(57)【要約】【課題】  被検物の屈折率分布を非破壊かつ高精度に計測する。【解決手段】  被検物６０を媒質７０中に配置し、被検物６０の透過波面を複数の波長において計測し、複数の波長において計測された被検物６０の透過波面と、特定の群屈折率分布を有する基準被検物が媒質７０中に配置されているときの複数の波長における透過波面から、被検物６０の透過波面と基準被検物の透過波面との差分である波面収差の波長に関する変化率を算出し、波面収差の波長に関する変化率に基づいて、被検物６０の屈折率分布を算出する。【選択図】  図２
2016223982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を媒質中に配置し、前記被検物に光を入射させて該被検物の透過波面を複数の波長において計測する計測ステップと、
前記複数の波長において計測された前記被検物の透過波面と、特定の群屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中に配置されているときの前記複数の波長における透過波面から、前記被検物の透過波面と前記基準被検物の透過波面との差分である波面収差の波長に関する変化率を算出し、前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップを含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
複数の波長における前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、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に記載の計測方法。
【請求項３】
前記計測ステップにおいて、
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の透過波面とを複数の波長において計測し、
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、前記基準被検物が前記第１の媒質中に配置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波長について算出し、
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の媒質中に配置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波長について算出し、
前記複数の波長について算出された前記第１の波面収差から第１の波面収差の波長に関する変化率を算出し、
前記複数の波長について算出された前記第２の波面収差から第２の波面収差の波長に関する変化率を算出し、
前記第１の波面収差の波長に関する変化率と前記第２の波面収差の波長に関する変化率とに基づいて、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に記載の計測方法。
【請求項４】
光学素子をモールド成形するステップと、
請求項１から３のいずれか１項に記載の屈折率分布の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、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
光源と、
前記光源からの光を用いて被検物の透過波面を複数の波長において計測する計測手段と、
前記複数の波長において計測された前記被検物の透過波面と、特定の群屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中に配置されているときの前記複数の波長における透過波面から、前記被検物の透過波面と前記基準被検物の透過波面との差分である波面収差の波長に関する変化率を算出し、前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出する算出手段を有することを特徴とする計測装置。
【請求項６】
前記算出手段は、複数の波長における前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、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５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記計測手段は、
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の透過波面とを複数の波長において計測し、
前記算出手段は、
前記第１の透過波面の計測結果と、前記基準被検物が前記第１の媒質中に配置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波長について算出し、
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の媒質中に配置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波長について算出し、
前記複数の波長について算出された前記第１の波面収差から第１の波面収差の波長に関する変化率を算出し、
前記複数の波長について算出された前記第２の波面収差から第２の波面収差の波長に関する変化率を算出し、
前記第１の波面収差の波長に関する変化率と前記第２の波面収差の波長に関する変化率とに基づいて、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５に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率分布の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モールド成形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、モールド成形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は、被検物を２種類の位相屈折率マッチング液に浸し、コヒーレント光を用いて干渉縞を計測し、被検物の屈折率分布を算出する方法を提案している。特許文献２は、波長の異なる２種類の光を用いて被検物の透過波面を計測し、その透過波面と特定の位相屈折率分布を有する基準被検物の透過波面とを用いて屈折率分布を算出する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１に開示された方法では、高い位相屈折率のマッチングオイルは透過率が低いため、高い位相屈折率を有する被検物の透過波面計測は小さな信号しか得られず、計測精度が低くなる。
【０００６】
特許文献２で開示された方法は、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の計測方法には、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。また、群屈折率から変換された位相屈折率は変換誤差を含む。
【０００７】
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の計測方法および計測装置、光学素子の製造方法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】
【０００８】
本発明の計測方法は、被検物を媒質中に配置し、前記被検物に光を入射させて該被検物の透過波面を複数の波長において計測する計測ステップと、前記複数の波長において計測された前記被検物の透過波面と、特定の群屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中に配置されているときの前記複数の波長における透過波面から、前記被検物の透過波面と前記基準被検物の透過波面との差分である波面収差の波長に関する変化率を算出し、前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出する算出ステップを含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明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、上記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を含むことを特徴としている。
【００１０】
本発明の計測装置は、光源と、前記光源からの光を用いて被検物の透過波面を複数の波長において計測する計測手段と、前記複数の波長において計測された前記被検物の透過波面と、特定の群屈折率分布を有する基準被検物が前記媒質中に配置されているときの前記複数の波長における透過波面から、前記被検物の透過波面と前記基準被検物の透過波面との差分である波面収差の波長に関する変化率を算出し、前記波面収差の波長に関する変化率に基づいて、前記被検物の屈折率分布を算出する算出手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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計測方法および計測装置、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】計測装置のブロック図（実施例１）
【図２】屈折率分布の算出手順を示すフローチャート（実施例１）
【図３】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（実施例１）
【図４】計測装置のブロック図（実施例２）
【図５】光学素子の製造工程の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１の計測装置のブロック図である。計測装置は、光源１０、照明光学系、被検物６０と媒質７０を収容可能な容器５０、波面センサ８０、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。照明光学系は、ピンホール３０、コリメータレンズ４０、４１から構成される。本実施例は、波面センサ８０としてシャックハルトマンセンサを用いている。本実施例における被検物は負のパワーをもつレンズであるが、正のパワーを持つレンズであってもよいし、平板でもよい。
【００１５】
実施例１の光源１０は、複数の波長の光を射出する光源（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を通って疑似単色光となる。疑似単色光は、ピンホール３０を通って発散波となる。発散波は、コリメータレンズ４０、４１を経て収束光となり、容器５０に入射する。収束光は、容器５０内の媒質７０と被検物６０を透過した後、概ね平行光となって波面センサ８０で検出される。
【００１６】
容器５０の側面は、光を透過する材質（例えば、ガラス）で構成されている。容器５０内の媒質７０は、例えばオイルなどの液体である。媒質７０は、液体に限らず、気体や固体でもよい。媒質７０が空気の場合、容器５０は無くてもよい。
【００１７】
媒質７０の屈折率は、不図示の媒質屈折率算出手段によって算出される。媒質屈折率算出手段とは、例えば、媒質の温度を計測する温度計と、計測した温度を媒質の屈折率に換算するコンピュータから構成されている。より具体的には、特定の温度における波長ごとの屈折率と、各波長における屈折率の温度係数を記憶したメモリをコンピュータが備える構成とすれば良い。これにより、コンピュータは、温度計測手段により計測された媒質７０の温度に基づいて、計測された温度における媒質７０の屈折率を波長ごとに算出することができる。なお、媒質７０の温度変化が小さい場合は、特定の温度における波長ごとの屈折率のデータを示すルックアップデーブルを用いてもよい。もしくは、媒質屈折率算出手段は、屈折率および形状が既知のガラスプリズムを媒質に浸してその透過波面を計測する波面センサと、透過波面と形状から媒質の屈折率を算出するコンピュータから構成されてもよい。媒質屈折率算出手段は、位相屈折率を計測してもよいし、群屈折率を計測してもよい。
【００１８】
なお、屈折率には、光の等位相面の移動速度である位相速度ｖ（λ）に関する位相屈折率ｎ（λ）と、光のエネルギーの移動速度（波束の移動速度）ｖｇ（λ）に関する群屈折率ｎｇ（λ）があり、後述する数式２によって関連付けられる。
【００１９】
コンピュータ９０は、波面センサ８０の計測結果と媒質７０の屈折率から被検物６０の屈折率分布を算出する算出手段として機能するとともに、分光器２０を透過する光の波長を制御する制御手段としても機能し、ＣＰＵなどから構成される。
【００２０】
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り、「Ｓ」は、Ｓｔｅｐ（ステップ）の略である。
【００２１】
まず、被検物６０が媒質７０の中に配置される（Ｓ１０）。次に、分光器２０によって波長を変えながら、複数の波長における被検物の透過波面Ｗｍ（λ）が計測される（Ｓ２０）。図３（ａ）に示される被検物６０内の点（ｘ，ｙ）における、被検物の透過波面Ｗｍ（λ）は、数式１で表される。
【００２２】
【数１】
2016223982.tif 000003
（数式１）
【００２３】
ただし、Ｌａ（ｘ，ｙ）、Ｌｂ（ｘ，ｙ）、Ｌｃ（ｘ，ｙ）、Ｌｄ（ｘ，ｙ）は、図３（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３（ｂ）の光線は、図３（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。ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）は媒質７０の波長λにおける位相屈折率、ｎ（λ，ｘ，ｙ）は被検物６０の波長λにおける位相屈折率である。ここでは簡単のため、容器５０の側面の厚みは無視している。
【００２４】
そして、特定の群屈折率分布を有する基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ）が、複数の波長において算出される（Ｓ３０）。このステップでは、被検物６０と同一形状で一様な群屈折率分布をもつ被検物（基準被検物）を仮定し、Ｓ２０における透過波面Ｗｍ（λ）の計測時における被検物６０の位置と同じ位置に配置されている状態で、Ｓ２０と同じ波長における透過波面を計算する。
【００２５】
基準被検物の群屈折率は、被検物６０の特定の点（ｘ，ｙ）における群屈折率ｎｇ（λ，ｘ，ｙ）と一致する必要がある。点（ｘ，ｙ）における群屈折率ｎｇ（λ，ｘ，ｙ）とは、図３（ｂ）の光線方向に被検物内部の群屈折率を平均化した群屈折率に相当する。点（ｘ，ｙ）における群屈折率ｎｇ（λ，ｘ，ｙ）は、別の計測方法（例えば、低コヒーレンス干渉法や波長走査干渉法を用いた屈折率計測方法）によって計測される必要がある。群屈折率計測を行う点（ｘ，ｙ）は任意の点でよい。点（０，０）における群屈折率ｎｇ（λ，０，０）の計測（つまり光軸上の群屈折率の計測）が、比較的簡単である。本実施例では、基準被検物が、波長λにおいて一様な群屈折率ｎｇ（λ，０，０）の分布を有しているものとする。
【００２６】
基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ）の算出には、群屈折率ｎｇ（λ，０，０）ではなく、位相屈折率ｎ（λ，０，０）が必要である。ｎ（λ，０，０）は、数式２の関係に基づいてｎｇ（λ，０，０）から変換される必要がある。
【００２７】
【数２】
2016223982.tif 000004
（数式２）
【００２８】
Ｃは積分定数、λ０は任意の波長定数である。位相屈折率から群屈折率への変換は１通りだが、群屈折率から位相屈折率への変換は、積分定数Ｃの影響で無限通り存在する。そこで、基準被検物の位相屈折率は、例えば数式３のように、被検物の母材の位相屈折率Ｎ（λ）を利用して算出されればよい。
【００２９】
【数３】
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（数式３）
【００３０】
被検物の位相屈折率ｎ（λ，０，０）と母材の位相屈折率Ｎ（λ）は異なるため、数式３で得られる位相屈折率は誤差Δｎ（λ）を含む。しかし、本発明では、群屈折率ｎｇ（λ，０，０）の値が重要であり、位相屈折率は誤差を含んでもよい。群屈折率から位相屈折率への変換は、数式３に限らず、他の変換方法でもよい。ただし、変換後の位相屈折率から群屈折率に再度逆変換した値が、群屈折率の計測値ｎｇ（λ，０，０）と一致している必要がある。媒質屈折率算出手段が媒質７０の群屈折率ｎｇｍｅｄｉｕｍ（λ）を算出する場合も、同様にして、群屈折率ｎｇｍｅｄｉｕｍ（λ）から位相屈折率ｎｍｅｄｉｕｍ（λ）への変換が必要である。
【００３１】
数式３で得られた位相屈折率を用いて、複数の波長における基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ）が計算される。Ｗｓｉｍ（λ）は、数式４のように表される。
【００３２】
【数４】
2016223982.tif 000006
（数式４）
【００３３】
そして、被検物の透過波面Ｗｍ（λ）と基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ）の差分に相当する波面収差Ｗ（λ）が算出される（Ｓ４０）。複数の波長における波面収差Ｗ（λ）は、数式５のように表される。
【００３４】
【数５】
2016223982.tif 000007
（数式５）
【００３５】
もし、位相屈折率ｎ（λ，０，０）が高精度に計測されていれば（つまりΔｎ（λ）＝０であれば）、数式５の波面Ｗ（λ）を２π／λと厚みＬ（ｘ，ｙ）で割ることで被検物６０の屈折率分布ｎ（λ，ｘ，ｙ）−ｎ（λ，０，０）が算出される。しかし、被検物の位相屈折率ｎ（λ，０，０）を非破壊で高精度に計測することは難しい。数式５から直接屈折率分布ｎ（λ，ｘ，ｙ）−ｎ（λ，０，０）を算出する方法は、位相屈折率計測誤差Δｎ（λ）に由来する屈折率分布誤差Δｎ（λ）／Ｌ（ｘ，ｙ）を含むため、精度が低い。
【００３６】
次に、波面収差の波長に関する変化率を算出する（Ｓ５０）。波面収差Ｗ（λ）の波長に関する変化率ｄＷ（λ）／ｄλは、数式２、数式３を用いると数式６のように表される。
【００３７】
【数６】
2016223982.tif 000008
（数式６）
【００３８】
最後に、波面収差の波長に関する変化率から被検物の屈折率分布が算出される（Ｓ６０）。被検物の屈折率分布は、数式７の近似を用いて、数式８で表される。
【００３９】
【数７】
2016223982.tif 000009
（数式７）
【００４０】
【数８】
2016223982.tif 000010
（数式８）
【００４１】
波面収差の波長に関する変化率は、群屈折率の関数である。波面収差の波長に関する変化率を用いた解析は、非破壊で計測可能な群屈折率ｎｇ（λ，０，０）を直接用いるため、位相屈折率計測誤差Δｎ（λ）に由来する誤差を含まない。そのため、本発明の屈折率分布の計測方法は、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。
【００４２】
一般に、モールド成形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７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７の近似が成り立たない。本発明を用いた分散分布レンズの計測は、誤差が混入するため、注意が必要である。
【００４３】
本実施例では、被検物６０と基準被検物が同一形状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、あらかじめ計測した被検物６０の形状が、基準被検物の形状に適用されることが望ましい。もしくは、基準被検物の形状として設計値が適用され、被検物６０の設計値からの形状誤差が除去されればよい。形状誤差ΔＬ（ｘ，ｙ）は、例えば、以下の方法で除去できる。
【００４４】
被検物が設計値からの形状誤差ΔＬ（ｘ，ｙ）を有する場合、被検物の透過波面Ｗｍ（λ）は数式９のように表される。波面収差Ｗ（λ）及び波面収差の波長に関する変化率ｄＷ（λ）／ｄλは、数式１０の近似を用いて数式１１のように表される。
【００４５】
【数９】
2016223982.tif 000011
（数式９）
【００４６】
【数１０】
2016223982.tif 000012
（数式１０）
【００４７】
【数１１】
2016223982.tif 000013
（数式１１）
【００４８】
一般的に、被検物６０の屈折率の波長依存性と媒質７０の屈折率の波長依存性は異なる。そのため、波長λ１における波面収差の波長に関する変化率ｄＷ（λ１）／ｄλと波長λ２における波面収差の波長に関する変化率ｄＷ（λ２）／ｄλの連立方程式から、形状誤差（形状成分）ΔＬ（ｘ，ｙ）が除去できる。波長λ１における屈折率分布と波長λ２における屈折率分布は、数式１２の近似式を用いて数式１３のように表される。ｄＷ（λ１）／ｄλとｄＷ（λ２）／ｄλと数式７と数式１３とを用いて、波長λ１における屈折率分布は数式１４のように算出される。
【００４９】
【数１２】
2016223982.tif 000014
（数式１２）
【００５０】
【数１３】
2016223982.tif 000015
（数式１３）
【００５１】
【数１４】
2016223982.tif 000016
（数式１４）
【００５２】
波長λ１と波長λ２の差が小さいとき、数式１４の分母が小さくなるため、得られる屈折率分布の精度は低くなる。数式１４によって得られる屈折率分布の精度を高めるには、波長λ１と波長λ２の差を大きくする必要がある。例えば、波長λ１として赤色の光（６２０−７５０ｎｍ）、波長λ２として青色の光（４５０−５００ｎｍ）が選択されればよい。波長差が大きく取れればいいので、可視光以外が選択されてもよい。
【００５３】
本実施例では、被検物の透過波面Ｗｍ（λ）と基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ（λ）の差分に相当する波面収差Ｗ（λ）を算出した後に、波面収差の波長に関する変化率ｄＷ（λ）／ｄλを算出した。その代わりに、被検物の透過波面の波長に関する変化率ｄＷｍ（λ）／ｄλと基準被検物の波長に関する変化率ｄＷｓｉｍ（λ）／ｄλが算出された後に、それぞれの差分に相当する波面収差の波長に関する変化率ｄＷ（λ）／ｄλが算出されてもよい。
【００５４】
本実施例では、複数の波長の光を射出する光源と分光器の組み合わせで波長を走査した。本実施例では、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を使用している。その代わりに、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、短パルスレーザ、ハロゲンランプが複数の波長の光を射出する光源として使用できる。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。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。本発明は、波面収差の波長に関する変化率を計測できればよいので、２種類以上の波長の光を射出する光源であれば足りる。
【００５５】
本実施例では、波面センサ８０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８０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８０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。
【００５６】
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、屈折率分布の代用が可能である。したがって、本発明の屈折率分布の計測方法（計測装置）は、光路長分布の計測方法（計測装置）も意味する。
【実施例２】
【００５７】
図４は、実施例２の計測装置のブロック図である。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。本実施例は、波面センサとして、２次元回折格子８１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。被検物は正のパワーをもつレンズである。本実施例は、形状誤差を有する被検物を２種類の媒質に浸し、それぞれの透過波面を用いて形状誤差を除去して屈折率分布を算出する。実施例１は、波面を、波数と光路長分布の積（＝（２π／λ）×屈折率分布×Ｌ（ｘ，ｙ））と定義した。一方、本実施例では、波面を、光路長分布（＝屈折率分布×Ｌ（ｘ，ｙ））と定義している。本実施例の照明光学系は、ピンホール３０のみである。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。
【００５８】
光源１１から射出された光は、ピンホール３０を透過して発散光となった後、被検物６０と媒質を収納する容器に入射する。容器に入射した光は、媒質と被検物６０を透過した後、収束光となる。収束光は、回折格子８１と２次元センサ８２で構成されるタルボ干渉計によって計測される。波長は、不図示の波長制御手段によってコンピュータ９０で制御される。第１の媒質７０（例えば、水）を収容する容器５０と第２の媒質７１（例えば、オイル）を収容する容器５１は、交換が可能である。媒質７０の屈折率（第１の屈折率）と媒質７１の屈折率（第２の屈折率）は異なる。
【００５９】
まず、被検物６０が第１の媒質７０中に配置される。次に、被検物の第１の透過波面Ｗｍ１（λ）、Ｗｍ１（λ＋Δλ）が２種類の波長（複数の波長）λ、λ＋Δλにおいて計測される。複数の波長における被検物の第１の透過波面は、数式１５で表される。
【００６０】
【数１５】
2016223982.tif 000017
（数式１５）
【００６１】
Ｌａ１（ｘ，ｙ）、Ｌｂ１（ｘ，ｙ）、Ｌｃ１（ｘ，ｙ）、Ｌｄ１（ｘ，ｙ）は、第１の媒質７０における、図３（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。Ｌ１（ｘ，ｙ）は、第１の媒質７０中の被検物６０内における光線方向の被検物の厚みである。ｎ１ｍｅｄｉｕｍ（λ）は第１の媒質７０の波長λにおける位相屈折率である。本実施例では、波面を光路長分布として定義しているため、本実施例の波面は、数式１のような２π／λを含まない。
【００６２】
次に、第１の媒質中における基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ１（λ）、Ｗｓｉｍ１（λ＋Δλ）が算出される。そして、第１の媒質中における第１の波面収差Ｗ１（λ）、Ｗ１（λ＋Δλ）が算出される。第１の媒質中における基準被検物の透過波面は数式１６で表される。第１の波面収差は、数式１０の近似を用いて数式１７で表される。
【００６３】
【数１６】
2016223982.tif 000018
（数式１６）
【００６４】
【数１７】
2016223982.tif 000019
（数式１７）
【００６５】
第１の波面収差の波長に関する変化率ΔＷ１（λ）／Δλが算出され、群屈折率の関数であるＷｇ１（λ）が数式１８のように算出される。ただし、ｎｇ１ｍｅｄｉｕｍ（λ）は第１の媒質７０の波長λにおける群屈折率である。
【００６６】
【数１８】
2016223982.tif 000020
（数式１８）
【００６７】
続いて、被検物を収容する容器が、第１の媒質７０を含む容器５０から、第２の媒質７１を含む容器５１に交換され、被検物６０が第２の媒質７１中に配置される。次に、被検物の第２の透過波面Ｗｍ２（λ）、Ｗｍ２（λ＋Δλ）が２種類の波長λ、λ＋Δλにおいて計測される。そして、第２の媒質中における基準被検物の透過波面Ｗｓｉｍ２（λ）、Ｗｓｉｍ２（λ＋Δλ）が算出される。そして、第２の媒質中における第２の波面収差Ｗ２（λ）、Ｗ２（λ＋Δλ）が算出される。第２の波面収差の波長に関する変化率ΔＷ２（λ）／Δλが算出され、群屈折率の関数であるＷｇ２（λ）が数式１９のように算出される。
【００６８】
【数１９】
2016223982.tif 000021
（数式１９）
【００６９】
Ｌ２（ｘ，ｙ）は、第２の媒質７１中の被検物６０内における光線方向の被検物の厚みである。ｎｇ２ｍｅｄｉｕｍ（λ）は第２の媒質７１の波長λにおける群屈折率である。第１の屈折率と第２の屈折率が異なるため、第１の媒質中における被検物６０内の光路と第２の媒質中における被検物６０内の光路も異なる。つまり、Ｌ１（ｘ，ｙ）とＬ２（ｘ，ｙ）は異なる。一方、第１の媒質中における形状誤差と第２の媒質中における形状誤差の光路による違いは無視できるほど小さいため、本実施例はそれぞれの媒質中で同一の形状誤差ΔＬ（ｘ，ｙ）を使用している。
【００７０】
最後に、第１の媒質中における波面収差の波長に関する変化率から算出されたＷｇ１（λ）と第２の媒質中における波面収差の波長に関する変化率から算出されたＷｇ２（λ）から、形状誤差（形状成分）を除去し、数式２０のように屈折率分布が算出される。数式２０の算出には、数式７も使用されている。
【００７１】
【数２０】
2016223982.tif 000022
（数式２０）
【００７２】
Ｌｅｆｆ（ｘ，ｙ）は、第１の媒質中における被検物の厚みＬ１（ｘ，ｙ）と第２の媒質中における被検物の厚みＬ２（ｘ，ｙ）から得られる実効的な被検物の厚みである。Ｌ１（ｘ，ｙ）とＬ２（ｘ，ｙ）が等しいとき、Ｌｅｆｆ（ｘ，ｙ）は、Ｌ１（ｘ，ｙ）及びＬ２（ｘ，ｙ）と等しくなる。
【００７３】
本実施例では、第１の媒質と第２の媒質を容器ごと交換した。その代わりに、容器は固定で、媒質だけ交換されてもよい。もし、第１の媒質が空気、第２の媒質が水のとき、媒質の交換は、水の注入作業だけである。媒質を交換する代わりに、媒質の温度の変化による屈折率の変化が利用されてもよい。第１の媒質の温度が変わるだけで、第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の媒質がつくり出される。
【００７４】
本実施例では、波面収差の波長に関する変化率から波長λにおける群屈折率の関数Ｗｇ（λ）を算出した。波長λにおける値の代わりに、波長λと波長λ＋Δλの平均の波長λ＋Δλ／２における値Ｗｇ（λ＋Δλ／２）が算出されてもよい。Ｗｇ（λ＋Δλ／２）は数式２１のように算出される。尚、ここでは、第１の媒質や第２の媒質を示す添え字１、２は省略されている。
【００７５】
【数２１】
2016223982.tif 000023
（数式２１）
【００７６】
図５は、モールド成型を利用した光学素子の製造工程を示している。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、本発明の計測装置を用いることができる。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には、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が設計され、仕様を満足する場合には、光学素子が量産される。
【００７７】
本実施例の光学素子の製造方法により、光学素子の屈折率分布が高精度に計測されるので、モールド成形を用いて光学素子が精度よく量産されうる。
【符号の説明】
【００７８】
１０  光源
６０  被検物
７０  媒質
８０  波面センサ（計測手段）
９０  コンピュータ（算出手段）
【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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