折射率分布測量方法和測量裝置以及光學(xué)元件制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測量光學(xué)元件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。
【背景技術(shù)】
[0002] 在通過模制來制造透鏡的方法中，包含形狀、折射率和折射率分布的三個物理量 偏離設(shè)計值。特別地，在透鏡內(nèi)部出現(xiàn)的折射率分布的缺陷不利地影響光學(xué)性能。因此，在 通過模制來制造透鏡時，需要用于在形狀和折射率與設(shè)計值不同的條件下非破壞性地測量 模制透鏡的折射率分布的技術(shù)。
[0003] 在日本專利申請公開No. 2014-196966所公開的測量方法中，形成被檢體被第一基 準(zhǔn)元件與第二基準(zhǔn)元件夾著且被檢體與第一基準(zhǔn)元件之間的間隙和被檢體與第二基準(zhǔn)元 件之間的間隙被匹配油填充的測量單胞。第一和第二基準(zhǔn)元件的折射率被假定為與被檢體 的折射率基本上相同。這里，"基本上相同"意指值處于可忽略的差值內(nèi)。因此，對于基本上 與被檢體相同的第一和第二基準(zhǔn)元件的折射率，與第一和第二基準(zhǔn)元件的光學(xué)性能相比， 被檢體的光學(xué)性能的差異會是可忽略的。第一和第二基準(zhǔn)元件的表面形狀是被檢體的表面 形狀的顛倒(reverse)。然后，測量所述測量單胞的干涉條紋，從干涉條紋計算相位分布數(shù) 據(jù)，并且，計算相位分布數(shù)據(jù)與先前設(shè)定基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的差值，以確定被檢體的折射率分 布。
[0004] 在日本專利申請公開No. 2014-196966所公開的測量方法中，通過使用折射率被假 定為與被檢體的折射率基本上相同的基準(zhǔn)元件和匹配油，被檢體對折射的影響被消除，以 確定被檢體的折射率分布。但是，在通過模制來制造透鏡的方法中，由于不僅被檢體的形狀 而且被檢體的折射率對不同的模制條件偏離設(shè)計值，因此在被檢體的折射率、基準(zhǔn)元件的 折射率和匹配油的折射率之間出現(xiàn)差異。
[0005] 由于折射率的差異，被檢體對折射的影響不能被完全消除。因此，作為折射率分布 測量的誤差，出現(xiàn)被檢體的形狀誤差(相對于形狀的設(shè)計值的偏離）。并且，僅僅被檢體的折 射率與基準(zhǔn)元件的折射率之間的差異也導(dǎo)致折射率分布的計算誤差。因此，為了以高的精 度確定折射率分布，需要用于校正被檢體的形狀誤差和被檢體的折射率誤差(相對于折射 率的設(shè)計值的偏離)的影響的計算。
[0006] 例如，本發(fā)明提供用于允許以高精度非破壞性地測量透鏡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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種折射率分布測量方法包括:測量傳播通過通過用形 狀和折射率已知的第一基準(zhǔn)透鏡、形狀和折射率已知的第二基準(zhǔn)透鏡、以及介質(zhì)夾著測驗 透鏡形成的測驗單元的波前的步驟;和通過使用第一基準(zhǔn)透鏡的形狀和折射率、第二基準(zhǔn) 透鏡的形狀和折射率、以及測驗單元的測量的波前，計算測驗透鏡的折射率分布的步驟。
[0008] 本發(fā)明的另一方面是一種透鏡制造方法，該透鏡制造方法包括模制透鏡的步驟和 通過用上述的折射率分布測量方法測量透鏡的折射率分布來評價模制的透鏡的光學(xué)特性 的步驟。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種折射率分布測量裝置，該折射率分布測量裝置 包括:被配置為測量傳播通過通過用形狀和折射率已知的第一基準(zhǔn)透鏡、形狀和折射率已 知的第二基準(zhǔn)透鏡和介質(zhì)夾著測驗透鏡形成的測驗單元的傳播的波前的測量單元;和被配 置為通過使用第一基準(zhǔn)透鏡的形狀和折射率、第二基準(zhǔn)透鏡的形狀和折射率、以及測驗單 元的傳播的波前計算測驗透鏡的折射率分布的計算單元。
[0010] 參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的折射率分布測量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012] 圖2是示出根據(jù)第一實施例的測驗透鏡的折射率分布的計算過程的流程圖。
[0013] 圖3示出測驗透鏡的折射率的分散曲線以及第一和第二基準(zhǔn)透鏡的折射率的分散 曲線。
[00M]圖4A示出根據(jù)第一實施例在測驗透鏡處限定的坐標(biāo)系，圖4B示出測量裝置中的光 線的光路和透鏡單元的參數(shù)。
[0015] 圖5A~?示出根據(jù)第一實施例的測驗單元相對于測驗光束傾斜的多個配置。
[0016] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的折射率分布測量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0017] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件制造方法的處理步驟。
【具體實施方式】
[0018] 以下，參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
[0019] 第一實施例
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的折射率分布測量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖?；?Mach-Zehnder干涉計形成根據(jù)第一實施例的折射率分布測量裝置。測量裝置包括光源10、 干涉光學(xué)系統(tǒng)、測驗單元200、補償板130、檢測器80和計算機90。測量裝置測量測驗透鏡60 的折射率分布。在實施例中，測驗透鏡是具有正折光力的透鏡。但是，只要使用折射光學(xué)元 件，不管折光力是正還是負(fù)，就都能夠測量折射率分布。
[0021] 光源10是能夠發(fā)射具有多個波長的光的光源(諸如超連續(xù)光源）。具有多個波長的 光在穿過單色器20之后變?yōu)闇?zhǔn)單色光。準(zhǔn)單色光穿過針孔30并且變?yōu)榘l(fā)散波，并且，穿過準(zhǔn) 直透鏡40并且變?yōu)槠叫泄狻?br>[0022] 干涉光學(xué)系統(tǒng)包含射束分離器100和101以及反射鏡105和106。干涉光學(xué)系統(tǒng)將穿 過準(zhǔn)直透鏡40的光分成不穿過測驗透鏡60的基準(zhǔn)光和穿過測驗透鏡60的測驗光，并且，導(dǎo) 致基準(zhǔn)光和測驗光相互干涉并且導(dǎo)致干涉光被引向檢測器80。
[0023] 測驗單元200包含測驗透鏡60、第一基準(zhǔn)透鏡120、第二基準(zhǔn)透鏡125和介質(zhì)71。第 一基準(zhǔn)透鏡120、介質(zhì)71、測驗透鏡60、介質(zhì)71和第二基準(zhǔn)透鏡125被依次并排設(shè)置。
[0024]在特定波長處，第一基準(zhǔn)透鏡120的折射率等于測驗透鏡60的折射率。由于測驗透 鏡60具有折射率分布，因此短語"測驗透鏡60的折射率"指的是測驗透鏡60內(nèi)的特定點處的 折射率。特定點可以是測驗透鏡60內(nèi)的任何點。
[0025] 第二基準(zhǔn)透鏡125由與第一基準(zhǔn)透鏡120相同的材料形成。介質(zhì)71的折射率不需要 等于測驗透鏡60的折射率(例如，當(dāng)測驗透鏡60的折射率n d為約1.9,介質(zhì)71的折射率nd可以 為約1.7)。介質(zhì)的折射率越接近測驗透鏡60的折射率越好。這是由于可以減少測驗透鏡60 的表面處的折射的影響。但是，介質(zhì)可以是空氣。
[0026] 第一基準(zhǔn)透鏡120具有平面形狀和與測驗透鏡60的第一表面的形狀基本上相同的 形狀。第二基準(zhǔn)透鏡125具有與測驗透鏡60的第二表面的形狀基本上相同的形狀和平面形 狀。即，處于測驗透鏡60的相反側(cè)的第一基準(zhǔn)透鏡120的表面和第二基準(zhǔn)透鏡125的表面是 平面。
[0027] 在第一實施例中，"基本上相同的表面形狀"指的是形狀在測驗透鏡的表面形狀的 制造誤差的量級的范圍內(nèi)匹配的表面。第一基準(zhǔn)透鏡120的表面形狀和折射率以及第二基 準(zhǔn)透鏡125的表面形狀和折射率是已知的。通過例如研磨/拋光制造第一基準(zhǔn)透鏡120和第 二基準(zhǔn)透鏡125,使得它們的折射率分布可以是可忽略的。測驗單元200相對于入射測驗光 被設(shè)置在沿垂直方向具有旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)臺架140上。
[0028] 通過射束分離器100反射的測驗光被反射鏡106反射并且穿過測驗單元200。另一 方面，穿過射束分離器100的基準(zhǔn)光穿過補償板130并且被反射鏡105反射。補償板130是用 于減小測驗光的光路長度與基準(zhǔn)光的光路長度之間的差值的玻璃塊。如果穿過單色器20的 光的相干長度長，那么不需要補償板130?；鶞?zhǔn)光和測驗光由射束分離器101組合以形成干 涉光。
[0029] 通過用溫度計（未示出）測量介質(zhì)71附近的空氣溫度并且基于測量的溫度轉(zhuǎn)換成 折射率，計算介質(zhì)71的折射率。但是，在第一實施例中，不必計算介質(zhì)71的折射率。
[0030] 反射鏡105通過驅(qū)動機構(gòu)(未示出)沿圖1中的雙頭箭頭的方向被驅(qū)動。驅(qū)動方向不 限于圖1中的雙頭箭頭的方向。只要通過驅(qū)動反射鏡105改變基準(zhǔn)光的光路長度與測驗光的 光路長度之間的差值，反射鏡105可沿任何方向被驅(qū)動。反射鏡105的驅(qū)動機構(gòu)由例如壓電 臺架構(gòu)成。反射鏡105的驅(qū)動量通過長度測量單元(諸如激光位移測量裝置或編碼器）（未示 出）被測量，并且由計算機90控制。通過反射鏡105的驅(qū)動機構(gòu)調(diào)整基準(zhǔn)光的光路長度與測 驗光的光路長度之間的差值。
[0031 ]由射束分離器101形成的干涉光通過成像透鏡45由檢測器80(諸如CCD或M0S)檢 測。由檢測器80檢測的干涉信號被發(fā)送到計算機90。檢測器80相對于成像透鏡45被設(shè)置在 與測驗透鏡60共輒的位置處。即，在檢測器80上形成測驗透鏡60處的圖像和干涉條紋。 [00 32] 計算機90包含計算單元和控制器。計算單元基于檢測器80的檢測結(jié)果計算測驗透 鏡的折射率分布?？刂破骺刂拼┻^單色器20的光的波長、反射鏡105的驅(qū)動量和旋轉(zhuǎn)臺架 140的旋轉(zhuǎn)量。計算機90由例如CPU構(gòu)成。
[0033]圖2是示出測驗透鏡60的折射率分布的計算過程的流程圖。在第一實施例中，首 先，測驗透鏡60被第一基準(zhǔn)透鏡120、第二基準(zhǔn)透鏡125和介質(zhì)71夾著以形成測驗單元200 (S10)〇
[0034]如圖3所示，與第二基準(zhǔn)透鏡125的折射率分布相同的第一基準(zhǔn)透鏡120的折射率 分布與測驗透鏡60(被檢體)的折射率分布不同。在特定波長λ〇處，第一基準(zhǔn)透鏡120和第二 基準(zhǔn)透鏡125的折射率等于測驗透鏡60的折射率。一般地，模制透鏡的折射率的絕對值根據(jù) 模制條件大大改變。如果第一基準(zhǔn)透鏡120和第二基準(zhǔn)透鏡125的折射率分布與測驗透鏡60