KR101226088B1 - 굴절률 분포의 계측방법 및 계측장치 - Google Patents

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Abstract

굴절률 분포 계측방법은, 피검물 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 제1 및 제2 매질에 피검물을 배치하고, 상기 피검물에 참조 광이 입사되게 하여 제1 및 제2 투과 파면을 계측하는 제1 및 제 2 단계를 포함한다. 상기 피검물의 주변부에 입사해서 상기 피검물의 동일점을 지나는 광선을 제1 및 제2 광선으로서 정의할 때, 상기 방법은, 이들 광선의 진행 방향을 서로 다르게 해서, 피검물을 투과한 후의 참조 광이 상기 피검물에 입사하기 전의 상기 참조 광보다 평행 광에 더 가깝도록 상기 참조 광의 NA를 변경한다. 상기 방법은, 상기 피검물의 기하학적 두께를 사용해서 상기 피검물의 실효적 두께를 산출하고, 상기 제1 및 제2 투과 파면과 상기 실효적 두께를 사용해서 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출한다.

Description

굴절률 분포의 계측방법 및 계측장치{REFRACTIVE INDEX DISTRIBUTION MEASURING METHOD AND REFRACTIVE INDEX DISTRIBUTION MEASURING APPARATUS}
본 발명은, 광학소자등의 피검물(object)의 굴절률 분포를 계측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라와 레이저빔 프린터등의 광학기기에 사용된 렌즈 등의 광학소자에는, 높은 굴절률이 요구된다. 한편, 고굴절률의 광학유리와 플라스틱을 사용하는 경우에도, 몰딩 기술에 의해, 비구면등의 복잡한 형상도 용이하게 제작할 수 있다.
그렇지만, 몰딩에서는, 성형(molding) 조건에 따라, 광학소자의 내부에 굴절률의 불균일이 생기는 경우가 있다. 이러한 내부 굴절률의 불균일은, 광학소자의 광학특성에 큰 영향을 끼쳐, 원하는 광학특성을 얻을 수 없게 하기도 한다. 이 때문에, 고굴절률을 갖는 광학소자의 내부의 광학적 균질성을 고정밀로 계측하는 것이 요구되고 있다. 광학적 균질성의 계측법은, 일반적으로, 피검물(광학소자)을 고정밀로 가공하고, 그 투과 파면을 계측하여 그 내부 굴절률 분포를 계측하는 간섭법을 포함한다. 또한, 피검물을 유리 플레이트 사이에 놓고, 그 사이에 주입한 피검물과 거의 동일한 굴절률을 갖는 오일에 피검물을 담그어서 상기 피검물의 면정밀도 오차를 저감시키는 방법이 제안되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개평 01-316627호에는, 피검물을 상기 피검물과 거의 동일한 굴절률을 갖는 매질(매칭 오일)에 담그어서 투과 파면을 계측하여 상기 피검물의 광학적 특성을 얻는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의해, 피검물을 정밀하게 가공하지 않고 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 계측할 수 있다.
또한, 일본국 공개특허공보 특개평 02-008726호에는, 피검물을, 상기 피검물과 거의 동일한 굴절률을 갖는 제1 매칭 오일에 담그어서 투과 파면을 계측하고, 한층 더, 상기 피검물을 이것과는 조금 다른 굴절률을 갖는 제2 매칭 오일에 담그어서 투과 파면을 계측하는 방법이 개시되어 있다. 그 개신된 방법은, 제1 및 제2 매칭 오일로 계측한 상기 투과 파면에 근거해 상기 피검물의 형상과 굴절률 분포를 구한다.
제2 매칭 오일에 의한 계측에서는, 검출기에, 굴절률 분포와 피검물의 형상의 영향이 간섭무늬로서 나타나서 그 투과 파면을 계측한다. 이 때문에, 제2 매칭 오일의 굴절률은, 간섭무늬가 지나치게 조밀하지 않는 범위내에서 피검물과 조금 다를 필요가 있다.
일본국 공개특허공보 특개평 01-316627호와 일본국 공개특허공보 특개평 02-008726호에 개시된 계측방법에서는, 피검물 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 매칭 오일이 필요하다. 그렇지만, 굴절률이 높은 매칭 오일은, 투과율이 낮은 것이 일반적이다. 이 때문에, 일본국 공개특허공보 특개평 01-316627호와 일본국 공개특허공보 특개평 02-008726호에 개시된 계측방법에 의해 고굴절률의 피검물의 투과 파면을 계측하는 경우, 검출기는 작은 신호만 출력하여, 계측 정밀도가 낮아진다.
한편, 낮은 굴절률의 매칭 오일을 사용하면, 피검물의 형상에 기인하는 수차가 투과 파면에 가산된다. 더욱이, 계측에 사용되는 광이 비평행광이 되므로, 피검물이외의 광학소자의 배치 오차도 투과 파면에 영향을 준다. 이들은, 투과 파면으로부터 굴절률 분포만을 정밀하게 추출하는 것을 어렵게 한다.
본 발명은, 저굴절률 매질에 피검물을 담그는 경우에도 고굴절률의 피검물의 내부 굴절률 분포를 아주 정밀하게 계측할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일측면으로서의 굴절률 분포 계측방법은, 피검물 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 제1 매질에 피검물을 배치하고, 상기 피검물에 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제1 투과 파면을 계측하는 제1 계측 단계와, 상기 피검물 굴절률보다도 낮고, 또 상기 제1 매질의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 제2 매질에 상기 피검물을 배치하고, 상기 피검물에 상기 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제2 투과 파면을 계측하는 제2 계측 단계와, 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하는 산출 단계를 포함한다. 상기 제1 계측 단계에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 광축상에 위치된 중심부로부터 떨어진 상기 피검물의 주변부에 입사해서 상기 피검물의 특정점을 지나는 광선을 제1 광선으로서 정의하고, 상기 제2 계측 단계에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 상기 주변부에 입사해서 상기 특정점을 지나는 광선을 제2 광선으로서 정의할 때, 상기 제1 및 제2 계측 단계에 있어서, 상기 방법은, 상기 제1 및 제2 광선의 진행 방향을 서로 다르게 해서, 피검물을 투과한 후의 참조 광이 상기 피검물에 입사하기 전의 상기 참조 광보다 평행 광에 가깝도록 상기 참조 광의 개구수를 변경한다. 또한, 상기 산출 단계에 있어서, 상기 방법은, 상기 각각의 제1 및 제2 광선을 따라 상기 피검물의 기하학적 두께를 사용해서 상기 피검물의 실효적 두께를 산출하고, 상기 제1 및 제2 계측 단계에서 계측된 상기 제1 및 제2 투과 파면과 상기 산출된 실효적 두께를 사용해서 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출한다.
본 발명의 다른 측면으로서의 광학소자의 제조방법은, 광학소자를 몰딩하는 몰딩 단계와, 상기 광학소자를 평가하는 평가 단계를 포함한다. 상기 평가 단계에 있어서, 상기 방법은 상술한 굴절률 분포 계측방법을 사용해서 상기 광학소자의 내부 굴절률 분포를 계측한다.
본 발명의 또 다른 일측면으로서의 굴절률 분포 계측장치는, 피검물의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 제1 매질에 배치된 상기 피검물에 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제1 투과 파면을 계측하는 제1 계측을 행하고, 상기 피검물의 굴절률보다도 낮고, 또 상기 제1 매질의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 제2 매질에 배치된 상기 피검물에 상기 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제2 투과 파면을 계측하는 제2 계측을 행하는 계측부와, 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하는 산출부를 구비한다. 상기 제1 계측에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 광축상에 위치된 중심부로부터 떨어진 상기 피검물의 주변부에 입사해서 상기 피검물의 특정점을 지나는 광선을 제1 광선으로서 정의하고, 상기 제2 계측에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 상기 주변부에 입사해서 상기 특정점을 지나는 광선을 제2 광선으로서 정의할 때, 상기 계측부는, 상기 제1 및 제2 광선의 진행 방향을 서로 다르게 해서, 피검물을 투과한 후의 참조 광이 상기 피검물에 입사하기 전의 상기 참조 광보다 평행 광에 가깝도록 상기 참조 광의 개구수를 변경하도록 구성된다. 또한, 상기 산출부는, 상기 각각의 제1 및 제2 광선을 따라 상기 피검물의 기하학적 두께를 사용해서 상기 피검물의 실효적 두께를 산출하고, 상기 제1 및 제2 계측에서 계측된 상기 제1 및 제2 투과 파면과 상기 산출된 실효적 두께를 사용해서 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면들은 아래의 설명과 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 1b는, 본 발명의 실시예 1인 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는, 실시예 1에 있어서의 굴절률 분포의 산출 과정을 나타내는 흐름도다.
도 3a 및 3b는, 피검물상에 정의된 좌표계와 실시예 1의 굴절률 분포 계측장치내에서의 광로를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는, ＣＣＤ의 위치에 오차가 있는 경우의 광로 길이의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는, 피검물을 투과한 광의 ＮＡ와 굴절률 분포 오차와의 관계를 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는, 피검물의 구면수차가 큰 경우의 피검물을 투과한 광의 상태를 도시한 도면이다.
도 7a 및 7b는, 본 발명의 실시예 2인 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8a 및 8b는, 본 발명의 실시예 3인 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는, 실시예 1∼3의 굴절률 분포 계측방법 중 어느 하나를 사용한 광학소자의 제조 방법을 도시한 도면이다.
이후, 본 발명의 예시적 실시예들을 첨부도면을 참조하여 설명하겠다.
우선, 본 발명의 제1 실시예(실시예 1)인 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치에 관하여 설명한다. 본 실시예의 굴절률 분포 계측방법은, 피검물보다도 낮고 서로 다른 굴절률을 갖는 2개의 매질(본 실시예에서는 예로서, 공기와 물)에 담근 상기 피검물의 투과 파면을 계측하여, 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출한다. 본 실시예에 있어서, 피검물은, 예로서, 네가티브 파워를 갖는 렌즈 등의 광학소자다.
도 1a 및 1b는, 피검물(40)을 공기(제1 매질) 및 물(제2 매질)에 담그어서 그 피검물(40)의 투과 파면을 계측하는 탤봇(Ｔａｌｂｏｔ)간섭계(계측부)의 개략적인 구성을 나타낸다. 피검물(40)은, 피검물 케이스(41) 내부에 공기 또는 물에 담궈진다. 공기와 물의 굴절률은 모두 피검물(40)의 굴절률보다도 낮다. 또한, 물의 굴절률은, 공기의 굴절률보다도 높다.
레이저광원(예를 들면, Ｈｅ-Ｎｅ 레이저)(10)으로부터 사출된 레이저광은, 핀홀(20)을 통과하는데서 구부러진다. 핀홀(20)의 직경ψ은, 회절광이 이상적인 구면파로서 간주될 수 있고, 또한 제1 콜리메이터 렌즈(30)의 개구수(이하, "ＮＡ"라고 함)와 레이저광원(10)의 파장λ가 아래의 식을 충족시키도록 작게 설계된다:
Figure 112010072941514-pat00001
(1)
핀홀(20)의 직경ψ은, 파장λ이 600ｎｍ이고, ＮＡ가 0.3정도인 경우에는, 2μｍ정도로 할 수 있다.
핀홀(20)을 통과한 레이저광은, 제1 콜리메이터 렌즈(30) 및 제2 콜리메이터 렌즈(31)를 통과함으로써 수속된다. 피검물(40)을 조명하는 광을 생성하는 광학계를, "조명 광학계"라고 한다. 본 실시예에서는, 핀홀(20), 제1 콜리메이터 렌즈(30) 및 제2 콜리메이터 렌즈(31)에 의해 조명 광학계가 구성된다.
수속된 레이저광은, 피검물 케이스(41) 안의 공기 또는 물을 지나간 후 피검물(40)에 입사되어, 이것을 투과한다. 피검물 케이스(41) 안의 매질을 지난 후 피검물(40)에 입사하는 레이저광을, "참조 광"이라고 한다. 참조 광(21)은, 조명 광학계로부터의 광 중, 실제로 피검물(40)을 투과하는 광성분뿐이다. 달리 말하면, 피검물 케이스(41)와 피검물(40)의 형상에 의해 반사되는 광성분 등, 그 참조 광(21)은, 피검물(40)을 투과하지 않는 광성분은 아니다.
피검물 케이스(41) 안의 공기 또는 물을 투과한 레이저광(투과 광)은, 대략 평행 광이 되어서, 2차원 회절격자인 직교 회절격자(50)를 통과한다. 그리고, 상기 투과 광은, 검출기인 ＣＣＤ센서 또는 ＣＭＯＳ센서 등의 촬상소자(60)에 의해 촬상(계측)된다. 이후, 그 촬상소자(60)를 "ＣＣＤ(60)"라고 한다. 피검물(40)을 투과한 투과 광의 ＮＡ가 작은 경우, 이하의 탤봇 조건(2)을 충족시키는 회절격자(50)와 ＣＣＤ(60) 사이의 거리Z는, ＣＣＤ(60) 위에 회절격자(50)의 셀프 화상으로서 간섭무늬를 생성한다:
Figure 112010072941514-pat00002
(2)
이 식(2)에서, Z는 회절격자(50)와 ＣＣＤ(60)의 사이의 거리를 나타내고, 이후에는 "탤봇거리"라고 한다. 또한, m은 자연수이며, d는 회절격자(50)의 격자 피치다. Z0은 회절격자(50)로부터 피검물(40)의 화상면까지의 거리다. 거리Z0의 부호는, 회절격자(50)로부터 ＣＣＤ(60)를 향하는 방향을 포지티브(positive)이다. 피검물(40)을 투과한 광이 대략 평행 광이 되어 있을 때, 그 탤봇거리Z는, 식(2)에 있어서 Z0=∞에서의 값에 해당한다. 회절격자(50)의 격자 피치d는, 피검물(40)의 수차의 양에 따라 설정된다.
도 2는, ＣＣＤ(60)에 의해 촬영된 화상을 사용하여, 피검물(40)의 내부 굴절률 분포ＧＩ를 산출하는 과정을 나타낸다. 이 과정에서, 산출처리는, 도 1a에 나타낸 마이크로컴퓨터 등의 연산 유닛(산출부)(70)에 의해 컴퓨터 프로그램에 따라 실행된다.
우선, 도 1a에 나타나 있는 바와 같이, 그 과정은, 피검물 케이스(41) 안에 공기를 충전시키고, 상기 공기중에 피검물(40)을 배치한다(단계S10). 그 공기는, 도 2에서 "매질 1"로서 나타낸다.
다음의 과정은, 피검물(40)을 투과한 후의 참조 광(투과 광)이, 피검물(40)에 입사하기 전의 참조 광보다 평행 광에 가깝도록, 참조 광(21)의 ＮＡ를 변경한다(단계S20). 참조 광(21)의 ＮＡ의 변경은, ＣＣＤ(60)를 투과한 광의 광량분포를 보면서, 광축방향의 제2 콜리메이터 렌즈(31)의 위치(즉, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40) 사이의 거리)를 조정하는 것으로 행할 수 있다. 제2 콜리메이터 렌즈(31)는, 조명 광학계를 구성하는 광학소자 중 피검물(40)에 가장 가까운 광학소자에 해당한다.
참조 광(21)의 ＮＡ란, 조명 광학계를 투과한 직후의 ＮＡ가 아니고, 매질중의 참조 광의 ＮＡ를 의미한다. 투과 광의 광량분포의 관찰은, ＣＣＤ(60) 대신에, 스크린 등의 산란체를 사용해서 행해도 된다. 투과 광의 광량분포의 관찰을 행하는 대신에, 투과 광이 평행 광에 가깝도록 설계된 값에 의거하여 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)을 배치해도 좋다.
그리고, 본 과정(산출처리)은, 후술하는 단계A에 따라, 피검물 케이스(41) 안의 매질이 공기일 경우의 제1 투과 파면(제1 파면수차)W1을 산출한다(단계S30). 단계A는, 다음의 3개의 단계로 구성된다.
단계A에서, 산출처리는, 우선, 공기중에 넣어진 피검물(40)이 이상적인 내부 굴절률 분포를 가진다고 했을 경우의 시뮬레이션 파면Ｗsim을 산출한다(단계S31). 이 단계S31은, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)의 배치가 단계20과 같고, 피검물(40)의 내부에 똑같은 굴절률 분포를 준 상태에서, 독립적으로 투과 파면을 산출하는 단계다. 이렇게 굴절률이 똑같은 피검물을, "기준 피검물"이라고 한다. 즉, 시뮬레이션 파면Ｗsim은, 기준 피검물에 대응하는 투과 파면이다.
도 3a에 도시된 피검물(40)내에 있는 점(x, y)에 있어서의 시뮬레이션 파면Ｗsim은, 아래의 식(3)으로 나타낸다. 이 식(3)은, 간략화하기 위해서, 피검물 케이스(41)의 벽의 두께를 무시한다. 피검물 케이스(41)의 벽은, 유리 등의 투광성 재질로 형성된다.
Figure 112010072941514-pat00003
(3)
L1a(x, y)∼L1d(x, y)는, 도 3b에 도시된 참조 광의 광선(21a)을 따라서의 상기 구성요소간의 기하학적 거리다. 광선(21a)은, 도 3a에 도시된 피검물(40) 내의 특정점(x, y)을 지난다. 거리 L1(x, y)은, 피검물(40)안에 있어서의 광선(21a)의 광로의 기하학적 길이(거리), 즉 광선(21a)을 따라서의 피검물(40)의 기하학적 두께다.
L1(x, y)은, 기준 피검물을 사용한 광선추적에 의해 산출될 수 있다. 시뮬레이션 파면Ｗsim을 산출할 때에, 상기 산출처리는 임의의 점의 거리Ｌ1(x, y)도 산출한다. N1은 공기의 굴절률이며, N(0,0)은, 기준 피검물의 굴절률이다. 상기 굴절률 N(0,0)은, 피검물(40)의 중심좌표(0,0)의 굴절률을 광축방향에 평균화했을 때의 평균 굴절률에 해당한다. 상기 굴절률 N(0,0)은, 별도의 계측 방법에 의해 조사할 필요가 있다.
다음에, 상기 산출처리는, 도 1a에 나타낸 계측장치에 있어서 피검물(40)을 공기(제1매질)에 담근 상태에서의 투과 파면을 계측한다(단계S32). 이 단계S32는, ＣＣＤ(60)에 의한 간섭무늬의 화상을 취득하는 화상취득처리와, (도면에 나타내지 않은) 처리 회로에 의한 상기 투과 파면의 화상 회복 처리를 포함한다. 상기 투과 파면의 화상 회복 처리(이하, "파면회복"이라고 한다)는, ＦＦＴ(고속 푸리에 변환)법에 의해 실행된다.
FFT법에 의한 파면회복은, 수차로부터 간섭무늬의 캐리어 줄무늬를 방해하는 수차의 성질을 이용하여, 캐리어 줄무늬와 수차를 분리하는 방법이다. 구체적으로는, 간섭무늬에 2차원ＦＦＴ를 행하여, 주파수 맵으로 변환한다. 다음에, 상기 파면회복은, 주파수 맵으로부터의 캐리어 주파수의 근방부분을 추출하여, 캐리어 주파수가 좌표 원점이 되도록 좌표 변환을 행하고나서, ｉＦＦＴ(역 고속 푸리에 변환)를 행한다. 이에 따라 복소 진폭 맵의 위상 항(phase term)을 산출할 수 있고, 이렇게 얻어진 위상 맵은 상기 투과 파면을 나타낸다.
Ｗm은, 도 3b에 도시된 Ｌ1a(x, y)∼L1d(x, y)을 사용하여, 이하의 식(4)과 같이 나타낸다:
Figure 112010072941514-pat00004
(4)
식(4)에서, N(x, y)은, 피검물(40)의 좌표(x, y)에서의 특정점에서 광선(21a)의 진행 방향으로 평균화된 굴절률을 나타낸다. ｄＬ(x, y)은, 광선(21a)의 진행 방향에 있어서의 피검물(40)의 두께 오차성분(형상 오차 성분)을 나타낸다. 식(3)과 식(4)에 있어서의 Ｌ1a(x, y)∼L1d(x, y)와 L1(x, y)의 값은 서로 동일한데, 그 이유는 굴절률 분포가 있는 경우와 없는 경우간의 광로의 차이가 무시가능할만큼 작기 때문이다.
상기 산출처리는, 단계A의 끝에서, 단계S31에서 구한 시뮬레이션 파면Ｗsim과 단계S32에서 구한 투과 파면Ｗm간의 차이에 해당하는 파면을 산출한다. 그 파면은, 아래의 식(5)로 나타낸다:
Figure 112010072941514-pat00005
(5)
그리고, 상기 산출처리는, 아래의 식(6)에 나타낸 근사를 행하여 제1 투과 파면W1을 산출한다(단계S33). 아래의 식(7)은, 내부 굴절률 분포ＧＩ와 제1 투과 파면W1간의 관계를 나타낸다:
Figure 112010072941514-pat00006
(6)
Figure 112010072941514-pat00007
(7)
본 실시예의 굴절률 분포 계측방법에 있어서의 상술한 제1 계측 단계(제1 계측)는, 그 계측 결과로서 제1 투과 파면W1을 제공한다.
다음의 과정은, 도 1b에 나타나 있는 바와 같이, 피검물 케이스(41) 내부에 물을 충전시키고, 그 물에 피검물(40)을 배치한다(단계S40). 그 물은, 도 2에 "매질 2"로서 도시되어 있다. 이어지는 과정은, 단계S20에서와 같이, 피검물(40)을 투과한 후의 참조 광(투과 광)이, 피검물(40)에 입사하기 전의 참조 광보다 평행 광에 가깝도록, 참조 광(21)의 ＮＡ를 변경한다(단계S50). 물의 굴절률이 공기의 굴절률보다도 크기 때문에, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)간의 광축방향 간격은, 피검물(40)을 물에 담근 경우가 공기에 담근 경우보다도 짧다.
다음에, 상기 산출처리는, 물에 담근 피검물(40)이 이상적인 내부 굴절률 분포를 가질 경우의 시뮬레이션 파면Wsim을 산출한다(단계S31). 그리고, 상기 산출처리는, 피검물(40)을 물에 담근 상태에서 투과 파면Ｗm을 계측해(단계S32), 시뮬레이션 파면Ｗsim과 투과 파면Ｗm간의 차이에 해당하는 제2 투과 파면(제2 파면수차)W2를 산출한다(단계S33). 아래의 식(8)으로, 제2 투과 파면W2을 나타낸다:
Figure 112010072941514-pat00008
(8)
식(8)에서, Ｎ2은 물의 굴절률이며, L2(x, y)는 피검물(40)안에 있어서의 광선(21a)의 광로의 기하학적 길이(거리), 즉 광선(21a)을 따라서의 피검물(40)의 기하학적 두께다. L2(x, y)도, 시뮬레이션 파면Ｗsim을 산출할 때에, 광선추적에 의해 산출될 수 있다. 이상이, 본 실시예의 굴절률 분포 계측방법에 있어서의 제2 계측 단계(제2 계측)는, 그 계측 결과로서 제2 투과 파면W2을 제공한다.
상기한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 계측 단계에 있어서, 본 과정은, 상기 피검물(40)로부터의 투과 광이 평행 광에 가깝도록 참조 광의 ＮＡ를 설정(변경)한다. 이와 같이 하여, 피검물(40)에 있어서의 광축상의 중심부에서 벗어난 주변부의 특정점(동일 점)의 좌표를 (x, y)로서 정의할 때, 필연적으로 L1(x, y)과 L2(x, y)의 값은 서로 다르다. 바꿔 말하면, 제1 매질 및 점(x, y)을 통과하는 광선(21a)을 제1 광선으로서 정의하고 제2 매질 및 점(x, y)을 통과하는 광선(21a)을 제2 광선으로서 정의할 때, 이것들 제1 및 제2 광선의 진행 방향(즉, 광축에 대한 기울기)은 서로 다르다. 한층 더, 바꿔 말하면, 제1 및 제2 광선의 광로는, 피검물(40)안의 점(x, y)에 있어서 서로 교차한다.
이렇게, 본 실시예에서는, 제1 및 제2 계측 단계에 있어서, 참조 광의 ＮＡ를 변경하고, 제1 및 제2 광선의 진행 방향을 서로 다르게 하여서, 각 계측 단계에서 피검물(40)을 투과한 후의 참조 광(투과 광)을 피검물(40)에 입사하기 전의 참조 광과 비교해서 평행 광에 가깝게 하고 있다.
본 실시예에서 기재된 "투과 광을 평행 광에 가깝게 한다"란, 투과 광이 평행 광인 것이 바람직하지만, 비평행 광이어도 되는 것을 의미한다. 즉, 상기 투과 광은, 약간 발산하는 광 또는 약간 수속하는 광이어도 된다. 이 경우, 투과 광 중, 투과 파면 계측에서의 유효 광속 지름(유효 직경)의 광축측의 50퍼센트 이내의 광 성분(부분 광)이 평행 광이 되는 것이 바람직하다. 광축측의 50 퍼센트는, "중심측의 50퍼센트"라고도 한다.
다음에, 상기 산출처리는, 이하의 식(9)에 의해, 식(7)에 의해 얻어진 제1 투과 파면W1과 식(8)에 의해 얻어진 제2 투과 파면W2로부터, 피검물(40)의 형상오차 성분ｄＬ(x, y)을 제거한다. 이에 따라 피검물(40)의 내부 굴절률 분포ＧＩ를 추출할 수 있다.
Figure 112010072941514-pat00009
(9)
식(9)에서, Ｌeff(x, y)은, 제1 및 제2 광선을 따라서의 피검물(40)의 기하학적 두께인 Ｌ1(x, y)과 L2(x, y)로부터 얻어진 피검물(40)의 실효적 두께다. L1(x, y)이 L2(x, y)와 동일하다, 즉 제1 및 제2 광선의 진행 방향(기울기)이 일치할 때, Ｌeff(x, y)은 L1(x, y) 및 L2(x, y)와 동일하다.
이렇게, 피검물(40)의 실효적 두께Ｌeff(x, y)는, 광선추적으로 얻어진 Ｌ1(x, y)과 L2(x, y)를 사용해서 산출될 수 있다.
끝으로, 상기 산출처리는, 단계S30 및 단계S60에서 각각 얻어진 제1 및 제2 투과 파면W1,W2과, Ｌeff(x, y)를 사용하여, 피검물(40)의 내부 굴절률 분포ＧＩ를 산출한다(단계S70).
피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광에 가깝게 하기 위해서 행해지는 단계S20과 단계S50은, 계측 장치에 있어서의 여러가지 기하학적 오차에 의해 생긴 피검물(40)의 굴절률 분포의 계측오차를 하강시키는 효과를 제공한다. 예를 들면, ＣＣＤ(60)의 배치 오차의 굴절률 분포 계측에의 영향을 이하에 서술한다.
도 4a 및 4b는, ＣＣＤ(60)의 배치 위치가 위치 60a로부터 위치 60b로 벗어났을 경우의 광로 길이의 변화를 나타낸다. 도 4a는 투과 광의 ＮＡ가 큰 경우를 도시하고, 도 4b는 투과 광의 ＮＡ가 작은 경우를 도시하고 있다. 이들 도면에서, ΔL1d(x, y)는, ＣＣＤ(60)의 배치 오차에 의해 생긴 광선(21a)의 광로 길이의 변화량이다. ΔL1d(x, y)와 ΔL1d(0,0)의 차이가 굴절률 분포에 계측오차로서 가산된다. 굴절률 분포의 계측오차는, 투과 광의 ＮＡ가 커짐에 따라서 증가(즉, 계측오차는, ＮＡ가 작아짐에 따라서 감소)하고, 투과 광이 완전한 평행 광인 경우에는 0이 된다.
굴절률 분포의 계측오차와 투과 광의 ＮＡ간의 관계는, ＣＣＤ(60)의 배치 오차뿐만아니라, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)간의 간격 오차, 피검물(40)의 두께 오차, 피검물 케이스(41)의 벽의 두께 오차 및 피검물 케이스(41)의 벽과 피검물(40)간의 간격 오차에도 적용한다. 또한, 그 관계는, 피검물(40)과 회절격자(50)간의 간격 오차, 탤봇거리 오차 및 회절격자(50)의 격자 주기의 오차에도 적용한다.
도 5는, 다음의 시뮬레이션 방법으로부터 나온 결과인 투과 광의 ＮＡ와 굴절률 분포의 계측오차간의 관계를 나타낸다.
우선, 어떤 굴절률 분포(예를 들면, 광축상의 중심부로부터 그 주변부를 향해서 이차함수적으로 변화되는 굴절률 분포)를 갖는 피검물을 생각한다. 도 1a 및 1b와 같이 각 광학소자를 배치하고, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)간의 간격을 조정하고, 피검물(40)로부터의 투과 광의 ＮＡ를 특정값(예를 들면, ＮＡ=0)으로 설정한다.
다음에, 그 시뮬레이션 방법은, 광학소자들에 독립적으로 배치 오차를 주고, 각각의 광학소자의 굴절률 분포를 산출한다. 이들 굴절률 분포는 오차를 포함한다. 그 시뮬레이션 방법은, 배치 오차 없이 광학소자들을 이상적으로 배치한 경우의 각각의 광학소자의 굴절률 분포를 별도로 산출한 후, 배치 오차를 준 경우의 굴절률 분포와 배치 오차를 주지 않은 경우의 굴절률 분포간의 차이를 광학소자마다 산출한다.
이 시뮬레이션 방법에 의해, 예를 들면 ＣＣＤ(60)에 배치 오차를 주었을 경우의 상기 ΔL1d(x, y)와 ΔL1d(0,0)간의 차이에 해당하는 양으로서의 굴절률 분포의 계측오차를 산출할 수 있다. 추가로, 이 시뮬레이션 방법에 의해, 각 광학소자에 대해 산출한 상기 배치 오차를 준 경우의 굴절률 분포와 상기 배치 오차를 주지 않은 경우의 굴절률 분포간의 차이량의 루트 자승 합을 산출함으로써, 계측장치의 굴절률 분포의 계측오차를 산출할 수 있다.
그 시뮬레이션 방법은, 같은 산출을, 다른 ＮＡ에 관해서도 행하고, 도 5에 나타낸 것처럼 가로축을 ＮＡ로 하고 세로축을 굴절률 분포의 오차로 하는 그래프에서 계측장치에서 생긴 상기 산출된 굴절률 분포의 계측오차(굴절률 분포 오차)를 플로트(plot)한다.
도 5는, 피검물(40)로부터의 투과 광의 ＮＡ가 작아짐에 따라서 굴절률 분포의 계측오차가 감소해가는 것을 보이고 있다. 또한, 도 5는 ＮＡ가 0.2이하가 되면, ＮＡ에 대한 굴절률 분포의 계측오차의 기울기가 작아지고, ＮＡ가 0(즉, 투과 광이 평행 광이다)이면 계측오차가 최소값이 되는 것을 나타낸다. 이 때문에, 피검물(40)로부터의 투과 광을 가능한 한 평행 광에 가깝게 함으로써 고정밀의 굴절률 분포 계측이 가능해진다.
도 6a 및 6b는, 구면수차가 큰 피검물로부터의 투과 광을 나타낸다. 구면수차가 클 경우, 도 6a에 나타나 있는 바와 같이 ＮＡ를 0으로 하면 피검물(40)의 중심부근을 지나가는 광선이 서로 교차하는 경우도 있다. 이 경우에, ＣＣＤ(60)에 도달하는 광선이 피검물(40)의 어디를 지나가는 광선인가를 판별할 수 없다.
그러므로, 피검물(40)의 구면수차가 큰 경우에는, 도 6b에 나타나 있는 바와 같이 피검물(40)의 중심부 부근을 투과한 투과 광이 평행 광에 가깝도록 조명 광학계의 배치를 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 투과 광의 유효 지름의 광축측(중심측)의 50퍼센트 이내의 광성분이 평행 광이 되도록 조명 광학계의 배치를 조정하는 것이 바람직하다.
그렇지만, 도 5에 도시된 것보다, 적어도 ＮＡ에 대한 굴절률 분포오차의 기울기가 작아지도록 ＮＡ를 0.2이하로 설정하여, 굴절률 분포를 고정밀로 계측할 수 있게 하는 것이 보다 바람직하다.
이하, 피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광에 가깝게 하는 것의 계계측 정확도상에서의 장점에 관하여 설명한다.
상기 제1 및 제2 계측 단계에 있어서 피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광에 가깝게 함으로써 제1 및 제2 광선은, 피검물(40)내의 서로 다른 광로상에서 진행된다. 이 때문에, 피검물(40)내의 제1 및 제2 광선의 광로에 있어서의 Ｎ(x, y)의 값도 서로 다르다. 제1 광선의 진행 방향에서의 굴절률을 N(x, y)로 하고 제2 광선의 진행 방향에서의 굴절률을 N(x, y)+ΔN(x, y)로 하면, ΔN(x, y)에 기인하는 내부 굴절률 분포ＧＩ의 계측오차 ΔＧＩ는, 다음 식(10)으로 나타낸다:
Figure 112010072941514-pat00010
(10)
식(10)으로 나타낸 계측오차ΔＧＩ를 저감하기 위해서는, ΔN(x, y)을 감소시킬 필요가 있다. ΔN(x, y)은 제1 광선의 광로와 제2 광선의 광로가 보다 멀리 떨어짐에 따라서 커진다. 예를 들면, 제1 및 제2 광선의 광로가 지나는 동일 점의 좌표(x, y)가 피검물(40)의 전방면상 혹은 후방면상에 위치될 때에, 제1 광선의 광로와 제2 광선의 광로가 서로 가장 멀리 떨어져서, ΔN(x, y)은 최대가 된다. 한편, 좌표(x, y)가 피검물(40)의 전방면과 후방면의 사이의 중간점 부근에 위치될 때, 제1 및 제2 광선의 광로는 서로 가장 가까워서, ΔN(x, y)은 작아진다.
이렇게, 광로간의 스프레드(spread)가 특히 큰 피검물(40)의 주변부에 있어서, 그 광로들이 서로 가능한 한 근접하도록, 참조 광(21)의 유효 지름을 조정하는 것이 바람직하다. 그 참조 광(21)의 최적의 유효 지름은, 각 매질에 주변 광선의 광선추적을 행하고, 피검물(40)내에 광로가 지나가는 좌표로부터 구할 수 있다. 그 유효 지름을 계측에 적용하기 위해서는, 예를 들면, 핀홀(20)과 피검물(40)의 사이에 다이어그램(diaphragm)을 설치해서 참조 광(21)의 광속 지름을 조정하는 것이 바람직하다. 더욱이, 참조 광(21)의 유효 지름을 조정하는 대신에, 참조 광(21)의 유효 지름, 즉 투과 파면Ｗm의 해석 영역을 조정해도 좋다.
식(10)으로 나타낸 계측오차ΔＧＩ는, 피검물(40)내에서의 제1 및 제2 광선의 광로(진행 방향)를 일치시키면 0이 된다. 그렇지만, 피검물(40)내에서의 제1 및 제2 광선의 광로를 일치시키는 것은, 피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광으로부터 멀리하는 방향으로 작용하고, 상기 피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광에 가깝게 하는 것에 반하게 된다. 또한, 투과 광의 ＮＡ(즉, 투과 광이 평행 광으로부터 멀어지는 것)에 기인하는 오차쪽이, 식(10)에 나타낸 오차보다도 크다. 이렇게 하여, 피검물(40)로부터의 투과 광을 평행 광에 가깝게 하는 것은, 피검물(40)내에서의 제1 및 제2 광선의 광로를 일치시키는 경우와 비교하여, 계측 정확도의 향상에 보다 큰 영향을 준다.
[실시예 2]
실시예 1에서는, 피검물(40)을 조명하는 조명 광학계 중 피검물(40)에 가장 가까운 광학소자의 위치(즉, 상기 광학소자와 피검물(40)간의 간격)을 조정하여 참조 광의 ＮＡ를 변경하는 굴절률 분포 계측방법을 설명했다. 이에 대하여, 본 발명의 제 2 실시예인 굴절률 분포 계측방법에서는, 조명 광학계 중 피검물(40)에 가장 가까운 광학소자를 교환하여, 참조 광의 ＮＡ를 변경한다.
도 7a 및 7b는, 실시예 2의 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치의 구성을 나타낸다. 피검물(40)은 네가티브의 광학 파워를 갖는 렌즈 등의 광학소자다. 본 실시예에서 피검물 케이스(41)를 충전하는 2종류의 매질은, 물(제1 매질)과 오일(제2 매질)이다.
레이저광원(10)으로부터 사출된 레이저광은, 핀홀(20)을 지나서 이상적인 구면파가 된다. 레이저광은, 제1 콜리메이터 렌즈(30) 및 제2 콜리메이터 렌즈 31(31')을 거쳐서 수속 광으로 변환된다. 제2 콜리메이터 렌즈31(31')는, 본 실시예에서도 피검물(40)을 조명하는 조명 광학계의 피검물(40)에 가장 가까운 광학소자이며, 교환이 가능하다. 수속 광은, 피검물 케이스(41) 안에 배치된 피검물(40)을 투과한다. 그 피검물(40)을 투과한 광(이후, "투과 광"이라고 함)은, 실시예 1과 마찬가지로 대략 평행 광이 된다. 그리고, 투과 광의 투과 파면이, 파면 계측 센서인 탤봇 간섭계(구체적으로, 회절격자(50) 및 ＣＣＤ(60))에 의해 계측된다.
이하, 본 실시예의 굴절률 분포 계측방법의 과정에 관해서 설명하겠다. 첫 번째의 과정은, 도 7a에 나타나 있는 바와 같이, 피검물 케이스(41)를 충전시키는 물에 피검물(40)을 배치한다(담근다)(도 2의 단계S10). 다음의 과정은, 피검물(40)로부터의 투과 광이 평행 광에 가깝도록, 적절한 Ｆ넘버 및 구경을 갖는 제2 콜리메이터 렌즈(31)를 세트한다(단계S20). 예를 들면, 피검물(40)로부터의 투과 광이 발산 광인 경우에, 제2 콜리메이터 렌즈(31)를 F넘버가 작고 구경이 큰 다른 제2 콜리메이터 렌즈로 교환하는 것이 바람직하다. 이 제2 콜리메이터 렌즈(31)는, 계측장치에 있어서 투과 광의 광량분포의 관찰을 통해 선택해도 된다. 광량분포의 관찰 대신에, 미리 투과 광이 평행 광에 가깝도록 조명광학계의 광학소자의 배치를 설계하고, 그 설계된 배치에 의거하여 제2 콜리메이터 렌즈(31)를 선택해도 좋다.
다음의 과정(산출처리)은, 피검물 케이스(41) 안의 매질이 물일 경우의 제1 투과 파면(제1 파면수차)W1을, 실시예 1에 기재된 단계A와 같은 프로세스로 산출한다(단계S30).
다음의 과정은, 도 7b에 나타나 있는 바와 같이, 피검물 케이스(41)를 충전하는 오일중에 피검물(40)을 배치한다(담근다)(단계S40). 오일 굴절률은, 물의 굴절률과 다르다. 그 후의 과정은, 피검물(40)로부터의 투과 광이 평행 광에 가깝도록, 제2 콜리메이터 렌즈(31)를, 적절한 Ｆ넘버 및 구경을 갖는 제2 콜리메이터 렌즈(31')로 교환한다(단계S50). 예를 들면, 오일의 굴절률이 물의 굴절률보다도 높은 경우에는, 제2 콜리메이터 렌즈(31)보다도 F넘버가 크고, 구경이 작은 제2 콜리메이터 렌즈(31')를 사용하는 것이 바람직하다.
다음의 과정(산출처리)은, 단계A에 따라, 피검물 케이스(41) 안의 매질이 오일일 경우의 제2 투과 파면(파면수차)W2을 산출한다(단계S60).
끝으로, 상기 산출처리는, 식(9)를 사용하여, 피검물(40)의 실효적 두께를 산출하고, 한층 더 피검물(40)의 내부 굴절률 분포ＧＩ를 산출한다(단계S70).
[실시예 3]
상기 실시예 1,2에서는, 피검물(40)을 조명하는 조명 광학계 중 피검물(40)에 가장 가까운 광학소자의 위치를 조정하거나 상기 광학소자를 교환하거나 함으로써, 참조 광의 ＮＡ를 변경하는 굴절률 분포 계측방법을 설명했다. 이에 대하여, 본 발명의 제 3 실시예(실시예 3)인 굴절률 분포 계측방법은, 피검물 케이스(41)를 충전하는 매질의 굴절률을 조정하여, 참조 광의 ＮＡ를 변경한다.
도 8a 및 8b는, 실시예 3의 굴절률 분포 계측방법을 실시하는 굴절률 분포 계측장치의 구성을 나타낸다. 피검물(40)은, 포지티브의 광학 파워를 갖는 렌즈 등의 광학소자다.
레이저광원(10)으로부터 사출된 레이저광은, 핀홀(20)을 지나서 이상적인 구면파가 된다. 레이저광은, 제1 콜리메이터 렌즈(30) 및 제2 콜리메이터 렌즈(31)를 통해 수속 광으로 변환된다. 그 수속 광은, 한번 수속한 후 발산한다.
발산 광은, 피검물 케이스(41) 안에 배치된 피검물(40)을 투과한다. 그 피검물(40)을 투과한 광(이후, "투과 광"이라고 함)은 대략 평행 광이 된다. 그리고, 상기 투과 광의 투과 파면은, 파면 계측 센서인 샥-하트만(Shack-Hartmann) 센서(61)에 의해 계측된다. 피검물(40)이 포지티브의 파워를 갖는 광학소자일 경우, 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈(30,31)를 통과하지 않고, 핀홀(20)로부터의 발산 광을 직접, 피검물(40)에 입사하여도 된다.
이후, 본 실시예의 굴절률 분포 계측방법의 과정을 설명한다. 첫 번째의 과정은, 피검물 케이스(41) 안에 피검물(40)을 설치하고, 피검물(40)로부터의 투과 광이 평행 광에 가깝도록, 적절한 굴절률을 갖는 제1 매질을 피검물 케이스(41)에 충전한다(도 2의 단계S10,S20). 예를 들면, 피검물 케이스(41) 안에 제1 매질을 넣은 상태에서 피검물(40)로부터의 투과 광이 발산 광인 경우에, 상기 제1 매질을 굴절률이 보다 높은 또 다른 제1 매질로 교체하는 것이 바람직하다. 한편, 피검물 케이스(41) 안에 제1 매질을 충전한 상태에서 피검물(40)로부터의 투과 광이 수속 광인 경우에는, 상기 제1 매질을 굴절률이 보다 낮은 또 다른 제1 매질로 교체하는 것이 바람직하다. 상기 제1 매질은, 계측장치에 있어서 투과 광의 광량분포의 관찰을 통해 선택되어도 된다. 광량분포의 관찰 대신에, 미리 투과 광이 평행 광에 가깝도록 조명광학계의 광학소자의 배치를 설계하고나서, 그 설계된 배치에 의거하여 제1 매질을 선택해도 좋다.
도 8a는, 투과 광이 평행 광에 가깝도록 선택된 제1 매질이 에탄올인 경우를 나타낸다. 과정(산출처리)은, 피검물 케이스(41) 안의 매질이 에탄올일 경우의 제1 투과 파면(파면수차)W1을, 실시예 1에 기재된 단계A와 같은 프로세스로 산출한다(단계S30).
다음의 과정은, 피검물 케이스(41) 안에 피검물(40)을 배치하고, 피검물(40)로부터의 투과 광이 평행 광에 가깝도록, 적절한 굴절률을 갖는 제2 매질을 피검물 케이스(41)에 충전한다(단계S40,S50). 제2 매질의 굴절률은, 제1 매질의 굴절률과 다르다. 그러나, 제2 콜리메이터 렌즈(31)와 피검물(40)간의 광축방향의 간격을 바꾸지 않는 경우에는, 필연적으로 제2 매질의 굴절률은 제1 매질의 굴절률에 가까워진다. 상기 제1 및 제2 매질로서, 동일 재료의 온도를 조정 함으로써 굴절률을 바꾼 상기 동일 재료를 사용하는 것이 가능하다.
도 8b는, 제2 매질이 물인 경우를 나타낸다. 과정(산출처리)은, 단계A에 따라, 피검물 케이스(41) 안의 매질이 물인 경우의 제2 투과 파면(제2 파면수차)W2을 산출한다(단계S60).
마지막 과정은, 식(9)를 사용하여, 피검물(40)의 실효적 두께를 산출하고, 한층 더 상기 피검물(40)의 내부 굴절률 분포ＧＩ를 산출한다(단계S70).
[실시예 4]
실시예 1∼3 중 어느 하나에서 설명한 굴절률 분포 계측장치(또는 굴절률 분포 계측방법)에 의해 얻어진 계측 결과를, 렌즈 등의 광학소자의 제조 방법에 피드백 하는 것이 가능하다. 도 9는, 몰딩을 이용한 광학소자의 제조 방법의 예를 나타낸다.
도 9에 있어서, 단계S200은 설계자가 광학 설계 소프트웨어를 사용해서 광학소자를 설계하는 광학소자 설계 단계이다.
단계S210은, 단계S200에서 설계된 광학소자에 의거하여 광학소자를 몰딩하기 위한 금형을 설계 및 가공하는 단계이다.
단계S220은, 단계S210에서 가공된 상기 금형을 사용하여, 광학소자를 몰딩하는 단계이다.
단계S230은, 단계S220에서 성형된 상기 광학소자의 형상을 계측하고, 그 정확도를 평가하는 단계이다. 단계S230에서 평가된 형상이, 요구하는 정확도를 만족하지 않은 경우, 그 제조방법은, 단계S240에서 금형의 보정량을 산출하고나서, 단계S210에서 그 보정량을 사용하여 금형을 재가공한다.
단계S250은, 단계S230에서 요구하는 형상 정확도를 만족하는 광학소자의 광학성능을 평가하는 단계이다. 그 제조방법은, 단계S250에서, 도 2에서 설명한 굴절률 분포 산출처리를 실행하고, 그 산출 결과를 사용해서 광학소자의 광학성능을 평가한다. 단계S250에서 평가된 광학성능이, 요구하는 사양을 만족시키지 못하는 경우에는, 그 제조방법은, 단계S260에서 광학소자의 광학면의 보정량을 산출하고, 그 보정량을 사용해서 단계S200에서 재차, 광학소자를 설계한다.
단계S270은, 단계S250에서 상기 요구한 광학성능을 실현할 수 있는 광학소자의 제조 조건으로, 광학소자를 양산하는 단계이다.
본 실시예의 광학소자의 제조 방법에 의해, 광학소자의 내부 굴절률 분포를 정확하게 계측할 수 있어서, 광학소자가 고굴절률 유리재로 형성된 경우에도, 몰딩으로 광학소자를 정확하게 양산하는 것이 가능하게 된다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims (4)

  1. 피검물 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 제1 매질에 피검물을 배치하고, 상기 피검물에 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제1 투과 파면을 계측하는 제1 계측 단계;
    상기 피검물 굴절률보다도 낮고, 또 상기 제1 매질의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 제2 매질에 상기 피검물을 배치하고, 상기 피검물에 상기 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제2 투과 파면을 계측하는 제2 계측 단계; 및
    상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하는 산출 단계를 포함하는 굴절률 분포 계측방법으로서,
    상기 제1 계측 단계에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 광축상에 위치된 중심부로부터 떨어진 상기 피검물의 주변부에 입사해서 상기 피검물의 특정점을 지나는 광선을 제1 광선으로서 정의하고, 상기 제2 계측 단계에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 상기 주변부에 입사해서 상기 특정점을 지나는 광선을 제2 광선으로서 정의할 때,
    상기 제1 및 제2 계측 단계에 있어서, 상기 방법은, 상기 제1 및 제2 광선의 진행 방향을 서로 다르게 해서, 피검물을 투과한 후의 참조 광이 상기 피검물에 입사하기 전의 상기 참조 광보다 평행 광에 가깝도록 상기 참조 광의 개구수를 변경하는 것을 특징으로 하고,
    상기 산출 단계에 있어서, 상기 방법은, 상기 각각의 제1 및 제2 광선을 따라 상기 피검물의 기하학적 두께를 사용해서 상기 피검물의 실효적 두께를 산출하고, 상기 제1 및 제2 계측 단계에서 계측된 상기 제1 및 제2 투과 파면과 상기 산출된 실효적 두께를 사용해서 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절률 분포 계측방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 계측 단계에 있어서, 상기 방법은, 상기 피검물을 투과한 후의 상기 참조 광 중, 유효 지름의 광축측의 50퍼센트이내의 광성분에 해당하는 일부 광이 평행 광이 되도록 상기 개구수를 변경하는, 굴절률 분포 계측방법.
  3. 광학소자를 몰딩하는 몰딩 단계; 및
    상기 광학소자를 평가하는 평가 단계를 포함하는 광학소자의 제조 방법으로서,
    상기 평가 단계에 있어서, 상기 방법은 청구항 1에 따른 굴절률 분포 계측방법을 사용해서 상기 광학소자의 내부 굴절률 분포를 계측하는 광학소자의 제조 방법.
  4. 피검물의 굴절률보다도 낮은 굴절률을 갖는 제1 매질에 배치된 상기 피검물에 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제1 투과 파면을 계측하는 제1 계측을 행하고, 상기 피검물의 굴절률보다도 낮고, 또 상기 제1 매질의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 제2 매질에 배치된 상기 피검물에 상기 참조 광이 입사되게 하여 상기 피검물의 제2 투과 파면을 계측하는 제2 계측을 행하는 계측부; 및
    상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하는 산출부를 구비한 굴절률 분포 계측장치로서,
    상기 제1 계측에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 광축상에 위치된 중심부로부터 떨어진 상기 피검물의 주변부에 입사해서 상기 피검물의 특정점을 지나는 광선을 제1 광선으로서 정의하고, 상기 제2 계측에 있어서 피검물에 입사하는 참조 광 중, 상기 주변부에 입사해서 상기 특정점을 지나는 광선을 제2 광선으로서 정의할 때,
    상기 계측부는, 상기 제1 및 제2 광선의 진행 방향을 서로 다르게 해서, 피검물을 투과한 후의 참조 광이 상기 피검물에 입사하기 전의 상기 참조 광보다 평행 광에 가깝도록 상기 참조 광의 개구수를 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 산출부는, 상기 각각의 제1 및 제2 광선을 따라 상기 피검물의 기하학적 두께를 사용해서 상기 피검물의 실효적 두께를 산출하고, 상기 제1 및 제2 계측에서 계측된 상기 제1 및 제2 투과 파면과 상기 산출된 실효적 두께를 사용해서 상기 피검물의 내부 굴절률 분포를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 굴절률 분포 계측장치.
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