JP2016109592A - 屈折率分布計測方法、屈折率分布計測装置、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検レンズの屈折率分布を高精度に計測する。【解決手段】 形状及び屈折率が既知の第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の第１面とを近接させて第１の干渉縞を測定し、形状及び屈折率が既知の第２基準レンズ１２５と被検レンズ６０の第２面とを近接させて第２の干渉縞を測定し、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５を通った光の透過波面を測定する。第１の干渉縞から被検レンズ６０の第１面の形状を算出し、第２の干渉縞から被検レンズ６０の第２面の形状を算出し、第１基準レンズ１２０の屈折率と第２基準レンズ１２５の屈折率と被検レンズ６０の第１面の形状と第２面の形状と透過波面とを用いて、被検レンズ６０の屈折率分布を算出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子の屈折率分布を計測する屈折率分布計測方法及び屈折率分布計測装置に関する。

モールドによるレンズ製造方法では、形状、屈折率、屈折率分布の３つの物理量が設計値から乖離する。特に、レンズ内部に発生する屈折率分布は、光学性能に悪影響を及ぼす。そのため、モールドレンズの製造には、形状および屈折率が設計値と異なるという条件のもとで、モールド後のレンズの屈折率分布を計測する技術が必要である。

特許文献１に開示された計測方法では、被検物の屈折率と略同じ屈折率を有し、被検物の面形状と逆の面形状を有する第１および第２基準素子で被検物を挟み、第１及び第２基準素子と被検物との隙間にマッチングオイルを充填させて測定セルを構成する。そして、測定セルの干渉縞を測定し、干渉縞から位相分布データを算出し、屈折率の基準値との差をとることで被検物の屈折率分布を求める。

特許文献２に開示された計測方法では、第１反射面で反射された反射波面と第２反射面で反射された反射波面とにより形成される干渉パターンから、被検物が光路上に有る状態と無い状態それぞれの光路長分布を求める。そして、被検物が光路上に有る状態で、第１反射面で反射された反射波面と被検物の一方の側面で反射された反射波面とにより形成される干渉パターンから光路長分布を求める。さらに、被検物が光路上に有る状態で、第２反射面で反射された反射波面と被検物の他方の側面で反射された反射波面とにより形成される干渉パターンから光路長分布を求める。最後に、４つの光路長分布から、被検物の透過波面の形状を計測する。

特開２０１４−１９６９６６号公報 特開平０１−２５７２２９号公報

特許文献１に開示された計測方法では、被検物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有するマッチングオイルが必要である。しかしながら、高い屈折率を有する被検物に対しては、マッチングオイルの作製が困難である。マッチングオイルを使用しない場合、被検物の形状誤差（設計値からの乖離）が、屈折率分布の誤差となって現れる。

特許文献２で開示された計測方法では、高屈折率の光学素子の屈折率分布を計測できるが、被検物の側面が平面であることを前提としている。レンズ形状の被検物の屈折率分布を計測するためには、被検物を平板状に加工する必要がある。被検物の加工は、コストがかかるだけでなく、被検物に蓄積されていた応力が加工の際に解放されることにより、被検物の屈折率分布が変化してしまうため、屈折率分布を正確に計測することが難しい。

本発明は、被検レンズの屈折率分布を非破壊かつ高精度に計測することができる屈折率分布計測方法および屈折率分布計測装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての屈折率分布計測方法は、形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと被検レンズの第１面とを近接させて、第１の干渉縞を測定する第１干渉縞測定ステップと、形状及び屈折率が既知の第２基準レンズと被検レンズの第２面とを近接させて、第２の干渉縞を測定する第２干渉縞測定ステップと、第１基準レンズと被検レンズと第２基準レンズを通った光の透過波面を測定する透過波面測定ステップと、第１の干渉縞から被検レンズの第１面の形状を算出する第１形状算出ステップと、第２の干渉縞から被検レンズの第２面の形状を算出する第２形状算出ステップと、第１基準レンズの屈折率と第２基準レンズの屈折率と被検レンズの第１面の形状と第２面の形状と透過波面とを用いて、被検レンズの屈折率分布を算出する屈折率分布算出ステップと、を有することを特徴とする。

尚、光学素子をモールドするステップと、上記の屈折率分布計測方法を用いて光学素子の屈折率分布を計測することによって、モールドされた光学素子の光学性能を評価するステップとを含む光学素子の製造方法も、本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明のさらに他の一側面としての屈折率分布計測装置は、形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと被検レンズの第１面とを近接させて、第１の干渉縞を測定する第１干渉縞測定手段と、形状及び屈折率が既知の第２基準レンズと被検レンズの第２面とを近接させて、第２の干渉縞を測定する第２干渉縞測定手段と、第１基準レンズと被検レンズと第２基準レンズを通った光の透過波面を測定する透過波面測定手段と、第１の干渉縞から被検レンズの第１面の形状を算出し、第２の干渉縞から被検レンズの第２面の形状を算出する形状算出手段と、第１基準レンズの屈折率と第２基準レンズの屈折率と被検レンズの第１面の形状と第２面の形状と透過波面とを用いて、被検レンズの屈折率分布を算出する屈折率分布算出手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、被検レンズの屈折率分布を非破壊かつ高精度に計測することができる。

本発明における実施例１の屈折率分布計測装置の概略構成を示す図。 実施例１における被検レンズの屈折率分布の算出手順を示すフローチャート。 実施例１において被検レンズ上に定義された座標系と計測装置内での光線の光路を示す図。 本発明における実施例２の屈折率分布計測装置の概略構成を示す図。 実施例２における被検レンズの屈折率分布の算出手順を示すフローチャート。 本発明の光学素子の製造方法の製造工程を示す図。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明における実施例１の屈折率分布計測装置の概略構成を示している。計測装置は、光源１０、被検レンズ６０の第１面の反射光を検出する検出器８０、被検レンズ６０の第２面の反射光を検出する検出器８１、被検レンズ６０の透過光を検出するシャックハルトマンセンサ８５、コンピュータ９０を有する。計測装置は、第１基準レンズ１２０、被検レンズ６０、第２基準レンズ１２５について、干渉縞と透過波面を測定することにより、被検レンズ６０の屈折率分布を計測する。本実施例では、被検レンズは正の屈折力を有するレンズであるが、屈折力の正負に依らず、屈折型光学素子であれば屈折率分布の計測を行うことができる。

光源１０は、レーザ光源（例えば、半導体レーザ）である。光源１０から射出した光は、ピンホール３０を通って発散波となり、コリメータレンズ４０を通って平行光となる。平行光はビームスプリッタ１００において反射光（第１被検光）と透過光（第２被検光）に分割される。

図１（ａ）のように、ビームスプリッタ１００で反射した一部の第１被検光は、ビームスプリッタ１０２で反射し、第１基準レンズ１２０に入射する。第１基準レンズ１２０の第１面１２０ａは平面で、表面には反射防止膜が形成されている。第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂは、被検レンズ６０の第１面６０ａとほぼ同一の面形状を有している。すなわち、第１基準レンズ１２０は、被検レンズ６０と対向する面１２０ｂとは反対側の面１２０ａが平面である。また、第１基準レンズの第２面１２０ｂが被検レンズ６０の第１面６０ａとほぼ同一の面形状とは、例えば、被検レンズの面形状の製造誤差程度の範囲で面形状が一致していることをいう。第１基準レンズ１２０の形状は、他の触針式形状計測等で計測されており既知の量である。

第１基準レンズ１２０に入射した一部の第１被検光は、第２面１２０ｂで反射し、残りの第１被検光は透過する。第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂを透過した一部の第１被検光は、被検レンズ６０の第１面６０ａで反射し、残りの第１被検光は透過する。

第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂで反射した第１被検光と、被検レンズ６０の第１面６０ａで反射した第１被検光とが、合波して第１の干渉縞を形成する。第１の干渉縞を形成した一部の第１被検光は、ビームスプリッタ１０２を透過して、結像レンズ４１を介して検出器８０（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ）で検出される。検出器８０は、被検レンズ６０の第１面６０ａの位置と、結像レンズ４１に関して共役な位置に配置されている。つまり、被検レンズ６０の第１面６０ａの像と第１の干渉縞とが検出器８０上に結像される。検出器８０で測定された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。

図１（ｂ）のように、ビームスプリッタ１００を透過した一部の第２被検光は、ビームスプリッタ１０３、ビームスプリッタ１０１で反射し、第２基準レンズ１２５に入射する。第２基準レンズ１２５の第２面１２５ｂは平面で、表面には反射防止膜が形成されている。第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａは、被検レンズ６０の第２面６０ｂとほぼ同一の面形状を有している。すなわち、第２基準レンズ１２５は、被検レンズ６０と対向する面１２５ａとは反対側の面１２５ｂが平面である。第２基準レンズ１２５の形状も、既知の量である。

第２基準レンズ１２５に入射した一部の第２被検光は、第１面１２５ａで反射し、残りの第２被検光は透過する。第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａを透過した一部の第２被検光は、被検レンズ６０の第２面６０ｂで反射する。

第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａで反射した第２被検光と、被検レンズ６０の第２面６０ｂで反射した第２被検光とが、合波して第２の干渉縞を形成する。第２の干渉縞を形成した一部の第２被検光は、ビームスプリッタ１０１を透過して、結像レンズ４２を介して検出器８１で検出される。検出器８１は、被検レンズ６０の第２面６０ｂの位置と、結像レンズ４２に関して共役な位置に配置されている。つまり、被検レンズ６０の像と第２の干渉縞とが検出器８１上に結像される。検出器８１で測定された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。

図１（ｃ）のように、被検レンズ６０の第１面６０ａを透過した一部の第１被検光は、第２面６０ｂ、第２基準レンズ１２５を透過した後、ビームスプリッタ１０１で反射し、ビームスプリッタ１０３を透過してシャックハルトマンセンサ８５で検出される。シャックハルトマンセンサ８５で検出された信号はコンピュータ９０に送られる。

第１基準レンズ１２０、被検レンズ６０、第２基準レンズ１２５には、それぞれ不図示の調整ステージ（例えば、ピエゾステージ）上に保持されており、光軸方向や光軸に垂直方向に微動可能である。被検レンズ保持部３５は、被検レンズ６０を保持するだけでなく、被検レンズ６０の外側を通る光を遮光するアパーチャの役目も果たす。

コンピュータ９０は、検出器８０、検出器８１、シャックハルトマンセンサ８５の検出結果をもとに被検レンズ６０の屈折率分布を算出する算出手段や、第１基準レンズ１２０、被検レンズ６０、第２基準レンズ１２５のステージを制御する制御手段を有する。コンピュータ９０は、ＣＰＵ等から成る。

図２は、被検レンズ６０の屈折率分布を算出する算出手順を示すフローチャートである。本実施例では、まず、図１（ａ）のように、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の第１面６０ａを近接させて第１の干渉縞を測定する（Ｓ１０の第１干渉縞測定ステップ）。なお、近接とは、干渉縞（ニュートンリング）を測定できる程度に近づけた状態を指し、接触させた状態と、接触させずに十分に近づけた状態の両方を含む。図１では、反射の様子がわかりやすいように、実際より第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０を離して描かれている。第１の干渉縞を測定する際には、第２被検光は不要なので、不図示のシャッター等で第２被検光を遮光する。また、他の干渉光の混入を防ぐために、被検レンズ６０の第２面６０ｂと第２基準レンズ１２５とは離れていることが望ましい。

次に、図１（ｂ）のように、第２基準レンズ１２５と被検レンズ６０の第２面６０ｂを接触させて第２の干渉縞を測定する（Ｓ２０の第２干渉縞測定ステップ）。第２の干渉縞を測定する際には、第１被検光は不要なので、不図示のシャッター等で第１被検光を遮光する。ステップＳ１０と同様の理由で、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の第１面６０ａとは離れていることが望ましい。

そして、図１（ｃ）のように、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５を透過した光の透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）をシャックハルトマンセンサ８５で測定する（Ｓ３０の透過波面測定ステップ）。透過波面を測定する際、第２被検光は不要なため、シャッター等で遮光する。

第１の干渉縞から被検レンズ６０の第１面の形状を算出し、第２の干渉縞から被検レンズ６０の第２面の形状を算出する（Ｓ４０の形状算出ステップ）。形状を高精度に算出する場合は、位相シフト法を使用すればよい。位相シフト法を使用する場合は、ステップＳ１０において第１基準レンズ１２０の位置をシフトさせながら第１の干渉縞を測定し、ステップＳ２０において第２基準レンズ１２５の位置をシフトさせながら第２の干渉縞を測定する。第１及び第２基準レンズの位置をシフトさせる位相シフト法の代わりに、光源１０に波長可変光源を用いて、波長走査による位相シフト法が用いられてもよい。

最後に、第１基準レンズ１２０の屈折率と第２基準レンズ１２５の屈折率と被検レンズの第１面の形状と第２面の形状と透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）とを用いて、被検レンズ６０の屈折率分布を算出する（Ｓ５０の屈折率分布算出ステップ）。透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）は、数式１で表される。

Ｌ_Ａ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）、Ｌ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｃ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｄ（ｘ，ｙ）は、図３（ｂ）に示される光線に沿った各構成要素間の幾何学的距離である。図３（ｂ）の光線は、図３（ａ）に示す被検レンズ６０の内部にある点（ｘ，ｙ）を通る光線を指す。図３（ｂ）は、各面における屈折による光線の偏向を無視して描かれている。Ｌ（ｘ，ｙ）は被検レンズ６０の厚み、Ｌ_Ａ（ｘ，ｙ）は第１基準レンズ１２０の厚み、Ｌ_Ｄ（ｘ，ｙ）は第２基準レンズ１２５の厚みである。Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）は第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の隙間、Ｌ_Ｃ（ｘ，ｙ）は被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５の隙間である。Ｌ_Ａ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｄ（ｘ，ｙ）は、既知である。上記ステップＳ４０においてＬ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ，ｙ）、Ｌ_Ｃ（ｘ，ｙ）も算出されている。

ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ｘ，ｙ）は、図３（ａ）の点（ｘ，ｙ）を通る光線方向の被検レンズ６０の屈折率である。ｎ_１は第１基準レンズ１２０の屈折率、ｎ_２は第２基準レンズ１２５の屈折率であり、既知である。本実施例では、被検レンズ６０の切断端（コバ）付近の点（ａ，ｂ）における屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）を既知としている。被検レンズ６０の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）は、例えば、被検レンズ６０の切断端付近をプリズム形状に加工して最小偏角法で計測できる。

一方、被検レンズと同一の形状で特定の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）の分布を有するレンズを基準被検レンズとする。簡単のため、本実施例の基準被検レンズの屈折率分布は一様であるとする。そして、基準被検レンズがＳ３０の被検レンズの位置に配置されている状態を、コンピュータ９０上で仮想的に構築し、算出した透過波面をＷ_ｓｉｍ（ｘ，ｙ）とする。このとき、透過波面Ｗ_ｓｉｍ（ｘ，ｙ）は、数式２のようになる。

透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）と透過波面Ｗ_ｓｉｍ（ｘ，ｙ）との差分から、被検レンズ６０の屈折率分布ＧＩ（ｘ，ｙ）が数式３のように算出される。

本実施例の計測方法は、被検レンズ６０の屈折率とほぼ等しい屈折率を有するマッチング液を用いずに、被検レンズ６０の屈折率分布を計測できる。マッチング液は、被検レンズの透過波面から被検レンズの形状に由来する成分と屈折率分布に由来する成分とを分離する目的で使用される。一方、本実施例では、透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）の測定とは別に、被検レンズ６０の形状の測定を行うため、屈折率分布算出過程で形状に由来する成分と屈折率分布に由来する成分を分離できる。したがって、実効的なマッチング液が得られない高屈折率（ｎ_ｄ〜１．８以上）の光学素子の屈折率分布も、非破壊かつ高精度に算出できる。また、同一装置で形状と屈折率分布とを計測できるため、コストも低減できる。

光路長分布（＝屈折率分布×Ｌ（ｘ，ｙ））は、モールドレンズの光学性能を示す物理量として、屈折率分布の代用が可能である。したがって、本発明の屈折率分布計測方法（屈折率分布計測装置）は、光路長分布計測方法（光路長分布計測装置）も意味する。

本実施例では、透過波面の測定にシャックハルトマンセンサ８１を使用した。シャックハルトマンセンサの代わりにタルボ干渉計のようなシアリング干渉計を用いてもよい。

本実施例では、基準被検レンズに関する透過波面Ｗ_ｓｉｍ（ｘ，ｙ）を用いずに、被検レンズ６０の屈折率分布を算出する方法を説明する。図４は、本発明における実施例２の屈折率分布計測装置の概略構成を示している。本実施例の屈折率分布計測装置は、マッハツェンダ干渉計で透過波面を測定する。実施例１と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。

本実施例では、被検レンズ６０は負の屈折力をもつレンズである。本実施例の被検レンズ６０の第１面６０ａと第２面６０ｂは相対的に偏芯しており、本実施例では、被検レンズ６０の面の偏芯も測定する。本実施例では、第１基準レンズ１２０の屈折率と被検レンズ６０の切断端（コバ）付近の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）と第２基準レンズ１２５の屈折率とが等しいと仮定している。

光源１１は、複数の波長の光を射出することができる光源（例えば、スーパーコンティニューム光源）である。複数の波長の光は、分光器２０を通って準単色光となる。本実施例では、分光器２０によって所望の波長を選択できる。分光器２０を通った光は、ピンホール３０を通って発散波となり、コリメータレンズ４０を通って平行光となる。

図４（ａ）のように、ビームスプリッタ１００で反射した一部の第１被検光は、ビームスプリッタ１０２で反射し、第１基準レンズ１２０に入射する。第１基準レンズ１２０に入射した一部の第１被検光は、第２面１２０ｂを透過した後、被検レンズ６０の第１面６０ａで反射し、残りの第１被検光は被検レンズ６０の第１面６０ａを透過する。被検レンズ６０の第１面６０ａで反射した一部の第１被検光は、再度第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂで反射し、被検レンズ６０の第１面６０ａを透過する。１回も反射せずに被検レンズ６０の第１面６０ａを透過した第１被検光と、２回反射して被検レンズ６０の第１面６０ａを透過した第１被検光が合波して第１の干渉縞を形成する。本実施例では、４回以上の多重反射光は、強度が弱いため無視している。

第１の干渉縞を形成した一部の第１被検光は、被検レンズ６０の第２面６０ｂ、試液７０（例えば、オイル）、第２基準レンズ１２５、ビームスプリッタ１０１、１０４を透過し、結像レンズ４２を介して検出器８１で検出される。検出器８１は、被検レンズ６０の第１面６０ａの位置と、結像レンズ４２に関して共役な位置に配置されている。つまり、被検レンズ６０の第１面６０ａの像と第１の干渉縞とが検出器８１上に結像される。検出器８１で測定された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。

図４（ｂ）のように、ビームスプリッタ１００を透過した一部の第２被検光は、ビームスプリッタ１０３、ビームスプリッタ１０１で反射し、第２基準レンズ１２５に入射する。第２基準レンズ１２５に入射した一部の第２被検光は、第１面１２５ａを透過した後、被検レンズ６０の第２面６０ｂで反射し、残りの第２被検光は被検レンズ６０の第２面６０ｂを透過する。被検レンズ６０の第２面６０ｂで反射した一部の第２被検光は、再度第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａで反射し、被検レンズ６０の第２面６０ｂを透過する。１回も反射せずに被検レンズ６０の第２面６０ｂを透過した第２被検光と、２回反射して被検レンズ６０の第２面６０ｂを透過した第２被検光が合波して第２の干渉縞を形成する。

第２の干渉縞を形成した一部の第２被検光は、被検レンズ６０の第１面６０ａ、試液７０、第１基準レンズ１２０、ビームスプリッタ１０２を透過し、結像レンズ４１を介して検出器８０で検出される。検出器８０は、被検レンズ６０の第２面６０ｂの位置と、結像レンズ４１に関して共役な位置に配置されている。つまり、被検レンズ６０の第２面６０ｂの像と第２の干渉縞とが検出器８１上に結像される。検出器８１で測定された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。

図４（ｃ）のように、第１基準レンズ１２０、試液７０、被検レンズ６０、試液７０、第２基準レンズ１２５、ビームスプリッタ１０１を透過した第１被検光と、ビームスプリッタ１０３を透過しミラー１０５で反射した第２被検光とは、ビームスプリッタ１０４で合波し、被検レンズ６０の透過波面に関する干渉縞を形成する。透過波面に関する干渉縞は、結像レンズ４２によって検出器８１上に結像される。

第１基準レンズ１２０、被検レンズ６０、第２基準レンズ１２５には、それぞれ不図示の調整ステージ（例えば、ピエゾステージ）上に保持されており、光軸方向や光軸に垂直方向に微動可能である。

本実施例では、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の間、被検レンズ６０と第２基準レンズの間に、適宜、試液（液体）７０を介在させる。試液７０は、界面における屈折の影響を低減するだけでなく、所望の干渉縞を測定する際に、不要な干渉縞の混入を防ぐ効果がある。

コンピュータ９０は、検出器８０、検出器８１の検出結果から被検レンズ６０の屈折率分布を算出する算出手段や、分光器２０を透過する光の波長、及び第１基準レンズ１２０、被検レンズ６０、第２基準レンズ１２５のステージを制御する制御手段を有する。コンピュータ９０は、ＣＰＵ等から成る。

図５は、被検レンズ６０の屈折率分布を算出する算出手順を示すフローチャートである。本実施例では、まず、第１基準レンズ１２０と第２基準レンズ１２５の光軸が一致するように調整する（Ｓ１１０）。光軸は、例えば、第１基準レンズ１２０と第２基準レンズ１２５を近接させて、第１被検光を入射させ、第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂにおける反射光と第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａにおける反射光の干渉縞を測定しながら調整すればよい。

次に、図４（ａ）のように、被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５との間に、試液７０を塗布し、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の第１面６０ａを近接させて第１の干渉縞を測定する（Ｓ１２０の第１干渉縞測定ステップ）。図４では、反射の様子がわかりやすいように、実際より各レンズ間の距離を離して描かれている。第１の干渉縞を測定する際には、第２被検光は不要なので、不図示のシャッター等で第２被検光を遮光する。

そして、図４（ｃ）のように、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０との間にも試液７０を塗布し、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５を透過した光の透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）を測定する（Ｓ１３０の透過波面測定ステップ）。

図４（ｂ）のように、被検レンズ６０と第２基準レンズ１２５との間の試液７０を除去し、第２基準レンズ１２０と被検レンズ６０の第２面６０ｂを近接させて第２の干渉縞を測定する（Ｓ１４０の第２干渉縞測定ステップ）。第２の干渉縞を測定する際には、第１被検光は不要なので、不図示のシャッター等で第１被検光を遮光する。

第１の干渉縞から被検レンズ６０の第１面の形状を算出し、第２の干渉縞から被検レンズ６０の第２面の形状を算出する（Ｓ１５０の形状算出ステップ）。本実施例では、第１基準レンズ１２０と第２基準レンズ１２５の光軸が一致しているため、被検レンズ６０の第１面６０ａと第２面６０ｂの相対偏芯も測定できる。ただし、ステップＳ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０の各測定において、第１及び第２基準レンズと被検レンズ６０との相対位置や相対傾きが変化しないように注意が必要である。

最後に、第１基準レンズ１２０の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）と第２基準レンズ１２５の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）と被検レンズの第１面の形状と第２面の形状と透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）とを用いて、被検レンズの屈折率分布を算出する（Ｓ１６０）。透過波面Ｗ_ｍ（ｘ，ｙ）は、数式４で表される。

ｎ^{ｍｅｄｉｕｍ}は試液７０の屈折率である。本実施例では、第１及び第２基準レンズの屈折率と被検レンズ６０のコバ付近の屈折率ｎ^{ｓａｍｐｌｅ}（ａ，ｂ）は等しい。

被検レンズ６０の第１面６０ａの面形状と第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂの面形状、及び被検レンズ６０の第２面６０ｂの面形状と第２基準レンズ１２５の第１面１２５ａの面形状が、被検レンズの面形状の製造誤差程度の範囲で一致しているとする。このとき、数式５の近似が成り立つ。数式４を、数式５の近似を用いて変形すると数式６のように、被検レンズ６０の屈折率分布ＧＩ（ｘ，ｙ）が算出される。

本実施例では、被検レンズの面形状と被検レンズに対向する各基準レンズの面形状とが、被検レンズの面形状の製造誤差程度の範囲で一致していると仮定した。しかし、被検レンズ６０の第１面６０ａと第２面６０ｂの相対偏芯を測定するだけであれば、面形状の差が大きくてもよい。例えば、被検レンズ６０が非球面レンズだとしても、第１基準レンズ１２０の第２面１２０ｂ及び第２基準レンズの第１面１２５ａは、被検レンズの非球面に近い球面であればよい。そのとき、光軸付近の干渉縞の非回転対称成分から、被検レンズ６０の面偏芯が測定される。

本実施例では、ステップＳ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０の各測定において、第１及び第２基準レンズと被検レンズ６０との相対位置や相対傾きが変化しない状態を仮定し、第１の干渉縞及び第２の干渉縞から被検レンズ６０の面偏芯を測定した。代わりに、第１の干渉縞の測定時に非回転対称成分が現れない位置に被検レンズ６０を調整し、第２の干渉縞の測定時にも非回転対称成分が現れない位置に被検レンズ６０を調整し、被検レンズの位置の変化量から被検レンズ６０の面の相対偏芯を測定してもよい。

本実施例では、第２の干渉縞を検出器８０で測定した。その代わりに、第２の干渉縞も検出器８１で測定してもよい。第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０の間に試液が塗布されているため、第１被検光を用いても第２の干渉縞を測定することができる。

実施例１、実施例２では、屈折率分布計測装置に被検レンズ６０の第１面及び第２面の形状測定機能も組み込んだ。その代わりに、被検レンズ６０の第１面及び第２面の形状測定は、第１基準レンズ１２０と被検レンズ６０、被検レンズ６０と第２基準レンズそれぞれを重ねて目視するだけの古典的なニュートン干渉法を用いてもよい。

実施例１、実施例２で説明した装置及び方法を用いて、計測された屈折率分布の結果を、モールドレンズ等の光学素子の製造方法にフィードバックすることも可能である。

図６には、モールド成型を利用した光学素子の製造工程の例を示している。

光学素子は、光学素子の設計工程、金型の設計工程及び、設計された金型を用いた光学素子のモールド工程を経て製造される。モールドされた光学素子は、その形状精度が評価され、精度不足である場合は金型を補正して再度モールドを行う。形状精度が良好であれば、光学素子の光学性能が評価される。この光学性能の評価工程に、図２を用いて説明した屈折率分布算出フローを組み込むことで、高屈折率硝材を母材としてモールドされる光学素子の量産が可能になる。なお、光学性能が低い場合は、光学面を補正した光学素子を設計し直す。

以上、説明した各実施例は代表的な例に過ぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１０ 光源
６０ 被検レンズ
８０、８１ 検出器
８５ シャックハルトマンセンサ
９０ コンピュータ
１２０ 第１基準レンズ
１２５ 第２基準レンズ

Claims (12)

1. 形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと被検レンズの第１面とを近接させて、第１の干渉縞を測定する第１干渉縞測定ステップと、
   形状及び屈折率が既知の第２基準レンズと前記被検レンズの第２面とを近接させて、第２の干渉縞を測定する第２干渉縞測定ステップと、
   前記第１基準レンズと前記被検レンズと前記第２基準レンズを通った光の透過波面を測定する透過波面測定ステップと、
   前記第１の干渉縞から前記被検レンズの第１面の形状を算出する第１形状算出ステップと、
   前記第２の干渉縞から前記被検レンズの第２面の形状を算出する第２形状算出ステップと、
   前記第１基準レンズの屈折率と前記第２基準レンズの屈折率と前記被検レンズの前記第１面の形状と前記第２面の形状と前記透過波面とを用いて、前記被検レンズの屈折率分布を算出する屈折率分布算出ステップと、
   を有することを特徴とする屈折率分布計測方法。
2. 前記透過波面と、特定の屈折率分布を有する基準被検レンズが前記被検レンズの位置に配置されているときの透過波面との差分に基づいて、前記被検レンズの屈折率分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布計測方法。
3. 前記第１の干渉縞および前記第２干渉縞を測定する前に、前記第１基準レンズと前記第２基準レンズの光軸が一致するように調整することを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率分布計測方法。
4. 前記第２基準レンズと前記被検レンズの第２面との間に液体を介在させて前記第１干渉縞を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
5. 前記第１基準レンズと前記被検レンズの第１面との間に液体を介在させて前記第２干渉縞を測定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
6. 前記第１基準レンズと前記被検レンズの間および前記第２基準レンズと前記被検レンズの間に液体を介在させて前記透過波面を測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
7. 光学素子をモールドするステップと、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法を用いて前記光学素子の屈折率分布を計測することによって、モールドされた光学素子の光学性能を評価するステップと、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
8. 形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと被検レンズの第１面とを近接させて、第１の干渉縞を測定する第１干渉縞測定手段と、
   形状及び屈折率が既知の第２基準レンズと前記被検レンズの第２面とを近接させて、第２の干渉縞を測定する第２干渉縞測定手段と、
   前記第１基準レンズと前記被検レンズと前記第２基準レンズを通った光の透過波面を測定する透過波面測定手段と、
   前記第１の干渉縞から前記被検レンズの第１面の形状を算出し、前記第２の干渉縞から前記被検レンズの第２面の形状を算出する形状算出手段と、
   前記第１基準レンズの屈折率と前記第２基準レンズの屈折率と前記被検レンズの前記第１面の形状と前記第２面の形状と前記透過波面とを用いて、前記被検レンズの屈折率分布を算出する屈折率分布算出手段と、
   を有することを特徴とする屈折率分布計測装置。
9. 前記透過波面測定手段は、シャックハルトマンセンサを有することを特徴とする請求項８に記載の屈折率分布計測装置。
10. 前記透過波面測定手段は、シアリング干渉計を有することを特徴とする請求項８に記載の屈折率分布計測装置。
11. 前記透過波面測定手段は、マッハツェンダ干渉計を有することを特徴とする請求項８に記載の屈折率分布計測装置。
12. 前記第１及び第２の基準レンズは、前記被検レンズと対向する面とは反対側の面が平面であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の屈折率分布計測装置。

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