(57)【要約】【課題】物体の面を計測するのに有利な計測装置を提供する。【解決手段】計測面で反射した計測光と参照面で反射した参照光とを干渉させて得られる干渉信号から前記計測面を計測する計測装置であって、前記計測面に入射する光を集光する集光レンズを含み、前記計測光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記集光レンズの焦点深度の範囲内に前記計測面の上の計測箇所が位置するように、前記集光レンズによって集光される光のフォーカス状態を調整する調整部と、を有し、前記調整部により前記フォーカス状態が調整された状態で前記干渉信号を取得する、ことを特徴とする計測装置を提供する。【選択図】図１
2013213802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測面で反射した計測光と参照面で反射した参照光とを干渉させて得られる干渉信号から前記計測面を計測する計測装置であって、
前記計測面に入射する光を集光する集光レンズを含み、前記計測光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記集光レンズの焦点深度の範囲内に前記計測面の上の計測箇所が位置するように、前記集光レンズによって集光される光のフォーカス状態を調整する調整部と、を有し、
前記調整部により前記フォーカス状態が調整された状態で前記干渉信号を取得する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記フォーカス状態を計測する計測部を更に有し、
前記調整部は、前記計測部で計測されたフォーカス状態に基づいて前記フォーカス状態を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記計測面の目標形状を表す形状情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記調整部は、前記記憶部に記憶された形状情報に基づいて前記フォーカス状態を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記集光レンズの光軸に沿った方向に前記集光レンズを移動する駆動部を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記干渉光学系を保持するステージを更に有し、
前記調整部は、前記集光レンズの光軸に沿った方向に前記ステージを移動する駆動部を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記干渉光学系において、光源からの光が基準面及び前記計測面のそれぞれで２回ずつ反射する、ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記集光レンズの光軸方向に沿った前記干渉光学系の位置を計測するための計測用干渉光学系を有し、
前記調整部により前記フォーカス状態が調整された状態で前記計測用干渉光学系を介して前記干渉光学系の位置を計測し、該位置と前記干渉信号とに基づいて前記計測面を計測する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記干渉光学系において、光源からの光が基準面及び前記計測面のそれぞれで２回ずつ反射する間に、前記集光レンズを通過する光が前記集光レンズの中心部を往復する、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項９】
前記干渉信号を得るための光源として、波長及び偏光方向が互いに異なる２つの光を射出する光源を有する、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記集光レンズによって集光された光が前記計測面の上の複数の計測箇所に順次入射するように、前記干渉光学系を位置決めする位置決め機構と、
前記複数の計測箇所それぞれに関して得られた前記干渉信号に基づいて前記計測面の形状を求める処理部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
曲率を有する前記計測面を計測する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天体観測のために地上に設置される望遠鏡の主鏡の大きさは、望遠鏡の性能を向上させるために、次第に大きくなってきている。例えば、すばる望遠鏡においては、１枚のミラーで構成される主鏡は、８．２ｍの大きさを有する。
【０００３】
近年では、複数の六角形のミラー（セグメントミラー）を繋ぎ合わせて構成された複合ミラーを主鏡として用いる望遠鏡が提案されている。例えば、ＴＭＴ（Ｔｈｉｒｔｙ  Ｍｅｔｅｒ  Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）の主鏡は、４９２枚のセグメントミラー（外周円の直径１．５ｍ、対角の長さ１．４４ｍの六角形のミラー）からなる複合ミラーを用いて、その有効口径３０ｍを実現しようとしている。
【０００４】
このような複合ミラーを構成するセグメントミラーを高精度に製造するためには、その反射面（ミラー面）を形成するための基板の形状（表面形状）を正確に計測する必要がある。図８は、複合ミラーの一部分の構成を示す概略図である。図８を参照するに、６枚のセグメントミラーＭａ、Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄ、Ｍｅ及びＭｆが密に配置されている。セグメントミラーＭａ乃至Ｍｆは、対角の長さが１．４４ｍの六角形のミラーである。複数のセグメントミラーＭａ乃至Ｍｆを密に配置して複合ミラーを構成する場合には、複合ミラーの有効口径を大きくするために、各セグメントミラーにおいて不要となる外周近傍の領域（表面形状を計測できない領域）を小さくする必要がある。従って、セグメントミラーの外周から１ｍｍ程度の幅だけ内側までの外周領域を除く領域について、セグメントミラーの表面形状を、数ｍｍ（２ｍｍ〜３ｍｍ）のピッチで、非接触に計測する技術が要求されている。
【０００５】
このように大きな面の表面形状を非接触に計測する技術として、ダブルパス干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置が提案されている（特許文献１参照）。かかる計測装置では、図９に示すように、光源ＬＳからの光がコーナーキューブＣＣ、基準面ＳＳ、計測面ＴＳなどを通過して検出部ＤＤで検出され、計測面ＴＳの形状を計測する。この際、非接触型プローブをＸＹ面内で駆動しながら計測光の光路長の変化を計測することで、計測面ＴＳの表面形状を非接触に計測することができる。
【０００６】
また、計測面の表面形状を、分解能１ｍｍ以下の高い空間周波数で、非接触に計測する技術として、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置が提案されている（特許文献２参照）。かかる計測装置において、光源から射出された周波数ｆ１の光及び周波数ｆ２の光は、ウォーラストンプリズムで周波数ｆ１の光と周波数ｆ２の光とに分離され、集光レンズによって、それぞれが計測面の上の異なる位置に集光される。計測面は回転軸を中心に回転可能に保持され、周波数ｆ１の光が回転軸上の点に集光される（即ち、焦点を結ぶ）ように構成されている。従って、回転軸を中心として計測面を回転させることで、計測面の全体のうち、周波数ｆ１の光が集光された点を中心とする円周上の領域に周波数ｆ２の光が照射され、その領域の表面形状を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４５０９５号公報
【特許文献２】米国特許第４３５３６５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の計測装置をセグメントミラーの表面形状の計測に適用した場合、以下のような課題が生じてしまう。例えば、特許文献１に開示された計測装置では、図９に示すように、計測面ＴＳで反射された計測光が基準面ＳＳと計測面ＴＳとの間を２回往復する。計測光の径を小さくすると、ヘテロダイン信号を得るために必要な参照光との重なりが少なくなり、十分な強度のヘテロダイン信号が得られなくなる。このため、計測光は、少なくとも３ｍｍ程度の径を有する。また、計測光は、基準面ＳＳと計測面ＴＳとの間を２回往復する過程において、１回目の光と２回目の光とが６ｍｍ程度離れて往復する。このように、互いに６ｍｍ離れ、且つ、３ｍｍの径を有する２つの光からなる計測光では、セグメントミラーの表面形状を数ｍｍのピッチで計測することは困難である。更に、このような計測光では、セグメントミラーの外周近傍の領域について表面形状を計測することができない。
【０００９】
特許文献２に開示された計測装置では、周波数ｆ２の光が計測面の上に集光されているため、分解能１ｍｍ以下で表面形状を計測することができる。しかし、周波数ｆ１の光が集光された点を中心とする円周上の領域の表面形状しか計測することができない。従って、特許文献２に開示された計測装置では、セグメントミラーの外周領域を除く任意の領域について、表面形状を数ｍｍのピッチで計測することはできない。また、周波数ｆ２の光を集光する集光レンズの焦点深度の範囲内に計測面が収まらなければならいため、セグメントミラーのように曲率を有する計測面の表面形状を計測することは非常に困難である。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、物体の面を計測するのに有利な計測装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、計測面で反射した計測光と参照面で反射した参照光とを干渉させて得られる干渉信号から前記計測面を計測する計測装置であって、前記計測面に入射する光を集光する集光レンズを含み、前記計測光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記集光レンズの焦点深度の範囲内に前記計測面の上の計測箇所が位置するように、前記集光レンズによって集光される光のフォーカス状態を調整する調整部と、を有し、前記調整部により前記フォーカス状態が調整された状態で前記干渉信号を取得する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、物体の面を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す計測装置の外観を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図４】計測面に入射する光及び計測面で反射される光について説明するための図である。
【図５】集光レンズの焦点深度の範囲内に計測面の上の計測箇所が収まるように制御することの必要性を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図８】複合ミラーの一部分の構成を示す概略図である。
【図９】３次元形状計測装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図１に示す計測装置の計測部の構成の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における計測装置１の構成を示す概略図である。図２は、計測装置１の外観を示す概略図である。計測装置１は、計測面（物体の面）で反射された計測光の光路長の変化を計測する機能を有し、本実施形態では、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置として具現化される。計測装置１は、例えば、曲率を有し、外周円の直径が１ｍを超すような計測面の形状（例えば、望遠鏡の主鏡として使用可能な複合ミラーを構成するセグメントミラーの表面形状）の計測に好適である。
【００１７】
計測装置１は、主な構成として、光源１０１と、ステージ１０２と、基準ミラー１０５と、検出部１１１と、干渉光学系１３０と、オートフォーカス系１４０とを有する。干渉光学系１３０は、平行光を射出する光源１０１からの光を２つの光に分割し、一方の光を、集光レンズ１０８を介して計測面ＴＳに入射させ、他方の光を参照面に入射させ、計測面ＴＳで反射された光と参照面で反射された光とを干渉させる光学系である。計測装置１において、干渉光学系１３０は、非接触型プローブ（光プローブ）として機能する。
【００１８】
光源１０１から射出された光は、ステージ１０２に保持された干渉光学系１３０の偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。なお、光源１０１から射出された光は、図１では、Ｙ軸又はＺ軸に平行であるように図示されているが、実際には、若干の傾き誤差を含んでいる。
【００１９】
ステージ１０２は、図２に示すように、Ｘ軸駆動部１５１及びＹ軸駆動部１５２によって、ＸＹ平面内で駆動される。また、ステージ１０２は、Ｙ軸駆動部１５２及びＺ軸駆動部１５３によって、ＹＺ平面内で駆動される。Ｘ軸駆動部１５１、Ｙ軸駆動部１５２及びＺ軸駆動部１５３は、干渉光学系１３０（を保持するステージ１０２）を位置決めする位置決め機構として機能する。
【００２０】
光源１０１と偏光ビームスプリッタ１０３との間には、光ファイバやミラーなどが配置されていてもよい。光源１０１は、波長及び偏光方向が互いに異なる２つの光、本実施形態では、偏光方向が互いに直交するＳ偏光の光とＰ偏光の光とを射出する。偏光ビームスプリッタ１０３は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過するように構成されている。従って、光源１０１からの光のうち、Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１０３で反射されてＺ軸と略平行な光となり、λ／４板１０４に入射する。また、光源１０１からの光のうち、Ｐ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１０３を透過してＹ軸と略平行な光となり、参照面としてのコーナーキューブ１１２に入射する。
【００２１】
λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、基準ミラー（基準面）１０５で反射される。基準ミラー１０５で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１０３を透過して偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。偏光ビームスプリッタ１０６に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１０６を透過し、λ／４板１０７を透過して円偏光の光となり、集光レンズ１０８を介して、計測ステージ１１７に保持された計測面ＴＳの上に集光される（計測面ＴＳの上に焦点を結ぶ）。計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ１０８を透過して平行光となり、λ／４板１０７に入射する。以下では、計測面ＴＳで反射された光を計測光と称する。λ／４板１０７に入射した計測光は、λ／４板１０７を透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１０６で反射され、レンズ１０９及びフォトダイオード１１０を含んで構成された検出部１１１に入射する。
【００２２】
一方、コーナーキューブ１１２に入射した光は、コーナーキューブ１１２で入射した方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。以下では、コーナーキューブ１１２で反射された光を参照光と称する。偏光ビームスプリッタ１０６に入射した参照光は、偏光ビームスプリッタ１０６を透過し、偏光ビームスプリッタ１０６で反射された計測光とともに、検出部１１１に入射する。検出部１１１では、計測光と参照光との干渉光が検出され、かかる干渉光に対応する干渉信号、本実施形態では、ヘテロダイン干渉信号が取得される。処理部１１３は、検出部１１１で検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。
【００２３】
また、計測装置１では、Ｘ軸駆動部１５１及びＹ軸駆動部１５２によってステージ１０２をＸＹ平面内で駆動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。そして、検出部１１１で取得されるヘテロダイン干渉信号に基づいて計測光の光路長の変化を求めることで、計測面ＴＳの形状を計測することができる。なお、ヘテロダイン干渉信号には、既に説明した計測光の光路からわかるように、基準ミラー（基準面）１０５の面形状が反映されている。そこで、基準ミラー（基準面）１０５の面形状は、面形状計測器（例えば、干渉方式計測器）により数ｎｍ以下の計測精度で事前に計測されているのが好ましい。その場合、検出部１１１で取得されたヘテロダイン干渉信号から基準ミラー１０５の面形状の成分を取り除くことができるため、より正確に計測面ＴＳの形状を計測することができる。
【００２４】
計測装置１において、集光レンズ１０８は、オートフォーカス系（調整部）１４０によって、集光レンズ１０８の光軸に沿った方向における位置が制御されている。具体的には、オートフォーカス系１４０は、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まる（位置する）ように、集光レンズ１０８と計測面ＴＳとの間の距離を調整（制御）する。
【００２５】
オートフォーカス系１４０は、例えば、レンズ駆動部１１４と、計測部１１５と、フォーカス制御部１１６とを含む。レンズ駆動部１１４は、例えば、ボイスコイルなどで構成され、集光レンズ１０８を集光レンズ１０８の光軸に沿った方向に移動させる。計測部１１５は、集光レンズ１０８の光軸に沿った方向における位置（集光レンズ１０８によって集光される光のフォーカス状態）を計測する。フォーカス制御部１１６は、計測部１１５の計測結果（フォーカス状態）に基づいて、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まるように、レンズ駆動部１１４による集光レンズ１０８の移動を制御する。
【００２６】
計測部１１５の構成の一例について説明する。集光レンズ１０８によって集光される光が集光レンズ１０８の焦点深度の範囲外となると、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８を再度通過した光は平行光ではなく、収束又は発散する。従って、図１０を参照して後述するように、シリンドリカルレンズと４分割センサとで計測部１１５を構成し、計測面ＴＳで反射された光を、ハーフミラー１１８を介して計測部１１５に入射させることによって、フォーカス状態を計測することができる。但し、計測部１１５の構成は、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８を再度通過した光の収束や発散を利用する構成に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で、集光レンズ１０８を通過した光を利用しない構成であってもよい。
【００２７】
図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）を参照して、計測部１１５の詳細な構成の一例を説明する。計測面ＴＳで反射され、集光レンズ１０８に再度入射して、偏光ビームスプリッタ１０６を含む光学系に戻る光を利用して、フォーカス状態を計測する方法は、例えば、文献１に紹介されている方法を適用可能である。なお、文献１とは、「メカノプティクス  昭和５６年度調査報告（光学工業技術協会）」である。文献１には、非点収差法、ナイフエッジ法、フーコー法、臨界角法などの幾つかの方法が紹介されているが、ここでは、非点収差法を例に説明する。
【００２８】
図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、非点収差法を用いた計測部１１５の構成を示す概略図である。図１０（ａ）に示すように、集光レンズ１０８の焦点近傍の位置をＢ、位置Ｂを基準として集光レンズ１０８から離れた位置をＡ、位置Ｂを基準として集光レンズ１０８に近づいた位置をＣとする。計測面ＴＳで反射された光ＬＬは、位置Ａで反射されると収束光、位置Ｂで反射されると平行光、位置Ｃで反射されると発散光となる。
【００２９】
計測部１１５は、図１０（ｂ）に示すように、コリメータレンズ１００２、シリンドリカルレンズ１００３及び４分割センサ１００６で構成される。シリンドリカルレンズ１００３の光学的に屈折力を持つ面内を通過する光ＬＬ１と、シリンドリカルレンズ１００３の光学的に屈折力を持たない面内を通過する光ＬＬ２とが集光され、４分割センサ１００６の上で円形状又は楕円形状の光強度分布を形成する。図１０（ｂ）には、シリンドリカルレンズ１００３の光学的に屈折力を持たない面内（紙面に垂直な面内）を通過する光ＬＬ２の集光状態を点線で示した。４分割センサ１００６の上で形成される光強度分布を詳細に説明すると、次のようになる。例えば、図１０（ｃ）に示すように、位置Ａで反射された収束光は、４分割センサ１００６の上で横長の光強度分布ＬＤ１を形成し、位置Ｂで反射された平行光は、４分割センサ１００６の上で円形の光強度分布ＬＤ２を形成する。また、位置Ｃで反射された発散光は、４分割センサ１００６の上で縦長の光強度分布ＬＤ３を形成する。従って、演算処理デバイスＯＰにおいて、４分割センサ１００６を構成する４つの光センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のそれぞれが検知する光出力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４に基づいて、集光レンズ１０８に対する計測面ＴＳの位置を求めることが可能となる。具体的には、Ｐ１＋Ｐ３＜Ｐ２＋Ｐ４であれば光ＬＬは位置Ａで反射され、Ｐ１＋Ｐ３＝Ｐ２＋Ｐ４であれば光ＬＬは位置Ｂで反射され、Ｐ１＋Ｐ３＞Ｐ２＋Ｐ４であれば光ＬＬは位置Ｃで反射されたと検知することができる。更に、Ｐ１＋Ｐ３の値及びＰ２＋Ｐ４の値を、電気的に高精度に検出することによって、計測面ＴＳの位置を位置Ｂを基準（中心）として高精度に求めることが可能である。
【００３０】
このように、計測部１１５は、計測面ＴＳで反射され、集光レンズ１０８に再度入射して、偏光ビームスプリッタ１０６を含む光学系に戻る光を利用して、フォーカス状態を計測することができる。
【００３１】
上述したように、集光レンズ１０８によって集光される光が集光レンズ１０８の焦点深度の範囲外になると、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８を再度通過した光は、収束又は発散する。更に、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内であっても、光ＬＬが微小に収束又は発散するような計測面ＴＳの位置も存在する。従って、コリメータレンズ１００２、シリンドリカルレンズ１００３及び４分割センサ１００６で計測部１１５を構成し、計測面ＴＳで反射された光を、ハーフミラー１１８を介して計測部１１５に入射させることで、フォーカス状態を計測することができる。ここで、ハーフミラー１１８は、ハーフミラー１１８を透過する光（透過光）とハーフミラー１１８で反射される光（反射光）とを適当な割合で分割する光学部品であって、透過光と反射光とをそれぞれ５０％に分割する光学部品に限定されるものではない。
【００３２】
また、オートフォーカス系１４０は、図３に示すように、レンズ駆動部１１４ではなく、干渉光学系１３０を保持するステージ１０２及びＺ軸駆動部１５３を用いて、集光レンズ１０８の光軸に沿った方向における集光レンズ１０８の位置を制御してもよい。この場合、フォーカス制御部１１６は、計測部１１５の計測結果（フォーカス状態）に基づいて、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まるように、Ｚ軸駆動部１５３によるステージ１０２の移動を制御する。Ｚ軸駆動部１５３は、上述したように、ステージ１０２をＺ軸方向に駆動する駆動部であるため、ステージ１０２によって保持される干渉光学系１３０の集光レンズ１０８を集光レンズ１０８の光軸に沿った方向に移動させることができる。
【００３３】
ここで、図４を参照して、計測ステージ１１７に保持された計測面ＴＳに入射する光及び計測面ＴＳで反射された光（計測光）について説明する。図４（ａ）は、集光レンズ１０８の光軸ＡＸに対して計測面ＴＳが傾いていない状態において、集光レンズ１０８を介して計測面ＴＳに入射する光Ｌ１、及び、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８に入射する光Ｌ２を示している。
【００３４】
一方、図４（ｂ）に示すように、集光レンズ１０８の光軸ＡＸに対して計測面ＴＳが角度θだけ傾いた状態では、集光レンズ１０８に平行光で入射した光Ｌ１は、計測面ＴＳにおいて角度２θで反射され、集光レンズ１０８に入射（再入射）する。この際、計測面ＴＳに入射する光Ｌ１は、オートフォーカス系１４０によって、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まるように制御されている。従って、集光レンズ１０８に再入射した光Ｌ３は、集光レンズ１０８を通過して平行光となる。但し、計測面ＴＳが光軸ＡＸに対して角度θだけ傾いているため、図４（ｃ）に示すように、光Ｌ３の光軸中心は、光Ｌ１（光Ｌ２）の光軸中心からシフトしている。光Ｌ１の光軸中心からの光Ｌ３の光軸中心のシフト量Ｄｓは、集光レンズ１０８と計測面ＴＳとの間の距離ＤＬと角度２θとにほぼ比例した量となる。
【００３５】
集光レンズ１０８の光軸ＡＸに対して角度θだけ傾いた計測面ＴＳで反射された光（計測光）Ｌ３とコーナーキューブ１１２で反射された光（参照光）とは、重なり合いながら検出部１１１に入射し、ヘテロダイン干渉信号として検出部１１１で取得される。この際、集光レンズ１０８の光軸ＡＸに対して計測面ＴＳが角度θだけ傾いていることによって、計測光の光軸中心が参照光の光軸中心からシフトしている（シフト量Ｄｓ）ため、その分だけヘテロダイン干渉信号の強度が低下している。但し、ヘテロダイン干渉方式における位相計測に要求される精度には影響しない程度であり、面形状を高精度に求めることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、集光レンズ１０８の光軸ＡＸに対して計測面ＴＳが角度θだけ傾いた状態について説明した。但し、図４（ｄ）に示すように、計測面ＴＳが各位置で異なる角度を有する場合や計測面ＴＳが非球面形状を有する場合にも、同様に、面形状を高精度に求めることができる。
【００３７】
図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照して、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まるように制御することの必要性について説明する。図５（ａ）は、集光レンズ１０８の焦点位置が計測面ＴＳのＺ軸方向（光軸方向）における位置ＰＴに一致している状態を示している。図５（ａ）において、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲ＲＤＦとして、集光レンズ１０８の焦点深度の上限値ＲＵＰ及び下限値ＲＬＯを定義している。集光レンズ１０８の主平面のＺ軸方向（光軸方向）における位置をＰＭとする。
【００３８】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、計測面ＴＳの位置ＰＴに対して、集光レンズ１０８が焦点深度の範囲ＲＤＦ（焦点深度の上限値ＲＵＰと下限値ＲＬＯとの間）で光軸方向に集光点がシフトした場合を考える。この場合、計測面ＴＳで反射された光Ｌ４の波面の波面収差は十分に小さいため、ヘテロダイン干渉方式では、計測面ＴＳの移動量を数ｎｍ以下の高精度で計測することができる。
【００３９】
このように、計測装置１は、集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まるように、集光レンズ１０８の光軸方向における位置を制御している。これにより、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８に入射した光（計測光）は、平行光として偏光ビームスプリッタ１０６で反射され、コーナーキューブ１１２で反射された光（参照光）とともに検出部１１１で検出される。従って、検出部１１１において良好なヘテロダイン信号が検出される。このため、計測装置１は、干渉光学系１３０を保持するステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得することで、計測面ＴＳの形状を高精度に計測することができる。特に、計測装置１は、曲率を有する計測面の形状を、その広範囲にわたって、数ｍｍのピッチで高精度に計測することができるため、セグメントミラーの表面形状の計測に有利である。
【００４０】
本実施形態では、干渉光学系１３０として、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを用いる場合について説明したが、ホモダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを用いてもよい。また、本実施形態の構成は、ステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら検出部１１１で干渉信号を取得して計測光の光路長の変化を求めるものであるから、表面形状に限らず当該変化に相関のある物体の特性を計測することができる。例えば、物体の表面粗さを計測することもできる。
【００４１】
また、図１０を参照してフォーカス状態を検知する方法の一例を説明したが、フォーカス状態を検知するために他の方法を用いてもよい。例えば、検出部１１１を構成するレンズ１０９とフォトダイオード１１０との間に光ファイバー（不図示）を配置した構成においても、フォーカス状態を検知することができる。計測面ＴＳが集光レンズ１０８の焦点深度の範囲内にある場合、計測面ＴＳで反射した後、レンズ１０９に入射する干渉光は平行光になる。そのため、光ファイバー（不図示）の入射端面をレンズ１０９の焦点位置に配置しておけば、干渉光は、レンズ１０９により光ファイバー（不図示）の入射端面上に良好に集光される。その結果、入射端面上に集光された干渉光は、光ファイバー（不図示）に良好に結合される（効率よく導入される）。一方、計測面ＴＳが集光レンズ１０８の焦点深度の範囲外にある場合には、干渉光の光ファイバー（不図示）への結合効率は低下する。これは、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１０８を再度通過した光が平行光ではなく、収束光又は発散光となるため、レンズ１０９を透過した後、光ファイバー（不図示）の入射端面上に良好に集光されないためである。その結果、干渉光の光ファイバー（不図示）への結合の効率が劣化する。この現象を利用して、光ファイバー（不図示）の射出端面からフォトダイオード１１０に入射する光量をフォトダイオード１１０の出力でモニターすることにより、フォーカス状態を検知することができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態における計測装置１Ａの構成を示す概略図である。計測装置１Ａは、計測面で反射された計測光と参照面で反射された参照光とを干渉させ、計測光の光路長の変化を計測する機能を有し、本実施形態では、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置として具現化される。計測装置１Ａは、例えば、曲率を有し、外周円の直径が１ｍを超すような計測面の形状（例えば、望遠鏡の主鏡として使用可能な複合ミラーを構成するセグメントミラーの表面形状）の計測に好適である。
【００４３】
計測装置１Ａは、主な構成として、光源１０１と、ステージ１０２と、基準ミラー１０５と、検出部１１１と、干渉光学系１３０Ａと、オートフォーカス系１４０とを有する。干渉光学系１３０Ａは、本実施形態では、光源１０１からの光が計測面ＴＳと基準ミラー１０５との間を２回往復するダブルパスのヘテロダイン干渉系を構成する。また、計測装置１Ａにおいて、干渉光学系１３０Ａは、非接触型プローブ（光プローブ）として機能する。
【００４４】
光源１０１から射出された光（平行光）は、ステージ１０２に保持された干渉光学系１３０Ａの偏光ビームスプリッタ１８１に入射する。光源１０１は、波長及び偏光方向が互いに異なる２つの光、本実施形態では、偏光方向が互いに直交するＳ偏光の光とＰ偏光の光とを射出する。偏光ビームスプリッタ１８１は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過するように構成されている。従って、光源１０１からの光のうち、Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１８１で反射されてＺ軸と略平行な光となり、λ／４板１０４に入射する。また、光源１０１からの光のうち、Ｐ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１８１を透過してＹ軸と略平行な光となり、参照面としてのコーナーキューブ１１２に入射する。
【００４５】
λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、基準ミラー（基準面）１０５で反射される。基準ミラー１０５で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１を透過してλ／４板１０７に入射する。λ／４板１０７に入射した光は、λ／４板１０７を透過して円偏光の光となり、集光レンズ１８２を介して、計測ステージ１１７に保持された計測面ＴＳの上に集光される（計測面ＴＳの上に焦点を結ぶ）。計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ１８２を透過して平行光となり、λ／４板１０７に入射する。λ／４板１０７に入射した光は、λ／４板１０７を透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、コーナーキューブ１１２に入射する。コーナーキューブ１１２で反射された光は、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、λ／４板１０７及び集光レンズ１８２を介して、再度、計測面ＴＳの上に集光される。この際、計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ１８２を透過して平行光となり、λ／４板１０７に入射する。以下では、計測面ＴＳで２回反射された光を計測光と称する。λ／４板１０７に入射した計測光は、λ／４板１０７を透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１を透過してλ／４板１０４に入射する。λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、基準ミラー（基準面）１０５で反射される。基準ミラー１０５で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、レンズ１０９及びフォトダイオード１１０で構成された検出部１１１に入射する。
【００４６】
一方、コーナーキューブ１１２に入射した光は、コーナーキューブ１１２で入射した方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１８１に入射する。以下では、計測面ＴＳで反射されることなく、コーナーキューブ１１２で反射された光を参照光と称する。偏光ビームスプリッタ１８１に入射した参照光は、偏光ビームスプリッタ１８１を透過し、偏光ビームスプリッタ１８１で反射された計測光とともに、検出部１１１に入射する。検出部１１１では、計測光と参照光との干渉光が検出され、かかる干渉光に対応する干渉信号、本実施形態では、ヘテロダイン干渉信号が取得される。処理部１１３は、検出部１１１で検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。
【００４７】
また、計測装置１Ａでは、Ｘ軸駆動部１５１及びＹ軸駆動部１５２によってステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。換言すれば、干渉光学系１３０Ａからの光（集光レンズ１８２によって集光される光）が計測面ＴＳの上の複数の位置に入射するように、干渉光学系１３０Ａ（を保持するステージ１０２）を位置決めしながら検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。そして、検出部１１１で取得されたヘテロダイン干渉信号に基づいて計測光の光路長の変化を求めることで、計測面ＴＳの形状を計測することができる。
【００４８】
計測装置１Ａでは、計測装置１と同様に、集光レンズ１８２の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まる（位置する）ように、集光レンズ１８２の光軸方向における集光レンズ１８２の位置が制御されている。これにより、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１８２に入射した光（計測光）は、平行光として偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、コーナーキューブ１１２で反射された光（参照光）とともに検出部１１１で検出される。従って、検出部１１１において良好なヘテロダイン信号が検出される。このため、干渉光学系１３０Ａをダブルパスのヘテロダイン干渉系で構成した場合にも、計測装置１Ａは、計測面ＴＳの形状を高精度に計測することができる。具体的には、計測装置１Ａは、干渉光学系１３０Ａを保持するステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得することで、計測面ＴＳの形状を高精度に計測することができる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態における計測装置１Ｂの構成を示す概略図である。計測装置１Ｂは、計測面で反射された計測光の光路長の変化を計測する機能を有し、本実施形態では、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置として具現化される。
【００５０】
計測装置１Ｂは、主な構成として、第２光源９０９と、ステージ１０２と、基準ミラー１０５と、干渉光学系（計測用干渉光学系）１３０Ｂと、オートフォーカス系１４０とを有する。干渉光学系１３０Ｂは、本実施形態では、第２光源９０９からの光が計測面ＴＳと偏光ビームスプリッタ９０５との間を１回往復するシングルパスのヘテロダイン干渉系を構成する。また、計測装置１Ｂにおいて、干渉光学系１３０Ｂは、非接触型プローブ（光プローブ）として機能する。以下に、計測装置１Ｂの構成の概要を説明する。
【００５１】
第１光源９０１から射出された光（平行光）は、基準ミラー１０５と両面ミラー９０４とで反射した第１計測光の光路長の変化を求めるために用いられる。第１光源９０１から射出された光は、偏光ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタの上下に配置されたλ／４板、コーナーキューブ９０２などを通過して検出部９０３で検出される。ここで、検出部９０３は、レンズ、フォトダイオード、処理部などから構成され、検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。このようにして第１計測光の光路長の変化を求めることにより、基準ミラー１０５に対する、シングルパス光学系である干渉光学系１３０Ｂを含む干渉光学系９０８の上下の動きを、高精度に計測することができる。
【００５２】
また、第２光源９０９から射出された光（平行光）は、両面ミラー９０４と計測面ＴＳとで反射した第２計測光の光路長の変化を求めるために用いられる。第２光源９０９から射出された光は、偏光ビームスプリッタ９０５を透過した後にコーナーキューブを通過する光と、偏光ビームスプリッタ９０５で反射した後にλ／４板、両面ミラー９０４、集光レンズ９０６などを通過する光とに分離される。そして、検出部１１１で検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。このようにして第２計測光の光路長の変化を求めることにより、計測面ＴＳの面形状を、干渉光学系９０８を基準として、高精度に計測することができる。
【００５３】
計測装置１Ｂは、シングルパス光学系である干渉光学系１３０Ｂを含む干渉光学系９０８を用いて、第１計測光の光路長の変化及び第２計測光の光路長の変化を求める。これにより、シングルパス光学系である干渉光学系１３０Ｂを含む干渉光学系９０８の上下動の影響を低減して、計測装置１や計測装置１Ａと同様に、基準ミラー１０５を基準として、計測面ＴＳの形状を数ｎｍ以下の高精度で計測することができる。ここで、計測装置１Ｂにおける干渉光学系１３０Ｂの構成を詳細に説明する。
【００５４】
第２光源９０９から射出された光（平行光）は、ステージ１０２に保持された干渉光学系１３０Ｂの偏光ビームスプリッタ９０５に入射する。第２光源９０９は、波長及び偏光方向が互いに異なる２つの光、本実施形態では、偏光方向が互いに直交するＳ偏光の光とＰ偏光の光とを射出する。偏光ビームスプリッタ９０５は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過するように構成されている。従って、第２光源９０９からの光のうち、Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ９０５で反射されてＺ軸と略平行な光となり、λ／４板１０４に入射する。また、第２光源９０９からの光のうち、Ｐ偏光の光は偏光ビームスプリッタ９０５を透過してＹ軸と略平行な光となり、参照面としてのコーナーキューブに入射する。
【００５５】
λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、両面ミラー９０４で反射される。両面ミラー９０４で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ９０５を透過した後、集光レンズ９０６を介して、計測ステージ１１７に保持された計測面ＴＳの上に集光される（計測面ＴＳの上に焦点を結ぶ）。計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ９０６を透過して平行光となり、偏光ビームスプリッタ９０５を透過してλ／４板１０４に入射する。λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、両面ミラー９０４で反射される。両面ミラー９０４で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ９０５で反射され、ハーフミラー１１９で反射された後、レンズ１０９及びフォトダイオード１１０で構成された検出部１１１に入射する。ここで、ハーフミラー１１９は、ハーフミラー１１９を透過する光（透過光）とハーフミラー１１９で反射される光（反射光）とを適当な割合で分割する光学素子であって、透過光と反射光とをそれぞれ５０％に分割する光学素子に限定されるものではない。検出部１１１では、計測光と参照光との干渉光が検出され、かかる干渉光に対応する干渉信号、本実施形態では、ヘテロダイン干渉信号が取得される。処理部１１３は、検出部１１１で検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。
【００５６】
また、計測装置１Ｂは、Ｘ軸駆動部１５１及びＹ軸駆動部１５２によってステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。換言すれば、干渉光学系１３０Ｂからの光（集光レンズ９０６によって集光される光）が計測面ＴＳの上の複数の位置に順次入射するように干渉光学系１３０Ｂ（を保持するステージ１０２）を位置決めしながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。そして、検出部１１１で取得されたヘテロダイン干渉信号に基づいて計測光の光路長の変化を求めることで、計測面ＴＳの形状を計測することができる。
【００５７】
＜第４の実施形態＞
図１１は、本発明の第４の実施形態における計測装置１Ｃの構成を示す概略図である。計測装置１Ｃは、計測面で反射された計測光と参照面で反射された参照光とを干渉させ、計測光の光路長の変化を計測する機能を有し、本実施形態では、ヘテロダイン干渉方式を利用した非接触型プローブを備えた３次元形状計測装置として具現化される。
【００５８】
計測装置１Ｃは、主な構成として、光源１１０１と、ステージ１０２と、基準ミラー１０５と、検出部１１１と、干渉光学系１１１０と、オートフォーカス系１４０とを有する。干渉光学系１１１０は、本実施形態では、光源１１０１からの光が計測面ＴＳと基準ミラー１０５との間を２回往復するダブルパスのヘテロダイン干渉系を構成する。また、計測装置１Ｃにおいて、干渉光学系１１１０は、非接触型プローブ（光プローブ）として機能する。本実施形態では、計測光が集光レンズの中心を往復するため、集光レンズの周辺を計測光が往復する場合の構成と比較して、かかる集光レンズの設計及び製造をより簡便にすることができる。
【００５９】
光源１１０１から射出された光（平行光）は、ステージ１０２に保持された干渉光学系１１１０の偏光ビームスプリッタ１８１に入射する。光源１１０１は、波長及び偏光方向が互いに異なる２つの光、本実施形態では、偏光方向が互いに直交するＳ偏光の光とＰ偏光の光とを射出する。従って、光源１１０１からの光のうち、Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１８１で反射されてＺ軸と略平行な光となり、λ／４板１０４に入射する。また、光源１１０１からの光のうち、Ｐ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１８１を透過してＹ軸と略平行な光となり、参照面としてのコーナーキューブ１１２に入射する。
【００６０】
λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、基準ミラー（基準面）１０５で反射される。基準ミラー１０５で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１を透過してλ／４板１０７に入射する。λ／４板１０７に入射した光は、λ／４板１０７を透過して円偏光の光となり、集光レンズ１１０２を介して、計測ステージ１１７に保持された計測面ＴＳの上に集光される（計測面ＴＳの上に焦点を結ぶ）。計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ１１０２を透過して平行光となり、λ／４板１０７に入射する。λ／４板１０７に入射した光は、λ／４板１０７を透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、コーナーキューブ１１２に入射する。コーナーキューブ１１２で反射された光は、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、λ／４板１０７及び集光レンズ１１０２を介して、再度、計測面ＴＳの上に集光される。この際、計測面ＴＳで反射された光は、集光レンズ１１０２を透過して平行光となり、λ／４板１０７に入射する。以下では、計測面ＴＳで２回反射された光を計測光と称する。λ／４板１０７に入射した計測光は、λ／４板１０７を透過してＰ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１を透過してλ／４板１０４に入射する。λ／４板１０４に入射した光は、λ／４板１０４を透過して円偏光の光となり、基準ミラー（基準面）１０５で反射される。基準ミラー１０５で反射された光は、λ／４板１０４を再び透過してＳ偏光の光となり、偏光ビームスプリッタ１８１で反射され、ハーフミラー１１９で反射した後、レンズ１０９及びフォトダイオード１１０で構成された検出部１１１に入射する。
【００６１】
一方、コーナーキューブ１１２に入射した光は、コーナーキューブ１１２で入射した方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１８１に入射する。以下では、計測面ＴＳで反射されることなく、コーナーキューブ１１２で反射された光を参照光と称する。偏光ビームスプリッタ１８１に入射した参照光は、偏光ビームスプリッタ１８１を透過し、偏光ビームスプリッタ１８１で反射された計測光とともに、検出部１１１に入射する。検出部１１１では、計測光と参照光との干渉光が検出され、かかる干渉光に対応する干渉信号、本実施形態では、ヘテロダイン干渉信号が取得される。処理部１１３は、検出部１１１で検出された干渉信号に基づいて、計測光の光路長の変化を求める。
【００６２】
計測装置１Ｃにおいては、干渉光学系１１１０から光源１１０１に戻る、所謂、戻り光があっても、ファラデーローテーター等を用いてレーザ出力が安定するような機能を備えた光源を光源１１０１として使用するとよい。これは、計測装置１Ｃにおいては、計測装置１Ａとは異なり、計測面ＴＳで反射された光やコーナーキューブ１１２で反射された光が、光源１１０１から射出された光の光路を戻るようにして、光源１１０１に入射しやすいためである。また、干渉光学系１１１０には、図１１に示すように、減光光学フィルタ１１０３及び１１０４が配置されている。減光光学フィルタ１１０３及び１１０４は、例えば、ＮＤフィルタや偏光板で構成され、光の強度を低下させる機能を有する。計測装置１Ｃでは、減光光学フィルタ１１０３及び１１０４を用いることで、光源１１０１に戻る光の強度を減衰させて、かかる戻り光による計測精度の低下を防止することが可能となる。
【００６３】
また、ハーフミラー１１８とフォーカス状態を計測するための計測部１１５との間には、偏光板１１０５を配置してもよい。偏光板１１０５は、その偏光特性を用いて、ハーフミラー１１８で反射された光のうち、フォーカス状態の計測に必要な計測面ＴＳで反射した光のみを透過させ、フォーカス状態の計測に必要でない参照光などを取り除くことができる。従って、計測部１１５において、ＳＮ比のよい光を検出することが可能となり、フォーカス状態を高精度に計測することができる。
【００６４】
また、計測装置１Ｃでは、Ｘ軸駆動部１５１及びＹ軸駆動部１５２によってステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。換言すれば、干渉光学系１１１０からの光（集光レンズ１１０２によって集光される光）が計測面ＴＳの上の複数の位置に入射するように干渉光学系１１１０（を保持するステージ１０２）を位置決めしながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得する。そして、検出部１１１で取得されたヘテロダイン干渉信号に基づいて計測光の光路長の変化を求めることで、計測面ＴＳの形状を計測することができる。
【００６５】
計測装置１Ｃでは、計測装置１Ａと同様に、集光レンズ１１０２の焦点深度の範囲内に計測面ＴＳの上の計測箇所が収まる（位置する）ように、集光レンズ１１０２の光軸方向における集光レンズ１１０２の位置が制御されている。これにより、計測面ＴＳで反射されて集光レンズ１１０２に入射した光（計測光）は、平行光として偏光ビームスプリッタ１８１に戻る。そして、コーナーキューブ１１２で反射された光（参照光）とともに検出部１１１で検出される。従って、計測光の波面収差が小さいことにより検出部１１１において良好な干渉光が得られるため、良好なヘテロダイン信号が検出される。更に、計測装置１Ｃにおいては、計測光が集光レンズの中心部を往復するため、集光レンズの周辺を計測光が往復する場合と比較して、より波面収差の小さな高性能な集光レンズの設計及び製造をより簡便に行うことができる。一般に、ダブルパスのヘテロダイン干渉系においては、計測光が集光レンズを２度往復するため、計測光が集光レンズを１度しか往復しないシングルパスの干渉系に比べ、波面収差は２倍程度になりうる。従って、干渉信号が劣化しうる。但し、計測装置１Ｃにおいては、計測光が集光レンズの中心部を往復するため、波面収差の小さな高性能な集光レンズで装置を構成することができる。このため、干渉光学系１１１０をダブルパスのヘテロダイン干渉系で構成した場合にも、計測装置１Ｃは、計測面ＴＳの形状を高精度に計測することができる。具体的には、計測装置１Ｃは、干渉光学系１１１０を保持するステージ１０２をＸＹ平面内で移動させながら、検出部１１１でヘテロダイン干渉信号を取得することで、計測面ＴＳの形状を高精度に計測することができる。更に、計測光は、集光レンズ１１０２の中央部のみを通過するため、集光レンズ１１０２の設計及び製造が簡便となり、高精度、且つ、安価な３次元形状計測装置が具現化される。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、集光レンズによって集光される光のフォーカス状態を検知し、かかるフォーカス状態に基づいて、フォーカス状態（集光レンズと計測面との間の距離等）を調整している。しかし、それには限定されず、計測面の目標形状を表す形状情報を記憶する記憶部を用意し、かかる記憶部に記憶された形状情報に基づいて、フォーカス状態を調整してもよい。
【図１】
2013213802.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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