JP2011043394A - 測定方法及び測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被検光学系の光軸が重力方向と異なる場合であっても、被検光学系からの光の波面（波面収差）を高精度に測定することができる技術を提供する。
【解決手段】被検光学系からの光を反射する反射面を有する反射部材と、前記反射部材を保持する保持部と、参照面又は波面変換素子を含む測定光学系とを有する測定装置を用いて、前記被検光学系からの光の波面を測定する測定方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定方法及び測定装置に関する。
観測対象の位置が一定ではない光学的な観測装置（例えば、天体望遠鏡）は、観測対象を追尾して、その姿勢を変化させることが一般的である。なお、重力方向は観測装置の姿勢に関わらず一定であるため、観測装置の姿勢の変化に伴い、観測装置を構成する光学系の重力による変形が変化する（即ち、光学系の光学性能が変化する）。
天体望遠鏡などの観測装置を構成する光学系は、主に、観測光を集光する主鏡と、収差を補正する補正光学系とに大別される。観測装置の姿勢の変化による光学系の光学性能の変化を予め求め、例えば、補正光学系を構成する複数の光学素子間の相対距離を調整することで、観測装置の光学性能を所定の値に調整することが可能となる。従って、観測装置の光学性能を高精度に調整するためには、補正光学系の光学性能（例えば、波面収差（透過波面収差））を正確に測定することが不可欠である。
光学系の波面収差を測定する際には、一般的に、干渉計が用いられる（特許文献１参照）。特許文献１では、参照面、被検光学系及び反射面が、それぞれの光軸を一致させて配置されている。そして、参照面で反射された光と、参照面及び被検光学系を透過して反射面で反射された光との干渉パターンを検出することで、被検光学系の波面収差を測定している。このとき、反射面で反射された光には、参照面の固有波面及びその重力変形と、反射面の固有波面及びその重力変形が含まれている。このような被検光学系以外による干渉計固有の波面誤差を、以下では、干渉計（測定装置）のシステムエラーと定義する。特許文献１では、反射面を、その光軸を中心として回転させることによって、反射面に起因するシステムエラーを校正（分離）している。参照面に起因するシステムエラーと反射面に起因するシステムエラーとをそれぞれ分離すると、参照面のＮＡ（開口数）と反射面のＮＡに対して、異なる倍率で補正を行うことができるため、より高精度なシステムエラーの校正が可能となる。
また、光学素子をその光軸が重力方向に直交するように保持して、かかる光学素子の面形状を測定する技術も提案されている（特許文献２）。特許文献２では、被検光学素子及び参照光学素子をベルト吊りして、光学素子の姿勢による重力変形を低減させている。
また、光学素子の周囲に、光学素子の法線方向に余弦分布となる荷重を付加することで光学素子の面内方向の重力成分が打ち消され、光学素子の重力変形を低減することができることも報告されている（非特許文献１参照）。
特開２００２−２１４０７６号公報 特開平１１−３２５８１８号公報
Schwesinger G., "Optical Effect ofFlexure in Vertically Mounted Precision Mirrors", Journal of the Optical Society of America, Vol.44,pp.417-424, 1954
しかしながら、特許文献１は、測定装置（被検光学系）の光軸が重力方向と一致していない場合、反射面を回転させたとしても、参照面及び反射面の重力変形成分は反射面の回転に追従しないため、システムエラーを校正できないという問題がある。
また、特許文献２のように、光学素子をベルト吊りした場合には、かかる光学素子の周囲のうち重力方向側の周囲（下半分）に対して、光学素子の法線方向に一様な荷重が付加されることになる。従って、光学素子の面内方向の重力変形を効果的に低減しているとは言えない。なお、特許文献２は、光学素子の光軸が重力方向に直交するように光学素子を保持した場合における光学素子の重力変形の低減を目的としている。従って、天体望遠鏡などの観測装置に用いられる補正光学系のように、その光軸が重力方向に対して多様な角度をとる場合には適用することができない。
また、非特許文献１には、光学素子の法線方向に余弦分布となる荷重を付加する具体的な構成が開示されていないため、例えば、観測装置に用いられる補正光学系の波面収差の測定などにそのまま適用することはできない。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検光学系の光軸が重力方向と異なる場合であっても、被検光学系からの光の波面（波面収差）を高精度に測定することができる技術を提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、被検光学系からの光を反射する反射面を有する反射部材と、前記反射部材を保持する保持部と、参照面又は波面変換素子を含む測定光学系とを有する測定装置を用いて、前記被検光学系からの光の波面を測定する測定方法であって、前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と一致するように前記測定装置の姿勢が制御された第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、前記保持部のその光軸周りの角度を第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第１の波面を測定する第１のステップと、前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度と異なる第２の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第２の波面を測定する第２のステップと、前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第３の波面を測定する第３のステップと、前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第４の波面を測定する第４のステップと、前記第１の波面、前記第２の波面、前記第３の波面及び前記第４の波面を用いて、前記第１の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面、前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を算出する第５のステップと、前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と異なるように前記測定装置の姿勢が制御された第２の状態で、前記被検光学系を前記測定装置に配置せず、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含まない第５の波面を測定する第６のステップと、前記第２の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と異なるように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含む第６の波面を測定する第７のステップと、前記第５の波面から前記第５のステップで算出された前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を分離して前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を算出し、前記第６の波面から前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を分離して前記第２の状態における前記被検光学系からの光の波面を算出する第８のステップと、を有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、被検光学系の光軸が重力方向と異なる場合であっても、被検光学系からの光の波面（波面収差）を高精度に測定する技術を提供することができる。
本発明の一側面としての測定方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一側面としての測定方法に用いられる測定装置の状態を示す概略図である。 本発明の一側面としての測定方法に用いられる測定装置の状態を示す概略図である。 本発明の一側面としての測定装置の第１の実施例の構成を示す概略図である。 図４に示す測定装置において、保持部及び荷重付加部による反射部材の保持の効果（即ち、反射面の重力変形の低減）を解析した結果を示す図である。 図４に示す測定装置の荷重付加部の構成の一例を示す概略図である。 本発明の一側面としての測定装置の第２の実施例の構成を示す概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本発明の一側面としての測定方法を説明するためのフローチャートである。図２及び図３は、本発明の一側面としての測定方法に用いられる測定装置の状態（図１に示すフローチャートの各ステップにおける測定装置の状態）を示す概略図である。本実施形態の測定方法は、被検光学系からの光の波面（波面収差）を測定する方法であって、後述するように、被検光学系の光軸が重力方向と異なる場合であっても、被検光学系からの光の波面を高精度に測定することが可能である。従って、本実施形態の測定方法は、天体望遠鏡などの観測装置に用いられる補正光学系のように、その光軸が重力方向に対して多様な角度をとる場合における波面の測定に好適である。また、測定装置は、図２及び図３に示すように、一般的な干渉計の構成を有する。具体的には、測定装置は、被検光学系Ｔからの光を反射する反射面Ｍ１を有する反射部材Ｍと、反射部材Ｍを保持する保持部Ｈと、参照面Ｒ２を有する参照光学系Ｒ（測定光学系）と、干渉パターンを検出する検出面を有する検出部（不図示）とを備える。本実施形態では、被検光学系Ｔ、反射部材Ｍ及び保持部Ｈは、それらの光軸周りに角度を変更可能に構成され、例えば、測定装置は、被検光学系Ｔ、反射部材Ｍ及び保持部Ｈをそれらの光軸周りに回転させる回転機構を備える。
Ｓ１０２（第１のステップ）では、図２（ａ）に示すように、測定装置を第１の状態にして、被検光学系Ｔからの光の波面（第１の波面）Ｗ１を測定する。なお、第１の状態とは、反射面Ｍ１及び参照面Ｒ２のそれぞれの光軸ＡＸが重力方向Ｇと一致するように測定装置の姿勢を制御した状態である。換言すれば、第１の状態では、光軸ＡＸと重力方向に垂直な面内方向とのなす角度ε１が９０°となる。従って、第１の状態において、被検光学系Ｔは、その基準軸である光軸ＡＸが重力方向Ｇと一致するように、測定装置に配置される。また、Ｓ１０２では、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。なお、第１の角度α１は、任意の角度であってもよいし、予め定められた角度であってもよい。
ここで、被検光学系Ｔからの光の波面の測定について説明する。光源（不図示）からの光は、参照光学系Ｒに入射して、参照面Ｒ２で反射される光と、参照面Ｒ２を透過して被検光学系Ｔに入射する光とに分離される。被検光学系Ｔに入射した光は、被検光学系Ｔを透過して反射部材Ｍの反射面Ｍ１で反射される。反射面Ｍ１で反射された光は、同じ光路で被検光学系Ｔを透過して参照光学系Ｒに入射する。これにより、反射面Ｍ１からの光と参照面Ｍ２からの光との干渉パターン（反射面Ｍ１からの光と参照面Ｍ２からの光との光学収差の差に起因する干渉縞）が検出部の検出面に形成される。かかる干渉パターンを検出部で検出することによって波面（被検光学系Ｔからの光に含まれる波面収差）を測定することができる。
第１の波面Ｗ１には、第１の角度α１における被検光学系Ｔの波面収差ＷＴ（α１）だけではなく、参照光学系Ｒの波面収差ＷＲ及び第１の角度α１における反射面Ｍ１の波面収差ＷＭ（α１）も含まれている。従って、第１の波面Ｗ１は、以下の式１で表される。なお、式１では、被検光学系Ｔの波面収差ＷＴ（α１）及び参照光学系Ｒの波面収差ＷＲが２倍され、反射面Ｍ１の波面収差ＷＭ（α１）が２倍されていない。これは、光が被検光学系Ｔ及び参照面Ｒ２を２回透過するのに対して、反射面Ｍ１では１回反射されるだけであるからである。
Ｗ１＝２ＷＲ＋２ＷＴ（α１）＋ＷＭ（α１） ・・・（式１）
ここで、反射面Ｍ１の形状をＦＭとすると、反射面Ｍ１の波面ＷＭは、以下の式２で表される。式２に表すように、反射面Ｍ１の波面ＷＭが反射面Ｍ１の形状の２倍となるのは、反射面Ｍ１の形状（凹凸）に対して光が往復（反射）するためである。
ＷＭ＝２ＦＭ ・・・（式２）
また、反射面Ｍ１の形状ＦＭは、反射面Ｍ１に固有な形状（即ち、反射面Ｍ１の形状に相当する波面）ＦＭＦと、保持部Ｈによる保持状態に応じて変化する重力変形（即ち、反射面Ｍ１の形状の重力変形に相当する波面）ＦＭＧとの和として、以下の式３で表される。
ＦＭ＝ＦＭＦ＋ＦＭＧ ・・・（式３）
式２及び式３に基づいて、式１は、以下の式４に示すように書き換えることができる。式４を参照するに、参照面Ｍ２に起因する誤差波面（波面収差）及び反射面Ｒ１に起因する誤差波面を分離することで、システムエラーを校正することが可能となる。
ＷＴ（α１）＝Ｗ１／２−ＷＲ−（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ（α１）） ・・・（式４）
なお、参照光学系Ｒの波面収差ＷＲと反射面Ｍ１の波面収差のそれぞれを分離することで、それぞれの波面収差を別々に校正することができる。上述したように、参照光学系Ｒ（参照面Ｒ２）のＮＡ（開口）と反射部材Ｍ（反射面Ｍ１）のＮＡに対して、異なる倍率で補正を行うことができるため、より高精度なシステムエラーの校正が可能となる。
Ｓ１０４（第２のステップ）では、図２（ｂ）に示すように、測定装置を第１の状態に維持したまま、被検光学系Ｔをその光軸周りに回転させ、被検光学系Ｔからの光の波面（第２の波面）Ｗ２を測定する。詳細には、Ｓ１０４では、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度を第１の角度α１とは異なる第２の角度α２に、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。第２の波面Ｗ２は、第２の角度α２における被検光学系Ｔの波面収差をＷＴ（α２）として、以下の式５で表される。
Ｗ２＝２ＷＲ＋２ＷＴ（α２）＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ（α１）） ・・・（式５）
式１と式５とを比較するに、被検光学系Ｔの波面収差が異なっている。被検光学系Ｔをその光軸周りに回転させたことで、測定波面に変化が生じる。かかる波面の変化は、被検光学系Ｔの回転に追従して変化した成分、即ち、被検光学系Ｔの波面ＷＴである。従って、測定波面から被検光学系Ｔの波面ＷＴを分離することが可能となる。なお、被検光学系Ｔの波面ＷＴの分離に際しては、波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式などの正規多項式に分解し、その回転非対称な成分の変化を、光軸周りの角度の変化に対応させることも可能である。
Ｓ１０６（第３のステップ）では、図２（ｃ）に示すように、測定装置を第１の状態に維持したまま、反射面Ｍ１及び保持部Ｈをそれらの光軸周りに回転させ、被検光学系Ｔからの光の波面（第３の波面）Ｗ３を測定する。なお、反射面Ｍ１と保持部Ｈとの相対的な位置関係は変化させない。詳細には、Ｓ１０６では、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度を第１の角度α１に、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第２の角度α２に設定する。第３の波面Ｗ３は、第２の角度α２における反射面Ｍ１の形状及び重力変形のそれぞれをＦＭＦ（α２）及びＦＭＧ（α２）として、以下の式６で表される。
Ｗ３＝２ＷＲ＋２ＷＴ（α１）＋２（ＦＭＦ（α２）＋ＦＭＧ（α２）） ・・・（式６）
式１と式６とを比較するに、反射面Ｍ１の形状及び重力変形が異なっている。反射面Ｍ１及び保持部Ｈをその光軸周りに回転させたことで、測定波面に変化が生じる。かかる波面の変化は、反射面Ｍ１及び保持部Ｈの回転に追従して変化した成分、即ち、反射面Ｍ１の形状ＦＭＦと保持部Ｈによる反射面Ｍ１の重力変化ＦＭＧとの和である。従って、測定波面から反射面Ｍ１の形状及び重力変化に相当する波面を分離することが可能となる。
また、式１、式５及び式６を比較するに、第１の状態（ε１＝９０°）での測定波面から、ＷＲ、ＷＴ、（ＦＭＦ＋ＦＭＧ）をそれぞれ分離することが可能である。参照光学系Ｒ（参照面Ｒ２）及び反射部材Ｍ（反射面Ｍ１）のシステムエラーを分離したことで、式４に基づいて測定波面を校正し、第１の状態における被検光学系Ｔからの光の波面（波面収差）を算出することが可能となる。
Ｓ１０８（第４のステップ）では、図２（ｄ）に示すように、測定装置を第１の状態に維持したまま、反射面Ｍ１をその光軸周りに回転させ、被検光学系Ｔからの光の波面（第４の波面）Ｗ４を測定する。詳細には、Ｓ１０８では、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度を第２の角度α２に設定する。第４の波面Ｗ４は、以下の式７で表される。
Ｗ４＝２ＷＲ＋２ＷＴ（α１）＋２（ＦＭＦ（α２）＋ＦＭＧ（α１）） ・・・（式７）
式１と式７とを比較するに、反射面Ｍ１の形状が異なっている。反射面Ｍ１をその光軸周りに回転させたことで、測定波面に変化が生じる。かかる波面の変化は、反射面Ｍ１の回転に追従して変化した成分、即ち、反射面Ｍ１の形状ＦＭＦである。従って、測定波面から反射面Ｍ１の形状に相当する波面を分離することが可能となる。また、式１、式６及び式７を比較するに、反射部材Ｍ１の固有の形状ＦＭＦと重力変形ＦＭＧを分離することが可能である。
なお、本実施形態では、Ｓ１０８において、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度を第２の角度α２に設定しているが、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第２の角度α２に設定してもよい。この場合、測定波面の変化は、反射面Ｍ１の形状の重力変形ＦＭＧである。従って、測定波面から反射面Ｍ１の形状の重力変形に相当する波面を分離することが可能となる。また、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度及び保持部Ｈのその光軸周りの角度のそれぞれを第２の角度α２に設定して波面を測定し、それぞれの測定波面を平均化して高精度化を図ってもよい。
Ｓ１１０（第５のステップ）では、第１の状態における参照面Ｍ２に起因する誤差波面（波面収差ＷＲ）、反射面の形状に相当する波面（形状ＦＭＦ）及び反射面の形状の重力変形に相当する波面（重力変形ＦＭＧ）を算出する。これらは、上述したように、第１の波面Ｗ１（式１）、第２の波面Ｗ２（式５）、第３の波面Ｗ３（式６）及び第４の波面Ｗ４（式７）を用いることで算出（分離）することができる。
次に、測定装置の状態を第１の状態から第２の状態に変更する。なお、第２の状態とは、例えば、図３（ａ）に示すように、反射面Ｍ１及び参照面Ｒ２のそれぞれの光軸ＡＸが重力方向Ｇと異なるように測定装置の姿勢を制御した状態である。第２の状態では、光軸ＡＸと重力方向Ｇに垂直な面内方向とのなす角度ε２が９０°以外の角度となる。以下では、第２の状態における被検光学系Ｔからの光の波面の測定について、従来技術と本発明とを比較しながら説明する。
従来技術では、まず、図３（ａ）に示すように、測定装置を第２の状態にして、被検光学系Ｔを配置して、被検光学系Ｔからの光の波面Ｗａ１を測定する。ここでは、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。波面Ｗａ１は、以下の式８で表される。
Ｗａ１＝２ＷＲ’＋２ＷＴ’（α１）＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ’（α１）） ・・・（式８）
Ｓ１０２乃至Ｓ１０８と比較するに、被検光学系Ｔに対する重力の作用方向が変化したことによって、被検光学系Ｔ、参照面Ｒ２及び反射面Ｍ１のそれぞれの重力変形が変化している。重力は、角度ε２を用いて、光軸方向に作用する重力分力ｍｇ・ｓｉｎ（ε２）及び光軸に垂直な方向に作用する重力分力ｍｇ・ｃｏｓ（ε２）に分力される。但し、変化する成分は重力変形であり、例えば、反射面Ｍ１の固有の形状ＦＭＦは、重力方向Ｇに関わらず、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度によって決定されることに注意されたい。
従来技術では、次に、図３（ｂ）に示すように、測定装置を第２の状態に維持したまま、反射面Ｍ１及び保持部Ｈをそれらの光軸周りに回転させ、被検光学系Ｔからの光の波面Ｗａ２を測定する。ここでは、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度を第１の角度α１に、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第２の角度α２に設定する。波面Ｗａ２は、以下の式９で表される。
Ｗａ２＝２ＷＲ’＋２ＷＴ’（α１）＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ’’（α２）） ・・・（式９）
式８と式９とを比較するに、反射面Ｍ１の形状は反射面Ｍ１の回転に追従して変化するが、重力方向Ｇは反射面Ｍ１のその光軸周りの角度に関わらず一定であるため、反射面Ｍ１の重力変形は反射面Ｍ１の光軸周りの回転に追従しない。従って、保持部Ｈによる保持状態によっては、全く異なる重力変形が反射面Ｍ１に生じる。
また、従来技術では、反射面Ｍ１及び保持部Ｈをそれらの光軸周りに回転させさせるのではなく、被検光学系Ｔをその光軸周りに回転させ、被検光学系Ｔからの光の波面Ｗａ３を測定することも考えられる。この場合、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度を第２の角度α２に、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。波面Ｗａ３は、以下の式１０で表される。
Ｗａ３＝２ＷＲ’＋２ＷＴ’’（α２）＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ（α１）） ・・・（式１０）
式８と式１０とを比較するに、被検光学系Ｔの重力変形が被検光学系Ｔの光軸周りの回転に追従しない。従って、測定波面から被検光学系Ｔの波面収差のみを分離することはできない。
このように、従来技術では、第２の状態での測定波面を、ＷＲ＋ＦＭＧ’、ＷＴ’、ＦＭＦに分離することしかできない。換言すれば、重力変形による参照光学系Ｒ（参照面Ｒ２）のシステムエラーと反射部材Ｍ１（反射面Ｍ１）のシステムエラーとを分離することができず、測定波面を高精度に校正することができない。
そこで、本実施形態では、Ｓ１１２（第６のステップ）において、図３（ｃ）に示すように、測定装置を第２の状態にして、被検光学系Ｔを測定装置に配置せず、参照光学系Ｒ及び反射部材Ｍのみで第５の波面Ｗ５を測定する。Ｓ１１２では、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。また、Ｓ１１２では、図３（ｃ）に示すように、反射面Ｍ１の重心を含み反射面の光軸に垂直な面内において荷重が反射部材Ｍの周囲に沿って余弦分布となるように、反射部材Ｍの周囲に荷重ＤＦを付加する。具体的には、反射面Ｍ１の光軸に垂直な方向から、反射面Ｍ１の光軸を基準とした重力方向側の反射部材Ｍの周囲に対しては圧縮荷重ＤＦ１を、反射面Ｍ１の光軸を基準とした重力方向Ｇの反対方向側の反射部材Ｍの周囲に対しては引張荷重ＤＦ２を付加する。なお、反射部材Ｍの周囲に付加する荷重の総和は、反射面Ｍ１に作用する重力の面内方向分力に等しくなるようにする。これにより、反射面Ｍ１の面内方向に作用する重力分力による反射面Ｍ１の重力変形は無視できる程度に低減することができる。一方、反射面Ｍ１の光軸方向に関しては、光軸方向の重力分力が作用するため、反射面Ｍ１は光軸方向に重力変形する。このとき、光軸方向の重力分力は、上述したように、ｍｇ・ｓｉｎ（ε２）であるため、反射面Ｍ１の重力変形ＦＭＧ’は、以下の式１１で表される。
ＦＭＧ’＝ＦＭＧ・ｓｉｎ（ε２） ・・・（式１１）
本実施形態において、測定装置が第１の状態（ε１＝９０°）から変更された場合、その重力変形は第１の状態における変形に対して線形であり、その変形量は、第１の状態から第２の状態への変更量（ε１とε２との差）によって決定される。従って、第５の波面Ｗ５は、以下の式１２で表される。
Ｗ５＝２ＷＲ’＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ（α１）・ｓｉｎ（ε２）） ・・・（式１２）
式１２を参照するに、ＦＭＦ（α１）及びＦＭＧ（α１）は、上述したように、Ｓ１０６（式６）及びＳ１０８（式７）によって既知となっている。従って、測定波面から、第２の状態における参照光学系Ｒの波面ＷＲ’を分離することが可能となる。
Ｓ１１４（第７のステップ）では、図３（ｄ）に示すように、測定装置を第２の状態に維持したまま、被検光学系Ｔをその光軸が重力方向と異なるように測定装置に配置して、被検光学系Ｔからの光の波面（第６の波面）Ｗ６を測定する。Ｓ１１４では、被検光学系Ｔのその光軸周りの角度、反射面Ｍ１のその光軸周りの角度、及び、保持部Ｈのその光軸周りの角度を第１の角度α１に設定する。また、Ｓ１１２と同様に、反射面Ｍ１の重心を含み反射面の光軸に垂直な面内において荷重が反射部材Ｍの周囲に沿って余弦分布となるように、反射部材Ｍの周囲に荷重ＤＦ（圧縮荷重ＤＦ１及び引張荷重ＤＦ２）を付加する。第６の波面Ｗ６は、式１１を用いて、以下の式１３で表される。
Ｗ６＝２ＷＲ’＋２ＷＴ’（α１）＋２（ＦＭＦ（α１）＋ＦＭＧ（α１）・ｓｉｎ（ε２）） ・・・（式１３）
なお、Ｓ１１２及びＳ１１４では、反射部材Ｍ（反射面Ｍ１）の周囲に荷重ＤＦを付加しているが、例えば、参照光学系Ｒ（参照面Ｒ２）に荷重ＤＦを付加してもよい。
Ｓ１１６（第８のステップ）では、式１２及び式１３を用いて、第２の状態における被検光学系Ｔからの光の波面を算出する。具体的には、第５の波面Ｗ５からＳ１１０で算出された反射面Ｍ１の形状に相当する波面（ＦＭＦ（α１））及び反射面Ｍ１の形状の重力変形に相当する波面（ＦＭＧ（α１））を分離して第２の状態における参照光学系Ｒに起因する波面誤差（ＷＲ’）を算出する。そして、第６の波面Ｗ６から第２の状態における参照光学系Ｒに起因する波面誤差を分離して第２の状態における被検光学系Ｔからの光の波面（ＷＴ’（α１））を算出する。
このように、本実施形態の測定方法は、被検光学系Ｔの光軸が重力方向Ｇと異なる場合であっても、参照光学系Ｒ（参照面Ｒ２）及び反射部材Ｍ（反射面Ｍ１）のシステムエラーをそれぞれ分離して、被検光学系Ｔからの光の波面を高精度に測定することができる。
図４は、本実施形態の測定方法に用いられる測定装置（第１の実施例）の概略図である。以下、図４を参照して、測定装置１について具体的に説明する。測定装置１は、光源１０と、ハーフミラー２０と、参照光学系３０と、反射部材４０と、保持部５０と、検出部６０と、荷重付加部７０と、制御部８０とを備える。なお、測定装置１は、被検光学系Ｔに入射する光の径を拡大するビームエキスパンダや参照面３２で反射された光を被検光学系Ｔに適した波面に変換する波面変換素子を更に備えていてもよい。
光源１０から射出された光は、ハーフミラー２０を透過し、参照面３２を有する参照光学系３０に入射する。参照面３２に入射した光は、参照面３２で反射される光と、参照面３２を透過する光とに分離される。
参照面３２を透過した光は、被検光学系Ｔを透過し、反射部材４０の反射面４２で反射される。なお、反射部材４０は、保持部５０に保持されて参照光学系３０とその光軸が一致するように配置される。反射面４２で反射された光は、被検光学系Ｔを再び透過して参照面３２に入射し、ハーフミラー２０で反射されて検出部６０に入射する。一方、参照面３２で反射された光は、ハーフミラー２０で反射され、検出部６０に入射する。
検出部６０の検出面では、反射面４２で反射された光と参照面３２で反射された光によって形成される干渉パターンが検出される。制御部８０では、被検光学系Ｔからの光の波面（波面収差）を測定するための動作を制御すると共に、検出部６０で検出される干渉パターンから被検光学系Ｔからの光の波面を算出するための処理を行う。換言すれば、制御部８０は、測定装置１の各部を統括的に制御して、上述した本実施形態の測定方法（Ｓ１０２乃至Ｓ１１６）を実行する。
測定装置１において、保持部５０及び荷重付加部７０による反射部材４０の保持について説明する。反射部材４０は、図４（ａ）に示すように、反射面４２の裏面４４に、反射面４２の光軸ＡＸを中心とした円状に反射面４２の光軸に沿って延びた溝４６を有する。また、保持部５０は、保持板５２と、保持板５２の上に設けられて反射面４２の裏面４４に接触する保持部材５４とで構成され、反射面４２の裏面４４において反射部材４０を保持する。なお、保持部材５４は、反射面４２の裏面４４のうち接触している部分のみに力（反射部材４０を保持する力）を伝達し、裏面４４と接触している部分の面内方向の摩擦力は無視できる程度に小さくするように構成される。例えば、保持部材５４は、テフロン(登録商標)などの低摩擦材料で構成される。
荷重付加部７０は、反射部材４０の周囲に荷重を付加する機能を有し、例えば、反射面４２の裏面４４の溝４６に挿入される複数の接触部材７２と、後述する複数の弾性部材７４とを含む。接触部材７２は、保持部５０が反射部材４０を保持した状態において、溝４６の光軸ＡＸに沿った方向の面４６ａには接触せず、溝４６の光軸ＡＸに垂直な方向の面４６ｂに接触する。なお、接触部材７２は、溝４６の面４６ｂのみに力を伝達し、溝４６の面４６ｂと接触している部分の面内方向の摩擦力は無視できる程度に小さくするように構成される。例えば、接触部材７２は、テフロン(登録商標)などの低摩擦材料で構成される。また、接触部材７２は、反射面４２の重心を含み反射面４２の光軸に垂直な同一面内において、溝４６の面４６ｂと接触するように構成するとよい。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、接触部材７２を３０°ピッチで配置しているが、接触部材７２の数及び接触部材７２を配置するピッチは任意に設定することが可能である。
接触部材７２は、図４（ｂ）に示すように、反射面４２の半径方向に沿って保持板５２に配置された直動ガイド５６に沿って移動可能に構成され、例えば、ばねなどで構成される弾性部材７４を介して、保持板５２（直動ガイド５６）に接続される。また、接触部材７２に接続する全ての弾性部材７４は、同一のばね定数ｋを有する。なお、接触部材７２は、溝４６の面４６ｂに対して、その形状を変化させない程度に押し付けられていてもよい。
本実施形態では、反射面４２（反射部材４０）のその光軸周りの自由度を制限していない（即ち、光軸周りに回転可能にしている）ため、反射部材４０の位置を決定できない場合がある。このような場合には、例えば、反射部材４０にオリエンテーションフラットを形成したり、溝４６に基準となるＶ溝を形成したりして、反射面４２の光軸周りの回転を制限してもよい。
ここで、測定装置１が第１の状態、即ち、光軸ＡＸと重力方向Ｇに垂直な面内方向とのなす角度ε１が９０°である場合には、反射部材４０に作用する重力は、保持部５０（保持部材５４）のみによって保持される。このとき、保持部材５４においては、摩擦力又は微小な圧力しか生じないため、保持部材５４が反射面４２の形状に与える影響は無視できるほど小さい。従って、反射面４２の固有の形状をＦＭＦ１とし、反射面４２の重力変形をＦＭＧ１とすると、反射面４２の形状ＦＭ１は、以下の式１４で表すことができる。
ＦＭ１＝ＦＭＦ１＋ＦＭＧ１ ・・・（式１４）
次に、図４（ｃ）に示すように、測定装置１が第２の状態、即ち、光軸ＡＸと重力方向Ｇに垂直な面内方向とのなす角度ε２が９０°以外の角度である場合を考える。この場合、反射部材４０に作用する重力は、反射面４２の光軸方向の重力成分Ｆａと、光軸に垂直な方向の重力成分Ｆｂとに分離することで、以下の式１５及び式１６で表される。
Ｆａ＝ｍｇ・ｓｉｎ（ε２） ・・・（式１５）
Ｆｂ＝ｍｇ・ｃｏｓ（ε２） ・・・（式１６）
重力成分Ｆａは、保持部材５４によって保持され、重力成分Ｆｂは、接触部材７２によって保持される。従って、図４（ｄ）に示すように、重力成分Ｆｂの作用する方向に、反射部材４０が移動量δだけ移動したとすると、任意の接触部材７２において、接触部材７２の移動に対応する弾性部材７４の変位に応じた荷重が反射部材４０に付加される。任意の接触部材７２が、重力分力の作用する方向を基準とした光軸周りの角度αｉにおいて付加する荷重Ｆαｉは、以下の式１７で表される。
Ｆαｉ＝ｋδ・ｃｏｓαｉ ・・・（式１７）
荷重Ｆαｉは、反射面４２の中心方向を正としているため、反射部材４０に付加される荷重は、反射部材４０の周囲に沿って余弦分布（又は余弦分布に近似した分布）となる。ｎ個の接触部材７２によって付加される荷重のうち、重力成分Ｆｂと対向する成分の総和が重力成分Ｆｂとつり合うという関係から、以下の式１８が得られる。
Figure 2011043394
従って、式１８を満たす場合には、接触部材７２が付加する荷重によって反射面４２の光軸に垂直な面内の荷重と重力成分Ｆｂとがつり合い、反射面４２の重力変形を低減させることができる。また、上述した式から、接触部材７２のばね定数ｋ及び反射部材４０の移動量δは一意に決まるため、反射部材４０に許容されるアライメント時からのずれ量、即ち、移動量から接触部材７２のばね定数ｋを決定することができる。
一方、反射面４２には、重力成分Ｆａによって光軸方向に重力変形が生じるが、かかる重力変形は、基準時（第１の状態）に対して線形であり、その比は１：ｓｉｎ（ε２）である。従って、以下の式１９に示すように、反射部材４０のシステムエラーのうち、第２の状態における反射面４２の重力変形ＦＭＧ１’は、第１の状態における反射面４２の重力変形ＦＭＧ１のｓｉｎ（ε２）倍である。
ＦＭＧ１’＝ＦＭＧ１・ｓｉｎ（ε２） ・・・（式１９）
また、反射面４２の固有の形状によるシステムエラーは、重力方向Ｇに関わらず一定であるため、反射面４２に起因するシステムエラーＷＭ１は、以下の式２０で表される。そして、かかるシステムエラーＷＭ１を用いて、測定波面を校正することが可能である。
ＷＭ１＝２ＦＭ１＝２（ＦＭＦ１＋ＦＭＧ・ｓｉｎ（ε２）） ・・・（式２０）
図５は、本実施形態における保持部５０及び荷重付加部７０による反射部材４０の保持の効果（即ち、反射面４２の重力変形の低減）を解析した結果を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）のそれぞれは、２個の接触部材７２を重力方向側に配置した場合、６個の接触部材７２を６０°ピッチで配置した場合及び１２個の接触部材７２を３０°ピッチで配置した場合に反射部材４０に付加される荷重を示している。また、図５（ｄ）は、第１の状態（ε１＝９０°）における反射面４２の重力変形量と第２の状態（ε２＝３０°）における反射面４２の重力変形量との差分［ｎｍＲＭＳ］を示している。なお、ε２＝３０°の場合には、ｓｉｎ３０°＝０．５であり、本実施形態における保持部５０及び荷重付加部７０による反射部材４０の保持によって、ε１＝９０°の場合と比較して、反射面４２の重力変形が１／２になることを想定している。また、保持部材５４は、１２０°ピッチで配置されている。
図５（ｄ）を参照するに、２個の接触部材７２を重力方向側に配置した場合の重力変形量の差分は２１ｎｍＲＭＳである。但し、６個の接触部材７２を６０°ピッチで配置した場合の重力変形量の差分は３．１ｎｍＲＭＳ、１２個の接触部材７２を３０°ピッチで配置した場合の重力変形量の差分は１．７ｎｍＲＭＳである。このように、接触部材７２の数が多くなるにつれて、重力変形量の差分が大きく低減されることがわかる。
なお、接触部材７２の数が少ないほど１つの接触部材７２にかかる荷重が大きくなる。従って、反射部材４０がガラスやセラミックなどの脆性材料で構成されている場合には、反射部材４０を破壊する応力が発生しないように、接触部材７２の数を設定することが必要となる。
図６を参照して、荷重付加部７０の変形例について説明する。図６（ａ）に示す荷重付加部７０は、反射面４２の光軸に対して引張荷重を付加するための第１の接触部材７２Ａと、反射面４２の光軸に対して圧縮荷重を付加するための第２の接触部材７２Ｂとを有する。なお、第２の接触部材７２Ｂは、溝４６に挿入されるのではなく、反射部材４０の周囲に接触している。図６（ａ）に示す荷重付加部７０は、第２の接触部材７２Ｂによって反射部材４０の周囲から圧縮荷重を付加することができるため、反射部材４０に付加する荷重を理想的な余弦分布に近づけることができる。
図６（ｂ）に示す荷重付加部７０では、反射面４２の裏面４４に形成された複数の溝４６Ａのそれぞれに、接触部材７２が挿入される。なお、複数の溝４６Ａは、反射面４２の光軸を中心とした円上の複数の領域に（即ち、断続的に）形成されている。図６（ｂ）に示す荷重付加部７０は、溝４６Ａの形成による反射部材４０の剛性の低減を抑えることが可能であり、荷重を付加することによって反射部材４０が破壊される可能性を低減することができる。
図６（ｃ）に示す荷重付加部７０は、反射部材４０の周囲に形成された穴に接触する接触部材７２Ｃと、接触部材７２Ｃに接続する弾性部材７４とを有する。なお、接触部材７２Ｃは、例えば、埋め金と、かかる埋め金と弾性部材７４とを接続するための接続部材とで構成される。図６（ｃ）に示す荷重付加部７０は、接触部材７２Ｃによって反射部材４０の周囲から圧縮荷重を付加することができるため、反射部材４０に付加する荷重を理想的な余弦分布に近づけることができる。
図６（ｄ）に示す荷重付加部７０は、溝４６に挿入され、保持部５０が反射部材４０を保持した状態において、溝４６の光軸に沿った方向の面には接触せず、溝４６の光軸に垂直な方向の面に接触する複数の板バネ７５を有する。板バネ７５は、保持板５２の上に配置されると共に、反射面４２の径方向のばね定数が決定されている。即ち、板バネ７５は、第２の状態において、反射面４２の光軸を基準とした重力方向側の周囲に対しては圧縮荷重を、反射面４２の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成されている。
図６（ｅ）に示す荷重付加部７０は、複数の接触部材７２と、複数の接触部材７２のそれぞれに接続された複数のアクチュエータ７６とを有する。アクチュエータ７６は、サーボモータや圧電素子などで構成される。アクチュエータ７６は、第２の状態において、反射面４２の光軸を基準とした重力方向側の周囲に対しては圧縮荷重を、反射面４２の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成されている。また、アクチュエータ７６が反射部材４０に付加する荷重を検出する荷重検出部７７を設けてもよい。これにより、荷重検出部７７の検出結果に基づいて、反射面４２の重心を含み反射面４２の光軸に垂直な面内において反射部材４０に付加する荷重が反射部材４０の周囲に沿って余弦分布となるように、アクチュエータ７６を制御することができる。但し、かかる制御は、制御部８０で行ってもよいし、制御部８０とは別に設けたアクチュエータ制御部で行ってもよい。また、荷重検出部７７は、例えば、ロードセルで構成される。
図６（ｆ）に示す荷重付加部７０は、反射部材４０の周囲に接触して、圧力によって反射部材４０の周囲に荷重を付加する第１の圧力部７８Ａ及び第２の圧力部７８Ｂを有する。第１の圧力部７８Ａは、反射部材４０の周囲に対して低圧エアによる吸着を行い、引張荷重を付加する。第２の圧力部７８Ｂは、反射部材４０の周囲に対して高圧エアを吹き付けて、圧縮荷重を付加する。即ち、第１の圧力部７８Ａ及び第２の圧力部７８Ｂは、第２の状態において、反射面４２の光軸を基準とした重力方向側の周囲に対しては圧縮荷重を、反射面４２の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成されている。また、第１の圧力部７８Ａ及び第２の圧力部７８Ｂが反射部材４０に付加する荷重を検出する荷重検出部を設けてもよい。これにより、荷重検出部の検出結果に基づいて、反射面４２の重心を含み反射面４２の光軸に垂直な面内において反射部材４０に付加する荷重が反射部材４０の周囲に沿って余弦分布となるように、第１の圧力部７８Ａ及び第２の圧力部７８Ｂを制御することができる。但し、かかる制御は、制御部８０で行ってもよいし、制御部８０とは別に設けた圧力制御部で行ってもよい。
なお、測定装置１は一般的な干渉計の構成を有しているが、図７に示すように、シャックハルトマンセンサのような波面センサを用いた装置にも適用することが可能である。図７は、本実施形態の測定方法に用いられる測定装置（第２の実施例）の概略図である。
以下、図７を参照して、測定装置１００について具体的に説明する。測定装置１００は、光源１１０と、ハーフミラー１２０と、波面変換素子１３０と、反射部材１４０と、保持部１５０と、シャックハルトマンセンサ１６０と、荷重付加部１７０と、制御部１８０とを備える。
光源１１０から射出された光は、ハーフミラー１２０を透過し、波面変換素子１３０（測定光学系）に入射する。波面変換素子１３０を透過した光は、被検光学系Ｔを透過し、反射部材１４０の反射面１４２で反射される。なお、反射部材１４０は、保持部１５０に保持されて波面変換素子１３０とその光軸が一致するように配置される。反射面１４２で反射された光は、被検光学系Ｔを再び透過して波面変換素子１３０に入射し、ハーフミラー１２０で反射されてシャックハルトマンセンサ１６０に入射する。
シャックハルトマンセンサ１６０においては、反射面１４２で反射された光の波面が、マイクロレンズアレイ（不図示）を介して、各マイクロレンズの結像位置の横ずれ量として検出される。制御部１８０では、被検光学系Ｔからの光の波面（波面収差）を測定するための動作を制御すると共に、シャックハルトマンセンサ１６０で検出される結像位置の横ずれ量に基づいて被検光学系Ｔからの光の波面を算出するための処理を行う。換言すれば、制御部１８０は、測定装置１００の各部を統括的に制御して、上述した本実施形態の測定方法（Ｓ１０２乃至Ｓ１１６）を、干渉方式の代わりにシャックハルトマンセンサを用いて実行する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (10)

  1. 被検光学系からの光を反射する反射面を有する反射部材と、前記反射部材を保持する保持部と、参照面又は波面変換素子を含む測定光学系とを有する測定装置を用いて、前記被検光学系からの光の波面を測定する測定方法であって、
    前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と一致するように前記測定装置の姿勢が制御された第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、前記保持部のその光軸周りの角度を第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第１の波面を測定する第１のステップと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度と異なる第２の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第２の波面を測定する第２のステップと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第３の波面を測定する第３のステップと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第４の波面を測定する第４のステップと、
    前記第１の波面、前記第２の波面、前記第３の波面及び前記第４の波面を用いて、前記第１の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面、前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を算出する第５のステップと、
    前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と異なるように前記測定装置の姿勢が制御された第２の状態で、前記被検光学系を前記測定装置に配置せず、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含まない第５の波面を測定する第６のステップと、
    前記第２の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と異なるように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含む第６の波面を測定する第７のステップと、
    前記第５の波面から前記第５のステップで算出された前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を分離して前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を算出し、前記第６の波面から前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を分離して前記第２の状態における前記被検光学系からの光の波面を算出する第８のステップと、
    を有することを特徴とする測定方法。
  2. 被検光学系からの光の波面を測定する測定装置であって、
    前記被検光学系からの光を反射する反射面を有する反射部材と、
    前記反射部材を保持する保持部と、
    参照面又は波面変換素子を含む測定光学系と、
    前記反射面からの光を検出する検出面を有する検出部と、
    前記反射部材に荷重を付加する荷重付加部と、
    前記被検光学系からの光の波面を測定するための動作を制御すると共に、前記検出部で検出される前記被検光学系からの光の波面を算出するための処理を行う制御部と、
    を有し、
    前記制御部による前記制御及び前記処理は、
    前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と一致するように前記測定装置の姿勢が制御された第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、前記保持部のその光軸周りの角度を第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第１の波面を測定することと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度と異なる第２の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第２の波面を測定することと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第３の波面を測定することと、
    前記第１の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と一致するように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に、前記反射面のその光軸周りの角度を前記第２の角度に設定して、前記被検光学系の波面を含む第４の波面を測定することと、
    前記第１の波面、前記第２の波面、前記第３の波面及び前記第４の波面を用いて、前記第１の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面、前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を算出することと、
    前記反射面及び前記測定光学系をそれぞれの光軸が重力方向と異なるように前記測定装置の姿勢が制御された第２の状態で、前記被検光学系を前記測定装置に配置せず、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記荷重付加部によって前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含まない第５の波面を測定することと、
    前記第２の状態で、前記被検光学系をその光軸が重力方向と異なるように前記測定装置に配置し、前記被検光学系のその光軸周りの角度、前記反射面のその光軸周りの角度、及び、前記保持部のその光軸周りの角度を前記第１の角度に設定して、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記荷重付加部によって前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対して引張荷重を付加しながら、前記被検光学系の波面を含む第６の波面を測定することと、
    前記第５の波面から前記算出された前記反射面の形状に相当する波面及び前記反射面の形状の重力変形に相当する波面を分離して前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を算出し、前記第６の波面から前記第２の状態における前記測定光学系に起因する誤差波面を分離して前記第２の状態における前記被検光学系からの光の波面を算出することと、
    を含むことを特徴とする測定装置。
  3. 前記反射部材は、前記反射面の裏面に、前記反射面の光軸を中心とした円状に前記反射面の光軸方向に沿って延びた溝を有し、
    前記保持部は、前記反射面の裏面において前記反射部材を保持し、
    前記荷重付加部は、
    前記溝に挿入され、前記保持部が前記反射面の裏面において前記反射部材を保持した状態において、前記溝の前記反射面の光軸方向の面には接触せず前記反射面の光軸に垂直な方向の面に接触する複数の接触部材と、
    前記複数の接触部材のそれぞれに接続され、前記第２の状態において、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成された複数の弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  4. 前記反射部材は、前記反射面の裏面に、前記反射面の光軸を中心とした円上の複数の領域に前記反射面の光軸方向に沿って延びた溝を有し、
    前記保持部は、前記反射面の裏面において前記反射部材を保持し、
    前記荷重付加部は、
    前記複数の領域の溝のそれぞれに挿入され、前記保持部が前記反射面の裏面において前記反射部材を保持した状態において、前記溝の前記反射面の光軸方向の面には接触せず前記反射面の光軸に垂直な方向の面に接触する複数の接触部材と、
    前記複数の接触部材のそれぞれに接続され、前記第２の状態において、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成された複数の弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  5. 前記荷重付加部は、
    前記反射部材の周囲に接触する複数の接触部材と、
    前記複数の接触部材のそれぞれに接続され、前記第２の状態において、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成された複数の弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  6. 前記反射部材は、前記反射面の裏面に、前記反射面の光軸を中心とした円状に前記反射面の光軸方向に沿って延びた溝を有し、
    前記保持部は、前記反射面の裏面において前記反射部材を保持し、
    前記荷重付加部は、前記溝に挿入され、前記保持部が前記反射面の裏面において前記反射部材を保持した状態において、前記溝の前記反射面の光軸方向の面には接触せず前記反射面の光軸に垂直な方向の面に接触し、前記第２の状態において、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成された複数の板バネを有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  7. 前記反射部材は、前記反射面の裏面に、前記反射面の光軸を中心とした円状に前記反射面の光軸方向に沿って延びた溝を有し、
    前記保持部は、前記反射面の裏面において前記反射部材を保持し、
    前記荷重付加部は、
    前記溝に挿入され、前記保持部が前記反射面の裏面において前記反射部材を保持した状態において、前記溝の前記反射面の光軸方向の面には接触せず前記反射面の光軸に垂直な方向の面に接触する複数の接触部材と、
    前記複数の接触部材のそれぞれに接続され、前記第２の状態において、前記反射面の光軸に垂直な方向から、前記反射面の光軸を基準とした重力方向側の反射部材の周囲に対しては圧縮荷重を、前記反射面の光軸を基準とした重力方向の反対方向側の反射部材の周囲に対しては引張荷重を付加するように構成された複数のアクチュエータと、
    を有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  8. 前記荷重付加部は、
    前記複数のアクチュエータのそれぞれが前記反射部材の周囲に付加する荷重を検出する荷重検出部と、
    前記荷重検出部の検出結果に基づいて、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記複数のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、
    を有することを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
  9. 前記荷重付加部は、前記反射部材の周囲に接触して、圧力によって前記反射部材の周囲に荷重を付加する複数の圧力部を有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  10. 前記荷重付加部は、
    前記複数の圧力部のそれぞれが前記反射部材の周囲に付加する荷重を検出する荷重検出部と、
    前記荷重検出部の検出結果に基づいて、前記反射面の重心を含み前記反射面の光軸に垂直な面内において前記反射部材の周囲に付加する荷重が前記周囲に沿って余弦分布となるように、前記複数の圧力部を制御する圧力制御部と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
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