JP2014196966A

JP2014196966A - 屈折率分布測定用基準素子ならびに屈折率分布測定装置および該方法

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Publication number: JP2014196966A
Application number: JP2013073169A
Authority: JP
Inventors: 耕一脇田; Koichi Wakita
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16

Abstract

【課題】本発明は、測定対象の光学素子を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定し得る屈折率分布測定用基準素子、屈折率分布測定装置および屈折率分布測定方法を提供する。【解決手段】本発明の屈折率分布測定用基準素子は、測定対象の光学素子における屈折率分布の測定に用いられる屈折率分布測定用基準素子であって、前記測定対象の光学素子を挟む一対の第１および第２基準素子を備え、前記一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばレンズ等の光学素子の屈折率分布を測定する場合に用いられる屈折率分布測定用基準素子に関する。そして、本発明は、この屈折率分布測定用基準素子を用いた屈折率分布測定装置および屈折率分布測定方法に関する。

光学素子の屈折率分布は、一般に、当該光学素子の光学性能に影響する。特に、例えばガラス材料製や樹脂材料製のモールドレンズでは、モールド成形の際に発生した歪みによって屈折率分布が発生し、この発生した屈折率分布が収差等の光学性能に影響する。このため、光学素子の屈折率分布を測定する必要がある。

このような光学素子の屈折率分布を測定する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１では、測定対象の光学素子（被検物）が、平板状（平行平板状）に加工され、この平板状の被検物が、各主面を互いに対向するように配設された一対の平板状の基準ガラスの間に緩挿され、各基準ガラスと被検物との隙間には、その平均屈折率と略同じ屈折率を持つ油（マッチングオイル）が充填される。これによって測定セルが形成される。そして、この測定セルが干渉計に配置され、透過波面が計測され、その波面収差および被検物の厚さ等に基づいて被検物の屈折率分布が求められる。

特開２００２−１８８９７９号公報

ところで、上記特許文献１に開示の技術では、被検物（測定対象の光学素子）を平板状に加工するため、被検物がメニスカス形状である場合、有効径全体を平板状に加工することができない場合が生じ、有効径全体の屈折率分布を測定することができない。すなわち、上記特許文献１に開示の技術では、測定範囲が限定されることがある。

また、上記特許文献１に開示の技術では、被検物を平板状に加工する際に、歪みが緩和されてしまう。したがって、被検物そのものの屈折率分布と、平板状に加工後における被検物の屈折率分布とは、異なってしまう。このため、上記特許文献１に開示の技術では、被検物そのものの、本来の屈折率分布を正確に求めることができない。

一方、被検物を当該被検物の屈折率と略同じ屈折率を持つ液体に浸漬し、この状態で透過波面を計測することが考えられる。しかしながら、この手法では、被検物を浸漬することができる充分な量の液体が必要となる。このような量の液体では、流動が生じやすく、また、周囲温度（環境温度）等によって不均一な温度分布が生じてしまう。この結果、前記液体に屈折率分布が生じ、被検物の屈折率分布を正確に測定することが難しい。また、流動の防止や不均一な温度分布を防止しようとすると、測定装置が複雑となり、また大型化してしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、測定対象の光学素子（被検物）を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる屈折率分布測定用基準素子、屈折率分布測定装置および屈折率分布測定方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる屈折率分布測定用基準素子は、測定対象の光学素子における屈折率分布の測定に用いられる屈折率分布測定用基準素子であって、前記測定対象の光学素子を挟む一対の第１および第２基準素子を備え、前記一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であることを特徴とする。

このような屈折率分布測定用基準素子では、一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であるので、前記測定対象の光学素子そのものを前記一対の第１および第２基準素子の間に挟むことができる。したがって、このような屈折率分布測定用基準素子は、前記測定対象の光学素子を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。

また、他の一態様では、上述の屈折率分布測定用基準素子において、前記面形状は、非球面であることを特徴とする。

このような屈折率分布測定用基準素子は、測定対象の光学素子が非球面を有する場合でも、測定対象の光学素子を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。

また、本発明の他の一態様にかかる屈折率分布測定装置は、所定光が入射され、前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える干渉計と、前記２個の第１および第２光路のうちの一方に配置される上述のいずれかの屈折率分布測定用基準素子と、前記干渉計によって形成された干渉縞を測定する干渉縞測定部と、前記干渉縞測定部で測定された干渉縞に基づいて前記測定対象の光学素子の屈折率分布を求める屈折率分布演算部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の他の一態様にかかる屈折率分布測定方法は、所定光が入射され前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える干渉計における前記第１および第２光路のうちの一方に、測定対象の光学素子を挟んだ一対の第１および第２基準素子を配置する配置工程と、前記干渉計によって形成された干渉縞を測定する干渉縞測定工程と、前記干渉縞測定工程で測定された干渉縞に基づいて前記測定対象の光学素子の屈折率分布を求める屈折率分布演算工程とを備え、前記一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であることを特徴とする。

このような屈折率分布測定装置および屈折率分布測定方法では、一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であるので、前記測定対象の光学素子そのものを前記一対の第１および第２基準素子の間に挟み込んで前記測定対象の光学素子の屈折率分布を測定することができる。したがって、このような屈折率分布測定装置および該方法は、前記測定対象の光学素子を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。

本発明にかかる屈折率分布測定用基準素子、屈折率分布測定装置および屈折率分布測定方法は、測定対象の光学素子を加工することなく、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。

実施形態における屈折率分布測定装置の構成を示す図である。実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる屈折率分布測定用基準素子の構成を示す図である。実施形態における屈折率分布測定装置の動作を示すフローチャートである。実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる、他の第１態様の干渉計としてトワイマングリーン干渉計の構成を示す図である。実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる、他の第２態様の干渉計としてマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態における屈折率分布測定装置の構成を示す図である。図２は、実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる屈折率分布測定用基準素子の構成を示す図である。図２（Ａ）は、第１態様の基準素子２１、２２を示し、図２（Ｂ）は、第２態様の基準素子２１、２２を示す。

実施形態における屈折率分布測定装置Ｓは、所定光が入射され前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える干渉計１における前記第１および第２光路のうちの一方に、測定対象である光学素子（被検物）ＳＰを挟んだ一対の第１および第２基準素子２１、２２を備えた測定セル２を配置し、前記干渉計１によって形成された干渉縞に基づいて前記測定対象の光学素子ＳＰの屈折率分布を求めるものである。干渉計１による干渉縞は、被検物ＳＰにおける透過光の波面（透過波面）の形状に応じたものであり、そして、この透過波面の形状は、被検物ＳＰの屈折率分布に応じたものである。したがって、被検物ＳＰに対する干渉計１による干渉縞を測定することによって、被検物ＳＰの屈折率分布が求められる。

このような屈折率分布測定装置Ｓは、例えば、図１に示すように、干渉計１（１Ａ）と、制御演算部３と、記憶部４と、入力部５と、出力部６と、インターフェース部（ＩＦ部）７とを備える。

干渉計１は、所定光が入射され、前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える光学装置である。干渉計１における前記第１および第２光路のうちの一方に、被検物ＳＰを挟んだ一対の第１および第２基準素子２１、２２を備えた測定セル２を配置することによって、前記第１光路の第１光学的距離と前記第２光路の第２光学的距離との間に、差が生じる。この差によって、前記所定光から分配された第１および第２光における前記第１光路を伝播した第１光と前記第２光路を伝播した第２光とは、前記干渉位置で干渉し、いわゆる干渉縞を生じる。なお、光学的距離Ｌｏｐは、光路の実距離Ｌｒと屈折率ｎとの積によって求められる（Ｌｏｐ＝ｎ×Ｌｒ）。

このような干渉計１は、例えば、フィゾー干渉計、トワイマングリーン干渉計、マッハツェンダー干渉計等の任意の干渉計を用いることができるが、ここでは、フィゾー干渉計を用いた屈折率分布測定装置ＳＡについて説明する。

フィゾー干渉計１Ａは、入射光における半透鏡（ハーフミラー）で反射される第１光路の第１光と、前記入射光における前記半透鏡を透過し反射鏡で反射して再び前記半透鏡に戻って前記半透鏡を透過する第２光路の第２光とを干渉させる干渉計である。フィゾー干渉計１Ａは、構成が比較的簡単で第１および第２光路に重複部分が多いため、他の干渉計に較べて、振動や温度変化等の影響が小さく、安定した干渉計である。

このようなフィゾー干渉計１Ａは、図１に示すように、入射光学系１２と、第１半透鏡１３と、第２半透鏡（フィゾー部材）１４と、反射鏡（折り返しミラー）１５と、観察光学系１６とを備えている。そして、図１に示す例では、フィゾー干渉計１Ａは、入射光を放射する光源装置１１と、第２半透鏡１４を光軸方向に沿って移動する駆動装置１７と、干渉縞を観測する撮像装置１８とをさらに備える。

光源装置１１は、制御演算部３の制御に従って、干渉計１Ａに入射させ、干渉計１Ａで干渉させる所定光を放射する装置であり、例えば、所定波長の短波長のレーザ光を射出するレーザ光源である。光源装置１１から放射された所定光（入射光）は、入射光学系１２に入射される。

入射光学系１２は、光源装置１１から入射された所定光の光束径を所定の径に変換する光束径変換光学系であり、１または複数の光学素子を備えて構成される。入射光学系１２は、例えば、入射光を拡散して射出する拡散レンズと、拡散レンズから射出された入射光を平行光化するコリメートレンズとを備えて構成される。入射光学系１２から射出された平行光の所定光は、第１半透鏡１３に入射される。

第１半透鏡（ビームスプリッタ）１３は、平行光の所定光を透過するとともに、第２半透鏡１４から来た干渉光を撮像装置１８に向けて反射する光学素子である。図１に示す例では、光源装置１１の光軸と撮像装置１８の光軸とが互いに直交するように、光源装置１１と撮像装置１８とが配置されているため、第１半透鏡１３は、光源装置１１の光軸と撮像装置１８の光軸とが互いに直交する位置に、第１半透鏡１３の法線が、光源装置１１の光軸と４５度で交差し、そして、撮像装置１８の光軸と４５度で交差するように、配置される。第１半透鏡１３を透過した平行光の所定光は、第２半透鏡１４に入射される。

第２半透鏡（ビームスプリッタ）１４は、平行光の所定光における一部の所定光を、他方主面の半透面（フィゾー面）１４ａで反射し、前記平行光の所定光における他の一部の所定光を透過する光学素子である。前記一部の所定光と前記他の一部の所定光とは、等光量であることが好ましい。第２半透鏡（ビームスプリッタ）１４は、前記一部の所定光と前記他の一部の所定光とに２分配（２分岐、等分配）することが好ましい。第２半透鏡１４を透過した前記他の一部の所定光は、反射鏡１５に入射される。前記平行光の所定光における一部の所定光は、いわゆる参照光となる。

反射鏡１５は、前記他の一部の所定光を、来た光路を逆に辿って再び第２半透鏡１４に戻るように、一方主面の反射面１５ａで反射する光学素子である。

測定セル２は、第２半透鏡１４と反射鏡１５との間に配置される。これら光源装置１１、入射光学系１２、第１半透鏡１３、第２半透鏡１４、測定セル２および反射鏡１５は、この順で一方から他方へ配置され、光源装置１１、入射光学系１２、第２半透鏡１４、測定セル２および反射鏡１５の各光軸が互いに一致するように配置される。したがって、第２半透鏡１４を透過した前記他の一部の所定光は、測定セル２を透過して反射鏡１５に入射され、反射鏡１５で反射される。そして、反射鏡１５で反射された前記他の一部の所定光は、来た光路を逆に辿って再び測定セル２を透過して第２半透鏡１４に入射される。この第２半透鏡１４に戻った前記他の一部の所定光は、いわゆる測定光となる。

そして、この第２半透鏡１４を透過し、測定セル２、反射鏡１５、測定セル２をこの順で介して第２半透鏡１４に戻った前記他の一部の所定光（測定光）は、第２半透鏡１４の半透面１４ａで反射する前記一部の所定光（参照光）と第２半透鏡１４の半透面１４ａで干渉し、干渉光を生じる。この干渉光は、第１半透鏡１３に入射し、第１半透鏡１３で観察光学系１６および撮像装置１８に向けて反射される。

観察光学系１６は、干渉光を撮像装置１８の撮像面に結像する撮像光学系であり、１または複数の光学素子を備えて構成される。観察光学系１６は、例えば、集光レンズを備えて構成される。観察光学系１６で結像された干渉光は、撮像装置１８の撮像面に入射される。

撮像装置１８は、制御演算部３の制御に従って、撮像面に結像された干渉光を撮像し、干渉光の画像信号を生成する装置である。撮像装置１８で生成された干渉光の画像信号は、制御演算部３へ出力される。

駆動装置１７は、制御演算部３の制御に従って、第２半透鏡（フィゾー部材）１４を光軸に沿って移動させる駆動装置である。駆動装置１７によって第２半透鏡１４が光軸に沿って移動することによって、いわゆるフリンジスキャン法によって所定光の波長λに応じた所定の移動量（変位量）ごとに干渉縞が撮像装置１８で撮像され、干渉縞の画像信号が得られる。

入力部５は、例えば、測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被検物ＳＰにおける識別子（サンプルＩＤ）等の各種データを屈折率分布測定装置ＳＡに入力する機器であり、例えば、テンキー等の複数の入力スイッチである。出力部６は、入力部５から入力されたコマンドやデータ、および、屈折率分布測定装置ＳＡの制御演算部３によって求められた被検物ＳＰの屈折率分布を出力する機器であり、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。ＩＦ部７は、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ−２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（ＩｎｆｒａｒｅｄＤａｔａＡｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。

なお、入力部５は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置を含み、出力部６は、表示装置であり、入力部５の前記位置入力装置と出力部６の表示装置とでタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として屈折率分布測定装置ＳＡに入力される。このようなタッチパネルでは、表示装置に表示される表示内容を変えることで、様々な入力内容を入力することができ、屈折率分布測定装置ＳＡに対し様々な操作を行うことが可能となる。

制御演算部３は、被検物ＳＰの屈折率分布を求めるべく、屈折率分布測定装置ＳＡの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。制御演算部３は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御演算部３には、被検物ＳＰの屈折率分布を測定するための屈折率分布測定プログラムを実行することによって、機能的に、制御部３１、位相分布演算部３２および屈折率分布演算部３３が構成される。

制御部３１は、屈折率分布測定装置ＳＡ全体の制御を司るものである。位相分布演算部３２は、干渉計１Ａの撮像装置１８で測定された干渉光の干渉縞を位相分布データに変換するものである。干渉縞のデータから位相分布データへの変換は、所定の干渉測定法に基づく公知の変換式が用いられる。屈折率分布演算部３３は、位相分布演算部３２で求められた位相分布データに基づいて被検物ＳＰにおける屈折率分布を求めるものである。より具体的には、屈折率分布演算部３３は、例えば、位相分布演算部３２で求められた位相分布データの各データそれぞれに対し、予め設定された基準値との差を求めることによって屈折率分布を求める。前記予め設定された基準値は、任意の所定値であってよいが、例えば、被検物ＳＰにおける光軸位置の屈折率の値であってよい。これによって光軸位置の屈折率値を基準とした被検物ＳＰの屈折率分布が得られる。

記憶部４は、制御演算部３によって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の不揮発性記憶素子、制御演算部３のいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路を備えて構成される。また、記憶部４は、屈折率分布演算部３３で演算された被検物ＳＰの屈折率分布のデータが記憶される。

次に、測定セル２について説明する。測定セル２は、被検物ＳＰの屈折率分布を屈折率分布測定装置ＳＡによって測定するために、上述のように、フィゾー干渉計１Ａにおける第１および第２光路のうちの一方に、より具体的には第２半透鏡１４と反射鏡１５との間に、被検物ＳＰを配置するための部材である。

測定セル２は、例えば、図２に示すように、被検物ＳＰを挟む一対の第１および第２基準素子２１、２２を備える。より具体的には、一対の第１および第２基準素子２１、２２は、各一方主面２１ａ、２２ａを互いに対向するように配設され、これら各一方主面２１ａ、２２ａの間に被検物ＳＰを緩挿する。

そして、これら一対の第１および第２基準素子２１、２２は、それぞれ、軸方向に所定の厚さ（高さ）を持つ中実柱形状の部材、例えば円柱形状の部材である。被検物ＳＰにおける光軸方向の一方主面ＳＰａに対向する、第１基準素子２１における軸方向の一方主面２１ａは、被検物ＳＰにおける一方主面ＳＰａの面形状と逆の面形状であり、被検物ＳＰにおける光軸方向の他方主面ＳＰｂに対向する、第２基準素子２２における軸方向の一方主面２２ａは、被検物ＳＰにおける他方主面ＳＰｂの面形状と逆の面形状である。図２に示す例では、被検物ＳＰは、光軸方向に両面がそれぞれ突出した凸曲面形状である両凸の正レンズである。このため、第１基準素子２１の一方主面２１ａは、被検物ＳＰの一方主面ＳＰａにおける光軸方向に突出した凸曲面形状と逆の、光軸方向に凹んだ凹曲面形状であり、第２基準素子２２の一方主面２２ａは、被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂにおける光軸方向に突出した凸曲面形状と逆の、光軸方向に凹んだ凹曲面形状である。このように第１基準素子２１の一方主面２１ａは、被検物ＳＰの一方主面ＳＰａに沿う形状であり、第２基準素子２２の一方主面２２ａは、被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂに沿う形状である。すなわち、第１面形状に対する逆の面形状とは、前記第１面形状の第１面と前記逆の面形状の第２面とを互いに対向するように合わせた場合に、対向方向を法線とする、前記第１面と前記第２面との平均面が、平面となる形状である。前記平面は、屈折率分布を所望の精度で測定するために充分な程度で実質的に平坦な面であればよい。

これら各曲面形状の曲面は、屈折率分布を所望の精度で測定するために充分であって所定光の波長を応じた充分な精度で研磨される。そして、第１基準素子２１の一方主面２１ａと被検物ＳＰの一方主面ＳＰａとは、面内で、軸方向に等間隔であることが好ましく、第２基準素子２２の一方主面２２ａと被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂとは、面内で、軸方向に等間隔であることが好ましい。

また、第１基準素子２１における軸方向の他方主面２１ｂは、平坦面（軸方向に直交する水平面）であり、第２基準素子２２における軸方向の他方主面２２ｂは、平坦面（軸方向に直交する水平面）である。したがって、これら第１基準素子２１の他方主面２１ｂと第２基準素子２２の他方主面２２ｂとは、互いに平行となる。これら平坦面は、屈折率分布を所望の精度で測定するために充分であって所定光の波長を応じた充分な精度で研磨されることによって形成される。

なお、図２に示す例では、被検物ＳＰが両凸レンズであるため、一対の第１および第２基準素子２１、２２の両方の各一方主面２１ａ、２２ａが、それぞれ、被検物ＳＰの面形状ＳＰａ、ＳＰｂと逆の面形状であるが、例えば、被検物ＳＰが片平レンズ（片平の凸レンズや片平の凹レンズ）である場合には、一対の第１および第２基準素子２１、２２のうちの一方の、例えば第１基準素子２１の一方主面２１ａが、被検物ＳＰの面形状ＳＰａと逆の面形状であり、一対の第１および第２基準素子２１、２２のうちの他方の、この例では第２基準素子２２の一方主面２２ａは、平坦な被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂに応じて平坦面である。このように一対の第１および第２基準素子２１、２２の少なくとも一方は、一方主面が被検物ＳＰの面形状と逆の面形状であればよい。

このような第１および第２基準素子２１、２２は、被検物ＳＰの屈折率と略同じ屈折率で、かつ、屈折率分布を所望の精度で測定できる程度に均一な屈折率となるように、形成される。例えば、第１および第２基準素子２１、２２は、被検物ＳＰの硝材と同じ硝材で形成される。

また、このような第１および第２基準素子２１、２２は、製品種類（面形状の異なる光学素子）ごとに、製造される。すなわち、特定の製品種類の被検物ＳＰに適合するように、第１および第２基準素子２１、２２は、製造される。なお、屈折率分布の測定精度および所定光の波長等に応じて許容される範囲内で類似の面形状を持つ製品間では、第１および第２基準素子２１、２２は、転用可能である。

そして、第１基準素子２１の一方主面２１ａとこれに対向する被検物ＳＰの一方主面ＳＰａとの隙間、および、第２基準素子２２の一方主面２２ａとこれに対向する被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂとの隙間には、それぞれ、その平均屈折率と略同じ屈折率を持つ油（マッチングオイル）が充填される。このようなマッチングオイルは、互いに異なる種類の複数の油を適宜な比率で調合することによって得られる。

なお、被検物ＳＰの屈折率分布は、被検物ＳＰにおける光学素子として利用される有効領域内（例えばレンズの有効径内）が重要である。このことから、第１基準素子２１の一方主面２１ａのうちの、被検物ＳＰの有効領域に対応する領域内の面形状のみが、被検物ＳＰにおける一方主面ＳＰａの面形状と逆の面形状であってよく、第２基準素子２２の一方主面２２ａのうちの、被検物ＳＰの有効領域に対応する領域内の面形状のみが、被検物ＳＰにおける他方主面ＳＰｂの面形状と逆の面形状であってよい。これによって第１および第２基準素子２１、２２の加工時間を短縮でき、また、その領域だけで第１および第２基準素子２１、２２それぞれと被検物ＳＰとが接することになるので、屈折率分布を測定すべき範囲が明瞭化する。

例えば、図２（Ｂ）に示すように、被検物ＳＰが、有効領域と、前記有効領域を取り囲むように前記有効領域の径方向外側に前記有効領域から延設された平坦なフランジ部分とを備える場合には、第１および第２基準素子２１、２２は、それぞれ、一方主面２１ａ、２２ａのうちの、被検物ＳＰの有効領域に対向する領域の面形状が被検物ＳＰの面形状と逆になるように形成され、前記一方主面２１ａ、２２ａのうちの、被検物ＳＰのフランジ部分に対向する領域の面形状は、上述のように被検物ＳＰを一対の第１および第２基準素子２１、２２で挟み込む際に障害と成らない形状であれば、任意の形状でよい。また例えば、図２（Ａ）に示すように、被検物ＳＰが図２（Ｂ）に示すフランジ部分を備えない場合でも、その周縁から径方向内側に所定の幅で有効領域ではない非有効領域を有する場合には、上述と同様に、第１および第２基準素子２１、２２は、それぞれ、一方主面２１ａ、２２ａのうちの、被検物ＳＰの有効領域に対向する領域の面形状が被検物ＳＰの面形状と逆になるように形成され、前記一方主面２１ａ、２２ａのうちの、被検物ＳＰの非有効領域に対向する領域の面形状は、前記障害と成らない形状であれば、任意の形状でよい。

また、図２に示す例では、被検物ＳＰは、両面ＳＰａ、ＳＰｂが球面である球面レンズであり、第１および第２基準素子２１、２２における各一方主面２１ａ、２２ａは、これに応じた球面であるが、被検物ＳＰは、両主面ＳＰａ、ＳＰｂのうちの少なくとも一方面が非球面である非球面レンズであってよく、第１および第２基準素子２１、２２における各一方主面２１ａ、２２ａは、これに応じた非球面であってよい。すなわち、被検物ＳＰの一方主面ＳＰａが非球面である場合には、これに対向する第１基準素子２１の一方主面２１ａが非球面であり、被検物ＳＰの他方主面ＳＰｂが非球面である場合には、これに対向する第２基準素子２２の一方主面２２ａが非球面であり、そして、被検物ＳＰの両主面ＳＰａが非球面である場合には、これに対向する第１および第２基準素子２１、２２の各一方主面２１ａ、２２ａが非球面である。なお、非球面の形状は、面頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとする場合に、次式により定義できる。
Ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋（１−（１＋Ｋ）ｈ^２／Ｒ^２）^１／２］＋ΣＡ_ｉ・ｈ^ｉ
ただし、Ａｉは、ｉ次の非球面係数であり、Ｒは、基準曲率半径であり、そして、Ｋは、円錐定数である。

これら一対の第１および第２基準素子２１、２２は、屈折率分布測定用基準素子の一例に相当する。

次に、本実施形態の動作について説明する。図３は、実施形態における屈折率分布測定装置の動作を示すフローチャートである。

このような構成の屈折率分布測定装置ＳＡでは、測定対象である光学素子（被検物）ＳＰの屈折率分布を測定する場合に、まず、被検物ＳＰが一対の第１および第２基準素子２１、２２間に緩挿され、各面間の隙間にマッチングオイルが充填され、測定セル２が形成される。なお、被検物ＳＰの両主面ＳＰａ、ＳＰｂのうちの少なくとも一方が非球面形状である場合、干渉縞を目視で観察しながらいわゆるワンカラーまたは同心円状態に位置調整することで、芯合わせが可能である。

次に、この測定セル２がフィゾー干渉計１Ａの第２半透鏡１４と反射鏡１５との間に配置される（Ｓ１）。これによって干渉計１Ａにおける前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に複数の光学素子１３〜１５によって形成される２個の第１および第２光路のうちの一方に測定セル２が配置される。

次に、例えば入力部５から測定開始のコマンドが入力されることによって、測定が開始され、干渉縞が測定される（Ｓ２）。より具体的には、制御演算部３の制御部３１は、光源装置１１を作動させ、所定光が光源装置１１から放射される。この放射された所定光は、入射光学系１２および第１半透鏡１４を介して第２半透鏡１４に入射される。この入射された所定光は、その一部が半透面（フィゾー面）１４ａで反射され、その他の一部が透過する。この透過した他の一部の所定光は、測定セル２を介して反射鏡１５に入射され、反射鏡１５の反射面１５ａで反射され、来た光路を逆に辿って測定セル２を介して再び第２半透鏡１４に戻って入射される。この第２半透鏡１４を透過し、測定セル２、反射鏡１５、測定セル２をこの順で介して第２半透鏡１４に戻った前記他の一部の所定光（測定光）は、第２半透鏡１４の半透面１４ａで反射する前記一部の所定光（参照光）と第２半透鏡１４の半透面１４ａで干渉し、干渉光を生じる。この干渉光は、第１半透鏡１３に入射し、第１半透鏡１３で観察光学系１６および撮像装置１８に向けて反射され、撮像装置１８で撮像される。撮像装置１８は、この撮像した干渉光の画像信号を制御演算部３へ出力する。これによってフィゾー干渉計１Ａで生じた干渉光が撮像装置１８で検出され、この検出した干渉光の画像信号が制御演算部３へ出力される。

そして、本実施形態では、干渉光の画像信号は、上述したようにフリンジスキャン法によって取得される。より具体的には、制御演算部３の制御部３１は、上述のように光源装置１１から放射された所定光をフィゾー干渉計１Ａで干渉させ、干渉光の画像信号を撮像装置１８からサンプリングしている間に、駆動装置１７によって第２半透鏡１４を光軸方向に沿って移動させる。この第２半透鏡１４の移動によって所定光の波長λと第１および第２光路の媒質の屈折率等に応じて繰り返し干渉縞が生成される。これによって干渉縞の複数の画像信号がそれぞれ取得され、これら複数の画像信号が積分され、干渉縞の１個の画像信号が生成される。前記積分は、これら複数の画像信号において、互いに対応する画素同士で信号を加算することによって実行され、この加算結果の信号が、前記積分によって得られた前記１個の画像信号における当該画素の信号とされる。なお、この加算された加算結果を複数の画像信号の個数で除算した平均値が当該画素の信号とされてもよい。このように複数の干渉縞から、これらを積分することによって１個の干渉縞を生成することでＳＮ比を向上することができる。

次に、制御演算部３の位相分布演算部３２は、撮像装置１８で取得された干渉縞の画像信号に用い、上述のように公知の常套手段によって、干渉縞を位相分布データに変換する。これによって位相分布が演算される（Ｓ３）。

次に、制御演算部３の屈折率分布演算部３３は、位相分布演算部３２で求められた位相分布データに基づいて被検物ＳＰにおける屈折率分布を求める。例えば、屈折率分布演算部３３は、位相分布演算部３２で求められた位相分布データの各データそれぞれに対し、被検物ＳＰにおける光軸位置の屈折率の値（基準値）との差を求めることによって屈折率分布を求める。これによって被検物ＳＰの屈折率分布が演算される（Ｓ４）。

そして、制御演算部３の制御部３は、屈折率分布演算部３３で求められた被検物ＳＰの屈折率分布を記憶部４に記憶し、出力部６に出力する。また、制御部３は、必要に応じてＩＦ部７から外部へ被検物ＳＰの屈折率分布を出力してもよい。これによって測定者は、屈折率分布測定装置ＳＡによって測定された被検物ＳＰの屈折率分布を得る。

以上説明した屈折率分布測定用基準素子である第１および第２基準素子２１、２２では、一対の第１および第２基準素子２１、２２の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子（被検物）ＳＰの面形状と逆の面形状であるので、加工の必要がなく非破壊で前記測定対象の光学素子（被検物）ＳＰそのものを前記一対の第１および第２基準素子２１、２２の間に挟むことができる。したがって、このような屈折率分布測定用基準素子である第１および第２基準素子２１、２２は、前記測定対象の光学素子（被検物）ＳＰを加工することなく、上述のように測定範囲が制限されること無く、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。

また、以上説明した屈折率分布測定装置ＳＡおよびこれに実装された屈折率分布測定方法は、この一対の第１および第２基準素子２１、２２を用いるので、前記測定対象の光学素子（被検物）ＳＰを加工することなく、上述のように測定範囲が制限されること無く、そのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。また、屈折率分布測定装置ＳＡは、上述のように流動の防止や不均一な温度分布を防止するために、複雑化および大型化することもない。

また、本実施形態の第１および第２基準素子２１、２２、屈折率分布測定装置ＳＡおよび屈折率分布測定方法は、上述したように、前記測定対象の光学素子（被検物）ＳＰそのもの自体の屈折率分布をより正確に測定することができる。この結果、光学素子の成形後のいわゆるアニール処理の条件（単位時間当たりに昇温する温度、アニール温度とその保持時間および単位時間当たりに降温する温度等）をより適切に設定することが可能となる。このため、アニール処理の適切化を図ることができ、光学素子のより高性能化を図ることができる。

なお、上述の実施形態における屈折率分布測定装置ＳＡは、フィゾー干渉計１Ａを備えたが、これに限定されるものではなく、フィゾー干渉計１Ａに代え、例えばトワイマングリーン干渉計やマッハツェンダー干渉計等の任意の干渉計を用いることができる。

図４は、実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる、他の第１態様の干渉計としてトワイマングリーン干渉計の構成を示す図である。図５は、実施形態の屈折率分布測定装置に用いられる、他の第２態様の干渉計としてマッハツェンダー干渉計の構成を示す図である。

例えば、トワイマングリーン干渉計１Ｂを用いた屈折率分布測定装置ＳＢは、図４に示すトワイマングリーン干渉計１Ｂと、制御演算部３と、記憶部４と、入力部５と、出力部６と、インターフェース部（ＩＦ部）７とを備える。これら制御演算部３、記憶部４、入力部５、出力部６およびＩＦ部７は、上述と同様であるので、その説明を省略する。

トワイマングリーン干渉計１Ｂは、第１および第２反射鏡それぞれで折り返して再び当該半透鏡に戻る第１および第２光路をそれぞれ伝播するように、入射した所定光を半透鏡（ハーフミラー）で２つに分岐し、この分岐して前記第１光路を伝播した一部の所定光と、この分岐して前記第２光路を伝播した残余の一部の所定光とを干渉させる干渉計である。より具体的には、トワイマングリーン干渉計１Ｂは、図４に示すように、入射光学系８２と、第１反射鏡８３と、半透鏡８４と、第２反射鏡８５と、観察光学系８６とを備えている。そして、図４に示す例では、トワイマングリーン干渉計１Ｂは、光源装置８１と、撮像装置８７とをさらに備える。これら光源装置８１、入射光学系８２、観察光学系８６および撮像装置８７は、それぞれ、図１に示す光源装置１１、入射光学系１２、観察光学系１６および撮像装置１８と同様であるので、その説明を省略する。

したがって、光源装置８１から放射された所定光は、入射光学系８２に光束径が変換されて平行光化され、半透鏡８４に入射される。半透鏡（ビームスプリッタ）８４は、平行光の所定光における一部を第１反射鏡８３に向けて反射するとともに、前記平行光の所定光における残余の一部を第２反射鏡８５に向けて透過することによって、前記平行光の所定光を２つに分岐する光学素子である。第１反射鏡８３は、半透鏡８４から入射された前記一部の所定光を、来た光路を逆に辿って再び半透鏡８４に戻るように反射する光学素子である。第２反射鏡８５は、半透鏡８４から入射された前記残余の一部の所定光を、来た光路を逆に辿って再び半透鏡８４に戻るように反射する光学素子である。

図４に示す例では、光源装置８１、入射光学系８２および第２反射鏡８５は、これらの各光軸が互いに一致するように配置され、第１反射鏡８３は、その光軸がこれら光源装置８１、入射光学系８２および第２反射鏡８５の光軸と直交するように配置される。半透鏡８４は、光源装置８１、入射光学系８２および第２反射鏡８５の光軸と第１反射鏡８３の光軸とが互いに直交する位置に、半透鏡８４の法線が、光源装置８１、入射光学系８２および第２反射鏡８５の光軸と４５度で交差し、そして、第１反射鏡８３の光軸と４５度で交差するように、配置される。

そして、半透鏡８４では、半透鏡８４で反射され第１反射鏡８３で折り返された前記一部の所定光と、半透鏡８４を透過し第２反射鏡８５で折り返された前記残余の一部の所定光とが干渉し、干渉光を生じる。この干渉光は、半透鏡８４で観察光学系８６および撮像装置８７に向けて反射され、撮像装置８７で撮像（検出）される。ここで、測定セル２は、トワイマングリーン干渉計１Ｂにおける第１および第２光路のうちの一方に、より具体的には半透鏡８４と第２反射鏡８５との間に配置される。あるいは、半透鏡８４と第１反射鏡８５との間に測定セル２が配置されてもよい。

また例えば、マッハツェンダー干渉計１Ｃを用いた屈折率分布測定装置ＳＢは、図５に示すマッハツェンダー干渉計１Ｃと、制御演算部３と、記憶部４と、入力部５と、出力部６と、インターフェース部（ＩＦ部）７とを備える。これら制御演算部３、記憶部４、入力部５、出力部６およびＩＦ部７は、上述と同様であるので、その説明を省略する。

マッハツェンダー干渉計１Ｃは、互いに異なる経路の第１および第２光路を伝播するように、入射した所定光を半透鏡（ハーフミラー）で２つに分岐し、この分岐して前記第１光路を伝播した一部の所定光と、この分岐して前記第２光路を伝播した残余の一部の所定光とを干渉させる干渉計である。このマッハツェンダー干渉計１Ｃは、反射鏡による折り返しがない（光路の往復がない）ため、測定セル２を１回しか通らないシングルパスで干渉光が得られる。より具体的には、マッハツェンダー干渉計１Ｃは、図５に示すように、入射光学系９２と、第１および第２半透鏡９３、９６と、第１および第２反射鏡９４、９５と、観察光学系９７とを備えている。そして、図５に示す例では、マッハツェンダー干渉計１Ｃは、光源装置９１と、撮像装置９８とをさらに備える。これら光源装置９１、入射光学系９２、観察光学系９７および撮像装置９８は、それぞれ、図１に示す光源装置１１、入射光学系１２、観察光学系１６および撮像装置１８と同様であるので、その説明を省略する。

したがって、光源装置９１から放射された所定光は、入射光学系９２に光束径が変換されて平行光化され、第１半透鏡９３に入射される。第１半透鏡（ビームスプリッタ）９３は、平行光の所定光における一部を第１反射鏡９４に向けて透過するとともに、前記平行光の所定光における残余の一部を第２反射鏡９５に向けて反射することによって、前記平行光の所定光を２つに分岐する光学素子である。第１反射鏡９４は、第１半透鏡９３から入射された前記一部の所定光を、第２半透鏡９６に向けて反射する光学素子である。第２反射鏡９５は、第１半透鏡９３から入射された前記残余の一部の所定光を、第２半透鏡９６に向けて反射する光学素子である。

マッハツェンダー干渉計１Ｃは、上述したように反射鏡による折り返しがないため、光学素子の配置位置に自由度があるが、図５に示す例では、光源装置９１および入射光学系９２は、これらの各光軸が互いに一致するように配置され、観察光学系９７および撮像装置９８は、これらの各光軸が互いに一致するように配置され、そして、これら光源装置９１および入射光学系９２の光軸と観察光学系９７および撮像装置９８の光軸とが、所定の第１間隔を空けて互いに平行となるように、これら光源装置９１、入射光学系９２、観察光学系９７および撮像装置９８は、配置される。そして、第１半透鏡９３および第１反射鏡９４は、それら各法線が光源装置９１および入射光学系９２の光軸と４５度でそれぞれ交差するように、所定の第２間隔を空けて配置される。したがって、第１半透鏡９３の法線と第１反射鏡９４の法線とは、互いに平行になる。また、第２反射鏡９５は、第１半透鏡９３の光軸（光源装置９１および入射光学系９２の光軸と直交する方向）と観察光学系９７および撮像装置９８の光軸と互いに直交する位置に、第２反射鏡９５の法線が、第１半透鏡９３の光軸と４５度で交差し、そして、観察光学系９７および撮像装置９８の光軸と４５度で交差するように、配置される。第２半透鏡９６は、第２反射鏡９４の光軸（光源装置９１および入射光学系９２の光軸と直交する方向）と観察光学系９７および撮像装置９８の光軸と互いに直交する位置に、第２半透鏡９６の法線が、第１反射鏡９４の光軸と４５度で交差し、そして、観察光学系９７および撮像装置９８の光軸と４５度で交差するように、配置される。したがって、これら第１および第２半透鏡９３、９６の各法線ならびに第１および第２反射鏡９４、９５の各法線は、互いに平行となっている。

そして、第２半透鏡９６では、第１半透鏡９３から第１反射鏡９４を介して当該第２半透鏡９６に至る第１光路を伝播した前記一部の所定光と、第１半透鏡９３から第２反射鏡９５を介して当該第２半透鏡９６に至る第２光路を伝播した前記残余の一部の所定光と、が干渉し、干渉光を生じる。この干渉光は、第２半透鏡９６で観察光学系９７および撮像装置９８に向けられ、撮像装置９８で撮像（検出）される。ここで、測定セル２は、マッハツェンダー干渉計１Ｃにおける第１および第２光路のうちの一方に、より具体的には第１半透鏡９３と第１反射鏡９４との間に配置される。あるいは、第２反射鏡９５と第２半透鏡９６との間等に、測定セル２が配置されてもよい。

このようなトワイマングリーン干渉計１Ｂを用いた屈折率分布測定装置ＳＢやマッハツェンダー干渉計１Ｃを用いた屈折率分布測定装置ＳＣでも、上述したフィゾー干渉計１Ａを用いた屈折率分布測定装置ＳＡ同様に、第１および第２光路のうちの一方の光路に測定セル２が配置されることによって第１および第２光路の間に光学的距離の差が生じ、干渉光に干渉縞が生じる。そして、この干渉縞から上述したように被検物ＳＰの屈折率分布が求められる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｓ、ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ屈折率分布測定装置
ＳＰ測定対象の光学素子
ＳＰａ一方主面
ＳＰｂ他方主面
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ干渉計
２測定セル
３制御演算部
２１第１基準素子
２１ａ一方主面
２２第２基準素子
２２ａ一方主面
３２位相分布演算部
３３屈折率分布演算部

Claims

測定対象の光学素子における屈折率分布の測定に用いられる屈折率分布測定用基準素子であって、
前記測定対象の光学素子を挟む一対の第１および第２基準素子を備え、
前記一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であること
を特徴とする屈折率分布測定用基準素子。
前記面形状は、非球面であること
を特徴とする請求項１に記載の屈折率分布測定用基準素子。
所定光が入射され、前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える干渉計と、
前記２個の第１および第２光路のうちの一方に配置される請求項１または請求項２に記載の屈折率分布測定用基準素子と、
前記干渉計によって形成された干渉縞を測定する干渉縞測定部と、
前記干渉縞測定部で測定された干渉縞に基づいて前記測定対象の光学素子の屈折率分布を求める屈折率分布演算部とを備えること
を特徴とする屈折率分布測定装置。
所定光が入射され前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える干渉計における前記第１および第２光路のうちの一方に、測定対象の光学素子を挟んだ一対の第１および第２基準素子を配置する配置工程と、
前記干渉計によって形成された干渉縞を測定する干渉縞測定工程と、
前記干渉縞測定工程で測定された干渉縞に基づいて前記測定対象の光学素子の屈折率分布を求める屈折率分布演算工程とを備え、
前記一対の第１および第２基準素子の少なくとも一方は、一方主面が前記測定対象の光学素子の面形状と逆の面形状であること
を特徴とする屈折率分布測定方法。