折射率分布测量方法和折射率分布测量设备技术

一种折射率分布测量方法和折射率分布测量设备。所述方法包括下述步骤：通过将参考光引入被浸入到具有第一折射率的第一介质中的检测对象来测量检测对象的第一透射波前，所述第一折射率比检测对象的折射率低０．０１或更多；通过将参考光引入被浸入到具有第二折射率的第二介质中的检测对象来测量检测对象的第二透射波前，所述第二折射率比检测对象的折射率低０．０１或更多并且与第一折射率不同；以及基于第一透射波前的测量结果和第二透射波前的测量结果来获得检测对象的折射率分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量诸如光学元件的检测对象的折射率分布的方法和设备。
技术介绍
对于诸如用于光学单元(例如数字摄像机或激光束打印机)的透镜的光学元件要 求高的折射率。通过使用成型(molding)技术，具有高折射率的光学玻璃或塑料材料可容 易地被制成非球面等的复杂形状。 然而，取决于成型条件，成型可能导致光学元件中的不均匀的折射率分布。不均匀的内部折射率分布可能大大劣化光学元件的光学特性，并且可能不能保持预定的光学特性。因此，需要以高精确度来测量具有高折射率的光学元件的光学均匀性。 干涉条纹测量方法通常已知为用于测量光学均匀性的方法。所述干涉条纹测量方法高度精确地加工检测对象(光学元件)并测量其透射波前(transmission wavefront)，由此测量其内部折射率分布。另一种提出的方法通过将检测对象保持在玻璃板之间，并且将检测对象浸入具有大致等于检测对象的折射率的折射率并且被灌注在玻璃板之间的油中来减小检测对象的表面精确度误差。 日本专利申请公开No. ("JP") 01-316627公开了一种用于通过将检测对象浸入到 具有大致等于检测对象的折射率的折射率的介质(匹配油)中来测量透射波前，从而获得 检测对象的光学特性的方法。该方法可获得检测对象的内部折射率分布，而不必高度精确 地加工检测对象。 JP 02-008726中公开的测量方法通过将检测对象浸入到具有大致等于检测对象 的折射率的折射率的第一匹配油中来测量透射波前。所述方法进一步通过将检测对象浸入 到具有与检测对象的折射率略微不同的折射率的第二匹配油中来测量透射波前。所述方法 从使用第一匹配油的测量结果和使用第二匹配油的测量结果获得检测对象的形状和折射 率分布。 在使用第二匹配油的测量中，检测对象的折射率分布和形状的影响作为干涉图案 出现在检测器中。第二匹配油的折射率需要与检测对象的折射率略微不同，不同的程度使 得干涉图案不过于密集。 JP 01-316627和JP 02-008726中公开的测量方法需要具有大致等于检测对 象的折射率的折射率的匹配油。然而，高折射率的匹配油具有低透射率。因此，通过JP 01-316627和JP 02-008726公开的方法，高折射率的光学元件的透射波前的测量仅能从检 测器获得微弱信号，并且它们的测量精确度低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种被配置成高度精确地测量检测对象的内部折射率分布的测量 方法和设备。 根据本专利技术的折射率分布测量方法包括下述步骤通过将参考光引入被浸入到具有第一折射率的第一介质中的检测对象来测量检测对象的第一透射波前，该第一折射率 比检测对象的折射率低0. 01或更多；通过将参考光引入被浸入到具有第二折射率的第二 介质中的检测对象来测量检测对象的第二透射波前，该第二折射率比检测对象的折射率低 0.01或更多并且与第一折射率不同；以及基于第一透射波前的测量结果和第二透射波前 的测量结果来获得检测对象的折射率分布。 参照附图，本专利技术的更多特征将从对示范性实施例的下述描述变得显而易见。 附图说明 图1示出了根据本专利技术第一实施例的使用第一介质的测量设备的示意性配置。 图2示出了根据本专利技术第一实施例的使用第二介质的测量设备的示意性配置。 图3是示出了根据第一实施例的内部折射率分布的计算过程的流程图。 图4示出了检测对象上定义的坐标系统。 图5示出了根据第一实施例的测量设备中的光学路径。 图6是根据本专利技术第二实施例的测量设备的概念图。 图7是用于第二实施例的夏克_哈特曼(Shack-Hartma皿)传感器的示意图。 图8示出了使用根据本专利技术的折射率分布测量方法的光学元件制造方法。具体实施例方式现在参考附图，将对根据本专利技术的实施例进行描述。 第一实施例 在该实施例中，将对用于通过将检测对象浸入到两种介质(空气和水)中，并且对 于每种介质测量透射波前来获得检测对象的内部折射率分布的折射率分布测量方法进行 描述。 图l示出了当在空气(第一介质)中测量检测对象时使用的塔耳波特(Talbot) 干涉仪(折射率分布测量设备)的示意性配置。作为诸如透镜的光学元件的检测对象120 被浸入到检测对象箱体121中的空气中。空气的折射率比检测对象120的折射率低0. 01 或更多。 从激光源(例如，He-Ne激光器)100发射的激光101穿过针孔(光学单元)110时 被衍射。被针孔110衍射的衍射光(参考光)102穿过检测对象箱体121中的空气，进入并 穿过检测对象120，对于检测对象120，针孔110是物面。针孔110的直径9被设计成足够 小，以便将衍射光102看作理想球面波，并且满足使用检测对象侧的数值孔径NA0和激光源 100的波长A的下面的等式l: 等式1 <formula>formula see original document page 5</formula> 当波长A为600nm，数值孔径NAO为约0. 3时，针孔110的直径9可以为约2 y m。 激光透射通过检测对象箱体121中的检测对象120和空气，并穿过作为二维衍射 光栅的正交衍射光栅130，以便被作为检测器的CCD 140捕获(测量)。 当检测对象120的图像侧数值孔径NA较小时，衍射光栅130和CCD 140之间的距离Z满足由下述等式2代表的塔耳波特条件，衍射光栅130的伪分辨率作为CCD 140上的干涉图案而被获得 等式2ZnZ 附"2 ~"15——=-- z 义 Z表示衍射光栅130和CCD 140之间的距离，所述距离在下文中被称为塔耳波特 距离，m表示除0以外的整数，而d表示衍射光栅130的间距(pitch) 。 Z。表示从衍射光栅 130到检测对象120的像面的距离。根据检测对象120的像差的大小来确定衍射光栅130 的光栅间距d。 作为测量设备的组件的激光源100、针孔110、衍射光栅130、 CCD 140和检测对象 箱体121(检测对象120)在与检测对象120的光轴平行放置的轨道150上被引导，从而它 们可沿光轴方向相对于检测对象120移动。 图2示出了当在水下(在第二介质中)测量检测对象120时塔耳波特干涉仪的示 意性配置。检测对象120被浸入检测对象箱体121中的水中。水的折射率比检测对象的折 射率低0. 01或更多，并且与空气的折射率不同。 与其中空气被用作介质的图1相比，衍射光栅130和CCD 140被放置在离检测对 象120更远的位置。 从激光源100发射的激光101被针孔110衍射并变为衍射光(参考光)102，穿过 检测对象箱体121中的水，进入并穿过检测对象120，其中对于所述检测对象120针孔110 是物面。透射通过检测对象箱体121中的检测对象120和水的激光穿过衍射光栅130并被 CCD 140捕获(测量)。 图3示出了通过使用由CCD 140拍摄的图像来计算检测对象120的折射率分布 Windra的过程。图1所示的诸如微型计算机的操作单元(计算模块)根据计算机程序提供该 计算。 首先，如图1所示，检测对象120被放置在其中填充有空气(图3中的介质1)的 检测对象箱体121中(步骤S10)。 然后，通过下面描述的步骤A，计算当检测对象箱体121中的介质为空气时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折射率分布测量方法，所述方法包括下述步骤：通过将参考光引入被浸入到具有第一折射率的第一介质中的检测对象来测量该检测对象的第一透射波前，所述第一折射率比检测对象的折射率低０．０１或更多；通过将参考光引入被浸入到具有第二折射率的第二介质中的检测对象来测量该检测对象的第二透射波前，所述第二折射率比检测对象的折射率低０．０１或更多并且与第一折射率不同；以及基于第一透射波前的测量结果和第二透射波前的测量结果来获得检测对象的折射率分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤正磨，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]