(57)【要約】【課題】  被検体を透過した被計測光から球面収差を除去して偏心収差を観察することが可能な干渉計及び偏心計測装置を提供すること。【解決手段】  偏心計測装置１の干渉計７は、ビームスプリッタ８と、コーナーキューブプリズム９と、平面鏡１０と、スクリーン１１とを備えている。ビームスプリッタ８は、被検光学系Ｓを透過した被計測光Ｌｍを、第１の分割光Ｌ１と第２の分割光Ｌ２とに２分割する。コーナーキューブプリズム９は、第１の分割光Ｌ１の入射方向に沿った方向に第１の分割光Ｌ１を反射させる。平面鏡１０は、ビームスプリッタ８に関してコーナーキューブプリズム９と共役の位置に配置される。コーナーキューブプリズム９で反射された第１の分割光Ｌ１の波面と平面鏡１０で反射された第２の分割光Ｌ２の波面とは、相対的に１８０度回転している関係である。【選択図】  図１
2009053166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を透過した被計測光を、第１の光路方向に進行する第１の分割光と第２の光路方向に進行する第２の分割光とに２分割する光分割合成器と、
前記第１の分割光の光路上に配置され、前記第１の光路方向に沿った方向に前記第１の分割光を反射させる第１の反射部材と、
前記第２の分割光の光路上であって且つ前記光分割合成器に関して前記第１の反射部材と共役の位置に配置される第２の反射部材と、
前記第１の反射部材で反射された前記第１の分割光と前記第２の反射部材で反射された前記第２の分割光とを前記光分割合成器で重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を観察する観察手段と、を備え、
前記第１の反射部材で反射された前記第１の分割光の波面と前記第２の反射部材で反射された前記第２の分割光の波面とは、相対的に１８０度回転している関係であることを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記第１の反射部材は、互いに直交する３つの反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記第１の反射部材は、コーナーキューブであることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記第１の反射部材は、コーナーリフレクタであることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項５】
コヒーレントな単色光を出力する光源をさらに備え、
前記光源から出力された光によって前記被計測光を得ることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の干渉計。
【請求項６】
前記光分割合成器で分割されてから、前記第１の反射部材で反射され前記光分割合成器で前記第２の分割光と重ね合わせられるまでの前記第１の分割光の光学的光路長と、前記光分割合成器で分割されてから、前記第２の反射部材で反射され前記光分割合成器で前記第１の分割光と重ね合わせられるまでの前記第２の分割光の光学的光路長とが同一であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の干渉計。
【請求項７】
被検体を載置する支持部材と、
前記支持部材に載置された前記被検体を透過した被計測光を、第１の光路方向に進行する第１の分割光と第２の光路方向に進行する第２の分割光とに２分割する光分割合成器と、
前記第１の分割光の光路上に配置され、前記第１の光路方向に沿った方向に前記第１の分割光を反射させ、互いに直交する３つの反射面を有する第１の反射部材と、
前記第２の分割光の光路上であって且つ前記光分割合成器に関して前記第１の反射部材と共役の位置に配置される第２の反射部材と、
前記第１の反射部材で反射された前記第１の分割光と前記第２の反射部材で反射された前記第２の分割光とを前記光分割合成器で重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を観察する観察手段と、
前記第１の反射部材の前記３つの反射面で形成される頂点と前記光分割合成器に関して共役な前記第２の反射部材の反射面上の共役点を通る前記反射面の法線を基準として規定された軸と直交する方向に、前記支持部材を移動させる移動手段と、
前記法線を基準として規定された前記軸に対し、前記支持部材を傾斜させる傾斜手段と、を備え、
前記第１の反射部材で反射された前記第１の分割光の波面と前記第２の反射部材で反射された前記第２の分割光の波面とは、相対的に１８０度回転している関係であることを特徴とする偏心計測装置。
【請求項８】
前記第１の反射部材は、コーナーキューブであることを特徴とする請求項７に記載の偏心計測装置。
【請求項９】
前記第１の反射部材は、コーナーリフレクタであることを特徴とする請求項７に記載の偏心計測装置。
【請求項１０】
コヒーレントな単色光を出力する光源をさらに備え、
前記光源から出力された光によって前記被計測光を得ることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項記載の偏心計測装置。
【請求項１１】
前記光分割合成器で分割されてから、前記第１の反射部材で反射され前記光分割合成器で前記第２の分割光と重ね合わせられるまでの前記第１の分割光の光学的光路長と、前記光分割合成器で分割されてから、前記第２の反射部材で反射され前記光分割合成器で前記第１の分割光と重ね合わせられるまでの前記第２の分割光の光学的光路長とが同一であることを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項記載の偏心計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計及び偏心計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏心計測装置として、回転対称な被検体を取り付けた状態で回転可能な高精度回転軸（スピンドル）を備える装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような偏心計測装置では、被検面で反射された光の像の振れを測定することで被検体の偏心量を計測する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような計測装置では、スピンドルの回転軸上に被検面の球心が存在する場合、すなわち被検体に偏心がない場合には被検面で反射された光の像は静止して観察される。一方、被検面の球心とスピンドルの回転軸とが一致しない場合、すなわち被検体に偏心がある場合には、スピンドルの回転に伴い、被検面で反射された光の像は振れてしまう。
【特許文献１】特開平１１−２８７７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、被検体を透過した被計測光から球面収差を除去して偏心収差を観察することが可能な干渉計及び偏心計測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】
【０００４】
通常、偏心計測装置では、例えば球面収差等の偏心収差以外の収差も含めて計測してしまう。そこで、本発明者等は、球面収差を除去して偏心収差を観察することができる干渉計及び偏心計測装置について鋭意研究をした結果、本願発明に想到するに至った。
【０００５】
本発明に係る干渉計は、被検体を透過した被計測光を、第１の光路方向に進行する第１の分割光と第２の光路方向に進行する第２の分割光とに２分割する光分割合成器と、第１の分割光の光路上に配置され、第１の光路方向に沿った方向に第１の分割光を反射させる第１の反射部材と、第２の分割光の光路上であって且つ光分割合成器に関して第１の反射部材と共役の位置に配置される第２の反射部材と、第１の反射部材で反射された第１の分割光と第２の反射部材で反射された第２の分割光とを光分割合成器で重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を観察する観察手段と、を備え、第１の反射部材で反射された第１の分割光の波面と第２の反射部材で反射された第２の分割光の波面とは、相対的に１８０度回転している関係であることを特徴とする。
【０００６】
被検体を透過した被計測光の光軸近傍の波面収差は、球面収差を表す偶数次成分と偏心収差を表す奇数次成分との合成として表現される。上記した干渉計では、光分割合成器において、第１の分割光と、第１の分割光に対して波面が１８０度回転した関係にある第２の分割光とを干渉させている。このことは数学的には、第１の分割光の波面収差と第２の分割光の波面収差との減算に相当し、減算により偶数次成分が除去され、奇数次成分だけが取り出される。したがって、上記干渉計では、球面収差を除去して偏心収差を観察することが可能となる。
【０００７】
第１の反射部材は、互いに直交する３つの反射面を有することが好ましい。この場合、第１の反射部材は、コーナーキューブがよい。あるいは、第１の反射部材は、コーナーリフレクタでもよい。
【０００８】
コヒーレントな単色光を出力する光源をさらに備え、光源から出力された光によって被計測光を得ることが好ましい。コヒーレントな単色光は干渉しやすい。
【０００９】
光分割合成器で分割されてから、第１の反射部材で反射され光分割合成器で第２の分割光と重ね合わせられるまでの第１の分割光の光学的光路長と、光分割合成器で分割されてから、第２の反射部材で反射され光分割合成器で第１の分割光と重ね合わせられるまでの第２の分割光の光学的光路長とが同一であることが好ましい。これにより、干渉縞を良好に観察することができる。
【００１０】
本発明に係る偏心計測装置は、被検体を載置する支持部材と、支持部材に載置された被検体を透過した被計測光を、第１の光路方向に進行する第１の分割光と第２の光路方向に進行する第２の分割光とに２分割する光分割合成器と、第１の分割光の光路上に配置され、第１の光路方向に沿った方向に第１の分割光を反射させ、互いに直交する３つの反射面を有する第１の反射部材と、第２の分割光の光路上であって且つ光分割合成器に関して第１の反射部材と共役の位置に配置される第２の反射部材と、第１の反射部材で反射された第１の分割光と第２の反射部材で反射された第２の分割光とを光分割合成器で重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を観察する観察手段と、第１の反射部材の３つの反射面で形成される頂点と光分割合成器に関して共役な第２の反射部材の反射面上の共役点を通る反射面の法線を基準として規定された軸と直交する方向に、支持部材を移動させる移動手段と、法線を基準として規定された軸に対し、支持部材を傾斜させる傾斜手段と、を備え、第１の反射部材で反射された第１の分割光の波面と第２の反射部材で反射された第２の分割光の波面とは、相対的に１８０度回転している関係であることを特徴とする。
【００１１】
上記した偏心計測装置では、光分割合成器において、第１の分割光と、第１の分割光に対して波面が１８０度回転した関係にある第２の分割光とを干渉させている。したがって、上記偏心計測装置では、球面収差を除去して偏心収差を観察することが可能となる。
【００１２】
第１の反射部材は、コーナーキューブがよい。あるいは、第１の反射部材は、コーナーリフレクタでもよい。
【００１３】
コヒーレントな単色光を出力する光源をさらに備え、光源から出力された光によって被計測光を得ることが好ましい。コヒーレントな単色光は干渉しやすい。
【００１４】
光分割合成器で分割されてから、第１の反射部材で反射され光分割合成器で第２の分割光と重ね合わせられるまでの第１の分割光の光学的光路長と、光分割合成器で分割されてから、第２の反射部材で反射され光分割合成器で第１の分割光と重ね合わせられるまでの第２の分割光の光学的光路長とが同一であることが好ましい。これにより、干渉縞を良好に観察することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被検体を透過した被計測光から球面収差を除去して偏心収差を観察することが可能な干渉計及び偏心計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
【００１７】
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る偏心計測装置１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。図２は、第１実施形態に係る偏心計測装置に含まれるコーナーキューブの斜視図である。
【００１８】
図１に示す偏心計測装置１は、光源２と、ビームエクスパンダー３と、支持台（支持部材）４と、支持台移動装置（移動手段）５と、支持台傾斜装置（傾斜手段）６と、干渉計７と、を備えている。干渉計７は、ビームスプリッタ（光分割合成器）８と、コーナーキューブプリズム（第１の反射部材）９と、平面鏡（第２の反射部材）１０と、スクリーン（観察手段）１１とを備えている。偏心計測装置１は、光源２から出力された光Ｌを、支持台４上に載置された被検体である被検光学系Ｓに入射させ、被検光学系Ｓを透過した被計測光Ｌｍを干渉計７において２分割して干渉させた干渉光を観察することで、被検光学系Ｓの偏心収差を計測する装置である。
【００１９】
光源２は、コヒーレントな光Ｌをビームエクスパンダー３に供給する。光源２として、例えばレーザ装置を用いることができる。
【００２０】
ビームエクスパンダー３は、光源２から出力された光Ｌの光束径を拡大し、平面波として光Ｌを被検光学系Ｓに供給する。
【００２１】
支持台４には、被検光学系Ｓが載置される。支持台４には、支持台を所定の方向に移動させる支持台移動装置５と、支持台４を所定の軸に対して傾斜させる支持台傾斜装置６が接続されている。
【００２２】
ビームスプリッタ８は、被検光学系Ｓを透過後に入射した被計測光Ｌｍを、第１の分割光Ｌ１と第２の分割光Ｌ２とにエネルギー的に２分割する。被計測光Ｌｍの光路上に配置されたビームスプリッタ８は、被計測光Ｌｍの一部を反射させ、残りを透過させる。ビームスプリッタ８を透過した被計測光Ｌｍを第１の分割光Ｌ１とし、ビームスプリッタ８で反射された被計測光Ｌｍを第２の分割光Ｌ２とする。また、ビームスプリッタ８は、後述のコーナーキューブプリズム９で反射された第１の分割光Ｌ１と後述の平面鏡１０で反射された第２の分割光Ｌ２とを重ね合わせて干渉させる。すなわち、ビームスプリッタ８は、光分割合成器として機能する。
【００２３】
第１の分割光Ｌ１を反射させるコーナーキューブプリズム９は、第１の分割光Ｌ１の光路（第１の光路）上に配置される。図２にコーナーキューブプリズム９の斜視図を示す。図２に示されるように、コーナーキューブプリズム９は、互いに直交する３つの反射面９ａ、９ｂ、９ｃを有し、入射した光を入射光軸の方向に反射する。コーナーキューブプリズム９のこうした特性により、第１の分割光Ｌ１は入射光路方向に沿った方向に反射される。
【００２４】
再び図１に戻って偏心計測装置１の説明を続ける。第２の分割光Ｌ２を反射させる反射部材である平面鏡１０は、第２の分割光Ｌ２の光路（第２の光路）上に配置される。第２の分割光Ｌ２は、平面鏡１０の入射面を通過し、その裏面１０ａで反射される。
【００２５】
コーナーキューブプリズム９と平面鏡１０とは、以下のような関係を満たす。すなわち、コーナーキューブプリズム９の入射面９ｄから頂点Ｃ１までの長さと、平面鏡１０の反射面１０ａに直交する方向での厚さとは等しい。コーナーキューブプリズム９と平面鏡１０とは、同一種類のガラス材料からなる。このようなコーナーキューブプリズム９及び平面鏡１０の構成により、第２の分割光Ｌ２を平面鏡１０の裏面１０ａで反射させることで、コーナーキューブプリズム９中を通過する第１の分割光Ｌ１の光路と、平面鏡１０中を通過する第２の分割光Ｌ２の光路とが対称性を保つ。
【００２６】
また、平面鏡１０で反射した第２の分割光Ｌ２の波面に対し、コーナーキューブプリズム９で反射した第１の分割光Ｌ１の波面は、相対的に１８０度回転し、座標反転した関係になる。平面鏡１０は、ビームスプリッタ８に関してコーナーキューブプリズム９と共役の位置に配置される。より具体的には、コーナーキューブプリズム９の３つの反射面９ａ〜９ｃで形成される頂点Ｃ１と平面鏡１０の反射面１０ａとが、ビームスプリッタ８に関して共役となるようにコーナーキューブプリズム９及び平面鏡１０は配置される。こうした配置により、コーナーキューブプリズム９及び平面鏡１０は、ビームスプリッタ８に関して光学的に対称な系を構成する。すなわち、ビームスプリッタ８で分割される光Ｌ１及びＬ２の各往復光路の光学的光路長は同一である。このことは、具体的には、ビームスプリッタ８で分割されてから、コーナーキューブプリズム９で反射されビームスプリッタ８で第２の分割光Ｌ２と重ね合わせられるまでの第１の分割光Ｌ１の光学的光路長と、ビームスプリッタ８で分割されてから、平面鏡１０で反射されビームスプリッタ８で第１の分割光Ｌ１と重ね合わせられるまでの第２の分割光Ｌ２の光学的光路長とが同一であることをいう。
【００２７】
また、偏心計測装置１では、平面鏡１０の反射面１０ａの法線のうち、反射面１０ａ上の点Ｃ２を通る法線Ｎを基準として、その軸Ａｘが規定されている。点Ｃ２とは、コーナーキューブプリズム９の頂点Ｃ１とビームスプリッタ８に関して共役な位置にある、平面鏡１０の反射面１０ａ上の共役点をいう。反射面１０ａの法線は無数にあるが、共役点Ｃ２を通る法線は１本しか存在しないため、軸Ａｘを一意に決定することができる。また、偏心計測装置１の干渉計７で観察される干渉縞は法線Nを原点（ピボタル点）として対称的に変化するので、法線Nを基準として偏心計測装置１の軸Ａｘを決定する。
【００２８】
スクリーン１１上には、ビームスプリッタ８で第１の分割光Ｌ１及び第２の分割光Ｌ２を重ね合わせることによって得られる合成光Ｌ３によって干渉縞が形成される。
【００２９】
偏心計測装置１では、スクリーン１１上に映し出された合成光Ｌ３の干渉縞に基づき、支持台移動装置５を用いて、支持台４を軸Ａｘと直交する方向に移動させる。さらに、偏心計測装置１では、スクリーン１１上に映し出された合成光Ｌ３の干渉縞に基づき、支持台傾斜装置６を用いて、支持台４を軸Ａｘに対して傾斜させる。
【００３０】
次に、偏心計測装置１によって被検光学系Ｓの偏心を計測する方法を説明する。まず、偏心を除去した基準レンズ（工具レンズ）を支持台４上に載置して、合成光Ｌ３の干渉縞をスクリーン上で観察する。このとき、干渉縞がワンカラーになる位置を検出し、その位置を支持台４の原点とする。
【００３１】
次に、原点に位置する支持台４上に被検光学系Ｓを載置する。被検光学系Ｓを透過した被計測光Ｌｍをビームスプリッタ８で第１及び第２の分割光Ｌ１、Ｌ２に分割した後、再び合成させ、合成光Ｌ３による干渉縞をスクリーン１１上で観察する。
【００３２】
観察された干渉縞に基づき、支持台移動装置５及び支持台傾斜装置６を用いて支持台４を移動及び傾斜させ、ワンカラーの干渉縞をスクリーン１１上で得る。そして、支持台移動装置５によって支持台４を移動させた量から被検光学系Ｓのシフト偏心量を、支持台傾斜装置６によって支持台４を傾斜させた量から被検光学系Ｓのチルト偏心量を計測する。なお、軸Ａｘと直交する面内での支持台４の原点がシフト偏心量の原点となり、軸Ａｘがチルト偏心量の原点となる。ここで、支持台移動装置５として、例えばＸＹステージを用いることができる。支持台傾斜装置６として、例えば直交２軸のチルトステージを用いることができる。また、ステージの移動量は、例えばデジタル式マイクロメータで測定することができる。
【００３３】
偏心計測装置１の干渉計７によって観察される干渉縞について、図３〜図６を用いて説明する。図３に、実際に観察されたワンカラーの干渉縞を示す。なお、図３〜図６に示す観察された干渉縞には、６０度ピッチの６本の線として表されているコーナーキューブプリズムの稜線とその反射像、及びスクリーンとして用いた方眼用紙の目盛りが干渉縞と共に写りこんでいる。
【００３４】
図４は、チルト偏芯収差及びシフト偏芯収差の双方を共に大きく有する、一般的な光学系の干渉縞である。図４に示されるように、シフト偏心収差及びチルト偏心収差の双方を有する被検光学系の干渉縞は、Ｓ字状のうねりとして観察される。
【００３５】
図５は、シフト偏芯収差のみを有する光学系の干渉縞である。図５に示されるように、シフト偏心収差は等間隔で直線ストライプ状の干渉縞として観察される。
【００３６】
図６（ａ）はチルト偏芯収差のみを有する光学系の干渉縞であり、図６（ｂ）はチルト偏芯収差のみを有する光学系を偏心計測装置の軸と直交する方向にシフトしたときの干渉縞である。図６（ａ）に示されるように、チルト偏心収差を有する被検光学系は、中心線を境に一方の領域には山の頂上に向かうように形成された等高線状の干渉縞を、他方の領域には谷の最下点に向かうように形成された等高線状の干渉縞をそれぞれ形成する。ただし、図６（ａ）からもわかるように、どちらが山でどちらが谷かは、観察された干渉縞からだけでは判断できない。そこで、被検光学系を偏心計測装置の軸と直交する方向に移動し、図６（ｂ）に示すようなＳ字状にうねる干渉縞を得ることで判断する。すなわち、被検光学系を移動したときのＳ字の方向によって、山及び谷の位置が判断される。
【００３７】
被検光学系Ｓを透過した被計測光Ｌｍの光軸近傍の波面収差は、球面収差を表す偶数次成分と偏心収差を表す奇数次成分との合成として表現される。偏心計測装置１では、第１の分割光Ｌ１と第２の分割光Ｌ２とを干渉させている。第２の分割光Ｌ２は、被検光学系Ｓの透過波面に相当する波面を有する。また、第１の分割光Ｌ１は、第２の分割光Ｌ２の波面に対して相対的に１８０度回転した波面を有する。このような第１の分割光Ｌ１及び第２の分割光Ｌ２を干渉させることは数学的には、第１の分割光Ｌ１の波面収差と第２の分割光Ｌ２の波面収差との減算に相当し、減算により偶数次成分が除去され、奇数次成分だけが取り出される。したがって、偏心計測装置１では、偶数次成分である球面収差が除去され、奇数次成分である偏心収差のみが観察される。
【００３８】
偏心収差のみが観察されることの数学的な検討を以下に詳述する。数学的に任意の関数ｆ（ｘ）は、偶関数ｆｅ（ｘ）と奇関数ｆ０（ｘ）との和として、式（１）のように表される。
ｆ（ｘ）＝ｆｅ（ｘ）＋ｆ０（ｘ）    …（１）
【００３９】
式（１）は１次元での表記であるが、ｆ（ｘ）が被検光学系Ｓの光軸近傍の透過波面に相当し、偶関数ｆｅ（ｘ）は球面収差成分、奇関数ｆ０（ｘ）は偏心収差成分に相当する。任意の関数ｆ（ｘ）（透過波面に相当）から、奇関数成分ｆ０（ｘ）（偏心収差成分に相当）のみを分離抽出するには、数学的には式（２）のような演算を行う。
ｆ０（ｘ）＝１／２｛ｆ（ｘ）−ｆ（−ｘ）｝  …（２）
【００４０】
式（２）で表される演算は、任意の関数ｆ（ｘ）から、その一成分である奇関数成分ｆ０（ｘ）を抽出する数学的操作である。
【００４１】
式（２）は、任意の透過波面から、それを構成する一成分である奇数次成分、すなわち偏心収差のみを抽出する操作に相当する。すなわち、偏心計測装置１の干渉計７は、式（２）の操作を、被検光学系Ｓの透過波面から奇数次成分のみを抽出するための物理的手法として実現させたものと考えることができる。具体的には、式（２）の右辺のカギ括弧内の第１項ｆ（ｘ）は、被検光学系Ｓの光軸近傍の透過波面に該当し、同第２項ｆ（−ｘ）は同じ波面を光軸回りに１８０度回転し、座標（瞳座標）を反転した波面に相当する。この原波面ｆ（ｘ）と、原波面を１８０度回転（座標反転）した波面ｆ（−ｘ）との干渉が、すなわち数学的には式（２）の減算に相当し、被検波面の奇数次成分の２倍である２ｆ０（ｘ）、すなわち偏心収差成分の２倍が得られることが式（２）から理解できる。
【００４２】
このような原波面ｆ（ｘ）と、原波面を１８０度回転した波面ｆ（−ｘ）との数学的な減算操作は、二つの波面の干渉で物理的に実現でき、両波面の差を干渉縞として検出できる。偏心計測装置１の干渉計７では、被検光学系Ｓを透過した透過波面をビームスプリッタ８で透過波面（第１の分割光）と反射波面（第２の分割光）とに二分し、一方の波面である第２の分割光を平面鏡１０で反射し（ｆ（ｘ）に相当）、他方の波面である第１の分割光をコーナーキューブプリズム９で反射する。平面鏡１０で反射した波面に対し、コーナーキューブプリズム９で反射した波面は、相対的に１８０度回転し、座標反転した関係にあるため、平面鏡１０で反射した分割光をｆ（ｘ）で表した場合、ｆ（−ｘ）で表される。そして、２つの波面を干渉させることで（｛ｆ（ｘ）−ｆ（−ｘ）｝に相当）、被検光学系Ｓの透過波面から奇数次成分、すなわち偏心収差成分（ｆ０（ｘ）に相当）のみを２倍の感度で検出することとなり、式（２）を物理的に実現したこととなる。
【００４３】
以上の数学的な説明から理解できるように、偏心計測装置１の干渉計７では、干渉による二つの波面の減算操作によって偶数次成分である波面の球面収差成分がキャンセルされ、合成光Ｌ３では球面収差の情報は消失してしまっている。そして、合成光Ｌ３からは、奇数次成分である偏心収差のみが観察される。
【００４４】
また、偏心計測装置１の干渉計７では、コーナーキューブプリズム９の頂点Ｃ１と平面鏡１０の共役点Ｃ２とが、ビームスプリッタ８に関して互いに共役な位置に配置されている。したがって、コーナーキューブプリズム９と平面鏡１０とは、光学的に対称な系を形成している。そのため、偏心計測装置１の干渉計７では、非平行光が干渉計７に入射される場合であっても、２つの分割光によって発生する干渉計自体の球面収差を等しくすることができる。これにより、２つの分割光による球面収差の差をほぼゼロとすることが可能となる。
【００４５】
さらに、偏心計測装置１の干渉計７では上述のように、コーナーキューブプリズム９と平面鏡１０とが、光学的に対称な系を形成しているため、２つの分割光の波面の間で倍率差が発生しない。そのため、第１及び第２の分割光を干渉させた際に良好に球面収差を除去することができる。
【００４６】
加えて、偏心計測装置１の干渉計７では、第１の分割光Ｌ１の光路と第２の分割光Ｌ２の光路とが対称性を保っている。したがって、干渉計７自体に起因して発生する非点収差が抑制される。
【００４７】
なお、被検光学系Ｓの透過波面を光軸上の波面収差として表現したときの最低奇数次の波面収差は１次の波面収差である。１次の波面収差は、波面の傾斜成分に対応する。波面の傾斜成分とは、被検光学系を光軸に対し横方向にシフトしたシフト偏心収差のことである。１次に次ぐ奇数次の波面収差は３次成分であり、この３次の波面収差は偏心コマ収差に対応する。単レンズに於ける偏心コマ収差とは、被検光学系が光軸に対して傾斜されたチルト偏心収差のことである。
【００４８】
また、偏心計測装置１の干渉計７では、上述したように、合成光Ｌ３から球面収差情報を除去し、被検光学系Ｓの透過波面自体から直接的に偏心収差のみを観察することができる。このことにより、偏心計測装置１の干渉計７では以下に例として列挙する様々な効果を奏することが可能となる。
【００４９】
すなわち、（１）偏心計測装置１の干渉計７は、被検光学系Ｓとして大きな球面収差を有する単レンズ、あるいは部分レンズ群などについても、その偏心収差を観察することが可能である。（２）単レンズ、あるいは部分レンズ群等の偏心収差を計測する場合であっても、偏心計測装置１の干渉計７では合成光Ｌ３から球面収差の情報を除去してしまっているので、装置の特別な変更、あるいは特別な再調整を要することなく、偏心収差を観察することが可能である。（３）被検光学系Ｓの球面収差の大小に関わりなく、また、被検光学系Ｓが実焦点を有するか虚焦点を有するかは問わずに偏心収差を観察できるため、無収差系への変換を意図したヌル・レンズなどを用いずに偏心収差を観察することが可能となる。（４）偏心計測装置１の干渉計７では、通常の干渉計とは異なり、参照レンズ又は参照波面を必要としないで干渉を観察することが可能となる。（５）偏心計測装置１の干渉計７では、シフト偏心収差とチルト偏心収差とをそれぞれに観察することが可能である。
【００５０】
上記効果（４）について説明する。通常の干渉計では、干渉計測の基準となる参照波面を持ち、被検体から発生する被検波面と参照波面とを重ね合わせて干渉計測を行う。それに対し、偏心計測装置１の干渉計７では、被検光学系Ｓから発生する透過波面自身をエネルギー的に第１及び第２の分割光Ｌ１、Ｌ２に二分し、二分された第１及び第２の分割光Ｌ１、Ｌ２を再び重ね合わせて干渉させている。これは、第１の分割光Ｌ１の波面と第２の分割光Ｌ２の波面とが相対的に１８０度回転した関係の下で、第１及び第２の分割光Ｌ１、Ｌ２が干渉されるために可能となっている。このような構成により、偏心計測装置１の干渉計７では、参照レンズ又は参照波面を必要としないで干渉を観察することが可能となっている。
【００５１】
上記効果（５）について説明する。偏心計測装置１の干渉計７では、合成光Ｌ３では球面収差の情報が除去されているため、例えば被検光学系Ｓがシフト偏心収差のみを有する場合、干渉縞には図５に示したようにシフト偏心収差のみが収差情報として表れる。あるいは、例えば被検光学系Ｓがチルト偏心収差のみを有する場合、干渉縞には図６（ａ）に示したようにチルト偏心収差のみが収差情報として表れる。このように、偏心計測装置１の干渉計７では、シフト偏心収差とチルト偏心収差とをそれぞれ別に認識して観察することが可能である。
【００５２】
なお上記説明は単レンズに対するものであり、複数枚のレンズで構成された系の偏心ではチルトあるいはシフトといった区分概念から離れ、波面収差として評価すべきである。
【００５３】
（第２実施形態）
図７及び図８を参照して、第２実施形態に係る偏心計測装置２０の構成について説明する。第２実施形態に係る偏心計測装置は、第１の反射部材としてコーナーキューブプリズムではなくコーナーリフレクタを用いている点で、第１実施形態に係る偏心計測装置とは異なる。図７は、第２実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。図８は、第２実施形態に係る偏心計測装置に含まれるコーナーリフレクタの斜視図である。
【００５４】
図７に示す偏心計測装置２０は、光源２と、ビームエクスパンダー３と、支持台（支持部材）４と、支持台移動装置（移動手段）５と、支持台傾斜装置（傾斜手段）６と、干渉計２１と、を備えている。干渉計２１は、ハーフミラー（光分割合成器）２２と、コンペンセータ２３と、コーナーリフレクタ（第１の反射部材）２４と、平面鏡（第２の反射部材）２５と、スクリーン（観察手段）２６とを備えている。
【００５５】
ハーフミラー２２は、被検光学系Ｓを透過後に入射した被計測光Ｌｍを、第１の分割光Ｌ１と第２の分割光Ｌ２とに２分割する。被計測光Ｌｍの光路上に配置されたハーフミラー２２は、被計測光Ｌｍの一部を反射させ、残りを透過させる。ハーフミラー２２を透過した被計測光Ｌｍを第１の分割光Ｌ１とし、ハーフミラー２２で反射された被計測光Ｌｍを第２の分割光Ｌ２とする。また、ハーフミラー２２は、後述のコーナーリフレクタ２４で反射された第１の分割光Ｌ１と後述の平面鏡２５で反射された第２の分割光Ｌ２とを重ね合わせて干渉させる。すなわち、ハーフミラー２２は、光分割合成器として機能する。
【００５６】
コンペンセータ２３は、ハーフミラー２２に平行に配置される。コンペンセータ２３及びハーフミラー２２は何れも平行平面ガラスであり、その中心厚及びガラス材料が等しい。
【００５７】
第１の分割光Ｌ１を反射させるコーナーリフレクタ２４は、第１の分割光Ｌ１の光路上に配置される。図８にコーナーリフレクタ２４の斜視図を示す。図８に示されるように、コーナーリフレクタ２４は、互いに直交する３つの反射板２４Ｘ、２４Ｙ、２４Ｚを有し、これら３つの反射板２４Ｘ〜２４Ｚは各反射板の反射面２４ａ、２４ｂ、２４ｃが互いに直交するように構成されている。コーナーリフレクタ２４は、入射した光を入射光軸の方向に反射する。コーナーリフレクタ２４のこうした特性により、第１の分割光Ｌ１は入射光路方向に沿った方向に反射される。
【００５８】
再び図７に戻って偏心計測装置２０の説明を続ける。第２の分割光Ｌ２を反射させる反射部材である平面鏡２５は、第２の分割光Ｌ２の光路上に配置される。第２の分割光Ｌ２は、平面鏡２５の表面２５ａで反射される。
【００５９】
コーナーリフレクタ２４と平面鏡２５とは、以下のような関係を満たす。すなわち、第１の分割光Ｌ１はコーナーリフレクタ２４を構成する反射板２４Ｘ〜２４Ｚの内部を通過することなく反射板表面２４ａ〜２４ｃで反射され、第２の分割光Ｌ２も平面鏡２５内部を通過することなくその表面２５ａで反射される。ハーフミラー２２及びコンペンセータ２３は、その中心厚及びガラス材料が等しい平行平面ガラスである。このような構成にすることで、ハーフミラー２２及びコンペンセータ２３を通過してコーナーリフレクタ２４で反射される第１の分割光Ｌ１の光路と、ハーフミラー２２を２度通過して平面鏡２５の表面２５ａで反射される第２の分割光Ｌ２の光路とが対称性を保つ。すなわち、ハーフミラー２２で分割される光Ｌ１及びＬ２の各往復光路の光学的光路長は同一である。
【００６０】
また、平面鏡２５で反射した第２の分割光Ｌ２の波面に対し、コーナーリフレクタ２４で反射した第１の分割光Ｌ１の波面は、相対的に１８０度回転し、座標反転した関係になる。平面鏡２５は、ハーフミラー２２に関してコーナーリフレクタ２５と共役の位置に配置される。より具体的には、コーナーリフレクタ２４の３つの反射面２４ａ〜２４ｃで形成される頂点Ｃ１と平面鏡２５の反射面２５ａとが、ハーフミラー２２に関して共役となるようにコーナーリフレクタ２４及び平面鏡２５は配置される。こうした配置により、コーナーリフレクタ２４及び平面鏡２５は、光学的に対称な系を構成する。
【００６１】
また、偏心計測装置２０では、平面鏡２５の反射面２５ａの法線のうち、反射面２５ａ上の点Ｃ２を通る法線Ｎを基準として、その軸Ａｘが規定されている。点Ｃ２とは、コーナーリフレクタ２４の頂点Ｃ１とハーフミラー２２に関して共役な位置にある、平面鏡２５の反射面２５ａ上の共役点をいう。
【００６２】
スクリーン２６上には、ハーフミラー２２の半透過膜面で第１の分割光Ｌ１及び第２の分割光Ｌ２を重ね合わせることによって得られる合成光Ｌ３によって干渉縞が形成される。
【００６３】
偏心計測装置２０では、スクリーン２６上に映し出された合成光Ｌ３の干渉縞に基づき、支持台移動装置５を用いて、支持台４を軸Ａｘと直交する方向に移動させる。さらに、偏心計測装置２０では、スクリーン２６上に映し出された合成光Ｌ３の干渉縞に基づき、支持台傾斜装置６を用いて、支持台４を軸Ａｘに対して傾斜させる。
【００６４】
偏心計測装置２０の干渉計２１では、第１及び第２の分割光Ｌ１、Ｌ２を波面が相対的に１８０度回転した関係で干渉させている。したがって、偏心計測装置２０の干渉計２１では、偶数次成分である球面収差が除去され、奇数次成分である偏心収差のみが観察される。
【００６５】
また、偏心計測装置２０の干渉計２１では、コーナーリフレクタ２４の頂点Ｃ１と平面鏡２５の共役点Ｃ２とが、ハーフミラー２２に関して互いに共役な位置に配置されている。したがって、コーナーリフレクタ２４と平面鏡２５とは、光学的に対称な系を形成している。そのため、偏心計測装置２０の干渉計２１では、非平行光が干渉計２１に入射される場合であっても、２つの分割光によって発生する干渉計自体の球面収差を等しくすることができる。これにより、２つの分割光による球面収差の差をほぼゼロとすることが可能となる。
【００６６】
さらに、偏心計測装置２０の干渉計２１では上述のように、コーナーリフレクタ２４と平面鏡２５とが、光学的に対称な系を形成しているため、２つの分割光の波面の間で倍率差が発生しない。そのため、第１及び第２の分割光を干渉させた際に良好に球面収差を除去することができる。
【００６７】
加えて、偏心計測装置２０の干渉計２１では、第１の分割光Ｌ１の光路と第２の分割光Ｌ２の光路とが対称性を保っている。したがって、干渉計２１自体に起因して発生する非点収差が抑制される。
【００６８】
また、偏心計測装置２０の干渉計２１では、上述したように、合成光Ｌ３から球面収差情報を除去し、被検光学系Ｓの透過波面自体から直接的に偏心収差のみを観察することができる。このことにより、偏心計測装置２０の干渉計２１では第１実施形態に係る偏心計測装置１の効果として列挙したのと同一の様々な効果を奏することが可能である。
【００６９】
（第３実施形態）
図９を参照して、第３実施形態に係る偏心計測装置３０の構成について説明する。第３実施形態に係る偏心計測装置は、スクリーン上に映し出された干渉縞をデータとして取得する手段を有する点で、第１実施形態に係る偏心計測装置とは異なる。図９は、第３実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。
【００７０】
図９に示す偏心計測装置３０は、光源２と、ビームエクスパンダー３と、支持台（支持部材）４と、支持台移動装置（移動手段）５と、支持台傾斜装置（傾斜手段）６と、補助レンズ３１と、干渉計７と、撮像装置３２と、画像処理装置３３と、表示装置３４とを備えている。干渉計７は、ビームスプリッタ（光分割合成器）８と、コーナーキューブプリズム（第１の反射部材）９と、平面鏡（第２の反射部材）１０と、スクリーン（観察手段）１１とを備えている。
【００７１】
補助レンズ３１は、干渉計に対し着脱可能な偏心計測のための補助的な平凸レンズである。補助レンズ３１によって、被検光学系Ｓから発生する透過波面のうち、できるだけ広い範囲の波面が干渉計７の光路に導かれる。３次偏心収差、すなわちチルト偏心収差は、波面の外周域ほどその特徴であるＳ字うねりが干渉縞に顕著に表れるので、補助レンズ３１は、チルト偏心収差の検出感度を高める上で有効である。なお、この補助レンズ３１は、ヌル・レンズのように波面の整形を目的とするものではなく、被検光学系Ｓから発した透過波面の捕捉が目的であり、複数の計測対象に対し共用可能である。
【００７２】
補助レンズ３１が干渉計の光軸に対し偏心して設定された場合、被検光学系Ｓの偏心収差を正しく観察するのは困難になる。そこで、偏心計測装置３０の光軸Ａｘに対し、補助レンズ３１を調芯して使用する。被検光学系Ｓを偏心計測装置３０から取り外した状態で、補助レンズ３１を軸Ａｘと直交する方向に動かし、スクリーン１１上に映し出される干渉縞がワンカラーになるように調整（アライメント）する。また、補助レンズ３１の平面と平面鏡１０の反射面１０ａが光学的に平行になるようにアライメントし、チルト偏心を除去する。このアライメントで、補助レンズ３１は、干渉計の光軸に対し調芯されたことになる。
【００７３】
補助レンズ３１のもう一つの役割は、被検光学系Ｓの焦点がコーナーキューブプリズム９の頂点Ｃ１に一致してしまった場合に、そこから外すことである。さらには、補助レンズ３１は、スクリーン１１上に被検光学系Ｓの焦点が結ばれた場合に、そこから外すようにも機能する。
【００７４】
なお、補助レンズ３１として、平凸レンズなどの正レンズの代わりに、平凹レンズなどの負レンズを用いてもよい。
【００７５】
撮像装置３２は、例えばＣＣＤカメラであり、スクリーン１１上に投影された干渉縞を撮像する。撮像された干渉縞データは、撮像装置３２から画像処理装置３３へ出力される。
【００７６】
画像処理装置３３は、撮像装置から出力された干渉縞データについて、必要に応じた画像処理を施す。表示装置３４は、画像処理装置３３において画像処理が施された干渉縞データを入力して、モニター上に表示する。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光源２は、単色コヒーレント光を出力する光源に限られない。なお、第一反射部材としてコーナーキューブ又はコーナーリフレクタを用いた構成を示したが、第一反射部材としては、入射光を入射してきた方向と正反対の方向に反射すると共に反射光を入射光に対して１８０度回転させる機能を有することが必要なのであり、このような機能面からリトロリフレクターと呼ばれることもある。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。
【図２】コーナーキューブプリズムの斜視図である。
【図３】ワンカラーの干渉縞の観察図である。
【図４】シフト偏心収差及びチルト偏心収差を有する被検光学系の干渉縞の観察図である。
【図５】シフト偏心収差を有する被検光学系の干渉縞の観察図である。
【図６】（ａ）チルト偏心収差を有する被検光学系の干渉縞の観察図、及び（ｂ）シフト偏心収差及びチルト偏心収差を有する被検光学系の干渉縞の観察図である。
【図７】第２実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。
【図８】コーナーリフレクターの斜視図である。
【図９】第３実施形態に係る偏心計測装置の構成図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、２０、３０…偏心計測装置、２…光源、３…ビームエクスパンダー、４…支持台、５…支持台移動装置、６…支持台傾斜装置、７、２１…干渉計、８…ビームスプリッタ、９…コーナーキューブプリズム、１０、２５…平面鏡、１１、２６…スクリーン、２２…ハーフミラー、２３…コンペンセータ、２４…コーナーリフレクタ、３１…補助レンズ、３２…撮像装置、３３…画像処理装置、３４…表示装置。
【図１】
2009053166.tif 000003
【図２】
2009053166.tif 000004
【図７】
2009053166.tif 000005
【図８】
2009053166.tif 000006
【図９】
2009053166.tif 000007
【図３】
2009053166.tif 000008
【図４】
2009053166.tif 000009
【図５】
2009053166.tif 000010
【図６】
2009053166.tif 000011