KR20150075355A - 굴절률 분포 계측방법, 굴절률 분포 계측장치, 및 광학 소자의 제조방법 - Google Patents

굴절률 분포 계측방법, 굴절률 분포 계측장치, 및 광학 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

굴절률 분포 계측방법은 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시켜서, 제1 및 제2 파장의 각각에 있어서의 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하고, 상기 제1 및 제2 파장의 각각에 있어서의 상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 것을 포함한다. 이 굴절률 분포 계측방법은 제1 파장에 있어서의 위상차와 제2 파장에 있어서의 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파장에 있어서의 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 더 포함한다.

Description

굴절률 분포 계측방법, 굴절률 분포 계측장치, 및 광학 소자의 제조방법{REFRACTIVE INDEX DISTRIBUTION MEASURING METHOD, REFRACTIVE INDEX DISTRIBUTION MEASURING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL ELEMENT}
본 발명은, 광학 소자의 굴절률 분포를 계측하는 굴절률 분포 계측방법 및 굴절률 분포 계측장치에 관한 것이다.
몰드에 의한 렌즈 제조방법은, 광학 렌즈의 촉진된 매스 생성의 이점을 제공하지만 렌즈 내부에 굴절률 분포를 발생시킨다. 렌즈 내부에서 발생된 굴절률 분포는, 렌즈의 광학 성능에 악영향을 끼친다. 그 때문에, 몰드에 의한 렌즈의 제조방법에는, 몰드에 의해 제조된 렌즈 내에서 비파괴적으로 굴절률 분포를 계측하는 기술이 필요하다.
US 5,151,752에 개시된 계측방법에서는, 피검물과, 굴절률 및 형상이 알려져 있는 글래스 시료를, 피검물의 굴절률과 거의 같은 굴절률을 갖는 제1 매칭액에 담그고, 빛이 그들을 통과할 수 있게 해서, 간섭무늬를 측정하는 것을 포함한다. 이 계측방법은 피검물과 글래스 시료를, 제1 매칭액의 굴절률과 조금 다른 굴절률을 갖는 제2 매칭액에 담그고, 빛이 그들을 통과할 수 있게 해서, 간섭무늬를 측정하는 것을 더 포함한다. 그리고, 이 계측방법에 의하면, 제1 매칭액을 이용한 측정 결과와 제2 매칭액을 이용한 측정 결과에 의거해, 피검물의 형상과 굴절률 분포를 취득한다. 제1 및 제2 매칭액 각각의 굴절률은, 간섭무늬가 너무 조밀해지지 않는 범위에서 피검물의 굴절률과 조금 다를 필요가 있다.
US 8,472,014에 개시된 계측방법은, 피검물의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 매질 중에 피검물을 배치하고, 제1 파장에 있어서의 제1 투과 파면과, 제1 파장과는 다른 제2 파장에 있어서의 제2 투과 파면을 측정하는 것을 포함한다. 그리고, 이 계측방법에 의하면, 제1 투과 파면 및 제2 투과 파면의 측정 결과와, 피검물과 동일 형상 및 특정한 굴절률 분포를 갖는 기준 피검물이 매질 중에 배치되어 있을 때의 제1 파장 및 제2 파장에 대응하는 각 투과 파면을 이용해, 피검물의 형상 성분을 제거해서, 피검물의 굴절률 분포를 산출한다.
US 5,151,752에 개시된 계측방법에서는, 피검물의 굴절률과 거의 같은 굴절률을 갖는 매칭액이 필요하다. 그렇지만, 굴절률이 높은 매칭액은, 투과율이 낮다. 이 때문에, US 5,151,752에 개시된 계측방법에 의해, 고굴절률의 광학소자에서 발생하는 간섭무늬를 측정하면, 검출기로부터 작은 신호밖에 출력할 수 없어, 측정 정밀도가 낮아진다.
US 8,472,014에 개시된 계측방법에서는, 기준 피검물의 굴절률(위상 굴절률)이 알려져 있다는 것을 전제로 하고 있다. 기준 피검물의 위상 굴절률은, 피검물 내부의 1점(예를 들면, 렌즈의 중심)의 위상 굴절률과 일치할 필요가 있다. 그 때문에, US 8,472,014에 개시된 굴절률 분포 계측방법에는, 피검물 내부의 1점의 위상 굴절률을 비파괴적으로 계측하는 기술이 필요하다. 그러나, 위상 굴절률을 비파괴적으로 계측하는 것은 어렵다. 저코히렌스(low coherence) 간섭법 및 파장 주사 간섭법은, 비파괴적으로 굴절률을 계측하기 위해서 사용될 수 있지만, 계측되는 굴절률은, 위상 굴절률이 아니라 군 굴절률이다. 위상 굴절률과 군 굴절률은 서로 1대1로 대응하고 있지 않기 때문에, 군 굴절률로부터 변환된 위상 굴절률은 변환 오차를 포함한다.
또한, 위상 굴절률 Np(λ)은, 빛의 등위 상면의 이동 속도인 위상속도 vp(λ)에 관한 굴절률이다. 군 굴절률 Ng(λ)은, 빛의 에너지의 이동 속도(파속의 이동 속도) vg(λ)에 관한 굴절률이다.
본 발명은, 다른 국면 중에서는 피검물의 굴절률 분포를 비파괴 및 고정밀하게 계측할 수 있는, 굴절률 분포 계측방법 및 굴절률 분포 계측장치를 지향한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 굴절률 분포 계측방법은, 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 피검물에 입사해서 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시킴으로써, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하는 위상차 측정단계와, 상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 파면 수차 측정단계와, 상기 위상차와 상기 파면수차에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 산출단계를 포함하고, 상기 위상차 측정단계는, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하는 것을 포함하고, 상기 파면 수차 측정단계는, 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와, 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하는 것을 포함하며, 상기 산출단계는, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 광학 소자의 제조방법은, 광학 소자를 몰딩하는 단계와, 상술한 굴절률 분포 계측방법을 사용해서 상기 광학소자의 굴절률 분포를 계측함으로써, 몰드된 광학 소자의 광학 성능을 평가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 굴절률 분포 계측장치는, 광원과, 상기 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 피검물에 입사해서 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시킴으로써, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하는 위상차 측정수단과, 상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 파면 수차 측정수단과, 상기 위상차와 상기 파면 수차에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 산출수단을 포함하고, 상기 위상차 측정수단은, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고, 상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와, 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며, 상기 산출수단은, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출한다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 제1 예시적인 실시예에 있어서의 피검물 굴절률 분포의 산출 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 3a 및 3b는 모노크로메이터로 파장을 변화시키면서 검출기에 의해 검출한 간섭 신호를 도시한 도면이다.
도 4a, 4b 및 4c는 피검물상에 정의된 좌표계와 굴절률 분포 계측장치 내에서의 광선의 광로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 예시적인 실시예에 따른 광학소자의 제조방법의 제조 공정을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예, 특징, 및 국면에 관하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측장치의 개략적인 구성을 나타낸 것이다. 본 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측장치는, Mach-Zehnder 간섭계에 근거해서 구성되어 있다. 굴절률 분포 계측장치는, 광원(10), 간섭 광학계, 피검물(60)과 매질(70)을 수납가능한 용기(50), 검출기(80), 파면 센서(81), 컴퓨터(90)를 포함하고, 피검물(60)의 굴절률 분포를 계측한다. 본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)은 렌즈 및 평판 등의 굴절형 광학소자다. 한편, 매질(70)의 굴절률은, 피검물(60)의 굴절률과 일치할 필요는 없다.
광원(10)은, 복수의 파장의 빛을 사출할 수 있는, 예를 들면 슈퍼콘티늄(supercontinuum) 광원과 같은 광원이다. 복수의 파장의 빛은, 모노크로메이터(20)를 통과한 후에 준 단색광이 된다. 모노크로메이터(20)를 투과한 빛은, 핀홀(30)을 통과한 후에 발산파가 되고, 그 후에 콜리메이터 렌즈(40)를 투과한 후에 평행광이 된다.
간섭 광학계는, 빔 스플리터 100, 101, 및 미러 105, 106을 포함한다. 간섭 광학계는, 콜리메이터 렌즈(40)를 투과한 빛을, 피검물(60)을 투과하지 않는 참조광과 피검물(60)을 투과하는 피검광으로 분할하고, 참조광과 피검광을 서로 간섭시켜서, 그 간섭 빛을 검출기(80)에 도광한다. 또한, 간섭 광학계는, 피검광을 파면 센서(81)에 도광한다.
용기(50) 내에는, 피검물(60), 매질(70), 및 글래스 프리즘(참조 피검물)(110)이 수용된다. 용기 내에 있어서의 참조광의 광로 길이와 피검광의 광로 길이는, 피검물(60)이나 글래스 프리즘(110)이 용기 내에 배치되어 있지 않은 상태에서 서로 같은 것이 바람직하다. 따라서, 용기(50)의 측면 패널 50a, 50b은 두께가 동일하고 서로 평행하며, 굴절률이 균일한 것이 바람직하다.
용기(50)에 입사한 피검광의 일부는, 매질(70) 및 피검물(60)을 투과하고, 별도의 피검광의 일부는, 매질(70) 및 글래스 프리즘(110)을 투과한다. 한편, 빔 스플리터(100)를 투과한 참조광은, 용기(50)의 측면 패널 및 매질(70)을 투과하고, 미러(105)에 의해 반사된다. 참조광과 피검광은, 빔 스플리터(101)에 의해 결합되어, 간섭광을 형성한다.
매질(70)의 굴절률은, 매질(70) 내에 배치되어 있으며 굴절률 및 형상이 알려져 있는 글래스 프리즘(참조 피검물)(110)의 투과 파면으로부터 산출된다. 매질(70)의 굴절률은, 온도계(미도시)에 의해 검출되는 매질(70)의 온도 및, 매질(70)의 굴절률의 온도 계수에 의거하여 산출될 수도 있다.
미러(105)는, (도면에 나타내지 않은) 구동기구에 의해, 도 1에 나타낸 바람직한 화살표 X, Y, Z의 방향으로 구동될 수 있다. 구동방향은 도 1에 나타낸 화살표의 방향에 한정하는 것이 아니라, 미러(105)의 구동에 의해 참조광과 피검광 간의 광로 길이 차가 변화될 수 있는 한은 다른 방향으로 임의로 회전되어도(경사져도) 된다. 미러(105)의 구동기구는, 예를 들면 미세 제어된 피에조(piezo) 스테이지 등으로 구성된다. 미러(105)의 구동량은, 레이저 변위계와 인코더와 같은, 도면에 나타내지 않은) 길이 측정기에 의해 측정되고, 컴퓨터(90)에 의해 제어된다. 참조광과 피검광 간의 광로 길이 차는, 구동 기구가 컴퓨터(90)에 접속된 채로 미러(105)의 위치를 제어함으로써 조정될 수 있다.
빔 스플리터(101)에 이해 형성된 간섭광은, 결상 렌즈(45)를 통해 검출기(80)(예를 들면, CCD(charage-coupled device) 센서나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서)에 의해 검출된다. 검출기(80)로 검출된 간섭 신호는, 컴퓨터(90)에 전송된다. 검출기(80)는, 피검물(60) 및 글래스 프리즘(110)의 위치와, 결상 렌즈(45)에 관해서 공역한 위치에 배치되어 있다.
본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)과 매질(70)의 굴절률이 다르기 때문에, 피검물(60)을 투과하는 피검광과 참조광으로 형성된 간섭무늬의 대부분은, 너무 조밀해져서 간섭 무늬를 해결한다. 그 때문에, 검출기(80)는, 피검물(60)을 투과하는 피검광과 참조광으로 형성된 간섭무늬의 대부분을 측정할 수 없다. 그러나, 본 예시적인 실시예에 있어서, 검출기(80)는, 피검물(60)을 투과한 빛으로부터 취득한 간섭 신호를 모두 검출할 필요는 없다. 검출기(80)는, 매질(70)이나 글래스 프리즘(110)을 투과한 빛으로부터 취득한 간섭 신호와, 피검물(60)의 중심을 투과한 빛으로부터 취득한 간섭 신호를 검출하면 된다.
피검물(60)을 투과한 피검광의 일부는, 빔 스플리터(101)에 의해 반사되고, 파면 센서(81)(예를 들면, Shack-Hartmann 파면 센서)에 의해 검출된다. 파면 센서(81)로 검출된 신호는, 컴퓨터(90)에 전송되고, 피검물(60)을 투과한 피검광의 투과 파면으로서 산출된다.
컴퓨터(90)는, 검출기(80)의 검출 결과와, 파면 센서(81)의 검출 결과에 의거하여 피검물(60)의 굴절률 분포를 산출하도록 구성된 산출 유닛과, 모노크로메이터(20)를 투과하는 빛의 파장 및 미러(105)의 구동량을 제어하도록 구성된 제어유닛을 포함하고, CPU(central processing unit) 등으로 구성된다.
간섭 광학계는, 피검물(60)이 용기(50) 내에 배치되어 있지 않은 상태에서, 참조광과 피검광의 광로 길이가 서로 같아지도록 조정된다. 간섭 광학계를 조정하는 방법을 이하에 설명한다.
도 1을 참조하면, 굴절률 분포 계측장치는, 피검물(60)이 피검광의 광로 위에 배치되어 있지 않은 상태에서 참조광과 피검광을 서로 간섭시켜서 얻은 간섭 신호를 취득한다. 이때, 참조광과 피검광 간의 위상차 φ0(λ)와, 참조광과 피검광 간의 간섭강도 Iφ0(λ)은 이하의 수식 1로 나타낸다.
Figure pat00001
(1)
다만, λ은 광원(10)으로부터 방출된 빛의 공기 중에 있어서의 파장을 나타내고, Δ0은 참조광과 피검광 간의 광로 길이 차를 나타내며, I0은 참조광의 강도와 피검광의 강도의 합을 나타내고,
Figure pat00002
은 가시도(degree of visibility)를 나타낸다. 수식(1)은, 차 Δ0이 제로가 아닐 때, 간섭 강도 Iφ0(λ)은 진동 함수가 된다는 것을 제안한다. 따라서, 참조광과 피검광의 광로 길이를 서로 같게 하기 위해서는, 간섭 신호가 진동 함수가 안되도록 미러(105)를 구동시키면 된다. 이때, 차 Δ0이 제로가 된다.
도 2는, 피검물(60)의 굴절률 분포를 산출하는 산출 순서를 나타내는 플로차트다. 스텝 S10에서, 유저는 피검물(60)을 피검광의 광로 위에 배치한다. 다음에, 스텝 S20에서는(위상차 측정스텝), 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 참조광과 피검광 간의 위상차인 제1 위상차 φ(λ1)과, 제2 파장λ2에 있어서의 참조광과 피검광 간의 위상차인 제2 위상차 φ(λ2)를 산출한다. 제1 파장λ1과 제2 파장λ2이 서로 다른 것, 예를 들면 450nm 및 650nm인 것이 바람직하다. 파장 λ에 있어서의 위상차 φ(λ) 및 간섭 강도 I(λ)은 수식(2)으로 나타낸다. 본 예시적인 실시예에 있어서, 위상차 φ(λ)은 렌즈의 중심(피검물 60)을 통과하는 피검광과 용기(50)의 측면 패널 50a 및 50b와 매질(70)을 통과하지만 피검물을 통과하지 않는 참조광 간의 위상차를 나타낸다.
Figure pat00003
Figure pat00004
(2)
다만, nsamle(λ,0,0)은 피검물(60)의 중심의 굴절률을 나타내고, nmedium(λ)은 매질(70)의 굴절률을 나타내며, L(0,0)은 피검물(60)의 중심의 두께를 나타낸다. 이 스텝에서 측정되는 위상차 φ(λ)은, 2π의 정수배에 대응하는 미지수 2πm(λ)(m(λ)은 파장 λ에 의존하는 정수)을 포함한다.
도 3a는, 도 1에 나타낸 검출기(80)로 측정될 수 있는 스펙트럼 영역의 간섭 신호를 나타낸다. 간섭 신호는, 위상차 φ(λ)이 파장 λ에 의존하고 있기 때문에, 진동 함수가 된다. 도 3a에 있어서, λ0은, 위상차 φ(λ)이 극값을 취할 때의 파장을 나타낸다. 간섭 신호의 진동 주기는, 파장 λ0의 부근에서 길어지기 때문에, 간섭 신호를 용이하게 측정할 수 있다. 파장 λ0은, 미러(105)를 구동해서 차 Δ0의 값을 변화시키는 것으로 조정할 수 있다.
위상차 φ(λ)은, 위상 쉬프트법을 사용해서 측정할 수 있다. 위상 쉬프트법을 사용한 위상차 φ(λ)의 측정방법을 이하에 나타낸다. 우선, 컴퓨터(90)는 미러(105)를 소량씩 구동시키면서 간섭 신호를 취득한다. 미러(105)의 위상 쉬프트량(= 구동량 × 2π/λ)이 δk(k=0, 1,···,M-1)일 때에 취득된 간섭광의 강도 Ik(λ)은 수식(3)으로 나타낸다.
Figure pat00005
(3)
계수 a0, a1, a2을 최소 제곱법에 의해 산출하면, 위상차 φ(λ)은, 위상 쉬프트량 δk, 및 간섭 강도 Ik(λ)을 사용해서 수식(4)으로 나타낸다. 산출된 위상차 φ(λ)은 2π와 콘볼루션(convoluted)된다. 따라서, 2π의 위상 점프에 있어서의 위상을 연결시키는 작업(위상 언랩핑(phase unwrapping))을 행하는 것이 필요하다.
Figure pat00006
(4)
상술한 산출에서, 제1 파장 λ1에 있어서의 제1 위상차 φ(λ1)과, 제2 파장λ2에 있어서의 제2 위상차 φ(λ2)가, 수식(5)과 같이 산출된다.
Figure pat00007
(5)
도 2로 되돌아가서, 스텝 S30에서는, 컴퓨터(90)는 제1 위상차 φ(λ1)과 제2 위상차 φ(λ2) 간의 차분인 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)을 산출한다. 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)은 수식(6)으로 나타낸다.
Figure pat00008
(6)
정수 m(λ1)과 정수 m(λ2)은 미지수이지만, 정수 m(λ1)과 정수 m(λ2) 간의 차분인 정수 m(λ2)- m(λ1)은, 도 3a에 나타낸 간섭 신호로부터 산출할 수 있다. 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2이 도 3a에 나타낸 파장일 때, 제1 파장 λ1과 위상차 φ(λ)가 극값을 취하는 파장 λ0과의 사이에는 1주기분의 차가 있고, 제2 파장 λ2과 파장 λ0과의 사이에는 2주기분의 차가 있다. 즉, 식 |m(λ1)- m(λ0)|=1, 및 |m(λ2)- m(λ0)|=2이다. 극값 φ(λ0)이 극대치인지 극소치인지는, 피검물(60)의 설계값과 매질(70)의 굴절률 등의 측정 조건으로부터 산출할 수 있다. 극값 φ(λ0)이 극대치이면, 차분의 정수가 m(λ1)- m(λ0) = -1, 및 m(λ2)- m(λ0) = -2이 되기 때문에, 차분의 정수는 m(λ2)- m(λ1) = -1로서 산출할 수 있다.
수식(6)의 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)은, 피검물(60)의 제1 파장 λ1에 있어서의 굴절률 nsample(λ1,0,0)과 제2 파장 λ2에 있어서의 굴절률 nsample(λ2,0,0)에 관계되는 물리량이다. 이하의 수식(7)으로 나타낸 물리량 f(λ1,λ2)은, 굴절률 nsample(λ1,0,0)과 굴절률 nsample(λ2,0,0)과의 관계를 알기 쉽게 하기 위해서 수식(6)을 변형한 것이다.
Figure pat00009
(7)
계속해서, 스텝 S40(파면 수차 측정 스텝)에서, 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 피검물(60)의 파면 수차 W(λ1,x, y)와 제2 파장 λ2에 있어서의 피검물(60)의 파면 수차 W(λ2,x, y)를, 파면 센서(81)를 통해서 측정한다. 본 예시적인 실시예에 있어서, 파면 수차의 측정방법은, 도 2에 나타낸 스텝 A에 따라 행해진다.
우선, 스텝 S401에서, 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 피검물(60)의 투과 파면 Wm(λ1,x,y)과 제2 파장 λ2에 있어서의 피검물(60)의 투과 파면 Wm(λ2,x,y)을 측정한다. 피검물(60)의 투과 파면을 측정하기 위해서, 피검물(60)을 투과하지 않는 피검광 및 참조광은 불필요하기 때문에, 파면 센서(81)에 불필요한 빛이 입사하는 것을 차광하도록 (도면에 나타내지 않은) 어퍼처(aperture)나 셔터가 배치된다. 도 4a에 나타낸 피검물(60) 내의 점(x, y)을 통과하는 파장 λ에 있어서의 피검물(60)의 투과 파면 Wm(λ, x, y)은, 수식(8)으로 나타낸다.
Figure pat00010
(8)
다만, La(x, y), Lb(x, y), Lc(x, y), Ld(x, y)은, 도 4b에 나타낸 광선을 따라 배치된 각 구성요소 간의 기하학적 거리다. 도 4b에 나타낸 광선은, 도 4a에 나타낸 피검물(60) 내부에 있는 점(x, y)을 통과하는 광선이다. L(x, y)은, 피검물(60) 내에 있어서의 광선의 광로의 기하학적 거리, 즉 광선방향의 피검물(60)의 두께를 나타낸다. nsample(λ, x, y)은 피검물(60)의 파장 λ에 있어서의 굴절률이다. 수식(8)에서는, 간소화를 위해, 용기(50)의 측면 패널 50a, 50b의 각각의 두께는 무시한다.
그리고, 스텝 S402에서, 컴퓨터(90)는 특정한 굴절률 분포를 갖는 기준 피검물의 제1 파장 λ1에 있어서의 투과 파면 Wsim(λ1,x, y)과 제2 파장 λ2에 있어서의 투과 파면 Wsim(λ2,x, y)을 산출한다. 이 스텝은, 피검물(60)과 같은 형상을 갖고 똑같은 굴절률 분포를 갖는 기준 피검물이, 스텝 S401에 있어서의 피검물(60)의 위치에 배치되어 있다고 가정했을 때의 투과 파면을 산출하기 위해서 이용된다.
기준 피검물의 투과 파면을 산출할 때에, 기준 피검물의 위상 굴절률을 입력할 필요가 있다. 기준 피검물의 위상 굴절률은, 피검물(60) 내부의 어느 1점의 위상 굴절률과 일치하는 것이 이상적이다. 예를 들면, 기준 피검물의 위상 굴절률이, 피검물(60)의 중심의 위상 굴절률 nsample(λ,0,0)과 일치하는 경우에는, 파장 λ에 있어서의 기준 피검물의 투과 파면 Wsim(λ, x, y)은, 이하의 수식(9)으로 나타낸다.한층 더, 수식(8)과 수식(9) 간의 차를 산출함으로써, 이하의 수식(10)과 같이 피검물(60)의 굴절률 분포 GI(λ, x, y)이 산출된다.
Figure pat00011
(9)
Figure pat00012
(10)
기준 피검물의 위상 굴절률이, 피검물(60)의 중심의 위상 굴절률 nsample(λ,0,0)과 일치하지 않을 경우를 생각한다. 기준 피검물의 위상 굴절률을 nsample(λ,0,0)+δn(λ)이라고 했을 때, 피검물(60)의 굴절률 분포 GI'(λ, x, y)은 수식(11)으로 나타낸 것처럼 산출된다.
Figure pat00013
(11)
수식(11)의 우변 제2항은 위치(x, y)의 함수이기 때문에, 굴절률 분포 GI'(λ, x, y)은 실제의 굴절률 분포 GI(λ, x, y)와 다른 분포 형상을 나타내고 있다는 것을 안다. 따라서, 피검물(60)의 굴절률 분포를 고정밀하게 산출하기 위해서는, 피검물(60) 내부의 어느 1점(본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)의 중심)의 위상 굴절률을 고정밀하게 계측해야만 한다. 그러나, 비파괴적으로 피검물(60)의 위상 굴절률을 계측하는 것은 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 예시적인 실시예에서는, 다음과 같은 대체 방법을 사용하여, "δn(λ)"로부터 유래하는 굴절률 분포 오차를 저감하도록 구성되어 있다.
좀더 구체적으로, 이하의 수식(12)으로 나타낸 관계를 충족시키는 방식으로, 기준 피검물의 위상 굴절률 nsample(λ,0,0)+δn(λ)을 결정한다. 수식(12)에 있어서는, 제1 파장 λ1에 있어서의 기준 피검물의 위상 굴절률을 nsample(λ1,0,0)+δn (λ1)이라고 하고, 제2 파장 λ2에 있어서의 기준 피검물의 위상 굴절률을 nsample(λ2,0,0)+δn(λ2)이라고 한다.
Figure pat00014
Figure pat00015
(12)
수식(12)으로 결정된 기준 피검물의 위상 굴절률을 사용하면, 기준 피검물의 투과 파면 Wsim(λ, x, y)은 이하의 수식(13)과 같이 나타낸다.
Figure pat00016
(13)
스텝 S403에서, 컴퓨터(90)는 피검물의 투과 파면 Wm(λ, x, y)과 기준 피검물의 투과 파면 Wsim(λ, x, y)과의 차분에 해당하는 파면 수차 W(λ, x, y)을, 수식(14)과 같이 산출한다.
Figure pat00017
(14)
상술한 스텝 A에 따른 스텝 S40에서, 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 피검물(60)의 제1 파면 수차 W(λ1,x, y)와 제2 파장 λ2에 있어서의 피검물(60)의 제2 파면 수차 W(λ2,x, y)를 측정한다. 제1 파면 수차 W(λ1,x, y), 및 제2 파면 수차 W(λ2,x, y)은, 다음의 수식(15)과 같이 나타낸다.
Figure pat00018
(15)
그리고, 스텝 S50에서, 컴퓨터(90)는 이하의 수식(16)과 같이 파면 수차 차분량 W(λ2,x, y)- W(λ1, x, y)을 산출한다. 한층 더, 근사식(17)을 사용하면, 수식(16)은 이하의 수식(18)으로 변형된다.
Figure pat00019
(16)
Figure pat00020
(17)
Figure pat00021
(18)
수식(18)의 우변 제2항은, "δn(λ)"에서 유래하는 굴절률 분포 산출 오차이며, 수식(11)의 제2항에 해당한다. 그러나, 본 예시적인 실시예에서는, 기준 피검물의 위상 굴절률을, 수식(12)으로 나타낸 관계를 충족시키도록 결정하기 때문에, 수식(18)의 우변 제2항은 제로가 된다. 좀더 구체적으로, 스텝 S60에서, 컴퓨터(90)는 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)을 이용하는 수식(7)과, 수식(12)과, 파면 수차 차분량 W(λ2, x, y)- W(λ1, x, y)을 산출하는 수식(16)에 의거해서, 굴절률 분포 GI(λ1,x, y)을 이하의 수식(19)과 같이 산출한다. 한층 더, 수식(17)을 사용하면, 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)로 의거해서, 제2 파장 λ2에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ2, x, y)를 산출한다. 한편, 이하의 수식(19)에 아직 "δn(λ)"이 남아있지만, 이들 수식의 형태로 잔존하는 "δn(λ)"이 굴절률 분포에 주는 영향은, 무시할 수 있을 만큼 작다.
Figure pat00022
(19)
이상과 같이, 고정밀하게 계측가능한 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)과 파면 수차 차분량 W(λ2, x, y)- W(λ1, x, y)의 2개의 물리량을 사용함으로써, 피검물(60)의 굴절률 분포를 비파괴적으로 고정밀하게 계측할 수 있다.
본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는 제1 파장 λ1에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)을 산출한 후에, 제2 파장 λ2에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ2, x, y)을 산출한다. 그 대신에, 컴퓨터(90)는 수식(16)과 수식(17)에 의거해, 제2 파장 λ2에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ2,x, y)을 산출한 후에, 제1 파장 λ1에 있어서의 굴절률 분포 GI(λ1,x, y)을 산출해도 된다.
본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는 수식(6)으로 나타낸 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)에 의거해서 수식(7)으로 나타낸 물리량 f(λ1, λ2)을 산출하고, 물리량 f(λ1, λ2)에 의거하여 기준 피검물의 위상 굴절률을 결정한다. 이것에 의해, 컴퓨터(90)는 위상 굴절률의 오차 δn(λ)에 기인하는 굴절률 분포 오차를 저감한다.
기준 피검물의 위상 굴절률을 결정하기 위해서 사용된 물리량은, "f(λ1,λ2)"에 한정되지 않고, 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)으로부터 산출되는 물리량이면 된다. 예를 들면, 이하의 수식(20)에 있어서의 "ｇ(λ1,λ2)"이나 "h(λ1,λ2)"이, 물리량으로서 대체될 수 있다. 혹은, "f(λ1,λ2)"과 같은 물리량을 산출하지 않고, 컴퓨터(90)는 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)의 형태의 물리량을 직접 사용해도 된다.
Figure pat00023
(20)
본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는 피검물(60)의 중심의 굴절률 nsample(λ1,0,0)의 값을 몰라도, 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)을 산출할 수 있다. 한층 더, 컴퓨터(90)는 다음과 같은 계산을 행함으로써 실제의 피검물(60)의 중심의 굴절률 nsample(λ1,0,0)도 산출할 수 있다.
이하의 수식(21)으로 나타낸 Θ은, 수식(11)에 의거해 산출되는 굴절률 분포 GI'(λ,x, y)와 수식(19)에 의거해 산출되는 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)와의 차이의 2승이다. 값 Θ을 감소시킬 것 같은 기준 피검물의 위상 굴절률 nsample(λ,0,0)+δn(λ)을 산출하면, 컴퓨터(90)는 피검물(60)의 중심의 굴절률 nsample(λ1,0,0)도 산출할 수 있다.
Figure pat00024
(21)
일반적으로, 피검물의 위상 굴절률을 비파괴적으로 계측하는 것은 어렵다. 그러나, 피검물의 굴절률 분포가 알려져 있으면, 수식(21)으로 나타낸 방법을 사용함으로써 피검물의 위상 굴절률을 비파괴적으로 계측할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)가 제1 파장 λ1에 있어서의 피검물(60)의 중심의 굴절률 nsample(λ1,0,0)을 산출했지만, 컴퓨터(90)는 제2 파장 λ2에 있어서의 피검물(60)의 중심의 굴절률 nsample(λ2,0,0)도 상기 방법으로 산출할 수 있다.
일반적으로, 굴절률의 분산 분포가 발생하기 어려운 연삭 또는 연마에 의해 제작된 렌즈나 몰드에 의해 제작된 렌즈는, 근사식(17)을 성립시킨다. 한편, 색수차를 저감하기 위해서 고의로 굴절률의 분산 분포를 발생시킨 렌즈는, 근사식(17)을 성립시키지 않는다. 본 예시적인 실시예를 사용한 분산 분포 렌즈의 굴절률 분포의 계측은, 오차를 포함하기 때문에, 주의가 필요하다.
본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)과 기준 피검물이 동일한 형상 L(x, y)을 갖는다고 가정한다. 피검물(60)의 형상과 기준 피검물의 형상이 다르면, 산출된 굴절률 분포는 오차를 포함한다. 그 때문에, 미리 피검물(60)의 형상을 핀 계측 방법 등을 이용해서 계측하고, 그 계측한 형상을 기준 피검물의 형상에 적용하는 것이 바람직하다. 혹은, 기준 피검물의 형상으로서 설계값 L(x, y)을 적용하고, 피검물(60)의 설계값으로부터의 형상 오차(형상 성분) δL(x, y)을 제거하는 것이 가능하다. 형상 오차 δL(x, y)은, 굴절률이 다른 2종류의 매질(예를 들면, 제1 매질로서 1.70의 굴절률을 갖는 오일, 제2 매질로서 1.75의 굴절률을 갖는 오일) 각각의 피검물(60)을 담그고, 도 2에 나타낸 플로우를 행함으로써 제거될 수 있다.
피검물(60)의 형상이 L(x, y)+δL(x, y)일 때, 제k의 매질에 있어서의 피검물(60)의 제1 위상차와 제2 위상차와의 차분인 제k의 위상차 차분량 φk(λ2)-φk (λ1)은, 이하의 수식(22)과 같이 나타낸다. 다만, k=1,2이다.
Figure pat00025
(22)
nk medium(λ)은 제k의 매질의 굴절률을 나타내고, Δ0k은 제k의 매질 중에 피검물(60)이 배치되어 있지 않은 상태에 있어서의 참조광과 피검광 간의 광로 길이 차를 나타내며, mk(λ)은 제k의 매질에 있어서의 정수를 나타낸다. 제1 매질에 있어서의 제1 위상차 차분량 φ1(λ2)-φ1(λ1)과 제2 매질에 있어서의 제2 위상차 차분량 φ2(λ2)-φ2(λ1)으로부터, 형상성분 L(0,0)+δL(0,0)을 제거하면, 다음의 수식(23)과 같이 물리량 f(λ1,λ2)을 취득할 수 있다.
Figure pat00026
(23)
제k의 매질에 있어서의 피검물(60)의 제1 파면 수차 Wk(λ1,x, y)와 제2 파면수차 Wk(λ2, x, y)와의 차분인 제k의 파면 수차 차분량 Wk(λ2, x, y)- Wk(λ1, x, y)을 생각한다. 피검물의 형상이 L(x, y)+δL(x, y)일 때, 제k의 파면 수차 차분량 Wk(λ2, x, y)- Wk(λ1,x, y)은, 수식(12), 수식(23), 및 이하의 근사식(24)을 이용하고, 이하의 수식(25)과 같이 나타낸다.
Figure pat00027
(24)
Figure pat00028
(25)
제1 매질에 있어서의 제1 파면 수차 차분량 W1(λ2, x, y)- W1(λ1, x, y)과 제2 매질에 있어서의 제2 파면 수차 차분량 W2(λ2, x, y)- W2(λ1, x, y)로부터, 형상성분 δL(x, y)과 δL(0,0)을 제거할 수 있다. 한층 더, 수식(17)을 사용하여, 이하의 수식(26)과 같이 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)이 산출된다.
Figure pat00029
(26)
매질의 굴절률은, 매질의 온도의 변화에 따라 변화된다. 따라서, 1종류의 매질을 이용해도, 2종류의 온도값 하에서 본 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포는, 굴절률이 다른 2종류의 매질에 있어서 본 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포의 계측과 같게 된다. 즉, 본 예시적인 실시예에 있어서의 제1 매질과 제2 매질은 서로 굴절률이 다를 수 있다. 2종류의 매질을 사용할 수 있거나, 서로 온도값이 다른 1종류의 매질도 사용할 수 있다. 그 때문에, 2종류의 온도값을 사용해서 피검물(60)의 형상 성분을 제거해도 된다.
피검물(60)의 중심의 형상 오차 δL(0,0)이 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)에 주는 영향은, 2종류의 매질이나 2종류의 온도값을 이용해서 제거하는 대신에, 다음의 방법을 이용해서 저감될 수 있다.
그 방법은, 특정한 파장에 있어서 피검물(60)의 군 굴절률과 같은 군 굴절률을 갖는 매질(70) 중에 피검물(60)을 배치하고, 광로 길이 차를 Δ0=0로서 설정하고, 도 3b에 나타낸 것과 같은 간섭 신호를 취득하는 것을 포함한다. 간섭 신호는, 참조광과 피검광 간의 위상차의 파장 의존성을 나타낸다. 도 3b에 나타낸 파장 λ0은, 피검물(60)의 군 굴절률과 매질(70)의 군 굴절률이 서로 같아지는 특정한 파장에 해당한다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 위상차 φ(λ)이 극값을 취하는 파장 λ0으로부터, 같은 주기의 거리에 있는 제1 파장 λ1'과 제2 파장 λ2'을 선택하면, φ(λ1')＝φ(λ2')와 같은 식이 취득된다. 이때, 다음의 수식(27)의 우변 제3항은 제로가 되고, 물리량 f(λ1'，λ2')은 피검물(60)의 형상 성분에 의존하지 않는 값이 된다.
좀더 구체적으로, 제1 파장 λ1에 있어서의 위상차 φ(λ1')과 제2 파장 λ2에 있어서의 위상차 φ(λ2')이 서로 같아지도록 제1 파장 λ1과 제2 파장 λ2을 선택할 수 있다. 이것에 의해, 피검물(60)의 중심의 형상 오차 δL(0,0)이 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)에 주는 영향을 저감할 수 있다.
Figure pat00030
(27)
본 예시적인 실시예에서는, 복수의 파장의 빛을 방출하는 광원과 모노크로메이터의 조합에 의해 다양한 파장을 생성해서 주사한다. 복수의 파장의 빛을 방출하는 광원으로서 슈퍼콘티늄 광원이 사용되지만, 슈퍼루미네센트(superluminescent) 다이오드(SLD)나, 단 펄스 레이저원이나 할로겐 램프 등을 대용할 수 있다. 복수의 파장의 빛을 방출하는 광원과 모노크로메이터의 조합 대신에, 파장 스웹트(swept) 광원이나 복수의 파장의 빛을 이산적으로 방출하는 멀티라인(multi-line) 레이저를 사용해도 된다. 복수의 파장의 빛을 방출하는 광원은, 단일 광원에 한정하지 않고, 복수의 광원의 조합이어도 된다. 본 예시적인 실시예에서는, 2종류 이상의 파장의 빛을 방출하는 광원을 사용하면 충분하고, 그 파장은 파장 간의 차가 측정가능한 정도로 서로 상이하다.
본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는 피검물(60)의 중심(도 4a에 나타낸 좌표(0,0))의 위상차를 측정한다. 왜냐하면, 피검물(60)의 중심을 통과하는 빛은, 편향하지 않고 직진하기 때문에, 측정하기 쉽기 때문이다. 물론, 컴퓨터(90)는 피검물의 중심 대신에 임의의 좌표(x, y)의 위상 차를 측정해도 된다.
본 예시적인 실시예에서는, 파면 센서(81)로서 Shack-Hartmann 파면 센서를 사용한다. 파면 센서(81)는, 큰 수차를 갖는 투과 파면을 계측할 수 있는 파면 센서이면 된다. 파면 센서(81)로서는, Hartmann 동작을 사용한 파면 센서나, Talbot 간섭계와 같은 시어링(shearing) 간섭계를 사용한 파면 센서를 사용할 수 있다.
본 예시적인 실시예에서는, 간섭 광학계에 Mach-Zehnder 간섭계를 사용한다.그 대신에, Twyman-Green 간섭계 등, 참조광과 피검광 간의 광로 길이 차를 측정할 수 있는 간섭계를 대신 사용할 수 있다. 또한, 본 예시적인 실시예에서는, 위상차나 파면 수차를 파장의 함수로서 산출하지만, 주파수의 함수로서 산출해도 된다.
본 예시적인 실시예에서는, 수식(6)에 있어서, 정수 m(λ2)- m(λ1)을 도 3a에 나타낸 간섭 신호로부터 산출한다. 정수 m(λ2)- m(λ1)은 이산적인 값이므로, 피검물(60)의 설계값과 매질(70)의 굴절률 등의 측정 조건을 사용해도 산출할 수 있다. 즉, 정수 m(λ2)- m(λ1)은, 간섭 신호로부터 산출하는 대신에, 도 1에 나타낸 계측 장치를 계산기 상에서 재현하고 계산에 설계값을 사용함으로써 산출될 수 있다.
본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)에 대하여 피검광이 수직하게 입사하는 구성으로 피검물(60)의 굴절률 분포를 계측한다. 그렇지만, 피검물(60)에 대하여 피검광이 비스듬히 입사하는 구성으로도 피검물(60)의 굴절률 분포를 계측할 수 있다. 사입사(oblique entry) 구성에 의한 피검물(60)의 굴절률 분포의 계측에 의해, 피검물(60)의 광축 방향의 굴절률 분포를 산출할 수 있다.
광로 길이 분포(=굴절률 분포 × L(x, y))는, 몰드 렌즈의 광학 성능을 나타내는 물리량으로서 기능하고, 굴절률 분포로 대용될 수 있다. 따라서, 본 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측방법(굴절률 분포 계측장치)은, 광로 길이 분포 계측방법(광로 길이 분포 계측장치)이라고도 칭할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서는, 제1 예시적인 실시예에서 사용한 기준 피검물을 사용하지 않고, 피검물(60)의 굴절률 분포를 산출하는 방법을 설명한다. 도 5는, 제2 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 있어서, 제1 예시적인 실시예와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부착해서 설명한다. 본 제2 예시적인 실시예에서는, 2종류의 렌즈 사이에 피검물(60)을 삽입함으로써 피검물(60)을 투과하는 투과광을 거의 평행하게 하고 있다. 투과광이 거의 평행광이므로, Shack-Hartmann 파면 센서와 같은 큰 수차의 파면을 측정할 수 있는 파면 센서는 필요 없고, 참조광과 피검광 간의 간섭무늬를 측정하는 검출기(80)만으로 투과광을 측정할 수 있다.
본 예시적인 실시예에 있어서의 광원(11)은, 복수의 파장으로 이산적으로 발광하는 멀티 라인 가스 레이저(예를 들면, 아르곤 레이저나 크립톤 레이저)이다. 본 예시적인 실시예에서는, Mach-Zenhnder 간섭계를 사용하여, 참조광과 피검광 간의 위상차 φ(λ)과, 파면 수차 W(λ, x, y)를 측정한다.
본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)의 굴절력의 영향을 제거하기 위해서, 피검물(60)과 거의 같은 굴절률을 갖는 제1 기준 렌즈(120)와 제2 기준 렌즈(125) 사이에 매질(71)을 통해서 피검물(60)을 삽입한다. 피검물(60), 제1 기준 렌즈(120), 제2 기준 렌즈(125), 및 매질(71)은 피검 유닛(200)을 구성하고 있다. 제1 기준 렌즈(120)는, 피검물(60)의 제1 면의 형상과 거의 같은 형상을 갖는 면을 갖고, 제2 기준 렌즈(125)는, 피검물(60)의 제2 면의 형상과 거의 같은 형상을 갖는 면을 갖는다. 피검물(60), 제1 기준 렌즈(120), 및 제2 기준 렌즈(125)의 면 형상과, 제1 기준 렌즈(120)와 제2기준 렌즈(125)의 굴절률은 공지의 양이다.
제1 기준 렌즈(120) 및 제2 기준 렌즈(125)는, 거의 제로의 굴절률 분포를 가지고 있으며, 연삭이나 연마로 제작된다. 피검물(60)과 제1 기준 렌즈(120)와 제2 기준 렌즈(125)의 굴절률 및 면 형상은, 본 예시적인 실시예에 따른 측정장치로 측정되는 간섭무늬가 너무 조밀해지지 않는 정도(간섭무늬를 해결할 수 있는 정도)로 서로 일치할 필요가 있다. 제1 기준 렌즈(120)와 피검물(60) 사이, 및 피검물(60)과 제2 기준 렌즈(125) 사이에, 굴절의 영향을 저감하기 위해, 매질(71)(예를 들면, 오일)이 도포되어 있다.
광원(11)으로부터 방출된 빛은, 모노크로메이터(20)에 의해 분광되어, 준 단색광이 된다. 그 후에, 준 단색광이 핀홀(30)에 입사한다. 준 단색광의 파장은 컴퓨터(90)에 의해 제어된다. 핀홀(30)을 투과한 빛은 발산광이 되어, 콜리메이터 렌즈(40)에 의해 평행광이 된다. 평행광은, 빔 스플리터(100)에 의해 투과광(참조광)과 반사광(피검광)으로 분할된다.
빔 스플리터(100)에 의해 반사된 피검광은, 미러(106)에 의해 반사되어, 피검 유닛(200)(제1 기준 렌즈(120), 매질(71), 피검물(60), 매질(71), 및 제2 기준 렌즈(125))을 투과해서, 빔 스플리터(101)에 입사한다. 한편, 빔 스플리터(100)를 투과한 참조광은, 보상판(130)을 투과하고, 미러(105)에 의해 반사되어, 빔 스플리터(101)에 입사한다. 보상판(130)은, 제1 기준 렌즈(120) 및 제2 기준 렌즈(125)와 동일 재질로 제작된 글래스 블록(glass block)이다.
피검광과 참조광은 빔 스플리터(101)에 의해 결합되어, 간섭광을 형성한다.형성된 간섭광은, 결상 렌즈(45)를 통해 검출기(80)에 의해 검출된다. 검출기(80)로 검출된 간섭 신호는, 컴퓨터(90)에 보내진다. 검출기(80)는, 피검물(60)의 위치와, 결상 렌즈(45)에 관해서 공역한 위치에 배치되어 있다.
본 예시적인 실시예에 있어서의 피검물(60)의 굴절률 분포의 산출 방법을 이하에 설명한다. 본 예시적인 실시예는, 우선, 피검물(60)을 제1 기준 렌즈(120)와 제2 기준 렌즈(125) 사이에 매질(71)을 통해서 삽입해서 피검 유닛(200)을 구성하고, 피검 유닛(200)을 피검광의 광로 위에 배치한다. 컴퓨터(90)는 모노크로메이터(20)의 파장 제어와, 미러(105)의 구동 기구를 사용한 위상 쉬프트법에 따라, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차 φ(λ1), 제1 파면 수차 W(λ1, x, y), 제2 파장에 있어서의 제2 위상차 φ(λ2), 및 제2 파면 수차 W(λ2, x, y)을 측정한다. 본 예시적인 실시예에서는, 파면 수차 W(λ, x, y)와 위상차 φ(λ)를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는 피검물(60)의 중심의 위상차가 아니라, 그것의 좌표(a, b)에 있어서의 위상차를 측정한다. 파장 λ에 있어서의 위상차 φ(λ)와 파면 수차 W(λ, x, y)는, 다음의 수식(28)으로 나타낸다.
Figure pat00031
(28)
LA(x, y), LB(x, y), LC(x, y), 및 LD(x, y)은, 도 4c에 나타낸 광선에 따라 배치된 피검 유닛(200)의 구성요소 간의 각 기하학 거리를 나타낸다. 도 4c는, 각 면에 있어서의 굴절에 의한 광선의 편향을 무시해서 그려져 있다. L(x, y)은 피검물(60)의 두께, LA(x, y)은 제1 기준 렌즈(120)의 두께, LD(x, y)은 제2 기준 렌즈(125)의 두께를 나타낸다.
두께 LA(x, y), L(x, y), 및 LD(x, y)은, 별도의 면 형상 계측방법에 의해 계측되어 있는 것으로 가정하고 여기에서는 공지의 양으로서 정의되어 있다. 거리 LB(x, y)와 LC(x, y)은, 피검물(60)의 제1 면과 제1 기준 렌즈(120)의 제2 면 사이, 및 피검물(60)의 제2 면과 제2 기준 렌즈(125)의 제1 면 사이의 각각의 면 형상이 조금 다른 것에 의해 발생하는 간극이다. 두께 LA(x, y), L(x, y), 및 LD(x, y)이 공지되어 있기 때문에, 거리 LB(x, y) 및 LC(x, y)도 공지되어 있다. L+δL은, 보상판(130)의 두께이며, 공지되어 있다. 본 예시적인 실시예에서는, 다음의 수식(29)으로 나타낸 것과 같이, 거리 LA(x, y), LB(x, y), L(x, y), LC(x, y), 및 LD(x, y)의 합은, 피검 유닛(200)의 두께와 같다. 피검 유닛(200)의 두께는 공지되어 있다.
Figure pat00032
(29)
n0(λ)은, 제1 기준 렌즈(120), 제2 기준 렌즈(125), 및 보상판(130)의 위상 굴절률이며, 공지되어 있다. 본 예시적인 실시예에서는, 제1 기준 렌즈(120), 제2 기준 렌즈(125), 및 보상판(130)은 동일한 위상 굴절률을 갖는 것으로 가정하고, 또 굴절률 분포가 균일한 것으로 가정한다. nmedium(λ)은, 매질(71)의 위상 굴절률을 나타낸다. 컴퓨터(90)는 (도면에 나타내지 않은) 온도계를 사용해서 매질(71)의 온도를 측정하고, 측정한 온도에 의거하여 매질(71)의 위상 굴절률 nmedium(λ)을 산출한다. Δ0은, 제1 기준 렌즈(120), 피검물(60), 제2 기준 렌즈(125), 및 보상판(130)이, 참조광 광로 또는 피검광 광로 위에 배치되지 있지 않을 때의, 참조광과 피검광 간의 광로 길이의 차를 나타낸다.
만약에 수식(28)의 정수 m(λ)이 특정되면, 위상차 φ(λ)로부터 위상 굴절률 nsample(λ, a, b)이 산출된다. 그리고, 위상 굴절률 nsample(λ, a, b), 파면 수차 W(λ, x, y), 및 수식(29)에 의거해서, 굴절률 분포 GI(λ, x, y)가 다음이 수식(30)과 같이 산출된다.
Figure pat00033
(30)
그러나, 피검물(60)의 위상 굴절률은, 몰딩에 의한 제조시에 크게 변화하기 때문에, 정수 m(λ)의 특정은 어렵다. 바꿔 말하면, 피검물(60)의 위상 굴절률을 비파괴적으로 계측하는 것은 어렵다. 만약에 정수 m(λ)을 δm만큼 잘못 지정했을 경우, 수식(30)으로부터 취득한 굴절률 분포 GI(λ, x, y)은 δm/L(x, y)의 오차를 포함한다.
본 예시적인 실시예에서는, 컴퓨터(90)는, 제1 예시적인 실시예와 마찬가지로, 정수 m(λ)를 특정하는 대신에, 제1 파장 λ1에 있어서의 정수 m(λ1)과 제2 파장 λ2에 있어서의 정수 m(λ2)과의 차분 m(λ2)- m(λ1)을 특정한다. 차분 m(λ2)- m(λ1)을 특정하는 것은 쉽기 때문에, 굴절률 분포 GI(λ, x, y)에 δm/L(x, y)의 오차를 혼합하는 것을 방지할 수 있다.
컴퓨터(90)는 다음의 수식(31)으로 나타낸 것처럼 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)과 파면 수차 차분량 W(λ2, x, y)- W(λ1, x, y)을 산출한다. 또한, 컴퓨터(90)는 다음의 수식(32)으로 나타낸 것처럼 위상차 차분량 φ(λ2)-φ(λ1)로부터 물리량 F(λ1, λ2)을 산출한다.
Figure pat00034
(31)
Figure pat00035
(32)
그리고, 컴퓨터(90)는 다음의 수식(33)을 충족시키는 것 같이 제1 파장 λ1에 있어서의 피검물(60)의 위상 굴절률 nsample(λ1, a, b)+δn(λ1)과, 제2 파장 λ2에 있어서의 피검물(60)의 위상 굴절률 nsample(λ2, a, b)+δn(λ2)을 결정한다.
Figure pat00036
(33)
최종적으로, 컴퓨터(90)는 수식(17), 수식(31), 수식(32), 및 수식(33)을 사용하여, 다음의 수식(34)과 같이, 피검물(60)의 굴절률 분포 GI(λ1, x, y)을 산출한다.
Figure pat00037
(34)
본 예시적인 실시예에서는, 피검물(60)의 형상 L(x, y)이 공지되어 있다는 것을 전제로 하고 있다. 피검물(60)의 형상 L(x, y)이 공지되어 있지 않은 경우에도, 제1 기준 렌즈(120)와 피검물(60) 사이, 피검물(6)과 제2 기준 렌즈(125) 사이의 간극인 거리 LB(x, y), LC(x, y)이, 피검물(60)의 두께에 대하여 무시할 수 있는 정도로 작으면, 수식(34)의 우변 제3항을 제로라고 간주할 수 있다. 즉, 다음의 근사식(35)이 성립된다. 그 때문에, 피검물(60)의 형상 오차의 영향을 무시할 수 있다. 피검물(60)의 형상 L(x, y)이 공지되어 있지 않을 경우의 굴절률 분포 GI(λ1,x, y)의 산출식은, 다음의 수식(36)으로 나타낸다.
Figure pat00038
(35)
Figure pat00039
(36)
혹은, 제1 예시적인 실시예와 마찬가지로 2종류의 매질을 사용하면, 형상 오차 δL(x, y)을 제거할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서는, 제1 예시적인 실시예와 같이 2종류의 매질 중에 피검물(60)을 담그는 것이 아니라, 제1 기준 렌즈(120)와 피검물(60) 사이, 피검물(60)과 제2 기준 렌즈(125) 사이에 도포되는 매질(71)로서 2종류의 매질만 준비하면 된다. 그리고, 2종류의 매질에 대해서 상술한 계측을 행하면, 제1 예시적인 실시예와 마찬가지로 형상 성분을 제거할 수 있다.
제1 예시적인 실시예 또는 제2 예시적인 실시예에서 설명한 계측장치 또는 계측방법에 의해 취득된 굴절률 분포의 계측 결과 및 굴절률의 계측 결과를, 렌즈 등의 광학 소자의 제조방법으로 피드백하는 것도 가능하다.
도 6은, 몰딩으로 광학소자의 제조 공정의 예를 나타낸다.
광학소자는, 광학소자의 설계 공정(S600), 몰드의 설계 공정(S602), 및 상기 몰드를 이용하는 광학소자의 몰딩 공정(S604)에 의해 제조된다. 그 후에, 몰딩된 광학소자의 형상 정밀도가 평가된다(S606). 형상 정밀도가 부족한 경우에는(S606에서 NG), 몰드를 보정해서(S607) 다시 몰딩을 행한다. 형상 정밀도가 양호하면(S606에서 OK), 상기 광학소자의 광학 성능이 평가된다(S608). 그러한 광학성능의 평가공정에 상술한 예시적인 실시예에 따른 굴절률 분포 계측방법이나 굴절률 분포 계측방법을 통합시킴으로써(S608에서 OK), 몰딩으로 광학소자를 정밀도 양산할 수 있다(S610).
또한, 광학성능이 낮다고 평가된 경우에는(S608에서 NG), 광학면을 보정한 광학소자를 다시 설계한다(S609).
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 피검물에 입사해서 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시킴으로써, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하는 위상차 측정단계와,
    상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 파면 수차 측정단계와,
    상기 위상차와 상기 파면 수차에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 산출단계를 포함하는 굴절률 분포 계측방법으로서,
    상기 위상차 측정단계는, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하는 것을 포함하고,
    상기 파면 수차 측정단계는, 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와, 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하는 것을 포함하며,
    상기 산출단계는, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파면 수차 측정단계는, 상기 제1 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 특정한 굴절률 분포를 갖는 기준 피검물의 상기 제1 파장에 있어서의 투과 파면 간의 차분으로서 제1 파면 수차를 산출하고, 상기 제2 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 상기 기준 피검물의 상기 제2 파장에 있어서의 투과 파면 간의 차분으로서 제2 파면 수차를 산출하는 것을 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상차 측정단계는, 제1 굴절률을 갖는 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치하여 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고, 상기 제1 굴절률과는 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치하여 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하는 것을 더 포함하고,
    상기 파면 수차 측정단계는, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치하여 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치하여 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하는 것을 더 포함하며,
    상기 산출단계는, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제1 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제2 위상차 차분량을 산출하며, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제1 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제2 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 제1 위상차 차분량, 상기 제2 위상차 차분량, 상기 제1 파면 수차 차분량, 및 상기 제2 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 형상 성분을 제거해서 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산출단계는, 상기 피검물의 공지의 형상, 상기 위상차 차분량, 및 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    특정한 파장에 있어서 상기 피검물의 군 굴절률과 같은 군 굴절률을 갖는 매질을 상기 참조광과 상기 피검광의 광로 위에 배치해서 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차의 파장 의존성을 측정하고, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차의 파장 의존성에 의거하여 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차가 서로 같아지도록 상기 제1 파장과 상기 제2 파장을 산출하는 단계를 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    형상 및 굴절률이 공지된 제1 기준 렌즈와, 형상 및 굴절률이 공지된 제2 기준 렌즈를, 상기 제1 기준 렌즈와 상기 제2 기준 렌즈 사이에 상기 피검물을 삽입하도록 배치함으로써 피검 유닛을 구성하는 것을 더 포함하고,
    상기 위상차 측정단계는, 상기 참조광과, 상기 피검 유닛을 투과한 피검광을 서로 간섭시킴으로써 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하는 것을 더 포함하며,
    상기 파면 수차 측정단계는, 상기 피검 유닛을 투과한 피검광의 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하는 것을 더 포함하고,
    상기 산출단계는, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 제1 기준 렌즈의 형상 및 굴절률, 상기 제2 기준 렌즈의 형상 및 굴절률, 상기 위상차 차분량, 및 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상차 측정단계는, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 제1 굴절률을 갖는 제1 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 굴절률과는 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하는 것을 더 포함하고,
    상기 파면 수차 측정단계는, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하는 것을 더 포함하고,
    상기 산출단계는, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제1 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제2 위상차 차분량을 산출하며, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제1 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제2 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 제1 위상차 차분량, 상기 제2 위상차 차분량, 상기 제1 파면 수차 차분량, 및 상기 제2 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 형상 성분을 제거해서 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 것을 더 포함하는, 굴절률 분포 계측방법.
  8. 광학 소자를 몰딩하는 단계와,
    청구항 1 또는 2에 따른 굴절률 분포 계측방법을 사용해서 광학 소자의 굴절률 분포를 계측함으로써, 몰드된 광학 소자의 광학 성능을 평가하는 단계를 포함하는, 광학 소자의 제조방법.
  9. 광원과,
    상기 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 피검물에 입사해서 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시켜서, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하는 위상차 측정수단과,
    상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 파면 수차 측정수단과,
    상기 위상차와 상기 파면 수차에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 산출수단을 포함하는 굴절률 분포 계측장치로서,
    상기 위상차 측정수단은, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와, 상기 제1 파장과 다른 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와, 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며,
    상기 산출수단은, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 특정한 굴절률 분포를 갖는 기준 피검물의 상기 제1 파장에 있어서의 투과 파면을 측정함으로써, 상기 제1 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 상기 제1 파장에 있어서의 상기 기준 피검물의 투과 파면 간의 차분으로서 제1 파면 수차를 산출하고, 상기 제2 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 상기 제2 파장에 있어서의 상기 기준 피검물의 투과 파면을 측정함으로써, 상기 제2 파장에 있어서의 상기 피검물의 투과 파면과, 상기 제2 파장에 있어서의 상기 기준 피검물의 투과 파면 간의 차분으로서 제2 파면 수차를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 위상차 측정수단은, 제1 굴절률을 갖는 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고, 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하며,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며,
    상기 산출수단은, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제1 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제2 위상차 차분량을 산출하며, 상기 제1 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제1 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제2 매질 중에 상기 피검물을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제2 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제1 위상차 차분량, 상기 제2 위상차 차분량, 상기 제1 파면 수차 차분량, 및 상기 제2 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 형상 성분을 제거해서 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 산출수단은, 상기 피검물의 공지의 형상, 상기 위상차 차분량, 및 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    특정한 파장에 있어서 상기 피검물의 군 굴절률과 같은 군 굴절률을 갖는 매질을 상기 참조광과 상기 피검광의 광로 위에 배치해서 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차의 파장 의존성을 측정하고, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차의 파장 의존성에 의거하여 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차가 서로 같아지도록 상기 제1 파장과 상기 제2 파장을 산출하는 수단을 더 구비하는, 굴절률 분포 계측장치.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    형상 및 굴절률이 공지된 제1 기준 렌즈와, 형상 및 굴절률이 공지된 제2 기준 렌즈가, 상기 제1 기준 렌즈와 상기 제2 기준 렌즈 사이에 상기 피검물을 삽입하도록 배치된 피검 유닛을 더 구비하고,
    상기 위상차 측정수단은, 상기 참조광과, 상기 피검 유닛을 투과한 피검광을 서로 간섭시킴으로써 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 피검 유닛을 투과한 피검광의 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며,
    상기 산출수단은, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 제1 기준 렌즈의 형상 및 굴절률, 상기 제2 기준 렌즈의 형상 및 굴절률, 상기 위상차 차분량, 및 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 위상차 측정수단은, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 제1 굴절률을 갖는 제1 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 굴절률과 다른 제2 굴절률을 갖는 제2 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며,
    상기 산출수단은, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제1 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 제2 위상차 차분량을 산출하며, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제1 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제1 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제1 및 제2 기준 렌즈와 상기 피검물 사이에 상기 제2 매질을 배치해서 측정된 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 제2 파면 수차 차분량을 산출하고, 상기 제1 위상차 차분량, 상기 제2 위상차 차분량, 상기 제1 파면 수차 차분량, 및 상기 제2 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 형상 성분을 제거해서 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는, 굴절률 분포 계측장치.
  16. 광원과,
    상기 광원으로부터 방출된 빛을 참조광과 피검광으로 분할하고, 상기 참조광과, 피검물에 입사해서 상기 피검물을 투과한 상기 피검광을 간섭시켜서, 상기 참조광과 상기 피검광 간의 위상차를 측정하는 위상차 측정수단과,
    상기 피검광의 파면 수차를 측정하는 파면 수차 측정수단과,
    상기 위상차와 상기 파면 수차에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하는 산출수단을 구비하는, 굴절률 계측장치로서,
    상기 위상차 측정수단은, 제1 파장에 있어서의 제1 위상차와, 상기 제1 파장과 다른 제2 파장에 있어서의 제2 위상차를 측정하고,
    상기 파면 수차 측정수단은, 상기 제1 파장에 있어서의 제1 파면 수차와, 상기 제2 파장에 있어서의 제2 파면 수차를 측정하며,
    상기 산출수단은, 상기 제1 위상차와 상기 제2 위상차 간의 차분인 위상차 차분량을 산출하고, 상기 제1 파면 수차와 상기 제2 파면 수차 간의 차분인 파면 수차 차분량을 산출하며, 상기 위상차 차분량과 상기 파면 수차 차분량에 의거하여 상기 피검물의 굴절률 분포를 산출하고, 상기 피검물의 굴절률 분포와 상기 제1 파면 수차에 의거하여 제1 파장에 있어서의 상기 피검물의 위상 굴절률을 산출하는, 굴절률 계측장치.
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