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JP2015010920A - Refractive index measuring method, refractive index measuring apparatus, and optical element manufacturing method - Google Patents

Refractive index measuring method, refractive index measuring apparatus, and optical element manufacturing method Download PDF

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JP2015010920A
JP2015010920A JP2013136167A JP2013136167A JP2015010920A JP 2015010920 A JP2015010920 A JP 2015010920A JP 2013136167 A JP2013136167 A JP 2013136167A JP 2013136167 A JP2013136167 A JP 2013136167A JP 2015010920 A JP2015010920 A JP 2015010920A
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Japan
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refractive index
test object
phase
light
physical quantity
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JP2013136167A
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Japanese (ja)
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杉本 智洋
Tomohiro Sugimoto
智洋 杉本
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

【課題】 被検物の位相屈折率を高精度に計測すること。
【解決手段】 光源10からの光を被検光と参照光に分割し、被検物80を透過した被検光と参照光を干渉させて得られる干渉信号を用いて被検物80の位相屈折率を計測する。基準被検物の位相屈折率を取得し、被検物80の位相屈折率の関数である第1の物理量を算出し、第1の物理量と基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率を算出し、算出された被検物80の位相屈折率の関数である第2の物理量を算出する。第1の物理量と第2の物理量の差分が小さくなるように基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率を再算出する。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a phase refractive index of a test object with high accuracy.
A phase of a test object 80 is obtained using an interference signal obtained by dividing light from a light source 10 into test light and reference light, and causing interference between the test light transmitted through the test object 80 and the reference light. Measure the refractive index. Obtaining the phase refractive index of the reference specimen, calculating a first physical quantity that is a function of the phase refractive index of the specimen 80, and using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference specimen The phase refractive index of the object 80 is calculated, and a second physical quantity that is a function of the calculated phase refractive index of the test object 80 is calculated. The phase refractive index of the reference specimen is changed so that the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is small, and the phase refractive index of the specimen 80 is changed using the changed phase refractive index of the reference specimen. Is recalculated.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、屈折率計測方法および屈折率計測装置に関し、特に、モールド成型により製造される光学素子の屈折率計測に有用である。   The present invention relates to a refractive index measurement method and a refractive index measurement device, and is particularly useful for measuring the refractive index of an optical element manufactured by molding.

モールドレンズの屈折率は成型条件によって変化する。成型後のレンズの屈折率は、一般的に、プリズム形状に加工した後、最小偏角法やVブロック法で計測される。この加工作業は、手間とコストがかかる。さらに、成型後のレンズの屈折率は、加工時の応力解放によって変化する。したがって、成型後のレンズの屈折率を非破壊で計測する技術が必要である。   The refractive index of the mold lens varies depending on the molding conditions. The refractive index of the lens after molding is generally measured by the minimum deflection angle method or the V block method after processing into a prism shape. This processing work takes time and cost. Furthermore, the refractive index of the lens after molding changes due to stress release during processing. Therefore, a technique for measuring the refractive index of the molded lens in a nondestructive manner is necessary.

屈折率には、光の等位相面の移動速度である位相速度に関する位相屈折率と、光のエネルギーの移動速度(波束の移動速度)に関する群屈折率がある。   The refractive index includes a phase refractive index relating to a phase velocity which is a moving velocity of the light equiphase surface, and a group refractive index relating to a moving velocity of light energy (moving velocity of wave packet).

非特許文献1は、スペクトル領域の干渉信号を波長の関数を用いてフィッティングすることにより、位相屈折率を算出する方法を提案している。非特許文献2は、多数のガラスの屈折率に関する統計データを用いて、群屈折率を位相屈折率に変換する方法を提案している。   Non-Patent Document 1 proposes a method for calculating a phase refractive index by fitting an interference signal in a spectral region using a function of wavelength. Non-Patent Document 2 proposes a method of converting a group refractive index into a phase refractive index using statistical data regarding the refractive index of a large number of glasses.

H.Delbarre,C.Przygodzki,M.Tassou,D.Boucher,”High−precision index measurement in anisotropic crystals using white−light spectral interferometry.”Applied Physics B,2000,vol.70,p.45−51.H. Delbarre, C.I. Przygodzki, M .; Tassou, D.M. Boucher, “High-precise index measurement in anisotropical crystals using white-light spectral interferometry.” Applied Physics B, 2000, vol. 70, p. 45-51. J.R.Rogers,M.D.Hopler,”Conversion of group refractive index to phase refractive index.”J.Opt.Soc.Am.A,1988,Vol.5,No.10,p.1595−1600.J. et al. R. Rogers, M.M. D. Hopler, "Conversion of group refractive index to phase refractive index." Opt. Soc. Am. A, 1988, Vol. 5, no. 10, p. 1595-1600.

非特許文献1に開示された方法では、干渉信号の位相のオフセット項(2πの整数倍の項)が未知数であるため、フィッティング精度が低くなる。非特許文献2に開示された方法では、群屈折率を位相屈折率に変換する際に使用する屈折率補正項が、被検物の屈折率補正項と異なるため、位相屈折率への変換誤差が発生する。   In the method disclosed in Non-Patent Document 1, since the offset term of the phase of the interference signal (a term that is an integer multiple of 2π) is an unknown number, the fitting accuracy is low. In the method disclosed in Non-Patent Document 2, since the refractive index correction term used when converting the group refractive index to the phase refractive index is different from the refractive index correction term of the test object, an error in conversion to the phase refractive index. Will occur.

本発明は、被検物の位相屈折率を高精度に計測することができる屈折率計測方法および屈折率計測装置を提供することを例示的な目的とする。   An object of the present invention is to provide a refractive index measuring method and a refractive index measuring apparatus capable of measuring the phase refractive index of a test object with high accuracy.

本発明の屈折率計測方法は、光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記被検光を被検物に入射させ、前記被検物を透過した被検光と前記参照光を干渉させて得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測する屈折率計測方法であって、基準被検物の位相屈折率を取得する取得ステップと、前記干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率の関数である第1の物理量を算出する第1算出ステップと、前記第1の物理量と前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を算出する第2算出ステップと、前記第2算出ステップにおいて算出された前記被検物の位相屈折率の関数である第2の物理量を算出する第3算出ステップと、前記第1の物理量と前記第2の物理量の差分が小さくなるように前記基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を再算出する再算出ステップと、を有することを特徴とする。   The refractive index measurement method of the present invention divides light from a light source into test light and reference light, causes the test light to enter the test object, and passes the test light and the reference light through the test object. A refractive index measurement method for measuring a phase refractive index of the test object using an interference signal obtained by interfering with a reference object, wherein an acquisition step for acquiring a phase refractive index of a reference test object is used, and the interference signal is used. A first calculation step of calculating a first physical quantity that is a function of the phase refractive index of the test object, and the phase of the test object using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference test object. A second calculating step for calculating a refractive index; a third calculating step for calculating a second physical quantity that is a function of the phase refractive index of the test object calculated in the second calculating step; and the first physical quantity. And the phase bending of the reference specimen so that the difference between the second physical quantity and the second physical quantity is small. Change rates, characterized by having a a recalculation step of re-calculating the phase index of the test object using the phase index of the modified the reference test object.

本発明の光学素子の製造方法は、光学素子をモールド成型するステップと、上記の屈折率計測方法を用いて前記光学素子の屈折率を計測することによって、成型された光学素子を評価するステップと、を有することを特徴としている。   The method of manufacturing an optical element of the present invention includes a step of molding an optical element, and a step of evaluating the molded optical element by measuring the refractive index of the optical element using the refractive index measurement method. It is characterized by having.

本発明の屈折率計測装置は、光源と、前記光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記被検光を被検物に入射させ、前記被検物を透過した前記被検光と前記参照光を干渉させる干渉光学系と、前記参照光と前記被検光の干渉光を検出する検出手段と、前記検出手段から出力される干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を演算する演算手段を備える屈折率計測装置であって、前記演算手段は、基準被検物の位相屈折率を取得し、前記干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率の関数である第1の物理量を算出し、前記第1の物理量と前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を算出し、算出された前記被検物の位相屈折率の関数である第2の物理量を算出し、前記第1の物理量と前記第2の物理量の差分が小さくなるように前記基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を再算出することを特徴としている。   The refractive index measuring apparatus of the present invention splits light from a light source and light from the light source into test light and reference light, causes the test light to enter the test object, and transmits the test light through the test object. Interference optical system for causing light and reference light to interfere, detection means for detecting interference light between the reference light and the test light, and phase refraction of the test object using an interference signal output from the detection means A refractive index measuring device comprising a calculating means for calculating a refractive index, wherein the calculating means obtains a phase refractive index of a reference test object, and uses the interference signal as a function of the phase refractive index of the test object. A first physical quantity is calculated, the phase refractive index of the test object is calculated using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference test object, and the calculated phase refractive index of the test object is calculated. The second physical quantity that is a function of is calculated, and the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is reduced. Change the phase index of sea urchin the reference test object, it is characterized by re-calculating the phase index of the test object using the phase index of the modified the reference test object.

本発明によれば、被検物の位相屈折率を高精度に計測することができる屈折率計測方法および屈折率計測装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refractive index measuring method and refractive index measuring apparatus which can measure the phase refractive index of a test object with high precision can be provided.

本発明の実施例1の屈折率計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the refractive index measuring device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の屈折率計測装置における被検物の位相屈折率の算出手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the phase refractive index of the test object in the refractive index measuring apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の屈折率計測装置の検出器で得られる干渉信号を示す図である。It is a figure which shows the interference signal obtained with the detector of the refractive index measuring device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の第1の物理量と第2の物理量の比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison of the 1st physical quantity of Example 1 of this invention, and a 2nd physical quantity. 本発明の実施例2の屈折率計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the refractive index measuring device of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3の屈折率計測装置のブロック図である。It is a block diagram of the refractive index measuring device of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4の光学素子の製造方法の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the manufacturing method of the optical element of Example 4 of this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、実施例1の屈折率計測装置のブロック図である。本実施例の屈折率計測装置は、マッハ・ツェンダー干渉計で構成されている。本実施例では、被検物は負の屈折力(焦点距離の逆数)をもつレンズである。屈折率計測装置は被検物の屈折率を計測するものであるから、被検物はレンズでも平板でもよく、屈折型光学素子であればよい。   FIG. 1 is a block diagram of the refractive index measuring apparatus according to the first embodiment. The refractive index measuring apparatus of the present embodiment is composed of a Mach-Zehnder interferometer. In this embodiment, the test object is a lens having negative refractive power (reciprocal of focal length). Since the refractive index measuring apparatus measures the refractive index of the test object, the test object may be a lens or a flat plate, and any refractive optical element may be used.

屈折率計測装置は、光源10、干渉光学系、媒質70と被検物80を収容可能な容器60、検出器90、コンピュータ100を有し、被検物80の屈折率を計測する。   The refractive index measuring device includes a light source 10, an interference optical system, a container 60 that can accommodate a medium 70 and a test object 80, a detector 90, and a computer 100, and measures the refractive index of the test object 80.

光源10は、波長帯域の広い光源(例えば、スーパーコンティニューム光源)である。干渉光学系は、光源10からの光を、被検物を透過する光(被検光)と被検物を透過しない光(参照光)とに分割し、被検光と参照光を重ね合わせて干渉させ、その干渉光を検出器90に導光する。実施例1の干渉光学系は、複数のビームスプリッタ20、21と複数のミラー30、31、40、41、50、51を有する。   The light source 10 is a light source having a wide wavelength band (for example, a supercontinuum light source). The interference optical system divides the light from the light source 10 into light that passes through the test object (test light) and light that does not pass through the test object (reference light), and superimposes the test light and the reference light. Then, the interference light is guided to the detector 90. The interference optical system according to the first embodiment includes a plurality of beam splitters 20 and 21 and a plurality of mirrors 30, 31, 40, 41, 50 and 51.

ビームスプリッタ20、21は、例えば、キューブビームスプリッタで構成される。ビームスプリッタ20は、2つの直角プリズムの接合面20aにおいて、光源10からの光の一部を透過すると同時に残りを反射する。接合面20aを透過した光が参照光であり、接合面20aで反射した光が被検光である。ビームスプリッタ21は、直角プリズムの接合面21aにおいて、参照光の一部を反射し、被検光の一部を透過する。この結果、参照光と被検光が干渉して干渉光を形成し、干渉光は検出部90に射出される。   The beam splitters 20 and 21 are constituted by, for example, cube beam splitters. The beam splitter 20 transmits part of the light from the light source 10 and reflects the rest at the joint surface 20a of the two right-angle prisms. The light transmitted through the joint surface 20a is reference light, and the light reflected by the joint surface 20a is test light. The beam splitter 21 reflects part of the reference light and transmits part of the test light at the joint surface 21a of the right-angle prism. As a result, the reference light and the test light interfere to form interference light, and the interference light is emitted to the detection unit 90.

容器60は、媒質70(例えば、水やオイル)と被検物80を収容している。容器内における参照光の光路長と被検光の光路長は、被検物80が容器内に配置されていない状態で、一致するのが好ましい。したがって、容器60の側面(例えば、ガラス)は厚みおよび屈折率が均一で、かつ、容器60の両側面が平行であるのが望ましい。尚、媒質70が空気の場合、容器60は無くてもよい。   The container 60 contains a medium 70 (for example, water or oil) and a test object 80. It is preferable that the optical path length of the reference light in the container and the optical path length of the test light coincide with each other in a state where the test object 80 is not arranged in the container. Therefore, it is desirable that the side surface (for example, glass) of the container 60 has a uniform thickness and refractive index, and both side surfaces of the container 60 are parallel. If the medium 70 is air, the container 60 may not be provided.

媒質70の屈折率は、不図示の媒質屈折率算出手段によって算出される。媒質屈折率算出手段とは、例えば、媒質の温度を計測する温度計測手段と、計測した温度を媒質屈折率に換算するコンピュータから構成される。もしくは、媒質屈折率算出手段は、屈折率および形状が既知のガラスプリズムと、媒質中に配置されたガラスプリズムの透過波面を計測する波面計測センサ(波面計測手段)と、透過波面と形状から媒質の屈折率を算出するコンピュータから構成されてもよい。   The refractive index of the medium 70 is calculated by a medium refractive index calculation unit (not shown). The medium refractive index calculating means includes, for example, a temperature measuring means that measures the temperature of the medium and a computer that converts the measured temperature into a medium refractive index. Alternatively, the medium refractive index calculating means includes a glass prism having a known refractive index and shape, a wavefront measuring sensor (wavefront measuring means) for measuring a transmitted wavefront of the glass prism disposed in the medium, and a medium based on the transmitted wavefront and shape. It may be composed of a computer that calculates the refractive index.

ミラー40、41は、例えば、プリズム型ミラーである。ミラー50、51は、例えば、コーナーキューブリフレクターである。ミラー51は、図1の矢印の方向の駆動機構を有する。ミラー51の駆動機構は、例えば、駆動レンジの大きいステージと駆動分解能の高いピエゾ素子から構成されている。ミラー51の駆動量は、不図示の測長器(例えば、レーザ測長器やエンコーダ)によって計測される。ミラー51の駆動は、コンピュータ100によって制御されている。被検光と参照光の光路長差は、ミラー51の駆動機構によって調整することができる。   The mirrors 40 and 41 are, for example, prism type mirrors. The mirrors 50 and 51 are, for example, corner cube reflectors. The mirror 51 has a drive mechanism in the direction of the arrow in FIG. The drive mechanism of the mirror 51 is composed of, for example, a stage with a wide drive range and a piezo element with high drive resolution. The driving amount of the mirror 51 is measured by a length measuring device (not shown) (for example, a laser length measuring device or an encoder). The drive of the mirror 51 is controlled by the computer 100. The optical path length difference between the test light and the reference light can be adjusted by the drive mechanism of the mirror 51.

検出器90は、ビームスプリッタ21からの干渉光を分光し、干渉光強度を波長(周波数)の関数として検出して干渉信号を出力する検出手段であり、分光器などから構成されている。   The detector 90 is a detecting unit that splits interference light from the beam splitter 21, detects the interference light intensity as a function of wavelength (frequency), and outputs an interference signal, and includes a spectrometer.

コンピュータ100は、検出器90が出力する干渉信号から被検物の屈折率を算出する演算手段として機能すると共に、ミラー51の駆動量を制御する制御手段としても機能し、CPUなどから構成されている。ただし、検出器90が出力する干渉信号から被検物の屈折率を算出する演算手段と、ミラー51の駆動量や媒質70の温度を制御する制御手段を、互いに異なるコンピュータによって構成することもできる。   The computer 100 functions as a calculation unit that calculates the refractive index of the test object from the interference signal output from the detector 90, and also functions as a control unit that controls the driving amount of the mirror 51. The computer 100 includes a CPU and the like. Yes. However, the calculation means for calculating the refractive index of the test object from the interference signal output from the detector 90 and the control means for controlling the drive amount of the mirror 51 and the temperature of the medium 70 can be configured by different computers. .

干渉光学系は、被検物80が容器内に配置されていない状態で、被検光と参照光の光路長が等しくなるように調整されている。調整方法は次のとおりである。   The interference optical system is adjusted so that the optical path lengths of the test light and the reference light are equal in a state where the test object 80 is not disposed in the container. The adjustment method is as follows.

図1の屈折率計測装置において、被検物80が被検光の光路上に配置されない状態で参照光と被検光の干渉信号が取得される。このとき、参照光と被検光の位相差φ(λ)および干渉強度I(λ)は数式1で表される。 In the refractive index measurement apparatus of FIG. 1, an interference signal between the reference light and the test light is acquired in a state where the test object 80 is not placed on the optical path of the test light. At this time, the phase difference φ 0 (λ) and the interference intensity I 0 (λ) between the reference light and the test light are expressed by Equation 1.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ただし、λは空気中の波長、Δは被検光と参照光の光路長の差、Iは被検光の強度と参照光の強度の和、γは可視度(ビジビリティ)である。数式1より、Δがゼロではないときは、干渉強度I(λ)は振動関数となる。したがって、被検光と参照光の光路長を等しくするためには、干渉信号が振動関数とならない位置にミラー51を駆動すればよい。このとき、Δがゼロになる。 Where λ is the wavelength in the air, Δ 0 is the difference between the optical path lengths of the test light and the reference light, I 0 is the sum of the intensity of the test light and the reference light, and γ is the visibility (visibility). From Equation 1, when Δ 0 is not zero, the interference intensity I 0 (λ) is a vibration function. Therefore, in order to make the optical path lengths of the test light and the reference light equal, the mirror 51 may be driven to a position where the interference signal does not become a vibration function. At this time, delta 0 becomes zero.

ここでは、被検光と参照光の光路長が等しくなるように調整される場合(Δ=0)について説明したが、現在のミラー51の位置がΔ=0からどれだけシフトしているかが分かれば、被検光と参照光の光路長を等しくする必要はない。被検光と参照光の光路長が等しくなる位置(Δ=0)からのミラー51の駆動量は不図示の測長器(例えば、レーザ測長器やエンコーダ)によって測定することができる。 Here, the case where the optical path lengths of the test light and the reference light are adjusted to be equal (Δ 0 = 0) has been described, but how much the current position of the mirror 51 is shifted from Δ 0 = 0. If it is known, it is not necessary to make the optical path lengths of the test light and the reference light equal. The driving amount of the mirror 51 from the position where the optical path lengths of the test light and the reference light are equal (Δ 0 = 0) can be measured by a length measuring device (not shown) (for example, a laser length measuring device or an encoder).

図2は、被検物80の位相屈折率を算出する手順を示すフローチャートであり、「S」はStep(ステップ)の略である。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for calculating the phase refractive index of the test object 80, and “S” is an abbreviation for Step.

まず、基準被検物の位相屈折率が取得される(取得ステップS10)。基準被検物とは、検出器90で計測する波長範囲において位相屈折率が既知の被検物を意味する。取得される位相屈折率は、各波長に対応した位相屈折率の離散データでもよいし、分散式(例えば、セルマイヤーの分散式やコーシーの分散式)の係数でもよい。   First, the phase refractive index of the reference specimen is acquired (acquisition step S10). The reference specimen means a specimen whose phase refractive index is known in the wavelength range measured by the detector 90. The acquired phase refractive index may be discrete data of the phase refractive index corresponding to each wavelength, or may be a coefficient of a dispersion formula (for example, a Cellmeier dispersion formula or a Cauchy dispersion formula).

基準被検物は、被検物の屈折率と近い屈折率を有する硝材(例えば、基準被検物と被検物の差は、屈折率の差分が0.05未満、アッベ数の差分が5%未満)が望ましい。基準被検物として、例えば、被検物の母材となった硝材が選択されればよい。そのとき、基準被検物の位相屈折率として、硝材製造元が提供する母材の位相屈折率の値を用いることができる。   The reference specimen is a glass material having a refractive index close to the refractive index of the specimen (for example, the difference between the reference specimen and the specimen is a refractive index difference of less than 0.05 and an Abbe number difference of 5). %) Is desirable. For example, a glass material that is a base material of the test object may be selected as the reference test object. At that time, the value of the phase refractive index of the base material provided by the glass material manufacturer can be used as the phase refractive index of the reference specimen.

基準被検物の位相屈折率は、例えば、コンピュータ100に記憶されており、硝材名を入力するだけで取得できるようになっている。このとき、コンピュータ100が基準被検物の位相屈折率を取得する取得手段となる。   The phase refractive index of the reference test object is stored in, for example, the computer 100 and can be acquired simply by inputting the glass material name. At this time, the computer 100 serves as acquisition means for acquiring the phase refractive index of the reference test object.

被検物の硝材が不明の場合、基準被検物の位相屈折率として、被検物と同一硝材で製作された試料の位相屈折率を用いることができる。その試料の位相屈折率は、加工計測(プリズム形状に加工し、最小偏角法やVブロック法で計測)で計測すればよい。加工時の応力解放による屈折率の変化量は小さいため、加工後の試料の位相屈折率でも、基準被検物の位相屈折率として使用できる。加工後の試料の位相屈折率は、同一硝材で製作された被検物であれば、すべての被検物の基準被検物の位相屈折率となりうる。加工計測は手間がかかるが、最初の1回だけ行えば良い。   When the glass material of the test object is unknown, the phase refractive index of a sample made of the same glass material as the test object can be used as the phase refractive index of the reference test object. The phase refractive index of the sample may be measured by processing measurement (processing into a prism shape and measuring by the minimum deflection angle method or the V block method). Since the amount of change in the refractive index due to stress release during processing is small, even the phase refractive index of the sample after processing can be used as the phase refractive index of the reference specimen. The phase refractive index of the processed sample can be the phase refractive index of the reference specimen of all specimens as long as the specimen is made of the same glass material. Machining and measurement takes time and effort, but only needs to be performed once.

次に、被検物を透過した被検光と参照光の干渉信号から、被検物の位相屈折率の関数である第1の物理量が算出される(第1算出ステップS20)。第1の物理量とは、被検物の位相屈折率の関数であれば任意の物理量でよい。例えば、被検光と参照光の位相差や、被検光と参照光の位相差の波長に関する傾き(位相差の微分)や、被検物の群屈折率などは、すべて第1の物理量になりうる。本実施例では、第1の物理量として被検光と参照光の位相差φ(λ)を選択している。 Next, a first physical quantity that is a function of the phase refractive index of the test object is calculated from the interference signal between the test light transmitted through the test object and the reference light (first calculation step S20). The first physical quantity may be any physical quantity as long as it is a function of the phase refractive index of the test object. For example, the phase difference between the test light and the reference light, the slope of the phase difference between the test light and the reference light (the differential of the phase difference), the group refractive index of the test object, etc. are all in the first physical quantity. Can be. In this embodiment, the phase difference φ 1 (λ) between the test light and the reference light is selected as the first physical quantity.

被検物が被検光の光路上に配置されているとき、図1の検出器90で計測されるスペクトル領域の干渉信号は図3のようになる。被検光と参照光の位相差φ(λ)は数式2で表される。 When the test object is placed on the optical path of the test light, the interference signal in the spectral region measured by the detector 90 in FIG. 1 is as shown in FIG. The phase difference φ 1 (λ) between the test light and the reference light is expressed by Equation 2.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ただし、nsample(λ)は被検物の位相屈折率であり、nmedium(λ)は媒質の位相屈折率であり、Lは被検物の幾何学厚みである。図3のλは、位相差φ(λ)が極値をとる波長を示している。λ付近の波長では干渉信号の周期が長くなるため、干渉信号が計測しやすい。逆に、λから離れた波長では干渉信号の周期が短くなるため、干渉信号が密になりすぎて分解できない可能性がある。もし、λが計測範囲から外れている場合は、ミラー51を駆動させてΔを調整すればよい。 Here, n sample (λ) is the phase refractive index of the test object, n medium (λ) is the phase refractive index of the medium, and L is the geometric thickness of the test object. Λ 0 in FIG. 3 indicates a wavelength at which the phase difference φ 1 (λ) takes an extreme value. Since the period of the interference signal becomes longer at wavelengths near λ 0 , the interference signal is easy to measure. On the other hand, since the period of the interference signal becomes shorter at wavelengths away from λ 0 , the interference signal may become too dense to be decomposed. If λ 0 is out of the measurement range, the mirror 51 may be driven to adjust Δ 0 .

位相差φ(λ)は、例えば、次のような位相シフト法を用いて算出することができる。ミラー51を微小量ずつ駆動させながら干渉信号が取得される。ミラー51の位相シフト量(=駆動量×2π/λ)がδ(k=0,1,・・・,M−1)のときの干渉強度I(λ)は数式3で表される。 The phase difference φ 1 (λ) can be calculated using, for example, the following phase shift method. An interference signal is acquired while driving the mirror 51 minutely. The interference intensity I k (λ) when the phase shift amount (= drive amount × 2π / λ) of the mirror 51 is δ k (k = 0, 1,..., M−1) is expressed by Equation 3. .

Figure 2015010920
Figure 2015010920

第1の物理量である位相差φ(λ)は、位相シフト量δ、干渉強度I(λ)を用いて数式4で算出される。位相差φ(λ)の算出精度を高めるためには、位相シフト量δをできるだけ小さくし、駆動ステップ数Mをできるだけ大きくすれば良い。算出された位相差φ(λ)は2πで畳み込まれている。したがって、2πの位相とびをつなぎ合わせる作業(アンラッピング)が必要である。 The phase difference φ 1 (λ), which is the first physical quantity, is calculated by Equation 4 using the phase shift amount δ k and the interference intensity I k (λ). In order to improve the calculation accuracy of the phase difference φ 1 (λ), the phase shift amount δ k should be made as small as possible and the number of drive steps M should be made as large as possible. The calculated phase difference φ 1 (λ) is convolved with 2π. Therefore, an operation (unwrapping) for connecting 2π phase jumps is necessary.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

次に、第1の物理量と基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率が算出される(第2算出ステップS30)。被検物80の位相屈折率の算出方法は、次のとおりである。   Next, the phase refractive index of the test object 80 is calculated using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference test object (second calculation step S30). The calculation method of the phase refractive index of the test object 80 is as follows.

位相シフト法で得られた位相差φ(λ)(第1の物理量)は、2πの整数倍の任意性(未知のオフセット項)がある。この任意性を除去するために、位相差の波長に関する傾きdφ(λ)/dλが算出される。位相差の波長に関する傾きとは、位相差の波長に関する1次微分量に相当する。位相差φ(λ)は離散データなので、実際には、各波長データ間における変化の割合が算出される。位相差の波長に関する傾きdφ(λ)/dλは、数式5で表される。 The phase difference φ 1 (λ) (first physical quantity) obtained by the phase shift method has arbitraryness (unknown offset term) that is an integer multiple of 2π. In order to remove this arbitrary property, the gradient dφ 1 (λ) / dλ with respect to the wavelength of the phase difference is calculated. The inclination related to the wavelength of the phase difference corresponds to a first-order differential amount related to the wavelength of the phase difference. Since the phase difference φ 1 (λ) is discrete data, the rate of change between the wavelength data is actually calculated. The gradient dφ 1 (λ) / dλ relating to the wavelength of the phase difference is expressed by Equation 5.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ただし、n sample(λ)は被検物の群屈折率、n medium(λ)は媒質の群屈折率である。一般的に、データの微分量を算出する作業は、ノイズの影響を増幅する。ノイズの影響を低減するためには、元データをスムージングしてから微分量が算出されればよい。もしくは、微分データ自身がスムージングされればよい。 However, ng sample (λ) is the group refractive index of the test object, and ng medium (λ) is the group refractive index of the medium. In general, the operation of calculating the differential amount of data amplifies the influence of noise. In order to reduce the influence of noise, the derivative amount may be calculated after smoothing the original data. Alternatively, the differential data itself may be smoothed.

次に、基準被検物の群屈折率N(λ)が、基準被検物の位相屈折率N(λ)から数式6を用いて算出される。本実施例では、基準被検物の位相屈折率として、コーシーの分散式を用いている。C(k=1,2,・・・,6)は、コーシーの分散式の係数である。 Next, the group refractive index N g (λ) of the reference specimen is calculated using Equation 6 from the phase refractive index N p (λ) of the reference specimen. In this embodiment, the Cauchy dispersion formula is used as the phase refractive index of the reference specimen. C k (k = 1, 2,..., 6) is a coefficient of Cauchy's dispersion formula.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

そして、群屈折率と位相屈折率の関係が算出される。群屈折率と位相屈折率の関係とは、一方が分かると他方が分かる関係のことであり、例えば、群屈折率N(λ)と位相屈折率N(λ)の差分の関係や、群屈折率N(λ)と位相屈折率N(λ)の比の関係などである。 Then, the relationship between the group refractive index and the phase refractive index is calculated. The relationship between the group refractive index and the phase refractive index is a relationship that can be understood when one is understood. For example, the relationship between the group refractive index N g (λ) and the phase refractive index N p (λ), This is the relationship between the ratio of the group refractive index N g (λ) and the phase refractive index N p (λ).

基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係を算出する理由は、群屈折率から位相屈折率を一意に算出できないためである。数式7は、群屈折率から位相屈折率を算出する式である。数式7に示すように、位相屈折率は積分定数Cの任意性がある。   The reason for calculating the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference specimen is that the phase refractive index cannot be uniquely calculated from the group refractive index. Formula 7 is a formula for calculating the phase refractive index from the group refractive index. As shown in Equation 7, the phase refractive index has an arbitrary integration constant C.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

数式5で表される位相差の波長に関する傾きdφ(λ)/dλは群屈折率n sample(λ)の関数である。dφ(λ)/dλから位相屈折率nsample(λ)を算出する場合、群屈折率n sample(λ)が算出過程で介在するため、積分定数Cの任意性により、位相屈折率は一意に算出されない。そこで、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係を用いて、被検物の位相屈折率nsample(λ)を算出する。例えば、基準被検物の群屈折率N(λ)と位相屈折率N(λ)の差分の関係を用いると、数式5は数式8のように変形される。 The gradient dφ 1 (λ) / dλ relating to the wavelength of the phase difference expressed by Equation 5 is a function of the group refractive index ng sample (λ). When calculating the phase refractive index n sample (λ) from dφ 1 (λ) / dλ, the group refractive index n g sample (λ) is present in the calculation process. It is not calculated uniquely. Therefore, the phase refractive index n sample (λ) of the test object is calculated using the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference test object. For example, when the relationship between the difference in the group refractive index N g (λ) and the phase refractive index N p (λ) of the reference specimen is used, Equation 5 is transformed into Equation 8.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

数式8のうち、被検物の位相屈折率nsample(λ)以外は既知である。そこで、位相屈折率nsample(λ)の分散式(例えば、数式9のようなセルマイヤーの分散式)を仮定して数式8をフィッティングすれば、係数A,A,A,B,B,Bが算出される。つまり、位相屈折率nsample(λ)の分散式が求まる。被検物の幾何学厚みLが未知であれば、幾何学厚みLもパラメータとしてフィッティングすればよい。または、被検物の幾何学厚みLとして、例えば被検物設計値を用いればよい。 In Expression 8, the phase refractive index n sample (λ) of the test object is known. Therefore, if equation 8 is fitted assuming a dispersion equation of phase refractive index n sample (λ) (for example, a Cermeier dispersion equation such as equation 9), coefficients A 1 , A 2 , A 3 , B 1 , B 2 , B 3 are calculated. That is, a dispersion formula of the phase refractive index n sample (λ) is obtained. If the geometric thickness L of the test object is unknown, the geometric thickness L may be fitted as a parameter. Alternatively, as the geometric thickness L of the test object, for example, a test object design value may be used.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

以上のようにして、第1の物理量(位相差φ(λ))と基準被検物の位相屈折率を用いて、被検物の位相屈折率が算出される(第2算出ステップS30)。 As described above, the phase refractive index of the test object is calculated using the first physical quantity (phase difference φ 1 (λ)) and the phase refractive index of the reference test object (second calculation step S30). .

第2算出ステップS30で算出された被検物の位相屈折率は、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係が、被検物の群屈折率と位相屈折率の関係と等しいという仮定の下で算出している。しかしながら、実際には、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係は、被検物の群屈折率と位相屈折率の関係と異なるため、算出された被検物の位相屈折率は誤差(以下、分散誤差と表記)を含む。そこで、次のような分散誤差を低減する作業が必要である。   In the phase refractive index of the test object calculated in the second calculation step S30, the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference test object is equal to the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the test object. Calculated under assumptions. However, since the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference specimen is actually different from the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the specimen, the calculated phase refractive index of the specimen is Includes errors (hereinafter referred to as dispersion errors). Therefore, it is necessary to reduce the dispersion error as follows.

第2算出ステップS30で算出された被検物の位相屈折率nsample(λ)の関数である第2の物理量φ(λ)が算出される(第3算出ステップS40)。第2の物理量φ(λ)は、第1の物理量φ(λ)に相当する同一次元の物理量(本実施例では位相差)である。第2の物理量φ(λ)は、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係を用いずに、第2算出ステップS30で算出された被検物の位相屈折率nsample(λ)と数式2を用いて計算される。第1の物理量φ(λ)は2πの整数倍のオフセットを含むので、第2の物理量φ(λ)も同量の2πの整数倍のオフセットを含む必要がある。第2の物理量のオフセットは、例えば、極値の値を第1の物理量と比較し、2πの整数倍の値を加算または減算することによって調整できる。 A second physical quantity φ 2 (λ) that is a function of the phase refractive index n sample (λ) of the test object calculated in the second calculation step S30 is calculated (third calculation step S40). The second physical quantity φ 2 (λ) is a physical quantity of the same dimension corresponding to the first physical quantity φ 1 (λ) (phase difference in this embodiment). The second physical quantity φ 2 (λ) is obtained by using the phase refractive index n sample (λ of the test object calculated in the second calculation step S30 without using the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference test object. ) And Equation 2. Since the first physical quantity φ 1 (λ) includes an offset that is an integer multiple of 2π, the second physical quantity φ 2 (λ) must also include an offset that is an integer multiple of 2π. The offset of the second physical quantity can be adjusted by, for example, comparing the extreme value with the first physical quantity and adding or subtracting an integer multiple of 2π.

次に、第1の物理量φ(λ)と第2の物理量φ(λ)を比較する(S50)。図4は、第1の物理量と第2の物理量を比較した図である。もし、分散誤差がゼロであれば、第1の物理量と第2の物理量は一致する。分散誤差が大きければ大きいほど、第1の物理量と第2の物理量の差分は大きくなる。図2の位相屈折率の算出フローは、この差分が小さければ終了し、差分が大きければステップS60に進む。 Next, the first physical quantity φ 1 (λ) is compared with the second physical quantity φ 2 (λ) (S50). FIG. 4 is a diagram comparing the first physical quantity and the second physical quantity. If the dispersion error is zero, the first physical quantity matches the second physical quantity. The greater the variance error, the greater the difference between the first physical quantity and the second physical quantity. The phase refractive index calculation flow in FIG. 2 ends if this difference is small, and proceeds to step S60 if the difference is large.

第1の物理量と第2の物理量の差分が大きいか小さいかを決める境界値は、求めたい屈折率の精度に依存する。例えば、被検物の位相屈折率が1.9、媒質の位相屈折率が1.6、被検物の幾何学厚みが1mm、波長が633nmの条件で、被検物の位相屈折率を0.0001以下の精度で求めたい場合、境界値は1radになる。   The boundary value that determines whether the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is large or small depends on the accuracy of the refractive index to be obtained. For example, when the phase refractive index of the test object is 1.9, the phase refractive index of the medium is 1.6, the geometric thickness of the test object is 1 mm, and the wavelength is 633 nm, the phase refractive index of the test object is 0. When it is desired to obtain with accuracy of .0001 or less, the boundary value is 1 rad.

第1の物理量と第2の物理量の差分が大きい場合は、その差分が小さくなるように、基準被検物の位相屈折率が変更される(S60)。基準被検物の位相屈折率の変更方法としては、例えば、次のような方法がある。   When the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is large, the phase refractive index of the reference test object is changed so that the difference becomes small (S60). As a method for changing the phase refractive index of the reference specimen, for example, there are the following methods.

数式6の位相屈折率の係数Cだけを微小量δC変化させて、ステップS30からS40を行う。微小量δCの変化によるφ(λ)の変化量Δφ C1(λ)が算出される。係数C、C、C、C、Cに関しても係数Cと同様の作業が行われ、それぞれのφ(λ)の変化量Δφ C2(λ)、Δφ C3(λ)、Δφ C4(λ)、Δφ C5(λ)、Δφ C6(λ)が算出される。数式10を最もよく満たすような係数χ、χ、χ、χ、χ、χが求まる。係数χ(k=1,2,・・・,6)の算出は、例えば、最小二乗法を使用すればよい。数式11のように、基準被検物の位相屈折率N(λ)が変更される。 Only coefficients C 1 to phase index formula 6 by a small amount .delta.C 1 is changed, performs S40 from step S30. A change amount Δφ 2 C1 (λ) of φ 2 (λ) due to a change in the minute amount δC 1 is calculated. Coefficients C 2, C 3, C 4 , C 5, the same operations as the coefficient C 1 with regard C 6 is performed, the amount of change in each of φ 2 (λ) Δφ 2 C2 (λ), Δφ 2 C3 (λ ), Δφ 2 C4 (λ), Δφ 2 C5 (λ), and Δφ 2 C6 (λ). Coefficients χ 1 , χ 2 , χ 3 , χ 4 , χ 5 , χ 6 that best satisfy Equation 10 are obtained. The coefficient χ k (k = 1, 2,..., 6) may be calculated using, for example, the least square method. As shown in Equation 11, the phase refractive index N p (λ) of the reference specimen is changed.

Figure 2015010920
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Figure 2015010920
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数式10は、各係数CからCがそれぞれどれだけ変化すれば、第1の物理量と第2の物理量の差分が小さくなるかを計算する式である。数式11は、数式10の結果をもとに、数式6の基準被検物の位相屈折率を変更する式である。基準被検物の位相屈折率の変更に伴い、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係も変化する。 Expression 10 is an expression for calculating how much the coefficients C 1 to C 6 change to reduce the difference between the first physical quantity and the second physical quantity. Formula 11 is a formula for changing the phase refractive index of the reference specimen of Formula 6 based on the result of Formula 10. As the phase refractive index of the reference specimen is changed, the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference specimen also changes.

その後のフローは、第1の物理量と数式11を用いて、被検物の位相屈折率を再算出し、(S30)、再算出した位相屈折率の関数である第2の物理量φ(λ)を再算出し(S40)、φ(λ)とφ(λ)の差が小さいことを確認(S50)して終了する。もし、ステップS50において差が大きい場合には、フローは再度ステップS60に進む。以上のように、第1の物理量と第2の物理量の差分が小さくなるように基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率が再算出される(再算出ステップ)。 The subsequent flow uses the first physical quantity and Equation 11 to recalculate the phase refractive index of the test object (S30), and the second physical quantity φ 2 (λ that is a function of the recalculated phase refractive index. ) Is recalculated (S40), and it is confirmed that the difference between φ 1 (λ) and φ 2 (λ) is small (S50), and the process ends. If the difference is large in step S50, the flow proceeds to step S60 again. As described above, the phase refractive index of the reference specimen is changed so that the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is small, and the specimen is used by using the phase refractive index of the changed reference specimen. The phase refractive index of 80 is recalculated (recalculation step).

第2算出ステップS30における被検物の位相屈折率の算出方法は、数式8、数式9を用いた分散式のフィッティング方法の代わりに、次のような方法が用いられてもよい。   As a method for calculating the phase refractive index of the test object in the second calculation step S30, the following method may be used instead of the dispersion fitting method using Equations 8 and 9.

被検物の群屈折率n sample(λ)は、数式5を変形すれば算出されるため、位相屈折率nsample(λ)は、数式12のように算出することもできる。数式12では、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係として、比の関係を用いて表記している。 Since the group refractive index ng sample (λ) of the test object is calculated by modifying Equation 5, the phase refractive index n sample (λ) can also be calculated as Equation 12. In Expression 12, the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference test object is expressed using a ratio relationship.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

第2算出ステップS30における被検物の位相屈折率の算出方法は、次の方法でもよい。   The calculation method of the phase refractive index of the test object in the second calculation step S30 may be the following method.

被検物と同一厚みLを有する基準被検物が被検物の代わりに計測されていると仮定すると、基準被検物に関する位相差の波長に関する傾きdΦ(λ)/dλは数式13を用いて算出できる。dΦ(λ)/dλは、数式13を用いて算出する代わりに、本実施例の屈折率計測装置を用いて実際に計測することも可能である。   Assuming that a reference specimen having the same thickness L as the specimen is measured instead of the specimen, the slope dΦ (λ) / dλ relating to the wavelength of the phase difference with respect to the reference specimen is expressed by Equation 13. Can be calculated. dΦ (λ) / dλ can be actually measured by using the refractive index measurement device of this embodiment instead of calculating using Equation 13.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

位相差の波長に関する傾きdΦ(λ)/dλと位相屈折率N(λ)の関係(差の関係や比の関係など)を用いて、位相屈折率nsample(λ)は数式14のように算出できる。 Using the relationship between the inclination dΦ (λ) / dλ and the phase refractive index N p (λ) (difference relationship, ratio relationship, etc.) with respect to the wavelength of the phase difference, the phase refractive index n sample (λ) is Can be calculated.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

この方法は、基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係の代わりに、群屈折率の関数であるdΦ(λ)/dλと位相屈折率の関係を用いている。このように、位相屈折率と結びつける関係は、群屈折率の関数(群屈折率そのものも含む)であれば、dΦ(λ)/dλ以外でもよい。例えば、数式13から式変形で得られる光路長差(N(λ)−n medium(λ))L−Δ0や群屈折率差N(λ)−n medium(λ)でもよい。 This method uses the relationship between the phase refractive index and dΦ (λ) / dλ, which is a function of the group refractive index, instead of the relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference specimen. As described above, the relationship linked to the phase refractive index may be other than dΦ (λ) / dλ as long as it is a function of the group refractive index (including the group refractive index itself). For example, the optical path length difference obtained by the formula deformed from Equation 13 (N g (λ) -n g medium (λ)) L-Δ0 and the group refractive index difference N g (λ) -n g medium (λ) may be used.

本明細書における物理量は、分散誤差の大小を比較するための量を示している。本実施例では、物理量として位相差を用いているが、必ずしも位相差を用いる必要はなく、被検物の位相屈折率の関数であればよい。   The physical quantity in this specification indicates an amount for comparing the magnitude of the dispersion error. In this embodiment, the phase difference is used as the physical quantity. However, it is not always necessary to use the phase difference, and it may be a function of the phase refractive index of the test object.

例えば、物理量は、数式5で表される位相差の波長に関する傾きでも比較できる。第1の物理量φ(λ)の代わりがdφ/dλであり、第2の物理量φ(λ)の代わりが第2算出ステップS30で得られた位相屈折率nsample(λ)の関数であるdφ/dλである。 For example, the physical quantity can also be compared with the slope of the phase difference expressed by Equation 5 with respect to the wavelength. A function of the phase refractive index n sample (λ) obtained in the second calculation step S30 is dφ 1 / dλ instead of the first physical quantity φ 1 (λ), and is substituted for the second physical quantity φ 2 (λ). Dφ 2 / dλ.

物理量は、位相差の代わりに、群屈折率そのものでもよい。第1の物理量φ(λ)の代わりが、数式12で算出される被検物の群屈折率n sample(λ)であり、第2の物理量φ(λ)の代わりが、第2算出ステップS30で得られた位相屈折率nsample(λ)から一意に算出される群屈折率である。 The physical quantity may be the group refractive index itself instead of the phase difference. A substitute for the first physical quantity φ 1 (λ) is the group refractive index ng sample (λ) of the test object calculated by Expression 12, and a substitute for the second physical quantity φ 2 (λ) is the second physical quantity φ 2 (λ). The group refractive index is uniquely calculated from the phase refractive index n sample (λ) obtained in the calculation step S30.

第1の物理量は、計測データから一意に算出できる量であれば、位相差の代用が可能である。例えば、数式5から変形して得られる数式15のような量も、本発明における物理量となりうる。   If the first physical quantity is a quantity that can be uniquely calculated from the measurement data, a phase difference can be substituted. For example, a quantity like Formula 15 obtained by transforming from Formula 5 can also be a physical quantity in the present invention.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ステップS60では、数式10、数式11のように、分散式の係数を調整して基準被検物の位相屈折率を変更したが、分散式の係数を調整する代わりに、位相屈折率分散曲線の離散データそのものを調整してもよい。簡単な調整方法は、例えば、オフセット成分や線形成分の加減算である。   In step S60, the phase refractive index of the reference specimen is changed by adjusting the coefficient of the dispersion formula as in Expressions 10 and 11, but instead of adjusting the coefficient of the dispersion formula, The discrete data itself may be adjusted. A simple adjustment method is, for example, addition / subtraction of an offset component or a linear component.

本実施例では、被検物80をオイル等の媒質70(空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質)中に配置している。本発明の屈折率計測方法は、媒質70が空気でも成り立つ。しかし、被検物80と媒質70の屈折率差を小さくすることには利点がある。   In this embodiment, the test object 80 is disposed in a medium 70 such as oil (a medium having a phase refractive index higher than that of air). The refractive index measurement method of the present invention can be realized even when the medium 70 is air. However, there is an advantage in reducing the refractive index difference between the test object 80 and the medium 70.

屈折率差を小さくする利点は主に2つある。利点の1つは、レンズの屈折の影響を低減できることである。もう1つの利点は、被検物の幾何学厚み誤差の影響を低減できることである。数式2や数式5を見るとわかるとおり、屈折率差が小さい場合、被検物厚みに乗算される係数が小さくなる。そのため、被検物幾何学厚みの誤差の影響も小さくなる。   There are mainly two advantages of reducing the refractive index difference. One advantage is that the effects of lens refraction can be reduced. Another advantage is that the influence of the geometric thickness error of the specimen can be reduced. As can be seen from Equation 2 and Equation 5, when the refractive index difference is small, the coefficient multiplied by the thickness of the test object is small. Therefore, the influence of the error of the specimen geometric thickness is also reduced.

特に、被検物の群屈折率n sample(λ)と媒質の群屈折率n medium(λ)が等しくなる特定の波長において、被検物の幾何学厚みの誤差の影響はゼロになる。そのため、幾何学厚みが未知の被検物を計測する場合に使用する媒質は、計測する波長範囲の特定の波長で被検物の群屈折率と等しくなる群屈折率を有する媒質が好ましい。 In particular, at a specific wavelength where the group refractive index ng sample (λ) of the test object is equal to the group refractive index ng medium (λ) of the medium , the influence of the error in the geometric thickness of the test object becomes zero. . For this reason, the medium used when measuring the specimen having an unknown geometric thickness is preferably a medium having a group refractive index equal to the group refractive index of the specimen at a specific wavelength in the wavelength range to be measured.

媒質70の温度分布によって、媒質70の屈折率分布が生じるため、算出される被検物の屈折率に誤差が生じる。したがって、媒質70の温度分布が発生しないように温度調整機構(温度調整手段)で制御するのが望ましい。また、媒質70の屈折率分布による誤差は、屈折率分布の量がわかれば補正できるため、媒質70の屈折率分布を計測するための波面計測装置(波面計測手段)を有することが望ましい。   Since the refractive index distribution of the medium 70 is generated by the temperature distribution of the medium 70, an error occurs in the calculated refractive index of the test object. Therefore, it is desirable to control by the temperature adjustment mechanism (temperature adjustment means) so that the temperature distribution of the medium 70 does not occur. In addition, since the error due to the refractive index distribution of the medium 70 can be corrected if the amount of the refractive index distribution is known, it is desirable to have a wavefront measuring device (wavefront measuring means) for measuring the refractive index distribution of the medium 70.

被検物と媒質の群屈折率をマッチングする代わりに、2種類の温度条件または2種類の媒質条件で計測すれば、被検物の幾何学厚みの誤差を除去できる。   If the measurement is performed under two kinds of temperature conditions or two kinds of medium conditions instead of matching the group refractive indexes of the specimen and the medium, an error in the geometric thickness of the specimen can be removed.

2種類の温度条件による幾何学厚み誤差の除去方法は次のとおりである。   The method of removing the geometric thickness error under the two types of temperature conditions is as follows.

被検物の温度が第1の温度T、第2の温度Tであるときにそれぞれ計測された位相差がφ1A(λ)、φ1B(λ)のとき、2種類の温度条件のそれぞれの光路長差は、数式16で表される。 When the phase differences measured when the temperature of the test object is the first temperature T A and the second temperature T B are φ 1A (λ) and φ 1B (λ), Each optical path length difference is expressed by Equation 16.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ただし、dN/dTは被検物の屈折率の温度係数、Tは基準温度、ngA medium(λ)は温度Tにおける媒質の群屈折率、ngB medium(λ)は温度Tにおける媒質の群屈折率、αは被検物の線膨張係数であり、すべて既知の値である。dN/dTは、群屈折率の温度係数であり、位相屈折率の温度係数から算出される。数式16から被検物の幾何学厚みLを除去すると、数式17が得られる。 Where dN g / dT is the temperature coefficient of the refractive index of the test object, T 0 is the reference temperature, ngA medium (λ) is the group refractive index of the medium at the temperature T A , and ngB medium (λ) is the temperature T B. Is the linear expansion coefficient of the test object, and is a known value. dN g / dT is a temperature coefficient of the group refractive index, and is calculated from the temperature coefficient of the phase refractive index. When the geometric thickness L of the test object is removed from Expression 16, Expression 17 is obtained.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

数式17は、被検物の幾何学厚みLを含まないため厚み誤差の影響を受けない。数式17で得られる被検物の群屈折率n sample(λ)を数式12で得られるn sample(λ)の代わりに用いれば、厚み誤差の影響を除去できる。このとき、数式17で得られる被検物の群屈折率n sample(λ)を第1の物理量として使用できる。尚、数式17で得られる被検物の群屈折率n sample(λ)は、基準温度Tにおける値である。 Equation 17 does not include the geometric thickness L of the test object and is not affected by the thickness error. If the group refractive index ng sample (λ) of the test object obtained by Equation 17 is used instead of ng sample (λ) obtained by Equation 12, the influence of the thickness error can be eliminated. At this time, the group refractive index ng sample (λ) of the test object obtained by Expression 17 can be used as the first physical quantity. Note that the group refractive index ng sample (λ) of the test object obtained by Expression 17 is a value at the reference temperature T 0 .

数式17を用いた被検物の群屈折率n sample(λ)の算出精度は、右辺の分母が大きくなるほど高くなる。言い換えると、群屈折率n sample(λ)算出精度は、温度TとTの差が大きいほど高い。したがって、温度TとTは差が大きい条件が好ましい。 The accuracy of calculation of the group refractive index ng sample (λ) of the test object using Equation 17 increases as the denominator on the right side increases. In other words, the group index n g sample (λ) calculation accuracy is higher as the difference between the temperature T A and T B is large. Accordingly, the temperature T A and T B conditions the difference is greater are preferred.

屈折率の温度係数dN/dTと線膨張係数αは既知であることを前提としており、例えば、硝材製造元が提供する母材の値である。厳密に言うと、被検物80のdN/dTとαは母材の値と異なるが、母材の値と等しいと仮定しても問題はない。この理由は次の通りである。 The temperature coefficient dN g / dT of the refractive index and the linear expansion coefficient α are assumed to be known, and are, for example, values of the base material provided by the glass material manufacturer. Strictly speaking, dN g / dT and α of the test object 80 are different from the values of the base material, but there is no problem even if it is assumed to be equal to the value of the base material. The reason is as follows.

理由は、硝材の屈折率が多少変化しても温度係数と線膨張係数はほとんど変化せず、かつ、数式17の群屈折率n sample(λ)は温度係数と線膨張係数の変化に対して鈍感だからである。したがって、被検物と屈折率の近い硝材の温度係数と線膨張係数が1組既知であればよい。尚、線膨張係数が数式17で算出される群屈折率へ与える影響は特に小さいため、被検物80の膨張は未考慮(つまり、線膨張係数がゼロ)でもよい。 The reason is that even if the refractive index of the glass material changes slightly, the temperature coefficient and the linear expansion coefficient hardly change, and the group refractive index ng sample (λ) of Equation 17 is the change in the temperature coefficient and the linear expansion coefficient. Because it is insensitive. Accordingly, it is only necessary that one set of temperature coefficient and linear expansion coefficient of a glass material having a refractive index close to that of the test object is known. Since the influence of the linear expansion coefficient on the group refractive index calculated by Expression 17 is particularly small, the expansion of the test object 80 may not be considered (that is, the linear expansion coefficient is zero).

また、屈折率が互いに異なる第1の媒質中と第2の媒質中に被検物を配置する2種類の媒質条件を用いることによっても、被検物の幾何学厚みの誤差の影響を除去できる。2種類の媒質条件による幾何学厚み誤差除去の式は、数式17においてdN/dT=0、α=0とおいた式で表される。ただし、第1の媒質の群屈折率がngA medium(λ)、第2の媒質の群屈折率がngB medium(λ)、それぞれの媒質で計測された位相差がφ1A(λ)、φ1B(λ)である。 The influence of the geometric thickness error of the test object can also be eliminated by using two types of medium conditions in which the test object is arranged in the first medium and the second medium having different refractive indexes. . The equation for removing the geometric thickness error under the two types of medium conditions is expressed by the equation of dN g / dT = 0 and α = 0 in Equation 17. However, the group refractive index of the first medium is ngA medium (λ), the group refractive index of the second medium is ngB medium (λ), and the phase difference measured in each medium is φ 1A (λ), φ 1B (λ).

2種類の温度条件による幾何学厚み誤差の除去方法と同様に、数式17の右辺の分母が大きくなるほど、群屈折率n sample(λ)算出精度が高くなる。したがって、第1の媒質の屈折率と第2の媒質の屈折率の差が大きい条件が望ましい。 Similar to the method of removing the geometric thickness error caused by the two types of temperature conditions, the larger the denominator of the right side of Equation 17, the higher the accuracy of calculating the group refractive index ng sample (λ). Therefore, it is desirable that the difference between the refractive index of the first medium and the refractive index of the second medium is large.

本実施例では、ミラー51による機械的な位相シフトと検出器90による分光の組み合わせで位相差φ(λ)を計測した。その代わりに、ヘテロダイン干渉法を用いてもよい。ヘテロダイン干渉法を用いる場合、その干渉計は、例えば、光源直後に分光器を配置して疑似単色光を射出し、音響光学素子で参照光と被検光の間に周波数差を発生させ、干渉信号をフォトダイオード等の検出器で計測する。そして、分光器で波長を走査しながら各波長で位相差φ(λ)を算出する。 In this embodiment, the phase difference φ 1 (λ) is measured by a combination of mechanical phase shift by the mirror 51 and spectroscopy by the detector 90. Instead, heterodyne interferometry may be used. When heterodyne interferometry is used, the interferometer, for example, arranges a spectroscope immediately after the light source and emits pseudo-monochromatic light, generates a frequency difference between the reference light and the test light by the acousto-optic device, and causes interference. The signal is measured with a detector such as a photodiode. Then, the phase difference φ 1 (λ) is calculated at each wavelength while scanning the wavelength with a spectroscope.

本実施例では、波長帯域の広い光源10として、スーパーコンティニューム光源を用いた。その代わりに、スーパールミネッセントダイオード(SLD)やハロゲンランプ、短パルスレーザー等が使われてもよい。波長を走査する場合には、広帯域光源と分光器の組み合わせの代わりに、波長掃引光源が使用されてもよい。   In this embodiment, a supercontinuum light source is used as the light source 10 having a wide wavelength band. Instead, a super luminescent diode (SLD), a halogen lamp, a short pulse laser, or the like may be used. When scanning the wavelength, a wavelength swept light source may be used instead of the combination of the broadband light source and the spectroscope.

本実施例では、マッハ・ツェンダー干渉計の構成を用いているが、代わりにマイケルソン干渉計の構成を用いてもよい。また、本実施例では、屈折率や位相差を波長の関数として算出しているが、代わりに周波数の関数として算出してもよい。   In the present embodiment, the configuration of the Mach-Zehnder interferometer is used, but the configuration of a Michelson interferometer may be used instead. In this embodiment, the refractive index and the phase difference are calculated as a function of wavelength, but may be calculated as a function of frequency instead.

図5は、本発明の実施例2の屈折率計測装置のブロック図である。媒質70の屈折率を計測する干渉計が実施例1の屈折率計測装置に追加されている。被検物は、正の屈折力をもつレンズである。本実施例では、計測する波長範囲の特定の波長において被検物の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質(例えば、オイル)中に被検物を配置している。実施例1と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。   FIG. 5 is a block diagram of the refractive index measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. An interferometer that measures the refractive index of the medium 70 is added to the refractive index measurement apparatus of the first embodiment. The test object is a lens having a positive refractive power. In this embodiment, the test object is disposed in a medium (for example, oil) having a group refractive index equal to the group refractive index of the test object at a specific wavelength in the wavelength range to be measured. The same configurations as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.

光源10から射出された光は、ビームスプリッタ22で透過光と反射光に分割される。透過光は、被検物80の屈折率を計測するための干渉光学系へ進み、反射光は、媒質70の屈折率を計測するための干渉光学系へと導かれる。反射光は、ビームスプリッタ23でさらに透過光(媒質参照光)と反射光(媒質被検光)に分割される。   The light emitted from the light source 10 is split into transmitted light and reflected light by the beam splitter 22. The transmitted light travels to the interference optical system for measuring the refractive index of the test object 80, and the reflected light is guided to the interference optical system for measuring the refractive index of the medium 70. The reflected light is further divided into transmitted light (medium reference light) and reflected light (medium test light) by the beam splitter 23.

ビームスプリッタ23で反射した媒質被検光は、ミラー42、52で反射した後に、容器60の側面および媒質70を透過し、ミラー33で反射されてビームスプリッタ24に至る。ビームスプリッタ23を透過した媒質参照光は、ミラー32、43、53で反射した後に、補償板61を透過してビームスプリッタ24へ至る。ビームスプリッタ24へ至った媒質参照光と媒質被検光は、干渉して干渉光を形成し、分光器等で構成される検出部91で検出される。検出器91で検出された信号は、コンピュータ100に送られる。   The medium test light reflected by the beam splitter 23 is reflected by the mirrors 42 and 52, passes through the side surface of the container 60 and the medium 70, is reflected by the mirror 33, and reaches the beam splitter 24. The medium reference light transmitted through the beam splitter 23 is reflected by the mirrors 32, 43, and 53, then passes through the compensation plate 61 and reaches the beam splitter 24. The medium reference light and the medium test light that have reached the beam splitter 24 interfere with each other to form interference light, which is detected by the detection unit 91 configured by a spectroscope or the like. A signal detected by the detector 91 is sent to the computer 100.

補償板61は、容器60の側面による屈折率分散の影響を補正する役割を担い、容器60の側面と同一材料かつ同一厚み(=容器60の側面の厚み×2)で構成される。補償板61は、容器60内が空のとき、媒質被検光と媒質参照光の各波長それぞれの光路長差を等しくする効果を有する。   The compensation plate 61 plays a role of correcting the influence of refractive index dispersion due to the side surface of the container 60 and is made of the same material and the same thickness as the side surface of the container 60 (= thickness of the side surface of the container 60 × 2). The compensation plate 61 has an effect of equalizing the optical path length difference between the wavelengths of the medium test light and the medium reference light when the container 60 is empty.

ミラー53は、ミラー51と同様の駆動機構を有しており、図5の矢印の方向に駆動する。ミラー53の駆動は、コンピュータ100で制御される。容器60は、不図示の温度調整機構を備えており、媒質の温度の昇降、媒質の温度分布の制御等を行うことができる。媒質温度も、コンピュータ100で制御される。   The mirror 53 has a drive mechanism similar to that of the mirror 51, and is driven in the direction of the arrow in FIG. The drive of the mirror 53 is controlled by the computer 100. The container 60 is provided with a temperature adjustment mechanism (not shown), and can increase and decrease the temperature of the medium, control the temperature distribution of the medium, and the like. The medium temperature is also controlled by the computer 100.

媒質70は、特定の波長で被検物と等しい群屈折率を有する。一般に、オイルの紫外吸収帯は硝材の紫外吸収帯よりも可視光に近いため、オイルの可視光領域の屈折率の傾き(屈折率分散)は、硝材の傾きよりも急である。実用的な位相屈折率マッチングオイルが存在しない高屈折率の領域においても、群屈折率をマッチングできるオイルが存在する。   The medium 70 has a group refractive index equal to that of the test object at a specific wavelength. In general, since the ultraviolet absorption band of oil is closer to visible light than the ultraviolet absorption band of glass material, the gradient of refractive index (refractive index dispersion) in the visible light region of oil is steeper than the gradient of glass material. Even in a high refractive index region where there is no practical phase refractive index matching oil, there is an oil that can match the group refractive index.

本実施例の被検物80の位相屈折率算出手順は、次のとおりである。   The procedure for calculating the phase refractive index of the test object 80 of the present embodiment is as follows.

まず、基準被検物の位相屈折率が取得され(取得ステップS10)、第1の物理量が算出される(第1算出ステップS20)。   First, the phase refractive index of the reference specimen is acquired (acquisition step S10), and the first physical quantity is calculated (first calculation step S20).

被検光と参照光の位相差は数式2で表され、位相差の波長に関する傾きは数式5で表される。被検光と参照光の干渉信号は図3のようになる。図3のλは、位相差の極値の波長である。言い換えると、λは、位相差の波長に関する傾きがゼロとなる波長である。Δがゼロのとき、dφ(λ)/dλがゼロとなる波長は、被検物の群屈折率n sample(λ)と媒質の群屈折率n medium(λ)が等しい波長(特定の波長)である。したがって、位相差が極値をとる波長を計測すれば、その波長における媒質70の群屈折率が被検物80の群屈折率に相当する。 The phase difference between the test light and the reference light is expressed by Equation 2, and the slope of the phase difference with respect to the wavelength is expressed by Equation 5. The interference signal between the test light and the reference light is as shown in FIG. In FIG. 3, λ 0 is the wavelength of the extreme value of the phase difference. In other words, λ 0 is a wavelength at which the gradient with respect to the wavelength of the phase difference becomes zero. When Δ 0 is zero, the wavelength at which dφ 1 (λ) / dλ is zero is the wavelength where the group refractive index ng sample (λ) of the test object is equal to the group refractive index ng medium (λ) of the medium ( Specific wavelength). Therefore, if the wavelength at which the phase difference takes an extreme value is measured, the group refractive index of the medium 70 at that wavelength corresponds to the group refractive index of the test object 80.

媒質被検光と媒質参照光の位相差φmedium(λ)と位相差φmedium(λ)の波長に関する傾きdφmedium(λ)/dλは、数式18で表される。 The gradient dφ medium (λ) / dλ relating to the wavelengths of the phase difference φ medium (λ) and the phase difference φ medium (λ) between the medium test light and the medium reference light is expressed by Equation 18.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

ただし、Ltankは容器60の側面間の距離(媒質被検光の媒質70内の経路長)であり、既知の量である。λは空気中の波長なので、空気の屈折率は波長に組み込まれている。ここでは、空気の位相屈折率は空気の群屈折率と等しいと仮定している。 However, L tank is the distance between the side surfaces of the container 60 (the path length of the medium test light in the medium 70), which is a known amount. Since λ is the wavelength in air, the refractive index of air is built into the wavelength. Here, it is assumed that the phase refractive index of air is equal to the group refractive index of air.

ミラー53の駆動を用いた位相シフト法により、媒質被検光と媒質参照光の位相差φmedium(λ)が計測される。数式18を式変形すると媒質の群屈折率n medium(λ)が求まる。図3の干渉信号から、被検光と参照光の位相差の極値をとる特定の波長λを決定し、数式19より、波長λにおける被検物の群屈折率が算出される。 The phase difference φ medium (λ) between the medium test light and the medium reference light is measured by a phase shift method using driving of the mirror 53. When formula 18 is transformed, the group refractive index ng medium (λ) of the medium is obtained. A specific wavelength λ 0 that takes the extreme value of the phase difference between the test light and the reference light is determined from the interference signal in FIG. 3, and the group refractive index of the test object at the wavelength λ 0 is calculated from Equation 19.

Figure 2015010920
Figure 2015010920

媒質70及び被検物80の温度が変化すると、特定の波長λが変化する。したがって、多数の温度で上記計測を繰り返すと、ある波長範囲における被検物の群屈折率n sample(λ)が算出される。本実施例では、被検物の群屈折率n sample(λ)を第1の物理量として使用できる(第1算出ステップS20)。 When the temperatures of the medium 70 and the test object 80 change, the specific wavelength λ 0 changes. Therefore, when the above measurement is repeated at a number of temperatures, the group refractive index ng sample (λ) of the test object in a certain wavelength range is calculated. In the present embodiment, the group refractive index ng sample (λ) of the test object can be used as the first physical quantity (first calculation step S20).

次に、第1の物理量(被検物の群屈折率)と基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率が算出される(第2算出ステップS30)。そして、第2算出ステップで算出された被検物80の位相屈折率の関数である第2の物理量(群屈折率)が一意に算出される(第3算出ステップS40)。さらに、第2の物理量が、第1の物理量と比較される(S50)。   Next, the phase refractive index of the test object 80 is calculated using the first physical quantity (group refractive index of the test object) and the phase refractive index of the reference test object (second calculation step S30). Then, the second physical quantity (group refractive index) that is a function of the phase refractive index of the test object 80 calculated in the second calculation step is uniquely calculated (third calculation step S40). Further, the second physical quantity is compared with the first physical quantity (S50).

第1の物理量と第2の物理量の差分が大きい場合には、その差分が小さくなるように基準被検物の位相屈折率が変更される(S60)。その差分が小さくなったときの位相屈折率が求める被検物の位相屈折率となる(再算出ステップ)。   When the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is large, the phase refractive index of the reference test object is changed so that the difference becomes small (S60). The phase refractive index of the test object to be obtained is obtained as the phase refractive index when the difference becomes small (recalculation step).

図6は、本発明の実施例3の屈折率計測装置のブロック図である。波面が2次元センサを用いて計測される。媒質の屈折率を計測するために、屈折率および形状が既知のガラスプリズムが被検光束の光路上に配置されている。実施例1、実施例2と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。   FIG. 6 is a block diagram of the refractive index measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The wavefront is measured using a two-dimensional sensor. In order to measure the refractive index of the medium, a glass prism having a known refractive index and shape is arranged on the optical path of the test light beam. The same configurations as those in the first and second embodiments will be described with the same reference numerals.

光源10から射出された光は、分光器95で分光され、疑似単色光となってピンホール110に入射する。ピンホール110へ入射させる疑似単色光の波長は、コンピュータ100で制御される。ピンホール110を透過して発散光となった光は、コリメータレンズ120で平行光にコリメートされる。コリメート光は、ビームスプリッタ25で透過光(参照光)と反射光(被検光)に分割される。   The light emitted from the light source 10 is split by the spectroscope 95 and enters the pinhole 110 as pseudo-monochromatic light. The wavelength of the pseudo-monochromatic light incident on the pinhole 110 is controlled by the computer 100. The light that has passed through the pinhole 110 and becomes divergent light is collimated into parallel light by the collimator lens 120. The collimated light is split by the beam splitter 25 into transmitted light (reference light) and reflected light (test light).

ビームスプリッタ25を透過した参照光は、容器60内の媒質70を透過した後、ミラー31で反射してビームスプリッタ26へ至る。ミラー31は、図6の矢印方向の駆動機構を有し、コンピュータ100で制御される。   The reference light transmitted through the beam splitter 25 passes through the medium 70 in the container 60, is reflected by the mirror 31, and reaches the beam splitter 26. The mirror 31 has a drive mechanism in the direction of the arrow in FIG. 6 and is controlled by the computer 100.

ビームスプリッタ25で反射された被検光は、ミラー30で反射して、媒質70と被検物80とガラスプリズム130を収納している容器60に入射する。被検光の一部の光は媒質70および被検物80を透過する。被検光の一部の光は媒質70およびガラスプリズム130を透過する。被検光の残りの光は媒質70のみを透過する。容器60を透過したそれぞれの光は、ビームスプリッタ26において参照光と干渉して干渉光を形成し、結像レンズ121を介して検出器92(例えば、CCDやCMOSセンサ)で検出される。検出器92で検出された干渉信号は、コンピュータ100に送られる。   The test light reflected by the beam splitter 25 is reflected by the mirror 30 and enters the container 60 that houses the medium 70, the test object 80, and the glass prism 130. Part of the test light passes through the medium 70 and the test object 80. Part of the test light passes through the medium 70 and the glass prism 130. The remaining light of the test light passes only through the medium 70. Each light transmitted through the container 60 interferes with the reference light in the beam splitter 26 to form interference light, and is detected by the detector 92 (for example, CCD or CMOS sensor) through the imaging lens 121. The interference signal detected by the detector 92 is sent to the computer 100.

検出器92は、被検物80およびガラスプリズム130の位置と共役位置に配置されている。被検物80と媒質70の位相屈折率が異なると、被検物80を透過した光は発散光や収束光になる。その発散光(収束光)が被検物80以外を透過した光と交差する場合は、被検物80の後方(検出器92側)にアパーチャ等を配置して、迷光をカットすればよい。ガラスプリズム130を透過した光と参照光の干渉縞が密になりすぎないように、ガラスプリズムは、媒質70の位相屈折率とほぼ等しい位相屈折率を有するものが好ましい。被検光と参照光の光路長は、被検物80およびガラスプリズム130が被検光路上に配置されていない状態で、等しくなるように調整されている。   The detector 92 is arranged at a conjugate position with the position of the test object 80 and the glass prism 130. If the phase refractive index of the test object 80 and the medium 70 is different, the light transmitted through the test object 80 becomes divergent light or convergent light. When the divergent light (converged light) intersects with light transmitted through other than the test object 80, an aperture or the like may be arranged behind the test object 80 (detector 92 side) to cut stray light. The glass prism preferably has a phase refractive index approximately equal to the phase refractive index of the medium 70 so that the interference fringes between the light transmitted through the glass prism 130 and the reference light do not become too dense. The optical path lengths of the test light and the reference light are adjusted to be equal in a state where the test object 80 and the glass prism 130 are not arranged on the test light path.

本実施例の被検物80の位相屈折率算出手順は、次のとおりである。本実施例では、物理量として位相差の波長に関する傾きを用いている。   The procedure for calculating the phase refractive index of the test object 80 of the present embodiment is as follows. In the present embodiment, the gradient relating to the wavelength of the phase difference is used as the physical quantity.

まず、基準被検物の位相屈折率が取得される(取得ステップS10)。分光器95による波長走査と、ミラー31の駆動機構を用いた位相シフト法により、被検物を透過した被検光と参照光の位相差および媒質70の屈折率が計測される。   First, the phase refractive index of the reference specimen is acquired (acquisition step S10). The phase difference between the test light transmitted through the test object and the reference light and the refractive index of the medium 70 are measured by the wavelength scanning by the spectroscope 95 and the phase shift method using the drive mechanism of the mirror 31.

第1の物理量である位相差の波長に関する傾きdφ(λ)/dλが算出される(第1算出ステップS20)。第1の物理量と基準被検物の位相屈折率を用いて被検物80の位相屈折率が算出される(第2算出ステップS30)。第2算出ステップで算出された位相屈折率の関数である第2の物理量dφ(λ)/dλが算出され(第3算出ステップS40)、第1の物理量と第2の物理量が比較される(S50)。第1の物理量と第2の物理量が小さくなるように基準被検物の群屈折率と位相屈折率の関係が変更され(S60)、位相屈折率が再算出される(再算出ステップ)。 The gradient dφ 1 (λ) / dλ relating to the wavelength of the phase difference, which is the first physical quantity, is calculated (first calculation step S20). The phase refractive index of the test object 80 is calculated using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference test object (second calculation step S30). A second physical quantity dφ 2 (λ) / dλ, which is a function of the phase refractive index calculated in the second calculation step, is calculated (third calculation step S40), and the first physical quantity and the second physical quantity are compared. (S50). The relationship between the group refractive index and the phase refractive index of the reference test object is changed so that the first physical quantity and the second physical quantity become small (S60), and the phase refractive index is recalculated (recalculation step).

実施例1〜3にて説明した装置および方法を用いて計測された結果をレンズ等の光学素子の製造方法にフィードバックすることも可能である。   It is also possible to feed back the results measured using the apparatus and method described in Examples 1 to 3 to a method for manufacturing an optical element such as a lens.

図7には、モールド成型を利用した光学素子の製造工程の例を示している。   FIG. 7 shows an example of a manufacturing process of an optical element using molding.

光学素子は、光学素子の設計工程、金型の設計工程および該金型を用いた光学素子のモールド成型工程を経て製造される。成型された光学素子は、その形状精度が評価され、精度不足である場合は金型を補正して再度モールド成型を行う。形状精度が良好であれば、該光学素子の光学性能が評価される。この光学性能の評価工程に、本発明の屈折率計測方法を組み込むことで、モールド成型される光学素子を精度良く量産することができる。   The optical element is manufactured through an optical element design process, a mold design process, and an optical element molding process using the mold. The molded optical element is evaluated for its shape accuracy, and when the accuracy is insufficient, the mold is corrected and molded again. If the shape accuracy is good, the optical performance of the optical element is evaluated. By incorporating the refractive index measurement method of the present invention into this optical performance evaluation step, it is possible to accurately mass-produce molded optical elements.

なお、光学性能が低い場合は、光学面を補正した光学素子を設計し直す。   If the optical performance is low, the optical element whose optical surface is corrected is redesigned.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

10 光源
60 容器
70 媒質
80 被検物
90 検出器
100 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source 60 Container 70 Medium 80 Test object 90 Detector 100 Computer

Claims (17)

光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記被検光を被検物に入射させ、前記被検物を透過した被検光と前記参照光を干渉させて得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測する屈折率計測方法であって、
基準被検物の位相屈折率を取得する取得ステップと、
前記干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率の関数である第1の物理量を算出する第1算出ステップと、
前記第1の物理量と前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を算出する第2算出ステップと、
前記第2算出ステップにおいて算出された前記被検物の位相屈折率の関数である第2の物理量を算出する第3算出ステップと、
前記第1の物理量と前記第2の物理量の差分が小さくなるように前記基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を再算出する再算出ステップと、
を有することを特徴とする屈折率計測方法。
An interference signal obtained by dividing light from a light source into test light and reference light, causing the test light to enter the test object, and causing the test light transmitted through the test object and the reference light to interfere with each other. A refractive index measurement method for measuring a phase refractive index of the test object using:
An acquisition step of acquiring a phase refractive index of the reference specimen;
A first calculation step of calculating a first physical quantity that is a function of a phase refractive index of the test object using the interference signal;
A second calculating step of calculating the phase refractive index of the test object using the first physical quantity and the phase refractive index of the reference test object;
A third calculation step of calculating a second physical quantity that is a function of the phase refractive index of the test object calculated in the second calculation step;
Changing the phase refractive index of the reference specimen so that the difference between the first physical quantity and the second physical quantity is small, and using the changed phase refractive index of the reference specimen, the specimen A recalculation step of recalculating the phase refractive index of
A refractive index measurement method characterized by comprising:
前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検光と前記参照光の位相差であることを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。   The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are a phase difference between the test light and the reference light. 前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検光と前記参照光の位相差の波長に関する傾きであることを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。   2. The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are inclinations with respect to a wavelength of a phase difference between the test light and the reference light. 前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検物の群屈折率であることを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。   The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are a group refractive index of the test object. 前記被検物を空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質中に配置した状態で得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の屈折率計測方法。   2. The phase refractive index of the test object is measured using an interference signal obtained in a state where the test object is disposed in a medium having a phase refractive index higher than that of air. 5. The refractive index measurement method according to any one of items 1 to 4. 前記被検物を特定の波長において前記被検物の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質中に配置した状態で得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測することを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。   Measuring the phase refractive index of the test object using an interference signal obtained by arranging the test object in a medium having a group refractive index equal to the group refractive index of the test object at a specific wavelength. The refractive index measurement method according to claim 1, wherein: 前記第1算出ステップにおいて、
前記被検物の温度が第1の温度であるときに得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物の温度が前記第1の温度とは異なる第2の温度であるときに得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物の屈折率の温度係数とを用いて、前記被検物の厚みの影響が除去された前記第1の物理量を算出することを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。
In the first calculation step,
The phase difference between the test light and the reference light calculated from the interference signal obtained when the temperature of the test object is the first temperature, and the temperature of the test object is the first temperature. Using the phase difference between the test light and the reference light calculated from interference signals obtained at different second temperatures, and the temperature coefficient of the refractive index of the test object, The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the first physical quantity from which the influence of thickness is removed is calculated.
前記第1算出ステップにおいて、
前記被検物を第1の媒質中に配置した状態で得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物を前記第1の媒質の屈折率とは異なる屈折率を有する第2の媒質中に配置した状態で得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差とを用いて、前記被検物の厚みの影響が除去された前記第1の物理量を算出することを特徴とする請求項1に記載の屈折率計測方法。
In the first calculation step,
A phase difference between the test light and the reference light calculated from an interference signal obtained when the test object is disposed in the first medium, and a refractive index of the first medium with the test object Removes the influence of the thickness of the test object by using the phase difference between the test light and the reference light calculated from the interference signal obtained in the state of being arranged in the second medium having a different refractive index. The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the first physical quantity is calculated.
光学素子をモールド成型するステップと、
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の屈折率計測方法を用いて前記光学素子の屈折率を計測することによって、成型された光学素子を評価するステップと、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
Molding the optical element;
And a step of evaluating the molded optical element by measuring the refractive index of the optical element using the refractive index measurement method according to any one of claims 1 to 8. A method for manufacturing an optical element.
光源と、
前記光源からの光を被検光と参照光に分割し、前記被検光を被検物に入射させ、前記被検物を透過した前記被検光と前記参照光を干渉させる干渉光学系と、
前記被検光と前記参照光の干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段から出力される干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を演算する演算手段を備える屈折率計測装置であって、
前記演算手段は、基準被検物の位相屈折率を取得し、前記干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率の関数である第1の物理量を算出し、前記第1の物理量と前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を算出し、算出された前記被検物の位相屈折率の関数である第2の物理量を算出し、前記第1の物理量と前記第2の物理量の差分が小さくなるように前記基準被検物の位相屈折率を変更し、変更された前記基準被検物の位相屈折率を用いて前記被検物の位相屈折率を再算出することを特徴とする屈折率計測装置。
A light source;
An interference optical system that divides light from the light source into test light and reference light, causes the test light to enter the test object, and causes the test light transmitted through the test object to interfere with the reference light; ,
Detecting means for detecting interference light between the test light and the reference light;
A refractive index measurement device comprising a calculation means for calculating a phase refractive index of the test object using an interference signal output from the detection means,
The calculation means obtains a phase refractive index of a reference specimen, calculates a first physical quantity that is a function of the phase refractive index of the specimen using the interference signal, and calculates the first physical quantity and the A phase refractive index of the test object is calculated using a phase refractive index of a reference test object, a second physical quantity that is a function of the calculated phase refractive index of the test object is calculated, and the first The phase refractive index of the reference specimen is changed so that the difference between the physical quantity and the second physical quantity is small, and the phase refractive index of the specimen is changed using the changed phase refractive index of the reference specimen. The refractive index measuring device characterized by recalculating
前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検光と前記参照光の位相差であることを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。   The refractive index measurement apparatus according to claim 10, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are a phase difference between the test light and the reference light. 前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検光と前記参照光の位相差の波長に関する傾きであることを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。   The refractive index measurement apparatus according to claim 10, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are inclinations with respect to a wavelength of a phase difference between the test light and the reference light. 前記第1の物理量と前記第2の物理量は、前記被検物の群屈折率であることを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。   The refractive index measuring apparatus according to claim 10, wherein the first physical quantity and the second physical quantity are a group refractive index of the test object. 前記被検物と空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質とを収容する容器を有し、
前記被検物を空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質中に配置した状態で得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測することを特徴とする請求項10から13のいずれか1項に記載の屈折率計測装置。
A container for accommodating the test object and a medium having a phase refractive index higher than that of air;
11. The phase refractive index of the test object is measured using an interference signal obtained in a state where the test object is disposed in a medium having a phase refractive index higher than that of air. 14. The refractive index measuring device according to any one of items 1 to 13.
前記被検物と空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質とを収容する容器を有し、
前記被検物を特定の波長において前記被検物の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質中に配置した状態で得られる干渉信号を用いて前記被検物の位相屈折率を計測することを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。
A container for accommodating the test object and a medium having a phase refractive index higher than that of air;
Measuring the phase refractive index of the test object using an interference signal obtained by arranging the test object in a medium having a group refractive index equal to the group refractive index of the test object at a specific wavelength. The refractive index measuring device according to claim 10.
前記演算手段は、前記被検物の温度が第1の温度であるときに得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物の温度が前記第1の温度とは異なる第2の温度であるときに得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物の屈折率の温度係数とを用いて、前記被検物の厚みの影響が除去された前記第1の物理量を算出することを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。   The calculating means is configured to determine a phase difference between the test light and the reference light calculated from an interference signal obtained when the temperature of the test object is a first temperature, and the temperature of the test object is the first temperature. Using the phase difference between the test light and the reference light calculated from the interference signal obtained when the second temperature is different from the temperature of 1, and the temperature coefficient of the refractive index of the test object, The refractive index measuring apparatus according to claim 10, wherein the first physical quantity from which the influence of the thickness of the test object is removed is calculated. 前記被検物と空気の位相屈折率より高い位相屈折率を有する媒質とを収容する容器を有し、
前記演算手段は、前記被検物を第1の媒質中に配置した状態で得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差と、前記被検物を前記第1の媒質の屈折率とは異なる屈折率を有する第2の媒質中に配置した状態で得られる干渉信号から算出される前記被検光と前記参照光の位相差とを用いて、前記被検物の厚みの影響が除去された前記第1の物理量を算出することを特徴とする請求項10に記載の屈折率計測装置。
A container for accommodating the test object and a medium having a phase refractive index higher than that of air;
The calculation means includes a phase difference between the test light and the reference light calculated from an interference signal obtained in a state in which the test object is disposed in the first medium, and the test object is the first test object. Using the phase difference between the test light and the reference light calculated from the interference signal obtained in the state of being arranged in the second medium having a refractive index different from the refractive index of the medium, the test object The refractive index measurement apparatus according to claim 10, wherein the first physical quantity from which the influence of thickness is removed is calculated.
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