JP2678464B2 - Refractive index measurement method - Google Patents

Refractive index measurement method

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JP2678464B2
JP2678464B2 JP15899288A JP15899288A JP2678464B2 JP 2678464 B2 JP2678464 B2 JP 2678464B2 JP 15899288 A JP15899288 A JP 15899288A JP 15899288 A JP15899288 A JP 15899288A JP 2678464 B2 JP2678464 B2 JP 2678464B2
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政博 大野
亨 千葉
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旭光学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、屈折率測定方法に関し、特に、形状及び
屈折率が未知のプラスチック製のレンズの屈折率及び屈
折率分布を測定するのに適した、屈折率測定方法に関す
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refractive index measuring method, and is particularly suitable for measuring a refractive index and a refractive index distribution of a plastic lens whose shape and refractive index are unknown. It also relates to a refractive index measuring method.

[従来の技術] プラスチックレンズは、レンズの軽量化や原価低減、
あるいは非球面レンズなどに対するニーズから、近年多
用されるようになっている。
[Prior Art] Plastic lenses reduce the weight and cost of lenses.
Or, due to the need for aspherical lenses, etc., they have been widely used in recent years.

しかし、プラスチックレンズを物性面の安定という観
点からみると、ガラスレンズに比べて、製造上、屈折率
及びその分布が不安定で変動が大きい欠点がある。した
がって、プラスチックレンズは、屈折率とその分布を成
形後に一個一個測定する必要がある。この場合、レンズ
を破壊するわけにはいかないから、その測定は容易では
ない。非球面レンズなどであればなおさらである。
However, from the viewpoint of stability of the physical properties of the plastic lens, there is a drawback in that the refractive index and its distribution are unstable and the fluctuation thereof is large in manufacturing, as compared with the glass lens. Therefore, it is necessary to measure the refractive index and its distribution of each plastic lens one by one after molding. In this case, the lens cannot be destroyed, so the measurement is not easy. Especially if it is an aspherical lens.

このようなプラスチックレンズの屈折率の測定方法と
して、従来は次のようなものがあった。
Conventionally, there have been the following methods for measuring the refractive index of such a plastic lens.

用いられる装置は、全体としては、マッハ・ツェンダ
ーの干渉計になっていて、一光束を平面波の参照光とし
て使い、もう一光束中に被検レンズを、被検レンズと屈
折率がほぼ等しいマッチング液に浸してセットする。さ
らに、屈折率参照用として、被検レンズに屈折率の近
い、屈折率既知のガラス試料も同時に液浸してセットす
る。このよな液浸装置をマッハ・ツェンダー干渉計の一
光束中に置くことにより生ずる干渉縞観測において、N
本の干渉縞が観測される間の試料の厚さの差を測定し
て、その測定値から被検レンズの屈折率を求めていた。
The device used is a Mach-Zehnder interferometer as a whole, using one light beam as the reference light of the plane wave, and matching the test lens in the other light beam with a refractive index almost equal to that of the test lens. Set by immersing in liquid. Further, as a reference for the refractive index, a glass sample having a refractive index close to the lens to be inspected and having a known refractive index is simultaneously immersed in the liquid and set. In observing interference fringes generated by placing such an immersion device in one beam of a Mach-Zehnder interferometer, N
The difference in the thickness of the sample was measured while the interference fringes of the book were observed, and the refractive index of the lens under test was determined from the measured value.

[発明が解決しようとする課題] しかし、マッチング液の屈折率は、温度変化等に伴っ
て変動するものである。したがって上述の測定方法で
は、温度が変化すればN本の干渉縞の生じる範囲も変動
し、その度毎にその部分の試料の厚さを測定しなければ
ならない。また、レンズの屈折率分布が一様でなけれ
ば、不規則な形の干渉縞が発生するので、N本の縞とい
うのはどのように解釈すればよいかが困難な事態が生じ
る。したがって、このような場合の屈折率測定において
は、定量解釈が難しい欠点があった。また、そのために
測定の自動化なども困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the refractive index of the matching liquid fluctuates with changes in temperature and the like. Therefore, in the above-described measuring method, if the temperature changes, the range in which N interference fringes occur also changes, and the thickness of the sample in that portion must be measured each time. Further, if the refractive index distribution of the lens is not uniform, irregularly shaped interference fringes are generated, and it is difficult to interpret N fringes. Therefore, in the measurement of the refractive index in such a case, there is a drawback that quantitative interpretation is difficult. In addition, it is difficult to automate the measurement.

この発明は、そのような従来の欠点を解消し、形状及
び屈折率が未知の被検物を破壊せずに、その屈折率と屈
折率分布を測定することができ、しかも定量解釈が容易
で、測定の自動化を行うのも容易な屈折率測定方法を提
供することを目的とする。
The present invention eliminates such conventional drawbacks, the refractive index and the refractive index distribution can be measured without destroying an object whose shape and refractive index are unknown, and the quantitative interpretation is easy. An object of the present invention is to provide a refractive index measuring method which is easy to automate the measurement.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明の屈折率測定方
法は、屈折率及び形状が既知の試料と、屈折率及び形状
が未知の被検物とを第1のマッチング液中に浸し、これ
らにコヒーレント光を透過させて、その透過光波を参照
光波と重ね合わせて干渉縞を発生させ、上記試料を透過
した光波により生ずる干渉縞の強度分布を出力してその
出力から上記第1のマッチング液の屈折率を求めると共
に、上記被検物を透過した光波により生ずる干渉縞の強
度分布を出力して、その出力から、その干渉縞を表す第
1の多項式を求め、次に、上記試料と被検物とを、屈折
率が上記第1のマッチング液とわずかに異なる第2のマ
ッチング液中に浸し、これらに上記コヒーレント光を透
過させて、その透過光波を参照光波と重ね合わせて干渉
縞を発生させ、上記試料を透過した光波により生ずる干
渉縞の強度分布を出力してその出力から上記第2のマッ
チング液の屈折率を求めると共に、上記被検物を透過し
た光波により生ずる干渉縞の強度分布を出力して、その
出力から、その干渉縞を表す第2の多項式を求めて、上
記第1及び第2のマッチング液の屈折率と第1及び第2
の多項式とから上記被検物の形状を求めるようにしたこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the refractive index measuring method of the present invention comprises a sample having a known refractive index and shape, and a test object having an unknown refractive index and shape. Dip in the matching liquid of No. 1 and allow coherent light to pass through them, superimpose the transmitted light wave with the reference light wave to generate interference fringes, and output the intensity distribution of the interference fringes generated by the light wave transmitted through the sample. The refractive index of the first matching liquid is obtained from the output, the intensity distribution of the interference fringes generated by the light wave that has passed through the test object is output, and the first polynomial representing the interference fringes is output from the output. Then, the sample and the test object are dipped in a second matching liquid whose refractive index is slightly different from that of the first matching liquid, and the coherent light is transmitted through these liquids, and the transmitted light wave is transmitted. Superimposition with reference light wave Interference fringes are generated, and the intensity distribution of the interference fringes generated by the light wave that has passed through the sample is output, the refractive index of the second matching liquid is obtained from the output, and the light wave that has passed through the test object is used. The intensity distribution of the generated interference fringes is output, the second polynomial representing the interference fringes is obtained from the output, and the refractive index of the first and second matching liquids and the first and second
The shape of the object to be inspected is obtained from the polynomial of

[作用] 第9図及び第10図は、本発明の屈折率測定方法の測定
原理を示している。x,y,zは座標である。
[Operation] FIG. 9 and FIG. 10 show the measurement principle of the refractive index measuring method of the present invention. x, y, z are coordinates.

まず、屈折率nmが被検物の屈折率ntとほぼ等しいマッ
チング液に浸した被検物に、波長λの平面波を透過させ
た時、その透過波と参照波とによって得られる干渉縞W0
(x,y)を考える。
First, when a plane wave of wavelength λ is transmitted through a test object immersed in a matching liquid whose refractive index n m is almost equal to the refractive index n t of the test object, the interference fringes obtained by the transmitted wave and the reference wave. W 0
Consider (x, y).

被検物の各面の形状を、 I面:Z1=S1(x,y) II面:Z2=S2(x,y) とし、中心肉厚をdとすると、両面のSag量合計Sag(x,
y)は Sag(x,y)=S1(x,y)+S2(x,y) …(1) である。
If the shape of each surface of the object is I surface: Z 1 = S 1 (x, y) II surface: Z 2 = S 2 (x, y), and the center wall thickness is d, the amount of sag on both surfaces Total Sag (x,
y) is Sag (x, y) = S 1 (x, y) + S 2 (x, y) (1).

一方、屈折率nt(x,y)を、平均屈折率nt0と屈折率分
布Δnt(x,y)とに分離すると、 Wo(x,y)=Sag(x,y)・[nt0−nm] +[d−Sag(x,y)]Δnt(x,y) …(2) (2)式よりマッチング液の屈折率nmを測定すれば、
W0(x,y)はnt0及びΔnt(x,y)のみの関数になるが、
一般には、この二つのパラメータを分離して求めること
はできない。
On the other hand, if the refractive index n t (x, y) is separated into the average refractive index n t0 and the refractive index distribution Δn t (x, y), W o (x, y) = Sag (x, y) · [ n t0 -n m] + [d -Sag (x, y)] Δn t (x, y) ... (2) (2) by measuring the refractive index n m of the matching liquid from the equation,
W 0 (x, y) is a function of only n t0 and Δn t (x, y),
Generally, these two parameters cannot be obtained separately.

さて、ここで上記の(2)式を、波面収差の展開式で
は一般的なツェルニケの多項式を用いて展開すると、 Wo(x,y)=Sag(x,y)・[nt0−nm]+[d−Sag(x,y)]Δnt(x,y) =C1+C2ρcos+C3ρsin+C4(2ρ−1)+C5ρ2cos2+… と書ける。
Now, if the above formula (2) is expanded using a Zernike polynomial that is generally used in the wavefront aberration expansion formula, then W o (x, y) = Sag (x, y) ・ [n t0 −n m ] + [d−Sag (x, y)] Δn t (x, y) = C 1 + C 2 ρcos + C 3 ρsin + C 4 (2ρ 2 −1) + C 5 ρ 2 cos 2 + ...

C2cos,C3ρsinはチルト項、 C4(2ρ−1)はディフォーカス項(W2) C5ρ2cos2+…は収差項(W) である。C 2 cos and C 3 ρ sin are tilt terms, C 4 (2ρ 2 −1) is a defocus term (W 2 ), C 5 ρ 2 cos 2 + ... Is an aberration term (W).

そして、今[nt0−nm]≒0だから、Sag(x,y)・[n
t0−nm]は2次関数で近似でき、ディフォーカス項とほ
ぼ等しくなる。
Then, since [n t0 −n m ] ≈ 0, Sag (x, y) · [n
t0 −n m ] can be approximated by a quadratic function, and is approximately equal to the defocus term.

第11図は、一方の面が球面(曲率半径r)、他方の面
が平面(曲率半径∞)、直径がDであって屈折率分布の
ない種々のRナンバー(R=r/D)の被検物を考え、そ
の被検物に対して、縞本数3本(W0=3λ)及び1本
(W0=1λ)なる縞を観測可能なようにマッチング液の
調合を行ったと想定した場合の、収差項(ΔW)の値を
示している。縞読取の再現性をRmsでλ/25とすれば、縞
本数3本の場合でもR>0.7となる。
FIG. 11 shows that one surface is a spherical surface (radius of curvature r), the other surface is a flat surface (radius of curvature ∞), the diameter is D, and there are various R numbers (R = r / D) with no refractive index distribution. Considering the test object, it was assumed that the matching solution was prepared so that the test object could have three stripes (W 0 = 3λ) and one stripe (W 0 = 1λ). In this case, the value of the aberration term (ΔW) is shown. If the reproducibility of fringe reading is λ / 25 in Rms, R> 0.7 even when the number of fringes is three.

したがって、ほとんどのRナンバーの被検物が、縞読
取再現性以下となり、観測された干渉縞の成分がディフ
ォーカス項のみで表されることを示している。
Therefore, most of the R-number test objects have fringe reading reproducibility or less, indicating that the observed interference fringe component is represented only by the defocus term.

したがって、読み取った縞W0(x,y)のディフォーカ
ス項から[nt0−nm]が求められ、収差項WからΔn
t(x,y)が求められ、二つのパラメータの分離が可能と
なる。すなわち、 (Se1,Se2は、第9図に示されるように、被検物両面の
最大Sag量である。) したがって、被検物のSag量即ち形状がわかれば、そ
の被検物の屈折率分布が多項式の収差項から求まり、さ
らにマッチング液の屈折率を知れば、多項式のディフォ
ーカス項から、被検物の平均屈折率が求まる。
Therefore, [n t0 −n m ] is obtained from the defocus term of the read fringe W 0 (x, y), and Δn is obtained from the aberration term W.
The t (x, y) is obtained, and the two parameters can be separated. That is, (Se 1 and Se 2 are maximum Sag amounts on both sides of the test object as shown in FIG. 9.) Therefore, if the Sag amount, that is, the shape of the test object is known, the refractive index of the test object is determined. The distribution can be obtained from the aberration term of the polynomial, and if the refractive index of the matching liquid is known, the average refractive index of the test object can be obtained from the defocus term of the polynomial.

そこで、本発明においては、測定に際して、屈折率が
互いにわずかに異なる第1と第2のマッチング液を用い
て、その各々の場合における干渉縞解析から、まず被検
物のSag量を求めている。
Therefore, in the present invention, at the time of measurement, the first and second matching liquids having slightly different refractive indexes are used, and the Sag amount of the test object is first obtained from the interference fringe analysis in each case. .

即ち、第1と第2のマッチング液の屈折率をnm1,nm2
とし、第1と第2のマッチング液を用いたときに生じる
干渉縞をW01,W02とすると、 W01(x,y)=Sag(x,y)・[nt0−nm1] +[d−Sag(x,y)]Δnt(x,y) …(3) W02(x,y)=Sag(x,y)・[nt0−nm2] +[d−Sag(x,y)]Δnt(x,y) …(4) したがって(3)−(4)より、 となり、各マッチング液の屈折率nm1,nm2を求めれば、
(5)式から被検物のSag量が求まる。
That is, the refractive indices of the first and second matching liquids are set to be n m1 , n m2
And the interference fringes generated when the first and second matching liquids are used are W 01 and W 02 , W 01 (x, y) = Sag (x, y) · [n t0 −n m1 ] + [D−Sag (x, y)] Δn t (x, y) (3) W 02 (x, y) = Sag (x, y) · [n t0 −n m2 ] + [d−Sag (x , y)] Δn t (x, y) (4) Therefore, from (3)-(4), Then, if the refractive indices n m1 and n m2 of each matching liquid are obtained,
The Sag amount of the test object can be obtained from the equation (5).

なお、マッチング液の屈折率は、試料の既知の屈折率
と形状とから求めればよい。
The refractive index of the matching liquid may be obtained from the known refractive index and shape of the sample.

[実施例] 第1図は、本発明に用いられる測定装置を示してお
り、この装置は基本的にはマッハ・ツェンダーの干渉計
になっている。1は、コヒーレント光(波長λ)を出射
するコヒーレント光源であり、例えば、He−Neレーザ光
源が用いられる。コヒーレント光源1から出射された光
線は、ビームエキスパンダレンズ2によって拡げられ、
コリメータレンズ3によって平行光束となる。4は第1
のハーフミラーであり、このハーフミラー4で反射され
た光束は可動ミラー5でさらに反射されて透明容器6を
透過する。可動ミラー5は、その角度を任意に微動(チ
ルト)させることができる。
[Example] FIG. 1 shows a measuring apparatus used in the present invention, and this apparatus is basically a Mach-Zehnder interferometer. Reference numeral 1 denotes a coherent light source that emits coherent light (wavelength λ), for example, a He-Ne laser light source. The light beam emitted from the coherent light source 1 is expanded by the beam expander lens 2,
The collimator lens 3 forms a parallel light beam. 4 is the first
The light flux reflected by the half mirror 4 is further reflected by the movable mirror 5 and transmitted through the transparent container 6. The movable mirror 5 can arbitrarily finely move (tilt) its angle.

透明容器6は、歪みのないガラスで形成されている。
7は、開閉自在な蓋である。透明容器6内には、被検レ
ンズ10の材質がポリメチルメタクリレート(アクリル)
の場合には、例えばジメチルシリコンオイルとフェニル
メチルシリコンオイルとを混合したマッチング液8が入
っている。
The transparent container 6 is formed of glass without distortion.
Reference numeral 7 denotes an openable / closable lid. In the transparent container 6, the material of the test lens 10 is polymethyl methacrylate (acryl).
In the case of (1), for example, a matching liquid 8 in which dimethyl silicone oil and phenylmethyl silicone oil are mixed is contained.

マッチング液8内には、第2図にも示されるように、
屈折率ng及び形状(θ,L)が既知のガラス試料9と、屈
折率nt及び形状(d,Sag(x,y))が未知の被検レンズ10
とが並列に、透過光束に対して垂直に配置されている。
被検レンズ10は、一般には例えばポリメチルメタクリレ
ート(アクリル)等のプラスチック製のレンズが対象と
なるが、ガラスその他の材質のレンズを対象にしてもよ
い。
In the matching liquid 8, as shown in FIG.
A glass sample 9 having a known refractive index ng and a shape (θ, L), and a lens 10 to be tested whose refractive index n t and a shape (d, Sag (x, y)) are unknown.
And are arranged in parallel and perpendicular to the transmitted light flux.
The lens 10 to be inspected is generally a plastic lens such as polymethylmethacrylate (acrylic), but may be a lens made of glass or other material.

第1のハーフミラー4を透過した光束は、第1の固定
ミラー11で反射された後、さらに第2のハーフミラー12
で反射されて、被検レンズ10又はガラス試料9を通って
きた光波と重ね合わせられる。そして、2つの光波の重
なりによって生じる干渉縞が、第1の結像レンズ13によ
って撮像素子14表面上に結像する。
The light beam transmitted through the first half mirror 4 is reflected by the first fixed mirror 11 and then further reflected by the second half mirror 12.
Are superimposed on the light wave which has been reflected by the lens 10 and passed through the lens 10 to be inspected or the glass sample 9. Then, an interference fringe generated by the overlap of the two light waves forms an image on the surface of the imaging element 14 by the first imaging lens 13.

この第1の結像レンズ13と撮像素子14とは、一体とな
って図において上下方向に移動できるように設けられて
いる。したがって、第1図においては第1の結像レンズ
13が被検レンズ10に対向しているが、第3図に示される
ように第1の結像レンズ13をガラス試料9に対向させる
こともできる。
The first imaging lens 13 and the imaging element 14 are provided so as to be integrally movable in the vertical direction in the figure. Therefore, in FIG. 1, the first imaging lens
Although the lens 13 faces the lens 10 to be measured, the first imaging lens 13 may face the glass sample 9 as shown in FIG.

第1図に戻って、撮像素子14は、例えば50×50個の独
立した光電素子により形成されている。そして、その出
力端に、AD変換器15、デジタル用演算回路16及び表示装
置17が順次接続されている。また、演算回路16には、演
算に必要なデータを記憶するメモリ18と、既知のデータ
を入力する入力回路19とが順次接続されている。尚、演
算回路16としては、マイクロコンピュータその他の演算
装置を用いることができる。
Returning to FIG. 1, the imaging element 14 is formed of, for example, 50 × 50 independent photoelectric elements. An AD converter 15, a digital operation circuit 16, and a display device 17 are sequentially connected to the output terminal. Further, the arithmetic circuit 16 is sequentially connected with a memory 18 for storing data necessary for the arithmetic operation and an input circuit 19 for inputting known data. Note that the arithmetic circuit 16 can be a microcomputer or other arithmetic device.

20は、透明容器6内の状態を観察するための観察装置
であり、第2のハーフミラー12に対向して設けられた第
2の固定ミラー21と、第2の結像レンズ22と、その結像
位置に設けられた撮像装置23とテレビモニタ24とにより
構成されている。
Reference numeral 20 denotes an observation device for observing the state in the transparent container 6, and includes a second fixed mirror 21 provided to face the second half mirror 12, a second imaging lens 22, It is composed of an imaging device 23 and a television monitor 24 provided at the image forming position.

本発明の測定方法によって被検レンズ10の屈折率測定
を行うには、まず、ガラス試料9に関する既知のデータ
(ng,θ,L)を入力回路19からメモリ18に入力して記憶
しておく。
In order to measure the refractive index of the lens 10 to be measured by the measuring method of the present invention, first, known data (ng, θ, L) regarding the glass sample 9 is input from the input circuit 19 to the memory 18 and stored. .

次に、マッチング液8の屈折率を調整する。この調整
は、被検レンズ10を透過した光波によって生ずる干渉縞
の数が例えば3本以下になるように、テレビモニタ24を
見ながら行う。干渉縞が1本以下になって、消えてしま
ってもよい。具体的には、透明容器6の蓋7を取り外し
ておいて、マッチング液8を構成する2種のシリコンオ
イルのうちの一方をスポイト等で容器6内に点滴し、マ
ッチング液8を撹拌混合すればよい。このようにして屈
折率nm1の確定したものが、本発明における第1のマッ
チング液である。
Next, the refractive index of the matching liquid 8 is adjusted. This adjustment is performed while watching the television monitor 24 so that the number of interference fringes generated by the light wave that has passed through the lens 10 to be inspected is, for example, three or less. The interference fringes may be reduced to one or less and disappear. Specifically, with the lid 7 of the transparent container 6 removed, one of the two types of silicone oil forming the matching liquid 8 is dropped into the container 6 with a dropper or the like, and the matching liquid 8 is stirred and mixed. Good. The first matching liquid of the present invention has the refractive index n m1 thus determined.

次に、第3図に示されるように、第1の結像レンズ13
をガラス試料9に対向させる。すると、第4図に示され
るように、ガラス試料9を透過した光波と参照光波との
重なりによって発生する干渉縞30が、撮像素子14に結像
する。そして、そのときの撮像素子14からの出力によっ
て、その縞の空間周波数F1を演算回路16において演算す
る。これは公知のディスクリート・フーリエ・トランス
フォーム(DFT)により行うことができるが、さらに高
速なファースト・フーリエ・トランスフォーム(FFT)
によるのがよい。
Next, as shown in FIG.
Is made to face the glass sample 9. Then, as shown in FIG. 4, an interference fringe 30 generated by an overlap between the light wave transmitted through the glass sample 9 and the reference light wave forms an image on the image sensor 14. Then, the spatial frequency F 1 of the stripe is calculated in the arithmetic circuit 16 by the output from the image sensor 14 at that time. This can be done with the well-known Discrete Fourier Transform (DFT), but faster Fast Fourier Transform (FFT)
Good.

この場合、撮像素子14上の干渉縞30に対して直角をな
す、第5図に示されるような線分31上の出力から、第6
図に示されるような略サインカーブ状の明るさの強度分
布を演算する。そして、その強度分布から、FFTによっ
て干渉縞の空間周波数F1を演算し、その値から第1のマ
ッチング液8の屈折率nm1を求める。
In this case, from the output on the line segment 31 which is perpendicular to the interference fringes 30 on the image pickup device 14 as shown in FIG.
An intensity distribution of brightness in a substantially sinusoidal shape as shown in the figure is calculated. Then, the spatial frequency F 1 of the interference fringes is calculated from the intensity distribution by the FFT, and the refractive index n m1 of the first matching liquid 8 is obtained from the calculated value.

即ち、 F1=k1/L(nm1−ng)L・tanθ=λk1 であるから、 nm1=ng+λ・F1/tanθ により求められる。そして、nm1の値はメモリ18に記憶
しておく。
That is, since F 1 = k 1 / L (n m1 −ng) L · tan θ = λk 1, it can be calculated by n m1 = ng + λ · F 1 / tan θ. Then, the value of n m1 is stored in the memory 18.

次に、第1図に示されるように、第1の結像レンズ13
を被検レンズ10に対向させる。すると、被検レンズ10を
透過した光波と参照光波との重なりによって発生する干
渉縞40が、第7図に示されるように、撮像素子14に結像
する。そのときの撮像素子14からの出力を、演算回路16
において、まず高精度縞解析にかける。この解析は、可
動ミラー5を微小角度回動して縞にチルトを与え、例え
ば公知の空間的フリンジ走査法により行う。そして位相
を決定して、ひきつづき演算回路16において第1の多項
式W01(x,y)に展開する。本実施例においては例えばツ
ェルニケの多項式に展開してメモリ18に記憶する。
Next, as shown in FIG. 1, the first imaging lens 13
Is opposed to the lens 10 to be inspected. Then, the interference fringes 40 generated by the superposition of the light wave that has passed through the lens 10 to be inspected and the reference light wave form an image on the image sensor 14, as shown in FIG. The output from the image sensor 14 at that time is calculated by the arithmetic circuit 16
First, a high-precision fringe analysis is performed. This analysis is performed by, for example, a known spatial fringe scanning method by turning the movable mirror 5 by a slight angle to give a tilt to the stripe. Then, the phase is determined and subsequently expanded in the arithmetic circuit 16 into the first polynomial W 01 (x, y). In the present embodiment, for example, the Zernike polynomial is expanded and stored in the memory 18.

次に、マッチング液8の混合比を少し変化させる。こ
の場合も、マッチング液8を構成する2種のシリコンオ
イルのうちの一方をスポイト等で容器6内に点滴し、撹
拌混合する。このようにして屈折率nm2の確定したもの
が、本発明における第2のマッチング液である。この場
合、第1のマッチング液の屈折率nm1が被検レンズ10の
屈折率ntよりわずかに大きかったら、第2のマッチング
液の屈折率nm2をntよりわずかに小さく調整し、逆に、n
m1がntよりわずかに小さかったら、nm2をntよりわずか
に大きく調整するとよい。
Next, the mixing ratio of the matching liquid 8 is slightly changed. Also in this case, one of the two types of silicone oil that forms the matching liquid 8 is dropped into the container 6 with a dropper or the like, and the mixture is stirred and mixed. The second matching liquid of the present invention has the determined refractive index nm2 . In this case, if the refractive index n m1 of the first matching liquid is slightly larger than the refractive index n t of the lens 10 to be measured, the refractive index n m2 of the second matching liquid is adjusted to be slightly smaller than n t. , N
If m1 is slightly smaller than n t , then n m2 should be adjusted slightly larger than n t .

次に、上述の第1のマッチング液を用いた場合と全く
同様にして、ガラス試料9を透過した光波と参照光波と
の重なりによって発生する干渉縞から、第2のマッチン
グ液の屈折率nm2を求めて、その値をメモリ18に記憶す
る。
Next, in exactly the same manner as in the case of using the first matching liquid described above, the refractive index n m2 of the second matching liquid is calculated from the interference fringes generated by the overlapping of the light wave transmitted through the glass sample 9 and the reference light wave. And stores the value in the memory 18.

次いで、やはり上述の第1のマッチング液を用いた場
合と全く同様にして、被検レンズ10を透過した光波と参
照光波との重なりによって干渉縞を発生させる。第8図
は、その時に撮像素子14に結像する干渉縞50を例示して
いる。そして、そのときの撮像素子14の出力から、演算
回路16において干渉縞を第2の多項式W02(x,y)に展開
する。そして、この多項式のディフォーカス項と収差項
とをメモリ18に記憶しておく。
Next, in the same manner as in the case of using the above-mentioned first matching liquid, interference fringes are generated by the superposition of the light wave transmitted through the lens 10 to be inspected and the reference light wave. FIG. 8 exemplifies the interference fringes 50 imaged on the image pickup device 14 at that time. Then, from the output of the image pickup device 14 at that time, the interference fringes are developed into the second polynomial W 02 (x, y) in the arithmetic circuit 16. Then, the defocus term and the aberration term of this polynomial are stored in the memory 18.

次いで、まず、第1と第2の多項式W01,W02の差と第
1と第2のマッチング液の屈折率nm1、nm2の差とから、
被検レンズのSag量(即ち形状)を、 として求める。
Next, first, from the difference between the first and second polynomials W 01 and W 02 and the difference between the refractive indices n m1 and n m2 of the first and second matching liquids,
The Sag amount (that is, shape) of the lens to be inspected, Ask as.

そして最大Sag量(Se1+Se2)を求めて、メモリ18か
ら第2のマッチング液の屈折率nm2を読み出し、第2の
多項式のディフォーカス項から、被検レンズ10の平均屈
折率nt0を、 として求め、その結果を表示装置17に出力して表示す
る。
Then, the maximum Sag amount (Se 1 + Se 2 ) is obtained, the refractive index n m2 of the second matching liquid is read from the memory 18, and the average refractive index n t0 of the lens to be inspected 10 is read from the defocus term of the second polynomial. To And outputs the result to the display device 17 for display.

また、メモリ18から、被検レンズ10の各部分の肉厚
[d−Sag(x,y)]を読み出し、第2の多項式の収差項
(W)から、被検レンズ10の屈折率分布Δn(x,y)
を、 として求め、その結果を表示装置17に出力して表示す
る。
The thickness [d-Sag (x, y)] of each portion of the lens 10 to be inspected is read from the memory 18, and the refractive index distribution Δn of the lens 10 to be inspected is determined from the aberration term (W) of the second polynomial. (X, y)
To And outputs the result to the display device 17 for display.

尚、上記実施例においては、第2の多項式のディフォ
ーカス項と収差項をメモリ18に記憶して、それを測定分
析に用いたが、第2の多項式に代えて第1の多項式を用
いてもよい。その場合には、被検レンズ10の平均屈折率
nt0は、 として求まる。nm1は第1のマッチング液の屈折率であ
る。
In the above embodiment, the defocus term and the aberration term of the second polynomial are stored in the memory 18 and used for the measurement analysis. However, the first polynomial is used instead of the second polynomial. Good. In that case, the average refractive index of the lens 10 to be inspected
n t0 is Is obtained as n m1 is the refractive index of the first matching liquid.

[発明の効果] 本発明の屈折率測定方法によれば、被検物はマッチン
グ液に浸すだけなので、測定に際して被検物を破壊する
必要がない。しかも、干渉縞の強度分布の出力から、干
渉縞を表す多項式のディフォーカス項を取り出すことに
より、屈折率及び形状が未知の被検物の平均屈折率が求
まり、多項式の収差項から屈折率分布が求まるので、定
量的に求めることが可能であり、したがって自動解析等
も容易に行うことができる等の優れた効果を有する。
[Effects of the Invention] According to the refractive index measuring method of the present invention, since the test object is only immersed in the matching liquid, it is not necessary to destroy the test object during the measurement. Moreover, by extracting the defocus term of the polynomial representing the interference fringes from the output of the intensity distribution of the interference fringes, the average refractive index of the object whose refractive index and shape are unknown can be obtained. Therefore, it has an excellent effect that it can be quantitatively determined, and therefore automatic analysis and the like can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図ないし第3図は本発明による測定を行う測定装置
の一例を示す略示図、第4図ないし第6図はマッチング
液の屈折率を求める手順を示す略示図、第7図及び第8
図は被検レンズを透過した光波により撮像素子表面に生
ずる干渉縞を示す略示図、第9図及び第10図は本発明の
測定原理を説明する略示図、第11図は本発明の測定原理
による測定精度を説明する線図である。
1 to 3 are schematic diagrams showing an example of a measuring apparatus for performing the measurement according to the present invention, and FIGS. 4 to 6 are schematic diagrams showing a procedure for obtaining the refractive index of a matching liquid, FIG. 7 and FIG. 8th
FIG. 9 is a schematic diagram showing interference fringes generated on the surface of an image pickup device by a light wave transmitted through a lens to be inspected, FIGS. 9 and 10 are schematic diagrams illustrating the measurement principle of the present invention, and FIG. It is a diagram explaining the measurement accuracy based on the measurement principle.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】屈折率及び形状が既知の試料と、屈折率及
び形状が未知の被検物とを第1のマッチング液中に浸
し、これらにコヒーレント光を透過させて、その透過光
波を参照光波と重ね合わせて干渉縞を発生させ、上記試
料を透過した光波により生ずる干渉縞の強度分布を出力
してその出力から上記第1のマッチング液の屈折率を求
めると共に、上記被検物を透過した光波により生ずる干
渉縞の強度分布を出力して、その出力から、その干渉縞
を表す第1の多項式を求め、次に、上記試料と被検物と
を、屈折率が上記第1のマッチング液とわずかに異なる
第2のマッチング液中に浸し、これらに上記コヒーレン
ト光を透過させて、その透過光波を参照光波と重ね合わ
せて干渉縞を発生させ、上記試料を透過した光波により
生ずる干渉縞の強度分布を出力してその出力から上記第
2のマッチング液の屈折率を求めると共に、上記被検物
を透過した光波により生ずる干渉縞の強度分布を出力し
て、その出力から、その干渉縞を表す第2の多項式を求
めて、上記第1及び第2のマッチング液の屈折率と第1
及び第2の多項式とから上記被検物の形状を求めるよう
にしたことを特徴とする屈折率測定方法。
1. A sample having a known refractive index and shape and an object having an unknown refractive index and shape are dipped in a first matching liquid to allow coherent light to pass therethrough, and the transmitted light wave is referred to. An interference fringe is generated by superimposing it on the light wave, the intensity distribution of the interference fringe generated by the light wave transmitted through the sample is output, the refractive index of the first matching liquid is obtained from the output, and the interference is transmitted through the test object. The intensity distribution of the interference fringes generated by the generated light wave is output, the first polynomial representing the interference fringe is obtained from the output, and then the sample and the test object are matched to each other with the first matching index of refraction. The second matching liquid, which is slightly different from the liquid, is soaked in the second matching liquid, the coherent light is transmitted therethrough, the transmitted light wave is superposed on the reference light wave to generate interference fringes, and the interference fringes caused by the light wave transmitted through the sample. Strength of The cloth is output, the refractive index of the second matching liquid is obtained from the output, and the intensity distribution of the interference fringes generated by the light wave transmitted through the test object is output, and the interference fringe is represented from the output. The second polynomial is obtained and the refractive index of the first and second matching liquids and the first
And a second polynomial, the shape of the object to be inspected is obtained.
【請求項2】上記第1又は第2の多項式のディフォーカ
ス項と収差項とを分離して、上記ディフォーカス項と上
記第1又は第2のマッチング液の屈折率とから上記被検
物の平均屈折率を求めるようにした請求項1記載の屈折
率測定方法。
2. The defocus term and the aberration term of the first or second polynomial are separated, and the object to be inspected is determined from the defocus term and the refractive index of the first or second matching liquid. The refractive index measuring method according to claim 1, wherein the average refractive index is obtained.
【請求項3】上記第1又は第2の多項式のディフォーカ
ス項と収差項とを分離して、上記収差項から上記被検物
の屈折率分布を求めるようにした請求項1記載の屈折率
測定方法。
3. The refractive index according to claim 1, wherein the defocus term and the aberration term of the first or second polynomial are separated, and the refractive index distribution of the object to be examined is obtained from the aberration term. Measuring method.
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