(57)【要約】      （修正有）【課題】曲率半径の大きな凹状球面の曲率半径を、容易に測定する。【解決手段】曲率半径測定装置１は、被測定物２の凹状球面２ａで反射した光と参照光とを重ね合わせて干渉縞を形成させる干渉計１０と、射出される光（照明光）と凹状球面２ａが直交するように被測定物２を支持するとともに被測定物２を光軸方向に移動させることが可能な支持機構２０と、照明光の収束点ｆ近傍に配置され、通過孔３０ｂおよび通過孔３０ｂを有し、凹状球面２ａで反射した光を凹状球面２ａに向けて再び反射させる反射鏡３０と、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａにおいて少なくとも１回以上反射した反射光が凹状球面２ａもしくは反射平面３０ａにおいて同一光路を通って戻ってくるように被測定物２を光軸方向に移動させたときの被測定物２の移動量を測定する移動量測定器２５と、その移動量に基づいて凹状球面２ａの曲率半径を算出する演算・制御部４０とを備えて構成される。【選択図】図１
2010243289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定装置であって、
光源部から射出された光の一部を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、
前記参照光生成部を透過した光を収束させる収束光学系と、
前記収束光学系により収束して前記被測定球面の近軸曲率中心より前記被測定球面に近い位置に集光する照明光の光軸と前記被測定球面が直交するように前記被測定物を支持するとともに、その支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させることが可能な支持部と、
前記照明光の収束点近傍に配置され、前記照明光を前記被測定球面に入射させるための通過孔および前記通過孔を通って前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面で反射した光を前記被測定球面に向けて再び反射させる反射面を有してなる反射鏡と、
前記被測定球面および前記反射面において少なくとも１回以上反射して前記被測定球面もしくは前記反射面において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とを重ね合わせて得られる干渉縞を撮像する撮像部と、
前記撮像部において前記干渉縞が撮像される状態から前記支持部により前記被測定物を移動させて前記撮像部において再び前記干渉縞が撮像されるときの前記被測定物の移動量を測定し、その移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する曲率半径算出部とを備えて構成されることを特徴とする曲率半径測定装置。
【請求項２】
被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定装置であって、
光源部から出射された光を２つの光路に分割する分割光学系と、
前記分割光学系により分割した一方の光を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、
前記分割光学系により分割した他方の光を収束させる収束光学系と、
前記収束光学系により収束して前記被測定球面の近軸曲率中心より前記被測定球面に近い位置に集光する照明光の光軸と前記被測定球面が直交するように前記被測定物を支持するとともに、その支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させることが可能な支持部と、
前記照明光の収束点近傍に配置され、前記照明光を前記被測定球面に入射させるための通過孔および前記通過孔を通って前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面で反射した光を前記被測定球面に向けて再び反射させる反射面を有してなる反射鏡と、
前記被測定球面および前記反射面において少なくとも１回以上反射して前記被測定球面もしくは前記反射面において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とを重ね合わせて得られる干渉縞を撮像する撮像部と、
前記撮像部において前記干渉縞が撮像される状態から前記支持部により前記被測定物を移動させて前記撮像部において再び前記干渉縞が撮像されるときの前記被測定物の移動量を測定し、その移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する曲率半径算出部とを備えて構成されることを特徴とする曲率半径測定装置。
【請求項３】
前記参照光生成部は、
前記分割光学系により分割した一方の光を収束させる参照光用収束光学系と、
前記被測定球面と同様の参照球面を有し、前記参照光用収束光学系により収束して発散する参照光用照明光と前記参照球面が直交するように配置された参照光生成物と、
前記参照光用照明光の収束点近傍に配置され、前記参照光用照明光を前記参照球面に入射させるための参照光用通過孔および前記参照球面で反射した光を前記参照球面に向けて再び反射させる参照光用反射面を有してなる参照光用反射鏡とを備え、
前記参照光用通過孔を通って前記参照球面に照射された前記参照光用照明光を前記参照球面および前記参照光用反射面において少なくとも１回以上、前記被検光の前記被測定球面と被検光路にある前記反射鏡の間の反射回数と同じになるように反射させて前記参照球面もしくは前記参照光用反射面において同一光路を通って戻ってくる前記参照光を生成することを特徴とする請求項２に記載の曲率半径測定装置。
【請求項４】
被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定方法であって、
光源部から射出された射出光を収束させて照明光を生成し、前記照明光の収束点近傍に前記被測定球面と対向して配置された反射鏡の通過孔を介して前記照明光の光軸が前記被測定球面に直交するように前記照明光を前記被測定球面に照射する照射ステップと、
前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面および前記反射鏡において少なくとも１回以上反射した反射光が前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくるように前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させる移動ステップと、
前記被測定物をさらに前記照明光の光軸方向に移動させて前記反射光が再び前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくるときの前記被測定物の移動量を測定する移動量測定ステップと、
前記被測定物の移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする曲率半径測定方法。
【請求項５】
光源部から射出された射出光の一部を反射させて参照光を生成する参照光生成ステップを備え、
前記照射ステップでは、前記射出光の残りを収束させて前記照明光を生成し、
前記移動ステップでは、前記反射光が前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とが重なり合って干渉縞が生じるように前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させ、
前記移動量測定ステップでは、前記被測定物をさらに前記照明光の光軸方向に移動させて再び前記干渉縞が生じるときの前記被測定物の移動量を測定することを特徴とする請求項４に記載の曲率半径測定方法。
【請求項６】
光源部から射出された射出光を２つの光路に分割し、一方の射出光を反射させて参照光を生成する参照光生成ステップを備え、
前記照射ステップでは、他方の射出光を収束させて前記照明光を生成し、
前記移動ステップでは、前記反射光が前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とが重なり合って干渉縞が生じるように前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させ、
前記移動量測定ステップでは、前記被測定物をさらに前記照明光の光軸方向に移動させて再び前記干渉縞が生じるときの前記被測定物の移動量を測定することを特徴とする請求項４に記載の曲率半径測定方法。
【請求項７】
前記参照光生成ステップでは、前記一方の射出光を収束させて参照光用照明光を生成し、前記被測定球面と同様の参照球面を有する参照光生成物に対して、前記参照光用照明光の収束点近傍に前記参照球面と対向して配置された参照光用反射鏡の通過孔を通って照射された前記参照光用照明光を、前記参照球面および前記参照光用反射鏡において少なくとも１回以上、前記被検光の前記被測定球面と被検光路にある前記反射鏡の間の反射回数と同じになるように反射させて、前記参照球面もしくは前記参照光用反射鏡において同一光路を通って戻ってくる前記参照光を生成することを特徴とする請求項６に記載の曲率半径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹状球面の曲率半径を測定する曲率半径測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凹状の被検球面の曲率半径を測定する方法として、曲率半径が既知である基準球面からの反射光と被検球面からの反射光とを干渉させてその干渉縞を観測し、基準球面の曲率半径に対する差から被検球面の曲率半径を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、更に高精度な測定方法として、フィゾー干渉計等を用いて被検球面の曲率中心と頂点の間隔を測定する方法が知られている。この測定方法について図６を用いて説明する。図示の測定装置は、部分反射面２０１ａを有した平行平板ガラスからなる部分反射板２０１、部分反射板２０１を透過した光を収束させる収束レンズ２０２を備え、被検物５における凹状の被検球面５ａの曲率半径を測定する装置である。
【０００３】
この装置において、不図示の光源から射出された平行光は、部分反射板２０１の部分反射面２０１ａに入射し、部分反射面２０１ａで反射する光（参照光）と部分反射面２０１ａを透過して収束レンズ２０２によって収束される光（照明光）とに分割される。被検物５は、被検球面５ａが照明光の光軸に対して垂直となるように配置され、これにより被検球面５ａの曲率中心ｃは照明光の光軸上に位置する。照明光は一旦収束した後に発散して被検球面５ａに入射し、被検球面５ａで反射して収束レンズ２０２および部分反射板２０１を透過した光（被検光）は部分反射面２０１ａで反射した参照光と干渉する。
【０００４】
この状態で被検物５を照明光の光軸方向に移動させると、不図示の撮像装置において被検光と参照光とが干渉して形成される干渉縞の様態が変化する。例えば、被検球面５ａの曲率中心ｃが収束レンズ２０２の焦点ｆと合致する場合（図６（ｂ）を参照）、および被検球面５ａの頂点ｖが収束レンズ２０２の焦点ｆと合致する場合（図６（ｃ）を参照）には、被検球面５ａで反射する光が入射光（照明光）と同じ光路を逆に進むため、上記以外の場合よりも干渉縞の本数が少なくなる。このことを利用して被検物５を、被検球面５ａの曲率中心ｃが収束レンズ２０２の焦点ｆに合致する位置と、被検球面５ａの頂点ｖが収束レンズ２０２の焦点ｆに合致する位置とにそれぞれ移動させて、その移動量を測定することにより、被検球面５ａの曲率中心ｃと頂点ｖの間隔すなわち被検球面５ａの曲率半径を精度良く測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５‐３４０７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の被検球面（凹状球面）の曲率中心と頂点の間隔を測定する方法では、被検物を被検球面の曲率半径と同じ長さ移動させる必要があるため、曲率半径の大きな被検球面の曲率半径を測定する場合に、測定装置が大型化するとともに測定精度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みたものであり、曲率半径の大きな凹状球面の曲率半径を精度良く、容易に測定することができる曲率半径測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、第１の本発明は、被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定装置であって、光源部から射出された光の一部を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、前記参照光生成部を透過した光を収束させる収束光学系と、前記収束光学系により収束して前記被測定球面の近軸曲率中心より前記被測定球面に近い位置に集光する照明光の光軸と前記被測定球面が直交するように前記被測定物を支持するとともに、その支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させることが可能な支持部と、前記照明光の収束点近傍に配置され、前記照明光を前記被測定球面に入射させるための通過孔および前記通過孔を通って前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面で反射した光を前記被測定球面に向けて再び反射させる反射面を有してなる反射鏡と、前記被測定球面および前記反射面において少なくとも１回以上反射して前記被測定球面もしくは前記反射面において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とを重ね合わせて得られる干渉縞を撮像する撮像部と、前記撮像部において前記干渉縞が撮像される状態から前記支持部により前記被測定物を移動させて前記撮像部において再び前記干渉縞が撮像されるときの前記被測定物の移動量を測定し、その移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する曲率半径算出部とを備えて構成される。
【０００９】
また、上記のような目的を達成するため、第２の本発明は、被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定装置であって、光源部から出射された光を２つの光路に分割する分割光学系と、前記分割光学系により分割した一方の光を反射させて参照光を生成する参照光生成部と、前記分割光学系により分割した他方の光を収束させる収束光学系と、前記収束光学系により収束して前記被測定球面の近軸曲率中心より前記被測定球面に近い位置に集光する照明光の光軸と前記被測定球面が直交するように前記被測定物を支持するとともに、その支持状態を保ちつつ前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させることが可能な支持部と、前記照明光の収束点近傍に配置され、前記照明光を前記被測定球面に入射させるための通過孔および前記通過孔を通って前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面で反射した光を前記被測定球面に向けて再び反射させる反射面を有してなる反射鏡と、前記被測定球面および前記反射面において少なくとも１回以上反射して前記被測定球面もしくは前記反射面において同一光路を通って戻ってくる被検光と前記参照光とを重ね合わせて得られる干渉縞を撮像する撮像部と、前記撮像部において前記干渉縞が撮像される状態から前記支持部により前記被測定物を移動させて前記撮像部において再び前記干渉縞が撮像されるときの前記被測定物の移動量を測定し、その移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する曲率半径算出部とを備えて構成される。
【００１０】
また、上記のような目的を達成するため、第３の本発明は、被測定物における凹状の被測定球面の曲率半径を測定する曲率半径測定方法であって、光源部から射出された射出光を収束させて照明光を生成し、前記照明光の収束点近傍に前記被測定球面と対向して配置された反射鏡の通過孔を介して前記照明光の光軸が前記被測定球面に直交するように前記照明光を前記被測定球面に照射する照射ステップと、前記被測定球面に照射された前記照明光のうち前記被測定球面および前記反射鏡において少なくとも１回以上反射した反射光が前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくるように前記被測定物を前記照明光の光軸方向に移動させる移動ステップと、前記被測定物をさらに前記照明光の光軸方向に移動させて前記反射光が再び前記被測定球面もしくは前記反射鏡において同一光路を通って戻ってくるときの前記被測定物の移動量を測定する移動量測定ステップと、前記被測定物の移動量に基づいて前記被測定球面の曲率半径を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、曲率半径の大きな凹状球面の曲率半径を精度良く、容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る曲率半径測定装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は被検物を所定の位置から距離ｄ１移動させたときの被検物の凹状球面と反射鏡の反射平面の間で反射する光の様子を示す説明図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は被検物を所定の位置から距離ｄ２移動させたときの被検物の凹状球面と反射鏡の反射平面の間で反射する光の様子を示す説明図である。
【図４】上記曲率半径測定装置を用いて被検物の凹状球面の曲率半径を測定する測定手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る曲率半径測定装置の構成を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の曲率半径の測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の第１実施形態に係る曲率半径測定装置１の構成を図１に示しており、まずこの図面を参照して曲率半径測定装置１の基本構成を説明する。
【００１４】
曲率半径測定装置１は、被測定物２の凹状球面２ａの曲率半径を測定するための装置であり、凹状球面２ａで反射した光と参照光とを重ね合わせて干渉縞を形成させるフィゾー型の干渉計本体１０と、干渉計本体１０から射出される光（照明光）が凹状球面２ａに入射するように被測定物２を支持するとともに被測定物２を照明光の光軸方向に移動させることが可能な支持機構２０と、支持機構２０による被測定物２の移動量を測定する移動量測定器２５と、支持機構２０に支持された被測定物２と干渉計本体１０との間に配置される反射鏡３０と、干渉計本体１０および支持機構２０の駆動制御ならびに凹状球面２ａの曲率半径の算出を行う演算・制御部４０とを備えて構成される。
【００１５】
干渉計本体１０は、レーザ光を射出する光源１１と、光源１１から射出された光の径を拡大するビームエキスパンダ１２と、ビームエキスパンダ１２によって拡大された平行光に対して傾けて配置されたハーフミラー１３と、部分反射面１４ａを有した平行平板ガラスからなり、ハーフミラー１３を透過した平行光を反射と透過によって二つの光に分割する部分反射板１４と、部分反射板１４を透過した平行光（照明光）を収束させる収束レンズ１５と、部分反射板１４で反射した平行光（参照光）がハーフミラー１３で反射した後に結像レンズ１６を介して入射する位置に配置された撮像装置１７とから構成される。
【００１６】
光源１１から射出した光は、ビームエキスパンダ１２によって適切なサイズの径の平行光に変換されてハーフミラー１３に入射し、そのうちのハーフミラー１３を透過した光が部分反射板１４に入射する。部分反射板１４に入射した平行光は、一部が部分反射面１４ａ（ハーフミラー１３と対向する面の裏面）で反射し、他の一部が部分反射面１４ａを透過する。部分反射面１４ａで反射した平行光（参照光）は、光路を折り返して（同一光路を戻って）ハーフミラー１３に入射し、そのうちのハーフミラー１３で反射した光が結像レンズ１６を介して撮像装置１７に入射する。一方、部分反射面１４ａを透過した平行光（照明光）は、収束レンズ１５により一旦収束して後述する反射鏡３０の通過孔３０ｂを通過した後に発散して被測定物２の凹状球面２ａに入射する。
【００１７】
支持機構２０は、凹状球面２ａが干渉計本体１０から射出される照明光の光軸に対して垂直となり（すなわち凹状球面２ａの曲率中心が照明光の光軸上に位置し）、且つ照明光の収束点ｆ（収束レンズ１５の焦点ｆ）が凹状球面２ａの頂点（照明光の光軸と交わる点）と曲率中心の間に位置するように被測定物２を支持するとともに、この支持状態を保ちつつ被測定物２を照明光の光軸方向（以下、単に光軸方向と称する）に移動させることが可能なように構成されている。
【００１８】
移動量測定器２５は、支持機構２０により被測定物２が光軸方向に移動したときの被測定物２（凹状球面２ａ）の移動量を測定することが可能なように構成され（例えば、非接触式（光学式や超音波式）の測長器から構成され）、測定した被測定物２の移動量を演算・制御部４０に出力する。なお、移動量測定器２５は、被測定物２を測定対象として直接測定する構成の他に、支持機構２０を測定対象として被測定物２の移動量を測定するように構成してもよい。
【００１９】
反射鏡３０は、被測定物２の凹状球面２ａと略同一面積の反射平面３０ａを有した平面鏡であり、反射平面３０ａの略中心に通過孔３０ｂが貫通形成されている。反射鏡３０は、干渉計本体１０から射出される照明光の収束点ｆ（収束レンズ１５の焦点ｆ）の近傍であって、反射平面３０ａが支持機構２０に支持された被測定物２の凹状球面２ａに対向し且つ照明光の光軸に対して垂直となり、さらに照明光が通過孔３０ｂを通って凹状球面２ａに入射するように配置される。
【００２０】
なお、通過孔３０ｂの径は、凹状球面２ａの頂点（照明光の光軸と交わる点）近傍で反射した光が反射平面３０ａに入射することなく通過孔３０ｂを通過し、且つ、凹状球面２ａの頂点近傍以外で反射した光が後述するように反射平面３０ａおよび凹状球面２ａで反射した後に通過孔３０ｂを通過することができるように設定される（例えば、凹状球面２ａの曲率半径が約２０００〔ｍｍ〕であり、反射平面３０ａと凹状球面２ａの間隔が約２００〔ｍｍ〕である場合に、通過孔３０ｂの径は約１〔ｍｍ〕くらいが好ましい）。
【００２１】
以上のように支持機構２０により被測定物２を支持し、反射鏡３０を配置すると、通過孔３０ｂを通って凹状球面２ａに入射した照明光のうち凹状球面２ａで反射した光は、反射平面３０ａに入射する（ただし、上述したように凹状球面２ａの頂点近傍で反射した光は同一光路を戻って反射平面３０ａに入射することなく通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する）。凹状球面２ａで反射する光の反射角度は、凹状球面２ａと反射平面３０ａの間隔（すなわち凹状球面２ａへの照明光の入射位置）および凹状球面２ａの曲率半径によって決まる。そのため、例えば、被測定物２が光軸方向の所定位置に位置すると、凹状球面２ａで反射した光は、照明光の光軸と平行になり、反射平面３０ａに垂直に入射する。この光は、反射平面３０ａで反射して同一光路を凹状球面２ａに向かって戻り、凹状球面２ａで反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。
【００２２】
そして、被測定物２が上記所定位置よりも反射鏡３０に近づくと、凹状球面２ａで反射する光は、照明光の光軸から離れる方向に反射し、反射平面３０ａに入射角を有して入射する。この光は、反射平面３０ａで反射して凹状球面２ａにおける先の反射位置（照明光の入射位置）よりも頂点から離れた位置に入射する。ここで、図２（ｂ）に示すように、被測定物２の光軸方向の位置を調整すると、反射平面３０ａで反射した光が凹状球面２ａに垂直に入射する状態となる。この光は、凹状球面２ａで反射して同一光路を反射平面３０ａに向かって戻り、反射平面３０ａ、凹状球面２ａの順で反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示す状態から被測定物２を反射鏡３０に近づく方向に所定距離ｄ１移動させると、図２（ａ）に示すように、２回目の凹状球面２ａで反射した光が、照明光の光軸と平行になり、反射平面３０ａに垂直に入射する。この光は、反射平面３０ａで反射して同一光路を凹状球面２ａに向かって戻り、凹状球面２ａ、反射平面３０ａ、凹状球面２ａの順で反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。
【００２４】
また、図２（ａ）（図３（ａ））に示す状態から被測定物２を反射鏡３０に近づく方向に所定距離ｄ２移動させると、図３（ｂ）に示すように、２回目の反射平面３０ａで反射した光が、凹状球面２ａにおける２回目の反射位置よりも頂点から離れた位置に垂直に入射する。その光は、凹状球面２ａで反射して同一光路を反射平面３０ａに向かって戻り、反射平面３０ａ、凹状球面２ａ、反射平面３０ａ、凹状球面２ａの順で反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。
【００２５】
なお、被測定物２を反射鏡３０に近づく方向にさらに移動させると、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａで複数回反射した光が、凹状球面２ａもしくは反射平面３０ａに垂直に入射し、その凹状球面２ａもしくは反射平面３０ａで反射して同一光路を戻り、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａを交互に反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する状態となる被測定物２の所定位置が複数存在する。
【００２６】
このようにして収束レンズ１５に入射した光（被検光）は、収束レンズ１５によって発散光から平行光に変換されて部分反射板１４に入射し、そのうちの部分反射板１４を透過した光が、上記参照光と同様に、ハーフミラー１３および結像レンズ１６を介して撮像装置１７に入射する。したがって、撮像装置１７の撮像面１７ａには、部分反射面１４ａで反射した参照光と凹状球面２ａおよび反射平面３０ａで反射した被検光とが重なり合って干渉縞が形成される。
【００２７】
演算・制御部４０は、干渉計本体１０の光源１１および撮像装置１７を駆動して取得した干渉縞の画像データ（輝度分布データ）に基づいて支持機構２０を駆動して被測定物２を光軸方向に移動させる駆動制御部と、駆動制御部によって被測定物２を光軸方向に移動させたときの被測定物２（凹状球面２ａ）の移動量に基づいて凹状球面２ａの曲率半径を算出する曲率半径演算部とから構成される。
【００２８】
次に、上記のように構成された曲率半径測定装置１を用いて被測定物２の凹状球面２ａの曲率半径を測定する測定手順について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
この測定では、まず、光源１１を駆動して被測定物２の凹状球面２ａに照明光を照射する（ステップＳ４１）。光源１１から射出した光は、上述したようにビームエキスパンダ１２およびハーフミラー１３を介して部分反射板１４に入射し、そのうちの部分反射面１４ａを透過した光（照明光）が収束レンズ１５により一旦収束して反射鏡３０の通過孔３０ｂを通過した後に発散して凹状球面２ａに入射する。凹状球面２ａに入射した照明光のうち凹状球面２ａで反射した光は、凹状球面２ａと反射平面３０ａの間隔（すなわち凹状球面２ａへの入射位置）および凹状球面２ａの曲率半径に応じて、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａにおいて少なくとも１回以上反射する。
【００３０】
凹状球面２ａに照明光を照射すると、撮像装置１７において干渉縞が形成されるように支持機構２０を駆動して被測定物２を光軸方向に移動させる（ステップＳ４２）。被測定物２（凹状球面２ａ）を光軸方向の所定位置に移動させると、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａにおいて少なくとも１回以上反射した光が、凹状球面２ａもしくは反射平面３０ａに垂直に入射し、その凹状球面２ａもしくは反射平面３０ａで反射して同一光路を戻り、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａを交互に反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。例えば、図２（ａ）に示す被測定物２では、凹状球面２ａで２回目に反射した光が、照明光の光軸に平行となって反射平面３０ａに垂直に入射し、その反射平面３０ａで反射して同一光路を凹状球面２ａに向かって戻り、凹状球面２ａ、反射平面３０ａ、凹状球面２ａの順で反射した後に通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する。このようにして収束レンズ１５に入射した光（被検光）は、上述したように部分反射面１４ａで反射した参照光と重ね合わさって撮像装置１７の撮像面１７ａに干渉縞を形成する。また、移動量測定器２５は、このときの被測定物２の位置を測定して記憶する。
【００３１】
なお、このとき干渉縞は、被測定物２が上記所定位置を含む光軸方向の微小範囲内に位置するときに、撮像面１７ａに形成される。上記所定位置はその範囲内において最も干渉縞の本数が少なくなる位置であり、被測定物２は、干渉縞を観察しながら干渉縞の本数が最も少なくなるように位置調整され、上記所定位置に移動される。
【００３２】
続いて、支持機構２０を駆動して被測定物２を再び光軸方向に移動させる（ステップＳ４３）。ステップＳ４３において被測定物２は、上記ステップＳ４２での位置と異なり、且つ撮像装置１７において干渉縞が形成され、さらに干渉縞が形成される範囲内において干渉縞の本数が最も少なくなるように、光軸方向に移動される。例えば、上記ステップＳ４２における被測定物２では、図２（ａ）に示すように、凹状球面２ａに入射する照明光が反射平面３０ａでの２回目の反射時に光路を折り返し通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する場合に、ステップＳ４３では、図２（ｂ）に示すように、凹状球面２ａに入射する照明光が凹状球面２ａでの２回目の反射時に光路を折り返し通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射するように、被測定物２を反射鏡３０から遠ざける方向に移動させる。
【００３３】
なお、ステップＳ４３において被測定物２を反射鏡３０に近づける方向に移動させてもよい。例えば、上記ステップＳ４２において、図３（ａ）に示すように、凹状球面２ａに入射する照明光が反射平面３０ａでの２回目の反射時に光路を折り返し通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射する場合に、ステップＳ４３では、図３（ｂ）に示すように、凹状球面２ａに入射する照明光が凹状球面２ａでの３回目の反射時に光路を折り返し通過孔３０ｂを通って収束レンズ１５に入射するように、被測定物２を反射鏡３０に近づける方向に移動させてもよい。しかしながら、この場合には、凹状球面２ａでの反射回数が増えるため、凹状球面２ａの反射率が十分でないと干渉縞のコントラスト（鮮明度）が低くなる虞がある。そのため、ステップＳ４３では被測定物２を反射鏡３０から遠ざける方向に移動させる方が好ましい。
【００３４】
次に、上記ステップＳ４３における被測定物２の移動量を移動量測定器２５により測定する（ステップＳ４４）。移動量測定器２５は、上記ステップＳ４２において測定（記憶）した被測定物２の位置、すなわち凹状球面２ａに入射する照明光が凹状球面２ａおよび反射平面３０ａでｎ（ｎは１以上の整数）回反射して同一光路を戻り撮像装置１７において干渉縞を形成するときの被測定物２の位置と、ステップＳ４３において照明光が凹状球面２ａおよび反射平面３０ａでｎ±ａ（ａは１以上の整数）回反射して同一光路を戻り撮像装置１７において干渉縞を形成するときの被測定物２の位置とを比較して被測定物２の移動量を測定する。
【００３５】
被測定物２の移動量が測定されると、その移動量に基づいて凹状球面２ａの曲率半径を算出する（ステップＳ４５）。演算・制御部４０は、測定した被測定物２の移動量から、公知の光学設計ソフト（例えば、ＣｏｄｅＶ等）を用いて計算することにより、凹状球面２ａの曲率半径を算出する。なお、要求精度が低い場合には、測定した被測定物２の移動量から近軸計算により凹状球面２ａの曲率半径を算出してもよい。また、ステップＳ４２およびステップＳ４３において取得した干渉縞の画像データから位相分布のPower成分（等位相面)を検出し、これを用いて曲率半径を補正してもよい。
【００３６】
以上のような第１実施形態によれば、凹状球面２ａに入射する照明光を凹状球面２ａおよび反射平面３０ａにおいて少なくとも１回以上反射させるため、図６に示す従来の測定方法のように被測定物２を測定対象の曲率半径と同じ長さ（距離）移動させる必要がなく、被測定物２の移動距離（移動量）は測定対象の曲率半径よりも格段に短い。そのため、測定対象が曲率半径の大きな凹状球面であっても、測定装置を大型化させることがなく、凹状球面の曲率半径を精度良く、容易に測定することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態において、反射鏡３０は、反射平面３０ａを有する平面鏡から構成されているが、平面鏡でなくてもよく、例えば反射凹面を有する凹面鏡から構成してもよい。また、反射鏡３０を、凹状球面２ａでの反射により生じる収差の影響を相殺することが可能な反射面を有するように構成してもよい。また、上記実施形態において、反射鏡３０の反射平面３０ａは、凹状球面２ａと略同一面積に構成されているが、凹状球面２ａで反射した光が入射しその光を凹状球面２ａに向けて反射させることができる程度の面積を有して構成されればよい。なお、上記実施形態において、干渉計本体１０は、フィゾー型に構成されているが、トワイマン‐グリーン型など他の形態に構成されてもよい。その場合について以下に説明する。
【００３８】
図５には、第２実施形態に係る曲率半径測定装置１００の構成を示しており、この図面を参照して曲率半径測定装置１００について以下に説明する。なお、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
曲率半径測定装置１００は、凹状球面２ａと同様の形状（曲率半径）の参照球面１１４ａを有する参照光生成物１１４と、参照球面１１４ａで反射した光と凹状球面２ａで反射した光とを重ね合わせて干渉縞を形成させるトワイマン‐グリーン型の干渉計本体１１０と、干渉計本体１１０から射出される光が参照球面１１４ａに入射するように参照光生成物１１４を支持するとともに参照光生成物１１４を光軸方向に移動させることが可能な支持機構１２０と、支持機構１２０に支持された参照光生成物１１４と干渉計本体１１０との間に配置される参照光用反射鏡１３０と、支持機構２０と、移動量測定器２５と、反射鏡３０と、干渉計本体１１０および支持機構２０，１２０の駆動制御ならびに凹状球面２ａの曲率半径の算出を行う演算・制御部４０とを備えて構成される。
【００４０】
干渉計本体１１０は、光源１１と、ビームエキスパンダ１２と、ハーフミラー１３と、ハーフミラー１３を透過した平行光を収束させる収束レンズ１５と、ハーフミラー１３で反射した平行光を収束させる参照光用収束レンズ１１５と、収束レンズ１５により収束され後述するように凹状球面２ａで反射した光および参照光用集束レンズ１１５により収束され後述するように参照球面１１４ａで反射した光がハーフミラー１３および結像レンズ１６を介して入射する位置に配設された撮像装置１７とから構成される。
【００４１】
光源１１から射出した光は、ビームエキスパンダ１２によって適切なサイズの径の平行光に変換されてハーフミラー１３に入射する。ハーフミラー１３で反射した光は、参照光用収束レンズ１１５により一旦収束して後述する参照光用反射鏡１３０の通過孔１３０ｂを通過した後に発散して参照光生成物１１４の参照球面１１４ａに入射する。一方、ハーフミラー１３を透過した光は、収束レンズ１５により一旦収束して反射鏡３０の通過孔３０ｂを通過した後に発散して被測定物２の凹状球面２ａに入射する。
【００４２】
支持機構１２０は、参照球面１１４ａが参照光用収束レンズ１１５により収束された光の光軸に対して垂直となる（すなわち参照球面１１４ａの曲率中心が光軸上に位置する）ように参照光生成物１１４を支持するとともに、この支持状態を保ちつつ参照光生成物１１４を光軸方向に移動させることが可能なように構成されている。
【００４３】
参照光用反射鏡１３０は、反射鏡３０と同様に構成されており、参照光生成物１１４の参照球面１１４ａと略同一面積の反射平面１３０ａを有した平面鏡であり、反射平面１３０ａの略中心に通過孔１３０ｂが貫通形成されている。参照光用反射鏡１３０は、参照光用収束レンズ１１５の焦点ｆ′の近傍であって、反射平面１３０ａが支持機構１２０に支持された参照光生成物１１４の参照球面１１４ａに対向し且つ光軸に対して垂直となり、さらに参照光用集束レンズ１１５に収束された光が通過孔１３０ｂを通って参照球面１１４ａに入射するように配置される。
【００４４】
このように支持機構１２０により参照光生成物１１４を支持し、参照光用反射鏡１３０を配置すると、被測定物２および反射鏡３０と同様に、通過孔１３０ｂを通って参照球面１１４ａに入射した光のうち参照球面１１４ａで反射した光は、反射平面１３０ａに入射する。そして、参照光生成物１１４と参照光用反射鏡１３０の間隔に応じて、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａで少なくとも１回以上反射した光が、参照球面１１４ａもしくは反射平面１３０ａに垂直に入射し、その参照球面１１４ａもしくは反射平面１３０ａで反射して同一光路を戻り、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａを交互に反射した後に通過孔１３０ｂを通って参照光用収束レンズ１１５に入射する。
【００４５】
このようにして参照光用収束レンズ１１５に入射した光は、参照光用収束レンズ１１５によって発散光から平行光に変換されてハーフミラー１３に入射し、そのうちのハーフミラー１３を透過した光が結像レンズ１６を介して撮像装置１７に参照光として入射する。したがって、撮像装置１７の撮像面１７ａには、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａで反射した参照光と、凹状球面２ａおよび反射平面３０ａで反射した被検光とが重なり合って干渉縞が形成される。このように参照光路と被検光路において、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａと凹状球面２ａおよび反射平面３０ａとがそれぞれ同様の形状および配置構成であるため、球面反射により生じる収差の影響を抑えることができる。
【００４６】
このように構成された曲率半径測定装置１００を用いて被測定物２の凹状球面２ａの曲率半径を測定する際には、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａで反射した参照光が撮像装置１７に入射されるように予め参照光生成物１１４の位置決めを行い、その位置で参照光生成物１１４を固定し、被測定物２を光軸方向に移動させて凹状球面２ａの曲率半径の算出を行う。この被測定物２の移動および曲率半径の算出については、上述した第１実施形態の測定手順と同様なので省略する。
【００４７】
以上のような第２実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、測定対象が曲率半径の大きな凹状球面であっても、測定装置を大型化させることがなく、凹状球面の曲率半径を精度良く、容易に測定することができる。また、参照光路と被検光路において、参照球面１１４ａおよび反射平面１３０ａと凹状球面２ａおよび反射平面３０ａとがそれぞれ同様の形状および配置構成であるため、球面反射により生じる収差の影響を抑えることができる。
【００４８】
なお、上記第２実施形態においても、反射鏡３０，１３０は、平面鏡ではなく、例えば反射凹面を有する凹面鏡から構成してもよい。また、上記第２実施形態においても、反射鏡３０，１３０の反射平面３０ａ，１３０は、球面２ａ，１１４ａで反射した光が入射しその光を球面２ａ，１１４ａに向けて反射させることができる程度の面積を有して構成されればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００  曲率半径測定装置              ２      被測定物
２ａ    凹状球面（被測定球面）            １１    光源（光源部）
１２    ビームエキスパンダ（光源部）      １３    ハーフミラー（分割光学系）
１４    部分反射板（参照光生成部）        １５    収束レンズ（収束光学系）
１６    結像レンズ（撮像部）              １７    撮像装置（撮像部）
２０    支持機構（支持部）                ２５  移動量測定器（曲率半径算出部）
３０    反射鏡                            ３０ａ  反射平面（反射面）
３０ｂ  通過孔                            ４０    演算・制御部（曲率半径算出部）
１１４  参照光生成物（参照光生成部）      １１４ａ  参照球面
１１５  参照光用集束レンズ（参照光用収束光学系、参照光生成部）
１３０  参照光用反射鏡（参照光生成部）    １３０ａ  反射平面（参照光用反射面）
１３０ｂ  通過孔（参照光用通過孔）
【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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【図６】
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