專利名稱：折射率分布測量方法、裝置和制造光學元件的方法
技術領域：
本發明涉及用于測量諸如光學元件的被檢體的折射率分布的裝置和方法。
背景技術：
用于諸如數字照相機和激光束打印機的光學裝置中的諸如透鏡的光學元件需要高的折射率。并且，使用模制成形技術使得容易由具有高折射率的光學玻璃和塑料材料形成諸如非球面形狀的復雜形狀。但是，取決于成形條件，模制成形技術可能導致光學元件中的折射率的不均勻。這種內部折射率不均勻性會大大影響光學元件的光學特性，這使得不能實現希望的光學特性。因此，必須精確地測量光學元件內的光學均質性。日本專利公開No. 2010-151578公開了如下的方法，該方法通過在被檢體被浸漬到具有相互不同并且與被檢體不同的折射率的兩種介質中的狀態下測量被檢體的透過波前來獲取被檢體的折射率分布。該測量方法使得當被檢體具有高的折射率時，能夠在不使用具有大致等于被檢體的折射率的折射率的介質的情況下高度精確地測量被檢體的內部折射率分布。在日本專利公開No. 2010-151578中公開的測量方法需要精確地測量諸如傾斜和偏心的被檢體的放置。但是，當被檢體如諸如透鏡的光學元件那樣具有復雜的形狀時，難以精確地測量被檢體的放置，這使得難以精確地計算被檢體的折射率分布。
發明內容
本發明提供了能夠在不需要介質中的被檢體的高度精確的放置的情況下精確地計算被檢體的折射率分布的折射率分布測量方法和折射率分布測量裝置，并且提供了制造光學元件的方法。本發明作為其一個方面提供了一種折射率分布測量方法，用于通過使用具有第一折射率的第一介質和具有第二折射率的第二介質來測量被檢體的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且與被檢體的折射率不同。所述方法包括透過波前測量步驟，使得基準光入射到被放置于第一介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得基準光入射到被放置于第二介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得基準光入射到被放置于第一介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得基準光入射到被放置于第二介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布。透過波前測量步驟通過使得基準光入射到以多個放置狀態被放置于第一介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于第二介質中的被檢體來測量第二透過波前。 所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差。基準透過波前計算步驟計算分別在使得基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于第一介質和第二介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。本發明作為其另一方面提供了一種折射率分布測量裝置，被配置用于通過使用具有第一折射率的第一介質和具有第二折射率的第二介質來測量被檢體的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且與被檢體的折射率不同。所述裝置包括透過波前測量部分，被配置用于使得基準光入射到被放置于第一介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得基準光入射到被放置于第二介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算部分，被配置用于計算當使得基準光入射到被放置于第一介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得基準光入射到被放置于第二介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算部分，被配置用于通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布。透過波前測量部分被配置用于通過使得基準光入射到以多個放置狀態被放置于第一介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于第二介質中的被檢體來測量第二透過波前。所述裝置還包括對準誤差計算部分，所述對準誤差計算部分被配置用于計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差。基準透過波前計算部分被配置用于計算分別在使得基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于第一介質和第二介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。本發明作為其又一方面提供了一種折射率分布測量方法，用于通過使用具有與被檢體的折射率不同的折射率的介質并且通過使用第一基準光和具有與第一基準光的波長不同的波長的第二基準光測量被檢體的折射率分布。該方法包括透過波前測量步驟，使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前來計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布。透過波前測量步驟通過使得第一基準光入射到以多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得第二基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第二透過波前。所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的在所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差。基準透過波前計算步驟計算分別在使得第一基準光和第二基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于所述介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。本發明作為其又一方面提供了一種折射率分布測量裝置，被配置用于通過使用折射率與被檢體的折射率不同的介質并且通過使用第一基準光和具有與第一基準光的波長不同的波長的第二基準光測量被檢體的折射率分布。所述裝置包括透過波前測量部分，被配置用于使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算部分，被配置用于計算當使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算部分，被配置用于通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前來計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布。透過波前測量部分被配置用于通過使得第一基準光入射到以多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得第二基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第二透過波前。所述裝置還包括對準誤差計算部分，所述對準誤差計算部分被配置用于計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的在所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差。基準透過波前計算部分被配置用于計算分別在使得第一基準光和第二基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于所述介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。本發明作為其又一方面提供了一種制造光學元件的方法，該方法包括以下的步驟執行光學元件的模制形成；以及通過使用上述的折射率分布測量方法測量作為被檢體的光學元件的折射率分布；以及通過使用測量的折射率分布評價光學元件。(參照附圖)從示例性實施例的以下描述，本發明的其它特征將變得清晰。
圖1表示作為本發明的實施例1的折射率分布測量裝置的配置。圖2是表示實施例1中的內部折射率分布測量過程的流程圖。圖3A和圖;3B表示實施例1的測量裝置中的光路。圖4表示作為本發明的實施例2的折射率分布測量裝置的配置。圖5表示用于實施例2的測量裝置中的夏克-哈特曼傳感器。圖6是表示實施例2中的內部折射率分布測量過程的流程圖。圖7是表示通過使用由實施例1和2中的每一個的測量裝置測量的折射率分布制造光學元件的過程的流程圖。
具體實施例方式以下將參照附圖描述本發明的示例性實施例。
[實施例1]圖1表示作為本發明的第一實施例(實施例1)的折射率測量裝置的配置。該折射率測量裝置測量(計算)作為諸如透鏡的光學元件的被檢體140的內部折射率分布(以下，也簡稱為“折射率分布”)。在被檢體140被浸漬到具有相互不同并且與被檢體的折射率不同的折射率的兩種介質(諸如水的第一介質和諸如油的第二介質)中的狀態中，該裝置使得從激光源100 發射的基準光入射到被檢體140，以測量被檢體140的透過波前。然后，由計算機構成的計算部分200通過使用測量的透過波前計算被檢體140的折射率分布。本實施例使用Talbot 干涉計作為波前傳感器以測量被檢體140的透過波前。液槽(被檢體容器)130填充有諸如水的第一介質(在圖1中示為介質1)，并且， 液槽131填充有諸如油的第二介質(在圖1中示為介質幻。通過液槽交換機構150，這些液槽130和131被可交換地安裝到稍后將描述的測量光路中的安裝位置。第一介質和第二介質的折射率與被檢體140的折射率不同。希望第一介質和第二介質的折射率比被檢體140的折射率小0. 01或更多。并且，第二介質的折射率與第一介質的折射率不同。希望第二介質的折射率與第一介質的折射率相差0. 01或更大。沿光軸從激光源100 (例如，He-Ne激光器)發射的激光101在穿過針孔110時被衍射。在針孔Iio處產生的折射光102被準直透鏡(CL) 120轉換成會聚光103作為基準光。 當液槽130被安裝到安裝位置時，會聚光103透過液槽130中的第一介質和在第一介質中浸漬的被檢體140。在本實施例中，被檢體140是具有關于其光軸旋轉對稱的形狀的透鏡。針孔110 的直徑Φ被設計為小以使得衍射光102能夠被視為理想的球面波，并且被設計成滿足以下表達式，這里，NAO表示被檢體側數值孔徑，并且λ表示激光源100的波長。
權利要求
1.一種折射率分布測量方法，用于通過使用具有第一折射率的第一介質和具有第二折射率的第二介質來測量被檢體的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且與被檢體的折射率不同，所述方法包括透過波前測量步驟，使得基準光入射到被放置于第一介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得基準光入射到被放置于第二介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得基準光入射到被放置于第一介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得基準光入射到被放置于第二介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量步驟通過使得基準光入射到以多個放置狀態被放置于第一介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于第二介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，以及基準透過波前計算步驟計算分別在使得基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于第一介質和第二介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
2.根據權利要求1的折射率分布測量方法，其中，對準誤差計算步驟通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前使被檢體的形狀分量與對準誤差分離來計算對準誤差。
3.一種折射率分布測量裝置，被配置用于通過使用具有第一折射率的第一介質和具有第二折射率的第二介質來測量被檢體的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且與被檢體的折射率不同，所述裝置包括透過波前測量部分，被配置用于使得基準光入射到被放置于第一介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得基準光入射到被放置于第二介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算部分，被配置用于計算當使得基準光入射到被放置于第一介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得基準光入射到被放置于第二介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算部分，被配置用于通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量部分被配置用于通過使得基準光入射到以多個放置狀態被放置于第一介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于第二介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述裝置還包括對準誤差計算部分，所述對準誤差計算部分被配置用于計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，以及基準透過波前計算部分被配置用于計算分別在使得基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于第一介質和第二介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
4.一種制造光學元件的方法，包括以下的步驟 執行光學元件的模制成形；通過使用折射率分布測量方法來測量作為被檢體的所述光學元件的折射率分布；和通過使用測量的折射率分布對所述光學元件進行評價，其中，所述折射率分布測量方法通過使用具有第一折射率的第一介質和具有第二折射率的第二介質測量被檢體的折射率分布，第一折射率和第二折射率相互不同并且與被檢體的折射率不同，其中，所述折射率分布測量方法包括透過波前測量步驟，使得基準光入射到被放置于第一介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得基準光入射到被放置于第二介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得基準光入射到被放置于第一介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得基準光入射到被放置于第二介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量步驟通過使得基準光入射到以多個放置狀態被放置于第一介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于第二介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，以及基準透過波前計算步驟計算分別在使得基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于第一介質和第二介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
5.一種折射率分布測量方法，用于通過使用具有與被檢體的折射率不同的折射率的介質并且通過使用第一基準光和具有與第一基準光的波長不同的波長的第二基準光測量被檢體的折射率分布，該方法包括透過波前測量步驟，使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前來計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量步驟通過使得第一基準光入射到以多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得第二基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的在所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，并且，基準透過波前計算步驟計算分別在使得第一基準光和第二基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于所述介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
6.根據權利要求5的折射率分布測量方法，其中，對準誤差計算步驟通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前將被檢體的形狀分量與對準誤差分離來計算對準誤差。
7.一種折射率分布測量裝置，被配置用于通過使用折射率與被檢體的折射率不同的介質并且通過使用第一基準光和具有與第一基準光的波長不同的波長的第二基準光測量被檢體的折射率分布，所述裝置包括透過波前測量部分，被配置用于使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算部分，被配置用于計算當使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算部分，被配置用于通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前來計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量部分被配置用于通過使得第一基準光入射到以多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得第二基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述裝置還包括對準誤差計算部分，所述對準誤差計算部分被配置用于計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的在所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，并且，基準透過波前計算部分被配置用于計算分別在使得第一基準光和第二基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于所述介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
8. —種制造光學元件的方法，包括以下的步驟 執行光學元件的模制成形；通過使用折射率分布測量方法測量作為被檢體的所述光學元件的折射率分布；和通過使用測量的折射率分布對所述光學元件進行評價，其中，所述折射率分布測量方法通過使用折射率與被檢體的折射率不同的介質并且通過使用第一基準光和具有與第一基準光的波長不同的波長的第二基準光測量被檢體的折射率分布，其中，所述折射率分布測量方法包括透過波前測量步驟，使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第一透過波前，并且使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的被檢體以測量被檢體的第二透過波前；基準透過波前計算步驟，計算當使得第一基準光入射到被放置于所述介質中的具有已知的形狀和已知的折射率分布的基準被檢體時能夠獲取的基準被檢體的第一基準透過波前，并且計算當使得第二基準光入射到被放置于所述介質中的所述基準被檢體時能夠獲取的所述基準被檢體的第二基準透過波前；和折射率分布計算步驟，通過使用第一和第二透過波前以及第一和第二基準透過波前來計算從中去除了被檢體的形狀分量的折射率分布，其特征在于，透過波前測量步驟通過使得第一基準光入射到以多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第一透過波前，并且通過使得第二基準光入射到以所述多個放置狀態被放置于所述介質中的被檢體來測量第二透過波前，所述方法還包括對準誤差計算步驟，所述對準誤差計算步驟計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度，并且通過使用所述像差靈敏度和在所述多個放置狀態中測量的第一和第二透過波前來計算在第一和第二透過波前的測量中的在所述多個放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差，并且，基準透過波前計算步驟計算分別在使得第一基準光和第二基準光入射到以包含所述對準誤差的放置狀態被放置于所述介質中的基準被檢體時能夠獲取的第一和第二基準透過波前。
全文摘要
本發明涉及折射率分布測量方法、裝置和制造光學元件的方法，該方法通過分別導致基準光入射到以多個放置狀態位于第一介質和第二介質中的被檢體來測量第一透過波前和第二透過波前，計算相對于被檢體的放置狀態的變化的像差靈敏度并且通過使用像差靈敏度和在各放置狀態中測量的第一和第二透過波前計算在各放置狀態中的每一個中的被檢體的對準誤差。該方法還計算分別當導致基準光入射到以包含對準誤差的放置狀態位于第一介質和第二介質中的基準被檢體時可獲取的第一和第二基準透過波前，并且通過使用第一和第二透過波前和第一和第二基準透過波前計算從中去除其形狀成分的被檢體的折射率分布。
文檔編號G01M11/02GK102564738SQ201110396388
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月2日 優先權日2010年12月3日
發明者加藤正磨 申請人:佳能株式會社