專利名稱：折射率分布測量方法和折射率分布測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量諸如光學(xué)元件的被檢物的折射率分布的方法和裝置。
背景技術(shù)：
用于諸如數(shù)字照相機(jī)和激光束打印機(jī)的光學(xué)裝置的諸如透鏡的光學(xué)元件需要高 的折射率。另一方面，模制技術(shù)使得即使在使用具有高折射率的光學(xué)玻璃和塑料時(shí)也能夠 容易地制造諸如非球面的復(fù)雜形狀。但是，模制有時(shí)依賴于模制條件而在光學(xué)元件內(nèi)造成折射率不均勻性。這種內(nèi)部 折射率不均勻性大大影響光學(xué)元件的光學(xué)特性，這會使得不能獲得希望的光學(xué)特性。因此， 需要具有高折射率的光學(xué)元件的內(nèi)部光學(xué)均勻性的高度精確測量。用于測量光學(xué)均勻性的方法通常包括測量經(jīng)高精度加工的被檢物(光學(xué)元件)的 透射波前以測量其的內(nèi)部折射率分布的干涉量度法。此外，提出如下這樣的方法，該方法將 被檢物放置在玻璃板之間，并將被檢物浸入被設(shè)置在其間且具有大致等于被檢物的折射率 的折射率的油中，以減少被檢物的表面精度誤差。日本專利公開No. 01-316627公開了如下這樣的方法，該方法測量被浸入具有大 致等于被檢物的折射率的折射率的介質(zhì)(匹配油)中的被檢物的透射波前，以獲得被檢物 的光學(xué)性能。該方法使得能夠在被檢物沒有被精確加工的情況下測量被檢物的內(nèi)部折射率 分布。日本專利公開No. 02-0087 公開了如下這樣的方法，該方法測量被浸入具有大 致等于被檢物的折射率的折射率的第一匹配油中的被檢物的透射波前，并進(jìn)一步測量被浸 入具有與被檢物的折射率稍微不同的折射率的第二匹配油中的被檢物的透射波前。此公開 的方法基于通過第一和第二匹配油測量的透射波前獲得被檢物的折射率分布和形狀。在通過第二匹配油進(jìn)行的測量中，被檢物的折射率分布和形狀的影響在用于測量 透射波前的檢測器上作為干涉條紋出現(xiàn)。因此，第二匹配油的折射率必須在干涉條紋未極 度加厚的范圍內(nèi)與被檢物的折射率稍微不同。在日本專利公開No. 01-316627和No. 02-008726中公開的測量方法需要具有大致 等于被檢物的折射率的折射率的匹配油。但是，具有高折射率的匹配油通常具有低的透射 率。因此，當(dāng)利用日本專利公開No. 01-316627和No. 02-008726中公開的測量方法測量具 有高折射率的被檢物的透射波前時(shí)，檢測器僅輸出小的信號，這使測量精度劣化。另一方面，當(dāng)使用低折射率匹配油時(shí)，由被檢物的形狀導(dǎo)致的像差被加到透射波 前上。此外，由于用于測量的光變?yōu)榉菧?zhǔn)直光，因此除被檢物以外的光學(xué)元件的布置誤差也 影響透射波前。這些使得難以精確地從透射波前僅提取折射率分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了即使當(dāng)將被檢物浸入低折射率介質(zhì)中時(shí)仍能夠高度精確地測量高 折射率被檢物的內(nèi)部折射率分布的方法和裝置。
作為其一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種折射率分布測量方法，包括第一測量步驟， 用于將被檢物置于第一介質(zhì)中并使基準(zhǔn)光入射到所述被檢物以測量所述被檢物的第一透 射波前，所述第一介質(zhì)的折射率低于所述被檢物的折射率；第二測量步驟，用于將所述被檢 物置于第二介質(zhì)中并使基準(zhǔn)光入射到所述被檢物以測量所述被檢物的第二透射波前，所述 第二介質(zhì)的折射率比所述被檢物的折射率低并且與所述第一介質(zhì)的折射率不同；以及計(jì)算 步驟，用于計(jì)算所述被檢物的內(nèi)部折射率分布。當(dāng)在所述第一測量步驟中入射到所述被檢 物的基準(zhǔn)光中，入射到所述被檢物的遠(yuǎn)離所述被檢物的位于光軸上的中心部分的周邊部分 并穿過所述被檢物的某一點(diǎn)的光線被定義為第一光線，并且在所述第二測量步驟中入射到 所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述周邊部分上并穿過所述某一點(diǎn)的光線被定義為第二光 線時(shí)，在所述第一測量步驟和所述第二測量步驟中，所述方法使得所述第一光線和所述第 二光線沿相互不同的方向行進(jìn)，以改變所述基準(zhǔn)光的數(shù)值孔徑，使得與入射到所述被檢物 之前的基準(zhǔn)光相比，透過所述被檢物之后的基準(zhǔn)光更接近于準(zhǔn)直光。此外，在所述計(jì)算步驟 中，所述方法通過使用所述被檢物的分別沿所述第一光線和所述第二光線的幾何厚度計(jì)算 所述被檢物的有效厚度，并通過使用在所述第一測量步驟和所述第二測量步驟中測量的所 述第一透射波前和所述第二透射波前以及計(jì)算的所述有效厚度計(jì)算內(nèi)部折射率分布。作為其的另一方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)元件制造方法，所述方法包括模制所 述光學(xué)元件的形成步驟；和評估所述光學(xué)元件的評估步驟。在所述評估步驟中，所述方法通 過使用上述折射率分布測量方法測量所述光學(xué)元件的內(nèi)部折射率分布。作為其的還另一方面，本發(fā)明提供了一種折射率分布測量裝置，包括測量部件， 被配置為執(zhí)行第一測量和第二測量，所述第一測量使基準(zhǔn)光入射到被置于第一介質(zhì)中的被 檢物以測量所述被檢物的第一透射波前，所述第一介質(zhì)的折射率低于所述被檢物的折射 率，所述第二測量使基準(zhǔn)光入射到被置于第二介質(zhì)中的所述被檢物以測量所述被檢物的第 二透射波前，所述第二介質(zhì)的折射率比所述被檢物的折射率低并且與所述第一介質(zhì)的折射 率不同；以及計(jì)算部件，被配置為計(jì)算所述被檢物的內(nèi)部折射率分布。當(dāng)在所述第一測量中 入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述被檢物的遠(yuǎn)離所述被檢物的位于光軸上的中心 部分的周邊部分并穿過所述被檢物的某一點(diǎn)的光線被定義為第一光線，并且在所述第二測 量中入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述周邊部分上并穿過所述某一點(diǎn)的光線被定 義為第二光線時(shí)，所述測量部件被配置成使得所述第一光線和所述第二光線沿相互不同的 方向行進(jìn)，以改變所述基準(zhǔn)光的數(shù)值孔徑，使得與入射到所述被檢物之前的基準(zhǔn)光相比，透 過所述被檢物之后的基準(zhǔn)光更接近于準(zhǔn)直光。此外，所述計(jì)算部件被配置成通過使用所述 被檢物的分別沿所述第一光線和所述第二光線的幾何厚度計(jì)算所述被檢物的有效厚度，并 通過使用在所述第一測量和所述第二測量中測量的所述第一透射波前和所述第二透射波 前以及計(jì)算的所述有效厚度計(jì)算內(nèi)部折射率分布。從以下的描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得清楚。


圖IA和圖IB示出實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的實(shí)施例1的折射率分布測量方法的折射率分 布測量裝置的配置。圖2是示出實(shí)施例1中的折射率分布計(jì)算過程的流程圖。
圖3A和圖;3B示出在被檢物上定義的坐標(biāo)系和實(shí)施例1中的折射率分布測量裝置 中的光路。圖4A和圖4B示出在CXD位置包含誤差的情況下的光路長度的變化。圖5示出透過被檢物的光的NA和折射率分布的誤差之間的關(guān)系。圖6A和圖6B示出在被檢物的球面像差大的情況下透過被檢物的光的狀態(tài)。圖7A和圖7B示出實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的實(shí)施例2的折射率分布測量方法的折射率分 布測量裝置的配置。圖8A和圖8B示出實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的實(shí)施例3的折射率分布測量方法的折射率分 布測量裝置的配置。圖9示出使用實(shí)施例1 3的折射率分布測量方法中的任一個(gè)的光學(xué)元件的制造 方法。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。首先描述實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的第一實(shí)施例(實(shí)施例1)的折射率分布測量方法的折 射率分布測量裝置。本實(shí)施例的折射率分布測量方法測量被浸入兩種介質(zhì)(在本實(shí)施例 中，作為例子，這兩種介質(zhì)為空氣和水)中的被檢物的透射波前以計(jì)算被檢物的內(nèi)部折射 率分布，這兩種介質(zhì)的折射率比被檢物的折射率低，并且這兩種介質(zhì)的折射率相互不同。在 本實(shí)施例中，作為例子，被檢物是諸如具有負(fù)光焦度的透鏡的光學(xué)元件。圖IA和圖IB示出將被檢物40浸入空氣(第一介質(zhì))和水(第二介質(zhì))中以測 量被檢物40的透射波前的Talbot干涉計(jì)(測量部分)的配置。被檢物40在被檢物外殼 41中被浸入空氣和水中?？諝夂退恼凵渎示缺粰z物40的折射率低。而且，水的折射率 比空氣的折射率高。從激光源10(例如，He-Ne激光器)發(fā)射的激光穿過針孔20以在該處被衍射。針 孔20的直徑φ被設(shè)計(jì)為小，使得衍射光可被看作理想球面波，并進(jìn)一步使得第一準(zhǔn)直透鏡 30的數(shù)值孔徑(以下被稱為“ΝΑ”)和激光源10的波長λ滿足以下的表達(dá)式
徹(1)在波長λ為600nm并且NA為大約0. 3的情況下，針孔20的直徑φ可被設(shè)為大約 2 μ m0已穿過針孔20的激光透過第一準(zhǔn)直透鏡30和第二準(zhǔn)直透鏡31以由此被會聚。產(chǎn) 生照射被檢物40的光的光學(xué)系統(tǒng)被稱為“照射光學(xué)系統(tǒng)”。在本實(shí)施例中，針孔20、第一準(zhǔn) 直透鏡30和第二準(zhǔn)直透鏡31構(gòu)成照射光學(xué)系統(tǒng)。會聚的激光穿過被檢物外殼41中的空氣或水，然后入射到被檢物40以從中透過。 穿過被檢物外殼41中的介質(zhì)并然后入射到被檢物40的激光被稱為“基準(zhǔn)光”?；鶞?zhǔn)光21 僅是來自照射光學(xué)系統(tǒng)的光中的實(shí)際透過被檢物40的光分量。換句話說，基準(zhǔn)光21不是 諸如由于被檢物外殼41和被檢物40的形狀而被它們反射的光分量的未透過被檢物40的
光分量。已透過被檢物外殼41中的空氣或水的激光(透射光)變?yōu)榇笾聹?zhǔn)直光，并穿過作為二維衍射光柵的正交衍射光柵50。然后，透射光被作為檢測器的諸如CCD傳感器或CMOS 傳感器的圖像拾取元件60捕獲(測量)。圖像拾取元件60在以下被稱為“(XD 60”。當(dāng)已 透過被檢物40的透射光的NA小時(shí)，滿足以下的Talbot條件O)的衍射光柵50和CCD 60 之間的距離Z在CXD 60上產(chǎn)生作為衍射光柵50的自身圖像(self-image)的干涉條紋
權(quán)利要求
1.一種折射率分布測量方法，包括第一測量步驟，用于將被檢物置于第一介質(zhì)中并使基準(zhǔn)光入射到所述被檢物以測量所 述被檢物的第一透射波前，所述第一介質(zhì)的折射率低于所述被檢物的折射率；第二測量步驟，用于將所述被檢物置于第二介質(zhì)中并使基準(zhǔn)光入射到所述被檢物以測 量所述被檢物的第二透射波前，所述第二介質(zhì)的折射率比所述被檢物的折射率低并且與所 述第一介質(zhì)的折射率不同；以及計(jì)算步驟，用于計(jì)算所述被檢物的內(nèi)部折射率分布，其特征在于，當(dāng)在所述第一測量步驟中入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述被 檢物的遠(yuǎn)離所述被檢物的位于光軸上的中心部分的周邊部分并穿過所述被檢物的某一點(diǎn) 的光線被定義為第一光線，并且在所述第二測量步驟中入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入 射到所述周邊部分并穿過所述某一點(diǎn)的光線被定義為第二光線時(shí)，在所述第一測量步驟和所述第二測量步驟中，所述方法使得所述第一光線和所述第二 光線沿相互不同的方向行進(jìn)，以改變所述基準(zhǔn)光的數(shù)值孔徑，使得與入射到所述被檢物之 前的基準(zhǔn)光相比，透過所述被檢物之后的基準(zhǔn)光更接近于準(zhǔn)直光，并且，其特征在于，在所述計(jì)算步驟中，所述方法通過使用所述被檢物的分別沿所述第一光 線和所述第二光線的幾何厚度計(jì)算所述被檢物的有效厚度，并通過使用在所述第一測量步 驟和所述第二測量步驟中測量的所述第一透射波前和所述第二透射波前以及計(jì)算的所述 有效厚度計(jì)算內(nèi)部折射率分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的折射率分布測量方法，其中，在所述第一測量步驟和所述第二測 量步驟中，所述方法改變數(shù)值孔徑，使得透過所述被檢物之后的基準(zhǔn)光的部分光更接近于 準(zhǔn)直光，所述部分光對應(yīng)于所述基準(zhǔn)光的有效直徑的光軸側(cè)50%內(nèi)的光分量。
3.一種光學(xué)元件制造方法，所述方法包括 模制所述光學(xué)元件的形成步驟；和評估所述光學(xué)元件的評估步驟，其特征在于，在所述評估步驟中，所述方法通過使用根據(jù)權(quán)利要求1的折射率分布測 量方法測量所述光學(xué)元件的內(nèi)部折射率分布。
4.一種折射率分布測量裝置，包括測量部件，被配置為執(zhí)行第一測量和第二測量，所述第一測量使基準(zhǔn)光入射到被置于 第一介質(zhì)中的被檢物以測量所述被檢物的第一透射波前，所述第一介質(zhì)的折射率低于所述 被檢物的折射率，所述第二測量使基準(zhǔn)光入射到被置于第二介質(zhì)中的所述被檢物以測量所 述被檢物的第二透射波前，所述第二介質(zhì)的折射率比所述被檢物的折射率低并且與所述第 一介質(zhì)的折射率不同；以及計(jì)算部件，被配置為計(jì)算所述被檢物的內(nèi)部折射率分布，其特征在于，當(dāng)在所述第一測量中入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述被檢物 的遠(yuǎn)離所述被檢物的位于光軸上的中心部分的周邊部分并穿過所述被檢物的某一點(diǎn)的光 線被定義為第一光線，并且在所述第二測量中入射到所述被檢物的基準(zhǔn)光中，入射到所述 周邊部分并穿過所述某一點(diǎn)的光線被定義為第二光線時(shí)，所述測量部件被配置成使得所述第一光線和所述第二光線沿相互不同的方向行進(jìn)，以 改變所述基準(zhǔn)光的數(shù)值孔徑，使得與入射到所述被檢物之前的基準(zhǔn)光相比，透過所述被檢物之后的基準(zhǔn)光更接近于準(zhǔn)直光，并且，其特征在于，所述計(jì)算部件被配置成通過使用所述被檢物的分別沿所述第一光線和所 述第二光線的幾何厚度計(jì)算所述被檢物的有效厚度，并通過使用在所述第一測量和所述第 二測量中測量的所述第一透射波前和所述第二透射波前以及計(jì)算的所述有效厚度計(jì)算內(nèi) 部折射率分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了折射率分布測量方法和折射率分布測量裝置，該方法包括將被檢物(40)置于折射率比被檢物的折射率低的第一和第二介質(zhì)中并使基準(zhǔn)光(21)入射到被檢物上以測量第一和第二透射波前的第一和第二步驟。當(dāng)入射到被檢物的周邊部分上并穿過被檢物的同一點(diǎn)的光線被定義為第一和第二光線時(shí)，該方法使得這些光線沿相互不同的方向行進(jìn)以改變基準(zhǔn)光的NA，使得透過被檢物之后的基準(zhǔn)光比入射到被檢物之前的基準(zhǔn)光更接近于準(zhǔn)直光。該方法使用被檢物的幾何厚度計(jì)算被檢物的有效厚度，并通過使用第一和第二透射波前以及有效厚度計(jì)算其折射率分布。
文檔編號G01M11/02GK102062677SQ201010543240
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者杉本智洋 申請人:佳能株式會社