(57)【要約】【課題】  被検物の透過波面を高精度に計測する。【解決手段】  光源からの特定の光を第１の光と第２の光とに分割し、第１の光を波面センサ８１で受光したときの第１の受光位置と、第２の光を撮像素子８０で受光したときの第２の受光位置とを測定し、被検物６０を透過した光を波面センサ８１で測定し、被検物６０の像を撮像素子８０で測定する。第１の受光位置と、第２の受光位置と、被検物６０の像とに基づいて波面センサ上の基準点を算出し、被検物６０を透過した光の波面センサ８１による測定値と、基準点とを用いて被検物６０の透過波面を算出する。【選択図】  図２
2015210241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの特定の光を第１の光と第２の光とに分割し、前記第１の光を波面センサで受光したときの第１の受光位置と、前記第２の光を撮像素子で受光したときの第２の受光位置とを測定するステップと、
前記光源からの光を被検物に入射させて、前記被検物を透過した光を前記波面センサで測定し、前記被検物の像を前記撮像素子で測定するステップと、
前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像とに基づいて前記波面センサ上の基準点を算出し、前記被検物を透過した光の前記波面センサによる測定値と、前記基準点とを用いて前記被検物の透過波面を算出するステップとを有することを特徴とする波面計測方法。
【請求項２】
前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像から測定される前記被検物の光学中心を透過した光の前記撮像素子上の受光位置とに基づいて、前記基準点を算出することを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項３】
前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像の外形から算出される前記被検物の像の中心とに基づいて、前記基準点を算出することを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項４】
前記光源からの光をピンホールに入射させ、該ピンホールを通過した光を分割して前記第１の光および前記第２の光とし、前記第１の光を前記波面センサで受光したときの第１の受光位置と、前記第２の光を前記撮像素子で受光したときの第２の受光位置とを測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項５】
前記被検物の透過波面と、特定の屈折率分布を有する基準被検物が前記被検物の位置に配置されているときの透過波面との差分である波面収差を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項６】
第１の波長における前記被検物の透過光と、前記第１の波長とは異なる第２の波長における前記被検物の透過光とを前記波面センサで測定するステップと、
前記第１の波長における前記被検物の透過光の測定値と、前記基準点とを用いて、前記第１の波長における前記被検物の透過波面を算出し、前記第２波長における前記被検物の透過光の測定値と、前記基準点とを用いて、前記第２の波長における前記被検物の透過波面を算出し、前記第１波長における前記被検物の透過波面と前記第２波長における前記被検物の透過波面とに基づいて、前記被検物の形状成分を除去して前記被検物の屈折率分布を算出するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項７】
第１の屈折率を有する第１の媒質中における前記被検物の第１の透過光と、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の媒質中における前記被検物の第２の透過光とを前記波面センサで測定するステップと、
前記第１の媒質中における前記被検物の第１の像と、前記第２の媒質中における前記被検物の第２の像とを前記撮像素子で測定するステップと、
前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記第１の像とに基づいて前記第１の透過光の第１の基準点を算出し、前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記第２の像とに基づいて前記第２の透過光の第２の基準点を算出し、前記第１の透過光の測定値と、前記第１の基準点とを用いて前記被検物の第１の透過波面を算出し、前記第２の透過光の測定値と、前記第２の基準点とを用いて前記被検物の第２の透過波面を算出し、前記第１の透過波面と前記第２の透過波面とに基づいて、前記被検物の形状成分を除去して前記被検物の屈折率分布を算出するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波面計測方法。
【請求項８】
光学素子をモールドするステップと、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波面計測方法を用いて前記光学素子の透過波面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。
【請求項９】
光源と、
該光源からの特定の光を第１の光と第２の光とに分割し、前記第１の光を波面センサで受光したときの第１の受光位置と、前記第２の光を撮像素子で受光したときの第２の受光位置とを測定し、前記被検物を透過した光を前記波面センサで測定し、前記撮像素子上に結像された前記被検物の像を測定する測定手段と、
前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像とに基づいて前記波面センサ上の基準点を算出し、前記被検物を透過した光の前記波面センサによる測定値と、前記基準点とを用いて前記被検物の透過波面を算出する算出手段とを有することを特徴とする波面計測装置。
【請求項１０】
前記波面センサは、シャックハルトマンセンサであることを特徴とする請求項９に記載の波面計測装置。
【請求項１１】
前記波面センサは、タルボ干渉計であることを特徴とする請求項９に記載の波面計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の透過波面を計測する波面計測方法及び波面計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モールドによって製造されたモールドレンズは、レンズ内部に屈折率分布が存在する。レンズ内部の屈折率分布は、光学性能に悪影響を及ぼすため、モールドレンズの製造には、モールド後に非破壊で屈折率分布を計測する技術が必要である。
【０００３】
特許文献１に開示された計測方法では、光源からの可干渉光を、屈折率がほぼ一致している試液に浸した被検物に入射させ、検出器に干渉縞を結像させ、干渉縞から透過波面を算出する。そして、被検物の設計値から被検物の基準透過波面と被検物の光軸方向の厚さとを算出し、被検物の透過波面と基準透過波面と厚さとから被検物の屈折率分布を算出している。検出器に干渉縞を結像させるには、被検物の透過光がほぼ平行光となっていなければならないため、被検物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する試液に被検物を浸している。
【０００４】
特許文献２に開示された計測方法では、被検物の屈折率とは異なる第１の屈折率を有する第１の媒質中に被検物を配置して第１の透過波面を計測し、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質中に被検物を配置して第２の透過波面を計測する。そして、第１及び第２の透過波面の計測結果と、被検物と同一形状及び特定の屈折率分布を有する基準被検物が第１及び第２の媒質中に配置されているときの各透過波面とを用いて、被検物の形状成分を除去して、被検物の屈折率分布投影値を算出する。そして、光に対して被検物の角度が異なる複数の配置において屈折率分布投影値を算出し、複数の屈折率分布投影値から被検物の３次元屈折率分布を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０４４６４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４７６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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試液が必要である。しかしながら、屈折率が高い試液は、透過率が低い。このため、特許文献１で開示された計測方法により高屈折率の光学素子の干渉縞を測定すると、検出器から小さな信号しか得られず、透過波面の計測精度が低くなる。透過波面の計測精度が低下すると、屈折率分布の算出精度も低下する。特許文献２で開示された方法では、被検物の屈折率と媒質の屈折率が異なるため、被検物を透過した波面が大きな収差をもつ。大収差の透過波面を計測するためには、透過光の基準点（例えば中心点）を正確に算出する必要がある。算出した基準点が本来の基準点と異なると、本来無いはずの非回転対称の波面誤差が、計測された透過波面に混入するからである。特許文献２で開示された方法のように、透過波面が大収差をもつ状態で被検物を傾けると、透過光束が非回転対称な形になる。非回転対称な形の透過光束から基準点を正確に算出することは難しい。基準点の位置ずれによって、計測される透過波面の精度が低下し、屈折率分布の算出精度も低下する。
【０００７】
被検物の屈折率分布を高精度に算出するためには、被検物の透過波面を高精度に計測することが必要である。
【０００８】
本発明は、被検物の透過波面を高精度に計測することができる波面計測方法および波面計測装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての波面計測方法は、光源からの特定の光を第１の光と第２の光とに分割し、前記第１の光を波面センサで受光したときの第１の受光位置と、前記第２の光を撮像素子で受光したときの第２の受光位置とを測定するステップと、前記光源からの光を被検物に入射させて、前記被検物を透過した光を前記波面センサで測定し、前記被検物の像を前記撮像素子で測定するステップと、前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像とに基づいて前記波面センサ上の基準点を算出し、前記被検物を透過した光の前記波面センサによる測定値と、前記基準点とを用いて前記被検物の透過波面を算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
尚、光学素子をモールドするステップと、上記の波面計測方法を用いて光学素子の透過波面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。
【００１１】
また、本発明のさらに他の一側面としての波面計測装置は、光源と、該光源からの特定の光を第１の光と第２の光とに分割し、前記第１の光を波面センサで受光したときの第１の受光位置と、前記第２の光を撮像素子で受光したときの第２の受光位置とを測定し、前記被検物を透過した光を前記波面センサで測定し、前記撮像素子上に結像された前記被検物の像を測定する測定手段と、前記第１の受光位置と、前記第２の受光位置と、前記被検物の像とに基づいて前記波面センサ上の基準点を算出し、前記被検物を透過した光の前記波面センサによる測定値と、前記基準点とを用いて前記被検物の透過波面を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検物の透過波面を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における実施例１の波面計測装置の概略構成を示す図。
【図２】実施例１における波面センサの受光位置と撮像素子の受光位置の対応関係を示す図。
【図３】実施例１における被検物の透過波面の算出手順を示すフローチャート。
【図４】被検物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。
【図５】本発明における実施例２の波面計測装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明における実施例１の波面計測装置の概略構成を示している。計測装置は、光源１０、干渉光学系、被検物６０と媒質７０を収容可能な容器５０、撮像素子８０、波面センサ８１、コンピュータ９０を有し、被検物６０の透過波面を計測する。本実施例では、被検物は負の屈折力を有するレンズであるが、レンズに限られず、平板等の屈折型光学素子であれば透過波面の測定を行うことができる。尚、媒質７０の屈折率は、被検物６０の屈折力を小さくする役割をもち、被検物６０の屈折率と一致している必要はない（例えば、被検物の屈折率が１．９程度であるとき、媒質の屈折率が１．７程度であってもよい）。
【００１６】
光源１０は、レーザ光源（例えば、ＨｅＮｅレーザー）である。光源からの光は、ピンホール３０を通過して発散波となり、コリメータレンズ４０を通って平行光となる。
【００１７】
干渉光学系は、ビームスプリッタ１００、１０１、ミラー１０５、１０６を有する。干渉光学系は、コリメータレンズ４０を通った光を、被検物を透過しない参照光と被検物を透過する被検光に分割し、参照光と被検光を干渉させて、その干渉光を撮像素子８０に導光する。また、干渉光学系は、被検光を波面センサ８１に導光する。
【００１８】
容器５０には、被検物６０と媒質７０とガラスプリズム１１０が収容される。容器５０の側面５０ａ、５０ｂは厚さが同一かつ平行であり、屈折率が均一であることが好ましい。
【００１９】
容器５０に入射した被検光の一部は、媒質７０、被検物６０を透過し、別の被検光の一部は、媒質７０及びガラスプリズム１１０を透過する。容器５０に入射したその他の被検光は、媒質７０のみを透過する。一方、ビームスプリッタ１００を透過した参照光は、容器５０の側面及び媒質７０を透過し、ミラー１０５で反射される。参照光と被検光は、ビームスプリッタ１０１で干渉し、干渉光を形成する。
【００２０】
媒質７０の屈折率は、媒質７０内に配置された屈折率及び形状が既知のガラスプリズム１１０の透過波面から算出される。媒質７０の屈折率は、ガラスプリズム１１０を用いる代わりに、温度計を用いて媒質７０の温度を測定し、測定した温度をもとに屈折率に換算する方法で算出してもよい。
【００２１】
ミラー１０５は、不図示の駆動機構により、図１中の矢印方向に駆動される。駆動方向は図１の矢印方向に限らず、ミラー１０５の駆動によって参照光と被検光の光路長差が変化しさえすれば任意の方向でよい。ミラー１０５の駆動機構は、例えば、ピエゾステージから構成される。ミラー１０５の駆動量は、不図示の測長器（例えば、レーザ変位計やエンコーダ）によって測定され、コンピュータ９０によって制御される。参照光と被検光の光路長差は、ミラー１０５の駆動機構によって調整される。
【００２２】
ビームスプリッタ１０１で形成された干渉光は、結像レンズ４５を介して撮像素子８０（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ）で検出される。撮像素子８０で検出された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。撮像素子８０は、被検物６０及びガラスプリズム１１０の位置と、結像レンズ４５に関して共役な位置に配置されている。つまり、結像レンズ４５によって、撮像素子８０上に被検物６０の像とガラスプリズム１１０の像とが結像される。
【００２３】
本実施例においては被検物６０と媒質７０の屈折率が異なるため、被検物６０を透過する被検光は発散波となる。発散波となった被検光と参照光とで形成される干渉縞の大部分は、撮像素子８０で分解できないほど密になる。そのため撮像素子８０は、被検物６０を透過する被検光と参照光とで形成される干渉縞の大部分を測定できない。しかし、本実施例において、撮像素子８０は、被検物６０の透過光すべての干渉信号を検出する必要はない。撮像素子８０は、媒質７０やガラスプリズム１１０を透過した透過光に関する干渉信号と、被検物６０の光学中心を透過した透過光に関する干渉信号を検出すればよい。被検物６０の光学中心を透過した透過光は、被検物６０の傾き角に関わらず、被検物６０に入射する入射光と平行であるため、容易に検出できる。
【００２４】
被検物６０を透過した被検光の一部は、ビームスプリッタ１０１で反射され、波面センサ８１（例えば、シャックハルトマンセンサ）で検出される。波面センサ８１で検出された信号は、コンピュータ９０に送られる。
【００２５】
コンピュータ９０は、撮像素子８０の検出結果と、波面センサ８１の検出結果とをもとに被検物の透過波面を算出する算出手段や、ミラー１０５の駆動量を制御する制御手段を有し、ＣＰＵ等から成る。
【００２６】
本実施例では、被検物が容器内に配置されていない状態で、光源からの光線がビームスプリッタ１０１で反射して波面センサ８１上に到達する位置と、その光線がビームスプリッタ１０１を透過して撮像素子８０上に到達する位置とが予め測定されている。図２（ａ）は、ある光線における波面センサ８１上の受光位置（ｕ，ｖ）と撮像素子８０上の受光位置（ｐ，ｑ）との対応関係を示している。受光位置の対応関係は、例えば次のようにして測定できる。
【００２７】
受光位置の対応関係の測定方法は、図１において被検物６０の代わりにピンホールを設置する。そのピンホールを被検光に対して垂直方向に走査しながら、波面センサ８１上の受光位置（ｕ，ｖ）と撮像素子８０上の受光位置（ｐ，ｑ）とを測定する。そして、撮像素子８０上の受光位置（ｐ，ｑ）がわかれば波面センサ８１上の受光位置（ｕ，ｖ）が算出できるように、例えば、ｕ＝ｆ（ｐ）、ｖ＝ｇ（ｑ）のような関数として対応関係を算出する。
【００２８】
図３は、被検物６０の透過波面を算出する算出手順を示すフローチャートである。まず、被検物が媒質中に配置される（Ｓ１０）。次に、被検光の中の特定の光（光線）が、ビームスプリッタ１０１で第１の光と第２の光とに分割され、波面センサ８１が第１の光を受光し、撮像素子８０が第２の光を受光する。そして、波面センサ８１上における第１の光の受光位置である第１の受光位置（ｕ０，ｖ０）と、撮像素子８０上における第２の光の受光位置である第２の受光位置（ｐ０，ｑ０）が測定される（Ｓ２０）。
【００２９】
図１の計測装置の素子の位置は、熱膨張などによって経時変化する。Ｓ２０の受光位置の測定ステップは、事前に測定してある受光位置の対応関係ｕ＝ｆ（ｐ）、ｖ＝ｇ（ｑ）を校正するステップである。対応関係の校正には、少なくとも光線１本分の対応関係（ｕ０，ｖ０）と（ｐ０，ｑ０）とがあればよい。尚、本実施例における特定の光とは、被検光のうち、被検物６０やガラスプリズム１１０を透過しない光を指す。
【００３０】
被検物６０の透過光が波面センサ８１で測定される（Ｓ３０）。被検物６０の透過光を測定する際、被検物６０を透過しない被検光や参照光は不要な光のため、波面センサ８１に不要光が入らないようにアパーチャやシャッター等で不要光を遮光する。
【００３１】
そして、撮像素子８０上に結像された被検物６０の像が測定される（Ｓ４０）。撮像素子８０上に結像される像は、被検物６０とガラスプリズム１１０の輪郭を示す像と、被検光と参照光とで形成される干渉縞の像とが重なった像である。前述のとおり、媒質７０やガラスプリズム１１０を透過した透過光に関する干渉信号と、被検物６０の光学中心を透過した透過光に関する干渉信号が検出される。
【００３２】
図２（ｂ）は、被検物６０の光学中心を通る光線における波面センサ８１上の受光位置（ｕ１，ｖ１）と撮像素子８０上の受光位置（ｐ１，ｑ１）との対応関係を示している。図２（ｂ）では、簡単のため、容器６０や媒質７０などは省略されている。被検物６０の光学中心を透過した光は、被検物６０に入射する光に対して平行に進むため、透過波面を算出する際の基準点として使用しやすい。
【００３３】
第１の受光位置と第２の受光位置とによって校正された関数ｕ＝ｆ（ｐ）、ｖ＝ｇ（ｑ）と、被検物６０の像から測定される光学中心を透過した光の撮像素子上８０の受光位置（ｐ１，ｑ１）とに基づいて、波面センサ上８１の基準点が算出される（Ｓ５０）。最後に、被検物６０の透過光の波面センサ８１による測定値と基準点（ｕ１＝ｆ（ｐ１），ｖ１＝ｇ（ｑ１））とを用いて、被検物６０の透過波面が算出される（Ｓ６０）。
【００３４】
一般に、シャックハルトマンセンサなどの波面センサで測定される信号には、被検物のどこを通ってきた光が波面センサのどこに到達したかという情報が無い。そのため、波面を算出する際に、基準点をどこにするかが不明瞭である。特に、被検物を傾けた際、波面センサで受光する信号は非回転対称な形となるため、基準点を正確に算出することが難しくなる。正確な基準点がわからないため、算出される波面は誤差を含む。
【００３５】
一方、本実施例では、被検物の光学中心を通る光が波面センサに到達する座標を正確に特定し、そこを基準点として波面を算出するため、被検物６０の透過波面を高精度に算出することができる。
【００３６】
本実施例では、波面センサ８１の位置で計測される透過波面を算出した。一般に、波面は測定する環境（例えば、被検物６０と波面センサ８１との距離や媒質７０の屈折率等）によって変化する。光学素子の性能を評価するためには、環境に左右されない光学素子特有の物理量に換算する必要がある。光学素子特有の物理量の１つである波面収差（光路長分布）や屈折率分布を算出する方法は次のとおりである。
【００３７】
図４（ａ）に示される被検物６０内の点（ｘ，ｙ）を通る、波長λにおける被検物６０の透過波面Ｗｍ（λ，ｘ，ｙ）は、数式１で表される。図４（ａ）の点（０，０）は、被検物６０の光学中心を示している。
【００３８】
【数１】
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【００３９】
ただし、Ｌａ（ｘ，ｙ）、Ｌｂ（ｘ，ｙ）、Ｌｃ（ｘ，ｙ）、Ｌｄ（ｘ，ｙ）は、図４（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４（ｂ）の光線は、図４（ａ）に示す被検物６０の内部にある点（ｘ，ｙ）を通る光線を指す。Ｌ（ｘ，ｙ）は、被検物６０内における光線の光路の幾何学的距離、すなわち光線方向の被検物の厚みである。ｎｓａｍｐｌｅ（λ，ｘ，ｙ）は被検物６０の波長λにおける屈折率、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）は媒質７０の波長λにおける屈折率である。ここでは簡単のため、容器５０の側面５０ａ、５０ｂの厚みは無視している。
【００４０】
次に、特定の屈折率分布を有する基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）を算出する。ここでは、被検物６０と同一形状で一様な屈折率分布ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）を有する被検物（基準被検物）を仮定し、基準被検物が被検物６０と同じ位置に配置されている状態で透過波面を算出する。基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）は、数式２のように表される。尚、本実施例において、基準被検物の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）は既知の値としている。
【００４１】
【数２】
2015210241.tif 000004
【００４２】
基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）を算出する際に、媒質７０の屈折率ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）が必要である。媒質７０の屈折率ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）は、屈折率及び形状が既知のガラスプリズム１１０の透過波面から算出できる。ガラスプリズムの透過波面は、ミラー１０５を駆動させる位相シフト法を用いて測定できる。
【００４３】
そして、被検物６０の透過波面Ｗｍ（λ，ｘ，ｙ）と、基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）の差分をとれば、被検物６０の波面収差（光路長分布）Ｗ（λ，ｘ，ｙ）が得られる。波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）を被検物の厚みＬ（ｘ，ｙ）で割れば、被検物６０の屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）が算出される。被検物６０の波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）と屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）とは、数式３のように表される。
【００４４】
【数３】
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【００４５】
数式１〜３では、被検物６０と基準被検物が同一形状Ｌ（ｘ，ｙ）を有すると仮定している。被検物６０の形状と基準被検物の形状が異なると、得られる波面収差及び屈折率分布は誤差を含む。そのため、あらかじめ被検物６０の形状を計測し、その形状を基準被検物の形状に適用する方式を用いることが望ましい。もしくは、基準被検物の形状として設計値Ｌ（ｘ，ｙ）を適用し、被検物６０の設計値からの形状誤差（形状成分）δＬ（ｘ，ｙ）を除去する方式を用いてもよい。
【００４６】
形状誤差δＬ（ｘ，ｙ）は、異なる２種類の波長における波面収差を用いて除去できる。まず、第１の波長λ１（例えば、λ１＝５４３ｎｍ）において透過光が測定され、第１の波長における透過光と基準点とから第１の波長における透過波面Ｗｍ（λ１，ｘ，ｙ）が算出される。次に、第２の波長λ２（例えば、λ２＝６３３ｎｍ）において透過光が測定され、第２の波長における透過光と基準点とから第２の波長における透過波面Ｗｍ（λ２，ｘ，ｙ）が算出される。第ｋの波長における透過波面Ｗｍ（λｋ，ｘ，ｙ）は、数式４のように表される。ただし、ｋ＝１，２である。
【００４７】
【数４】
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【００４８】
数式２と同様に、第１の波長における基準被検物の透過波面と第２の波長における基準被検物の透過波面とが算出される。また、第１の波長における被検物６０の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における被検物６０の波面収差Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）とが算出される。第ｋの波長における波面収差Ｗ（λｋ，ｘ，ｙ）は、数式５の近似式を用いて数式６のように表される。
【００４９】
【数５】
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【００５０】
【数６】
2015210241.tif 000008
【００５１】
第１及び第２の波長における被検物６０の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）、Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）と数式７の近似式を用いて形状成分δＬ（ｘ，ｙ）、δＬ（０，０）を除去する。これにより、第１の波長における屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における屈折率分布ＧＩ（λ２，ｘ，ｙ）とが数式８のように算出される。
【００５２】
【数７】
2015210241.tif 000009
【００５３】
【数８】
2015210241.tif 000010
【００５４】
形状誤差δＬ（ｘ，ｙ）は、異なる２種類の波長を用いる代わりに、屈折率の異なる２種類の媒質それぞれに被検物を浸して透過波面を計測することで除去できる。２種類の媒質を用いた形状成分除去方法は次のとおりである。
【００５５】
まず、第１の屈折率を有する第１の媒質（例えば、屈折率〜１．７０のオイル）中における被検物６０の第１の透過光と、撮像素子８０上に結像された被検物６０の第１の像とが測定される。次に、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（例えば、屈折率〜１．７５のオイル）中における被検物６０の第２の透過光と、撮像素子８０上に結像された被検物６０の第２の像とが測定される。
【００５６】
そして、第１の受光位置と第２の受光位置と第１の像とに基づいて第１の透過光の第１の基準点が算出され、第１の受光位置と第２の受光位置と第２の像とに基づいて第２の透過光の第２の基準点が算出される。第１の透過光と第１の基準点とを用いて被検物６０の第１の透過波面が算出され、第２の透過光と第２の基準点とを用いて被検物６０の第２の透過波面が算出される。
【００５７】
数式２と同様に、第１の媒質における基準被検物の透過波面と第２の媒質における基準被検物の透過波面とが算出される。また、第１の媒質における被検物６０の波面収差Ｗ１（λ，ｘ，ｙ）と第２の媒質における被検物６０の波面収差Ｗ２（λ，ｘ，ｙ）とが算出される。第ｋの媒質における波面収差Ｗｋ（λ，ｘ，ｙ）は、数式５の近似を用いて、数式９のように表される。ただし、ｎｋｍｅｄｉｕｍ（λ）は、第ｋの媒質の屈折率である。
【００５８】
【数９】
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【００５９】
最後に、第１及び第２の媒質における被検物６０の波面収差Ｗ１（λ，ｘ，ｙ）、Ｗ２（λ，ｘ，ｙ）から、形状成分δＬ（ｘ，ｙ）、δＬ（０，０）を除去して、屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）が数式１０のように算出される。
【００６０】
【数１０】
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【００６１】
媒質の屈折率は、媒質の温度の変化に伴って変化する。したがって、１種類の媒質でも異なる２種類の温度の下で本実施例を行えば、屈折率の異なる２種類の媒質において本実施例を行ったことと同じことになる。そのため、２種類の温度を用いて被検物６０の形状成分が除去されてもよい。
【００６２】
本実施例では、波面センサ８１としてシャックハルトマンセンサを使用している。波面センサ８１は、大きな収差の透過波面を計測できる波面センサであればよい。波面センサ８１として、ハルトマン法を用いた波面センサや、タルボ干渉計のようなシアリング干渉法を用いた波面センサが代用できる。
【００６３】
本実施例では、干渉光学系にマッハツェンダ干渉計を用いた。その代わりにトワイマングリーン干渉計など、参照光と被検光の光路長差がわかる干渉計であればよい。
【００６４】
本実施例では、被検物６０を媒質７０中に配置した後に、特定の光における第１の受光位置と第２の受光位置とを測定した。その代わりに、被検物６０を配置する前に第１の受光位置と第２の受光位置とを測定してもよい。
【００６５】
本実施例では、被検物の光学中心を透過した光をもとに基準点を算出した。その代わりに、被検物の外形（輪郭）から基準点を算出してもよいし、被検物の傾き角度と被検物の設計値とに基づいた計算により基準点を算出してもよい。
【実施例２】
【００６６】
本実施例では、実施例１で使用した干渉光学系を使用せずに、被検物６０の透過波面を算出する方法を説明する。図５は、本発明における実施例２の波面計測装置の概略構成を示す図である。波面センサは、２次元回折格子８３とＣＣＤやＣＭＯＳのような２次元センサ８２で構成されるタルボ干渉計を用いている。光源１１はレーザダイオード、被検物６０は正の屈折力をもつレンズである。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。
【００６７】
光源１１からの光は、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。容器５０には、被検物６０と媒質７０と不図示の温度計が配置されている。媒質７０の屈折率は、温度計により測定された媒質７０の温度と、媒質７０の屈折率の温度係数とを用いて算出される。容器５０を透過した光の一部は、ビームスプリッタ１０１を透過して、結像レンズ４５を介して撮像素子８０で検出される。容器５０を透過した光の一部は、ビームスプリッタ１０１で反射して、２次元回折格子８３と２次元センサ８２で構成されるタルボ干渉計で検出される。撮像素子８０は、被検物６０の位置と、結像レンズ４５に関して共役な位置に配置されている。
【００６８】
本実施例における被検物６０の波面計測方法を以下に示す。本実施例の方法は、まず、特定の光をビームスプリッタ１０１で第１の光と第２の光とに分割し、第１の光をタルボ干渉計（波面センサ）で受光したときの第１の受光位置と、第２の光を撮像素子８０で受光したときの第２の受光位置とを測定する。被検物６０を媒質７０中に配置した後、被検物６０を透過して収束する透過光をタルボ干渉計で測定し、撮像素子８０上に結像された被検物６０の像を測定する。
【００６９】
撮像素子８０上に結像された被検物６０の像の外形から、被検物６０の像の中心を算出する。第１の受光位置と、第２の受光位置と、被検物６０の像から算出した中心とに基づいて、透過光の基準点を算出する。透過光と透過光の基準点とを用いて被検物の透過波面を算出する。
【００７０】
本実施例では、干渉縞をもとに基準点を算出した実施例１と異なり、被検物６０の像の外形をもとに基準点を算出した。干渉縞を用いた基準点算出方法は、被検物内で屈折率分布が偏芯している場合、屈折率分布の影響で基準点がシフトするため、屈折率分布の偏芯量を計測できない。一方、外形を用いた基準点の算出方法は、屈折率分布の偏芯に影響されずに基準点を算出できるため、屈折率分布の偏芯量も算出できる。ただし、被検物の像を高い分解能で得る必要がある。
【００７１】
実施例１、実施例２で説明した装置及び方法を用いて、計測された透過波面の結果を、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。
【００７２】
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３を用いて説明した透過波面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。
【００７３】
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。
【符号の説明】
【００７４】
６０  被検物
８０  撮像素子
８１  波面センサ
１０１  ビームスプリッタ
【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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