折射率測量方法、折射率測量裝置及光學元件制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及折射率測量方法和折射率測量裝置，更具體地，本發明可用于測量通 過成型（molding)制造的光學元件的折射率。
【背景技術】
[0002] 模子（mold)透鏡的折射率根據模子條件而改變。一般地，在將透鏡加工成棱鏡的 形式之后通過最小偏角方法或V阻擋（V-block)方法測量模子透鏡的折射率。這種加工作 業執行起來麻煩且成本高。此外，成型之后透鏡的折射率在加工作業期間由于應力釋放而 改變。因此，需要用于非破壞性地測量模子透鏡的折射率的技術。
[0003]PTL1公開了以下方法：在該方法中，將其相位折射率和形狀未知的被檢體和其 相位折射率和形狀已知的玻璃樣本浸入到兩種類型的相位折射率匹配液中，通過使用相干 光測量干涉條紋，從玻璃樣本的干涉條紋測量油的相位折射率，并通過使用油的相位折射 率計算被檢體的相位折射率。在NPL1中，描述了以下方法。即，在該方法中，作為波長的 函數測量源自參照光和被檢光（testlight)之間的干涉的干涉信號，計算相位差為極值的 特定波長，并且，通過使用擬合該干涉信號的模型計算折射率。
[0004] 在PTL1中公開的方法中，由于具有高的相位折射率的匹配油（matchingoil)的 透射率低，因此，只有小的信號在測量具有高的相位折射率的被檢體的透射波前時被獲得。 因此，測量精度降低。
[0005] 在NPL1中公開的方法中，干涉信號的相位的偏移項（為2π的整數倍的項）是 未知的。因此，擬合精度降低。此外，需要知道被檢體的厚度。
[0006] 引文列表
[0007] 專利文獻
[0008]PTL1 美國專利No. 5151752
[0009] 非專利文獻
[0010]NPL1H.Delbarre，C.Przygodski，M.Tassou，和D.Boucher，High-precision indexmeasurementinanisotropiccrystalsusingwhite-lightspectral interferometry(appliedphysicsB,2000,vol.70,pp. 45-51)
【發明內容】
[0011] 問題的解決方案
[0012] 本發明提供一種用于通過將來自光源的光分成被檢光和參照光、將被檢光引入 到被檢體中并且測量源自參照光與穿過被檢體的被檢光之間的干涉的干涉光來測量被 檢體的折射率的方法。該方法包括以下步驟：通過將被檢體布置在其群折射率（group refractiveindex)在特定波長處等于被檢體的群折射率的介質中，測量源自穿過被檢體 和介質的被檢光和穿過介質的參照光之間的干涉的干涉光；基于被檢光與參照光之間的相 位差的波長依賴性確定所述特定波長；以及計算與所述特定波長對應的介質的群折射率作 為與所述特定波長對應的被檢體的群折射率。
[0013] 本發明還提供一種光學元件制造方法。該方法包括以下步驟：使光學元件成型； 以及通過使用上述的折射率測量方法測量光學元件的折射率，評價成型的光學元件。
[0014] 本發明還提供一種折射率測量裝置，該折射率測量裝置包括：光源；被配置為將 來自光源的光分成被檢光和參照光、將被檢光引入到被檢體中并且使得參照光和穿過被檢 體的被檢光相互干涉的干涉光學系統；被配置為檢測源自被檢光和參照光之間的干涉的干 涉光的檢測單元；以及被配置為通過使用從檢測單元輸出的干涉信號計算被檢體的折射率 的計算單元。被檢體被布置于其群折射率在特定波長處等于被檢體的群折射率的介質中。 干涉光學系統是使得穿過被檢體和介質的被檢光與穿過介質的參照光相互干涉的光學系 統。計算單元基于被檢光和參照光之間的相位差的波長依賴性確定所述特定波長，并且將 與所述特定波長對應的介質的群折射率計算為與所述特定波長對應的被檢體的群折射率。
[0015] 參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0016] 圖1是根據本發明的第一實施例的折射率測量裝置的框圖。
[0017] 圖2是用于通過使用根據本發明的第一實施例的折射率測量裝置計算被檢體的 群折射率的過程的流程圖。
[0018] 圖3A是表示被檢體與介質的相位折射率與波長之間的關系的示圖。
[0019] 圖3B是表示被檢體與介質的群折射率與波長之間的關系的示圖。
[0020] 圖4A和圖4B是分別表示用根據本發明的第一實施例的折射率測量裝置的檢測器 獲得的干涉信號的示圖。
[0021] 圖5是根據本發明的第二實施例的折射率測量裝置的框圖。
[0022] 圖6是根據本發明的第三實施例的折射率測量裝置的框圖。
[0023] 圖7示出根據本發明的第四實施例的光學元件制造方法的制造步驟。
【具體實施方式】
[0024] 以下參照附圖描述本發明的實施例。
[0025] 第一實施例
[0026] 圖1是根據本發明的第一實施例的折射率測量裝置的框圖。根據第一實施例的折 射率測量裝置包括Mach-Zehnder干涉計。在第一實施例中，通過將被檢體放置于在特定波 長處具有等于被檢體的群折射率的群折射率的介質（諸如油）中，被檢體的厚度被去除以 測量被檢體的群折射率。
[0027] 折射率包括與作為光的等相位面的移動速度的相位速度νρ(λ)有關的相位折射 率Νρ(λ)和與光能量的移動速度￥^1)(波包（wavepacket)的移動速度）有關的群折射 率Ng(λ)。能夠通過使用后面描述的式6將這些折射率相互轉換。
[0028] 在實施例中，被檢體是具有負的折光力（焦距的倒數）的透鏡。由于折射率測量 裝置測量被檢體的折射率，因此，被檢體可以是透鏡或平板，僅需要是折射光學元件。
[0029] 折射率測量裝置包括光源10、干涉光學系統、能夠容納介質70和被檢體80的容器 60、檢測器90和計算機（計算單元）100。折射率測量裝置測量被檢體80的折射率。
[0030] 光源10是具有寬波長帶的光源（例如，超連續統一體（supercontinuum)光源）。 干涉光學系統將來自光源10的光分成不穿過被檢體的光（參照光）和穿過被檢體的光（被 檢光），使得參照光和被檢光相互重疊且相互干涉，并且將干涉光引向檢測器90。干涉光學 系統包括射束分離器20和21、以及鏡子30、31、40、41、50和51。
[0031] 射束分離器20和21例如是立方射束分離器。射束分離器20的界面（接合表 面）20a透射來自光源10的光的一部分，并且同時反射來自光源10的光的剩余部分。穿過 界面20a的光的部分變為參照光，被界面20a反射的光的部分變為被檢光。射束分離器21 的界面21a反射參照光的一部分，并且，透射被檢光的一部分。作為結果，參照光和被檢光 相互干涉，使得形成干涉光。干涉光向著檢測器90射出。
[0032] 容器60容納介質70和被檢體80。在被檢體80沒有被布置于容器中時，希望容 器中的參照光的光路長度和被檢光的光路長度相等。因此，希望容器60的側面（例如，玻 璃）的厚度和折射率均勻且容器60的兩個側面相互平行。容器60包含溫度調節機構（溫 度調節單元），并且，能夠例如控制介質的溫度變化和介質的溫度分布。
[0033] 使用介質折射率計算單元（未示出）計算介質70的折射率。介質折射率計算單 元包括例如測量介質的溫度的溫度測量單元和將測量的溫度轉換成介質的折射率的計算 機。更具體而言，介質折射率計算單元僅需要包括具有存儲器的計算機，該存儲器存儲特定 溫度處的不同波長時的折射率和不同波長時的折射率的溫度系數。這使得計算機能夠通過 使用通過溫度測量單元測量的介質7的溫度計算測量的溫度處的各波長時的介質70的折 射率。當介質70的溫度變化小時，可以使用指示特定溫度處的各波長時的折射率數據的查 找表。介質折射率計算單元包括其折射率和形狀已知的玻璃棱鏡（參照被檢體）、測量布置 于介質中的玻璃棱鏡的透射波前的波前測量傳感器（波前測量單元）、以及從透射波前以 及玻璃棱鏡的折射率和形狀計算介質的折射率的計算機。介質折射率計算單元可測量相位 折射率或群折射率。
[0034] 鏡子40和41例如是棱鏡。例如，鏡子50和51是角錐反射器（cornercube reflector)。鏡子51具有用于沿圖1中的雙頭箭頭方向的驅動操作的驅動機構。例如，鏡 子51的驅動機構包括具有大的驅動范圍的臺架和具有高的驅動分辨率的壓電元件。鏡子 51的驅動量通過諸如激光長度測量單元或編碼器的長度測量單元（未示出）被測量。鏡 子51的驅動由計算機100控制。參照光的光路長度與被檢光的光路長度之間的差值可