(57)【要約】【課題】受光素子上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことができる手段の提供を課題とする。【解決手段】所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を発する光源１と、前記光束を、１番目の被測定面５１に向かう第１の光束及び平面ミラー１１に向かう第２の光束に分割する偏光ビームスプリッタ４と、第１の光束を１番目の被測定面５１に照射する測定光学系６と、１番目の被測定面５１で反射した第１の光束の光路長または第２の光束の光路長の少なくとも一方を調整する移動ステージ１２と、１番目の被測定面５１で反射した第１の光束及び第２の光束を受光する受光素子２０と、１番目の被測定面５１の偏心を演算で求める偏心演算部２２とを備えた偏心測定装置１００を採用した。【選択図】  図１
2005009977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の被測定面の偏心を測定する装置であって、
所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を発する光源と、前記光束を、前記被測定面に向かう第１の光束及び該第１の光束とは別の第２の光束に分割する光束分割手段と、前記第１の光束を前記被測定面に照射する測定光学系と、前記被測定面で反射した前記第１の光束の光路長または前記第２の光束の光路長の少なくとも一方を調整する光路長調整手段と、前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束を受光する受光手段とを有し、前記光路長調整手段によって前記２つの光路長の差を前記コヒーレンス長以内に調整することにより前記受光手段上で前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束に干渉を生じせしめることにより、前記被測定面で反射した前記第１の光束を判別し、判別された前記受光手段上の前記第１の光束の基準位置に対する位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める偏心演算手段とを備える
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、
前記受光手段上における前記第１の光束のスポット径または前記第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整するスポット径調整手段を備える
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学系偏心測定装置において、
前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備える
ことを特徴とする光学系偏心測定装置。
【請求項４】
光学系の被測定面の偏心を測定する方法であって、
所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を、前記被測定面に向かう第１の光束及び該第１の光束とは別の第２の光束に分割する工程と、
前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束を受光手段上で重ね合わせるように受光する工程と、
前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束の光路長を前記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、
前記受光手段上の基準位置に対する前記第１の光束の位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める工程とを有する
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光学系偏心測定方法において、
前記受光手段上における前記第１の光束のスポット径または前記第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整する工程を有する
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の光学系偏心測定方法において、
前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する工程を有する
ことを特徴とする光学系偏心測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の偏心量を測定する光学系偏心測定装置及び光学系偏心測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学系の偏心量を測定する手法としては、オートコリメーション法による偏心測定法が従来より知られている。オートコリメーション法による偏心測定法は、例えば下記特許文献１に開示されている。図１６は、そのようなオートコリメーション法による偏心測定装置の基本構成を示している。
【０００３】
同図において、偏心測定装置５００は、測定用の光束５１１を射出する光源５２０と、光源５２０からの光束５１１を被測定面５５１に照射する測定光学系５３０と、被測定面５５１で反射された光束５１２を、光源５２０から射出された光束５１１から分離するハーフミラー５２１と、被測定面５５１による反射像を受光する受光素子５２２とを有している。光源５２０及び受光素子５２２は、互いに、共役な位置関係に配置されている。
【０００４】
光源５２０から射出された光束５１１は、ハーフミラー５２１を通過し、測定光学系５３０を経由して被測定面５５１に照射される。測定光学系５３０と被測定面５５１は、被測定面５５１の曲率中心５５１ａを通り光軸５１０に直交する平面上においてビームスポットが最小となるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。被測定面５５１に照射された光束５１１の一部は、この被測定面５５１で反射される。被測定面５５１で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由し、ハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂを形成する。
【０００５】
被測定面５５１の曲率中心５５１ａが測定光学系の光軸５１０上にあるときには、被測定面５５１による反射像５５１ｂが基準像位置５４０に形成されるが、図示のように、被測定面５５１の曲率中心５５１ａが測定光学系の光軸５１０からδ１だけずれている（すなわち被測定面５５１が偏心している）ときには、被測定面５５１による反射像５５１ｂが基準像位置５４０からδ３だけずれた位置に形成される。
この場合、被測定面５５１による反射像の結像倍率（測定光学系５３０の倍率と反射による倍率（等倍反射像を利用するこのタイプでは２となる。）とにより算出される）をβとすると、δ３＝βδ１の関係が成立する。したがって、受光素子５２２の出力から、受光素子５２２上での被測定面５５１による反射像５５１ｂの基準像位置５４０からのずれ量δ３とずれの方向を測定することにより、この式から被測定面５５１の偏心量δ１と偏心方向を求めることができる。
【０００６】
また、このオートコリメーション法を、複数のレンズからなる光学系（組み上がりレンズ）に適用した偏心測定法が、例えば下記特許文献２に開示されている。図１７は、そのような組み上がりレンズの偏心測定装置の基本構成を示している。
同図において、偏心測定装置５０１は、１番目の被測定面５５１と２番目の被測定面５５２を有する被測定光学系５５０の、２つの被測定面５５１，５５２の偏心を測定するものである。
【０００７】
基本的構成に関しては、図１６で説明した前記偏心測定装置５００と同じ構成を備えている。
よって、前述の手順で、被測定光学系５５０の１番目の被測定面５５１による反射像のずれ量及びずれ方向を測定することにより、１番目の被測定面５５１の偏心量と偏心方向を求めることができる。
【０００８】
続いて、２番目の被測定面５５２の偏心量を測定する方法について述べる。
測定光学系５３０及び被測定光学系５５０は、測定光学系５３０により集光された光束を、２番目の被測定面５５２のみかけの曲率中心５５２ａ（みかけの曲率中心とは、手前の面の屈折作用を考慮した曲率中心である。ある面のみかけの曲率中心に向かって光束を集光させると、光束がその面に垂直入射する。）に集光させるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。
このとき、測定光学系５３０により集光された光束は、１番目の被測定面５５１により屈折してから２番目の被測定面５５２に垂直入射する。２番目の被測定面５５２に照射された光束５１１の一部は、２番目の被測定面５５２で反射される。２番目の被測定面５５２で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由してからハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂを形成する。
【０００９】
１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２が、それぞれ測定光学系光軸５１０に対して偏心していない場合には、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂが基準像位置５４０に形成される。
一方、１番目の被測定面５５１もしくは２番目の被測定面５５２が偏心している場合には、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂは、１番目の被測定面５５１の偏心量と２番目の被測定面５５２の偏心量とに応じて、基準像位置５４０からずれた位置に形成される。受光素子５２２の出力から、受光素子５２２上での２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂの、基準像位置５４０からのずれ量とずれの方向を測定する。
【００１０】
そして、２番目の被測定面５５２による反射像５５２ｂのずれ量及びずれ方向と、１番目の被測定面５５１の偏心量及び偏心方向と、１番目の被測定面５５１の曲率と、２番目の被測定面５５２の曲率と、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の間隔と、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の媒質の屈折率とを用いて演算することにより、２番目の被測定面５５２の偏心量と偏心方向を求めることができる。
被測定光学系が３番目以降の被測定面を有する場合には、同様の手順を順次行うことにより、３番目以降の被測定面の偏心量と偏心方向についても求めることが可能である。
【００１１】
なお、１番目の被測定面５５１の曲率、２番目の被測定面５５２の曲率、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の間隔、１番目の被測定面５５１及び２番目の被測定面５５２間の媒質の屈折率は、設計値及び実測値のどちらを用いてもよい。
また、この組み上がり偏心量の詳細な求め方については、例えば下記特許文献３に開示されているので、ここではその説明を省略する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−２６０６２３号公報
【特許文献２】
特公平７−８１９３１号公報
【特許文献３】
特開昭５８−２００１２５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８を用いて、上述した従来技術の課題を以下に説明する。
同図において、被測定光学系５５０は、３つの面（すなわち、測定対象となる被測定面５５１と、その他の２つの面５５２及び面５５３）を備えている。被測定面５５１の曲率中心５５１ａと、２番目のその他の面５５３のみかけの曲率中心５５３ａと、１番目のその他の面５５２は、光軸５１０に沿った方向においてごく近い位置に存在している。その他の構成は、図１７を用いて説明した前記偏心測定装置５０１と同じである。
【００１４】
光源５２０から射出された光束５１１は、ハーフミラー５２１を通過してから測定光学系５３０で収束された後、被測定面５５１に照射される。測定光学系５３０及び被測定面５５１は、被測定面５５１の曲率中心５５１ａを通ってかつ光軸５１０に直交する平面上においてビームスポットが最小となるように、光軸５１０に沿った方向の位置が調整される。
被測定面５５１に照射される光束５１１の一部は、被測定面５５１で反射される。被測定面５５１で反射された光束５１２は、測定光学系５３０を経由してハーフミラー５２１で反射されてから、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂを形成する。
【００１５】
一方、被測定面５５１に照射された光束５１１の一部は、被測定面５５１により屈折され、１番目のその他の面５５２上に集光し、その一部が１番目のその他の面５５２で反射（面上の１点による反射で、いわゆるキャッツアイ反射の状態である。キャッツアイ反射は、面が偏心しても受光素子５２２上の反射像が動かない特性を持つ。）される。
この、１番目のその他の面５５２で反射された光束は、被測定面５５１及び測定光学系５３０を経由してから、ハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、１番目のその他の面５５２による反射像５５２ｃを形成する。
【００１６】
さらに、１番目のその他の面５５２を透過した光束５１１の一部が、２番目のその他の面５５３で反射される。この、２番目のその他の面５５３で反射された光束は、１番目のその他の面５５２、被測定面５５１、そして測定光学系５３０を経由してからハーフミラー５２１で反射され、受光素子５２２上に、２番目のその他の面５５３による反射像５５３ｂを形成する。
よって、受光素子５２２上に、被測定面５５１による反射像５５１ｂ、１番目のその他の面５５２による反射像５５２ｃ、２番目のその他の面５５３による反射像５５３ｂ、の３つの像が同時に形成される。
【００１７】
被測定面５５１の偏心量を測定するには、これら３つの像の中から、被測定面５５１による反射像を特定する必要がある。しかし、上述のように、被測定面５５１の曲率中心５５１ａに近い位置に被測定面５５１以外の面のみかけの曲率中心５５３ａ、もしくは被測定面５５１以外の面（１番目のその他の面５５２）が存在する場合には、受光素子５２２上に略同じ大きさの複数のスポット像（反射像）が存在することになり、被測定面５５１による反射像５５１ｂを特定することが困難となる可能性がある。
【００１８】
特に、カメラのズームレンズのように、測定対象となる光学系内の面数が多い場合は、面数が多い分だけ、被測定面以外の面による反射像が、被測定面の反射像の近傍に生じる可能性が高くなる。
なお、このような、被測定面以外の面の反射像は、測定対象となる光学系の面だけでなく、偏心測定装置を構成する光学系（上記の測定光学系５３０等）の面によっても形成される可能性がある。
以上説明のオートコリメーション法では、被測定面での等倍の反射像を利用して測定を行っているが、被測定面の不等倍の反射像を利用して偏心量を求める場合においても、全く同様の課題が生じる。
【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、受光素子上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことができる手段の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の光学系偏心測定装置は、光学系の被測定面の偏心を測定する装置であって、所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を発する光源と、前記光束を、前記被測定面に向かう第１の光束及び該第１の光束とは別の第２の光束に分割する光束分割手段と、前記第１の光束を前記被測定面に照射する測定光学系と、前記被測定面で反射した前記第１の光束の光路長または前記第２の光束の光路長の少なくとも一方を調整する光路長調整手段と、前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束を受光する受光手段とを有し、前記光路長調整手段によって前記２つの光路長の差を前記コヒーレンス長以内に調整することにより前記受光手段上で前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束に干渉を生じせしめることにより、前記被測定面で反射した前記第１の光束を判別し、判別された前記受光手段上の前記第１の光束の基準位置に対する位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める偏心演算手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
上記請求項１に記載の光学系偏心測定装置によれば、光源から発せられた所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束は、光束分割手段により第１の光束及び第２の光束に分割される。そして、これらのうちの第１の光束は、被測定面に入射して反射される。第２の光束と、被測定面で反射された後の第１の光束とは、受光手段上に互いに重なる像をなすように照射される。この時の受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、光路長調整手段を用いて、被測定面で反射した第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを略一致させる調整を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から判別可能な状態にすることができる。
さらに、特定された第１の光束のスポットの位置ずれを偏心演算手段に取り入れて算出することで、被測定面の偏心を求めることができる。
【００２２】
請求項２に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１に記載の光学系偏心測定装置において、前記受光手段上における前記第１の光束のスポット径または前記第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整するスポット径調整手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
上記請求項２に記載の光学系偏心測定装置によれば、受光手段上で第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを重ね合わせて干渉縞を観察する際に、これら像の何れか一方もしくは両方のスポット径が小さすぎて干渉縞が確認困難である場合には、スポット径調整手段によりスポット径を大きくすることで、容易に干渉縞を観察できる状態にすることができる。また、受光手段上の基準位置に対する第１の光束のスポットの位置ずれを求める際に、この像のスポット径が大きすぎて像の位置を精度良く求めにくい場合には、スポット径調整手段によりスポット径を小さく絞ることで、像の位置を精度良くかつ容易に求めることができる。
【００２４】
請求項３に記載の光学系偏心測定装置は、請求項１又は請求項２に記載の光学系偏心測定装置において、前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
上記請求項３に記載の光学系偏心測定装置によれば、例えば、受光手段上に照射される第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとが干渉縞を観察するには小さく、なおかつ、これらが互いに近接位置に有るような場合には、単純に各像のスポット径のみを拡大させただけでは、受光手段上での各像の間の距離が略固定されたままであるため、各像が互いに重なり合って判別困難になる。これに対し、本発明では、受光領域拡大手段を用いて受光領域を拡大させてから受光手段上に照射することで、各像のスポット径と、各像間の距離との双方を拡大することができるので、各像が判別不可能な状態に重なり合うの防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることができる。
【００２６】
請求項４に記載の光学系偏心測定方法は、光学系の被測定面の偏心を測定する方法であって、所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を、前記被測定面に向かう第１の光束及び該第１の光束とは別の第２の光束に分割する工程と、前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束を受光手段上で重ね合わせるように受光する工程と、前記被測定面で反射した前記第１の光束及び前記第２の光束の光路長を前記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、前記受光手段上の基準位置に対する前記第１の光束の位置ずれに基づいて前記被測定面の偏心を求める工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
上記請求項４に記載の光学系偏心測定方法によれば、光源から発せられた所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束は、一旦、第１の光束及び第２の光束に分割される。そして、これらのうちの第１の光束は、被測定面に入射して反射される。第２の光束と、被測定面で反射された後の第１の光束とは、受光手段上に互いに重なる像をなすように照射される。この時の受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、被測定面で反射した第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを一致させる工程を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から判別可能な状態にすることができる。
このようにして特定された第１の光束のスポットの位置ずれに基づき、被測定面の偏心を求めることができる。
【００２８】
請求項５に記載の光学系偏心測定方法は、請求項４に記載の光学系偏心測定方法において、前記受光手段上における前記第１の光束のスポット径または前記第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
上記請求項５に記載の光学系偏心測定方法によれば、受光手段上で第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを重ね合わせて干渉縞を観察する際に、これら像の何れか一方もしくは両方のスポット径が小さすぎて干渉縞が確認困難である場合には、本発明のように、スポット径を大きくする工程を行うことで、容易に干渉縞を観察できる状態にすることができる。また、受光手段上の基準位置に対する第１の光束のスポットの位置ずれを求める際に、この像のスポット径が大きすぎて像の位置を精度良く求めにくい場合には、スポット径を小さく絞る工程を行うことで、像の位置を精度良くかつ容易に求めることができる。
【００３０】
請求項６に記載の光学系偏心測定方法は、請求項４又は請求項５に記載の光学系偏心測定方法において、前記受光手段上で受光されるべき前記第１の光束のスポットと前記第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから前記受光手段上に照射する工程を有することを特徴とする。
【００３１】
上記請求項６に記載の光学系偏心測定方法によれば、例えば、受光手段上に照射される第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとが干渉縞を観察するには小さく、なおかつ、これらが互いに近接位置に有るような場合には、単純に各像のスポット径のみを拡大させただけでは、受光手段上での各像の間の距離が略固定されたままであるため、各像が互いに重なり合って判別困難になる。これに対し、本発明では、受光領域を拡大させてから受光手段上に照射する工程を行うことで、各像のスポット径と、各像間の距離との双方を拡大することができるので、各像が判別不可能な状態に重なり合うの防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学系偏心測定装置及び光学系偏心測定方法についての各実施形態の説明を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
【００３３】
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１実施形態についての説明を以下に行う。
図１に示すように、本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００は、コヒーレンス長（可干渉距離）の短い光を発する光源１と、この光源１からの発散光を平行光束にするコリメート光学系２と、このコリメート光学系２からの平行光束をＰ偏光成分及びＳ偏光成分に分離して射出する偏光ビームスプリッタ４と、この偏光ビームスプリッタ４からのＰ偏光成分を円偏光にする１／４波長板９と、この１／４波長板９からの円偏光の平行光束を収束光にするデフォーカス光学系１０と、このデフォーカス光学系１０からの収束光を反射する平面ミラー１１と、偏光ビームスプリッタ４で分離されたＳ偏光成分を円偏光にする１／４波長板５と、この１／４波長板５からの円偏光の平行光束を被測定面５１に発散又は集光させて照射する測定光学系６と、測定対象となる被測定光学系５０の被測定面５１からの反射光、及び、平面ミラー１１からの反射光を集光する結像光学系１８と、この結像光学系１８により集光された各反射光を受光する受光素子２０とを備えて構成されている。
【００３４】
光源１は、例えばＳＬＤ（スーパー・ルミネッセンス・ダイオード）で構成されている。しかし、光源１はＳＬＤに限定されるものではなく、コヒーレンス長の短い光を発する光源であれば、例えばＬＥＤや高調波重畳したＬＤ、しきい値以下の電流で駆動したＬＤ、ハロゲン光源及び干渉フィルタの組み合わせなどで構成してもよい。
なお、本発明で言う「コヒーレンス長が短い（低コヒーレンス）」とは、「被測定光学系の各面の間の光学距離よりもコヒーレンス長が短い」ことを意味し、更に詳細には「被測定面と、被測定面のみかけの曲率中心位置とみかけの曲率中心位置が近い面との面間の光学距離、もしくは、被測定面と、被測定面のみかけの曲率中心位置と面の位置が近い面との面間の光学距離、以下のコヒーレンス長であること」を示す。数値例で示すと「可干渉距離が１μｍ以上かつ１０ｍｍ以下であること」、更に好ましくは「可干渉距離が１０μｍ以上かつ１ｍｍ以下であること」を示すものとする。ちなみに、ＳＬＤの可干渉距離は数１０〜１００μｍ程度である。
【００３５】
受光素子２０は、例えばＣＣＤで構成されている。しかし、受光素子２０はＣＣＤに限定されるものではなく、被測定光学系５０の被測定面５１からの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とを検知できる機能を有するものであれば良く、例えばＣＭＯＳセンサなどを代わりに採用しても良い。
【００３６】
さらに、偏心測定装置１００は、コリメート光学系２及び偏光ビームスプリッタ４間に、コリメート光学系２からの平行光束から、１方向の偏光成分を選択して透過させる偏光板３を有している。この偏光板３は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）により保持されている。
すなわち、前記回転手段を用いて偏光板３を光軸中心回りに回転させることにより、偏光ビームスプリッタ４でのＰ偏光成分とＳ偏光成分の分岐比を変更することができるようになっている。
【００３７】
ここで言う光軸とは、コリメート光学系２，測定光学系６，デフォーカス光学系１０，被測定面５１，平面ミラー１１，結像光学系１８が全く偏心していない状態において、光源１から被測定面５１を経て受光素子２０に到達する光束と、光源１から平面ミラー１１を経て受光素子２０に到達する光束の、主光線の軌跡を言うものとする。
【００３８】
デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１は、移動ステージ１２により、一体になって光軸方向に移動可能に支持されている。また、この移動ステージ１２には、その位置を測定する測長手段１３が備えられている。
移動ステージ１２は、例えば、図示されないリニアガイドとステッピングモータとボールねじとを備えて構成されている。しかし、移動ステージ１２は、これらの組み合わせに限定されるものではなく、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１を必要な精度で移動できるものであれば良く、その他の構成も勿論採用可能である。さらには、移動ステージ１２の駆動は、自動及び手動のどちらでも良い。
【００３９】
測長手段１３は、例えば移動ステージ１２を駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする手段で構成される。しかし、測長手段１３はこのような構成に限定されるものではなく、例えばリニアエンコーダやレーザー測長器など、その他の構成を採用しても良い。
測長手段１３にレーザー測長器を用いる場合には、特に図示しないが、平面ミラー１１の裏面にコーナーキューブを平面ミラー１１と一体に配置し、レーザー測長器の測長軸を光軸と一致させることにより、アッベの誤差やｃｏｓエラーなどの測長誤差を低減させることが可能となる。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ４及び平面ミラー１１間には、シャッター１４が設けられており、必要に応じて平面ミラー１１からの反射光を遮蔽できるように構成されている。そして、平面ミラー１１からの反射光をシャッター１４で遮光することにより、受光素子２０は、被測定面５１による反射像のみを精度よく検出することができる。
【００４１】
測定光学系６は、移動ステージ７により、光軸２１方向に沿って移動可能に支持されている。そして、この移動ステージ７には、その位置を測定する測長手段８が備えられている。
移動ステージ７は、例えばリニアガイドとステッピングモータとボールねじから構成されている。しかし、移動ステージ７は、これらの組み合わせに限定されるものではなく、測定光学系６を必要な精度で移動できれば良く、その他の構成も採用可能である。また、移動ステージ７の駆動は、自動及び手動のどちらで行っても良い。
【００４２】
測長手段８は、例えば、移動ステージ７を駆動するステッピングモータのパルス数をカウントする手段で構成される。しかし、測長手段８は、このような手段に限定されるものではなく、例えばリニアエンコーダやレーザー測長器など、その他の構成を採用しても良い。
【００４３】
なお、本実施形態では、説明を解りやすくするために、測定対象である前記被測定光学系５０が、１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２の２面から構成されるものとした。
ただし、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａと、２番目の被測定面５２の見かけの曲率中心５２ａが、光軸２１に垂直な断面で見た場合に極めて近い位置に存在したものとなっている。
【００４４】
偏光ビームスプリッタ４及び受光素子２０間には、偏光方向の異なる２つの反射光から同一の偏光成分を選択して透過させることにより干渉させるための偏光板１５が備えられている。この偏光板１５は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）によって保持されている。そして、前記回転手段を用いて、透過させる偏光方向を調整することにより、干渉縞のコントラストを任意に調整できるようになっている。
【００４５】
偏光板１５及び受光素子２０間には、偏光板１６が備えられている。この偏光板１６は、光軸中心に対して回転可能な回転手段（図示せず）により保持されている。前記回転手段を用いて偏光板１６を光軸中心に対して回転させることにより、受光素子２０で検出される光強度を調整することが可能となる。
【００４６】
偏光板１６及び受光素子２０間には、被測定面５１からの反射光が受光素子２０上で適当な大きさのスポット像を形成するように集光させる結像光学系１８が備えられている。
この結像光学系１８は、光源１と受光素子２０が互いに共役となるように配置されている。この調整は、例えば以下の手順で行う。まず、測定光学系６及び被測定光学系５０を配置しない状態で、１番目の被測定面５１の位置に図示しない平面ミラーを配置する。そして、この平面ミラーからの反射光が受光素子２０上に結像するように、結像光学系１８及び受光素子２０の光軸２１に沿った方向の位置を調整する。
【００４７】
以上説明のように、本実施形態の偏心測定装置１００は、コヒーレンス長の短い光束を発する光源１と、この光源１から発せられた光束を、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）に向かう光束（第１の光束）及びこの光束（第１の光束）とは別方向の平面ミラー１１に向かう他の光束（第２の光束）に分割する偏光ビームスプリッタ（光束分割手段）４と、測定光学系（測定光学系）６を経由して１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）で反射された光束（第１の光束）及び平面ミラー１１で反射された光束（第２の光束）を受光する受光素子（受光手段）２０と、光源１から受光素子２０に至るまでの両光束の全光路長が上記コヒーレンス長以内で略等しくなるように、平面ミラー１１で反射される方の光束（第２の光束）側の光路長を調整する移動ステージ（光路長調整手段）１２と、移動ステージ（光路長調整手段）によって前記２つの光路長の差を前記コヒーレンス長以内に調整することにより前記受光素子（受光手段）２０上で被測定面５１で反射した光束（第１の光束）と平面ミラー１１で反射した光束（第２の光束）に干渉を生じせしめ、また、被測定面５２で反射した光束（第１の光束）と平面ミラー１１で反射した光束（第２の光束）に干渉を生じせしめることにより、被測定面５１で反射した光束と被測定面５２で反射した光束を判別し、受光素子（受光手段）２０上の基準位置に対する判別された１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）の偏心量及び偏心方向（偏心）を求める偏心演算部（偏心演算手段）２２とを備えた構成となっている。
さらに、本実施形態の偏心測定装置１００は、受光素子（受光手段）２０上に照射される、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）からの反射光束（第１の光束）のスポット径を調整する移動ステージ（スポット径調整手段）７を備えた構成となっている。
以下に、この構成を有する偏心測定装置１００を用いた光学系偏心測定方法について説明する。
【００４８】
本実施形態の光学系偏心測定方法は、光源１から発せられた光束（所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束）を、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）に向かう光束（第１の光束）と、この光束（第１の光束）とは別方向の平面ミラー１１に向かう他の光束（第２の光束）とに分割する工程と、これら２つの光束（第１の光束及び第２の光束）を受光素子（受光手段）２０上で重ねるように受光する工程と、これら２つの光束（第１の光束及び第２の光束）の光路長を上記コヒーレンス長以内で略一致させる工程と、受光素子（受光手段）２０上の基準位置に対する反射像５１ｂ，５２ｂ（第１の光束の像）の位置ずれに基づいて１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２（被測定面）の偏心を求める工程とを有するものとなっている。
さらに、本実施形態の光学系偏心測定方法は、受光素子（受光手段）２０上における反射像５１ｂ，５２ｂのスポット径（第１の光束のスポット径）を調整する工程も、必要に応じて行うものとなっている。
以下に、その詳細を説明する。
【００４９】
まず、被測定光学系５０の１番目の被測定面５１の偏心量を測定する手順について述べる。光源１からの発散光束は、コリメート光学系２に入射し、平行光となって偏光ビームスプリッタ４に向かう。偏光ビームスプリッタ４に入射した平行光は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離して射出される。
この時、受光素子２０上に到達する平面ミラー１１からの反射光と、１番目の被測定面５１からの反射光との光強度がほぼ一致するように、偏光板３を回転させ、分離されるＰ偏光成分の光強度とＳ偏光成分の光強度とを予め調節する。この調整は、例えば、まず被測定光学系５０を配置しない状態で、平面ミラー１１からの反射光のみを受光素子２０で検出する。次に、被測定光学系５０を載置して、シャッター１４を閉じて平面ミラー１１からの反射光を遮蔽した状態で、１番目の被測定面５１からの反射光のみを受光素子２０で測定する。これら２つの光強度を見ながら、両者がほぼ一致するように偏光板３を回転させることで調整が完了する。
【００５０】
偏光ビームスプリッタ４で分離されたＰ偏光成分は、１／４波長板９で円偏光にされた後、デフォーカス光学系１０により集光し、平面ミラー１１で反射される。平面ミラー１１からの反射光は、再度、デフォーカス光学系１０と１／４波長板９を経由してＳ偏光成分となり、偏光ビームスプリッタ４で今度は反射して受光素子２０に向かう。
この時、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１間における、光軸方向の相対的な位置は、平面ミラー１１の反射光が受光素子２０上で平行光に近い状態になるように調整する。この調整は、例えば以下の手順で行う。被測定光学系５０を配置しない状態で、平面ミラー１１からの反射光のみを受光素子２０上に向かわせ、そのスポット径を検出する。そして、このスポット径が、平面ミラー１１からの反射光が受光素子２０上で平行光となる際のスポット径の設計値（受光素子２０に平行光が入射する光学配置の設計値から求まる。）と略等しくなるように、デフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１の光軸方向の位置を調整する。
【００５１】
光源１から受光素子２０に向かう２つの光束は、これらの光路長差がコヒーレンス長以内で特に略等しくなったときに、受光素子２０上に干渉縞を形成する。そこで、偏光ビームスプリッタ４からデフォーカス光学系１０を経由して平面ミラー１１に至るまでの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して１番目の被測定面５１に至るまでの光路長とが等しくなるように、移動ステージ１２を移動させる。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から１番目の被測定面５１までの光路長を略等しくするためのより具体的方法の例を、以下に示す。
まず、被測定光学系５０を配置しない状態で１番目の被測定面５１の位置に図示しない平面ミラーを配置し、この平面ミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。そして、その時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。
【００５３】
なお、被測定面５１の位置に前記平面ミラーを配置することは、被測定光学系５０の鏡枠の被測定面５１の位置に相当する部分に、前記平面ミラーを取り付けるなどすることで実施可能である。１番目の被測定面５１以降の他の被測定面については、これら各面の設計値を用いてもよい。また、１番目の被測定面５１と同様に測定した値を用いるものとしても良い。
そして、実際に偏心測定に移る際には、被測定光学系５０を配置した後、記録された前記移動量に対応する位置に、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を移動ステージ１２で移動させる。
【００５４】
一方、偏光ビームスプリッタ４で反射したＳ偏光成分は、１／４波長板５を通過することで円偏光にされる。
測定光学系６及び被測定光学系５０は、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａを通ってかつ光軸２１に直交する平面上におけるビームスポット径が最小となるように、移動ステージ７によって、光軸２１に沿った方向の位置が調整される。
このような調整がなされることで、１／４波長板５によって円偏光にされた光束は、測定光学系６によって集光されて１番目の被測定面５１に照射される。そして、この光束の一部が、１番目の被測定面５１で反射される。１番目の被測定面５１からの反射光は、測定光学系６を経由して再度、１／４波長板５を透過し、Ｐ偏光成分となって偏光ビームスプリッタ４を透過した後、受光素子２０に向かう。
【００５５】
ここで、１番目の被測定面５１に照射された光束の一部が１番目の被測定面５１を透過し、さらにこの１番目の被測定面５１で屈折して、２番目の被測定面５２に向かう。そして一部が２番目の被測定面５２で反射し、１番目の被測定面５１の反射光と同様の経路をたどって受光素子２０に向かう。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ４から受光素子２０へ向かう３つの反射光（すなわち、平面ミラー１１からの反射光と１番目の被測定面５１及びその他の面５２からの反射光）は、偏光板１５によって同一の偏光成分のみが取り出され、さらに偏光板１６で光強度が調整される。
そして、光強度が調整された後の３つの反射光は、結像光学系１８により集光され、受光素子２０上にほぼ同一径を有する２つのスポット像（すなわち、１番目の被測定面５１による反射像５１ｂ、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂ）と、これら２つのスポット像よりも径の大きなデフォーカス像（平面ミラー１１による反射像１１ｂ）として検出される。
【００５７】
このようにして受光素子２０上に形成される被測定光学系５０からの２つの反射像５１ｂ，５２ｂの中から１番目の被測定面５１による反射像５１ｂを判別する方法の詳細について、図２〜図５を参照して説明する。
まず、図２に示すように、受光素子２０上に径の小さい反射像５１ｂ，５２ｂが映し出されている状態で、測定光学系６を移動ステージ７によって光軸２１の方向に移動させる。
これにより、図３に示すように、反射像５１ｂ及び反射像５２ｂを最適位置から若干ずらして像の径を大きくする。これは、後述の干渉縞を形成する際に、反射像の径を大きくして干渉縞の有無の判別を容易にするためである。
【００５８】
前述のように、光源１はコヒーレンス長が短いので、２つの反射像５１ｂ及び反射像５２ｂのうち、光源１からの光路長が前記デフォーカス像の光路長と略等しくなったものだけが、図４に示すような干渉縞を生じる。
したがって、図２から図４に示す工程を行って干渉縞の有無を調べることにより、反射像５１ｂが１番目の被測定面５１による反射像であることを判別することができる。
なお、ここでは被測定光学系５０からの反射像数は２つにしたが、勿論これに限定されるものではなく、３個以上、もしくは１個の場合についても同様の手順により、被測定面５１の反射像５１ｂを判別することが可能である。
【００５９】
次に、前記シャッター１４により平面ミラー１１への光路を遮断し、測定光学系６を移動ステージ７によって光軸２１の方向に移動させ、上記により判別された反射像５１ｂが最良像となるようにスポット径を絞る調整を行う。
そして、偏心演算部２２の画像処理により、受光素子２０上における反射像５１ｂの絞られたスポット像の重心座標を検出し、基準像位置からのずれ量とずれ方向を算出する。これにより、１番目の被測定面５１の曲率中心５１ａの偏心量と偏心方向を求める。
【００６０】
ここで言う基準像位置とは、１番目の被測定面５１が全く偏心していない状態において、この１番目の被測定面５１からの反射光により受光素子２０上に形成される反射像５１ｂの位置をいう。
この基準像位置は、様々な手法により求めることが可能である。例えば、光軸２１に沿った方向における、測定光学系６及び１番目の被測定面５１間の相対的な位置を、光源１からの光束が１番目の被測定面５１上に集光するように、測定光学系６を位置調整することにより求められる。この状態では、１番目の被測定面５１上の光束の集光位置と基準像位置が共役になるため、１番目の被測定面５１からの反射光は、受光素子２０上の基準像位置に、１番目の被測定面５１による反射像を形成する（いわゆる、キャッツアイ反射の状態）。
この状態で、受光素子２０の出力から１番目の被測定面５１による反射像の座標を求めることにより、基準像位置の座標が求められる。
【００６１】
基準像位置を求める別の手法としては、１番目の被測定面５１を光軸２１回りに回転させることにより、受光素子２０上で反射像を回転させ、その回転中心の座標を求めてこれを基準像位置としても良い。
また、１番目の被測定面５１を回転させる代わりに、測定光学系６と１番目の被測定面５１との間に光偏光部材（図示せず）を挿入し、その後段にイメージローテータ及び反射ミラー（図示せず）を配置し、前記イメージローテータを回転させることにより、前記反射ミラーによる反射像を受光素子２０上で回転させて、その回転中心の座標を求めてこれを基準像位置としても良い。
【００６２】
次に、再び図１に戻り、被測定光学系５０の２番目の被測定面５２の偏心を測定する手順について述べる。
まず、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長とがほぼ等しくなるように、移動ステージ１２によりデフォーカス光学系１０及び平面ミラー１１を移動させる。
【００６３】
すなわち、まず、上述した方法により偏光ビームスプリッタ４からデフォーカス光学系１０を経由して平面ミラー１１に至るまでの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して被測定光学系５０の１番目の被測定面５１に至るまでの光路長とを等しくする。
次に、被測定光学系５０の設計値に基づいて、被測定光学系５０の１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の光路長を求める。具体的には、（１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の物理的な厚さ）×（１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の媒質の群屈折率）により光路長を算出する。そして、このようにして求められた光路長分だけ平面ミラー１１が移動するように、移動ステージ１２を移動させる。この時の移動ステージ１２の移動量は、測長手段１３で検出する。
【００６４】
このような方法により、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１と２番目の被測定面５２との間の光路長が設計値と等しい場合に、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長とを略等しくできる。
なお、移動ステージ１２の移動により、平面ミラー１１の反射光は、受光素子２０上で平行光から若干ずれた状態になる。しかし、多少平行光でなくとも干渉が生じる場合が多いので、平行光にすることを目的として、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０の光軸方向位置を再調整しなくても良い。
また、例えば、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０間の光軸方向における相対位置を調整する移動ステージ（図示せず）を別に配置し、必要に応じて調整する構成を採用しても良い。
【００６５】
そして、１番目の被測定面５１による反射像を判別した手順と同様の手順により、図５に示すような受光素子２０の出力から、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂを判別する。
なお、被測定光学系５０の設計値から、演算により、被測定面５１と５２の曲率中心及びみかけの曲率中心が光軸に沿った方向に近い位置に存在することを予め求めておくことができる。従って、被測定面５１による反射像５１ｂを特定した時点で、他方の像５２ｂは被測定面５２による像である可能性が高いと判断しても良い。すなわち、別に判別のための測定をしなくても良い。
この時、何れの反射像５１ｂ，５２ｂの位置でも干渉縞が生じない場合は、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の光路長が設計値に対して誤差を持っていることが考えられる。しかし、実際の被測定光学系５０の１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の光路長が設計値に対して誤差を持っていたとしても、被測定光学系５０の製作が通常どおり行われていれば、その誤差の量は被測定光学系５０の製作公差の範囲に収まり、それほど大きくない場合が多い。
【００６６】
よって、設計値に基づいて設定した移動ステージ１２の位置の近辺（前後）でこの移動ステージ１２を多少移動させながら、受光素子２０上のスポット像の干渉の様子を観察すると、ある位置で干渉が生じる。
可干渉距離が短いという光源１の性質より、干渉縞のコントラストが最高になったとき、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から２番目の被測定面５２までの光路長が略等しいと言える。
このときの移動ステージ１２の１番目の被測定面５１の位置からの移動量が、設計値から求めた移動量に十分近ければ、そのときに干渉が生じたスポット像が、被測定面５２による反射像である可能性が極めて高い。
【００６７】
そして、１番目の被測定面５１の偏心量と偏心方向を求めた時と同様に、偏心演算部２２において、受光素子２０上における反射像５２ｂがなすスポット像の重心位置を検出し、基準像位置からのずれ量とずれの方向を演算する。
２番目の被測定面５２の偏心量を求めるには、２番目の被測定面５２よりも測定光学系６側に位置する１番目の被測定面５１の影響を考慮して、偏心量を演算する。具体的には、偏心演算部２２において、２番目の被測定面５２による反射像５２ｂのずれ量とずれ方向、１番目の被測定面５１の偏心量と偏心方向、１番目の被測定面５１の曲率、２番目の被測定面５１の曲率、１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の間隔、そして１番目の被測定面５１及び２番目の被測定面５２間の媒質の屈折率から演算を行って、被測定面５２の偏心量と偏心方向を求める。
【００６８】
以上説明の本実施形態の偏心測定装置１００及び光学系偏心測定方法によれば、受光素子２０上に反射像５１ｂ，５２ｂを形成させる反射面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）の判別が可能になる。したがって、受光素子２０上で被測定面による反射像とそれ以外の反射像が同時に極めて近くに存在する場合であっても、被測定面の偏心測定を確実に行うことが可能となっている。
【００６９】
なお、受光素子２０上に形成される干渉縞は、重ね合う２つの光束の光量比が近いほどコントラストが高くなり、光量比が大きく異なると干渉縞が認識できない場合がある。そのような場合には、前記偏光板３の方位を調整することにより、被測定光学系５０からの反射光と平面ミラー１１からの反射光との光量比を調整して近くすることができるので、受光素子２０上の干渉縞のコントラストを高くでき、反射像の判別を容易に行うことが可能となる。
また、干渉縞は、重ね合う２つの光束の位相が合っているほどコントラストが高く観察できる。そこで、本実施形態の場合には、前記偏光板１５により、重ね合わせる２つの光束のうち、１方向の直線偏光だけを選択透過させるようにしているので、受光素子２０上の干渉縞のコントラストを高くでき、反射像の判別を容易に行うことが可能となっている。
【００７０】
オートコリメーション法に代表される従来の反射偏心測定法では、被測定光学系の設計によっては被測定光学系内での光束のケラレ等により、それぞれの面の反射光束による受光素子上での光強度が互いに大きく異なる場合がある。光強度が弱すぎる場合には干渉縞が観察できない場合があり、逆に、光強度が強い場合には受光素子の出力が飽和してしまい、干渉縞が観察できない場合がある。これに対し、本実施形態では、偏光板１６を回転させることにより受光素子２０上の光強度を調整できるので、より多くの面の反射像が判別可能となっている。
また、本実施形態では、平面ミラー１１の光路を遮断するシャッター１４を駆動させると、受光素子２０上から平面ミラー１１の反射像１１ｂのみを消すことができるので、受光素子２０上における反射像５１ｂ，５２ｂの検出精度を向上させることが可能となる。
【００７１】
なお、本発明の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
例えば、本実施形態では、被測定光学系５０が２つの被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）から構成される場合について述べたが、２つの被測定面に限らず、３つ以上の被測定面から構成される場合でも、同様の手順を繰り返すことにより、組み上がり光学系の偏心測定を行うことが可能である。
また、被測定光学系５０の被測定面が１つの被測定面から構成される場合でも、偏心測定装置１００が備える各光学系の面による反射像などが受光素子２０上に結像して被測定面の判別ができなくなる場合があるので、本実施形態は有効である。すなわち、被測定面と前記各光学系の面による反射像とを判別することが可能である。
【００７２】
また、当然ながら被測定光学系５０はプリズムやミラーなどの光偏光部材や平行平板などを含んでいても、同様の手順により偏心測定が可能である。
また、当然ながら反射像の判別は全ての被測定面について行う必要はなく、反射像の判別が困難な場合のみ行うものとしても良い。
また、光源１からの光束を分離射出する偏光ビームスプリッタ４と１／４波長板５と１／４波長板９の代わりに、単一のハーフミラーを採用するものとしても良い。この場合、光の利用効率は低下するものの、偏心測定装置１００の構成を簡素にすることが可能となる。
【００７３】
また、平面ミラー１１の代わりに、レトロリフレクターやコーナーキューブを用いても良い。
また、シャッター１４を省略する構成も採用可能である。
また、受光素子２０で検出される光強度を調整する手段としては、偏光板１６及びその回転手段に限定されるものではなく、例えば、連続可変ＮＤフィルタ及びこれを回転させる回転手段や、複数のＮＤフィルタ及びこれを切り換える切換手段や、受光素子２０の露光時間を変更する電子シャッターなど、その他の構成も採用可能である。
また、測定上の制限を受けるものの、偏光板３や偏光板１５や偏光板１６を省いても測定可能である。
また、被測定光学系５０が、平行平面板のように被測定面が平面のみから構成される場合には、測定光学系６を省略することが可能である。
【００７４】
また、移動ステージ１２及び測長手段１３は、平面ミラー１１による反射光と被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）による反射光の光路長とを等しくできれば良い。したがって、平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０側を移動させることに限定されるものではなく、例えば、測定光学系６及び被測定光学系５０側を同時に移動させるようにしても良い。さらには、平面ミラー１１による反射光と被測定面による反射光の光路長どちらかの光路に、これらの光路長を一致させることができる特性を備えたガラス板を挿入するなどしても良い。
【００７５】
なお、コヒーレンス長の短い光源１から発せられて分岐する２つの光束それぞれが透過するガラス（光学系を構成する材料）の波長分散が全く同じである場合には、これら２つの光束間における相対的な波長分散の影響をキャンセルすることができるため、光路長差が最短で干渉縞のコントラストが最高になり、ガラスの波長分散が一致しない場合は、光路長差がより長く、干渉縞のコントラストが低くなることが一般的に知られている。
そこで、偏光ビームスプリッタ４から被測定面（１番目の被測定面５１，２番目の被測定面５２）に至る光路と、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１に至る光路のどちらか一方、もしくは両方に、波長分散調整ガラスを挿脱可能に配置する構成を採用しても良い。この場合には、これら２つの光束の波長分散を制御して、受光素子２０上における干渉縞のコントラストを高める調整が可能となる。
【００７６】
また、上述のように、波長分散調整ガラスの挿脱により２つの光束が受ける波長分散を一致させることで干渉縞のコントラストを高くしたり、光軸に沿った方向の分解能を高くしたりすることができる。これとは逆に、波長分散調整ガラスの挿脱により２つの光束が受ける波長分散に差を持たせ、干渉縞を、光軸方向のより広い範囲で認識できるようにすることも可能である。
その場合、波長分散調整ガラスの挿脱に伴って光路長も変化する。よって、あらかじめ波長分散調整ガラスの挿脱による光路長の変化を測定しておき、波長分散調整ガラスを挿脱した場合には、その光路長の変化分だけ移動ステージ１２を移動させることで、２つの光束の光路長を一致させる調整が可能となる。
【００７７】
なお、波長分散調整ガラスの挿脱による光路長の変化は、例えば下記測定方法を用いることにより測定することができる。
すなわち、まず波長分散調整ガラスを光路から外しておき、被測定光学系５０を配置しない状態で被測定面５１の位置に図示しないミラーを配置し、このミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。
【００７８】
そして、この時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。次に、波長分散調整ガラスを挿入して、再度、ミラーからの反射光と、平面ミラー１１からの反射光とが受光素子２０上で干渉するように平面ミラー１１及びデフォーカス光学系１０を同時に移動ステージ１２で移動させる。そして、この時の平面ミラー１１の位置を、平面ミラー１１の基準位置からの移動量として測長手段１３で測定して記録する。続いて、移動ステージ１２の基準位置からの移動量の差を計算する。このようにして、波長分散調整ガラスによる光路長の変化を検出することができる。
なお、波長分散ガラスは様々な波長分散に対応できるように、あらかじめ複数備えておいても良い。
【００７９】
（第２実施形態）
続いて、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明を行うものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
【００８０】
本実施形態では、前記デフォーカス光学系１０の代わりに、平面ミラー１１からの反射光を、結像光学系１８を経由せずに受光素子２０に導くための偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、偏光ビームスプリッタ２５を備えた点が特徴的となっている。
本実施形態における移動ステージ１２は、平面ミラー１１のみを移動させるようになっている。
また、本実施形態における１／４波長板９は、偏光ビームスプリッタ２３と平面ミラー１１との間に配置する。
また、本実施形態における偏光板１５は、偏光ビームスプリッタ２５と受光素子２０との間に配置する。
また、本実施形態における結像光学系１８は、偏光ビームスプリッタ４と偏光ビームスプリッタ２５との間に配置する。
【００８１】
以上説明の構成を有する本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ａを用いた光学系偏心測定方法について以下に説明を行う。
まず、光源１から光束を射出すると、同光束はコリメート光学系２により平行光束に変換された後、偏光板３に入射し、同光束のうちの１方向の直線偏光成分のみがこれを透過する。この直線偏光成分の平行光束が偏光ビームスプリッタ４に入射すると、同偏光ビームスプリッタ４は、Ｐ偏光成分を透過させるとともにＳ偏光成分を反射する。これにより、光源１からの光束がＰ偏光成分とＳ偏光成分とに２分割される。
【００８２】
２分割された光束の１方（Ｓ偏光成分）は、１／４波長板５を通過して円偏光となった後、測定光学系６によって被測定光学系５０の被測定面５１の曲率中心５１ａに向けて集光される。この時、光束の一部が被測定面５１で反射され、再度、１／４波長板５を通過してＰ偏光成分となり、再度、偏光ビームスプリッタ４に入射してこれを透過する。
このようにして偏光ビームスプリッタ４を透過した透過光は、結像光学系１８を通ることにより受光素子２０に向けて結像する光束となり、偏光ビームスプリッタ２５に入射し、これを透過する。
【００８３】
また、２分割された光束の他方（Ｐ偏光成分）は、偏光ビームスプリッタ４及び偏光ビームスプリッタ２３を透過した後、さらに１／４波長板９を通ることで円偏光となり、平面ミラー１１で反射される。
平面ミラー１１で反射された反射光は、再度、１／４波長板９を通過してＳ偏光成分となり、再度、偏光ビームスプリッタ２３に入射して反射する。さらに、このＳ偏光成分は、ミラー２４、続く偏光ビームスプリッタ２５で反射される。
このようにして、偏光ビームスプリッタ２５で重ね合わされた２つの光束は、続いて偏光板１５に入射し、１方向の直線偏光成分のみがこれを透過する。これにより、受光素子２０上には、被測定面５１による反射像５１ｂが結像すると同時に、平面ミラー１１からの反射光が平行光として入射する。
【００８４】
次に、移動ステージ１２及び測長手段１３を用いて、光源１から出て被測定面５１で反射して受光素子２０上に至るまでの光路長と、光源１から出て平面ミラー１１で反射して受光素子２０に至るまでの光路長とが等しくなるように、光源１から出て平面ミラー１１で反射して受光素子２０に至る光束側の光路長を変更する。
そして、移動ステージ７を用いて測定光学系６を光軸方向に移動させ、被測定面５１によるスポット像（反射像５１ｂ）を若干ボケさせる。すると、上記第１実施形態と同様に干渉縞を確認することができ、被測定光学系５０内のどの反射面（被測定面）が前記スポット像を形成したかを特定することができる。
【００８５】
以上説明の本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ａを用いた光学系偏心測定方法によれば、平面ミラー１１からの反射光が、結像光学系１８を経由せず、常に平行光として受光素子２０上に入射させることができる。したがって、光路長調整のために平面ミラー１１側を移動ステージ１２により移動させても、受光素子２０に入射する平面ミラー１１からの反射光の平行度が変化しないので、受光素子２０上で反射像５１ｂを形成する反射面（被測定面５１）を判別する際の調整が、上記第１実施形態に比較して容易になる。
すなわち、上記第１実施形態で説明した前記デフォーカス光学系１０の配置と、その光軸方向の位置調整とが不要になり、簡単な調整で反射像５１ｂを形成した反射面（被測定面５１）の判別が実現可能となる。
【００８６】
（第３実施形態）
続いて、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明を行うものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ｂは、上記第１実施形態で説明した前記デフォーカス光学系１０を備える代わりに、下記の各構成要素を新た備えた構成となっている。
【００８７】
すなわち、平面ミラー１１をその光軸に対して２方向にチルトさせる２軸チルトステージ２６を備えている。
また、結像光学系１８を光軸方向に移動させる移動ステージ２７と、移動ステージ２７の移動量を検出する測長手段２８とを備えている。
また、結像光学系１８と受光素子２０との間に、結像光学系１８が受光素子２０上に結像する反射像の結像倍率を変える（反射像をリレーする）変倍リレー光学系２９，３０を備えている。これら変倍リレー光学系２９，３０は、互いに異なる結像倍率を備え、図示しない切り換え手段により、光路内または光路外に挿脱可能に構成されている。
【００８８】
そして、これら変倍リレー光学系２９，３０は、被測定面５１で反射されて受光素子（受光手段）２０上で受光されるべき光束（第１の光束）による反射像５１ｂと、平面ミラー１１で反射されて受光素子（受光手段）２０上で受光されるべき光束（第２の光束）による反射像１１ｂとを内包する受光領域（図１４の説明において後述する四角枠６０）を拡大してから受光素子（受光手段）２０上に照射する受光領域拡大手段を構成している。
変倍リレー光学系２９または変倍リレー光学系３０の何れか一方を光路内に入れるとともに他方を光路外に出す前記切り換え手段は、例えば、顕微鏡対物レンズとレボルバと顕微鏡結像レンズなどで構成することが可能である。
なお、これら変倍リレー光学系２９及び変倍リレー光学系３０は、光路内に配置された場合に、光源１と受光素子２０が互いに共役となるように配置される。
【００８９】
以上説明の本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００Ｂを用いた光学系偏心測定方法について以下に説明を行う。
まず、光源１から射出された光束が、コリメート光学系２を通ることで平行光束となる。そして、偏光板３では、光源１からの光束のうち、１方向の直線偏光成分のみを透過させて偏光ビームスプリッタ４に向かわせる。
偏光ビームスプリッタ４では、入射した光束のうち、Ｐ偏光成分を透過させると同時にＳ偏光成分を反射させる。これにより、光源１からの光束がＰ偏光成分及びＳ偏光成分に２分割される。
【００９０】
２分割された光束の１方（Ｓ偏光成分）は、１／４波長板５を通過して円偏光となり、測定光学系６により被測定光学系５０の被測定面５１の曲率中心５１ａに向けて集光される。そして、集光された光束の一部が被測定面５１により反射され、再度１／４波長板５を通過してＰ偏光成分の光束となり、再度、偏光ビームスプリッタ４に入射して透過する。さらに、偏光ビームスプリッタ４を透過した光束は、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像５１ｂを形成する。
【００９１】
一方、被測定面５１を透過した光束は、被測定面５１で屈折され、その他の被測定面である被測定面５２に入射する。そして、そのうちの一部が被測定面５２で反射され、被測定面５１を経由して再び１／４波長板５を通過することによりＰ偏光成分の光束となる。この光束は、再び偏光ビームスプリッタ４に入射してこれを透過し、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を、変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像５２ｂを形成する。
２分割された光束の他方（Ｐ偏光成分）は、１／４波長板９を通過して円偏光となり、平面ミラー１１により反射され、再び１／４波長板９を通過してＳ偏光成分の光束となる。さらにこの光束は、再び偏光ビームスプリッタ４に入射して反射され、結像光学系１８により集光されて反射像を形成する。その反射像を変倍リレー光学系２９がリレーして、受光素子２０上に反射像１１ｂを形成する。
【００９２】
図８に示すように、この時の受光素子２０上には、ほぼ同一径を有する３つのスポット像（被測定面５１による反射像５１ｂと、その他の被測定面５２による反射像５２ｂと、平面ミラー１１による反射像１１ｂ）が検出される。
これら３つのスポット像の中から、被測定面５１による反射像５１ｂを判別するには、まず、移動ステージ２７で結像光学系１８をその光軸方向に移動させる。これにより、図９に示すように、受光素子２０上における各スポット像を若干ボケさせる（最適位置から若干ずらして像の径を大きくする）。この時、測長手段２８を用いて移動ステージ２７の移動前の位置を記録しておく。
【００９３】
続いて、偏光ビームスプリッタ４から平面ミラー１１までの光路長と、偏光ビームスプリッタ４から測定光学系６を経由して被測定面５１に至るまでの光路長とが等しくなるように、移動ステージ１２を移動させる。
さらに、図１０に示すように、２軸チルトステージ２６により平面ミラー１１をチルトさせ、受光素子２０上におけるスポット像１１ｂを動かして、１つのスポット像５２ｂと重ね合わせる。同様の手順により、図１１に示すように、スポット像１１ｂを今度は他方のスポット像５１ｂと重ね合わせる。
すると、図１０に示す１方のスポット像５２ｂでは干渉縞が生じず、図１１に示す他方のスポット像５１ｂでは干渉縞が生じる。これにより、干渉縞が生じたスポット像５１ｂが、被測定面５１による反射像であると判別することができる。
そして、測長手段２８の記録を用いて、移動ステージ２７を移動前の位置に移動させ、再びスポット像を最適位置に戻してから、上記第１実施形態で述べた手順で偏心測定を行う。
【００９４】
さらに、受光素子２０上における各スポット像が互いに近接した位置に形成される場合について述べる。
この場合、受光素子２０における各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂが図１２に示すようになり、各スポット像を若干拡大させても、図１３に示すように各スポットが互いに重なってしまい、各反射像５１ｂ，５２ｂのどちらで干渉縞が発生しているかを判別するのが困難となる。
また、各スポット像を小さくしても、図１４に示すように、スポット径が小さすぎて干渉縞が観察できず、各反射像５１ｂ，５２ｂの判別ができない場合がある。このような場合には、変倍リレー光学系２９，３０の交換により光学倍率を変更することで、受光素子２０上に照射する各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂの結像倍率を拡大する。
【００９５】
すなわち、図１４に示す四角枠６０の領域（受光素子２０上で受光されるべき各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂを内包する受光領域）を拡大してから受光素子２０上に照射する工程を行う。拡大された受光素子２０上のスポット像は、図１５に示すようになり、結像光学系１８により各反射像５１ｂ，５２ｂ，１１ｂを小さくした状態でも、変倍リレー光学系２９，３０により干渉縞を拡大することができるので、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。
【００９６】
以上説明の本実施形態の偏心測定装置（光学系偏心測定装置）１００を用いた光学系偏心測定方法によれば、上記第１実施形態で説明した効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
すなわち、平面ミラー１１の反射光（平行光）が、被測定面５１からの反射光（平行光）と同じ結像光学系１８を通って受光素子２０上にスポット像（反射像１１ｂ）を形成する。したがって、平面ミラー１１の反射光が受光素子２０上に形成するスポット像の大きさと、被測定面５１の反射光が受光素子２０上に形成するスポット像の大きさとを略同じにすることができる。
したがって、偏光板３等により反射光の光強度を調整すれば、形成される干渉縞のコントラストを高くすることが可能であり、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。
【００９７】
また、変倍リレー光学系２９，３０により結像倍率を切り換え可能に構成したことで、被測定面５１からの反射光が形成する受光素子２０上の反射像５１ｂと、平面ミラー１１ｂからの反射光が形成する受光素子２０上の反射像１１ｂとを、光学的に拡大することができるので、どの反射像がどの反射面（被測定面）からのものであるかを容易に判別することが可能となる。よって、被測定面５１の特定が容易になり、偏心測定精度を向上させることが可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
例えば、移動ステージ２７及び測長手段２８は、平面ミラー１１による反射像１１ｂと被測定面５１による反射像５１ｂとを適切な大きさに拡大することができれば良いので、結像光学系１８を光軸方向に移動させることに限定するものではない。例えば、変倍リレー光学系２９，３０側をその光軸に沿って移動させたり、または、受光素子２０側を光軸方向に移動させたりすることで、反射像５１ｂ，１１ｂの大きさを拡大させるものとしても良い。
２軸チルトステージ２６は、平面ミラー１１による反射像１１ｂと被測定面５１による反射像５１ｂを重ね合わせることができれば良いので、平面ミラー１１をチルトすることに限定されない。例えば、被測定面５１側をチルトさせたり、または、測定光学系６側をチルトさせたりすることで、反射像５１ｂ側を反射像１１ｂに重ね合わせるものとしても良い。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の光学系偏心測定装置は、光源，光束分割手段，受光手段，光路長調整手段，そして偏心演算手段を備える構成を採用した。この構成によれば、受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、光路長調整手段を用いて、第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを一致させる調整を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から容易かつ確実に判別可能な状態にすることができる。
したがって、受光素子上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことが可能となる。
【０１００】
また、請求項２に記載の光学系偏心測定装置は、受光手段上における第１の光束のスポット径または第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整するスポット径調整手段を備える構成を採用した。この構成によれば、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとを容易に求めることが可能となる。
【０１０１】
また、請求項３に記載の光学系偏心測定装置は、第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから受光手段上に照射する受光領域拡大手段を備える構成を採用した。この構成によれば、各像が判別不可能な状態に重なり合うの防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることが可能となる。したがって、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとをより確実に求めることが可能となる。
【０１０２】
また、請求項４に記載の光学系偏心測定方法は、所定の光学距離よりも短いコヒーレンス長を有する光束を分割する工程と、分割された第１の光束及び第２の光束を受光手段上で重ね合わせる工程と、これら第１の光束及び第２の光束の光路長を略一致させる工程と、基準位置に対する第１の光束の像の位置ずれに基づいて被測定面の偏心を求める工程とを有する方法を採用した。この方法によれば、受光手段上に、被測定面で反射した第１の光束以外の像が混在していたとしても、第１の光束の光路長と第２の光束の光路長とを一致させる工程を行うことにより、被測定面で反射した第１の光束のスポットのみに干渉縞を発生させ、他の像から容易かつ確実に判別可能な状態にすることができる。
したがって、受光手段上の像の中から被測定面の像を容易かつ確実に特定した上で、被測定面の偏心測定を行うことが可能となる。
【０１０３】
また、請求項５に記載の光学系偏心測定方法は、受光手段上における第１の光束のスポット径または第２の光束のスポット径の何れか一方もしくは両方を調整する工程を有する方法を採用した。この方法によれば、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとを容易に求めることが可能となる。
【０１０４】
また、請求項６に記載の光学系偏心測定方法は、第１の光束のスポットと第２の光束のスポットとを内包する受光領域を拡大してから受光手段上に照射する工程を有する方法を採用した。この方法によれば、各像が判別不可能な状態に重なり合うの防ぎながらも、干渉縞が観察可能な状態まで各像を拡大させることが可能となる。したがって、受光手段上における干渉縞の観察と、第１の光束のスポットの位置ずれとをより確実に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学系偏心測定装置の第１実施形態を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図２】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図３】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図４】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図５】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図６】本発明の光学系偏心測定装置の第２実施形態を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図７】本発明の光学系偏心測定装置の第３実施形態を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図８】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図９】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１０】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１１】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１２】同光学系偏心測定装置を用いた他の光学系偏心測定方法を説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１３】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１４】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１５】同光学系偏心測定装置を用いた光学系偏心測定方法の続きを説明するための図であって、受光素子上に照射された各反射像を示す図である。
【図１６】従来の光学系偏心測定装置を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図１７】他の従来の光学系偏心測定装置を示す図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【図１８】従来の光学系偏心測定装置の問題点を説明するための図であって、各構成要素の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・光源
４・・・偏光ビームスプリッタ（光束分割手段）
６・・・測定光学系
７・・・移動ステージ（スポット径調整手段）
１２・・・移動ステージ（光路長調整手段）
２０・・・受光素子（受光手段）
２２・・・偏心演算部（偏心演算手段）
２９，３０・・・変倍リレー光学系（受光領域拡大手段）
５０・・・被測定光学系（光学系）
５１・・・１番目の被測定面（被測定面）
５２・・・２番目の被測定面（被測定面）
６０・・・四角枠（受光領域）
１００，１００Ａ，１００Ｂ・・・偏心測定装置（光学系偏心測定装置）
【図１】
2005009977.tif 000003
【図２】
2005009977.tif 000004
【図３】
2005009977.tif 000005
【図４】
2005009977.tif 000006
【図５】
2005009977.tif 000007
【図６】
2005009977.tif 000008
【図７】
2005009977.tif 000009
【図８】
2005009977.tif 000010
【図９】
2005009977.tif 000011
【図１０】
2005009977.tif 000012
【図１１】
2005009977.tif 000013
【図１２】
2005009977.tif 000014
【図１３】
2005009977.tif 000015
【図１４】
2005009977.tif 000016
【図１５】
2005009977.tif 000017
【図１６】
2005009977.tif 000018
【図１７】
2005009977.tif 000019
【図１８】
2005009977.tif 000020