KR101485548B1 - 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법 - Google Patents

양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법에 있어서, 광축방향을 따라 상호 대향한 제1곡률면과 제2곡률면을 갖는 검사대상 렌즈를 준비하는 단계와; 상기 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가지면서 서로 상이한 굴절률을 가진 제1액체 및 제2액체를 준비하는 단계와; 상기 제1액체 및 상기 제2액체를 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면에 각각 접촉하도록 배치하는 단계와; 상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제1파장을 갖는 제1광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제1광경로차들을 획득하는 단계와; 상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제2파장을 갖는 제2광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제2광경로차들을 획득하는 단계와; 상기 제1광경로차와 상기 제2광경로차에 기초하여 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면의 곡률 함수를 각각 구하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따라 렌즈의 양면 곡률 형상을 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법{METHOD OF MEASURING SHAPE WHICH HAS CUVATURE ON BOTH SIDES OF LENS}
본 발명은 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 렌즈의 형상을 확인하기 위해서는 빛을 조사하는 광학적인 방법을 사용하며, 간섭계(Interferometer)와 반사계(Reflectometer)가 널리 이용되고 있다. 그 중 간섭계는 투과된 빛과 기준 빛의 간섭을 측정하여 이용하는 것으로 각 빛은 투과된 렌즈의 굴절률, 두께 등과 같은 정보를 포함하고 있다.
종래의 간섭계를 이용하여 렌즈의 형상을 측정하는 방법으로는 렌즈의 일면에는 렌즈와 동일한 굴절률을 가진 액체를 놓고, 타면에는 렌즈와 상이한 굴절률을 가진 액체를 설치한 후 상이한 굴절률을 가진 액체 방향으로 빛을 조사하여 렌즈의 곡률 형상을 확인한다.
하지만 이러한 방법은 렌즈의 한쪽 면에 대한 형상만을 알 수 있기 때문에 다른쪽 면의 형상을 구하기 위해서는 동일 렌즈를 뒤집어서 같은 방법으로 측정해야하는 번거로움이 있고 동일한 측정 조건이 되기가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 렌즈 양면의 곡률 형상을 동시에 측정할 수 있는 렌즈의 형상 측정방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법에 있어서, 광축방향을 따라 상호 대향한 제1곡률면과 제2곡률면을 갖는 검사대상 렌즈를 준비하는 단계와; 상기 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가지면서 서로 상이한 굴절률을 가진 제1액체 및 제2액체를 준비하는 단계와; 상기 제1액체 및 상기 제2액체를 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면에 각각 접촉하도록 배치하는 단계와; 상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제1파장을 갖는 제1광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제1광경로차들을 획득하는 단계와; 상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제2파장을 갖는 제2광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제2광경로차들을 획득하는 단계와; 상기 제1광경로차와 상기 제2광경로차에 기초하여 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면의 곡률함수를 각각 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈의 형상 측정방법에 의해 달성된다.
상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면의 곡률 함수는 다음의 식에 의해 계산되는 것이 바람직하다.
[계산식 1]
Figure 112014004761243-pat00001
(여기서, ΔΦ1 및 ΔΦ2는 상기 제1광경로차 및 상기 제2광경로차, L1(x,y) 및 L2(x,y)는 광축에 따른 상기 각 곡률면의 곡률 함수, n1, n2 및 nL은 상기 제1액체, 상기 제2액체 및 상기 렌즈의 굴절률, λ1 및 λ2는 상기 제1파장 및 상기 제2파장.)
상기 계산식 1은 최소자승법(Least square method)을 이용하여 계산하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 검사대상 렌즈를 준비하는 단계는, 상기 렌즈의 굴절률을 측정하는 단계를 더 포함하며, 굴절률은 스펙트로미터(Spectrometer) 및 엘립소미터(Elipsometer) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법을 이용하여 렌즈의 양면 곡률 형상을 동시에 측정할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법의 순서도이고,
도 2는 렌즈의 단면을 나타낸 도면이다.
이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 먼저 검사대상 렌즈(10)를 준비한다(S1). 검사대상 렌즈(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 광축방향을 따라 상호 대향한 제1곡률면(11)과 제2곡률면(12)을 가지며, 본 발명을 통해 이러한 렌즈(10)의 양면 형상을 모두 확인할 수 있다. 준비된 렌즈(10)의 굴절률은 엘립소미터(Elipsometer)를 이용하여 측정한다. 엘립소미터는 특정 편광 상태를 가진 빛을 렌즈(10)에 입사시킨 후 반사되어 출력되는 편광의 상태 변화를 분석하여 굴절률을 측정하는 장치로 렌즈(10)의 굴절률을 측정하는 보편적인 장치이다. 경우에 따라서 엘립소미터 대신 스펙트로미터(Sperctrometer)를 사용하여 렌즈(10)의 굴절률을 측정 가능하다.
서로 상이한 굴절률을 가진 제1액체(20) 및 제2액체(30)를 준비한다(S2). 제1액체(20) 및 제2액체(30)는 렌즈(10)의 굴절률과도 서로 상이한 굴절률을 갖는다. 제1액체(20), 제2액체(30) 및 렌즈(10)의 굴절률이 동일할 경우 후술할 계산식을 이용한 계산이 올바르게 이루어지지 않는다.
제1액체(20) 및 제2액체(30)를 렌즈(10)의 면에 각각 접촉하도록 배치한다(S3). 렌즈(10)의 제1곡률면(11)에는 제1액체(20)를 배치하고 렌즈(10)의 제2곡률면(12)에는 제2액체(30)를 각각 배치하며 이들은 렌즈(10)에 접촉되도록 한다. 제1액체(20) 및 제2액체(30)를 각 렌즈(10)의 면에 접촉하지 않고 이격시킬 경우 제1액체(20) 방향으로 조사된 빛이 제1액체(20)와 렌즈(10)의 이격된 위치에서 경로가 변하게 되어 정확한 실험결과가 나오지 않게 된다. 이는 렌즈(10)와 제2액체(30)가 이격될 경우에도 동일하다.
광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제1광경로차들을 획득한다(S4). 마흐젠더 타입의 간섭계는 각각 소정의 파장을 갖는 레이저 광원을 각각 두 개로 나누어 하나는 기준광으로 사용하고 다른 하나는 물체광으로 이용하여 실험을 수행하는 것으로, 이러한 마흐젠더 타입의 간섭계를 이용하여 실험하기 위해 물체광 쪽으로 제1액체(20) 및 제2액체(30)가 접촉 배치된 렌즈(10)를 설치한다. 그 후 제1액체(20) 측으로부터 렌즈(10)의 광축에 평행하도록 제1파장을 갖는 제1광을 조사한다. 제1광의 직경은 측정 렌즈(10)의 직경에 맞도록 하고 제1광은 렌즈(10)의 광축에 평행하도록 평행광으로 만든다. 여기서 제1광은 렌즈(10)의 광축에 평행하며 무수히 많은 (x,y)좌표를 가진 광들의 집합체를 말한다. 렌즈(10)를 통과한 제1광을 집광하는 별도의 결상렌즈를 이용하여 결상렌즈 면에서 렌즈(10)의 형상에 따른 변화된 위상 이미지를 전하 결합 소자(Charged Coupled Device)에 결상한다.
렌즈(10)에 조사한 제1광으로부터 얻게 되는 이미지를 통하여 각 (x,y)좌표에 대한 제1광경로차들을 획득한다. 제1광경로차들은 (x,y)좌표에 대한 각 광경로 길이값(OPL)과 렌즈(10)의 중심광축에서의 광경로 길이값(OPL0) 차이를 말한다.
광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제2광경로차들을 획득한다(S5). S4단계와 마찬가지로 제1액체(20) 측으로부터 광축에 평행한 제2광을 조사하여 제2광경로차들을 획득한다. 제2광의 제2파장은 제1광의 제1파장과 상이한 것을 사용한다.
렌즈(10)의 제1곡률면(11)과 제2곡률면(12)의 곡률 함수를 구한다(S6). S4 및 S5 단계를 통해서 얻는 제1광경로차와 제2광경로차에 기초하여 렌즈(10)의 제1곡률면(11)과 제2곡률면(12)의 곡률 함수를 각각 구하며, 곡률 함수를 통해 렌즈(10)의 곡률 형상을 확인할 수 있다. 각 곡률면(11, 12)은 다음의 계산식 1을 통해 구할 수 있다.
여기서, ΔΦ1 및 ΔΦ2는 제1광경로차 및 제2광경로차, L1(x,y) 및 L2(x,y)는 z축에 따른 각 곡률면의 곡률 함수, n1, n2 및 nL은 제1액체, 제2액체 및 렌즈의 굴절률, λ1 및 λ2는 제1파장 및 제2파장을 말한다.
[계산식 1]
Figure 112014004761243-pat00002
계산식 1에 측정을 통해 구해진 ΔΦ1 및 ΔΦ2와 n1, n2, nL , λ1 및 λ2 값을 각각 대입한 후 Ax=b 형태의 최소자승법(least square method)을 이용하여 최종적으로 곡률 함수인 L1(x,y) 및 L2(x,y)을 구할 수 있다. L1(x,y) 및 L2(x,y)은 z축에 따른 제1곡률면(11) 및 제2곡률면(12)의 곡률 함수이기 때문에 (x,y)좌표값을 대입하여 계산하게 되면 최종적으로 렌즈의 제1곡률면(11) 및 제2곡률면(12)의 곡률 형상을 동시에 구할 수 있다.
만약 렌즈(10)의 양면에 배치된 제1액체(20) 및 제2액체(30)가 동일한 굴절률인 것을 사용하게 되면 L1(x,y) 및 L2(x,y) 각각의 함수가 아닌 L1(x,y)+L2(x,y)의 함수가 구해져 각각의 값을 동시에 구할 수 없다.
제1곡률면(11) 및 제2곡률면(12)의 곡률 함수를 구하는 계산식 1을 얻기 위한 유도식은 다음과 같다.
[계산식 2]
Figure 112014004761243-pat00003
계산식 2는 특정한 파장(λ1 또는 λ2)에서 얻은 광경로차에 대한 식으로 이 식은 제1곡률면(11), 제2곡률면(12)의 곡률 함수와, 제1액체(20), 제2액체(30) 및 렌즈(10)의 굴절률이 계산에 사용된다.
계산식 2를 통해 다음과 같은 계산식 3을 도출해낸다.
[계산식 3]
Figure 112014004761243-pat00004
계산식 4 및 5는 계산식 3을 이용하여 계산한 식으로 제1파장의 제1광과 제2파장의 제2광을 조사하였을 때의 제1광경로차 및 제2광경로차에 관한 식이다.
[계산식 4]
Figure 112014004761243-pat00005
[계산식 5]
Figure 112014004761243-pat00006
계산식 4 및 5를 계산식 6 및 7로 정리할 수 있다.
[계산식 6]
Figure 112014004761243-pat00007
[계산식 7]
Figure 112014004761243-pat00008
정리된 계산식 6 및 7을 행렬 형태로 정리하면 계산식 1을 얻을 수 있다.
이와 같이 굴절률이 다른 복수의 액체(20, 30)와, 파장이 상이한 복수의 광을 이용하여 실험한 후, 그 값을 계산식 1에 대입하여 계산할 경우 렌즈(10) 양면의 곡률 형상을 동시에 구할 수 있다.
10: 렌즈 11: 제1곡률면
12: 제2곡률면 20: 제1액체
30: 제2액체

Claims (5)

  1. 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법에 있어서,
    광축방향을 따라 상호 대향한 제1곡률면과 제2곡률면을 갖는 검사대상 렌즈를 준비하는 단계와;
    상기 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가지면서 서로 상이한 굴절률을 가진 제1액체 및 제2액체를 준비하는 단계와;
    상기 제1액체 및 상기 제2액체를 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면에 각각 접촉하도록 배치하는 단계와;
    상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제1파장을 갖는 제1광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제1광경로차들을 획득하는 단계와;
    상기 제1액체 측으로부터 상기 광축에 평행한 제2파장을 갖는 제2광을 조사하여, 광축 광경로로부터 벗어난 다른 광경로 위치들의 제2광경로차들을 획득하는 단계와;
    상기 제1광경로차와 상기 제2광경로차에 기초하여 상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면의 곡률함수를 각각 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1곡률면과 상기 제2곡률면의 곡률 함수는 다음의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법.
    [계산식 1]
    Figure 112014004761243-pat00009

    (여기서, ΔΦ1 및 ΔΦ2는 상기 제1광경로차 및 상기 제2광경로차, L1(x,y) 및 L2(x,y)는 광축에 따른 상기 각 곡률면의 곡률 함수, n1, n2 및 nL은 상기 제1액체, 상기 제2액체 및 상기 렌즈의 굴절률, λ1 및 λ2는 상기 제1파장 및 상기 제2파장.)
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 계산식 1은 최소자승법(Least square method)을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 검사대상 렌즈를 준비하는 단계는,
    상기 렌즈의 굴절률을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 렌즈의 굴절률을 측정하는 단계는,
    스펙트로미터(Spectrometer) 및 엘립소미터(Elipsometer) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 양면 곡률 형상의 렌즈 형상 측정방법.
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