(57)【要約】  反射望遠鏡などの主鏡を有する望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを正確に解析するための装置を提供する。  主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置は、主鏡の光軸の中で分割鏡のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に光軸に直交して配置されるマスクであって、分割鏡像のそれぞれの位置において、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像の境界の近傍に所定の間隔を開けてお互いに平行な対向する主スリットが形成されているマスクを含み、そのマスクには、それぞれの主スリットのペアのそれぞれに対して、それに平行でない所定の角度を有する少なくとも１つの基準スリットが配置されている。
2020138328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の前記分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置であって、
前記主鏡の光軸の中で前記分割鏡のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に前記光軸に直交して配置されるマスクであって、前記分割鏡像のそれぞれの位置において、前記分割鏡の前記ペアのそれぞれの前記分割鏡像の境界の近傍に所定の間隔を開けてお互いに平行な対向する主スリットが形成されているマスクと、
前記望遠鏡の光軸の中で前記マスクの後方に配置される検出器と、を含み、
前記マスクは、それぞれの前記主スリットのペアのそれぞれに対して、それに平行でない所定の角度を有する少なくとも１つの基準スリットが配置されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記基準スリットは、前記主スリットに対して所定の角度を有し、前記主スリットの前記ペアのいずれか１つがある前記分割鏡像中において、前記主スリットの近傍に形成された補助スリットである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記補助スリットは、前記主スリットに対して直角の角度を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記補助スリットは、お互いに平行な２つのスリットである、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記主スリットは、前記分割鏡像の前記境界に沿って形成されており、
前記基準スリットは、前記主スリットが配置されている前記境界の近傍の他の境界に沿って配置された他の前記主スリットである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記主スリットは、前記分割鏡像の前記境界に平行ではない所定の角度を有するように形成されており、
前記基準スリットは、前記主スリットが配置されている前記境界と異なる他の境界の近傍に前記他の境界に平行ではない所定の角度を有するように配置された他の主スリットである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
対向する前記主スリットのすべてのペアの方向は、異なる角度で交差している、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
対向する前記主スリットのすべてのペアの方向は、単一の角度の整数倍で交差している、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
主鏡が複数の離間された分割鏡で構成される望遠鏡の前記分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置であって、
前記主鏡の光軸の中で前記分割鏡のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に前記光軸に直交して配置されるマスクであって、前記分割鏡像のそれぞれの位置において、前記分割鏡の前記ペアのそれぞれの前記分割鏡像に所定の横方向距離を開けてお互いに平行に所定の長手方向距離だけ離間させて配置された主スリットが形成されているマスクと、
前記望遠鏡の光軸の中で前記マスクの後方に配置される検出器と、を含み、
前記マスクにおいて、それぞれの前記主スリットのペアのそれぞれの方向が異なる角度で交差している、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
それぞれの前記分割鏡像が重ならない前記所定位置は、前記望遠鏡の瞳面である、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記主鏡の焦点面の中心の光を通過させるピンホールを有する焦点面マスクを有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記主スリットの前記ペアのそれぞれの中心線と前記基準スリットの中心線との交点のそれぞれに対応して配置されたレンズの配列を含む結像レンズ系をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の装置を使用して、主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の前記分割鏡のペアの段差を解消させる方法であって、
前記検出器で、前記主スリット及び前記補助スリットによって発生したそれぞれの回折パターンの画像を取得するステップと、
前記主スリットの前記回折パターンの干渉縞のピークが、前記それぞれの回折パターンの交点に来るように前記分割鏡の段差を調整するステップと、
前記補助スリットの前記回折パターンと前記主スリットの前記回折パターンとの交点のピークが、前記主スリットの前記回折パターンの中心線上に来るように前記分割鏡の傾きの角度を調整するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置に関し、より詳しくは、補助スリットを有するスリットによって生じさせた回折パターンの干渉縞により望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天体観測に使用される反射望遠鏡などの主鏡を有する望遠鏡は口径が大きいほど、集光力や分解能などのような基本的な光学性能が高くなり、観測対象の詳細な像を得ることができるようになる。しかし、大きい口径の主鏡は、製造が非常に難しく、また、運用も難しいという問題がある。そのため、主鏡を複数の分割鏡で構成した分割鏡タイプの反射望遠鏡が開発、使用されてきた。複数の分割鏡は、全体として主鏡の性能を発揮するためには、組み合わせた場合に、可能な限り１枚の主鏡と同様の形状に保たれ、１枚の主鏡として振る舞うことができる必要がある。そのため、各分割鏡の理想鏡面からのずれ、特に分割鏡同士の段差及び分割鏡の傾きを可能な限り減少させることが必要である。それぞれの分割鏡は、光軸方向の位置や光軸に対する傾きを調節する機構を有しているが、適切にそれらの位置や傾きのずれを測定し、それを最小化させるように調節する必要がある。しかし、特に、宇宙望遠鏡のような軌道上で運用される望遠鏡について、そのような技術は成熟していない。【０００３】
図１は、本発明が適用される従来の反射望遠鏡１の全体構成を示す図である。本発明は、反射望遠鏡１に組み込まれて使用されることになる。この例における反射望遠鏡１は、例えば、リッチー・クレチアン式望遠鏡のような、主鏡と、主鏡と光軸が一致している副鏡とを有する反射望遠鏡であり、複数の分割鏡１０からなる主鏡と、副鏡２０からなる主光学系を有している。なお、本発明は、主鏡を有する望遠鏡であれば、反射望遠鏡に限らず、シュミットカセグレン式のように反射式と屈折式を組み合わせた望遠鏡等にも適用できる。図１の例では、それぞれの分割鏡１０は正六角形であり、中心の分割鏡１０の周りに、辺同士を対向させて６個の分割鏡１０を配置している。図３は、分割鏡１０の構成を示す図である。この例の反射望遠鏡１においては、それぞれの分割鏡１０は正六角形であり、中央に開口部を有する分割鏡１０ｇの周りに、辺同士を対向させて６個の分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆをそれらの中心が正六角形を形成するように配置している。各位置の分割鏡を個別に示す場合は、英小文字の接尾辞を付けた参照番号で表わすが、分割鏡を集合的に示す場合は、そのような接尾辞をつけない参照番号で表わす（以下、分割鏡像、スリットなどにおいても同様である）。反射望遠鏡１の通常の使用においては、図１には示していないが、主光学系の後方に結像レンズ系や反射光学系が備えられており、それによって撮像素子に観測対象像を投影する。【０００４】
分割鏡１０の段差の大きさを解析するための手法としては、波長の異なる複数枚のＰＳＦ（点広がり関数、point spread function）像を取得して段差の大きさを推定するフィルタ方式、結像レンズ前においたグレーティング（回折格子）で白色のＰＳＦ像を回折させ、得られたスペクトル像から段差の大きさを推定するグレーティング方式、段差の大きさを測定する鏡のペアについて、瞳面（共役面）にそれぞれスリットを設け、その２つのスリットから得られる干渉縞から段差の大きさを測定するスリット干渉方式などがある。段差解析手法においては、測定時間、鏡の分割方向による影響、測定精度、光線利用効率が性能に関する重要な指標となる。また、装置構成は駆動部がなく単純であるほど環境変化や経年劣化に対して頑健である。それぞれの方式について、それらについて以下に説明する。フィルタ方式は、測定時にフィルタを切り換える必要があるため測定時間が長く、光線利用効率は高くないが、測定においては主鏡の分割方向に依存せず、測定精度はフィルタ枚数が多ければ高くすることができる、という特徴がある。一方で、測定精度を高めるためにフィルタ枚数を増やせば、駆動機構を含めそれだけ装置は大型化してしまう。従って、環境変化や経年劣化に対して頑健な構成とすることが難しくなる。グレーティング方式は、主鏡の分割方向と回折方向が直交すると測定ができないが、測定時間が短く、測定精度は高く、光線利用効率は高い、という特徴がある。スリット干渉方式は、フィルタの機械的な切り替えを要するフィルタ方式より測定時間は短く、またグレーティング方式と異なり主鏡の分割方向によらず測定できるという特徴を有する。ただし、スリット干渉方式は、光路中に挿入した細長いスリットで光源を回折させるため、光線利用効率は高くなく、また、測定手法の性質として平行な２スリットの回折光で形成した干渉縞が段差に伴って移動するという現象に基づくため、段差の検知と量の推定をすることはできるが、測定の基準となる段差ゼロ時の干渉縞位置を精度よく決定することが難しく、測定精度があまり高くない。ここでスリット干渉方式においては、光線利用効率が高くないことは、測定時間を長くしたり明るい光源を利用する等で対策が可能である。特に地上観測では光量の強い地上をターゲットにできるため、実用上のデメリットとしては極めて軽微である。従って、スリット干渉方式は、段差ゼロ時の干渉縞位置を精度よく決定することができれば測定精度を高くすることができ、測定時間、鏡の分割方向による影響、測定精度、光線利用効率のいずれについても性能の良好な段差解析手法となり得る可能性を有している。また、分割鏡の傾きは回折パターンに影響を与えるため、スリット干渉方式では分割鏡の傾きを検出できる可能性もある。従来技術として、スリット干渉方式を使用して、分割鏡からなる主鏡を有する望遠鏡の分割鏡の測定を行う方法がある（特許文献１）。その従来技術では、多色光のソースを使用して、２つの開口部を有するマスクを光軸に挿入し、それを通過した光を測定することにより、分割鏡の位置の測定を行っている。しかし、その従来技術は、段差ゼロ時の干渉縞位置を正確に特定することができるものではない。また、分割鏡の傾きを特定することもできない。またこの従来技術の改良として、マスクに平行な４つの開口部を設け、それぞれに位相板を挿入することで測定精度の向上を図った技術がある（非特許文献１）。しかし、その技術では、単色の光源を前提とするため段差の測定範囲は半波長以下に制限され、また多波長化するにも、一般的に位相板には波長依存性が存在するため、測定範囲の拡大は困難である。また、その技術でも結局のところ段差ゼロ時の干渉縞位置はキャリブレーション等の別の手段で決定する必要があるため、環境変動があれば精度を維持することはできない。本発明は、段差ゼロ時の干渉縞位置を精度よく決定することができ、また、所定の条件の場合には分割鏡の傾きも特定することができるように、従来のスリット干渉方式を改良するものである。【０００５】
スリット干渉方式では、反射望遠鏡１は、複数の分割鏡１０と副鏡２０を含む主光学系を有し、結像レンズ系（図示せず）、段差解析機構１１を含んでいる。段差解析機構１１は、マスク３０、検出器４０を含んでおり、マスク３０のスリットを通過した光の回折パターンが検出器４０上に投影される。反射望遠鏡１に入射した光を、結像レンズ系中あるいは結像レンズ系の直前に備えられた、図１に示すようなスリットを有するマスク３０で遮り、対向する２つのスリットのペアを通った光の回折パターンがお互いに干渉することによって干渉縞を含む回折パターン５０を撮像面である検出器４０上に発生させる。その干渉縞の領域の強度最大部（「干渉縞のピーク」と呼ぶ）は、分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡１０の段差の大きさに応じて位置が移動する。従って、干渉縞のピークの位置から、２つの分割鏡１０の段差の大きさを解析することができる。干渉縞は波長のオーダーの段差の大きさの変化により、位相が揃って強度が高くなる部分（及び位相が反対で強度が低くなる部分）が移動するため、波長のオーダーの段差の存在を解析することが可能となる。図１の右の部分には、円形のマスク３０上に、例として３つ示した分割鏡１０の分割鏡像に対応する位置において、対向する２辺のそれぞれの近傍にその辺に平行に配置するようなパターンでスリットが形成されていることが示されている。このように、スリットは、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像の位置において、分割鏡１０の分割鏡像の対向する辺の近傍において、その辺に平行に形成される。図１の右下の部分には、段差の大きさに応じて回折パターン５０の位置が移動することが示されている。図１の回折パターン５０の３つの像は、それぞれ、段差の大きさが１５０ｎｍ、４５０ｎｍ、１μｍの場合を示している。段差が大きくなるにつれて、図において矢印で示した干渉縞のピークが上部に移動している。スリット干渉方式では、このような移動量を検出することにより、段差の大きさを解析する。しかし、上下方向（回折パターンの伸びる方向）の移動量の基準となるような、回折パターン５０とは別のパターンが存在しないため、回折パターン５０の移動量を正確に特定することは難しい。そのため、段差の大きさを正確に測定することも難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５１４６０７２号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Alan Wertheimer他１名、「High-accuracy white-light optical piston sensor for segmented optics」、104/Proceedings of SPIE Vol. 1755 Interferometry: Techniques and Analysis、The International Society for Optical Engineering、１９９３年２月５日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、従来のスリット干渉方式では、干渉縞のピークの移動量を特定するための上下方向の基準が存在しない。干渉縞を有する回折パターンは１本の直線であるため、それが上下方向に移動しても、その移動量を正確に検出することが難しい。検出器４０上の絶対位置で干渉縞のピークがどの程度移動したかを特定することもある程度は可能であるが、熱環境や振動等の種々の要因により、干渉縞の発生位置は変動することがあるため、正確な移動量の特定は難しい。このように、スリット干渉方式における、干渉縞の位置の正確な測定は難しく、従って、分割鏡の段差が小さくなるように調整することも難しいという問題が存在していた。本発明は、回折パターンに含まれる干渉縞のピークの移動量の基準とすることができるような別の回折パターンを発生させることにより、そのような課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置において、主鏡の光軸の中で分割鏡のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に光軸に直交して配置されるマスクであって、分割鏡像のそれぞれの位置において、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像の境界の近傍に所定の間隔を開けてお互いに平行な対向する主スリットが形成されているマスクを含み、そのマスクには、それぞれの主スリットのペアのそれぞれに対して、それに所定の角度を有する少なくとも１つの基準スリットが配置されている、ことを特徴とする。基準スリットは、主スリットに対して所定の角度を有し、主スリットのペアのいずれか１つの主スリットの近傍に形成された補助スリットとすることもできる。また、基準スリットは、主スリットが配置されている境界の近傍の他の境界に沿って配置された他の主スリットとすることもできる。
補助スリットは、主スリットに対して直角の角度を有するように構成できる。補助スリットは、お互いに平行な２つのスリットとすることができる。主スリットは、分割鏡像の境界に沿って形成されており、基準スリットは、主スリットが配置されている境界と異なる他の境界に沿って配置された他の主スリットとすることもできる。
主スリットは、分割鏡像の境界に平行ではない所定の角度を有するように形成されており、基準スリットは、主スリットが配置されている境界と異なる他の境界の近傍に当該他の境界に平行ではない所定の角度を有するように配置された他の主スリットとすることができる。この場合、対向する主スリットのすべてのペアの方向は、異なる角度で交差、あるいは単一の角度の整数倍で交差するように構成できる。
また本発明は、主鏡が複数の離間された分割鏡で構成される望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置において、主鏡の光軸の中で分割鏡のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に光軸に直交して配置されるマスクを含み、そのマスクには、分割鏡像のそれぞれの位置において、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像に所定の横方向距離を開けてお互いに平行に所定の長手方向距離だけ離間させて配置された主スリットが形成されていることを特徴とすることもできる。
本発明は、それぞれの分割鏡像が重ならない所定位置は、望遠鏡の瞳面であるように構成できる。本発明は、主鏡の焦点面の中心の光を通過させるピンホールを有する焦点面マスクを有するように構成できる。本発明は、主スリットのペアのそれぞれの中心線と基準スリットの中心線との交点のそれぞれに対応して配置されたレンズの配列を含む結像レンズ系をさらに有するように構成できる。
本発明は、補助スリットがお互いに平行な２つのスリットである、主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の分割鏡のペアの段差の大きさを解析するための装置を用いて、主鏡が複数の分割鏡で構成される望遠鏡の分割鏡のペアの段差を解消させる方法であって、検出器で、主スリット及び補助スリットによって発生したそれぞれの回折パターンの画像を取得し、主スリットの回折パターンの干渉縞のピークが、それぞれの回折パターンの交点に来るように分割鏡の段差を調整し、補助スリットの回折パターンと主スリットの回折パターンとの交点のピークが、主スリットの回折パターンの中心線上に来るように分割鏡の傾きの角度を調整することを特徴とすることもできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、分割鏡像が重ならない所定位置に光軸に直交して配置されるマスクにおいて、主スリットに対して平行でない所定の角度を有する基準スリットを設け、基準スリットからの回折パターンを主スリットからの回折パターンに重畳させることにより、主スリットの回折パターンの干渉縞の移動量を干渉縞のピークに基づいて特定するための基準となる交点を形成し、干渉縞の移動量を正確に特定することができ、分割鏡の段差を正確に求めることができるという効果を有する。また本発明は、基準スリットが２つの補助スリットである場合は、補助スリットからの回折パターンにも干渉縞を発生させて主スリットの回折パターンとの交点の強度最大部（「交点のピーク」と呼ぶ）を形成させることにより、主スリットの回折パターンの中心線からの交点のピークのずれ、すなわち補助スリットからの回折パターンのずれを特定することにより、分割鏡の傾きを正確に求めることができるという効果も有する。また本発明は、基準スリットが他の主スリットである場合は、全体のスリットの数を減少させることができ、観測すべき回折パターンの交点の数も減少させることができる、という効果も有する。また本発明は、基準スリットが他の主スリットであり、すべての主スリットのペアの方向が異なる角度となるようにすると、どの主スリットのペアを通過した回折パターン（干渉縞）も重なることがない、という効果を有する。また、本発明は、主スリットのペアのそれぞれの主スリットを、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像に所定の横方向距離を開けてお互いに平行であり所定の長手方向距離だけ離間させて配置し、ある主スリットの基準スリットを他の主スリットとすると、分割鏡がお互いに離間された配置されていても、それらの分割鏡像のペアから干渉縞を有する干渉パターンを発生させて干渉縞のピークを形成させ、干渉縞の移動量を正確に特定することができ、分割鏡の段差を正確に求めることができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の反射望遠鏡１の全体構成を示す図である。
【図２】反射望遠鏡１００に適用される本発明の概念を示す図である。
【図３】分割鏡１０の構成を示す図である。
【図４】反射望遠鏡１００の光学系の構成を表わす部分的側面図である（マスク３０を瞳面に配置した場合）。
【図５】反射望遠鏡１００の光学系の構成を表わす部分的側面図である（ピンホールを有する焦点マスクを焦点面に配置した場合）。
【図６】マスク３０上のスリットの配置の一例を拡大して表わす図である（補助スリットが１つの場合）。
【図７】マスク３０上のスリットの配置の一例を拡大して表わす図である（補助スリットが２つの場合）。
【図８】マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である（補助スリットが１つの場合）。
【図９】マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である（補助スリットが２つの場合）。
【図１０】マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である（基準スリットが他の主スリットの場合）。
【図１１】回折パターンのためのレンズ２６の配列の例を示す図である（基準スリットが補助スリットの場合）。
【図１２】回折パターンのためのレンズ２６の配列の例を示す図である（基準スリットが他の主スリットの場合）。
【図１３】スリットの設計例及び回折パターンの例を表わす図である（補助スリットが１つの場合）。
【図１４】スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である（補助スリットが１つの場合）。
【図１５】分割鏡段差の大きさを変化させた場合のスリットの回折パターンの例を表わす図である（補助スリットが１つの場合）。
【図１６】スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である（補助スリットが２つで、主鏡に傾きがない場合）。
【図１７】スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である（補助スリットが２つで、主鏡に傾きがある場合）。
【図１８】スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である（基準スリットが他の主スリットの場合）。
【図１９】段差及び傾きを調節するための動作の動作フロー図である。
【図２０】マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である（回転型主スリット）。
【図２１】回転型主スリットの回折パターンの例を表わす図である。
【図２２】マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である（分布型主スリット）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の概念）
図２は、本発明の概念を示す図である。従来の反射望遠鏡１に本発明に係る段差解析機構を組み込んだものが反射望遠鏡１００である。反射望遠鏡１００は、複数の分割鏡１０と副鏡２０（図１に図示）を含む主光学系を有し、結像レンズ系（図示せず）、段差解析機構１１０を含んでいる。この実施形態における分割鏡１０は、前述した、図３に示す構成を有している。段差解析機構１１０は、マスク３０、検出器４０を含んでおり、マスク３０のスリットを通過した光の回折パターンが検出器４０上に投影される。回折パターンは、スリットに直交する方向に広がるように発生する。図２においては、円形のマスク３０上に、例として３つ示した分割鏡１０の像に対応する位置において、対向する２辺のそれぞれの近傍にその辺に平行に配置するようなパターンで主スリット３２が形成されており、さらに、主スリット３２に対して直角の角度を有し、主スリット３２のペアの右側の主スリット３２がある分割鏡像中でその主スリット３２の近傍に補助スリット３３が形成されていることが示されている。図２の右側には、そのようなマスク３０のスリットを通過した光により形成される回折パターンが示されている。回折パターン５１は主スリット３２の回折パターンであり、干渉縞が形成されている。回折パターン５２は、補助スリット３３の回折パターンであり、これは、回折パターン５１と直交して交わっており、交点を形成している。このように、主スリット３２の回折パターンと交わって交点を形成する回折パターンが存在すると、その交点を基準にして主スリット３２の回折パターンの干渉縞の移動量を正確に特定することができる。そのような基準となる交点を作る回折パターンを生じさせるスリットを基準スリットと呼ぶことにする。補助スリット３３は基準スリットの一例である。回折パターンの干渉縞の移動量を正確に特定することによって、分割鏡１０の段差の大きさを正確に求めることができる。なお、回折パターン及び干渉縞はスリットに直交する方向に広がるように発生するため、図２で上下方向に向いているように描かれている主スリット３２からの回折パターン５１は、実際には横方向に広がることになる。補助スリット３３と、それからの回折パターン５２との関係も同様である。
【００１３】
（本発明の構成）
これから図面を参照し、本発明に係る構成を説明する。図４は、反射望遠鏡１００の光学系の構成を表わす部分的側面図である。図４には、マスク３０を瞳面に配置した場合が示されており、まず、この構成について説明する。反射望遠鏡１００に入射した光は、結像レンズ系中あるいは結像レンズ系の直前に備えられた、スリットを有するマスク３０で遮られ、対向する２つのスリットのペアを通った光の回折光がお互いに干渉することによって回折パターン５０を撮像面である検出器４０上に発生させる。検出器４０は、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子とすることができ、マスク３０の後方に配置されて像が投影され、その像の画像によって回折パターンや干渉縞が観測される。マスク３０は典型的には円形の金属や樹脂などで製作されたプレートにスリットを設けたものである。
【００１４】
マスク３０は、主鏡の光軸の中で分割鏡１０のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置に光軸に直交して配置される。マスク３０は、結像レンズ系側から見て分割鏡自身の分割鏡像が存在する位置、すなわち、瞳面に配置することができる。このような位置にマスク３０を配置すると、それぞれの分割鏡１０を通過した光がマスク３０上でお互いに重ならずに分割鏡１０自身の像である分割鏡像を形成するため、マスク３０上のそれぞれの分割鏡１０の分割鏡像内にスリットを設ければ、１つの分割鏡１０からの光のみをそのスリットを通過させることができる。
【００１５】
マスク３０を瞳面に配置することに代えて、分割鏡１０の焦点の位置に中心部などの所定の位置の光のみを通過させるピンホールを備えた焦点マスク２２を置き、マスク３０を焦点マスク２２の後方の適当な位置に置くこともできる。図５は、ピンホールを有する焦点マスク２２を焦点面に配置した場合の、反射望遠鏡１００の光学系の構成を表わす部分的側面図である。この場合、焦点マスク２２を通過した後にそれぞれの分割鏡１０を通過した光が重なることがないため、マスク３０を焦点マスク２２の後方の任意の位置に配置しても、分割鏡１０のそれぞれを投影した分割鏡像は重ならない。また、図４及び図５においては、２枚鏡タイプの望遠鏡を例にしているが、３枚鏡以上の望遠鏡を使用することもできる。３枚鏡タイプの場合、例えばKorsch 光学系などは望遠鏡が瞳面を有しているため（３次鏡と像面の間）、そこにスリットを有するマスクを設ければ、結像レンズは不要である。
【００１６】
図４に戻る。焦点面２１は分割鏡１０の焦点に存在する仮想の面であり、ここに無限遠にある対象物の像が結像する。図４の例では、焦点面２１には、何らかの構成を配置する必要はない。レンズ２５とレンズ２６とで結像レンズ系が構成されており、対象物を観測する（マスク３０が存在しない）状態では、焦点面２１に存在する対象物の像が結像レンズ系により検出器４０上に投影される。すなわち、結像レンズ系は、焦点面２１にある像を検出器４０上に結像させる。段差解析機構１１０は、マスク３０及び検出器４０から構成されており、それを結像レンズ系に対して適切な位置に配置して使用される。この例では、マスク３０は、レンズ２５とレンズ２６との間に存在する瞳面に配置されている。マスク３０のスリットを通過した光の回折パターンが検出器４０上に投影される。なお、反射望遠鏡１００は、段差解析を行わない通常の観測時においては、段差解析機構１１０のマスク３０を含まない構成からなり、観測対象からの光が主光学系の焦点において結像し、結像レンズ系によって検出器４０上に投影されて観測される。マスク３０は、主鏡の光軸の中で分割鏡１０のそれぞれを投影した分割鏡像が重ならない所定位置の位置に配置されることによって、段差解析機構１１０が構成される。その際には、必要により、結像レンズ系の構成や位置、検出器４０の位置などを調節することも可能である。あるいは、反射望遠鏡１の観測用の結像レンズ系を、マスク３０を組み込んだ段差解析用の結像レンズ系で置き換え、それと検出器４０との組み合わせにより段差解析機構１１０を構成させてもよい。またあるいは、ハーフミラーなどで光路を分岐し、通常観測を行う光学系と段差解析を行う光学系を併用する構成としてもよい。
【００１７】
図５の例では、主鏡の焦点面に焦点マスク２２が配置される。光軸中心の光のみを通す焦点マスク２２があることで、レンズ２５で平行光となった直後からお互いに重ならない分割鏡像が形成される。そのため、マスク３０はレンズ２５の後方の適当な位置に配置することができ、またレンズ２５とレンズ２６の間隔も狭めることができる。
【００１８】
（主スリット）
図６は、補助スリットが主スリットに対して１つの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を拡大して表わす図である。図６を参照して主スリットの構成を説明する。マスク３０上の分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡像の位置（分割鏡像の範囲内の位置）において、分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡像の境界の近傍に境界に沿って所定の間隔を開けてお互いに平行な対向する主スリット３２が配置され、主スリット３２のペアを形成する。なお、この実施形態では、主スリット３２は境界に沿って（平行に）配置されているが、主スリット３２のペアが平行であれば、主スリット３２は必ずしも境界に沿って配置する必要はない。ここで境界とは、対向する２つの分割鏡像において対向する２つの辺の間の中心線のことを意味するものである。隣接する分割鏡像のペアにおいて、分割鏡像内において分割鏡像の境界の近傍にスリットを配置することは、分割鏡像のペアの対向する辺の近傍にそれぞれスリットを配置することとなる。これによって、境界を挟んで対向する主スリット３２のペアが形成される。対向する主スリット３２は、所定の間隔を開けて配置される。ここで「間隔（spacing）」とは、ペアを形成する２つの主スリット３２のそれぞれについて、スリットの中心を通り長辺に平行な直線同士を結ぶ垂線の長さに相当するものであり、それらの２つの直線からなる平行線の「距離（distance）」に相当する長さである。「間隔」は、平行線を横切る方向の距離であるため「横方向距離（transverse distance）」と表現することも可能である。なお、主スリットのペアが対向することなく平行な方向に離間される後述の分布型主スリットにおいては、平行な方向の離間距離のことを「長手方向距離（longitudinal distance）」と呼ぶ。分布型主スリットにおいては、「間隔」を「長手方向距離」と混同することがないように、「間隔」を「横方向距離」と表現することとする。なお、主スリット３２のペアは、好適には、同じ長さや幅を有している。分割鏡１０が六角形であれば、２つの分割鏡１０の六角形の分割鏡像の対向する２辺がほぼ境界の位置にあるため、そのそれぞれの辺の近傍に、その辺に平行な主スリット３２を配置する。図６には、分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｆのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｆが破線で示されている。そのそれぞれの分割鏡像の境界に沿って、すなわち、六角形の辺に沿って主スリット３２が形成されている。なお、分割鏡が、円形と、それを囲む分割したリングとからなる形状の場合は、円形と分割したリングの境界は曲線となるが、その曲線の接線方向に主スリット３２が伸びるように形成するとよい。主スリット３２をそのように形成することにより、２つの分割鏡１０のそれぞれからの光をそれぞれ特定の１つの主スリット３２のみを通過させ、かつ、対向する主スリット３２のペアのそれぞれを通過して回折により広がった光による回折パターンをお互いに干渉させて、干渉縞のような干渉パターンを発生させることができる。その干渉縞は、分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡１０の段差の大きさに応じて位置が移動する。従って、干渉縞の移動量は、干渉縞のピークの位置を観察することにより、正確に特定できる。なお、後述するス��ットの設計例で示すように、干渉縞の周期は、主スリット３２のペアの間隔に反比例する。そのため、主スリット３２のペアの所定の間隔が大きいと、干渉縞の周期が短くなって干渉縞が不明瞭となり、観察しにくくなり、干渉縞の移動量を特定しにくくなる。従って、観察可能な程度の明瞭な干渉縞を生じさせるためには、スリットに平行な主スリット３２のペアの所定の間隔を小さい適切な値（例えば１ｍｍ前後程度）にする必要がある。
【００１９】
（回転型主スリット）
主スリット３２は、典型的には、分割鏡像の対向する２辺（あるいは分割鏡像の境界）に沿って（平行に）配置されることによって、主スリット３２のペアはお互いに平行に配置される。しかし、主スリット３２のペアが平行であれば、それらの主スリット３２のペアを通過した光から干渉パターンを得ることができるため、それぞれの主スリット３２は、分割鏡像の辺（あるいは分割鏡像の境界）に必ずしも平行である必要はない。そのような、分割鏡像の辺（あるいは分割鏡像の境界）に平行ではない所定の角度を有するように形成された主スリットを、「回転型主スリット」と呼ぶことにする。回転型主スリットでは、どの主スリットのペア同士も互いに平行とはならないように配置することができ、それによって、すべての干渉パターンが角度方向に分離した回折パターンを得ることができる。図２０には、回転型主スリットの配置の一例が示されている。回転型主スリットの基準スリットは、その回転型主スリットが近傍に配置されている境界と異なる他の境界の近傍に、当該他の境界に平行ではない所定の角度を有するように形成された他の回転型主スリットである。なお、分割鏡像の辺に平行な主スリット３２は、回転型主スリットの特殊な場合と考えることができる。
【００２０】
（分布型主スリット）
主スリット３２は、典型的には、間隔が小さい位置に平行に配置された他の主スリットと対向してペアを形成するものである。それらは「対向」しているため、１つの主スリット３２の中心部から伸ばした垂線上にペアを形成する他の主スリット３２の中心部が存在するように配置される。そして、それぞれの主スリット３２のペアの回折パターンが干渉して干渉パターン（干渉縞）を生じさせる。しかし、干渉縞を生じさせるためには、必ずしもスリットのペアが対向している必要はない。２つのスリットが平行であり、それらのスリットの所定の間隔（横方向距離）が小さい値であれば、その２つのスリットが対向しておらず、スリットに平行な方向（長手方向）に離れていても、観察できる程度の周期の干渉縞を生じさせることができる。分割鏡像のペアの辺が隣接しておらず、お互いに離間されて配置されている場合は、主スリットを対向させて配置しようとすれば、主スリットのペアの間隔が非常に大きくなり、観察可能な干渉縞を発生させることができない。この場合、スリットに平行な方向にスリットを離すように配置する一方で、スリットのペアの間の間隔（横方向距離）を所定の小さい値のままとすることで、観察可能な干渉縞を発生させることができる。このような主スリットは、長手方向に分布させられてペアを形成するものであるため、「分布型主スリット」と呼ぶことにする。図２２には、分布型主スリットの配置の一例が示されている。分布型主スリットは、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像に所定の横方向距離を開けてお互いに平行に所定の長手方向距離だけ離間させて配置されるように、それぞれの分割鏡像に形成される。通常、長手方向距離は、それら２つの分割鏡像の中心の距離に相当する。分割鏡像が六角形のような多角形であり、ペアを形成する分割鏡像のそれぞれが、主鏡の中心部に近い位置に、同一の直線上にある辺を有する場合、好適には、分布型主スリットは、分割鏡像の辺に平行に配置することによって分割鏡像の辺の近傍に形成される。このようにすると、分布型主スリットのペアのそれぞれの方向は、典型的には、異なる角度で交差している。そのスリットに平行な方向に離間する距離である長手方向距離は、１つの主スリットの中心点から、ペアを形成する他の主スリット（あるいは、その主スリットの中心線を含む直線）に垂線を引いたときに、その垂線の交点と当該他の主スリットの中心点との間の距離に相当する。主スリットのペアが「対向」している場合は、分布型主スリットにおいて、「長手方向距離」がゼロである特殊な場合と考えることができる。
【００２１】
（基準スリット）
基準スリットは、主スリットからの回折パターンに対して平行ではない角度を持って交わり交点を形成するような回折パターンを生じるようなスリットである。すなわち、主スリット（あるいは主スリットのペア）の方向に対して、平行ではない、所定の角度を有するスリットであって、回折パターンがお互いに交わるようなスリットである。基準スリットによる回折パターンは、主スリットによる回折パターンに対して、基準スリットの主スリット３２に対する角度と同じ角度で交差する。マスク３０に形成される基準スリットは、大きく分けて、（１）主スリットに対して所定の角度を有し、主スリットのペアのいずれか１つがある分割鏡像中において、主スリットの近傍に形成された補助スリット、（２）主スリット（あるいは同じ干渉パターンを生じさせる主スリットの対向するペア）が配置されている境界と異なる他の境界の近傍に配置された、前記の主スリットに対して所定の角度を有する他の主スリット（あるいは同じ干渉パターンを生じさせる他の主スリットの対向するペア）、とすることができる。基準スリットが主スリットである場合、それを回転型主スリットや分布型主スリットとすることもできる。また、補助スリットについては、１つの主スリット（あるいは同じ干渉パターンを生じさせる主スリットの対向するペア）に対して、１つ形成する場合と、２つ形成する場合とがある。以下、それらについて説明する。
【００２２】
（基準スリットの構成−１つの補助スリットの場合）
図６は、補助スリットが主スリットに対して１つの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を拡大して表わす図である。図８は、補助スリットが主スリットに対して１つの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である。図６及び図８には、分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが破線で示されている（図６においては、分割鏡像３１ｄ、３１ｅの図は省略されている）。分割鏡像は、分割鏡の配置を１８０°回転させたものとなるが、説明のため、図では、下部に投影される分割鏡像が上部にあるように記載している。
【００２３】
図６を参照し、マスク３０における、分割鏡像３１ａの位置のスリットと分割鏡像３１ｂの位置のスリットについて説明する。分割鏡像３１ａにおいては、分割鏡像３１ｂと対向する辺の近傍の位置にその辺に平行に主スリット３２ａ１が形成され、その主スリット３２ａ１に対して直角の角度で分割鏡像３１ａの内側に伸びる位置に補助スリット３３ａ１が形成される。図においては、主スリット３２は、六角形の分割鏡像の辺の長さに近い長さとして描いているが、その長さは、それより短くてもよい。補助スリットは、主スリットと平行でない所定の角度で形成されれば、直角でなくともよい。補助スリット３３ａ１は、好適には、主スリット３２ａ１の中心付近に配置される。主スリット３２ａ１と対向する分割鏡像３１ｂの主スリット３２ｂ３の側には補助スリットは形成されない。さらに分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｇと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ａ２が形成され、その主スリット３２ａ２に対して直角の角度で分割鏡像３１ａの内側に伸びる位置に補助スリット３３ａ２が形成される。主スリット３２ａ２と対向する分割鏡像３１ｇの主スリット３２ｇ６の側には補助スリットは形成されない。またさらに分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｆと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ａ３が形成される。主スリット３２ａ３と対向する分割鏡像３１ｆの主スリット３２ｆ１の側に補助スリット３３ｆ１が形成されているため、主スリット３２ａ３には補助スリットは形成されない。
【００２４】
分割鏡像３１ｂにおいては、分割鏡像３１ａと対向する辺の近傍の主スリット３２ａ１と対向する位置に主スリット３２ａ１と平行に主スリット３２ｂ３が形成される。主スリット３２ｂ３と対向する分割鏡像３１ａの主スリット３２ａ１の側に補助スリット３３ａ１が形成されているため、主スリット３２ｂ３には補助スリットは形成されない。さらに分割鏡像３１ｂにおいて、分割鏡像３１ｃと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ｂ１が形成され、その主スリット３２ｂ１に対して直角の角度で分割鏡像３１ｂの内側に伸びる位置に補助スリット３３ｂ１が形成される。主スリット３２ｂ１と対向する分割鏡像３１ｃの主スリット３２ｃ３の側には補助スリットは形成されない。またさらに分割鏡像３１ｂにおいて、分割鏡像３１ｇと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ｂ２が形成され、その主スリット３２ｂ２に対して直角の角度で分割鏡像３１ｂの内側に伸びる位置に補助スリット３３ｂ２が形成される。主スリット３２ｂ２と対向する分割鏡像３１ｇの主スリット３２ｇ１の側には補助スリットは形成されない。
【００２５】
図８には、すべての分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆと全ての主スリットと補助スリットの位置関係が示されている。補助スリットは、対向する主スリットのペアに対して１つ存在すればいいため、いずれの主スリットの側に形成されていてもよい。
【００２６】
（基準スリットの構成−２つの補助スリットの場合）
図７は、補助スリットが主スリットに対して２つの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を拡大して表わす図である。図９は、補助スリットが主スリットに対して２つの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である。図７及び図９には、分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが破線で示されている（図７においては、分割鏡像３１ｄ、３１ｅの図は省略されている）。
【００２７】
図７を参照し、マスク３０における、分割鏡像３１ａの位置のスリットと分割鏡像３１ｂの位置のスリットについて説明する。分割鏡像３１ａにおいては、分割鏡像３１ｂと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ａ１が形成され、その主スリット３２ａ１に対して直角の角度で分割鏡像３１ａの内側に伸びる位置に２つの補助スリット３４ａ１及び３４ａ２が形成される。補助スリット３４ａ１及び３４ａ２はお互いに平行であり、対向している。補助スリット３４ａ１及び３４ａ２のペアは、好適には、同じ長さや幅を有している。主スリット３２は、六角形の分割鏡像の辺の長さに近い長さとして描いているが、その長さは、それより短くてもよい。主スリット３２ａ１と対向する分割鏡像３１ｂの主スリット３２ｂ３の側には補助スリットは形成されない。さらに分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｇと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ａ２が形成され、その主スリット３２ａ２に対して直角の角度で分割鏡像３１ａの内側に伸びる位置に２つの補助スリット３４ａ３及び３４ａ４が形成される。補助スリット３４ａ３及び３４ａ４は、好適には、その中点が、主スリット３２ａ２の中心付近に配置される。主スリット３２ａ２と対向する分割鏡像３１ｇの主スリット３２ｇ６の側には補助スリットは形成されない。またさらに分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｆと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ａ３が形成される。主スリット３２ａ３と対向する分割鏡像３１ｆの主スリット３２ｆ１の側に２つの補助スリット３４ｆ１及び３４ｆ２が形成されているため、主スリット３２ａ３には補助スリットは形成されない。
【００２８】
分割鏡像３１ｂにおいては、分割鏡像３１ａと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ｂ３が形成される。主スリット３２ｂ３と対向する分割鏡像３１ａの主スリット３２ａ１の側に２つの補助スリット３４ａ１及び３４ａ２が形成されているため、主スリット３２ｂ３には補助スリットは形成されない。さらに分割鏡像３１ｂにおいて、分割鏡像３１ｃと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ｂ１が形成され、その主スリット３２ｂ１に対して直角の角度で分割鏡像３１ｂの内側に伸びる位置に２つの補助スリット３４ｂ１及び３４ｂ２が形成される。主スリット３２ｂ１と対向する分割鏡像３１ｃの主スリット３２ｃ３の側には補助スリットは形成されない。またさらに分割鏡像３１ｂにおいて、分割鏡像３１ｇと対向する辺の近傍の位置に主スリット３２ｂ２が形成され、その主スリット３２ｂ２に対して直角の角度で分割鏡像３１ｂの内側に伸びる位置に２つの補助スリット３４ｂ３及び３４ｂ４が形成される。主スリット３２ｂ２と対向する分割鏡像３１ｇの主スリット３２ｇ１の側には補助スリットは形成されない。
【００２９】
図９には、すべての分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆと全ての主スリットと補助スリットの位置関係が示されている。２つの補助スリットは、対向する主スリットのペアに対して１つ存在すればいいため、いずれの主スリットの側に形成されていてもよい。
【００３０】
（基準スリットの構成−他の主スリットの場合）
図１０は、基準スリットが他の主スリットの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である。図１０には、分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが破線で示されている。基準スリットは、主スリット（あるいは同じ干渉パターンを生じさせる主スリットの対向するペア）が配置されている境界の近傍の他の境界に沿って配置された他の主スリット（あるいは同じ干渉パターンを生じさせる他の主スリットの対向するペア）である。主スリットが配置されている境界の近傍の他の境界とは、好適には、主スリットが配置されている境界に隣接しているがそれと平行ではない他の境界である。この場合、六角形の分割鏡像３１においては、主スリットと、基準スリットとなる他のスリットとは、それぞれ連続した２辺に対応する位置に存在することになる。いずれの分割鏡像も、それと隣接する他の分割鏡像との境界を挟んで平行な対向する主スリットを有している。この例では、主スリットは、３つの分割鏡像の間の３つの境界の交点に対して回転対称な位置で配置している。主スリットは、分割鏡像の１つの辺の両側に１つずつ設ければよいが、この例では、図１２に関して後述する結像レンズ系の６つのレンズの配置に合わせて、分割鏡像の１つの辺に対して、１つ又は２つの短い主スリットを、３つの分割鏡像の間の３つの境界の交点の近傍に設けている。このように、３つの主スリットのペアを回転対称な位置に配置することにより、それらからの３つの干渉パターンを交差させることができる。分割鏡像３１ａにおいては、分割鏡像３１ｂと対向する辺の近傍の位置にその辺に平行に主スリット３２ａ１が形成され、分割鏡像３１ｂには、主スリット３２ａ１に対向する位置に主スリット３２ｂ４が形成される。主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４のペアにより、干渉縞を生じる回折パターンが形成される。分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｂの境界の隣の境界としては、分割鏡像３１ｂと分割鏡像３１ｇの境界、及び分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｇの境界が存在する。これらの境界に沿って配置された主スリットは、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４に対して１２０度の角度を有しているため、お互いの干渉パターンは基準となる交点を形成する。
【００３１】
分割鏡像３１ｂと分割鏡像３１ｇの境界には、主スリット３２ｂ３と主スリット３２ｇ１のペアが存在し、これが、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４のペアに対する基準スリットとなる。なお、分割鏡像３１ｂと分割鏡像３１ｇの境界には、主スリット３２ｂ２と主スリット３２ｇ２のペアも存在するが、これは、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４のペアから距離が離れており、図１２に関して後述する結像レンズ系の６つのレンズの内の異なるレンズを通ることになるため、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４に対する基準スリットとしては使用しない。また、分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｇの境界には、主スリット３２ａ２と主スリット３２ｇ１２のペアが存在し、これが、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４のペアに対する基準スリットとなる。なお、分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｇの境界には、主スリット３２ａ３と主スリット３２ｇ１１のペアも存在するが、これは、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４のペアから距離が離れており、図１２に関して後述する結像レンズ系の６つのレンズの内の異なるレンズを通ることになるため、主スリット３２ａ１と主スリット３２ｂ４に対する基準スリットとしては使用しない。この例では、１つの主スリットのペアは、それの基準スリットとして、隣接する２つの主スリットのペアを有することになる。このように基準スリットを他の主スリットとすると、全体のスリットの数を減らすことができ、また、観察すべき回折パターンの交点の数も減らすことができる。ここで説明した例においては、基準スリットとして補助スリットを使用した場合は、そのような交点は１２カ所であるが、基準スリットとして他の主スリットを使用した場合は、そのような交点は６カ所となる。
【００３２】
（基準スリットの構成−回転型主スリット）
図２０は、基準スリットが回転型主スリットの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である。図２０には、分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが破線で示されている。なお、この例では、中央に開口部を有する分割鏡１０ｇは使用されておらず、それに対応する分割鏡像３１ｇも存在しない。すなわち、辺同士を対向させた６個の六角形の分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆをその中心が正六角形を形成するように配置した分割鏡の構成となっている。マスク３０上の分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡像内の位置において、分割鏡１０のペアのそれぞれの分割鏡像の境界の近傍だが、それに平行ではなく、所定の角度だけ回転させられた、お互いに平行な対向する回転型主スリットが配置され、回転型主スリットのペアを形成する。ある回転型主スリットに対応する基準スリットは、他のいずれかの回転型主スリットである。回転後の回転型主スリットのペアは、そのいずれもが、他の回転型主スリットのペアとは平行にならないように配置される。すなわち、すべての回転型主スリットのペアの方向（長手方向が指す方向）は、それぞれ、異なる角度で交差している。このように配置することで、それぞれの回転型主スリットのペアを通過した光の回折パターンがお互いに重ならなくなる。従って、すべての回転型主スリットのペアのそれぞれに対して、他の回転型主スリットのペアが基準スリットとなり得るが、実質的には、交差する角度が９０度に近い他の回転型主スリットのペアが基準スリットとなる。このように、すべての回転型主スリットのペアからの回折パターンが所定の角度で交差し、重なることはないため、後述のように、結像レンズ系を回折パターンの発生部位ごとに小さいレンズを配置したものとする必要がない。いずれの分割鏡像も、それと隣接する他の分割鏡像との境界を挟んで、お互いに平行だが境界に対して回転させられた回転型主スリットを有している。この例では、回転型主スリットは、６つの分割鏡像の内で、隣接する分割鏡像の６つの境界の両側に配置されている。分割鏡は６つであるため、それぞれの境界はお互いに６０度の整数倍の角度で交差している。そのため、主スリットを境界に対して平行に（回転させず）に配置すると、２つの主スリットのペアからの回折パターンが重なることとなり、そのままでは区別できなくなる。このような状態を防止するために、回転型主スリットは、そのすべてが同じ角度とならないように、分割鏡像の境界から、交互に回転方向を変えて１５度ずつ回転させている。このようにすることによって、すべての回転型主スリットのペアが３０度の整数倍の角度で交差することとなる。そのため、それらから発生する回折パターンも、３０度の整数倍の角度で交差することとなり、お互いに重なることはない。回転型主スリットが交差する角度は、観察できる程度に回折パターンが回転方向に分離する必要があり、後述するように、最低でも１０度の角度で交差する必要がある。それらが、３０度という単一の角度の整数倍の角度で交差するようにすると、すべての回転型主スリットの交差する最小の角度が等間隔となる。すなわち、回転型主スリットのペアは６つ存在するため、それらの方向が、１８０度／６＝３０度という単一の角度の整数倍で交差するように配置でき、このときに、すべての回転型主スリットのペアの方向が単一かつ最大の角度の整数倍で交差することになる。従って、すべての回転型主スリットのペアから得られる回折パターンを観察した場合に、それぞれの干渉縞のような干渉パターンの重なりを最小にでき、最も、精密に干渉縞を観察することができることになる。具体的には、分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｂと対向する辺の近傍の位置にその辺に時計回りに１５度回転させて回転型主スリット３２ａ１ｒが形成され、分割鏡像３１ｂには、回転型主スリット３２ａ１ｒに対向する位置にそれに平行に回転型主スリット３２ｂ３ｒが形成される。回転型主スリット３２ａ１ｒと回転型主スリット３２ｂ３ｒからなる回転型主スリットペア３２ｐ１により、干渉縞を生じる回折パターンが形成される。分割鏡像３１ｂにおいて、分割鏡像３１ｃと対向する辺の近傍の位置にその辺に反時計回りに１５度回転させて回転型主スリット３２ｂ１ｒが形成され、分割鏡像３１ｃには、回転型主スリット３２ｂ１ｒに対向する位置にそれに平行に回転型主スリット３２ｃ３ｒが形成される。回転型主スリット３２ｂ１ｒと回転型主スリット３２ｃ３ｒからなる回転型主スリットペア３２ｐ２により、干渉縞を生じる回折パターンが形成される。同様に、分割鏡像３１ｃにおける回転型主スリット３２ｃ１ｒと分割鏡像３１ｄにおける回転型主スリット３２ｄ３ｒとからなる時計回りに１５度回転させられた回転型主スリットペア３２ｐ３、分割鏡像３１ｄにおける回転型主スリット３２ｄ１ｒと分割鏡像３１ｅにおける回転型主スリット３２ｅ３ｒとからなる反時計回りに１５度回転させられた回転型主スリットペア３２ｐ４、分割鏡像３１ｅにおける回転型主スリット３２ｅ１ｒと分割鏡像３１ｆにおける回転型主スリット３２ｆ３ｒとからなる時計回りに１５度回転させられた回転型主スリットペア３２ｐ５、分割鏡像３１ｆにおける回転型主スリット３２ｆ１ｒと分割鏡像３１ａにおける回転型主スリット３２ａ３ｒとからなる反時計回りに１５度回転させられた回転型主スリットペア３２ｐ６、が形成される。それらのすべての回折パターンはお互いに重なることがなく、３０度の整数倍の角度で交差している。このように基準スリットを他の回転型主スリットとすると、すべての回折パターンが同時に投影されるようにしても、それぞれの回折パターンの干渉縞を特定して、それの移動量を干渉縞のピークの位置を観察することにより正確に特定できる。従って、後述するような結像レンズをそれぞれの主スリットペアに対応する小さいレンズの集合とした構成を採用する必要がない。
【００３３】
（基準スリットの構成−分布型主スリット）
図２２は、基準スリットが分布型主スリットの場合の、マスク３０上のスリットの配置の一例を表わす図である。分布型主スリットは、それと平行な方向において離間した位置にあるが、間隔（それぞれのスリットの中心線を含む平行線同士の距離である横方向距離）が観測可能な干渉縞を生じさせる程度に小さいような、対応する他の分布型主スリットを有する、分割鏡像内において分割鏡の辺の近傍にその辺に平行に形成されたスリットである。図２２には、離間して配置された３つの六角形の分割鏡１０ａ、１０ｃ、１０ｅのそれぞれの分割鏡像３１ａ、３１ｃ、３１ｅが破線で示されている。この分割鏡の構成は、辺同士を対向させた６個の六角形の分割鏡１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆをその中心が正六角形を形成するように配置したものから、１つ置きに分割鏡を省略した構成となっている。それぞれの分割鏡像は、その形状の六角形の１辺以上の距離を置いて離間しているため、平行な主スリットを対向させて配置すると、それらの間隔が大きくなり、干渉縞の周期が極めて小さくなって実質的に観測できなくなる。分布型主スリットは、そのような状況を防止するため、主スリット同士の間隔（横方向距離）を小さく保ったまま、長手方向距離を大きくすることによってペアのそれぞれを離間して配置した主スリットである。分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｃにおいて、分割鏡像３１ｅの近くにあり、お互いに平行なそれぞれの辺の近傍に、それぞれ、分布型主スリット３２ａ３ｄと分布型主スリット３２ｃ１ｄを、お互いの横方向距離が小さくなる位置に形成する。図において、分布型主スリット３２ａ３ｄと分布型主スリット３２ｃ１ｄの間に示した一点鎖線は、それらの中点（横方向距離が等しい点）を通る、スリットに平行な基準線である。基準線は、分布型主スリット３２ａ３ｄと分布型主スリット３２ｃ１ｄの、スリットが近傍に形成された辺に平行である。この場合、分割鏡像同士は近距離で対向しているものではないため、それらの分割鏡像の間の境界は観念できない。しかし、基準線を挟んで基準線の近傍に主スリットのペアが形成されることは、分割鏡像が対向している場合の境界と同様である。図２２においては、それぞれの分布型主スリットは、基準線を挟んで小さい横方向距離で離間された分布型主スリットのペアを分割鏡像のペアの位置（分割鏡像の範囲内の位置）に形成することができる範囲で、主鏡の中心部に近い位置に配置されている。
同様に、分割鏡像３１ｃと分割鏡像３１ｅにおいて、分割鏡像３１ａの近くにあり、お互いに平行なそれぞれの辺の近傍に、それぞれ、分布型主スリット３２ｃ３ｄと分布型主スリット３２ｅ１ｄを、お互いの横方向距離が小さくなる位置に形成する。さらに同様に、分割鏡像３１ｅと分割鏡像３１ａにおいて、分割鏡像３１ｃの近くにあり、お互いに平行なそれぞれの辺の近傍に、それぞれ、分布型主スリット３２ｅ３ｄと分布型主スリット３２ａ１ｄを、お互いの横方向距離が小さくなる位置に形成する。これにより、分割鏡のペアのそれぞれの分割鏡像の辺の近傍に所定の間隔を開けてお互いに平行であり所定の長手方向距離だけ離間させて配置される分布型主スリットを、それぞれの分割鏡像に形成することができる。このように分布型主スリットを設けることで、お互いに長手方向距離が離れた位置に存在する分割鏡同士の段差の大きさを特定できるような干渉縞を回折パターンに生じさせることができる。
【００３４】
（結像レンズ系）
干渉縞を含む回折パターンは、好適には、結像レンズ系によって検出器４０に投影される。その際の結像レンズは、１枚のレンズであってもよいが、発生する干渉縞を含む回折パターンの発生部位ごとに小さいレンズを配置した構成とすると、それぞれの回折パターンを明確に分離させて検出器４０に投影することができる。そのためには、結像レンズ系は、対向する主スリットのペアのそれぞれの中心線と基準スリットの中心線（基準スリットが２つの補助スリットの場合は、それらの中心線）との交点のそれぞれに対応して配置されたレンズの配列を含むとよい。このようにすると、それらのスリットを通過した光を、１つのレンズにより、それの周辺部を通過させることなく、投影することができるからである。図１１は、基準スリットが補助スリットの場合の、回折パターンのためのレンズ２６の配列の例を示す図である。この場合、１２個のレンズの配列が必要である。図１１には、破線でマスク３０、分割鏡１０の分割鏡像３１、主スリット３２が示されている。補助スリットは省略している。そして、主スリットのそれぞれのペアの位置にレンズ２６が配置されている。具体的には、例えば、分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｂの対向する辺の近傍にあるスリットの位置にレンズ２６ａｂが配置されている。他の分割鏡像についても同様である。なお、回転型主スリットの場合は、すべての回折パターンを分離させることができるため、回折パターンの発生部位ごとに小さいレンズを配置した構成を採用する必要はない。
【００３５】
図１２は、基準スリットが他の主スリットの場合の、回折パターンの発生部位ごとに小さいレンズを配置したレンズ２６の配列の例を示す図である。この場合、６個のレンズの配列でよい。なお、分割鏡像の１つの辺に対して、１つ又は２つの短い主スリットを、３つの分割鏡像の間の３つの境界の交点の近傍に設けることより、主スリットを通過した光が、収差の多いレンズの周辺部を通過することを防止している。図１２には、破線でマスク３０、分割鏡１０の分割鏡像３１、主スリット３２が示されている。そして、３つの分割鏡像の３つの境界の交点を中心にしてレンズ２６が配置されている。具体的には、分割鏡像３１ａと分割鏡像３１ｂと分割鏡像３１ｇの共有頂点にレンズ２６ａｂｇが配置されている。他の分割鏡像についても同様である。
【００３６】
（スリットの設計例−１つの補助スリット）
これから、スリットの設計例、及びそれに対応する回折パターンを説明する。図１３は、補助スリットが１つの場合の、スリットの設計例及び回折パターンの例を表わす図である。図１３の（ａ）にはスリットパターンの例が示されている。第ｎ番目のスリットについて、幅ａn、長さｌn、間隔ｄn（スリットがペアを形成する場合のそれらの間隔）とすると、幅ａnは各回折パターンの見える長さを決め、長さｌnは明度に影響を与え、間隔ｄnは干渉縞の周期を決めるものである。２つの主スリット３２は、それぞれ、幅がａ1、長さがｌ1、お互いの中心線の間の間隔がｄ1である。そして補助スリット３３は、幅がａ2、長さがｌ2である。図１３の（ｂ）には、２つの分割鏡の段差の大きさが０．５μｍの場合の回折パターンの例が示されている。縦に伸びる回折パターンは主スリットからの回折パターンであり、２つの主スリットからの回折パターンが干渉して干渉縞が発生している。横に伸びる薄い回折パターンは補助スリットからのものである。補助スリットは１つなので、干渉縞を有しない。λ0を光源の中心波長、Ｆをスリット後のレンズの焦点距離とすると、それぞれの回折パターンの長さは、
2020138328.tif 000003
に比例している。そして干渉縞の周期は、
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に比例している。また分割鏡の段差の大きさをΔZとすると、段差に起因する、スリットと直交する方向への干渉縞の移動量は、
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と表される。
【００３７】
（スリットの具体的設計例−１つの補助スリット）
図１４は、補助スリットが１つの場合の、スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である。図１４の左側の図に示したスリットパターンにおいて、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１は、幅ａ1が５０μｍ、長さｌ1が２．０ｍｍ、間隔ｄ1が１．０ｍｍである。また、補助スリット３３は、幅ａ2が１００μｍ、長さｌ2が１．０ｍｍである。なお、補助スリット３３は１つなので補助スリットが２つある場合の間隔ｄ2は存在しない。光源の中心波長λ0が６００ｎｍ、スリット後のレンズの焦点距離Ｆが３００ｍｍ、主鏡系の焦点距離が５０ｍ、分割鏡段差の大きさが０．５μｍとの条件の下、この設計例のスリットパターンによる回折パターンをシミュレーションで求め、図１４の右側の図に示した。ここで、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１の回折パターンは干渉縞を形成しつつ縦に伸びてその長さは３．８ｍｍ、補助スリット３３の各回折パターンは横に伸びてその長さは１．９ｍｍ、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１による干渉縞の周期は１８０μｍである。干渉縞の周期は検出器の画素ピッチと光学系で決まる空間分解能程度までは小さくすることが可能であり、図１４の場合は１０μｍ程度までが目安となる。間隔ｄ1を大きくすると、それに反比例して干渉縞の周期は小さくなるが、図１４の例では、間隔ｄ1は、１．０ｍｍの十数倍程度まで大きくすることが可能である。補助スリット３３の回折パターンは、補助スリットが１つであり、他の補助スリットからの回折パターンと干渉することがないため、干渉縞は作らずに、端に行くほど徐々に薄くなるパターンとなる。補助スリットの回折パターンが主スリットの回折パターンに直交して交点を形成しているため、この交点を主スリットの回折パターンにおける干渉縞の位置を特定するための基準とすることができる。ここでは、０．５μｍの分割鏡段差の大きさのために、干渉縞のピークが交点から下方に移動している。なお、（式３）より、スリットと直交する方向への干渉縞の移動量は３００μｍである。図１４に示された干渉縞のピークも、補助スリットの回折パターンが主スリットの回折パターンに直交して形成された交点の位置から、その程度移動していることが図から確認できる。このように、実際の観察によって測定された干渉縞のピークの移動量を（式３）に適用することより、分割鏡段差を求めることができることが理解される。
【００３８】
図１５は、補助スリットが１つの場合の、分割鏡段差の大きさを変化させた場合のスリットの回折パターンの例を表わす図である。図１５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においては、それぞれ、分割鏡段差の大きさが−０．１５μｍ、０．５μｍ、１．０μｍの場合の回折パターンを示している。分割鏡段差の大きさが−０．１５μｍの場合、主スリットの回折パターンの干渉縞のピークは交点のやや上方にある。分割鏡段差の大きさが０．５μｍになると、干渉縞のピークは交点のやや下方に移動する。分割鏡段差の大きさが１．０μｍになると、干渉縞のピークはさらに下方に移動する。図示していないが、分割鏡段差の大きさが０の場合は、干渉縞のピークは交点の位置に来る。このように、交点を基準として主スリットの回折パターンの干渉縞の上下方向の移動量や位置を正確に特定することができ、そのため、分割鏡段差の大きさを正確に特定することができる。
【００３９】
（スリットの具体的設計例−２つの補助スリット）
基準スリットが２つの補助スリットである場合は、分割鏡の傾きを検出することができるため、シミュレーションの条件において分割鏡の傾きの有無を追加している。なお、基準スリットが１つの補助スリットや他の主スリットである場合、シミュレーションの条件において分割鏡の傾きは存在しないものとしている。図１６は、補助スリットが２つで、主鏡に傾きがない場合の、スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である。補助スリットが２つの場合は、２つの補助スリットを通過した回折光が干渉して、回折パターン中に干渉縞を生じる。図１６の左側の図に示したスリットパターンにおいて、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１は、幅ａ1が５０μｍ、長さｌ1が１．５ｍｍ、間隔ｄ1が１．０ｍｍである。補助スリット３３ａ及び３３ｂは、幅ａ2が４０μｍ、長さｌ2が１．０ｍｍ、補助スリットの間隔ｄ2が０．４ｍｍである。光源の中心波長λ0が６００ｎｍ、スリット後のレンズの焦点距離Ｆが３００ｍｍ、主鏡系の焦点距離が５０ｍ、分割鏡段差の大きさが１．０μｍ、主鏡の傾きなし、との条件の下、この設計例のスリットパターンによる回折パターンをシミュレーションで求め、図１６の右側の図に示した。ここで、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１の回折パターンは干渉縞を形成しつつ縦に伸びてその長さは３．８ｍｍ、補助スリット３３の回折パターンは干渉縞を形成しつつ横に伸びてその長さは１．９ｍｍ、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１による干渉縞の周期は１８０μｍ、補助スリット３３ａ及び３３ｂによる干渉縞の周期は４５０μｍである。回折パターンにおいて、補助スリットの回折パターンが主スリットの回折パターンに直交しているため、この交点を主スリットの回折パターンにおける干渉縞の位置を特定するための基準とすることができる。また、主スリットの回折パターンに加えて補助スリットの回折パターンも干渉縞を生じるため、補助スリットの回折パターンがずれた場合は、補助スリットからの回折パターンの干渉縞のピークが中心から移動するため、補助スリットの回折パターンと主スリットの回折パターンとが強め合って明るい点を生じる位置である、補助スリットの回折パターンと主スリットの回折パターンとの交点のピークがずれることになる。従って、補助スリットの回折パターンの移動量は、交点のピークの位置を観察することによって、正確に特定できる。交点のピークの位置を特定するための基準として、縦の主スリットの回折パターンの中心線を使用することができる。ここでは、１．０μｍの分割鏡段差の大きさのために、主スリットの回折パターンの干渉縞のピークが交点から下方に移動している。ただし、主鏡に傾きがないため、交点のピークは縦の主スリットの回折パターンの中心線と一致している。
【００４０】
図１７は、補助スリットが２つで、主鏡に傾きがある場合の、スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である。図１７の左側の図に示したスリットパターンにおいて、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１は、幅ａ1が５０μｍ、長さｌ1が１．５ｍｍ、間隔ｄ1が１．０ｍｍである。補助スリット３３ａ及び３３ｂは、幅ａ2が４０μｍ、長さｌ2が１．０ｍｍ、補助スリットの間隔ｄ2が０．４ｍｍである。光源の中心波長λ0が６００ｎｍ、スリット後のレンズの焦点距離Ｆが３００ｍｍ、主鏡系の焦点距離が５０ｍ、分割鏡段差の大きさが１．０μｍ、主鏡の傾き５０．０μｄｅｇ、との条件の下、この設計例のスリットパターンによる回折パターンをシミュレーションで求め、図１７の右側の図に示した。ここで、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１の回折パターンは干渉縞を形成しつつ縦に伸びてその長さは３．８ｍｍ、補助スリット３３の回折パターンは干渉縞を形成しつつ横に伸びてその長さは１．９ｍｍ、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１による干渉縞の周期は１８０μｍ、補助スリット３３ａ及び３３ｂによる干渉縞の周期は４５０μｍである。主鏡に傾きがあると、主スリット３２ａ１及び３２ｂ１からの回折パターンと、補助スリット３３からの回折パターンとの中心が一致しなくなり、交点のピークが縦の主スリットの回折パターンの中心線からずれることになる。ここでは、１．０μｍの分割鏡段差の大きさのために、主スリットの回折パターンの干渉縞のピークが交点から下方に移動している。そして、主鏡に傾きがあるため、交点のピークは縦の主スリットの回折パターンの中心線から右にずれている。このように、交点を基準として主スリットの回折パターンの干渉縞の上下方向の移動量や位置を正確に特定することができ、分割鏡段差の大きさを正確に特定することができるとともに、主スリットの回折パターンの中心線を基準として交点のピークの移動量、すなわち補助スリットからの回折パターンの移動量を正確に特定することができ、分割鏡の傾きの大きさを正確に特定することができる。分割鏡段差を補正するためには、この干渉縞のピークが中心に来るように段差を修正し、分割鏡の傾きを補正するためには、この交点のピークが中心線に来るように傾きを修正する。
【００４１】
（スリットの具体的設計例−基準スリットが他の主スリット）
図１８は、基準スリットが他の主スリットの場合の、スリットの具体的な設計例及び回折パターンの例を表わす図である。図１８の左側の図に示したスリットパターンにおいて、分割鏡像３１ａ、３１ｂ、３１ｇの３つの境界の交点の近傍において、そのそれぞれの分割鏡像内に、対向する分割鏡像との境界を挟んで平行な対向する主スリットが形成されており、その上にレンズ２６ａｂｇが配置されている。対向する主スリットのペアは３つで、それぞれが１２０度ずつ回転した関係となっている。いずれの主スリットも、幅ａ1が５０μｍ、長さｌ1が１．５ｍｍ、間隔ｄ1が１．０ｍｍである。光源の中心波長λ0が６００ｎｍ、スリット後のレンズの焦点距離Ｆが３００ｍｍ、主鏡系の焦点距離が５０ｍ、分割鏡の段差については、分割鏡像３１ｇを基準として、分割鏡像３１ａが−０．５μｍ、分割鏡像３１ｂが＋０．５μｍの位置にある状態、との条件の下、この設計例のスリットパターンによる回折パターンをシミュレーションで求め、図１８の右側の図に示した。ここで、主スリットの回折パターンは干渉縞を形成しつつ伸びてその長さは３．８ｍｍ、主スリットによる干渉縞の周期は１８０μｍである。回折パターンにおいて、３つの主スリットの回折パターンが１２０度の角度で１点で交わって交点を形成しているため、この交点を主スリットの回折パターンにおける干渉縞の位置を特定するための基準とすることができる。分割鏡像３１ａと３１ｂの主スリットによる回折パターンの干渉縞は左から右の方向に沿って伸びており、干渉縞のピークは、対応する分割鏡１０ａと１０ｂの段差である１．０μｍに対応する移動量だけ左に移動している。分割鏡像３１ｂと３１ｇの主スリットによる回折パターンの干渉縞は左上から右下の方向に沿って伸びており、干渉縞のピークは、対応する分割鏡１０ｂと１０ｇの段差である０．５μｍに対応する移動量だけ左上に移動している。分割鏡像３１ａと３１ｇの主スリットによる回折パターンの干渉縞は左下から右上の方向に沿って伸びており、干渉縞のピークは、対応する分割鏡１０ａと１０ｇの段差である０．５μｍに対応する移動量だけ左上に移動している。このように、交点を基準として主スリットの回折パターンの干渉縞の移動量や位置を正確に特定することができ、そのため、分割鏡段差の大きさを正確に特定することができる。分割鏡段差を補正するためには、この干渉縞のピークが中心に来るように段差を修正する。
【００４２】
（スリットの具体的設計例−基準スリットが回転型主スリット）
図２１は、基準スリットが回転型主スリットの場合の回折パターンの例を表わす図である。図２１の（ａ）には、回転型主スリットがお互いに３０度の整数倍の角度で交差している、図２０に示したスリットの配置における回折パターンの例が示されている。それぞれの回折パターンは、それに対応する回転型主スリットと直交する方向に伸びる直線となる。図２１の（ａ）には、回転型主スリットペア３２ｐ１から３２ｐ６に対応する回折パターンが示されている。それぞれの回折パターンにおいては、他の回折パターンとの交点を基準として、それに含まれる干渉縞や干渉縞のピークの位置を特定することができる。それによって、分割鏡の段差を特定することができる。図２１の（ｂ）には、回転型主スリットペアの交差する角度（すなわち、回折パターンの交差する角度）の最小値が１０度の場合の回折パターンの例が示されている。この場合も、他の回折パターンとの交点を基準とすることが可能であるが、回折パターンの交差する角度が小さいため、隣接する回折パターンの干渉縞を交点に近い位置で区別することがやや難しくなってくる。しかし、交差する角度の最小値が１０度未満になった場合には、隣接する回折パターンの干渉縞を区別することが難しくなるため、交差する角度の最小値は１０度以上であることが望ましい。基準スリットが回転型主スリットの場合においても、それの幅ａn、長さｌn、間隔ｄn（分布型主スリットのペアの間隔）に対して、（式１）で示される長さの回折パターンが（式２）で示される周期の干渉縞を伴って発生することになる。
【００４３】
（スリットの具体的設計例−基準スリットが分布型主スリット）
基準スリットが分布型主スリットの場合の回折パターンの例は図示していないが、分布型主スリットにおいても、それの幅ａn、長さｌn、間隔（横方向距離）ｄn（分布型主スリットのペアの間隔）が観念できるため、（式１）で示される長さの回折パターンが、スリットと直交する方向に（式２）で示される周期性を有する干渉縞を伴って発生することになる。図２２には、分布型主スリット３２ａ１ｄの幅ａ1、長さｌ1、分布型主スリット３２ａ１ｄと３２ｅ３ｄのペアの間の間隔（横方向距離）ｄ1が示されている。また、分布型主スリット３２ａ１ｄと３２ｅ３ｄのペアの間の長手方向距離ｄｌｏｎｇも示されている。長手方向距離ｄｌｏｎｇの大きさは干渉縞のスリットと直交する方向の周期には影響を与えないが、明瞭な干渉縞を得るためには、過度に大きい値にはしない方が好ましい。図２２に示したような配置の分布型主スリットでは、問題なく、明瞭な干渉縞が発生する。
【００４４】
（段差（及び傾き）の調節の動作フロー）
段差解析機構１１０を使用して、段差（及び傾き）を調節するための動作の動作フローを説明する。図１９は、段差及び傾きを調節するための動作の動作フロー図である。まず、反射望遠鏡１００の方向を変え、基準となる光を発生する対象物を視界に入れて、そこからの光を反射望遠鏡１００内に入射させる（ステップＳ１０１）。基準となる光は、白色光、多色スペクトル光などの、単色光ではない一般的な光とすることができる。対象物は、天体であってもいいし、地上の物体であってもいい。
【００４５】
次に、分割鏡ペアからの反射光をマスクに導き、スリット（主スリット及び基準スリット）からのそれぞれの回折光を検出器４０上に投影させる（ステップＳ１０２）。すなわち、反射望遠鏡１００の方向を微調整し、対象物からの光がマスク上のスリットに適切に入射するようにし、回折光による回折パターンを発生させ、それを、検出器４０上に投影させる。これにより、分割鏡の段差の大きさに対応した干渉縞のピークの移動（及び、補助スリットが２つの場合は、分割鏡の傾きに応じた交点のピークの移動）が発生した回折パターンが検出器４０上に投影される。
【００４６】
次に、検出器４０から回折パターンを撮影した画像を取得する（ステップＳ１０３）。すなわち、検出器から画像のデータを読み出し、それを、解析用のコンピュータにロードする。コンピュータにロードされた画像は、ディスプレイに表示させ、オペレータが確認することができるようにする。検出器４０の画素ピッチは既知であるため、画像より実際のパターンの大きさを特定することができる。その画像には、パターンの大きさを表わすスケールを重畳して表示させてもよい。また、そのスケールには、パターンの大きさに対応する段差の大きさを表示させてもよい。これにより、画像が表わす実際の干渉縞などの移動量の絶対値を正確に特定することができる。
【００４７】
次に、主スリットの回折パターンの干渉縞のピークが回折パターンの交点に来るように分割鏡の段差を調節する（ステップＳ１０４）。すなわち、それぞれの対向する分割鏡のペアに対して、それに対応する主スリットから発生する回折パターンの干渉縞のピークが、主スリットの回折パターンと基準スリットの回折パターンの交点の位置に来るまで、分割鏡のペアの一方、あるいは両方の光軸方向の位置を、調整機構を動作させることによって段差を調節する。このようにして、分割鏡の段差を特定して、それをなくすように調節することが可能となる。なお、基準スリットが、１つの主スリットに対して１つの補助スリットで構成される場合や、他の主スリットである場合は、調節はここで終了となる。
【００４８】
基準スリットが、１つの主スリットに対して２つの補助スリットで構成される場合は、さらに、分割鏡の傾きを検出、調節することができる。そのためには、それぞれの回折パターンについて干渉縞の交点のピークが中心線上に来るように分割鏡の傾きの角度を調整する（ステップＳ１０５）。すなわち、それぞれの対向する分割鏡のペアに対して、それに対応する主スリットの回折パターンと補助スリットの回折パターンとの交点のピークが、主スリットの回折パターンの中心線上に来るまで、調整機構を動作させることによって、傾きがある分割鏡の傾きを調節する。このようにして、分割鏡の傾きをさらに特定して、それをなくすように調節することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、宇宙望遠鏡や地上望遠鏡などで使用される分割鏡から構成される主鏡を含む望遠鏡において、分割鏡の段差や傾きを修正するために利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１          ：反射望遠鏡
１０        ：分割鏡
１１        ：段差解析機構
２０        ：副鏡
２１        ：焦点面
２２        ：焦点マスク
２５        ：レンズ
２６        ：レンズ
３０        ：マスク
３１        ：分割鏡像
３２        ：主スリット
３３        ：補助スリット（１つの場合）
３４        ：補助スリット（２つの場合）
４０        ：検出器
５０        ：回折パターン
５１        ：回折パターン
５２        ：回折パターン
１００      ：反射望遠鏡
１１０      ：段差解析機構
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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