折射率分布测量方法和测量装置以及光学元件制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量光学元件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。
【背景技术】
[0002] 在通过模制来制造透镜的方法中，包含形状、折射率和折射率分布的三个物理量 偏离设计值。特别地，在透镜内部出现的折射率分布的缺陷不利地影响光学性能。因此，在 通过模制来制造透镜时，需要用于在形状和折射率与设计值不同的条件下非破坏性地测量 模制透镜的折射率分布的技术。
[0003] 在日本专利申请公开No. 2014-196966所公开的测量方法中，形成被检体被第一基 准元件与第二基准元件夹着且被检体与第一基准元件之间的间隙和被检体与第二基准元 件之间的间隙被匹配油填充的测量单胞。第一和第二基准元件的折射率被假定为与被检体 的折射率基本上相同。这里，"基本上相同"意指值处于可忽略的差值内。因此，对于基本上 与被检体相同的第一和第二基准元件的折射率，与第一和第二基准元件的光学性能相比， 被检体的光学性能的差异会是可忽略的。第一和第二基准元件的表面形状是被检体的表面 形状的颠倒(reverse)。然后，测量所述测量单胞的干涉条纹，从干涉条纹计算相位分布数 据，并且，计算相位分布数据与先前设定基准数据之间的差值，以确定被检体的折射率分 布。
[0004] 在日本专利申请公开No. 2014-196966所公开的测量方法中，通过使用折射率被假 定为与被检体的折射率基本上相同的基准元件和匹配油，被检体对折射的影响被消除，以 确定被检体的折射率分布。但是，在通过模制来制造透镜的方法中，由于不仅被检体的形状 而且被检体的折射率对不同的模制条件偏离设计值，因此在被检体的折射率、基准元件的 折射率和匹配油的折射率之间出现差异。
[0005] 由于折射率的差异，被检体对折射的影响不能被完全消除。因此，作为折射率分布 测量的误差，出现被检体的形状误差(相对于形状的设计值的偏离）。并且，仅仅被检体的折 射率与基准元件的折射率之间的差异也导致折射率分布的计算误差。因此，为了以高的精 度确定折射率分布，需要用于校正被检体的形状误差和被检体的折射率误差(相对于折射 率的设计值的偏离)的影响的计算。
[0006] 例如，本发明提供用于允许以高精度非破坏性地测量透镜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。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的一个方面，一种折射率分布测量方法包括:测量传播通过通过用形 状和折射率已知的第一基准透镜、形状和折射率已知的第二基准透镜、以及介质夹着测验 透镜形成的测验单元的波前的步骤;和通过使用第一基准透镜的形状和折射率、第二基准 透镜的形状和折射率、以及测验单元的测量的波前，计算测验透镜的折射率分布的步骤。
[0008] 本发明的另一方面是一种透镜制造方法，该透镜制造方法包括模制透镜的步骤和 通过用上述的折射率分布测量方法测量透镜的折射率分布来评价模制的透镜的光学特性 的步骤。
[0009] 根据本发明的又一方面，提供一种折射率分布测量装置，该折射率分布测量装置 包括:被配置为测量传播通过通过用形状和折射率已知的第一基准透镜、形状和折射率已 知的第二基准透镜和介质夹着测验透镜形成的测验单元的传播的波前的测量单元;和被配 置为通过使用第一基准透镜的形状和折射率、第二基准透镜的形状和折射率、以及测验单 元的传播的波前计算测验透镜的折射率分布的计算单元。
[0010] 参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得清晰。
【附图说明】
[0011] 图1是根据本发明的第一实施例的折射率分布测量装置的结构的示意图。
[0012] 图2是示出根据第一实施例的测验透镜的折射率分布的计算过程的流程图。
[0013] 图3示出测验透镜的折射率的分散曲线以及第一和第二基准透镜的折射率的分散 曲线。
[00M]图4A示出根据第一实施例在测验透镜处限定的坐标系，图4B示出测量装置中的光 线的光路和透镜单元的参数。
[0015] 图5A~?示出根据第一实施例的测验单元相对于测验光束倾斜的多个配置。
[0016] 图6是根据本发明的第二实施例的折射率分布测量装置的结构的示意图。
[0017] 图7示出根据本发明的光学元件制造方法的处理步骤。
【具体实施方式】
[0018] 以下，参照附图描述本发明的实施例。
[0019] 第一实施例
[0020] 图1是根据本发明的第一实施例的折射率分布测量装置的结构的示意图。基于 Mach-Zehnder干涉计形成根据第一实施例的折射率分布测量装置。测量装置包括光源10、 干涉光学系统、测验单元200、补偿板130、检测器80和计算机90。测量装置测量测验透镜60 的折射率分布。在实施例中，测验透镜是具有正折光力的透镜。但是，只要使用折射光学元 件，不管折光力是正还是负，就都能够测量折射率分布。
[0021] 光源10是能够发射具有多个波长的光的光源(诸如超连续光源）。具有多个波长的 光在穿过单色器20之后变为准单色光。准单色光穿过针孔30并且变为发散波，并且，穿过准 直透镜40并且变为平行光。
[0022] 干涉光学系统包含射束分离器100和101以及反射镜105和106。干涉光学系统将穿 过准直透镜40的光分成不穿过测验透镜60的基准光和穿过测验透镜60的测验光，并且，导 致基准光和测验光相互干涉并且导致干涉光被引向检测器80。
[0023] 测验单元200包含测验透镜60、第一基准透镜120、第二基准透镜125和介质71。第 一基准透镜120、介质71、测验透镜60、介质71和第二基准透镜125被依次并排设置。
[0024]在特定波长处，第一基准透镜120的折射率等于测验透镜60的折射率。由于测验透 镜60具有折射率分布，因此短语"测验透镜60的折射率"指的是测验透镜60内的特定点处的 折射率。特定点可以是测验透镜60内的任何点。
[0025] 第二基准透镜125由与第一基准透镜120相同的材料形成。介质71的折射率不需要 等于测验透镜60的折射率(例如，当测验透镜60的折射率n d为约1.9,介质71的折射率nd可以 为约1.7)。介质的折射率越接近测验透镜60的折射率越好。这是由于可以减少测验透镜60 的表面处的折射的影响。但是，介质可以是空气。
[0026] 第一基准透镜120具有平面形状和与测验透镜60的第一表面的形状基本上相同的 形状。第二基准透镜125具有与测验透镜60的第二表面的形状基本上相同的形状和平面形 状。即，处于测验透镜60的相反侧的第一基准透镜120的表面和第二基准透镜125的表面是 平面。
[0027] 在第一实施例中，"基本上相同的表面形状"指的是形状在测验透镜的表面形状的 制造误差的量级的范围内匹配的表面。第一基准透镜120的表面形状和折射率以及第二基 准透镜125的表面形状和折射率是已知的。通过例如研磨/抛光制造第一基准透镜120和第 二基准透镜125,使得它们的折射率分布可以是可忽略的。测验单元200相对于入射测验光 被设置在沿垂直方向具有旋转轴的旋转台架140上。
[0028] 通过射束分离器100反射的测验光被反射镜106反射并且穿过测验单元200。另一 方面，穿过射束分离器100的基准光穿过补偿板130并且被反射镜105反射。补偿板130是用 于减小测验光的光路长度与基准光的光路长度之间的差值的玻璃块。如果穿过单色器20的 光的相干长度长，那么不需要补偿板130。基准光和测验光由射束分离器101组合以形成干 涉光。
[0029] 通过用温度计（未示出）测量介质71附近的空气温度并且基于测量的温度转换成 折射率，计算介质71的折射率。但是，在第一实施例中，不必计算介质71的折射率。
[0030] 反射镜105通过驱动机构(未示出)沿图1中的双头箭头的方向被驱动。驱动方向不 限于图1中的双头箭头的方向。只要通过驱动反射镜105改变基准光的光路长度与测验光的 光路长度之间的差值，反射镜105可沿任何方向被驱动。反射镜105的驱动机构由例如压电 台架构成。反射镜105的驱动量通过长度测量单元(诸如激光位移测量装置或编码器）（未示 出）被测量，并且由计算机90控制。通过反射镜105的驱动机构调整基准光的光路长度与测 验光的光路长度之间的差值。
[0031 ]由射束分离器101形成的干涉光通过成像透镜45由检测器80(诸如CCD或M0S)检 测。由检测器80检测的干涉信号被发送到计算机90。检测器80相对于成像透镜45被设置在 与测验透镜60共辄的位置处。即，在检测器80上形成测验透镜60处的图像和干涉条纹。 [00 32] 计算机90包含计算单元和控制器。计算单元基于检测器80的检测结果计算测验透 镜的折射率分布。控制器控制穿过单色器20的光的波长、反射镜105的驱动量和旋转台架 140的旋转量。计算机90由例如CPU构成。
[0033]图2是示出测验透镜60的折射率分布的计算过程的流程图。在第一实施例中，首 先，测验透镜60被第一基准透镜120、第二基准透镜125和介质71夹着以形成测验单元200 (S10)〇
[0034]如图3所示，与第二基准透镜125的折射率分布相同的第一基准透镜120的折射率 分布与测验透镜60(被检体)的折射率分布不同。在特定波长λ〇处，第一基准透镜120和第二 基准透镜125的折射率等于测验透镜60的折射率。一般地，模制透镜的折射率的绝对值根据 模制条件大大改变。如果第一基准透镜120和第二基准透镜125的折射率分布与测验透镜60