(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品の２つの面で形成された被測定頂角を測定する光学部品の角度測定方法において、
前記光学部品を保持する保持治具の基準面をオートコリメータに向ける工程と、
前記オートコリメータを観察し前記保持治具の基準面の反射指標と前記オートコリメータの基準指標とを一致させる工程と、
前記光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を前記保持治具の基準面に当て付けて保持する工程と、
前記保持治具の基準面と前記光学部品の基準面との干渉縞を観察する工程と、
前記干渉縞の観察結果によって前記保持治具による前記光学部品の保持状態が良好であることを確認した後、前記保持治具を被測定頂角の称呼角度だけ回転させ前記光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の反射指標を前記オートコリメータで測定する工程と、
前記測定した反射指標と前記オートコリメータの基準指標とを比較してズレ量を求め、そのズレ量を被測定頂角の誤差量とする工程と
を有することを特徴とする光学部品の角度測定方法。
【請求項２】
光学部品の２つの面で形成された被測定頂角を測定する光学部品の角度測定装置において、
前記光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を当て付けて保持する保持治具と、
前記保持治具を所定の角度回転させる回転ステージと、
前記光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の面方位を測定するオートコリメータと、
前記光学部品の基準面とその基準面を当て付けた保持治具の基準面との干渉縞を観察する観察手段と
を具備することを特徴とする光学部品の角度測定装置。
【請求項３】
前記保持治具の基準面が鏡面加工されていることを特徴とする請求項２記載の光学部品の角度測定装置。
【請求項４】
前記保持治具の基準面に、前記光学部品の基準面を吸着する吸着口を設けたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の光学部品の角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部品の２つの面の頂角を測定する角度測定方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学部品の２つの面の頂角を測定する技術には、例えば、「面方位測定装置」として、特開平６−１６７３２５号公報所載の技術が開示されている。図７を用いて、この技術を説明する。図７において、基台１２１には、該基台１２１に略垂直な軸Ｏを中心として回転自在なように試料台１０３およびスウィーベルアーム１０４がそれぞれ設けられ、このスウィーベルアーム１０４に、試料台１０３上に載置された試料１０１の被測定面から反射されてくる光を観測するための望遠鏡１５１が取り付けられている。なお、試料台１０３には該試料台１０３上に載置された試料１０１の水平方向に対する傾斜角度を調整する傾斜ネジ１０３ａを備えた傾斜角度調整機構が設けられており、一方、基台１２１上には、スウィーベルアーム１０４の回転角度を読み取る為のロータリーエンコーダ１２１ａが内蔵されている。ロータリーエンコーダ１２１ａは、試料台１０３およびスウィーベルアーム１０４の回転角度座標に対応する信号を発生して処理装置１０９に送出する。
【０００３】
望遠鏡１５１は、オートコリメータと同様の構造となっており、試料１０１の被測定面に対向して配置される鏡筒前部に設けられた対物レンズ１５１ａおよびこの対物レンズ１５１ａの焦点位置であって鏡筒後部に設けられた撮像素子１５１ｂからなる観測光学系と、対物レンズ１５１ａを共通にし、該対物レンズ１５１ａと撮像素子１５１ｂとの間に設けられたビームスプリッタ１５１ｃによって観測光学系外に分岐して形成された光路上において撮像素子１５１ｂと光学的に共役な位置に設けられた投影用指標１５１ｄ及び投影用光源１５１ｅからなる投影光学系とを有する。投影用指標１５１ｄの光はビームスプリッタ１５１ｃで反射して対物レンズ１５１ａによって平行光にされて外部に出射され、試料面に入射する。試料１０１の被測定面で反射された光は、同じ対物レンズ１５１ａで集光され、ビームスプリッタ１５１ｃを通過して投影用指標１５１ｅとは光学的に共役な位置に配置された撮像素子１５１ｂ上に焦点を結ぶ。つまり、投影用指標１５１ｄの像が撮像素子１５１ｂ上に結像される。
【０００４】
撮像素子１５１ｂは、例えば、２次元ＣＣＤのように、多数の光検出素子を平面上に配列してそれぞれを画素としたもので、処理装置１０９によって制御され、対物レンズ１５１ａによって結像された光の像を電気的信号に変換し、処理装置１０９に送出する。処理装置１０９は、マイクロプロセッサその他の情報処理用回路等の必要な回路を内蔵し、表示用のディスプレイ１０９ａを有するもので、所定の指令によりあらかじめ記憶されている所定のプログラムに従ってロータリーエンコーダ１２１ａ、撮像素子１５１ｂ及びレチクルジェネレータ１１０を制御するとともにこれらから送出される角度信号や画像信号その他の信号の処理、必要な演算、もしくは表示を行う処理を実行するものである。
【０００５】
試料たるプリズム１０１の面方位を観測するには、望遠鏡１５１の対物レンズ１５１ａの焦点面に位置検出型の撮像素子１５１ｂを配置し、該撮像素子１５１ｂによって得られる投影用指標像に処理装置１０９による画像処理を含む処理を施すことによって該投影用指標像の位置を求め、この位置とレチクルジェネレータ１１０によって形成されるレチクル（基準指標）の位置並びにロータリーエンコーダ１２１ａによる角度測定値とから各面の方位を自動処理で求めるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術にはつぎのような問題点があった。すなわち、上記従来技術は、プリズムの２つの面の頂角を自動処理で求めることにより、測定精度を向上させている点では優れている。ところが、プリズム自体は、測定する頂角を形成する２つの面に隣接する第３の面を試料台上に載置して保持されている。このため、形状的に保持が困難なプリズム、例えば、微小プリズムや被測定頂角を形成する２つの面に隣接する第３の面が平面でない異形プリズム等を測定する場合、プリズムの保持が不安定となり、測定精度が低下するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明の課題は、形状的に保持が困難な光学部品であっても、安定した保持を保証し、測定精度に優れた光学部品の角度測定方法を提供することである。
請求項２、３または４に係る発明の課題は、請求項１に係る発明の光学部品の角度測定方法を容易に実施するための角度測定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の光学部品の角度測定方法は、光学部品の２つの面で形成された被測定頂角を測定する光学部品の角度測定方法において、前記光学部品を保持する保持治具の基準面をオートコリメータに向ける工程と、前記オートコリメータを観察し前記保持治具の基準面の反射指標と前記オートコリメータの基準指標とを一致させる工程と、前記光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を前記保持治具の基準面に当て付けて保持する工程と、前記保持治具の基準面と前記光学部品の基準面との干渉縞を観察する工程と、前記干渉縞の観察結果によって前記保持治具による前記光学部品の保持状態が良好であることを確認した後、前記保持治具を被測定頂角の称呼角度だけ回転させ前記光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の反射指標を前記オートコリメータで測定する工程と、前記測定した反射指標と前記オートコリメータの基準指標とを比較してズレ量を求め、そのズレ量を被測定頂角の誤差量とする工程とを有する。
【０００９】
請求項２に係る発明の光学部品の角度測定装置は、光学部品の２つの面で形成された被測定頂角を測定する光学部品の角度測定装置において、前記光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を当て付けて保持する保持治具と、前記保持治具を所定の角度回転させる回転ステージと、前記光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の面方位を測定するオートコリメータと、前記光学部品の基準面とその基準面を当て付けた保持治具の基準面との干渉縞を観察する観察手段とを具備するものである。
請求項３に係る発明の光学部品の角度測定装置は、請求項２に係る発明の光学部品の角度測定装置において、前記保持治具の基準面が鏡面加工されているものである。
請求項４に係る発明の光学部品の角度測定装置は、請求項２または請求項３に係る発明の光学部品の角度測定装置において、前記保持治具の基準面に、前記光学部品の基準面を吸着する吸着口を設けたものである。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明の光学部品の角度測定方法は、光学部品を保持する保持治具の基準面をオートコリメータに向ける。そして、オートコリメータを観察し、保持治具の基準面とオートコリメータの基準面とを一致させる。光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を保持治具の基準面に当て付け保持し、保持治具の基準面と光学部品の基準面との干渉縞を観察する。さらに、干渉縞の観察結果によって保持治具による光学部品の保持状態が良好であることを確認した後、保持治具を被測定頂角の称呼角度だけ回転させ、光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の反射指標をオートコリメータで測定し、測定した反射指標とオートコリメータの基準指標とを比較してズレ量を求め、そのズレ量を被測定頂角の誤差量とする。これによって、光学部品の２つの面で形成された被測定頂角が測定される。
【００１１】
また、請求項２に係る発明の光学部品の角度測定装置は、光学部品の２つの面のうちの一方である基準面を当て付けて保持治具に保持する。そして、光学部品の基準面とその基準面を当て付けた保持治具の基準面との干渉縞を干渉縞観察手段で観察する。回転ステージによって保持治具を所定の角度回転させ、光学部品の２つの面のうちの他方である被測定面の面方位をオートコリメータで測定する。これによって、光学部品の２つの面で形成された被測定頂角が測定される。
さらに、請求項３に係る発明の光学部品の角度測定装置は、鏡面加工されている保持治具の基準面で光学部品を保持する。
さらにまた、請求項４の発明に係る光学部品の角度測定装置は、保持治具に設けられた吸着口によって保持治具の基準面に光学部品を吸着する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における光学部品の角度測定装置は、主に、光学部品としてのプリズムの基準面を当て付けて保持する保持治具と、保持治具を所定の角度に回転させる回転ステージと、プリズムの被測定面の面方位を測定するオートコリメータと、プリズムの基準面と保持治具の基準面との干渉縞を観察する干渉縞観察手段とから構成される。
【００１３】
また、上記構成の光学部品の角度測定装置を用いたプリズムの角度測定方法では、まず、保持治具のプリズムを当て付ける基準面の面方位をオートコリメータにより観察し、オートコリメータの基準指標に合わせてゼロ設定する。そして、プリズムの被測定頂角を形成する２つの面のうちの１つの面を基準面、他の面を被測定面とし、プリズムの基準面を保持治具の基準面に当て付けて保持する。その際に、干渉縞観察手段にて、保持治具の基準面とプリズムの基準面との干渉縞を観察し、密着度を観察する。干渉縞の観察結果が良好の場合は、プリズムの基準面と保持治具の基準面とを同一面とみなす。つぎに、回転ステージを被測定頂角の称呼角度分だけ回転させ、プリズムの被測定面の面方位をオートコリメータにより観察し、オートコリメータの基準指標とのズレ量を角度測定誤差として測定する。
【００１４】
本発明の実施の形態においては、光学部品として、三角プリズムを例にして説明するが、三角プリズムの被測定頂角を形成する２つの面のうちの一方を基準面として測定できるので、ダハプリズムなどの異形プリズムや、レンズとプリズムとが一体化された複合光学部品などの頂角も測定可能である。また、保持が困難な微小プリズムの頂角でも本実施の形態で示す角度測定装置と方法により測定することができる。以下、具体的な実施の形態により説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１〜図２は実施の形態１を示し、図１は光学部品の角度測定装置の概略構成図、図２はプリズムの角度測定方法を示す工程図である。ここで、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図１のＡ方向から保持治具を見た図である。
【００１６】
図１において、光学部品の角度測定装置は、光学部品保持部１１と、オートコリメータ部１２と、干渉縞観察部１３とから構成されている。光学部品保持部１１は、光学部品を保持するガラス製の保持治具１と、光学部品を保持した保持治具１を水平方向に回転させる回転ステージ２と、保持治具１に接続された真空発生装置６とからなっている。保持治具１は回転ステージ２の上面に固着され、その上部には、回転ステージ２の回転軸Ｉを通って垂直方向に平面をなす基準面１ａが形成されている。基準面１ａは鏡面加工が施され、光学部品を当て付けることができる。基準面１ａには、吸着穴１ｂが穿設され、吸着穴１ｂは基準面１ａの背面に凸設された空圧継手６ａおよび空圧チューブ６ｂを介して真空発生装置６に接続されており、真空圧によって光学部品を基準面１ａに保持することができる。回転ステージ２は、回転軸Ｉを中心に、その上面に固着した保持治具１を手動で回転させ、その回転量を、内蔵するエンコーダ（図示省略）に接続された回転量表示装置２Ａに表示する。
【００１７】
光学部品保持部１１の右側には、オートコリメータ部１２が配置されている。オートコリメータ部１２は、光学部品の頂角を測定するオートコリメータ４と、オートコリメータ４を支持する支持機構５とからなっている。オートコリメータ４は、保持治具１の基準面１ａに正対するようにほぼ水平に支持され、支持機構５の２つの調整軸により、水平方向（矢印θ1 ）および垂直方向（矢印θ2 ）に回転しオートコリメータ４の向きを調整することができる。光学部品保持部１１の左側には、干渉縞観察部１３が配置されている。干渉縞観察部１３は、干渉縞観察手段としての干渉縞観察カメラ３と、これに接続されたカメラモニタ３Ａと、干渉縞を発生させるための光源７とからなっている。干渉縞観察カメラ３は、保持治具１の基準面１ａの背面に正対して配設され、光源７からの光によって発生し、ガラス製の保持具１の基準面１ａと光学部品の基準面との密着状態によって変化する干渉縞を観察することができる。その状況は、干渉縞観察カメラ３に接続されたカメラモニタ３Ａに表示される。
【００１８】
つぎに、上記構成の角度測定装置を用いた光学部品の角度測定方法について説明する。図２（ａ）に示すように、光学部品としてのプリズム８は、三角プリズムであり、本実施の形態では、Ａ面とＢ面とにより形成された被測定頂角αの角度誤差を測定するものである。
【００１９】
まず、図２（ｂ）に示すように、保持治具１の基準面１ａの法線方向をオートコリメータ４の方向に回転ステージ２を回転させて合わせる。そして。オートコリメータ４を観察して、基準面１ａの反射指標がオートコリメータ４の基準指標と一致するように、支持機構５の２つの調整軸を矢印θ1 、θ2 の方向に回動して調整する（コリメータゼロ設定完了）。
【００２０】
つぎに、図２（ｃ）に示すように、光学部品としてのプリズム８の基準面であるＡ面を保持治具１の基準面１ａに、吸着穴１ｂにより吸着させて保持させる。このとき、プリズム８のＡ面と保持治具１の基準面１ａとの間にゴミや塵が挟まり、密着度を低下させる可能性があるので、干渉縞観察カメラ３によりプリズム８のＡ面と保持治具１の基準面１ａとの間に発生する干渉縞を撮影する。測定者は、カメラモニタ３Ａに写し出された干渉縞画像を見て密着度を確認する。干渉縞の状態による密着度の優劣判断は、干渉縞の整列状態や間隔により別途に定められた基準により判断される。密着度が低い場合は、再度プリズム８の吸着保持をやり直す。この作業により、保持治具１の基準面１ａとプリズム８のＡ面とがオートコリメータ４に対する同一面とみなせる（プリズム保持完了）。
【００２１】
つぎに、図２（ｄ）に示すように、回転量表示装置２Ａを確認しながら、回転ステージ２により保持治具１を被測定頂角αの称呼角度だけ正確に回転させる。するとプリズム８の被測定面であるＢ面の法線方向がオートコリメータ４の方向に向き、プリズム８のＢ面の面方位がオートコリメータ４により観察可能となる。そして、プリズム８のＢ面の反射指標とオートコリメータ４の基準指標とのズレ量を測定して、この値が被測定頂角αの誤差量となる（コリメータズレ量測定）。
【００２２】
本実施の形態によれば、プリズムの基準面を保持治具の基準面に当て付けて保持し、被測定プリズムの保持状態を干渉縞により確認して測定を行うので、いかなるプリズム、例えば形状的に保持が困難なプリズムであっても確実に保持することができ、被測定プリズムの保持状態による測定誤差を抑制し、測定精度を向上させることができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３〜図６は実施の形態２を示し、図３は光学部品の角度測定装置の概略構成図、図４は図３のＢ矢視図、図５は被測定プリズムの斜視図、図６はプリズムの角度測定方法を示す工程図である。図３において、光学部品の角度測定装置を構成する光学部品保持部２１、オートコリメータ部１２および干渉縞観察部１３のうち、オートコリメータ部１２と干渉縞観察部１３とは、実施の形態１と同一であり、光学部品保持部２１のみが異なるため、異なる部分のみ説明し、同一の部材には同一の符号を付し説明を省略する。
【００２４】
図３および図４において、光学部品の角度測定装置の光学部品保持部２１は、光学部品を保持するガラス製の保持治具１と、光学部品を保持した保持治具１を垂直方向に回転させる第２の回転ステージ１０と、Ｌ字型アーム９を介して第２の回転ステージ１０を水平方向に回転させる回転ステージ２と、保持治具１に接続された真空発生装置６とからなっている。実施の形態１と同様に、保持治具１には、垂直方向に平面をなす基準面１ａが形成されており、基準面１ａは鏡面加工が施され、光学部品を当て付けることができる。また、基準面１ａには、吸着穴１ｂが穿設され、吸着穴１ｂは基準面１ａの背面に凸設された空圧継手６ａおよび空圧チューブ６ｂを介して真空発生装置６に接続されており、真空圧によって光学部品を基準面１ａに保持することができる。
【００２５】
回転ステージ２は、回転軸Ｉを中心に、その上面に配設したＬ字型アーム９に固着された第２回転ステージ１０を手動で回転させ、その回転量を、内蔵するエンコーダ（図示省略）に接続された回転量表示装置２Ａに表示する。第２回転ステージ１０は、回転軸Ｏを中心に、その側面に配設した保持治具１を手動で回転させ、その回転量を、回転ステージ２と同様に内蔵するエンコーダ（図示省略）に接続された第２回転量表示装置１０Ａに表示する。また、回転軸Ｉと回転軸Ｏとは、保持治具１の基準面１ａ上に穿設された吸着穴１ｂの開口部の位置で直交するように構成されている。
【００２６】
つぎに、上記構成の角度測定装置を用いた光学部品の角度測定方法について説明する。図５に示すように、光学部品としてのプリズム２２は、三角プリズムであり、本実施の形態では、Ａ面とＢ面とにより形成された被測定頂角αおよびＡ面とＣ面とにより形成された被測定頂角βのそれぞれの角度誤差を測定するものである。
【００２７】
まず、被測定頂角αの測定を行う。その測定方法は、保持治具１の基準面１ａをオートコリメータ４に正対させて（コリメータゼロ設定）、つぎにプリズム２２のＡ面を保持治具１の基準面１ａに吸着させて干渉縞が正常であることを確認してから（プリズム保持完了）、回転ステージ２を被測定角αの称呼角度だけ回転させ、Ｂ面をオートコリメータ４によって誤差量測定を行う（コリメータズレ量測定）ものであって、実施の形態１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００２８】
つぎに、被測定頂角αの測定終了後、図６（ａ）に示すように、回転ステージ２を被測定頂角αの称呼角度だけ回転量表示装置２Ａを確認しながら正確に戻す。つぎに、第２回転ステージ１０を被測定頂角βの称呼角度だけ第２回転量表示装置１０Ａを確認しながら正確に回転させる。すると、図６（ｂ）に示すように、プリズム２２のＣ面の法線方向がオートコリメータ４の方向に向き、プリズム２２のＣ面の面方位がオートコリメータ４により観察可能となる。そして、プリズム２２のＣ面の反射指標とオートコリメータ４の基準指標とのズレ量を測定して、この値が被測定頂角βの誤差量となる。
【００２９】
本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、被測定プリズムの共通面を持つ２つの頂角がプリズムを置き替えることなく測定可能となるので、測定時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、上述の具体的な実施の形態から、つぎのような構成の技術的思想が導き出される。
（付記）
（１）  プリズムの被測定頂角を形成する２つの面のうちの１つの面を基準面、他の面を被測定面とし、プリズムの頂角を測定するプリズムの角度測定方法において、
プリズムを保持する保持治具の基準面の法線方向をオートコリメータの方向に合わせ、プリズムの基準面を前記保持治具の基準面に当て付けて保持し、プリズムの基準面と保持治具の基準面との干渉縞を観察し、前記保持治具を被測定頂角の称呼角度だけ回転させ、プリズムの被測定面の反射指標とオートコリメータの基準指標とのズレ量を測定し、ズレ量を測定頂角の誤差量とすることを特徴とするプリズムの角度測定方法。
形状的に保持が困難なプリズムであっても、安定した保持を保証し、測定精度を向上させることができる。
（２）  プリズムの基準面を当て付けて保持する保持治具と、該保持治具を所定の角度回転させる回転ステージと、プリズムの被測定面の面方位を測定するオートコリメータと、前記プリズムの基準面と前記保持治具の基準面との干渉縞を観察する干渉縞観察手段とを具備することを特徴とするプリズムの角度測定装置。
付記（１）記載のプリズムの角度測定方法を容易に実施することができるとともに、測定精度の信頼性を高めることができる。
（３）  プリズムの基準面を当て付けて保持する保持治具の基準面が、鏡面加工されていることを特徴とする付記（２）記載のプリズムの角度測定装置。
付記（２）記載の効果に加え、オートコリメータによるゼロ設定を容易にさせるとともに、干渉縞の発生を確実に行わせる。
（４）  プリズムの基準面を当て付けて保持する保持治具の基準面に、プリズムの基準面を吸着する吸着口を設けたことを特徴とする付記（２）または（３）記載のプリズムの角度測定装置。
付記（２）または（３）記載の効果に加え、プリズムの保持を容易に行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の光学部品の角度測定方法によれば、光学部品の基準面を保持治具の基準面に当て付けて保持し、光学部品の基準面と保持治具の基準面との保持状態を干渉縞により確認して測定を行うので、形状的に保持が困難な光学部品であっても、安定した保持を保証し、測定精度を向上させることができる。請求項２に係る発明の光学部品の角度測定装置によれば、請求項１に係る発明の光学部品の角度測定方法を容易に実施することができるとともに、測定精度の信頼性を高めることができる。
請求項３に係る発明の光学部品の角度測定装置によれば、請求項２に係る発明の効果に加え、オートコリメータによるゼロ設定を容易にさせるとともに、干渉縞の発生を確実に行わせる。
請求項４に係る発明の光学部品の角度測定装置によれば、請求項２または請求項３に係る発明の効果に加え、光学部品の保持を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の光学部品の角度測定装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１のプリズムの角度測定方法を示す工程図である。
【図３】実施の形態２の光学部品の角度測定装置の概略構成図である。
【図４】実施の形態２の図３のＢ矢視図である。
【図５】実施の形態２の被測定プリズムの斜視図である。
【図６】実施の形態２のプリズムの角度測定方法を示す工程図である。
【図７】従来技術の面方位測定装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  保持治具
２  回転ステージ
３  干渉縞観察カメラ
４  オートコリメータ
【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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【図７】
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