JPH0480643A - 屈折率測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は干渉を利用した屈折率を測定する装置に関し、
特に長さ基準を用いた屈折率を測定する装置の測定精度
の改善に関する。

〈従来の技術〉 第４図（イ）は一般的な干渉を利用した空気の屈折率測
定装置の原理例を示す構成図である。

第４図（イ）において、レーザ光源１０の出力は干渉計
１３で２つに分岐され、これら２つの光は基準間隔部１
６に入射され、基準間隔部１６の反射面１６ａ、１６ｂ
で反射されて再び干渉計１３に戻り干渉信号として光検
出器１４に入射される。干渉信号は光検出器１４で電気
信号に変換されて演算器１５に入射される。演算器１５
にて基準間隔部１６から反射された光の光路長変化に伴
う干渉信号の変化から空気の屈折率を演算している。こ
の時、空気の屈折率（ｎ）が変化し、光路長差が（Δｎ
Ｌ）変化したとすると、干渉信号の干渉次数変化（Ｍ）
と真空中における光の波長（λ０）との間には次の関係
か成り立つ。

ΔｎＬ＝Ｍλ。　　　・・・■ たたし、Ｌは基準間隔部１６の反射面１６ａと６ｂとの
間隔（長さ基準）である。したかつて、長さ基準（Ｌ）
を予め求めておくことにより、渉信号の干渉次数変化（
Ｍ）から空気の屈折率亭化（△ｎ）か求められる。

しかし上記の構成では、空気の屈折率変化は叫められる
が、絶対値は求められない。そのため、第４図（ロ）に
示すように、基準間隔部１６を１空容器１７内に保持し
、真空から大気に開放すイ操作を行い、反射面間の光路
長差を測定するこ七により、次式から空気の屈折率の絶
対値を求め２ことができる。

ｎ−１＝（λＯ／２Ｌ）−Δｍ　　　　−（まただし、
Δｍ：真空から大気に雰囲気を変化さｔな時の干渉次数
変化 である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上記従来技術に示す屈折率測定あ置では、
基準間隔部１６の反射面１６ａと１６ｂの間隔である長
さ基準（Ｌ　）は、雰囲気の温度変化により変動するた
め、測定開始からの長さの変化ΔＬが生じた場合には、
上記２式は、ｎ−１＝（λｏ　、”２　Ｌ　）　’Δｍ
−△Ｌ　、′Ｌ・・・■ となり、屈折率を求める場合には（ΔＬ、’Ｌ）７’、
、’は誤差を生じてしまい、高精度に屈折率が測定て゛
きないという課題があった。

本発明は上記従来技術の課題を踏まえて成されたもので
あり、温度変化によって生じる基準間隔部の長さ基準の
変動を抑えて、高精度な屈折率の絶対値を測定できる屈
折率測定装置を提供することを目的としたものて′ある
。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、光源と、こ
の光源からの出射光を分岐する光学部品と、この光学部
品により分岐された複数の光がそれぞれ入射される複数
の干渉計と、２枚のミラーを所定の長さ基準で平行かつ
ミラー間の間隔が温度変化によって変化しないように互
いに熱膨脹係数の異なる材質を光軸方向にそれぞれ熱膨
脹係数と逆比となる長さとして熱膨張の影響を打ち消す
ように配置固定された複数の基準間隔部と、前記複数の
基準間隔部から反射された光の光路長変化に伴って前記
複数の干渉計により得られる干渉信号の出力を測定する
複数の光検出部と、この複数の光検出部から出力された
干渉信号の変化から屈折率の絶対値を求める演算部を設
けた構成としたことを特徴とするものである。

く作用〉 本発明によると、温度変化による基準間隔部の長さ基準
の変動を基準間隔部を構成する材質の組み合わせによっ
て打ち消すようにしており、温度変化による屈折率測定
誤差を低減できる。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に基ついて説明する。

第１図（イ）は本発明の屈折率測定装置の一実施例を示
す構成図、（ロ）図は（イ）図装置に用いる基準間隔部
の拡大図である 第１図（イ）において、１０は安定した波長のレーザ光
を発生するレーザ光源、１１はレーザ光源１の出力光を
２つに分岐するハーフミラ−１１２ａ　〜］　２　ｃは
全反射ミラー、１３ａ、１．３ｂは干渉計、２０．３０
は長さ基準り、、Ｌ２を有する基準間隔部であり、その
構成は（ロ）図に示すように、２つの反射面となる前面
ミラー２１（３１）と基準間隔部２０（３０）の後面２
２　（３２）に光学接着された後面ミラー２３　（３３
）　、光軸方向での長さの変化（即ち温度による膨Ｈ）
が光軸と垂直な面内では均一な材料で形成されたスペー
サ２４（３４）、スペーサ２４　＜３４）に設けられた
周囲の空気を流通させるための空気孔２５（３５）で構
成されている。又、前面ミラー２１〈３１ンとｊ表面ミ
ラー２３　（３３）は、スペーサ２４　（３４）の両端
で光軸に対して垂直な面に同一方向を向いて平行に支持
されていると共に、熱膨脹係数の異なる２種類の材質を
光軸方向にそれぞれの熱膨脹係数と逆比となる長さとし
て熱膨張の影響を打ち消すように配置されている。１４
ａ１４ｂは基準間隔部２０．３０からの干渉信号を電気
信号に変換する光検出器、１５は光検出器１４ａ、１４
ｂから得られる電気信号を位相信号に変換して屈折率の
絶対値を演算する演算器である。

このような構成において、レーザ光源１０の出力光はハ
ーフミラ−１１で２つに分岐され、一方の光はハーフミ
ラ−２を透過し干渉計１３ａに入射される。入射光は干
渉計１３ａにて更に２つに分岐され基準間隔部２０の反
射面（前面ミラー２Ｉ１後而ミラー２３）でそれぞれ反
射され、再び干渉計１３ａに戻り干渉信号として全反射
ミラ１２ｂを介して光検出器１４ａに入射される。他方
の光はハーフミラ−１１、全反射ミラ〜１２ａで反射さ
れて干渉計１３ｂに入射される。入射光は干渉計１３ｂ
にて更に２つに分岐され、基準間隔部３０の反射面（前
面ミラー３１．後面ミラ３３）でそれぞれ反射され、再
び干渉計１３ｂに戻り干渉信号として全反射ミラー１２
ｃを介して光検出器１４ｂに入射される。干渉信号は光
検出器１４ａ、１４ｂでそれぞれ電気信号に変換されて
演算器１５に送られる。演算器１５では電気信号を位相
信号に変換後、屈折率の絶対値か演算される。

ここで、周囲の温度が変化すると、基準間隔部２０．３
０の長さ基準り、、Ｌ２が変動するため、演算器】５か
ら求められる屈折率の絶対値には測定誤差が含まれるが
、本発明では、温度変化による屈折率測定誤差を排除で
きる構成とされている。

以下に、その点について説明する。第２図において、長
さＬｏを構成する前面ミラー２］　（３１）と後面２２
　（３２）とスペーサ２４　（３４）の材質Ａの線膨張
係数をαＡ、長さ！。を構成する後面ミラー２３　（３
３）の材質Ｂの線膨張係数をαＢとすると、周囲の温度
がΔＴたけ変化した時の長さり、ｌは、それぞれ次式で
表される。

Ｌ　＝　Ｌｏ　　（１＋αＡΔＴ）　　　　−・・■１
−１ｏ　　＜ｔ＋αＢ八Ｔ）へ　　・・・■したかって
、基準間隔部の長さ基準は、Ｌ　　１＝Ｌｏ　　ｉ’。

＋（Ｌ０αＡ　ｌ。αＢ）ΔＴ・・・■て表される。こ
の０式において、温度変化ΔＴによる影響を無くすため
には、 ＬＯ（２Ａ　　ｌｏαＢ＝Ｑ　　　　・・・■であれば
良い。即ち、 １０＝（αＡ　／’αＢ）Ｌｏ　　　・・・■が満たさ
れれば良い。

例えば、材質Ａに線膨張係数α＝５Ｘ１０−”のガラス
セラミックを、材質Ｂに線膨張係数α−５Ｘ　］、　Ｏ
’の合成石英を用いて、長さ基準Ｌ−４７１００市を得
るなめには、 Ｌ−／＝１００ ／−（５Ｘ１０′″１５Ｘ１０°？）Ｌより、Ｌ：約１
１１鎮、ｌ：約１１甫とすれば、温度変化による屈折率
の測定誤差を排除できる。

なお、カラスセラミックの場合には線膨張係数は零を挟
んで分布しているため、係数は個別に測定して石英の厚
さを決定する必要がある。又、カラスセラミックの線膨
Ｍ係数か負の場合には、第３図に示すように石英を配置
すれば、温度変化による長さ基準の変化を打ち消すこと
ができる。更に、カラスは保存される温度によって寸法
が経時変化を起こす。カラスセラミックでは１０−７／
年であり、屈折率の測定精度に影響を及ぼす、したかっ
て、長さ基準を構成する場合に、光軸方向における２種
類の材質の長さに対する経時変化の比率か長さと逆比と
なるようにすることにより、経時変化の影響を打ち消す
ことができる。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、本発明に
よれば、２種類の熱膨脹係数の興なる材質て゛基準間＠
部の前面ミラーと後面ミラーを構成しており、かつ２つ
のミラーの構造は熱変動による膨脹若しくは縮小か相殺
するように配置構成した。したかって、前・後面ミラー
で形成される長さ基準は温度変化の影響を受けないため
、温度変化による屈折率の測定誤差を排除でき、高精度
な屈折率測定のできる屈折率測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明に係わる屈折率測定装置の一実施
例を示す構成図、（ロ）図は（イ）図装１に用いる基準
間隔部の拡大図、第２図、第３図は温度変化による長さ
基準の変化の影響を排除する説明を示す図、第４図は従
来例である。 １０・・・光源、１１・・・ハーフミラ−１１２ａ〜１
２Ｃ・・・全反射ミラー、１３ａ、１３ｂ・・・干渉計
、１４ａ、１４ｂ・・・光検出器、１５・・・演算器、
２０３０・・・基準間隔部、２１．３１・・・前面ミラ
ー、２２．３２・・・後面、２３．３３・・・後面ミラ
ー、２４゜３４・・・スペーサ、２５．３５・・・空気
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、 この光源からの出射光を分岐する光学部品と、この光学
   部品により分岐された複数の光がそれぞれ入射される複
   数の干渉計と、 ２枚のミラーを所定の長さ基準で平行かつミラー間の間
   隔が温度変化によって変化しないように互いに熱膨張係
   数の異なる材質を光軸方向にそれぞれ熱膨脹係数と逆比
   となる長さとして熱膨脹の影響を打ち消すように配置固
   定された複数の基準間隔部と、 前記複数の基準間隔部から反射された光の光路長変化に
   伴って前記複数の干渉計により得られる干渉信号の出力
   を測定する複数の光検出部と、この複数の光検出部から
   出力された干渉信号の変化から屈折率の絶対値を求める
   演算部を設けた構成としたことを特徴とする屈折率測定
   装置。