(57)【要約】【課題】被検物の屈折率分布を高精度に計測する。【解決手段】屈折率分布計測方法は、被検物の屈折率とは異なる屈折率をそれぞれ有する第１及び第２の媒質中に被検物を配置した状態で、並進移動によって異なる複数の配置を設定し、参照光を被検物に入射させ、各媒質と、複数の配置ごとに被検物の透過波面を計測し（Ｓ４００）、各透過波面と基準透過波面との差分に相当する波面収差を求め（Ｓ５００）、同じ位置に配置されている被検物の２媒質の波面収差を使用して被検物の形状誤差の影響を除去することによって被検物の屈折率分布を取得し（Ｓ７０）、複数の配置に対応する複数の屈折率分布から被検物の屈折率分布情報を取得する（Ｓ８０）。【選択図】図２
2014016253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質中に前記被検物を配置し、前記被検物に参照光を入射させて該被検物の透過波面を計測する計測ステップと、前記透過波面の計測結果を用いて前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップとを含む屈折率分布計測方法であって、
前記計測ステップにおいて、
前記参照光に対して前記被検物を並進移動させて、該被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、
前記複数の配置について、第１の屈折率を有する第１の媒質中における第１の透過波面と、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質中における第２の透過波面とを計測し、
前記算出ステップにおいて、
前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記第１の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記第２の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率分布計測方法。
【請求項２】
被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質中に前記被検物を配置し、前記被検物に参照光を入射させて該被検物の透過波面を計測する計測ステップと、前記透過波面の計測結果を用いて前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップとを含む屈折率分布計測方法であって、
前記計測ステップにおいて、
前記参照光に対して前記被検物を並進移動させて、該被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、
前記複数の配置について、第１の波長による第１の透過波面と、前記第１の波長とは異なる第２の波長による第２の透過波面とを計測し、
前記算出ステップにおいて、
前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第１の波長による透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第２の波長による透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率分布計測方法。
【請求項３】
前記被検物の並進移動は、前記参照光に対して、前記被検物および前記媒質を収納する被検物ケースを移動させることにより行われ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。
【請求項４】
前記被検物の並進移動は、該被検物を固定した状態で、前記参照光を射出する照明光学系を移動させることにより行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項５】
前記算出ステップにおいて算出される前記屈折率分布は、前記被検物の有効径全域における屈折率分布であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項６】
前記算出ステップにおいて算出される前記屈折率分布は、前記被検物の３次元の屈折率分布であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項７】
光学素子をモールド成形するステップと、
請求項１乃至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、成形された光学素子を評価するステップと、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
光源と、
被検物および該被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質を収納する被検物ケースと、
前記被検物に入射する参照光に対して前記被検物を並進移動させる移動手段と、
前記光源からの光を用いて前記媒質中に配置された前記被検物の透過波面を計測する計測手段と、
前記透過波面に基づいて前記被検物の屈折率分布を求める演算手段と、を有し、
前記移動手段によって、前記被検物を並進移動させて該被検物の配置が互いに異なる複数の配置が設定され、
前記計測手段によって、前記複数の配置について、第１の屈折率を有する第１の媒質中における第１の透過波面と、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質中における第２の透過波面とが計測され、
前記演算手段は、
前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記第１の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記第２の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率分布計測装置。
【請求項９】
第１および第２の波長で発光する光源と、
被検物および該被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質を収納する被検物ケースと、
前記被検物に入射する参照光に対して前記被検物を並進移動させる移動手段と、
前記光源からの光を用いて前記媒質中に配置された前記被検物の透過波面を計測する計測手段と、
前記第１および第２の波長においてそれぞれ計測された第１の透過波面と第２の透過波面に基づいて前記被検物の屈折率分布を求める演算手段と、を有し、
前記移動手段によって、前記被検物を並進移動させて該被検物の配置が互いに異なる複数の配置が設定され、
前記計測手段によって、前記第１の透過波面と前記第２の透過波面は、前記複数の配置についてそれぞれ計測され、
前記演算手段は、
前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第１の波長による透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第２の波長による透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、
前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率分布計測装置。
【請求項１０】
前記被検物ケースの前記光源側の側面は、曲率を有する光透過部材で構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１１】
前記計測手段はハルトマンセンサを有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１２】
前記計測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乃至１０のいずれか１項に記載の屈折率分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物の屈折率分布を計測する屈折率分布計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被検物とほぼ等しい屈折率を有する試液（マッチングオイル）に被検物を浸した状態で、被検物をさまざまな角度に回転させながら透過波面を計測することによって、被検物の屈折率分布を求める方法が開示されている。また特許文献２には、被検物に対して屈折率が異なる２種類の媒質に被検物を浸した状態で、被検物をさまざまな角度に回転させながら透過波面を計測することによって、高い屈折率を有する被検物の屈折率分布を求める方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１２２２１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８８３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された方法では、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、屈折率が高いマッチングオイルは透過率が低く、検出器から小さな信号しか得られないため、高い屈折率を有する被検物の計測精度が低下する。また、特許文献２に開示された方法は、被検物を光軸に垂直な軸で回転させる際の被検物の位置や傾き量が既知であることを前提としている。しかしながら、被検物の実際の形状は設計値と異なるため、被検物を回転させた際に、被検物の位置や傾き量を高精度に特定することは難しい。
【０００５】
そこで本発明は、被検物の屈折率分布を高精度に計測可能な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。また、そのような屈折率分布計測方法を用いた光学素子の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての屈折率分布計測方法は、被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質中に前記被検物を配置し、前記被検物に参照光を入射させて該被検物の透過波面を計測する計測ステップと、前記透過波面の計測結果を用いて前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップとを含む屈折率分布計測方法であって、前記計測ステップにおいて、前記参照光に対して前記被検物を並進移動させて、該被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、前記複数の配置について、第１の屈折率を有する第１の媒質中における第１の透過波面と、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質中における第２の透過波面とを計測し、前記算出ステップにおいて、前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記第１の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記第２の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する。
【０００７】
本発明の他の側面としての屈折率分布計測方法は、被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質中に前記被検物を配置し、前記被検物に参照光を入射させて該被検物の透過波面を計測する計測ステップと、前記透過波面の計測結果を用いて前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップとを含む屈折率分布計測方法であって、前記計測ステップにおいて、前記参照光に対して前記被検物を並進移動させて、該被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、前記複数の配置について、第１の波長による第１の透過波面と、前記第１の波長とは異なる第２の波長による第２の透過波面とを計測し、前記算出ステップにおいて、前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第１の波長による透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第２の波長による透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する。
【０００８】
本発明の他の側面としての光学素子の製造方法は、光学素子をモールド成形するステップと、前記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、成形された光学素子を評価するステップとを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての屈折率分布計測装置は、光源と、被検物および該被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質を収納する被検物ケースと、前記被検物に入射する参照光に対して前記被検物を並進移動させる移動手段と、前記光源からの光を用いて前記媒質中に配置された前記被検物の透過波面を計測する計測手段と、前記透過波面に基づいて前記被検物の屈折率分布を求める演算手段とを有し、前記移動手段によって、前記被検物を並進移動させて該被検物の配置が互いに異なる複数の配置が設定され、前記計測手段によって、前記複数の配置について、第１の屈折率を有する第１の媒質中における第１の透過波面と、前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質中における第２の透過波面とが計測され、前記演算手段は、前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記第１の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記第２の媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する。
【００１０】
本発明の他の側面としての屈折率分布計測装置は、第１および第２の波長で発光する光源と、被検物および該被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質を収納する被検物ケースと、前記被検物に入射する参照光に対して前記被検物を並進移動させる移動手段と、前記光源からの光を用いて前記媒質中に配置された前記被検物の透過波面を計測する計測手段と、前記第１および第２の波長においてそれぞれ計測された第１の透過波面と第２の透過波面に基づいて前記被検物の屈折率分布を求める演算手段とを有し、前記移動手段によって、前記被検物を並進移動させて該被検物の配置が互いに異なる複数の配置が設定され、前記計測手段によって、前記第１の透過波面と前記第２の透過波面は、前記複数の配置についてそれぞれ計測され、前記演算手段は、前記第１の透過波面の計測結果と、前記被検物と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第１の波長による透過波面との差分である第１の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第２の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記媒質中において前記被検物の配置と同じ配置とされているときの前記第２の波長による透過波面との差分である第２の波面収差を前記複数の配置について算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差に基づいて、前記被検物の形状成分を除去しつつ、前記複数の配置のそれぞれにおける前記被検物の屈折率分布を取得し、前記複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検物の屈折率分布を高精度に計測可能な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ができる。また、そのような屈折率分布計測方法を用いた光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における屈折率分布計測装置のブロック図である。
【図２】実施例１における屈折率分布計測方法を示すフローチャートである。
【図３】実施例１において、被検物上に定義された座標系と計測装置内での第１の媒質中における光線の光路を示す図である。
【図４】実施例２における屈折率分布計測装置のブロック図である。
【図５】実施例２における屈折率分布計測方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１４】
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施例１について説明する。図１は、本実施例における屈折率分布計測装置のブロック図である。本実施例の屈折率分布計測装置は、まず、被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する２種類の媒質（例えば水とオイル）中それぞれに被検物を配置した状態で、被検物に参照光を入射させて透過波面を計測する（計測ステップ）。ここで２種類の媒質は、第１の屈折率を有する第１の媒質および第２の屈折率を有する第２の媒質である。続いて、透過波面の計測結果を用いて被検物の屈折率分布を算出する（算出ステップ）。このとき、参照光に対して被検物を並進移動させて、被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、各々の配置での屈折率分布を得る。そして、複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて、被検物の屈折率分布（好ましくは、被検物の有効径全域の屈折率分布）を算出する。なお、本実施例では、被検物の屈折率分布として３次元の屈折率分布を算出することもできる。
【００１５】
被検物５０は、例えば負のパワーを有するレンズ（光学素子）である。被検物ケース５１の側面は、光を透過する材質（例えばガラス）である。被検物ケース５１は、媒質と被検物支持部５２で保持された被検物５０を収納している。被検物ケースは、並進移動可能なステージ等の移動手段を有する。本実施例では、透過波面の計測手段として、シャックハルトマンセンサ６０が用いられる。
【００１６】
図１の光源１０（例えば半導体レーザ）から射出された光は、ピンホール２０で回折して発散光になる。発散光となった参照光３０は、コリメータレンズ４０およびコリメータレンズ４１を通って収束光となる。収束光のうち一部の光は、被検物ケース５１内の媒質を通って被検物５０に入射する。一方、一部の光は、被検物５０の端部、被検物ケース５１、被検物支持部５２によって遮られる。参照光３０は、被検物５０を透過した後、概ね平行光となってシャックハルトマンセンサ６０に入射する。なお、光源１０の光（光束）が射出する方向を光軸方向、光束の中心を光軸という。
【００１７】
図１（ａ）は、被検物５０を透過した光が平行光に近い場合の光学配置を示している。コリメータレンズ４１を出た収束光のうち、外側の光は、被検物５０の端部で遮られている。被検物５０の特性によって、被検物５０の前面の有効径内を通る光でも、被検物の端部に当たって光が通らない場合がある。すなわち、１回の計測では被検物５０の有効径の全て（有効径全域）を計測できない被検物が存在する。その場合、本実施例のように、複数の配置で求めた複数の屈折率分布を用いて被検物５０の有効径全域の屈折率分布を算出すればよい。ここで、被検物の有効径とは、被検物の使用領域を、被検物の第１面および第２面それぞれの直径（または半径）で定義した値である。
【００１８】
図２は、被検物５０の屈折率分布を算出する処理の手順を示すフローチャートであり、「Ｓ」はＳｔｅｐ（ステップ）の略である。本実施例の算出処理は、図１に示したコンピュータ８０（演算手段）によってプログラムに従って行われる。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示されるように、第１の媒質（例えば水）を満たした被検物ケース５１内に被検物５０を配置する（Ｓ１０）。次に、ステップＡに従って、第１の媒質における波面収差Ｗ１ｋ（第１の波面収差）を算出する（Ｓ２０）。ここで、ｋは計測回数（何回目の計測かを示す数）である。
【００２０】
ステップＡでは、まず、各構成要素の光学配置を決定する（Ｓ１００）。ここで、光学配置とは、ピンホール２０、コリメータレンズ４０、コリメータレンズ４１、被検物ケース５１、被検物５０、および、シャックハルトマンセンサ６０の光軸方向および光軸に垂直方向の配置を意味する。光学配置は、シャックハルトマンに入射する光の光軸に対する光線角度が小さい、すなわち平行光に近い配置であることが望ましい。
【００２１】
図１（ａ）は、各構成要素の中心が光軸上にある配置を示している。コリメータレンズ４１を出た収束光のうち、外側の光は被検物５０に入射せず、被検物５０の端部で遮られている。
【００２２】
次に、決定された光学配置に従って各構成要素の配置を調整する（Ｓ２００）。配置調整は、不図示のレール上を相対移動することで行う。それから、被検物５０と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物のシミュレーション波面Ｗｓｉｍ１ｋを計算する（Ｓ３００）。このステップは、一様な屈折率分布を有する被検物（基準被検物）を仮定し、Ｓ２００と同じ配置の状態で透過波面を計算するステップである。被検物５０と同一形状とは、被検物５０の設計値、または、別途形状計測した計測値を意味する。シミュレーションの代わりに、研削や研磨などにより被検物５０と同一形状かつ屈折率分布を持たない基準被検物を実際に製作し、図１に示される装置を用いて透過波面を計測してもよい。
【００２３】
図３（ａ）に示される被検物５０内にある点（ｘ，ｙ）における、第１の媒質における基準被検物のシミュレーション波面（透過波面）Ｗｓｉｍ１ｋは、以下の式（１）で表される。ここでは、式（１）を簡略化するために、被検物ケース５１の側面の厚さを無視している。
【００２４】
【数１】
2014016253.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｌａ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｂ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｃ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｄ１ｋ（ｘ，ｙ）は、図３（ｂ）に示される各構成要素間の光線進行方向における幾何学距離である。図３（ｂ）の光線は、図３（ａ）に示される被検物５０の内部のある点（ｘ，ｙ）を通る光線を示す。Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）は、被検物５０内における光線の光路の幾何学的長さ、すなわち光線に沿った被検物５０の厚みである。Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）は、基準被検物を用いた光線追跡によって計算することができる。そこで、Ｗｓｉｍ１ｋを計算する際に、任意の点のＬ１ｋ（ｘ，ｙ）も算出すればよい。ｎ１は第１の媒質の屈折率（第１の屈折率）、Ｎ０は基準被検物の屈折率である。
【００２６】
次に、被検物５０の透過波面Ｗｍ１ｋ（第１の透過波面）を計測する（Ｓ４００）。第１の透過波面Ｗｍ１ｋは、図３（ｂ）の幾何学距離を用いて以下の式（２）のように表される。
【００２７】
【数２】
2014016253.tif 000004
【００２８】
Ｎｋ（ｘ，ｙ）は、図３（ｂ）に示される光線の進行方向に平均化された屈折率である。ｄＬｋ（ｘ，ｙ）は、光線の進行方向における被検物５０の設計値からの厚み誤差（形状誤差）である。式（１）と式（２）におけるＬａ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｂ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｃ１ｋ（ｘ，ｙ）、Ｌｄ１ｋ（ｘ，ｙ）とＬ１ｋ（ｘ，ｙ）は、互いに同じ値を用いている。これは、屈折率分布がある場合と屈折率分布がない場合の光路の違いは無視できるほど小さいためである。
【００２９】
Ｓ３００で求められた基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ１ｋとＳ４００で求められた第１の透過波面Ｗｍ１ｋの差分に相当する波面収差を、以下の式（３）のように計算する。
【００３０】
【数３】
2014016253.tif 000005
【００３１】
そして、以下の式（４）に示される近似を行うことで、式（５）で表されるように第１の媒質における波面収差Ｗ１ｋを算出する（Ｓ５００）。
【００３２】
【数４】
2014016253.tif 000006
【００３３】
【数５】
2014016253.tif 000007
【００３４】
Ｓ４００で得られる透過波面Ｗｍ１ｋの計測結果には、被検物５０の屈折率分布と被検物形状の影響と被検物形状誤差の影響と計測システムによるオフセットが含まれる。透過波面Ｗｍ１ｋから基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ１ｋを引くことによって、被検物形状の影響と計測システムによるオフセットを相殺する。この結果、Ｓ５００では、波面収差Ｗ１ｋを求めて残差である被検物５０の屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）と被検物形状誤差の影響の情報を取得する。
【００３５】
屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）は、ｋ回目の計測における被検物内の光線透過方向に平均化された値である。被検物の有効径全域の屈折率分布Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）を得るには、複数の光線透過方向において計測された屈折率分布が必要である。一般的に、入射光に対して被検物を回転させることで被検物の有効径全域の屈折率分布が得られる。しかし、高精度な回転機構の製作は難しく、かつコストが高い。また、被検物の形状は設計値と異なるため、被検物を回転させた際に被検物の位置や傾き量を高精度に特定することは難しい。そこで、本実施例では、異なる角度で入射する光に対して被検物を並進移動させることで、被検物を回転させることと同様の効果を生み出している。回転移動に比べて並進移動は制御および位置の特定が容易であり、かつ、低コストな装置を提供することが可能である。
【００３６】
Ｓ３０では、計測回数ｋが指定回数ｍに達したか否かを判定する。計測回数ｋが指定回数ｍに達していない場合（ｋ＜ｍ）、被検物５０を並進移動させることで異なる配置を作り（Ｓ３１）、Ｓ２０へ戻る。一方、計測回数ｋが指定回数ｍに達した場合、第２の媒質の計測（Ｓ４０）に移る。
【００３７】
図１（ｂ）は、被検物５０を光軸に垂直方向に並進移動させた配置を示している。図１（ａ）では、被検物５０の端部によって遮られていた光線が、並進移動によって被検物５０に入射するようになる。これにより、異なる光線透過方向の屈折率分布の計測が可能となる。
【００３８】
また本実施例では、図１（ｂ）に示されるように、被検物５０と媒質を収納する被検物ケース５１ごと並進移動させている。すなわち、被検物５０の並進移動は、参照光３０に対して、前記被検物および前記媒質を収納する被検物ケースを移動させることにより行われる。このように、被検物５０を収納した被検物ケース５１を移動させることで、被検物５０と被検物ケース５１の光学配置を保つことができる。すなわち、並進移動により両者の光学配置誤差は発生しない。また、媒質に対して被検物５０は静止している（被検物５０と媒質との相対変位はない）ため、媒質の流動による媒質の屈折率分布の発生を防ぐことができる。したがって、被検物ケース５１ごと並進移動させることにより、計測精度を向上させることが可能である。また、被検物ケース５１ごと並進移動させることにより、移動機構が簡易となり、装置のコストを低減することができる。
【００３９】
指定回数ｍは、被検物の形状や屈折率分布に応じて異なる。被検物５０の形状が光軸回りに回転対称で、屈折率分布も光軸回りに回転対称である場合、計測回数ｍは２回でもよい。２回の計測配置とは、例えば、光軸と被検物５０の回転対称軸を一致させた配置と、光軸と被検物５０の回転対称軸を一致させない配置である。
【００４０】
続いて、第２の媒質（例えばオイル）で満たした被検物ケース５１中に被検物５０を配置する（Ｓ４０）。被検物ケース５１は、第１の媒質と同様のケースでもよいし、別のケースを用意してもよい。
【００４１】
次に、Ｓ２０と同様にステップＡに従って、第２の媒質における波面収差Ｗ２ｋ（第２の波面収差）を算出する（ステップＳ５０）。第２の媒質における波面収差Ｗ２ｋは、以下の式（６）のように表される。
【００４２】
【数６】
2014016253.tif 000008
【００４３】
ここで、ｎ２は第２の媒質の屈折率（第２の屈折率）、Ｌ２ｋ（ｘ，ｙ）は第２の媒質中において座標（ｘ，ｙ）を通る光線の光路の幾何学的長さ、すなわち光線に沿った被検物５０の厚みである。Ｌ２ｋ（ｘ，ｙ）も、基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ２ｋを計算する際に、光線追跡によって計算できる。第１の媒質中と第２の媒質中において座標（ｘ，ｙ）を通る光線の光路を一致させることは難しいため、Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）とＬ２ｋ（ｘ，ｙ）は通常異なる。一方、形状誤差ｄＬｋ（ｘ，ｙ）は、Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）とＬ２ｋ（ｘ，ｙ）と比較して極めて小さな値である。このため、第１の媒質と第２の媒質とで同じ値を用いても問題ない。
【００４４】
Ｓ６０では、Ｓ３０と同様に計測回数ｋが指定回数ｍに達したか否かを判定する。計測回数ｋが指定回数ｍに達していない場合（ｋ＜ｍ）、被検物を並進移動させることで異なる配置を作り（Ｓ６１）、Ｓ５０へ戻る。一方、計測回数ｋが指定回数ｍに達した場合、屈折率分布を求めるＳ７０へ移る。
【００４５】
Ｓ７０では、複数の配置それぞれの屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）を算出する。式（５）と式（６）より形状誤差ｄＬｋ（ｘ，ｙ）を除去すると、以下の式（７）のように屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）が表される。
【００４６】
【数７】
2014016253.tif 000009
【００４７】
ここで、Ｌｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）は、Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）とＬ２ｋ（ｘ，ｙ）から得られる、被検物５０の実効的な厚みを意味する。Ｌ１ｋ（ｘ，ｙ）がＬ２ｋ（ｘ，ｙ）と等しい、すなわち、第１および第２の波長における光線の進行方向が一致する場合、Ｌｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）はＬ１ｋ（ｘ，ｙ）およびＬ２ｋ（ｘ，ｙ）と等しくなる。実効的厚みＬｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）を式（７）に代入することで、形状成分を除去して、屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）が求められる（Ｓ７０）。ここで、形状成分とは、被検物５０の設計値から得られる実効的な厚みＬｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）と、被検物５０の設計値からの形状誤差ｄＬｋ（ｘ，ｙ）を合わせたものを意味する。
【００４８】
最後に、複数の屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）から被検物の有効径全域の屈折率分布Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する（Ｓ８０）。被検物の有効径全域の屈折率分布Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の算出は、被検物の有効径全域の屈折率分布を表現する多項式を仮定し、その多項式がこれまでに求めた複数の屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）を再現するように決定すればよい。
【００４９】
被検物の有効径全域の屈折率分布Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）を表す多項式は、例えば以下の式（８）のようにｘｙｚの整関数で表現される。
【００５０】
【数８】
2014016253.tif 000010
【００５１】
例えば式（８）のうち３次までの項を使用すると、多項式の係数は、以下の式（９）のように２０項の列ベクトルで表される。
【００５２】
【数９】
2014016253.tif 000011
【００５３】
屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）は、光線透過方向に平均化された屈折率である。言い換えると、屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）は、光線透過方向に一定屈折率になっている。したがって、光線透過方向に一定屈折率という条件の下、Ｎｋ（ｘ，ｙ）は、Ｎｋ（ｘ，ｙ，ｚ）のように３次元の関数に拡張できる。被検物５０の内部を１００個の領域に分割した場合、３次元に拡張された屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ，ｚ）は以下の式（１０）で表現される。以下の式（１１）のＮ１．．．ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）は、式（１０）で表される複数（ｍ個）の屈折率分布を結合したベクトルである。
【００５４】
【数１０】
2014016253.tif 000012
【００５５】
【数１１】
2014016253.tif 000013
【００５６】
このとき、以下の式（１２）を満たすように係数ベクトルＡを求めると、Ａの各係数は複数の屈折率分布を再現する係数となり、かつ、被検物の有効径全域の屈折率分布を表現する。ただし、Ｘは以下の式（１３）で表される１００ｍ行２０列の行列である。
【００５７】
【数１２】
2014016253.tif 000014
【００５８】
【数１３】
2014016253.tif 000015
【００５９】
最小２乗法を用いる場合には、以下の式（１４）や式（１５）で表されるようにφを定義し、φ２が最も小さくなるようにＡの各係数を決定する。最小２乗法に限らず、Ａを求めるために他の方法を用いてもよい。このようにして、被検物の有効径全域の屈折率分布を表現する多項式の係数Ａが求まり、本実施例における屈折率分布計測方法は終了する。
【００６０】
【数１４】
2014016253.tif 000016
【００６１】
【数１５】
2014016253.tif 000017
【００６２】
本実施例では、第１の媒質および第２の媒質におけるｋ回目の計測において、図３（ｂ）の光線透過方向を対応させている。しかし、Ｓ７０で屈折率分布を算出する際に、第１の媒質および第２の媒質において光線透過方向が対応している波面収差データを用いればよく、計測する配置の順番はそれぞれの媒質においてランダムでよい。または、Ｓ３０とＳ６０のステップを入れず、Ｓ１０からＳ７０までステップを経た後に、被検物５０を並進移動させて異なる配置を作るという計測フローでもよい。すなわちこれは、屈折率分布まで算出してから、次の配置の計測に移ることを意味する。
【００６３】
図１（ｂ）では、光軸に対して垂直方向に被検物５０を並進移動させているが、光軸に対して平行方向に並進移動させてもよいし、両者の組み合わせでもよい。また、被検物ケース５１ごと移動させずに、被検物５０のみ並進移動させてもよい。ただし、被検物５０の移動によって生じる媒質の流動が止まってから計測することが望ましい。
【００６４】
本実施例において、被検物５０を並進移動する代わりに、光源１０、ピンホール２０、コリメータレンズ４０、および、コリメータレンズ４１で構成される照明光学系（参照光３０）を並進移動させてもよい。すなわち、このとき被検物５０の並進移動は、被検物５０を固定した状態で照明光学系（参照光３０）を移動させることにより行われる。参照光３０を射出する照明光学系を移動させることで、参照光３０に対して相対的に被検物５０を並進移動させることと同様の効果が得られる。なお、コリメータレンズ４０から射出される光が平行光であれば、コリメータレンズ４１のみを並進移動させればよい。
【００６５】
本実施例の波面計測手段であるシャックハルトマンセンサ６０は、レンズアレイに入射した光をＣＣＤに集光させる構造を有する。レンズアレイに傾いた透過波面が入射すると、ＣＣＤ上の集光点の位置がずれる。シャックハルトマンセンサ６０は、透過波面の傾きを集光点の位置ずれに変換して計測できるため、大きな収差を有する波面の計測が可能である。本実施例では、大きな収差を有する透過波面においても波面の勾配または傾きを計測可能な物理量として検出することができる計測手段であれば、シャックハルトマンセンサ６０に限定されるものではない。例えば、ハルトマン法、シアリング干渉計、または、ロンキーテストを用いた計測装置でもよい。また、光源１０も、半導体レーザに限定されるものではなく、レーザ一般、ＬＥＤ、または、ハロゲンランプを用いてもよい。また、発散光を生成するピンホール２０の代わりに、光源１０からの光をファイバーに入れて、そのファイバー射出光を用いることもできる。
【００６６】
式（７）を用いて屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）を算出する際に、第１の媒質と第２の媒質それぞれの屈折率が必要である。媒質の屈折率は、第１および第２の透過波面を計測する際に媒質温度を計測し、屈折率と温度の関係（文献値または別途計測した計測値）を用いて算出する。または、計測時にその都度屈折率を計測すればよい。媒質の屈折率は、屈折率と形状が既知の楔形状のもの（例えばガラスプリズム）を用いて計測することができる。具体的には、上記プリズムを媒質中に浸し、プリズムに参照光を入射させて透過波面を計測する。その波面の傾きとプリズムの屈折率と形状の情報から媒質の屈折率を算出すればよい。また媒質の屈折率は、低コヒーレンス干渉法などを用いて計測することもできる。
【００６７】
本実施例では、第１および第２の媒質の組み合わせとして、水とオイルの組み合わせを用いている。しかし本実施例はこれに限定されるものではなく、屈折率が異なる媒質であれば、他の組み合わせも可能である。媒質は気体や固体でもよい。例えば、空気と水、空気とオイル、屈折率の異なる２種類のオイルなどである。２種類の媒質は、同じ材料の媒質において、温度を変えて屈折率を変化させたものでもよい。ただし、媒質に屈折率のムラがあると計測精度が劣化する。このため、媒質には屈折率が一様に分布するものが好ましい。
【００６８】
本実施例では、被検物５０に収束光を入射させているが、発散光や平行光を入射させてもよい。特に、正のパワーをもつレンズの場合、被検物５０に発散光や平行光を入射させる配置にすることが好ましい。例えば、被検物５０に発散光を入射させる場合、コリメータレンズ４０およびコリメータレンズ４１を取り除くか、または、コリメータレンズ４１と被検物ケース５１の間で参照光３０を一度集光させればよい。被検物５０に平行光を入射させる場合には、コリメータレンズ４１を取り除くだけでよい。
【００６９】
本実施例では、屈折率分布を計測する方法について説明したが、被検物５０に光が透過した後の影響だけを評価したい場合には、式（７）の屈折率分布Ｎｋ（ｘ，ｙ）と実効的厚みＬｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）の積に相当する波面収差（光路長分布）を用いればよい。これは、屈折率分布の影響を表現する波面収差である。したがって、本実施例の屈折率分布計測方法は、無次元量である屈折率値の計測方法から屈折率分布の影響を表現する波面収差計測方法までを含む。
【００７０】
以上の説明のように、本実施例の屈折率分布計測方法は、屈折率の異なる２種類の媒質中において被検物に参照光を入射させて透過波面を計測し、その結果から被検物の形状成分を除去して屈折率分布を求める。そして、複数の配置で屈折率分布を取得して被検物の有効径全域屈折率分布を算出する。複数の配置は、参照光に対して被検物を媒質ごと並進移動させることで実現する。回転移動ではなく並進移動を利用することで作業および位置制御が容易であるため、装置構成がシンプルになりコストを低減することができる。被検物は媒質に対して静止しているため、媒質の流動による媒質の屈折率分布は発生しない。また、媒質の屈折率を被検物の屈折率にマッチングさせる必要がない。したがって、本実施例の屈折率分布計測方法は、被検物の有効径全域の屈折率分布を高精度に計測することができる。
【実施例２】
【００７１】
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施例２について説明する。図４は、本実施例における屈折率分布計測装置のブロック図である。本実施例の屈折率分布計測装置は、まず、被検物の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質Ｍ（例えばオイル）に被検物を浸した状態で、２種類の異なる波長の参照光（第１の波長の光と第２の波長の光）を入射させて透過波面を計測する（計測ステップ）。続いて、透過波面の計測結果を用いて被検物の屈折率分布を算出する（算出ステップ）。このとき、参照光に対して被検物を並進移動させて、被検物の配置が互いに異なる複数の配置を設定し、各々の配置での屈折率分布を得る。そして、複数の配置に対応する複数の屈折率分布に基づいて、被検物の有効径全域の屈折率分布を算出する。なお、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。
【００７２】
被検物ケース５１の光源側の側面は、曲率を有する光透過部材（例えばガラス）である。被検物ケース５１は、媒質Ｍと被検物支持部５２で保持された被検物５０を収納している。被検物ケース５１は、並進移動可能なステージ等の移動手段を有する。本実施例では、透過波面の計測手段として、タルボ干渉計（Ｔａｌｂｏｔ干渉計）が用いられる。
【００７３】
図４に示されるように、第１の波長λ１を発光する光源１０（例えばＨｅＮｅレーザ）から射出された光は、ビームスプリッタ２５（例えばダイクロイックミラー）を透過してピンホール２０へ至る。一方、第２の波長λ２を発光する光源１１（例えばＨｅＣｄレーザ）から射出された光は、ビームスプリッタ２５で反射され、ピンホール２０に到達する。なお、光源１０の光（光束）が射出する方向を光軸方向、光束の中心を光軸という。
【００７４】
ピンホール２０を通って発散光となった参照光３０は、コリメータレンズ４０およびコリメータレンズ４１を通って収束光となる。収束光となった参照光３０は、被検物ケース５１の側面、媒質Ｍと通って被検物５０に入射する。被検物５０を通った光は、２次元直交格子である回折格子７０を通過して、検出器である撮像素子６１（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）によって撮像（計測）される。被検物５０を透過した透過光の光軸に対する光線角度が小さい場合、回折格子７０と撮像素子６１の間の距離Ｚが以下の式（１６）で表されるタルボ条件を満たすと、撮像素子６１上に回折格子７０の自己像が干渉縞として得られる。
【００７５】
【数１６】
2014016253.tif 000018
【００７６】
ここで、Ｚは回折格子７０と撮像素子６１の間の距離であり、ここではタルボ距離という。また、ｍは自然数、ｄは回折格子７０の格子周期、Ｚ０は回折格子７０から被検物５０の像面までの距離である。ただし、距離Ｚ０は回折格子７０から撮像素子６１に向かう向きを正としている。回折格子７０の格子周期ｄは、被検物５０の収差の大きさ、撮像素子６１のピクセルサイズに応じて決定される。
【００７７】
図５は、被検物５０の屈折率分布を算出する処理の手順を示す本実施例のフローチャートである。まず、図４（ａ）に示されるように、被検物ケース５１内に媒質Ｍを満たし、媒質中に被検物５０を配置する（Ｓ１１０）。次に、各構成要素の光学配置を決定する（Ｓ１２０）。そして、決定された光学配置に従って各構成要素の配置を調整する（Ｓ１３０）。続いて、ステップＢに従って、第１の波長における波面収差Ｗ１ｋを算出する（Ｓ１４０）。
【００７８】
ステップＢでは、まず、被検物５０と同一形状および特定の屈折率分布を有する基準被検物のシミュレーション波面Ｗｓｉｍ１ｋを計算する（Ｓ３００）。次に、被検物５０に第１の波長の参照光３０を入射させて透過波面Ｗｍ１ｋ（第１の透過波面）を計測する（Ｓ４００）。第１の波長における第１の透過波面を計測する際には、第２の波長の光が混入するのを防ぐ。本実施例では、光源１１をＯＦＦにするか、光源１１とビームスプリッタ２５の間にシャッター等を挿入する。または、ビームスプリッタ２５とピンホール２０の間に第２の波長を透過しない波長選択フィルタ等を挿入する。
【００７９】
このステップは、撮像素子６１による干渉縞の画像取得と、コンピュータ８０による透過波面の画像回復処理とを含む。透過波面の画像回復処理（以下、波面回復という）は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法によって行う。ＦＦＴ法による波面回復は、収差が干渉縞のキャリア縞を乱す性質を利用して、キャリア縞と収差とを分離する方法である。具体的には、干渉縞に２次元ＦＦＴを行い、周波数マップに変換する。次に、周波数マップにおけるキャリア周波数の近傍部分のみを切り出して、キャリア周波数が原点になるように座標変換したうえで、ｉＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を行う。これにより、複素振幅マップの位相項が求められる。その結果得られた位相マップが透過波面となる。
【００８０】
そして、基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ１ｋと第１の透過波面Ｗｍ１ｋから、第１の媒質における波面収差Ｗ１ｋを算出する（Ｓ５００）。波面収差Ｗ１ｋは、以下の式（１７）のように表される。
【００８１】
【数１７】
2014016253.tif 000019
【００８２】
ただし、Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）は、光線の進行方向に平均化された第１の波長における屈折率である。Ｎ０１は、第１の波長における基準被検物の屈折率である。
【００８３】
続いて、第２の波長における波面収差Ｗ２ｋを、第１の波長の場合と同様にステップＢに従って算出する（Ｓ１５０）。第２の波長における第２の透過波面を計測する際には、第１の波長の光が混入するのを防ぐ。例えば、光源１０をＯＦＦにするか、光源１０とビームスプリッタ２５の間にシャッター等を挿入する。または、ビームスプリッタ２５とピンホール２０の間に第１の波長の光を透過しない波長選択フィルタ等を挿入する。波面収差Ｗ２ｋは、以下の式（１８）のように表される。
【００８４】
【数１８】
2014016253.tif 000020
【００８５】
ただし、Ｎ２ｋ（ｘ，ｙ）は、光線の進行方向に平均化された第２の波長における屈折率である。Ｎ０２は、第２の波長における基準被検物の屈折率である。
【００８６】
本実施例において、Ｓ１４０とＳ１５０では、同一の配置で波面収差Ｗ１ｋと波面収差Ｗ２ｋを算出している。ただし、Ｓ１５０の前に第２の波長における光学配置の決定（Ｓ１２０）と光学素子の配置調整（Ｓ１３０）を入れてもよい。
【００８７】
被検物５０内の座標（ｘ，ｙ）における屈折率の波長依存性も、屈折率分布に伴って分布する。Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）とＮ２ｋ（ｘ，ｙ）は、近似式である以下の式（１９）で関係付けられる。
【００８８】
【数１９】
2014016253.tif 000021
【００８９】
ただし、Ｎｒ０１、Ｎｒ０２は、第１の波長、第２の波長それぞれにおける硝材の屈折率である。これらの屈折率は、文献値を用いてもよいし、計測値を用いてもよい。
【００９０】
式（１９）より、第１の波長における屈折率分布Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）と第２の波長における屈折率分布Ｎ２ｋ（ｘ，ｙ）は、以下の式（２０）で関係付けられる。
【００９１】
【数２０】
2014016253.tif 000022
【００９２】
式（１７）の第１の波長における波面収差Ｗ１ｋと、式（１８）の第２の波長における波面収差Ｗ２ｋから、被検物５０の形状誤差ｄＬｋ（ｘ，ｙ）を除去する。さらに、式（２０）を用いると、被検物５０の第１の波長における屈折率分布Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）を抽出する式（２１）が以下のように導かれる。
【００９３】
【数２１】
2014016253.tif 000023
【００９４】
ここで、Ｓ１４０で得られた第１の波長における波面収差Ｗ１ｋと、Ｓ１５０で得られた第２の波長における波面収差Ｗ２ｋと、実効的な厚みＬｅｆｆｋ（ｘ，ｙ）を式（２１）に代入する。これにより、形状成分を除去して、第１の波長における被検物５０の屈折率分布Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ１６０）。第２の波長における被検物５０の屈折率分布Ｎ２ｋ（ｘ，ｙ）を算出したい場合には、求めたＮ１ｋ（ｘ，ｙ）を式（２０）に代入すればよい。
【００９５】
Ｓ１７０では、計測回数ｋが指定回数ｍに達したか否かを判定する。計測回数ｋが指定回数ｍに達していない場合（ｋ＜ｍ）、被検物５０を被検物ケース５１ごと並進移動させることで異なる配置を作り（Ｓ１７１）、Ｓ１２０へ戻る。一方、計測回数ｋが指定回数ｍに達した場合、屈折率分布Ｎの算出（Ｓ１８０）に移る。本実施例では、計測配置を図４（ａ）および図４（ｂ）の２配置、すなわち指定回数を２回（ｍ＝２）に設定されている。
【００９６】
図４（ｂ）は、被検物５０を被検物ケース５１ごと光軸に平行方向に並進移動させた配置を示している。図４（ａ）では、被検物５０の端部によって遮られていた光線が、図４（ｂ）では透過している。これにより、被検物５０の有効径全域の屈折率分布を算出することが可能となる。
【００９７】
Ｓ１８０では、複数の屈折率分布Ｎ１ｋ（ｘ，ｙ）から被検物５０の有効径全域の屈折率分布Ｎ１（ｘ，ｙ）を算出する。図４（ａ）で求めた屈折率分布Ｎ１１（ｘ，ｙ）のうち、足りない領域を図４（ｂ）で求めた屈折率分布Ｎ１２（ｘ，ｙ）で補完する。すなわち、Ｎ１１（ｘ，ｙ）の内部の屈折率分布に、Ｎ１２（ｘ，ｙ）で外部の屈折率分布を接続する。この接続は、実施例１と同様に、多項式の係数を用いて行うことができる。このステップで、本実施例における屈折率分布計測方法は終了する。
【００９８】
被検物５０の有効径全域の屈折率分布は、本実施例のように図４（ａ）と図４（ｂ）の２種類の配置を用いることなく、すなわち図４（ｂ）の計測だけで算出することができる。ただし、図４（ｂ）に示されるように、タルボ干渉計に入射する光の光線角度が大きい場合、波面計測誤差が大きくなり、屈折率分布の算出精度が劣化する。したがって、屈折率分布を高精度に計測するには、本実施例のように、被検物５０の有効径の内の大部分を、図４（ａ）のような光学配置で計測し、残りの周辺部のみ図４（ｂ）の光学配置で計測して補完すればよい。
【００９９】
本実施例では、図４に示されるように、被検物ケース５１の光源側の側面が曲率を有する。光源側の側面が平板の場合、境界面で光線が屈折するため、被検物５０に入射する参照光３０の入射角（光軸に対する角度）が小さくなる。入射角が小さくなると、図４（ｂ）に示されるように並進移動させても、被検物５０の有効径全域を通る光線が存在しない場合がある。また、側面が平板の場合、参照光３０に大きな球面収差が発生するため、透過波面の球面収差も大きくなって波面計測精度が劣化する。したがって、側面の曲率半径は、参照光３０の光線角度が屈折によってほとんど変わらないように、参照光３０の波面の曲率半径に近い方が望ましい。参照光３０の波面の曲率半径は、コリメータレンズ４１からの距離に応じて変化するため、被検物ケース５１の配置を考慮して側面の曲率半径を設計する必要がある。しかし、被検物ケース５１の配置誤差に関する光線角度変化量は小さいため、厳密に配置する必要はない。また本実施例では、実施例１と同様に、被検物ケース５１ごと並進移動させているが、被検物５０のみを並進移動させてもよい。
【０１００】
本実施例では、第１の波長と第２の波長の光を出力する光源として、２種類の光源を用意している。しかし、半導体レーザのような波長可変の同一光源で２種類の波長の光を得てもよいし、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ光源のような広帯域光源と狭帯域フィルタの組み合わせで２種類の波長の光を生成してもよい。また、シアリング干渉法やハルトマン法を用いるため、広帯域光源としてハロゲンランプのようなインコヒーレント光源を用いることもできる。
【０１０１】
実施例１、２にて説明した屈折率分布計測装置（屈折率分布計測方法）による計測結果を、光学素子の製造方法にフィードバックすることができる。この光学素子の製造方法は、設計された光学素子に基づいて、光学素子をモールド成形するステップと、成形された光学素子の形状を計測し、形状精度を評価するステップと、形状精度を満足する光学素子の光学性能を評価するステップと、を有する。そして、光学性能を評価するステップに、本実施例の屈折率分布計測方法を適用することができる。評価された光学性能が、要求する仕様を満足しなかった場合、光学素子の光学面の補正量が算出され、その結果を用いて再度、光学素子を設計し、満足する場合には光学素子を量産する。
【０１０２】
上記各実施例の光学素子の製造方法によれば、光学素子の屈折率分布を高精度に計測することができるため、高屈折率硝材を用いた光学素子であっても、モールド成形で高精度に量産可能である。
【０１０３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
屈折率分布計測装置は光学素子を製造する用途に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  光源
３０  参照光
５０  被検物
５１  被検物ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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