JP2011220903A - Refractive-index measurement method and device - Google Patents

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健一郎 間瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems of a conventional refractive-index measurement method including a destructive inspection, usage of toxic materials and no availability other than on a flat surface, while a glass member and a plastic member require an accurately measured refractive-index distribution for their quality stability.SOLUTION: According to an interference signal obtained by a light sensor, the respective distances are measured between a standard reflective surface without an object to be inspected, a front face of the object to be inspected, a rear face of the object to be inspected, and at least one of the standard reflective surface after transmitting the object to be inspected and the standard reflective surface reflected with parallel light converged before the object to be inspected. A refractive-index of the object to be inspected is calculated based on the measured distances.

Description

本発明は、ガラス製の部材やプラスチック製の部材の、形状、厚み、屈折率および屈折率分布を測定する屈折率測定方法および屈折率測定装置に関するものである。   The present invention relates to a refractive index measuring method and a refractive index measuring apparatus for measuring the shape, thickness, refractive index and refractive index distribution of a glass member or a plastic member.

ガラス製の部材やプラスチック製の部材は、ディスプレイパネル等に使用される前面板や光ピックアップやデジタルコピー機、デジタルカメラ等に使用される成型レンズなど、非常に幅広く使用されている。また、このような用途に用いられるガラス製の部材やプラスチック製の部材に求められる精度は非常に高くなっている。   Glass members and plastic members are used very widely such as front plates used for display panels and the like, molded lenses used for optical pickups, digital copiers, digital cameras, and the like. Further, the accuracy required for glass members and plastic members used for such applications is very high.

ガラス製の部材やプラスチック製の部材は熱プロセスによって加工・成型されるが、その成型条件によって、内部の屈折率分布に不均一性を生じる場合がある。
特に成型レンズは、ガラス研磨レンズに比べて非球面レンズの製作性に優れ、低コストであるが、一方で成型条件の如何によって、レンズ内部の屈折率分布に不均一性を生じやすいという不安定な性質を有する。レンズ内部の屈折率の不均一性は、レンズの光学特性に大きな影響を及ぼし、結像性能を劣化させる原因となる恐れがある。このようなことから、ガラス製の部材やプラスチック製の部材の品質を安定化するためには、屈折率の分布を高精度に測定する必要がある。
Glass members and plastic members are processed and molded by a thermal process, but the internal refractive index distribution may be uneven depending on the molding conditions.
In particular, molded lenses are superior in terms of manufacturability of aspherical lenses compared to glass-polished lenses and are low in cost. On the other hand, depending on the molding conditions, the instability of the refractive index distribution within the lens is likely to occur. It has special properties. The non-uniformity of the refractive index inside the lens has a great influence on the optical characteristics of the lens and may cause a deterioration in imaging performance. For this reason, in order to stabilize the quality of a glass member or a plastic member, it is necessary to measure the refractive index distribution with high accuracy.

屈折率を測定する従来技術としては、最小偏角法などにより、偏角を測定して求める方法があり、この方法によれば、高精度で測定できることが知られている。
また、ダイヤモンドや鉱石などの被検物に対する屈折率の測定方法として、被検物を屈折率が既知の溶液に浸し、その境界線に現れるベッケ線を観察し、ベッケ線が見えなくなるまで溶液を交換して、線が見えなくなった際の溶液の屈折率から間接的に被検物の屈折率を測定する方法が知られている。
As a conventional technique for measuring a refractive index, there is a method of measuring and obtaining a declination angle by a minimum declination method or the like, and it is known that this method can be measured with high accuracy.
In addition, as a method of measuring the refractive index of a specimen such as diamond or ore, immerse the specimen in a solution with a known refractive index, observe the Becke line appearing at the boundary line, and remove the solution until the Becke line disappears. A method is known in which the refractive index of the test object is indirectly measured from the refractive index of the solution when the line disappears after replacement.

一方で、干渉計を利用した屈折率の測定方法も知られている。干渉計を利用した屈折率の測定方法としては、マッハツェンダー型の干渉計(特許文献1参照)やマイケルソン型の干渉計(特許文献2参照)がある。   On the other hand, a refractive index measurement method using an interferometer is also known. As a method for measuring the refractive index using an interferometer, there is a Mach-Zehnder interferometer (see Patent Document 1) and a Michelson interferometer (see Patent Document 2).

図8は、従来のマッハツェンダー型干渉計を利用した屈折率測定装置を示す図である。
図8に示すように、レーザ光源51から出射した光は、集光レンズ52によって平行光にされた後、ハーフミラー53によって、参照光54と検査光55とに分岐される。検査光55は、ミラー56で反射された後、被検物57と屈折率がほぼ等しいマッチング液で満たされた液浸槽58およびそれに浸された被検物57を透過して、被検物57の屈折率分布に対応した光路差を生じ、ハーフミラー59に達した後に結像レンズ60を介して撮像素子61に入る。
FIG. 8 is a diagram showing a refractive index measuring apparatus using a conventional Mach-Zehnder interferometer.
As shown in FIG. 8, the light emitted from the laser light source 51 is converted into parallel light by the condenser lens 52 and then branched into reference light 54 and inspection light 55 by the half mirror 53. After the inspection light 55 is reflected by the mirror 56, the inspection light 55 is transmitted through the immersion bath 58 filled with a matching liquid having a refractive index substantially equal to that of the test object 57 and the test object 57 immersed therein, and the test object 55 An optical path difference corresponding to the refractive index distribution of 57 is generated, and after reaching the half mirror 59, enters the image sensor 61 through the imaging lens 60.

一方、参照光54は、補償板62を透過し、ミラー63で反射し、ハーフミラー59に達した後に結像レンズ60を介して撮像素子61に入る。補償板62は、検査光55から撮像素子61までの光路長と参照光54から撮像素子61までの光路長とをほぼ等しくするためのものである。   On the other hand, the reference light 54 passes through the compensation plate 62, is reflected by the mirror 63, reaches the half mirror 59, and then enters the image sensor 61 through the imaging lens 60. The compensation plate 62 is for making the optical path length from the inspection light 55 to the image sensor 61 almost equal to the optical path length from the reference light 54 to the image sensor 61.

撮像素子61において、検査光55と参照光54とは合波され、その光路差に応じて干渉縞64を生じる。この干渉縞観察において、干渉縞64が生じている箇所の縞の本数により、その部分の被検物57の光学的厚さが計算でき、そこから、マッチング液の屈折率の差分を計算することで被検物57の屈折率を求めることができる。   In the image sensor 61, the inspection light 55 and the reference light 54 are combined, and an interference fringe 64 is generated according to the optical path difference. In this interference fringe observation, the optical thickness of the test object 57 in that portion can be calculated from the number of the fringes at the location where the interference fringes 64 are generated, and the difference in the refractive index of the matching liquid is calculated therefrom. Thus, the refractive index of the test object 57 can be obtained.

なお、このマッチング液を使う干渉計を利用した方法において、マッチング液の温度均一性を上げる浴槽や位相シフト法を導入して3次元分布を計測可能にしたものがある。
また、図9は従来のマイケルソン型干渉計を利用した屈折率測定装置を示す図である。
In addition, in a method using an interferometer that uses the matching liquid, there is a method that can measure a three-dimensional distribution by introducing a bathtub or a phase shift method that increases the temperature uniformity of the matching liquid.
FIG. 9 is a diagram showing a refractive index measuring apparatus using a conventional Michelson interferometer.

低コヒーレントの光源70を用い、集光レンズ71により集光して透明な板状の被検物73の空気との境界部分に照射し、参照光ミラー74と被検物73の前面および後面における干渉光の強度を光検出器72で観察する。   Using a low-coherent light source 70, the light is condensed by a condensing lens 71 and irradiated to the boundary portion between the transparent plate-like test object 73 and the air, and the reference light mirror 74 and the front and rear surfaces of the test object 73 are irradiated. The intensity of the interference light is observed with the photodetector 72.

この干渉の強度がそれぞれで最大になるように、被検物73または集光レンズ71および参照光ミラー74を移動させ、前面および後面における干渉光最大強度の位置での被検物73または集光レンズ71および参照光ミラー74の移動距離を求める。これによって、屈折率および厚みを同時測定して屈折率を求めるものである。   The test object 73 or the condensing lens 71 and the reference light mirror 74 are moved so that the intensity of this interference becomes maximum, and the test object 73 or the light collection at the position of the maximum interference light intensity on the front and rear surfaces. The moving distance of the lens 71 and the reference light mirror 74 is obtained. Thus, the refractive index is obtained by simultaneously measuring the refractive index and the thickness.

特開2001−21448号公報JP 2001-21448 A 特開平11−344313号公報JP-A-11-344313

しかしながら、従来の偏角を測定する方法では、被検物を所定の形状に加工する必要があり、測定対象の光学素子を破壊し、研磨しなければならないという課題がある。
また、図8に示したような被検物57を屈折率がほぼ被検物と等しいマッチング液に浸す方法は、非破壊で測定できるが、マッチング液の屈折率の不均一性が大きな誤差原因となり、その制御方法が難しいという課題がある。さらに、被検物57がマッチング液の屈折率の存在領域に狭められると共に、マッチング液そのものが環境および人体に害をなすものが多くあり、測定の利便性が損なわれる課題もある。
However, in the conventional method of measuring the deflection angle, it is necessary to process the test object into a predetermined shape, and there is a problem that the optical element to be measured must be destroyed and polished.
Further, the method of immersing the test object 57 as shown in FIG. 8 in a matching liquid having a refractive index substantially equal to the test object can be measured nondestructively, but the non-uniformity of the refractive index of the matching liquid causes a large error. Therefore, there is a problem that the control method is difficult. Furthermore, the test object 57 is narrowed to the region where the refractive index of the matching liquid exists, and the matching liquid itself is often harmful to the environment and the human body, and there is a problem that the convenience of measurement is impaired.

また、図9に示したようなマイケルソン型の干渉計では被検物73が平面の場合は計測することが可能であるが、被検物73の面が曲面の場合は計測することが困難であり、また、被検物73または集光レンズ71と参照光ミラー74との2箇所を移動させる必要があり、両方の移動量の誤差の影響が発生する。   Further, in the Michelson interferometer as shown in FIG. 9, measurement is possible when the test object 73 is a flat surface, but measurement is difficult when the surface of the test object 73 is a curved surface. Moreover, it is necessary to move the test object 73 or the condensing lens 71 and the reference light mirror 74 at two locations, and the influence of the error in the amount of both movements occurs.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被検物を非破壊でその屈折率分布を簡易に測定することができる屈折率測定方法および屈折率測定装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a refractive index measuring method and a refractive index measuring apparatus capable of easily measuring a refractive index distribution of a test object in a non-destructive manner. .

上記課題を解決するために、本発明の屈折率測定方法は、光源からの光を検査光と参照光とに分割する光分割工程と、前記検査光を被検物および基準反射面に集光する検査光集光工程と、前記検査光の集光位置を前記被検物の表面および裏面と前記基準反射面の表面とに切り換える集光位置切換工程と、前記参照光を参照反射面で反射させる参照光反射工程と、前記被検物および前記基準反射面から反射された前記検査光と、前記参照反射面で反射された前記参照光と、を干渉させて干渉信号を得る干渉信号取得工程と、前記被検物が存在しない状態での前記基準反射面と、前記被検物の表面と、前記被検物の裏面と、前記被検物が存在する状態での前記基準反射面と、のそれぞれの光学距離を、前記干渉信号に基づいて計測する距離計測工程と、前記距離計測工程で計測した光学距離に基づいて前記被検物の屈折率を算出する屈折率算出工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the refractive index measurement method of the present invention includes a light splitting step of splitting light from a light source into inspection light and reference light, and condensing the inspection light on a test object and a reference reflecting surface. An inspection light condensing step, a condensing position switching step of switching the condensing position of the inspection light to the front and back surfaces of the test object and the surface of the standard reflecting surface, and the reference light is reflected by the reference reflecting surface A reference light reflecting step, and an interference signal acquiring step of obtaining an interference signal by causing interference between the inspection light reflected from the test object and the standard reflecting surface and the reference light reflected from the reference reflecting surface And the reference reflection surface in a state where the test object does not exist, the surface of the test object, the back surface of the test object, and the reference reflection surface in a state where the test object exists, A distance measuring device that measures the optical distance of each of the optical distances based on the interference signal When, and having a refractive index calculation step of calculating a refractive index of the test object based on the optical distance measured by said distance measuring step.

また、本発明の屈折率測定装置は、光源と、前記光源からの光を検査光と参照光とに分割する光分割手段と、前記検査光を被検物および基準反射面とに集光させる集光光学系と、前記集光光学系を前記検査光の光軸に沿って移動させる集光光学系駆動手段と、前記被検物を前記検査光の光軸とは異なる方向に移動させる被検物駆動手段と、前記参照光を反射する参照反射面と、前記被検物および前記基準反射面から反射された前記検査光と前記参照反射面で反射された前記参照光とが干渉した干渉信号を得る受光素子と、前記受光素子で得られた干渉信号に基づいて、前記被検物が存在しない状態での基準反射面と、被検物の表面と、被検物の裏面と、のそれぞれの光学距離を測定し、これらの光学距離に基づいて前記被検物の屈折率を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする。   Further, the refractive index measuring apparatus of the present invention condenses the light source, light splitting means for splitting the light from the light source into inspection light and reference light, and the inspection light on the test object and the reference reflecting surface. A condensing optical system; condensing optical system driving means for moving the condensing optical system along the optical axis of the inspection light; and an object for moving the test object in a direction different from the optical axis of the inspection light. Specimen driving means, a reference reflecting surface that reflects the reference light, and interference caused by interference between the inspection light reflected from the test object and the standard reflecting surface and the reference light reflected from the reference reflecting surface A light receiving element for obtaining a signal, and based on an interference signal obtained by the light receiving element, a reference reflection surface in a state where the test object does not exist, a surface of the test object, and a back surface of the test object. Measure each optical distance and calculate the refractive index of the specimen based on these optical distances A calculation unit that, characterized by comprising a.

本発明を用いることによって、非破壊で被検物の屈折率分布を簡易に測定することができる。また、被検物を所定の形状に加工する必要がないとともに、マッチング液などを用いないので、環境および人体に害をなすようなこともない。   By using the present invention, it is possible to easily measure the refractive index distribution of the test object in a non-destructive manner. Further, it is not necessary to process the test object into a predetermined shape, and since no matching liquid or the like is used, there is no harm to the environment and the human body.

本発明の実施の形態に係る屈折率測定装置の概念構成を示す図The figure which shows the conceptual structure of the refractive index measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 同屈折率測定装置を用いた屈折率測定方法による測定状態を示す図で、(a)集光位置が、被検物が存在しない状態での基準反射面である場合の図、(b)集光位置が、被検物の透過後の基準反射面である場合の図、(c)集光位置が、被検物の前面である場合の図、(d)集光位置が、被検物の裏面である場合の図、(e)集光位置が、被検物の手前である場合の図It is a figure which shows the measurement state by the refractive index measuring method using the same refractive index measuring apparatus, (a) A figure in case a condensing position is a reference | standard reflective surface in the state in which a test object does not exist, (b) Collection The figure in the case where the light position is the reference reflecting surface after passing through the test object, (c) The figure in the case where the light collection position is the front surface of the test object, and (d) The light collection position is the test object. The figure in the case of the back side of the figure, (e) The figure in the case where the condensing position is in front of the test object 同屈折率測定方法において被検物が軸外にある場合での測定状態を示し、(a)被検物上の斜面に検査光が入射する状態の図、(b)被検物上の斜面から反射する状態の図The measurement state in the case where the test object is off-axis in the same refractive index measurement method is shown, (a) a diagram in which the inspection light is incident on the slope on the test object, (b) the slope on the test object Figure of reflection from 同屈折率測定方法において検査光が軸外にある被検物を透過して基準反射面で反射した状態の図で、(a)被検物上の斜面に入射する状態の図、(b)被検物上の斜面から反射する状態の図In the same refractive index measurement method, the inspection light is transmitted through a test object that is off-axis and reflected by the reference reflecting surface, (a) the incident light is incident on the slope on the test object, (b) Illustration of reflection from the slope on the specimen 同屈折率測定方法において軸外の測定における波面収差の概念図で、(a)被検物を光軸上からY方向にのみずらした状態の図、(b)図5(a)の状態での波面収差の図、(c)図5(a)の状態での反射光の干渉縞の図、(d)図5(a)の状態での収差による、干渉信号のピーク位置のずれと干渉信号のピークのなまりとの発生の概念を示す図In the same refractive index measurement method, it is a conceptual diagram of wavefront aberration in off-axis measurement, (a) a state in which the test object is shifted only in the Y direction from the optical axis, (b) in the state of FIG. (C) Diagram of interference fringes of reflected light in the state of FIG. 5 (a), (d) Peak position deviation and interference due to aberration in the state of FIG. 5 (a) Diagram showing the concept of signal rounding and rounding 同屈折率測定方法における屈折率測定の第1のフローチャートFirst flowchart of refractive index measurement in the same refractive index measurement method 同屈折率測定方法における屈折率測定の第2のフローチャートSecond flowchart of refractive index measurement in the same refractive index measurement method 従来のマッハツェンダー型干渉計を利用した屈折率測定装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the refractive index measuring apparatus using the conventional Mach-Zehnder type interferometer 従来のマイケルソン型干渉計を利用した屈折率測定装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the refractive index measuring apparatus using the conventional Michelson type interferometer

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ここで、図1は、本発明の実施の形態に係る屈折率測定装置の概念構成を示す図、図2(a)〜(e)は同実施の形態における屈折率測定状態を示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a diagram illustrating a conceptual configuration of a refractive index measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2E are diagrams illustrating a refractive index measurement state in the same embodiment. .

図1に示すように、本発明の実施の形態に係る屈折率測定装置は、光源1と、光源1からの光を検査光18と参照光19とに分割するビームスプリッタ(光分割手段)2と、検査光18を集光して被検物4および基準反射面6に照射する集光レンズ(集光光学系)3と、前記集光レンズ3をその光軸方向(検査光18の出射方向)に沿って移動させる集光光学系駆動機構7と、被検物(被検レンズ)4を集光光学系である集光レンズ3の光軸と直交する方向に移動させる被検物駆動機構8と、参照光19を反射させる平面状の参照反射面12と、基準反射面6で反射した検査光18と参照反射面12で反射した参照光19との干渉信号を得る光センサ(受光素子)17および干渉像を得るカメラ14と、光センサ17で得られた干渉信号に基づいて被検物4の屈折率を算出する算出部としての機能も有する制御装置20などを備えている。なお、集光光学系駆動機構7は、集光レンズ3の集光位置を被検物4の表裏面および基準反射面6の表面に移動させる。   As shown in FIG. 1, a refractive index measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source 1 and a beam splitter (light splitting means) 2 that splits light from the light source 1 into inspection light 18 and reference light 19. And a condensing lens (condensing optical system) 3 that condenses the inspection light 18 and irradiates the test object 4 and the reference reflecting surface 6, and the condensing lens 3 in the optical axis direction (exit of the inspection light 18). And a test object drive for moving the test object (test lens) 4 in a direction perpendicular to the optical axis of the condensing lens 3 that is a condensing optical system. An optical sensor (light reception) that obtains an interference signal between the mechanism 8, the flat reference reflection surface 12 that reflects the reference light 19, the inspection light 18 reflected by the standard reflection surface 6, and the reference light 19 reflected by the reference reflection surface 12. Element) 17 and the camera 14 that obtains the interference image, and the interference signal obtained by the optical sensor 17. There are and a like controller 20 also has a function as a calculation unit for calculating the refractive index of the object 4. The condensing optical system driving mechanism 7 moves the condensing position of the condensing lens 3 to the front and back surfaces of the test object 4 and the surface of the reference reflecting surface 6.

また、制御装置20は、光源1、集光光学系駆動機構7、被検物駆動機構8、カメラ14、光センサ17などを制御すると共に、被検物4が存在しない状態での基準反射面6と、被検物4の表面と、被検物4の裏面と、被検物4を透過後の基準反射面と、被検物4の手前で集光し平行光で反射する基準反射面とのそれぞれに対して、収差による誤差影響を除去して正確な光学距離を算出する算出手段としての機能をも備えている。   The control device 20 controls the light source 1, the condensing optical system drive mechanism 7, the test object drive mechanism 8, the camera 14, the optical sensor 17, and the like, and the reference reflection surface in a state where the test object 4 does not exist. 6, the front surface of the test object 4, the back surface of the test object 4, the reference reflection surface after passing through the test object 4, and the reference reflection surface that collects light before the test object 4 and reflects it with parallel light Are also provided with a function as a calculation means for calculating an accurate optical distance by removing an error effect due to aberration.

ここで、被検物4は、ガラス製の部材やプラスチック製の部材からなるレンズなど(但し、レンズに限るものではなく、透過および反射する性質を有する部材ならば被検物4として測定対象となり得る)からなり、検査光18が集光レンズ3により基準反射面6へ向けて照射される光路内に、ホルダ21で保持された状態で配設されている。なお、図1における5は、集光光学系としての集光レンズ3を保持するホルダ21に設けられてホルダ21の位置を検出するためのホルダ基準面であり、13は、ビームスプリッタ15で反射された検査光18とビームスプリッタ15を透過した参照光19とをカメラ14に結像させる結像レンズであり、15は、ビームスプリッタ2を透過した検査光18とビームスプリッタ2により反射された参照光19とを反射するビームスプリッタであり、16は、ビームスプリッタ15で反射された検査光18および参照光19を光センサ17に集光する集光レンズである。   Here, the test object 4 is a lens or the like made of a glass member or a plastic member (however, it is not limited to a lens, and any member having a property of transmitting and reflecting is to be measured as the test object 4). In the optical path in which the inspection light 18 is irradiated toward the reference reflecting surface 6 by the condenser lens 3 while being held by the holder 21. 1 is a holder reference surface for detecting the position of the holder 21 provided on the holder 21 that holds the condenser lens 3 as a condenser optical system, and 13 is reflected by the beam splitter 15. The imaging lens 18 forms an image on the camera 14 with the inspection light 18 and the reference light 19 transmitted through the beam splitter 15. Reference numeral 15 is the reference light reflected by the inspection light 18 transmitted through the beam splitter 2 and the beam splitter 2. A beam splitter that reflects the light 19, and 16 is a condenser lens that condenses the inspection light 18 and the reference light 19 reflected by the beam splitter 15 on the optical sensor 17.

また、この実施の形態では、光源1からの光を検査光18と参照光19とに分割するビームスプリッタ2と、参照光19を反射させる参照反射平面12との間に、NDフィルタ10と空間フィルタ11とが配設されている。さらに、ビームスプリッタ2と、集光レンズ3との間に、空間フィルタ9が配設されている。また、集光光学系駆動機構7は、集光レンズ3によって基準反射面6などに点で集光するよう、集光レンズ3を移動調整させる。   Further, in this embodiment, the ND filter 10 and the space between the beam splitter 2 that divides the light from the light source 1 into the inspection light 18 and the reference light 19 and the reference reflection plane 12 that reflects the reference light 19. A filter 11 is provided. Further, a spatial filter 9 is disposed between the beam splitter 2 and the condenser lens 3. Further, the condensing optical system driving mechanism 7 moves and adjusts the condensing lens 3 so that the condensing lens 3 collects light on the reference reflecting surface 6 and the like at a point.

上記構成において、図1に示すように、光源1から出射された光束は、ビームスプリッタ15を透過し、ビームスプリッタ2で検査光18と参照光19とに分割される(光分割工程)。   In the above configuration, as shown in FIG. 1, the light beam emitted from the light source 1 passes through the beam splitter 15 and is split into the inspection light 18 and the reference light 19 by the beam splitter 2 (light splitting step).

検査光18は、空間フィルタ9を透過した後、集光レンズ3によって集光される(検査光集光工程)。集光点は集光光学系駆動機構7によって集光レンズ3が移動されることによって調節される(集光位置切換工程)。   The inspection light 18 passes through the spatial filter 9 and is then condensed by the condenser lens 3 (inspection light condensing step). The condensing point is adjusted by moving the condensing lens 3 by the condensing optical system driving mechanism 7 (condensing position switching step).

図1は、集光レンズ3によって検査光18を基準反射面6の表面に集光している状態を示している。この状態では、集光レンズ3を透過した検査光18は、被検物4およびホルダ基準面5を透過して、基準反射面6の表面に到達する。この場合には、集光光学系駆動機構7により基準反射面6で点に集光するように調整されているため、基準反射面6で反射された検査光18は再びホルダ基準面5、被検物4を透過し、集光レンズ3により平行光として戻される。ただし、集光レンズ3以降の光学系の構成によって光学的な収差が発生し、平行光とはやや波面がずれた略平行光となっている。   FIG. 1 shows a state in which the inspection light 18 is condensed on the surface of the reference reflecting surface 6 by the condenser lens 3. In this state, the inspection light 18 that has passed through the condenser lens 3 passes through the test object 4 and the holder reference surface 5 and reaches the surface of the reference reflection surface 6. In this case, since the adjustment is made so that the light is condensed on the point by the reference reflecting surface 6 by the condensing optical system driving mechanism 7, the inspection light 18 reflected by the reference reflecting surface 6 again becomes the holder reference surface 5 The sample 4 passes through the specimen 4 and is returned as parallel light by the condenser lens 3. However, an optical aberration is generated by the configuration of the optical system after the condenser lens 3, and the parallel light is substantially parallel light with a wavefront slightly deviated.

一方、ビームスプリッタ2で分割された参照光19はNDフィルタ10を透過し、空間フィルタ11を透過して、参照反射面12に平行光のままで到達し、参照反射面12で反射される(参照光反射工程)。参照反射面12で反射された参照光19はビームスプリッタ2によって、反射してきた検査光18と一緒となる。   On the other hand, the reference light 19 split by the beam splitter 2 passes through the ND filter 10, passes through the spatial filter 11, reaches the reference reflecting surface 12 as parallel light, and is reflected by the reference reflecting surface 12 ( Reference light reflection step). The reference light 19 reflected by the reference reflecting surface 12 is combined with the inspection light 18 reflected by the beam splitter 2.

ここで、ビームスプリッタ2により反射された検査光18と、ビームスプリッタ2を透過した参照光19とは、結像レンズ13によりカメラ14に結像する。検査光18と参照光19とは干渉を起こすため、その干渉像をカメラ14により観察できる。   Here, the inspection light 18 reflected by the beam splitter 2 and the reference light 19 transmitted through the beam splitter 2 are imaged on the camera 14 by the imaging lens 13. Since the inspection light 18 and the reference light 19 cause interference, the interference image can be observed by the camera 14.

また、ビームスプリッタ2を透過する検査光18と、ビームスプリッタ2により反射する参照光19とは、ビームスプリッタ15により共に反射して、集光レンズ16により、光センサ17に集光し、光センサ17で干渉信号を得ることができる(干渉信号取得工程)。この干渉信号から反射する対象物からの反射光学距離を計測できる(距離計測工程)。   Further, the inspection light 18 transmitted through the beam splitter 2 and the reference light 19 reflected by the beam splitter 2 are both reflected by the beam splitter 15 and condensed on the optical sensor 17 by the condensing lens 16, and the optical sensor. 17 can obtain an interference signal (interference signal acquisition step). The reflection optical distance from the object reflected from the interference signal can be measured (distance measurement step).

なお、光源1としては、白色光源やヘリウムネオンなどの単色レーザ、光コムなどの多波長光源を用いることができる。ただし、光源1が白色光源や単色レーザの場合は、その可干渉性と可干渉光学距離とにより参照反射平面12と対象物の反射位置とを一致させるために、参照反射面12に光軸方向への移動機構を設ける必要がある。したがって、ここでは光コム光源(周波数が櫛(コム)のように一定間隔で連続して分布する光を発生させる光源)のような多波長の安定した光源が望ましい。   The light source 1 may be a white light source, a monochromatic laser such as helium neon, or a multi-wavelength light source such as an optical comb. However, in the case where the light source 1 is a white light source or a monochromatic laser, the reference reflection plane 12 and the reflection position of the target are made to coincide with each other according to the coherence and coherence optical distance. It is necessary to provide a moving mechanism. Therefore, here, a stable light source having a multi-wavelength such as an optical comb light source (a light source that generates light having a frequency continuously distributed at regular intervals like a comb) is desirable.

ビームスプリッタ2、15は平板状のビームスプリッタでもキューブ状のものでもよい。また、空間フィルタ9、11は非透過性の同心円状、もしくはスリット状で必要な光だけを透過させるフィルタである。空間フィルタ9、11を支持する機構に回転機構や移動機構を設けて回転可能あるいは移動可能にすることで、必要な光だけを透過させることが可能となり、より厳密にフィルタリングすることができる。また、空間フィルタ9、11を用いる代わりに、液晶などの可変フィルタを用いても同様な効果を得ることができる。   The beam splitters 2 and 15 may be flat plate splitters or cubes. The spatial filters 9 and 11 are non-transparent concentric or slit-shaped filters that transmit only necessary light. By providing a rotation mechanism or a movement mechanism to the mechanism that supports the spatial filters 9 and 11 so as to be rotatable or movable, it is possible to transmit only necessary light and to perform more precise filtering. Similar effects can be obtained by using a variable filter such as a liquid crystal instead of using the spatial filters 9 and 11.

集光レンズ3は、対物レンズなどの収差が補正されて、ゼロに近いもの、もしくはゼロでなくてもその収差量が既知であるものが望ましい。また、被検物4の反射角度により反射光を十分に得られない場合は、集光光学系として、レンズ系ではなく、回折格子などを用いた回折光学系を使うことも可能である。   It is desirable that the condenser lens 3 has a corrected aberration such as an objective lens and is close to zero or has a known aberration amount even if it is not zero. Further, when the reflected light cannot be sufficiently obtained due to the reflection angle of the test object 4, it is possible to use a diffractive optical system using a diffraction grating or the like as the condensing optical system instead of the lens system.

また、集光光学系駆動機構7や被検物駆動機構8はサブミクロンオーダの精度があればよいが、真直度やピッチング、ヨーイング、ローリングの精度が測定精度に影響を与えるため、それぞれ0.1μm、1分以下の精度があることが望ましい。   The condensing optical system driving mechanism 7 and the test object driving mechanism 8 need only have submicron order accuracy, but the accuracy of straightness, pitching, yawing, and rolling affects the measurement accuracy. It is desirable that the accuracy is 1 μm or 1 minute or less.

基準反射面6は光源1の波長に対して100%に近い反射率を持つミラー状のものでも構わないが、被検物4の反射率に近い場合は反射光量が一定になり、被検物4によっては信号処理の誤差が小さくなる場合がある。また、基準反射面6の面精度は1/10λ以下か、もしくは収差量が既知のものが望ましい。   The reference reflecting surface 6 may be in the form of a mirror having a reflectance close to 100% with respect to the wavelength of the light source 1, but when the reflectance is close to the reflectance of the test object 4, the amount of reflected light is constant, and the test object Depending on 4, the signal processing error may be reduced. Further, it is desirable that the reference reflecting surface 6 has a surface accuracy of 1 / 10λ or less or a known aberration amount.

NDフィルタ10は、被検物4の反射率が参照反射面12の反射率よりも一般的に小さいため、被検物4側の反射光と光量をそろえて干渉縞、干渉信号を最大化するものである。このNDフィルタ10は、存在しなくても測定は可能であるが、干渉信号を最大化することで外乱に対して強くなるため、存在することが望ましく、また固定の濃度よりもND濃度可変のものが望ましい。NDフィルタ10の透過収差は1/10λ以下か、もしくは収差量が既知のものが望ましい。また、参照反射面12は基準となる面(平面)のため、面精度は1/20λ以下か収差量が既知のものが望ましい。   Since the reflectivity of the test object 4 is generally smaller than the reflectivity of the reference reflecting surface 12, the ND filter 10 maximizes interference fringes and interference signals by matching the amount of light reflected from the test object 4 side. Is. Although this ND filter 10 can be measured even if it is not present, it is desirable to be present because it is strong against disturbance by maximizing the interference signal, and the ND filter 10 is more variable than the fixed concentration. Things are desirable. The transmission aberration of the ND filter 10 is preferably 1 / 10λ or less or a known aberration amount. Since the reference reflecting surface 12 is a reference surface (flat surface), it is desirable that the surface accuracy is 1 / 20λ or less or the amount of aberration is known.

結像レンズ13はカメラ14に光を結像させるためのものであり、収差が小さいことが望ましいが、カメラレンズでなくてもダブレットのような単レンズでも使用は可能である。カメラ14は、CCDやCMOSのようなエリアセンサカメラで、VGA(640×480ピクセル)以上の分解能があることが望ましい。   The imaging lens 13 is used for imaging light on the camera 14, and it is desirable that the aberration is small. However, even if it is not a camera lens, a single lens such as a doublet can be used. The camera 14 is an area sensor camera such as a CCD or CMOS, and preferably has a resolution of VGA (640 × 480 pixels) or more.

集光レンズ16は光センサ17上に光を一点で集光させるためのものであるため、収差ができるだけ小さいほうが望ましいが、対物レンズでなくてもダブレットのような単レンズでも使用は可能である。また、光センサ17はフォトダイオードのような一点の光量検出器であり、光量の分解能が10BIT以上あることが望ましく、また時間応答性も高速なものが望ましい。   Since the condensing lens 16 is for condensing light on the optical sensor 17 at one point, it is desirable that the aberration is as small as possible, but it is possible to use a single lens such as a doublet as well as an objective lens. . The optical sensor 17 is a single-point light quantity detector such as a photodiode, and preferably has a light quantity resolution of 10 BIT or more and a fast time response.

次に図2を用いて本発明の実施の形態に係る屈折率測定方法について述べる。
ここではまず被検物4の中心が検査光18の光軸上にある場合での測定方法を示す。
図2(a)〜(e)は、集光光学系駆動機構7によって集光レンズ3を移動させて、その検査光18の集光位置を変更した状態をそれぞれ示している。ここで、図2(a)は、集光レンズ3の集光位置が、被検物4が無い時の基準反射面6である場合を示し、図2(b)は、集光位置が、被検物4の透過後の基準反射面6である場合を示し、図2(c)は、集光位置が被検物4の前面(集光レンズ3側の面)である場合を示し、図2(d)は、集光位置が被検物4の裏面(集光レンズ3とは反対側の面)である場合を示し、図2(e)は、集光位置が被検物4の手前である場合を示している。
Next, the refractive index measurement method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, a measurement method in the case where the center of the test object 4 is on the optical axis of the inspection light 18 will be described first.
2A to 2E respectively show states in which the condensing lens 3 is moved by the condensing optical system driving mechanism 7 and the condensing position of the inspection light 18 is changed. Here, FIG. 2A shows a case where the condensing position of the condensing lens 3 is the reference reflecting surface 6 when the test object 4 is not present, and FIG. FIG. 2 (c) shows a case where the reference reflecting surface 6 after transmission of the test object 4 is shown, and FIG. 2 (c) shows a case where the condensing position is the front surface of the test object 4 (surface on the condensing lens 3 side). FIG. 2D shows a case where the condensing position is the back surface of the test object 4 (the surface opposite to the condensing lens 3), and FIG. 2E shows the condensing position of the test object 4. This shows the case before this.

この時の各光学距離は上述したように、制御装置20により、収差による誤差影響を除去した正確な距離を算出されており、それぞれの光学距離をLa、Lb、Lc、Ld、Leと定義する(すなわち、Laは、集光位置が被検物4が存在しない状態の基準反射面6である場合の光学距離、Lbは、集光位置が被検物4の透過後の基準反射面6である場合の光学距離、Lcは、集光位置が被検物4の前面である場合の光学距離、Ldは、集光位置が被検物4の裏面である場合の光学距離、Leは、集光位置が被検物4の手前である場合の光学距離である)。ただし、この光学距離は実際の距離ではなく光学的な距離であり、光路中のレンズなどの屈折率の影響を受けている。   As described above, the optical distance at this time is calculated by the control device 20 as an accurate distance from which the influence of the error due to the aberration is removed, and the optical distances are defined as La, Lb, Lc, Ld, and Le. (In other words, La is the optical distance when the collection position is the reference reflection surface 6 in the state where the test object 4 does not exist, and Lb is the reference reflection surface 6 after the transmission of the test object 4 at the collection position. In some cases, the optical distance Lc is the optical distance when the condensing position is the front surface of the test object 4, Ld is the optical distance when the condensing position is the back surface of the test object 4, and Le is the collection distance. This is the optical distance when the light position is in front of the test object 4). However, this optical distance is not an actual distance but an optical distance, and is affected by a refractive index of a lens or the like in the optical path.

ここで被検物4のレンズ厚みTは、下記(式1)で求めることができる。
T=(La−Lb)−(Ld−Lc)・・・(式1)
一方、屈折率Nは、下記(式2)もしくは下記(式3)とあらわすことができ、これを計算することでレンズ厚みTと屈折率Nとを求めることができる。
Here, the lens thickness T of the test object 4 can be obtained by the following (formula 1).
T = (La−Lb) − (Ld−Lc) (Formula 1)
On the other hand, the refractive index N can be expressed by the following (formula 2) or the following (formula 3), and by calculating this, the lens thickness T and the refractive index N can be obtained.

N=(Lc−La)/T ・・・(式2)
N=(Lc−La)/T+1 ・・・(式3)
ただし、ここで求められる屈折率は群屈折率となっており、位相屈折率を求めたい場合は、硝材(レンズの材料)の分散の定義式を用いて変換することで求めることができる。
N = (Lc−La) / T (Expression 2)
N = (Lc−La) / T + 1 (Expression 3)
However, the refractive index obtained here is a group refractive index, and when it is desired to obtain the phase refractive index, it can be obtained by conversion using the definition formula of dispersion of the glass material (lens material).

以上、光学距離LaからLdによりレンズ厚みTと屈折率Nとを求めることができる。これに加えて、図2(e)の状態で光学距離Leを計測することにより、データ数を増やすことができる。図2(e)の計測を行うことで、より高精度化させることも可能である。   As described above, the lens thickness T and the refractive index N can be obtained from the optical distances La to Ld. In addition to this, the number of data can be increased by measuring the optical distance Le in the state of FIG. By performing the measurement of FIG. 2E, higher accuracy can be achieved.

ここで図2(e)に示す状態は、反射状態は異なるが測定光学距離としては図2(b)と同じ位置を計測しているため、(式1)を変換して、下記(式4)とあらわすことも可能である。
T=(La−Le)−(Ld−Lc) ・・・(式4)
これにより屈折率Nを求める(屈折率算出工程)ことで、(式1)だけでなく(式4)でも同じ値を計測することが可能となり、これにより検出データ点数を増やすことができる。そして、この結果より、平均処理もしくは2点の値を用いたオフセット計算処理をすることで、計測精度をより向上させることが可能となる。
Here, the state shown in FIG. 2 (e) is different in the reflection state, but the measurement optical distance is measured at the same position as in FIG. 2 (b). ) Is also possible.
T = (La−Le) − (Ld−Lc) (Formula 4)
Thus, by obtaining the refractive index N (refractive index calculating step), it is possible to measure the same value not only in (Expression 1) but also in (Expression 4), thereby increasing the number of detected data points. From this result, the measurement accuracy can be further improved by performing an averaging process or an offset calculation process using two values.

図3(a)、(b)では被検物4の中心が検査光18の光軸上にある場合ではなく、軸外の位置にある場合での被検物4の厚みおよび屈折率を求める場合を図示している。被検物4の中心が検査光18の光軸から外れている状態では、図3(a)に示すように、検査光18が被検物4の斜面部分に入射するため、図3(b)に示すように、被検物4での反射角が傾いた状態になる。したがって、集光レンズ3で開口規制され、図3(a)、図3(b)で示す太線の周囲からしか反射光を得られないことになる。   3A and 3B, the thickness and refractive index of the test object 4 are calculated when the center of the test object 4 is not on the optical axis of the test light 18 but at a position off the axis. The case is illustrated. In a state where the center of the test object 4 is off the optical axis of the inspection light 18, as shown in FIG. 3A, the inspection light 18 is incident on the slope portion of the test object 4, and therefore FIG. ), The reflection angle at the test object 4 is inclined. Therefore, the aperture is restricted by the condenser lens 3, and reflected light can be obtained only from the periphery of the thick line shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

図4(a)、(b)に示すように、被検物4の中心が検査光18の光軸から外れている場合でも同様であり、この場合は被検物4を透過した後の基準反射面6での反射位置を検出しているが、被検物4の屈折作用で入射光軸が傾き、図3(a)、図3(b)に示す場合と同じ現象を生じる。この場合、光のケラレが発生するだけでなく、波面収差が発生するため、この波面収差の除去が必要となってくる。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the same applies to the case where the center of the test object 4 is off the optical axis of the test light 18. In this case, the reference after passing through the test object 4 is the same. Although the reflection position on the reflecting surface 6 is detected, the incident optical axis is tilted by the refraction action of the test object 4, and the same phenomenon as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) occurs. In this case, not only light vignetting but also wavefront aberration is generated, and it is necessary to remove the wavefront aberration.

したがって、この場合には、まずは屈折角による波面収差の影響を除去する必要がある。ここで被検物4の形状は、光学距離Laから光学距離Ldで既知であるため、この実測値を直接用いて補正することが可能である。具体的には、まず位相屈折率を理論値から一旦仮定して作成し、その値に基づく屈折角を計算し、屈折して斜めに光束が透過していく距離から実際の被検物14の厚みや光学距離に換算する。この場合に、位相屈折率の仮定による誤差の影響が当然発生するが、理論値と実測値との差が小さければ理論値をそのまま用いても波面収差の影響を除去することが可能である。理論値と実測値との差が大きく、実測値を厳密に求めることが必要であれば、光学距離La〜Leを用いて2つの計算式から求めた方法から、再度、位相屈折率の誤差補正をして、再度、群屈折率の計算を行う回帰計算により求めることができる。   Therefore, in this case, it is necessary to first remove the influence of wavefront aberration due to the refraction angle. Here, since the shape of the test object 4 is known from the optical distance La to the optical distance Ld, it is possible to correct by using this measured value directly. Specifically, a phase refractive index is first assumed from a theoretical value, and a refraction angle is calculated based on the theoretical value. From the distance through which the light beam is refracted and transmitted obliquely, the actual specimen 14 is measured. Convert to thickness and optical distance. In this case, the influence of the error due to the assumption of the phase refractive index naturally occurs. However, if the difference between the theoretical value and the actual measurement value is small, the influence of the wavefront aberration can be eliminated even if the theoretical value is used as it is. If the difference between the theoretical value and the actual measurement value is large and it is necessary to determine the actual measurement value strictly, the error correction of the phase refractive index is performed again from the method obtained from the two calculation formulas using the optical distances La to Le. Then, it can be obtained again by regression calculation for calculating the group refractive index.

また、波面収差の補正方法については、図5(a)〜(d)を参照しながら、その詳細を説明する。
図5(a)は被検物4を光軸上からY方向にのみ、ずらしている場合を示す。この場合の波面収差を図5(b)に示す。ここでは横軸はY方向、X方向の入射光の光束の位置を示し、縦軸が収差量となっている。図5(b)の左側の図から分かるように、Y方向では傾斜によりケラレが発生して光の返ってこない部分が発生するだけでなく、とくに入射光の端部で収差が大きく発生している。図5(b)の右側の図から分かるように、X方向では傾斜は発生していないが、被検物4の球面収差の影響が出ている。
The details of the wavefront aberration correction method will be described with reference to FIGS.
FIG. 5A shows a case where the test object 4 is shifted only in the Y direction from the optical axis. The wavefront aberration in this case is shown in FIG. Here, the horizontal axis indicates the position of the incident light beam in the Y direction and the X direction, and the vertical axis indicates the amount of aberration. As can be seen from the left side of FIG. 5 (b), not only does the vignetting occur in the Y direction due to the tilt and the light does not return, but particularly the aberration occurs at the end of the incident light. Yes. As can be seen from the diagram on the right side of FIG. 5B, no tilt occurs in the X direction, but the influence of the spherical aberration of the specimen 4 appears.

これらの反射光の干渉縞は図5(c)に示すようなものとなる。干渉信号は光束の全体の集合として得られるため、このような収差が発生していると、図5(d)に示すように干渉信号のピーク位置のずれa、および干渉信号のピークのなまりbが発生し、検出精度に影響する。   The interference fringes of these reflected lights are as shown in FIG. Since the interference signal is obtained as a whole set of light beams, if such an aberration occurs, the interference signal peak position shift a and the interference signal peak round b as shown in FIG. Will affect the detection accuracy.

そこで、図1に示すように、空間フィルタ9、11を配設することによって収差のない部分のみの光を透過させることによって、きれいな干渉信号を得ることができ、高い検出精度が実現できる。なお、どのような空間フィルタを用いるかは、シミュレーションから求めた干渉像からフィルタリング形状を求める方法と、カメラ14で直接干渉像を検出してフィルタリング形状を求める方法がある。   Therefore, as shown in FIG. 1, by arranging the spatial filters 9 and 11 to transmit only light having no aberration, a clear interference signal can be obtained, and high detection accuracy can be realized. In addition, what kind of spatial filter is used includes a method for obtaining a filtering shape from an interference image obtained from simulation and a method for obtaining a filtering shape by directly detecting an interference image with the camera 14.

以上で、被検物4上のそれぞれの位置の厚みおよび屈折率を求める方法を述べたが、図6により具体的な屈折率測定のフローチャートを示す。
まず、図2(a)に示すように、被検物4が存在しない状態で基準反射面6の位置を計測する(ステップS1)。次に、図2(b)に示すように、被検物4を初期測定位置まで移動させて、光路中に配置する(ステップS2)。次に、図2(c)に示すように、被検物4の表面を計測し(ステップS3)、次に、図2(d)に示すように、被検物4の裏面を計測する(ステップS4)。
The method for obtaining the thickness and refractive index of each position on the test object 4 has been described above. FIG. 6 shows a specific flowchart of refractive index measurement.
First, as shown to Fig.2 (a), the position of the reference | standard reflective surface 6 is measured in the state in which the test object 4 does not exist (step S1). Next, as shown in FIG. 2B, the test object 4 is moved to the initial measurement position and placed in the optical path (step S2). Next, as shown in FIG. 2C, the surface of the test object 4 is measured (step S3), and then as shown in FIG. 2D, the back surface of the test object 4 is measured ( Step S4).

次に、被検物4を保持するホルダ21に取り付けられているホルダ基準面5を計測する(ステップS5)。このホルダ基準面5を計測することにより、被検物4の被検物駆動機構8の真直度に誤差があった場合でも、各測定位置ごとに測定することが可能となる。   Next, the holder reference surface 5 attached to the holder 21 that holds the test object 4 is measured (step S5). By measuring the holder reference surface 5, even when there is an error in the straightness of the test object driving mechanism 8 of the test object 4, it is possible to measure at each measurement position.

次に、被検物4を透過して基準反射面6から反射する状態(図2(b)参照)を計測し(ステップS6)、また、被検物4を透過して基準反射面6から反射する状態(図2(e)参照)を計測する(ステップS7)。ここで各測定ステップS6、S7では上記した収差除去の方式を用いて収差を除去する。   Next, a state (see FIG. 2B) that is transmitted through the test object 4 and reflected from the reference reflection surface 6 is measured (step S6), and is transmitted through the test object 4 from the reference reflection surface 6. The state of reflection (see FIG. 2 (e)) is measured (step S7). Here, in each of the measurement steps S6 and S7, the aberration is removed by using the above-described aberration removal method.

次に、測定位置を移動して(ステップS8)、ステップS9において、全ての測定位置が測定完了しているか判定を行う。この場合に、測定位置がまだ残っている場合(ステップS9のNo)はステップS3に戻り、新しい測定位置での計測を順次行う。全ての測定位置の計測が終われば(ステップS9のYes)、再度、図6(a)に示すような被検物4がない状態で基準反射面6を計測する(ステップS10)。なお、この工程は無くても良いが、この工程を行うことによって経時的な位置の変化などが起きていないか確認し、必要ならば最初と最後の結果とから補正を掛けることが可能である。   Next, the measurement position is moved (step S8), and in step S9, it is determined whether all the measurement positions have been measured. In this case, when the measurement position still remains (No in step S9), the process returns to step S3, and the measurement at the new measurement position is sequentially performed. When measurement of all measurement positions is completed (Yes in step S9), the reference reflecting surface 6 is measured again without the test object 4 as shown in FIG. 6A (step S10). Although this step is not necessary, it is possible to confirm whether or not a change in position over time has occurred by performing this step, and if necessary, correction can be made from the first and last results. .

以上の各測定位置のステップS3〜S7で測定した各測定光学距離と、ステップS1、S10で測定した基準反射面の計測光学距離の結果を用いて、屈折率の計算を行う(ステップS11)。以上により各測定位置での被検物4に対応するレンズ厚み、屈折率を計算する。このように各測定位置での屈折率を算出することで、被測定物4の屈折率分布を求めることが可能となる。   The refractive index is calculated using each measurement optical distance measured in steps S3 to S7 at each measurement position and the measurement optical distance of the reference reflecting surface measured in steps S1 and S10 (step S11). Thus, the lens thickness and refractive index corresponding to the test object 4 at each measurement position are calculated. Thus, by calculating the refractive index at each measurement position, the refractive index distribution of the DUT 4 can be obtained.

図7は本発明の他の実施の形態に係る屈折率測定方法のフローチャートを示す。
まず、図2(a)に示すように、被検物4が存在しない状態で基準反射面6の位置を計測する(ステップS21)。次に、図2(b)に示すように、被検物4を初期測定位置まで移動させて、光路中に配置する(ステップS22)。次に、図2(c)に示すように、被検物4の表面を計測し(ステップS23)、次に、測定位置を移動して(ステップS24)、全ての測定位置が測定完了しているか判定を行う(ステップS25)。
FIG. 7 shows a flowchart of a refractive index measurement method according to another embodiment of the present invention.
First, as shown to Fig.2 (a), the position of the reference | standard reflective surface 6 is measured in the state in which the test object 4 does not exist (step S21). Next, as shown in FIG. 2B, the test object 4 is moved to the initial measurement position and placed in the optical path (step S22). Next, as shown in FIG. 2C, the surface of the test object 4 is measured (step S23), then the measurement position is moved (step S24), and all the measurement positions are measured. It is determined whether or not (step S25).

測定位置がまだある場合はステップS23に戻り、新しい測定位置での計測を順次行う。全ての測定位置の計測が終われば、再度、図2(a)に示すような被検物4が存在しない状態で基準反射面6を計測する(ステップS26)。この工程を追加することで、被検物4に経時的な変化が起きていないかを確認して、必要なら最初と最後の結果から補正を掛けることて、より精度を向上させることが可能となる。   If there is still a measurement position, the process returns to step S23, and measurement at the new measurement position is sequentially performed. When all the measurement positions have been measured, the reference reflection surface 6 is again measured in a state where the test object 4 is not present as shown in FIG. 2A (step S26). By adding this step, it is possible to check whether the specimen 4 has changed over time and, if necessary, correct it from the first and last results to improve accuracy. Become.

以下上記と同じ一連の流れを、測定方法を変えて行う。
被検物4の裏面の測定については、ステップS27からステップS31で測定範囲内の計測を行う。被検物4を保持するホルダ21に取り付けられているホルダ基準面5の測定については、ステップS32からステップS36で測定範囲内の計測を行う。また、被検物4の透過後に基準反射面6で反射する状態(図2(b)参照)の計測はステップS37からステップS41で測定範囲内の計測を行う。被検物4を透過して基準反射面6から反射する状態(図2(e)参照)の計測はステップS42からステップS46で測定範囲内の計測を行う。
Hereinafter, the same series of flows as described above is performed by changing the measurement method.
About the measurement of the back surface of the test object 4, the measurement within a measurement range is performed by step S27 to step S31. Regarding the measurement of the holder reference surface 5 attached to the holder 21 that holds the test object 4, the measurement within the measurement range is performed from step S32 to step S36. Moreover, the measurement in the state (refer FIG.2 (b)) reflected on the reference | standard reflective surface 6 after permeation | transmission of the to-be-tested object 4 performs a measurement within a measurement range by step S37 to step S41. In the measurement of the state of being transmitted through the test object 4 and reflected from the reference reflecting surface 6 (see FIG. 2E), the measurement within the measurement range is performed from step S42 to step S46.

以上の各測定位置でのステップS23、S28、S33、S38、S43の各測定光学距離と、ステップS21、S26、S31、S36、S41、S46の基準反射面6の計測光学距離との結果を用いて、屈折率の計算を行う(ステップS27)。   The results of the measurement optical distances in steps S23, S28, S33, S38, and S43 at the measurement positions described above and the measurement optical distances of the reference reflecting surface 6 in steps S21, S26, S31, S36, S41, and S46 are used. Then, the refractive index is calculated (step S27).

以上により各測定位置での被検物4に対応するレンズ厚み、屈折率を計算する。このように各測定位置での屈折率を算出することで、被検物4の屈折率分布を求めることが可能となる。すなわち、被検物4の表面の位置を含む複数箇所の位置の絶対距離を干渉から求め、その屈折による光路変化と波面収差を考慮することにより、非破壊で被検物4の屈折率分布を簡易に測定することが可能となる。また、本実施の形態のように、被検物4を集光光学系である集光レンズ3の光軸と直交する方向に移動させる被検物駆動機構8を設けたことにより、被検物4が平面状でなくても、被検物4の屈折率を良好に得ることができる。   Thus, the lens thickness and refractive index corresponding to the test object 4 at each measurement position are calculated. Thus, by calculating the refractive index at each measurement position, the refractive index distribution of the test object 4 can be obtained. That is, the absolute distance of the positions of a plurality of positions including the position of the surface of the test object 4 is obtained from the interference, and the refractive index distribution of the test object 4 is non-destructive by considering the optical path change and wavefront aberration due to the refraction. It becomes possible to measure easily. In addition, as in the present embodiment, the test object drive mechanism 8 that moves the test object 4 in a direction orthogonal to the optical axis of the condensing lens 3 that is a condensing optical system is provided. Even if 4 is not planar, the refractive index of the test object 4 can be obtained satisfactorily.

なお、図6に示す計測フローと、図7に示す計測フローとの何れの計測フローでも測定は可能である。ただし、図7に対して図6に示す屈折率測定方法は、各測定位置の被検物駆動機構8による誤差を逐次除去できるという利点があるが、集光光学系駆動機構7の移動ストロークが長く、測定時間が掛かるという欠点がある。したがって、機械的な誤差よりも経時的な変化が大きいと見込まれる場合は図7に示す計測フローに基づいて屈折率測定を行うことが望ましい。逆に、経時的な変化よりも機械的な誤差が大きいと見込まれる場合は図6に示す計測フローに基づいて屈折率測定を行うことが望ましい。   Note that measurement is possible in any of the measurement flows shown in FIG. 6 and the measurement flow shown in FIG. However, the refractive index measurement method shown in FIG. 6 with respect to FIG. 7 has an advantage that errors due to the test object driving mechanism 8 at each measurement position can be sequentially removed, but the moving stroke of the condensing optical system driving mechanism 7 is long. There is a drawback that it takes a long time to measure. Therefore, when a change with time is expected to be larger than a mechanical error, it is desirable to perform refractive index measurement based on the measurement flow shown in FIG. Conversely, when a mechanical error is expected to be larger than a change with time, it is desirable to perform refractive index measurement based on the measurement flow shown in FIG.

本発明によれば、被検物を非破壊でその屈折率分布を簡易に測定することができる。これにより、たとえば、ガラス製やプラスチック製のディスプレイパネル等に使用される前面板や光ピックアップやデジタルコピー機、デジタルカメラ等に使用される成型レンズの屈折率分布測定器に利用することが可能である。   According to the present invention, it is possible to easily measure the refractive index distribution of a test object in a non-destructive manner. As a result, for example, it can be used for a refractive index distribution measuring device of a molded lens used for a front plate used for a glass or plastic display panel, an optical pickup, a digital copying machine, a digital camera, or the like. is there.

1 光源
2 ビームスプリッタ
3 集光レンズ
4 被検物
5 ホルダ基準面
6 基準反射面
7 集光光学系駆動機構
8 被検物駆動機構
9、11 空間フィルタ
10 NDフィルタ
12 参照反射面
13 結像レンズ
14 カメラ
15 ビームスプリッタ
16 集光レンズ
17 光センサ
18 検査光
19 参照光
20 制御装置
21 ホルダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Beam splitter 3 Condensing lens 4 Test object 5 Holder reference surface 6 Reference reflective surface 7 Condensing optical system drive mechanism 8 Test object drive mechanism 9, 11 Spatial filter 10 ND filter 12 Reference reflective surface 13 Imaging lens DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Camera 15 Beam splitter 16 Condensing lens 17 Optical sensor 18 Inspection light 19 Reference light 20 Control apparatus 21 Holder

Claims (6)

光源からの光を検査光と参照光とに分割する光分割工程と、
前記検査光を被検物および基準反射面に集光する検査光集光工程と、
前記検査光の集光位置を前記被検物の表面および裏面と前記基準反射面の表面とに切り換える集光位置切換工程と、
前記参照光を参照反射面で反射させる参照光反射工程と、
前記被検物および前記基準反射面から反射された前記検査光と、前記参照反射面で反射された前記参照光と、を干渉させて干渉信号を得る干渉信号取得工程と、
前記被検物が存在しない状態での前記基準反射面と、前記被検物の表面と、前記被検物の裏面と、前記被検物が存在する状態での前記基準反射面と、のそれぞれの光学距離を、前記干渉信号に基づいて計測する距離計測工程と、
前記距離計測工程で計測した光学距離に基づいて前記被検物の屈折率を算出する屈折率算出工程と、を有すること
を特徴とする屈折率測定方法。
A light splitting step for splitting light from the light source into inspection light and reference light;
An inspection light condensing step for condensing the inspection light on the test object and the reference reflecting surface;
A condensing position switching step of switching the condensing position of the inspection light to the front and back surfaces of the test object and the surface of the reference reflecting surface;
A reference light reflecting step of reflecting the reference light by a reference reflecting surface;
An interference signal obtaining step of obtaining an interference signal by causing the inspection light reflected from the test object and the standard reflection surface to interfere with the reference light reflected from the reference reflection surface;
Each of the reference reflection surface in a state where the test object does not exist, the surface of the test object, the back surface of the test object, and the reference reflection surface in a state where the test object exists. A distance measuring step for measuring the optical distance of the optical signal based on the interference signal;
A refractive index calculating step of calculating a refractive index of the test object based on the optical distance measured in the distance measuring step.
前記距離計測工程で前記被検物の手前で集光し前記基準反射面において平行光となる場合の基準反射面との光学距離を計測し、この光学距離を追加して前記被検物の屈折率を算出すること
を特徴とする請求項1に記載の屈折率測定方法。
In the distance measurement step, the optical distance to the reference reflection surface when the light is collected before the test object and becomes parallel light on the reference reflection surface is measured, and the optical distance is added to refract the test object. The refractive index measurement method according to claim 1, wherein the refractive index is calculated.
前記集光位置切替工程は、前記検査光を前記被検物の表面および裏面と前記基準反射面の表面のとに集光させる集光光学系を、前記検査光の光軸に沿って移動させて行うこと
を特徴とする請求項1または2に記載の屈折率測定方法。
The condensing position switching step moves a condensing optical system that condenses the inspection light onto the front and back surfaces of the test object and the surface of the reference reflecting surface along the optical axis of the inspection light. The method for measuring a refractive index according to claim 1, wherein the method is performed.
前記集光位置切換工程において、前記集光光学系を前記検査光の光軸に沿って移動させることに加えて、前記被検物を前記検査光の光軸とは異なる方向に移動させて集光位置を切り換えること
を特徴とする請求項3に記載の屈折率測定方法。
In the condensing position switching step, in addition to moving the condensing optical system along the optical axis of the inspection light, the inspection object is moved in a direction different from the optical axis of the inspection light and collected. 4. The refractive index measurement method according to claim 3, wherein the light position is switched.
前記屈折率算出工程において、前記距離計測工程において得た距離から収差による誤差影響を除去した後に、再度算出した距離を用いて屈折率を算出すること
を特徴とする請求項4に記載の屈折率測定方法。
5. The refractive index according to claim 4, wherein, in the refractive index calculation step, the refractive index is calculated using the distance calculated again after removing the error effect due to the aberration from the distance obtained in the distance measurement step. Measuring method.
光源と、
前記光源からの光を検査光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記検査光を被検物および基準反射面とに集光させる集光光学系と、
前記集光光学系を前記検査光の光軸に沿って移動させる集光光学系駆動手段と、
前記被検物を前記検査光の光軸とは異なる方向に移動させる被検物駆動手段と、
前記参照光を反射する参照反射面と、
前記被検物および前記基準反射面から反射された前記検査光と前記参照反射面で反射された前記参照光とが干渉した干渉信号を得る受光素子と、
前記受光素子で得られた干渉信号に基づいて、前記被検物が存在しない状態での基準反射面と、被検物の表面と、被検物の裏面と、のそれぞれの光学距離を測定し、これらの光学距離に基づいて前記被検物の屈折率を算出する算出手段と、を備えたこと
を特徴とする屈折率測定装置。
A light source;
A light splitting means for splitting light from the light source into inspection light and reference light;
A condensing optical system for condensing the inspection light on the test object and the reference reflecting surface;
Condensing optical system driving means for moving the condensing optical system along the optical axis of the inspection light;
A test object driving means for moving the test object in a direction different from the optical axis of the inspection light;
A reference reflecting surface for reflecting the reference light;
A light receiving element for obtaining an interference signal in which the inspection light reflected from the test object and the standard reflection surface interferes with the reference light reflected from the reference reflection surface;
Based on the interference signal obtained by the light receiving element, the respective optical distances of the reference reflecting surface, the surface of the test object, and the back surface of the test object in a state where the test object does not exist are measured. A refractive index measuring apparatus comprising: a calculating unit that calculates a refractive index of the test object based on these optical distances.
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