折射率分布測(cè)量方法、測(cè)量裝置及制造光學(xué)元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量折射率分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本專利特開No. 2011-247692公開了在被檢物浸入兩種類型介質(zhì)當(dāng)中每一 種中的狀態(tài)下測(cè)量透射波陣面（wavefront)并且計(jì)算被檢物的折射率分布投影值的方 法，其中這兩種類型的介質(zhì)具有與被檢物的折射率不同的折射率。此外，日本專利特開 No. 2011-247692公開了通過利用在被檢物傾斜時(shí)測(cè)出的折射率分布投影值來計(jì)算三維折 射率分布的方法。根據(jù)在日本專利特開No. 2011-247692中公開的測(cè)量方法，即使當(dāng)被檢物 具有高折射率時(shí)，也可以在不使用具有與被檢物的折射率基本上相同折射率的介質(zhì)的情況 下測(cè)量被檢物的三維折射率分布。
[0003] 但是，在日本專利特開No. 2011-247692中所公開的方法中，假設(shè)光透射通過被檢 物并且因此對(duì)于具有邊緣部分的被檢物（諸如透鏡）可測(cè)量的方向是有限的。被檢物的三 維折射率分布不能只利用在有限方向上獲得的透射波陣面來準(zhǔn)確地測(cè)出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了即使在被檢物具有高折射率時(shí)也能夠高精度地測(cè)量被檢物的三維 折射率分布的折射率分布測(cè)量方法和折射率分布測(cè)量裝置。本發(fā)明還提供了能夠通過模具 成型高精度地量產(chǎn)由高折射率玻璃材料制成的光學(xué)元件的制造光學(xué)元件的方法。
[0005] 作為本發(fā)明一方面的折射率分布測(cè)量方法包括以下步驟：測(cè)量被檢物的透射波陣 面，基于透射波陣面的測(cè)量結(jié)果確定被檢物的第一折射率分布，基于與被檢物的第二折射 率分布相關(guān)的信息確定透射波陣面的光的透射方向上的第三折射率分布，以及基于第一折 射率分布和第三折射率分布計(jì)算被檢物的三維折射率分布。
[0006] 作為本發(fā)明另一方面的折射率分布測(cè)量裝置包括配置為測(cè)量被檢物的透射波陣 面的測(cè)量單元，以及配置為計(jì)算被檢物的三維折射率分布的處理單元，并且該處理單元配 置為基于由測(cè)量單元對(duì)透射波陣面的測(cè)量結(jié)果確定被檢物的第一折射率分布、基于與被檢 物的第二折射率分布相關(guān)的信息確定透射波陣面的光的透射方向上的第三折射率分布以 及基于第一折射率分布和第三折射率分布計(jì)算被檢物的三維折射率分布。
[0007] 作為本發(fā)明另一方面的制造光學(xué)元件的方法包括模制光學(xué)元件以及通過使用折 射率分布測(cè)量方法測(cè)量作為被檢物的光學(xué)元件的折射率分布以評(píng)價(jià)光學(xué)元件的步驟。
[0008] 參考附圖根據(jù)以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的更多特征和方面將變得清 楚。
【附圖說明】
[0009] 圖1是圖示出實(shí)施例1中折射率分布測(cè)量方法的流程圖。
[0010] 圖2是實(shí)施例1中折射率分布測(cè)量裝置（測(cè)量在被檢物的徑向方向上的折射率分 布投影值的裝置）的配置圖。
[0011] 圖3A和3B是圖示出在實(shí)施例1中的折射率分布測(cè)量裝置中到被檢物的光路的 圖。
[0012] 圖4A至4D是實(shí)施例1中折射率分布測(cè)量裝置（測(cè)量片表面上的折射率分布的裝 置）的配置圖。
[0013] 圖5是圖示出在實(shí)施例1中的折射率分布測(cè)量裝置中到被檢物的光路的圖。
[0014] 圖6是實(shí)施例2中折射率分布測(cè)量裝置（測(cè)量在被檢物的徑向方向上的折射率分 布投影值的裝置）的配置圖。
[0015] 圖7是實(shí)施例2中夏克-哈特曼（Shack-Hartmann)傳感器的示意圖。
[0016] 圖8是圖示出實(shí)施例2中折射率分布測(cè)量方法的流程圖。
[0017] 圖9是圖示出實(shí)施例3中折射率分布測(cè)量方法的流程圖。
[0018] 圖10是圖示出制造每種實(shí)施例中的光學(xué)元件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0020] [實(shí)施例1]
[0021] 首先，參考圖1，將描述本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)量折射率分布（GI)的方法（計(jì)算方 法）。圖1是圖示出在此實(shí)施例中的折射率分布測(cè)量方法的流程圖。圖1中的每一步是基 于以下所述圖2中所圖示出的處理器200的指令（命令）執(zhí)行的。
[0022] 圖1中所圖示出的過程可以粗分類為三個(gè)步驟。第一步包括步驟Sll至S13,在這 里，被檢物被浸入兩種類型的介質(zhì)以便基于透射波陣面的每個(gè)測(cè)量值計(jì)算被檢物的徑向方 向上的折射率分布投影值。第二步包括步驟S14和S15,在這里，被檢物被加工成片形狀以 計(jì)算片表面上的折射率分布。在各實(shí)施例中，片表面上的折射率分布被稱為先驗(yàn)信息。第 三步包括步驟S16至S18,在這里，徑向方向上的折射率分布投影值與片表面上的折射率分 布組合（合成）以計(jì)算三維折射率分布。在下文中，將詳細(xì)地描述每一步。
[0023] 圖2是此實(shí)施例中折射率分布測(cè)量裝置10的配置圖，并且折射率分布測(cè)量裝置 10執(zhí)行圖1中的步驟Sll至S13以計(jì)算徑向方向上的折射率分布投影值。在被檢物140 浸入具有與被檢物140的折射率不同的折射率的兩種類型介質(zhì)（例如，水和油）當(dāng)中每一 種的狀態(tài)下，在從光源100發(fā)射的光進(jìn)入被檢物140時(shí)，折射率分布測(cè)量裝置10測(cè)量被檢 物140 (被測(cè)試的被檢物）的透射波陣面。然后，折射率分布測(cè)量裝置10通過使用處理器 200 (處理單元）作為計(jì)算機(jī)來計(jì)算被檢物140的折射率分布（徑向方向上的折射率分布投 影值）。
[0024] 在此實(shí)施例中，泰伯（Talbot)干涉儀用作測(cè)量被檢物140的透射波陣面的測(cè)量單 元。被檢物140是諸如透鏡的光學(xué)元件。液槽130用第一介質(zhì)（例如，水）填充。液槽131 用第二介質(zhì)（例如，油）填充。通過使用液槽交換機(jī)構(gòu)150,液槽130和131可互換。第一 介質(zhì)（水）或第二介質(zhì)（油）的折射率比被檢物140的折射率小0· 01或更多。第二介質(zhì) (油）的折射率與第一介質(zhì)（水）的折射率相差〇· 01或更多。
[0025] 光源100使用諸如He-Ne激光器的激光光源。當(dāng)經(jīng)過小孔110 (光學(xué)構(gòu)件）時(shí)，沿 著光軸OA從光源100發(fā)射的激光束101衍射。由小孔110衍射的衍射光（參照光102)通 過準(zhǔn)直透鏡120 (CL)變成會(huì)聚光103。小孔110和準(zhǔn)直透鏡120是能夠基于從光源100發(fā) 射的光（激光束）生成會(huì)聚光103的光學(xué)構(gòu)件。會(huì)聚光103透射通過液槽130中的水（第 一介質(zhì)）以及被檢物140。在此實(shí)施例中，被檢物140是關(guān)于軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的透鏡。小孔110 的直徑小到足以把衍射光（參照光102)看作理想的球面波，并且設(shè)計(jì)成滿足通過使用物 側(cè)的數(shù)值孔徑NAO和光源100的波長(zhǎng)λ表示的以下表達(dá)式（1)。
[0026]
[0027] 透射通過液槽130中的被檢物140和水（第一介質(zhì)）的激光束（會(huì)聚光103)經(jīng) 過作為二維衍射光柵的正交衍射光柵（衍射光柵170)，并且被CXD (檢測(cè)器180)成像（測(cè) 量）。檢測(cè)器180在防振臺(tái)190上提供。當(dāng)被檢物140的像側(cè)的數(shù)值孔徑NA小并且衍射光 柵170與檢測(cè)器180之間的距離Z滿足由以下表達(dá)式⑵表示的Talbot條件時(shí)，獲得衍射 光柵170的偽分辨率（Talbot像），作為檢測(cè)器180上的干涉圖案。
[0028]
[0029] 在表達(dá)式⑵中，符號(hào)Z表示衍射光柵170與檢測(cè)器180之間的距離，這個(gè)距離被 稱為Talbot距離。符號(hào)m表示非零整數(shù)，而符號(hào)d表示衍射光柵170的光柵節(jié)距（pitch)。 符號(hào)Ztl表示從衍射光柵170到被檢物140的像面的距離。例如，當(dāng)從被檢物140發(fā)射的光 是平行光時(shí)，距離Ztl無窮大。衍射光柵170的光柵節(jié)距d依賴于被檢物140的像差的量來 確定。
[0030] 通過使用平行偏心機(jī)構(gòu)160,被檢物140在光軸方向上和在與光軸垂直的方向上 是相對(duì)可移動(dòng)的。準(zhǔn)直透鏡120、衍射光柵170以及檢測(cè)器180在安裝成與光軸平行的軌道 (未圖示出）上是相對(duì)可移動(dòng)的。
[0031] 在圖1中的步驟Sll和S12,在被檢物140浸入每種介質(zhì)（第一介質(zhì)和第二介質(zhì)當(dāng) 中每一個(gè)）中時(shí)，處理器200通過使用測(cè)量單元（衍射光柵170和檢測(cè)器180)測(cè)量被檢物 140的透射波陣面。具體而言，首先在步驟S11，在參照光102進(jìn)入第一介質(zhì)中（水中）的被 檢物140時(shí)，測(cè)量單元測(cè)量被檢物140的透射波陣面（第一透射波陣面），其中第一介質(zhì)具 有比被檢物140的折射率小的第一折射率。測(cè)量透射波陣面包括通過使用檢測(cè)器180獲得 干涉圖案的圖像并且通過使用處理器200執(zhí)行透射波陣面的圖像復(fù)原。透射波陣面的圖像 復(fù)原（波陣面復(fù)原）是通過FFT (快速傅立葉變換）方法執(zhí)行的。通過FFT方法的波陣面復(fù) 原是通過使用干擾干涉圖案的載波條紋的像差的性質(zhì)來彼此分離載波條紋和像差的方法。 具體而言，二維FFT是對(duì)干涉圖案執(zhí)行的以便把它轉(zhuǎn)化成頻率圖。隨后，只有頻率圖中載波 頻率的相鄰部分被切掉并且坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換，使得載波頻率位于原點(diǎn)，以便執(zhí)行iFFT(逆快速 傅立葉變換）。從而，可以獲得復(fù)數(shù)振幅圖的相位項(xiàng)。這樣獲得的相位圖是透射波陣面。
[0032] 隨后，在步驟S12,利用液槽交換機(jī)構(gòu)150,填充油（第二介質(zhì)）的液槽13