JP2005147703A - 面間隔測定装置および面間隔測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定基準軸と最適基準軸とを厳密に一致させた状態で面間隔の測定を行い、被検光学系の正確な面間隔情報を得ること。
【解決手段】複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定装置に関わり、測定基準軸と被検光学系５１８の最適基準軸との偏差を厳密に求め、求められた偏差を被検光学系５１８の姿勢を調整するステージ５１７の位置補正量にフィードバックすることにより、測定基準軸と最適基準軸とを厳密に一致させた状態で面間隔の測定を行い、被検光学系５１８の正確な面間隔情報を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定装置および方法に関する。

複数の面を有する光学系の面間隔を非破壊、非接触で測定する方法として、被検光学系内の各面からの反射光の光路長を計測することにより面間隔を測定する方法がある。特公平０４−０５３２４１号公報はこのような方法を用いた面間隔測定装置を開示しており、図６はその概略構成を示している。可干渉距離の短い光源１０８から射出された光束は、光束分割手段１１８によって測定光と参照光に分割される。測定光は、測定光学系１２４と、被検光学系１０１を配置した方向に向かう。ここで、測定光学系１２４は、光軸方向に移動可能なレンズ１２２，１２３から構成され、集光位置を調整可能に構成されている。また、参照光は、光路長可変手段の方向に向かう。この光路長可変手段は、光軸方向に移動するコーナーキューブ１２０にて構成されている。被検光学系１０１の被検面からの反射光、およびコーナーキューブ１２０からの反射光は、光束合成手段１１８によって再び重畳される。

また、２つの反射光が重畳された光路側には、ピント確認手段が設けられている。このピント確認手段は、ハーフミラー１２５、結像レンズ１２６、ミラー１２７、接眼レンズ１２８から構成されている。よって、測定者は、このピント確認手段を目で覗きながら、被検光学系１０１の被検面の反射光が接眼レンズ１２８の視野内でスポットを結ぶように、測定光学系１２４のレンズ１２２，１２３の位置を調整する。

次に、コーナーキューブ１２０を移動させながら、光電検出器１３３，１３４，１３６，１３７の出力を監視する。被検面で反射した測定光とコーナーキューブ１２０で反射した参照光の光路長が一致したときに、図７に示すように、光電検出器１３３，１３４，１３６，１３７での干渉信号がピーク値を呈するので、そのときのコーナーキューブ１２０の位置ｙ０を記録する。被検光学系１０１の全ての被検面に対し前記手順を繰り返し、全ての面の干渉光のピーク値を与えるコーナーキューブ１２０の位置を記録する。求めたい面間隔が空気間隔であれば、空気を挟む２つの被検面に対応するピーク位置差がそのまま求める面間隔となる。また、硝材の肉厚は、硝材の表裏面に対応するミラーのピーク位置差を硝材の屈折率で除することにより求めることができる。
特公平０４−０５３２４１号公報

以上に述べた従来技術においては、以下の課題がある。一般的に、光学系の面間隔とはレンズの光軸に沿った距離である。したがって従来技術の方法の場合は、光源１０８と測定光学系１２４で決まる測定基準軸と被検光学系１０１の光軸を一致させることが重要である。ところが、被検光学系１０１が複数のレンズによって構成されている場合には、被検光学系１０１は必ず偏心を持っており、被検光学系１０１の光軸は一意に定まらない。たとえば被検光学系１０１を構成するレンズのうち、前方のレンズの光軸に測定基準軸をあわせても、後方のレンズの偏心が大きい場合は、測定光が被検光学系１０１の途中で大きく偏向してしまい、後の面からの反射光が戻ってこなくなる。また、戻ってきたとしても、光路長が異なるために大きな測定誤差を含むものとなる。

このような場合にしばしば行われているアライメント方法として、レンズ１２２，１２３を大きく動かしながら、被検光学系１０１の各面からの反射光が、逐次スポットを結んでは消える様子を接眼レンズ１２８によって確認しながら、なるべく多くの面からの反射スポットが接眼レンズ１２８の視野の中心付近に集まるように被検光学系１０１の姿勢を調整する方法がある。

上記従来方法による調整は、被検光学系１０１の各面の偏心の二乗和が最小になるような基準軸すなわち最適基準軸を設定し、この最適基準軸と測定基準軸が一致するように被検光学系１０１の姿勢を調整することに相当する。

以下に、最適基準軸と測定基準軸および被検面の関係を説明する。図８は最適基準軸と測定基準軸および被検面の関係を示した図である。４０１が最適基準軸、４０２が測定基準軸、４０３が被検面である。

最適基準軸とは、被検光学系１０１の各面の偏心の二乗和が最小になるように設定した基準軸のことである。

しかし上記の調整を測定者が手動で行うことは容易ではない。特に被検光学系１０１を調整する方向が不明なために、最適基準軸と測定基準軸を厳密に一致させることは非常に困難で、結果として測定誤差が残存していた。

本発明は、従来技術の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定基準軸と最適基準軸とを一致させた状態で面間隔の測定を行い、被検光学系の正確な面間隔情報を得ることである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定装置であって、光源と、該光源から射出された光束を２方向に分割する光束分割手段と、分割された一方の光束の光路長を可変させる光路長可変手段と、前記光束分割手段と被検光学系との間に設けられ、分割された他方の光束を光軸上の任意の点に集光させる測定光学系と、前記光路長可変手段と測定光学系をそれぞれ通った光束を再び重ね合わせ干渉させる光束合成手段と、前記光束合成手段により重ね合わされた光束を結像させる結像光学系と、結像した被検面からの反射スポットの位置および干渉強度信号を検出する光電検出器と、前記光電検出器の基準位置に対する前記被検光学系の各面のスポットの位置ズレから算出された前記被検光学系の最適基準軸と、所定の測定基準軸との偏差を求める偏差演算手段と、求められた偏差情報を用いて、前記被検光学系の最適基準軸を前記測定基準軸に一致させる調整手段と、前記光路長可変手段からの出力情報と、前記光電検出器からの出力情報とに基づいて、被検光学系の面間隔を求める面間隔算出手段と、を具備する。

また、第２の発明は、第１の発明に係る面間隔測定装置において、前記光束合成手段からの光束を所定の方向に折り曲げる第２の光束分割手段と、前記光束分割手段からの光束を受ける第２の光電検出器とをさらに具備し、前記光電検出器は偏心測定に用いられ、前記第２の光電検出器は面間隔測定に用いられる。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る面間隔測定装置において、前記被検光学系の最適基準軸の算出に用いられる前記被検光学系の面は任意に選択される。

また、第４の発明は、複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定方法であって、第１〜第３のいずれか１つの発明に係る面間隔測定装置を用いて、前記被検光学系の各面の偏心量をオートコリメーション法により算出する工程と、前記被検光学系の各面の偏心量の２乗和が最も小さくなるような最適基準軸を算出する工程と、前記最適基準軸と測定装置の測定基準軸との偏差を算出する工程と、前記偏差が最も小さくなるように前記被検光学系の姿勢を調整する工程と、前記測定光学系を被検面の見かけの球心位置に集光している状態からデフォーカスさせる工程と、前記光路長可変手段により可変させられた光路長に対する干渉信号を得て、前記被検光学系の面間隔を算出する工程と、を具備する。

本発明によれば、測定基準軸と最適基準軸とを一致させることができる。そして、このような状態で面間隔の測定が行われるので、被検光学系の正確な面間隔情報を得ることが可能になる。

以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る面間隔測定装置の構成を示す図である。第１実施形態の面間隔測定装置は、低コヒーレンス光源５０１と、コリメートレンズ５０２と、光束分割手段（光束合成手段）としての偏光ビームスプリッター５０４と、１／４波長板５０８と、集光レンズ５１１と、平面ミラー５１２と、１／４波長板５０５と、測定光学系５１５および５１６と、結像レンズ５０９と、対物レンズ５１９および結像レンズ５２０と、光電検出器５２１とより構成されている。

光源５０１は低コヒーレンス光源、あるいは時間的コヒーレンスの低い光源である。これは、たとえば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）である。このような光源は、スペクトル幅が広く可干渉距離の短い光源である。なお、本発明にける「時間的コヒーレンスが低い」とは、干渉が生じる光路長差が、被検光学系の測定したい面間隔よりも、小さいことを意味する。そのような光源は、ＳＬＤに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ、高周波重畳したＬＤ（レーザダイオード）、閾値以下の電流で駆動したＬＤ、ハロゲン光源と干渉フィルタの組み合わせ等がある。また、コリメートレンズ５０２は、光源５０１から射出された光を、平行光束に変換する。偏光ビームスプリッター５０４は、例えば、入射した光のうちＰ偏光成分の光を反射し、Ｓ偏光成分の光を透過する。ここでは、偏光ビームスプリッター５０４で反射された光を測定光、透過した光を参照光とする。

測定光学系５１５および５１６は、それぞれ光軸方向に移動可能なレンズによって構成されている。よって、これらの位置を調整することで、被検光学系５１８の各面の見かけの球心位置と測定光の集光位置を一致させることができるようになっている。本実施形態の場合、２枚の凸レンズを用いて、−∞〜＋∞まで集光位置が調整できる。

一方、参照光は、集光レンズ５１２に入射する。ここで、平面ミラー５１２および集光レンズ５１１は、直動ステージ５２７上の１つのキャリッジ５１３上にマウントされている。このキャリッジ５１３は光路長可変手段を構成しており、光軸方向に移動可能となっていている。これにより、参照光側における光路長を可変できる。直動ステージ５２７は、たとえばリニアガイドとステッピングモータとボールネジとから構成されている。なお、このキャリッジ５１３の移動距離は、たとえば直動ステージ５２７の駆動パルスをカウントすることにより、正確に求められるようになっている。この移動距離の測長手段は、ステージ内蔵のリニアエンコーダ５１４を用いたり、外付けされたレーザ測長機を用いても良い。

また、キャリッジ５１３上で、集光レンズ５１１と平面ミラー５１２の相対距離を変えることもできる。このようにすることにより、平面ミラー５１２からの反射光を、光電検出器５２１の撮像面でデフォーカスさせることができる。なお、集光レンズ５１１は、測定時には常時デフォーカス位置にしておく。

さらに、前記１／４波長板５０８と直動ステージ５２７の間には、シャッター５２２が設けられている。このシャッター５２２により、平面ミラー５１２からの反射光を、必要に応じてカットできるようになっている。

光電検出器５２１はたとえばＣＣＤが用いられるが、２次元の輝度情報が取得できるものであれば、ＣＭＯＳセンサやイメージディテクタでもよい。

被検光学系５１８は、ステージ５１７上にマウントされている。このステージ５１７は、ティルトについて２軸、シフトについて３軸を調整する手段として機能する。よって、このステージ５１７を駆動することにより、測定基準軸に対する被検光学系５１８の姿勢を調整できる。

結像光学系は、結像レンズ５０９と、その結像位置に配置された光電検出器５２１とで構成されている。本実施例では、より高い倍率で観察できるように、対物レンズ５１９と結像レンズ５２０とを、結像レンズ５０９と光電検出器５２１の間に配している。

パーソナルコンピュータ５２４と入出力装置５２５とは、演算部（偏差演算手段、面間隔算出手段）を構成している。更に、これらの装置は、測定光学系５１５，５１６の移動、被検面反射スポット位置の算出、偏心量の算出、最適基準軸の算出、最適基準軸と測定基準軸との偏差の算出、前記偏差に基づいたステージ５１７の姿勢調整、キャリッジ５１３の駆動および位置の算出、集光レンズ５１１の移動、光電検出器５２１の輝度値取得、面間隔の算出の機能等も有する。また、光電検出器５２１で撮像されたスポットおよび干渉パターンは、パーソナルコンピュータ５２４に取り込まれる。スポットおよび干渉パターンは、これに接続されたビデオモニター５２３によって確認できるようになっている。

図２は、光電検出器５２１上の基準位置、被検面５２６の反射スポットおよび干渉パターンについて示した図である。この基準位置は、次のようにして求めておくことができる。例えば、ステージ５１７にミラーを配置する。この時、測定光学系５１５、５１６の光軸に対してミラー面が垂直なるように、できる限りミラーの傾き調整を行う。この状態で、光源５０１からの光を平面ミラー５１２で反射させ、光電検出器５２１上にスポットを生じさせる。このスポットの位置を基準位置とする。また、図３は、被検光学系５１８の測定フローの詳細を示す図である。

図２及び図３を参照して、本実施形態に係る被検光学系の測定方法について説明する。まず、被検光学系５１８の各面５２６ａ〜５２６ｄについて、それぞれ曲率半径、面間隔、屈折率の設計値（ＲＤＮデータ）等の情報を、上記した演算部に入力する（ステップＳ１）。次に、被検光学系５１８をステージ５１７に取り付ける（ステップＳ２）。

次に、光路長可変手段側のシャッター５２２を閉じる（ステップＳ３）。そして、この状態で、低コヒーレンス光源５０１を点灯する。すると、光源５０１からの光束はコリメートレンズ５０２により平行光となり、偏光ビームスプリッター５０４に入射する。偏光ビームスプリッター５０４で分割された光のうち、測定光は測定光学系５１５および５１６を介して、被検光学系５１８の被検面５２６ａに入射する。このとき、パーソナルコンピュータ５２４からの指示に従って、測定光が被検面５２６ａの見かけの球心位置に集光するように、測定光学系５１５，５１６の位置を調整する（ステップＳ４）。

その結果、被検面５２６ａからの反射光は、再び測定光学系５１５，５１６および偏光ビームスプリッター５０４を通る。更に、反射光は、結像光学系５０９，５１９，５２０によって光電検出器５２１上に集光し、反射スポットを生じる。このとき、もし被検面５２６ａに偏心があれば、図２（ａ）に示すように、反射スポット６０２は、光電検出器５２１の基準位置６０１から離れた所に形成される。演算部は、この基準位置からのズレを、被検面５２６ａのフレ量として記録する（ステップＳ５）。同様にして、残りの面５２６ｂ，５２６ｃ，５２６ｄについて、そのフレ量を測定する。そして、各面６２６ａ〜ｄのフレ量から、測定基準軸に対する各面の偏心量を求める（ステップＳ６）。

続いて、最適基準軸を求める。ここでは、被検光学系５１８の各面の偏心量の２乗和が最小になるような処理を行い、最適基準軸を求める（ステップＳ７）。この求めた最適基準軸は、測定基準軸に対して、チルトおよびシフトのズレ量を持っている。そこで、演算部によって、このズレ量（偏差）を求める（ステップＳ８）。そして、このズレ量に基づいて、被検光学系５１８を支持するステージ５１７を、この偏差が最小になる位置に駆動する（ステップＳ９）。

続いてシャッター５２２を開く（ステップＳ１０）。すると被検面５２６ａからの反射光（測定光）と平面ミラー５１２からの反射光（参照光）が、光電検出器５２１に入射する。この時、平面ミラー５１２の反射面は、集光レンズ５１１の焦点位置からずらしてある。そのため、参照光は、光電検出器５２１上で反射スポットを結ばず、画面全体にデフォーカスしている（図２（ｂ）の６０３）。続いて、被検面５２６ａの「見かけの球心位置」と「測定光が集光する位置」とが一致するように、測定光学系５１５，５１６を調整する（ステップＳ１１）。ここで、被検面５２６ａの「見かけの球心位置」に対して「測定光が集光する位置」が僅かにずれるように、測定光学系５１５，５１６の位置を調整する。これにより、被検面６２６ａの反射スポットはデフォーカスされた状態になるので、光電検出器５２１上にはデフォーカス像６０４（図２（ｂ））が形成される（ステップＳ１２）。

直動ステージ５２７上のキャリッジ５１３（平面ミラー５１２）が、面間隔の設計値から計算された各面の対応位置に移動する（ステップＳ１３）。続いて、キャリッジ５１３は、対応位置を中心として定められた範囲を光軸方向に移動する。移動範囲は、設計値に公差を加味した量を目安に設定される。移動と同時に、デフォーカス像６０４部分の干渉光強度が、光電検出器５２１上によって取得される。よって、光路長変化に対して干渉光強度が変化する波形が取得される（ステップＳ１４）。

被検面５２６での反射光の光路長と、平面ミラー５１２での反射光の光路長が一致したときに、干渉光強度が極値を取る。よって信号処理により、この位置ｙiを算出する（ステップＳ１５）。なお、平面ミラー５１２の移動距離は、リニアエンコーダ５１４により、キャリッジ５１３の移動距離として正確に計測されている。よって、位置ｙiを正確に求めることができる。

連続する（隣り合う）２つの被検面に対応する２つの極値の位置ｙi，ｙi+1から、面間光路長差ｙi+1−ｙiが算出される。２つの被検面の間隔が空気間隔であれば、空気間隔ｄ＝ｙi+1−ｙiとなる。また、肉厚の場合は、硝材の表裏面に対応する面間光路長差を硝材の群屈折率ｎgを用いて、肉厚ｄ＝（ｙi+1−ｙi）／ｎgとなる（ステップＳ１６）。

以上の測定手順により得られた面間隔の測定結果においては、最適基準軸と測定基準軸がほぼ一致しているので両者の光路長の違いによる測定誤差は小さなものになっている。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係る面間隔測定装置の構成を示す図である。第２実施形態の構成は、前記した第１実施形態の構成と同一の部分を多く含んでおり、ここではそれらの部分についての詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第２実施形態では上記第１実施形態の集光レンズ５１１が省略されている。また偏光ビームスプリッター５０４と結像レンズ５０９の間に、ビームスプリッター８２８が配置されている。これにより、被検面５２６ａ〜ｄからの反射光、および平面ミラー５１２からの反射光の重畳光束を、第２の光電検出器８３１の方向に導く。そして、レンズ８２９，８３０を介して、重畳光束の光束径が調整される。調整後の重畳光束は、第２の光電検出器８３１に入射する。第２の光電検出器８３１での検出結果は、パーソナルコンピュータ５２４に取り込まれる。

上記した第２実施形態では、偏心測定については第１の光電検出器５２１で行い、面間隔測定については第２の光電検出器８３１で行う。第２の光電検出器８３１に入射する被検面５２６ａ〜ｄからの反射光、および平面ミラー１２からの反射光は共に平行光であるので、前記第１実施形態で行っていた測定光学系５１５，５１６のデフォーカス動作（ステップＳ１２）および平面ミラーからの反射光をデフォーカスさせる集光レンズ５１１を用いる必要がない。

（第３実施形態）
第３実施形態では、最適基準軸設定に寄与する面を被検光学系のすべての面とせずに、任意に選べるようにしたことを特徴とする。例えば全２群で構成されている被検光学系を測定する場合を考える。この場合には群内の偏心よりも群同士の偏心が大きいと考えられるから、最適軸をそれぞれ別に立てた方が精度が向上する。この場合まず前半の群に対して偏心測定、最適軸設定、姿勢調整を行い、面間隔は前半の群および後半の群の第１面についてのみ測定する。しかる後に被検光学系を反転させてステージに取り付け、後半の群について、最適基準軸設定、姿勢調整を行い、面間隔測定をすることにより、それぞれの群間隔、群内面間隔をより精度よく測定できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、上記した第１〜第３実施形態の面間隔測定装置を用いた面間隔測定方法に関するものである。まず、被検光学系に対してオートコリメーション法による偏心測定を行い、測定された各面のフレ量から、最小自乗法を用いて各面の偏心量の二乗平均が最も小さくなる最適軸を求め、その最適軸と測定光軸の偏差を算出する。続いて偏差が最小になるように被検光学系の姿勢を決定する自動ステージを駆動することにより、被検光学系の最適光軸と測定光軸がほぼ一致する。以上により偏心量が比較的大きい場合でも、全面に渡って誤差の少ない測定ができる。

図５はオートコリメーション法の詳細について説明するための図である。オートコリメーション法はたとえば特公平７−８１９３１号公報に記載されているように被検光学系を構成する各レンズ面Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4のうち測定しようとする面たとえば面Ｓ1の見かけ上の曲率中心Ａに指標Ｉ1を投影することにより、面Ｓ1によるｉ1の等倍の反射像Ｉ2をＡと同じ位置に生じさせる方法である。

上記の場合で偏心が紙面に平行な方向のみに限定されるとする。測定基準軸Ｂに関してすべての面に偏心が無ければ、この基準軸Ｂ上に指標Ｉ1の反射像Ｉ2が形成されるが、もしいずれかの面に偏心が存在すれば、紙面と平行なＹ方向にΔＹだけフレた位置に反射像Ｉ2が形成されることになる。このフレ量ΔＹは個々の面偏心量εyに比例するので、各面について、その見かけ上の曲率中心位置に投影した指標像Ｉ1のフレ量が得られれば、計算によってこの測定基準軸Ｂに対する各面の偏心量を求めることができる。

（付記１）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明が抽出される。

（１）複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定装置であって、
可干渉距離が短い光源と、
該光源から射出された光束を２方向に分割する光束分割手段と、
分割された一方の光束の光路長を可変させる光路長可変手段と、
前記光束分割手段と被検光学系との間に設けられ、分割された他方の光束を光軸上の任意の点に集光させる測定光学系と、
前記光路長可変手段と測定光学系をそれぞれ通った光束を再び重ね合わせ干渉させる光束合成手段と、
前記光束合成手段により重ね合わされた光束を結像させる結像光学系と、
結像した被検面からの反射スポットの位置および干渉強度信号を検出する光電検出器と、
前記光電検出器の基準位置に対する前記被検光学系の各面のスポットの位置ズレから算出された前記被検光学系の最適基準軸と、所定の測定基準軸との偏差を求める偏差演算手段と、
求められた偏差情報を用いて、前記被検光学系の最適基準軸を前記測定基準軸に一致させる調整手段と、
前記光路長可変手段からの出力情報と、前記光電検出器からの出力情報とに基づいて、被検光学系の面間隔を求める面間隔算出手段と、
を具備することを特徴とする面間隔測定装置。

上記構成の作用効果は以下のようになる。可干渉距離の短い光源から発せられた光束は、光束分割手段により第１の光束および第２の光束に分割される。これらのうちの第１の光束は集光位置を調整可能な測定光学系を通り、被検光学系の被測定面の曲率球心位置集光し被検面にて反射される。反射した光束は再び測定光学系を通り、結像光学系を経て光電検出器上にスポットを結ぶ。このとき被検光学系に偏心が無ければスポット位置は測定基準軸上と光電検出器の光電面が交差する位置（基準位置）になるが、被検光学系が偏心を持てば基準位置からずれた位置にスポットを結ぶ。すなわち光電検出器の基準位置と被検光学系第１面の反射スポット位置とのズレ（フレ量）から測定基準軸に対する被検第１面の偏心量が求められる。同様にして被検光学系の第２の被検面に対して第１面での屈折も考慮した第２面の見かけの曲率中心に入射させることにより、光電検出器上基準位置に対する第２の被検面のスポットのフレ量が検出される。この第２面のフレ量および第１面の偏心量から測定基準軸に対する第２面の偏心量が算出される。同様にして測定基準軸に対する全ての面の偏心量が算出される。また、すべての面の偏心量から、測定基準軸に対する、被検光学系全体の最適基準軸の偏心量が求められる。偏差演算手段によってレンズの最適基準軸と測定基準軸との位置の偏差が算出される。さらに該偏差が最小になるように被検レンズの姿勢を定めるステージが駆動され、被検光学系の最適基準軸と測定基準軸がほぼ一致する。以上被検光学系の姿勢が調整された状態で、前記被検光学系からの光束と光路長可変手段を経て反射された光束が光束合成手段により重ね合わされ、結像光学系を経て光電検出器上に結像し干渉する。光路長可変手段および光電検出器の情報から面間隔算出手段により被検光学系の面間隔が算出される。被検光学系の最適基準軸と測定基準軸がほぼ一致しているので、面間隔の測定誤差は最小限に抑えられる。

なお、上記構成に加えて、前記光束合成手段からの光束を所定の方向に折り曲げる第２の光束分割手段と、前記光束分割手段からの光束を受ける第２の光電検出器とをさらに具備し、前記光電検出器は偏心測定に用いられ、前記第２の光電検出器は面間隔測定に用いられるようにしてもよい。

また、前記被検光学系の最適基準軸の算出に用いられる前記被検光学系の面は任意に選択されるようにしてもよい。

（２）複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定方法であって、
（１）に記載の面間隔測定装置を用いて、前記被検光学系の各面の偏心量をオートコリメーション法により算出する工程と、
前記被検光学系の各面の偏心量の２乗和が最も小さくなるような最適基準軸を算出する工程と、
前記最適基準軸と測定装置の測定基準軸との偏差を算出する工程と、
前記偏差が最も小さくなるように前記被検光学系の姿勢を調整する工程と、
前記測定光学系を被検面の見かけの球心位置に集光している状態からデフォーカスさせる工程と、
前記光路長可変手段により可変させられた光路長に対する干渉信号を得て、前記被検光学系の面間隔を算出する工程と、
を具備することを特徴とする面間隔測定方法。

上記手順の作用効果は以下のようになる。被検光学系に対して、まずオートコリメーション法による偏心測定を行い、測定された各面のフレ量から、最小自乗法を用いて各面の偏心量の二乗平均が最も小さくなる最適基準軸を求め、その最適基準軸と測定基準軸の偏差を算出する。続いて、偏差が最小になるように、被検光学系の姿勢を決定する自動ステージを駆動することにより、被検光学系の最適基準軸と測定基準軸がほぼ一致する。以上により偏心量が比較的大きい場合でも、全面に渡って誤差の少ない測定ができる。

本発明の第１実施形態に係る面間隔測定装置の構成を示す図である。 光電検出器上の基準位置と被検面の反射スポットおよび干渉パターンについて示す図である。 被検光学系の測定フローの詳細を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面間隔測定装置の構成を示す図である。 オートコリメーション法の詳細について説明するための図である。 従来の面間隔測定装置の構成を示す図である。 光電検出器での干渉信号がピーク値を呈しているようすを示す図である。 最適基準軸と測定基準軸および被検面の関係を示した図である。

符号の説明

５０１…低コヒーレント光源、５０４…偏光ビームスプリッター、５０９…結像レンズ、５１３…キャリッジ、５１６…測定光学系、５１７…ステージ、５１８…被検光学系、５２１…光電検出器、５２４…パーソナルコンピュータ。

Claims (4)

1. 複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定装置であって、
   光源と、
   該光源から射出された光束を２方向に分割する光束分割手段と、
   分割された一方の光束の光路長を可変させる光路長可変手段と、
   前記光束分割手段と被検光学系との間に設けられ、分割された他方の光束を光軸上の任意の点に集光させる測定光学系と、
   前記光路長可変手段と測定光学系をそれぞれ通った光束を再び重ね合わせ干渉させる光束合成手段と、
   前記光束合成手段により重ね合わされた光束を結像させる結像光学系と、
   結像した被検面からの反射スポットの位置および干渉強度信号を検出する光電検出器と、
   前記光電検出器の基準位置に対する前記被検光学系の各面のスポットの位置ズレから算出された前記被検光学系の最適基準軸と、所定の測定基準軸との偏差を求める偏差演算手段と、
   求められた偏差情報を用いて、前記被検光学系の最適基準軸を前記測定基準軸に一致させる調整手段と、
   前記光路長可変手段からの出力情報と、前記光電検出器からの出力情報とに基づいて、被検光学系の面間隔を求める面間隔算出手段と、
   を具備することを特徴とする面間隔測定装置。
2. 前記光束合成手段からの光束を所定の方向に折り曲げる第２の光束分割手段と、前記光束分割手段からの光束を受ける第２の光電検出器とをさらに具備し、前記光電検出器は偏心測定に用いられ、前記第２の光電検出器は面間隔測定に用いられることを特徴とする請求項１記載の面間隔測定装置。
3. 前記被検光学系の最適基準軸の算出に用いられる前記被検光学系の面は任意に選択されることを特徴とする請求項１または２記載の面間隔測定装置。
4. 複数の面を有する光学系の面間隔を測定する面間隔測定方法であって、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の面間隔測定装置を用いて、前記被検光学系の各面の偏心量をオートコリメーション法により算出する工程と、
   前記被検光学系の各面の偏心量の２乗和が最も小さくなるような最適基準軸を算出する工程と、
   前記最適基準軸と測定装置の測定基準軸との偏差を算出する工程と、
   前記偏差が最も小さくなるように前記被検光学系の姿勢を調整する工程と、
   前記測定光学系を被検面の見かけの球心位置に集光している状態からデフォーカスさせる工程と、
   前記光路長可変手段により可変させられた光路長に対する干渉信号を得て、前記被検光学系の面間隔を算出する工程と、
   を具備することを特徴とする面間隔測定方法。

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