WO2022230193A1 - 屈折率測定装置及び屈折率測定方法 - Google Patents

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富田恵多
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オリンパス株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods

Definitions

  • the present invention relates to a refractive index measuring device and a refractive index measuring method.
  • Patent Document 1 describes a technique of combining a Michelson interference optical system and a low coherence light source and analyzing the interference signal in order to measure the phase refractive index of a test object having a curved surface with high accuracy.
  • a refractive index measuring apparatus includes a light source switching unit that selectively switches between coherent light and low-coherence light to emit light.
  • a light source unit having a light source unit, a light beam splitting unit that splits a light beam from the light source unit into a measurement light beam and a reference light beam, a reference optical system that has a first light collecting optical system that collects the reference light beam on a reference mirror, and a measurement a measuring optical system having a second condensing optical system for condensing a light beam onto a measuring mirror; and a second scanning stage provided in the optical path of the measuring optical system for driving the measuring mirror and the lens under test in the direction along the optical axis of the measuring optical system.
  • a detector for detecting an interference signal between the light beam returning from the reference optical system and the light beam returning from the measuring optical system, and a processor.
  • the processor switches the luminous flux from the light source section to coherent light by the light source switching section, and based on the interference signal of the luminous flux from the reference optical system and the luminous flux from the measurement optical system, the reference optical system and the measurement optical system are switched.
  • an optical path length adjusting unit that adjusts the optical path length of, a light beam from the reference optical system, a light beam from the measurement optical system that has passed through the test lens while the test lens is held on the second scanning stage,
  • a center thickness calculator that calculates the center thickness of the lens to be inspected based on the interference signal of the second scanning stage, and a light source switching unit that switches the light beam from the light source unit to low coherence light, and shifts the lens to be inspected to the second scanning stage.
  • a Fourier transform unit converts the interference signal between the reference beam and the measurement beam into a complex spectrum signal including the spectrum phase by Fourier transform analysis, and the calculation result of the second derivative of the spectrum phase is converted into the dispersion of the refractive index.
  • a refractive index calculator that applies a nonlinear least squares method to the equation to determine the coefficients of the dispersion equation.
  • a refractive index measuring method includes a light source light supply step of selectively switching between coherent light and low coherence light and emitting the light, and and a reference beam, a reference beam generation step having a first focusing optical system for focusing the reference beam onto the reference mirror, and a second focusing step for focusing the measurement beam onto the measurement mirror.
  • a measurement optical generation step having an optical optical system; a first scanning step of driving a reference mirror and a first condensing optical system in a direction along the optical axis of the reference optical system; a second scanning step of driving the measurement optical system in a direction along the optical axis; a detection step of detecting an interference signal between the light beam obtained by the reference light generation step and the light beam obtained by the measurement optical generation step; Optical path length for adjusting the optical path length between the reference optical system and the measurement optical system based on the interference signal between the light flux from the reference optical system and the light flux from the measurement optical system, by switching the light flux from the supply process to coherent light.
  • a central thickness calculation step of calculating the central thickness of the lens to be inspected Based on the interference signal between the adjustment step, the light beam from the reference optical system, and the light beam from the measurement optical system that has passed through the lens to be inspected while the lens to be inspected is held on the second scanning stage, A central thickness calculation step of calculating the central thickness of the lens to be inspected; A Fourier transform process of converting the interference signal with the measurement light beam into a complex spectral signal including the spectral phase by Fourier transform analysis, and applying the calculation result of the second derivative of the spectral phase to the dispersion formula of the refractive index by the nonlinear least-squares method. and a refractive index calculation step of determining the coefficients of the dispersion equation.
  • the present invention it is possible to provide a refractive index measuring device and a refractive index measuring method that can measure the phase refractive index of a lens to be tested with high accuracy and simply.
  • FIG. 1 is a schematic system configuration diagram showing the system configuration of a refractive index measurement apparatus according to first, second, and third embodiments of the present invention
  • FIG. FIG. 3 is a functional block diagram showing the functional configuration of a processor of the refractive index measurement apparatuses of the first, second, and third embodiments of the present invention
  • 4 is a flow chart showing an example of refractive index measurement in the first embodiment of the present invention
  • 4 is a flow chart showing an example of a process for calculating the central thickness of the lens to be inspected
  • (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing a configuration for measuring the central thickness of the lens to be examined.
  • (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing measurement results and calculation results regarding interference fringes.
  • FIG. 9 is a flow chart showing an example of refractive index measurement in the second embodiment of the present invention.
  • (a), (b), (c), (d), (e), and (f) are diagrams showing measurement results and calculation results regarding interference fringes according to the second embodiment. It is a figure which shows the relationship between a wavelength and a phase refractive index. It is a flow chart which shows an example of refractive index measurement in a 3rd embodiment of the present invention.
  • the refractive index measuring devices of the first, second, and third embodiments (hereinafter referred to as "refractive index measuring devices of the present embodiments") have a basic configuration.
  • the basic configuration of the refractive index measuring device of this embodiment will be described.
  • a refractive index measuring device 100 of this embodiment is a device for measuring the refractive index of a lens 14 to be examined.
  • the type of the test lens 14 is not particularly limited, and an appropriate convex lens or concave lens can be adopted. An example in the case of a biconvex positive lens will be described below as an example.
  • the refractive index measuring device is a light source unit having a light source switching unit that selectively switches between coherent light and low-coherence light and emits the light; a beam splitting unit that splits the beam from the light source unit into a measurement beam and a reference beam; a reference optical system having a first condensing optical system for condensing the reference beam onto the reference mirror; a measuring optical system having a second condensing optical system for condensing the measuring light flux onto the measuring mirror; a first scanning stage provided in the optical path of the reference optical system for driving the reference mirror and the first condensing optical system in a direction along the optical axis of the reference optical system; a second scanning stage provided in the optical path of the measurement optical system for driving the measurement mirror and the lens under test in a direction along the optical axis of the measurement optical system; a detector that detects an interference signal between the light flux returning from the reference optical system and the light flux returning from the measurement optical system; a processor;
  • the processor The light beam from the light source unit is switched to coherent light by the light source switching unit, and the optical path length between the reference optical system and the measurement optical system is determined based on the interference signal between the light beam from the reference optical system and the light beam from the measurement optical system.
  • an optical path length adjusting unit that adjusts the Based on the interference signal between the luminous flux from the reference optical system and the luminous flux from the measurement optical system that has passed through the lens to be inspected while the lens to be inspected is held on the second scanning stage, the center of the lens to be inspected is determined.
  • a central thickness calculator that calculates the thickness;
  • the light beam from the light source unit is switched to low coherence light by the light source switching unit, and the spectrum phase is determined by Fourier transform analysis of the interference signal between the reference light beam and the measurement light beam while the test lens is held on the second scanning stage.
  • a Fourier transform unit for transforming a complex spectral signal comprising a refractive index calculation unit that applies a calculation result obtained by second-order differentiation of the spectral phase to the dispersion formula of the refractive index by a nonlinear least-squares method to determine the coefficients of the dispersion formula.
  • the refractive index measurement device 100 will be specifically described below.
  • the refractive index measurement device 100 has a light source section 1, a Michelson interferometer 19, a photodiode 23 (detection section), a CMOS camera 27 (detection section), a spectroscope 29 (detection section), and a processor 30.
  • the light source unit 1 includes a low coherence light source 1A that supplies low coherence light, a single frequency laser light source 1B that supplies coherent light, a condenser lens 2A, a condenser lens 2B, a single mode fiber 3, a coherent light and a low coherence light. It has a light source switching unit 4 that selectively switches between and emits coherence light.
  • the single-frequency laser light source 1B is not particularly limited as long as it is configured to generate coherent light, and for example, a laser light source with an appropriate wavelength can be adopted.
  • the low-coherence light source 1A is not particularly limited as long as it is configured to generate low-coherence light.
  • the light source switching unit 4 is electrically connected to a processor 30 to be described later, and the switching operation is controlled by the processor 30 .
  • the specific configuration of the light source switching unit 4 depends on the configuration of the low coherence light source 1A and the single frequency laser light source 1B, but for example, a prism that is movably supported, or a configuration in which the light path is blocked by a light shielding plate can be used. .
  • the refractive index measuring device is The measurement optics and the reference optics are formed by a Michelson interferometer,
  • the Michelson interferometer is a first laser length measuring device that measures the position of the reference mirror; and a second laser length measuring device for measuring the position of the measuring mirror.
  • a specific description will be given below. Note that other interferometers (Twyman-Green interferometer, etc.) can be used without being limited to the Michelson interferometer.
  • the Michelson interferometer 19 has a polarizing plate 6 , a beam splitter (beam splitter) 7 , a reference optical system 12 and a measurement optical system 18 .
  • the beam splitter splits the beam from the light source unit 1 into a measurement beam and a reference beam.
  • the reference optical system 12 has a first condensing lens 8 (first condensing optical system), a reference mirror 9 , a first laser length measuring device 10 and a first scanning stage 11 .
  • the first condensing lens 8 is a first condensing optical system that converges the reference beam onto the reference mirror 9 .
  • the measuring optical system 18 has a second condensing lens 13 (second condensing optical system), a lens to be inspected 14, a measuring mirror 15, a second laser length measuring device 16, and a second scanning stage 17. .
  • the second condensing lens 13 is a second condensing optical system for condensing the measurement light flux onto the measurement mirror 15 .
  • Optical signals from the reference optical system 12 and the measurement optical system 18 pass through the condenser lens 20 and the diaphragm 21 and enter the beam splitter 22 .
  • a light beam reflected by the optical path splitting surface of the beam splitter 22 is incident on the photodiode 23 .
  • the light flux that has passed through the optical path splitting surface of the beam splitter 22 passes through the aperture stop 24 and the collimator lens 25 and enters the beam splitter 26 .
  • a light beam transmitted through the optical path splitting surface of the beam splitter 26 enters the CMOS camera 27 .
  • Processor 30 analyzes the optical interference signal from CMOS camera 27 .
  • the light flux (frequency interference signal) reflected by the optical path splitting surface of the beam splitter 26 passes through the condenser lens 28 and enters the spectroscope 29 .
  • Processor 30 analyzes the frequency interference signal.
  • Processor 30 includes light source switching unit 4 , stage controller 32 , first laser length measuring device 10 , second laser length measuring device 16 , photodiode 23 , CMOS camera 27 , spectrometer 29 , display unit 31 , operation unit 33 . connected to and controlled.
  • the low coherence light source 1A is a laser light source with a broadband wavelength.
  • an SLD super luminescent diode
  • an optical frequency comb light source is used.
  • the coherence length of the low-coherence light source 1A that is, the resolution in the optical axis direction is expressed by the following equation (1).
  • the coherence length ⁇ Z coh 26 ⁇ m.
  • the single-frequency laser light source 1B is a laser light source with a narrow linewidth wavelength.
  • a He--Ne laser light source or a semiconductor laser light source, for example, is used as the single-frequency laser light source 1B.
  • the polarizing plate 6 transmits only a unidirectional polarized component of the parallel light emitted from the collimator lens 5 .
  • the processor 30 calculates the temperature of the measurement environment with respect to the optical path length L c between the reference mirror 9 and the first laser length measuring device 10 and the optical path length L c between the measuring mirror 15 and the second laser length measuring device 16. Equipped with a mechanism for feedback control of T, humidity H, and atmospheric pressure P.
  • the refractive index n air of air can be measured by using Edren's formula of the following formula (2) and the temperature T, humidity H, and atmospheric pressure P of the measurement environment.
  • the optical path length Lc is measured with high accuracy by the following formula (3).
  • L0 Lc ⁇ n air formula (3) here, L c is the optical path length (mm); L 0 is the length measurement value (mm), n air is the refractive index of air.
  • the Michelson interferometer 19 splits the incident light from the light source unit 1 into two, reference light and measurement light, by the beam splitter 7 .
  • the light flux reflected by the beam splitter 7 enters the reference optical system 12 .
  • the light transmitted through the condensing lens 8 is condensed on the surface of the reference mirror 9 and reflected. A reference beam is thus obtained.
  • the luminous flux that has passed through the beam splitter 7 enters the measuring optical system 18 .
  • the light transmitted through the condensing lens 13 and the lens 14 to be inspected is condensed on the surface of the measuring mirror 15 and reflected. Measurement light is thus obtained.
  • the reference light and the measurement light return along the optical path they traveled through, are superimposed again by the beam splitter 7 , and enter the condenser lens 20 .
  • the first scanning stage 11 and the second scanning stage 17 are connected to the stage controller 32 .
  • Processor 30 controls stage controller 32 .
  • the first scanning stage 11 drives the condenser lens 8 and the reference mirror 9.
  • a second scanning stage 17 drives a measuring mirror 15 .
  • the first laser length measuring device 10 measures the amount of movement of the first scanning stage 11 .
  • a second laser length measuring device 16 measures the amount of movement of the second scanning stage 17 .
  • the processor 30 measures the stage movement amounts of the first scanning stage 11 and the second scanning stage 17 via the stage controller 32 with high accuracy at a sampling period of approximately 1 MHz to 100 kHz.
  • a fringe scanning method (fringe scanning method) is performed in the refractive index measurement process described later. Therefore, at least in the direction along the optical axis of the measurement optical system, within a movement range of about one wavelength of the wavelength of the light flux of the single-frequency laser light source 1B, the wavelength can be divided into a plurality of equal parts. Precision is required.
  • the first scanning stage 11 also has a micro-movement mechanism driven by, for example, a piezo element.
  • the processor 30 is connected to a display unit 31 that displays the video of the interference fringe image, image data that has undergone image processing, calculated numerical data, and the like.
  • the display unit 31 may always display the image captured by the detection unit (photodiode 23, CMOS camera 27, spectroscope 29), but displays the image only when the occurrence of identifiable interference fringes is detected. You may do so.
  • the photodiode 23 is a detector that converts an optical signal into an electrical signal.
  • the photodiode 23 uses, for example, a balance detector. As a result, the signal intensity of low coherence interference can be measured with high accuracy.
  • FIG. 2 shows the functional configuration of the measurement control section 150 that the processor 30 has.
  • the measurement control unit 150 performs operation control of the refractive index measurement device 100 and calculations for refractive index measurement.
  • the measurement control section 150 has an optical path length adjustment section 151 , a central thickness calculation section 152 , a Fourier transform section 153 and a refractive index calculation section 154 .
  • the measurement control unit 150 performs overall control of the refractive index measurement device 100 .
  • the measurement control unit 150 controls the light source unit 1, the first scanning stage 11, the second scanning stage 17, the stage controller 32, the first laser length measuring device 10, and the second laser. It is communicably connected to the length measuring device 16 .
  • the measurement control unit 150 is communicably connected to an optical path length adjustment unit 151, a center thickness calculation unit 152, a Fourier transform unit 153, and a refractive index calculation unit 154 in the measurement control unit 150.
  • the measurement control unit 150 can send control signals and data to each, and obtain calculation results from each.
  • the optical path length information sent from the first laser length measurement device 10 and the second laser length measurement device 16 is sent to the optical path length adjustment unit 151 via the measurement control unit 150 .
  • the wavefront information sent from the detector (photodiode 23, CMOS camera 27, spectroscope 29) is sent to the central thickness calculator 152 and the Fourier transform unit 153 via the measurement controller 150.
  • the measurement control unit 150 also includes an operation unit 33 for the operator to perform operation input to control the operation of the refractive index measurement apparatus 100, and a text or image display unit for information about the control and calculation results performed by the measurement control unit 150.
  • a display unit 31 for displaying by means of the like is connected.
  • the operation unit 33 has, for example, operation input means such as a keyboard, mouse, and operation buttons. Examples of operation inputs performed by the operator include starting and stopping of the refractive index measurement apparatus 100, selection of the type of measurement, operation inputs for driving the first scanning stage 11 and the second scanning stage 17, and the like. can be done. Each operation input is converted into a control signal or numerical information as necessary and sent to the measurement control section 150 .
  • the optical path length adjustment unit 151 switches the light beam from the light source unit 1 to coherent light by the light source switching unit 4, and based on the interference signal of the light beam from the reference optical system 12 and the light beam from the measurement optical system 18, , to adjust the optical path length between the reference optical system 12 and the measuring optical system 18 .
  • the central thickness calculator 152 calculates the light flux from the reference optical system 12 and the light flux from the measurement optical system 18 that has passed through the lens 14 while the lens 14 is held on the second scanning stage 17.
  • the central thickness of the lens 14 to be examined is calculated based on the interference signal of .
  • the Fourier transform unit 153 switches the light beam from the light source unit 1 to low coherence light by the light source switching unit 4, and converts the light beam from the detection unit (photodiode 23, An interference signal between the reference beam and the measurement beam acquired by the CMOS camera 27 and the spectroscope 29) is converted into a complex spectral signal including the spectral phase by Fourier transform analysis.
  • the refractive index calculator 154 applies the calculation result obtained by second-order differentiation of the spectral phase to the dispersion formula of the refractive index by the nonlinear least-squares method to determine the coefficients of the dispersion formula.
  • the device configuration of the measurement control unit 150 is a computer comprising a CPU, memory, input/output interface, external storage device, and the like. This computer executes control programs and arithmetic programs corresponding to the functions described above.
  • FIGS. 3 and 4 show the process of measuring and analyzing the phase refractive index of the lens under test 14 using Fourier transform analysis of low coherence interference fringes.
  • step S101 of FIG. 3 the center thickness of the lens 14 to be examined is calculated.
  • FIG. 4, which will be described later, is a flow chart showing the process of calculating the center thickness of the lens 14 to be examined.
  • the process of calculating the central thickness of the lens 14 to be examined is a process commonly used in the first, second, and third embodiments.
  • step S201 the light source switching unit 4 switches the light flux from the light source unit 1 to the coherent light from the single-frequency laser light source 1B and emits the coherent light.
  • the beam splitter 7 splits the coherent light from the light source unit 1 into a measurement light beam that is transmitted through the splitting surface and a reference light beam that is reflected by the splitting surface.
  • step S203 the first condensing lens 8 (first condensing optical system) converges the reference light flux onto the reference mirror 9.
  • step S204 the second condensing lens 13 (second condensing optical system) converges the measurement light flux onto the measurement mirror 15.
  • step S ⁇ b>205 the first scanning stage 11 moves the reference mirror 9 and the first condenser lens 8 along the optical axis of the first condenser lens 8 , that is, along the optical axis of the reference optical system 12 . direction.
  • step S206 the second scanning stage 17 moves the measurement mirror 15 and the lens under test 14 in the direction along the optical axis of the second condenser lens 13, that is, in the direction along the optical axis of the measurement optical system 18. to drive.
  • step S207 the photodiode 23 and CMOS camera 27 detect an interference signal.
  • step S208 the central thickness calculator 152 calculates the central thickness of the lens 14 to be examined.
  • FIGS. 5(a), (b), (c), and (d) show the configuration from the second collecting mirror 12 to the second length measuring device 16 in the measuring optical system 18.
  • the first scanning stage 11 in the reference optical system 12, the CMOS camera 27, and the single-frequency laser light source 1B are used without the lens 14 to be inspected.
  • the phase of the reference light beam is changed, and measurement is performed by the fringe scanning method (fringe scanning method).
  • L1 be the length measurement value in this state.
  • the coefficient of the Z4 term of the Zernike polynomial (Fringe Zernike polynomial) shown in the following equation ( 4 ) is measured.
  • Zernike polynomials are orthogonal polynomials defined on the unit circle.
  • the Z4 term coefficient is related to the amount of defocus.
  • the second scanning stage 17 is driven based on the calculated defocus amount ⁇ Z.
  • the condensing point 13a of the second condensing lens 13 is adjusted on the surface of the measuring mirror 15 with high accuracy.
  • the measured length value of the second laser length measuring device 16 for measuring the distance to the measuring mirror 15 is defined as L2.
  • Equation ( 3 ) the coefficient of the Z4 term of the Zernike polynomial (Fringe Zernike polynomial) shown in Equation ( 3 ) is calculated.
  • the second scanning stage 17 has a holding section (not shown) that fixes and holds the lens 14 to be inspected.
  • the condensing point 13a of the second condensing lens 13 is precisely placed on the surface of the lens 14 to be inspected. adjust.
  • the length measurement value of the second laser length measuring device 16 at that time is assumed to be L3.
  • the central thickness L of the lens to be inspected 14 can be measured with high accuracy according to the following equation (6).
  • L L2 - L3 Formula ( 6 ) where L is the central thickness (mm) of the lens 14 to be tested; L 2 is the length measurement value (mm) of the second laser length measuring device 16; L 3 is the length measurement value (mm) of the second laser length measuring device 16 .
  • the second scanning stage 17 is driven based on the central thickness L when the lens 14 to be examined is inserted.
  • the condensing point 13a of the second condensing lens 13 is aligned with the interface between the lens 14 to be inspected and the measuring mirror 15 with high accuracy.
  • the length measurement value of the second laser length measuring device 16 at that time is assumed to be L4.
  • the center thickness L of the lens 14 to be inspected is measured, and the condensing point 13a of the second condenser lens 13 is aligned with the boundary surface between the lens 14 to be inspected and the measuring mirror 15 with high accuracy. be able to.
  • the processor The light source switching unit switches the luminous flux from the light source unit to low coherence light, changing the optical path length of the reference beam by driving the first scanning stage in the optical axis direction of the reference optical system;
  • the detection unit measures the interference fringe signal of the reference light flux and the measurement light flux that has passed through the lens under test and has been reflected by the measurement mirror.
  • step S101 the central thickness of the lens 14 to be examined is calculated.
  • step S101 the center thickness is calculated from the above-described steps S201 to S208.
  • step S102 the light source switching unit 4 switches the light emitted from the collimator lens 5 from the single frequency laser light source 1B to the low coherence light source 1A.
  • the coherence length is given by equation (1) above.
  • step S103 first, the stage controller 32 drives the first scanning stage 11 at high speed to a position where the CMOS camera 27 detects the low coherence interference signal from the low coherence light source 1A, and then stops. At this time, the optical path length of the reference optical system 12 and the optical path length of the measurement optical system 18 are equal.
  • step S103 the stage controller 32 then drives the first scanning stage 11 at a low speed. Then, a CMOS camera 27 or a photodiode 23 acquires a low coherence interference signal from the low coherence light source 1A. At this time, the measurement control unit 150 uses the first laser length measuring device 10 to synchronize the low coherence interference signal and the length measurement value of the first laser length measuring device 10, and performs calibration. .
  • the method for measuring low-coherence interference fringes in step S103 is time domain-optical coherence tomography (TD-OCT).
  • step S104 the Fourier transform unit 153 Fourier transforms and analyzes the low coherence interference signal shown in FIG. 6(a). As a result, the complex spectral signals shown in FIGS. 6(b) and 6(c) are obtained.
  • FIG. 6(b) shows the spectrum amplitude intensity.
  • FIG. 6(c) shows the spectral phase ⁇ ( ⁇ ).
  • the spectral phase ⁇ ( ⁇ ) in FIG. 6(c) is folded as the signal goes from ⁇ to + ⁇ . Therefore, by performing a phase unwrapping process (phase unwrapping), the spectral phase ⁇ ( ⁇ ) shown in FIG. 6(d) is converted into a phase-unwrapped waveform.
  • the nonlinear least-squares method is applied to the result of second-order differentiation of the spectral phase ⁇ ( ⁇ ), for example, to the Sellmeier dispersion formula of formula (8) below.
  • the refractive index calculator 154 can calculate the phase refractive index n p ( ⁇ ) from the visible region to the near-infrared region by calculating the coefficients of the Sellmeier dispersion formula.
  • the nonlinear least-squares method shown in steps S105 to S109 is the Gauss-Newton method.
  • the method is not limited to this, and for example, the Levenberg-Marquardt method may be used.
  • the Levenberg-Marquardt method generally requires more operations until convergence than the Gauss-Newton method.
  • the Levenberg-Marquardt method has the advantage of stably converging even when the initial value is far from the optimum value.
  • step S105 initial values A 0 , B 0 , C 0 , D 0 , E 0 , and F 0 of the Sellmeier dispersion formula of Equation (8) are set in order to apply the nonlinear least squares method described above. . If the type of glass material is known, the catalog value (value provided by the glass material manufacturer) or theoretical value of the glass material is input as the initial value.
  • step S106 the initial values A 0 , B 0 , C 0 , D 0 , E 0 , and F 0 of the Sellmeier dispersion formula are applied to the nonlinear least-squares algorithm shown in Equation (9) below.
  • a n , B n , C n , D n , E n , and F n be the input values when the nonlinear least squares algorithm is repeated n times.
  • step S107 the calculation results ⁇ A n , ⁇ B n , ⁇ C n , ⁇ D n , ⁇ E n , and ⁇ F n of the non-linear least-squares method algorithm are compared with the set threshold values to determine whether the following conditions are satisfied: .
  • threshold conditions are shown below. ⁇ A n ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ B n ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ C n ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ D n ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ E n ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ F n ⁇ 10 ⁇ 5
  • step S107 If the determination result in step S107 is false (No), that is, if the calculation result of the nonlinear least-squares method algorithm exceeds the threshold, the process proceeds to step S108.
  • step S108 the calculation shown in the following equation (10) is performed, and the input values A n+1 , B n+1 , C n+1 , D n+1 , E n+1 and F n+1 are calculated.
  • step S109 the coefficients A, B, C, D, E, and F of the Sellmeier dispersion formula are calculated.
  • step S110 the phase refractive index n p ( ⁇ ) in the visible to near-infrared region can be calculated from the coefficients A, B, C, D, E, and F of the Sellmeier dispersion formula described above, as shown in FIG. .
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the process of measuring and analyzing the phase index of refraction of the lens under test 14 using Fourier transform phase analysis of frequency fringes.
  • the processor The light source switching unit switches the luminous flux from the light source unit to low coherence light, making the optical path length of the reference beam constant by fixing the first scanning stage;
  • the detection part is a spectroscope, A spectroscope measures the frequency interference signal between the reference light flux and the measurement light flux that has passed through the lens under test and is reflected by the measurement mirror.
  • step S301 the central thickness L of the lens 14 to be examined is measured.
  • the procedure for measuring the center thickness L is the same as the procedure already explained with reference to FIGS. Therefore, overlapping explanations are omitted.
  • step S302 after the central thickness L of the lens 14 to be measured is measured, the light source switching unit 4 switches the light emitted from the collimator lens 5 from the single frequency laser light source 1B to the low coherence light source 1A.
  • step S303 the stage controller 32 drives the first scanning stage 11 at high speed to a position where the low coherence interference signal from the low coherence light source 1A is measured by the CMOS camera 27, and then stops. At this time, the optical path length of the reference optical system 12 and the optical path length of the measurement optical system 18 become equal. A spectroscope 29 acquires a frequency interference signal from the low coherence light source 1A.
  • the measurement method in step S303 is called Fourier domain-optical coherence tomography (FD-OCT).
  • FD-OCT Fourier domain-optical coherence tomography
  • the optical path length of the reference optical system 12 and the optical path length of the measurement optical system 18 must be equal.
  • step S304 the above-described frequency interference signal shown in FIG. 8(a) is subjected to Fourier transform phase analysis.
  • the frequency interference signal is subjected to inverse Fourier transform, it can be converted into a time-axis signal having a DC component and two AC components (AC component 1 and AC component 2) shown in FIG. 8(b).
  • FIG. 8(c) shows a signal obtained by extracting only the AC component 1 through a bandpass filter and shifting the AC component 1 to the origin of the time axis.
  • FIGS. 8(d) and (e) respectively show complex spectral signals obtained by Fourier transforming the shifted AC signal 1.
  • FIG. 8(d) shows the spectral amplitude intensity.
  • FIG. 8(e) shows the spectral phase ⁇ ( ⁇ ).
  • step S310 the refractive index of the test lens 14 is calculated.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating the process of measuring and analyzing the phase index of refraction of the lens under test 14 using Fourier transform phase analysis of frequency fringes.
  • the processor When the center thickness of the test lens held by the second scanning stage is equal to or greater than a predetermined thickness, The light source switching unit switches the luminous flux from the light source unit to low coherence light, changing the optical path length of the reference beam by driving the first scanning stage in the optical axis direction of the reference optical system; The detection unit measures interference fringe signals of the reference beam and the measurement beam transmitted through the lens to be inspected and reflected by the measurement mirror, The processor When the center thickness of the test lens placed on the second scanning stage is equal to or less than a predetermined thickness, The light source switching unit switches the luminous flux from the light source unit to low coherence light, Fixing the first stage makes the optical path length of the reference beam constant, A spectroscope, which is a detection unit, measures the frequency interference signal between the reference light flux and the measurement light flux that has passed through the lens to be inspected and has been reflected by the measurement mirror. A specific description will be given below.
  • step S401 the central thickness L of the lens 14 to be examined is measured.
  • the procedure for measuring the center thickness L is the same as the procedure already explained with reference to FIGS. Therefore, overlapping explanations are omitted.
  • the measured center thickness L of the lens 14 under test is subjected to Fourier transform analysis of low coherence interference fringes (S404, S405) or Fourier transform phase analysis of frequency interference fringes ( S406, S407) is used to measure and analyze the phase refractive index.
  • step S403 the value of the measured central thickness L of the lens 14 under test is determined to be true (Yes) when 5 mm ⁇ L, and false (No) when 5 mm>L.
  • step S403 If the determination result in step S403 is true, proceed to step S404. If the determination result in step S403 is false, the process proceeds to step S406.
  • the interference fringe spacing of the frequency interference fringes measured by the spectroscope 29 may exceed the wavelength resolution of the spectroscope 29 . If the interference fringe interval exceeds the wavelength resolution of the spectroscope 29, the frequency interference fringes cannot be measured with high accuracy. Therefore, the process proceeds to step S404. On the other hand, if 5 mm>L, the process proceeds to step S406 where mechanical driving of the first scanning stage 11 is unnecessary during measurement. By proceeding to step S406, the measurement time can be shortened compared to when proceeding to step S404.
  • the refractive index of the lens to be examined can be measured with high precision and in a short period of time, corresponding to the central thickness of the lens to be examined.
  • the following refractive index measuring method can be performed by the refractive index measuring apparatus 100 according to the basic configuration, the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment described above.
  • the refractive index measurement method is a light source light supply step of selectively switching between coherent light and low-coherence light to emit light; a beam splitting step of splitting the beam from the light source light supply step into a measurement beam and a reference beam; a reference beam generating step having a first condensing optical system for condensing the reference beam onto the reference mirror; a measurement light generation step having a second condensing optical system for condensing the measurement light flux onto the measurement mirror; a first scanning step of driving the reference mirror and the first condensing optical system in a direction along the optical axis of the reference optical system; a second scanning step of driving the measuring mirror and the lens to be inspected in a direction along the optical axis of the measuring optical system; a detection step of detecting an interference signal between the luminous flux obtained by the reference light generating step and the luminous flux obtained by the measurement optical generating step; The light flux from the light source light supply step is switched to coherent light, and the optical path length between the reference optical system and the measurement
  • an optical path length adjustment step Based on the interference signal between the luminous flux from the reference optical system and the luminous flux from the measurement optical system that has passed through the lens to be inspected while the lens to be inspected is held on the second scanning stage, the center of the lens to be inspected is determined.
  • a central thickness calculation step of calculating the thickness In a state in which the light beam from the light source light supply step is switched to low coherence light and the lens to be inspected is held in the second scanning step, the interference signal between the reference light beam and the measurement light beam is subjected to Fourier transform analysis to determine the spectral phase.
  • a Fourier transform step to convert to a complex spectral signal comprising and a refractive index calculation step of applying a calculation result obtained by second-order differentiation of the spectral phase to the dispersion formula of the refractive index by a nonlinear least-squares method to determine the coefficients of the dispersion formula.
  • the refractive index measurement method described above is the step of calculating the refractive index described using the flowcharts in the first, second, and third embodiments.
  • the present invention is useful for a refractive index measurement apparatus and a refractive index measurement method that can measure the phase refractive index of a lens to be tested with high accuracy and in a simple manner. Suitable for

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Abstract

被検レンズの位相屈折率を高精度かつ簡素に測定できる屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供する。　屈折率測定装置は、光源部１と、光束分割部７と、参照光学系１２と、測定光学系１８と、第１の走査ステージ１１と、第２の走査ステージ１７と、検出部２３、分光器２９、ＣＭＯＳカメラ２７と、プロセッサ３０と、を有し、プロセッサ３０は、参照光学系１２と測定光学系１８との光路長を調整する光路長調整部１５１と、被検レンズ１４の中心厚さを算出する中心厚さ算出部１５２と、参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換部１５３と、スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する屈折率算出部１５３と、を有する。

Description

屈折率測定装置及び屈折率測定方法
　本発明は、屈折率測定装置及び屈折率測定方法に関する。
　特許文献１には、曲面等を有する被検物の位相屈折率を高精度に計測するため、マイケルソン干渉光学系と低コヒーレンス光源を組み合わせ、その干渉信号を解析する技術が記載されている。
特開２０１３－１８６１１７号公報
　特許文献１に開示された屈折率計測装置では、被検物を、空気中および空気とは異なる位相屈折率を有する媒質、例えばマッチングオイル中に設置して、複数回の測定が必要である。このように、従来は、測定手順が複雑である、という問題があった。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、被検レンズの位相屈折率を高精度かつ簡素に測定できる屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る屈折率測定装置は、可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源切替部を有する光源部と、光源部からの光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、参照光束を参照ミラーに集光する第１の集光光学系を有する参照光学系と、測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光学系と、参照光学系の光路内に設けられ、参照ミラーと第１の集光光学系を参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査ステージと、測定光学系の光路内に設けられ、測定用ミラーと被検レンズを測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査ステージと、参照光学系から戻る光束と測定光学系から戻る光束との干渉信号を検出する検出部と、プロセッサと、を有する。
　プロセッサは、光源部からの光束を光源切替部により可干渉光に切り替え、参照光学系からの光束と、測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、参照光学系と測定光学系との光路長を調整する光路長調整部と、参照光学系からの光束と、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で被検レンズを透過した測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出部と、光源部からの光束を光源切替部により低コヒーレンス光に切り替え、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で、参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換部と、スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する屈折率算出部と、を有する。
　また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る屈折率測定方法は、可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源光供給工程と、光源光供給工程による光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割工程と、参照光束を参照ミラーへ集光する第１の集光光学系を有する参照光生成工程と、測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光学生成工程と、参照ミラーと第１の集光光学系を参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査工程と、測定用ミラーと被検レンズを測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査工程と、参照光生成工程により得られる光束と測定光学生成工程により得られる光束との干渉信号を検出する検出工程と、光源光供給工程による光束を可干渉光に切り替え、参照光学系からの光束と、測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、参照光学系と測定光学系との光路長を調整する光路長調整工程と、参照光学系からの光束と、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で、被検レンズを透過した測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出工程と、光源光供給工程による光束を低コヒーレンス光に切り替え、被検レンズを第２の走査工程において保持している状態で、参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換工程と、スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する屈折率算出工程と、を有する。
　本発明によれば、被検レンズの位相屈折率を高精度かつ簡素に測定できる屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供できる。
本発明の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の屈折率測定装置のシステム構成を示す模式的なシステム構成図である。 本発明の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の屈折率測定装置のプロセッサの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態における屈折率測定の一例を示すフローチャートである。 被検レンズの中心厚さを算出する工程の一例を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、被検レンズの中心厚さを測定する構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、干渉縞に関する測定結果、演算結果を示す図である。 本発明の第２実施形態における屈折率測定の一例を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、第２実施形態の干渉縞に関する測定結果、演算結果を示す図である。 波長と位相屈折率との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態における屈折率測定の一例を示すフローチャートである。
　実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
　第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の屈折率測定装置（以下、「本実施形態の屈折率測定装置」という）は基本構成を有する。本実施形態の屈折率測定装置の基本構成について説明する。
（屈折率測定装置の基本構成）
　図１に示すように、本実施形態の屈折率測定装置１００は、被検レンズ１４の屈折率測定を行う装置である。被検レンズ１４の種類は、特に限定されず、適宜の凸レンズ、凹レンズを採用することができる。以下では、一例として、両凸正レンズの場合の例で説明する。
　本実施形態に係る屈折率測定装置は、
　可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源切替部を有する光源部と、
　光源部からの光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、
　参照光束を参照ミラーに集光する第１の集光光学系を有する参照光学系と、
　測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光学系と、
　参照光学系の光路内に設けられ、参照ミラーと第１の集光光学系を参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査ステージと、
　測定光学系の光路内に設けられ、測定用ミラーと被検レンズを測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査ステージと、
　参照光学系から戻る光束と測定光学系から戻る光束との干渉信号を検出する検出部と、
　プロセッサと、を有する。
　プロセッサは、
　光源部からの光束を光源切替部により可干渉光に切り替え、参照光学系からの光束と、測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、参照光学系と測定光学系との光路長を調整する光路長調整部と、
　参照光学系からの光束と、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で被検レンズを透過した測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出部と、
　光源部からの光束を光源切替部により低コヒーレンス光に切り替え、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で、参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換部と、
　スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する屈折率算出部と、を有する。以下、具体的に屈折率測定装置１００を説明する。
　屈折率測定装置１００は、光源部１、マイケルソン干渉計１９、フォトダイオード２３（検出部）、ＣＭＯＳカメラ２７（検出部）、分光器２９（検出部）、プロセッサ３０を有する。
　光源部１は、低コヒーレンス光を供給する低コヒーレンス光源１Ａ、可干渉光を供給する単一周波数レーザ光源１Ｂ、集光レンズ２Ａ、集光レンズ２Ｂ、シングルモードファイバ３と、可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源切替部４を有する。
　単一周波数レーザ光源１Ｂは、可干渉光を発生する構成であれば、特に限定されず、例えば、適宜波長のレーザ光源を採用することができる。低コヒーレンス光源１Ａは、低コヒーレンス光を発生する構成であれば、特に限定されない。
　光源切替部４は、後述するプロセッサ３０に電気的に接続され、プロセッサ３０によって切替動作が制御される。光源切替部４の具体的な構成は、低コヒーレンス光源１Ａ、単一周波数レーザ光源１Ｂの構成にもよるが、例えば、可動支持されたプリズム、遮光板で光路を遮る構成などを用いることができる。
　また、本実施形態に係る屈折率測定装置は、
　測定光学系と参照光学系とは、マイケルソン干渉計により形成され、
　マイケルソン干渉計は、
　参照ミラーの位置を測定する第１のレーザ測長器と、
　測定用ミラーの位置を測定する第２のレーザ測長器と、を有する。以下、具体的に説明する。なお、マイケルソン干渉計に限られず、他の干渉計（トワイマン・グリーン干渉計など）を用いることでもできる。
　光源部１からの光信号は、マイケルソン干渉計１９に入射する。マイケルソン干渉計１９は、偏光板６、ビームスプリッター（光束分割部）７、参照光学系１２、測定光学系１８を有する。光束分割部は、光源部１からの光束を測定光束と参照光束とに分割する。
　参照光学系１２は、第１の集光レンズ８（第１の集光光学系）、参照ミラー９、第１のレーザ測長器１０、第１の走査ステージ１１を有する。第１の集光レンズ８は、参照光束を参照ミラー９に集光する第１の集光光学系である。測定光学系１８は、第２の集光レンズ１３（第２の集光光学系）、被検レンズ１４、測定用ミラー１５、第２のレーザ測長器１６、第２の走査ステージ１７を有する。第２の集光レンズ１３は、測定光束を測定用ミラー１５に集光する第２の集光光学系である。
　参照光学系１２と測定光学系１８からの光信号は、集光レンズ２０、絞り２１を経て、ビームスプリッター２２へ入射する。ビームスプリッター２２の光路分割面を反射した光束は、フォトダイオード２３に入射する。
　ビームスプリッター２２の光路分割面を透過した光束は、開口絞り２４、コリメーターレンズ２５を経て、ビームスプリッター２６へ入射する。ビームスプリッター２６の光路分割面を透過した光束は、ＣＭＯＳカメラ２７に入射する。プロセッサ３０は、ＣＭＯＳカメラ２７からの光干渉信号を解析する。
　また、ビームスプリッター２６の光路分割面を反射した光束（周波数干渉信号）は、集光レンズ２８を経て、分光器２９に入射する。プロセッサ３０は、周波数干渉信号を解析する。
　プロセッサ３０は、光源切替部４、ステージコントローラ３２、第１のレーザ測長器１０、第２のレーザ測長器１６、フォトダイオード２３、ＣＭＯＳカメラ２７、分光器２９、表示部３１、操作部３３に接続されて、制御を行う。
　低コヒーレンス光源１Ａは、波長が広帯域であるレーザ光源である。低コヒーレンス光源１Ａは、例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）や光周波数コム光源が用いられる。低コヒーレンス光源１Ａのコヒーレンス長、即ち光軸方向の分解能は、以下の式（１）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　例えば、低コヒーレンス光源１Ａの中心波長λc＝０．６７５μｍ、帯域Δλ＝０．００８μｍのとき、コヒーレンス長ΔＺcoh＝２６μｍとなる。
　単一周波数レーザ光源１Ｂは、波長が狭線幅であるレーザ光源である。単一周波数レーザ光源１Ｂは、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザ光源や半導体レーザ光源が用いられる。
　偏光板６は、コリメーターレンズ５から出射される平行光のうち、一方向の偏光成分のみを透過させる。
　プロセッサ３０は、参照ミラー９と第１のレーザ測長器１０との光路長Ｌc、測定用ミラー１５と第２のレーザ測長器１６との光路長Ｌcに対して、測定環境の温度Ｔ、湿度Ｈ、気圧Ｐをフィードバック制御する機構を搭載している。例えば、以下の式（２）のエドレンの式と測定環境の温度Ｔ、湿度Ｈ、気圧Ｐを用いることで、空気の屈折率ｎairを測定できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　そして、以下の式(３)により光路長Lcを高精度に測定する。

　Ｌ0＝Ｌc×ｎair　式(３)

　ここで、
　Ｌcは、光路長（ｍｍ)、
　Ｌ0は、測長値（ｍｍ）、
　ｎairは、空気の屈折率、である。
　マイケルソン干渉計１９は、光源部１からの入射光を、ビームスプリッター７によって参照光と測定光との二つに分割する。
　ビームスプリッター７を反射した光束は、参照光学系１２に入射する。集光レンズ８を透過した光は、参照ミラー９の表面に集光され、反射する。これにより、参照光を得る。
　また、ビームスプリッター７を透過した光束は、測定光学系１８に入射する。集光レンズ１３と被検レンズ１４を透過した光は、測定用ミラー１５の表面に集光され、反射する。これにより、測定光を得る。
　参照光と測定光は、進行してきた光路を戻り、再びビームスプリッター７で重ね合わせられ、集光レンズ２０に入射する。
　第１の走査ステージ１１、第２の走査ステージ１７は、ステージコントローラ３２に接続されている。プロセッサ３０は、ステージコントローラ３２を制御する。
　第１の走査ステージ１１は、集光レンズ８と参照ミラー９を駆動する。第２の走査ステージ１７は、測定用ミラー１５を駆動する。また、第１のレーザ測長器１０は、第１の走査ステージ１１の移動量を測定する。第２のレーザ測長器１６は、第２の走査ステージ１７の移動量を測定する。
　プロセッサ３０は、ステージコントローラ３２を介して、第１の走査ステージ１１、第２の走査ステージ１７のステージ移動量を約１ＭＨｚから１００ｋＨｚのサンプリング周期で高精度に測定する。
　後述する屈折率測定工程において縞走査法（フリンジスキャン法）を行う。このため、少なくとも測定光学系の光軸に沿う方向において、単一周波数レーザ光源１Ｂの光束の波長の１波長分程度の移動範囲では、この波長を複数に等分して移動することができる移動精度が必要である。本実施形態では、第１の走査ステージ１１は、例えば、ピエゾ素子などによって駆動される微小移動機構を併せて有する。
　プロセッサ３０には、干渉縞画像の映像、画像処理された画像データ、および算出された数値データ等を表示する表示部３１が接続されている。表示部３１は、検出部（フォトダイオード２３、ＣＭＯＳカメラ２７、分光器２９）が撮像した映像を常時表示していてもよいが、識別可能な干渉縞の発生を検知した場合のみ、映像を写し出すようにしてもよい。
　フォトダイオード２３は、光信号を電気信号に変換する検出器である。フォトダイオード２３は、例えば、バランス検出器を用いる。これにより、高精度に低コヒーレンス干渉の信号強度を測定できる。
　図２は、プロセッサ３０が有する測定制御部１５０の機能構成を示す。測定制御部１５０は、屈折率測定装置１００の動作制御や屈折率測定のための演算を行う。測定制御部１５０は、光路長調整部１５１と、中心厚さ算出部１５２と、フーリエ変換部１５３と、屈折率算出部１５４と、を有する。
　測定制御部１５０は、屈折率測定装置１００の全体制御を行う。測定制御部１５０は、制御対象である光源部１と、第１の走査ステージ１１と、第２の走査ステージ１７と、ステージコントローラ３２と、第１のレーザ測長器１０と、第２のレーザ測長器１６と、通信可能に接続されている。
　また、測定制御部１５０は、測定制御部１５０内の光路長調整部１５１と、中心厚さ算出部１５２と、フーリエ変換部１５３と、屈折率算出部１５４と、通信可能に接続される。測定制御部１５０は、それぞれに制御信号やデータを送出すること、及びそれぞれから演算結果を取得すること、ができる。
　例えば、第１のレーザ測長器１０、第２のレーザ測長器１６から送出された光路長情報は、測定制御部１５０を介して、光路長調整部１５１に送出される。
　また、検出部（フォトダイオード２３、ＣＭＯＳカメラ２７、分光器２９）から送出された波面の情報は、測定制御部１５０を介して、中心厚さ算出部１５２、フーリエ変換部１５３に送出される。
　また、測定制御部１５０は、屈折率測定装置１００の動作を制御するために操作者が操作入力を行うための操作部３３と、測定制御部１５０が行う制御や演算結果に関する情報を文字や画像等によって表示する表示部３１が接続されている。
　操作部３３は、例えば、キーボード、マウス、操作ボタン等の操作入力手段を有する。操作者が行う操作入力の例としては、屈折率測定装置１００の起動、停止、測定種類の選択、第１の走査ステージ１１、第２の走査ステージ１７を駆動するための操作入力等を挙げることができる。各操作入力は、必要に応じて、制御信号や数値情報に換算されて、測定制御部１５０に送出される。
　光路長調整部１５１は、光源部１からの光束を光源切替部４により可干渉光に切り替え、参照光学系１２からの光束と、測定光学系１８からの光束と、の干渉信号とに基づいて、参照光学系１２と測定光学系１８との光路長を調整する。
　中心厚さ算出部１５２は、参照光学系１２からの光束と、被検レンズ１４を第２の走査ステージ１７に保持している状態で被検レンズ１４を透過した測定光学系１８からの光束との干渉信号に基づいて被検レンズ１４の中心厚さを算出する。
　フーリエ変換部１５３は、光源部１からの光束を光源切替部４により低コヒーレンス光に切り替え、被検レンズ１４を第２の走査ステージ１７に保持している状態で、検出部（フォトダイオード２３、ＣＭＯＳカメラ２７、分光器２９）により取得された参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換する。
　屈折率算出部１５４は、スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する。
　測定制御部１５０の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータである。このコンピュータによって、上述した説明した各機能に対応する制御プログラムや演算プログラムが実行されるようになっている。
（第１実施形態）
　図３、図４のフローチャート（Ｓ１０１からＳ１１０、Ｓ２０１からＳ２０８）は、低コヒーレンス干渉縞のフーリエ変換解析を用いて、被検レンズ１４の位相屈折率の計測、及び解析する処理を示している。
　図３のステップＳ１０１において、被検レンズ１４の中心厚さを算出する。
　後に説明する図４は、被検レンズ１４の中心厚さを算出する工程を示すフローチャートである。被検レンズ１４の中心厚さを算出する工程は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態において、共通に使用する工程である。
　図４を用いて被検レンズ１４の中心厚さを算出する工程を説明する。ステップＳ２０１において、光源切替部４は、光源部１からの光束を単一周波数レーザ光源１Ｂからの可干渉光に切り替えて出射する。
　ステップＳ２０１とステップＳ２０２において、ビームスプリッター７は、光源部１からの可干渉光を、分割面において透過する測定光束と、分割面において反射する参照光束とに分割する。
　ステップＳ２０３において、第１の集光レンズ８（第１の集光光学系）は、参照光束を参照ミラー９へ集光する。
　ステップＳ２０４において、第２の集光レンズ１３（第２の集光光学系）は、測定光束を測定用ミラー１５に集光する。
　ステップＳ２０５において、第１の走査ステージ１１は、参照ミラー９と第１の集光レンズ８を、第１の集光レンズ８の光軸に沿った方向、即ち参照光学系１２の光軸に沿った方向に駆動する。
　ステップＳ２０６において、第２の走査ステージ１７は、測定用ミラー１５と被検レンズ１４を、第２の集光レンズ１３の光軸に沿った方向、即ち測定光学系１８の光軸に沿った方向に駆動する。
　ステップＳ２０７において、フォトダイオード２３、ＣＭＯＳカメラ２７は、干渉信号を検出する。
　ステップＳ２０８において、中心厚さ算出部１５２は、被検レンズ１４の中心厚さを算出する。
　次に、被検レンズ１４の中心厚さＬを測定する手順を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて、さらに詳しく説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、測定光学系１８における第２の集光ミラー１２から第２の測長器１６までの構成を示す。
　図５（ａ）に示すように、被検レンズ１４を挿入しない状態において、参照光学系１２内の第１の走査ステージ１１と、ＣＭＯＳカメラ２７と、単一周波数レーザ光源１Ｂを使用する。第１の走査ステージ１１を微小駆動することで、参照光束の位相を変化させ、縞走査法（フリンジスキャン法）による計測を行う。この状態の測長値をＬ1とする。そして、以下の式（４）で示されるゼルニケ多項式（Fringe Zernike多項式）のＺ4項の係数を測定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ゼルニケ多項式は、単位円上で定義された直交多項式である。Ｚ4項の係数は、デフォーカス量に関連している。
　図５（ａ）に示す第２の集光レンズ１３の集光点１３ａと測定用ミラー１５のデフォーカス量ΔＺを、Ｆｒｉｎｇｅ Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｚ4項を使用して、以下の式（５)によって算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図５（ｂ）に示すように、第２の走査ステージ１７を算出したデフォーカス量ΔＺに基づいて駆動する。第２の集光レンズ１３の集光点１３ａを、測定用ミラー１５の表面上に高精度に調整する。その際の、測定用ミラー１５までの距離を測定する第２のレーザ測長器１６の測長値をＬ2とする。
　次に、図５（ｃ）に示すように被検レンズ１４を挿入した状態で、第１の走査ステージ１１とＣＭＯＳカメラ２７と単一周波数レーザ光源１Ｂを使用して、縞走査法（フリンジスキャン法）による計測を行う。そして、式（３）で示されるゼルニケ多項式（Fringe Zernike多項式）のＺ4項の係数を算出する。
　第２の走査ステージ１７は、被検レンズ１４を固定、保持する不図示の保持部を有する。
　図５（ｃ）に示すように、デフォーカス量ΔＺと第２の走査ステージ１７を使用し、第２の集光レンズ１３の集光点１３ａを、被検レンズ１４の表面上に高精度に調整する。その際の第２のレーザ測長器１６の測長値をＬ3とする。
　第２のレーザ測長器１６の測長値Ｌ2、Ｌ3を使用することで、被検レンズ１４の中心厚さＬを以下の式（６）により、高精度に測定できる。
　Ｌ＝Ｌ2―Ｌ3　　式（６）

　ここで
　Ｌは、被検レンズ１４の中心厚さ（ｍｍ）、
　Ｌ2は、第２のレーザ測長器１６の測長値（ｍｍ）、
　Ｌ3は、第２のレーザ測長器１６の測長値（ｍｍ）、である。
　そして、図５（ｄ）に示すように、被検レンズ１４を挿入した際に、中心厚さＬに基づいて第２の走査ステージ１７を駆動する。ＣＭＯＳカメラ２７と単一周波数レーザ光源１Ｂを使用して、第２の集光レンズ１３の集光点１３ａを、被検レンズ１４と測定用ミラー１５の境界面に高精度に合わせる。その際の、第２のレーザ測長器１６の測長値をＬ4とする。
　以上の手順により、被検レンズ１４の中心厚さＬを測定すること、かつ第２の集光レンズ１３の集光点１３ａを被検レンズ１４と測定用ミラー１５の境界面に高精度に合わせることができる。
（屈折率測定）
　次に、図３へ戻り、屈折率測定の手順をフローチャートにより説明する。
　本手順では、
　第２の走査ステージが、被検レンズを保持している場合、
　プロセッサは、
　光源切替部により光源部からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、
　第１の走査ステージを参照光学系の光軸方向に駆動することにより参照光束の光路長を変化させ、
　検出部によって、参照光束と、被検レンズを透過し、測定用ミラーで反射した測定光束との干渉縞信号を測定する。以下、具体的に説明する。
　ステップＳ１０１において、被検レンズ１４の中心厚さを算出する。ステップＳ１０１では、上述のステップＳ２０１からステップＳ２０８の手順より中心厚さを算出する。
　ステップＳ１０２において、光源切替部４によって、コリメーターレンズ５から出射される光を、単一周波数レーザ光源１Ｂから低コヒーレンス光源１Ａに、切り替える。コヒーレンス長は、上述の式（１）で示される。
　ステップＳ１０３において、初めに、ステージコントローラ３２は、第１の走査ステージ１１を、低コヒーレンス光源１Ａによる低コヒーレンス干渉信号がＣＭＯＳカメラ２７によって検出される位置まで、高速に駆動させ、停止させる。この時、参照光学系１２の光路長と、測定光学系１８の光路長は等しい。
　ステップＳ１０３において、次に、ステージコントローラ３２は、第１の走査ステージ１１を低速に駆動させる。そして、低コヒーレンス光源１Ａによる低コヒーレンス干渉信号を、ＣＭＯＳカメラ２７もしくはフォトダイオード２３によって取得する。この際、測定制御部１５０は、第１のレーザ測長器１０を使用することで、低コヒーレンス干渉信号と、第１のレーザ測長器１０との測長値の同期を取り、校正を行う。
　ステップＳ１０３における低コヒーレンス干渉縞の測定方法は、タイムドメイン-光コヒーレンストモグラフィ（ＴＤ‐ＯＣＴ）である。
　ステップＳ１０４において、フーリエ変換部１５３は、図６（ａ）に示す低コヒーレンス干渉信号をフーリエ変換して解析する。これにより、図６（ｂ）、（ｃ）に示す複素スペクトル信号を得られる。
　図６（ｂ）は、スペクトル振幅強度を示す。図６（ｃ）は、スペクトル位相φ（ω）を示す。図６(ｃ)のスペクトル位相φ（ω）は、信号が－πから＋πで、折り返されている。このため、位相接合処理(位相アンラッピング)を行うことによって、図６（ｄ）に示すスペクトル位相φ（ω）が、位相接合された波形へと変換される。
　上述したスペクトル位相φ（ω）と位相屈折率ｎp（ω）の関係式は、上述した被検レンズ１４の中心厚さＬを使用して、以下の式（７）によって表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８において、スペクトル位相φ（ω）を２階微分した結果を、例えば、以下の式(８)のセルマイヤー分散式に対して、非線形最小二乗法を適用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ステップＳ１０９、Ｓ１１０において、屈折率算出部１５４は、セルマイヤー分散式の係数を算出することで、可視から近赤外領域までの位相屈折率ｎp（ω）を算出できる。
　ステップＳ１０５からステップＳ１０９に示す非線形最小二乗法は、Ｇａｕｓｓ‐Ｎｅｗｔｏｎ法である。これに限られず、例えば、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ‐Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を使用しても良い。
　Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ‐Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法は、一般的にＧａｕｓｓ‐Ｎｅｗｔｏｎ法に比べ収束するまで、演算回数が多くなってしまう。しかしながら、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ‐Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法は、初期値が最適値から離れている場合においても、安定して収束できるという利点を有する。
　ステップＳ１０５において、上述した非線形最小二乗法に適用するために、上述の式（８）のセルマイヤー分散式の初期値Ａ0、Ｂ0、Ｃ0、Ｄ0、Ｅ0、Ｆ0を設定する。なお、硝材の種類が判明している場合には、初期値として硝材のカタログ値（硝材メーカーから提供される値）もしくは理論値を入力する。
　ステップＳ１０６において、以下の式（９）で示される非線形最小二乗法アルゴリズムに対して、セルマイヤー分散式の初期値Ａ0、Ｂ0、Ｃ0、Ｄ0、Ｅ0、Ｆ0を適用する。非線形最小二乗法アルゴリズムをｎ回繰り返したときの入力値を、Ａn、Ｂn、Ｃn、Ｄn、Ｅn、Ｆnとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ステップＳ１０７において、非線形最小二乗法アルゴリズムの計算結果ΔＡn、ΔＢn、ΔＣn、ΔＤn、ΔＥn、ΔＦnと、設定した閾値との比較を行い、以下の条件を満足するかに関して判定する。
　閾値の条件の例を以下に示す。
　ΔＡn＜１０-5
　ΔＢn＜１０-5
　ΔＣn＜１０-5
　ΔＤn＜１０-5
　ΔＥn＜１０-5
　ΔＦn＜１０-5
　ステップＳ１０７の判定結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ち非線形最小二乗法アルゴリズムの計算結果が、閾値を上回っていた場合、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、以下の式（１０）に示される計算を行い、（ｎ＋１）回目の非線形最小二乗法アルゴリズムの入力値Ａn+1、Ｂn+1、Ｃn+1、Ｄn+1、Ｅn+1、Ｆn+1が算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ステップＳ１０６からＳ１０８を繰り返すことで、計算値が設定した閾値以下に収束する。そして、ステップＳ１０９においてセルマイヤー分散式の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを算出する。
　ステップＳ１１０において、上述のセルマイヤー分散式の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆより、図９に示すように、可視から近赤外領域の位相屈折率ｎp（ω）を算出できる。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る屈折率測定装置の測定手順について説明する。図７は、周波数干渉縞のフーリエ変換位相解析を使用した、被検レンズ１４の位相屈折率の計測および解析する処理を示すフローチャートである。
　本手順では、第２の走査ステージが、被検レンズを保持している場合、
　プロセッサは、
　光源切替部により光源部からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、
　第１の走査ステージを固定することにより参照光束の光路長を一定にし、
　検出部は分光器であり、
　分光器によって、参照光束と、被検レンズを透過して測定用ミラーで反射した測定光束との周波数干渉信号を測定する。以下、具体的に説明する。
　まず、ステップＳ３０１において、被検レンズ１４の中心厚さＬを測定する。中心厚さＬを測定する手順は、既に図３、図４を用いて説明した手順と同じである。このため、重複する説明は省略する。
　ステップＳ３０２において、被検レンズ１４の中心厚さＬを測定した後、光源切替部４によって、コリメーターレンズ５から出射される光を、単一周波数レーザ光源１Ｂから低コヒーレンス光源１Ａに、切り替える。
　ステップＳ３０３において、ステージコントローラ３２は、第１の走査ステージ１１を、低コヒーレンス光源１Ａによる低コヒーレンス干渉信号が、ＣＭＯＳカメラ２７によって測定される位置まで、高速に駆動させ、停止させる。この時、参照光学系１２の光路長と、測定光学系１８の光路長とは等しくなる。低コヒーレンス光源１Ａによる周波数干渉信号を分光器２９によって取得する。
　ステップＳ３０３の測定方法は、フーリエドメイン－光コヒーレンストモグラフィ（ＦＤ－ＯＣＴ）と呼ばれている。本実施形態では、第１実施形態におけるステップＳ１０３（図３）のタイムドメイン－光コヒーレンストモグラフィ（ＴＤ－ＯＣＴ）と異なり、測定する時に、第１の走査ステージ１１を機械的に駆動させる必要がない。ただし、参照光学系１２の光路長と、測定光学系１８の光路長は等しくする必要がある。
　ステップＳ３０４では、図８（ａ）に示す上述した周波数干渉信号をフーリエ変換位相解析する。周波数干渉信号を逆フーリエ変換すると、図８（ｂ）に示す直流成分と２つの交流成分（交流成分１と交流成分２）を有する時間軸の信号に変換できる。
　図８（ｃ）は、交流成分１のみをバンドパスフィルターによって取り出し、前記交流成分１を時間軸の原点にシフトさせた信号を示す。
　図８（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、前記シフトさせた交流信号１をフーリエ変換したときの複素スペクトル信号を示す。図８（ｄ）は、スペクトル振幅強度を示す。図８（ｅ）は、スペクトル位相φ（ω）を示している。
　次に、図８（ｅ）に示すスペクトル位相φ（ω）は、信号が-πから+πで、折り返されているため、位相接合処理(位相アンラッピング)を行うことによって、図８（ｆ）に示すスペクトル位相φ（ω）は、位相接合された波形へと変換される。
　ステップＳ３０５からステップＳ３０９のセルマイヤー分散式の係数の算出の手順は、第１実施形態のステップＳ１０５からステップＳ１０９（図３）と同じである。
　そして、ステップＳ３１０において、被検レンズ１４の屈折率を算出する。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る屈折率測定装置の測定手順について説明する。図１０は、周波数干渉縞のフーリエ変換位相解析を使用した、被検レンズ１４の位相屈折率の計測および解析する処理を示すフローチャートである。
　本手順では、
　プロセッサは、
　第２の走査ステージに保持された被検レンズの中心厚さが所定の厚さ以上である場合、
　光源切替部により光源部からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、
　第１の走査ステージを参照光学系の光軸方向に駆動することにより参照光束の光路長を変化させ、
　検出部によって、参照光束と、被検レンズを透過し測定用ミラーで反射した測定光束と、の干渉縞信号を測定し、
　プロセッサは、
　第２の走査ステージに載置された被検レンズの中心厚さが所定の厚さ以下である場合、
　光源切替部により光源部からの光束を低コヒーレンス光に切り替え、
　第１のステージを固定することにより参照光束の光路長を一定にし、
　検出部である分光器によって、参照光束と、被検レンズを透過し測定用ミラーで反射した測定光束と、の周波数干渉信号を測定する。以下、具体的に説明する。
　まず、ステップＳ４０１において、被検レンズ１４の中心厚さＬを測定する。中心厚さＬを測定する手順は、既に図３、図４を用いて説明した手順と同じである。このため、重複する説明は省略する。
　図１０のフローチャートは、測定された被検レンズ１４の中心厚さＬをステップＳ４０１の判定条件により、低コヒーレンス干渉縞のフーリエ変換解析（Ｓ４０４、Ｓ４０５）、または周波数干渉縞のフーリエ変換位相解析（Ｓ４０６、Ｓ４０７）を使用し、位相屈折率を計測および解析する処理を示す。
　低コヒーレンス干渉縞のフーリエ変換解析（Ｓ４０４、Ｓ４０５）及びステップＳ４０８からステップＳ４１３は、第１実施形態で説明した処理を行う。
　周波数干渉縞のフーリエ変換位相解析（Ｓ４０６、Ｓ４０７）及びステップＳ４０８からステップＳ４１３は、第２実施形態で説明した処理を行う。
　ステップＳ４０３において、測定した被検レンズ１４の中心厚さＬの値が、５ｍｍ≦Ｌの場合は真（Ｙｅｓ）、５ｍｍ＞Ｌの場合は偽（Ｎｏ）と判定する。
　ステップＳ４０３の判定結果が真の場合、ステップＳ４０４へ進む。ステップＳ４０３の判定結果が偽の場合、ステップＳ４０６へ進む。
　被検レンズ１４の中心厚さＬの値が、５ｍｍ≦Ｌの場合、分光器２９で測定される周波数干渉縞の干渉縞間隔が、分光器２９の波長分解能を超えてしまうおそれがある。干渉縞間隔が、分光器２９の波長分解能を超える場合、高精度に周波数干渉縞を測定することができない。このため、ステップＳ４０４へ進む。一方で、５ｍｍ＞Ｌの場合、測定時に第１の走査ステージ１１の機械的な駆動が不要であるステップＳ４０６へと移行する。ステップＳ４０６へ進むことで、ステップＳ４０４へ進む場合と比較して、測定時間を短くすることが可能となる。
　このように、本実施形態によれば、被検レンズの中心厚さに対応して、高精度かつ短時間で被検レンズの屈折率を測定できる。
　上述した基本構成、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態に係る屈折率測定装置１００により、以下の屈折率測定方法を行うことができる。
　屈折率測定方法は、
　可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源光供給工程と、
　光源光供給工程による光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割工程と、
　参照光束を参照ミラーへ集光する第１の集光光学系を有する参照光生成工程と、
　測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光生成工程と、
　参照ミラーと第１の集光光学系を参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査工程と、
　測定用ミラーと被検レンズを測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査工程と、
　参照光生成工程により得られる光束と測定光学生成工程により得られる光束との干渉信号を検出する検出工程と、
　光源光供給工程による光束を可干渉光に切り替え、参照光学系からの光束と、測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、参照光学系と測定光学系との光路長を調整する光路長調整工程と、
　参照光学系からの光束と、被検レンズを第２の走査ステージに保持している状態で被検レンズを透過した測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出工程と、
　光源光供給工程による光束を低コヒーレンス光に切り替え、被検レンズを第２の走査工程において保持している状態で、検出工程によって参照光束と測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換工程と、
　スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、分散式の係数を決定する屈折率算出工程と、を有する。
　上述の屈折率測定方法は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態において、フローチャートを用いて説明した屈折率を算出する工程である。
　上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
　以上のように、本発明は、被検レンズの位相屈折率を高精度かつ簡素に測定できる屈折率測定装置及び屈折率測定方法に有用である。
に適している。
　１　　光源部
　１Ａ　低コヒーレンス光源
　１Ｂ　単一周波数レーザ光源
　２Ａ、２Ｂ　集光レンズ
　３　シングルモードファイバ
　４　光源切替部
　５　コリメーターレンズ
　６　偏光板
　７　ビームスプリッター
　８　第１の集光レンズ
　９　参照ミラー
　１０　第１のレーザ測長器
　１１　第１の走査ステージ
　１２　参照光学系
　１３　第２の集光レンズ
　１４　被検レンズ
　１５　測定用ミラー
　１６　第２のレーザ測長器
　１７　第２の走査ステージ
　１８　測定光学系
　１９　マイケルソン干渉計
　２０　集光レンズ
　２１　絞り
　２２　ビームスプリッター
　２３　フォトダイオード
　２４　開口絞り
　２５　コリメーターレンズ
　２６　ビームスプリッター
　２７　ＣＭＯＳカメラ
　２８　集光レンズ
　２９　分光器
　３０　プロセッサ
　３１　表示部
　３２　ステージコントローラ
　３３　操作部
　１００　屈折率測定装置
　１５０　測定制御部
　１５１　光路長調整部
　１５２　中心厚さ算出部
　１５３　フーリエ変換部
　１５４　屈折率算出部

Claims (6)

  1. 　可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源切替部を有する光源部と、
    　前記光源部からの光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割部と、
    　前記参照光束を参照ミラーに集光する第１の集光光学系を有する参照光学系と、
    　前記測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光学系と、
    　前記参照光学系の光路内に設けられ、前記参照ミラーと前記第１の集光光学系を前記参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査ステージと、
    　前記測定光学系の光路内に設けられ、前記測定用ミラーと被検レンズを前記測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査ステージと、
    　前記参照光学系から戻る光束と前記測定光学系から戻る光束との干渉信号を検出する検出部と、
    　プロセッサと、を有し、
    　前記プロセッサは、
    　前記光源部からの光束を前記光源切替部により前記可干渉光に切り替え、前記参照光学系からの光束と、前記測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、前記参照光学系と前記測定光学系との光路長を調整する光路長調整部と、
    　前記参照光学系からの光束と、前記被検レンズを前記第２の走査ステージに保持している状態で前記被検レンズを透過した前記測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、前記被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出部と、
    　前記光源部からの光束を前記光源切替部により前記低コヒーレンス光に切り替え、前記被検レンズを前記第２の走査ステージに保持している状態で、前記参照光束と前記測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換部と、
    　前記スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、前記分散式の係数を決定する屈折率算出部と、を有することを特徴とする屈折率測定装置。
  2. 　前記測定光学系と前記参照光学系とは、マイケルソン干渉計により形成され、
    　前記マイケルソン干渉計は、
    　前記参照ミラーの位置を測定する第１のレーザ測長器と、
    　前記測定用ミラーの位置を測定する第２のレーザ測長器と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定装置。
  3. 　前記第２の走査ステージが、前記被検レンズを保持している場合、
    　前記プロセッサは、
    　前記光源切替部により前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、
    　前記第１の走査ステージを前記参照光学系の光軸方向に駆動することにより前記参照光束の光路長を変化させ、
    　前記検出部によって、前記参照光束と、前記被検レンズを透過し、前記測定用ミラーで反射した前記測定光束との干渉縞信号を測定することを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定装置。
  4. 　前記第２の走査ステージが、前記被検レンズを保持している場合、
    　前記プロセッサは、
    　前記光源切替部により前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、
    　前記第１の走査ステージを固定することにより前記参照光束の光路長を一定にし、
    　前記検出部は分光器であり、
    　前記分光器によって、前記参照光束と、前記被検レンズを透過して前記測定用ミラーで反射した前記測定光束との周波数干渉信号を測定することを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定装置。
  5. 　前記プロセッサは、
    　前記第２の走査ステージに保持された前記被検レンズの中心厚さが所定の厚さ以上である場合、
    　前記光源切替部により前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、
    　前記第１の走査ステージを前記参照光学系の前記光軸方向に駆動することにより前記参照光束の光路長を変化させ、
    　前記検出部によって、前記参照光束と、前記被検レンズを透過し、前記測定用ミラーで反射した前記測定光束と、の干渉縞信号を測定し、
    　前記プロセッサは、
    　前記第２の走査ステージに載置された前記被検レンズの中心厚さが所定の厚さ以下である場合、
    　前記光源切替部により前記光源部からの光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、
    　前記第１のステージを固定することにより前記参照光束の光路長を一定にし、
    　前記検出部である分光器によって、前記参照光束と、前記被検レンズを透過し、前記測定用ミラーで反射した前記測定光束と、の周波数干渉信号を測定することを特徴とする請求項１に記載の屈折率測定装置。
  6. 　可干渉光と低コヒーレンス光とを選択的に切り替えて出射する光源光供給工程と、
    　前記光源光供給工程による光束を測定光束と参照光束とに分割する光束分割工程と、
    　前記参照光束を参照ミラーへ集光する第１の集光光学系を有する参照光生成工程と、
    　前記測定光束を測定用ミラーに集光する第２の集光光学系を有する測定光生成工程と、
    　前記参照ミラーと前記第１の集光光学系を参照光学系の光軸に沿った方向に駆動する第１の走査工程と、
    　前記測定用ミラーと被検レンズを測定光学系の光軸に沿った方向に駆動する第２の走査工程と、
    　前記参照光生成工程により得られる光束と前記測定光学生成工程により得られる光束との干渉信号を検出する検出工程と、
    　前記光源光供給工程による光束を前記可干渉光に切り替え、前記参照光学系からの光束と、前記測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、前記参照光学系と前記測定光学系との光路長を調整する光路長調整工程と、
    　前記参照光学系からの光束と、前記被検レンズを前記第２の走査ステージに保持している状態で前記被検レンズを透過した前記測定光学系からの光束と、の干渉信号に基づいて、前記被検レンズの中心厚さを算出する中心厚さ算出工程と、
    　前記光源光供給工程による光束を前記低コヒーレンス光に切り替え、前記被検レンズを前記第２の走査工程において保持している状態で、前記参照光束と前記測定光束との干渉信号をフーリエ変換解析によってスペクトル位相を含む複素スペクトル信号に変換するフーリエ変換工程と、
    　前記スペクトル位相を２階微分した演算結果を屈折率の分散式に対して非線形最小二乗法により適用し、前記分散式の係数を決定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。
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