专利名称：折射率测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于对具有非球面、球面或曲面的透镜等光学部件的折射率分布进行 测定的折射率测定装置。
背景技术：
作为用于数字复印机或数码照相机等的光学元件，有成型透镜。该成型透镜与玻璃研磨透镜相比，非球面透镜的制作性优良、成本低，但因成型条 件不同，也存在透镜内部的折射率分布容易产生不均勻性这样的不稳定方面。该透镜内部 的折射率的不均勻性对透镜的光学特性产生很大影响，有可能成为导致成像性能恶化的原 因。根据上述情况，为了使成型透镜的品质稳定，需要高精度地测定折射率的分布。近年来，有意使透镜内具有折射率梯度的GRIN(Gradient-Index)透镜在光通信 领域等开始使用。该GRIN透镜由于能够将形状与折射率分离开，因此，在摄像系统等期待 扩展其应用范围。GRIN透镜由于有意与玻璃剂(硝剖)相关联地设计折射率分布，因此，为了实现稳 定的量产化，需要高精度地测定折射率的分布。作为应对上述情况的用于测定折射率的现有技术，存在如下方法通过最小偏角 法等测定偏角来求出折射率的方法、或者将被检物浸入折射率已知的溶液中进行观察并根 据溶液的折射率间接地测定被检物的折射率的方法、或者观察平面波的参照光和平面波的 检查光产生的干涉条纹的方法(马赫_曾德尔干涉仪)，其中该平面波的检查光透过使被检 物浸液于与其折射率大致相等的折射率已知的匹配液中的状态。图6是表示利用现有的马赫_曾德尔干涉仪的折射率测定装置的图。在图6中，自激光光源1出射的光通过聚光透镜2形成平行光后，通过半反镜3分 支为参照光4和检查光5。检查光5被全反镜6反射后，透过装满折射率与被检物7大致相 等的匹配液的浸液槽8及浸入其中的被检物7，产生对应于被检物7的折射率分布的光程 差，在到达半反镜9后经由成像透镜10进入摄像元件11。另一方面，参照光4透过补偿板12，被全反镜13反射并到达半反镜9后，经由成像 透镜10进入摄像元件11。该补偿板12用于使自检查光5至摄像元件11的光程长度与自 参照光4至摄像元件11的光程长度大致相等。在摄像元件11中，检查光5与参照光4合波，与其光程差相对应地产生干涉条纹 14。在观察该干涉条纹时，根据产生干涉条纹14的部位的条数，能够计算该部分的被检物 7的光学厚度，于是，通过计算匹配液的折射率的差分，可以求出被检物7的折射率。在采用使用该匹配液的干涉仪的方法中，存在如下方法使用提高匹配液的温度 均勻性的浴槽的方法、导入相位偏移法以提高精度的方法、以及利用CT扫描仪能够计测三 维分布的方法(例如参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2001-21448号公报
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但是，在以往的测定偏角的方法中，需要将被检物加工成规定的形状，存在必须破 坏并研磨作为测定对象的光学元件的问题。而且，将被检物浸入折射率与被检物大致相等的匹配液中的方法虽然能够以非破 坏方式进行测定，但匹配液的折射率的不均勻性成为产生较大误差的原因，从而存在其控 制方法难的问题。另外还存在如下问题被检物在匹配液中的折射率存在区域被缩小，并 且，匹配液自身对环境及人体造成伤害的情况较多，有损测定的便利性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种折射率测定装置，其能够解决上述现有问题，并能够 对被检物以非破坏方式简单地测定其折射率分布。为了实现上述目的，本发明如下构成。根据本发明的第一方式，提供一种折射率测定装置，其具有光源、将来自所述光源的光分成检查光和参照光的分光器、使所述检查光聚光并照射到被检物表面的第一探针光学系统、使透过所述被检物的所述检查光聚光的第二探针光学系统、以使所述第一探针光学系统的光轴和所述第二探针光学系统的光轴保持同轴性 的方式使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统在一个光轴上位移的驱动机构、使通过所述第二探针光学系统聚光的所述检查光和所述参照光干涉而得到干涉 信号的受光元件、以及基于通过所述受光元件得到的干涉信号算出所述被检物的折射率的算出部。根据本发明的第二方式，在第一方式所记载的折射率测定装置的基础上，所述算 出部基于所述被检物的干涉信号的计算值、以及替换被检物而使用折射率和厚度已知的基 准物预先求出的干涉信号的计算值，算出所述被检物的折射率。根据本发明的第三方式，在第二方式所记载的折射率测定装置的基础上，具有将所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统的位置作为相距各自基准位 置的差分而进行测距的第一测长机构、设置于所述参照光的光程中并调整所述参照光的光程长度的参照光反射镜、以及将所述参照光反射镜的位置作为相距其基准位置的差分而进行测距的第二测长 机构，当将所述基准物的折射率设为NO、将所述基准物的厚度设为DO、将所述各探针光 学系统相距所述基准位置的差分的合计值设为AD、将所述参照光反射镜相距所述基准位 置的差分设为AND时，通过下述(式1)由所述算出部算出所述被检物的折射率N，(数1)N= (2AND+N0XD0)/(AD+D0). ·.(式 1)。根据本发明的第四方式，在第一或第二方式所记载的折射率测定装置的基础上， 所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统中的一个探针光学系统的探针仅露出比 其照射光的波长小的范围内的前端，所述探针的其他部分由不透明的覆盖层覆盖，另一个 探针光学系统的探针仅露出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述另一个探针光学系统的所述探针的其他部分由透明的覆盖层覆盖。根据本发明的第五方式，在第一或第二方式所记载的折射率测定装置的基础上， 所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统中的一个探针光学系统的探针仅露出比 其照射光的波长小的范围内的前端，所述探针的其他部分由不透明的覆盖层覆盖，另一个 探针光学系统的探针仅露出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述另一个探针光学系 统的所述探针的其他部分无覆盖层而露出。根据本发明的第六方式，在第一或第二方式所记载的折射率测定装置的基础上， 还具有使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统以保持同轴的状态联动地移动 的移动机构，使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统一边移动一边扫描所述被 检物，算出所述被检物的折射率分布。通过使用本发明，能够对被检物以非破坏方式简单地测定其折射率分布。
根据与针对附图的优选实施方式相关联的以下记述，可以明了本发明的目的和特 征。图1是本发明第一实施方式的折射率测定装置的概念结构图；图2是所述第一实施方式的所述折射率测定装置的流程图；图3是表示来自所述第一实施方式的所述折射率测定装置中的探针光学系统的 近场光向被检物表面照射的图；图4A是表示所述第一实施方式的所述折射率测定装置的测定基准物时的原理的 图、图4B是表示所述第一实施方式的所述折射率测定装置的测定被检物时的原理的图；图5是所述第一实施方式的所述折射率测定装置中的干涉光强度的曲线图；图6是表示利用以往的马赫_曾德尔干涉仪的折射率测定装置的图；图7是用于说明在与所述第一实施方式的所述折射率测定装置中的第一探针光 学系统和第二探针光学系统所构成的光轴垂直的平面上，能够使被检物位移的驱动部的一 例的主视图；图8是用于说明图7的驱动部的一例的侧视图；图9是用于说明能够使所述第一实施方式的所述折射率测定装置中的第一探针 光学系统及第二探针光学系统以保持同轴性的方式进行位移的驱动部的一例的侧视图。
具体实施例方式以下，对于本发明的实施方式，参照附图进行说明。在以下的说明中，对于同一结 构标注同一附图标记而省略其说明。(第一实施方式)图1是本发明第一实施方式的折射率测定装置的概念结构图。图2是第一实施方 式的折射率测定的流程图。下述的光源15、驱动部30、31、35、44、折射率算出部50、计算部 48、计算部49、干涉信号计算部47、测长器45、测长器32、测长器33、焦点检测部40及焦点 检测部41等各部件分别利用控制部100控制各自的工作，并构成为能够自动测定作为光学 部件的被检物23的折射率分布。
在图1中，自SLD(超辐射发光二极管)所代表的、发出低相干光的光源15出射的 光束，通过分光器16分成检查光17和参照光18。检查光17通过透镜19入射到光纤20，接着入射到第一探针光学系统22，并透过 半反镜21照射到被检物23。照射到被检物23的检查光17透过被检物23内并通过第二探 针光学系统24聚光。通过第二探针光学系统24聚光的检查光透过半反镜25在光纤26中 传播，通过透镜27被放大，并透过分光器28到达受光元件29。第一探针光学系统22及第二探针光学系统24被配置成各光学系统所成的光轴同 轴，通过各自的驱动部30及驱动部31，以保持第一探针光学系统22及第二探针光学系统 24的同轴性的方式在一个光轴上位移。而且，其位移量通过测长器32及测长器33被测量， 并被记录于测长器32及测长器33各自内置的存储部中。测长器32及测长器33作为第一 测长机构的一例起作用。驱动部30及驱动部31优选为使第一探针光学系统22和第二探针 光学系统24以保持同轴的状态联动地移动的机构，但如果可以另行进行轴对准而使调整 时间进一步增长，则也可以进行调整以使两探针光学系统22、24个别移动，最终达到同轴。驱动部30及驱动部31分别作为驱动机构的一例而起作用，且作为各驱动部30及 驱动部31的一例，如图9所示，在一个光轴上相对向地配置。即、在设置台80上，第一探针 光学系统22的探针22a被探针固定件30c支承。探针固定件30c立起固定于沿光轴即沿 Z轴能够进退移动的第一 Z轴驱动部30a。第一 Z轴驱动部30a在固定于设置台80上的支 柱30b上能够沿光轴即沿Z轴进退移动。同样地，在设置台80上，第二探针光学系统24的 探针24a以与第一探针光学系统22的探针22a相对向的方式被探针固定件31c支承。探 针固定件31c立起固定于沿光轴即沿Z轴能够进退移动的第二 Z轴驱动部31a。第二 Z轴 驱动部31a在固定于设置台80上的支柱31b上能够沿光轴即沿Z轴进退移动。因此，通过 适当驱动第一 Z轴驱动部30a和第二 Z轴驱动部31a，第一探针光学系统22及第二探针光 学系统24能够以保持同轴性的方式在一个光轴上位移。第一 Z轴驱动部30a和第二 Z轴 驱动部31a分别由例如马达以及利用螺母和滚珠丝杠在马达驱动下的相对驱动的机构等 公知机构构成。被检物23由支架(透镜支架)34固定。该支架34可以利用驱动部35，在与第一 探针光学系统22和第二探针光学系统24所成的光轴垂直的平面上使被检物23位移。在 图7及图8中表示支架34及驱动部35的一例。在支架34的环状支承体34a上，以120度 间隔使三个支承部34b朝中心方向突出，从而能够支承被检物23。在环状支承体34a的下 端配置能够调整支架34使其绕图7的上下方向的轴旋转的旋转调整部35a，在旋转调整部 35a的下部配置能够对支架34及旋转调整部35a进行俯仰调整的俯仰调整部35b，在俯仰 调整部35b的下部配置能够使支架34、旋转调整部35a和俯仰调整部35b沿X轴方向移动 的X轴驱动部35c，并且，在X轴驱动部35c的背后，配置有能够使X轴驱动部35c沿与X轴 正交的Y轴方向移动的Y轴驱动部35d，由此构成驱动部35。从而，通过适当驱动X轴驱动 部35c、Y轴驱动部35d、俯仰调整部35b和旋转调整部35a，能够使被检物23在与第一探针 光学系统22和第二探针光学系统24所成的光轴垂直的平面上位移。X轴驱动部35c、Y轴 驱动部35d、俯仰调整部35b和旋转调整部35a分别由例如马达、利用螺母和滚珠丝杠在马 达驱动下的相对驱动的机构、齿轮机构或齿轮齿条副机构等公知的机构构成。而且，第一及第二探针光学系统22、24具备在各自的内部内置有聚焦机构且能够使第一及第二探针光学系统22、24以一定距离聚焦到被检物23表面的机构。聚焦时，在第一及第二探针光学系统22、24中，自光源36出射的相干光在半反镜 37及半反镜21被反射而到达被检物23。而且，自光源38出射的相干光在半反镜39及半 反镜25被反射而到达被检物23。接着，分别在被检物23的表面被反射的光沿着相反的光 程，透过半反镜37或半反镜39，到达焦点检测部40或焦点检测部41，从而得到对焦信号。该对焦信号在第一及第二探针光学系统22、24为近场探针时，例如通过将反射光 和入射光的强度之比设为信号并进行保持，可以将被检物23的表面与第一及第二探针光 学系统22、24之间的距离以纳米尺度(f 7 7 * — > )保持为一定。或者，即便是如下方 法，即对在近场探针的前端和被检物23表面之间产生的力学相互作用即剪切应力进行测 定，以使该测定值成为固定值的方式控制探针的方法，也可以以纳米尺度将被检物23的表 面和第一及第二探针光学系统22、24之间的距离保持为一定。另一方面，由分光器16分支的参照光18的光程通过镜42被折返而到达参照平面 即作为参照光反射镜的一例的角立方反射器43，被该角立方反射器43反射的反射光返回 反射镜42，并入射到分光器28，被反射而到达受光元件29。角立方反射器43能够通过作为第二测长机构的一例的驱动部44，沿与其光轴相 同的方向位移，通过该位移，可以调整参照光18的光程长度。驱动部44例如由马达以及利 用螺母和滚珠丝杠在马达驱动下的相对驱动的机构等公知机构构成。而且，该角立方反射器43的位移量由测长器45测量，并记录在内置于测长器45 的存储部中。在分光器28中，参照光和检查光重合，若两者的光程长度差处于自光源发出的光 的相干长度的范围内，则产生干涉，干涉信号在受光元件29中被观测。在受光元件29中观 测到的干涉光通过A/D转换器46转换为电信号，通过干涉信号计算部47判定其干涉强度。由测长器32及测长器33测量的第一探针光学系统22及第二探针光学系统24的 位置信息被送入计算部48，并在此计算几何厚度。由测长器45测量的角立方反射器43的位置信息被送入计算部49，并在此计算光
学厚度。基于由计算部48算出的几何厚度的值及由计算部49算出的光学厚度的值，由折 射率算出部50计算折射率。在此，根据图2的流程图，对基于以上结构的作为被检物23的透镜的面间距的计 测方法说明。在图2中，在步骤SO(初始状态)中，第一探针光学系统22和第二探针光学系统 24配置成使各光学系统的光轴同轴，并位于初始位置。接着，在步骤S 1中，在支架34上，作为基准物51而保持有厚度(DO)和折射率 (NO)已知的平面上的板(基准物51)，通过驱动部35，设置成使该基准物51位于第一探针 光学系统22及第二探针光学系统24之间。此时，该基准物51的平行度被调整成相对于第 一探针光学系统22和第二探针光学系统24所成的光轴垂直。关于该调整方法将在后面论 述。接着，在步骤S2中，第一探针光学系统22及第二探针光学系统24通过各光学系 统内的聚焦机构，在基准物51的表面聚焦。
接着，在步骤S3中，利用干涉信号计算部47评价干涉信号的强度。在此，当干涉信号非最大时(在图2的步骤S3中为“否”时)，在步骤S4中，利用 使角立方反射器43移动的驱动部44等使作为参照平面的角立方反射器43自动位移，以使 被评价的干涉信号成为最大。接着，在步骤S5中，干涉信号被判定为最大时的角立方反射器43的位置，利用测 长器45作为角立方反射器43位置的基准值(ZRO)被测量并记录。该值为测长器45的基 准值。此时，将自测长器45朝向角立方反射器43的方向设为正值。接着，在步骤S6中，第一探针光学系统22及第二探针光学系统24的位置，利用测 长器32及测长器33，分别作为第一探针光学系统22的位置的基准值(ZlO)、第二探针光学 系统24的位置的基准值(Z20)被测距。该值为测长器32及测长器33的基准值。此时，在 第一及第二探针光学系统22、24所成的光轴(Z轴)上，将自各测长器朝向各探针光学系统 的方向设为正值。而且，被检物的支架34与第一及第二探针光学系统22、24的相对位置 (XY轴)由其他测定机构来测定。此时，将自测量第一及第二探针光学系统22、24的各探针 系统的位置的测长器32及33朝向各探针的方向设为正值。接着，在步骤S7中，第一探针光学系统22及第二探针光学系统24按照测定者的 指令，利用驱动部30张开其间隔，将基准物51从支架34拆下。接着，在步骤S8中，在支架34上保持被测定物23，且该被测定物23被设置成通过 驱动部35而位于第一探针光学系统22及第二探针光学系统24之间。第一探针光学系统 22及第二探针光学系统24通过各光学系统内的聚焦机构在被检物23的表面聚焦。根据该 聚焦位置来确定对该被检物23的哪一部分的折射率进行测定，该聚焦位置由驱动部35控 制。接着，在步骤SlO中，通过干涉信号计算部47评价干涉信号的强度。在此，若干涉信号非最大(在图2的步骤SlO中为“否”)，则在步骤Sll中，使角 立方反射器43位移以使干涉信号成为最大。接着，在步骤S12中，干涉信号被判定为最大时的角立方反射器43的位置，利用测 长器45作为角立方反射器43的测定值(ZRl)被测距并记录。接着，在步骤S13中，第一探针光学系统22及第二探针光学系统24的位置利用测 长器32及测长器33，分别作为第一探针光学系统22的测定值(Zll)、第二探针光学系统24 的测定值(Z21)被测距。接着，在步骤S14中，该测定位置处的几何厚度D通过以下(式1)由计算部48算出。(数2)D = -(Z11+Z21) + (Z10+Z20)+D0 (式 1)第一探针光学系统22及第二探针光学系统24由于相距被检物23的表面总是保 持一定的距离，因此，测定基准物51时(基准值)和测定被检物23时(测定值)的第一及 第二探针光学系统22、24的位置的差分，与被检物23和基准物51的几何厚度的差分相当。 关于其原理，通过图4A和图4B在后面论述。接着，在步骤S15中，该测定位置处的几何厚度ND通过以下(式2)由计算部48算出。
(数3)ND = -2 X (ZRl-ZRO) +NO XDO (式 2)在此，光源15为SLD所代表的低相干光源，参照光18及检查光17的光程长度差 达到相干长度以下时产生干涉信号，该干涉信号刚好达到最大时，该差分成为零。因此，测 定基准物51时及测定被检物23时的参照平面即角立方反射器43的位置的差分，与被检物 23和基准物51的光程长度的差分相当。关于其原理，通过图4A和图4B在后面论述。在上 述(式2)中光程长度的值成为角立方反射器43的位置的差分的两倍是因为，由于是折返 光学系统，故角立方反射器43的移动与参照光18的光程差的位移量的一半相当。接着，在步骤S16中，使用在步骤S14及步骤S15中求出的几何厚度及光程长度， 如下述(式3)所示，通过折射率算出部50求出测定点处的局部折射率N。(数4)N = ND/D (式 3)而且，在(式1)中，若两探针光学系统22、24位置的测定基准物时和测定被检物 时的差分的合计值设为Δ ，则AD由下述(式4)表示。(数5)AD = -(Ζ11+Ζ21) + (Ζ10+Ζ20)(式 4)而且，在(式2)中，若将参照光反射镜的位置的测定基准物时和测定被检物时的 差分的合计值设为ΔΝ ，则AND由下述(式5)表示。(数 6)AND = -ZR1+ZR0 (式 5)此时，由(式3)计算的局部折射率N由下述(式6)表示。(数7)N= (2AND+N0XD0)/(AD+D0) (式 6)接着，在步骤S17中，由控制部100判断被检物23中的应测定的所有部位是否已 被测定。当通过控制部100判断为并非所有部位都被测定时，在步骤S17-1中，第一探针光 学系统22及第二探针光学系统24自向被检物23聚焦的聚焦状态退出，被检物23通过驱 动部35移动到与此前已测定的部位不同的部分之后回到步骤S9。在步骤S17中，在通过控 制部100判断为被检物23中的应测定的所有部位都已被测定时，进入步骤S18。在回到步骤S9之后，反复进行步骤SlO S17，求出不同部位的局部折射率。当 被检物23中的应测定的所有部位都已被测定时，基于此，在步骤S18中制作折射率的XY分 布。在此，在步骤SO中，基准物51与第一及第二探针光学系统22、24的轴之间的平行 度的调整可以如下进行，即在前述步骤S2中，将使第一及第二探针光学系统22、24聚焦来 测定第一及第二探针光学系统22、24的位移量的场所设置在XY平面上的多个部位，并对其 测定数值进行比较来进行调整。第一及第二探针光学系统22、24在光轴方向上的位移量通 过在各个部位读出测长器的值而求出，利用支架34调整基准物51的方向，以使该值在多个 部位为一定值。由此，可以使基准物51与第一及第二探针光学系统22、24的轴的平行度一 致。在该情况下，基准物51为完全平行的物体。以上，在本实施方式中，通过求出与折射率及厚度已知的基准物51的差分来算出
9被检物23的折射率。以下，对本实施方式中的各结构要素的具体结构及更优选的结构进行论述。作为照射低相干光的光源15的具体例，可以利用超辐射发光二极管(SLD)、将来 自白色光源(卤素灯或氙气灯)的光利用单色器仅分光为特定波长域的单色光的元件、以 及激光发光二极管等。其波长并未特别限定，可以使用自紫外线至红外光的波长范围，相干 长度优选越短越好、具体而言为10 μ m左右，另外光源15的波长优选为处于被检物23的透 过率不下降这种程度的短波长侧。光源15的相干长度影响参照平面的位置精度。在本实 施方式的结构中，通过结合相位偏移干涉法，干涉强度信号的宽度约为10 μ m，作为参照平 面的位置精度，能够以Iym以下的精度进行计测。第一及第二探针光学系统22、24，其开口为波长以下，对光进行导波的芯仅使光纤 的前端露出并使其变尖，开口以外的部分优选为由金属等不透明的膜覆盖的近场探针。之 所以这样是因为，对于被检物的表面和探针光学系统之间的距离为具有波长以上的开口的 近场探针、或者物镜等光学元件而言，以波长的级别程度被控制，而对于开口为波长以下的 近场探针而言，不依赖于光的波长，能够以纳米级进行控制。图3是表示来自本发明第一实施方式的探针光学系统的近场光向被检物表面照 射的图。在此，仅对使用第一探针光学系统22的情况进行说明，但关于其原理，在第二探针 光学系统24中也一样。在图3中，入射光52为自光源15或聚焦用光源36传播的光。该入射光52在第 一探针光学系统22内的光纤53中传播，并在变细的前端产生近场光54。而且，此时不仅存 在在探针前端滞留的近场光，而且也存在自探针前端传播的传播光。在作为第一探针光学系统22的光纤53的前端，开设比照射光的波长小的范围即 纳米级的开口，其周围被由金属等构成的不透明膜55 (具有遮光性的不透明覆盖层)覆盖。当近场光54处于相距被检物23的表面为纳米级左右的距离(IOnrn左右)时，在 被检物23的表面产生散射，一部分作为透过光56透过被检物23内。在该被检物23表面 反射的后方散射光通过光纤53沿着相反的路径行进。而且，来自探针前端的传播光，其一 部分在被检物23的表面朝后方反射，剩余部分通过被检物23内部。在图3中，近场光自探针前端的渗出半径(染 出半径)为第一探针光学系统 22前端的开口大小的程度，为数nm IOOnm左右。另外，第二探针光学系统24与第一探针光学系统22同样地，对光进行导波的芯优 选为使光纤前端变尖的近场探针，但第二探针光学系统24与第一探针光学系统22不同，其 优选为尽可能地增大开口。之所以这样是因为，第二探针光学系统24需要将自被检物23 出射的微弱的透过光尽可能多地聚光。具体而言，优选为例如通过将第二探针光学系统24 的开口形成为波长程度的大小、或仅露出比照射光的波长小的范围内的前端而将其他部分 用透明膜覆盖(由透明覆盖层覆盖)、或完全不覆盖第二探针光学系统24等，从而尽可能地 不被金属等不透明膜(不透明覆盖层)覆盖。而且，对第一及第二探针光学系统22、24的位移量及参照平面的位移量进行测距 的测长器32、33为激光测长器，优选能够以纳米级精度进行测定。通过使用这些测长器32、 33，能够以纳米级的精度测定被检物的几何厚度。而且，由于第一及第二探针光学系统22、24都使用近场探针，因此，能够以纳米级
10来控制被检物23的表面和第一及第二探针光学系统22、24之间的距离，并且，由于开口小， 因此，具有能够确定透过被检物23中的光线的起点和终点的优点。作为受光元件29，为了提高干涉信号的强度，优选利用光电倍增管或雪崩光电二 极管等灵敏度高的检测器。根据以上结构，被检物的局部折射率通过测定其与基准物51的折射率之间的差 分而求出，其依赖于被检物的特性，例如，在本实施方式所示的结构中，其精度为小数点后 四位左右。图4A是表示本发明第一实施方式的测定基准物时的原理的图、图4B是表示本发 明第一实施方式的测定被检物时的原理的图。在本实施方式中，使用图4A、图 4B 所示的 ZR0、ZRl、Z10、Zll、Z20、Z21、D0、D、fl、
f2的关系，求出上述(式1) (式3)。而且，图5是表示本发明第一实施方式的干涉光的强度的曲线图。图5中横轴表示参照平面的移动量、纵轴表示干涉光的强度。在此，图4A所示的 测定基准物51时干涉光的强度为57、图4B所示的测定被检物时干涉光的强度为58。这些 干涉光仅在检查光17和参照光18的光程差为光源的相干长度以下时存在，其强度的半幅 值与光源所包含的波长的半幅值大致相等。另外，本实施方式的折射率指的是考虑到波长分散的群折射率，而并非单波长的 折射率(相位折射率)。通过将上述各种实施方式或变形例中的任意实施方式或变形例适当组合，可以起 到各实施方式或变形例所具有的效果。工业实用性根据本发明的折射率测定装置，能够以非破坏且不使用匹配液的方法，简单地测 定任意形状的被检物的折射率。由此，作为例如照相机等所使用的成型透镜的折射率分布 测定器，可以利用本发明。虽然参照附图并与优选实施方式相关联地充分记载了本发明，但毫无疑问对本领 域技术人员来说可以进行各种变形或修正。这样的变形或修正，只要不脱离权利要求限定 的本发明的保护范围，应理解为包含在本发明中。
权利要求
1. 一种折射率测定装置，其特征在于，具有 光源、将来自所述光源的光分成检查光和参照光的分光器、 使所述检查光聚光并照射到被检物表面的第一探针光学系统、 使透过所述被检物的所述检查光聚光的第二探针光学系统、以使所述第一探针光学系统的光轴和所述第二探针光学系统的光轴保持同轴性的方 式使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统在一个光轴上位移的驱动机构、使通过所述第二探针光学系统聚光的所述检查光和所述参照光干涉而得到干涉信号 的受光元件、以及基于通过所述受光元件得到的干涉信号算出所述被检物的折射率的算出部。
2.如权利要求1所述的折射率测定装置，其特征在于，所述算出部基于所述被检物的干涉信号的计算值、以及替换被检物而使用折射率和厚 度已知的基准物预先求出的干涉信号的计算值，算出所述被检物的折射率。
3.如权利要求2所述的折射率测定装置，其特征在于，具有将所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统的位置作为相距各自基准位置的 差分而进行测距的第一测长机构、设置于所述参照光的光程中并调整所述参照光的光程长度的参照光反射镜、以及 将所述参照光反射镜的位置作为相距其基准位置的差分而进行测距的第二测长机构， 当将所述基准物的折射率设为NO、将所述基准物的厚度设为DO、将所述各探针光学系 统相距所述基准位置的差分的合计值设为AD、将所述参照光反射镜相距所述基准位置的 差分设为AND时，通过下述(式1)由所述算出部算出所述被检物的折射率N， (数1)N = (2AND+N0XD0)/(AD+D0). . (式 1)。
4.如权利要求1或2所述的折射率测定装置，其特征在于，所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统中的一个探针光学系统的探针仅露 出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述探针的其他部分由不透明的覆盖层覆盖，另 一个探针光学系统的探针仅露出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述另一个探针光 学系统的所述探针的其他部分由透明的覆盖层覆盖。
5.如权利要求1或2所述的折射率测定装置，其特征在于，所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统中的一个探针光学系统的探针仅露 出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述探针的其他部分由不透明的覆盖层覆盖，另 一个探针光学系统的探针仅露出比其照射光的波长小的范围内的前端，所述另一个探针光 学系统的所述探针的其他部分无覆盖层而露出。
6.如权利要求1或2所述的折射率测定装置，其特征在于，还具有使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统以保持同轴的状态联动地 移动的移动机构，使所述第一探针光学系统和所述第二探针光学系统一边移动一边扫描所 述被检物，算出所述被检物的折射率分布。
全文摘要
本发明提供一种折射率测定装置。以将被检物(23)夹在中间的方式配置两个探针光学系统(22、24)以便用于测定被检物(23)，由此，利用该被检物的干涉信号算出通过局部确定的被检物中的光的光程长度，而且，通过测定探针光学系统的位置而算出该部分的几何厚度，求出光程长度和几何厚度这两个值，并基于这些值和基准物的计算值，求出被检物的折射率分布。
文档编号G01M11/02GK102007392SQ20108000137
公开日2011年4月6日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月22日
发明者日下雄介, 武智洋平, 滨野诚司, 福井厚司, 高田和政 申请人:松下电器产业株式会社