(57)【要約】【課題】回転対称な線織面または互いに離間した複数の平面からなる被検面の傾斜角度、形状および径の大きさ等を短時間で測定可能な被検面測定装置を得る。【解決手段】円錐レンズ３１と回折光学素子３２とからなる光偏向素子３０を配置し、測定光を照射する。光偏向素子３０に入射した測定光の一部は、参照基準面３１ｂにおいて参照光として反射され、その余は光偏向素子３０により放射状に偏向されて被検面７１の各部に垂直に照射される。被検面７１の各部から再帰反射された測定光の一部は、光偏向素子３０を経由し被検光として参照基準面３１ｂに戻る。この被検光と参照光の光路長差が低干渉光源１１からの出力光の可干渉距離以下となるように迂回路部１３における迂回距離の調整がなされ、撮像カメラ２３により撮像された干渉縞画像に基づき、被検面７１の各部の傾斜角度、形状および径の大きさが測定解析される。【選択図】図１
2011252774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称な線織面または互いに離間した複数の平面からなる被検面を測定する被検面測定装置であって、
光源からの出力光を参照基準面において測定光と参照光とに分岐し、該測定光を測定光軸に沿って出射する干渉計と、
前記干渉計と前記被検面との間の前記測定光の光路上に配置され、該干渉計から出射された該測定光を偏向して該被検面の各部に垂直に入射させるとともに、該被検面の各部から再帰反射された被検光を偏向して該干渉計に向けて出射する光偏向素子と、
前記光偏向素子からの前記被検光と前記参照光との光干渉により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
前記参照基準面から前記被検面までの前記測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段と、
前記撮像手段により撮像された前記干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする被検面測定装置。
【請求項２】
前記光源が複数の波長成分を含む低可干渉光を出力する低可干渉光源であり、
前記光学距離測定手段は、前記低可干渉光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調節して、前記被検光と前記参照光との光路長差を前記低可干渉光の可干渉距離以下に調整する光路長差調整部と、前記撮像手段により撮像された干渉縞画像と前記迂回距離の値とに基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなることを特徴とする請求項１記載の被検面測定装置。
【請求項３】
前記光源が波長可変レーザ光源であり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を走査する波長走査部と、該波長走査部により該出力光の波長を走査しながら前記撮像手段により順次撮像された干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部とを有してなることを特徴とする請求項１記載の被検面測定装置。
【請求項４】
前記被検面が回転対称な線織面からなるものであり、
前記光偏向素子は、複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されてなる回折光学素子を有してなるものであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の被検面測定装置。
【請求項５】
前記被検面が回転対称な線織面からなるものであり、
前記光偏向素子は、円錐状の光透過面を備えた屈折素子を有してなるものであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の被検面測定装置。
【請求項６】
前記被検面が回転対称な線織面からなるものであり、
前記光偏向素子は、円錐状の光反射面を備えた反射素子を有してなるものであることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の被検面測定装置。
【請求項７】
前記被検面が互いに離間した複数の平面からなるものであり、
前記光偏向素子は、互いに異なる向きに配置された複数の測定光偏向用反射平面を有する反射素子を有してなるものであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の被検面測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒面や円錐面等の回転対称な線織面または互いに離間した複数の平面からなる被検面を測定する被検面測定装置に関し、特に、被検面の傾斜角度や形状の他、被検面の径の大きさや被検面の各部の離間距離を測定するのに好適な被検面測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鏡筒内において、複数のレンズを偏芯させることなく光軸方向に並設させる技術として、隣接する複数のレンズに円錐状の嵌合面をそれぞれ形成し、各々の嵌合面を互いに嵌合させることによってレンズ間の位置合せを可能としたレンズの設置方法が知られている。
【０００３】
このような嵌合面を有するレンズでは、嵌合面の形成精度が良くないと、各レンズを正しい位置に設置できなくなり、所期の光学性能を得ることが困難となる。そこで、嵌合面の形成誤差（傾斜角度や面形状、径の大きさの誤差）を測定し、求められた形成誤差を製造工程にフィードバックして、形成精度を向上させたいという要望がある。
【０００４】
従来、このような嵌合面の測定には、光触針による３次元形状測定装置が用いられているが、測定に多大な時間を要するという問題がある。
【０００５】
一方、下記特許文献１には、干渉計を用いて円錐面状の被検面の形状を短時間で測定する技術が提案されており、この技術を、上述の嵌合面の測定に適用することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１８３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の測定装置は、嵌合面の傾斜角度や形状の誤差については短時間で測定することが可能なものの、嵌合面の径の大きさについては測定することができない。このため、嵌合面の径の大きさについても短時間で測定し得るような測定装置が要望されている。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の測定装置は、測定対象となる被検面が円錐面状であることを前提としているが、他の形態の被検面も測定対象とすることができれば便利である。例えば、被検面が円筒面状の場合や、被検面が互いに離間した位置に配置された複数の平面からなるような場合（例えば、シリンドリカルレンズに上述の嵌合面を設ける場合、該嵌合面は複数の平面から構成されることがある）でも、被検面の傾斜角度や形状の他、被検面の径の大きさや被検面の各部の離間距離を短時間で測定できるようにすれば、極めて有用となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、回転対称な線織面または互いに離間した複数の平面からなる被検面について、該被検面の傾斜角度や形状のみならず、被検面の径の大きさや被検面の各部の離間距離についても短時間で測定可能な被検面測定装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明に係る被検面測定装置は、以下の特徴を備えている。
【００１１】
すなわち、本発明に係る被検面測定装置は、回転対称な線織面または互いに離間した複数の平面からなる被検面を測定する被検面測定装置であって、
光源からの出力光を参照基準面において測定光と参照光とに分岐し、該測定光を測定光軸に沿って出射する干渉計と、
前記干渉計と前記被検面との間の前記測定光の光路上に配置され、該干渉計から出射された該測定光を偏向して該被検面の各部に垂直に入射させるとともに、該被検面の各部から再帰反射された被検光を偏向して該干渉計に向けて出射する光偏向素子と、
前記光偏向素子からの前記被検光と前記参照光との光干渉により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
前記参照基準面から前記被検面までの前記測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段と、
前記撮像手段により撮像された前記干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記光源が複数の波長成分を含む低可干渉光を出力する低可干渉光源であり、
前記光学距離測定手段は、前記低可干渉光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部と、該迂回路部における該他方の光束に対する該一方の光束の迂回距離を調節して、前記被検光と前記参照光との光路長差を前記低可干渉光の可干渉距離以下に調整する光路長差調整部と、前記撮像手段により撮像された干渉縞画像と前記迂回距離の値とに基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部と、を有してなる、とすることができる。
【００１３】
一方、前記光源が波長可変レーザ光源であり、
前記光学距離測定手段は、前記波長可変レーザ光源からの出力光の波長を走査する波長走査部と、該波長走査部により該出力光の波長を走査しながら前記撮像手段により順次撮像された干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、前記光学距離を算出する光学距離算出部とを有してなる、とすることもできる。
【００１４】
また、前記被検面が回転対称な線織面からなるものである場合、
前記光偏向素子は、複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されてなる回折光学素子を有してなるもの、円錐状の光透過面を備えた屈折素子を有してなるもの、円錐状の光反射面を備えた反射素子を有してなるもののいずれかまたはこれらを任意に組み合わせたものとすることができる。
【００１５】
一方、前記被検面が互いに離間した複数の平面からなるものである場合、
前記光偏向素子は、互いに異なる向きに配置された複数の測定光偏向用反射平面を有する反射素子を有してなるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る被検面測定装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１７】
すなわち、本発明の被検面測定装置においては、干渉計と被検面との間の測定光の光路上に配置された光偏向素子により、測定光が偏向されて被検面の各部に垂直に入射するとともに、該被検面の各部から再帰反射され光偏向素子を経由して干渉計に戻る被検光と、参照光との光干渉により干渉縞画像が形成される。
【００１８】
この干渉縞画像を解析する解析手段を備えていることにより、被検面の各部の傾斜角度や形状を測定解析することが可能であり、また、光偏向素子から被検面までの測定光の光路上における光学距離を測定する光学距離測定手段を備えていることにより、被検面が回転対称な被検面からなる場合には、被検面の径の大きさを測定することが可能であり、被検面が互いに離間した複数の平面からなるものである場合には、被検面の各部（複数の平面）の離間距離を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る被検面測定装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態における解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態における光偏向素子の別態様を示す概略図である。
【図４】第２実施形態に係る被検面測定装置の概略構成図である。
【図５】第２実施形態における解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態に係る被検面測定装置の概略構成図である。
【図７】第３実施形態における光偏向素子の斜視図である。
【図８】光偏向素子および被検面の別態様を示す概略図である。
【図９】光偏向素子および被検面の他の態様を示す概略図である。
【図１０】光偏向素子および被検面のその他の態様を示す概略図である。
【図１１】第４実施形態に係る被検面測定装置の概略構成図である。
【図１２】第４実施形態の解析制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】第１実施形態に係る被検面測定装置のアライメント調整方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等については適宜変更して示してある。
【００２１】
〈第１実施形態〉
第１実施形態に係る被検面測定装置は、図１に示すように、干渉計１０、光偏向素子３０および解析制御部４０を備え、被検レンズ７０が有する被検面７１（光軸Ｃ７０に対し回転対称な線織面である円錐面で構成されている）の各部の傾斜角度、形状および径の大きさを測定するように構成されている。なお、被検レンズ７０は、他のレンズ（図示略）と組み合わされて使用される嵌合レンズであり、被検面７１が他のレンズとの嵌合面として形成されたものである。
【００２２】
上記干渉計１０は、複数の波長成分を含む低可干渉光を出力する低可干渉光源１１（例えば、ＳＬＤやＬＥＤの他、白色光源とその出力光の波長帯域を制限する帯域フィルタとを組み合わせたものを用いることができる）と、コリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２を介して上記低可干渉光源１１から出力された低可干渉光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部１３と、ビーム径変換用レンズ１９と、該ビーム径変換用レンズ１９を介して上記迂回路部１３から出力された光束を、光束分岐面２０ａにおいて図中下方に向けて反射するビームスプリッタ２０と、該ビームスプリッタ２０からの光束を平行光からなる測定光に変換し、測定光軸Ｃ１０に沿って出射するコリメータレンズ２１とを備えている。また、結像レンズ２２および撮像カメラ２３（本実施形態における撮像手段を構成するものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２４を有する）を備えてなる。
【００２３】
上記迂回路部１３は、上記コリメータレンズ１２から入射した低可干渉光を、光束分岐面１４ａにおいて図中右方に向かう第１光束と図中上方に向かう第２光束とに分岐するビームスプリッタ１４と、該ビームスプリッタ１４からの第１光束の光路上に配された可動ミラー１５と、該ビームスプリッタ１４からの第２光束の光路上に配された固定ミラー１６と、上記可動ミラー１５を図中左右方向に移動せしめる可動ミラー位置調節部１７（ＰＺＴ素子１８を有してなる）とを備え、第１光束を第２光束に対して所定距離（ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａから可動ミラー１５および固定ミラー１６までの各光学距離の差の２倍分）だけ迂回させた後に、ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａにおいて１光束に再合波して、ビーム径変換用レンズ１９に向けて出力するように構成されている。
【００２４】
上記光偏向素子３０は、上記干渉計１０から出射された測定光を偏向して、上記被検面７１の各部に垂直に入射させるとともに、該被検面７１の各部から再帰反射された被検光を偏向して、干渉計１０に向けて出射するものであり、屈折素子としての円錐レンズ３１および回折光学素子３２からなる。円錐レンズ３１は、その光軸Ｃ３１に対し回転対称な円錐状の光透過面３１ａと、該光軸Ｃ３１に対し垂直な参照基準面３１ｂとを備え、上記干渉計１０からの測定光を参照基準面３１ｂにおいて２つに分岐し、一方を参照光として干渉計１０に向けて反射するとともに、他方を屈折させて回折光学素子３２に向けて出射するように構成されている。一方、回折光学素子３２は、その光軸Ｃ３２を中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成された透過型のものであり、円錐レンズ３１からの測定光を回折することにより偏向して、上記被検面７１の各部に対して垂直に入射させるように構成されている。
【００２５】
なお、被検面７１の各部に対して垂直に入射する測定光としては、通常、回折光学素子３２からの＋１次回折光または−１次回折光（本明細書では、光軸Ｃ３２に近づくように出射される回折光を正の回折光、光軸から遠ざかるように出射される回折光を負の回折光とする）が用いられるが、±２次回折光や±３次回折光などの高次の回折光を測定光とすることも可能である。
【００２６】
上記解析制御部４０は、図１に示すように、コンピュータ等からなる解析制御装置４１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置４２と、解析制御装置４１に対する各種入力を行うための入力装置４３とを備えており、この解析制御装置４１は、図２に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される迂回距離調整制御部４４、解析用画像生成部４５、光学距離算出部４６および画像解析部４７を備えてなる。
【００２７】
上記迂回距離調整制御部４４は、上記可動ミラー位置調節部１７（図１参照）の駆動を制御することにより、上述の第１光束の第２光束に対する迂回距離を調節して、被検光と参照光との光路長差を上記低可干渉光源１１から出力された低可干渉光の可干渉距離以下とするように構成されている。
【００２８】
上記解析用画像生成部４５は、上記撮像カメラ２３により撮像された干渉縞画像の画像信号に基づき、被検面７１に関する種々の解析を行うための干渉縞画像（以下「解析用干渉縞画像」と称する）を生成するように構成されている。
【００２９】
上記光学距離差算出部４６は、上記解析用画像生成部４５により生成された解析用干渉縞画像と上記迂回距離の値（上記迂回距離調整制御部４４による調整後の値）とに基づき、参照基準面３１ｂから被検面７１までの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【００３０】
上記画像解析部４７は、本実施形態における解析手段を構成するものであり、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面７１の傾斜角度、形状および径の大きさを測定解析するように構成されている。
【００３１】
なお、本実施形態では、上述の迂回距離調整制御部４４および可動ミラー位置調整部１７により光路長差調整部が構成されており、これら迂回距離調整制御部４４および可動ミラー位置調整部１７と、上述の迂回路部１３および光学距離差算出部４６とにより光学距離測定手段が構成されている。
【００３２】
以下、第１実施形態に係る被検面測定装置の作用について説明する。なお、測定光の波長に対する円錐レンズ３１の屈折率や屈折角、回折光学素子３２の回折角などの光偏向素子３０の光学特性は既知とする。
【００３３】
測定に先立って、被検レンズ７０のアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、測定光軸Ｃ１０に対する光偏向素子３０（円錐レンズ３１および回折光学素子３２）のアライメント調整を行った後に（詳しくは後述する）、被検レンズ７０を保持するアライメント機構（図示略）を用いて、被検レンズ７０の光軸Ｃ７０が測定光軸Ｃ１０と一致し、かつ回折光学素子３２から放射状に出射された測定光が被検面７１に対し垂直に入射するように被検レンズ７０の位置および姿勢を調整することにより行われる。
【００３４】
被検レンズ７０のアライメント調整後、被検面７１の測定を行う。以下、その測定時における作用について説明する。
【００３５】
（測定時の作用）
〈１〉図１に示す低可干渉光源１１から低可干渉光が出射される。この低可干渉光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換された後、迂回路部１３に入射する。
【００３６】
〈２〉迂回路部１３に入射した低可干渉光は、ビームスプリッタ１４の光束分岐面１４ａにおいて、可動ミラー１５に向かう第１光束と固定ミラー１６に向かう第２光束とに分岐された後、可動ミラー１５および固定ミラー１６によりそれぞれ再帰反射され、光束分岐面１４ａにおいて再合波される。本実施形態では、分岐されてから再合波されるまでの各々の光路長が、第１光束の方が第２光束よりも長くなるように設定されている。
【００３７】
〈３〉再合波されてビームスプリッタ１４から出射された光束は、ビーム径変換用レンズ１９を介してビームスプリッタ２０に入射し、光束分岐面２０ａにおいて反射されてコリメータレンズ２０に入射する。コリメータレンズ２１に入射した光束は、平行光に変換されて光偏向素子３０に向けて出射される。
【００３８】
〈４〉光偏向素子３０に入射した光束は、円錐レンズ３１の参照基準面３１ｂにおいて、再帰反射される光束と透過する光束とに分岐される。本実施形態では、参照基準面３１ｂで再帰反射される光束のうち、上記第１光束の経路を辿った光束成分（以下「第１光束成分」と称する）が参照光とされ、参照基準面３１ｂを透過する光束が測定光とされる。
【００３９】
〈５〉参照基準面３１ｂを透過した測定光は、円錐レンズ３１において屈折されて回折光学素子３２に入射した後、回折光学素子３２において回折される。本実施形態では、回折光学素子３２において回折された測定光のうち、−１次回折光が被検面７１の各部に垂直に入射する測定光として利用される。
【００４０】
〈６〉被検面７１の各部に垂直に入射した測定光は、該被検面７１より再帰反射され、回折光学素子３２を経由して円錐レンズ３１に戻る。本実施形態では、円錐レンズ３１に戻り参照基準面３１ｂを再び透過する測定光のうち、上記第２光束の経路を辿った光束成分（以下「第２光束成分」と称する）が被検光とされる。
【００４１】
〈７〉上記被検光は、参照基準面３１ｂにおいて上記参照光と合波されて干渉光が得られる。この被検光は、コリメータレンズ２１およびビームスプリッタ２０を経由して結像レンズ２２に入射し、該結像レンズ２２により撮像カメラ２３の撮像素子２４上に結像される。このとき、上述の参照光と被検光との光路長差（図１に示す番号の順番で、１１→１２→１４ａ→１５→１４ａ→１９→２０ａ→２１→３１ｂまでの光路長と、１１→１２→１４ａ→１６→１４ａ→１９→２０ａ→２１→３１ｂ→３１ａ→３２→７１→３２→３１ａ→３１ｂまでの光路長との差）が、上記低可干渉光の可干渉距離以下となっていない場合には、参照光と被検光とによる光干渉は起きず、干渉縞画像は形成されない。
【００４２】
〈８〉上述の参照光と被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように、迂回路部１３における上記第１光束の第２光束に対する迂回距離を調整する。この迂回距離の調整は、上記迂回距離調整制御部４４が上記可動ミラー位置調節部１７の駆動を制御して、可動ミラー１５の位置を調節することにより行われる。
【００４３】
〈９〉参照光と被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように調整されると、上記干渉光により撮像素子２４上に干渉縞画像が形成される。より詳細には、該干渉縞画像の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が最大となるように、迂回距離の微調整が行われる。この干渉縞画像が撮像カメラ２３により撮像され、その画像信号が上記解析用画像生成部４５に出力される。
【００４４】
〈１０〉解析用画像生成部４５に入力された画像信号により、解析用画像生成部４５において解析用干渉縞画像（リング状の画像となる）が生成され、その画像データ（解析用画像データ）が、上述の光学距離算出部４６および画像解析部４７にそれぞれ出力される。
【００４５】
〈１１〉光学距離算出部４６において、上記解析用干渉縞画像と上記迂回距離の値（上記迂回距離調整制御部４４による調整後の値）とに基づき、参照基準面３１ｂから被検面７１までの測定光の光路上における光学距離が算出される。具体的には、測定光の光路上における参照基準面３１ｂから被検面７１までの光学距離は、上記迂回路部１３における第２光束に対する第１光束の迂回距離の値の２分の１に相当するので、この迂回距離の値のデータにより算出することができる。
【００４６】
〈１２〉上記画像解析部４７において、解析用干渉縞画像が解析され、その解析結果に基づき被検面７１の傾斜角度および形状が求められる。また、解析用干渉縞画像の解析結果と、光学距離算出部４６において求められた、参照基準面３１ｂと被検面７１との間の光学距離とに基づき、被検面７１の径（厳密には、被検面７１上において解析用干渉縞画像に対応した領域の径）の大きさが求められる。なお、参照基準面３１ｂから被検面７１までの測定光の光路上にキャッツアイポイントを設定し、測定光の光路上おける参照基準面３１ｂからキャッツアイポイントまでの光学距離と、参照基準面３１ｂからキャッツアイポイントを経由して被検面７１に至るまでの光学距離とを求め、これら２つの光学距離の差をとることにより、測定光の光路上におけるキャッツアイポイントから被検面７１までの光学距離を算出し、その算出結果に基づき、被検面７１の径の大きさを求めるようにしてもよい。
【００４７】
なお、低可干渉光を測定光としているため、上記解析用干渉縞画像は、被検面７１上において測定光の各波長の光の位相が揃う位置を中心とした非常に幅の狭い領域に対応したものとなり、１回の測定では、被検面７１の全域に関する情報を得ることができない場合がある。そこで、上記迂回路部１３における第２光束に対する第１光束の迂回距離を微小距離ずつ変動させて、解析用干渉縞画像に対応した領域が被検面７１の全域に亘って走査されるようにすれば、被検面７１の全域に関する情報を得ることが可能となる。なお、被検面７１の全域に対し一度に測定光を照射することができない場合には、被検レンズ７０を測定光軸Ｃ１０の方向に微小距離ずつ移動させ、その移動毎に、上述の手順を繰り返すようにすることにより、被検面７１の全域に関する情報を得ることが可能となる。
【００４８】
なお、上記円錐レンズ３１は、その頂点がコリメータレンズ２１の側を向くように設置しても同様に使用することが可能である。
【００４９】
また、この第１実施形態では、円錐レンズ３１と回折光学素子３２とを組み合わせたものを光偏向素子３０として用いているが、被検面７１の傾斜角度によっては、円錐レンズ３１または回折光学素子３２を単独で、光偏向素子として用いることも可能である。回折光学素子３２を単独で光偏向素子として用いる場合、測定光として高次の回折光を用いることにより、被検面７１の傾斜角度が大きい場合でも対応することが可能となる。例えば、上記低可干渉光の中心波長λをλ＝800ｎｍに設定し、２次回折光を測定光として用いる場合、回折光学素子３２における２次回折光の回折角度θ１を75度に設定すると、回折光学素子３２の格子ピッチｄは、２ｄsinθ１＝２λの関係より、ｄ＝828ｎｍに設定すればよい。
【００５０】
また、光偏向素子３０に替えて、図３に示すような光偏向素子３０Ａを用いることもできる。この光偏向素子３０Ａは、円錐レンズ３１に替えて回折格子付参照基準板３３を用いたものである。回折格子付参照基準板３３は、その光軸Ｃ３３を中心として複数の輪帯状の透過型回折格子３３ａが参照基準面３３ｂ（図中下側の面）に形成されたものである。機能的には、上述の円錐レンズ３１と同様に、入射された測定光の一部を参照基準面３３ｂにおいて再帰反射して参照光となし、その他の測定光を透過型回折格子３３ａにおいて偏向して（例えば、＋１次回折光が利用される）、回折光学素子３２に向けて出射するように構成されている。
【００５１】
〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る被検面測定装置は、図４に示すように、干渉計１０Ａ、光偏向素子３０Ｂおよび解析制御部４０Ａを備え、円筒体８０の内周面（回転対称な線織面である円筒面状に形成されている）である被検面８１の各部の傾斜角度、形状および径の大きさを測定するように構成されている。
【００５２】
上記干渉計１０Ａは、出力光の波長を変更し得るように構成された波長可変レーザ光源１１Ａ、ビーム径変換用レンズ１９Ａ、ビームスプリッタ２０Ａ、コリメータレンズ２１Ａ、結像レンズ２２Ａおよび撮像カメラ２３Ａを備え、平行光からなる測定光を測定光軸Ｃ１０Ａに沿って光偏向素子３０Ａに向けて出射するように構成されている。また、被検面８１側から光偏向素子３０Ａを介して入射された被検光を、参照光と合波して干渉光を形成し、該干渉光により形成される干渉縞画像を撮像カメラ２３Ａにより撮像するように構成されている。
【００５３】
上記光偏向素子３０Ｂは、透過型の参照基準板３４と、反射素子としての円錐ミラー３５とが一体に形成されてなる。参照基準板３４は、光偏向素子３０Ｂの光軸Ｃ３０Ｂに対し垂直な参照基準面３４ａを有しており、上記干渉計１０Ａからの測定光の一部を該参照基準面３４ａにおいて参照光として再帰反射するとともに、その他の測定光を円錐ミラー３５に向けて出射するように構成されている。一方、円錐ミラー３５は、参照基準面３４ａに対し所定の角度（本実施形態では、内角４５度（外角１３５度））で配置された、円錐面状の光反射面３６を有しており、参照基準板３４からの測定光を光軸Ｃ３０Ｂに対し放射状に偏向して被検面８１の各部に照射するように構成されている。また、被検面８１の各部から再帰反射された被検光を光反射面３６において偏向（直角に反射）し、参照基準板３４に向けて出射するように構成されている。
【００５４】
上記解析制御部４０Ａは、図４に示すように、コンピュータ等からなる解析制御装置４１Ａと、干渉縞画像等を表示するモニタ装置４２Ａと、解析制御装置４１Ａに対する各種入力を行うための入力装置４３Ａとを備えており、この解析制御装置４１Ａは、図５に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される波長走査部４８、画像生成部４９、光学距離算出部４６Ａおよび画像解析部４７Ａを備えてなる。
【００５５】
上記波長走査部４８は、上記波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の波長を所定の範囲（例えば、±５ｎｍ程度）で走査するように構成されている。
【００５６】
上記画像生成部４９は、上記波長走査部４８により上記波長可変レーザ光源１１Ａからのレーザ光の波長が走査されている期間において、上記撮像カメラ２３Ａにより順次得られた各画像信号に基づき、光偏向素子３０Ｂから被検面８１までの測定光の光路上における光学距離を算出するための干渉縞画像（以下「測距用干渉縞画像」と称する）を順次生成するとともに、被検面に関する種々の解析を行うための干渉縞画像（以下「解析用干渉縞画像」と称する）を生成するように構成されている。
【００５７】
上記光学距離差算出部４６Ａは、上記画像生成部４９により順次生成された測距用干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数に基づき、光偏向素子３０Ｂから被検面８１までの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【００５８】
上記画像解析部４７Ａは、本実施形態における解析手段を構成するものであり、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面８１の傾斜角度、形状および径の大きさを測定解析するように構成されている。
【００５９】
なお、本実施形態では、上述の波長走査部４８と光学距離差算出部４６Ａとにより光学距離測定手段が構成されている。
【００６０】
以下、第２実施形態に係る被検面測定装置の作用について説明する。なお、予め、測定光軸Ｃ１０Ａに対する光偏向素子３０Ｂのアライメント調整は完了しているものとする。また、参照基準板３４の参照基準面３４ａと円錐ミラー３５との相対位置および円錐ミラーの光反射面３６の形状（大きさを含む）は既知とする。
【００６１】
測定に先立って、円筒体８０のアライメント調整が行われる。このアライメント調整は、円筒体８０の光軸Ｃ８０が測定光軸Ｃ１０Ａおよび光偏向素子３０Ｂの光軸Ｃ３０Ｂに一致するように、干渉計１０Ａおよび光偏向素子３０Ｂと円筒体８０との相対位置を調整することにより行われる。
【００６２】
円筒体８０のアライメント調整後、被検面８１の測定を行う。以下、その測定時における作用について説明する。
【００６３】
（測定時の作用）
〈１〉図４に示す波長可変レーザ光源１１Ａからレーザ光が出射される。このレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１９Ａおよびビームスプリッタ２０Ａを介して（光束分岐面２０Ａａで図中下方に反射されて）コリメータレンズ２１Ａに入射し、該コリメータレンズ２１Ａにおいて平行光に変換され光偏向素子３０Ｂに向けて出射される。
【００６４】
〈２〉光偏向素子３０Ｂに入射した平行光は、参照基準面板３４の参照基準面３４Ａａにおいて２つに分岐され、一方は参照光としてコリメータレンズ２１Ａに向けて再帰反射され、他方は測定光軸Ｃ１０Ａに平行な測定光として円錐ミラー３５の光反射面３６に入射する。
【００６５】
〈３〉円錐ミラー３５の光反射面３６に入射した測定光は、該光反射面３６において放射状に偏向され、被検面８１の各部に照射される。
【００６６】
〈４〉被検面８１の各部に照射された測定光は、該被検面８１の各部より再帰反射され、円錐ミラー３５の光反射面３６を経由し被検光として参照基準面板３４に入射する。
【００６７】
〈５〉参照基準板３４に入射した被検光は、参照基準面３４Ａａにおいて上記参照光と合波されて干渉光を形成し、コリメータレンズ２１Ａ、ビームスプリッタ２０Ａおよび結像レンズ２２Ａを介して撮像カメラ２３Ａ内に入射し、撮像素子２４Ａ上において干渉縞画像を形成する。形成された干渉縞画像は、撮像カメラ２３Ａにより撮像される。
【００６８】
〈６〉撮像カメラ２３Ａにより撮像された干渉縞画像の画像データは、撮像カメラ２３Ａからビデオ信号として出力され、上記画像生成部４９により解析用干渉縞画像が生成される。
【００６９】
〈７〉生成された解析用干渉縞画像は、上記画像解析部４７Ａにおいて解析され、その解析結果に基づき被検面８１の各部の傾斜角度および形状が求められる。
【００７０】
〈８〉一方、光偏向素子３０Ｂから被検面８１までの光学距離を算出するために、上記波長走査部４８により、上記波長可変レーザ光源１１Ａから出力されるレーザ光の波長が所定の範囲で走査される。
【００７１】
〈９〉レーザ光の波長が走査される期間、所定のタイミングで上記撮像カメラ２３Ａにより干渉縞画像が順次撮像される。それらの各画像信号はビデオ信号として出力され、上記画像生成部４９により各測距用干渉縞画像が生成される。
【００７２】
〈１０〉上記光学距離差算出部４６Ａにおいて、各測距用干渉縞画像の所定の画素における干渉縞変化の回数が求められ、この回数に基づき、光偏向素子３０Ｂから被検面８１までの測定光の光路上における光学距離が算出される。この光学距離の算出は、具体的には以下の手順で行われる。
【００７３】
すなわち、波長可変レーザ１１Ａから出力されるレーザ光の波長走査により、波数をｋ１からｋ２に走査し、Δｋ毎に干渉縞画像を撮像した場合、干渉縞強度変化Ｉ(ｘ、ｙ、ｋ)は、下式（１）で表される。
【００７４】
【数１】
2011252774.tif 000003
【００７５】
ここで、Ｌ（ｘ、ｙ）は被検光と参照光との光路長差、Ｉ０（ｘ、ｙ）は強度分布、γは干渉縞モジュレーションをそれぞれ示す。このときの所定の画素における干渉縞変化がｎ回であったとすると、下式（２）で表される。
【００７６】
【数２】
2011252774.tif 000004
【００７７】
ここで、ｋ=２π／λであるから、下式（３）が求められる。
【００７８】
【数３】
2011252774.tif 000005
【００７９】
すなわち、波長を走査した際の周波数ｎ（所定の画素における干渉縞変化の回数）を求めることにより、被検光と参照光との光路長差を算出することが可能となる。なお、このような手法の詳細は、特許第４１００６６３号公報に記載されている。
【００８０】
算出された被検光と参照光との光路長差は、本実施形態の場合、光偏向素子３０Ｂの参照基準面３４Ａａから光反射面３６を経由して被検面８１に至るまでの測定光の光路上における光学距離の２倍に相当するので、参照基準面３４Ａａと被検面８１との測定光の光路上における光学距離を算出することができる。
【００８１】
〈１１〉算出された上記光学距離と上記解析用干渉縞画像の解析結果に基づき、上記画像解析部４７Ａにおいて、被検面８１の径の大きさが求められる。
【００８２】
なお、被検面８１の全域の測定を行う場合には、干渉計１０Ａおよび光偏向素子３０Ｂに対する円筒体８０の相対位置を、測定光軸Ｃ１０の方向に順次移動させ、その移動毎に、上述の手順を繰り返すようにすれよい。
【００８３】
〈第３実施形態〉
第３実施形態に係る被検面測定装置は、図６に示すように、干渉計１０Ｂ（測定光軸Ｃ１０Ｂ）、透過型の参照基準板５０（光軸Ｃ５０）および光偏向素子３０Ｃ（光軸Ｃ３０Ｃ）を備え、互いに離間して配置された２枚の板状被検体９０Ａ，９０Ｂの各被検面９１Ａ，９１Ｂ（互いに離間した複数の平面に相当する）の相対的な傾斜角度（平行度）、形状および離間距離を測定するように構成されている。
【００８４】
上記干渉計１０Ｂは、上述の第１実施形態の干渉計１０や第２実施形態の干渉計１０Ａと同様の構成とすることができる。また、図示していないが、第１実施形態の解析制御部４０または第２実施形態の解析制御部４０Ａと同様の解析制御部を備えている。
【００８５】
上記参照基準板５０は、光軸Ｃ５０に対し垂直な参照基準面５０ａを有しており、上記干渉計１０Ｂからの測定光の一部を該参照基準面５０ａにおいて参照光として再帰反射するとともに、その他の測定光を光偏向素子３０Ｂに向けて出射するように構成されている。
【００８６】
上記光偏向素子３０Ｃは、図７に示すように、互いに垂直に配置された２枚の測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂを有する三角柱状の反射素子（反射ミラー）により構成されており、上記干渉計１０Ｂからの測定光を測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂにおいて反射、偏向して被検面９１Ａ，９１Ｂに照射するように構成されている。また、被検面９１Ａ，９１Ｂから再帰反射された被検光を測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂにおいて反射、偏向し、干渉計１０Ｂに向けて出射するように構成されている。なお、本実施形態の作用は、上述の第１実施形態や第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００８７】
〈光偏向素子および被検面の変形態様〉
図６に示す被検面測定装置において、光偏向素子３０Ｂに替えて、図８に示す光偏向素子３０Ｄ（光軸Ｃ３０Ｄ）を用いることにより、図示した筒状体１００の内周面（回転対称な線織面である円錐面状に形成されている）である被検面１０１の傾斜角度、形状および径の大きさを測定することが可能となる。
【００８８】
この光偏向素子３０Ｄは、円錐面状の光反射面３６Ａを備えた反射素子であり、光反射面３６Ａに入射された測定光を偏向して、被検面１０１の各部に照射するように構成されている。また、被検面１０１の各部から再帰反射された被検光を光反射面３６Ａにおいて偏向し、図示せぬ干渉計に向けて出射するように構成されている。
【００８９】
上記光偏向素子３０Ｄは、図８に示した被検面１０１のような凹状面を測定するのに適しているが、これを図９に示す光偏向素子３０Ｅ（光軸Ｃ３０Ｅ）に替えることにより、図示した円錐台状被検体１１０の外周側面（回転対称な線織面である円錐面状に形成されている）である被検面１１１のような凸状面の各部の傾斜角度、形状および径の大きさを測定することが可能となる。
【００９０】
この光偏向素子３０Ｅは、上記光偏向素子３０Ｄと同様に、円錐面状の光反射面３６Ｂを備えた反射素子であり、光反射面３６Ｂに入射された測定光を偏向して、被検面１１１の各部に照射するように構成されている。また、被検面１１１の各部から再帰反射された被検光を光反射面３６Ｂにおいて偏向し、図示せぬ干渉計に向けて出射するように構成されている。
【００９１】
また、図１０に示す光偏向素子３０Ｆ（光軸Ｃ３０Ｆ）を用いることにより、図示した円錐体１２０の外周面（回転対称な線織面である円錐面状に形成されている）である被検面１２１の傾斜角度、形状および径の大きさを測定することが可能となる。
【００９２】
この光偏向素子３０Ｆは、その光軸Ｃ３０Ｆを中心として複数の輪帯状の反射型回折格子３８が同心に形成された反射型の回折光学素子からなり、入射した測定光を回折、偏向して、被検面１２１の各部に照射するように構成されている。また、被検面１２１の各部から再帰反射された被検光を回折、偏向し、図示せぬ干渉計に向けて出射するように構成されている。
【００９３】
〈第４実施形態〉
図１１に示す第４実施形態に係る被検面測定装置は、上述の第３実施形態と同じく、２枚の板状被検体（本実施形態ではモールド成形用の２つの金型２９０Ａ，２９０Ｂとする）の各被検面２９１Ａ，２９１Ｂの相対的な傾斜角度（平行度）、形状および離間距離を測定するように構成されたものであり、干渉計２００、光偏向素子３０Ｃおよび解析制御部２４０を備えている。また、光偏向素子３０Ｃと２つの金型２９０Ａ，２９０Ｂとの間の光路上に参照基準板２２１Ａ，２２１Ｂが配置され、これらの参照基準板２２１Ａ，２２１Ｂが、基準板傾き調整ステージ２７０Ａ，２７０Ｂを介してリニアステージ２８０Ａ，２８０Ｂにより保持されている。
【００９４】
上記干渉計２００は、複数の波長成分を含む低可干渉光を出力する低可干渉光源２０１（本実施形態ではＳＬＤを用いる）と、該低可干渉光源２０１からの光束をコリメートするコリメータレンズ２０２と、該コリメータレンズ２０２からの平行光を２光束に分岐し、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に１光束に再合波する迂回路部２０３と、該迂回路部２０３から出射された光束を集光する集光レンズ２０８と、該集光レンズ２０８により集光された光束を伝送する偏波面保存シングルモードファイバ２０９と、該偏波面保存シングルモードファイバ２０９から出射された光束を、光束分岐面２１０ａにおいて図中左方に向けて反射するビームスプリッタ２１０と、該ビームスプリッタ２１０からの光束を平行光からなる測定光に変換し、測定光軸Ｃ２００に沿って出射するコリメータレンズ２１１と、結像レンズ２１２および撮像カメラ２１３を備えている。
【００９５】
なお、上記撮像カメラ２１３は、本実施形態における撮像手段を構成するものであり、結像レンズ２１２側から入射された干渉光を、光束分岐面２１４ａにおいて２つに分岐するビームスプリッタ２１４と、該ビームスプリッタ２１４の各光出射端面側にそれぞれ配置された２個の撮像素子２１５Ａ，２１５Ｂ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる）を備えてなる。
【００９６】
上記迂回路部２０３は、上記コリメータレンズ２０２から入射した平行光を、光束分岐面２０４ａにおいて図中下方に向かう第１光束と図中左方に向かう第２光束とに分岐するビームスプリッタ２０４と、該ビームスプリッタ２０４からの第１光束の光路上に配された可動ミラー２０５と、該ビームスプリッタ２０４からの第２光束の光路上に配された固定ミラー２０６と、上記可動ミラー２０５を図中上下方向に移動せしめる可動ミラー位置調整部２０７とを備え、第１光束を第２光束に対して所定距離（ビームスプリッタ２０４の光束分岐面２０４ａから可動ミラー２０５および固定ミラー２０６までの各光学距離の差の２倍分）だけ迂回させた後に、ビームスプリッタ２０４の光束分岐面２０４ａにおいて１光束に再合波して、上記集光レンズ２０８に向けて出力するように構成されている。
【００９７】
上記光偏向素子３０Ｃは、上述の第３実施形態で説明したものと同じ構成のものであり、上記干渉計２００からの測定光を測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂにおいて２つの方向に分岐、偏向し、一方を参照基準板２２１Ａを介して金型２９０Ａの被検面２９１Ａに照射し、他方を参照基準板２２１Ｂを介して金型２９０Ｂの被検面２９１Ｂに照射するように構成されている。
【００９８】
上記基準板傾き調整ステージ２７０Ａは、参照基準板２２１Ａの図中Ｘ１軸回りおよびＺ１軸回りの傾きを調整するように構成されており、上記基準板傾き調整ステージ２７０Ｂは、参照基準板２２１Ｂの図中Ｘ１軸回りおよびＺ１軸回りの傾きを調整するように構成されている。
【００９９】
上記リニアステージ２８０Ａは、上記基準板傾き調整ステージ２７０Ａを介して参照基準板２２１Ａを図中Ｙ１軸方向に移動させ、参照基準面２２１Ａの図中Ｙ１軸方向の位置（以下「基準板位置Ａ」と称する）を微調整するように構成されている。同様に、上記リニアステージ２８０Ｂは、上記基準板傾き調整ステージ２７０Ｂを介して参照基準板２２１Ｂを図中Ｙ１軸方向に移動させ、参照基準面２２１Ｂの図中Ｙ１軸方向の位置（以下「基準板位置Ｂ」と称する）を微調整するように構成されている。
【０１００】
上記解析制御部２４０は、コンピュータ等からなる解析制御装置２４１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置２４２と、解析制御装置２４１に対する各種入力を行うための入力装置２４３とを備えており、この解析制御装置２４１は、図１２に示すように、コンピュータ内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される迂回距離調整制御部２４４、解析用画像生成部２４５、光学距離算出部２４６および画像解析部２４７を備えてなる。
【０１０１】
上記迂回距離調整制御部２４４は、上記可動ミラー位置調節部２０７（図１１参照）の駆動を制御することにより、上述の第１光束の第２光束に対する迂回距離を調節して、被検光と参照光との光路長差を上記低可干渉光源２０１から出力された低可干渉光の可干渉距離以下とするように構成されている。
【０１０２】
上記解析用画像生成部２４５は、上記撮像カメラ２１３により撮像された干渉縞画像の画像信号に基づき、被検面２９１Ａ，２９１Ｂに関する種々の解析を行うための解析用干渉縞画像を生成するように構成されている。
【０１０３】
上記光学距離差算出部２４６は、上記解析用画像生成部２４５により生成された解析用干渉縞画像と上記迂回距離の値（上記迂回距離調整制御部２４４による調整後の値）とに基づき、参照基準面２２１Ａ，２２１Ｂから被検面２９１Ａ，２９１Ｂまでの測定光の光路上における光学距離を算出するように構成されている。
【０１０４】
上記画像解析部２４７は、本実施形態における解析手段を構成するものであり、生成された上記解析用干渉縞画像および算出された上記光学距離に基づき、被検面２９１Ａ，２９１Ｂの傾斜角度、形状および被検面２９１Ａ，２９１Ｂ間の距離を測定解析するように構成されている。
【０１０５】
なお、本実施形態では、上述の迂回距離調整制御部２４４および可動ミラー位置調整部２０７により光路長差調整部が構成されており、これら迂回距離調整制御部２４４および可動ミラー位置調整部２０７と、上述の迂回路部２０３および光学距離差算出部２４６とにより光学距離測定手段が構成されている。
【０１０６】
以下、第４実施形態に係る被検面測定装置の測定時の作用について説明する。なお、予め、測定光軸Ｃ２００に対する光偏向素子３０Ｃのアライメント調整および被検面２９１Ａ，２９１Ｂ対する干渉計２００のアライメント調整は完了しているものとする。また、参照基準板２２１Ａ，２２１Ｂのアライメント調整も、基準板傾き調整ステージ２７０Ａ、２７０Ｂを用いて、完了しているものとする。
【０１０７】
（測定時の作用）
〈１〉図１１に示す低可干渉光源２０１から低可干渉光が出射される。この低可干渉光は、コリメータレンズ２０２により平行光に変換された後、迂回路部２０３に入射する。
【０１０８】
〈２〉迂回路部２０３に入射した低可干渉光は、ビームスプリッタ２０４の光束分岐面２０４ａにおいて、可動ミラー２０５に向かう第１光束と固定ミラー２０６に向かう第２光束とに分岐された後、可動ミラー２０５および固定ミラー２０６によりそれぞれ再帰反射され、光束分岐面２０４ａにおいて再合波される。本実施形態では、分岐されてから再合波されるまでの各々の光路長が、第１光束の方が第２光束よりも長くなるように設定されている。
【０１０９】
〈３〉再合波されてビームスプリッタ２０４から出射された光束は、ビーム径変換用レンズ２０８および偏波面保存シングルモードファイバ２０９を介してビームスプリッタ２１０に入射し、光束分岐面２１０ａにおいて反射されてコリメータレンズ２１１に入射する。コリメータレンズ２１１に入射した光束は、平行光に変換されて光偏向素子３０Ｃに向けて出射される。
【０１１０】
〈４〉光偏向素子３０Ｃに入射した光束は、測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂにおいて２つの方向に分岐、偏向され、一方は測定光偏向用反射平面３７Ａから参照基準板２２０Ａに照射され、他方は測定光偏向用反射平面３７Ｂから参照基準板２２０Ａに照射される。
【０１１１】
〈５〉参照基準板２２０Ａに照射された光束は、参照基準面２２１Ａにおいて再帰反射される光束と透過する光束とに分岐される。本実施形態では、参照基準面２２１Ａで再帰反射される光束のうち、上記第１光束の経路を辿った光束成分が参照光（以下「第１参照光」と称する）とされ、参照基準面２２１Ａを透過する光束が被検面２９１Ａに照射される測定光（以下「第１測定光」と称する）とされる。
【０１１２】
〈６〉同様に、参照基準板２２０Ｂに照射された光束は、参照基準面２２１Ｂにおいて再帰反射される光束と透過する光束とに分岐される。本実施形態では、参照基準面２２１Ｂで再帰反射される光束のうち、上記第１光束の経路を辿った光束成分が参照光（以下「第２参照光」と称する）とされ、参照基準面２２１Ｂを透過する光束が被検面２９１Ｂに照射される測定光（以下「第２測定光」と称する）とされる。
【０１１３】
〈７〉被検面２９１Ａに入射した第１測定光は、該被検面２９１Ａより再帰反射されて参照基準板２２０Ａに戻り、参照基準面２２１Ａを再び透過する。本実施形態では、参照基準面２２１Ａを再び透過する第１測定光のうち、上記第２光束の経路を辿った光束成分が、被検面２９１Ａの波面情報を担持した被検光（以下「第１被検光」と称する）とされる。
【０１１４】
〈８〉同様に、被検面２９１Ｂに入射した第２測定光は、該被検面２９１Ｂより再帰反射されて参照基準板２２０Ｂに戻り、参照基準面２２１Ｂを再び透過する。本実施形態では、参照基準面２２１Ｂを再び透過する第２測定光のうち、上記第２光束の経路を辿った光束成分が、被検面２９１Ｂの波面情報を担持した被検光（以下「第２被検光」と称する）とされる。
【０１１５】
〈９〉上記第１被検光は、参照基準面２２１Ａにおいて上記第１参照光と合波される（合波された光を以下「第１干渉光」と称する）。同様に、上記第１被検光は、参照基準面２２１Ｂにおいて上記第２参照光と合波される（合波された光を以下「第２干渉光」と称する）。
【０１１６】
〈１０〉上記第１干渉光は、光偏向素子３０Ｃの測定光偏向用反射平面３７Ａにより干渉計２００に向けて反射され、コリメータレンズ２１１、ビームスプリッタ２１０および結像レンズ２１２を介して撮像カメラ２１３に入射した後、その一部がビームスプリッタ２１４を透過して撮像素子２１５Ａに入射する。このとき、第１参照光と第１被検光との光路長差（図１１に示す番号の順番で、２０１→２０２→２０４ａ→２０５→２０４ａ→２０８→２０９→２１０ａ→２１１→３７Ａ→２２１Ａ→２９１Ａ→２２１Ａまでの光路長と、２０１→２０２→２０４ａ→２０６→２０４ａ→２０８→２０９→２１０ａ→２１１→３７Ａ→２２１Ａまでの光路長との差が、上記低可干渉光の可干渉距離以下となっていない場合には、第１参照光と第１被検光とによる光干渉は起きず、第１干渉光による干渉縞画像は形成されない。なお、第１干渉光の他の一部は、ビームスプリッタ２１４の光束分岐面２１４ａにより図中下方に反射されるが、この第１干渉光は撮像素子２１５Ｂには入射しないように、結像レンズ２１２の倍率および撮像素子２１５Ｂの配設位置が設定されている。
【０１１７】
〈１１〉同様に、上記第２干渉光は、光偏向素子３０Ｃの測定光偏向用反射平面３７Ｂにより干渉計２００に向けて反射され、コリメータレンズ２１１、ビームスプリッタ２１０および結像レンズ２１２を介して撮像カメラ２１３に入射した後、その一部がビームスプリッタ２１４の光束分岐面２１４ａにより図中下方に反射されて撮像素子２１５Ｂに入射する。このとき、第２参照光と第２被検光との光路長差（図１１に示す番号の順番で、２０１→２０２→２０４ａ→２０５→２０４ａ→２０８→２０９→２１０ａ→２１１→３７Ｂ→２２１Ｂ→２９１Ｂ→２２１Ｂまでの光路長と、２０１→２０２→２０４ａ→２０６→２０４ａ→２０８→２０９→２１０ａ→２１１→３７Ｂ→２２１Ｂまでの光路長との差が、上記低可干渉光の可干渉距離以下となっていない場合には、第２参照光と第２被検光とによる光干渉は起きず、第２干渉光による干渉縞画像は形成されない。なお、第２干渉光の他の一部は、ビームスプリッタ２１４を透過して図中右方に出射されるが、この第２干渉光は撮像素子２１５Ａには入射しないように、結像レンズ２１２の倍率および撮像素子２１５Ａの配設位置が設定されている。
【０１１８】
〈１２〉上述の第１参照光と第１被検光との光路長差および第２参照光と第２被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように、迂回路部２０３における上記第１光束の第２光束に対する迂回距離を調整する。この迂回距離の調整は、上記迂回距離調整制御部２４４が上記可動ミラー位置調節部２０７の駆動を制御して、可動ミラー２０５の位置を調節することにより行われる。
【０１１９】
〈１３〉第１参照光と第１被検光との光路長差および第２参照光と第２被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように調整されると、上記第１干渉光により撮像素子２１５Ａ上に干渉縞画像（以下「第１干渉縞画像」と称する）が形成される。より詳細には、該第１干渉縞画像の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が最大となるように、リニアステージ２８０Ａを用いて、被検面２９１Ａと参照基準面２２１Ａとの間の距離の微調整がなされる。この第１干渉縞画像が撮像素子２１５Ａにより撮像される。
【０１２０】
〈１４〉第１参照光と第１被検光との光路長差および第２参照光と第２被検光との光路長差が低可干渉光の可干渉距離以下となるように調整されると、上記第２干渉光により撮像素子２１５Ｂ上に干渉縞画像（以下「第２干渉縞画像」と称する）が形成される。より詳細には、該第２干渉縞画像の縞コントラスト（モジュレーションでも可）が最大となるように、リニアステージ２８０Ｂを用いて、被検面２９１Ｂと参照基準面２２１Ｂとの間の距離の微調整がなされる。この第２干渉縞画像が撮像素子２１５Ｂにより撮像される（撮像のタイミングは上記第１干渉縞画像の撮像と同時）。
【０１２１】
〈１５〉２つの撮像素子２１５Ａ，２１５Ｂにより同時に撮像された第１干渉縞画像および第２干渉縞画像の各画像データは、撮像素子２１５Ａ，２１５Ｂから別個のビデオ信号として出力され、上記解析用画像生成部２４５により２つの解析用画像（第１干渉縞画像の画像データから生成されるものを「解析用第１干渉縞画像」、第２干渉縞画像の画像データから生成されるものを「解析用第２干渉縞画像」と称する）がそれぞれ生成され、その画像データ（解析用画像データ）が、上述の光学距離算出部２４６および画像解析部２４７にそれぞれ出力される。
【０１２２】
〈１１〉光学距離算出部２４６において、上記解析用第１干渉縞画像と上記迂回距離の値（上記迂回距離調整制御部２４４による調整後の値）とに基づき、参照基準面２２１Ａから被検面２９１Ａまでの第１測定光の光路上における光学距離が算出される。具体的には、第１測定光の光路上における参照基準面２２１Ａから被検面２９１Ａまでの光学距離は、上記迂回路部２０３における第２光束に対する第１光束の迂回距離の値の２分の１に相当するので、この迂回距離の値のデータにより算出することができる。
【０１２３】
〈１２〉同様に、光学距離算出部２４６において、上記解析用第２干渉縞画像と上記迂回距離の値（上記迂回距離調整制御部２４４による調整後の値）とに基づき、参照基準面２２１Ｂから被検面２９１Ｂまでの第２測定光の光路上における光学距離が算出される。具体的には、第２測定光の光路上における参照基準面２２１Ｂから被検面２９１Ｂまでの光学距離は、上記迂回路部２０３における第２光束に対する第１光束の迂回距離の値の２分の１に相当するので、この迂回距離の値のデータにより算出することができる。
【０１２４】
〈１３〉上記画像解析部２４７において、解析用第１干渉縞画像が解析され、その解析結果に基づき、被検面２９１Ａの参照基準面２２１Ａに対する傾斜角度および被検面２９１Ａの形状が求められる。同様に、解析用第２干渉縞画像に基づき、被検面２９１Ｂの参照基準面２２１Ｂに対する傾斜角度および被検面２９１Ｂの形状が求められる。そして、求められた各傾斜角度に基づき、被検面２９１Ａ，２９１Ｂの相対的な傾斜角度（平行度）が求められる。また、光学距離算出部２４６において求められた、参照基準面２２１Ａと被検面２９１Ａとの間の光学距離および参照基準面２２１Ｂと被検面２９１Ｂとの間の光学距離と、参照基準面２２１Ａと参照基準面２２１Ａとの光学距離（リニアステージ２８０Ａ，２８０Ｂの調整値により算出される）とに基づき、被検面２９１Ａ，２９１Ｂの間の光学距離が求められる。なお、同様の手法により、被検面２９１Ａ，２９１Ｂに段差が形成されている場合の段差測定を行うことも可能である。
【０１２５】
このように本実施形態の被検面測定装置によれば、測定光偏向用反射平面３７Ａ，３７Ｂと被検面２９１Ａ，２９１Ｂとの間の各光路上に、参照基準板２２０Ａ，２２０Ｂを配置したことにより、参照基準面２２１Ａ，２２１Ｂと被検面２９１Ａ，２９１Ｂとの間の光路長を短くすることができるので、被検面２９１Ａ，２９１Ｂ間の空気の擾乱等の影響を受け難くすることが可能となる。
【０１２６】
また、上述の第１干渉縞画像および第２干渉縞画像を、２つの撮像素子２１５Ａ，２１５Ｂを用いて別々に撮像するように構成することにより、これら２つの干渉縞画像を１つの撮像素子により撮像するように構成した場合よりも、第１干渉縞画像および第２干渉縞画像を拡大して撮像することができるので、より高精度な測定を行うことが可能となる。
【０１２７】
次に、本発明に係る被検面測定装置のアライメント調整方法について、上記第１実施形態を例にとって説明する。なお、このアライメント調整では、図１３に示すように、平行平面板５５および軸調整用治具６０が用いられる。
【０１２８】
上記平行平面板５５は、その光軸Ｃ５５に対し垂直な反射平面５６を備えており、アライメント調整時に、コリメータレンズ２１と円錐レンズ３１の配設位置との間の光路上に配置されるように構成されている。また、図示せぬ２軸傾き調整機構により保持されており、測定光軸Ｃ１０に対する傾きを調整し得るように構成されている。
【０１２９】
上記軸調整用治具６０は、その光軸Ｃ６０に対し垂直な平面部６１と、円錐レンズ３１、回折光学素子３２および該軸調整用治具６０のアライメントが正しく調整されているときに、回折光学素子３２からの０次回折光を再帰反射させ得る傾斜角度に形成された第１テーパ面６２（光軸Ｃ６０を中心軸とする円錐面からなる）と、同じくアライメントが正しく調整されているときに、回折光学素子３２からの−１次回折光を再帰反射させ得る傾斜角度に形成された第２テーパ面６３（光軸Ｃ６０を中心軸とする円錐面からなる）とを備えてなり、アライメント調整時に、回折光学素子３２の図中下側における測定光の光路上に配置されるように構成されている。また、図示せぬ２軸傾き調整機構および面内調整機構により保持されており、測定光軸Ｃ１０に対する傾きの調整および測定光軸Ｃ１０に対し垂直な面内での位置調整が可能に構成されている。
【０１３０】
なお、円錐レンズ３１および回折光学素子３２も、各々別の２軸傾き調整機構および面内調整機構により保持されており、測定光軸Ｃ１０に対する傾きの調整および測定光軸Ｃ１０に対し垂直な面内での位置調整が可能に構成されている。
【０１３１】
（アライメント調整）
〈１〉円錐レンズ３１、回折光学素子３２および軸調整用治具６０が光路上に配置されていない状態において平行平面板５５を光路上に配置し、反射平面５６が測定光軸Ｃ１０に対し垂直となるように傾きを調整する。この傾きの調整は、反射平面５６上にコーナーキューブ（図示略）を配置して反射平面５６に測定光を照射し、該反射平面５６からの反射光とコーナーキューブからの戻り光により形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。なお、干渉縞画像が形成されるようにするため、測定時と同様に、上述の迂回路部１３（図１参照）における迂回距離の調整が行われる。この点は、以下のアライメント手順においても同様であるが、説明は省略する。
【０１３２】
〈２〉コーナーキューブを取り除いた後、回折光学素子３２を光路上に配置し、該回折光学素子３２の光軸Ｃ３２が測定光軸Ｃ１０に対し平行となるように、該回折光学素子３２の傾き調整を行う。この傾き調整は、平行平面板５５を介して回折光学素子３２に測定光を照射し、該回折光学素子３２からの反射光と反射平面５６からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【０１３３】
〈３〉軸調整用治具６０を光路上に配置し、該軸調整用治具６０の光軸Ｃ６０が測定光軸Ｃ１０に対し平行となるように、該軸調整用治具６０の傾き調整を行う。この傾き調整は、平行平面板５５および回折光学素子３２を介して軸調整用治具６０に測定光（回折光学素子３２からの０次回折光）を照射し、該軸調整用治具６０の平面部６１からの反射光と反射平面５６からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【０１３４】
〈４〉円錐レンズ３１を光路上に配置し、該円錐レンズ３１の光軸Ｃ３１が測定光軸Ｃ１０に対し平行となるように、該円錐レンズ３１の傾き調整を行う。この傾き調整は、平行平面板５５を介して円錐レンズ３１に測定光を照射し、該円錐レンズ３１の参照基準面３１ｂからの反射光と反射平面５６からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【０１３５】
〈５〉平行平面板５５を光路外に移動させ、軸調整用治具６０の光軸Ｃ６０が円錐レンズ３１の光軸Ｃ３１と一致するように、該軸調整用治具６０の測定光軸Ｃ１０に対し垂直な面内での位置調整を行う。この位置調整は、円錐レンズ３１および回折光学素子３２を介して軸調整用治具６０に測定光（回折光学素子３２からの０次回折光）を照射し、該軸調整用治具６０の第１テーパ面６２からの反射光と円錐レンズ３１の参照基準面３１ｂからの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【０１３６】
〈６〉回折光学素子３２の光軸Ｃ３２が円錐レンズ３１の光軸Ｃ３１と一致するように、該回折光学素子３２の測定光軸Ｃ１０に対し垂直な面内での位置調整を行う。この位置調整は、円錐レンズ３１および回折光学素子３２を介して軸調整用治具６０に測定光（回折光学素子３２からの−１次回折光）を照射し、該軸調整用治具６０の第２テーパ面６３からの反射光と円錐レンズ３１の参照基準面３１ｂからの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。
【０１３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。
【０１３８】
例えば、図３に示す光偏向素子３０Ａの回折格子付参照基準板３３において、透過型回折格子３３ａと参照基準面３３ｂとを別体分離の構成とすることも可能である。同様に、図４に示す光偏向素子３０Ｂにおいて、参照基準板３４と円錐ミラー３５とを別体分離の構成とすることも可能である。
【０１３９】
また、図１に示す光偏向素子３０のように、円錐レンズと回折光学素子とを組み合わせたタイプの光偏向素子を用いて、図９や図１０に示す被検面１１１，１２１のような凸状面の測定を行うように構成することも可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２００      干渉計
１１，２０１      低可干渉光源
１１Ａ      波長可変レーザ光源
１２，２１，２１Ａ，２０２，２１１      コリメータレンズ
１３，２０３      迂回路部
１４，２０，２０Ａ，２０４，２１０，２１４      ビームスプリッタ
１４ａ，２０ａ，２０Ａａ，２０４ａ，２１０ａ，２１４ａ      光束分岐面
１５，２０５      可動ミラー
１６，２０６      固定ミラー
１７，２０７      可動ミラー位置調節部
１８      ＰＺＴ素子
１９，１９Ａ，２０８      ビーム径変換用レンズ
２２，２２Ａ，２１２      結像レンズ
２３，２３Ａ，２１３      撮像カメラ
２４，２４Ａ，２１５Ａ，２１５Ｂ      撮像素子
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ      光偏向素子
３１      円錐レンズ
３１ａ    光透過面
３１ｂ    参照基準面
３２      （透過型の）回折光学素子
３３      回折格子付参照基準板
３３ａ    透過型回折格子
３３ｂ，３４ａ，２２１Ａ，２２１Ｂ      参照基準面
３４，５０，２２０Ａ，２２０Ｂ      参照基準板
３５      円錐ミラー
３６，３６Ａ，３６Ｂ      光反射面
３７Ａ，３７Ｂ      測定光偏向用反射平面
３８      反射型回折格子
４０，４０Ａ，２４０      解析制御部
４１，４１Ａ，２４１      解析制御装置
４２，４２Ａ，２４２      モニタ装置
４３，４３Ａ，２４３      入力装置
４４，２４４      迂回距離調整制御部
４５，２４５      解析用画像生成部
４６，４６Ａ，２４６      光学距離算出部
４７，４７Ａ，２４７      画像解析部
４８      波長走査部
４９      画像生成部
５５      平行平面板
５６      反射平面
６０      軸調整用治具
６１      平面部
６２      第１テーパ面
６３      第２テーパ面
７０      被検レンズ
７１，８１，９１Ａ，９１Ｂ，１０１，１１１，１２１，２９１Ａ，２９１Ｂ      被検面
８０      円筒体
９０Ａ，９０Ｂ      板状被検体
１００      筒状体
１１０      円錐台状被検体
１２０      円錐台状被検体
Ｃ１０，Ｃ１０Ａ，Ｃ１０Ｂ，Ｃ２００      測定光軸
２０９      偏波面保存シングルモードファイバ
２７０Ａ，２７０Ｂ      参照基準板調整ステージ
２８０Ａ，２８０Ｂ      リニアステージ
２９０Ａ，２９０Ｂ      金型
Ｃ３０Ｂ〜Ｃ３０Ｆ，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ４０，Ｃ５０，Ｃ５５，Ｃ６０，Ｃ７０      光軸
【図１】
2011252774.tif 000006
【図２】
2011252774.tif 000007
【図３】
2011252774.tif 000008
【図４】
2011252774.tif 000009
【図５】
2011252774.tif 000010
【図６】
2011252774.tif 000011
【図７】
2011252774.tif 000012
【図８】
2011252774.tif 000013
【図９】
2011252774.tif 000014
【図１０】
2011252774.tif 000015
【図１１】
2011252774.tif 000016
【図１２】
2011252774.tif 000017
【図１３】
2011252774.tif 000018