(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】  光源１０から射出した光を参照光と被検光に分割し、参照光と被検物６０を透過した被検光とを干渉させて参照光と被検光の位相差を第１及び第２の波長において測定し、被検物６０の波面収差を第１及び第２の波長において測定する。第１及び第２の波長における位相差の差分である位相差差分量と、第１及び第２の波長における波面収差の差分である波面収差差分量とを算出し、位相差差分量と波面収差差分量とから被検物６０の屈折率分布を算出する。【選択図】  図１
2015124997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を参照光と被検光に分割し、前記参照光と、被検物に入射して前記被検物を透過した前記被検光とを干渉させることによって、前記参照光と前記被検光との位相差を測定する位相差測定ステップと、前記被検光の波面収差を測定する波面収差測定ステップと、前記位相差と前記波面収差に基づ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有する屈折率分布計測方法であって、
前記位相差測定ステップにおいて、第１の波長における第１の位相差と、前記第１の波長とは異なる第２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定ステップにおいて、前記第１の波長における第１の波面収差と、前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出ステップにおいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、前記位相差差分量と前記波面収差差分量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】
前記波面収差測定ステップにおいて、前記第１の波長における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の前記第１の波長における透過波面との差分である第１の波面収差を算出し、前記第２の波長における前記被検物の透過波面と、前記基準被検物の前記第２の波長における透過波面との差分である第２の波面収差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。
【請求項３】
前記位相差測定ステップにおいて、第１の屈折率を有する第１の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、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の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定ステップにおいて、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出ステップにおいて、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第１の位相差差分量を算出し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第２の位相差差分量を算出し、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第１の波面収差差分量を算出し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第２の波面収差差分量を算出し、前記第１の位相差差分量と前記第２の位相差差分量と前記第１の波面収差差分量と前記第２の波面収差差分量とに基づいて、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】
前記算出ステップにおいて、前記被検物の既知の形状と前記位相差差分量と前記波面収差差分量とに基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項５】
特定の波長において前記被検物の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質を前記参照光と前記被検光の光路上に配置して、前記参照光と前記被検光の位相差の波長依存性を測定し、前記参照光と前記被検光の位相差の波長依存性に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差が等しくなるような前記第１の波長と前記第２の波長とを算出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。
【請求項６】
形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと、形状及び屈折率が既知の第２基準レンズとを、前記被検物を挟むように配置することによって被検ユニットを構成し、
前記位相差測定ステップにおいて、前記参照光と、前記被検ユニットを透過した被検光とを干渉させることによって、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定ステップにおいて、前記被検ユニットを透過した被検光の前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出ステップにおいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、前記第１基準レンズの形状及び屈折率と前記第２基準レンズの形状及び屈折率と前記位相差差分量と前記波面収差差分量とに基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項７】
前記位相差測定ステップにおいて、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に第１の屈折率を有する第１の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定ステップにおいて、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出ステップにおいて、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第１の位相差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第２の位相差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第１の波面収差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第２の波面収差差分量を算出し、前記第１の位相差差分量と前記第２の位相差差分量と前記第１の波面収差差分量と前記第２の波面収差差分量とに基づいて、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ことを特徴とする請求項６に記載の屈折率分布計測方法。
【請求項８】
光学素子をモールドするステップと、
請求項１から７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。
【請求項９】
光源と、前記光源から射出した光を参照光と被検光に分割し、前記参照光と、被検物に入射して前記被検物を透過した前記被検光とを干渉させることによって、前記参照光と前記被検光との位相差を測定する位相差測定手段と、前記被検光の波面収差を測定する波面収差測定手段と、前記位相差と前記波面収差に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する算出手段と、を有する屈折率分布計測装置において、
前記位相差測定手段は、第１の波長における第１の位相差と、前記第１の波長とは異なる第２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定手段は、前記第１の波長における第１の波面収差と、前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出手段は、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、前記位相差差分量と前記波面収差差分量と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】
前記波面収差測定手段は、前記第１の波長における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の前記第１の波長における透過波面を測定することによって、前記第１の波長における前記被検物の透過波面と、前記第１の波長における前記基準被検物の透過波面との差分である第１の波面収差を算出し、前記第２の波長における前記被検物の透過波面と、前記第２の波長における前記基準被検物の透過波面を測定することによって、前記第２の波長における前記被検物の透過波面と、前記第２の波長における前記基準被検物の透過波面との差分である第２の波面収差を算出することを特徴とする請求項９に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１１】
前記位相差測定手段は、第１の屈折率を有する第１の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、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の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定手段は、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出手段は、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第１の位相差差分量を算出し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第２の位相差差分量を算出し、前記第１の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第１の波面収差差分量を算出し、前記第２の媒質中に前記被検物を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第２の波面収差差分量を算出し、前記第１の位相差差分量と前記第２の位相差差分量と前記第１の波面収差差分量と前記第２の波面収差差分量とに基づいて、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ことを特徴とする請求項９または１０に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１２】
前記算出手段は、前記被検物の既知の形状と前記位相差差分量と前記波面収差差分量とに基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする請求項９または１０に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１３】
特定の波長において前記被検物の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質を前記参照光と前記被検光の光路上に配置して、前記参照光と前記被検光の位相差の波長依存性を測定し、前記参照光と前記被検光の位相差の波長依存性に基づいて、前記第１の位相差と前記第２の位相差が等しくなるような前記第１の波長と前記第２の波長とを算出することを特徴とする請求項９または１０に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１４】
形状及び屈折率が既知の第１基準レンズと、形状及び屈折率が既知の第２基準レンズとを、前記被検物を挟むように配置することによって被検ユニットを構成し、
前記位相差測定手段は、前記参照光と、前記被検ユニットを透過した被検光とを干渉させることによって、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定手段は、前記被検ユニットを透過した被検光の前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出手段は、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、前記第１基準レンズの形状及び屈折率と前記第２基準レンズの形状及び屈折率と前記位相差差分量と前記波面収差差分量とに基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする請求項９または１０に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１５】
前記位相差測定手段は、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に第１の屈折率を有する第１の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記第２の波長における第２の位相差とを測定し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の位相差と前記２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定手段は、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して、前記第１の波長における第１の波面収差と前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出手段は、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第１の位相差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して測定された前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である第２の位相差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第１の媒質を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第１の波面収差差分量を算出し、前記第１、第２基準レンズと前記被検物の間に前記第２の媒質を配置して測定された前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である第２の波面収差差分量を算出し、前記第１の位相差差分量と前記第２の位相差差分量と前記第１の波面収差差分量と前記第２の波面収差差分量とに基づいて、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ことを特徴とする請求項１４に記載の屈折率分布計測装置。
【請求項１６】
光源と、前記光源から射出した光を参照光と被検光に分割し、前記参照光と、被検物に入射して前記被検物を透過した前記被検光とを干渉させることによって、前記参照光と前記被検光との位相差を測定する位相差測定手段と、前記被検光の波面収差を測定する波面収差測定手段と、前記位相差と前記波面収差に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出する算出手段と、を有する屈折率分布計測装置において、
前記位相差測定手段は、第１の波長における第１の位相差と、前記第１の波長とは異なる第２の波長における第２の位相差とを測定し、
前記波面収差測定手段は、前記第１の波長における第１の波面収差と、前記第２の波長における第２の波面収差とを測定し、
前記算出手段は、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、前記第１の波面収差と前記第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、前記位相差差分量と前記波面収差差分量に基づいて前記被検物の屈折率分布を算出し、前記被検物の屈折率分布と前記第１の波面収差とに基づいて、第１の波長における前記被検物の位相屈折率を算出することを特徴とする屈折率計測装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
モールドによるレンズ製造方法は、レンズ内部に屈折率分布を発生させる。レンズ内部の屈折率分布は、光学性能に悪影響を及ぼす。そのため、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、被検物と、屈折率及び形状が既知のガラス試料とを、被検物の屈折率とほぼ等しい屈折率を有する第１のマッチング液に浸して干渉縞を測定する。さらに、被検物とガラス試料とを、第１のマッチング液の屈折率とわずかに異なる屈折率を有する第２のマッチング液に浸して干渉縞を測定する。そして、第１のマッチング液による測定結果と第２のマッチング液による測定結果とから、被検物の形状と屈折率分布とを求める。それぞれのマッチング液の屈折率は、干渉縞が密になりすぎない範囲で被検物の屈折率とわずかに異なっている必要がある。
【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屈折率を有する媒質中に被検物を配置し、第１の波長における第１の透過波面と、第１の波長とは異なる第２の波長における第２の透過波面とを測定する。そして、第１及び第２の透過波面の測定結果と、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媒質中に配置されているときの第１及び第２の波長に対応する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を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−００８７２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４７６８７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マッチング液が必要である。しかしながら、屈折率が高いマッチング液は、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、測定精度が低くなる。
【０００７】
特許文献２で開示された方法では、基準被検物の（位相）屈折率が既知であることを前提としている。基準被検物の位相屈折率は、被検物内部の１点（例えばレンズの中心）の位相屈折率と一致している必要がある。そのため、特許文献２に開示された屈折率分布計測方法には、被検物内部の１点の位相屈折率を非破壊で計測する技術が必要である。しかし、位相屈折率を非破壊で計測することは難しい。低コヒーレンス干渉法や波長走査干渉法は、非破壊で屈折率を計測できるが、計測される屈折率は、位相屈折率ではなく群屈折率である。位相屈折率と群屈折率は１対１に対応していないため、群屈折率から変換された位相屈折率は変換誤差を含む。
【０００８】
なお、位相屈折率Ｎｐ（λ）は、光の等位相面の移動速度である位相速度ｖｐ（λ）に関する屈折率であり、群屈折率Ｎｇ（λ）は、光のエネルギーの移動速度（波束の移動速度）ｖｇ（λ）に関する屈折率である。
【０００９】
本発明は、被検物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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての屈折率分布計測方法は、光源から射出した光を参照光と被検光に分割し、参照光と、被検物に入射して被検物を透過した被検光とを干渉させることによって、参照光と被検光との位相差を測定する位相差測定ステップと、被検光の波面収差を測定する波面収差測定ステップと、位相差と波面収差とから被検物の屈折率分布を算出する算出ステップとを有する屈折率分布計測方法であって、位相差測定ステップにおいて、第１の波長における第１の位相差と、第１の波長とは異なる第２の波長における第２の位相差とを測定し、波面収差測定ステップにおいて、第１の波長における第１の波面収差と、第２の波長における第２の波面収差とを測定し、算出ステップにおいて、第１の位相差と第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、第１の波面収差と第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、位相差差分量と波面収差差分量とから被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
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、複数の波長の光を射出する光源と、光源から射出した光を参照光と被検光に分割し、参照光と、被検物に入射して被検物を透過した被検光とを干渉させることによって、参照光と被検光との位相差を測定する位相差測定手段と、被検光の波面収差を測定する波面収差測定手段と、位相差と波面収差とから被検物の屈折率分布を算出する算出手段と、を有する屈折率分布計測装置において、位相差測定手段は、第１の波長における第１の位相差と、第１の波長とは異なる第２の波長における第２の位相差とを測定し、波面収差測定手段は、第１の波長における第１の波面収差と、第２の波長における第２の波面収差とを測定し、算出手段は、第１の位相差と第２の位相差との差分である位相差差分量を算出し、第１の波面収差と第２の波面収差との差分である波面収差差分量を算出し、位相差差分量と波面収差差分量から被検物の屈折率分布を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被検物の屈折率分布を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】実施例１における被検物の屈折率分布の算出手順を示すフローチャート。
【図３】実施例１において分光器で波長を変化させながら検出器で検出した干渉信号を示す図。
【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の屈折率分布計測装置の概略構成を示す図。
【図６】本発明の実施例３の光学素子の製造方法の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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】
【００１６】
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。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をもとに構成されている。計測装置は、光源１０、干渉光学系、被検物６０と媒質７０を収納可能な容器５０、検出器８０、波面センサ８１、コンピュータ９０を有し、被検物６０の屈折率分布を計測する。本実施例では、被検物はレンズや平板等の屈折型光学素子である。尚、媒質７０の屈折率は、被検物６０の屈折率と一致している必要はない。
【００１７】
光源１０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。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。
【００１８】
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、その干渉光を検出器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。
【００１９】
容器５０には、被検物６０と媒質７０とガラスプリズム（参照被検物）１１０が収容される。容器内における参照光の光路長と被検光の光路長は、被検物６０やガラスプリズム１１０が容器内に配置されていない状態において、等しいことが好ましい。したがって、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。
【００２０】
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で合波され、干渉光を形成する。
【００２１】
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（参照被検物）１１０の透過波面から算出される。媒質７０の屈折率は、温度計を用いて媒質７０の温度を測定し、測定した温度と媒質７０の屈折率の温度係数に基づいて算出することもできる。
【００２２】
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、ピエゾステージ等から構成される。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。
【００２３】
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を介して検出器８０（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ）で検出される。検出器８０で検出された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。検出器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。
【００２４】
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を透過する被検光と参照光とで形成される干渉縞の大部分は、検出器８０で分解できないほど密になる。そのため検出器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、検出器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。検出器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。
【００２５】
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、被検物６０を透過した被検光の透過波面として算出される。
【００２６】
コンピュータ９０は、検出器８０の検出結果と、波面センサ８１の検出結果に基づいて被検物の屈折率分布を算出する算出手段や、分光器２０を透過する波長及びミラー１０５の駆動量を制御する制御手段を有し、ＣＰＵ等から成る。
【００２７】
干渉光学系は、被検物６０が容器５０内に配置されていない状態で、参照光と被検光の光路長が等しくなるように調整されている。調整方法を以下に説明する。
【００２８】
図１に示す屈折率分布計測装置において、被検物６０が被検光の光路上に配置されていない状態で参照光と被検光の干渉信号が取得される。このとき、参照光と被検光の位相差φ０（λ）、参照光と被検光の干渉強度Ｉφ０（λ）は数式１で表される。
【００２９】
【数１】
2015124997.tif 000003
【００３０】
ただし、λは光源を出射した光の空気中における波長、Δ０は参照光と被検光の光路長の差、Ｉ０は参照光の強度と被検光の強度の和、γは可視度である。数式１より、Δ０がゼロでないとき、干渉強度Ｉφ０（λ）は振動関数となることがわかる。したがって、参照光と被検光の光路長を等しくするためには、干渉信号が振動関数とならないようにミラー１０５を駆動させればよい。このとき、Δ０がゼロになる。
【００３１】
図２は、被検物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。まず、被検物が被検光の光路上に配置される（Ｓ１０）。次に、第１の波長λ１における参照光と被検光の位相差である第１の位相差φ（λ１）と、第１の波長λ１とは異なる第２の波長λ２における参照光と被検光の位相差である第２の位相差φ（λ２）とが測定される（Ｓ２０、位相差測定ステップ）。第１の波長λ１と第２の波長λ２は、例えば、λ１＝４５０ｎｍ、λ２＝６５０ｎｍとするのが良い。波長λにおける位相差φ（λ）及び干渉強度Ｉ（λ）は数式２で表される。本実施例において、位相差φ（λ）はレンズの中心を通る被検光と参照光との位相差を示している。
【００３２】
【数２】
2015124997.tif 000004
【００３３】
ただし、ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）は被検物６０の中心の屈折率、ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）は媒質７０の屈折率、Ｌ（０，０）は被検物の中心の厚さである。ここで測定される位相差φ（λ）は、２πの整数倍に対応する未知数２πｍ（λ）（ｍ（λ）は波長に依存する整数）を含む。
【００３４】
図３は、図１の検出器８０で測定されるスペクトル領域の干渉信号である。干渉信号は、位相差φ（λ）が波長に依存しているため、振動関数となる。図３のλ０は、位相差φ（λ）が極値をとるときの波長を示している。干渉信号の振動周期は、波長λ０の付近で長くなるため、干渉信号を容易に測定することができる。波長λ０は、ミラー１０５を駆動してΔ０の値を変化させることで調整することができる。
【００３５】
位相差φ（λ）は、位相シフト法を用いて測定することができる。位相シフト法を用いた位相差φ（λ）の測定方法を以下に示す。まず、ミラー１０５を微小量ずつ駆動させながら干渉信号を取得する。ミラー１０５の位相シフト量（＝駆動量×２π／λ）がδｋ（ｋ＝０，１，・・・，Ｍ−１）のときの干渉光の強度Ｉｋ（λ）は数式３で表される。
【００３６】
【数３】
2015124997.tif 000005
【００３７】
係数ａ０、ａ１、ａ２を最小二乗法によって算出すると、位相差φ（λ）は、位相シフト量δｋ、干渉強度Ｉｋ（λ）を用いて数式４で表される。算出された位相差φ（λ）は２πで畳み込まれている。したがって、２πの位相飛びをつなぎ合わせる作業（アンラッピング）が必要である。
【００３８】
【数４】
2015124997.tif 000006
【００３９】
以上より、第１の波長λ１における第１の位相差φ（λ１）と、第２の波長λ２における第２の位相差φ（λ２）とが、数式５のように算出される。
【００４０】
【数５】
2015124997.tif 000007
【００４１】
そして、第１の位相差φ（λ１）と第２の位相差φ（λ２）との差分である位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）が算出される（Ｓ３０）。位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）は数式６で表される。
【００４２】
【数６】
2015124997.tif 000008
【００４３】
整数ｍ（λ１）と整数ｍ（λ２）は未知数であるが、整数ｍ（λ１）と整数ｍ（λ２）の差分の整数ｍ（λ２）−ｍ（λ１）は、図３の干渉信号から算出することができる。第１の波長λ１と第２の波長λ２が図３（ａ）に示された波長のとき、第１の波長λ１と位相差φ（λ）の極値をとる波長λ０との間には１周期分の差が、第２の波長λ２と波長λ０との間には２周期分の差がある。つまり、｜ｍ（λ１）−ｍ（λ０）｜＝１、｜ｍ（λ２）−ｍ（λ０）｜＝２である。極値φ（λ０）が極大値か極小値かは、被検物６０の設計値と媒質７０の屈折率等の測定条件とから算出できる。極値φ（λ０）が極大値とすると、ｍ（λ１）−ｍ（λ０）＝−１、ｍ（λ２）−ｍ（λ０）＝−２となるため、差分の整数ｍ（λ２）−ｍ（λ１）＝−１と算出できる。
【００４４】
数式６の位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）は、被検物の第１の波長λ１における屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１）と第２の波長λ２における屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ２）に関係する物理量である。数式７の物理量ｆ（λ１，λ２）は、屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１）と屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ２）の関係が分かりやすくなるように数式６を変形したものである。
【００４５】
【数７】
2015124997.tif 000009
【００４６】
続いて、第１の波長における被検物の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における被検物の波面収差Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）とが測定される（Ｓ４０、波面収差測定ステップ）。本実施例において、波面収差の測定は、図２のステップＡに従う。
【００４７】
まず、第１の波長における被検物６０の透過波面Ｗｍ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における被検物６０の透過波面Ｗｍ（λ２，ｘ，ｙ）とが測定される（Ｓ４０１）。被検物６０の透過波面を測定する際、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不図示のアパーチャやシャッター等で不要光を遮光する。図４（ａ）に示される被検物６０内の点（ｘ，ｙ）を通る、波長λにおける被検物の透過波面Ｗｍ（λ，ｘ，ｙ）は、数式８で表される。
【００４８】
【数８】
2015124997.tif 000010
【００４９】
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。
【００５０】
そして、特定の屈折率分布を有する基準被検物の第１の波長における透過波面Ｗｓｉｍ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における透過波面Ｗｓｉｍ（λ２，ｘ，ｙ）とが算出される（Ｓ４０２）。このステップは、被検物６０と同一形状で一様な屈折率分布を有する基準被検物を仮定し、基準被検物がＳ４０１における被検物６０の位置に配置されていると仮定したときの透過波面を算出するステップである。
【００５１】
基準被検物の透過波面を算出する際に、基準被検物の位相屈折率を入力する必要がある。基準被検物の位相屈折率は、被検物６０内部のいずれか１点の位相屈折率と一致していることが理想的である。例えば、基準被検物の位相屈折率が、被検物６０の中心の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）と一致している場合、波長λにおける基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）は、数式９で表される。さらに、数式８と数式９の差をとることで、数式１０のように被検物の屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）が算出される。
【００５２】
【数９】
2015124997.tif 000011
【００５３】
【数１０】
2015124997.tif 000012
【００５４】
基準被検物の位相屈折率が、被検物６０の中心の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）と一致していない場合を考える。基準被検物の位相屈折率をｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）＋δｎ（λ）としたとき、算出される被検物の屈折率分布ＧＩ’（λ，ｘ，ｙ）は数式１１のようになる。
【００５５】
【数１１】
2015124997.tif 000013
【００５６】
数式１１の右辺第２項は位置（ｘ，ｙ）の関数となっていることから、屈折率分布ＧＩ’（λ，ｘ，ｙ）は実際の屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）と異なる分布形状を示していることがわかる。したがって、被検物６０の屈折率分布を高精度に算出するためには、被検物６０内部のいずれか１点（本実施例では、被検物６０の中心）の位相屈折率を高精度に計測しなければならない。しかし、非破壊で被検物６０の位相屈折率を計測することは難しい。そこで、本実施例では次のような代替手段を用いて、δｎ（λ）に由来する屈折率分布誤差を低減している。
【００５７】
すなわち、以下の数式１２の関係を満たすように、基準被検物の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，０，０）＋δｎ（λ）を決定する。数式１２においては、第１の波長における基準被検物の位相屈折率をｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）＋δｎ（λ１）とし、第２の波長における基準被検物の位相屈折率をｎｓａｍｐｌｅ（λ２，０，０）＋δｎ（λ２）としている。
【００５８】
【数１２】
2015124997.tif 000014
【００５９】
数式１２で決定された基準被検物の位相屈折率を用いると、基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）は数式１３のように表される。
【００６０】
【数１３】
2015124997.tif 000015
【００６１】
被検物の透過波面Ｗｍ（λ，ｘ，ｙ）と基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ，ｘ，ｙ）との差分に相当する波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）が、数式１４のように算出される（Ｓ４０３）。
【００６２】
【数１４】
2015124997.tif 000016
【００６３】
以上のステップＡによって、第１の波長における被検物６０の第１の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波長における被検物６０の第２の波面収差Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）とが測定される（Ｓ４０）。第１の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）、第２の波面収差Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）は、数式１５のように表される。
【００６４】
【数１５】
2015124997.tif 000017
【００６５】
そして、数式１６のように波面収差差分量Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）が算出される（Ｓ５０）。さらに、数式１７の近似式を用いると、数式１６は数式１８のように変形される。
【００６６】
【数１６】
2015124997.tif 000018
【００６７】
【数１７】
2015124997.tif 000019
【００６８】
【数１８】
2015124997.tif 000020
【００６９】
数式１８の右辺第２項は、δｎ（λ）に由来する屈折率分布算出誤差であり、数式１１の第２項に相当する。しかし、本実施例では、基準被検物の位相屈折率を数式１２の関係を満たすように決定しているため、数式１８の右辺第２項はゼロとなる。つまり、位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）を用いて算出される数式７、数式１２と、数式１６の波面収差差分量Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）から、屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）が数式１９のように算出される（Ｓ６０）。さらに、数式１７の式を用いれば、第１の波長における屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）から、第２の波長における屈折率分布ＧＩ（λ２，ｘ，ｙ）が得られる。尚、数式１９にまだδｎ（λ）が残っているが、この式の形で残存するδｎ（λ）が屈折率分布に与える影響は、無視できるほど小さい。
【００７０】
【数１９】
2015124997.tif 000021
【００７１】
以上のように、高精度に計測可能な位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）と波面収差差分量Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）の２つの物理量を用いることで、被検物６０の屈折率分布を非破壊で高精度に計測することができる。
【００７２】
本実施例では、第１の波長における屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）を算出した後に、第２の波長における屈折率分布ＧＩ（λ２，ｘ，ｙ）を算出している。その代わりに、数式１６と数式１７から、第２の波長における屈折率分布ＧＩ（λ２，ｘ，ｙ）を算出した後に、第１の波長における屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）を算出してもよい。
【００７３】
本実施例では、数式６の位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）から数式７の物理量ｆ（λ１，λ２）を算出し、物理量ｆ（λ１，λ２）に基づいて基準被検物の位相屈折率を決定している。これによって、位相屈折率の誤差δｎ（λ）に起因する屈折率分布誤差を低減している。
【００７４】
基準被検物の位相屈折率を決定するための物理量は、ｆ（λ１，λ２）に限定されず、位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）から算出される物理量であればよい。例えば、数式２０のｇ（λ１，λ２）やｈ（λ１，λ２）などが、物理量として代替できる。もしくは、ｆ（λ１，λ２）のような物理量を算出せずに、位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）の形の物理量のまま用いてもよい。
【００７５】
【数２０】
2015124997.tif 000022
【００７６】
本実施例では、被検物６０の中心の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）の値が分からなくても、屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）を算出できる。さらに、次のような計算をすることで、実際の被検物６０の中心の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）も算出できる。
【００７７】
数式２１のΘは、数式１１から算出される屈折率分布ＧＩ’（λ１，ｘ，ｙ）と数式１９から算出されるＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）との差の２乗である。このΘが小さくなるような基準被検物の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）＋δｎ（λ１）を算出すれば、被検物６０の中心の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）も算出される。
【００７８】
【数２１】
2015124997.tif 000023
【００７９】
一般的に、被検物の位相屈折率を非破壊で計測することは難しい。しかし、被検物の屈折率分布が既知であれば、数式２１のような方法を用いることで、被検物の位相屈折率を非破壊で計測することができる。本実施例では、第１の波長における被検物６０の中心の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，０，０）を算出したが、第２の波長における被検物６０の中心の屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ２，０，０）も上記方法で算出できる。
【００８０】
一般に、研削・研磨によって製作されたレンズやモールドによって製作されたレンズは、屈折率の分散分布が発生しにくいため、数式１７の近似が成り立つ。一方、色収差を低減するために故意に分散分布を発生させたレンズは、数式１７の近似が成り立たない。本実施例を用いた分散分布レンズの屈折率分布計測は、誤差が混入するため、注意が必要である。
【００８１】
本実施例では、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の形状を触針式の計測方法等で計測し、その形状を基準被検物の形状に適用することが望ましい。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。形状誤差δＬ（ｘ，ｙ）は、屈折率の異なる２種類の媒質（例えば、第１の媒質として屈折率〜１．７０のオイル、第２の媒質として屈折率〜１．７５のオイル）それぞれに被検物６０を浸して、図２のフローを行うことで除去できる。
【００８２】
被検物の形状がＬ（ｘ，ｙ）＋δＬ（ｘ，ｙ）のとき、第ｋの媒質における被検物６０の第１の位相差と第２の位相差との差分である第ｋの位相差差分量φｋ（λ２）−φｋ（λ１）は、数式２２のように表される。ただし、ｋ＝１，２である。
【００８３】
【数２２】
2015124997.tif 000024
【００８４】
ｎｋｍｅｄｉｕｍ（λ）は第ｋの媒質の屈折率、Δ０ｋは第ｋの媒質中に被検物６０が配置されていない状態における参照光と被検光の光路長差、ｍｋ（λ）は第ｋの媒質における整数である。第１の媒質における第１の位相差差分量φ１（λ２）−φ１（λ１）と第２の媒質における第２の位相差差分量φ２（λ２）−φ２（λ１）とから、形状成分Ｌ（０，０）＋δＬ（０，０）を除去すると、数式２３のように物理量ｆ（λ１，λ２）が得られる。
【００８５】
【数２３】
2015124997.tif 000025
【００８６】
第ｋの媒質における被検物６０の第１の波面収差Ｗｋ（λ１，ｘ，ｙ）と第２の波面収差Ｗｋ（λ２，ｘ，ｙ）との差分である第ｋの波面収差差分量Ｗｋ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗｋ（λ１，ｘ，ｙ）を考える。被検物の形状がＬ（ｘ，ｙ）＋δＬ（ｘ，ｙ）のとき、第ｋの波面収差差分量Ｗｋ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗｋ（λ１，ｘ，ｙ）は、数式１２と数式２３と、数式２４の近似式とを用いて、数式２５のように表される。
【００８７】
【数２４】
2015124997.tif 000026
【００８８】
【数２５】
2015124997.tif 000027
【００８９】
第１の媒質における第１の波面収差差分量Ｗ１（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ１（λ１，ｘ，ｙ）と第２の媒質における第２の波面収差差分量Ｗ２（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ２（λ１，ｘ，ｙ）とから、形状成分δＬ（ｘ，ｙ）とδＬ（０，０）を除去することができる。さらに、数式１７を用いて、数式２６のように屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）が算出される。
【００９０】
【数２６】
2015124997.tif 000028
【００９１】
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の屈折率分布計測を行えば、屈折率の異なる２種類の媒質において本実施例の屈折率分布計測を行ったことと同じことになる。すなわち、本実施例における第１の媒質と第２の媒質は互いに屈折率が異なっていれば良く、２種類の媒質でも良いし、互いに温度が異なる１種類の媒質でも良い。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。
【００９２】
被検物６０の中心の形状誤差δＬ（０，０）が位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）に与える影響は、２種類の媒質や２種類の温度を利用して除去する代わりに、次の方法で低減することができる。
【００９３】
その方法とは、特定の波長において被検物６０の群屈折率と等しい群屈折率を有する媒質７０中に被検物６０を配置し、Δ０＝０として、図３（ｂ）のような干渉信号を取得する。干渉信号は、参照光と被検光との位相差の波長依存性を示している。図３（ｂ）の波長λ０は、被検物６０の群屈折率と媒質７０の群屈折率とが等しくなる特定の波長に相当する。
【００９４】
図３（ｂ）のように、位相差φ（λ）が極値をとる波長λ０から、等しい周期離れた第１の波長λ１’と第２の波長λ２’とを選ぶと、φ（λ１’）＝φ（λ２’）となる。このとき、数式２７の右辺第３項はゼロとなり、物理量ｆ（λ１’，λ２’）は被検物６０の形状成分に依存しない値となる。
【００９５】
つまり、第１の波長λ１’における位相差φ（λ１’）と第２の波長λ２’における位相差φ（λ２’）が等しくなるように第１の波長と第２の波長を選択するのが良い。これによって、被検物６０の中心の形状誤差δＬ（０，０）が位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）に与える影響を低減できる。
【００９６】
【数２７】
2015124997.tif 000029
【００９７】
本実施例では、複数の波長の光を射出する光源と分光器との組み合わせで波長を走査した。複数の波長の光を射出する光源としてスーパーコンティニューム光源が使用されているが、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）や短パルスレーザやハロゲンランプ等が代用できる。複数の波長の光を射出する光源と分光器の組み合わせの代わりに、波長掃引光源でもよいし、複数の波長を離散的に射出するマルチラインレーザでもよい。複数の波長の光を射出する光源は、単一の光源に限らず、複数の光源を組み合わせでもよい。本実施例は、２種類以上の波長の光を射出する光源であれば足りる。
【００９８】
本実施例では、被検物６０の中心（図４（ａ）の座標（０，０））の位相差を測定した。なぜなら、被検物６０の中心を通る光は、偏向せずに直進するため、測定しやすいからである。もちろん、中心の代わりに任意の座標（ｘ，ｙ）の位相差を測定してもよい。
【００９９】
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としては、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を用いることができる。
【０１００】
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を測定できる干渉計であればよい。また、本実施例では、位相差や波面収差を波長の関数として算出しているが、周波数の関数として算出してもよい。
【０１０１】
本実施例では、数式６において、整数ｍ（λ２）−ｍ（λ１）を図３の干渉信号から算出した。整数ｍ（λ２）−ｍ（λ１）は離散的な値なので、被検物６０の設計値と媒質７０の屈折率等の測定条件とを用いても算出できる。つまり、整数ｍ（λ２）−ｍ（λ１）は、干渉信号から算出する代わりに、図１の計測装置を計算機上で再現し、設計値を用いて算出してもよい。
【０１０２】
本実施例では、図１のように、被検物６０に対して被検光が垂直に入射する構成で被検物６０の屈折率分布を計測したが、被検物６０に対して被検光が斜めに入射する構成でも被検物６０の屈折率分布を計測できる。斜入射配置による被検物６０の屈折率分布計測によって、被検物６０の光軸方向の屈折率分布が算出できる。
【０１０３】
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、屈折率分布に代用することができる。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。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例では、実施例１で使用した基準被検物を使用せずに、被検物６０の屈折率分布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の屈折率分布計測装置の概略構成を示す図である。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。本実施例では、２種類のレンズを用いて被検物６０を挟むことで、被検物６０の透過光をほぼ平行にしている。透過光がほぼ平行光なので、シャックハルトマンセンサのような大きな収差の波面を測定できる波面センサは必要なく、参照光と被検光の干渉縞を測定する検出器８０だけで測定することができる。
【０１０５】
本実施例の光源１１は、複数波長で離散的に発光するマルチラインガスレーザ（例えば、アルゴンレーザやクリプトンレーザ）である。本実施例では、マッハツェンダ干渉計を用いて、参照光と被検光の位相差φ（λ）と、波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）とを測定する。
【０１０６】
本実施例では、被検物６０の屈折力の影響を除去するために、被検物６０とほぼ等しい屈折率を有する第１基準レンズ１２０及び第２基準レンズ１２５と媒質７１とによって被検物６０を挟み、被検ユニット２００を構成している。第１基準レンズ１２０は、被検物６０の第１面の面形状とほぼ等しい面を有し、第２基準レンズ１２５は、被検物６０の第２面の面形状とほぼ等しい面を有している。被検物６０、第１基準レンズ１２０、第２基準レンズ１２５の面形状と、第１基準レンズ１２０、第２基準レンズ１２５の屈折率とは、既知の量である。
【０１０７】
第１基準レンズ１２０及び第２基準レンズ１２５は、屈折率分布がほぼゼロのレンズであり、例えば、研削・研磨で製作されたものである。被検物６０と第１基準レンズ１２０と第２基準レンズ１２５の屈折率及び面形状は、本実施例の装置で測定される干渉縞が密になりすぎない範囲（＝解像できる範囲）で一致している必要がある。第１基準レンズ１２０と被検物６０の間、及び被検物６０と第２基準レンズ１２５の間に、屈折の影響を低減するための媒質７１（例えば、オイル）が塗布されている。
【０１０８】
光源１１から射出した光は、分光器２０によって分光され、準単色光となってピンホール３０に入射する。準単色光の波長はコンピュータ９０によって制御される。ピンホール３０を透過した光は発散光となり、コリメータレンズ４０によって平行光となる。平行光は、ビームスプリッタ１００によって透過光（参照光）と反射光（被検光）に分割される。
【０１０９】
ビームスプリッタ１００で反射された被検光は、ミラー１０６によって反射され、被検ユニット２００（第１基準レンズ１２０、媒質７１、被検物６０、媒質７１、第２基準レンズ１２５）を透過してビープスプリッタ１０１に入射する。一方、ビームスプリッタ１００を透過した参照光は、補償板１３０を透過し、ミラー１０５で反射され、ビームスプリッタ１０１に至る。補償板１３０は、第１基準レンズ１２０及び第２基準レンズ１２５と同一材質で製作されたガラスブロックである。
【０１１０】
被検光と参照光はビームスプリッタ１０１で合波され、干渉光を形成する。形成された干渉光は、結像レンズ４５を介して検出器８０で検出される。検出器８０で検出された干渉信号は、コンピュータ９０に送られる。検出器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。
【０１１１】
本実施例における被検物６０の屈折率分布の算出方法を以下に示す。本実施例は、まず、被検物６０を第１基準レンズ１２０と第２基準レンズ１２５と媒質７１とで挟んで被検ユニット２００を構成し、被検ユニット２００を被検光路上に配置する。分光器２０の波長制御と、ミラー１０５の駆動機構を用いた位相シフト法により、第１の波長における第１の位相差φ（λ１）、第１の波面収差Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）、第２の波長における第２の位相差φ（λ２）、第２の波面収差Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）を測定する。本実施例では、波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）と位相差φ（λ）を同時に測定することができる。尚、本実施例では、被検物６０の中心（０，０）の位相差ではなく、座標（ａ，ｂ）における位相差を測定している。波長λにおける位相差φ（λ）と波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）とは、数式２８で表される。
【０１１２】
【数２８】
2015124997.tif 000030
【０１１３】
ＬＡ（ｘ，ｙ）、ＬＢ（ｘ，ｙ）、Ｌ（ｘ，ｙ）、ＬＣ（ｘ，ｙ）、ＬＤ（ｘ，ｙ）は、図４（ｃ）に示される光線に沿った各構成要素間の幾何学距離である。図４（ｃ）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）は被検物６０の厚み、ＬＡ（ｘ，ｙ）は第１基準レンズ１２０の厚み、ＬＤ（ｘ，ｙ）は第２基準レンズ１２５の厚みである。
【０１１４】
ＬＡ（ｘ，ｙ）、Ｌ（ｘ，ｙ）、ＬＤ（ｘ，ｙ）は、別の面形状計測方法によって計測されているものとし、ここでは既知の量と定義している。ＬＢ（ｘ，ｙ）とＬＣ（ｘ，ｙ）は、被検物６０の第１面と第１基準レンズ１２０の第２面、被検物６０の第２面と第２基準レンズ１２５の第１面、それぞれの面形状がわずかに異なることによって発生する隙間である。ＬＡ（ｘ，ｙ）、Ｌ（ｘ，ｙ）、ＬＤ（ｘ，ｙ）が既知であるため、ＬＢ（ｘ，ｙ）、ＬＣ（ｘ，ｙ）も既知である。Ｌ＋δＬは、補償板１３０の厚みであり既知である。本実施例では、数式２９のように、ＬＡ（ｘ，ｙ）、ＬＢ（ｘ，ｙ）、Ｌ（ｘ，ｙ）、ＬＣ（ｘ，ｙ）、ＬＤ（ｘ，ｙ）の和は、被検ユニット２００の厚さＬと等しい。被検ユニット２００の厚さＬは、既知である。
【０１１５】
【数２９】
2015124997.tif 000031
【０１１６】
ｎ０（λ）は、第１基準レンズ１２０、第２基準レンズ１２５、補償板１３０の位相屈折率であり、既知である。本実施例では、第１基準レンズ１２０、第２基準レンズ１２５、補償板１３０の位相屈折率は同一で、レンズ内に一様に分布しているものと仮定している。ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）は、媒質７１の位相屈折率である。不図示の温度計を用いて温度を測定し、測定した温度に基づいて媒質７１の位相屈折率ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）が算出されている。Δ０は、第１基準レンズ１２０、被検物６０、第２基準レンズ１２５、補償板１３０が、参照光路上及び被検光路上に配置されていないときの、参照光と被検光の光路長の差である。
【０１１７】
もし、数式２８の整数ｍ（λ）が特定されれば、位相差φ（λ）から位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，ａ，ｂ）が算出される。そして、位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ，ａ，ｂ）と波面収差Ｗ（λ，ｘ，ｙ）と数式２９から、屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）が数式３０のように算出される。
【０１１８】
【数３０】
2015124997.tif 000032
【０１１９】
しかし、被検物６０の位相屈折率は、モールドによる製造時に大きく変化するため、整数ｍ（λ）の特定は難しい。言い換えると、被検物６０の位相屈折率を非破壊で計測することは難しい。もし、整数ｍ（λ）をδｍ間違えた場合、数式３０から得られる屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）はδｍ／Ｌ（ｘ，ｙ）の誤差を含む。
【０１２０】
本実施例では、実施例１と同様に、整数ｍ（λ）の特定の代わりに、第１の波長における整数ｍ（λ１）と第２の波長における整数ｍ（λ２）との差分ｍ（λ２）−ｍ（λ１）を特定する。差分ｍ（λ２）−ｍ（λ１）を特定することは簡単なので、屈折率分布ＧＩ（λ，ｘ，ｙ）へのδｍ／Ｌ（ｘ，ｙ）の誤差の混入を防ぐことができる。
【０１２１】
位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）と波面収差差分量Ｗ（λ２，ｘ，ｙ）−Ｗ（λ１，ｘ，ｙ）とを算出すると、数式３１が得られる。また、位相差差分量φ（λ２）−φ（λ１）から算出した物理量Ｆ（λ１，λ２）は、数式３２のように表される。
【０１２２】
【数３１】
2015124997.tif 000033
【０１２３】
【数３２】
2015124997.tif 000034
【０１２４】
そして、数式３３を満たすように第１の波長における被検物６０の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ１，ａ，ｂ）＋δｎ（λ１）と、第２の波長における被検物６０の位相屈折率ｎｓａｍｐｌｅ（λ２，ａ，ｂ）＋δｎ（λ２）とが決定される。
【０１２５】
【数３３】
2015124997.tif 000035
【０１２６】
最後に、数式１７、数式３１、数式３２、数式３３を用いて、数式３４のように、被検物６０の屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）が算出される。
【０１２７】
【数３４】
2015124997.tif 000036
【０１２８】
本実施例では、被検物６０の形状Ｌ（ｘ，ｙ）が既知であることを前提としている。被検物６０の形状Ｌ（ｘ，ｙ）が未知の場合でも、第１基準レンズ１２０、被検物６０、第２基準レンズ１２５の間の隙間であるＬＢ（ｘ，ｙ）、ＬＣ（ｘ，ｙ）が、被検物の厚みに対して無視できる程小さければ、数式３４の右辺第３項をゼロと見做せる。つまり、数式３５の近似が成り立つ。そのため、被検物６０の形状誤差の影響を無視できる。被検物６０の形状Ｌ（ｘ，ｙ）が未知の場合の屈折率分布ＧＩ（λ１，ｘ，ｙ）の算出式は、数式３６のようになる。
【０１２９】
【数３５】
2015124997.tif 000037
【０１３０】
【数３６】
2015124997.tif 000038
【０１３１】
もしくは、実施例１と同様に２種類の媒質を用いれば形状誤差δＬ（ｘ，ｙ）を除去できる。本実施例では、実施例１のように２種類の媒質中に被検物６０を浸すのではなく、第１基準レンズ１２０、被検物６０、第２基準レンズ１２５の間に塗布する媒質７１を２種類準備すればよい。そして、２種類の媒質について上記計測を行えば、実施例１と同様に形状成分を除去できる。
【実施例３】
【０１３２】
実施例１、実施例２で説明した計測装置および計測方法を用いた屈折率分布の計測結果および屈折率の計測結果を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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
光学素子は、光学素子の設計工程、金型の設計工程および該金型を用いた光学素子のモールド成型工程を経て製造される。成型された光学素子は、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成型を行う。形状精度が良好であれば、該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、本発明の屈折率分布計測方法や屈折率計測方法を組み込むことで、モールド成型される光学素子を精度良く量産することができる。
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。
【０１３５】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、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】
【０１３６】
１０  光源
６０  被検物
７０  媒質
８０  検出器
８１  波面センサ
９０  コンピュータ
【図１】
2015124997.tif 000039
【図２】
2015124997.tif 000040
【図３】
2015124997.tif 000041
【図４】
2015124997.tif 000042
【図５】
2015124997.tif 000043
【図６】
2015124997.tif 000044