(光學及びフ才卜二クス一光學材料及び構成物一赤外光學材料の屈折率の測定方法日本産業標準調査會標準第一部會構成表氏名所屬宇治公隆首都大學東京(公益社団法人土木學會)奧野麻衣子三菱UFJリサーチ&コンサルティング株式會社木村たま代主婦連合會佐伯洋一般社団法人日本鉄道車輛工業會主務大臣:経済産業大臣制定:合和2.3.23官報揭栽日：令和2.3.23原案作成者:一般社団法人日本光學硝子工業會密議部會:日本産業標準調査會標準第一部會(部會長酒井信介)議に付され,速やかに,確認,改正又は廃止されます。● 11適用範囲 12引用規格 13用語及び定義 14測定方法 2 24.2測定原理 24.3測定裝置及び測定手順 44.4測定波長 4 45.1試料プリズムの形狀及び寸法 45.2面精度 56試験報告書 5附屬書A(參考)測定裝置 6附屬書B(參考)誤差解析 ●●著作権法により無斷での複型,転械等は禁止されております。●●日本産業規格光學及びフォトニクスー光學材料及び構成物ー赤外光學材料の屈折率の測定方法Testmethodforこの規格は,2014年に第1版として発行されたISO17328を基に,技術的內容及び構成を変更することなお,この規格で點線の下線を施してある參考事項は,対応國際規格にはない事項である。この規格には,複屈折材料の屈折率の測定方法及び複素屈折率の測定方法は含まない。注記この規格の対応國際規格及びその対応の程度を表す記號を,次に示す。ISO17328:2014,Opticsandphotonicsindexofinfraredopticalmateなお,対応の程度を表す記號“IDT”は,ISO/IECGuide21-1に基づき,“一致している”こ次に揭げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。この引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。注記対応國際規格:ISO11382:2010,OpticsandphCharacterizationofopticalmaterialsusedintheinfraredspectralrangefrこの規格で用いる主な用語及び定義は,次による。指定波長における真空中の電磁波の速度と,材料中の電磁波の速度との比。2………………(1)●●3δ最小偏角図1一最小偏角法の略図単色光ビームは,試料プリズムの切斷面に平行でなければならない(図2參照)。●図2ーりょう(棱)及び試料プリズムの切斷面44.3測定裝置及び測定手順測定裝置には,次のものを裝備しなければならない。a)指定波長の単色光平行ビームを,試料プリズムに照射する手段。b)単色光平行ビームの,試料プリズム入射面に対する角度を変化させる手段。最小偏角の測定裝置の例を,附屬書Aに示す。測定手順も,附屬書Aに記載する。加えて,偏角誤差の絶対値の求め方を,附屬書Bに記載する。注記測定裝置の構成は,図A.!.參照。対象となる波長範囲內の任意の波長において屈折率の計算ができるよう,データを分散式へ曲せるために,測定波長は対象波長範囲を適切にサンプリングするものでなければならない。5.1試料プリズムの形狀及び寸法試料プリズムは,測定する材料で作られたくさび形のプリズムでなければならない。入射面及び出射面試料プリズムの形狀の例を,図3に示す。相対屈折率ngの材料についての最適な頂角(頂角の許容誤差が最大となるような)は,式(2)による。低屈折率材料の場合は,この関係は望ましくない大きな頂角をもたらす可能性がある。このため,この●51りょう(後)a)図3一試料プリズムの形狀干渉計を用いて試料プリズムの入射面及び出射面の面精度を測定する。測定したパワー成分は,測定データから滅算してはならない。表面の平面度誤差は,試料プリズム面の有効開口全體にわたって150nm6試験報告書試験報告書には,次の事項を記載しなければならない。a)JISB7075の5.6(名稱の表記方法)に従った試料名b)日付,場所及び測定者名c)周囲の空気の溫度,濕度及び気圧f)入射面及び出射面の面精度g)測定波長及び波長幅(半値全幅)h)最小偏角の角度i)空気に対する相対屈折率6附屬書A (參考)測定裝置測定室では,測定時の空気の溫度,気圧,濕度及び試料プリズムの溫度を規定値に保つ。1光源10試料プリズム2リレー光學系11試料臺(回転ステージ)3スリット12目盛盤(ゴニオメータ)4平面ミラー13回転アーム6回折格子15集光ミラー7モノクロメー夕16検出器ユニット注記矢印は,試料臺(回転ステージ)及び回転アームの回転を示す。図A.1一構成の概要A.2.2波長選択ユ二ッ卜波長選択ユニットは,コリメートユニットの焦點に位置するスリット又はピンホールから出射する所定の波長の光を選択する。7●●注2分光器波長分散方向仁直交する方向。目盛盤(ゴニオメータ)は,試料臺(回転ステージ)及び回転アームで構成する。これは,回転アーム切斷面は,試料プリズムのりょう(棱)に垂直な平面とする。81光源3リレー光學系8モノクロメー夕11試料プリズム12試料臺(回転ステージ)13目盛盤(ゴニオメータ)14回転アーム17検出器ユニット18光検出器(単素子)注記2高い信號対雑音比を得るために,チョッパ及びロックインアンプを用いている。點滅光源を用いる場合もあ0図A.3に示すように,イメージセンサ表面には波長選択ユニット2の出ロスリットヌは出ロピンホール9●123456123456789光源リレー光學系回折格子試料プリズム回転アーム集光ユニット冷卻イメージセンサ注記矢印は,試料臺(回転ステージ)及び回転フームの回転を示す。A.3測定手順ニットの出口スリット又は出口ビンホールの像を,光検出器(単素子)のスリット又はイメージセンサのたる測定過程全般で安定していること,又は初期位置のいかなる変動も検出し補償することを確実にするために実施することが望ましい。5試料臺(回転ステージ)6目盛盤(ゴニオメータ)7回転アーム図A.4-光學系の初期位置A.3.2最小偏角の差異である。図A.5を參照。曲線に當てはめて,最小偏角の角度を決定する。●●●4平面ミラー5試料プリズム7目盛盤(ゴニオメー夕)8回転アーム9集光ユニット10集光ミラー11検出器ユニットδ最小偏角注記矢印は,試料臺(回転ステージ)及び回転アームの回転を示す。図A.5一最小偏角測定時の光學系の位置置について,最小偏角の條件が確立する。すなわち,●4平面ミラー5試料プリズム7目盛盤(ゴニオメー夕)8回転アーム9集光ユニット10集光ミラー11検出器ユニットδ最小偏角◆ ●●試料プリズムの空気に対する相対屈折率の偏差の絶対値△ngは,式(B.I)で評価する。偏角誤差の絶対値Δδは,式(B.2)で與える。ここに,a:試料プリズムの頂角Aa:試料プリズムの頂角の測定誤差の角度δ:最小偏角Aòi:人による誤差の角度Aǒ?:目盛盤(ゴニオメータ)からの角度読出しの不確実性による角度誤差Aò?:入射光線の入射角の誤差が誘起する屈折角誤差nreL:試料Zズ厶の空気仁對する相對屈折率注記…対応國際規格の貳(B.)では変數“!”と表記きれているとこる態…より正礁な表記“!”に置き換えた。また..対応周際規格にこの変數の説明がされていないため,その記戴を加えた。Inelは溫度に依存する。溫度に不確かさ△Tがある場合,|(dneg/dT)ΔTを|△nglの式に加える。ここで,dn/dTは相対屈折率の溫度係數であり,ΔTは試料プリズムの測定溫度の不確かさである。図2に示すように,切斷面は,試料プリズムの入射面及び出射面に対してそれぞれ垂直である。理想的な入射光線r?は,切斷面上の最小偏角の透過光線である。図B.1に示すように,入射角度誤差をもつ入射光線rは,切斷面に対して入射角度誤差Aeをもって試料プリズムに入射し,出射する。切斷面上へのrの射影はrである。また,図B.2に示すように,試料プリズムに入射する前は,t?とrとは一致している。試料プリズムの空気に対する相対屈折率試料プリズムの頂角最小偏角入射光線の角度誤差●図B.1一入射角度誤差0r'図B.2一切斷面上の屈折角誤差●●●參考文獻JISZ8000-7:2014量及び単位一第7部:光IEC60050-845,InternationalElectrotechnicalVocabulary—JISZ8120:2001光學用語JISB7071-1:2015光學ガラスの屈折率測定方法一第1部:最小偏角法光學及びフォトニクスー光學材料及び構成物一赤外光學材料の屈折率の測定方法●●一成分を減算することを禁止したものである。対応國際規格におけるA.2.3の記載は,次のとおりである。Thecollimatingunitisaunitforcollentrancepinholeofthewavelengthselectingunit.の間違いである。この規格ではこれらを訂正して日本語に訳してある。対応國際規格の訂正については,対応國際規格のシステマテイックレヴュー(SR)の機會に提案7.1式(2)の導出過程について対応國際規格では,式(2)の導出については何ら記載がないが,原案作成委員會では式(2)の導出過程が議論された。次に,式(2)の導出過程を示す。これを導出する。まず,式(1)を式(解.1)として改めて示す。式(解.1)においてdnai,Ja及びΔ8の微小変化を與えると,式(解.2)となる。…………(解.(解.3)式(解.3)に式(解.1)を代入して変形すると,式(解.4)を得る。……………………(解.4)式(解.4)は,誤差Jnの誤差Aaに対する感度を表している。したがって,式(解.5)が成立するときAnt●●ここで,ao/oa評価する。最小偏角時の試料プリズムへの入射角度αの変動に対する偏角δの変動を評価するので,meが定數であるとして式(解となり,これから,式(解.7)を得る。最終的に,式(解.8)を得る。式(解.8)から,式(解.9。著作権法により無斷での複型,転裁等は禁止されております。式(解.10)は,式(2)と同一式である。7.2式(B.3)の導出過程について対応國際規格では,式(B.3)の導出については何ら記載がないが,原案作成委員會では式(B.3)の導出過程が議論された。次に,式(B.3)の導出過程を示す。●解説図1ー試料プリズムにおける光線屈折解説図1に,試料プリズム切斷面(xy平面)內を最小偏角で通過する基準光線かにずれて試料プリズムに人射する光線との関係を示す。図示してある光線単位ベクトルは,ずれて入射同様に,試料プリズム射出面に入射する光線単位ベクトルと屈折後の光線単位ベクトルとの間には,式B7076:2020(ISO17328:2014)解説(解.12)が成立する。n1z×S?=nr×S?………………(解.12)S?:出射面法線單位心ク卜兒;:出射面での屈折光線の単位ベクトル各単位ベクトルの成分を次のとおり表す。0これらを使って式(解.11)をベクトル成分で表すと,式(解.13)となる。 同様に,式(解.12)をべクトル成分で表すと,式(解.14)となる。 式(解.13)及び式(解.14)のx,y成分を整理すると,式(解.15)及び式(解.16)となる。nrj?=n'r? (解.15) (解.16)式(解.15)及び式(解.16)から,式(解.17)が導ける。 (解.17)式(解.17)は,試料プリズムへの入射光線単位ベクトルのz成分と,試料プリズムから射出される光線単位ベクトルのz成分とは常に等しくなることを示している。解説図1に示すように,試料プリズム切斷面に平行にxy平面を設定し,さらに,切斷面に平行な基準入射光線に対して平行にx軸を取るような座標系において,解説図2に示すように切斷面に対して微小角度をなす試料プリズムヘの入射光線単位ベクトルの成分を示すと,式(解.18)となる。解説図2一切斷面に対してzx平面內にて微小角度をなす試料プリズムへの入射光線単位ベクトルここに,Ae:試料プリズム切斷面と入射光線とがなす微小角度入射光線単位べクトルが試料プリズム切斷面に対して微小角度Aeをなしていることで,屈折光線の試料プリズム切斷面上への投影像が,試料プリズム切斷面內を通過する基準屈折光線との間に微小角度のずれを生じるとすると,屈折光線単位べクトルは解説図3に示すとおりとなり,式(解.19)で表される。解説図3ー微小角度をなして入射した光線の試料プリズム內における屈折光線単位ベクトル………………Ae':試料プリズム切斷面と出射光線とがなす微小角度O?:試料プリズム切斷面內を通過する基準屈折光線と基準入射光線とがなす角度AO?:試料プリズム內屈折光線の試料プリズム切斷面上への投影像と,試料プリズム切斷面內を通過する基準屈折光線とがなす微小角度同様に,射出光線単位べクトルが試料プリズム切斷面に対して微小角度Aeをなしていることで,射出光線の切斷面上への投影像が,試料プリズム切斷面を通過する基準射出光線との間に微小角度のずれを生じるとすると,射出光線単位べクトルは解説図4に示すとおりとなる。解説図4ー微小角度をなして入射した光線の試料プリズムからの射出光線単位ベクトルであることを考慮して,式(解.20)となる。A8:試料プリズム射出光線の試料プリズム切斷面上への投影像と,試料プリズム切斷面內を通過する基準射出光線とがなす微小角度また,試料プリズム入射面法線単位ベクトル成分は,式(解.21)で表される。がなす角度B7076:2020(ISO.…………….同様に,式(解.12)を成分で表すと,式(解.24)となる。…(解.24)式(解.23)のz成分を書き直すと,式(解.25)となる。ここで,試料プリズム切斷面上の基準屈折光線が最小偏角で試料プリズムを通過する場合は,解説図1から,式(解.26)の関係が成り立つので,式(解.26)を式(解.25)に代入して,式(解.27)を得る。また,式(解.24)のz成分を書き直すと,式(解.28)となる。同様に,解説図1から,式(解.29)であるから,式(解.29)を式(解.28)に代入して,式(解.30)を得る。δ=20,-a(解.29)この議論は,Ae<1の場合について行っているので,AO?く1かつAδ<1であるとしてもよい。そこで,同様に,式(解.20)左辺から近似式(解.32)を得る。式(解.31)と式(解.33)との右辺同士を足し合わせたものと,式(解.27)と式(解.30)との右辺同士を足し合わせたものとは等しいので,式(解.33)を得る。ここで,Aδ<1であることを使うと,式(解.34)となる。sinθ+sin(Q+Aδ)=2sinO+cosQAδ(解.34)……………(解.35)著作権法により無斷での複興,転我等は禁止されております。B7076:2020(ISO1………………(解.37)ここで,式(解.38)が成立する。式(解.23)又は式(解.24)のx式(解.39)を式(解.38)に代入して変形すると,式(解.40)を得る。…………ここで,Ae<1であることを使うと,式(解.40)右辺は近似的に,式(解.41)となる。式(解.37)右辺括弧內に式(解.41)右辺を代入して,式(解.42)を得る。…………………(解.42)ここで解説図1から,式(解.43)となる。また,通常環境雰囲気を空気とすると,式(解.44)となる。n=1…………(解.44)試料プリズム屈折率を相対屈折率で表すと,式(解.45)であるから,式(解.43),式(解.44)及び式(解.45)を式(解.42)に代入して,式(解.46)を得る。