JPH02206745A - 屈折率測定用高安定性干渉計 - Google Patents
屈折率測定用高安定性干渉計Info
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- JPH02206745A JPH02206745A JP1026998A JP2699889A JPH02206745A JP H02206745 A JPH02206745 A JP H02206745A JP 1026998 A JP1026998 A JP 1026998A JP 2699889 A JP2699889 A JP 2699889A JP H02206745 A JPH02206745 A JP H02206745A
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- Japan
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- light
- diffraction grating
- mirror
- refractive index
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J9/0215—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods by shearing interferometric methods
- G01J2009/0219—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods by shearing interferometric methods using two or more gratings
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は試料の屈折率の微小変化を測定する場合等に
使用する高安定性干渉計に関するものである。
使用する高安定性干渉計に関するものである。
［従来の技術ｌ
試料の屈折率の測定は多くのプロセス工業において溶液
の濃度測定、化学反応の進捗度の測定その他に使用され
る技術である。この屈折率の微小変化は試料の状態の重
大な変化を示すことが多いので、１０−７以下の屈折率
変化を測定し得る測定装置が望まれている。
の濃度測定、化学反応の進捗度の測定その他に使用され
る技術である。この屈折率の微小変化は試料の状態の重
大な変化を示すことが多いので、１０−７以下の屈折率
変化を測定し得る測定装置が望まれている。
従来、屈折率の測定は、屈折率が正確に知られている透
明物質（典型的にはガラス）を使用して、試料である溶
液との境界面における全反射を生じる臨界角を測定する
ことによって行っている。
明物質（典型的にはガラス）を使用して、試料である溶
液との境界面における全反射を生じる臨界角を測定する
ことによって行っている。
［発明が解決しようとする課題］
しかるにこの測定技術は試料の屈折率をかなり高精度に
測定し得るものであるが、試料をサンプリングしてバッ
チ方式で測定しなければならないので、工業プロセスに
おいてオンラインで屈折率を測定することには不向きで
あった。
測定し得るものであるが、試料をサンプリングしてバッ
チ方式で測定しなければならないので、工業プロセスに
おいてオンラインで屈折率を測定することには不向きで
あった。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、屈折率の微小変化を高精度で連続的にかつ自動的に
測定することができる屈折率測定用高安定性干渉計を提
供することを目的とするものである。
て、屈折率の微小変化を高精度で連続的にかつ自動的に
測定することができる屈折率測定用高安定性干渉計を提
供することを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］
この目的に対応して、この発明の屈折率測定用高安定性
干渉計は、空間的可干渉な光を発する光源と、フーリエ
変換レンズの入力平面に位置し格子線が横移動可能であ
り前記光を＋１次、−１次。
干渉計は、空間的可干渉な光を発する光源と、フーリエ
変換レンズの入力平面に位置し格子線が横移動可能であ
り前記光を＋１次、−１次。
零次の回折光を含む回折光に回折する回折格子と、前記
回折光のうち少なくとも前記＋１次、−１次。
回折光のうち少なくとも前記＋１次、−１次。
零次の回折光を通しフーリエ変換面に結像させる前記フ
ーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換面に位置し前記
フーリエ変換レンズからの出力光を前記フーリエ変換レ
ンズを通して前記回折格子に向けて反射させるミラーと
、前記ミラーの反射面の前にあって＋１次、−１次、及
び零次の回折光を分離する空間フィルタと、を備え、前
記回折格子と前記ミラーとの間であって前記＋１次また
は一１次の回折光の光路中に測定対像物を位置させるよ
うに構成したことを特徴としている。
ーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換面に位置し前記
フーリエ変換レンズからの出力光を前記フーリエ変換レ
ンズを通して前記回折格子に向けて反射させるミラーと
、前記ミラーの反射面の前にあって＋１次、−１次、及
び零次の回折光を分離する空間フィルタと、を備え、前
記回折格子と前記ミラーとの間であって前記＋１次また
は一１次の回折光の光路中に測定対像物を位置させるよ
うに構成したことを特徴としている。
［作用］
レーザ光源から発した光はビームスプリッタを通り回折
格子に入り＋１次、零次、−１次その他の回折光を出力
する。空間フィルタにより回折光から＋１次、零次、−
１次の回折光を分離する。
格子に入り＋１次、零次、−１次その他の回折光を出力
する。空間フィルタにより回折光から＋１次、零次、−
１次の回折光を分離する。
この３光束をミラーで反射し、再び回折格子に戻り再び
結合する。このとき測定対象物である試料は＋１次また
は一１次の回折光の光路に挿入されている。回折格子で
結合した光束は再び回折されて＋１次及び−１次の回折
光を生じる。この回折光は光検出素子で観察される。
結合する。このとき測定対象物である試料は＋１次また
は一１次の回折光の光路に挿入されている。回折格子で
結合した光束は再び回折されて＋１次及び−１次の回折
光を生じる。この回折光は光検出素子で観察される。
いま回折格子が横方向に移動するとすれば、干渉計から
出力する２出力光束の強度は回折格子の位置と試料の屈
折率を関数として変動するので、２出力信号間の位相差
を測定することによって試料の屈折率の変化を測定する
ことができる。
出力する２出力光束の強度は回折格子の位置と試料の屈
折率を関数として変動するので、２出力信号間の位相差
を測定することによって試料の屈折率の変化を測定する
ことができる。
［実施例］
第１図にはこの発明の方法を実施する場合に使用される
一実施例に係わる干渉計１が示されている。
一実施例に係わる干渉計１が示されている。
干渉計１はレーザ光１１１１．ビームスプリッタＢ。
回折格子Ｇ、フーリエ変換レンズＦＬ１．空間フィルタ
Ｓ１ミラーＭを備え、更に、ビームスプリッタＢの反射
側にフーリエ変換レンズＦＬ２、光検出素子ＰＤ１．Ｐ
Ｄ２を備えている。屈折率を測定するべき試料Ｏはフー
リエ変換レンズＦＬ１と空間フィルタＳとの間の光路中
に配設される。
Ｓ１ミラーＭを備え、更に、ビームスプリッタＢの反射
側にフーリエ変換レンズＦＬ２、光検出素子ＰＤ１．Ｐ
Ｄ２を備えている。屈折率を測定するべき試料Ｏはフー
リエ変換レンズＦＬ１と空間フィルタＳとの間の光路中
に配設される。
レーザ光源りとしてはＨｅＮｅレーザ光源等の空間的に
可干渉のレーザを発する光源を使用する。
可干渉のレーザを発する光源を使用する。
回折格子Ｇはピッチが１０線／１ｍの直線回折格子で、
ステッピングモータ等によって駆動されるステージ（図
示せず）に取付けられていて光路を横断する方向に変位
可能である。また回折格子Ｇはフーリエ変換レンズＦＬ
、の入力平面に位置している。ミラーＭはフーリエ変換
レンズＦＬ１の出力フーリエ平面に位置する。空間フィ
ルタＳはミラーＭの直前に位置している。
ステッピングモータ等によって駆動されるステージ（図
示せず）に取付けられていて光路を横断する方向に変位
可能である。また回折格子Ｇはフーリエ変換レンズＦＬ
、の入力平面に位置している。ミラーＭはフーリエ変換
レンズＦＬ１の出力フーリエ平面に位置する。空間フィ
ルタＳはミラーＭの直前に位置している。
試料Ｏは通常は試料セルのなかを通って流れるようにな
っていて、回折格子ＧとミラーＭとの間に配置される。
っていて、回折格子ＧとミラーＭとの間に配置される。
フーリエ変換レンズＦＬ２は回折格子Ｇがその入力平面
に位置するように配置されている。
に位置するように配置されている。
レーザ光源りから発した光はビームスプリッタＢを通り
、更に回折格子Ｇを通る。回折格子Ｇに入射した光は回
折格子Ｇによって回折されて多数の出力光を形成するが
、ここで問題となるのは＋１次、零次及び−１次の光束
である。回折格子Ｇはフーリエ変換レンズＦＬ、の入力
平面に位置していて、回折光はツーり変換レンズＦＬ１
に集束されて空間フィルタＳを通してミラーＭ上に結像
される。
、更に回折格子Ｇを通る。回折格子Ｇに入射した光は回
折格子Ｇによって回折されて多数の出力光を形成するが
、ここで問題となるのは＋１次、零次及び−１次の光束
である。回折格子Ｇはフーリエ変換レンズＦＬ、の入力
平面に位置していて、回折光はツーり変換レンズＦＬ１
に集束されて空間フィルタＳを通してミラーＭ上に結像
される。
空間フィルタＳは対象となっている＋１次。
１次及び零次の回折光だけを通し、他の光束は通さない
。屈折率を測定しようとしている試料は＋１次の回折光
中に配置すれていて、この１つの回折光の光路だけにか
かつている。ミラーＭで反射された三光束は再びフーリ
エ変換レンズＦＬ、を通って結合され、再び回折格子Ｇ
で回折される。
。屈折率を測定しようとしている試料は＋１次の回折光
中に配置すれていて、この１つの回折光の光路だけにか
かつている。ミラーＭで反射された三光束は再びフーリ
エ変換レンズＦＬ、を通って結合され、再び回折格子Ｇ
で回折される。
これによって数次の回折光が出力する。このうち対象と
なる出力光束は＋１次及び−１次の回折光である。これ
らの＋１次及び−１次の光束はビームスプリッタＢで反
射してフーリエ変換レンズＦＬ２を通る。このフーリエ
変換レンズＦＬ２で結像され出力平面に形成された光点
は光検出素子ＰＤ１．ＰＤ２で検出され、その出力信号
はコンピュータ（図示せず）で解析される。
なる出力光束は＋１次及び−１次の回折光である。これ
らの＋１次及び−１次の光束はビームスプリッタＢで反
射してフーリエ変換レンズＦＬ２を通る。このフーリエ
変換レンズＦＬ２で結像され出力平面に形成された光点
は光検出素子ＰＤ１．ＰＤ２で検出され、その出力信号
はコンピュータ（図示せず）で解析される。
＋１次の出力光束は３つの構成成分からなっている。第
１の構成成分は回折格子Ｇの第１回目の回折光に含まれ
る０次の回折光であり、これはミラーＭからの反射にお
いて＋１次の出力光束に回折される。
１の構成成分は回折格子Ｇの第１回目の回折光に含まれ
る０次の回折光であり、これはミラーＭからの反射にお
いて＋１次の出力光束に回折される。
第２の構成成分は回折格子Ｇにおける第１の回折による
＋１次の回折光束である。これはミラーＭからの反射光
においては回折格子Ｇにおいて回折されない。第３の構
成成分は回折格子Ｇにおける第１の回折による一１次の
回折光束であり、ミラーＭからの反射光が再度回折格子
Ｇを通ることによって＋２次の回折光になっている。こ
れは回折格子Ｇからの＋１次の出力光中には存在する。
＋１次の回折光束である。これはミラーＭからの反射光
においては回折格子Ｇにおいて回折されない。第３の構
成成分は回折格子Ｇにおける第１の回折による一１次の
回折光束であり、ミラーＭからの反射光が再度回折格子
Ｇを通ることによって＋２次の回折光になっている。こ
れは回折格子Ｇからの＋１次の出力光中には存在する。
この第３の構成成分の有効倍率は極めて小さく、＋１次
の出力光束の強度の位相のエラーとなるが、このエラー
は計詐されて修正される。
の出力光束の強度の位相のエラーとなるが、このエラー
は計詐されて修正される。
同様に一１次の出力光束は三つの構成成分からなってい
る。
る。
第１の構成成分は回折格子での第１回目の回折による零
次の回折光束であり、これはミラーＭからの反射光では
一１次の出力光束に回折される。
次の回折光束であり、これはミラーＭからの反射光では
一１次の出力光束に回折される。
第２の構成成分は回折格子Ｇでの第１回目の回折におけ
る一１次の回折光束であり、これはミラーＭからの反射
光では回折格子Ｑで回折されず、−１次のままである。
る一１次の回折光束であり、これはミラーＭからの反射
光では回折格子Ｑで回折されず、−１次のままである。
第３の構成成分は回折格子Ｇでの第１回目の回折におけ
る一１次の回折光であり、ミラーＭからの反射光では回
折格子Ｇにより一２次に回折されている。これは回折格
子Ｇからの一１次の出力光中に存在する。この第３の構
成成分の有効倍率は極めて小さく、−１次の出力光束の
強度の位相のエラーとなるが、このエラーは計算されて
修正される。
る一１次の回折光であり、ミラーＭからの反射光では回
折格子Ｇにより一２次に回折されている。これは回折格
子Ｇからの一１次の出力光中に存在する。この第３の構
成成分の有効倍率は極めて小さく、−１次の出力光束の
強度の位相のエラーとなるが、このエラーは計算されて
修正される。
いま、回折格子Ｇが横方向に移動するとすれば、零次と
一１次の位相差及び零次と一１次の位相差は連続的に変
化し、干渉計から出力する２出力光束の強度は周期的に
変化する。これらの強度の変動は第２図に示すように、
回折格子の位置を関数とする出力信号となってあられれ
る。
一１次の位相差及び零次と一１次の位相差は連続的に変
化し、干渉計から出力する２出力光束の強度は周期的に
変化する。これらの強度の変動は第２図に示すように、
回折格子の位置を関数とする出力信号となってあられれ
る。
いま、干渉計からの＋１次の出力光を構成する構成成分
間の位相差はまた試料セルを通る光束の光路差によって
もたらされ、この出力光束の強度の変動の位相は試料の
屈折率の変化に依存する。
間の位相差はまた試料セルを通る光束の光路差によって
もたらされ、この出力光束の強度の変動の位相は試料の
屈折率の変化に依存する。
従って、２つの出力信号間の位相差を測定することによ
ってセル中の試料の屈折率の変化を測定することができ
る。
ってセル中の試料の屈折率の変化を測定することができ
る。
もしセルの寸法が正確に予め知られていれば、屈折率の
変化は絶対的にかつ高精度に測定することができる。
変化は絶対的にかつ高精度に測定することができる。
なお、以上説明した実施例においては回折格子Ｇはステ
ップモータ駆動のステージ上を移動する直線形格子であ
るが、これは径方向回折格子つまり、回転中６回りに回
転して格子線の必要な横移動を生じさせ、これによって
回折光束間の位相差を生じさせる回折格子を使用しても
よい。
ップモータ駆動のステージ上を移動する直線形格子であ
るが、これは径方向回折格子つまり、回転中６回りに回
転して格子線の必要な横移動を生じさせ、これによって
回折光束間の位相差を生じさせる回折格子を使用しても
よい。
また、この実施例では光検出素子からの出力信号はコン
ピュータで解析されるようになっているが、もし回折格
子を定速度で変位するようにすれば、通常の位相計を使
用して２つの検出器の出力信号の位相差を決定すること
ができる。
ピュータで解析されるようになっているが、もし回折格
子を定速度で変位するようにすれば、通常の位相計を使
用して２つの検出器の出力信号の位相差を決定すること
ができる。
［発明の効果］
この発明の干渉計は試料の屈折率を連続的にかつ自動的
に測定することができる。この発明の干渉計は回折格子
をビームスプリッタ及びビーム再結合器として使用して
おり、回折格子から出力した＋１次、−１次及び零次の
回折光が使用され、＋１次及び−１次の回折光の位相差
が測定される。
に測定することができる。この発明の干渉計は回折格子
をビームスプリッタ及びビーム再結合器として使用して
おり、回折格子から出力した＋１次、−１次及び零次の
回折光が使用され、＋１次及び−１次の回折光の位相差
が測定される。
従来の干渉計では対象となる２光束の位相差はそれらを
直接に結合すること及び干渉効果を検査することによっ
て決定されるが、この発明の干渉計では対象である＋１
次及び−１次の光束はそれぞれ零次の回折光と結合され
る。
直接に結合すること及び干渉効果を検査することによっ
て決定されるが、この発明の干渉計では対象である＋１
次及び−１次の光束はそれぞれ零次の回折光と結合され
る。
この零次の回折光は対象である２つの光束に対して共通
参照光として機能する。これら２つの結合の相対的干渉
効果が検査される。零次の光束及び＋１次、−１次の光
束は干渉計中でほとんど同じ光路を通る。
参照光として機能する。これら２つの結合の相対的干渉
効果が検査される。零次の光束及び＋１次、−１次の光
束は干渉計中でほとんど同じ光路を通る。
こうして零次の回折光を共通参照光として使用すること
は干渉計の熱膨張やレーザの波長の変化等の効果による
ゆらぎをほとんど完全に除去することができる。従って
、この発明の干渉計は極めて安定である。
は干渉計の熱膨張やレーザの波長の変化等の効果による
ゆらぎをほとんど完全に除去することができる。従って
、この発明の干渉計は極めて安定である。
また、回折格子をビームスプリッタ及びビーム再結合器
として使用することにより、次のような利点を発揮する
。
として使用することにより、次のような利点を発揮する
。
すなわち、もし回折格子が横方向に移動するとすれば、
干渉光の相対的光学周波数は変化し、このことが、回折
格子の位置と測定対象である試料を通る光路長とをファ
クターとする干渉計の出力光の強度の変動を生じさせる
。従ってもし回折格子を連続的に変化させれば、この場
合にはこの発明の干渉計は試料の屈折率の変化を交流信
号の変化として表現するヘテロゲイン干渉計を構成する
ことになる。従って、干渉計は位相を極めて＾精度に測
定し、かつ、高安定であり、更に高解像度をもつことに
なる。しかも、干渉計は構造が簡単で入手の容易な部品
を使用して構成することができ、比較的廉価にｙＪ造す
ることができる。
干渉光の相対的光学周波数は変化し、このことが、回折
格子の位置と測定対象である試料を通る光路長とをファ
クターとする干渉計の出力光の強度の変動を生じさせる
。従ってもし回折格子を連続的に変化させれば、この場
合にはこの発明の干渉計は試料の屈折率の変化を交流信
号の変化として表現するヘテロゲイン干渉計を構成する
ことになる。従って、干渉計は位相を極めて＾精度に測
定し、かつ、高安定であり、更に高解像度をもつことに
なる。しかも、干渉計は構造が簡単で入手の容易な部品
を使用して構成することができ、比較的廉価にｙＪ造す
ることができる。
第１図はこの発明の一実施例に係わる干渉計の構成説明
図、及び第２図は光検出素子の出力波形を示すグラフで
ある。 １・・・干渉計、 Ｌ・・・レーザ光源、Ｂ・・・ビー
ムスプリッタ、 Ｇ・・・回折格子、ＦＬ、ＦＬ２・・
・フーリエ変換レンズ、ＰＤ 、 ＰＤ２・・・光
検出素子、０・・・試料、 Ｓ・・・空間フィルタ、Ｍ
・・・ミラー
図、及び第２図は光検出素子の出力波形を示すグラフで
ある。 １・・・干渉計、 Ｌ・・・レーザ光源、Ｂ・・・ビー
ムスプリッタ、 Ｇ・・・回折格子、ＦＬ、ＦＬ２・・
・フーリエ変換レンズ、ＰＤ 、 ＰＤ２・・・光
検出素子、０・・・試料、 Ｓ・・・空間フィルタ、Ｍ
・・・ミラー
Claims (4)
- （１）空間的可干渉な光を発する光源と、フーリエ変換
レンズの入力平面に位置し格子線が横移動可能であり前
記光を＋１次、−１次、零次の回折光を含む回折光に回
折する回折格子と、前記回折光のうち少なくとも前記＋
１次、−１次、零次の回折光を通しフーリエ変換面に結
像させる前記フーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換
面に位置し前記フーリエ変換レンズからの出力光を前記
フーリエ変換レンズを通して前記回折格子に向けて反射
させるミラーと、前記ミラーの反射面の前にあつて＋１
次、−１次、及び零次の回折光を分離する空間フィルタ
と、を備え、前記回折格子と前記ミラーとの間であつて
前記＋１次または−１次の回折光の光路中に測定対象物
を位置させるように構成したことを特徴とする屈折率測
定用高安定性干渉計 - （２）前記回折格子は回転中心に関して回転可能な半径
方向回折格子であることを特徴とする請求項第１項記載
の屈折率測定用高安定性干渉計 - （３）前記回折格子はモータ駆動のステージ上に取付け
られた直線型回折格子であることを特徴とする請求項第
１項または第２項記載の屈折率測定用高安定性干渉計 - （４）＋１次及び−１次の出力光束の強度の変動の位相
差を電子的に測定することを特徴とする請求項第１項、
第２項または第３項記載の屈折率測定用高安定性干渉計
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026998A JPH067102B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 屈折率測定用高安定性干渉計 |
| GB9002490A GB2228995B (en) | 1989-02-06 | 1990-02-05 | High stability interferometer for measuring small changes in refractive index and measuring method using the interferometer |
| US07/475,391 US5074666A (en) | 1989-02-06 | 1990-02-05 | High stability interferometer for measuring small changes in refractive index and measuring method using the interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026998A JPH067102B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 屈折率測定用高安定性干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206745A true JPH02206745A (ja) | 1990-08-16 |
| JPH067102B2 JPH067102B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=12208822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1026998A Expired - Lifetime JPH067102B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 屈折率測定用高安定性干渉計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5074666A (ja) |
| JP (1) | JPH067102B2 (ja) |
| GB (1) | GB2228995B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW218427B (ja) * | 1991-06-04 | 1994-01-01 | Ibm | |
| EP0598968A1 (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-01 | Ciba-Geigy Ag | Interferometric apparatus for monitoring changes of the refractive index of fluid samples in capillary tubes |
| US5448355A (en) * | 1993-03-31 | 1995-09-05 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | System for measuring tilt of image plane of optical system using diffracted light |
| US5742389A (en) * | 1994-03-18 | 1998-04-21 | Lucid Technologies Inc. | Spectrophotometer and electro-optic module especially suitable for use therein |
| US5684582A (en) * | 1994-03-18 | 1997-11-04 | Lucid Technologies, Inc. | Spectrophotometry |
| IT1280841B1 (it) * | 1995-04-05 | 1998-02-11 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Procedimento e apparecchiatura per la misura dell'indice di rifrazione di lastrine di materiale vetroso |
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