專利名稱：折射率測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于對具有非球面、球面或曲面的透鏡等光學部件的折射率分布進行 測定的折射率測定裝置。
背景技術(shù)：
作為用于數(shù)字復印機或數(shù)碼照相機等的光學元件，有成型透鏡。該成型透鏡與玻璃研磨透鏡相比，非球面透鏡的制作性優(yōu)良、成本低，但因成型條 件不同，也存在透鏡內(nèi)部的折射率分布容易產(chǎn)生不均勻性這樣的不穩(wěn)定方面。該透鏡內(nèi)部 的折射率的不均勻性對透鏡的光學特性產(chǎn)生很大影響，有可能成為導致成像性能惡化的原 因。根據(jù)上述情況，為了使成型透鏡的品質(zhì)穩(wěn)定，需要高精度地測定折射率的分布。近年來，有意使透鏡內(nèi)具有折射率梯度的GRIN(Gradient-Index)透鏡在光通信 領(lǐng)域等開始使用。該GRIN透鏡由于能夠?qū)⑿螤钆c折射率分離開，因此，在攝像系統(tǒng)等期待 擴展其應用范圍。GRIN透鏡由于有意與玻璃劑(硝剖)相關(guān)聯(lián)地設計折射率分布，因此，為了實現(xiàn)穩(wěn) 定的量產(chǎn)化，需要高精度地測定折射率的分布。作為應對上述情況的用于測定折射率的現(xiàn)有技術(shù)，存在如下方法通過最小偏角 法等測定偏角來求出折射率的方法、或者將被檢物浸入折射率已知的溶液中進行觀察并根 據(jù)溶液的折射率間接地測定被檢物的折射率的方法、或者觀察平面波的參照光和平面波的 檢查光產(chǎn)生的干涉條紋的方法(馬赫_曾德爾干涉儀)，其中該平面波的檢查光透過使被檢 物浸液于與其折射率大致相等的折射率已知的匹配液中的狀態(tài)。圖6是表示利用現(xiàn)有的馬赫_曾德爾干涉儀的折射率測定裝置的圖。在圖6中，自激光光源1出射的光通過聚光透鏡2形成平行光后，通過半反鏡3分 支為參照光4和檢查光5。檢查光5被全反鏡6反射后，透過裝滿折射率與被檢物7大致相 等的匹配液的浸液槽8及浸入其中的被檢物7，產(chǎn)生對應于被檢物7的折射率分布的光程 差，在到達半反鏡9后經(jīng)由成像透鏡10進入攝像元件11。另一方面，參照光4透過補償板12，被全反鏡13反射并到達半反鏡9后，經(jīng)由成像 透鏡10進入攝像元件11。該補償板12用于使自檢查光5至攝像元件11的光程長度與自 參照光4至攝像元件11的光程長度大致相等。在攝像元件11中，檢查光5與參照光4合波，與其光程差相對應地產(chǎn)生干涉條紋 14。在觀察該干涉條紋時，根據(jù)產(chǎn)生干涉條紋14的部位的條數(shù)，能夠計算該部分的被檢物 7的光學厚度，于是，通過計算匹配液的折射率的差分，可以求出被檢物7的折射率。在采用使用該匹配液的干涉儀的方法中，存在如下方法使用提高匹配液的溫度 均勻性的浴槽的方法、導入相位偏移法以提高精度的方法、以及利用CT掃描儀能夠計測三 維分布的方法(例如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2001-21448號公報
3
但是，在以往的測定偏角的方法中，需要將被檢物加工成規(guī)定的形狀，存在必須破 壞并研磨作為測定對象的光學元件的問題。而且，將被檢物浸入折射率與被檢物大致相等的匹配液中的方法雖然能夠以非破 壞方式進行測定，但匹配液的折射率的不均勻性成為產(chǎn)生較大誤差的原因，從而存在其控 制方法難的問題。另外還存在如下問題被檢物在匹配液中的折射率存在區(qū)域被縮小，并 且，匹配液自身對環(huán)境及人體造成傷害的情況較多，有損測定的便利性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種折射率測定裝置，其能夠解決上述現(xiàn)有問題，并能夠 對被檢物以非破壞方式簡單地測定其折射率分布。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種折射率測定裝置，其具有光源、將來自所述光源的光分成檢查光和參照光的分光器、使所述檢查光聚光并照射到被檢物表面的第一探針光學系統(tǒng)、使透過所述被檢物的所述檢查光聚光的第二探針光學系統(tǒng)、以使所述第一探針光學系統(tǒng)的光軸和所述第二探針光學系統(tǒng)的光軸保持同軸性 的方式使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)在一個光軸上位移的驅(qū)動機構(gòu)、使通過所述第二探針光學系統(tǒng)聚光的所述檢查光和所述參照光干涉而得到干涉 信號的受光元件、以及基于通過所述受光元件得到的干涉信號算出所述被檢物的折射率的算出部。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式所記載的折射率測定裝置的基礎(chǔ)上，所述算 出部基于所述被檢物的干涉信號的計算值、以及替換被檢物而使用折射率和厚度已知的基 準物預先求出的干涉信號的計算值，算出所述被檢物的折射率。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在第二方式所記載的折射率測定裝置的基礎(chǔ)上，具有將所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)的位置作為相距各自基準位 置的差分而進行測距的第一測長機構(gòu)、設置于所述參照光的光程中并調(diào)整所述參照光的光程長度的參照光反射鏡、以及將所述參照光反射鏡的位置作為相距其基準位置的差分而進行測距的第二測長 機構(gòu)，當將所述基準物的折射率設為NO、將所述基準物的厚度設為DO、將所述各探針光 學系統(tǒng)相距所述基準位置的差分的合計值設為AD、將所述參照光反射鏡相距所述基準位 置的差分設為AND時，通過下述(式1)由所述算出部算出所述被檢物的折射率N，(數(shù)1)N= (2AND+N0XD0)/(AD+D0). ·.(式 1)。根據(jù)本發(fā)明的第四方式，在第一或第二方式所記載的折射率測定裝置的基礎(chǔ)上， 所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)中的一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比 其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述探針的其他部分由不透明的覆蓋層覆蓋，另一個 探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述另一個探針光學系統(tǒng)的所述探針的其他部分由透明的覆蓋層覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，在第一或第二方式所記載的折射率測定裝置的基礎(chǔ)上， 所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)中的一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比 其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述探針的其他部分由不透明的覆蓋層覆蓋，另一個 探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述另一個探針光學系 統(tǒng)的所述探針的其他部分無覆蓋層而露出。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，在第一或第二方式所記載的折射率測定裝置的基礎(chǔ)上， 還具有使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)以保持同軸的狀態(tài)聯(lián)動地移動 的移動機構(gòu)，使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)一邊移動一邊掃描所述被 檢物，算出所述被檢物的折射率分布。通過使用本發(fā)明，能夠?qū)Ρ粰z物以非破壞方式簡單地測定其折射率分布。


根據(jù)與針對附圖的優(yōu)選實施方式相關(guān)聯(lián)的以下記述，可以明了本發(fā)明的目的和特 征。圖1是本發(fā)明第一實施方式的折射率測定裝置的概念結(jié)構(gòu)圖；圖2是所述第一實施方式的所述折射率測定裝置的流程圖；圖3是表示來自所述第一實施方式的所述折射率測定裝置中的探針光學系統(tǒng)的 近場光向被檢物表面照射的圖；圖4A是表示所述第一實施方式的所述折射率測定裝置的測定基準物時的原理的 圖、圖4B是表示所述第一實施方式的所述折射率測定裝置的測定被檢物時的原理的圖；圖5是所述第一實施方式的所述折射率測定裝置中的干涉光強度的曲線圖；圖6是表示利用以往的馬赫_曾德爾干涉儀的折射率測定裝置的圖；圖7是用于說明在與所述第一實施方式的所述折射率測定裝置中的第一探針光 學系統(tǒng)和第二探針光學系統(tǒng)所構(gòu)成的光軸垂直的平面上，能夠使被檢物位移的驅(qū)動部的一 例的主視圖；圖8是用于說明圖7的驅(qū)動部的一例的側(cè)視圖；圖9是用于說明能夠使所述第一實施方式的所述折射率測定裝置中的第一探針 光學系統(tǒng)及第二探針光學系統(tǒng)以保持同軸性的方式進行位移的驅(qū)動部的一例的側(cè)視圖。
具體實施例方式以下，對于本發(fā)明的實施方式，參照附圖進行說明。在以下的說明中，對于同一結(jié) 構(gòu)標注同一附圖標記而省略其說明。(第一實施方式)圖1是本發(fā)明第一實施方式的折射率測定裝置的概念結(jié)構(gòu)圖。圖2是第一實施方 式的折射率測定的流程圖。下述的光源15、驅(qū)動部30、31、35、44、折射率算出部50、計算部 48、計算部49、干涉信號計算部47、測長器45、測長器32、測長器33、焦點檢測部40及焦點 檢測部41等各部件分別利用控制部100控制各自的工作，并構(gòu)成為能夠自動測定作為光學 部件的被檢物23的折射率分布。
在圖1中，自SLD(超輻射發(fā)光二極管)所代表的、發(fā)出低相干光的光源15出射的 光束，通過分光器16分成檢查光17和參照光18。檢查光17通過透鏡19入射到光纖20，接著入射到第一探針光學系統(tǒng)22，并透過 半反鏡21照射到被檢物23。照射到被檢物23的檢查光17透過被檢物23內(nèi)并通過第二探 針光學系統(tǒng)24聚光。通過第二探針光學系統(tǒng)24聚光的檢查光透過半反鏡25在光纖26中 傳播，通過透鏡27被放大，并透過分光器28到達受光元件29。第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24被配置成各光學系統(tǒng)所成的光軸同 軸，通過各自的驅(qū)動部30及驅(qū)動部31，以保持第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng) 24的同軸性的方式在一個光軸上位移。而且，其位移量通過測長器32及測長器33被測量， 并被記錄于測長器32及測長器33各自內(nèi)置的存儲部中。測長器32及測長器33作為第一 測長機構(gòu)的一例起作用。驅(qū)動部30及驅(qū)動部31優(yōu)選為使第一探針光學系統(tǒng)22和第二探針 光學系統(tǒng)24以保持同軸的狀態(tài)聯(lián)動地移動的機構(gòu)，但如果可以另行進行軸對準而使調(diào)整 時間進一步增長，則也可以進行調(diào)整以使兩探針光學系統(tǒng)22、24個別移動，最終達到同軸。驅(qū)動部30及驅(qū)動部31分別作為驅(qū)動機構(gòu)的一例而起作用，且作為各驅(qū)動部30及 驅(qū)動部31的一例，如圖9所示，在一個光軸上相對向地配置。即、在設置臺80上，第一探針 光學系統(tǒng)22的探針22a被探針固定件30c支承。探針固定件30c立起固定于沿光軸即沿 Z軸能夠進退移動的第一 Z軸驅(qū)動部30a。第一 Z軸驅(qū)動部30a在固定于設置臺80上的支 柱30b上能夠沿光軸即沿Z軸進退移動。同樣地，在設置臺80上，第二探針光學系統(tǒng)24的 探針24a以與第一探針光學系統(tǒng)22的探針22a相對向的方式被探針固定件31c支承。探 針固定件31c立起固定于沿光軸即沿Z軸能夠進退移動的第二 Z軸驅(qū)動部31a。第二 Z軸 驅(qū)動部31a在固定于設置臺80上的支柱31b上能夠沿光軸即沿Z軸進退移動。因此，通過 適當驅(qū)動第一 Z軸驅(qū)動部30a和第二 Z軸驅(qū)動部31a，第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光 學系統(tǒng)24能夠以保持同軸性的方式在一個光軸上位移。第一 Z軸驅(qū)動部30a和第二 Z軸 驅(qū)動部31a分別由例如馬達以及利用螺母和滾珠絲杠在馬達驅(qū)動下的相對驅(qū)動的機構(gòu)等 公知機構(gòu)構(gòu)成。被檢物23由支架(透鏡支架)34固定。該支架34可以利用驅(qū)動部35，在與第一 探針光學系統(tǒng)22和第二探針光學系統(tǒng)24所成的光軸垂直的平面上使被檢物23位移。在 圖7及圖8中表示支架34及驅(qū)動部35的一例。在支架34的環(huán)狀支承體34a上，以120度 間隔使三個支承部34b朝中心方向突出，從而能夠支承被檢物23。在環(huán)狀支承體34a的下 端配置能夠調(diào)整支架34使其繞圖7的上下方向的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)調(diào)整部35a，在旋轉(zhuǎn)調(diào)整部 35a的下部配置能夠?qū)χЪ?4及旋轉(zhuǎn)調(diào)整部35a進行俯仰調(diào)整的俯仰調(diào)整部35b，在俯仰 調(diào)整部35b的下部配置能夠使支架34、旋轉(zhuǎn)調(diào)整部35a和俯仰調(diào)整部35b沿X軸方向移動 的X軸驅(qū)動部35c，并且，在X軸驅(qū)動部35c的背后，配置有能夠使X軸驅(qū)動部35c沿與X軸 正交的Y軸方向移動的Y軸驅(qū)動部35d，由此構(gòu)成驅(qū)動部35。從而，通過適當驅(qū)動X軸驅(qū)動 部35c、Y軸驅(qū)動部35d、俯仰調(diào)整部35b和旋轉(zhuǎn)調(diào)整部35a，能夠使被檢物23在與第一探針 光學系統(tǒng)22和第二探針光學系統(tǒng)24所成的光軸垂直的平面上位移。X軸驅(qū)動部35c、Y軸 驅(qū)動部35d、俯仰調(diào)整部35b和旋轉(zhuǎn)調(diào)整部35a分別由例如馬達、利用螺母和滾珠絲杠在馬 達驅(qū)動下的相對驅(qū)動的機構(gòu)、齒輪機構(gòu)或齒輪齒條副機構(gòu)等公知的機構(gòu)構(gòu)成。而且，第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24具備在各自的內(nèi)部內(nèi)置有聚焦機構(gòu)且能夠使第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24以一定距離聚焦到被檢物23表面的機構(gòu)。聚焦時，在第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24中，自光源36出射的相干光在半反鏡 37及半反鏡21被反射而到達被檢物23。而且，自光源38出射的相干光在半反鏡39及半 反鏡25被反射而到達被檢物23。接著，分別在被檢物23的表面被反射的光沿著相反的光 程，透過半反鏡37或半反鏡39，到達焦點檢測部40或焦點檢測部41，從而得到對焦信號。該對焦信號在第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24為近場探針時，例如通過將反射光 和入射光的強度之比設為信號并進行保持，可以將被檢物23的表面與第一及第二探針光 學系統(tǒng)22、24之間的距離以納米尺度(f 7 7 * — > )保持為一定?；蛘撸幢闶侨缦路?法，即對在近場探針的前端和被檢物23表面之間產(chǎn)生的力學相互作用即剪切應力進行測 定，以使該測定值成為固定值的方式控制探針的方法，也可以以納米尺度將被檢物23的表 面和第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24之間的距離保持為一定。另一方面，由分光器16分支的參照光18的光程通過鏡42被折返而到達參照平面 即作為參照光反射鏡的一例的角立方反射器43，被該角立方反射器43反射的反射光返回 反射鏡42，并入射到分光器28，被反射而到達受光元件29。角立方反射器43能夠通過作為第二測長機構(gòu)的一例的驅(qū)動部44，沿與其光軸相 同的方向位移，通過該位移，可以調(diào)整參照光18的光程長度。驅(qū)動部44例如由馬達以及利 用螺母和滾珠絲杠在馬達驅(qū)動下的相對驅(qū)動的機構(gòu)等公知機構(gòu)構(gòu)成。而且，該角立方反射器43的位移量由測長器45測量，并記錄在內(nèi)置于測長器45 的存儲部中。在分光器28中，參照光和檢查光重合，若兩者的光程長度差處于自光源發(fā)出的光 的相干長度的范圍內(nèi)，則產(chǎn)生干涉，干涉信號在受光元件29中被觀測。在受光元件29中觀 測到的干涉光通過A/D轉(zhuǎn)換器46轉(zhuǎn)換為電信號，通過干涉信號計算部47判定其干涉強度。由測長器32及測長器33測量的第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24的 位置信息被送入計算部48，并在此計算幾何厚度。由測長器45測量的角立方反射器43的位置信息被送入計算部49，并在此計算光
學厚度?；谟捎嬎悴?8算出的幾何厚度的值及由計算部49算出的光學厚度的值，由折 射率算出部50計算折射率。在此，根據(jù)圖2的流程圖，對基于以上結(jié)構(gòu)的作為被檢物23的透鏡的面間距的計 測方法說明。在圖2中，在步驟SO(初始狀態(tài))中，第一探針光學系統(tǒng)22和第二探針光學系統(tǒng) 24配置成使各光學系統(tǒng)的光軸同軸，并位于初始位置。接著，在步驟S 1中，在支架34上，作為基準物51而保持有厚度(DO)和折射率 (NO)已知的平面上的板(基準物51)，通過驅(qū)動部35，設置成使該基準物51位于第一探針 光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24之間。此時，該基準物51的平行度被調(diào)整成相對于第 一探針光學系統(tǒng)22和第二探針光學系統(tǒng)24所成的光軸垂直。關(guān)于該調(diào)整方法將在后面論 述。接著，在步驟S2中，第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24通過各光學系 統(tǒng)內(nèi)的聚焦機構(gòu)，在基準物51的表面聚焦。
接著，在步驟S3中，利用干涉信號計算部47評價干涉信號的強度。在此，當干涉信號非最大時(在圖2的步驟S3中為“否”時)，在步驟S4中，利用 使角立方反射器43移動的驅(qū)動部44等使作為參照平面的角立方反射器43自動位移，以使 被評價的干涉信號成為最大。接著，在步驟S5中，干涉信號被判定為最大時的角立方反射器43的位置，利用測 長器45作為角立方反射器43位置的基準值(ZRO)被測量并記錄。該值為測長器45的基 準值。此時，將自測長器45朝向角立方反射器43的方向設為正值。接著，在步驟S6中，第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24的位置，利用測 長器32及測長器33，分別作為第一探針光學系統(tǒng)22的位置的基準值(ZlO)、第二探針光學 系統(tǒng)24的位置的基準值(Z20)被測距。該值為測長器32及測長器33的基準值。此時，在 第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24所成的光軸(Z軸)上，將自各測長器朝向各探針光學系統(tǒng) 的方向設為正值。而且，被檢物的支架34與第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的相對位置 (XY軸)由其他測定機構(gòu)來測定。此時，將自測量第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的各探針 系統(tǒng)的位置的測長器32及33朝向各探針的方向設為正值。接著，在步驟S7中，第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24按照測定者的 指令，利用驅(qū)動部30張開其間隔，將基準物51從支架34拆下。接著，在步驟S8中，在支架34上保持被測定物23，且該被測定物23被設置成通過 驅(qū)動部35而位于第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24之間。第一探針光學系統(tǒng) 22及第二探針光學系統(tǒng)24通過各光學系統(tǒng)內(nèi)的聚焦機構(gòu)在被檢物23的表面聚焦。根據(jù)該 聚焦位置來確定對該被檢物23的哪一部分的折射率進行測定，該聚焦位置由驅(qū)動部35控 制。接著，在步驟SlO中，通過干涉信號計算部47評價干涉信號的強度。在此，若干涉信號非最大(在圖2的步驟SlO中為“否”)，則在步驟Sll中，使角 立方反射器43位移以使干涉信號成為最大。接著，在步驟S12中，干涉信號被判定為最大時的角立方反射器43的位置，利用測 長器45作為角立方反射器43的測定值(ZRl)被測距并記錄。接著，在步驟S13中，第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24的位置利用測 長器32及測長器33，分別作為第一探針光學系統(tǒng)22的測定值(Zll)、第二探針光學系統(tǒng)24 的測定值(Z21)被測距。接著，在步驟S14中，該測定位置處的幾何厚度D通過以下(式1)由計算部48算出。(數(shù)2)D = -(Z11+Z21) + (Z10+Z20)+D0 (式 1)第一探針光學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24由于相距被檢物23的表面總是保 持一定的距離，因此，測定基準物51時(基準值)和測定被檢物23時(測定值)的第一及 第二探針光學系統(tǒng)22、24的位置的差分，與被檢物23和基準物51的幾何厚度的差分相當。 關(guān)于其原理，通過圖4A和圖4B在后面論述。接著，在步驟S15中，該測定位置處的幾何厚度ND通過以下(式2)由計算部48算出。
(數(shù)3)ND = -2 X (ZRl-ZRO) +NO XDO (式 2)在此，光源15為SLD所代表的低相干光源，參照光18及檢查光17的光程長度差 達到相干長度以下時產(chǎn)生干涉信號，該干涉信號剛好達到最大時，該差分成為零。因此，測 定基準物51時及測定被檢物23時的參照平面即角立方反射器43的位置的差分，與被檢物 23和基準物51的光程長度的差分相當。關(guān)于其原理，通過圖4A和圖4B在后面論述。在上 述(式2)中光程長度的值成為角立方反射器43的位置的差分的兩倍是因為，由于是折返 光學系統(tǒng)，故角立方反射器43的移動與參照光18的光程差的位移量的一半相當。接著，在步驟S16中，使用在步驟S14及步驟S15中求出的幾何厚度及光程長度， 如下述(式3)所示，通過折射率算出部50求出測定點處的局部折射率N。(數(shù)4)N = ND/D (式 3)而且，在(式1)中，若兩探針光學系統(tǒng)22、24位置的測定基準物時和測定被檢物 時的差分的合計值設為Δ ，則AD由下述(式4)表示。(數(shù)5)AD = -(Ζ11+Ζ21) + (Ζ10+Ζ20)(式 4)而且，在(式2)中，若將參照光反射鏡的位置的測定基準物時和測定被檢物時的 差分的合計值設為ΔΝ ，則AND由下述(式5)表示。(數(shù) 6)AND = -ZR1+ZR0 (式 5)此時，由(式3)計算的局部折射率N由下述(式6)表示。(數(shù)7)N= (2AND+N0XD0)/(AD+D0) (式 6)接著，在步驟S17中，由控制部100判斷被檢物23中的應測定的所有部位是否已 被測定。當通過控制部100判斷為并非所有部位都被測定時，在步驟S17-1中，第一探針光 學系統(tǒng)22及第二探針光學系統(tǒng)24自向被檢物23聚焦的聚焦狀態(tài)退出，被檢物23通過驅(qū) 動部35移動到與此前已測定的部位不同的部分之后回到步驟S9。在步驟S17中，在通過控 制部100判斷為被檢物23中的應測定的所有部位都已被測定時，進入步驟S18。在回到步驟S9之后，反復進行步驟SlO S17，求出不同部位的局部折射率。當 被檢物23中的應測定的所有部位都已被測定時，基于此，在步驟S18中制作折射率的XY分 布。在此，在步驟SO中，基準物51與第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的軸之間的平行 度的調(diào)整可以如下進行，即在前述步驟S2中，將使第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24聚焦來 測定第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的位移量的場所設置在XY平面上的多個部位，并對其 測定數(shù)值進行比較來進行調(diào)整。第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24在光軸方向上的位移量通 過在各個部位讀出測長器的值而求出，利用支架34調(diào)整基準物51的方向，以使該值在多個 部位為一定值。由此，可以使基準物51與第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的軸的平行度一 致。在該情況下，基準物51為完全平行的物體。以上，在本實施方式中，通過求出與折射率及厚度已知的基準物51的差分來算出
9被檢物23的折射率。以下，對本實施方式中的各結(jié)構(gòu)要素的具體結(jié)構(gòu)及更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)進行論述。作為照射低相干光的光源15的具體例，可以利用超輻射發(fā)光二極管(SLD)、將來 自白色光源(鹵素燈或氙氣燈)的光利用單色器僅分光為特定波長域的單色光的元件、以 及激光發(fā)光二極管等。其波長并未特別限定，可以使用自紫外線至紅外光的波長范圍，相干 長度優(yōu)選越短越好、具體而言為10 μ m左右，另外光源15的波長優(yōu)選為處于被檢物23的透 過率不下降這種程度的短波長側(cè)。光源15的相干長度影響參照平面的位置精度。在本實 施方式的結(jié)構(gòu)中，通過結(jié)合相位偏移干涉法，干涉強度信號的寬度約為10 μ m，作為參照平 面的位置精度，能夠以Iym以下的精度進行計測。第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24，其開口為波長以下，對光進行導波的芯僅使光纖 的前端露出并使其變尖，開口以外的部分優(yōu)選為由金屬等不透明的膜覆蓋的近場探針。之 所以這樣是因為，對于被檢物的表面和探針光學系統(tǒng)之間的距離為具有波長以上的開口的 近場探針、或者物鏡等光學元件而言，以波長的級別程度被控制，而對于開口為波長以下的 近場探針而言，不依賴于光的波長，能夠以納米級進行控制。圖3是表示來自本發(fā)明第一實施方式的探針光學系統(tǒng)的近場光向被檢物表面照 射的圖。在此，僅對使用第一探針光學系統(tǒng)22的情況進行說明，但關(guān)于其原理，在第二探針 光學系統(tǒng)24中也一樣。在圖3中，入射光52為自光源15或聚焦用光源36傳播的光。該入射光52在第 一探針光學系統(tǒng)22內(nèi)的光纖53中傳播，并在變細的前端產(chǎn)生近場光54。而且，此時不僅存 在在探針前端滯留的近場光，而且也存在自探針前端傳播的傳播光。在作為第一探針光學系統(tǒng)22的光纖53的前端，開設比照射光的波長小的范圍即 納米級的開口，其周圍被由金屬等構(gòu)成的不透明膜55 (具有遮光性的不透明覆蓋層)覆蓋。當近場光54處于相距被檢物23的表面為納米級左右的距離(IOnrn左右)時，在 被檢物23的表面產(chǎn)生散射，一部分作為透過光56透過被檢物23內(nèi)。在該被檢物23表面 反射的后方散射光通過光纖53沿著相反的路徑行進。而且，來自探針前端的傳播光，其一 部分在被檢物23的表面朝后方反射，剩余部分通過被檢物23內(nèi)部。在圖3中，近場光自探針前端的滲出半徑(染 出半徑)為第一探針光學系統(tǒng) 22前端的開口大小的程度，為數(shù)nm IOOnm左右。另外，第二探針光學系統(tǒng)24與第一探針光學系統(tǒng)22同樣地，對光進行導波的芯優(yōu) 選為使光纖前端變尖的近場探針，但第二探針光學系統(tǒng)24與第一探針光學系統(tǒng)22不同，其 優(yōu)選為盡可能地增大開口。之所以這樣是因為，第二探針光學系統(tǒng)24需要將自被檢物23 出射的微弱的透過光盡可能多地聚光。具體而言，優(yōu)選為例如通過將第二探針光學系統(tǒng)24 的開口形成為波長程度的大小、或僅露出比照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端而將其他部分 用透明膜覆蓋(由透明覆蓋層覆蓋)、或完全不覆蓋第二探針光學系統(tǒng)24等，從而盡可能地 不被金屬等不透明膜(不透明覆蓋層)覆蓋。而且，對第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24的位移量及參照平面的位移量進行測距 的測長器32、33為激光測長器，優(yōu)選能夠以納米級精度進行測定。通過使用這些測長器32、 33，能夠以納米級的精度測定被檢物的幾何厚度。而且，由于第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24都使用近場探針，因此，能夠以納米級
10來控制被檢物23的表面和第一及第二探針光學系統(tǒng)22、24之間的距離，并且，由于開口小， 因此，具有能夠確定透過被檢物23中的光線的起點和終點的優(yōu)點。作為受光元件29，為了提高干涉信號的強度，優(yōu)選利用光電倍增管或雪崩光電二 極管等靈敏度高的檢測器。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，被檢物的局部折射率通過測定其與基準物51的折射率之間的差 分而求出，其依賴于被檢物的特性，例如，在本實施方式所示的結(jié)構(gòu)中，其精度為小數(shù)點后 四位左右。圖4A是表示本發(fā)明第一實施方式的測定基準物時的原理的圖、圖4B是表示本發(fā) 明第一實施方式的測定被檢物時的原理的圖。在本實施方式中，使用圖4A、圖 4B 所示的 ZR0、ZRl、Z10、Zll、Z20、Z21、D0、D、fl、
f2的關(guān)系，求出上述(式1) (式3)。而且，圖5是表示本發(fā)明第一實施方式的干涉光的強度的曲線圖。圖5中橫軸表示參照平面的移動量、縱軸表示干涉光的強度。在此，圖4A所示的 測定基準物51時干涉光的強度為57、圖4B所示的測定被檢物時干涉光的強度為58。這些 干涉光僅在檢查光17和參照光18的光程差為光源的相干長度以下時存在，其強度的半幅 值與光源所包含的波長的半幅值大致相等。另外，本實施方式的折射率指的是考慮到波長分散的群折射率，而并非單波長的 折射率(相位折射率)。通過將上述各種實施方式或變形例中的任意實施方式或變形例適當組合，可以起 到各實施方式或變形例所具有的效果。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的折射率測定裝置，能夠以非破壞且不使用匹配液的方法，簡單地測 定任意形狀的被檢物的折射率。由此，作為例如照相機等所使用的成型透鏡的折射率分布 測定器，可以利用本發(fā)明。雖然參照附圖并與優(yōu)選實施方式相關(guān)聯(lián)地充分記載了本發(fā)明，但毫無疑問對本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說可以進行各種變形或修正。這樣的變形或修正，只要不脫離權(quán)利要求限定 的本發(fā)明的保護范圍，應理解為包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1. 一種折射率測定裝置，其特征在于，具有 光源、將來自所述光源的光分成檢查光和參照光的分光器、 使所述檢查光聚光并照射到被檢物表面的第一探針光學系統(tǒng)、 使透過所述被檢物的所述檢查光聚光的第二探針光學系統(tǒng)、以使所述第一探針光學系統(tǒng)的光軸和所述第二探針光學系統(tǒng)的光軸保持同軸性的方 式使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)在一個光軸上位移的驅(qū)動機構(gòu)、使通過所述第二探針光學系統(tǒng)聚光的所述檢查光和所述參照光干涉而得到干涉信號 的受光元件、以及基于通過所述受光元件得到的干涉信號算出所述被檢物的折射率的算出部。
2.如權(quán)利要求1所述的折射率測定裝置，其特征在于，所述算出部基于所述被檢物的干涉信號的計算值、以及替換被檢物而使用折射率和厚 度已知的基準物預先求出的干涉信號的計算值，算出所述被檢物的折射率。
3.如權(quán)利要求2所述的折射率測定裝置，其特征在于，具有將所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)的位置作為相距各自基準位置的 差分而進行測距的第一測長機構(gòu)、設置于所述參照光的光程中并調(diào)整所述參照光的光程長度的參照光反射鏡、以及 將所述參照光反射鏡的位置作為相距其基準位置的差分而進行測距的第二測長機構(gòu)， 當將所述基準物的折射率設為NO、將所述基準物的厚度設為DO、將所述各探針光學系 統(tǒng)相距所述基準位置的差分的合計值設為AD、將所述參照光反射鏡相距所述基準位置的 差分設為AND時，通過下述(式1)由所述算出部算出所述被檢物的折射率N， (數(shù)1)N = (2AND+N0XD0)/(AD+D0). . (式 1)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的折射率測定裝置，其特征在于，所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)中的一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露 出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述探針的其他部分由不透明的覆蓋層覆蓋，另 一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述另一個探針光 學系統(tǒng)的所述探針的其他部分由透明的覆蓋層覆蓋。
5.如權(quán)利要求1或2所述的折射率測定裝置，其特征在于，所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)中的一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露 出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述探針的其他部分由不透明的覆蓋層覆蓋，另 一個探針光學系統(tǒng)的探針僅露出比其照射光的波長小的范圍內(nèi)的前端，所述另一個探針光 學系統(tǒng)的所述探針的其他部分無覆蓋層而露出。
6.如權(quán)利要求1或2所述的折射率測定裝置，其特征在于，還具有使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)以保持同軸的狀態(tài)聯(lián)動地 移動的移動機構(gòu)，使所述第一探針光學系統(tǒng)和所述第二探針光學系統(tǒng)一邊移動一邊掃描所 述被檢物，算出所述被檢物的折射率分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種折射率測定裝置。以將被檢物(23)夾在中間的方式配置兩個探針光學系統(tǒng)(22、24)以便用于測定被檢物(23)，由此，利用該被檢物的干涉信號算出通過局部確定的被檢物中的光的光程長度，而且，通過測定探針光學系統(tǒng)的位置而算出該部分的幾何厚度，求出光程長度和幾何厚度這兩個值，并基于這些值和基準物的計算值，求出被檢物的折射率分布。
文檔編號G01M11/02GK102007392SQ20108000137
公開日2011年4月6日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者日下雄介, 武智洋平, 濱野誠司, 福井厚司, 高田和政 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社