 passes through the beam splitter 54 and is fixed to the disk 7. Is detected.
- the mirror 51 and the telemeter lens 53 are arranged in a line in a direction perpendicular to the incident direction of the measurement light from the V block prism 1, and are integrated into a circle as the telemeter unit 50 at a position eccentric with respect to the rotation shaft 61. It is held on the plate 7. Therefore, by rotating the motor 6 and rotating the disk 7 around the rotation shaft 61, the position of the telemeter unit 50 relative to the V block prism 1 is changed (scanned), and the measurement light from the V block prism 1 is measured. Can be received from different angles and guided to the detector 2.
- the motor 6 is composed of a servo motor with an encoder, for example, and can accurately grasp the rotation angle of the motor 6.
- the measurement light reflected by the beam splitter 54 is reflected by the mirror 8, then passes through the lens 9 and is guided to the eyepiece (not shown), and the state of the measurement light is visually observed at the eyepiece. be able to.
- the beam splitter 54 and the mirror 8 are provided on the rotating shaft 61.
- the autocollimation prism 10 is inserted on the optical path between the beam splitter 54 and the mirror 8. It is possible.
- a beam splitter different from the beam splitter 54 is provided in the optical path of the second optical system 5, and a part of the measurement light passing through the second optical system 5 is sent to a camera such as a CCD (Charge-Coupled Device) camera.
- a camera such as a CCD (Charge-Coupled Device) camera.
- CCD Charge-Coupled Device
- the motor drive processing unit 101 performs a process for controlling the drive of the motor 6.
- the motor drive processing unit 101 rotates the motor 6 at a constant speed to cause the V block prism 1 to scan the telemeter unit 50.
- the measurement light from the V block prism 1 is received from different angles and guided to the detector 2, so that the detection intensity at the detector 2 changes as the motor 6 rotates.
- the refractive index measurement processing unit 102 performs processing for measuring the refractive index of the sample based on the rotation angle of the motor 6 rotated by the motor drive processing unit 101 and the detection intensity in the detector 2. Specifically, by rotating the motor 6 and detecting the measurement light from the V block prism 1 at each rotation angle with the detector 2, the rotation angle with the highest detection intensity is specified, and the rotation angle and The refractive index of the sample can be measured based on the refractive index of the V block prism 1.
- the refractive index measurable by the refractive index measurement processing unit 102 that is, the refractive index other than the refractive index at each wavelength of the helium d line, the hydrogen C line, and the hydrogen F line is also related to the wavelength and the refractive index.
- An approximate value can be calculated using an approximate expression representing the above.
- the approximate expression used for calculating the approximate value of the refractive index can be stored in advance in the storage unit 200 configured by, for example, ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory).
- the coefficient calculation processing unit 103 performs a process for calculating a coefficient included in the approximate expression (coefficient calculation step).
- the refractive index measurement processing unit 102 uses the measured values of the refractive index measured with the measurement light of each wavelength of the helium d-line, hydrogen C-line, and hydrogen F-line, and the three coefficients included in the approximate expression. Can be calculated. That is, for an approximate expression including the same number of coefficients as the number of measurable refractive indexes, all the coefficients included in the approximate expression can be calculated by the coefficient calculation processing unit 103.
- examples of the approximate expression include a shot dispersion formula, a Hertz burger dispersion formula, and a Conrady dispersion formula.
- the relationship between the wavelength ⁇ and the refractive index n is expressed by an approximate formula such as the following formula (1).
- the coefficients a 0 to a 5 are six, the measured values of the three refractive indexes measured with the measurement light of each wavelength of the helium d line, hydrogen C line, and hydrogen F line. Cannot be used to calculate all the coefficients a 0 to a 5 included in the approximate expression. In such a case, use an approximate expression in which some terms are omitted so that the number of coefficients in the approximate expression is the same as the number of wavelengths of the measurement light, as in the following expression (2). Thus, all the coefficients a 0 to a 2 included in the approximate expression can be calculated.
- the refractive index calculation processing unit 104 Based on the coefficient calculated by the coefficient calculation processing unit 103 and the wavelength of the sodium D line, the refractive index calculation processing unit 104 performs processing for calculating an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line by the above approximate expression. Perform (refractive index calculation step). That is, the approximate expression stored in the storage unit 200 is read out, the coefficient calculated by the coefficient calculation processing unit 103 is substituted as a coefficient included in the approximate expression, and the wavelength of the sodium D line (589.3 nm) is used as the wavelength ⁇ . ) Can be substituted to calculate an approximate value of the refractive index n at the wavelength of the sodium D line.
- the approximate expression using the measured values of the refractive index measured with the measurement light of three wavelengths other than the sodium D line (helium d line, hydrogen C line, and hydrogen F line).
- Three coefficients are calculated, and based on the calculated coefficient and the wavelength of the sodium D line, an approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be calculated by an approximate expression.
- This makes it possible to measure the refractive index of the sample at the wavelength of the sodium D-line without adding a sodium lamp as the light source 31, so that the Abbe type refractive index measuring device can be used without cost.
- the usable range can be expanded to
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wavelength and the error when the approximate value of the refractive index at each wavelength is calculated using the shot dispersion formula.
- the above equation (2) which is an abbreviated expression of the shot dispersion formula, is obtained by using the measured values of the three refractive indexes measured with the measurement light of each wavelength of the helium d line, hydrogen C line and hydrogen F line.
- the error when calculating the approximate value of the refractive index at each wavelength is shown.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength and the error when the approximate value of the refractive index at each wavelength is calculated using the Conrady dispersion formula.
- the above formula (3) which is the Conrady's dispersion formula.
- the error is generally smaller when the dispersion formula of Conrady is used as shown in FIG.
- a large error occurs in the approximate value of the calculated refractive index at an intermediate wavelength such as the wavelength of the e-line.
- the approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line can be accurately calculated by using the measured value of the refractive index at the wavelength of the helium d line. can do.
- Table 1 below shows an error when the approximate value of the refractive index at the wavelength of the sodium D line is calculated using the Conrady dispersion formula and the shot dispersion formula.
- the sample six kinds of glasses A to F are used, and the above formula (3) is used as the dispersion formula of Conrady, and the above formula (1) including six terms is used as the dispersion formula of shots.
- the error was also calculated using an abbreviated expression in which the terms were omitted.
- the configuration in which the measurement light is guided from the light source unit 3 to the detector 2 along the horizontal direction has been described.
- the configuration is not limited to this, and at least a part of the optical path of the measurement light from the light source unit 3 to the detector 2 may be inclined with respect to the horizontal direction.
- the rotating shaft 61 of the motor 6 is not limited to the configuration extending in the horizontal direction, and may be configured to extend in a direction inclined with respect to the horizontal direction.
- the configuration of the optical member provided in the optical path of the measurement light from the light source unit 3 to the detector 2 is not limited to the configuration illustrated in the above embodiment, and other optical members may be provided, Some optical members may be omitted.
- the light source unit 3 may be configured to irradiate measurement light having four or more wavelengths.
- another light source 31 such as a mercury lamp may be provided in the light source unit 3.
- measurement light having a wavelength such as mercury e-line, mercury g-line, and mercury h-line can be emitted from the light source unit 3.
- the number of refractive indexes that can be measured by the refractive index measurement processing unit 102 is three has been described, but the number of refractive indexes is not limited thereto, and may be four or more.
- the approximate expression is not limited to the shot dispersion formula, the Hertzburger dispersion formula, or the Conrady dispersion formula, Other approximations such as Selmeier's dispersion formula can be used.
- the present invention is not limited to such a configuration, and a part of the control unit 100 (for example, the coefficient calculation processing unit 103 and the refractive index calculation processing unit 104) is configured separately from the refractive index measurement device, thereby calculating the refractive index. It may be provided as a device.
- the refractive index calculation method executed by the coefficient calculation processing unit 103 and the refractive index calculation processing unit 104 in the above embodiment can be manually performed by a human.
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Abstract
コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができるＶブロック方式の屈折率測定装置並びにこれに用いられる屈折率算出装置及び屈折率算出方法を提供する。ナトリウムＤ線以外の３つの波長（ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線）の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、近似式に含まれる３つの係数を係数算出処理部１０３で算出し、算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を屈折率算出処理部１０４で算出する。これにより、光源としてナトリウムランプを追加することなく、ナトリウムＤ線の波長における試料の屈折率を測定可能にすることができる。
Description
本発明は、Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置並びにこれに用いられる屈折率算出装置及び屈折率算出方法に関するものである。
いわゆるＶブロック方式の屈折率測定装置では、Ｖブロックプリズムに形成されているＶ字状の溝に試料が載置され、Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより、試料を透過した測定光を検出器で検出して試料の屈折率を測定することができるようになっている（例えば、下記特許文献１参照）。
この種の屈折率測定装置には、例えばヘリウムランプ及び水素ランプが測定光の光源として備えられている。これにより、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長における試料の屈折率を測定することができる。主にガラスなどの試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置では、ヘリウムｄ線の波長（５８７．６ｎｍ）が基準波長として用いられ、ナトリウムランプは備えられていないのが一般的である。
これに対して、いわゆるアッベ方式の屈折率測定装置では、ＪＩＳ Ｋ００６２－１９９２、ＪＩＳ Ｋ７１０５－１９８５、ＩＳＯ ４８９－１９８３Ｅなどにも記載されているように、ナトリウムＤ線の波長（５８９．３ｎｍ）が基準波長として用いられることにより、主に化学製品やプラスチックなどの試料の屈折率を測定することができる。そのため、アッベ方式の屈折率測定装置には、ナトリウムランプが測定光の光源として備えられているのが一般的である。
Ｖブロック方式の屈折率測定装置とアッベ方式の屈折率測定装置とを比較すると、Ｖブロック方式の方がアッベ方式よりも屈折率の測定精度が高い。そこで、本願発明者らは、Ｖブロック方式の屈折率測定装置の利用可能範囲を、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで拡大することができないか検討するに至った。
Ｖブロック方式の屈折率測定装置の中には、光源の数を増やすことができるようになっているものもある。したがって、Ｖブロック方式の屈折率測定装置の利用可能範囲を、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで拡大したい場合には、光源としてナトリウムランプを追加すれば、ナトリウムＤ線の波長における試料の屈折率を測定可能にすることができる。しかしながら、光源としてナトリウムランプを追加した場合には、その分のコストがかかるという問題がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができるＶブロック方式の屈折率測定装置並びにこれに用いられる屈折率算出装置及び屈折率算出方法を提供することを目的とする。
本願発明者らは、Ｖブロック方式の屈折率測定装置に一般的に備えられている光源を用いた場合、ナトリウムＤ線の波長における屈折率を近似式により精度よく算出できることを見出した。
本発明に係る屈折率測定装置は、Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置であって、ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光を照射可能な光源部と、試料を透過した測定光を検出する検出器と、前記検出器における検出強度に基づいて試料の屈折率を測定する屈折率測定処理部と、各波長の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出処理部と、前記係数算出処理部により算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出処理部とを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出し、算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出することができる。これにより、光源としてナトリウムランプを追加することなく、ナトリウムＤ線の波長における試料の屈折率を測定可能にすることができるため、コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができる。
上記近似式は、ショットの分散式、セルマイヤーの分散式、ヘルツバーガーの分散式又はコンラディの分散式であってもよい。また、上記係数の数が３つである場合には、上記近似式は、ショットの分散式、ヘルツバーガーの分散式又はコンラディの分散式であってもよい。
上記近似式は、測定光の波長の数と同じ数の係数を含んでいてもよい。この場合、上記近似式における係数の数が、測定光の波長の数と同じになるように、一部の項が省略された近似式が用いられてもよい。
前記光源部には、ヘリウムランプが含まれていてもよい。この場合、前記係数算出処理部は、前記ヘリウムランプからの測定光を用いて測定したヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値を用いて、前記少なくとも３つの係数を算出することが好ましい。
このような構成によれば、ヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値を用いて、近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出し、算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出することができる。ヘリウムｄ線とナトリウムＤ線は波長が近似しているため、ヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値を用いることにより、ナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を精度よく算出することができる。
前記光源部には、水素ランプが含まれていてもよい。この場合、前記係数算出処理部は、前記ヘリウムランプからの測定光を用いて測定したヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値、並びに、前記水素ランプからの測定光を用いて測定した水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長における屈折率の測定値を用いて、前記少なくとも３つの係数を算出することが好ましい。
このような構成によれば、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長における屈折率の測定値を用いて、近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出し、算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出することができる。これにより、Ｖブロック方式の屈折率測定装置に一般的に備えられているヘリウムランプ及び水素ランプを用いて、ナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を精度よく算出することができるため、コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができる。
本発明に係る屈折率算出装置は、Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置に用いられる屈折率算出装置であって、ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光で測定された屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出処理部と、前記係数算出処理部により算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出処理部とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る屈折率算出方法は、Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置に用いられる屈折率算出方法であって、ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光で測定された屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出ステップと、前記係数算出ステップにより算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出ステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、光源としてナトリウムランプを追加することなく、ナトリウムＤ線の波長における試料の屈折率を測定可能にすることができるため、コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るＶブロック方式の屈折率測定装置の構成例を示す概略平面図である。この屈折率測定装置は、Ｖブロックプリズム１を介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置である。
試料としては、例えばガラス、プラスチック又は液体などを挙げることができる。試料は、Ｖブロックプリズム１に形成されているＶ字状の溝１１（図１では溝１１を真上から見た図を示している。）に載置され、試料を透過した測定光を検出器２で検出することにより試料の屈折率を測定することができるようになっている。
この屈折率測定装置には、上述のＶブロックプリズム１及び検出器２に加えて、測定光を照射する光源部３と、光源部３からの測定光をＶブロックプリズム１に導く第１光学系４と、Ｖブロックプリズム１を透過した測定光を検出器２に導く第２光学系５とが備えられている。
光源部３には、複数の光源３１が備えられている。光源３１としては、例えばヘリウムランプ及び水素ランプが用いられ、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線などの異なる波長の測定光を光源部３から照射することができるようになっている。光源３１からの測定光は、ミラー３２で反射され、光源部３から水平方向に照射される。ミラー３２は、垂直方向（図１における紙面前後方向）に延びる回転軸３２１を中心に回転可能となっており、ミラー３２の回転位置に応じた光源３１からの測定光を第１光学系４に導くことができる。ただし、光源３１は、上記のような種類に限られるものではない。
第１光学系４には、レンズ４１、ミラー４２，４３，４４、干渉フィルタ４５、スリット４６及びコリメータレンズ４７などが備えられている。光源部３からの測定光は、レンズ４１を通過し、ミラー４２，４３で順次に反射した後、干渉フィルタ４５に入射する。
干渉フィルタ４５は複数設けられており、光源３１の種類に応じて選択された干渉フィルタ４５が光路中に挿入されることにより、その干渉フィルタ４５に対応する特定波長の測定光（単色光）のみが干渉フィルタ４５を透過し、ミラー４４側へと導かれる。ミラー４４で反射した測定光は、スリット４６を通過し、コリメータレンズ４７で平行光とされた後、Ｖブロックプリズム１に入射する。Ｖブロックプリズム１に対して一方の端面１２から入射した測定光は、Ｖ字状の溝１１に載置されている試料を透過した後、再びＶブロックプリズム１を通り、Ｖブロックプリズム１と試料の屈折率差に応じた角度で他方の端面１３から出射する。
第２光学系５には、ミラー５１，５２、テレメータレンズ５３及びビームスプリッタ５４などが備えられている。第２光学系５は、モータ６の回転軸６１に取り付けられた円板７に固定されている。具体的には、ミラー５１，５２及びテレメータレンズ５３が、回転軸６１に対して偏心した位置で回転軸６１に平行に並び、ミラー５２及びビームスプリッタ５４が、回転軸６１に対して垂直方向に並ぶように、それぞれ円板７に固定されている。
ミラー５１は、測定光の入射方向に対して反射面が４５°傾斜するように配置されることにより、当該ミラー５１で反射した測定光は、進行方向が９０°変換されてテレメータレンズ５３に導かれる。テレメータレンズ５３は、Ｖブロックプリズム１からの測定光を集光させてミラー５２に導き、ミラー５２で反射した測定光は、ビームスプリッタ５４を透過して、円板７に固定された検出器２により検出される。
ミラー５１及びテレメータレンズ５３は、Ｖブロックプリズム１からの測定光の入射方向に対して垂直方向に１列に配置され、回転軸６１に対して偏心した位置で、テレメータ部５０として一体的に円板７に保持されている。したがって、モータ６を回転させることにより、回転軸６１を中心に円板７を回転させれば、Ｖブロックプリズム１に対するテレメータ部５０の位置を変化（走査）させ、Ｖブロックプリズム１からの測定光を異なる角度から受光して検出器２に導くことができる。モータ６は、例えばエンコーダ付きのサーボモータからなり、モータ６の回転角を正確に把握することができる。
一方、ビームスプリッタ５４で反射した測定光は、ミラー８で反射した後、レンズ９を通過して接眼部（図示せず）へと導かれ、当該接眼部において測定光の状態を目視することができる。ビームスプリッタ５４及びミラー８は、回転軸６１上に設けられており、Ｖブロックプリズム１の位置調整を行う際には、ビームスプリッタ５４とミラー８との間の光路上にオートコリメーションプリズム１０を挿入可能となっている。
なお、第２光学系５の光路中にビームスプリッタ５４とは別のビームスプリッタを設けて、第２光学系５を通過する測定光の一部をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどのカメラへと導くことにより、当該カメラで撮像された画像を表示部（図示せず）の表示画面に表示させるような構成とすることもできる。
図２は、図１の屈折率測定装置における制御部１００の構成例を示すブロック図である。この屈折率測定装置の動作は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部１００により制御される。制御部１００は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、モータ駆動処理部１０１、屈折率測定処理部１０２、係数算出処理部１０３及び屈折率算出処理部１０４などとして機能する。
モータ駆動処理部１０１は、モータ６の駆動を制御するための処理を行う。試料の屈折率を測定する際には、モータ駆動処理部１０１が一定速度でモータ６を回転させることにより、Ｖブロックプリズム１に対してテレメータ部５０を走査させる。これにより、Ｖブロックプリズム１からの測定光が異なる角度から受光されて検出器２に導かれるため、モータ６の回転に伴い、検出器２における検出強度が変化することとなる。
屈折率測定処理部１０２は、モータ駆動処理部１０１により回転されるモータ６の回転角と検出器２における検出強度とに基づいて、試料の屈折率を測定するための処理を行う。具体的には、モータ６を回転させて、各回転角におけるＶブロックプリズム１からの測定光を検出器２で検出することにより、検出強度が最も高くなる回転角を特定し、その回転角とＶブロックプリズム１の屈折率とに基づいて試料の屈折率を測定することができる。
本実施形態では、屈折率測定処理部１０２により測定可能な屈折率、すなわちヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長における屈折率以外の屈折率についても、波長と屈折率との関係を表す近似式を用いて、近似値を算出することができるようになっている。このような屈折率の近似値の算出に用いられる近似式は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される記憶部２００に予め記憶しておくことができる。
係数算出処理部１０３は、上記近似式に含まれる係数を算出するための処理を行う（係数算出ステップ）。本実施形態では、屈折率測定処理部１０２においてヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、上記近似式に含まれる３つの係数を算出することができる。すなわち、測定可能な屈折率の数と同じ数の係数を含む近似式については、その近似式に含まれる全ての係数を係数算出処理部１０３により算出することが可能である。
屈折率測定処理部１０２において測定可能な屈折率の数が３つの場合、上記近似式としては、ショットの分散式、ヘルツバーガーの分散式又はコンラディの分散式などを挙げることができる。例えばショット分散式では、波長λと屈折率ｎとの関係が下記式（１）のような近似式で表される。
しかし、上記のような近似式では、係数ａ０～ａ５が６つであるため、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長の測定光で測定した３つの屈折率の測定値を用いて、上記近似式に含まれる全ての係数ａ０～ａ５を算出することができない。このような場合には、下記式（２）のように、近似式における係数の数が、測定光の波長の数と同じになるように、一部の項が省略された近似式を用いることにより、当該近似式に含まれる全ての係数ａ０～ａ２を算出することができる。
一方、下記式（３）で表されるコンラディの分散式のように、係数ｎ０，Ａ，Ｂが３つの近似式の場合には、測定光の波長の数と同じ数の係数ｎ０，Ａ，Ｂを含んでいるため、一部の項を省略することなく全ての係数ｎ０，Ａ，Ｂを算出することができる。
屈折率算出処理部１０４は、係数算出処理部１０３により算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、上記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出するための処理を行う（屈折率算出ステップ）。すなわち、記憶部２００に記憶されている近似式を読み出し、当該近似式に含まれる係数として係数算出処理部１０３により算出された係数を代入するとともに、波長λとしてナトリウムＤ線の波長（５８９．３ｎｍ）を代入することにより、ナトリウムＤ線の波長における屈折率ｎの近似値を算出することができる。
このように、本実施形態では、ナトリウムＤ線以外の３つの波長（ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線）の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、近似式に含まれる３つの係数を算出し、算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出することができる。これにより、光源３１としてナトリウムランプを追加することなく、ナトリウムＤ線の波長における試料の屈折率を測定可能にすることができるため、コストをかけることなく、アッベ方式の屈折率測定装置の利用分野にまで利用可能範囲を拡大することができる。
図３は、ショットの分散式を用いて各波長における屈折率の近似値を算出した場合の波長と誤差との関係を示すグラフである。この図３では、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長の測定光で測定した３つの屈折率の測定値を用いて、ショットの分散式の省略式である上記式（２）により、各波長における屈折率の近似値を算出した場合の誤差が示されている。
３種類の試料について、それぞれ屈折率の近似値を算出したところ、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長においては、いずれの試料でも誤差は生じなかったが、それらの波長の中間波長（例えばｅ線の波長など）においては、各試料で誤差に大小はあるものの、いずれの試料でも誤差が生じた。
図４は、コンラディの分散式を用いて各波長における屈折率の近似値を算出した場合の波長と誤差との関係を示すグラフである。この図４では、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長の測定光で測定した３つの屈折率の測定値を用いて、コンラディの分散式である上記式（３）により、各波長における屈折率の近似値を算出した場合の誤差が示されている。
３種類の試料について、それぞれ屈折率の近似値を算出したところ、ヘリウムｄ線、水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長においては、いずれの試料でも誤差は生じなかったが、それらの波長の中間波長（例えばｅ線の波長など）においては、各試料で誤差に大小はあるものの、いずれの試料でも誤差が生じた。
ショットの分散式を用いた図３の結果と比べると、図４のようにコンラディの分散式を用いた方が全体的に誤差は小さくなる。しかし、図３及び図４のいずれにおいても、ｅ線の波長のような中間波長においては、算出される屈折率の近似値に大きな誤差が生じることとなる。一方で、ヘリウムｄ線とナトリウムＤ線は波長が近似しているため、ヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値を用いることにより、ナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値は精度よく算出することができる。
下記表１には、コンラディの分散式及びショットの分散式を用いて、ナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出したときの誤差が示されている。試料としては６種類のガラスＡ～Ｆを使用し、コンラディの分散式については上記式（３）を用いるとともに、ショットの分散式については６つの項を含む上記式（１）の他、３～５つに項を省略した省略式も用いて誤差を算出した。
この表１の結果から、コンラディの分散式である上記式（３）及びショットの分散式である上記式（１）のいずれにおいても誤差は小さく、ショットの分散式の項を３～５つに省略した場合であっても同様に誤差は小さいことが分かる。当該誤差は、いずれも１×１０－５以下であり、少なくとも３つの波長の測定光で測定した屈折率の測定値を用いれば、ナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を精度よく算出することができることが分かる。
以上の実施形態では、測定光が水平方向に沿って光源部３から検出器２まで導かれるような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、光源部３から検出器２に至る測定光の光路の少なくとも一部が、水平方向に対して傾斜していてもよい。この場合、モータ６の回転軸６１は、水平方向に延びるような構成に限らず、水平方向に対して傾斜した方向に延びるような構成であってもよい。
また、光源部３から検出器２に至る測定光の光路中に設けられた光学部材の構成は、上記実施形態において例示した構成に限らず、他の光学部材が設けられていてもよいし、一部の光学部材が省略されていてもよい。
光源部３は、４つ以上の波長の測定光を照射可能な構成であってもよい。この場合、例えば水銀ランプなどの他の光源３１が光源部３に備えられていてもよい。水銀ランプが光源３１として光源部３に備えられている場合には、水銀ｅ線、水銀ｇ線及び水銀ｈ線などの波長の測定光を光源部３から照射することができる。
以上の実施形態では、屈折率測定処理部１０２において測定可能な屈折率の数が３つの場合について説明したが、これに限らず、４つ以上であってもよい。このように、屈折率測定処理部１０２において測定可能な屈折率の数が４つ以上の場合、上記近似式としては、ショットの分散式、ヘルツバーガーの分散式又はコンラディの分散式に限らず、セルマイヤーの分散式などの他の近似式を用いることができる。
また、以上の実施形態では、屈折率測定装置に備えられた制御部１００により屈折率の近似値を算出するような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、制御部１００の一部（例えば係数算出処理部１０３及び屈折率算出処理部１０４）が屈折率測定装置とは分離して構成されることにより、屈折率算出装置として提供されてもよい。また、上記実施形態において係数算出処理部１０３及び屈折率算出処理部１０４により実行される屈折率算出方法は、人間が手動で行うことも可能である。
１ Ｖブロックプリズム
２ 検出器
３ 光源部
４ 第１光学系
５ 第２光学系
６ モータ
７ 円板
８ ミラー
９ レンズ
１０ オートコリメーションプリズム
１１ 溝
１２ 端面
１３ 端面
３１ 光源
３２ ミラー
４１ レンズ
４２，４３，４４ ミラー
４５ 干渉フィルタ
４６ スリット
４７ コリメータレンズ
５０ テレメータ部
５１，５２ ミラー
５３ テレメータレンズ
５４ ビームスプリッタ
６１ 回転軸
１００ 制御部
１０１ モータ駆動処理部
１０２ 屈折率測定処理部
１０３ 係数算出処理部
１０４ 屈折率算出処理部
２００ 記憶部
３２１ 回転軸
２ 検出器
３ 光源部
４ 第１光学系
５ 第２光学系
６ モータ
７ 円板
８ ミラー
９ レンズ
１０ オートコリメーションプリズム
１１ 溝
１２ 端面
１３ 端面
３１ 光源
３２ ミラー
４１ レンズ
４２，４３，４４ ミラー
４５ 干渉フィルタ
４６ スリット
４７ コリメータレンズ
５０ テレメータ部
５１，５２ ミラー
５３ テレメータレンズ
５４ ビームスプリッタ
６１ 回転軸
１００ 制御部
１０１ モータ駆動処理部
１０２ 屈折率測定処理部
１０３ 係数算出処理部
１０４ 屈折率算出処理部
２００ 記憶部
３２１ 回転軸
Claims (5)
- Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置であって、
ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光を照射可能な光源部と、
試料を透過した測定光を検出する検出器と、
前記検出器における検出強度に基づいて試料の屈折率を測定する屈折率測定処理部と、
各波長の測定光で測定した屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出処理部と、
前記係数算出処理部により算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出処理部とを備えたことを特徴とするＶブロック方式の屈折率測定装置。 - 前記光源部には、ヘリウムランプが含まれており、
前記係数算出処理部は、前記ヘリウムランプからの測定光を用いて測定したヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値を用いて、前記少なくとも３つの係数を算出することを特徴とする請求項１に記載のＶブロック方式の屈折率測定装置。 - 前記光源部には、水素ランプが含まれており、
前記係数算出処理部は、前記ヘリウムランプからの測定光を用いて測定したヘリウムｄ線の波長における屈折率の測定値、並びに、前記水素ランプからの測定光を用いて測定した水素Ｃ線及び水素Ｆ線の各波長における屈折率の測定値を用いて、前記少なくとも３つの係数を算出することを特徴とする請求項２に記載のＶブロック方式の屈折率測定装置。 - Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置に用いられる屈折率算出装置であって、
ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光で測定された屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出処理部と、
前記係数算出処理部により算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出処理部とを備えたことを特徴とする屈折率算出装置。 - Ｖブロックプリズムを介して試料に測定光を照射することにより試料の屈折率を測定するＶブロック方式の屈折率測定装置に用いられる屈折率算出方法であって、
ナトリウムＤ線以外の少なくとも３つの波長の測定光で測定された屈折率の測定値を用いて、波長と屈折率との関係を表す所定の近似式に含まれる少なくとも３つの係数を算出する係数算出ステップと、
前記係数算出ステップにより算出された係数及びナトリウムＤ線の波長に基づいて、前記近似式によりナトリウムＤ線の波長における屈折率の近似値を算出する屈折率算出ステップとを含むことを特徴とする屈折率算出方法。
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|---|---|
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| WO (1) | WO2015001650A1 (ja) |
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- 2013-07-04 JP JP2015524978A patent/JP5983881B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JP5983881B2 (ja) | 2016-09-06 |
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