JPH10232204A

JPH10232204A - 屈折率測定装置

Info

Publication number: JPH10232204A
Application number: JP33718997A
Authority: JP
Inventors: Shiro Oikawa; 四郎及川
Original assignee: SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
Current assignee: SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】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し、高散乱かつ屈折率の変
化の大きな試料の屈折率分布や、均質な高散乱試料の屈
折率を高精度に測定する。【解決手段】低干渉性の光ビームを用いた干渉計測を行
ない、位相零点をモニタし、あるいは位相の変化量をモ
ニタする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ）
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ａ_t 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Ｚ_lo）に配置する。
データ処理部１９では、この位置Ｚ_loを記憶しておく。

【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Ｚ_l1を求める。
データ処理部１９では、その新たな位相零点Ｚ_l1を記録
する。

【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Ｚ_l1を
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。

【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Ｚ_l0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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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Ａ_t に達した点以降の最初の位相ゼロ点（θ＝
０の点）ｚ_l0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Ｚ_l0、およびその位置Ｚ_l0での振
幅Ａ₀ を記憶しておく。

【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
Ｚ_l1に移動させる、データ処理部１９では、その新たな
位置Ｚ_l1およびその新たな位置Ｚ_l1における振幅Ａ₁を
記憶する。

【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。

【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Ａ_t に達した点以降の最初の位相零点
（θ＝０の点）Ｚ_l0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。

【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 ど
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１８】測定容器の各例を示す図である。

【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。

【図２０】従来の屈折率測定装置の一例を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１０被測定用試料１１ＳＬＤ１１ａ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１３Ｘ−Ｙステージ１４反射ミラー１５Ｚ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２４，２５ＡＯＭ３１受光素子３２ＡＯＭドライバ３５ｘ軸スキャナ３６ｙ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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。