专利名称：折射率分布测量方法、装置和制造光学元件的方法
技术领域：
本发明涉及用于测量诸如光学元件的被检体的折射率分布的装置和方法。
背景技术：
用于诸如数字照相机和激光束打印机的光学装置中的诸如透镜的光学元件需要高的折射率。并且，使用模制成形技术使得容易由具有高折射率的光学玻璃和塑料材料形成诸如非球面形状的复杂形状。但是，取决于成形条件，模制成形技术可能导致光学元件中的折射率的不均勻。这种内部折射率不均勻性会大大影响光学元件的光学特性，这使得不能实现希望的光学特性。因此，必须精确地测量光学元件内的光学均质性。日本专利公开No. 2010-151578公开了如下的方法，该方法通过在被检体被浸渍到具有相互不同并且与被检体不同的折射率的两种介质中的状态下测量被检体的透过波前来获取被检体的折射率分布。该测量方法使得当被检体具有高的折射率时，能够在不使用具有大致等于被检体的折射率的折射率的介质的情况下高度精确地测量被检体的内部折射率分布。在日本专利公开No. 2010-151578中公开的测量方法需要精确地测量诸如倾斜和偏心的被检体的放置。但是，当被检体如诸如透镜的光学元件那样具有复杂的形状时，难以精确地测量被检体的放置，这使得难以精确地计算被检体的折射率分布。
发明内容
本发明提供了能够在不需要介质中的被检体的高度精确的放置的情况下精确地计算被检体的折射率分布的折射率分布测量方法和折射率分布测量装置，并且提供了制造光学元件的方法。本发明作为其一个方面提供了一种折射率分布测量方法，用于通过使用具有第一折射率的第一介质和具有第二折射率的第二介质来测量被检体的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且与被检体的折射率不同。所述方法包括透过波前测量步骤，使得基准光入射到被放置于第一介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得基准光入射到被放置于第二介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得基准光入射到被放置于第一介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得基准光入射到被放置于第二介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布。透过波前测量步骤通过使得基准光入射到以多个放置状态被放置于第一介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得基准光入射到以所述多个放置状态被放置于第二介质中的被检体来测量第二透过波前。 所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差。基准透过波前计算步骤计算分别在使得基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于第一介质和第二介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。本发明作为其另一方面提供了一种折射率分布测量装置，被配置用于通过使用具有第一折射率的第一介质和具有第二折射率的第二介质来测量被检体的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且与被检体的折射率不同。所述装置包括透过波前测量部分，被配置用于使得基准光入射到被放置于第一介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得基准光入射到被放置于第二介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算部分，被配置用于计算当使得基准光入射到被放置于第一介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得基准光入射到被放置于第二介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算部分，被配置用于通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布。透过波前测量部分被配置用于通过使得基准光入射到以多个放置状态被放置于第一介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得基准光入射到以所述多个放置状态被放置于第二介质中的被检体来测量第二透过波前。所述装置还包括对准误差计算部分，所述对准误差计算部分被配置用于计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差。基准透过波前计算部分被配置用于计算分别在使得基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于第一介质和第二介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。本发明作为其又一方面提供了一种折射率分布测量方法，用于通过使用具有与被检体的折射率不同的折射率的介质并且通过使用第一基准光和具有与第一基准光的波长不同的波长的第二基准光测量被检体的折射率分布。该方法包括透过波前测量步骤，使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前来计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布。透过波前测量步骤通过使得第一基准光入射到以多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得第二基准光入射到以所述多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第二透过波前。所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的在所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差。基准透过波前计算步骤计算分别在使得第一基准光和第二基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于所述介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。本发明作为其又一方面提供了一种折射率分布测量装置，被配置用于通过使用折射率与被检体的折射率不同的介质并且通过使用第一基准光和具有与第一基准光的波长不同的波长的第二基准光测量被检体的折射率分布。所述装置包括透过波前测量部分，被配置用于使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算部分，被配置用于计算当使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的所述基准被检体时能够获取的基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算部分，被配置用于通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前来计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布。透过波前测量部分被配置用于通过使得第一基准光入射到以多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得第二基准光入射到以所述多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第二透过波前。所述装置还包括对准误差计算部分，所述对准误差计算部分被配置用于计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的在所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差。基准透过波前计算部分被配置用于计算分别在使得第一基准光和第二基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于所述介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。本发明作为其又一方面提供了一种制造光学元件的方法，该方法包括以下的步骤执行光学元件的模制形成；以及通过使用上述的折射率分布测量方法测量作为被检体的光学元件的折射率分布；以及通过使用测量的折射率分布评价光学元件。(参照附图)从示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图1表示作为本发明的实施例1的折射率分布测量装置的配置。图2是表示实施例1中的内部折射率分布测量过程的流程图。图3A和图;3B表示实施例1的测量装置中的光路。图4表示作为本发明的实施例2的折射率分布测量装置的配置。图5表示用于实施例2的测量装置中的夏克-哈特曼传感器。图6是表示实施例2中的内部折射率分布测量过程的流程图。图7是表示通过使用由实施例1和2中的每一个的测量装置测量的折射率分布制造光学元件的过程的流程图。
具体实施例方式以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。
[实施例1]图1表示作为本发明的第一实施例(实施例1)的折射率测量装置的配置。该折射率测量装置测量(计算)作为诸如透镜的光学元件的被检体140的内部折射率分布(以下，也简称为“折射率分布”)。在被检体140被浸渍到具有相互不同并且与被检体的折射率不同的折射率的两种介质(诸如水的第一介质和诸如油的第二介质)中的状态中，该装置使得从激光源100 发射的基准光入射到被检体140，以测量被检体140的透过波前。然后，由计算机构成的计算部分200通过使用测量的透过波前计算被检体140的折射率分布。本实施例使用Talbot 干涉计作为波前传感器以测量被检体140的透过波前。液槽(被检体容器)130填充有诸如水的第一介质(在图1中示为介质1)，并且， 液槽131填充有诸如油的第二介质(在图1中示为介质幻。通过液槽交换机构150，这些液槽130和131被可交换地安装到稍后将描述的测量光路中的安装位置。第一介质和第二介质的折射率与被检体140的折射率不同。希望第一介质和第二介质的折射率比被检体140的折射率小0. 01或更多。并且，第二介质的折射率与第一介质的折射率不同。希望第二介质的折射率与第一介质的折射率相差0. 01或更大。沿光轴从激光源100 (例如，He-Ne激光器)发射的激光101在穿过针孔110时被衍射。在针孔Iio处产生的折射光102被准直透镜(CL) 120转换成会聚光103作为基准光。 当液槽130被安装到安装位置时，会聚光103透过液槽130中的第一介质和在第一介质中浸渍的被检体140。在本实施例中，被检体140是具有关于其光轴旋转对称的形状的透镜。针孔110 的直径Φ被设计为小以使得衍射光102能够被视为理想的球面波，并且被设计成满足以下表达式，这里，NAO表示被检体侧数值孔径，并且λ表示激光源100的波长。
权利要求
1.一种折射率分布测量方法，用于通过使用具有第一折射率的第一介质和具有第二折射率的第二介质来测量被检体的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且与被检体的折射率不同，所述方法包括透过波前测量步骤，使得基准光入射到被放置于第一介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得基准光入射到被放置于第二介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得基准光入射到被放置于第一介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得基准光入射到被放置于第二介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量步骤通过使得基准光入射到以多个放置状态被放置于第一介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得基准光入射到以所述多个放置状态被放置于第二介质中的被检体来测量第二透过波前，所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，以及基准透过波前计算步骤计算分别在使得基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于第一介质和第二介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
2.根据权利要求1的折射率分布测量方法，其中，对准误差计算步骤通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前使被检体的形状分量与对准误差分离来计算对准误差。
3.一种折射率分布测量装置，被配置用于通过使用具有第一折射率的第一介质和具有第二折射率的第二介质来测量被检体的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且与被检体的折射率不同，所述装置包括透过波前测量部分，被配置用于使得基准光入射到被放置于第一介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得基准光入射到被放置于第二介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算部分，被配置用于计算当使得基准光入射到被放置于第一介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得基准光入射到被放置于第二介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算部分，被配置用于通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量部分被配置用于通过使得基准光入射到以多个放置状态被放置于第一介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得基准光入射到以所述多个放置状态被放置于第二介质中的被检体来测量第二透过波前，所述装置还包括对准误差计算部分，所述对准误差计算部分被配置用于计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，以及基准透过波前计算部分被配置用于计算分别在使得基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于第一介质和第二介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
4.一种制造光学元件的方法，包括以下的步骤 执行光学元件的模制成形；通过使用折射率分布测量方法来测量作为被检体的所述光学元件的折射率分布；和通过使用测量的折射率分布对所述光学元件进行评价，其中，所述折射率分布测量方法通过使用具有第一折射率的第一介质和具有第二折射率的第二介质测量被检体的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且与被检体的折射率不同，其中，所述折射率分布测量方法包括透过波前测量步骤，使得基准光入射到被放置于第一介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得基准光入射到被放置于第二介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得基准光入射到被放置于第一介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得基准光入射到被放置于第二介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量步骤通过使得基准光入射到以多个放置状态被放置于第一介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得基准光入射到以所述多个放置状态被放置于第二介质中的被检体来测量第二透过波前，所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，以及基准透过波前计算步骤计算分别在使得基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于第一介质和第二介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
5.一种折射率分布测量方法，用于通过使用具有与被检体的折射率不同的折射率的介质并且通过使用第一基准光和具有与第一基准光的波长不同的波长的第二基准光测量被检体的折射率分布，该方法包括透过波前测量步骤，使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前来计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量步骤通过使得第一基准光入射到以多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得第二基准光入射到以所述多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第二透过波前，所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的在所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，并且，基准透过波前计算步骤计算分别在使得第一基准光和第二基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于所述介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
6.根据权利要求5的折射率分布测量方法，其中，对准误差计算步骤通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前将被检体的形状分量与对准误差分离来计算对准误差。
7.一种折射率分布测量装置，被配置用于通过使用折射率与被检体的折射率不同的介质并且通过使用第一基准光和具有与第一基准光的波长不同的波长的第二基准光测量被检体的折射率分布，所述装置包括透过波前测量部分，被配置用于使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算部分，被配置用于计算当使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的所述基准被检体时能够获取的基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算部分，被配置用于通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前来计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量部分被配置用于通过使得第一基准光入射到以多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得第二基准光入射到以所述多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第二透过波前，所述装置还包括对准误差计算部分，所述对准误差计算部分被配置用于计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的在所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，并且，基准透过波前计算部分被配置用于计算分别在使得第一基准光和第二基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于所述介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
8. —种制造光学元件的方法，包括以下的步骤 执行光学元件的模制成形；通过使用折射率分布测量方法测量作为被检体的所述光学元件的折射率分布；和通过使用测量的折射率分布对所述光学元件进行评价，其中，所述折射率分布测量方法通过使用折射率与被检体的折射率不同的介质并且通过使用第一基准光和具有与第一基准光的波长不同的波长的第二基准光测量被检体的折射率分布，其中，所述折射率分布测量方法包括透过波前测量步骤，使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第一透过波前，并且使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的被检体以测量被检体的第二透过波前；基准透过波前计算步骤，计算当使得第一基准光入射到被放置于所述介质中的具有已知的形状和已知的折射率分布的基准被检体时能够获取的基准被检体的第一基准透过波前，并且计算当使得第二基准光入射到被放置于所述介质中的所述基准被检体时能够获取的所述基准被检体的第二基准透过波前；和折射率分布计算步骤，通过使用第一和第二透过波前以及第一和第二基准透过波前来计算从中去除了被检体的形状分量的折射率分布，其特征在于，透过波前测量步骤通过使得第一基准光入射到以多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第一透过波前，并且通过使得第二基准光入射到以所述多个放置状态被放置于所述介质中的被检体来测量第二透过波前，所述方法还包括对准误差计算步骤，所述对准误差计算步骤计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度，并且通过使用所述像差灵敏度和在所述多个放置状态中测量的第一和第二透过波前来计算在第一和第二透过波前的测量中的在所述多个放置状态中的每一个中的被检体的对准误差，并且，基准透过波前计算步骤计算分别在使得第一基准光和第二基准光入射到以包含所述对准误差的放置状态被放置于所述介质中的基准被检体时能够获取的第一和第二基准透过波前。
全文摘要
本发明涉及折射率分布测量方法、装置和制造光学元件的方法，该方法通过分别导致基准光入射到以多个放置状态位于第一介质和第二介质中的被检体来测量第一透过波前和第二透过波前，计算相对于被检体的放置状态的变化的像差灵敏度并且通过使用像差灵敏度和在各放置状态中测量的第一和第二透过波前计算在各放置状态中的每一个中的被检体的对准误差。该方法还计算分别当导致基准光入射到以包含对准误差的放置状态位于第一介质和第二介质中的基准被检体时可获取的第一和第二基准透过波前，并且通过使用第一和第二透过波前和第一和第二基准透过波前计算从中去除其形状成分的被检体的折射率分布。
文档编号G01M11/02GK102564738SQ201110396388
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月2日 优先权日2010年12月3日
发明者加藤正磨 申请人:佳能株式会社