(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記参照反射部と上記測定対象物との間に配置され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、測定光束を通過させる透過部分とが上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて形成され、該透過部分と該反射部分は両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とが上記測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係となるように配置された測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、
を備えた干渉測定用装置。
【請求項２】
上記測定対象物は、プリズム、再帰反射ミラー、コーナーキューブのいずれかであることを特徴とする請求項１項に記載の干渉測定用装置。
【請求項３】
上記測定反射部は、測定対象物であるコーナーキューブの光軸座標を中心にして概ね60度毎の領域に分割され、測定光束を透過する部分と反射する部分とが交互に配置してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉測定用装置。
【請求項４】
上記測定反射部は、反射部分により反射され再び上記測定対象物を通過した測定光束の光量が、上記参照反射部での反射光の光量と略等しくなるように減衰させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の干渉測定用装置。
【請求項５】
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記参照反射部と上記測定対象物との間に配置され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、測定光束を通過させる透過部分とが上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて形成され、該透過部分と該反射部分は両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とが上記測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係となるように配置された測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、を備えた干渉測定用装置を用いる干渉測定用方法において、
測定光束が、上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて区分された区分領域の対称となる区分において、一方を通過し、他方で上記測定対象物を通過した後に反射されるように配置して検査することを特徴とする干渉測定用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は干渉測定用装置及び干渉測定用方法に係り、特に、コーナーキューブ、プリズム、再帰反射ミラー等の測定対象物を検査する干渉測定用装置及び干渉測定用方法に関する。以下、主にコーナーキューブを対象として説明するが、本発明は、少なくとも２つの反射面を有する測定対象物について、広く適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コーナーキューブには、主に、３枚の鏡を互いに直角に配置したコーナーキューブ鏡と呼ばれるものと、立方体の隅部を対角線に垂直な平面で切り取った形状となるコーナーキューブプリズムと呼ばれるものがあり、光波距離計やレーザー測長機等に使用されている。従来、コーナーキューブの光学性能を検査するのに干渉計がよく使用されている。
【０００３】
図１０に、干渉測定装置の原理についての説明図を示す。図１０は、フィゾー型干渉計でコーナーキューブプリズムを検査する例である。レーザー１から出射された光束は、レンズ２、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４を経て、参照反射部５に向かう。参照反射部５では、入射された光束が一部反射して参照光束となり、他は透過して測定光束は、コーナーキューブ６で反射される。参照反射部５で反射した参照光束とコーナーキューブ６で反射された測定光束との干渉パターンを、結像レンズ８を経て観察面９で観察することにより、コーナーキューブ６の光学性能を検査することができる。尚、参照反射部５は検査の基準となる面であるから、平面度０．０３μm程度の高精度平面が一般的に使用されている。
【０００４】
つぎに、コーナーキューブプリズムの検査方法として、シングルパス方式について説明する。図１１に、シングルパス方式の説明図を示す。この方法は、図１１（ａ）に示してあるように、参照反射部５で反射した参照光束とコーナーキューブ６を１回通過した測定光束との干渉を測定するものである。図１１（ａ）で表示してある減衰板は、測定光束の光量を参照光束と同程度に低下させることにより干渉縞のコントラストを向上させる作用を有する。図１１（ｂ）はこのときに観測される干渉縞のパターン例であり、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像１１と干渉縞が表示されている。
【０００５】
つぎに、ダブルパス方式について説明する。図１２に、第１のダブルバス方式の説明図を示す。この方式は、図１２（ａ）に示してあるように、測定光束を参照反射部５で折り返すことによりコーナーキューブ６を全部で２回通過させる方式である。参照反射部５の左側に配置してある遮蔽板１０は、前述のシングルパス光を遮断するのに必要となる。図１２（ｂ）は、このときに観測される干渉縞のパターン例であるが、遮蔽板１０により下側半分の領域は表示されない。干渉縞は上側半分しか観測されないことになるが、測定光束はコーナーキューブ６の全面を通過しているので問題ない。また、シングルパス方式と異なり、図１２(ａ)を見ると、参照光束の光路と測定光束の光路とが干渉計側で一致している。したがって、干渉計に収差があっても参照光束と測定光束に位相差は発生しないので干渉縞には影響しない。
【０００６】
数式で説明すると、図１２において参照光束は参照反射部５で反射し、測定光束は参照反射部５を透過しコーナーキューブ６を２回通ったあと元の光路に戻り参照光束と干渉する。干渉計から出射するコリメート光の収差形状をＷＩＮＴ(x,y)、コーナーキューブの収差形状をＷＣＣ(x,y)とすれば、観測される干渉縞の形状ＷＯＢＳ(x,y)は、次式で表される。
ＷＯＢＳ(x,y)＝ＷＩＮＴ(x,y) −ＷＩＮＴ(x,y) ＋２×ＷＣＣ(x,y)
＝２×ＷＣＣ(x,y)
したがって、コリメート光ＷＩＮＴ(x,y)は参照光束と測定光束とでまったく同じ値、つまり位相差がないため、上式に示すようにキャンセルされる。
【０００７】
つぎに、第２のダブルパス方式について説明する。図１３に、第２のダブルパス方式の説明図を示す。この方式は、一般の干渉計が利用できる検査方法である。ここでは、図１３（ａ）に示すように、参照反射部５と測定反射部７とが独立であるため、参照反射部５又は測定反射部７を傾けることにより、干渉縞を数本表示させて縞の曲り量から波面形状を求めるといった手法も利用できるし、参照測定反射部を傾けることなくフリンジスキャンによってもコーナーキューブ６の検査を行なうことが可能である。
【０００８】
第２のダブルパス方式で使用される測定反射部７の形状は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されるように、測定光束を透過させる部分と測定光束を反射させる部分との境界が単に直線状となっている。この直線状の境界部は、図１３（ａ）に示してあるように、コーナーキューブ６の光軸と重なるように配置されるため、干渉縞のパターンは図１３（ｃ）に示されるように、コーナーキューブ６の有効径の片側半分で観測されることになる。干渉縞は有効径の片側半分にしか表示されないが、図１３（ａ）に示されているように、測定光束はコーナーキューブの有効径すべてを通過しているので問題ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、干渉計でコーナーキューブを検査するのに、光学配置の違いにより、主に、３通りの方式が考え出されているが、３方式とも精度上、もしくは干渉計の機能上の課題があるので、以下に、個別に説明を行なう。
【００１０】
まず、シングルパス方式では、干渉計から出射する参照光束の光路と、同じく干渉計から出射する測定光束の光路とが同一ではないため、干渉計に残存する光学系の収差が測定値に混入してしまう。すなわち、図１１を見ると、参照光束（参照波）の行きの光路(図では右に進むとき)と測定光束（被検波）の行きの光路とがずれている。コーナーキューブの検査では、例えば１０分の１波長程度の測定精度が必要となるが、干渉計から出射するコリメート光の収差は通常波長オーダーであるので、干渉パターンに混入し測定誤差となってしまう。
【００１１】
数式で説明すると、図１０で干渉計から出射するコリメート光の収差形状をＷＩＮＴ(x,y)、コーナーキューブの収差形状をＷＣＣ(x,y)とすれば、観測される干渉縞の形状ＷＯＢＳ(x,y)は、次式で表される。
ＷＯＢＳ(x,y)＝ＷＩＮＴ(x,y) −ＷＩＮＴ(-x,-y) ＋ＷＣＣ(x,y)
ここで、右辺第１項が参照光束を、第２項と第３項が測定光束の収差形状を表す。右辺第2項の符号がマイナスになっているのは、干渉縞が参照光束と測定光束との位相差により形成されるからである。また、第２項のｘ,yの座標符号が反転しているのは、コーナーキューブを１回通ることにより座標が反転したことを示す。本来、干渉計は、参照光束と測定光束が同一光路となることを前提に設計されているので、光学系には数波長程度の収差が残っている場合が少なくない。したがって、このシングルパス方式は、波長の分数のオーダーで検査を行なうコーナーキューブの検査には、必ずしも適するとはいえない。
【００１２】
また、第１のダブルパス方式については、この方式が採用できるのは特殊仕様の干渉計に限られ、一般的な干渉計では検査することが難しい。その理由は、図１２（ａ）の配置で参照反射部５を傾けたとしても、参照光束と測定光束が同じ向きに傾いてしまうので、図１２（ｂ）で表示されている干渉パターンを変化させることはできないからである。したがって、この方式では、干渉縞を数本表示させて縞の曲り量から波面形状を求めるといった手法は利用できないので、縞走査型の干渉計が必要となる。さらに、通常の縞走査は、参照反射部5を光軸方向に移動させることで参照光束の位相を変化させているが、図１２（ａ）の配置だと測定光束の位相まで変化させてしまうので、これに対応した干渉計が必要となる。一般の干渉計では、縞走査量の設定値と実際の縞走査量が違うと、測定不可能となってしまう。結果として、この方式ではコーナーキューブの検査を行なうことは簡単ではない。
【００１３】
また、第２のダブルパス方式については、測定された波面に傾き成分がある場合、この成分が測定反射部７の傾きによるものなのか、またはコーナーキューブ６の収差なのかを判断することが難しい。また、干渉パターンが観察面で投影される範囲についても課題がある。
原理的には、コーナーキューブプリズムを光軸回りに回転させながら複数回の測定を行なえばコーナーキューブプリズムの収差を検出できるわけであるが、測定に要する時間が数倍にも増加してしまうので現実的ではない。例えば、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されている場合、干渉パターンは図１３（ｄ）に示すように干渉縞が真ん中で折れ曲ったパターンとなるはずである。ところが、図１３（ｄ）の方式では測定反射部７が挿入されているので、干渉パターンは図１３（ｃ）のように片側半面しか表示されず、この場合干渉縞が曲がっていることを認識できない場合がある。
【００１４】
上述の従来技術において、干渉計によるコーナーキューブの検査方式を３通り示したが、いずれも実用上の課題がある。特に、最後に説明した測定反射部を用いる第２のダブルパス方式は、一般の干渉計が利用できるという長所を有しながら、測定反射部の傾き誤差とコーナーキューブの収差とを判別できない場合があった。
【００１５】
本発明は、以上の点に鑑み、これらの課題を解決するコーナーキューブ等の反射面を少なくとも２つ有する測定対象物の干渉測定用装置及び干渉測定用方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は、参照反射部と測定反射部とを別体で構成し、測定反射部は、測定対象物から反射された測定光束を入射し、参照反射部の所定の反射率と略等しい反射率で反射させて再び測定対象物へ向かわせる一方、反射されない他の光束は吸収するように形成し、測定光束が測定対象物を往路と復路の計２回通過させて測定を行うこととしたので、フリンジスキャンのタイプを採用しても、フリンジスキャン量と光路の変化量とが変化することなく、干渉縞の処理ルーチンを特別なものとする必要がないようにすることを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、測定光束が、コーナーキューブ等の測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて区分された区分領域の対称となる区分において、一方を通過し、他方を測定対象物を通過した後に反射されるように配置して測定することにより、観察される縞から測定対象物を形成する面の状態を測定することを目的とする。
また、本発明は、測定光束を透過させるための透過部分と測定光束を反射させるための反射部分とが両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とがコーナーキューブ等の測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係にある測定反射部を用いることにより、コーナーキューブプリズム等の測定対象物を構成する複数の鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されているような場合でも、測定反射部の傾き誤差に影響されずに測定対象物の光学性能を高精度に評価することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述のように、測定反射部を用いたダブルパス方式でコーナキューブを検査する際に、測定反射部の境界線とコーナーキューブの稜線又は稜線像とが重なってしまうと、測定反射部の傾き誤差とコーナーキューブの収差とを判別できない場合があることに気付いた。しかも、コーナーキューブの検査ではコーナーキューブの稜線又は稜線像によって分けられる領域毎に干渉縞のパターン解析を行なうことが多いので、測定反射部の境界線とコーナーキューブの稜線又は稜線像とを重ねるように配置する傾向が強かった。そして、上述の課題は、測定反射部について、例えば、コーナーキューブの光軸座標を中心にして概ね60度毎の領域に分割し、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが交互に配置してあるものを採用することにより、解決することができる。
【００１９】
本発明の第１の解決手段によると、
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記参照反射部と上記測定対象物との間に配置され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、測定光束を通過させる透過部分とが上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて形成され、該透過部分と該反射部分は両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とが上記測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係となるように配置された測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、
を備えた干渉測定用装置を提供する。
【００２０】
本発明の第２の解決手段によると、
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記参照反射部と上記測定対象物との間に配置され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、測定光束を通過させる透過部分とが上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて形成され、該透過部分と該反射部分は両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とが上記測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係となるように配置された測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、を備えた干渉測定用装置を用いる干渉測定用方法において、
測定光束が、上記測定対象物の稜線及び稜線像に基づいて区分された区分領域の対称となる区分において、一方を通過し、他方で上記測定対象物を通過した後に反射されるように配置して検査することを特徴とする干渉測定用方法を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明に係る干渉測定装置の構成図を示す。以下の説明では、測定対象物として、主にコーナーキューブを例に説明するが、本発明は、この他にも、プリズムや再帰反射ミラー等少なくとも２つの反射面を有するものに適用することができる。この干渉測定装置は、レーザー１、集光レンズ２、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４、参照反射部５、コーナーキューブ６、測定反射部７、結像レンズ８、及び観察面９を備える。図１はフィゾー干渉計を用いてコーナーキューブ６を検査している例であり、測定反射部７が参照反射部５とコーナーキューブ６との間に挿入されており、いわゆるダブルパス方式の配置となっている。干渉計から出射した測定光束は、参照反射部５とコーナーキューブ６を通過した後、測定反射部７で反射され、その後コーナーキューブ６、参照反射部５の順で干渉計本体に戻っていく。
【００２２】
参照反射部５は、光軸方向に移動可能に構成されている。参照反射部５は、通常２０分の１波長程度の高精度面を使用する。なお、干渉計で使用される参照反射部５は、一般に、入射側の面と出射側の面(参照面)とが楔(数分以上の傾斜角)になっているので、不要な干渉縞は形成されない。より正確にいうと、干渉縞は形成されてはいるものの、干渉縞の周期が観察面の分解能（例えば、CCDのピクセルサイズ）よりも十分短ければ検出されないので無視することができる。さらに、参照反射部５の入射面側には反射防止膜が施されているので、入射側の面と出射側の面を区別することは容易である。
【００２３】
コーナーキューブ６は、入射した平面波を入射した方向と逆向きの平面波に変換する作用がある。したがって、「コーナーキューブの収差」とは、主に、平面波を入射させたときにコーナーキューブからの出射光が完全な平面波ではなく、波面が凸凹になっている状態のことを言う。収差の原因として、硝材の屈折率の不均質性、入射面(出射面でもある)や反射面(３面ある)の面形状誤差、反射面の角度誤差(３面が９０度の関係となっている)等が挙げられる。
【００２４】
測定反射部７は、反射部分及び透過部分を有し光束の光軸回わりに回動自在に構成されている。測定反射部７は、また、上記受光部で受光される観察面に投影される上記測定反射部の反射面と透過面の境界線像と、観察面に投影される上記測定対象物の稜線又は稜線像とを、光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置とすることができる。また、測定反射部７は、裏面側からの不要な反射光をカットする。そのために、例えば、（１）楔にする。（２）裏面側を散乱面(砂掛け状態)にする、（３）裏面側に吸収膜を施す、又は、（４）測定光束が透過しない材料で反射面を作製する、等の手段を適宜用いることができる。

【００２５】
参照反射部５の反射率と、測定反射部７の反射率とは、等しい又は略等しい。測定反射部７は、例えばガラス基板に透過部分と反射部分とを設けて作製することができる。反射部分以外の箇所はガラス基板のまま透過部分としても良く、またガラス基板等を設けず単に光束が通過する通過部分として作成して良い。反射部分は高反射率である必要はなく、例えばガラスを研磨した状態のままでも数パーセントの反射率が得られるので使用することができる。ただし、反射部分の透過率が高いと不要な光が干渉計に入射してしまうので、透過率を低下させる処理を行なった方が良い。また、透過部分に反射防止膜等の処理を施すと、不要な反射光が干渉計に入射することを防止することができる。
【００２６】
ここで、「干渉計の収差」とは、主に、干渉計から被検物に向けて出射されるコリメート光が完全な平面波ではなく、波面(等位相面)が凸凹になっている状態のことを指す。なお、干渉計の収差には上記以外に観察系の波面収差やディストーション等が考えられる。図１に示すように、干渉計の基本光学系にはφ１mm程度のレーザー光をφ１００mm程度のコリメート光(平行光)に変換するために集光レンズ２とコリメータレンズ４があり、また、干渉縞の像を観察系に導くためにビームスプリッタ３も配置してある。これらは、設計段階での残存収差や、レンズの加工誤差、干渉計への組込み誤差(例えば偏心)により、波長オーダーの波面収差が残っているのが一般的である。
【００２７】
図２に、干渉縞の観測装置についての構成図を示す。この観測装置は、受光素子５０、演算部２０、表示部３０、メモリ４０を備える。この観測装置は、図１の観測面９における干渉縞を測定するためのものである。また、図３に、測定観測装置による観測フローチャートを示す。
【００２８】
まず、測定反射部７の位置合せを行う（Ｓ１０１）。ここでは、例えば、以下に詳述する第１の実施の形態のように、測定反射部７の反射部分と透過部分との境界線が、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像と、約３０°回転移動させた配置とする。また、例えば、以下に詳述する第２の実施の形態のように、反射面と透過面の領域が分割された測定反射部７を用いて、その境界をコーナーキューブ６の稜線又は稜線像と一致するような配置とする。つぎに、フリンジスキャンを行う（Ｓ１０３）。このステップは、参照反射部５と測定反射部７との間に角度を付ける等の他の測定方法を採用する場合は、省略することもできる。つぎに、受光素子５０により観察面９での干渉縞を測定する（Ｓ１０５）。受光素子５０は、例えばＣＣＤのようなエリアセンサで構成され、各部分の光量変化、位相変化等を測定できる。受光素子５０は、コリメータレンズ４、結像レンズ８に対して測定対象物（コーナーキューブ６）と略共役な関係に配置される。演算部２０は、受光素子５０により測定された画像を処理し（Ｓ１０７）、表示部３０に干渉縞又は収差等のデータを表示する（Ｓ１０９）。コーナーキューブ６の測定を終了したら（Ｓ１１１）、処理を終了する。なお、ここで演算部２０は、ステップＳ１０７において、干渉縞の収差量を自動的に求めるようにしてもよい。さらに演算部２０は、求められた収差量が予め定められた域値と比較して、コーナーキューブ６が適当か否か検査することもできる。また演算部２０は、干渉縞の形状から折れ曲がったパターンを識別し、どの面が角度誤差があるかを判断することもできる。表示部３０は、その結果を適宜表示することができる。
【００２９】
つぎに、干渉パターンについて第１の実施の形態について説明する。図４に、本発明の第１の実施の形態による干渉パターンの説明図を示す。例えば、図４（ａ）で示されているように、コーナーキューブ６に干渉縞1本分の収差があった場合を想定する。この場合、もし、従来のように、測定反射部の境界線像１０とコーナーキューブの稜線又は稜線像１１とを重ねて配置してしまうと、図４（ｂ）で示されているように干渉縞の曲りは観測されないので、コーナーキューブ６の収差を見落としてしまうということになる。しかしながら、図４（ｄ）に示してあるように、第１の実施の形態では、測定反射部の境界線像１０とコーナーキューブの稜線又は稜線像１１とを光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査を行なっている。よって、仮にコーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されていたとしても、図４（ｃ）で示されるように、干渉縞の曲りを観測することができる。例えば、図４（ａ）で示されているように、コーナーキューブ６に干渉縞1本分の収差があった場合、反射面７の傾きによって多少の変化はあるが、図４（ｃ）に示されているように干渉縞０．５本程度の曲りを観測することができる。
【００３０】
なお、人間の目で測定対象物の微少な収差を観察したいときには、参照反射部５を傾ける等により等間隔で直線状の干渉縞を意図的に発生させる。そうすると、僅かな収差でも干渉縞が直線ではなく曲がった形状となるので観察しやすくなる。干渉縞が１本分変化するということは、参照光束に対して測定光束の光路長が１波長分変化していることを示す。図４（ａ）では、干渉縞の曲り量がちょうど干渉縞の1周期分あるので「１本分の収差」となる。干渉縞の曲り量は直線からの最大偏差(MAX−MIN)を読み取る。また、図４(ｃ)では干渉縞の曲り量が0.5周期分しか観測されないので「０．５本分の収差」となる。図４(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、本来同じ模様の干渉縞であるが、観測範囲が異なると干渉縞の曲り量(直線からの最大偏差)が異なる。
【００３１】
つぎに、縞のパターンと、縞の数、などから、どのようにコーナーキューブのずれの量を求めるのかを説明する。つぎに、図５に、干渉縞の収差についての説明図を示す。この図は、干渉縞の曲りから収差を求める例を示す。図５（ａ）では、等間隔で直線状の縞であるから収差はゼロである。図５（ｂ）では、干渉縞が湾曲しており、干渉縞の1周期は1波長の光路長に相当するから、収差量はｂ／ａ［単位は波長］と求めることができる。図５（ｂ）の干渉縞パターンは全面にわたって湾曲しているので、収差の原因は、例えば平面であるべき面の形状が球面状に湾曲している可能性が高いと判断することができる。また、図４(ａ)や図５（ｃ）のようにコーナーキューブの稜線又は稜線像に相当する箇所で干渉縞が折れ曲る場合は、９０度の関係となっているべきコーナーキューブの反射面(3面)に角度誤差が生じていると判断することができる。図４(ａ)では1波長分の波面収差を発生させているし、図５（ｃ）では2波長分の波面収差を発生させている。収差が大きいときには、参照反射部５を傾けて等間隔の干渉縞を発生させる必要がない。図５（ｃ）の場合などは干渉縞2本と即座に読み取ることができる。以上のような判断を演算部２０が自動的に実行することもできる。また、その判断結果を表示部３０に、数値やグラフィック等で適宜表示することもできる。
【００３２】
つぎに、干渉パターンについて第２の実施の形態について説明する。図６に、本発明の第２の実施の形態による干渉パターンの説明図を示す。第２の実施の形態では、図６（ａ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用する。そのため、干渉縞パターンは図６（ｂ）に示すように、３箇所の領域で観察されることになる。第２の実施の形態によれば、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されていたとしても、図６（ｂ）に示してあるように、３箇所の干渉縞パターンで傾き成分が異なって表れるので、干渉縞の折れ曲りを検出することが可能である。また、コーナーキューブ６には収差がなくて測定反射部７に傾き誤差がある場合は、図６（ｂ）に示される３箇所の干渉縞パターンすべてに同じ傾き成分が表れるので、コーナーキューブ６の収差と区別することができる。
【００３３】
上述の例では、測定光束を透過する透過部分と測定光束を反射する反射部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を例に示したが、該透過部分と該反射部分が両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とがコーナーキューブ６の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係にあれば、コーナーキューブ６を高精度に評価することができる。図７は、測定反射部７のパターン例の説明図である。これら、図７（ａ）〜（ｆ）のような、点対称又は線対称のパターンを用いることで干渉縞の傾き成分を効率よく解析することができる。パターンはこれらの図に限られず、適宜のパターンを用いることができる。
【００３４】
このように、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面の直角度を各々評価するには、例えば、図６（ａ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用すると都合が良い。観測される干渉パターンはコーナーキューブ６の稜線又は稜線像により光軸を中心にして６０度の間隔で干渉縞の現われる領域が分割されている。そして、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面の直角度を評価するには、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像によって分割された６０度の領域毎に干渉縞の傾き成分を解析すれば良い。よって、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用し、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分との境界が稜線又は稜線像と一致するようにコーナーキューブ６と測定反射部７との位置合わせを行なうと、６０度毎の各領域で干渉縞の傾き成分を効率よく解析することができる。
【００３５】
なお、観察面９に投影される測定反射部７の境界線像と、同じく観察面に投影される測定対象物としてのコーナーキューブ６の稜線又は稜線像とを、光軸回りに概ね30度回転移動させた配置で検査することもできる。また、測定反射部７は、反射部分により反射され再びコーナーキューブ６で反射された反射光の光量が、参照反射部５での反射光の光量と略等しくなるように減衰させるようにするとよい。
【００３６】
つぎに、図８に、コーナーキューブの解析についての説明図を示す。図８(ａ)に、内部反射の順序についての説明図を示す。ここで、実線はコーナーキューブの稜線、破線には稜線像をそれぞれ表す。例えば、領域Ａ１に入射された光束は、領域Ａ２及びＡ３を通り反射される。即ち領域Ａ１で反射された後、領域Ａ２で反射され、さらに領域Ａ３で反射され入射方向に戻される。同様に、領域Ｂ１に入射された光束は、領域Ｂ１で反射された後、領域Ｂ２で反射され、さらに領域Ｂ３で反射されて入射方向に戻される。領域Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１に入射された光束も、同様に各領域を通り、出射される。
【００３７】
つぎに、一つの面に角度誤差がある場合について説明する。図８（ｂ）に、Ｒ2面がｚ軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図８（ｃ）に、図８（ａ）の場合の観測される干渉縞の説明図を示す。この場合、図示のように干渉縞が屈折されて観測される。以下に、これらの図に基づき干渉縞の屈折について説明する。ここで、理想状態での各面での反射テンソルは以下のようになる。
【００３８】
【数１】
0004267781.tif 000002
【００３９】
図８（ａ）に示されるように、コーナーキューブに入射した光は３回の内部反射により元の光路に戻される。もし、コーナーキューブに製造誤差がなければ、戻り光は反射(Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3)の順序によらず一定となる。ところが、図８（ｂ）に示すようにコーナーキューブの1面だけ(例えば、Ｒ２面)が設計値の90度からｚ軸回りにεだけずれている場合、Ｒ2面の反射テンソルは以下のように変わる。
【００４０】
【数２】
0004267781.tif 000003
【００４１】
入射光がコーナーキューブへ入射する位置が決まると、コーナーキューブ内部での反射順序(Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3)が決まるので、図８（ａ）に示してあるようにＡ〜Ｆの各入射位置毎に反射テンソルを求めると以下のようになる。
【００４２】
【数３】
0004267781.tif 000004
【００４３】
上記６種類の解析結果を比較すると、Ａ、Ｂ、Ｃが同じ反射テンソルとなり、またＤ、Ｅ、ＦもＡ、Ｂ、Ｃとは異なるが別の同一反射テンソルとなることが分かる（εの符号に注目）。これを干渉縞のパターンで表現すると、図８（ｃ）に示すようにコーナーキューブへの測定光束の入射位置Ａ、Ｂ、Ｃの領域とＤ、Ｅ、Ｆの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。
【００４４】
図９に、他の面に角度誤差がある場合の説明図を示す。図９（ａ）に、Ｒ1面がｙ軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図９（ｂ）に、図９（ａ）の場合に観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ａ）に示すようにコーナーキューブのＲ1面だけがｙ軸回りにεだけ傾いている場合は、図９（ｂ）に示すように、Ｆ、Ａ、Ｂの領域とＣ、Ｄ、Ｅの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。また、図９（ｃ）に、Ｒ３面がx軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図９（ｄ）に、図９（ｃ）の場合に観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ｃ）に示すようにコーナーキューブのＲ３面だけがｘ軸回りにεだけ傾いている場合は、図９（ｄ）に示すように、Ｂ、Ｃ、Ｄの領域とＥ、Ｆ、Ａの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。さらに、図９（ｅ）に、３面とも傾いている場合の説明図を示す。図９（ｆ）に、図９（ｅ）の場合観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ｅ）に示すようにコーナーキューブの反射面が２面以上傾いている場合、つまり３面とも90度の関係となっていない場合、図９（ｆ）に示すような干渉パターンとなる。干渉計でコーナーキューブを検査する場合、3面のうち1面の傾きですら、見落としてはならない。干渉縞が折れ曲るということは入射光がコーナーキューブによって複数のビームに分割されることに他ならないからである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、これらの課題を解決するコーナーキューブ等の反射面を少なくとも２つ有する測定対象物の干渉測定用装置及び干渉測定用方法を提供することができる。
【００４６】
本発明によると、参照反射部と測定反射部とを別体で構成し、測定反射部は、測定対象物から反射された測定光束を入射し、参照反射部の所定の反射率と略等しい反射率で反射させて再び測定対象物へ向かわせる一方、反射されない他の光束は吸収するように形成し、測定光束が測定対象物を往路と復路の計２回通過させて測定を行うこととしたので、フリンジスキャンのタイプを採用しても、フリンジスキャン量と光路の変化量とが変化することなく、干渉縞の処理ルーチンを特別なものとする必要がないようにすることができる。
【００４７】
また、本発明によると、測定光束を透過させるための透過部分と測定光束を反射させるための反射部分とが両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とがコーナーキューブ等の測定対象物の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係にある測定反射部を用いることにより、コーナーキューブプリズム等の測定対象物を構成する複数の鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されているような場合でも、測定反射部の傾き誤差に影響されずに測定対象物の光学性能を高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る干渉測定装置の構成図。
【図２】干渉縞の観測装置についての構成図。
【図３】第１のダブルバス方式の説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態による干渉パターンの説明図。
【図５】干渉縞の収差についての説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態による干渉パターンの説明図。
【図７】測定反射部７のパターン例の説明図。
【図８】コーナーキューブの解析についての説明図。
【図９】面が傾いている場合の説明図。
【図１０】干渉測定装置の原理についての説明図。
【図１１】シングルパルス方式の説明図。
【図１２】第１のダブルパルス方式の説明図。
【図１３】第２のダブルパルス方式の説明図。
【符号の説明】
１    レーザー
２    集光レンズ
３    ビームスプリッタ
４    コリメータレンズ
５    参照反射部
６    コーナーキューブプリズム
７    測定反射部
８    結像レンズ
９    観察面
１０  反射面の境界像
１１  コーナーキューブプリズムの稜線又は稜線像
【図１】
0004267781.tif 000005
【図２】
0004267781.tif 000006
【図３】
0004267781.tif 000007
【図４】
0004267781.tif 000008
【図５】
0004267781.tif 000009
【図６】
0004267781.tif 000010
【図７】
0004267781.tif 000011
【図８】
0004267781.tif 000012
【図９】
0004267781.tif 000013
【図１０】
0004267781.tif 000014
【図１１】
0004267781.tif 000015
【図１２】
0004267781.tif 000016
【図１３】
0004267781.tif 000017